JPH08503284A - ターボ流体機械用うず巻形ケーシング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、流れ方向において上流側に設けられる（圧縮機）が又は下流側に設けられる（タービン）半径流又は斜流扁平環状空間を持つターボ流体機械用うず巻形ケーシングに関し、この扁平環状空間は軸線方向においてうず巻室の流れ断曲に対して非対称に設けられ、うず巻室の基礎円直径はほぼ一定である。うず巻き始め範囲Ｉ−IIに続く軛囲II−IIIは、特定の外径Ｄ_A＝Ｄ_Gに達するまで円形のうず巻室断面を持つている。この外径に達した後、うず巻室断面は軸線方向にのみ増大している。

Description

【発明の詳細な説明】 ターボ流体機械用うず巻形ケーシング 本発明は、圧縮機の円板状デイフユーザ又はタービンの入口環状空問にありか つうず巻室断面に対して非対称に設けられる半径流又は斜流扁平環状空間を持ち 、かつほぼ一定の基礎円直径Ｄ_zを持つ、ターボ流体機械用うず巻形ケーシング に関する。 米国特許第3380711号明細書から、セパレータ（図３参照）を上流側に設けら れる半径流タービンの入口うず巻室が公知である。ここではうず巻形ケーシング は、一定の内側半径又は基礎円半径を持ちかつ軸線方向に合わされる流れ断面で は一定の外側半径を持つうず巻室のみを形成している。うず巻き始め範囲におけ る円形断面への移行部における外側半径の減少について、ここには示されていな い。 ECK，Bruno：″Ventilatoren″，Springer-Verlag Berlin，Heidelberg u.a， 5.Aufl.，1992，S.211，224の図１から公知の従来技術では、うず巻室は長方形 又は円形の断面を持つように構成され、圧縮機ではうず巻き始めに達するとデイ フユーザヘ移行し、このデイフユーザが大抵の場合円錐状デイフユーザとして構 成されている。この場合基礎円半径ｒ_zは大抵の場合ほぼ一定で、うず巻室に設 けられる扁平環状空間の外側半径ｒ_sに等しい。その際うず巻き始めの範囲に最 適な流れ状態が生ずる。円形断面では、高い圧力においてうず巻室が円筒状外側 ケーシングにより包囲され、比較的大きい半径ｒ_{A max}のためこの外側ケーシン グが大きい内径を持たねばならない場合、この大きい半径ｒ_{A max}が特に構造費 を高くする。 扁平環状空間ｒ_sの所定の外側半径において大きい半径ｒ_{A max}を減少するため 、ECK，Bruno：″Ventilatoren″，Springer-Verlag Berlin，Heidelberg u.a.，5.Aufl.，1992，S.213の図２から公知の従来技術に よれば、うず巻室断面の増大につれて基礎円直径ｒ_zが内方へ移され（ｒ_z＜ｒ_s ）、外側半径ｒ_Aが一定に保たれる。 その際圧縮機では扁平環状空間の端部まで半径の増大につれて角運動量の法則 により減速される流れが、続いて小さい半径へ移行する際角運動量の法則により 再び加速されねはならないので、うず巻室内に不利な流れ状態が生ずる。 しかし内側輪郭の曲率半径ｒ_kにより形成される円の中心はもはや羽根車軸線 Ａ上になく、内側輪郭の湾曲はしばしば不連続な経過をとるので、角運動量の法 則とは異なるわかりにくい流れ状態がうず巻き始め範囲Ｚにも生ずる。 ECK，Bruno：″Ventilatoren″，Springer-Verlag Berlin，Heidelberg u.a. ，５．Aufl.，1992，S.214から公知の従来技術により一定の基礎円半径ｒ_z及び 周囲における一定の外側半径ｒ_Aを持つ軸線方回うず巻室では、その図３に従つ て、うず巻室断面の軸線方向長さＬを周方向に増大する容積流量に合わせること により、うず巻室の巻き付き角ψの大部分において角運動量の法則が実現される が、うず巻き始め範囲にはわかりにくい状態が生ずる。 本発明の課題は、最後にあげた従来技術の前述した欠点を回避し、僅かな構造 費で高い流れ効率を保証するという点ですぐれているうず巻形ケーシングを提供 することである。 この課題の解決は、請求項１にあげた特徴によつて行われる。縦属請求項２〜 ４には、装置の有利な構成が示されている。 本発明によりこれは、ほぼ一定の基礎円直径で、周方向にうず巻き始め範囲Ｉ −IIに続く範囲II−IIIにおいてうず巻室 断面がほぼ一定であり、特定の外径Ｄ_A＝Ｄ_Gに達した後軸線方向にのみ増大する ことによつて、達せられる。 非対称流入によりうず巻室に生ずる通路うずの形成に関する最適な状態は、半 径Ｒ_G＝（ｒ_G−ｒ_z）／２を持つ円面積が、うず巻室の引続く範囲で、軸線に対 して直角に２つの半円面積Ｒ_G ²・π／２に分削され、これらの半円面積の間に長 方形面積２Ｒ_G・Ｌが挿入され、巻き付き角ψの増大につれてこの長方形面積が 、一定の半円面積Ｒ_G・π／２及び一定の半径方向長さ２Ｒ_Gで、Ｌに関して軸線 方向に次弟に大きくなる場合に、生ずる。 一定の基礎円直径及び半円状軸線方向区画壁を持つ本発明のうず巻室では、う ず巻き始めで流れが最適に形成される。この場合うず巻き始めの始端が下側及び 上側で同軸的に延び、うず巻室接続管片への開口個所における接線へ周方向に連 続的に移行していると、特に有利である。 うず巻室部分に続くデイフユーザにおける最適な圧力変換は、このデイフユー ザが直線的な軸線を持つように構成され、うず巻室部分の端部断面から円形断面 へ連続的に移行している場合に、行われる。 圧縮機についてここに述べたうず巻形ケーシングの構成は、流れ方向を逆にす れば、半径流タービンのうず巻形ケーシングにも適用される。 本発明の実施例が概略的な図面に示されている。 図１は、従来技術により一定の基礎円直径を持つ円形うず巻室の２つの断面を 示し、 図２は、従来技術により一定の外径と内方へ移るうず巻室断面とを持つうず巻 室の２つの断面を示し、 図３は、従来技術により全周にわたつて一定の外径及び基礎 円直径を持ちかつ軸線方向に増大するうず巻室断面を持つうず巻室の２つの断面 を示し、 図４は、本発明によりうず巻室断面が展開するうず巻室の縦断面を示し、 図５は、図４によるうず巻室の横断面を示し、 図６は、うず巻室に続く終端デイフユーザの断面を示し、 図７は、終端デイフユーザへの移行範囲におけるうず巻き始めの展開を横断面 で示し、 図８は、図７のＩ−ＩとII−IIとの間におけるうず巻室断面の展開を縦断面で 示している。 上記の図について以下に簡単に説明する。 図１は、一定の基価円半径ｒ_zを持つ、従来技術によるうず巻室２を示してい る。上流側に設けられる円板状デイフユーザ１は、基礎円ｒ_zにより内方に対し て区画されるうず巻室２の内側にある。うず巻室断面は巻き付き角の増大につれ て増大し、従つて外側半径ｒ_aも値ｒ_{A max}まで増大し、この値に達した後円錐状 デイフユーザ３が続いている。 図２は、一定の外側半径半径ｒ_A及び変化する基礎円半径ｒ_zを持つ、従来技術 によるうず巻室２を示している。上流側に設けられる円板状デイフユーザ１は、 うず巻き始めＺを別として、うず巻室２の内側区画壁ｒ_zより大きい外側半径ｒ_s を持つている。ｒ_kはうず巻室の内側輪郭の変化する曲率半径を示している。う ず巻室２と出口接続管片３との間の移行部でうず巻き始め範囲Ｚに、わかりにく い流れ状態が生ずる。 図３は、同様にうず巻き始め範囲Ｚにわかりにくい流れ状態を持つ、従来技術 による、軸線方向に従来技術するうず巻室を示している。 図４は本発明によるうず巻室を示し、円板状デイフユーザ１に続いてうず巻室 ２の断面ＩないしIIIにおいて、図１によるうず巻室におけるような展開が行わ れる。このようなうず巻室は、外側半径ｒ_{A max}の所における断面IVまで延びる ことになる。しかし軸線方向区画壁としての半径Ｒ_Gを持つ２つの半円及びその 間に挿入される面積２Ｒ_G・Ｌの長方形の形の本発明による構成によつて、外側 半径ｒ_Aはｒ_G以上には増大しない。 図５は本発明による図４のうず巻室の横断面を示し、これから異なる周区域Ｉ −II，II−III，III−IVがわかる。 図６は終端ディフユーザ３を図５の矢印５の方向に見た図を示し、矢印Ａの方 向に見た図は本発明による始端部分を示し、矢印Ｂの方向に見た図は通常の円形 の終端部分を示している。 図７は、図５の区域Ｉ−IIにおけるうず巻き始め４の詳細を示している。 図８は、うず巻き始め４の展開を半径断面で示し、このうず巻き始めの上縁５ は、軸線に対して平行な方向から、円面積３の円形区画壁に対する接線の方向Ｔ まで、次第に傾斜している。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９４年１１月１７日 【補正内容】 訂正された請求の範囲 １ ほぼ一定の基礎円直径Ｄ_zと、周囲の一部にわたつて連続的に増大しかつう ず巻室終端までほぼ一定である半径方向寸法を持ち、うず巻室断面が断面を軸線 方向にのみ増大するものにおいて、うず巻室（２）のうず巻き始め範囲Ｉ−IIに 続く範囲II−IIIが、特定の外径Ｄ_A＝Ｄ_Gに達するまで円形のうず巻室断面を持 ち、圧縮機の円板状デイフユーザの上流側又はタービンの入口環状空間（１）の 下流側に設けられる扁平環状空間（１）が、うず巻室の断面に対して非対称に設 けられていることを特徴とする、ターボ流体機械用うず巻形ケーシング。 ２ 特定の外径Ｄ_Gに達した後にうず巻室の断面が、軸線の両側で、それぞれ半 径Ｒ_G＝（ｒ_G−ｒ_z）／２を持つ半円面積により区画され、これらの半円面積の 間に、外側及び内側で同一面をなして終る長方形面積２Ｒ_G−Ｌが設けられてい ることを特徴とする、請求項１に記載のうず巻形ケーシング。 ３ うず巻き始め（４）の下側（ｂ，ｄ）及び上側（ａ，ｃ）が始端で同軸的に 延び、上側（ａ，ｃ）が、軸線方向に傾斜しながら、出口接続菅片（３）への開 口個所に対する接線へ連続的に移行していることを特徴とする、請求項１及び２ に記載のうず巻形ケーシング。 ４ うず巻室から接続管片への移行個所から、円形断面への連続的移行が行われ ることを特徴とする、謂求項１ないし３に記載のうず巻形ケーシング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機の円板状デイフユーザ又はタービンの入口環状空間にありかつうず巻 室断面に対して非対称に設けられる半径流又は斜流扁平環状空間を持ち、かつほ ぽ一定の基礎円直径Ｄ_zを持つているうず巻形ケーシングにおいて、うず巻き始 め範囲Ｉ−IIに続く範囲II−IIIが、特定の外径Ｄ_A＝Ｄ_Gに達するまで、円形の うず巻室断面を持ち、この特定の外径に達した後、以前の円形のうず巻室断面が 、断面を軸線方向にのみ増大することを特徴とする、ターボ流体機械用うず巻形 ケーシング。 ２ 特定の外径Ｄ_Gに達した後にうず巻室の断面が、軸線の両側で、それぞれ半 径Ｒ_G＝（ｒ_G−ｒ_z）／２を持つ半円面積により区画され、これらの半円面積の 間に、外側及び内側で同一面をなして終る長方形面積２Ｒ_G・Ｌが設けられてい ることを特徴とする、請求項１に記載のうず巻形ケーシング。 ３ うず巻き始め（４）の下側（ｂ，ｄ）及び上側（ａ，ｃ）が始端で同軸的に 延び、上側（ａ，ｃ）が、軸線方向に傾斜しながら出口接続管片（３）への開口 個所に対する接線へ連続的に移行していることを特徴とする、請求項１及び２に 記載のうず巻形ケーシング。 ４ うず巻室から接続管片への移行個所から、円形断面への連続的移行が行われ ることを特徴とする、請求項１ないし３に記載のうず巻形ケーシング。