JPS59501870A - 回転運動型タ−ボ装置 - Google Patents
回転運動型タ−ボ装置Info
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- JPS59501870A JPS59501870A JP83503216A JP50321683A JPS59501870A JP S59501870 A JPS59501870 A JP S59501870A JP 83503216 A JP83503216 A JP 83503216A JP 50321683 A JP50321683 A JP 50321683A JP S59501870 A JPS59501870 A JP S59501870A
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-
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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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。
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FR (1) | FR2537218A1 (ja) |
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