JP2021004585A - Rotor blade for two-phase flow turbine and two-phase flow turbine including the rotor blade - Google Patents
Rotor blade for two-phase flow turbine and two-phase flow turbine including the rotor blade Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021004585A JP2021004585A JP2019119347A JP2019119347A JP2021004585A JP 2021004585 A JP2021004585 A JP 2021004585A JP 2019119347 A JP2019119347 A JP 2019119347A JP 2019119347 A JP2019119347 A JP 2019119347A JP 2021004585 A JP2021004585 A JP 2021004585A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- phase flow
- hub
- pressure surface
- front edge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
本開示は、二相流タービンの動翼及びこの動翼を備える二相流タービンに関する。 The present disclosure relates to moving blades of a two-phase flow turbine and a two-phase flow turbine including the moving blades.
特許文献1及び2にはそれぞれ、気液二相流がタービンを駆動することによって動力を回収する二相流タービンが記載されている。一般に、二相流タービンには、軸流衝動タービンの形式が使用される。このような二相流タービンにおいて、1つ又は複数のノズルから流出した気液二相流は、タービンロータの隣り合う翼間に形成された流路を流通する間に、タービンロータの回転方向の力を翼に与える。翼に与えられた力によってタービンロータが回転し、回転動力が発生する。
このような二相流タービンは、気液二相流を生成するノズルと、ノズルから流出した気液二相流によって回転するタービンロータを含む動翼とを備えている。タービンロータは、回転軸に固定されたディスクと、ディスクに固定された複数の翼とを備え、動翼は多くの場合、翼のチップ端に設けられたシュラウドを備え、遠心力によって動翼から気液二相流が外部に放出されないようになっている。 Such a two-phase flow turbine includes a nozzle that generates a gas-liquid two-phase flow and a rotor blade that includes a turbine rotor that is rotated by the gas-liquid two-phase flow that flows out of the nozzle. Turbine rotors have a disc fixed to a rotating shaft and multiple blades fixed to the disc, and the blades often have shrouds on the tip ends of the blades from the blades by centrifugal force. The gas-liquid two-phase flow is prevented from being released to the outside.
図15に、従来の二相流タービン200を回転軸206の軸方向から見た図を示す。ここで静止系におけるデカルト座標を設定し、図15の水平方向をX軸とし右向きを正、X軸に対して垂直方向をY軸とし上向きを正、回転軸中心をZ軸とし、図面奥方向から手前に向けて正とする、いわゆる右手系で説明を行う。この二相流タービンは、動翼200と、複数本のうちの1本のノズル210とを備え、ノズル210から気液二相流204が流出するように構成されている。
FIG. 15 shows a view of the conventional two-
動翼200は、円筒状のハブ205と、ハブ205から半径方向に延びる複数枚(図15では、代表して3枚のみ図示している)の翼201と、翼201のチップ端に設けられた環状のシュラウド202とから構成されている。このシュラウド202を設置しない構成の動翼もあり、この場合は、翼201のチップ端に対してケーシングの内周面がクリアランスを介して面している。
The moving
図15では、ノズル210の入口と出口とを結ぶ中心線CLは、X軸とY軸とを含む平面X−Y面に投影したときにY軸に垂直となるように表示している。中心線CLが翼201と交差し、その交差した領域においてノズル210から流出した気液二相流204が動翼200に流入する位置を、ノズル210の壁面のうち半径方向最も外側に位置する壁面の延長線とシュラウド202の内壁面との交点Pで代表させる。交点Pを通るともにZ軸を含む平面Sによる動翼200の断面を図16に示す。図16には、この断面に垂直方向に投影させたノズル210も描かれている。
In FIG. 15, the center line CL connecting the inlet and the outlet of the
図16に示されるように、ノズル210の中心線CLは平面Sに投影したとき、回転軸206に対して大きく傾いており、ノズル210から流出した気液二相流204は、翼201のチップ端201aに設けられたシュラウド202に対して大きく傾くようにして動翼200に流入する(この中心線CLと回転軸206とがなすノズルの傾斜角度をαと表示する)。このため、ノズル210から流出した気液二相流204が動翼200に流入する際に、シュラウド202の近傍から動翼200に流入する流れがシュラウド202の内面に付着して流れるためには流れの転向角が大きすぎるためシュラウド202の入口端202aにおいて剥離207が生じ、気液二相流204の流路面積が狭くなる。このため、動翼200の回転軸206の軸方向の流速が加速されて翼201の負荷が減少し、翼201に対する仕事が減少して二相流タービンの効率が低下するという問題点があった。また、シュラウド202を設置せず、チップ端201aにクリアランスを介して対向してシュラウド202の内面に相当するケーシングが設置されている場合においても、ノズル210から流出した気液二相流204が動翼200に流入する際に、ケーシングの壁面で剥離が生じ、同様に二相流タービンの効率が低下するといった問題点もあった。
As shown in FIG. 16, the center line CL of the
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも1つの実施形態は、二相流タービンの効率を向上できる二相流タービンの動翼及びこの動翼を備える二相流タービンを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present disclosure aims to provide a blade of a two-phase flow turbine capable of improving the efficiency of the two-phase flow turbine and a two-phase flow turbine including the blade. To do.
(1)本発明の少なくとも1つの実施形態に係る二相流タービンの動翼は、
流体の気液二相流によって駆動される二相流タービンの動翼であって、
回転可能に設けられた回転軸と、
前記回転軸に固定された円盤状のディスクと、
前記回転軸を中心として周方向に互いに間隔をあけるようにして、前記ディスクの外周面のハブに設けられた複数の翼と、
前記複数の翼のそれぞれのチップ端に対向するシュラウド部と
を備え、
前記シュラウド部は、前記回転軸の回転軸中心から前記シュラウド部の内周面の半径が前記シュラウド部の入口端から出口端に向かって減少するように構成されているともに、前記複数の翼のそれぞれは、前記回転軸中心から前記翼のチップ端の半径が前記翼の前縁から前記翼の後縁に向かって減少するように構成されている。
(1) The moving blade of the two-phase flow turbine according to at least one embodiment of the present invention is
The blades of a two-phase flow turbine driven by a gas-liquid two-phase flow of fluid.
Rotatably provided rotating shaft and
A disc-shaped disc fixed to the rotating shaft and
A plurality of blades provided on the hub on the outer peripheral surface of the disc so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction about the rotation axis.
A shroud portion facing each tip end of the plurality of blades is provided.
The shroud portion is configured such that the radius of the inner peripheral surface of the shroud portion decreases from the center of the rotation axis of the rotation shaft toward the inlet end to the exit end of the shroud portion, and the plurality of blades. Each is configured such that the radius of the tip end of the wing decreases from the center of the axis of rotation from the front edge of the wing to the trailing edge of the wing.
上記(1)の構成によると、シュラウド部の入口端付近が回転軸の軸方向に延びている構成に比べて、回転軸を含む断面である子午面において半径方向内側に向かう方向の速度成分を有する気液二相流の流れ角度とシュラウド部の入口端付近の傾き角度との差が小さくなることにより、入口端における剥離の発生が抑制されるので、二相流タービンの効率を向上することができる。 According to the configuration (1) above, the velocity component in the radial inward direction on the meridional surface, which is the cross section including the rotation axis, is compared with the configuration in which the vicinity of the inlet end of the shroud portion extends in the axial direction of the rotation axis. By reducing the difference between the flow angle of the gas-liquid two-phase flow and the inclination angle near the inlet end of the shroud portion, the occurrence of peeling at the inlet end is suppressed, and the efficiency of the two-phase flow turbine is improved. Can be done.
(2)いくつかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記前縁は、前記翼のハブ端側の端部であるハブ側端部から前記チップ端側の端部であるチップ側端部まで直線状に延びるとともに前記チップ側端部が前記ハブ側端部よりも前記回転軸の軸方向において前記後縁側に位置するように構成されている。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The front edge extends linearly from the hub-side end, which is the hub-end-side end of the blade, to the chip-side end, which is the chip-end-side end, and the chip-side end is the hub-side end. It is configured to be located on the trailing edge side in the axial direction of the rotating shaft rather than the portion.
ノズルから流出した気液二相流が動翼に流入するまでの間の距離が長くなると、動翼に流入するまでの間に気液二相流の流速が低下するので、ノズルの噴出口が翼の前縁と平行に近接して構成されるようにノズルを配置することが好ましい。しかし、上記(1)の構成においてノズルの噴出口を翼の前縁と平行にしようとすると、ノズルの噴出口がノズルの中心線に対して垂直でない構成となってしまい、ノズル内において半径方向外側に位置する気液二相流ほど、噴出口から早く流出する構成となってしまう。
また、半径方向外側に位置する気液二相流はノズルから流出しているのでノズルの壁面からの抵抗がないものの、半径方向内側に位置する気液二相流はノズルから流出していないのでノズルの壁面から抵抗を受け、気液二相流の速度エネルギーが失われるといった問題点がある。
上記(2)の構成によると、翼の前縁を傾斜させることによって、ノズルの噴出口がノズルの中心線と垂直な構成にすることができるので、このような問題点を解決することができる。
If the distance until the gas-liquid two-phase flow flowing out of the nozzle flows into the rotor blade becomes long, the flow velocity of the gas-liquid two-phase flow before flowing into the rotor blade decreases, so the nozzle outlet becomes It is preferable to arrange the nozzles so that they are constructed in parallel and close to the front edge of the blade. However, if the nozzle outlet is made parallel to the front edge of the blade in the configuration (1) above, the nozzle outlet will not be perpendicular to the center line of the nozzle, and the nozzle will be in the radial direction. The more the gas-liquid two-phase flow located on the outside, the faster it flows out from the spout.
In addition, since the gas-liquid two-phase flow located on the outer side in the radial direction flows out from the nozzle, there is no resistance from the wall surface of the nozzle, but the gas-liquid two-phase flow located on the inner side in the radial direction does not flow out from the nozzle. There is a problem that the velocity energy of the gas-liquid two-phase flow is lost due to resistance from the wall surface of the nozzle.
According to the configuration of (2) above, by inclining the front edge of the blade, the nozzle outlet can be configured to be perpendicular to the center line of the nozzle, so that such a problem can be solved. ..
(3)いくつかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記前縁は、
前記翼のチップ端側の端部であるチップ側端部から、前記ハブ端側の端部であるハブ側端部と前記チップ側端部との間の中間部まで直線状に延びるとともに前記チップ側端部が前記中間部よりも前記回転軸の軸方向において前記後縁側に位置するように構成された第1部分と、
前記中間部から前記ハブ側端部まで、前記回転軸の軸方向に対して垂直な方向に沿って直線状に延びるように構成された第2部分と
を含む。
(3) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The front edge
The tip extends linearly from the tip-side end, which is the tip-end-side end of the blade, to the intermediate portion between the hub-side end, which is the hub-end-side end, and the tip-side end. A first portion configured so that the side end portion is located closer to the trailing edge side in the axial direction of the rotation axis than the intermediate portion.
Includes a second portion configured to extend linearly from the intermediate portion to the hub side end along a direction perpendicular to the axial direction of the rotation axis.
翼の前縁のうち、ノズルの噴出口と面していない部分で、ノズルから流出した流れのない領域を翼の前縁が通過することにより、その領域から動翼に流入したり動翼から流出したりする流れが生じて、動翼がその領域に仕事を与えてしまう、いわゆる風損が発生してしまう。これに対し、上記(3)の構成によると、翼の子午面形状において、翼の前縁は、ノズルの噴出口に面する部分ではノズルの噴出口と平行に近接するとともにノズルの噴出口に面していない部分では回転軸に対して垂直な方向に沿って延びるように構成されることにより、翼の前縁のうちノズルの噴出口と面していない部分の長さが短くなるので、風損の増加を抑制できる。 In the part of the front edge of the wing that does not face the nozzle outlet, the front edge of the wing passes through the area where there is no flow from the nozzle, so that it flows into the blade from that area or from the blade. A flow such as outflow occurs, and the moving blades give work to the area, so-called wind damage occurs. On the other hand, according to the configuration of (3) above, in the meridional shape of the wing, the front edge of the wing is close to the nozzle spout in parallel with the nozzle spout and at the nozzle spout at the portion facing the nozzle spout. By configuring the non-facing portion to extend along the direction perpendicular to the axis of rotation, the length of the front edge of the wing that does not face the nozzle outlet is shortened. The increase in wind damage can be suppressed.
(4)いくつかの実施形態では、上記(2)または(3)の構成において、
前記複数の翼のそれぞれは、前記回転軸中心から前記ハブ端までの半径が前記前縁から前記後縁に向かって減少するように構成されている。
(4) In some embodiments, in the configuration of (2) or (3) above,
Each of the plurality of blades is configured such that the radius from the center of the rotation axis to the hub end decreases from the front edge to the trailing edge.
ノズルから動翼に流入する気液二相流のうち、動翼のハブ面に近い位置にある気液二相流は、動翼に流入後にハブ面に衝突して速度エネルギーが減少してしまう。しかし、上記(4)の構成によると、ハブ端が前縁に向かって回転軸の軸方向に延びている構成に比べて、ハブ面からの半径方向の距離が大きくなるように気液二相流が動翼に流入するようになるので、気液二相流のハブ面への衝突が抑制され、速度エネルギーの減少を抑制することができる。
また、翼の前縁のうち、ノズルの噴出口と面していない部分は、その近傍の流れのない領域を通過することにより、その領域から動翼に流入したり動翼から流出したりする流れが生じて、動翼がその領域に仕事を与えてしまう、いわゆる風損が発生する。上記(4)の構成によると、回転軸からハブ端までの距離が前縁から後縁に向かって減少することにより、翼の前縁のうち、ノズルの噴出口と面していない部分が小さくなるので、風損の増加を抑制できる。これと同時に、ハブ端からチップ端までの半径方向距離を翼高さと定義すると、翼高さも低くできるので、翼が回転することにより翼の根元に作用する遠心力に起因する翼断面の応力を抑えることもできる。
Of the gas-liquid two-phase flow flowing from the nozzle to the rotor blade, the gas-liquid two-phase flow located near the hub surface of the rotor blade collides with the hub surface after flowing into the rotor blade and the velocity energy decreases. .. However, according to the configuration (4) above, the gas-liquid two-phase so that the distance in the radial direction from the hub surface is larger than that in the configuration in which the hub end extends in the axial direction of the rotating shaft toward the front edge. Since the flow flows into the rotor blade, the collision of the gas-liquid two-phase flow with the hub surface is suppressed, and the decrease in velocity energy can be suppressed.
In addition, the portion of the front edge of the blade that does not face the nozzle ejection port passes through a region in the vicinity where there is no flow, so that the portion flows into or out of the rotor blade from that region. A flow is generated and the moving blades give work to the area, so-called wind damage occurs. According to the configuration of (4) above, the distance from the rotation axis to the hub end decreases from the front edge to the trailing edge, so that the portion of the front edge of the wing that does not face the nozzle ejection port becomes smaller. Therefore, the increase in wind damage can be suppressed. At the same time, if the radial distance from the hub end to the tip end is defined as the blade height, the blade height can also be lowered, so that the stress on the blade cross section due to the centrifugal force acting on the root of the blade due to the rotation of the blade is reduced. It can also be suppressed.
(5)いくつかの実施形態では、上記(1)〜(4)のいずれかの構成において、
前記翼の圧力面は、前記回転軸中心を中心とする円筒面で前記翼を切断したときに形成される翼断面において、前記翼の回転方向に向かって凸状に湾曲した形状を有し、前記圧力面において最も凸の部分の位置が、前記前縁から前記後縁までの前記軸方向における距離に対する前記前縁から前記最も凸の部分までの距離の比が1/2から3/4の範囲となる位置にある。
(5) In some embodiments, in any of the configurations (1) to (4) above,
The pressure surface of the blade has a shape that is convexly curved in the direction of rotation of the blade in the blade cross section formed when the blade is cut on a cylindrical surface centered on the center of the rotation axis. The position of the most convex portion on the pressure surface is such that the ratio of the distance from the front edge to the most convex portion to the axial distance from the front edge to the trailing edge is 1/2 to 3/4. It is in a range position.
気液二相流中の液相の流れは動翼において、気液二相流の方向のまま直線状に流れて、やがて翼の圧力面に到達する。液相が圧力面に衝突するときの圧力面に対する液相の入射角が大きいほど、液相の圧力面に対する衝突による損失が大きくなる。上記(5)の構成によると、圧力面において翼の回転方向に向かって最も凸の部分がより前縁側に位置する場合に比べて、より後縁側に位置することにより、圧力面に対する液相の流れの入射角が小さくなる翼面の長さが長くなるので、液相の圧力面に対する衝突による損失が低減されて、二相流タービンの効率を向上することができる。 The flow of the liquid phase in the gas-liquid two-phase flow flows linearly in the direction of the gas-liquid two-phase flow in the moving blade, and eventually reaches the pressure surface of the blade. The larger the angle of incidence of the liquid phase with respect to the pressure surface when the liquid phase collides with the pressure surface, the greater the loss due to the collision of the liquid phase with the pressure surface. According to the configuration of (5) above, the most convex portion of the pressure surface in the direction of rotation of the blade is located on the trailing edge side as compared with the case where the most convex portion is located on the trailing edge side, so that the liquid phase with respect to the pressure surface is located. Since the length of the blade surface at which the incident angle of the flow is small becomes long, the loss due to the collision of the liquid phase with the pressure surface can be reduced, and the efficiency of the two-phase flow turbine can be improved.
(6)いくつかの実施形態では、上記(1)〜(5)のいずれかの構成において、
前記翼は圧力面及び負圧面を含み、
前記翼のハブ端を半径方向外側から見た場合に前記ハブ端は、前記圧力面側において前記翼の回転方向に対して凹状に湾曲した圧力面側凹状湾曲部を含み、該圧力面側凹状湾曲部は、前記翼の前縁から前記翼の後縁に向かって延び、
前記圧力面側凹状湾曲部のうち最も突出した部分を通る前記周方向において、前記翼の翼厚をwとするとともに、前記周方向に隣り合う各翼の前記圧力面及び前記負圧面のピッチ間の距離をLとすると、(w/L)≧1/3である。
(6) In some embodiments, in any of the configurations (1) to (5) above,
The wing includes a pressure plane and a negative pressure plane,
When the hub end of the blade is viewed from the outside in the radial direction, the hub end includes a concave curved portion on the pressure surface side that is concavely curved with respect to the rotation direction of the blade on the pressure surface side, and is concave on the pressure surface side. The curved portion extends from the front edge of the wing toward the trailing edge of the wing.
In the circumferential direction passing through the most protruding portion of the concave curved portion on the pressure surface side, the blade thickness of the blade is w, and between the pitches of the pressure surface and the negative pressure surface of each blade adjacent to the circumferential direction. If the distance of is L, (w / L) ≧ 1/3.
動翼に流入した気液二相流中の液相の流れの一部は、圧力面ではなく動翼のハブ面に到達し付着する。ハブ面に到達した液相は、ハブ面に周方向の力を与えながら翼の圧力面に向かって移動するが、その液相の流れの境界層が次第に厚くなり、境界層が翼の回転速度で旋回するようになる。そうすると、気液二相流の旋回速度に比べて液相の旋回速度が速くなり、翼から液相の境界層に回転動力が与えられることになるので、気液二相流が翼に回転動力を与えるタービンにおいては逆に、翼から液相の流れる回転動力を与えられるようになり、損失が生じることになる。しかし、上記(6)の構成によると、ハブ面に到達する液相が減少し、翼の圧力面に直接到達する液相が増加するようになるので、翼に与えられる回転方向の動力を増加させて、二相流タービンの効率を向上することができる。 A part of the liquid phase flow in the gas-liquid two-phase flow flowing into the rotor blade reaches and adheres to the hub surface of the rotor blade instead of the pressure surface. The liquid phase that reaches the hub surface moves toward the pressure surface of the blade while applying a circumferential force to the hub surface, but the boundary layer of the flow of the liquid phase gradually becomes thicker, and the boundary layer becomes the rotational speed of the blade. Will turn at. Then, the swirling speed of the liquid phase becomes faster than the swirling speed of the gas-liquid two-phase flow, and rotational power is given from the blade to the boundary layer of the liquid phase. On the contrary, in the turbine that gives the fuel, the rotational power that the liquid phase flows can be given from the blade, and a loss occurs. However, according to the configuration of (6) above, the liquid phase reaching the hub surface decreases and the liquid phase directly reaching the pressure surface of the blade increases, so that the power in the rotational direction given to the blade increases. This makes it possible to improve the efficiency of the two-phase flow turbine.
(7)いくつかの実施形態では、上記(6)の構成において、
前記周方向に隣り合う翼の一方の翼の負圧面のハブ端側と他方の翼の圧力面のハブ端側とは、前記前縁から前記後縁までの間で少なくとも部分的に互いに接続している。
(7) In some embodiments, in the configuration of (6) above,
The hub end side of the negative pressure surface of one blade of the adjacent blade in the circumferential direction and the hub end side of the pressure surface of the other blade are connected to each other at least partially from the front edge to the trailing edge. ing.
上記(7)の構成によると、回転軸に垂直な断面において、従来の動翼のハブ面が圧力面のハブ端近傍の圧力面に置きなおされるので、その断面が連続的な翼面の曲線で構成される。このため、動翼のハブと翼とを一体で加工する構造となるために、シュラウド内面側からハブ側にエンドミルを押し込んで加工する加工方法において、翼の形成作業中のエンドミルの交換頻度を低下することができるので、翼の加工性を向上することができる。 According to the configuration of (7) above, in the cross section perpendicular to the rotation axis, the hub surface of the conventional rotor blade is replaced with the pressure surface near the hub end of the pressure surface, so that the cross section of the blade surface is continuous. It consists of curves. For this reason, in order to form a structure in which the hub of the rotor blade and the blade are integrally processed, the frequency of replacement of the end mill during the blade forming work is reduced in the processing method in which the end mill is pushed from the inner surface side of the shroud to the hub side. Therefore, the workability of the blade can be improved.
(8)いくつかの実施形態では、上記(6)または(7)の構成において、
前記回転軸に垂直な前記翼の断面において、前記圧力面は、前記チップ端と前記ハブ端との間で前記回転方向に向かって凹状に湾曲している。
この構成によると、隣り合う翼間に形成された流路の流路幅の減少を可能な限り抑えながら、上記(6)の構成による作用効果を得ることができる。
(8) In some embodiments, in the configuration of (6) or (7) above,
In the cross section of the wing perpendicular to the axis of rotation, the pressure surface is concavely curved in the direction of rotation between the tip end and the hub end.
According to this configuration, it is possible to obtain the effect of the configuration of (6) above while suppressing the decrease in the flow path width of the flow path formed between the adjacent blades as much as possible.
(9)いくつかの実施形態では、上記(1)〜(8)のいずれかの構成において、
前記翼の前縁は、子午面において前記翼のチップ端と前記翼のハブ端との間で前記翼の後縁側に向かって凹んだ第1凹部を含む。
この構成によると、回転軸の軸方向に対する前縁の傾斜角度にかかわらず、ノズルの中心線と回転軸とがなすノズルの傾斜角度αによらずノズルから流出する気液二相流を翼面に沿って流すことができる。
(9) In some embodiments, in any of the configurations (1) to (8) above,
The front edge of the wing includes a first recess recessed in the meridian plane between the tip end of the wing and the hub end of the wing toward the trailing edge side of the wing.
According to this configuration, regardless of the inclination angle of the front edge with respect to the axial direction of the rotation axis, the gas-liquid two-phase flow flowing out from the nozzle is transmitted to the blade surface regardless of the inclination angle α of the nozzle formed by the center line of the nozzle and the rotation axis. Can be flushed along.
(10)いくつかの実施形態では、上記(9)の構成において、
前記後縁は、前記チップ端と前記ハブ端との間で前記前縁側に向かって凹んだ第2凹部を含む。
この構成によると、圧力面上を流れる液相の少なくとも一部が第2凹部を横切って動翼から流出するようになる。そうすると、第2凹部が形成されていない場合に比べて、第2凹部を横切って流出する液相は、圧力面上を流れる距離が短くなる。液相に対する圧力面の抵抗が小さくなり、二相流タービンの効率を向上することができる。
(10) In some embodiments, in the configuration of (9) above,
The trailing edge includes a second recess recessed between the tip end and the hub end toward the front edge side.
According to this configuration, at least a part of the liquid phase flowing on the pressure surface flows out from the rotor blade across the second recess. Then, as compared with the case where the second recess is not formed, the liquid phase flowing out across the second recess has a shorter distance flowing on the pressure surface. The resistance of the pressure surface to the liquid phase is reduced, and the efficiency of the two-phase flow turbine can be improved.
本開示の少なくとも1つの実施形態によれば、シュラウド部の内周面の入口端付近が回転軸の軸方向に延びている構成に比べて、回転軸に対して垂直な方向において回転軸に向かう方向の速度成分を有する気液二相流の流れ角度とシュラウド部の入口端付近の傾き角度との差が小さくなることにより、入口端における剥離の発生が抑制されるので、二相流タービンの効率を向上することができる。 According to at least one embodiment of the present disclosure, the shroud portion faces the rotation axis in a direction perpendicular to the rotation axis as compared with a configuration in which the vicinity of the inlet end of the inner peripheral surface of the shroud portion extends in the axial direction of the rotation axis. By reducing the difference between the flow angle of the gas-liquid two-phase flow having a velocity component in the direction and the inclination angle near the inlet end of the shroud portion, the occurrence of peeling at the inlet end is suppressed, so that the two-phase flow turbine Efficiency can be improved.
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention to that alone, but are merely explanatory examples.
(実施形態1)
図1に示されるように、本開示の実施形態1に係る二相流タービン1は、例えば冷凍機の冷凍サイクルにおいて膨張弁の代わりとして設けられる衝動式タービンであり、冷凍回路を循環する冷媒によって駆動される。二相流タービン1は、動翼10とノズル20とを備えている。動翼10は、円盤状のディスク11と、ディスク11の中心を通るようにしてディスク11に固定された回転軸12と、ディスク11の外周面11a、すなわち動翼10のハブ面に等間隔をあけて固定された複数の翼13とを備えている。すなわち、複数の翼13は、回転軸12を中心とした周方向に互いに間隔をあけるようにして設けられている。この構成により、回転軸12を中心とした周方向(回転方向D1)に翼13が回転すると、この回転に伴ってディスク11が回転する、すなわちディスク11に固定された回転軸12が回転方向Dに回転するようになっている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the two-
ノズル20は、その内部に流入口20bから噴出口20aに延びるように流路21が形成されるとともに噴出口20aが翼13に面するように設けられている。流路21は、流入口20bから噴出口20aに向かって流路面積が減少し、流入口20bと噴出口20aとの間の位置20cにおいて流路面積が最小となり、位置20cから噴出口20aに向かって流路面積が増加するように構成されている。
The
図2における平面S(図15参照)に相当する平面において、動翼10は、各翼13の各チップ端16に固定されて設けられた円筒形状のシュラウドの形態のシュラウド部50をさらに備えている。尚、シュラウド部50は、各翼13の各チップ端16に対向する構成のものであれば各翼13の各チップ端16に固定されたシュラウドに限定するものではなく、各翼13の各チップ端16に対して隙間を開けるように設けられたケーシングであってもよい。
In the plane corresponding to the plane S (see FIG. 15) in FIG. 2, the moving
シュラウド部50は、回転軸12の回転軸中心Oを中心としたシュラウド部50の内周面50cの半径r1がシュラウド部50の入口端50aから出口端50bに向かって減少する部分である湾曲内周面部51を含んでいる。すなわち、湾曲内周面部51は、入口端50a近傍の内周面50cの一部である。回転軸12の軸方向に沿った断面(図2)において、湾曲内周面部51よりも出口端50b側の下流側内周面52は、回転軸12の外表面と平行であるのに対し、湾曲内周面部51は、回転軸12の外表面に対して凸状に湾曲した形状を有している。また、翼13も、シュラウド部50の入口端50a近傍の形態に対応するように、回転軸中心Oを中心としたチップ端16の半径r2が翼13の前縁18から翼13の後縁19に向かって減少する部分16aを含むように構成されている。
The
次に、本開示の実施形態1に係る二相流タービン1の動作について説明する。
図1に示されるように、冷凍回路を循環する液体の冷媒は、流入口20bを介してノズル20に流入し、流路21を流通する。液体の冷媒が流入口20bから流路21を流入すると、位置20cまで流路21の流路面積が減少していくので、位置20cまで流通する間に冷媒が加速される。逆に、位置20cから噴出口20aまで流路21の流路面積が増加していくので、位置20cから噴出口20aまで流通する間に冷媒が減圧される。冷媒が減圧されて湿り域に達すると、冷媒の一部が気化し、急速に体積が増加する。冷媒は、位置20cから噴出口20aまでの間に膨張し、噴出口20aでは圧力差のエネルギーが速度に変換されて、液相と気相とが混在する気液二相流となる。冷媒は、気液二相流としてノズル20から動翼10へ噴出される。
Next, the operation of the two-
As shown in FIG. 1, the liquid refrigerant circulating in the refrigeration circuit flows into the
ノズル20から動翼10へ噴出された冷媒の気液二相流が動翼10の流路40を流通する際に、気液二相流の速度エネルギーが翼13に力を与え、その反力によって翼13が回転方向D1に回転する。翼13の回転とともにディスク11が回転方向D1に回転し、これにより回転軸12が回転方向Dに回転して、二相流タービン1から回転動力を得ることができる。
When the gas-liquid two-phase flow of the refrigerant ejected from the
図2における平面S(図15参照)に相当する平面において、動翼10に向かって噴出された気液二相流100は、回転軸12に対して垂直な方向において回転軸12に向かう方向の速度成分を有している。このため、気液二相流100が流路40に流入する際に、シュラウド部50に近い部分では、気液二相流100は入口端50aをかすめる。この実施形態1では、シュラウド部50の入口端50a近傍に、回転軸12の外表面に対して凸状に湾曲した形状を有する湾曲内周面部51が形成されているので、気液二相流100の流れ角度(気液二相流100の方向が回転軸12に対してなす角度)と、シュラウド部50の入口端50a付近の傾き角度(入口端50a付近における湾曲内周面部51の接線が回転軸12に対してなす角度)との差が小さくなる。すなわち、気液二相流100は、流路40に流入する際に、シュラウド部50に近い部分では、湾曲内周面部51と滑らかに接するようになる。これにより、入口端50aにおける剥離の発生が抑制されるので、二相流タービン1(図1参照)の効率を向上することができる。
In the plane corresponding to the plane S (see FIG. 15) in FIG. 2, the gas-liquid two-
図3における平面S(図15参照)に相当する平面において二相流タービン1において、ノズル20から流出した気液二相流100が動翼10に流入するまでの間の距離が長くなると、動翼10に流入するまでの間に気液二相流100の流速が低下するので、ノズル20の噴出口20aが翼13の前縁18と平行になるようにノズル20を配置することが好ましい。しかし、図2の構成においてノズル20の噴出口20aを翼13の前縁18と平行にしようとすると、図3に示されるように、ノズル20の噴出口20aが流入口20b(図1参照)及び噴出口20aそれぞれの中心間を結ぶ中心線CLに対して垂直でない構成となってしまう。ノズル20内の流れは中心線CLに沿った距離に沿って加速され、中心線CLに垂直な断面CS内でほぼ一定の流速になるので、ノズル20の噴出口20aが中心線CLに垂直でない場合、噴出口20aにおける流速に分布が生じる。ノズル20内において半径方向外側に位置する気液二相流100ほど、噴出口20aから早く流出する構成となってしまう。そうすると、半径方向外側に位置する気液二相流100はノズル20から流出しているのでノズル20の壁面からの抵抗がないものの、半径方向内側に位置する気液二相流100はノズル20から流出していないのでノズル20の壁面から抵抗を受け、気液二相流100の速度エネルギーが失われるといった問題点がある。
In the two-
このような問題点を解決する構成として、図4における平面S(図15参照)に相当する平面において、前縁18は、翼13のハブ端17側の端部であるハブ側端部18bからチップ端16側の端部であるチップ側端部18aまで直線状に延びるとともにハブ側端部18bよりもチップ側端部18aが回転軸12の軸方向において後縁19側に位置するように構成することができる。前縁18をこのような構成にすると、ノズル20の噴出口20aが翼13の前縁18と平行になるようにノズル20を配置した場合、中心線CLをノズル20の噴出口20aに対して垂直にすることができる。
As a configuration for solving such a problem, in the plane corresponding to the plane S (see FIG. 15) in FIG. 4, the
また、図4の構成に対する変形例を図4aに示す。この変形例では、前縁18は、第1部分18d及び第2部分18eを含んでいる。第1部分18dは、チップ側端部18aから、ハブ側端部18bとチップ側端部18aとの間の中間部18cまで直線状に延びるとともにチップ側端部18aが中間部18cよりも回転軸12の軸方向において後縁19側に位置するように構成されている。第2部分18eは、中間部18cからハブ側端部18bまで、回転軸12の軸方向に対して垂直な方向に沿って直線状に延びるように構成されている。
Further, an example of modification to the configuration of FIG. 4 is shown in FIG. 4a. In this modification, the
翼13の前縁18のうち、ノズル20の噴出口20aと面していない部分となる第2部分18eは、その近傍の流れのない領域を通過することにより、その領域から動翼10に流入したり動翼10から流出したりする流れが生じて、動翼10がその領域に仕事を与えてしまう、いわゆる風損が発生する。これに対し、ノズル20の噴出口20aに面していない第2部分18eでは回転軸12に対して垂直な方向に沿って延びるように構成されることにより、前縁18のうちノズル20の噴出口20aと面していない部分の長さが短くなるので、風損の増加を抑制できる。
The
また、図2及び4並びに4aそれぞれの構成では、ノズル20から動翼10に流入する気液二相流100のうち、翼13が固定されるディスク11の外周面11a、すなわち動翼10のハブ面に近い位置にある気液二相流100は、動翼10に流入後にハブ面に衝突して速度エネルギーが減少してしまうといった問題点がある。
Further, in each of the configurations of FIGS. 2 and 4 and 4a, of the gas-liquid two-
このような問題点を解決する構成として、図5における平面S(図15参照)に相当する平面において、図4の構成に対して、翼13は、回転軸中心Oを中心としたハブ端17の半径r3が前縁18から後縁19に向かって減少する部分である湾曲縁部17aを含むように構成することができる。すなわち、湾曲縁部17aは、前縁18近傍のハブ端17の一部である。回転軸12の軸方向に沿った断面(図5)において、湾曲縁部17aよりも後縁19側のハブ端17は、子午面にて軸方向に延びた従来構造のハブ端17に対して凹状に湾曲した形状を有している。
As a configuration for solving such a problem, in the plane corresponding to the plane S (see FIG. 15) in FIG. 5, the
このような構成によると、ハブ端17が前縁18に向かって回転軸12の軸方向に延びている構成に比べて、ハブ面からの半径方向の距離が大きいハブ側端部18bから半径が小さくなるように、気液二相流100が動翼10に凹面に沿って滑らかに流入するようになるので、気液二相流100のハブ面への衝突が抑制され、速度エネルギーの減少を抑制することができる。また、このような構成によると、動翼10の入口近傍において半径r3が前縁18から後縁19に向かって減少することにより、翼13の前縁18のうち、ノズル20の噴出口20aと面していない部分が小さくなるので、風損の増加を抑制できる。これと同時に、ハブ端17からチップ端16までの半径方向距離を翼高さと定義すると、翼高さも低くできるので、翼13が回転することにより翼13の根元に作用する遠心力に起因する翼断面の応力を抑えることもできる。
According to such a configuration, the radius is increased from the hub
さらに、図6に示されるように、図5の構成に対して、翼13の圧力面14に、翼13の回転方向D1に向かって凹む凹部30を形成してもよい。凹部30は、翼13の回転方向D1に向かって凹み且つ円弧状に湾曲した湾曲部31と、湾曲部31のチップ端16側の端部であるチップ側端部31aからチップ端16まで平坦に延びる第1平坦面32と、湾曲部31のハブ端17側の端部であるハブ側端部31bからハブ端17まで平坦に延びる第2平坦面33とを含んでもよい。図7に示されるように、凹部30は例えば、前縁18から後縁19まで延びるように形成されてもよい。尚、凹部30は、前縁18から後縁19までの間を部分的に延びるように形成することもできる。
Further, as shown in FIG. 6, the
図7における平面S(図15参照)に相当する平面においてノズル20から流出した気液二相流100は、液相が表面張力によって微細化されて液滴となることによって、気相と液相とが分離された流れとなる。翼13の翼形状が気相に合わせて設計されていると、気相は翼13の翼面に沿って流れることができるが、液相は、気液二相流100の方向のまま直線状に流れ、やがて液滴が圧力面14に衝突して再度集積された後、圧力面14上に液相の流れ102が形成される。液相は、圧力面14に沿って流れた後、後縁19を通り越して流路40(図2参照)から流出する。圧力面14に沿った液相の流れ102の圧力面14に対する摩擦により、圧力面14上に境界層が形成される。この境界層は、圧力面14の近傍では翼13の回転速度で回転する。この回転による遠心力が境界層に作用することで、境界層は、ハブ端17からチップ端16に向かう方向(翼高さの半径方向外向き)に移動するようになる。
The gas-liquid two-
これに対し、圧力面14に凹部30が形成されていると、圧力面14に沿った液相の流れ102は、凹部30に沿った流れとなる。凹部30に沿って流れる液相の境界層は、遠心力が作用しても、凹部30の第1平坦面32によって翼高さ方向にチップ端16へ向かう移動が抑制されるので、ポンプ作用による損失が抑制されて、二相流タービン1の効率を向上することができる。また、液相は主に、曲率の大きい湾曲部31に沿って圧力面14を後縁19に向かって流れるようになるので、曲率の小さい面に沿って液相が流れる場合に比べて、液相が圧力面14に接する濡れ縁長さ(液相が圧力面14に接する部分の翼高さ方向の長さ)が短くなり、圧力面14に対する液相の抵抗が小さくなる。さらに、液相の流れ102は、凹部30が圧力面14に形成されていない場合の液相の流れに比べて、翼高さ方向の移動距離が短い流れとなるので、圧力面14に対する液相の抵抗が小さくなる。その結果、二相流タービン1(図1参照)の効率を向上することができる。
On the other hand, when the
(実施形態2)
次に、実施形態2に係る二相流タービンの動翼について説明する。実施形態2に係る二相流タービンの動翼は、実施形態1に対して、翼13の負圧面の構成を限定したものである。尚、実施形態2において、実施形態1の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。尚、実施形態2で参照する図8及び9は翼13の形状を半径外側から見た図である。
(Embodiment 2)
Next, the moving blades of the two-phase flow turbine according to the second embodiment will be described. The moving blade of the two-phase flow turbine according to the second embodiment has a limited configuration of the negative pressure surface of the
図8に示されるように、翼13の負圧面15は、前縁18から後縁19に向かって延びるように形成された負圧面側凸状湾曲部60を含んでいる。負圧面側凸状湾曲部60は、圧力面14側の翼厚よりも負圧面15側の翼厚が大きくなるようにして構成されている。図9に示されるように、負圧面側凸状湾曲部60は、回転軸中心O(図2等参照)を中心とする円筒面で翼13を切断したときに形成される翼断面において翼13の回転方向D1に向かって凸状に湾曲している。また、翼13の圧力面14は、回転方向D1に向かって凸状に湾曲した形状を有している。
As shown in FIG. 8, the
図8に示されるように、圧力面14のうち回転方向D1に向かって最も凸の部分14aは、チップ端16において前縁18から後縁19までの距離L3に対する前縁18から最も凸の部分14aまでの距離L4の比X(=L4/L3)が1/2から3/4の範囲となる位置にある。その他の構成は実施形態1と同じである。尚、図8の構成は、翼13の前縁18近傍の構成が図3に示された構成に基づいているが、図2又は図5のような翼13の前縁18近傍の構成に基づいて実施形態2を構成してもよい。
As shown in FIG. 8, the most
次に、本開示の実施形態2に係る二相流タービン1の動作を図8に基づいて説明する。尚、実施形態1の動作と実施形態2の動作とでは、動翼10(図1参照)における気液二相流の流れのみが異なるため、以下の説明では、動翼10における気液二相流の流れについてのみ説明する。
Next, the operation of the two-
ノズル20(図1参照)において気相の加速が液相の加速に比べて大きく、気相の流速が液相の流速に比べて大きくなるので、動翼10から見た気相の相対流速の流れ角θ1に比べて液相の相対流速の流れ角度θ2が大きくなる。二相流タービン1(図1参照)の動力の気相及び液相それぞれの動力バランスは後者の方が大きいので、液相の損失が小さくなるようにするためには、前縁18における液相の流れ102のインシデンスが小さくなるように翼13を設計することが好ましい。このような設計をすると、気相の流れ101の負圧面15に対するインシデンスが大きくなる。
In the nozzle 20 (see FIG. 1), the acceleration of the gas phase is larger than the acceleration of the liquid phase, and the flow velocity of the gas phase is larger than the flow velocity of the liquid phase. Therefore, the relative flow velocity of the gas phase as seen from the moving
これに対し、実施形態2では、負圧面15において前縁18から後縁19に向かって延びるように負圧面側凸状湾曲部60が形成されているので、気相の流れ101は、前縁18を通り越した後、前縁18から後縁19に向かって負圧面15(負圧面側凸状湾曲部60)に滑らかに接するようになるので、インシデンスによる気相の損失が低減されて、二相流タービン1の効率を向上することができる。
On the other hand, in the second embodiment, since the negative pressure surface side convex
一方、気液二相流100中の液相の流れ102は流路40において、気液二相流100の方向のまま直線状に流れて、やがて翼13の圧力面14に到達する。液相が圧力面14に衝突するときの圧力面14に対する液相の入射角θが大きいほど、液相の圧力面14に対する衝突による損失が大きくなる。実施形態2では、圧力面14のうち回転方向D1に向かって最も凸の部分14aは、チップ端16において前縁18から後縁19までの距離L3に対する前縁18から最も凸の最も凸の部分14aまでの距離L4の比X(=L4/L3)が1/2から3/4の範囲となる位置にあるので、最も凸の部分14aがより前縁18側に位置する場合(X<1/2の場合)に比べて、圧力面14に対する液相の流れ102の入射角θが小さくなる。その結果、液相の圧力面14に対する衝突による損失が低減されて、二相流タービン1の効率を向上することができる。
On the other hand, the
(実施形態3)
次に、実施形態3に係る二相流タービンの動翼について説明する。実施形態3に係る二相流タービンの動翼は、実施形態1又は2に対して、翼13の圧力面の構成を限定したものである。以下では、実施形態1の構成に対して翼13の圧力面の構成を限定した構成で実施形態3を説明するが、実施形態2の構成に対して翼13の圧力面の構成を限定した構成で実施形態3を構成してもよい。尚、実施形態3において、実施形態1の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、実施形態3で参照する図10は翼13の形状を半径外側から見た図である。
(Embodiment 3)
Next, the moving blades of the two-phase flow turbine according to the third embodiment will be described. The moving blade of the two-phase flow turbine according to the third embodiment has a limited configuration of the pressure surface of the
図10に示されるように、翼13のハブ端17は、圧力面14側において翼13の回転方向D1に向かって凹状に湾曲した圧力面側凹状湾曲部70を含んでいる。圧力面側凹状湾曲部70は、前縁18から後縁19に向かって延びている。圧力面側凹状湾曲部70のうち回転方向D1に向かって最も凹の部分70aを通る回転方向D1において、翼13の翼厚をwとするとともに、回転方向D1に隣り合う各翼13の圧力面14及び負圧面15のピッチ間の距離をLとすると、(w/L)≧1/3であり、好ましくは1/3≦(w/L)≦2/3である。
As shown in FIG. 10, the hub end 17 of the
図11に示されるように、図10における圧力面側凹状湾曲部70を横切るともに回転軸中心Oに対して垂直な断面において、翼13の圧力面14は、チップ端16とハブ端17との間で負圧面15に向かって回転方向D1に向かって凸状に湾曲している。その他の構成は実施形態1と同じである。
As shown in FIG. 11, in a cross section that crosses the concave
次に、本開示の実施形態3に係る二相流タービン1の動作を説明する。尚、実施形態1の動作と実施形態3の動作とでは、動翼10(図1参照)における気液二相流の流れのみが異なるため、以下の説明では、動翼10における気液二相流の流れについてのみ説明する。
Next, the operation of the two-
図12(a)に示されるように、ハブ端17が図10における圧力面側凹状湾曲部70を含まない場合、回転軸12に垂直な断面において動翼10に流入した気液二相流中の液相の流れ102の一部は、圧力面14ではなく、ディスク11の外周面11a(動翼10のハブ面)に到達し付着する。ディスク11の外周面11aに到達した液相103は、外周面11aに周方向の力を与えながら圧力面14に向かって移動するが、その液相103の流れの境界層が次第に厚くなり、境界層はやがてディスク11と共に旋回するようになる。そうすると、気液二相流の旋回速度に比べて液相103の旋回速度が速くなり、翼13から液相103の流れの境界層に回転動力が与えられることになるので、気液二相流が翼13に回転動力を与えるタービンにおいては逆に、翼13から液相103の流れる回転動力を与えられるようになり、損失が生じることになる。
As shown in FIG. 12A, when the
これに対し、実施形態3では、図12(b)に示されるように、回転軸12に垂直な断面において翼13のハブ端17は、圧力面14側において図10における回転方向D1に向かって凹状に湾曲した圧力面側凹状湾曲部70を含んでいるので、圧力面側凹状湾曲部70を含む部分では、圧力面14の範囲がディスク11の外周面11a近傍で周方向に拡大する。すなわち、ディスク11の外周面11aが露出している範囲が縮小する。そうすると、ディスク11の外周面11aに到達する液相が減少し、翼13の圧力面14に到達する液相が増加するようになるので、翼13に与えられる回転方向の動力を増加させて、二相流タービンの効率を向上することができる。
On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 12B, the hub end 17 of the
実施形態3では、図11に示されるように、図10における圧力面側凹状湾曲部70を横切るともに回転軸12(図2等参照)に対して垂直な断面において、翼13の圧力面14は、チップ端16とハブ端17との間で回転方向D1に向かって凸状に湾曲している。図11において破線BLで示されるように圧力面14が回転方向D1に向かって凸状に湾曲していないと、隣の翼との間に形成される流路40(図1参照)の流路幅が減少してしまう。したがって、圧力面14が回転方向D1に向かって凸状に湾曲していることにより、流路40の流路幅の減少を可能な限り抑えながら、翼13の圧力面14に到達する液相を増加させて、二相流タービンの効率を向上することができる。
In the third embodiment, as shown in FIG. 11, the
実施形態3では、図11に示されるように、図10における圧力面側凹状湾曲部70は回転軸12に垂直な断面において隣り合う翼13間で、ディスク11の外周面11aに接しているが、この形態に限定するものではない。図13に示されるように、チップ端16とハブ端17との間で回転方向D1に向かって凸状に湾曲する圧力面14がディスク11の外周面11aに沿って隣の翼13の負圧面15まで延びていてもよい。すなわち、隣り合う翼13のハブ端17は互いに接続していてもよい。また、隣り合う翼13のハブ端17は互いに接続する部分は、翼13の前縁18から後縁19までの間の全体でもよいし、前縁18と後縁19との間の一部分であってもよい。隣り合う翼13のハブ端17が互いに接続していない部分では、翼13を加工する際に途中でエンドミル300を交換する必要があるが、隣り合う翼13のハブ端17が互いに接続している部分では、翼13を加工する際に途中でエンドミル300を交換する必要がない。隣り合う翼13のハブ端17を互いに接続させることにより、翼13の形成作業中のエンドミル300の交換頻度を低下することができるので、翼13の加工性を向上することができる。翼13の前縁18から後縁19までの間の全体で隣り合う翼13のハブ端17が互いに接続していれば、翼13の形成作業中にエンドミル300を交換する必要がなくなり、翼13の加工性をさらに向上することができる。
In the third embodiment, as shown in FIG. 11, the pressure surface side concave
(実施形態4)
次に、実施形態4に係る二相流タービンの動翼について説明する。実施形態4に係る二相流タービンの動翼は、実施形態1〜3のそれぞれに対して、子午面における翼13の前縁18の構成を限定したものである。以下では、実施形態1の図5に示される構成に対して翼13の前縁18の構成を限定した構成で実施形態4を説明するが、実施形態1の図2、図4又は図4aのいずれかに示される構成若しくは実施形態2の構成に対して翼13の前縁18の構成を限定した構成で実施形態4を構成してもよい。尚、実施形態4において、実施形態1の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 4)
Next, the moving blades of the two-phase flow turbine according to the fourth embodiment will be described. The moving blades of the two-phase flow turbine according to the fourth embodiment are limited to the configuration of the
図14に示されるように、翼13の前縁18は、翼13のチップ端16とハブ端17との間で後縁19側に向かって凹んだ第1凹部80を含んでいる。また、実施形態4では必須の構成要件ではないが、後縁19は、翼13のチップ端16とハブ端17との間で前縁18側に向かって凹んだ第2凹部90を含んでもよい。その他の構成は実施形態1と同じである。
As shown in FIG. 14, the
実施形態1では、図5に示すように、流出する気液二相流100の方向に垂直な噴出口20aを有するノズル20を使用するために、翼13の前縁18を傾斜させていた。これに対し、実施形態4では、第1凹部80を、ノズル20の噴出口20aの外形に対応した形状にすることにより、ノズル20の一部を第1凹部80内に挿入するようにしてノズル20を配置することができるので、前縁18の傾斜角度にかかわらず、流出する気液二相流100の方向に垂直な噴出口20aを有するノズル20を使用することができる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 5, the
また、後縁19に第2凹部90を設けることにより、翼13の圧力面14上を流れる液相の少なくとも一部が第2凹部90を横切って動翼10から流出するようになる。そうすると、第2凹部90が形成されていない場合に比べて、圧力面14上を流れる距離が短くなった液相が増加するので、圧力面14に対する液相の抵抗が小さくなり、二相流タービン1(図1参照)の効率を向上することができる。
Further, by providing the
実施形態1〜4では、冷凍機の冷凍サイクルにおいて膨張弁の代わりとして設けられる衝動式タービンを例にして二相流タービン1を説明してきたが、これに限定するものではない。二相流タービン1は、有機ランキンサイクル用のタービンや地熱用等の蒸気タービン等であってもよく、各種プラントの高圧液体又は気液二相流体から低圧に流れを膨張させて動力を得るタービンであれば、用途に限定はない。
In the first to fourth embodiments, the two-
実施形態1〜4では、厳密な定義なく「二相流」という用語を使用していたが、本開示における二相流は、1種類の物質が液相及び気相の二相になっているものに限定されるものではなく、例えば水の中に空気中の成分等が溶け込んでいる場合のような複数の液体及び気体から構成される物質であって、ある条件で気相の状態と液相の状態とが平衡している流れを意味する。 In the first to fourth embodiments, the term "two-phase flow" has been used without a strict definition, but in the two-phase flow in the present disclosure, one kind of substance has two phases, a liquid phase and a gas phase. It is not limited to a substance, but is a substance composed of a plurality of liquids and gases such as when a component in the air is dissolved in water, and the gas phase state and the liquid under certain conditions. It means a flow in which the phase state is in equilibrium.
実施形態1〜4で説明した構成は、ノズルの噴出口からの液相の流れが気相中に高速で放出され、その液相の流れの周辺に気相が存在するような、例えばペルトン水車の形態の液体から動力を得るタービンにも適用できる。 In the configuration described in the first to fourth embodiments, for example, a Pelton turbine in which the flow of the liquid phase from the ejection port of the nozzle is discharged into the gas phase at a high speed and the gas phase exists around the flow of the liquid phase. It can also be applied to turbines powered by liquids of the form.
1 二相流タービン
10 動翼
11 ディスク
11a (ディスクの)外周面
12 回転軸
13 翼
14 圧力面
14a (圧力面の)最も凸の部分
15 負圧面
16 チップ端
17 ハブ端
17a 湾曲縁部
18 前縁
18a (前縁の)チップ側端部
18b (前縁の)ハブ側端部
18c (前縁の)中間部
18d (前縁の)第1部分
18e (前縁の)第2部分
19 後縁
20 ノズル
20a 噴出口
20b 流入口
20c (ノズルの流入口から噴出口までの間の)位置
21 流路
40 流路
50 シュラウド部
50a (シュラウド部の)入口端
50b (シュラウド部の)出口端
50c (シュラウド部の)内周面
51 湾曲内周面部
52 下流側内周面
60 負圧面側凸状湾曲部
70 圧力面側凹状湾曲部
70a (圧力面側凹状湾曲部の)最も凹の部分
80 第1凹部
90 第2凹部
100 気液二相流
101 気相の流れ
102 液相の流れ
CaL キャンバーライン
O 回転軸中心
R 回転軸の回転方向
R1 翼の回転方向
α ノズルの中心線と回転軸とがなすノズルの傾斜角度
1 Two-
11a Outer surface 12 (of disk) Rotating
Claims (10)
回転可能に設けられた回転軸と、
前記回転軸に固定された円盤状のディスクと、
前記回転軸を中心として周方向に互いに間隔をあけるようにして、前記ディスクの外周面のハブに設けられた複数の翼と、
前記複数の翼のそれぞれのチップ端に対向するシュラウド部と
を備え、
前記シュラウド部は、前記回転軸の回転軸中心から前記シュラウド部の内周面の半径が前記シュラウド部の入口端から出口端に向かって減少するように構成されているともに、前記複数の翼のそれぞれは、前記回転軸中心から前記翼のチップ端の半径が前記翼の前縁から前記翼の後縁に向かって減少するように構成されている、二相流タービンの動翼。 The blades of a two-phase flow turbine driven by a gas-liquid two-phase flow of fluid.
Rotatably provided rotating shaft and
A disc-shaped disc fixed to the rotating shaft and
A plurality of blades provided on the hub on the outer peripheral surface of the disc so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction about the rotation axis.
A shroud portion facing each tip end of the plurality of blades is provided.
The shroud portion is configured such that the radius of the inner peripheral surface of the shroud portion decreases from the center of the rotation axis of the rotation shaft toward the outlet end to the outlet end of the shroud portion, and the plurality of blades. Each is a two-phase flow turbine drive blade configured such that the radius of the tip end of the blade decreases from the center of the rotation axis toward the trailing edge of the blade.
前記翼のチップ端側の端部であるチップ側端部から、前記ハブ端側の端部であるハブ側端部と前記チップ側端部との間の中間部まで直線状に延びるとともに前記チップ側端部が前記中間部よりも前記回転軸の軸方向において前記後縁側に位置するように構成された第1部分と、
前記中間部から前記ハブ側端部まで、前記回転軸の軸方向に対して垂直な方向に沿って直線状に延びるように構成された第2部分と
を含む、請求項1に記載の二相流タービンの動翼。 The front edge
The tip extends linearly from the tip-side end, which is the tip-end-side end of the blade, to the intermediate portion between the hub-side end, which is the hub-end-side end, and the tip-side end. A first portion configured so that the side end portion is located closer to the trailing edge side in the axial direction of the rotation axis than the intermediate portion.
The two-phase according to claim 1, further comprising a second portion configured to extend linearly from the intermediate portion to the hub-side end along a direction perpendicular to the axial direction of the rotating shaft. Flow turbine blades.
前記翼のハブ端を半径方向外側から見た場合に前記ハブ端は、前記圧力面側において前記翼の回転方向に対して凹状に湾曲した圧力面側凹状湾曲部を含み、該圧力面側凹状湾曲部は、前記翼の前縁から前記翼の後縁に向かって延び、
前記圧力面側凹状湾曲部のうち最も突出した部分を通る前記周方向において、前記翼の翼厚をwとするとともに、前記周方向に隣り合う各翼の前記圧力面及び前記負圧面のピッチ間の距離をLとすると、(w/L)≧1/3である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の二相流タービンの動翼。 The wing includes a pressure plane and a negative pressure plane,
When the hub end of the blade is viewed from the outside in the radial direction, the hub end includes a concave curved portion on the pressure surface side that is concavely curved with respect to the rotation direction of the blade on the pressure surface side, and is concave on the pressure surface side. The curved portion extends from the front edge of the wing toward the trailing edge of the wing.
In the circumferential direction passing through the most protruding portion of the concave curved portion on the pressure surface side, the blade thickness of the blade is w, and between the pitches of the pressure surface and the negative pressure surface of each blade adjacent to the peripheral direction. The rotor blade of the two-phase flow turbine according to any one of claims 1 to 5, wherein (w / L) ≥ 1/3, where L is the distance between the two.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019119347A JP2021004585A (en) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | Rotor blade for two-phase flow turbine and two-phase flow turbine including the rotor blade |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019119347A JP2021004585A (en) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | Rotor blade for two-phase flow turbine and two-phase flow turbine including the rotor blade |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021004585A true JP2021004585A (en) | 2021-01-14 |
Family
ID=74097558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019119347A Pending JP2021004585A (en) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | Rotor blade for two-phase flow turbine and two-phase flow turbine including the rotor blade |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021004585A (en) |
-
2019
- 2019-06-27 JP JP2019119347A patent/JP2021004585A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4923073B2 (en) | Transonic wing | |
JP4288051B2 (en) | Mixed flow turbine and mixed flow turbine blade | |
WO2012053024A1 (en) | Transonic blade | |
US8764380B2 (en) | Rotor blade | |
WO2014102981A1 (en) | Radial turbine rotor blade | |
JP4484396B2 (en) | Turbine blade | |
JP5906319B2 (en) | gas turbine | |
CA2975177C (en) | Device for controlling the flow in a turbomachine, turbomachine and method | |
JP6295009B2 (en) | Turbine blade and variable capacity turbine | |
JP2021004585A (en) | Rotor blade for two-phase flow turbine and two-phase flow turbine including the rotor blade | |
JP4184565B2 (en) | Steam turbine nozzle and steam turbine using the steam turbine nozzle | |
EP3418497B1 (en) | Steam turbine rotor blade, steam turbine, and method for manufacturing steam turbine rotor blade | |
WO2019102231A1 (en) | A flow assembly for an axial turbomachine | |
JPH10318117A (en) | Impeller of fluid machine | |
JPH10331791A (en) | Vane for axial flow compressor and axial flow compressor using the vane | |
JPH11229805A (en) | Turbine blade and steam turbine | |
WO2021010338A1 (en) | Impeller and centrifugal compressor using same | |
JPH11173104A (en) | Turbine rotor blade | |
JP2000104501A (en) | Turbine moving blade, gas turbine and steam turbine | |
JP2021004584A (en) | Rotor blade for two-phase flow turbine and two-phase flow turbine including the rotor blade | |
JP6577400B2 (en) | Turbine blade | |
JP2003269109A (en) | Steam turbine | |
JPH1030544A (en) | Fluid machine | |
JP2012036783A (en) | Radial turbine impeller | |
KR101902693B1 (en) | Turbine apparatus |