KR101388886B1 - 래디얼 터빈 - Google Patents

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히로타카 히가시모리
마사유키 가와미
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

복수의 압력을 갖는 유체를 단일 혹은 일체의 터빈 휠로 취급하여, 부품 개수를 삭감하여 저비용화한 래디얼 터빈을 제공한다. 반경 방향으로부터 축 방향으로 만곡하면서 순차 날개 높이가 높아지는 주 통로(26)를 구비하고, 외주측의 주 입구(21)로부터 주 통로(26)로 반경 방향의 흐름을 주성분으로 하여 유입되는 유체로부터, 선회 에너지를 회전 동력으로 변환하고, 유체를 축 방향으로 토출하는 래디얼 터빈 휠(15)을 구비하는 래디얼 터빈(100)이며, 래디얼 터빈 휠(15)의 슈라우드측에, 주 입구(21)에 대해 반경 방향 및 축 방향으로 이격된 위치에 주 입구(21)로부터 공급되는 유체의 압력 P1과는 다른 압력 P2의 유체가 유입되는 종 입구(29)가 형성되고, 종 입구(29)를 구성하는 날개 형상은, 래디얼 터빈 휠(15)의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개(19)의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향을 향해 소정 각도 경사져 있다.

Description

래디얼 터빈 {RADIAL TURBINE}
본 발명은, 래디얼 터빈에 관한 것이다.
반경 방향의 유속 성분을 주요 성분으로서 갖고 터빈 휠에 유입되는 선회하는 유체로부터, 흐름의 선회 에너지를 회전 동력으로 변환하고, 그 에너지를 방출한 흐름을 축 방향으로 토출하는 단일의 터빈 휠을 구비하고 있는 래디얼 터빈은, 중저온ㆍ고온, 고압의 유체로부터 에너지를 회전 동력으로 변환하는 것이며, 각종 산업용 플랜트로부터 고온, 고압의 유체로 배출되는 배출 에너지의 동력 회수, 선박이나 차량용 동력원 등의 열사이클을 경유하여 동력을 얻는 시스템의 배열 회수, 지열ㆍOTEC 등의 중저온 열원을 이용하는 바이너리 사이클 발전의 동력 회수 등에 있어서 널리 사용되고 있다.
각종 에너지원이 복수의 압력을 갖는 경우에는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되는 바와 같이, 복수의 터빈, 즉, 각각의 1개의 압력원에 대해 1개의 터빈이 사용되고 있다. 혹은, 동일축에 2개의 터빈 휠을 설치하는 경우도 있다.
이것은, 래디얼 터빈이 유체의 각각의 압력에 대해 최적의 조건으로 설계되기 때문이다. 예를 들어, 래디얼 터빈의 입구 반경 R은, 중력 가속도를 g, 헤드를 H, 터빈 휠 입구 주속을 U로 하면, gㆍH≒U2의 관계로 정해진다. 즉, 터빈 휠의 회전수를 N(rpm)으로 하면, 입구 반경 R은, R≒U/2ㆍπ/(N/60)의 근방의 값이 설정된다.
또한, 유량 변동이 큰 유체를 취급하는 래디얼 터빈에서는, 예를 들어 특허문헌 2에 개시되는 바와 같이, 1개의 입구 유로를 격벽에 의해 구획하여 분할하는 것이 알려져 있다. 그러나 이것은 동일 압력의 유체를 유량에 따라서 입구의 크기를 변화시키는 것이다.
그러나 이것은 양쪽의 입구 유로가 동일 압력의 유체를 취급하는 것이다. 또한, 양쪽의 입구 유로가 인접하여 설치되고, 격벽에 의해 구획되어 있을 뿐인 것이므로, 다른 압력의 유체를 취급하는 경우, 고압의 유체가 저압의 유체 쪽으로 누설되어, 터빈 효율을 저하시킨다.
일본 특허 출원 공개 평1-285607호 공보 일본 특허 출원 공개 소63-302134호 공보
그런데, 특허문헌 1에 개시되는 바와 같이 복수의 터빈을 사용하는 것은, 제조 비용이 높아지고, 설치 공간이 커진다.
또한, 동일축에 복수의 터빈 휠을 설치하는 경우, 터빈 부품 개수가 많아, 구조가 복잡해지고, 제조 비용이 높아진다.
본 발명은 이러한 사정에 비추어, 복수의 압력을 갖는 유체를 단일 혹은 일체의 터빈 휠로 취급하여, 부품 개수를 삭감하여 저비용화한 래디얼 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 터빈 효율의 저하를 억제하거나, 혹은 베어링 상자 등의 공간을 충분히 확보할 수 있는 래디얼 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명의 제1 형태는, 반경 방향으로부터 축 방향으로 만곡하면서 순차 날개 높이가 높아지는 주(主) 통로를 구비하고, 외주측에 위치하는 주 입구로부터 상기 주 통로로 반경 방향의 흐름을 주성분으로 하여 유입되는 선회하는 유체로부터, 흐름의 선회 에너지를 회전 동력으로 변환하고, 그 에너지를 방출한 흐름을 축 방향으로 토출하는 터빈 휠을 구비하고 있는 래디얼 터빈이며, 상기 터빈 휠의 슈라우드측에, 상기 주 입구에 대해 반경 방향 및 축 방향으로 이격된 위치에 상기 주 입구로부터 공급되는 유체의 압력과는 다른 압력의 유체가 유입되는 종(從) 입구가 형성되고, 상기 종 입구를 구성하는 날개 형상은, 상기 터빈 휠의 축선에 직교하는 면에 있어서 상기 날개의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향을 향해 소정 각도 경사져 있는 래디얼 터빈이다.
본 형태에 따르면, 유체는, 주 입구로부터 터빈 휠의 주 통로의 외주 단부에 도입된다. 주 입구로부터 도입된 유체는, 반경 방향으로부터 축 방향으로 만곡하면서 순차 날개 높이가 높아지는 주 통로를 통해 순차 압력이 저감되면서 터빈 휠로부터 토출되어, 터빈 휠이 장착되어 있는 회전축에 동력을 발생시킨다.
터빈 휠의 슈라우드측에, 주 입구에 대해 반경 방향 및 축 방향으로 이격된 위치에 종 입구가 형성되고, 종 입구에는, 주 입구로부터 공급되는 유체의 압력과는 다른 압력, 구체적으로는 주 입구로 유입되는 유체보다도 낮은 압력의 유체가 유입된다. 종 입구로부터 도입된 유체는, 상류측의 주 입구 및 종 입구로부터 도입된 유체와 혼합되고, 순차 압력이 저감되면서 터빈 휠로부터 유출되어, 터빈 휠이 장착되어 있는 회전축에 동력을 발생시킨다.
주 입구와 종 입구의 사이 및 각 종 입구 사이에는 케이싱이 존재하고 있으므로, 명확하게 구별되어, 유체의 누출을 방지할 수 있다.
이와 같이, 복수의 압력을 갖는 유체를, 단일의 터빈 휠에 의해 회전 동력으로서 취출할 수 있다. 이에 의해, 부품 개수를 저감할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있다.
이때, 종 입구를 구성하는 날개 형상은, 터빈 휠의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향을 향해 소정 각도 경사져 있으므로, 유입되는 유체의 선회 유속 성분의 크기는, 그 위치에 있어서의 터빈 휠, 즉, 날개의 주속보다도 작아진다.
터빈 휠로 유입되는 유체의 압력인 헤드는, 유체의 선회 유속 성분과 날개의 주속을 승산한 값에 비례한다. 터빈 휠의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향으로 경사져 있지 않은 터빈 휠에서는, 일반적으로 설계점으로서, 터빈 휠의 출구에서의 유체의 선회 유속 성분을 제로로 하고, 입구에 있어서의 헤드를 유체의 선회 유속 성분과 날개의 주속이 동등해지도록 되어 있다.
본 형태에서는, 유입되는 유체의 선회 유속 성분의 크기는, 그 위치에 있어서의 터빈 휠, 즉, 날개의 주속보다도 작아지므로, 동일 헤드, 즉, 유체의 선회 유속 성분과 날개의 주속과의 곱을 일정하게 하는 경우, 날개의 주속을 일반적인 것보다도 크게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 종 입구의 반경 방향 위치를 주 입구에 보다 가까운 위치로 할 수 있다.
종 입구의 반경 방향 위치를 주 입구에 보다 가까운 위치로 하면, 주 입구로부터 유입되는 유체와 종 입구로부터 유입되는 유체의 흐름 방향이 교차하는 각도가 보다 작아져 원활하게 합류할 수 있으므로, 양자의 충돌에 의해 발생하는 압력 손실을 보다 작게 할 수 있다. 이에 의해, 래디얼 터빈의 터빈 효율의 저하를 억제할 수 있다.
상기 형태에서는, 상기 종 입구를 구성하는 날개의 전방 테두리를 잇는 선이, 상기 터빈 휠의 축선 중심을 중심으로 하는 원통면에 있어서, 상기 축선 중심에 대해 상기 날개의 선단측으로 개방되도록 경사져 구성되어 있어도 된다.
이와 같이 하면, 종 입구를 구성하는 날개의 주 입구측이, 주 입구를 구성하는 날개에 근접하도록 할 수 있다. 따라서, 종 입구를 구성하는 날개의 주 입구측을, 주 입구를 구성하는 날개에 연속되도록 할 수 있다.
이 경우, 주 입구로부터의 날개를 터빈 휠의 축선 중심을 중심으로 하는 원통면에 있어서, 축선 중심에 대해 종 입구의 날개측으로 개방되도록 경사시킴으로써 보다 매끄럽게 연속시킬 수 있다.
이와 같이, 주 입구를 갖는 날개와, 종 입구를 갖는 날개가 연속된 날개면을 구성하도록 하면, 종래의 방법에 의해, 마치 1매의 날개면이 연속되는 날개인 것처럼 설계할 수 있고, 종래의 날개 제작 기술로 일체로 제작할 수 있다.
본 발명의 제2 형태는, 반경 방향으로부터 축 방향으로 만곡하면서 순차 날개 높이가 높아지는 주 통로를 구비하고, 외주측에 위치하는 주 입구로부터 상기 주 통로로 반경 방향의 흐름을 주성분으로 하여 유입되는 선회하는 유체로부터, 흐름의 선회 에너지를 회전 동력으로 변환하고, 그 에너지를 방출한 흐름을 축 방향으로 토출하는 터빈 휠을 구비하고 있는 래디얼 터빈이며, 상기 터빈 휠에는, 상기 주 입구보다도 반경 방향 내측 위치에, 상기 주 통로의 허브면으로부터 분기되어 상기 주 통로의 배면측을 향해 연장되는 종 통로가 구비되고, 상기 종 통로의 외주 단부에는, 상기 주 입구와 다른 반경 방향 위치로 되고, 상기 주 입구로부터 공급되는 유체의 압력과는 다른 압력의 유체가 공급되는 종 입구가 형성되고, 상기 종 입구를 구성하는 날개 형상은, 상기 터빈 휠의 축선에 직교하는 면에 있어서 상기 날개의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향을 향해 소정 각도 경사져 있는 래디얼 터빈이다.
본 형태에 따르면, 유체는, 주 입구로부터 터빈 휠의 주 통로의 외주 단부에 도입된다. 주 입구로부터 도입된 유체는, 반경 방향으로부터 축 방향으로 만곡하면서 순차 날개 높이가 높아지는 주 통로를 통해 순차 압력이 저감되면서 터빈 휠로부터 토출되어, 터빈 휠이 장착되어 있는 회전축에 동력을 발생시킨다.
주 입구로부터 공급되는 유체의 압력과는 다른 압력의 유체가, 종 입구로부터 종 통로의 외주 단부에 도입된다. 이 유체는, 종 통로를 통해 주 통로의 허브면으로부터 주 통로로 공급되고, 주 입구로부터 도입된 유체와 혼합된다. 혼합된 유체는, 순차 압력이 저감되면서 터빈 휠로부터 유출되어, 터빈 휠이 장착되어 있는 회전축에 동력을 발생시킨다.
명확하게 구별되어, 유체의 누출을 저감하기 위해, 주 입구와 종 입구의 사이는, 주 통로를 구성하는 터빈 휠의 배면판과 케이싱의 사이에서 조정된 간극에 의해 구획되어 있는 것이 적합하다.
이와 같이, 복수의 압력을 갖는 유체를, 단일 혹은 일체의 터빈 휠에 의해 회전 동력으로서 취출할 수 있다. 이에 의해, 부품 개수를 저감할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있다.
이때, 종 입구를 구성하는 날개 형상은, 터빈 휠의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향을 향해 소정 각도 경사져 있으므로, 유입되는 유체의 선회 유속 성분의 크기는, 그 위치에 있어서의 터빈 휠, 즉, 날개의 주속보다도 작아진다.
터빈 휠로 유입되는 유체의 압력인 헤드는, 유체의 선회 유속 성분과 날개의 주속을 승산한 값에 비례한다. 터빈 휠의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향으로 경사져 있지 않은 터빈 휠에서는, 일반적으로 설계점으로서, 터빈 휠의 출구에서의 유체의 선회 유속 성분을 제로로 하고, 입구에 있어서의 헤드를 유체의 선회 유속 성분과 날개의 주속이 동등해지도록 되어 있다.
본 형태에서는, 유입되는 유체의 선회 유속 성분의 크기는, 그 위치에 있어서의 터빈 휠, 즉, 날개의 주속보다도 작아지므로, 동일 헤드, 즉, 유체의 선회 유속 성분과 날개의 주속과의 곱을 일정하게 하는 경우, 날개의 주속을 일반적인 것보다도 크게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 종 입구의 반경 방향 위치를 주 입구에 보다 가까운 위치로 할 수 있다.
종 입구의 반경 방향 위치를 주 입구에 보다 가까운 위치로 하면, 종 입구에 유입시키는 유체 통로를 회전축으로부터 보다 이격된 위치에 설치할 수 있으므로, 회전축의 주위에 설치되는 베어링 상자 등의 공간을 충분히 확보할 수 있다.
상기 각 형태에서는, 상기 소정 각도는, 10°이상으로 되어 있는 것이 적합하다.
본 발명에 따르면, 터빈 휠의 슈라우드측에, 주 입구에 대해 반경 방향 및 축 방향으로 이격된 위치에 복수의 종 입구가 형성되거나, 혹은 주 통로의 허브면으로부터 분기되어 주 통로의 배면측을 향해 연장되는 종 통로 및 종 입구가 구비되어 있으므로, 복수의 압력을 갖는 유체를, 단일 혹은 일체의 터빈 휠에 의해 회전 동력으로서 취출할 수 있다. 이에 의해, 부품 개수를 저감할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있다.
이때, 종 입구를 구성하는 날개 형상은, 터빈 휠의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향을 향해 소정 각도 경사져 있으므로, 래디얼 터빈의 터빈 효율의 저하를 억제할 수 있거나, 혹은 회전축의 주위에 설치되는 베어링 상자 등의 공간을 충분히 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 팽창 터빈이 사용되고 있는 바이너리 발전 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 팽창 터빈에 래디얼 터빈을 적용한 부분 단면도이다.
도 3은 도 2의 래디얼 날개를 축선 방향에서 본 정면도이다.
도 4는 도 2의 래디얼 날개를 도시하는 X-X에서 본 도면이다.
도 5는 도 2의 종 입구에 있어서의 속도 삼각형을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 래디얼 터빈의 비교예를 도시하는 부분 단면도이다.
도 7은 도 6의 종 입구에 있어서의 속도 삼각형을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 팽창 터빈이 사용되고 있는 바이너리 발전 시스템의 다른 구성을 도시하는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 팽창 터빈이 사용되고 있는 플랜트 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 래디얼 터빈을 도시하는 부분 단면도이다.
도 11은 도 10의 래디얼 날개를 축선 방향에서 본 정면도이다.
도 12는 도 10의 래디얼 날개를 도시하는 Y-Y에서 본 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.
[제1 실시 형태]
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 래디얼 터빈(100)에 대해 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 팽창 터빈이 사용되고 있는 바이너리 발전 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2는 도 1의 팽창 터빈으로서 본 발명의 래디얼 터빈이 사용되는 경우의 래디얼 터빈 형상을 도시하는 부분 단면도이다. 도 3은 도 2의 래디얼 날개를 축선 방향에서 본 정면도이다. 도 4는 도 2의 래디얼 날개를 도시하는 X-X에서 본 도면이다. 도 5는 종 입구에 있어서의 속도 삼각형을 도시하는 도면이다.
바이너리 발전 시스템(3)은, 예를 들어 지열 발전을 행하는 시스템으로서 사용되는 것이다. 바이너리 발전 시스템(3)에는, 복수의 열원을 갖는 열원부(5)와, 2개의 바이너리 사이클(7A, 7B)과, 팽창 터빈(1), 팽창 터빈(1)의 회전 동력에 의해 전력을 발생하는 발전기(9)가 구비되어 있다.
열원부(5)는, 지열에 의해 가열된 증기나 열수를 바이너리 사이클(7A, 7B)에 공급한다. 열원부(5)는 온도 T1, T2가 다르고 압력이 다른 2종류의 증기나 열수를 공급하도록 구성되어 있다.
바이너리 사이클(7A, 7B)은, 작동 유체인 저비점 매체(유체)를 순환시키는 랭킨 사이클로 구성되어 있다. 저비점 매체로서는, 예를 들어 이소부탄 등의 유기 매체, 플론, 대체 플론, 또는 암모니아나 암모니아와 물의 혼합 유체 등이 사용된다.
바이너리 사이클(7A, 7B)에서는, 열원부(5)로부터의 고온 증기나 열수에 의해 저비점 매체가 가열되어 고압 유체로 되고, 이것이 팽창 터빈(1)에 공급된다. 팽창 터빈(1)으로부터 배출된 저비점 매체는, 바이너리 사이클(7A, 7B)로 복귀되어, 다시 고온 증기나 열수에 의해 가열되고, 이것을 순차 반복한다.
이때, 2개의 바이너리 사이클(7A, 7B)에서는, 동일한 저비점 매체가 사용되고 있다. 바이너리 사이클(7A, 7B)에 공급되는 고온 증기나 열수의 온도가 다르기 때문에, 그들로부터 팽창 터빈(1)에 공급되는 저비점 매체의 압력 P1, P2는 다르다. 압력 P1이 압력 P2보다도 크다.
래디얼 터빈(100)에는, 케이싱(11)과, 케이싱(11)에 회전 가능하게 지지된 회전축(13)과, 회전축(13)의 외주에 장착된 래디얼 터빈 휠(터빈 휠)(15)이 구비되어 있다.
래디얼 터빈 휠(15)은, 회전축(13)의 외주에 장착된 허브(17)와 허브(17)의 외주면에 방사상으로 간격을 두고 구비된 복수의 날개(19)로 구성되어 있다.
래디얼 터빈 휠(15)의 외주 단부에는, 반경 R1의 위치에 전체 둘레에 걸치는 주 입구(21)가 형성되어 있다. 주 입구(21)의 외주측에는, 환 형상의 공간인 입구 유로(25)가 형성되어 있다. 입구 유로(25)의 외주측 단부에는, 바이너리 사이클(7A)로부터 공급되는 압력 P1의 저비점 매체가 도입되는 주 유입로(23)가 형성되어 있다.
입구 유로(25)에는, 주위 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 날개로 구성되고 고속 선회류를 발생시키는 노즐(27)이 설치되어 있다.
또한, 노즐 날개를 갖지 않는 스크롤 등의 고속 선회류 발생 유로에 의해 고속 선회류를 발생시키도록 해도 된다.
래디얼 터빈 휠(15)에는, 주 입구(21)로부터 터빈 휠 출구를 향해 흐름이 유출되도록 반경 방향으로부터 축 방향을 향해 만곡된 주 통로(26)가 형성되어 있다.
래디얼 터빈 휠(15)의 슈라우드측에, 주 입구(21)에 대해 반경 방향 및 축 방향으로 이격된 반경 R2의 위치에 종 입구(29)가 형성되어 있다.
종 입구(29)의 외주측에는, 환 형상의 공간인 입구 유로(33)가 형성되어 있다. 입구 유로(33)의 외주측 단부에는, 바이너리 사이클(7B)로부터 공급되는 압력 P2의 저비점 매체가 도입되는 종 유입로(31)가 형성되어 있다.
입구 유로(33)에는, 주위 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 날개로 구성되는 노즐(35)이 설치되어 있다.
도 2에는, 래디얼 터빈 휠(15) 내를 통과하는 유체의 등압선이 1점 쇄선으로 나타내어져 있다.
반경 R2는, 종 입구(29)로부터 공급되는 유체의 압력이, 래디얼 터빈 휠(15) 내에서 이 위치를 통과하는 유체의 압력과 대략 동일해지도록 설정되어 있다.
날개(19)는, 주 입구(21)의 허브(17)측은 축선 중심(24)에 대해 거의 동일한 각도의 방사상의 날개 형상을 갖고, 래디얼 터빈 휠(15)의 출구를 향해 포물선 형상으로 회전축(13)에 대해 날개의 각도가 커진다고 하는 날개 형상으로 되어 있다.
종 입구(29)를 구성하는 날개 형상은, 도 3에 도시되는 바와 같이, 회전축(13)의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개(19)의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향(20)의 하류측으로 각도(소정 각도) β2 경사져 있다. 각도 β2는, 10°이상으로 되어 있는 것이 적합하다.
그리고 전방 테두리를 잇는 선(22)은, 도 4에 도시되는 바와 같이 회전축(13)의 축선 중심(24)을 중심으로 하는 원통면에 있어서, 축선 중심(24)에 대해 날개(19)의 선단측으로 개방되도록 경사져 구성되어 있다. 선(22)의 회전축(13)의 축선 중심(24)에 대한 경사각은 각도 γ2로 되어 있다.
주 입구(21)는 반경 R1의 위치에, 종 입구(29)는 반경 R2의 위치에 설치되어 있다.
날개(19)의 주 입구(21) 근방에 있어서의 날개 형상은, 회전축(13)의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개(19)의 중심선이 반경 방향을 대략 따르도록 구성되어 있다. 따라서, 주 입구(21)의 반경 R1은, 다음과 같이 설정된다. 입구압 P1 및 헤드 H1에 대해 gㆍH1≒U12의 관계가 있다. 래디얼 터빈 휠(15)의 회전수를 N(rpm)으로 하면, 주 입구(21)의 반경 R1은, R1≒U1/2ㆍπ/(N/60)의 근방의 값으로 설정된다.
이것을 다시 엄밀하게 표시하면, g*H1＝Cu1*U1－Cud*Ud[Cu1;주 입구(21)에서의 흐름의 선회 유속 성분, Cud;래디얼 터빈 휠(15) 출구의 대표 선회 유속 성분, Ud;래디얼 터빈 휠(15) 출구의 대표 주속]이며, 설계점에서는 일반적으로 Cud≒0, Cu1≒U1로 설정되므로, 결과적으로 전술한 관계에 의해 주 입구(21)의 반경 R1이 설정된다.
한편, 종 입구(29) 근방의 날개 형상은, 회전축(13)의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개(19)의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향(20)의 하류측으로 각도(소정 각도) β2 경사져 있다.
이 경우, 종 입구(29)에 있어서의 속도 삼각형은 도 5에 나타내는 바와 같이 된다. 즉, 종 입구(29)에 유입되는 유체의 절대 유속 C2는, 자오면 유속 성분 Cm2와 선회 유속 성분 Cu2로 분해된다. 또한, 절대 유속 C2는, 날개면을 따르는 상대 유속 W2와, 래디얼 터빈 휠(15)의 주속 U2로 분해된다.
종 입구(29)의 근방에 있어서의 각도 β2 경사진 날개면을 따르는 상대 유속 W2에 의해 유입되는 유체의 선회 유속 성분 Cu2의 크기는, 그 위치에 있어서의 래디얼 터빈 휠(15)의 주속 U2보다도 작아진다. 바꾸어 말하면, 선회 유속 성분 Cu2와 주속 U2는 다른 크기로 된다.
따라서, 종 입구(29)의 반경 R2는, 다음과 같이 설정된다. 종 입구(29)에 있어서의 입구압 P2 및 헤드 H2에 대해 g*H2≒Cu2*U2의 관계가 있다. 래디얼 터빈 휠(15)의 회전수를 N(rpm)으로 하면, 종 입구(29)의 반경 R2는, R2≒U2/2ㆍπ/(N/60)의 근방의 값으로 설정된다.
이것을 다시 엄밀하게 표시하면, g*H2＝Cu2*U2－Cud*Ud이며, 설계점에서는 일반적으로 Cud≒0으로 설정되므로, 결과적으로 전술한 관계에 의해 종 입구(29)의 반경 R2가 설정된다.
비교예로서, 도 6에 도시되는 회전축(13)의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개(19)의 중심선이 반경 방향을 대략 따르도록 구성되어 있는 날개 형상을 갖는 종 입구(30)를 구비하고, 그 이외는 본 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 되어 있는 래디얼 터빈 휠(15)에 대해 설명한다. 도 7에는, 도 6의 래디얼 터빈 휠(15)의 종 입구(30)에 있어서의 속도 삼각형이 나타내어져 있다.
종 입구(30)가 설치되는 위치의 반경 R2'은, 주 입구(21)의 반경 R1과 마찬가지로, 입구압 P2' 및 헤드 H2'에 대해 g*H2'≒U2'2(≒Cu2'ㆍU2')의 관계가 있다. 래디얼 터빈 휠(15)의 회전수를 N(rpm)으로 하면, 종 입구(30)의 반경 R2'은, R2'≒U2'/2ㆍπ/(N/60)의 근방의 값으로 설정된다.
종 입구(29)에 있어서는 gㆍH2≒Cu2*U2로 나타내어지는 것에 대해, 종 입구(30)에서는, gㆍH2'≒U2'2(≒Cu2'*U2')로 나타내어진다.
이 관계에 있어서, 종 입구(29)의 헤드 H2 및 종 입구(30)의 헤드 H2'이 동일하게 되는 경우, 상술한 바와 같이 종 입구(29)에서는, 선회 유속 성분 Cu2가 주속 U2보다도 작으므로, Cu2'≒U2'인 종 입구(30)의 선회 유속 성분 Cu2' 및 주속 U2'에 대해, 예를 들어 1 이상의 상수 α를 이용하여 Cu2＝Cu2'/α, U2＝U2'*α로 함으로써 행할 수 있다. 이때, 회전수가 일정하다고 하면, 종 입구(29)의 반경 R2와 종 입구(30)의 반경 R2'의 관계는, 반경 R2＝R2'*α로 된다.
따라서, 헤드 H가 동일한 경우에는, 종 입구(29)의 반경 R2는, 종 입구(30)의 반경 R2'보다도 크게 할 수 있다.
종 입구(29)의 전방 테두리를 잇는 선(22)은, 회전축(13)의 축선 중심(24)을 중심으로 하는 원통면에 있어서, 축선 중심(24)에 대해 날개(19)의 선단측으로 각도 γ2만큼 개방되도록 경사져 구성되어 있으므로, 종 입구(29)를 구성하는 날개(19)의 주 입구(21)측이, 주 입구(21)를 구성하는 날개(19)에 근접하도록 할 수 있다. 따라서, 도 4에 도시되는 바와 같이 종 입구(29)를 구성하는 날개(19)의 날개면을, 주 입구(21)를 구성하는 날개(19)의 날개면과 연속되도록 할 수 있다.
이와 같이, 주 입구(21)와, 종 입구(29)가 연속된 날개면을 구성하도록 하면, 종래의 방법에 의해, 마치 1매의 날개면이 연속되는 날개(19)인 것처럼 설계할 수 있고, 종래의 날개 제작 기술로 일체로 제작할 수 있다.
이 경우, 축선 중심(24)을 중심으로 하는 원통면에 있어서, 주 입구(21)로부터의 날개(19) 부분을 축선 중심(24)에 대해 종 입구(29)측으로 개방되도록 경사시키도록 해도 된다. 이에 의해, 주 입구(21)와, 종 입구(29)를 보다 매끄럽게 연속시킬 수 있다.
이하, 이와 같이 구성된 본 실시 형태에 관한 래디얼 터빈(100)의 동작에 대해 설명한다.
바이너리 사이클(7A)로부터 공급되는 압력 P1의 저비점 매체는, 주 유입로(23)로부터 입구 유로(25)를 통해 노즐(27)에 의해 유량, 유속이 조정되고, 유량 G1의 저비점 매체가 주 입구(21)로부터 주 통로(26)로 공급된다. 이 저비점 매체는, 주 통로(26)를 따라 흐름(28)과 같이 만곡하면서 래디얼 터빈 휠(15)의 출구를 향해 흐른다. 이때, 래디얼 터빈 휠(15)에 공급되는 저비점 매체의 압력은 PN1이다. 이 압력 PN1의 저비점 매체는, 주 통로(26)를 통해 래디얼 터빈 휠(15)의 출구압 Pd까지 연속적으로 압력이 저하되면서 래디얼 터빈 휠(15)로부터 유출되어, 래디얼 터빈 휠(15)이 장착되어 있는 회전축(13)에 회전 동력을 발생시킨다.
이때, 바이너리 사이클(7B)로부터 공급되는 압력 P2의 저비점 매체는, 종 유입로(31)로부터 입구 유로(33)를 통해 노즐(35)에 의해 유량, 유속이 조정되어, 유량 G2의 저비점 매체가 종 입구(29)로부터 래디얼 터빈 휠(15)에 공급된다.
이때, 이 종 입구(29)로부터 래디얼 터빈 휠(15) 내에 공급되는 저비점 매체의 압력 PN2는, 래디얼 터빈 휠(15)을 흐르는 래디얼 터빈 휠(15) 출구를 향해 순차, 바꾸어 말하면 연속적으로 저하되는 저비점 매체의 종 입구(29) 위치에 있어서의 압력에 일치하도록 되어 있다.
종 입구(29)에 공급된 저비점 매체는, 흐름(37)과 같이 흘러 주 입구(21)로부터 도입된 저비점 매체와 합류한다.
래디얼 터빈 휠(15)의 출구의 반경 Rd는, 유량이 큰 경우, 주 입구(21)의 반경 R1의 0.6 내지 0.7배 정도의 크기로 설정되는 것이 많다. 예를 들어, 도 6에 도시되는 종 입구(30)를 구비한 래디얼 터빈 휠(15)을 사용하는 경우, 종 입구(30)로 유입되는 저비점 매체의 헤드 H2'이 주 입구(21)에서의 헤드 H1의 0.5배인 것으로 하면, 종 입구(30)가 설치되는 반경 R2'은, 주 입구(21)의 반경 R1의 0.707배로 된다.
이러한 상태에서는, 주 입구(21)로부터 유입된 흐름(28)과, 종 입구(30)로부터 유입된 흐름(37)의 자오면에 있어서의 흐름의 대표 속도의 벡터가 평행하게 흐를 수 없어, 흐름(28, 37)이 서로 충돌하므로 흐름의 압력 손실이 증가하게 된다.
본 실시 형태에서는, 도 6의 형태와 동일한 헤드의 경우, 회전축(13)의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개(19)의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향(20)의 하류측으로 각도 β2 경사져 있는 날개 형상을 갖는 종 입구(29)가 설치되는 반경 위치는, 회전축(13)의 축선에 직교하는 면에 있어서 날개(19)의 중심선이 반경 방향을 대략 따르도록 구성되어 있는 날개 형상을 갖는 종 입구(30)의 반경 위치에 비해 크게 할 수 있으므로, 주 입구(21)로부터 유입되는 저비점 매체의 흐름(28)과 종 입구(29)로부터 유입되는 저비점 매체의 흐름(37)이 교차하는 각도를, 종 입구(30)의 그것과 비교하여 작게 할 수 있다. 따라서, 주 입구(21)로부터 저비점 매체와 종 입구(29)로부터의 저비점 매체가 종 입구(30)보다도 보다 원활하게 합류할 수 있으므로, 양자의 충돌에 의해 발생하는 압력 손실을 보다 작게 할 수 있다. 이에 의해, 래디얼 터빈(100)의 터빈 효율의 저하를 억제할 수 있다.
종 입구(29)로부터 유입된 유량 G2의 저비점 매체는, 주 입구(21)로부터 공급된 유량 G1의 저비점 매체와 혼합되고, 일체로 되어 래디얼 터빈 휠(15)의 출구로부터 유출된다. 유량 G1 및 유량 G2가 합쳐진 유량의 저비점 매체가, 래디얼 터빈 휠(15)을 통해 회전축(13)에 회전 동력을 발생시킨다.
회전축(13)의 회전 구동에 의해 발전기(9)가 전력을 발생시킨다.
이와 같이, 바이너리 사이클(7A, 7B)로부터의 압력이 다른 저비점 매체를, 각각 래디얼 터빈 휠(15)의 주 입구(21) 및 종 입구(29)에 공급함으로써, 단일의 래디얼 터빈 휠(15)에 의해 회전 동력으로서 취출할 수 있다.
이에 의해, 본 실시 형태에 관한 래디얼 터빈(100)은, 복수의 팽창 터빈 혹은 복수의 래디얼 터빈 휠을 구비하는 팽창 터빈에 비해 부품 개수를 저감할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 래디얼 터빈 휠(15)에 슈라우드가 설치되어 있지 않지만, 이것에 한정되지 않는다.
예를 들어, 주 입구(21)와 종 입구(29)의 사이에 위치하는 래디얼 터빈 휠(15)에 슈라우드를 장착해도 된다. 또한, 슈라우드에 더하여 종 입구(29)로부터 래디얼 터빈 휠(15)의 출구의 사이에 슈라우드를 설치하도록 해도 된다.
이와 같이 하면, 주 입구(21)와 종 입구(29)의 사이에 있어서의 날개 선단의 클리어런스에 의한 저비점 매체의 누설 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 높게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 종 입구(29)는 1개소로 되어 있지만, 복수 개소에 설치하도록 해도 된다.
이와 같이 하면, 3개 이상의 다른 압력의 저비점 매체를 단일의 래디얼 터빈 휠(15)에 의해 회전 동력으로서 취출할 수 있고, 보다 부품 개수를 저감할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 2개의 바이너리 사이클(7A, 7B)을 갖는, 바이너리 발전 시스템(3)에 적용하는 것으로서 설명하였지만, 팽창 터빈(1)의 용도는 이것에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 8에 도시되는 바와 같이, 1개의 바이너리 사이클(7C)을 갖는 바이너리 발전 시스템(3)에도 적용할 수 있다. 이것은 바이너리 사이클(7C)로부터 압력이 다른 저비점 매체를 취출하여 팽창 터빈(1)에 의해 동력을 회수한다.
또한, 도 9에 도시되는 플랜트 시스템(2)에서 팽창 터빈(1)을 사용하도록 해도 된다. 플랜트 시스템(2)에는, 예를 들어 보일러 플랜트(4)에서, 복수, 예를 들어 3개의 압력이 다른 증기(유체)를 취출하여 팽창 터빈(1)에 의해 동력을 회수하는 것이다.
플랜트 시스템(2)으로서는, 각종 산업 플랜트이며, 예를 들어 화학 플랜트에 있어서 분리나 혼합이 행해지는 프로세스의 혼합 과정에 사용되어도 된다.
[제2 실시 형태]
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 래디얼 터빈(100)에 대해, 도 10 내지 도 12를 사용하여 설명한다.
본 실시 형태는, 터빈 휠의 구성이 제1 실시 형태의 것과 다르기 때문에, 여기서는 이 다른 부분에 대해 주로 설명하고, 전술한 제1 실시 형태의 것과 동일한 부분에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
또한, 제1 실시 형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 래디얼 터빈(100)을 도시하는 부분 단면도이다. 도 11은 도 10의 래디얼 날개를 축선 방향에서 본 정면도이다. 도 12는 도 10의 래디얼 날개를 도시하는 Y-Y에서 본 도면이다.
본 실시 형태에서는, 주 통로(26)의 허브면에, 배면측을 향해 연장되는 종 통로(32)가 구비되어 있다. 주 통로(26)와 종 통로(32)는, 1점 쇄선으로 나타내어지는 주 통로(26)의 허브면의 가상선인 합류부(34)에서 흐름이 합류한다. 바꾸어 말하면, 종 통로(32)는 합류부(34)로부터 분기되어, 주 통로(26)의 배면측을 향해 연장되도록 형성되어 있다.
종 통로(32)의 배면측의 외주 단부에는, 주 입구(21)와 다른 반경 R2의 위치에 전체 둘레에 걸치는 종 입구(36)가 형성되어 있다.
반경 R2의 위치에 설치된 종 입구(36)의 외주측에는, 환 형상의 공간인 입구 유로(38)가 형성되어 있다. 입구 유로(38)의 외주 단부에는, 바이너리 사이클(7B)로부터 공급되는 압력 P2의 저비점 매체가 도입되는 종 유입로(40)가 접속되어 있다.
입구 유로(38)에는, 주위 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 날개로 구성되는 노즐(42)이 설치되어 있다.
래디얼 터빈 휠(15)의 날개(19)에는, 합류부(34)에서 분기되어, 종 통로(32)의 주위 방향을 구획하는 분기 통로벽(날개)(44)이 형성되어 있다.
주 입구(21)로부터 합류부(34)에 이르는 날개(19)의 배면과, 분기 통로벽(44)의 슈라우드측에는 배면판(46)이 설치되어 있다.
인접하는 날개(19)와, 허브(17)와, 배면판(46)과, 케이싱(11)으로, 주 통로(26)가 형성된다. 인접하는 날개(19)의 분기 통로벽(44)과, 허브(17)와, 배면판(46)의 반경 방향 내향의 면으로, 종 통로(32)가 형성된다.
날개(19)의 후방 테두리는, 도 10에 도시되는 바와 같이, 저비점 매체가 거의 축 방향의 성분을 갖고 유출되도록, 거의 반경 방향의 선으로 이루어지도록 구성되어 있다.
주 통로(26)를 구성하는 날개(19)는, 도 12에 도시되는 바와 같이 주 입구(21)에 있어서 회전축(13)의 축선 중심(24)에 대해 거의 동일한 각도의 방사상의 날개 형상을 갖고, 래디얼 터빈 휠(15)의 출구를 향해, 회전축(13)에 대해 날개의 중심선 XL이 포물선 형상으로 커진다고 하는 날개 형상으로 되어 있다. 이 전향점은, 합류부(34)의 근방이다.
삭제
종 통로(32)를 구성하는 분기 통로벽(44)은, 날개(19)의 주 입구(21)측의 부분인 주 입구부 및 배면판(46)의 원심력을 받아내므로, 합류부(34)에 위치하는 날개(19)를 허브측으로 연장시킨 위치에 설치되어 있다.
또한, 원심력에 의한 날개(19)의 분기 통로벽(44)에 작용하는 응력이 충분히 작은 경우에는, 날개(19)의 주 입구부의 각도와 분기 통로벽(44)의 각도가 엇갈리게 되어도 된다.
종 입구(36)를 구성하는 분기 통로벽(44)의 형상(날개 형상)은, 도 11에 도시되는 바와 같이, 회전축(13)의 축선에 직교하는 면에 있어서 분기 통로벽(44)의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향(20)의 하류측으로 각도(소정 각도) β2 경사져 있다. 또한, 각도 β2는, 10°이상으로 되어 있는 것이 적합하다.
이에 의해, 제1 실시 형태에 있어서의 종 입구(29)와 마찬가지로, 종 입구(36)의 근방에 있어서의 각도 β2 경사진 날개면을 따르는 상대 유속에 의해 유입되는 유체의 선회 유속 성분 Cu2의 크기는, 그 위치에 있어서의 래디얼 터빈 휠(15)의 주속 U2보다도 작아진다. 바꾸어 말하면, 선회 유속 성분 Cu2와 주속 U2는 다른 크기로 된다.
따라서, 종 입구(36)의 반경 R2는, 다음과 같이 설정된다. 종 입구(36)에 있어서의 입구압 P2 및 헤드 H2에 대해 g*H2≒Cu2*U2의 관계가 있다. 래디얼 터빈 휠(15)의 회전수를 N(rpm)으로 하면, 종 입구(36)의 반경 R2는, R2≒U2/2ㆍπ/(N/60)의 근방의 값으로 설정된다.
이것을 다시 엄밀하게 표시하면, g*H2＝Cu2*U2-Cud*Ud이며, 설계점에서는 일반적으로 Cud≒0으로 설정되므로, 결과적으로 전술한 관계에 의해 종 입구(36)의 반경 R2가 설정된다.
종 입구(36)가, 회전축(13)의 축선에 직교하는 면에 있어서 분기 통로벽(44)의 중심선이 반경 방향을 대략 따르도록 구성되어 있는 경우에는, 종 입구(36)가 설치되는 위치의 반경 R2'은, 주 입구(21)의 반경 R1과 마찬가지로 하여 설정된다. 즉, 입구압 P2' 및 헤드 H2'에 대해 g*H2'≒U2'2(≒Cu2'ㆍU2')의 관계가 있다. 래디얼 터빈 휠(15)의 회전수를 N(rpm)으로 하면, 반경 R2'는, R2'≒U2'/2ㆍπ/(N/60)의 근방의 값으로 설정된다.
이 관계에 있어서, 헤드 H2 및 헤드 H2'이 동일하게 되는 경우, 예를 들어 1 이상의 상수 α를 사용하여 Cu2＝Cu2'/α, U2＝U2'*α로 함으로써 행할 수 있다. 이때 회전수가 일정하다고 하면, 반경 R2와 반경 R2'의 관계는, R2＝R2'*α로 된다.
따라서, 헤드 H가 동일한 경우에는, 도 10에 도시되는 바와 같이 반경 R2는, 반경 R2'보다도 크게 할 수 있다.
이와 같이, 종 입구(36)의 설치되는 반경 R2를 크게 할 수 있으므로, 종 유입로(40)의 위치를 회전축(13)으로부터 보다 이격된 위치에 배치할 수 있다. 바꾸어 말하면, 종 유입로(40)의 하단부로부터 회전축(13)까지의 공간(54)의 높이를 크게 할 수 있다.
회전축(13)의 주위에는, 래디얼 터빈 휠(15)의 베어링이나, 시일 구조 등이 설치되지만, 공간(54)의 높이를 크게 할 수 있으므로, 베어링이나, 시일 구조 등이 설치되는 장소를 충분히 확보할 수 있다.
바꾸어 말하면, 베어링이나, 시일 구조 등과 간섭하지 않도록 종 유입로(40)를 설치할 수 있는 헤드 H2의 범위를 확대할 수 있다.
주 통로(26) 및 종 통로(32)는 터빈 휠 출구를 향함에 따라 주 통로(26)의 날개(19)의 높이와 종 통로(32)의 분기 통로벽(44)의 높이가 함께 높아지도록 구성되어 있고, 주 통로(26)를 흐르는 저비점 매체의 흐름(48) 및 종 통로(32)를 흐르는 저비점 매체의 흐름(50)은, 래디얼 터빈 휠(15)의 출구를 향함에 따라 유량 용적이 증가하면서 순차 저압으로 된다.
도 10에는, 래디얼 터빈 휠(15) 내를 통과하는 유체의 등압선이 1점 쇄선으로 나타내어져 있다.
반경 R2는, 종 입구(36)로부터 공급되고, 합류부(34)에 이르는 유체의 압력이, 주 통로(26)의 합류부(34)를 통과하는 유체의 압력과 대략 동일해지도록 설정되어 있다.
케이싱(11)에는, 주 입구(21)와 종 입구(36)의 사이에, 일면이 입구 유로(38)의 통로벽을 구성하고, 다른 면이 배면판(46)과의 간극이 작아지도록 조정된 케이싱벽(52)이 구비되어 있다.
이하, 이와 같이 구성된 본 실시 형태에 관한 래디얼 터빈(100)의 동작에 대해 설명한다.
바이너리 사이클(7A)로부터 공급되는 압력 P1의 저비점 매체는, 주 유입로(23)로부터 입구 유로(25)를 통해 노즐(27)에 의해 유량, 유속이 조정되어, 유량 G1의 저비점 매체가 주 입구(21)로부터 주 통로(26)로 공급된다. 이때, 래디얼 터빈 휠(15)에 공급되는 저비점 매체의 압력은 PN1이다. 이 압력 PN1의 저비점 매체는, 래디얼 터빈 휠(15)의 출구압 Pd까지 연속적으로 압력이 저하되면서 래디얼 터빈 휠(15)로부터 유출되어, 래디얼 터빈 휠(15)이 장착되어 있는 회전축(13)에 회전 동력을 발생시킨다.
이때, 바이너리 사이클(7B)로부터 공급되는 압력 P2의 저비점 매체는, 종 유입로(40)로부터 입구 유로(38)를 통해 노즐(42)에 의해 유량, 유속이 조정되고, 유량 G2의 저비점 매체가 종 입구(36)로부터 종 통로(32)에 공급된다. 이때, 이 종 입구(36)로부터 종 통로(32)로 공급되는 저비점 매체의 압력 PN2는, 저비점 매체가 종 통로(32)를 흐르는 동안에 감압되고, 주 통로(26)에 있어서의 합류부(34) 위치에 있어서의 압력에 대략 일치하게 된다.
주 입구(21)와 종 입구(36)의 사이는, 주 통로(26)의 배면판(46)과의 사이에서 클리어런스가 작아지도록 간극 조정된 케이싱벽(52)이 구비되어 있으므로, 휠 입구에서 압력 PN1과 압력 PN2의 압력이 다른 저비점 매체를 사용해도 주 입구(21)로부터의 압력이 높은 저비점 매체가 종 입구(36)의 쪽으로 누설되는 것을 억제하여, 누설을 저감할 수 있다.
합류부(34)에 있어서 종 입구(36)로부터 유입된 유량 G2의 저비점 매체는, 주 입구(21)로부터 공급된 유량 G1의 저비점 매체와 혼합된다. 주 통로(26)와 종 통로(32)는, 날개(19) 및 분기 통로벽(44)에 의해 연속해서 형성되므로, 이들 통로를 통과하는 유체는 원활하게 혼합될 수 있다.
혼합된 저비점 매체는, 래디얼 터빈 휠(15)로부터 유출된다. 유량 G1 및 유량 G2가 합쳐진 유량의 저비점 매체가, 래디얼 터빈 휠(15)을 통해 회전축(13)에 회전 동력을 발생시킨다.
회전축(13)의 회전 구동에 의해 발전기(9)가 전력을 발생시킨다.
이와 같이, 바이너리 사이클(7A, 7B)로부터의 압력이 다른 저비점 매체를, 각각 래디얼 터빈 휠(15)의 주 입구(21) 및 종 입구(36)에 공급함으로써, 단일의 래디얼 터빈 휠(15)에 의해 회전 동력으로서 취출할 수 있다.
이에 의해, 본 실시 형태에 관한 래디얼 터빈(100)은, 복수의 팽창 터빈 혹은 복수의 래디얼 터빈 휠을 구비하는 팽창 터빈에 비해 부품 개수를 저감할 수 있어, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 래디얼 터빈 휠(15)에 슈라우드가 설치되어 있지 않지만, 필요에 따라서 슈라우드를 장착하도록 해도 된다.
이와 같이 하면, 주 통로(26)에 있어서의 저비점 매체의 누설 손실을 저감할 수 있어, 터빈 효율을 높게 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 2개의 바이너리 사이클(7A, 7B)을 갖는, 바이너리 발전 시스템(3)에 적용하는 것으로서 설명하였지만, 팽창 터빈(1)의 용도는 이것에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 8에 도시되는 바와 같이, 1개의 바이너리 사이클(7C)을 갖는 바이너리 발전 시스템(3)에도 적용할 수 있다.
또한, 도 9에 도시되는 플랜트 시스템(2)에서 팽창 터빈(1)을 사용하도록 해도 된다. 플랜트 시스템(2)으로서는, 각종 산업 플랜트이며, 예를 들어 화학 플랜트에 있어서 분리나 혼합이 행해지는 프로세스의 혼합 과정에 사용되어도 된다.
또한, 본 발명은 이상 설명한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형을 행해도 된다.
1 : 팽창 터빈
13 : 회전축
15 : 래디얼 터빈 휠
19 : 날개
21 : 주 입구
26 : 주 통로
29 : 종 입구
36 : 종 입구
44 : 분기 통로벽
100 : 래디얼 터빈

Claims (4)

  1. 반경 방향으로부터 축 방향으로 만곡하면서 순차 날개 높이가 높아지는 주 통로를 구비하고, 외주측에 위치하는 주 입구로부터 상기 주 통로로 반경 방향의 흐름을 주성분으로 하여 유입되는 선회하는 유체로부터, 흐름의 선회 에너지를 회전 동력으로 변환하고, 그 에너지를 방출한 흐름을 축 방향으로 토출하는 터빈 휠을 구비하고 있는 래디얼 터빈이며,
    상기 터빈 휠의 슈라우드측에, 상기 주 입구에 대해 반경 방향 및 축 방향으로 이격된 위치에 상기 주 입구로부터 공급되는 유체의 압력과는 다른 압력의 유체가 유입되는 종 입구가 형성되고,
    상기 종 입구를 구성하는 날개 형상은, 상기 터빈 휠의 축선에 직교하는 면에 있어서 상기 날개의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향을 향해 소정 각도 경사져 있는, 래디얼 터빈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 종 입구를 구성하는 날개의 전방 테두리를 잇는 선이, 상기 터빈 휠의 축선 중심을 중심으로 하는 원통면에 있어서, 상기 축선 중심에 대해 상기 날개의 선단측으로 개방되도록 경사져 구성되어 있는, 래디얼 터빈.
  3. 반경 방향으로부터 축 방향으로 만곡하면서 순차 날개 높이가 높아지는 주 통로를 구비하고, 외주측에 위치하는 주 입구로부터 상기 주 통로로 반경 방향의 흐름을 주성분으로 하여 유입되는 선회하는 유체로부터, 흐름의 선회 에너지를 회전 동력으로 변환하고, 그 에너지를 방출한 흐름을 축 방향으로 토출하는 터빈 휠을 구비하고 있는 래디얼 터빈이며,
    상기 터빈 휠에는, 상기 주 입구보다도 반경 방향 내측 위치에, 상기 주 통로의 허브면으로부터 분기되어 상기 주 통로의 배면측을 향해 연장되는 종 통로가 구비되고,
    상기 종 통로의 외주 단부에는, 상기 주 입구와 다른 반경 방향 위치로 되고, 상기 주 입구로부터 공급되는 유체의 압력과는 다른 압력의 유체가 공급되는 종 입구가 형성되고,
    상기 종 입구를 구성하는 날개 형상은, 상기 터빈 휠의 축선에 직교하는 면에 있어서 상기 날개의 중심선이 반경 방향에 대해 회전 방향을 향해 소정 각도 경사져 있는, 래디얼 터빈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정 각도는, 10°이상으로 되어 있는, 래디얼 터빈.
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