(57)【要約】【課題】タービン効率の低下を抑制することができる二圧式ラジアルタービンを提供すること。【解決手段】主通路２５を通過する流体と、従通路２６を通過する流体とが合流する合流部よりも上流側に下流端が位置し、上流端が主入口１６まで延びて前記主通路２５を形成するラジアルタービンホイール１３のラジアル翼１５とラジアル翼１５との周方向における中間部にそれぞれ、少なくとも一枚の中間羽根３２を設けることにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン回転半径方向からタービン回転軸方向に湾曲しつつ順次翼高さが高くなる主通路と、
前記主通路の背面側に設けられ、前記主通路を流れる流体の圧力よりも低い圧力の流体が流れる従通路と、
外周側に位置する主入口から前記主通路に流入する流体、および外周側に位置する従入口から前記従通路に流入する流体によって駆動するラジアルタービンホイールと、
前記ラジアルタービンホイールを収容するケーシングと、を備えた二圧式ラジアルタービンであって、
前記主通路を通過する流体と、前記従通路を通過する流体とが合流する合流部よりも上流側に下流端が位置し、上流端が前記主入口まで延びて前記主通路を形成する前記ラジアルタービンホイールのラジアル翼とラジアル翼との周方向における中間部にはそれぞれ、少なくとも一枚の中間羽根が設けられていることを特徴とする二圧式ラジアルタービン。
【請求項２】
前記主入口と前記ラジアルタービンホイールのタービン出口との間に位置する前記ラジアル翼の翼先端に、シュラウドが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二圧式ラジアルタービン。
【請求項３】
タービン回転半径方向からタービン回転軸方向に湾曲しつつ順次翼高さが高くなる主通路と、
前記主通路の正面側に設けられ、前記主通路を流れる流体の圧力よりも低い圧力の流体が流れる従通路と、
外周側に位置する主入口から前記主通路に流入する流体、および外周側に位置する従入口から前記従通路に流入する流体によって駆動するラジアルタービンホイールと、
前記ラジアルタービンホイールを収容するケーシングと、を備えた二圧式ラジアルタービンであって、
前記主通路を通過する流体と、前記従通路を通過する流体とが合流する合流部よりも上流側に下流端が位置し、上流端が前記主入口まで延びて前記主通路を形成する前記ラジアルタービンホイールのラジアル翼とラジアル翼との周方向における中間部にはそれぞれ、少なくとも一枚の中間羽根が設けられていることを特徴とする二圧式ラジアルタービン。
【請求項４】
タービン回転半径方向からタービン回転軸方向に湾曲しつつ順次翼高さが高くなる主通路と、
前記主通路の正面側に設けられ、前記主通路を流れる流体の圧力よりも低い圧力の流体が流れる従通路と、
外周側に位置する主入口から前記主通路に流入する流体、および外周側に位置する従入口から前記従通路に流入する流体によって駆動するラジアルタービンホイールと、
前記ラジアルタービンホイールを収容するケーシングと、を備えた二圧式ラジアルタービンであって、
前記主通路を通過する流体と、前記従通路を通過する流体とが合流する合流部よりも下流側に下流端が位置し、上流端が前記主入口および前記従入口まで延びて前記主通路および前記従通路を形成する前記ラジアルタービンホイールのラジアル翼とラジアル翼との周方向における中間部にはそれぞれ、少なくとも一枚の中間羽根が設けられていることを特徴とする二圧式ラジアルタービン。
【請求項５】
前記主入口と前記従入口との間に位置する前記ラジアル翼の翼先端、および前記従入口と前記ラジアルタービンホイールのタービン出口との間に位置する前記ラジアル翼の翼先端にはそれぞれ、シュラウドが設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の二圧式ラジアルタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる温度および／または異なる圧力を有する二つの流体を取り扱う二圧式ラジアルタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半径方向の流速成分を主要な成分として持ってタービンホイールに流入し、旋回する中低温・高温、高圧の流体から旋回エネルギーを回収して回転動力に変換するとともに、その旋回エネルギーが回収された流れを軸方向に吐出する単一のタービンホイールを備えた単一圧力のラジアルタービンは、各種産業用プラントから高温、高圧の流体で排出される排出エネルギーの動力回収、船舶や車両用の動力源、等の熱サイクルを経由して動力を得るシステムの排熱回収、地熱・ＯＴＥＣ等の中低温熱源を利用するバイナリーサイクル発電の動力回収、等において広く用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８８５３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１４に示す、シュラウド側に主通路２５が形成され、ハブ側に従通路２６が形成された二圧式ラジアルタービン４を含む、いわゆるラジアルタービンと呼ばれるものでは、ラジアル翼１５が流体の作用によりエネルギーを回転動力に変換する総エネルギーのうち、主通路２５においても従通路２６においても、ラジアル翼１５の入口から半径方向内側に向かって流れる流れが軸方向に転向され、主通路２５と従通路２６とが合流するまでに、それぞれの通路において約３／４のエネルギーが回転動力に変換され、流れが軸方向に転向された後、タービン出口２４から軸方向に吐出されるまでの間に残りの約１／４のエネルギーが回転動力に変換されるという特性を有している。
【０００５】
また、「入口から転向されるまでの領域」と「転向されてから吐出されるまでの領域」は、翼間の流れを制御する翼の曲がり形状や、製造上の作りやすさのために、結果として略同等の面積を有している。
【０００６】
その結果、二圧式ラジアルタービン４を含む、いわゆるラジアルタービンと呼ばれるものでは、ラジアル翼１５の入口から半径方向内側への流れ領域において、ラジアルタービンホイール１３のラジアル翼１５の翼面に作用する翼面負荷（翼面圧力差）が大きくなり、流れが軸方向に転向されタービン出口２４から軸方向に吐出されるまでの間の翼面負荷が小さくなって、前者の領域においてラジアル翼１５の圧力面負圧面ともに流れの増減速が大きくなり、流れの増減速による損失が増加し、タービン効率が低下してしまうという課題がある。
特に、主通路２５は従通路２６に比べ翼間の流路幅が広く、従通路２６の幅が実用上製作可能な翼枚数で設計されるため、主通路２５を形成するラジアル翼１５の翼間は、従通路２６を形成するラジアル翼１５を製作する際の制約によって広くなり、その結果、主通路２５を形成するラジアル翼１５の翼面に作用する翼面負荷が大きくなってしまうという課題がある。
【０００７】
また、主通路２５については、翼先端にシュラウドを設置していない場合、ケーシング１１と翼先端との間のクリアランスは、回転軸１２とケーシング１１内面の相対位置関係が同じ構造精度で作られるため、構造的な制約からラジアル翼１５の入口からタービン出口２４まで略一定のクリアランスで製作されるが、ラジアル翼１５の入口から半径方向内側への流れ領域では、タービン出口２４近傍に比べて翼高さが低く、翼高さに対するクリアランスの比率が大きいので、漏れ損失が大きくなるという課題がある。
なお、図１５は、図１４のＩ−Ｉ断面における流速分布を示しており、この流速分布は、翼間とハブシュラウド間に生じる速度勾配に依存して発生する。
すなわち、主通路２５は翼面負荷が大きく、翼間の速度勾配が大きい。一方、従通路２６は合流部上流において流れの半径変化も転向も小さいので、翼面負荷が小さく、翼間の速度勾配が小さい。そのため、合流部の圧力面側と負圧面側において、主通路２５を流れる流体と従通路２６を流れる流体との間に流速差が生じ、これらの流れが混合することにより損失が発生し、タービン効率が低下してしまうといった問題点があった。
また、図１４中の符号１４はハブ、符号１６は主入口、符号１７は主流入路、符号１８は入口流路、符号１９はノズル、符号２０は従入口、符号２１は従流入路、符号２２は入口流路、符号２３はノズルを示している。
【０００８】
一方、図１６または図１７に示す、ハブ側に主通路２５が形成され、シュラウド側に従通路２６が形成された二圧式ラジアルタービン５，６では、以下のような課題を有している。図１８は、図１６のＩＩ−ＩＩ断面における流速分布を示している。
なお、図１６および図１７中の符号１１はケーシング、符号１２は回転軸、符号１３はラジアルタービンホイール、符号１４はハブ、符号１５はラジアル翼、符号１６は主入口、符号１７は主流入路、符号１８は入口流路、符号１９はノズル、符号２０は従入口、符号２１は従流入路、符号２２は入口流路、符号２３はノズル、符号２４はタービン出口を示しており、図１７中の符号２７，２８はシュラウドを示している。
【０００９】
まず、従入口２０では、ノズル２３からの流れが流入するため流れが非定常的になるが、時間的に平均すると以下のような流速分布を有している。すなわち、負荷は、ラジアル翼１５の前縁周辺にのみ作用し、その結果、ラジアル翼１５間の流速分布は勾配が小さく、圧力面は逆流し、負圧面は剥離する傾向がある。
また、従入口２０と並列の関係にある（従入口２０の近傍に位置する）主通路２５の合流部では、半径方向内側に向かう流れによるラジアル翼１５への負荷により圧力面で流速が遅く、負圧面で流速が速いという流速分布を有している。
ところが、これら２つの流れがラジアル翼１５に流入してくると、図１８に示すように、これら２つの流れの間に大きな歪みが生じ、合流部の下流側で混合による損失が発生し、タービン効率が低下してしまうといった問題点があった。
なお、図１８中の「高圧タービン」とは、高圧の流体が主として流れる主通路を形成するラジアルタービンホイール１３と同義であり、図１８中の「低圧タービン」とは、低圧の流体が主として流れる従通路を形成するラジアルタービンホイール１３と同義である。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、タービン効率の低下を抑制することができる二圧式ラジアルタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る二圧式ラジアルタービンは、タービン回転半径方向からタービン回転軸方向に湾曲しつつ順次翼高さが高くなる主通路と、前記主通路の背面側に設けられ、前記主通路を流れる流体の圧力よりも低い圧力の流体が流れる従通路と、外周側に位置する主入口から前記主通路に流入する流体、および外周側に位置する従入口から前記従通路に流入する流体によって駆動するラジアルタービンホイールと、前記ラジアルタービンホイールを収容するケーシングと、を備えた二圧式ラジアルタービンであって、前記主通路を通過する流体と、前記従通路を通過する流体とが合流する合流部よりも上流側に下流端が位置し、上流端が前記主入口まで延びて前記主通路を形成する前記ラジアルタービンホイールのラジアル翼とラジアル翼との周方向における中間部にはそれぞれ、少なくとも一枚の中間羽根が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る二圧式ラジアルタービンによれば、例えば、図６に示すように、主通路を形成するラジアル翼の翼面に作用する翼面負荷が低減し、それに伴う流れの増減速が低減することになる。
これにより、混合によって生じる損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
また、主通路を形成するラジアル翼の翼面に作用する翼面負荷が低減し、それに伴う翼面圧力差が半減することになる。
これにより、ケーシングとラジアル翼との間（クリアランス）からの漏れ損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
【００１３】
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主入口と前記ラジアルタービンホイールのタービン出口との間に位置する前記ラジアル翼の翼先端に、シュラウドが設けられているとさらに好適である。
【００１４】
このような二圧式ラジアルタービンによれば、主入口とタービン出口との間における翼先端のクリアランスを小さくすることができ、ケーシングとラジアル翼との間（クリアランス）からの漏れ損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
【００１５】
本発明に係る二圧式ラジアルタービンは、タービン回転半径方向からタービン回転軸方向に湾曲しつつ順次翼高さが高くなる主通路と、前記主通路の正面側に設けられ、前記主通路を流れる流体の圧力よりも低い圧力の流体が流れる従通路と、外周側に位置する主入口から前記主通路に流入する流体、および外周側に位置する従入口から前記従通路に流入する流体によって駆動するラジアルタービンホイールと、前記ラジアルタービンホイールを収容するケーシングと、を備えた二圧式ラジアルタービンであって、前記主通路を通過する流体と、前記従通路を通過する流体とが合流する合流部よりも上流側に下流端が位置し、上流端が前記主入口まで延びて前記主通路を形成する前記ラジアルタービンホイールのラジアル翼とラジアル翼との周方向における中間部にはそれぞれ、少なくとも一枚の中間羽根が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る二圧式ラジアルタービンによれば、例えば、図９に示すように、合流部よりも上流側に位置して主通路を形成するラジアル翼の圧力面を流れる流体の流速と、負圧面を流れる流体の流速との差が小さくなり、これら流体の流速と、合流部と並列の関係にある従入口から流入する流体との流速との差、すなわち、従入口における流速の歪みが小さくなる。
これにより、合流部の下流側における混合による損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
【００１７】
本発明に係る二圧式ラジアルタービンは、タービン回転半径方向からタービン回転軸方向に湾曲しつつ順次翼高さが高くなる主通路と、前記主通路の正面側に設けられ、前記主通路を流れる流体の圧力よりも低い圧力の流体が流れる従通路と、外周側に位置する主入口から前記主通路に流入する流体、および外周側に位置する従入口から前記従通路に流入する流体によって駆動するラジアルタービンホイールと、前記ラジアルタービンホイールを収容するケーシングと、を備えた二圧式ラジアルタービンであって、前記主通路を通過する流体と、前記従通路を通過する流体とが合流する合流部よりも下流側に下流端が位置し、上流端が前記主入口および前記従入口まで延びて前記主通路および前記従通路を形成する前記ラジアルタービンホイールのラジアル翼とラジアル翼との周方向における中間部にはそれぞれ、少なくとも一枚の中間羽根が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る二圧式ラジアルタービンによれば、例えば、図１２に示すように、ラジアル翼の翼面に作用する翼面負荷が低減し、その結果、剥離域および逆流域が減少して、それに伴う流れの増減速が低減することになる。また、合流部よりも上流側に位置して主通路を形成するラジアル翼の圧力面を流れる流体の流速と、負圧面を流れる流体の流速との差が小さくなり、これら流体の流速と、合流部と並列の関係にある従入口から流入する流体との流速との差、すなわち、従入口における流速の歪みが小さくなる。
これにより、合流部の下流側における混合による損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
【００１９】
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主入口と前記従入口との間に位置する前記ラジアル翼の翼先端、および前記従入口と前記ラジアルタービンホイールのタービン出口との間に位置する前記ラジアル翼の翼先端にはそれぞれ、シュラウドが設けられているとさらに好適である。
【００２０】
このような二圧式ラジアルタービンによれば、主入口と従入口との間、および従入口とタービン出口との間における翼先端の圧力差が半減することになり、ケーシングとラジアル翼との間（クリアランス）からの漏れ損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る二圧式ラジアルタービンよれば、タービン効率の低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンを具備した二圧式ラジアルタービンシステムの一例として挙げる二圧式バイナリーサイクル発電システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンを具備した二圧式ラジアルタービンシステムの一例として挙げる二圧式バイナリーサイクル発電システムの構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンを具備した二圧式ラジアルタービンシステムの一例として挙げる二圧式バイナリーサイクル発電システムの構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図５】図４に示すラジアルタービンホイールの一部分を正面（下流側）から見た図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの作用効果を説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図８】図７に示すラジアルタービンホイールの一部分を正面（下流側）から見た図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの作用効果を説明するための図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの作用効果を説明するための図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図１４】従来の二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図１５】従来の課題（問題点）を説明するための図である。
【図１６】従来の二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図１７】従来の二圧式ラジアルタービンの部分断面図である。
【図１８】従来の課題（問題点）を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る二圧式ラジアルタービンについて、図１から図６を用いて説明する。
本発明に係る二圧式ラジアルタービンは、例えば、図１から図３に示す二圧式バイナリーサイクル発電システム（以下、「二圧式バイナリー発電」という。）１，２，３に適用され得るものであり、本実施形態では、本発明に係る二圧式ラジアルタービンを、図４に示すエキスパンジョンタービン３１に適用した例を説明する。
なお、図１から図３中の符号７は、本発明に係る二圧式ラジアルタービンを示し、符号８は、二圧式ラジアルタービン７により回転駆動される発電機を示している。
【００２４】
図１から図３に示すように、二圧式バイナリー発電１，２，３は、例えば、各種の産業用プラント、船舶や車両用の動力源、等から排出される排ガス、温排水等あるいは地熱・ＯＴＥＣ等から回収した熱エネルギーを用いて発電するバイナリーサイクル発電システムであり、低沸点媒体が異なる二種類の圧力（および温度）で循環し、液体および気体の状態変化を繰り返すように構成されたランキンサイクルのサイクル回路Ｃを備えている。
なお、図１から図３中の符号Ｐ１，Ｐ２は、低沸点媒体の圧力（Ｐ１＞Ｐ２）を、
符号Ｔ１，Ｔ２は、低沸点媒体の温度（多くの場合、Ｔ１＞Ｔ２）を示している。
【００２５】
図４中の符号１１はケーシング、符号１２は回転軸、符号１３はラジアルタービンホイール、符号１４はハブ、符号１５はラジアル翼、符号１６は主入口、符号１７は主流入路、符号１８は入口流路、符号１９はノズル、符号２０は従入口、符号２１は従流入路、符号２２は入口流路、符号２３はノズル、符号２４はタービン出口、符号２５は主通路、符号２６は従通路、符号３２は中間羽根を示している。
【００２６】
なお、エキスパンジョンタービン３１内で膨張して仕事をした高圧気相媒体および低圧気相媒体は、いずれも温度および圧力が低下した気相媒体となり、タービン出口２４よりも下流側において合流した後、凝縮器（図示せず）へ導かれる。
凝縮器に導入された気相媒体は、低温熱源との熱交換により吸熱されるので、凝縮して液相媒体となる。この液相媒体は、高圧ポンプ（図示せず）および低圧ポンプ（図示せず）に導入されて各々異なる圧力まで昇圧され、以下同様の状態変化を繰り返しながらサイクル回路Ｃを循環する。
【００２７】
このような二圧式バイナリー発電１，２，３では、サイクル回路Ｃを循環する熱媒体として、例えば、イソペンタン、ブタン、プロパン等の低分子炭化水素や、冷媒として用いられるＲ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等の熱媒体を使用することができる。
一方、熱源流体を加熱する側の高温熱源（第１の高温熱源）には、例えば、１００〜２００℃以上のプラント等の高温の排熱、往復動エンジンの排熱、余剰熱および地熱等から供給され、温度レベルＴ１で略一定の比熱を有する熱源流体が使用される。
また、７０〜９０℃程度のプラントの排熱や往復動エンジンのジャケット水等の温度レベルＴ２の中温の熱源(第２の高温熱源)は、例えば、２０〜４０℃の低温熱源として用いられる大気の温度や水の温度に比べれば高い温度ではあるが、これらの中温の熱源を高温熱源としてサイクルを構成す場合にはサイクル効率が低く発電用サイクルの高温熱源としては一般には使用されていなかった。
しかし、本システムでは、これらの中温の熱源を第２の熱源として使用することにより、第１の高温熱源だけを利用する場合に比べ、発電出力を大きくすることができるという特徴を有する。
なお、海洋温度差発電においては、高温熱源として海洋表層の温水を使用し、低温熱源として深海の冷水を使用する。
また、サイクルの低温熱源については図示していない。
【００２８】
さて、本実施形態では、図４および図５に示すように、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通過する流体と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通過する流体とが合流する合流部よりも上流側に下流端が位置し、上流端が主入口１６まで延びて主通路２５を形成するラジアル翼１５とラジアル翼１５との間、より詳しくは、ラジアル翼１５とラジアル翼１５との周方向における中間には、中間羽根３２がそれぞれ一枚ずつ設けられている。
なお、図５中の符号３３は、ラジアルタービンホイール１３を構成する主板を貫通して、合流部よりも上流側に位置する従通路２６を流れる流体を合流部に導く貫通穴である。
【００２９】
本実施形態に係るエキスパンジョンタービン（二圧式ラジアルタービン）３１によれば、図６に示すように、主通路２５を形成するラジアル翼１５の翼面に作用する翼面負荷が低減し、それに伴う流れの増減速が低減することになる。
これにより、混合によって生じる損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
また、主通路２５を形成するラジアル翼１５の翼面に作用する翼面負荷が低減し、それに伴う翼面圧力差が半減することになる。
これにより、ケーシング１１とラジアル翼１５との間（クリアランス）からの漏れ損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
【００３０】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る二圧式ラジアルタービンについて、図７から図９を参照しながら説明する。
なお、本実施形態では、本発明に係る二圧式ラジアルタービンを、図７に示すエキスパンジョンタービン４１に適用した例を説明する。
【００３１】
本実施形態に係るエキスパンジョンタービン４１は、ハブ側に主通路２５が形成され、シュラウド側に従通路２６が形成されているとともに、中間羽根３２を備えたラジアルタービンホイール１３の代わりに、中間羽根４２を備えたラジアルタービンホイール１３を具備しているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００３２】
図７および図８に示すように、中間羽根４２は、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通過する流体と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通過する流体とが合流する合流部よりも上流側に下流端が位置し、上流端が主入口１６まで延びて主通路２５を形成するラジアル翼１５とラジアル翼１５との間、より詳しくは、ラジアル翼１５とラジアル翼１５との周方向における中間にそれぞれ一枚ずつ設けられている。
【００３３】
本実施形態に係るエキスパンジョンタービン（二圧式ラジアルタービン）４１によれば、図９に示すように、合流部よりも上流側に位置して主通路２５を形成するラジアル翼１５の圧力面を流れる流体の流速と、負圧面を流れる流体の流速との差が小さくなり、これら流体の流速と、合流部と並列の関係にある従入口２０から流入する流体との流速との差、すなわち、従入口２０における流速の歪みが小さくなる。
これにより、合流部の下流側における混合による損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
【００３４】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態に係る二圧式ラジアルタービンについて、図１０を参照しながら説明する。
なお、本実施形態では、本発明に係る二圧式ラジアルタービンを、図１０に示すエキスパンジョンタービン５１に適用した例を説明する。
【００３５】
本実施形態に係るエキスパンジョンタービン５１は、中間羽根４２を備えたラジアルタービンホイール１３の代わりに、中間羽根４２およびシュラウド２７，２８を備えたラジアルタービンホイール１３を具備しているという点で上述した第２実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第２実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第２実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００３６】
図１０に示すように、シュラウド２７は、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通過する流体と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通過する流体とが合流する合流部よりも上流側に下流端が位置し、上流端が主入口１６まで延びて主通路２５を形成するラジアル翼１５の翼先端、すなわち、主入口１６と従入口２０との間に位置するラジアル翼１５の翼先端に設けられている。
また、シュラウド２８は、合流部よりも下流側に位置して従通路２６を形成するラジアル翼１５の翼先端、すなわち、従入口２０とタービン出口２４との間に位置するラジアル翼１５の翼先端に設けられている。
【００３７】
本実施形態に係るエキスパンジョンタービン（二圧式ラジアルタービン）５１によれば、主入口１６と従入口２０との間、および従入口２０とタービン出口２４との間における翼先端のクリアランスを小さくすることができ、ケーシング１１とラジアル翼１５との間（クリアランス）からの漏れ損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
その他の作用効果は、上述した第２実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００３８】
〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態に係る二圧式ラジアルタービンについて、図１１および図１２を参照しながら説明する。
なお、本実施形態では、本発明に係る二圧式ラジアルタービンを、図１１に示すエキスパンジョンタービン６１に適用した例を説明する。
【００３９】
本実施形態に係るエキスパンジョンタービン６１は、中間羽根４２を備えたラジアルタービンホイール１３の代わりに、中間羽根６２を備えたラジアルタービンホイール１３を具備しているという点で上述した第２実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第２実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第２実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００４０】
図１１に示すように、中間羽根６２は、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通過する流体と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通過する流体とが合流する合流部よりも下流側に下流端が位置し、上流端が主入口１６および従入口２０まで延びて主通路２５および従通路２６を形成するラジアル翼１５とラジアル翼１５との間、より詳しくは、ラジアル翼１５とラジアル翼１５との周方向における中間にそれぞれ一枚ずつ設けられている。
【００４１】
本実施形態に係るエキスパンジョンタービン（二圧式ラジアルタービン）６１によれば、図１２に示すように、ラジアル翼１５の翼面に作用する翼面負荷が低減し、その結果、剥離域および逆流域が減少して、それに伴う流れの増減速が低減することになる。また、合流部よりも上流側に位置して主通路２５を形成するラジアル翼１５の圧力面を流れる流体の流速と、負圧面を流れる流体の流速との差が小さくなり、これら流体の流速と、合流部と並列の関係にある従入口２０から流入する流体との流速との差、すなわち、従入口２０における流速の歪みが小さくなる。
これにより、合流部の下流側における混合による損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
【００４２】
〔第５実施形態〕
本発明の第５実施形態に係る二圧式ラジアルタービンについて、図１３を参照しながら説明する。
なお、本実施形態では、本発明に係る二圧式ラジアルタービンを、図１３に示すエキスパンジョンタービン７１に適用した例を説明する。
【００４３】
本実施形態に係るエキスパンジョンタービン７１は、中間羽根６２を備えたラジアルタービンホイール１３の代わりに、中間羽根６２およびシュラウド２７，２８を備えたラジアルタービンホイール１３を具備しているという点で上述した第４実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第４実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第４実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００４４】
図１３に示すように、シュラウド２７は、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通過する流体と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通過する流体とが合流する合流部よりも上流側に下流端が位置し、上流端が主入口１６まで延びて主通路２５を形成するラジアル翼１５の翼先端、すなわち、主入口１６と従入口２０との間に位置するラジアル翼１５の翼先端に設けられている。
また、シュラウド２８は、合流部よりも下流側に位置して従通路２６を形成するラジアル翼１５の翼先端、すなわち、従入口２０とタービン出口２４との間に位置するラジアル翼１５の翼先端に設けられている。
【００４５】
本実施形態に係るエキスパンジョンタービン（二圧式ラジアルタービン）７１によれば、主入口１６と従入口２０との間、および従入口２０とタービン出口２４との間における翼先端の圧力差が半減することになり、ケーシング１１とラジアル翼１５との間（クリアランス）からの漏れ損失を低減させることができ、タービン効率の低下を抑制することができる。
その他の作用効果は、上述した第４実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更して実施することもできる。
例えば、第１実施形態において、主入口１６とタービン出口２４との間に位置するラジアル翼１５の翼先端に、シュラウドを設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、上述した実施形態では、ラジアル翼１５とラジアル翼１５との周方向における中間に、中間羽根３２，４２，６２をそれぞれ一枚ずつ設けるようにしたものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ラジアル翼１５とラジアル翼１５との周方向における中間部に、中間羽根３２，４２，６２をそれぞれ二枚以上ずつ設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１１  ケーシング
１３  ラジアルタービンホイール
１５  ラジアル翼
１６  主入口
２０  従入口
２４  タービン出口
２５  主通路
２６  従通路
２７  シュラウド
２８  シュラウド
３１  二圧式ラジアルタービン
３２  中間羽根
４１  二圧式ラジアルタービン
４２  中間羽根
５１  二圧式ラジアルタービン
６１  二圧式ラジアルタービン
６２  中間羽根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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