JPS59501870A - 回転運動型タ−ボ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 回転運動型ターボ装置 〔技術分野〕 本発明は、回転軸に対して横断方向に媒体の流れによって横切られるのに適した ロータを有し、かつ、離動中に枢動自在に調整できる少なくとも１つの羽根を備 えた回転運動型のターボ装置に関するものである。

〔背景技術〕

例えば、Ｖｏｉｔｈ−８ｃｈｎｅｉｄｅｒ船舶グロヘラ、風力タービン用Ｄａｒ ｒｉｅｕｓおよび８ａｖｏｎｉｕｓ　ｏ−タ、水力駆動用Ｏｓｓｂｅｒｇｅｒま たはＭｉｔｃｈｅｌｌタービンのような公知のいくつかの構造が、回転運動型タ ーボ装置のグループに属している。例えば、Ｖｏｉｔｈ−８ｃｈｎｅｉｄｅｒプ ロペラのようないわゆる横断ｆＬまたは直交流ファンは、回転中に再調整可能に なされたロータ羽根を通常は有している。

回転軸に対して横断方向の流れによって横断され、かつ、比較的にまばらに羽根 を取シ付けられているロータにおいては、羽根の円形経路に対する接線に関して 羽根を回転させ之（角度を付ける）可能性が一般に序在しなければならない。

角度調整の％徴および寸法は、羽根が延びる面に、対して（すなわら、全体的に 横断形状を有する羽根の対称面に対し）垂直な線がいわゆる制御点を少なくとも ほぼ通過しなければならない条件によって羽根の各位置において管理される。Ｄ ａｒｒｉｅｕ８０−タにおいては、例えば制御点がロータの回転軸上に配置され 、また、羽根が固定位置を有しているので、前記の面は羽根タービンの羽根の調 整は、一部には十分に大きな始動トルクを得るた′めに、一部には要求どおシの 出力効果及び／又は回転数を調整できるようにするだめに、また、一部にはロー タを通って流れる媒体が非常に大きな流入速度を有するときに過剰負荷を回避で きるようにするために望まれている。横断流装置がタービンとして使われるので はなく、ポンプ、ファン、攪拌機等として使われる場合には、羽根を再調整する 可能性は、容量が要求どおシに容易にかつ、効率のわずかな低下だけで変更され うるということになる。

〔発明の開示〕

本発明の目的は、羽根の調整が、非常に容易で、しかも信頼性のちる方式で、設 定力を回転ロータに伝達するだめの複雑な装置を必要とせずになされる上述した 型式のターボ装置を得ることにちる。

タービンは、発電機内で高回転速度を得るだめに、比較的に小さい直径を有して いなければならず、また、（３） 所定の流通面積を得るために、ロータすなわら羽根は比紋的大きい軸方向長さを 有していなければならない。このようなロータに２ける羽根の再調整は、公知の 方法によれば非常に煩雑化されている。この欠点は本発明によって排除される。

その他の点については二羽根を比較的まばらに取力付けられているロータに横断 流装置を適用する分野は、水力の使用でさえも含まれるように、拡張される。

いわゆるマイクロ・サイズ（約ｉ　ｏ　ｏ　ＫＷ以下の出力を有する）の小水力 タービンは、現在までに約５ｘ以下の水頭に対しては手ごろな費用でつくられて はいなかった。本発明によれば、このようなタービンは、０．５ａ程度の水頭に ついてすでにつくられうる。それは、低い水頭にもかかわらず、タービンが高速 で回転し、また、毎分約１０００回転程度のいわゆる固有速度の”ｎ／７式・ｍ 　”　（Ｃｕｂｉｃ　ｍｅｔｅｔｐｅｒ　５ｅｃｏｎｄ　ｉｎｄｍｅｔｅｒ　） を測定装置に示す。

本発明によるターボ装置は、添付した請求の範囲によって表示された特徴によっ て特定される。

本発明による゛装置は、−役に細長い円節形、すなわら直径よシも大きい畏さを 有する円筒形の形状のロータが設けられ、また、羽根が円形支持リング上でロー タの長手方向にそって数箇所で適切に支持されることができる。

本発明にもとづく円筒形ロータを有する水力タービンは、その高回転速度のため に、低い水頭でもって、グロベラ・タービニｙ　（［ａｐｌａｎ　ｔｕｒｂｉｎ ｅ　）よシもすぐれておシ、また、この高回転速度のために最新の構造原理にも とづいて構成された下掛は水車よシも効率の点ですぐれている。しかし、本発明 の原理は、水力タービンへの適用だけに限られず、ロータのような直径／長さ比 に関係なく、ＤＢｒｒｉｅｕａ型のロータ内で著しく簡単に羽根を再調整するの に特に適していてかつ直交流形のすべての装置に適用できる。

本発明は、羽根が軸のまわシで枢動され、同時に少なくとも１本の他方の軸のま わシで回転できるように制御され、かつ、前記軸のうらの少なくとも１本が傾斜 して、すなわらロータの回転軸に平行でも同軸でもなく延びている場合に行われ る運動間の空間・幾何学的関係に基礎を置いている。

羽根がロータの回転軸に関して平行ではなく傾斜して延びている軸のまゎ夛に枢 動される場合には、これら、すなわら全ロータが非常に長いときでさえも、再調 整に要する力がすべての羽根に容易に伝達されることがわかった。しかし、ピボ ット軸がロータの回転軸に平行な場合には、調整機構が各羽根支持部において各 羽根について設けられなければならないか、またはトルク伝達調整力が細長い用 板形体に伝達されなければならない。

これに反して、本発明によれば、軸方向に向けられた調整力が伝達され、また、 ロータ羽根の再調整がロータ・シャフトの少なくとも１つの軸受を枢動させるこ とによって達成される。このことは、回転ロータのすべての羽根を調整するだめ の設定手段が装置の固定部品に配置されうることを意味している。細長いロータ の端部要素、またはＤｑｒｒｉｅｕ８０−タに設けられた特殊の羽根ボルダは、 前記の設定手段によって制御自在の軸受内に装着された前記軸に容易に固定され うる。端部要素まだは羽根ホルダ内に羽根を固定するだめの回転軸が傾斜して延 びていることによって、ロータの回転軸に関して同軸でも平行でもない軸のまわ シに前記軸受を枢動させることは、円形経路の接線に関して羽根の位置の変更、 すなわら、それらの枢動位置または１羽根角度１の変更を生じることになる。

代案として、端部要素または羽根ホルダはロータの非傾斜回転軸上に枢動または 傾動自在に配置されうる。羽根の調整は慣用の方法で、すなわら液圧によって得 られる。設定手段によって軸受をかいして傾斜されうるように端部要素の一方を 装着すること、および固定軸受内に装着され、好ましくは装置の出方軸を構成す る軸に他方の端部要素を傾斜自在に装着することも可能である。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は本発明が適用される直交流形装置の平面図を示す。第２図は本発明にも とづく装置の平面図である。第３図は第２図の装置の斜視図でちる。第４図は第 ２図および第６図にもとづく装置の羽根の端部の拡大図でちる。第５図は第４図 のＶ−Ｖ線からみた断面図でちる。第６α図から第６ｃ図までは本発明の基礎と なる幾何学量を６つの象限から示す。第７図はロータの変更装着例を示す。

〔発明を実施するだめの最良形態〕

同一の記号は、全図を通じて対応する部品を表す。

第１図に示す従来の直交流形装置は、細長い６つの羽根４を備えたロータ４０を 有している。ロータは実体上のシャフトを構成する回転軸１を有している。前述 した羽根への垂ａＮは既に述べたように制御点２にすべて向けられている。ロー タを横切る媒体の流入方向は矢印Ｐで表示されている。ロータ４０は包囲ハウジ ング６まだは媒体の完全な自由流れの場内に配置されてもよい。第１図において は、本発明それ自体を示すものではないが、本発明の応用に適した直交流形装（ 力 置が概略的に示されている。

本発明にもとづく構成が以下の図面に示されている。第２図および第６図によれ ば、本発明にもとづくタービン・ロータ４０’が回転軸１のまわシに回転できる ようになっている。しかし、回転軸１は、一体にづくられた実体上の軸によって 画定される全長にそってはいない。ロータ４０／は２つの端部要素５．６を有し ている。その各々は、そバ自体の軸端部７．８に固く取シ付けられている。

軸端部７．８は軸受９．１０に回転自在に装着される。各軸受９．１０は、キャ リア・アーム９’ｌＯ／およびピボット・ピン１．１．１２の助けによって、本 装置の固定部品またはベース１６内で軸にのまわシで回転できるように枢着され る。軸端部７．８のうらの少なくとも１つは本装置の出力軸を得成し、その軸か ら例えば発電機用としてトルクが取り出される。ピボット・ピン１１．１２のう らの少なくとも１つは、例えばａｉａ’をかいして作動されるサーボ機構の位置 調整用の設定手段１８に接続される。最も単純な場合においては、設定手段はピ ボット・ピンに取り付けられた手動レバーによって構成される。羽根４（簡明に するために、２つの羽根が示されているが、１つでも、第１図に示すように６つ でも、またはそれ以上でもよい。）がピボット部材１４，１５によってピボット ・ビン内で端部要素５．６に枢着される。長いロータ４０’は１個または数個の 支持リング１６によって完成される。

その支持リング１６には、ピボット部材１７によって羽根が回転自在に接続され る。端部要素５．６及び／又は支持リング１６は、円板まだはリングの代シに、 半径方向に延びるアームによってもｇ成されてもよい。各アームはその自由端に 回動部材を支持している。

羽根４を任意のトルクから解放するために、実体上の軸はトルク伝達ユニバーサ ル・ジヨイント（図示せず）によって、端部要素５．６に接続された位置５α、 ６α（第２図）において軸１にそって装着されてもよい０ロータの長さＥは直径 りの例えば２倍、好ましくは数倍の長さに便宜上選定される。

第４図および第５図によれば、シャフト部材２〇−２２はピボット・ビン１４． １５．１６において各別４に設けられ、また、２本の同軸部品２０．２１からで きている。各部品の側面からガイド・リング２２に固定されている。ガイド・リ ング２２はねじボルト２６に回転自在に装着される。ねじボルト２６は軸■を有 しかつ端部要素乙に半径方向にねじ込まれている。

端部要素５に装着することは、可能性として支持リング１６に装着することと同 等でちる。シャフト部材２０−２２の軸７は回転軸１に関して傾斜して延び、こ の軸１は羽根４の長手方向エツジ４／に平行で（第５図）、また、回転軸１とお よび例えば長手方向エツジ４１のうらの１つまたはねじボルト２６の軸Ｈに交差 する羽根４の縦母線とからなる面に関して制御角αを張っている。下記の関係が 適用できる。

５°くα＜８５゜ または　α＝５°−８５゜ 特に　α＝６０°−６０゜ 限界値５°および８５°は、端部要素の傾斜と羽根の枢動との間の特別に大きい かまだは小さい伝達比を得るのに必要な場合に、適用される。

変更例においては、ピボット軸Ｆは９５’−１７５゜または１２０’−１５０° の範囲内で、第４図による角αを張ることができる。さらに、軸Ｈは回転軸１に 関して任意の方向でかつこの軸の半径方向に向けられることもできる。

ピボット部材１４，１５．１７は、第４図および第５図に示す実施例に代えて、 ゴム・ブツシュまたはねじシ棒のような弾性要素・によってつくられてもよい。

第６α図から第６Ｃ図までにおいて、軸Ｆ上の２点が回転するさいに通る経路が 示されている。第６α図によれば、これらの点は制御点２のまわシで、さらに０ 正確にはこの点を通って引かれた軸２／のまわシで円形経路Ｑ、Ｒ％Ｂにそって 動く。第６Ａ図の投影においては、軸１．２／からなる面に関してピボット軸Ｆ の傾斜位置が実現されている。第６ｃ図の投影においては、第６ａ図の円形経路 Ｑ％Ｒ，Ｓが円形に近い楕円として現れている。第６α図において、βとして表 さ・れている角度を軸１．２１が互いにつくるということは、第６Ｃ図において 点Ａ％Ｂおよび回動部材１４の１経路Ｑ、、Ｒ，８が互いに関してずらされてい るということを意味している。点Ａ、ｌｊはロータ４０′の所定の回転位置にち る軸Ｆ上の点でちシ、また、ロータ４０／が回転軸１のまわ〕を半回転したとき の点Ａ’％ｙの位置が示されている。

羽根４の而も表している軸Ｆの投影図は、直交流形装置においては望ましくまた 一般に必要でもちる羽根の傾斜の方向を第６Ｃ図に示す。本装置（より正確に。

はロータ）の周速度、媒体の流入速度、羽根の形状は、羽根の而（軸Ｆで表され ている）は常態の負荷において前記円形経路、すなわら、軸１のまわ勺に描かれ かつガイド・リング２２を通過する円に関して接して延びている。羽根の再調整 は、（大きな始動運動量を得るために）始動時（そのときでさえも高い効率を得 るために）本装置が部分的に負荷をかけられたとき、または一方では本装置が過 剰負荷をかけられたときにのみ必要でちる。これらの場合には、水力用のいわゆ る全負荷タービンにおいて通常生じる問題、すなわら不規則な水流によるタービ ン下流側の腐食を避けている。

本発明が水力タービンに適用される場合には、支持リング１６は、ある程度だけ 透水性かまったく透水性でなくかつロータを長手方向にいくつかに分割する間挿 壁またはダイアフラムの形体につくられることができるので、水はロータの選択 された部分だけを通って流される。不発明によるタービンは、固定羽根を有する 従来のロータと組み合せることもでき、また、両ロータは単独の発電機について 主帽を駆動する。

第７図に示すように、本発明にもとづく水力タービンの特別の実施例においては 、軸端部７．８のうらの１つ、正確には軸端部８′が非論整軸受１０１に装着さ れる。軸端部８１は発電機２０が接玩されている出力軸を開成している。他の軸 端部は、例えば軸端部７によって第３図に示す方法で調節自在に装着される。非 調節自在に装着された軸端部（すなわら、発′亀機の側において）に続いてロー タの端部要素ダが例えばトルク伝達回転屑円体力ッグリング１９によって非回動 自在装Ｍ称端部に回動自在に接続される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、媒体が回転軸（１）に対して横切る方向（Ｐ）に流れることができかつ作動 中に枢動自在に＠節できる少なくとも１つの羽根（４）を備えているロータ（４ ０Ｉ）を有する回転運動型ターボ装置であって、少なくとも１つの羽根が２本の ピボット軸（Ｆ、Ｅ）のまわりで回転できるように前記ロータ内で少なくとも１ つのピボット点に装着され、該ピボット軸は互いに少なくともはソ直交し、該ピ ボット軸のうらの少なくとも１つ（Ｆ）は、ロータの回転軸と羽根のピボット点 とからなる面に関して５°と８５°との間または９５°と１７５″との間、特に ６０″と６０°との間または１２０°と１５００との間で制御角（α）をつくる ことを特徴としたターボ装置０ ２　ロータに２つの終端または端部要素（５，６）が設けられ１．■動羽根がそ の両端で前記端部要素内に装着され、羽根の位置調査を行うための前記端部要素 の両者がロータの回転軸に関して適合自在に傾斜され、前記端部要素のうらの少 なくとも１つが制御部材（１８）に接続されて傾斜位置を調整することを特徴と する請求の範囲第１項に記載のターボ装置。 ５　端部要素のうらの少なくとも１つは、ロータの回転軸Ｕ）に垂直な軸（Ｋ） のまわシで枢動できる軸受（９，１０）内に装着された実体上の軸（７，８）に 固く接続されることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のターボ装置。 ４、他方の端部要素が、ロータの回転軸に一致しおよび非調整自在に装着されか つ装置の出力軸部材を構成する軸端部（８つに枢動自在でかつトルク伝達方式で 取シ付けられることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のターボ装置。 ５、　ロータの長さＣＭ）がその直径（Ｄ）の倍数になっていることを特徴とし た前記請求の範囲のうらの一項またはそれ以上の項に記載のターボ装置。 ６、少なくとも１つの支持部材（１６）が２つの端部要素の間に配置されていて 、それに調整自在の羽根が枢動自在に取シ付けられることを特徴とする請求の範 囲８５項に記載のターボ装置。 ｌ　支持部材が、限られた範囲内で透水性でちるかまたはまったく透水性でない ダイヤフラムによって構成されることを特徴とする請求の範囲第６項に記載のタ ーボ装置。 ＆　各調整自在の羽根は、中央ガイド・リング（２２）とおよび半径方向両側に 取シ付けられかつ各羽根の面内で延びているピボット・シャフト（２０，２１） 　とからなる軸部材（２０−２２）と、ならびにガイド・αφ リングを通過しかつ端部要素内で半径方向に固定されたボルト部材（２６）とに よって端部要素に接続され、また、前記軸部材がロータの回転軸に関して前記制 御角（α）をつくることを特徴とした前記請求の範囲の一項またはそれ以上の項 に記載のターボ装置。