JP6776154B2 - ラジアルタービン、ラジアルタービンの排気部材 - Google Patents

Description

本発明は、ラジアルタービン、ラジアルタービンの排気部材に関するものである。

ターボチャージャに用いられるラジアルタービン（遠心タービン）または軸流タービン、高炉用の軸流ブロワ等の回転機械は、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられたロータと、ロータの外周部に設けられた翼と、を備えている。このような回転機械には、外部から送り込まれた作動流体によって、翼を有したロータが回転するものがある。また、翼を有したロータを外部から伝達される動力によって回転させることで、作動流体を送り出すものもある。

ところで、このような回転機械においては、性能の観点で、翼を経た作動流体の流速を効率良く圧力に変換することが望まれる。
そこで、例えば特許文献１に開示されているように、作動流体の排気流路に、流路断面積が漸次拡大する拡径流路（ディフューザ）を備える構成が多用されている。このような拡径流路を設けることで、圧縮された作動流体の圧力を漸次低下させ、例えば大気圧中に排気することができる。

特許第５０４０１５６号公報

ところで、例えば、図１１に示すように、ターボチャージャに用いられるラジアルタービン１の場合、作動流体は、ケーシング２の外周側から羽根車３に沿って流れて向きを変え、羽根車３の内周側から中心軸方向に沿って排出される。この場合、羽根車３の中央部３ｃの下流側においては、羽根車３の内周側から中心軸方向に沿って流れ出る作動流体の一部が剥離し、剥離渦を形成する。この剥離渦を生成する領域Ｓ１は、実質的に作動流体が流れる流路として機能しない。このため、その下流側で剥離渦が生成される領域の影響を受ける拡径流路４では、圧力回復の効率が損なわれる場合がある。

また、図１２に示すように、軸流ブロワ５等の場合、ケーシング６と、ケーシング６内に設けられたロータ７との間を流れる作動流体が、動翼８Ａや静翼８Ｂの下流側で剥離する場合がある。例えば、静翼８Ｂの下流側で、ロータ７の表面に沿って流れる作動流体に剥離が生じた場合、剥離が生じた領域Ｓ２は、実質的に作動流体が流れる流路として機能しない。このため、その下流側で剥離が生じる領域Ｓ２の影響を受ける拡径流路９では、圧力回復の効率が損なわれる場合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、流路内で剥離が生じる領域を低減し、拡径流路における圧力回復の効率を高めることができるラジアルタービン、ラジアルタービンの排気部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のラジアルタービン、ラジアルタービンの排気部材は以下の手段を採用する。
本発明に係るラジアルタービンは、中心軸回りに回転可能に設けられたロータと、前記ロータの外周部に固定された回転翼と、前記ロータおよび前記回転翼の外周側に設けられ、その内側に作動流体の流路を形成するケーシングと、前記回転翼よりも前記作動流体の流れ方向の下流側に設けられ、下流側に向かって前記作動流体の流路断面積が漸次縮小する縮小流路部と、前記縮小流路部の下流側に設けられ、下流側に向かって前記作動流体の流路断面積が漸次拡大する拡大流路部と、を備え、前記縮小流路部の前記流れ方向における長さは、前記回転翼の出口幅よりも小さくされ、前記縮小流路部による前記流路の縮径量は、前記回転翼の前記出口幅よりも小さくされていることを特徴とする。

本発明に係るラジアルタービンによれば、回転翼よりも作動流体の流れ方向の下流側に縮小流路部が設けられることで、作動流体の流路が狭まる。これによって、流路が狭まった部分においては、作動流体が実質的に流れる領域に対し、回転翼の下流側で剥離が生じ得る領域が相対的に減少する。このようにして流路内で作動流体の剥離が生じる領域を低減することができる。このような縮小流路部を経た後に、拡大流路部にて作動流体の流路断面積を漸次拡大させることで、作動流体の圧力回復の効率を高めることができる。

上記ラジアルタービンにおいて、前記ロータ及び前記回転翼よりも下流側に向かって延び、前記作動流体を下流側に排出する排出部をさらに備え、前記縮小流路部および前記拡大流路部は、前記排出部において前記ロータの前記流れ方向下流側の端部よりも下流側に形成されているとさらに好適である。

このようなラジアルタービンによれば、ロータの下流側の端部では、その下流側で作動流体の剥離が生じやすい。このような構成において、ロータの下流側の端部よりも下流側に縮小流路部を設けることで、作動流体の剥離が生じる領域を、効果的に低減することができる。

本発明の参考例に係る回転機械において、ケーシングおよびロータは、回転翼よりも流れ方向の下流側に向かって延び、縮小流路部は、回転翼よりも下流側で、ケーシングおよびロータの少なくとも一方に形成されているとさらに好適である。

このような回転機械によれば、ケーシングおよびロータが、回転翼よりも下流側に連続して延びている構成において、作動流体の剥離が生じる領域を、効果的に低減することができる。

本発明の参考例に係る回転機械において、回転翼よりも下流側に設けられ、ケーシングから内周側に向かって延びる静翼をさらに備え、縮小流路部は、流れ方向において静翼が設けられている領域に形成されているとさらに好適である。

このような回転機械によれば、回転翼の下流側に設けられた静翼の部分において、作動流体の剥離が生じる領域を低減することができる。

本発明の参考例に係る回転機械において、回転翼よりも上流側に設けられ、ケーシングから内周側に向かって延びる静翼をさらに備え、縮小流路部は、回転翼よりも作動流体の流れ方向の下流側に設けられているとさらに好適である。

このような回転機械によれば、回転翼の下流側に設けられた部分において、作動流体の剥離が生じる領域を低減することができる。

本発明に係るラジアルタービンの排気部材は、中心軸回りに回転可能に設けられたロータ、前記ロータの外周部に固定された回転翼、および前記回転翼の外周側に設けられ、その内側に作動流体の流路を形成するケーシングを備えたラジアルタービンの排気部材であって、前記ロータ及び前記回転翼よりも下流側に向かって延びるよう設けられ、前記作動流体を下流側に排出する排気流路を形成する筒状の排気部材本体と、前記排気部材本体の内周面に形成され、前記作動流体の流れ方向の下流側に向かって前記作動流体の流路断面積が漸次縮小する縮小流路部と、前記排気部材本体の内周面の前記縮小流路部よりも下流側に形成され、下流側に向かって前記作動流体の流路断面積が漸次拡大する拡大流路部と、を備え、前記縮小流路部の前記流れ方向における長さは、前記回転翼の出口幅よりも小さくされ、前記縮小流路部による前記流路の縮径量は、前記回転翼の前記出口幅よりも小さくされていることを特徴とする。

本発明に係るラジアルタービンの排気部材によれば、このような排気部材を設けることで、回転翼よりも作動流体の流れ方向の下流側に縮小流路部が設けられることになる。これにより、流路内で作動流体の剥離が生じる領域を低減することができる。

本発明に係るラジアルタービン、ラジアルタービンの排気部材によれば、流路内で剥離が生じる領域を低減し、拡径流路における圧力回復の効率を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係るターボチャージャに用いられるラジアルタービンの構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るターボチャージャに用いられるラジアルタービンにおける流路面積を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係るターボチャージャに用いられるラジアルタービンの構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係るターボチャージャに用いられるラジアルタービンにおける流路面積を示す図である。 本発明の第１参考実施形態に係る軸流ブロワの構成を示す断面図である。 本発明の第２参考実施形態に係る軸流ブロワの構成を示す断面図である。 本発明の第２参考実施形態の変形例に係る軸流ブロワの構成を示す断面図である。 本発明の第３参考実施形態に係る軸流タービンの構成を示す断面図である。 本発明の実施例における流速分布を示す図である。 本発明の比較例における流速分布を示す図である。 従来のターボチャージャに用いられるラジアルタービンの構成を示す断面図である。 従来の軸流ブロワの構成を示す断面図である。

以下に、本発明に係るラジアルタービン、ラジアルタービンの排気部材の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、ターボチャージャに用いられるラジアルタービン（回転機械）１０Ａは、ケーシング１１と、ロータ１２と、回転翼１３と、を備えている。

ケーシング１１は、ラジアルタービン１０Ａの外殻を形成する。ケーシング１１は、中空でその内部にロータ１２を収容するロータハウジング１１Ｒと、回転翼１３の外周側を囲うように設けられた排気部材（排出部、排気部材本体）１５Ａなどを備えている。
また、ケーシング１１には、内燃機関の排気ガス等の作動流体を径方向外側から取り入れる図示しない吸気口を有する吸気ケーシングや、静止翼１１ａが接続される。

ロータ１２は、ケーシング１１内に、図示しない軸受を介して中心軸Ｃ回りに回転自在に支持された回転軸１２ｓと、回転軸１２ｓの中心軸Ｃ方向の一方の端部に設けられたディスク部１４とを備えている。

ディスク部１４は、中心軸Ｃを含む中央部に形成されたボア部１４ｂと、ボア部１４ｂの外周側に、中心軸Ｃ方向の一方側を向いて形成された偏向面１４ｆと、を備えている。偏向面１４ｆは、中心軸Ｃ方向の一方側から他方側に向かって外径が漸次拡大する凹状湾曲面によって形成され、径方向外側の吸気口１１ａから径方向内側に向かって取り入れた作動流体の流れ方向を中心軸Ｃ方向に偏向させる。

回転翼１３は、ディスク部１４の偏向面１４ｆに、中心軸Ｃ回りの周方向に間隔を空けて複数が設けられている。

上記ケーシング１１は、複数の回転翼１３を、中心軸Ｃ方向の一方側から覆うように設けられたシュラウド部１８を備えている。

排気部材１５Ａは、シュラウド部１８に連続して、回転翼１３よりも作動流体の流れ方向の下流側、すなわち中心軸Ｃ方向一方の側に設けられている。この排気部材１５Ａは、筒状で、その内側に、ディスク部１４の内周側（ボア部１４ｂの外周側）から中心軸Ｃ方向一方の側（下流側）に向かって流れる作動流体の排気流路１０２を形成する。

この排気部材１５Ａは、その内周面１５ｆに、縮小流路部１６と、縮小流路部１６の下流側に設けられた拡大流路部１７と、を備えている。これら縮小流路部１６および拡大流路部１７は、排気部材１５Ａにおいてロータ１２の流れ方向下流側に位置するボア部１４ｂの端面（端部）１４ｇよりも下流側に形成されている。
縮小流路部１６は、下流側に向かってその内径が漸次縮小することで、作動流体の流路断面積が漸次縮小するよう形成されている。拡大流路部１７は、縮小流路部１６の下流側に連続して形成され、下流側に向かってその内径が漸次拡大することで、作動流体の流路断面積が漸次拡大するよう形成されている。

上記したようなラジアルタービン１０Ａにおいては、吸気口１１ａから取り入れた作動流体は、ディスク部１４の偏向面１４ｆとシュラウド部１８との間の流路１０１に径方向外側から内側に向かって流れ込む。この流路１０１に流れ込んだ作動流体が回転翼１３に衝突することによって、ロータ１２が中心軸回りに回転し、ロータ１２の他方の端部に連結された圧縮機（図示無し）等を駆動する。作動流体は、ディスク部１４の内周側（ボア部１４ｂの外周側）から中心軸Ｃ方向一方の側（下流側）に向かって流出し、排気部材１５Ａの内側の排気流路１０２を通って外部に排出される。

ここで、排気部材１５Ａ内において、ディスク部１４の偏向面１４ｆに沿って流れてきた作動流体の一部は、ディスク部１４のボア部１４ｂの端面１４ｇの下流側で剥離して渦を生成する。これにより、ボア部１４ｂの端面１４ｇの下流側には、剥離渦が生成される領域Ｓ２１が形成される。一方、排気部材１５Ａ内において、中心軸Ｃ方向に沿って下流側に流れる作動流体は、内周面１５ｆに形成された縮小流路部１６に沿うことで、径方向内側に偏向される。縮小流路部１６を経た作動流体は、拡大流路部１７において、その流路断面積が漸次拡大することで、流速が低下し、排気部材１５Ａの出口から、外部の例えば大気圧に開放される。

このようにして、縮小流路部１６を備えることで、排気部材１５Ａ内の排気流路１０２の中央部に形成された、剥離渦が生成される領域Ｓ２１は、径方向寸法が小さくなり、この領域Ｓ２１の外周側で作動流体が下流側に流れる領域Ｓ２２の断面積（以下、これを有効流路面積と称する）が相対的に大きくなる。
図２は、排気部材１５Ａの流路面積Ｍ１と、剥離渦が生成される領域Ｓ２１を除いた作動流体が流れる領域Ｓ２２の有効流路面積Ｍ２と、縮小流路部１６を備えない場合（図１１に示した構成）において剥離渦が生成される領域Ｓ２１を除いた作動流体が流れる領域の有効流路面積Ｍ０と、を示すものである。この図２に示すように、縮小流路部１６を備えることで、作動流体が流れる領域Ｓ２２の有効流路面積Ｍ２が大きくなる。

上述したようなラジアルタービン１０Ａおよび排気部材１５Ａによれば、回転翼１３よりも作動流体の流れ方向の下流側に縮小流路部１６が設けられることで、作動流体の流路１０２が狭まる。これによって、流路が狭まった部分においては、作動流体が実質的に流れる領域Ｓ２２に対し、回転翼１３の下流側で剥離が生じ得る領域Ｓ２１が相対的に減少することとなる。このようにして流路内で作動流体の剥離が生じる領域Ｓ２１を低減することができる。このような縮小流路部１６を経た後に、拡大流路部１７にて作動流体の流路断面積を漸次拡大させることで、作動流体の圧力回復の効率を高めることができる。

また、ディスク部１４のボア部１４ｂの下流側の端面１４ｇの下流側に縮小流路部１６を設けることで、作動流体の剥離が生じる領域Ｓ２１を、効果的に低減することができる。

〔第１実施形態の変形例〕
図３に示すように、ターボチャージャに用いられるラジアルタービン（回転機械）１０Ｂの排気部材（排出部、排気部材本体）１５Ｂは、ケーシング１１のシュラウド部１８に連続して、回転翼１３よりも作動流体の流れ方向の下流側、すなわち中心軸Ｃ方向一方の側に設けられている。この排気部材１５Ｂは、筒状で、その内側を、ディスク部１４の内周側（ボア部１４ｂの外周側）から下流側に向かって流れる作動流体の排気流路１０２を形成する。

この排気部材１５Ｂは、その内周面１５ｆに、上流側から下流側に向かって、ストレート流路部２０と、第一拡大流路部２１と、縮小流路部２２と、縮小流路部２２の下流側に設けられた第二拡大流路部２３と、を備えている。これら第一拡大流路部２１、縮小流路部２２および第二拡大流路部２３は、排気部材１５Ｂにおいてロータ１２の流れ方向下流側に位置するボア部１４ｂの端面１４ｇよりも下流側に形成されている。

ストレート流路部２０は、中心軸Ｃ方向において、一定の内径を有している。
第一拡大流路部２１は、下流側に向かってその内径が漸次拡大することで、作動流体の流路断面積が漸次拡大するよう形成されている。

縮小流路部２２は、下流側に向かってその内径が漸次縮小することで、作動流体の流路断面積が漸次縮小するよう形成されている。第二拡大流路部２３は、縮小流路部２２の下流側に連続して形成され、下流側に向かってその内径が漸次拡大することで、作動流体の流路断面積が漸次拡大するよう形成されている。

図４は、排気部材１５Ｂの流路面積Ｍ１１と、剥離渦が生成される領域Ｓ２１を除いた作動流体が流れる領域Ｓ２２の有効流路面積Ｍ１２と、縮小流路部２２を備えない場合（図１１に示した構成）において剥離渦が生成される領域Ｓ２１を除いた作動流体が流れる領域の有効流路面積Ｍ０と、を示すものである。この図４に示すように、縮小流路部２２を備えることで、作動流体が流れる領域Ｓ２２の有効流路面積Ｍ１２が大きくなる。

このような排気部材１５Ｂにおいても、上記第１実施形態の排気部材１５Ａと同様、縮小流路部２２が設けられることで、回転翼１３の下流側で剥離が生じ得る領域Ｓ２１を低減し、作動流体が実質的に流れる領域Ｓ２２の有交流路断面積を増加させることができる。このような縮小流路部２２を経た後に、第二拡大流路部２３にて作動流体の流路断面積を漸次拡大させることで、作動流体の圧力回復の効率を高めることができる。

〔第１参考実施形態〕
次に、本発明の参考例に係る回転機械、回転機械の排気部材の第１参考実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、軸流ブロワ（回転機械）１０Ｃは、ケーシング３１Ｃと、回転軸（ロータ）３２と、動翼（回転翼）３３と、静翼３４と、を備えている。

ケーシング３１Ｃは、中心軸Ｃ方向に沿って延びる筒状をなしている。
回転軸３２は、ケーシング３１Ｃの内側で、図示しない軸受によって中心軸Ｃ回りに回転可能に支持されている。この回転軸３２は、図示しないタービン等によって中心軸Ｃ回りに回転駆動される。
これらケーシング３１Ｃの内周面と回転軸３２の外周面との間の断面環状の領域に、作動流体の流路１０３が形成される。

動翼３３は、回転軸３２の外周部に、中心軸Ｃ回りの周方向に間隔を空けて複数が設けられている。各動翼３３は、回転軸３２の外周面から径方向外側に延びるように形成されている。
静翼３４は、中心軸Ｃ方向において、動翼３３の下流側に配置されている。静翼３４は、ケーシング３１Ｃの内側に、中心軸Ｃ回りの周方向に間隔を空けて複数が設けられている。各静翼３４は、ケーシング３１Ｃから内周側に向かって延びるように形成されている。

上記ケーシング３１Ｃおよび回転軸３２は、これらの動翼３３および静翼３４よりも流れ方向の下流側に向かって延びている。ケーシング３１Ｃにおいて、動翼３３および静翼３４よりも下流側には、縮小流路部３６Ｃと、拡大流路部３７とが形成されている。
これら縮小流路部３６Ｃ、拡大流路部３７は、ケーシング３１Ｃの内周面３１ｆに形成されている。縮小流路部３６Ｃは、下流側に向かってケーシング３１Ｃの内径が縮小することで、作動流体の流路断面積が漸次縮小している。ここで、図５に示すように、縮小流路部３６Ｃは、流れ方向において静翼３４が設けられている領域に形成されていてもよい。
拡大流路部３７は、縮小流路部３６Ｃの下流側に設けられ、下流側に向かってケーシング３１Ｃの内径が漸次拡大することで、作動流体の流路断面積が漸次拡大している。

上述したような軸流ブロワ１０Ｃによれば、動翼３３、静翼３４を経た作動流体は、その流れ方向の下流側に縮小流路部３６Ｃが設けられることで、作動流体の流路が狭まる。これによって、流路が狭まった部分においては、ケーシング３１Ｃと回転軸３２との間の流路１０３において、作動流体が実質的に流れる領域Ｓ２２の断面積が、相対的に大きくなる。これによって、動翼３３の下流側で剥離が生じ得る領域Ｓ２１が相対的に減少する。このような縮小流路部３６Ｃを経た後に、拡大流路部３７にて作動流体の流路断面積を漸次拡大させることで、作動流体の圧力回復の効率を高めることができる。

〔第２参考実施形態〕
次に、本発明の参考例に係る回転機械、回転機械の排気部材の第２参考実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１参考実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
図６に示すように、軸流ブロワ（回転機械）１０Ｄは、ケーシング３１Ｄと、回転軸（ロータ）３２Ｄと、動翼３３と、静翼３４と、を備えている。

ケーシング３１Ｄは、中心軸Ｃ方向に沿って延びる筒状をなしている。
回転軸３２Ｄは、ケーシング３１Ｄの内側で、図示しない軸受によって中心軸Ｃ回りに回転可能に支持されている。この回転軸３２Ｄは、図示しないタービン等によって中心軸Ｃ回りに回転駆動される。
これらケーシング３１Ｄの内周面と回転軸３２Ｄの外周面との間の断面環状の領域に、作動流体の流路１０３が形成される。

動翼３３は、回転軸３２Ｄの外周部に、中心軸Ｃ回りの周方向に間隔を空けて複数が設けられている。各動翼３３は、回転軸３２Ｄの外周面から径方向外側に延びるように形成されている。
静翼３４は、中心軸Ｃ方向において、動翼３３の下流側に配置されている。静翼３４は、ケーシング３１Ｄの内側に、中心軸Ｃ回りの周方向に間隔を空けて複数が設けられている。各静翼３４は、ケーシング３１Ｄから内周側に向かって延びるように形成されている。

上記ケーシング３１Ｄおよび回転軸３２Ｄは、これらの動翼３３および静翼３４よりも流れ方向の下流側に向かって延びている。回転軸３２Ｄの外周面には、動翼３３および静翼３４よりも下流側に、縮小流路部３６Ｄが形成されている。また、ケーシング３１Ｄの内周面には、縮小流路部３６Ｄよりも下流側に、拡大流路部３７が形成されている。

縮小流路部３６Ｄは、下流側に向かって回転軸３２Ｄの外径が拡大することで、作動流体の流路断面積が漸次縮小している。ここで、図６に示すように、縮小流路部３６Ｄは、流れ方向において静翼３４が設けられている領域に形成されている。
拡大流路部３７は、縮小流路部３６Ｄの下流側に設けられ、下流側に向かってケーシング３１Ｄの内径が漸次拡大することで、作動流体の流路断面積が漸次拡大している。

上述したような軸流ブロワ１０Ｄによれば、動翼３３、静翼３４を経た作動流体は、その流れ方向の下流側に縮小流路部３６Ｄが設けられることで、作動流体の流路が狭まる。これによって、流路が狭まった部分においては、ケーシング３１Ｄと回転軸３２Ｄとの間の流路１０３において、作動流体が実質的に流れる領域Ｓ３２の断面積が、相対的に大きくなる。これによって、動翼３３の下流側で剥離が生じ得る領域Ｓ３１が相対的に減少する。このような縮小流路部３６Ｄを経た後に、拡大流路部３７にて作動流体の流路断面積を漸次拡大させることで、作動流体の圧力回復の効率を高めることができる。

（第２参考実施形態の変形例）
なお、上記第２参考実施形態において、縮小流路部３６Ｄを、流れ方向において静翼３４が設けられている領域に設けるようにしたが、これに限らない。
例えば、図７に示すように、軸流ブロワ（回転機械）１０Ｅの回転軸（ロータ）３２Ｅに形成された縮小流路部３６Ｅを、静翼３４よりも下流側に設けても良い。

〔第３参考実施形態〕
次に、本発明に係る回転機械、回転機械の排気部材の第３参考実施形態について説明する。
図８に示すように、軸流タービン（回転機械）１０Ｆは、タービンハウジング４１と、ロータ４２と、静翼４３と、動翼（回転翼）４４と、排気ケーシング（ケーシング）４５と、を備えている。

タービンハウジング４１は、中心軸Ｃ方向に沿って延びる筒状をなしている。
静翼４３は、タービンハウジング４１の内側に、中心軸Ｃ回りの周方向に間隔を空けて複数が設けられている。各静翼４３は、タービンハウジング４１から内周側に向かって延びるように形成されている。

ロータ４２は、図示しない軸受によって中心軸Ｃ回りに回転可能に支持されている。
動翼４４は、ロータ４２の外周部に、中心軸Ｃ回りの周方向に間隔を空けて複数が設けられている。各動翼４４は、ロータ４２の外周面から径方向外側に延びるように形成されている。動翼４４は、中心軸Ｃ方向において、静翼４３の下流側に配置されている。

排気ケーシング４５は、タービンハウジング４１の下流側に接続されている。排気ケーシング４５は、動翼４４の径方向外側に位置する外周ケーシング部４５ａと、外周ケーシング部４５ａに対して径方向内側に間隔をあけて設けられた内周ケーシング部４５ｂと、を備えている。内周ケーシング部４５ｂは、中心軸Ｃ方向に沿って延びる筒状をなし、ロータ４２の回転軸４２ｓの外周側に設けられている。これら排気ケーシング４５の外周ケーシング部の内周面と内周ケーシング部４５ｂの外周面との間の断面環状の領域に、作動流体の排気流路１０４が形成される。

上記排気ケーシング４５は、これらの静翼４３および動翼４４よりも流れ方向の下流側に向かって延びている。内周ケーシング部４５ｂの外周面には、静翼４３および動翼４４よりも下流側に、縮小流路部４６が形成されている。また、タービンハウジング４１の内周面には、縮小流路部４６よりも下流側に、拡大流路部４７が形成されている。

縮小流路部４６は、下流側に向かって内周ケーシング部４５ｂの外径が拡大することで、作動流体の流路断面積が漸次縮小している。
拡大流路部４７は、縮小流路部４６の下流側に設けられ、下流側に向かって外周ケーシング部４５ａの内径および内周ケーシング部４５ｂの外径が漸次拡大することで、作動流体の流路断面積が漸次拡大している。

上述したような軸流タービン１０Ｆによれば、静翼４３、動翼４４を経た作動流体は、その流れ方向の下流側に縮小流路部４６が設けられることで、作動流体の流路が狭まる。これによって、動翼４４の下流側で剥離が生じ得る領域が相対的に減少する。このような縮小流路部４６を経た後に、拡大流路部４７にて作動流体の流路断面積を漸次拡大させることで、作動流体の圧力回復の効率を高めることができる。

なお、上記実施形態又は参考実施形態において、ラジアルタービン１０Ａ、１０Ｂと、軸流ブロワ１０Ｃ、１０Ｄ、軸流タービン１０Ｆを例示したが、本発明の参考例は、例えば斜流式タービン等、上記した以外の回転機械に適用可能である。また、ラジアルタービン１０Ａ、１０Ｂ、軸流ブロワ１０Ｃ、１０Ｄ、軸流タービン１０Ｆは、各部の構成を、上記実施形態およびその変形例で示した構成と異ならせても良い。
また、縮小流路部は、回転翼よりも作動流体の流れ方向の下流側に設けられるのであれば、縮小流路部を形成する凸形状はケーシング側、ロータ側のどちら側に設けてもよく、ケーシング側とロータ側の双方に凸形状を設けてもよい。
さらに、ケーシングは、単一部品で構成しても良いし、複数部品を組み合わせることで構成しても良い。

上記第１実施形態で示したような構成について、効果を確認したので、以下に、その結果を示す。
実施例としては、Ｌ字状の排気部材を用いた。この排気部材は、下流側に向かってその内径が漸次拡大する拡大流路部の上流側に、縮小流路部を備えている。
比較例として、拡径流路部の上流側に、下流側に向かってその内径が漸次縮小する縮小流路部を備えていない排気部材を用いた。

上記の実施例および比較例について、コンピュータ解析により、排気部材の内部における流速分布を求めた。
その結果を、図９および図１０に示す。

図９に示すように、縮小流路部を有した実施例においては、図１０に示す比較例と比較すると、縮小流路部において、流路中央部の流速が低い部分が縮小している。したがって、流路内で剥離が生じる領域を低減し、その下流側の拡大流路部において圧力回復の効率が高まる。

１０Ａ、１０Ｂ ラジアルタービン（回転機械）
１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ 軸流ブロワ（回転機械）
１０Ｆ 軸流タービン（回転機械）
１１ ケーシング
１２ ロータ
１３ 回転翼
１４ｇ 端面（端部）
１５Ａ、１５Ｂ 排気部材（排出部、排気部材本体）
１５ｆ 内周面
１６、２２、３６Ｃ、３６Ｄ、３６Ｅ 縮小流路部
１７、３７ 拡大流路部
２３ 第二拡大流路部（拡大流路部）
３１Ｃ、３１Ｄ ケーシング
３１ｆ 内周面
３２、３２Ｄ、３２Ｅ 回転軸（ロータ）
３３ 動翼（回転翼）
３４ 静翼
４２ ロータ
４３ 静翼
４４ 動翼（回転翼）
４５ 排気ケーシング（ケーシング）
Ｃ 中心軸

Claims (3)

1. 中心軸回りに回転可能に設けられたロータと、
   前記ロータの外周部に固定された回転翼と、
   前記ロータおよび前記回転翼の外周側に設けられ、その内側に作動流体の流路を形成するケーシングと、
   前記回転翼よりも前記作動流体の流れ方向の下流側に設けられ、下流側に向かって前記作動流体の流路断面積が漸次縮小する縮小流路部と、
   前記縮小流路部の下流側に設けられ、下流側に向かって前記作動流体の流路断面積が漸次拡大する拡大流路部と、
   を備え、
   前記縮小流路部の前記流れ方向における長さは、前記回転翼の出口幅よりも小さくされ、
   前記縮小流路部による前記流路の縮径量は、前記回転翼の前記出口幅よりも小さくされていることを特徴とするラジアルタービン。
2. 前記ロータ及び前記回転翼よりも下流側に向かって延び、前記作動流体を下流側に排出する排出部をさらに備え、
   前記縮小流路部および前記拡大流路部は、前記排出部において前記ロータの前記流れ方向下流側の端部よりも下流側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のラジアルタービン。
3. 中心軸回りに回転可能に設けられたロータ、前記ロータの外周部に固定された回転翼、および前記回転翼の外周側に設けられ、その内側に作動流体の流路を形成するケーシングを備えたラジアルタービンの排気部材であって、
   前記ロータ及び前記回転翼よりも下流側に向かって延びるよう設けられ、前記作動流体を下流側に排出する排気流路を形成する筒状の排気部材本体と、
   前記排気部材本体の内周面に形成され、前記作動流体の流れ方向の下流側に向かって前記作動流体の流路断面積が漸次縮小する縮小流路部と、
   前記排気部材本体の内周面の前記縮小流路部よりも下流側に形成され、下流側に向かって前記作動流体の流路断面積が漸次拡大する拡大流路部と、
   を備え、
   前記縮小流路部の前記流れ方向における長さは、前記回転翼の出口幅よりも小さくされ、
   前記縮小流路部による前記流路の縮径量は、前記回転翼の前記出口幅よりも小さくされていることを特徴とするラジアルタービンの排気部材。

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