JP6605041B2 - ベンド管及びこれを備える流体機械 - Google Patents

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Description

本開示はベンド管及びこれを備える流体機械に関する。
例えばタービンや圧縮機等の流体機械における入口配管や出口配管には、機器のレイアウト上、流体が流れる向きを変更するためのベンド管が含まれることがある。
図26に示すように、ベンド管に流体が流れると、遠心力の作用によって曲がり方向外側(曲率外径側)への偏流が生じるとともに、曲がり方向内側(曲率内径側)で剥離が生じることがある。このような剥離が生じると、圧力損失が生じてシステムの効率が低下するとともに、下流側に設けられた機器に偏った流れが流入することで、その機器の効率を低下させる要因ともなる。
特許文献1では、ベンド管の曲がり部(ベンド管部)の出口において曲がり方向外側への偏流が生じることに着目し、図27Aに示すように、ベンド管の曲がり部への入口管部(上部ドラフト)と曲がり部との接続線を曲がり方向外側に向かって偏心させることが示されている。これにより、曲がり部の曲がり方向外側の流れを減速させて、速度分布の均一化を図っている。
特開2006−307740号公報
特許文献1に記載のベンド管の場合、ベンド管の曲がり方向外側での流れを減速する効果はあるものの、曲がり方向内側では図27Bに示すように、曲がり部の入口付近から境界層が厚く発達し、曲がり部の途中で剥離(逆流)の発生に至りやすい。すなわち、特許文献1に記載のベンド管では、曲がり方向内側の領域における剥離の発生を抑制する効果が限定的である。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、曲がり方向における内側の領域での剥離の発生を抑制可能なベンド管及びこれを備える流体機械を提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るベンド管は、流体を流体機械に供給するための又は流体機械から排出するためのベンド管であって、直線状の入口管部と、前記入口管部の下流端に接続し、前記流体の流れ方向を変更するよう構成されたベンド管部と、前記ベンド管部の下流端に接続する直線状の出口管部と、を備え、前記入口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線L、前記出口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線M、前記直線Mに直交する平面と前記直線Mに直交する平面とのなす交線に平行な方向を方向Iと定義し、前記方向Iから視たときに、前記直線Mに対して前記入口管部が存在する側を手前側、前記直線Mに対して前記入口管部が存在しない側を奥側と定義すると、前記ベンド管部における曲がり方向外側の側面は、前記直線Mより奥側において、下流側に向かうにつれて前記直線Mとの距離が小さくなるように傾斜する外側傾斜面を含む。
上記(1)に記載ベンド管によれば、曲がり管部を通過後の流れの方向が、下流側に向かうにつれてベンド管の曲がり方向内側に進むように、直線Mに対して傾斜する。この結果、上記のように傾斜した方向に進む流れによって、ベンド管の曲がり方向内側の領域で発生する剥離流れを速やかに内側に再付着させて該剥離流れの発達を抑制するか、又は、該剥離流れの発生自体を抑制することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載のベンド管において、前記方向Iから視たときに、前記直線Mに平行な直線に対して前記外側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α1は10°以上である。
上記(2)に記載のベンド管によれば、直線Mに対する曲がり管部を通過後の流れの方向の傾きをある程度大きくすることができるため、ベンド管の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を高い実効性をもって抑制することができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)に記載のベンド管において、前記ベンド管部の管軸中心線は、前記直線Mから前記奥側に離れた奥側偏心部を有する。
上記(3)に記載のベンド管によれば、直線Mに対する曲がり管部を通過後の流れの方向の傾きを大きくしやすくなるため、ベンド管の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を抑制することができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)に記載のベンド管において、前記奥側偏心部のうち前記直線Mから前記奥側に最も離れた箇所と前記直線Mとの距離δ1と、前記出口管部の直径Deとは、δ1≧0.1Deを満たす。
上記(4)に記載のベンド管によれば、直線Mに対する曲がり管部を通過後の流れの方向の傾きをある程度大きくすることができるため、ベンド管の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を高い実効性をもって抑制することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れか1項に記載のベンド管において、前記ベンド管部の少なくとも一部の区間における流路断面積は、前記入口管部の流路断面積A1よりも大きく、前記出口管部の流路断面積A3よりもよりも大きい。
管路内における流体の圧力損失は流体の速度の2乗に比例して大きくなる。このため、特に大きな圧力損失が生じやすいベンド管部では、流路断面積を拡大して流速を下げることが圧力損失低減の観点から望ましい。
この点、上記(5)のように、ベンド管部4の少なくとも一部の区間における流路断面積を入口管部の流路断面積A1及び出口管部の流路断面積A3の各々よりも大きくすることにより、ベンド管部の上記少なくとも一部の区間において、流速が低下して流体にかかる遠心力が低減される。このため、ベンド管の曲がり方向内側での剥離を抑制することができる。
また、ベンド管部の少なくとも一部の区間において遠心力が低下する結果、出口管部において曲がり方向外側への流れの偏りが低減されるとともに、遠心力の作用に伴う二次流れの発生も抑制される。この結果、出口管部及びその下流側において流れの旋回を抑制し、流れを一様化することができる。このため、ベンド管の下流側に設置される機器の効率低下を抑制することができる。
また、入口管部から予め旋回成分を有する流れが流入する場合においても、ベンド管部で流路断面積を拡大する結果、旋回成分が低減され、流れの一様化及び圧力損失の低減を図ることができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れか1項に記載のベンド管において、前記ベンド管部は、少なくとも一部の区間において、前記方向Iに直交する方向における流路幅の中心よりも曲がり方向内側に重心が位置する断面を含む。
一般に、ベンド管部では、流れが曲がり方向外側に偏流しやすく、このことが圧力損失の原因となっている。そこで、上記(6)のように、方向Iに直交する方向における流路幅の中心よりも曲がり方向内側に重心が位置する断面をベンド管部が含むことにより、ベンド管部のうち上記中心よりも曲がり方向外側の領域に流体がながれにくくなり、逆に、上記中心より曲がり方向内側の領域に流体が流れやすくなる。この結果、剥離が低減し、ベンド管部における圧力損失を低減することができる。また、遠心力の影響が強い曲がり方向外側の領域で流量が減少するとともに、壁面の傾斜によって二次流れの発達が抑制される。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れか1項に記載のベンド管において、前記ベンド管部は、少なくとも一部の区間において、前記方向Iと直交する方向Jにおける流路幅が前記方向Iにおける流路幅よりも小さい扁平形状を有する。
上記(7)に記載のベンド管によれば、ベンド管部の流路幅のうち方向Jにおける流路幅を方向Iにおける流路幅よりも小さくすることで、遠心力の影響を小さくすることができる。これにより、ベンド管の曲がり方向外側の領域への偏流を抑制するとともに、二次流れの発生を抑制することができる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(7)に記載のベンド管において、前記扁平形状は、楕円形、長方形、又は長方形の4隅にRをつけた形状である。
上記(8)に記載のベンド管によれば、上記(7)に記載の効果を簡素な形状のベンド管によって得ることができる。
ところで、上記(1)に記載のベンド管のように、ベンド管部の曲がり方向外側の側面が上記外側傾斜面を有している場合、ベンド管部を通過した流れが曲がり方向内側へ導かれる結果、内側の領域で剥離を抑制することができる。一方、本発明者の知見によれば、内側へ向かう流れの一部が内側の側面に当たることで、その流れの一部が逆流し、上流側に局所的な剥離を誘発する可能性がある。
(9)そこで、幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(8)の何れか1項に記載のベンド管において、前記ベンド管部における曲がり方向内側の側面は、前記外側傾斜面よりも下流側に、下流側に向かうにつれて前記直線Mとの距離が小さくなるように傾斜する内側傾斜面を含む。
かかる構成によれば、ベンド管部から出口管部への流れの一部が内側傾斜面に沿うように湾曲し、上述したような部分的な逆流や局所的な剥離を抑制することができる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(9)の何れか1項に記載のベンド管において、前記方向Iから視たときに、前記直線Mに平行な直線に対して前記外側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α1と、前記直線Mに平行な直線に対して前記内側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α2とは、α1≧α2を満たす。
上記(10)に記載のベンド管によれば、ベンド管における曲がり方向内側の広範囲の領域に亘って、剥離を効果的に抑制することができる。
(11)幾つかの実施形態では、上記(9)又は(10)に記載のベンド管において、前記ベンド管部の管軸中心線は、前記直線Mから前記奥側に離れた奥側偏心部と、前記奥側偏心部より下流側にて前記直線Mから前記手前側に離れた手前側偏心部と、を有する。
上記(10)に記載のベンド管によれば、上記(3)に記載の効果に加えて、ベンド管部から出口管部への流れの一部が内側傾斜面に沿うように湾曲し、上述したような部分的な逆流や局所的な剥離を抑制することができる。
(12)幾つかの実施形態では、上記(11)に記載のベンド管において、前記奥側偏心部のうち前記直線Mから前記奥側に最も離れた箇所と前記直線Mとの距離δ1と、前記手前側偏心部のうち前記直線Mから前記手前側に最も離れた箇所と前記直線Mとの距離δ2とは、δ1≧δ2を満たす。
上記(12)に記載のベンド管によれば、ベンド管における曲がり方向内側の広範囲の領域に亘って、剥離を効果的に抑制することができる。
(13)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(11)の何れか1項に記載のベンド管において、前記ベンド管部の少なくとも一部の区間において、前記ベンド管部の各断面における流路幅が最大となる頂点位置は、下流側に向かうにつれて前記ベンド管部の管軸中心線回りにシフトする。
上記(13)に記載のベンド管によれば、入口管部から流入する流れが予め旋回成分を有する場合であっても、ベンド管の曲がり方向内側の領域における剥離の発生を効果的に抑制することができる。
(14)本発明の少なくとも一実施形態に係る流体機械は、羽根車と、前記羽根車を覆うケーシングと、前記ケーシングの上流側に接続し、前記羽根車に流体を導くための入口配管と、前記ケーシングの下流側に接続し、前記羽根車を通過した流体を排出するための出口配管と、を備え、前記入口配管又は前記出口配管が上記(1)乃至(13)の何れか1項に記載のベンド管である。
上記(14)に記載の流体機械によれば、上記(1)乃至(13)の何れか1項に記載のベンド管を備えているため、ベンド管の曲がり方向内側の領域における剥離の発達又は発生を抑制することができる。これにより、流体機械の効率を向上することができる。
(15)幾つかの実施形態では、上記(14)に記載の流体機械であって、前記流体機械は、タービン、軸流圧縮機又は遠心圧縮機である。
上記(15)に記載の流体機械によれば、上記(1)乃至(13)の何れか1項に記載のベンド管を備えているため、ベンド管の曲がり方向内側の領域における剥離の発達又は発生を抑制することができる。これにより、タービン効率又は圧縮機効率を向上することができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、曲がり方向における内側の領域での剥離の発生を抑制可能なベンド管及びこれを備える流体機械が提供される。
一実施形態に係るベンド管100の概略斜視図である。 一実施形態に係るベンド管100(100A)を方向Iから視たベンド管100の形状の一例を示す概略図である。 方向Iから視たベンド管100の形状の一例を示す概略図である。 方向Iから視たベンド管100の形状の一例を示す概略図である。 剥離流れの発達又は発生を抑制する効果を説明するための図である。 図3に示したベンド管100の管軸方向位置mと流路断面積Aとの関係を示す図である。 遠心力に起因する二次流れを説明するための模式図である。 内側傾斜面16を有しない構成ついて、部分的な逆流が発生する様子を示す図である。 内側傾斜面16を有する構成について、逆流の発生が抑制された様子を示す図である。 図4に示したベンド管100の管軸方向位置mと流路断面積Aとの関係を示す図である。 図2〜図4に示したベンド管部4の流路断面形状の一例を示す図である。 図2〜図4に示したベンド管部4の流路断面形状の一例を示す図である。 図2〜図4に示したベンド管部4の流路断面形状の一例を示す図である。 図2〜図4に示したベンド管部4の流路断面形状の一例を示す図である。 図2〜図4に示したベンド管部4の流路断面形状の一例を示す図である。 一実施形態に係るベンド管100について、方向Iから見たベンド管100の形状を示す図である。 図16に示した流れ方向における複数の位置(管軸方向位置)でのベンド管部4の断面S1〜S5の一例を示す図である。 図16に示した流れ方向における複数の位置(管軸方向位置)でのベンド管部4の断面S1〜S5の一例を示す図である。 ベンド管100の上流側から視た、ベンド管100における剥離流れKが生じる領域を示す正面図である。 方向Iから視た、ベンド管100における剥離流れKが生じる領域を示す上面図である。 ベンド管100の下流側から視た、ベンド管100における剥離流れKが生じる領域を示す側面図である。 一実施形態に係るタービン20の概略構成を示す図である。 一実施形態に係るタービン20の概略構成を示す図である。 一実施形態に係る軸流圧縮機30の概略構成を示す図である。 一実施形態に係る軸流圧縮機30の概略構成を示す図である。 一実施形態に係る遠心圧縮機40の概略構成を示す図である。 一実施形態に係る遠心圧縮機40の概略構成を示す図である。 従来構成における課題を説明するための図である。 従来構成における、ベンド管の上部ドラフトと曲がり部との接続線の偏心方向を説明するための図である。 従来構成における課題を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」「一致」等の相対的な配置関係を表す表現は、厳密にそのような相対的配置関係を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は、一実施形態に係るベンド管100の概略斜視図である。ベンド管100は、流体を後述の流体機械に供給するための又は流体機械から排出するためのベンド管である。ベンド管100を流れる流体は、流体機械でエネルギー変換に用いられるエネルギー媒体であり、例えば高圧の気体又は流体である。
図1に示すように、ベンド管100は、直線状の入口管部2と、入口管部2の下流端2aに接続し、流体の流れ方向を変更するよう構成されたベンド管部4と、ベンド管部4の下流端4aに接続する直線状の出口管部6と、を備える。
ここで、図1に示すように、入口管部2の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線L、出口管部6の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線M、直線Lに直交する平面と直線Mに直交する平面とのなす交線Nに平行な方向を方向Iと定義する。なお、直線Lと直線Mが同一平面上にある場合には、方向Iは、直線Lと直線Mを含む平面に直交する方向である。
図2は、一実施形態に係るベンド管100(100A)について、方向Iから視たベンド管100の形状を示す概略図である。図3は、一実施形態に係るベンド管100(100B)について、方向Iから視たベンド管100の形状を示す概略図である。図4は、一実施形態に係るベンド管100(100C)について、方向Iから視たベンド管100の形状を示す概略図である。
幾つかの実施形態では、図2〜図4に示すように方向Iからベンド管100を視たときに、直線Mに対して入口管部2が存在する側を手前側、直線Mに対して入口管部2が存在しない側を奥側と定義すると、ベンド管部4における曲がり方向外側(曲率外径側)の側面4Aは、直線Mより奥側において、下流側に向かうにつれて直線Mとの距離d1が小さくなるように傾斜する外側傾斜面8を含む。
かかる構成によれば、図5に例示するように、曲がり管部4を通過後の流れの方向Eが、下流側に向かうにつれてベンド管100の曲がり方向内側に進むように、直線Mに対して傾斜する。この結果、上記方向Eに向かって進む流れによって、ベンド管100の曲がり方向内側の領域で発生する剥離流れKを速やかに内側に再付着させて剥離流れの発達を抑制するか、又は、剥離流れKの発生自体を抑制することができる。なお、図5では、図2に示すベンド管形状を例に剥離流れの抑制効果を説明したが、図3及び図4に示すベンド管形状においても外側傾斜面8を有することにより同様の効果を奏する。
幾つかの実施形態では、図2〜図4に示すように、方向Iから視たときに、直線Mに平行な直線に対して外側傾斜面8がなす傾斜角度の最大値α1は10°以上である。これにより、上述した直線Mに対する曲がり管部4を通過後の流れの方向Eの傾きをある程度大きくすることができるため、ベンド管100の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を高い実効性をもって抑制することができる。
幾つかの実施形態では、図2〜図4に示すように、ベンド管部4の管軸中心線Hは、直線Mから奥側に離れた奥側偏心部Hrを有する。これにより、上述した直線Mに対する曲がり管部4を通過後の流れの方向Eの傾きを大きくしやすくなるため、ベンド管100の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を抑制することができる。
幾つかの実施形態では、図2〜図4に示すように、奥側偏心部Hrのうち直線Mから奥側に最も離れた箇所Pと直線Mとの距離δ1と、出口管部6の直径Deとは、δ1≧0.1Deを満たす。これにより、上述した直線Mに対する曲がり管部4を通過後の流れの方向Eの傾きをある程度大きくすることができるため、ベンド管100の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を高い実効性をもって抑制することができる。
一実施形態では、例えば図2及び図4に示すように、ベンド管部4における曲がり方向内側の側面4Bは、下流側に向かうにつれて直線Mとの距離d2が小さくなる傾斜面12と、該傾斜面12の下流側に設けられ下流側に向かうにつれて直線Mとの距離d2が大きくなる傾斜面10とを含んでいても良い。
一実施形態では、例えば図3に示すように、ベンド管部4における曲がり方向内側の側面4Bは、下流側に向かうにつれて直線Mとの距離d2が小さくなる傾斜面12と、該傾斜面12の下流側に設けられ流れ方向位置によらず距離d2が一定の非傾斜面14と、を含んでいてもよい。
図6は、図3に示したベンド管100における管軸方向位置mと流路断面積Aとの関係を示す図である。
一実施形態では、図6に示すように、ベンド管部4の少なくとも一部の区間における流路断面積は、入口管部2の流路断面積A1及び出口管部6の流路断面積A3の各々よりも大きくてもよい。
管路内における流体の圧力損失は流体の速度の2乗に比例して大きくなる。このため、特に大きな圧力損失が生じやすいベンド管部4では、流路断面積を拡大して流速を下げることが圧力損失低減の観点から望ましい。
この点、上記のように、ベンド管部4の少なくとも一部の区間における流路断面積を入口管部2の流路断面積A1及び出口管部6の流路断面積A3の各々よりも大きくすることにより、ベンド管部4の上記少なくとも一部の区間において、流速が低下して流体にかかる遠心力が低減される。このため、ベンド管100の曲がり方向内側での剥離を抑制することができる。
また、ベンド管部4の少なくとも一部の区間において遠心力が低下する結果、出口管部6において曲がり方向外側への流れの偏りが低減されるとともに、遠心力の作用に伴う二次流れ(図7参照)の発生も抑制される。この結果、出口管部6及びその下流側において流れの旋回を抑制し、流れを一様化することができる。このため、ベンド管100の下流側に設置される機器の効率低下を抑制することができる。
また、入口管部2から予め旋回成分を有する流れが流入する場合においても、ベンド管部4で流路断面積を拡大する結果、旋回成分が低減され、流れの一様化及び圧力損失の低減を図ることができる。
ところで、上述したように、ベンド管部4の曲がり方向外側の側面4Aが外側傾斜面8を有している場合、ベンド管部4を通過した流れが曲がり方向内側へ導かれる結果、内側の領域で剥離を抑制することができる。一方、本発明者の知見によれば、図8に示すように、内側へ向かう流れの一部が内側の側面に当たることで、その流れの一部が逆流し、上流側に局所的な剥離を誘発する可能性がある。
そこで、一実施形態では、図4に示すように、ベンド管部4における曲がり方向内側の側面4Bは、外側傾斜面8よりも下流側に、下流側に向かうにつれて直線Mとの距離d2が小さくなるように傾斜する内側傾斜面16を含んでいてもよい。図示した実施形態では、内側傾斜面16は、上述した傾斜面10の下流側に連続して形成されている。かかる構成によれば、図9に示すように、ベンド管部4から出口管部6への流れが内側傾斜面16に沿うように湾曲し、上述したような部分的な逆流や局所的な剥離を抑制することができる。
一実施形態では、図4において、直線Mに平行な直線に対して外側傾斜面8がなす傾斜角度の最大値α1と、直線Mに平行な直線に対して内側傾斜面16がなす傾斜角度の最大値α2とは、α1≧α2を満たしていてもよい。これにより、ベンド管100における曲がり方向内側の広範囲の領域に亘って、剥離を効果的に抑制することができる。
一実施形態では、図4に示すように、ベンド管部4の管軸中心線Hは、奥側偏心部Hrより下流側に、直線Mから手前側に離れた手前側偏心部Hfを有する。これにより、図9に示すように、ベンド管部4から出口管部6への流れが内側傾斜面16に沿うように湾曲し、上述したような部分的な逆流や局所的な剥離を抑制することができる。
一実施形態では、図4において、奥側偏心部Hrのうち直線Mから奥側に最も離れた箇所Pと直線Mとの距離δ1と、手前側偏心部Hfのうち直線Mから手前側に最も離れた箇所Qと直線Mとの距離δ2とは、δ1≧δ2を満たしていてもよい。これにより、ベンド管100における曲がり方向内側の広範囲の領域に亘って、剥離を効果的に抑制することができる。
図10は、図4に示したベンド管100の管軸方向位置mと流路断面積Aとの関係を示す図である。
図10に示す形態においても、ベンド管部4の少なくとも一部の区間における流路断面積は、入口管部2の流路断面積A1及び出口管部6の流路断面積A3の各々よりも大きくてなっている。また、図10に示す形態では、ベンド管部4の流路断面積は、ベンド管部4の流路断面積が最大値A2をとる管軸方向位置m2よりも下流側の管軸方向位置m4において極大値A4をとる。かかる構成によれば、ベンド管100における曲がり方向内側の広範囲の領域に亘って剥離を抑制し、圧力損失を低減することができる。
図11は、図2〜図4に示したベンド管部4の流路断面形状の一例を示す図である。図12は、図2〜図4に示したベンド管部4の流路断面形状の一例を示す図である。図13は、図2〜図4に示したベンド管部4の流路断面形状の一例を示す図である。図14は、図2〜図4に示したベンド管部4の流路断面形状の一例を示す図である。図15は、図2〜図4に示したベンド管部4の流路断面形状の一例を示す図である。
一実施形態では、図11に示すように、ベンド管部4の流路断面は円形形状であってもよい。
一実施形態では、図12に示すように、ベンド管部4は、少なくとも一部の区間において、方向Iに直交する方向Jにおける流路幅Wbの中心Oよりも曲がり方向内側に重心Gが位置する断面を含んでいてもよい。すなわち、ベンド管部4の少なくとも一部の区間の断面において、流路幅Wbの中心Oよりも曲がり方向外側の流路断面積A2outが該中心Oよりも曲がり方向内側の流路断面積A2inよりも小さくなっていてもよい。
一般に、ベンド管部では、流れが曲がり方向外側に偏流しやすく、このことが圧力損失の原因となっている。そこで、上記のように、流路幅Wbの中心Oよりも曲がり方向内側に重心Gが位置する断面をベンド管部4が含むことにより、ベンド管部4のうち中心Oよりも曲がり方向外側の領域に流体が流れにくくなり、逆に、中心Oより曲がり方向内側の領域に流体が流れやすくなる。この結果、剥離が低減し、ベンド管部4における圧力損失を低減することができる。また、遠心力の影響が強い曲がり方向外側の領域で流量が減少するとともに、壁面18の傾斜によって二次流れ(図7参照)の発達が抑制される。
幾つかの実施形態では、図13〜図15に示すように、ベンド管部4は、少なくとも一部の区間において、方向Iと直交する方向Jにおける流路幅Wbが方向Iにおける流路幅Waよりも小さい扁平形状を有していてもよい。扁平形状は、図13に示すように楕円形であってもよいし、図14に示すように長方形であってもよいし、図15に示すように長方形の4隅にRをつけた形状であってもよい。また、図示しないが、ひし形や台形などの多角形や、この多角形の隅部にRをつけた形状であってもよく、特に限定されない。
かかる構成によれば、方向Jにおける流路幅Wbを方向Iにおける流路幅Waよりも小さくすることで、遠心力の影響を小さくすることができる。これにより、曲がり方向外側の領域への偏流を抑制するとともに、二次流れの発生を抑制することができる。
図16は、一実施形態に係るベンド管100について、方向Iから見たベンド管100の形状を示す概略図である。図17は、図16に示した流れ方向における複数の位置(管軸方向位置)でのベンド管部4の断面S1〜S5の一例を示す図である。図18は、図16に示した流れ方向における複数の位置(管軸方向位置)でのベンド管部4の断面S1〜S5の一例を示す図である。なお、図17及び図18では、断面S1〜S5は、流れ方向下流側から視た断面である。
一実施形態では、図17に示すように、ベンド管部4の断面S1〜S5の各々における流路幅が最大となる頂点位置Vは、流れ方向における位置によらず一定であってもよい。これにより、簡素な形状で上述の外側傾斜面8を形成することができる。
ところで、入口管部2から流入する流れが予め旋回成分を有する場合、図19A〜図19Cに示すように、ベンド管100の曲がり方向内側で生じた剥離流れKは、流れの旋回方向Cに沿って捩じれた軌跡を描く。
このような場合、図18に示すように、ベンド管部4の少なくとも一部の区間において、ベンド管部4の各断面における流路幅が最大となる頂点位置Vは、下流側に向かうにつれて軸線回りに流れの旋回方向Cに沿ってシフトしていてもよい。これにより、入口管部2から流入する流れが予め旋回成分を有する場合であっても、ベンド管100の曲がり方向内側の領域における剥離の発生を効果的に抑制することができる。
なお、上述したベンド管100は、図20に示すように、流体機械としてのタービン20の入口配管22(吸気室)に適用されてもよい。すなわち、図20に示すように、羽根車24と、羽根車24を覆うタービンケーシング26と、タービンケーシング26の上流側に接続し、羽根車24に流体を導くための入口配管22とを備えるタービン20において、入口配管22がベンド管100であってもよい。
また、上述したベンド管100は、図21に示すように、流体機械としてのタービン20の出口配管28(排気室)に適用されてもよい。すなわち、図21に示すように、羽根車24と、羽根車24を覆うタービンケーシング26と、タービンケーシング26の下流側に接続し、羽根車24を通過した流体を排出するための出口配管28とを備えるタービン20において、出口配管28がベンド管100であってもよい。
また、上述したベンド管100は、図22に示すように、流体機械としての軸流圧縮機30の入口配管32(吸気室)に適用されてもよい。すなわち、図22に示すように、羽根車34と、羽根車34を覆う圧縮機ケーシング36と、圧縮機ケーシング36の上流側に接続し、羽根車34に流体を導くための入口配管32とを備える軸流圧縮機30において、入口配管32がベンド管100であってもよい。
また、上述したベンド管100は、図23に示すように、流体機械としての軸流圧縮機30の出口配管38(排気室)に適用されてもよい。すなわち、図23に示すように、羽根車34と、羽根車34を覆う圧縮機ケーシング36と、圧縮機ケーシング36の下流側に接続し、羽根車34を通過した流体を排出するための出口配管38とを備える軸流圧縮機30において、出口配管38がベンド管100であってもよい。
また、上述したベンド管100は、図24に示すように、流体機械としての遠心圧縮機40の入口配管42に適用してもよい。すなわち、図24に示すように、羽根車44と、羽根車44を覆う圧縮機ケーシング46と、圧縮機ケーシング46の上流側に接続し、羽根車44に流体を導くための入口配管42とを備える遠心圧縮機40において、入口配管42がベンド管100であってもよい。
また、上述したベンド管100は、図25に示すように、流体機械としての遠心圧縮機40の出口配管48(吐出スクロール)に適用してもよい。すなわち、図25に示すように、羽根車44と、羽根車44を覆う圧縮機ケーシング46(図24参照)と、圧縮機ケーシング46の下流側に接続し、羽根車44を通過した流体を排出するための出口配管48とを備える遠心圧縮機40において、出口配管48がベンド管100であってもよい。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
2 入口管部
2a 下流端
4 ベンド管部
4A 側面
4B 側面
4a 下流端
6 出口管部
8 外側傾斜面
10 傾斜面
12 傾斜面
14 非傾斜面
16 内側傾斜面
18 壁面
20 タービン
22 入口配管
24 羽根車
26 タービンケーシング
28 出口配管
30 軸流圧縮機
32 入口配管
34 羽根車
36 圧縮機ケーシング
38 出口配管
40 遠心圧縮機
42 入口配管
44 羽根車
46 圧縮機ケーシング
48 出口配管
100 ベンド管
A 流路断面積
A1 流路断面積
A2 最大値
A3 流路断面積
A2in 流路断面積
A2out 流路断面積
A4 極大値
C 旋回方向
De 直径
E 方向
G 重心
H 管軸中心線
Hf 手前側偏心部
Hr 奥側偏心部
I 方向
J 方向
K 剥離流れ
L 直線
M 直線
N 交線
O 中心
V 頂点位置
Wa 流路幅
Wb 流路幅
d1 距離
d2 距離
m 管軸方向位置
m2 管軸方向位置
m4 管軸方向位置

Claims (14)

  1. 流体を流体機械に供給するための又は流体機械から排出するためのベンド管であって、
    直線状の入口管部と、
    前記入口管部の下流端に接続し、前記流体の流れ方向を変更するよう構成されたベンド管部と、
    前記ベンド管部の下流端に接続する直線状の出口管部と、
    を備え、
    前記入口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線L、前記出口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線M、前記直線Lに直交する平面と前記直線Mに直交する平面とのなす交線に平行な方向を方向Iと定義し、
    前記方向Iから視たときに、前記直線Mに対して前記入口管部が存在する側を手前側、前記直線Mに対して前記入口管部が存在しない側を奥側と定義すると、
    前記ベンド管部における曲がり方向外側の側面は、前記直線Mより奥側において、下流側に向かうにつれて前記直線Mとの距離が小さくなるように傾斜する外側傾斜面を含み、
    前記ベンド管部における曲がり方向内側の側面は、前記外側傾斜面よりも下流側に、下流側に向かうにつれて前記直線Mとの距離が小さくなるように傾斜する内側傾斜面を含む、ベンド管。
  2. 流体機械でエネルギー変換に用いられるエネルギー媒体である流体を前記流体機械に供給するための又は前記流体機械から排出するためのベンド管であって、
    直線状の入口管部と、
    前記入口管部の下流端に接続し、前記流体の流れ方向を変更するよう構成されたベンド管部と、
    前記ベンド管部の下流端に接続する直線状の出口管部と、
    を備え、
    前記入口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線L、前記出口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線M、前記直線Lに直交する平面と前記直線Mに直交する平面とのなす交線に平行な方向を方向Iと定義し、
    前記方向Iから視たときに、前記直線Mに対して前記入口管部が存在する側を手前側、前記直線Mに対して前記入口管部が存在しない側を奥側と定義すると、
    前記ベンド管部における曲がり方向外側の側面は、前記直線Mより奥側において、下流側に向かうにつれて前記直線Mとの距離が小さくなるように傾斜する外側傾斜面を含み、
    前記ベンド管部は、少なくとも一部の区間において、前記方向Iに直交する方向における流路幅の中心よりも曲がり方向内側に重心が位置する断面を含む、ベンド管。
  3. 前記方向Iから視たときに、前記直線Mに平行な直線に対して前記外側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α1は10°以上である、請求項1又は2に記載のベンド管。
  4. 前記ベンド管部の管軸中心線は、前記直線Mから前記奥側に離れた奥側偏心部を有する、請求項1乃至3の何れか1項に記載のベンド管。
  5. 前記奥側偏心部のうち前記直線Mから前記奥側に最も離れた箇所と前記直線Mとの距離δ1と、前記出口管部の直径Deとは、δ1≧0.1Deを満たす、請求項4に記載のベンド管。
  6. 前記ベンド管部の少なくとも一部の区間における流路断面積は、前記入口管部の流路断面積A1よりも大きく、前記出口管部の流路断面積A3よりも大きい、請求項1乃至の何れか1項に記載のベンド管。
  7. 前記ベンド管部は、少なくとも一部の区間において、前記方向Iと直交する方向Jにおける流路幅が前記方向Iにおける流路幅よりも小さい扁平形状を有する、請求項1乃至6の何れか1項に記載のベンド管。
  8. 前記扁平形状は、楕円形、長方形、又は長方形の4隅にRをつけた形状である、請求項7に記載のベンド管。
  9. 前記方向Iから視たときに、前記直線Mに平行な直線に対して前記外側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α1と、前記直線Mに平行な直線に対して前記内側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α2とは、α1≧α2を満たす、請求項1に記載のベンド管。
  10. 前記ベンド管部の管軸中心線は、前記直線Mから前記奥側に離れた奥側偏心部と、前記奥側偏心部より下流側にて前記直線Mから前記手前側に離れた手前側偏心部と、を有する、請求項1又は9に記載のベンド管。
  11. 前記奥側偏心部のうち前記直線Mから前記奥側に最も離れた箇所と前記直線Mとの距離δ1と、前記手前側偏心部のうち前記直線Mから前記手前側に最も離れた箇所と前記直線Mとの距離δ2とは、δ1≧δ2を満たす、請求項10に記載のベンド管。
  12. 前記ベンド管部の少なくとも一部の区間において、前記ベンド管部の各断面における流路幅が最大となる頂点位置は、下流側に向かうにつれて前記ベンド管部の管軸中心線回りにシフトする、請求項1乃至11の何れか1項に記載のベンド管。
  13. 羽根車と、
    前記羽根車を覆うケーシングと、
    前記ケーシングの上流側に接続し、前記羽根車に流体を導くための入口配管と、
    前記ケーシングの下流側に接続し、前記羽根車を通過した流体を排出するための出口配管と、
    を備え、前記入口配管又は前記出口配管が請求項1乃至12の何れか1項に記載のベンド管である、流体機械。
  14. 前記流体機械は、タービン、軸流圧縮機又は遠心圧縮機である、請求項13に記載の流体機械。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109282105A (zh) * 2018-11-29 2019-01-29 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 附有导流板的球肘减振弯头
CN113290169B (zh) * 2021-04-19 2023-08-25 四川川交路桥有限责任公司 一种钢筋加工用弯拱装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2056782A (en) * 1934-08-22 1936-10-06 Carl H Crawford Conduit structure bend
US2837810A (en) * 1955-06-17 1958-06-10 Flexonics Corp Method of producing fittings
FR1278649A (fr) * 1960-10-27 1961-12-15 Coude pour canalisations
JPS59180090U (ja) * 1983-05-18 1984-12-01 積水化学工業株式会社 曲管
JPS61215890A (ja) * 1985-03-20 1986-09-25 堀井 清之 ベンド管
JPS6439426U (ja) * 1987-09-04 1989-03-09
AU4243497A (en) * 1996-10-07 1998-05-05 Fmc Corporation Low erosive wear elbow joint design
JP2002525525A (ja) * 1998-09-21 2002-08-13 ドン リム インダストリアル カンパニー,リミティド 高速粒子を含む流れのための耐磨耗性配管付属品
JP4311167B2 (ja) * 2003-11-11 2009-08-12 株式会社日立プラントテクノロジー 軸流型ポンプ
WO2005054737A1 (en) * 2003-11-29 2005-06-16 Swagelok Company Fluid conduit with improved flow
US6951354B1 (en) * 2003-12-22 2005-10-04 Pelletron Corporation Elbow fitting for pneumatic transport system
JP2006307740A (ja) 2005-04-28 2006-11-09 Toshiba Corp 水力機械の吸出し管および水力機械
CN100482996C (zh) 2005-12-29 2009-04-29 中国人民解放军总后勤部建筑工程研究所 一种输水软管及制造方法
DE102008019432A1 (de) * 2008-04-17 2009-10-29 Naber Holding Gmbh & Co. Kg Strömungsoptimierter Rohrbogen
CN102971465A (zh) * 2010-06-29 2013-03-13 沃尔沃建造设备有限公司 用于建筑机械驾驶室顶的防水垫圈

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