JPH10231706A - タービンスクロール - Google Patents
タービンスクロールInfo
- Publication number
- JPH10231706A JPH10231706A JP9034783A JP3478397A JPH10231706A JP H10231706 A JPH10231706 A JP H10231706A JP 9034783 A JP9034783 A JP 9034783A JP 3478397 A JP3478397 A JP 3478397A JP H10231706 A JPH10231706 A JP H10231706A
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- JP
- Japan
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- scroll
- inlet
- turbine
- outlet
- cross
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スクロール流入口部での作動流体の速度分布
を一様にし、また、速度乱れを無くしてスクロールの内
周部の流出口に設けた動翼によって取り出せる出力を増
加可能にしたタービンスクロールを提供する。 【解決手段】 ダクト状のスクロール流入口３と内周部
にスクロール流出口４を有する渦巻形状のスクロール２
を具えている。また、スクロール２の内周部に作動流体
で駆動する動翼を設けてある。スクロール流入口３に断
面縮小部１が接続してあり、その断面縮小部１は、出口
部断面積／入口部断面積＝０．２５〜０．５５の構成と
してある。
を一様にし、また、速度乱れを無くしてスクロールの内
周部の流出口に設けた動翼によって取り出せる出力を増
加可能にしたタービンスクロールを提供する。 【解決手段】 ダクト状のスクロール流入口３と内周部
にスクロール流出口４を有する渦巻形状のスクロール２
を具えている。また、スクロール２の内周部に作動流体
で駆動する動翼を設けてある。スクロール流入口３に断
面縮小部１が接続してあり、その断面縮小部１は、出口
部断面積／入口部断面積＝０．２５〜０．５５の構成と
してある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラジアルタービ
ン、軸流タービン、斜流タービン及び水車などに用いら
れる渦巻形状のタービンスクロールに関する。
ン、軸流タービン、斜流タービン及び水車などに用いら
れる渦巻形状のタービンスクロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７及び図８に従来のタービンスクロー
ルを斜視図及び平面図で示している。図７及び図８にお
いて、２はスクロールを示し、３はそのスクロール流入
口（舌部）、４はスクロール流出口である。スクロール
流入口３には、作動流体５を導入するダクト部１７が接
続されている。
ルを斜視図及び平面図で示している。図７及び図８にお
いて、２はスクロールを示し、３はそのスクロール流入
口（舌部）、４はスクロール流出口である。スクロール
流入口３には、作動流体５を導入するダクト部１７が接
続されている。
【０００３】図７及び図８において、ダクト部１７で導
かれた作動流体５はスクロール流入口３よりスクロール
２に流入し、スクロール内部を進みながらスクロール流
出口４から、周方向速度６と半径方向速度７を持つ流出
速度１２で図示していないタービンの動翼に向かって流
出し、タービン出力を発生させる。なお、図において、
１９はスクロール中心、２０はスクロール流入口（舌
部）３から上流側への距離を示している。
かれた作動流体５はスクロール流入口３よりスクロール
２に流入し、スクロール内部を進みながらスクロール流
出口４から、周方向速度６と半径方向速度７を持つ流出
速度１２で図示していないタービンの動翼に向かって流
出し、タービン出力を発生させる。なお、図において、
１９はスクロール中心、２０はスクロール流入口（舌
部）３から上流側への距離を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のタービ
ンスクロールにおいては、図９に示すようにスクロール
２内部の壁近傍の境界層内では周方向速度６が減速して
いるために圧力差による力９と釣り合っていた遠心力８
が小さくなり、半径内向きの速度が大きくなる。その結
果としてスクロール流出口４で側壁近傍の半径方向速度
７が中心付近と比較して大きくなって、図３の破線１０
に示すような歪んだ速度分布となっている。
ンスクロールにおいては、図９に示すようにスクロール
２内部の壁近傍の境界層内では周方向速度６が減速して
いるために圧力差による力９と釣り合っていた遠心力８
が小さくなり、半径内向きの速度が大きくなる。その結
果としてスクロール流出口４で側壁近傍の半径方向速度
７が中心付近と比較して大きくなって、図３の破線１０
に示すような歪んだ速度分布となっている。
【０００５】スクロール流出口４での半径方向速度７が
大きくなれば図１０の（ａ）に示すように、図１０の
（ｂ）に示す半径方向速度が小さい場合に比べ動翼流入
角１３が大きくなり、動翼で取り出せる出力が減少す
る。つまり従来のスクロールでは、側壁近傍の流れにお
ける半径方向速度７が大きくなるために、タービン効率
が大きく低下するという欠点がある。
大きくなれば図１０の（ａ）に示すように、図１０の
（ｂ）に示す半径方向速度が小さい場合に比べ動翼流入
角１３が大きくなり、動翼で取り出せる出力が減少す
る。つまり従来のスクロールでは、側壁近傍の流れにお
ける半径方向速度７が大きくなるために、タービン効率
が大きく低下するという欠点がある。
【０００６】同様に上述した従来のタービンスクロール
においては、図１１に示すようにダクト部１７とスクロ
ール流入口３との曲率は大きく異なっている。そのため
図１２に示すようにスクロール２内部の周方向速度６が
半径方向に自由渦仮定に基づく分布２１をしている一方
で、ダクト部１７における周方向速度の半径方向分布２
２は、一様分布をしているか、もしくは上流側の影響を
受けて任意の速度分布になっている。
においては、図１１に示すようにダクト部１７とスクロ
ール流入口３との曲率は大きく異なっている。そのため
図１２に示すようにスクロール２内部の周方向速度６が
半径方向に自由渦仮定に基づく分布２１をしている一方
で、ダクト部１７における周方向速度の半径方向分布２
２は、一様分布をしているか、もしくは上流側の影響を
受けて任意の速度分布になっている。
【０００７】その結果としてスクロール流入口３近傍で
の速度分布は、ダクト部の半径方向分布２２からスクロ
ール内部の自由渦における半径方向分布２１に急激に変
化するために、大きく速度が乱れる。つまりスクロール
流入口３近傍のスクロール流出口４での流出速度１２が
大きく変動するために、スクロール流出口４において周
方向に速度分布ができてタービン効率が低下するという
欠点がある。
の速度分布は、ダクト部の半径方向分布２２からスクロ
ール内部の自由渦における半径方向分布２１に急激に変
化するために、大きく速度が乱れる。つまりスクロール
流入口３近傍のスクロール流出口４での流出速度１２が
大きく変動するために、スクロール流出口４において周
方向に速度分布ができてタービン効率が低下するという
欠点がある。
【０００８】前記したように従来のタービンスクロール
では、側壁近くの流れにおいて周方向速度が減速して半
径方向速度が大きくなり、スクロール流出口での半径方
向速度分布が歪んでしまうという問題点があった。更に
また、従来のタービンスクロールでは、スクロール流出
口近くの流れにおいて、周方向速度が大きく乱れるとい
う問題があった。
では、側壁近くの流れにおいて周方向速度が減速して半
径方向速度が大きくなり、スクロール流出口での半径方
向速度分布が歪んでしまうという問題点があった。更に
また、従来のタービンスクロールでは、スクロール流出
口近くの流れにおいて、周方向速度が大きく乱れるとい
う問題があった。
【０００９】本発明は、スクロール流出口での作動流体
の半径方向速度を小さくすると共に、周方向速度分布を
一様にし、スクロールの内周部のスクロール流出口に設
けた動翼によって取り出せる出力を増加可能にしたター
ビンスクロールを提供することを課題としている。
の半径方向速度を小さくすると共に、周方向速度分布を
一様にし、スクロールの内周部のスクロール流出口に設
けた動翼によって取り出せる出力を増加可能にしたター
ビンスクロールを提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ダクト状の流
入口と内周部に流出口を有する渦巻形状のスクロールを
具備し、その内周部に作動流体で駆動する動翼を設けた
タービンスクロールにおける前記課題を解決するため
に、出口部断面積／入口部断面積が０．２５〜０．５５
の断面縮小部をスクロール流入口に接続した構成を採用
する。
入口と内周部に流出口を有する渦巻形状のスクロールを
具備し、その内周部に作動流体で駆動する動翼を設けた
タービンスクロールにおける前記課題を解決するため
に、出口部断面積／入口部断面積が０．２５〜０．５５
の断面縮小部をスクロール流入口に接続した構成を採用
する。
【００１１】このようにスクロール流入口にベルマウス
状等の断面縮小部を設けた本発明のタービンスクロール
ではスクロール流入口での作動流体の速度分布が一様に
なりスクロール内部側壁上の境界層の発達が抑えられ
て、周方向速度が減少している領域が減らされる。その
結果、スクロール流出口での半径方向速度が大きくなる
領域が狭くなる。
状等の断面縮小部を設けた本発明のタービンスクロール
ではスクロール流入口での作動流体の速度分布が一様に
なりスクロール内部側壁上の境界層の発達が抑えられ
て、周方向速度が減少している領域が減らされる。その
結果、スクロール流出口での半径方向速度が大きくなる
領域が狭くなる。
【００１２】また、本発明は、前記課題を解決するた
め、作動流体を供給する流路とスクロール流入口との間
に曲率が緩やかに変化する部分を設けた構成を採用す
る。このように、作動流体を供給する直管等の流路から
曲率をもつスクロール流入口までの間に、曲率がほぼ直
線的に緩やかに変化する部分を設けた本発明のタービン
スクロールにおいては、スクロール流入口での周方向速
度の半径方向分布は自由渦仮定に基づく速度分布とな
る。これによって、スクロール流入口での作動流体の速
度乱れが無くなり、スクロール流出口での周方向の速度
分布が減らされる。
め、作動流体を供給する流路とスクロール流入口との間
に曲率が緩やかに変化する部分を設けた構成を採用す
る。このように、作動流体を供給する直管等の流路から
曲率をもつスクロール流入口までの間に、曲率がほぼ直
線的に緩やかに変化する部分を設けた本発明のタービン
スクロールにおいては、スクロール流入口での周方向速
度の半径方向分布は自由渦仮定に基づく速度分布とな
る。これによって、スクロール流入口での作動流体の速
度乱れが無くなり、スクロール流出口での周方向の速度
分布が減らされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるタービンスク
ロールを図示した実施の形態に基づいて具体的に説明す
る。なお、以下の図面において、図７及び図８に示した
従来のタービンスクロールと同じ構成の部分には同じ符
号を付してありそれらについての重複する説明は省略す
る。
ロールを図示した実施の形態に基づいて具体的に説明す
る。なお、以下の図面において、図７及び図８に示した
従来のタービンスクロールと同じ構成の部分には同じ符
号を付してありそれらについての重複する説明は省略す
る。
【００１４】（実施の第１形態）まず、図１，図２に示
した実施の第１形態に係るタービンスクロールについて
説明する。図１において、１はスクロール流入口３に接
続した断面縮小部である。この断面縮小部１は、出口部
断面積／入口部断面積が０．２５〜０．５５の値になる
ようにしてある。なお、流入口形状については、円形や
三角形など任意の断面に対して有効である。
した実施の第１形態に係るタービンスクロールについて
説明する。図１において、１はスクロール流入口３に接
続した断面縮小部である。この断面縮小部１は、出口部
断面積／入口部断面積が０．２５〜０．５５の値になる
ようにしてある。なお、流入口形状については、円形や
三角形など任意の断面に対して有効である。
【００１５】図２には本実施形態によるスクロール流入
口までの形状と、従来のスクロール流入口までの形状の
平面形状の比較図を示す。図２に示すように従来のスク
ロールでは、スクロール流入口３より上流側のダクト
は、破線で示したような形状をしている。コンプレッサ
ーから作動流体５を導くダクトは、断面形状を徐々に変
えながらスクロール流入口３においてスクロール流入口
３と同じ形状、断面積になる。
口までの形状と、従来のスクロール流入口までの形状の
平面形状の比較図を示す。図２に示すように従来のスク
ロールでは、スクロール流入口３より上流側のダクト
は、破線で示したような形状をしている。コンプレッサ
ーから作動流体５を導くダクトは、断面形状を徐々に変
えながらスクロール流入口３においてスクロール流入口
３と同じ形状、断面積になる。
【００１６】これに対し、本実施形態のラジアルタービ
ンの場合には、実線で示したようにスクロール流入口３
より上流側ではスクロール流入口３よりも断面積が大き
なダクト１５の形状にして、スクロール流入口に出口断
面積／入口断面積＝０．２５〜０．５５となる断面縮小
部１を設置するのである。
ンの場合には、実線で示したようにスクロール流入口３
より上流側ではスクロール流入口３よりも断面積が大き
なダクト１５の形状にして、スクロール流入口に出口断
面積／入口断面積＝０．２５〜０．５５となる断面縮小
部１を設置するのである。
【００１７】以上のように、本実施形態のタービンスク
ロールでは、スクロール流入口３において、ベルマウス
状の断面縮小部１をスクロール流入口３に滑らかに接続
して設置することでスクロール流入口３での速度を一様
分布に近くする。これによってスクロール２内部の側壁
上の境界層の発達が抑えられて、周方向速度が減速して
いる領域が縮小する。
ロールでは、スクロール流入口３において、ベルマウス
状の断面縮小部１をスクロール流入口３に滑らかに接続
して設置することでスクロール流入口３での速度を一様
分布に近くする。これによってスクロール２内部の側壁
上の境界層の発達が抑えられて、周方向速度が減速して
いる領域が縮小する。
【００１８】このように、本実施形態のタービンスクロ
ールでは、スクロール流出口４において半径方向速度７
が大きな領域が狭くなり、その結果として、図３の１１
で示すように、スクロール流出口４において半径方向速
度７が側壁近傍で大きくなることを防止する作用があ
る。従って、本実施形態のタービンスクロールは、破線
１０で示す従来のタービンスクロールの場合と顕著な差
がある。
ールでは、スクロール流出口４において半径方向速度７
が大きな領域が狭くなり、その結果として、図３の１１
で示すように、スクロール流出口４において半径方向速
度７が側壁近傍で大きくなることを防止する作用があ
る。従って、本実施形態のタービンスクロールは、破線
１０で示す従来のタービンスクロールの場合と顕著な差
がある。
【００１９】（実施の第２形態）次に、図４に示した実
施の第２形態によるタービンスクロールについて説明す
る。図４に示したタービンスクロールでは、ダクト部１
７とスクロール流入口３の間に緩やかに変化する曲率１
６の部分を設けている。ダクト部１７は図８で説明した
ように直線形状であり曲率はゼロであり、その断面形状
を徐々に変えながらスクロール流入口３においてスクロ
ール流入口３と同じ形状、断面積になる。
施の第２形態によるタービンスクロールについて説明す
る。図４に示したタービンスクロールでは、ダクト部１
７とスクロール流入口３の間に緩やかに変化する曲率１
６の部分を設けている。ダクト部１７は図８で説明した
ように直線形状であり曲率はゼロであり、その断面形状
を徐々に変えながらスクロール流入口３においてスクロ
ール流入口３と同じ形状、断面積になる。
【００２０】従来の流路の曲率の値は図１１で示すよう
な分布をしているのに対して、本実施形態のラジアルタ
ービンの場合にはスクロール流入口３に断面の重心位置
における曲率が、図５（ａ）のようにダクト部１７の直
管部分の終端１８での曲率の値とスクロール流入口３の
断面での曲率の値とを結ぶ直線上に存在するような、曲
率が緩やかに変化する部分をスクロール流入口３に設置
する。なお、図５の（ｂ）のように流路の曲率の値が正
確に直線でなくともスクロール流入口３の曲率の値とダ
クト部１７の直管部分の終端１８との値を結ぶ直線上に
ほぼ存在するようなものであってもよい。
な分布をしているのに対して、本実施形態のラジアルタ
ービンの場合にはスクロール流入口３に断面の重心位置
における曲率が、図５（ａ）のようにダクト部１７の直
管部分の終端１８での曲率の値とスクロール流入口３の
断面での曲率の値とを結ぶ直線上に存在するような、曲
率が緩やかに変化する部分をスクロール流入口３に設置
する。なお、図５の（ｂ）のように流路の曲率の値が正
確に直線でなくともスクロール流入口３の曲率の値とダ
クト部１７の直管部分の終端１８との値を結ぶ直線上に
ほぼ存在するようなものであってもよい。
【００２１】このように、本実施形態によるタービンス
クロールではダクト部１７からスクロール流入口３の断
面までの断面における曲率が、図５に示すように、ダク
ト部での曲率の値からスクロール流入口での曲率の値と
を結ぶ直線上にほぼ存在するように緩やかに変化する部
分を設置する。
クロールではダクト部１７からスクロール流入口３の断
面までの断面における曲率が、図５に示すように、ダク
ト部での曲率の値からスクロール流入口での曲率の値と
を結ぶ直線上にほぼ存在するように緩やかに変化する部
分を設置する。
【００２２】これによって、図６に示すようにダクト部
１７における周方向速度の任意の半径方向分布２２から
スクロール流入口３における周方向速度の半径方向分布
は自由渦仮定に基づく半径方向分布２３になる。そのた
めにスクロール流入口３において速度乱れがなくなり、
スクロール流出口４の周方向に速度分布をなくする作用
がある。
１７における周方向速度の任意の半径方向分布２２から
スクロール流入口３における周方向速度の半径方向分布
は自由渦仮定に基づく半径方向分布２３になる。そのた
めにスクロール流入口３において速度乱れがなくなり、
スクロール流出口４の周方向に速度分布をなくする作用
がある。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるター
ビンスクロールではスクロール流入口に、ベルマウス状
等の断面縮小部を設置することでスクロール流入口での
速度を一様分布に近くする。そのためスクロール内部の
側壁上の境界層の発達が抑えられて、周方向速度が減速
している領域が減少する。
ビンスクロールではスクロール流入口に、ベルマウス状
等の断面縮小部を設置することでスクロール流入口での
速度を一様分布に近くする。そのためスクロール内部の
側壁上の境界層の発達が抑えられて、周方向速度が減速
している領域が減少する。
【００２４】これによってスクロール流出口において、
半径方向速度が側壁近傍で大きくなることを防止する効
果がある。その結果、動翼流入角が小さくなり動翼で有
効に取り出せる出力が増加するので、タービン効率が向
上する効果がある。
半径方向速度が側壁近傍で大きくなることを防止する効
果がある。その結果、動翼流入角が小さくなり動翼で有
効に取り出せる出力が増加するので、タービン効率が向
上する効果がある。
【００２５】また、本発明によるタービンスクロールで
は、スクロール流入口に作動流体を供給する流路とスク
ロール流入口との間に曲率が緩やかに変化する部分を設
けたことによってスクロール流入口近傍の速度乱れがな
くなるために、スクロール流出口の速度の周方向分布が
なくなり、タービン効率が向上する効果がある。
は、スクロール流入口に作動流体を供給する流路とスク
ロール流入口との間に曲率が緩やかに変化する部分を設
けたことによってスクロール流入口近傍の速度乱れがな
くなるために、スクロール流出口の速度の周方向分布が
なくなり、タービン効率が向上する効果がある。
【図１】本発明の実施の第１形態によるタービンスクロ
ールの構成を示す斜視図。
ールの構成を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の第１形態によるタービンスクロ
ールにおけるスクロール流入口までの形状と、従来のタ
ービンスクロールにおけるスクロール流入口までの形状
の平面形状の比較を示す説明図。
ールにおけるスクロール流入口までの形状と、従来のタ
ービンスクロールにおけるスクロール流入口までの形状
の平面形状の比較を示す説明図。
【図３】本発明によるタービンスクロールと従来のター
ビンスクロールにおけるスクロール流出口での半径方向
速度の幅方向の分布を示す線図。
ビンスクロールにおけるスクロール流出口での半径方向
速度の幅方向の分布を示す線図。
【図４】本発明の実施の第２形態によるタービンスクロ
ールの構成を示す説明図。
ールの構成を示す説明図。
【図５】図４に示したタービンスクロールにおけるダク
ト部の出口からスクロール流入口までの部分の曲率の変
化を示す線図。
ト部の出口からスクロール流入口までの部分の曲率の変
化を示す線図。
【図６】本発明の実施の第２形態によるタービンスクロ
ールにおけるスクロール流入口近傍での周方向速度の半
径方向分布を示す説明図。
ールにおけるスクロール流入口近傍での周方向速度の半
径方向分布を示す説明図。
【図７】従来の遠心式タービンスクロールを示す概略斜
視図。
視図。
【図８】従来のタービンスクロールの構成を示す説明
図。
図。
【図９】従来のタービンスクロールにおけるスクロール
の任意断面での周方向及び半径方向速度分布を示す説明
図。
の任意断面での周方向及び半径方向速度分布を示す説明
図。
【図１０】従来のタービンスクロールにおけるスクロー
ル流出口での速度三角形を示す線図。
ル流出口での速度三角形を示す線図。
【図１１】従来のタービンスクロールにおけるスクロー
ル流入口近傍の曲率の変化を示す線図。
ル流入口近傍の曲率の変化を示す線図。
【図１２】従来のタービンスクロールにおけるスクロー
ル流入口近傍の周方向速度の半径方向分布を示す説明
図。
ル流入口近傍の周方向速度の半径方向分布を示す説明
図。
１ 断面縮小部 ２ スクロール ３ スクロール流入口（舌部） ４ スクロール流出口 ５ 作動流体 ６ 周方向速度 ７ 半径方向速度 ８ 遠心力 ９ 圧力差による力 １０ 従来例の半径方向速度 １１ 本発明の半径方向速度 １２ 流出速度 １３ 動翼流入角 １４ 動翼周速 １５ ダクト １６ 曲率半径が変化している部分 １７ ダクト部 １８ ダクト部の直管部分の終端 １９ スクロール中心 ２０ 舌部からの距離 ２１ スクロール内部の周方向速度の半径方向分布 ２２ ダクト内部の周方向速度の半径方向分布 ２３ 代表半径が変化している部分での周方向速度の
半径方向分布
半径方向分布
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 御子神 隆 神奈川県相模原市田名3000番地 三菱重工 業株式会社相模原製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】 ダクト状の流入口と内周部に流出口を有
する渦巻形状のスクロールを具備し、前記内周部に作動
流体で駆動する動翼を設け、前記流入口に接続する出口
部断面積／入口部断面積＝０．２５〜０．５５の断面縮
小部を設けたことを特徴とするタービンスクロール。 - 【請求項２】 ダクト状の流入口と内周部に流出口を有
する渦巻形状のスクロールを具備し、前記内周部に作動
流体で駆動する動翼を設け、前記流入口に作動流体を供
給する流路と前記流入口との間に曲率が緩やかに変化す
る部分を設けたことを特徴とするタービンスクロール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9034783A JPH10231706A (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | タービンスクロール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9034783A JPH10231706A (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | タービンスクロール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10231706A true JPH10231706A (ja) | 1998-09-02 |
Family
ID=12423887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9034783A Pending JPH10231706A (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | タービンスクロール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10231706A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2012090724A1 (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 三菱重工業株式会社 | タービンスクロール部構造 |
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