(57)【要約】  流体を流体機械に供給するための又は流体機械から排出するためのベンド管であって、入口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線Ｌ、出口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線Ｍ、直線Ｍに直交する平面と直線Ｍに直交する平面とのなす交線に平行な方向を方向Ｉと定義し、方向Ｉから視たときに、直線Ｍに対して入口管部が存在する側を手前側、直線Ｍに対して入口管部が存在しない側を奥側と定義すると、ベンド管部における曲がり方向外側の側面は、直線Ｍより奥側において、下流側に向かうにつれて直線Ｍとの距離が小さくなるように傾斜する外側傾斜面を含む。
2017109950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流体機械に供給するための又は流体機械から排出するためのベンド管であって、
直線状の入口管部と、
前記入口管部の下流端に接続し、前記流体の流れ方向を変更するよう構成されたベンド管部と、
前記ベンド管部の下流端に接続する直線状の出口管部と、
を備え、
前記入口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線Ｌ、前記出口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線Ｍ、前記直線Ｍに直交する平面と前記直線Ｍに直交する平面とのなす交線に平行な方向を方向Ｉと定義し、
前記方向Ｉから視たときに、前記直線Ｍに対して前記入口管部が存在する側を手前側、前記直線Ｍに対して前記入口管部が存在しない側を奥側と定義すると、
前記ベンド管部における曲がり方向外側の側面は、前記直線Ｍより奥側において、下流側に向かうにつれて前記直線Ｍとの距離が小さくなるように傾斜する外側傾斜面を含む、ベンド管。
【請求項２】
前記方向Ｉから視たときに、前記直線Ｍに平行な直線に対して前記外側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α１は１０°以上である、請求項１に記載のベンド管。
【請求項３】
前記ベンド管部の管軸中心線は、前記直線Ｍから前記奥側に離れた奥側偏心部を有する、請求項１又は２に記載のベンド管。
【請求項４】
前記奥側偏心部のうち前記直線Ｍから前記奥側に最も離れた箇所と前記直線Ｍとの距離δ１と、前記出口管部の直径Ｄｅとは、δ１≧０．１Ｄｅを満たす、請求項３に記載のベンド管。
【請求項５】
前記ベンド管部の少なくとも一部の区間における流路断面積は、前記入口管部の流路断面積Ａ１よりも大きく、前記出口管部の流路断面積Ａ３よりもよりも大きい、請求項１乃至４の何れか１項に記載のベンド管。
【請求項６】
前記ベンド管部は、少なくとも一部の区間において、前記方向Ｉに直交する方向における流路幅の中心よりも曲がり方向内側に重心が位置する断面を含む、請求項１乃至５の何れか１項に記載のベンド管。
【請求項７】
前記ベンド管部は、少なくとも一部の区間において、前記方向Ｉと直交する方向Ｊにおける流路幅が前記方向Ｉにおける流路幅よりも小さい扁平形状を有する、請求項１乃至６の何れか１項に記載のベンド管。
【請求項８】
前記扁平形状は、楕円形、長方形、又は長方形の４隅にＲをつけた形状である、請求項７に記載のベンド管。
【請求項９】
前記ベンド管部における曲がり方向内側の側面は、前記外側傾斜面よりも下流側に、下流側に向かうにつれて前記直線Ｍとの距離が小さくなるように傾斜する内側傾斜面を含む、請求項１乃至８の何れか１項に記載のベンド管。
【請求項１０】
前記方向Ｉから視たときに、前記直線Ｍに平行な直線に対して前記外側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α１と、前記直線Ｍに平行な直線に対して前記内側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α２とは、α１≧α２を満たす、請求項９に記載のベンド管。
【請求項１１】
前記ベンド管部の管軸中心線は、前記直線Ｍから前記奥側に離れた奥側偏心部と、前記奥側偏心部より下流側にて前記直線Ｍから前記手前側に離れた手前側偏心部と、を有する、請求項９又は１０に記載のベンド管。
【請求項１２】
前記奥側偏心部のうち前記直線Ｍから前記奥側に最も離れた箇所と前記直線Ｍとの距離δ１と、前記手前側偏心部のうち前記直線Ｍから前記手前側に最も離れた箇所と前記直線Ｍとの距離δ２とは、δ１≧δ２を満たす、請求項１１に記載のベンド管。
【請求項１３】
前記ベンド管部の少なくとも一部の区間において、前記ベンド管部の各断面における流路幅が最大となる頂点位置は、下流側に向かうにつれて前記ベンド管部の管軸中心線回りにシフトする、請求項１乃至１２の何れか１項に記載のベンド管。
【請求項１４】
羽根車と、
前記羽根車を覆うケーシングと、
前記ケーシングの上流側に接続し、前記羽根車に流体を導くための入口配管と、
前記ケーシングの下流側に接続し、前記羽根車を通過した流体を排出するための出口配管と、
を備え、前記入口配管又は前記出口配管が請求項１乃至１３の何れか１項に記載のベンド管である、流体機械。
【請求項１５】
前記流体機械は、タービン、軸流圧縮機又は遠心圧縮機である、請求項１４に記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はベンド管及びこれを備える流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばタービンや圧縮機等の流体機械における入口配管や出口配管には、機器のレイアウト上、流体が流れる向きを変更するためのベンド管が含まれることがある。【０００３】
図２６に示すように、ベンド管に流体が流れると、遠心力の作用によって曲がり方向外側（曲率外径側）への偏流が生じるとともに、曲がり方向内側（曲率内径側）で剥離が生じることがある。このような剥離が生じると、圧力損失が生じてシステムの効率が低下するとともに、下流側に設けられた機器に偏った流れが流入することで、その機器の効率を低下させる要因ともなる。【０００４】
特許文献１では、ベンド管の曲がり部（ベンド管部）の出口において曲がり方向外側への偏流が生じることに着目し、図２７Ａに示すように、ベンド管の曲がり部への入口管部（上部ドラフト）と曲がり部との接続線を曲がり方向外側に向かって偏心させることが示されている。これにより、曲がり部の曲がり方向外側の流れを減速させて、速度分布の均一化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０７７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のベンド管の場合、ベンド管の曲がり方向外側での流れを減速する効果はあるものの、曲がり方向内側では図２７Ｂに示すように、曲がり部の入口付近から境界層が厚く発達し、曲がり部の途中で剥離（逆流）の発生に至りやすい。すなわち、特許文献１に記載のベンド管では、曲がり方向内側の領域における剥離の発生を抑制する効果が限定的である。【０００７】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、曲がり方向における内側の領域での剥離の発生を抑制可能なベンド管及びこれを備える流体機械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】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るベンド管は、流体を流体機械に供給するための又は流体機械から排出するためのベンド管であって、直線状の入口管部と、前記入口管部の下流端に接続し、前記流体の流れ方向を変更するよう構成されたベンド管部と、前記ベンド管部の下流端に接続する直線状の出口管部と、を備え、前記入口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線Ｌ、前記出口管部の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線Ｍ、前記直線Ｍに直交する平面と前記直線Ｍに直交する平面とのなす交線に平行な方向を方向Ｉと定義し、前記方向Ｉから視たときに、前記直線Ｍに対して前記入口管部が存在する側を手前側、前記直線Ｍに対して前記入口管部が存在しない側を奥側と定義すると、前記ベンド管部における曲がり方向外側の側面は、前記直線Ｍより奥側において、下流側に向かうにつれて前記直線Ｍとの距離が小さくなるように傾斜する外側傾斜面を含む。【０００９】
上記（１）に記載ベンド管によれば、曲がり管部を通過後の流れの方向が、下流側に向かうにつれてベンド管の曲がり方向内側に進むように、直線Ｍに対して傾斜する。この結果、上記のように傾斜した方向に進む流れによって、ベンド管の曲がり方向内側の領域で発生する剥離流れを速やかに内側に再付着させて該剥離流れの発達を抑制するか、又は、該剥離流れの発生自体を抑制することができる。【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のベンド管において、前記方向Ｉから視たときに、前記直線Ｍに平行な直線に対して前記外側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α１は１０°以上である。【００１１】
上記（２）に記載のベンド管によれば、直線Ｍに対する曲がり管部を通過後の流れの方向の傾きをある程度大きくすることができるため、ベンド管の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を高い実効性をもって抑制することができる。【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のベンド管において、前記ベンド管部の管軸中心線は、前記直線Ｍから前記奥側に離れた奥側偏心部を有する。【００１３】
上記（３）に記載のベンド管によれば、直線Ｍに対する曲がり管部を通過後の流れの方向の傾きを大きくしやすくなるため、ベンド管の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を抑制することができる。【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載のベンド管において、前記奥側偏心部のうち前記直線Ｍから前記奥側に最も離れた箇所と前記直線Ｍとの距離δ１と、前記出口管部の直径Ｄｅとは、δ１≧０．１Ｄｅを満たす。【００１５】
上記（４）に記載のベンド管によれば、直線Ｍに対する曲がり管部を通過後の流れの方向の傾きをある程度大きくすることができるため、ベンド管の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を高い実効性をもって抑制することができる。【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか１項に記載のベンド管において、前記ベンド管部の少なくとも一部の区間における流路断面積は、前記入口管部の流路断面積Ａ１よりも大きく、前記出口管部の流路断面積Ａ３よりもよりも大きい。【００１７】
管路内における流体の圧力損失は流体の速度の２乗に比例して大きくなる。このため、特に大きな圧力損失が生じやすいベンド管部では、流路断面積を拡大して流速を下げることが圧力損失低減の観点から望ましい。【００１８】
この点、上記（５）のように、ベンド管部４の少なくとも一部の区間における流路断面積を入口管部の流路断面積Ａ１及び出口管部の流路断面積Ａ３の各々よりも大きくすることにより、ベンド管部の上記少なくとも一部の区間において、流速が低下して流体にかかる遠心力が低減される。このため、ベンド管の曲がり方向内側での剥離を抑制することができる。【００１９】
また、ベンド管部の少なくとも一部の区間において遠心力が低下する結果、出口管部において曲がり方向外側への流れの偏りが低減されるとともに、遠心力の作用に伴う二次流れの発生も抑制される。この結果、出口管部及びその下流側において流れの旋回を抑制し、流れを一様化することができる。このため、ベンド管の下流側に設置される機器の効率低下を抑制することができる。【００２０】
また、入口管部から予め旋回成分を有する流れが流入する場合においても、ベンド管部で流路断面積を拡大する結果、旋回成分が低減され、流れの一様化及び圧力損失の低減を図ることができる。【００２１】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１項に記載のベンド管において、前記ベンド管部は、少なくとも一部の区間において、前記方向Ｉに直交する方向における流路幅の中心よりも曲がり方向内側に重心が位置する断面を含む。【００２２】
一般に、ベンド管部では、流れが曲がり方向外側に偏流しやすく、このことが圧力損失の原因となっている。そこで、上記（６）のように、方向Ｉに直交する方向における流路幅の中心よりも曲がり方向内側に重心が位置する断面をベンド管部が含むことにより、ベンド管部のうち上記中心よりも曲がり方向外側の領域に流体がながれにくくなり、逆に、上記中心より曲がり方向内側の領域に流体が流れやすくなる。この結果、剥離が低減し、ベンド管部における圧力損失を低減することができる。また、遠心力の影響が強い曲がり方向外側の領域で流量が減少するとともに、壁面の傾斜によって二次流れの発達が抑制される。【００２３】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか１項に記載のベンド管において、前記ベンド管部は、少なくとも一部の区間において、前記方向Ｉと直交する方向Ｊにおける流路幅が前記方向Ｉにおける流路幅よりも小さい扁平形状を有する。【００２４】
上記（７）に記載のベンド管によれば、ベンド管部の流路幅のうち方向Ｊにおける流路幅を方向Ｉにおける流路幅よりも小さくすることで、遠心力の影響を小さくすることができる。これにより、ベンド管の曲がり方向外側の領域への偏流を抑制するとともに、二次流れの発生を抑制することができる。【００２５】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載のベンド管において、前記扁平形状は、楕円形、長方形、又は長方形の４隅にＲをつけた形状である。【００２６】
上記（８）に記載のベンド管によれば、上記（７）に記載の効果を簡素な形状のベンド管によって得ることができる。【００２７】
ところで、上記（１）に記載のベンド管のように、ベンド管部の曲がり方向外側の側面が上記外側傾斜面を有している場合、ベンド管部を通過した流れが曲がり方向内側へ導かれる結果、内側の領域で剥離を抑制することができる。一方、本発明者の知見によれば、内側へ向かう流れの一部が内側の側面に当たることで、その流れの一部が逆流し、上流側に局所的な剥離を誘発する可能性がある。【００２８】
（９）そこで、幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れか１項に記載のベンド管において、前記ベンド管部における曲がり方向内側の側面は、前記外側傾斜面よりも下流側に、下流側に向かうにつれて前記直線Ｍとの距離が小さくなるように傾斜する内側傾斜面を含む。【００２９】
かかる構成によれば、ベンド管部から出口管部への流れの一部が内側傾斜面に沿うように湾曲し、上述したような部分的な逆流や局所的な剥離を抑制することができる。【００３０】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れか１項に記載のベンド管において、前記方向Ｉから視たときに、前記直線Ｍに平行な直線に対して前記外側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α１と、前記直線Ｍに平行な直線に対して前記内側傾斜面がなす傾斜角度の最大値α２とは、α１≧α２を満たす。【００３１】
上記（１０）に記載のベンド管によれば、ベンド管における曲がり方向内側の広範囲の領域に亘って、剥離を効果的に抑制することができる。【００３２】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（９）又は（１０）に記載のベンド管において、前記ベンド管部の管軸中心線は、前記直線Ｍから前記奥側に離れた奥側偏心部と、前記奥側偏心部より下流側にて前記直線Ｍから前記手前側に離れた手前側偏心部と、を有する。【００３３】
上記（１０）に記載のベンド管によれば、上記（３）に記載の効果に加えて、ベンド管部から出口管部への流れの一部が内側傾斜面に沿うように湾曲し、上述したような部分的な逆流や局所的な剥離を抑制することができる。【００３４】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載のベンド管において、前記奥側偏心部のうち前記直線Ｍから前記奥側に最も離れた箇所と前記直線Ｍとの距離δ１と、前記手前側偏心部のうち前記直線Ｍから前記手前側に最も離れた箇所と前記直線Ｍとの距離δ２とは、δ１≧δ２を満たす。【００３５】
上記（１２）に記載のベンド管によれば、ベンド管における曲がり方向内側の広範囲の領域に亘って、剥離を効果的に抑制することができる。【００３６】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れか１項に記載のベンド管において、前記ベンド管部の少なくとも一部の区間において、前記ベンド管部の各断面における流路幅が最大となる頂点位置は、下流側に向かうにつれて前記ベンド管部の管軸中心線回りにシフトする。【００３７】
上記（１３）に記載のベンド管によれば、入口管部から流入する流れが予め旋回成分を有する場合であっても、ベンド管の曲がり方向内側の領域における剥離の発生を効果的に抑制することができる。【００３８】
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る流体機械は、羽根車と、前記羽根車を覆うケーシングと、前記ケーシングの上流側に接続し、前記羽根車に流体を導くための入口配管と、前記ケーシングの下流側に接続し、前記羽根車を通過した流体を排出するための出口配管と、を備え、前記入口配管又は前記出口配管が上記（１）乃至（１３）の何れか１項に記載のベンド管である。【００３９】
上記（１４）に記載の流体機械によれば、上記（１）乃至（１３）の何れか１項に記載のベンド管を備えているため、ベンド管の曲がり方向内側の領域における剥離の発達又は発生を抑制することができる。これにより、流体機械の効率を向上することができる。【００４０】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）に記載の流体機械であって、前記流体機械は、タービン、軸流圧縮機又は遠心圧縮機である。【００４１】
上記（１５）に記載の流体機械によれば、上記（１）乃至（１３）の何れか１項に記載のベンド管を備えているため、ベンド管の曲がり方向内側の領域における剥離の発達又は発生を抑制することができる。これにより、タービン効率又は圧縮機効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、曲がり方向における内側の領域での剥離の発生を抑制可能なベンド管及びこれを備える流体機械が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】一実施形態に係るベンド管１００の概略斜視図である。
【図２】一実施形態に係るベンド管１００（１００Ａ）を方向Ｉから視たベンド管１００の形状の一例を示す概略図である。
【図３】方向Ｉから視たベンド管１００の形状の一例を示す概略図である。
【図４】方向Ｉから視たベンド管１００の形状の一例を示す概略図である。
【図５】剥離流れの発達又は発生を抑制する効果を説明するための図である。
【図６】図３に示したベンド管１００の管軸方向位置ｍと流路断面積Ａとの関係を示す図である。
【図７】遠心力に起因する二次流れを説明するための模式図である。
【図８】内側傾斜面１６を有しない構成ついて、部分的な逆流が発生する様子を示す図である。
【図９】内側傾斜面１６を有する構成について、逆流の発生が抑制された様子を示す図である。
【図１０】図４に示したベンド管１００の管軸方向位置ｍと流路断面積Ａとの関係を示す図である。
【図１１】図２〜図４に示したベンド管部４の流路断面形状の一例を示す図である。
【図１２】図２〜図４に示したベンド管部４の流路断面形状の一例を示す図である。
【図１３】図２〜図４に示したベンド管部４の流路断面形状の一例を示す図である。
【図１４】図２〜図４に示したベンド管部４の流路断面形状の一例を示す図である。
【図１５】図２〜図４に示したベンド管部４の流路断面形状の一例を示す図である。
【図１６】一実施形態に係るベンド管１００について、方向Ｉから見たベンド管１００の形状を示す図である。
【図１７】図１６に示した流れ方向における複数の位置（管軸方向位置）でのベンド管部４の断面Ｓ１〜Ｓ５の一例を示す図である。
【図１８】図１６に示した流れ方向における複数の位置（管軸方向位置）でのベンド管部４の断面Ｓ１〜Ｓ５の一例を示す図である。
【図１９Ａ】ベンド管１００の上流側から視た、ベンド管１００における剥離流れＫが生じる領域を示す正面図である。
【図１９Ｂ】方向Ｉから視た、ベンド管１００における剥離流れＫが生じる領域を示す上面図である。
【図１９Ｃ】ベンド管１００の下流側から視た、ベンド管１００における剥離流れＫが生じる領域を示す側面図である。
【図２０】一実施形態に係るタービン２０の概略構成を示す図である。
【図２１】一実施形態に係るタービン２０の概略構成を示す図である。
【図２２】一実施形態に係る軸流圧縮機３０の概略構成を示す図である。
【図２３】一実施形態に係る軸流圧縮機３０の概略構成を示す図である。
【図２４】一実施形態に係る遠心圧縮機４０の概略構成を示す図である。
【図２５】一実施形態に係る遠心圧縮機４０の概略構成を示す図である。
【図２６】従来構成における課題を説明するための図である。
【図２７Ａ】従来構成における、ベンド管の上部ドラフトと曲がり部との接続線の偏心方向を説明するための図である。
【図２７Ｂ】従来構成における課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」「一致」等の相対的な配置関係を表す表現は、厳密にそのような相対的配置関係を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００４５】
図１は、一実施形態に係るベンド管１００の概略斜視図である。ベンド管１００は、流体を後述の流体機械に供給するための又は流体機械から排出するためのベンド管である。ベンド管１００を流れる流体は、流体機械でエネルギー変換に用いられるエネルギー媒体であり、例えば高圧の気体又は流体である。
【００４６】
図１に示すように、ベンド管１００は、直線状の入口管部２と、入口管部２の下流端２ａに接続し、流体の流れ方向を変更するよう構成されたベンド管部４と、ベンド管部４の下流端４ａに接続する直線状の出口管部６と、を備える。
【００４７】
ここで、図１に示すように、入口管部２の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線Ｌ、出口管部６の管軸中心線及びその延長線からなる直線を直線Ｍ、直線Ｌに直交する平面と直線Ｍに直交する平面とのなす交線Ｎに平行な方向を方向Ｉと定義する。なお、直線Ｌと直線Ｍが同一平面上にある場合には、方向Ｉは、直線Ｌと直線Ｍを含む平面に直交する方向である。
【００４８】
図２は、一実施形態に係るベンド管１００（１００Ａ）について、方向Ｉから視たベンド管１００の形状を示す概略図である。図３は、一実施形態に係るベンド管１００（１００Ｂ）について、方向Ｉから視たベンド管１００の形状を示す概略図である。図４は、一実施形態に係るベンド管１００（１００Ｃ）について、方向Ｉから視たベンド管１００の形状を示す概略図である。
【００４９】
幾つかの実施形態では、図２〜図４に示すように方向Ｉからベンド管１００を視たときに、直線Ｍに対して入口管部２が存在する側を手前側、直線Ｍに対して入口管部２が存在しない側を奥側と定義すると、ベンド管部４における曲がり方向外側（曲率外径側）の側面４Ａは、直線Ｍより奥側において、下流側に向かうにつれて直線Ｍとの距離ｄ１が小さくなるように傾斜する外側傾斜面８を含む。
【００５０】
かかる構成によれば、図５に例示するように、曲がり管部４を通過後の流れの方向Ｅが、下流側に向かうにつれてベンド管１００の曲がり方向内側に進むように、直線Ｍに対して傾斜する。この結果、上記方向Ｅに向かって進む流れによって、ベンド管１００の曲がり方向内側の領域で発生する剥離流れＫを速やかに内側に再付着させて剥離流れの発達を抑制するか、又は、剥離流れＫの発生自体を抑制することができる。なお、図５では、図２に示すベンド管形状を例に剥離流れの抑制効果を説明したが、図３及び図４に示すベンド管形状においても外側傾斜面８を有することにより同様の効果を奏する。
【００５１】
幾つかの実施形態では、図２〜図４に示すように、方向Ｉから視たときに、直線Ｍに平行な直線に対して外側傾斜面８がなす傾斜角度の最大値α１は１０°以上である。これにより、上述した直線Ｍに対する曲がり管部４を通過後の流れの方向Ｅの傾きをある程度大きくすることができるため、ベンド管１００の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を高い実効性をもって抑制することができる。
【００５２】
幾つかの実施形態では、図２〜図４に示すように、ベンド管部４の管軸中心線Ｈは、直線Ｍから奥側に離れた奥側偏心部Ｈｒを有する。これにより、上述した直線Ｍに対する曲がり管部４を通過後の流れの方向Ｅの傾きを大きくしやすくなるため、ベンド管１００の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を抑制することができる。
【００５３】
幾つかの実施形態では、図２〜図４に示すように、奥側偏心部Ｈｒのうち直線Ｍから奥側に最も離れた箇所Ｐと直線Ｍとの距離δ１と、出口管部６の直径Ｄｅとは、δ１≧０．１Ｄｅを満たす。これにより、上述した直線Ｍに対する曲がり管部４を通過後の流れの方向Ｅの傾きをある程度大きくすることができるため、ベンド管１００の曲がり方向内側の領域での剥離流れの発達又は発生を高い実効性をもって抑制することができる。
【００５４】
一実施形態では、例えば図２及び図４に示すように、ベンド管部４における曲がり方向内側の側面４Ｂは、下流側に向かうにつれて直線Ｍとの距離ｄ２が小さくなる傾斜面１２と、該傾斜面１２の下流側に設けられ下流側に向かうにつれて直線Ｍとの距離ｄ２が大きくなる傾斜面１０とを含んでいても良い。
【００５５】
一実施形態では、例えば図３に示すように、ベンド管部４における曲がり方向内側の側面４Ｂは、下流側に向かうにつれて直線Ｍとの距離ｄ２が小さくなる傾斜面１２と、該傾斜面１２の下流側に設けられ流れ方向位置によらず距離ｄ２が一定の非傾斜面１４と、を含んでいてもよい。
【００５６】
図６は、図３に示したベンド管１００における管軸方向位置ｍと流路断面積Ａとの関係を示す図である。
【００５７】
一実施形態では、図６に示すように、ベンド管部４の少なくとも一部の区間における流路断面積は、入口管部２の流路断面積Ａ１及び出口管部６の流路断面積Ａ３の各々よりも大きくてもよい。
【００５８】
管路内における流体の圧力損失は流体の速度の２乗に比例して大きくなる。このため、特に大きな圧力損失が生じやすいベンド管部４では、流路断面積を拡大して流速を下げることが圧力損失低減の観点から望ましい。
【００５９】
この点、上記のように、ベンド管部４の少なくとも一部の区間における流路断面積を入口管部２の流路断面積Ａ１及び出口管部６の流路断面積Ａ３の各々よりも大きくすることにより、ベンド管部４の上記少なくとも一部の区間において、流速が低下して流体にかかる遠心力が低減される。このため、ベンド管１００の曲がり方向内側での剥離を抑制することができる。
【００６０】
また、ベンド管部４の少なくとも一部の区間において遠心力が低下する結果、出口管部６において曲がり方向外側への流れの偏りが低減されるとともに、遠心力の作用に伴う二次流れ（図７参照）の発生も抑制される。この結果、出口管部６及びその下流側において流れの旋回を抑制し、流れを一様化することができる。このため、ベンド管１００の下流側に設置される機器の効率低下を抑制することができる。
【００６１】
また、入口管部２から予め旋回成分を有する流れが流入する場合においても、ベンド管部４で流路断面積を拡大する結果、旋回成分が低減され、流れの一様化及び圧力損失の低減を図ることができる。
【００６２】
ところで、上述したように、ベンド管部４の曲がり方向外側の側面４Ａが外側傾斜面８を有している場合、ベンド管部４を通過した流れが曲がり方向内側へ導かれる結果、内側の領域で剥離を抑制することができる。一方、本発明者の知見によれば、図８に示すように、内側へ向かう流れの一部が内側の側面に当たることで、その流れの一部が逆流し、上流側に局所的な剥離を誘発する可能性がある。
【００６３】
そこで、一実施形態では、図４に示すように、ベンド管部４における曲がり方向内側の側面４Ｂは、外側傾斜面８よりも下流側に、下流側に向かうにつれて直線Ｍとの距離ｄ２が小さくなるように傾斜する内側傾斜面１６を含んでいてもよい。図示した実施形態では、内側傾斜面１６は、上述した傾斜面１０の下流側に連続して形成されている。かかる構成によれば、図９に示すように、ベンド管部４から出口管部６への流れが内側傾斜面１６に沿うように湾曲し、上述したような部分的な逆流や局所的な剥離を抑制することができる。
【００６４】
一実施形態では、図４において、直線Ｍに平行な直線に対して外側傾斜面８がなす傾斜角度の最大値α１と、直線Ｍに平行な直線に対して内側傾斜面１６がなす傾斜角度の最大値α２とは、α１≧α２を満たしていてもよい。これにより、ベンド管１００における曲がり方向内側の広範囲の領域に亘って、剥離を効果的に抑制することができる。
【００６５】
一実施形態では、図４に示すように、ベンド管部４の管軸中心線Ｈは、奥側偏心部Ｈｒより下流側に、直線Ｍから手前側に離れた手前側偏心部Ｈｆを有する。これにより、図９に示すように、ベンド管部４から出口管部６への流れが内側傾斜面１６に沿うように湾曲し、上述したような部分的な逆流や局所的な剥離を抑制することができる。
【００６６】
一実施形態では、図４において、奥側偏心部Ｈｒのうち直線Ｍから奥側に最も離れた箇所Ｐと直線Ｍとの距離δ１と、手前側偏心部Ｈｆのうち直線Ｍから手前側に最も離れた箇所Ｑと直線Ｍとの距離δ２とは、δ１≧δ２を満たしていてもよい。これにより、ベンド管１００における曲がり方向内側の広範囲の領域に亘って、剥離を効果的に抑制することができる。
【００６７】
図１０は、図４に示したベンド管１００の管軸方向位置ｍと流路断面積Ａとの関係を示す図である。
【００６８】
図１０に示す形態においても、ベンド管部４の少なくとも一部の区間における流路断面積は、入口管部２の流路断面積Ａ１及び出口管部６の流路断面積Ａ３の各々よりも大きくてなっている。また、図１０に示す形態では、ベンド管部４の流路断面積は、ベンド管部４の流路断面積が最大値Ａ２をとる管軸方向位置ｍ２よりも下流側の管軸方向位置ｍ４において極大値Ａ４をとる。かかる構成によれば、ベンド管１００における曲がり方向内側の広範囲の領域に亘って剥離を抑制し、圧力損失を低減することができる。
【００６９】
図１１は、図２〜図４に示したベンド管部４の流路断面形状の一例を示す図である。図１２は、図２〜図４に示したベンド管部４の流路断面形状の一例を示す図である。図１３は、図２〜図４に示したベンド管部４の流路断面形状の一例を示す図である。図１４は、図２〜図４に示したベンド管部４の流路断面形状の一例を示す図である。図１５は、図２〜図４に示したベンド管部４の流路断面形状の一例を示す図である。
【００７０】
一実施形態では、図１１に示すように、ベンド管部４の流路断面は円形形状であってもよい。
【００７１】
一実施形態では、図１２に示すように、ベンド管部４は、少なくとも一部の区間において、方向Ｉに直交する方向Ｊにおける流路幅Ｗｂの中心Ｏよりも曲がり方向内側に重心Ｇが位置する断面を含んでいてもよい。すなわち、ベンド管部４の少なくとも一部の区間の断面において、流路幅Ｗｂの中心Ｏよりも曲がり方向外側の流路断面積Ａ２ｏｕｔが該中心Ｏよりも曲がり方向内側の流路断面積Ａ２ｉｎよりも小さくなっていてもよい。
【００７２】
一般に、ベンド管部では、流れが曲がり方向外側に偏流しやすく、このことが圧力損失の原因となっている。そこで、上記のように、流路幅Ｗｂの中心Ｏよりも曲がり方向内側に重心Ｇが位置する断面をベンド管部４が含むことにより、ベンド管部４のうち中心Ｏよりも曲がり方向外側の領域に流体が流れにくくなり、逆に、中心Ｏより曲がり方向内側の領域に流体が流れやすくなる。この結果、剥離が低減し、ベンド管部４における圧力損失を低減することができる。また、遠心力の影響が強い曲がり方向外側の領域で流量が減少するとともに、壁面１８の傾斜によって二次流れ（図７参照）の発達が抑制される。
【００７３】
幾つかの実施形態では、図１３〜図１５に示すように、ベンド管部４は、少なくとも一部の区間において、方向Ｉと直交する方向Ｊにおける流路幅Ｗｂが方向Ｉにおける流路幅Ｗａよりも小さい扁平形状を有していてもよい。扁平形状は、図１３に示すように楕円形であってもよいし、図１４に示すように長方形であってもよいし、図１５に示すように長方形の４隅にＲをつけた形状であってもよい。また、図示しないが、ひし形や台形などの多角形や、この多角形の隅部にＲをつけた形状であってもよく、特に限定されない。
【００７４】
かかる構成によれば、方向Ｊにおける流路幅Ｗｂを方向Ｉにおける流路幅Ｗａよりも小さくすることで、遠心力の影響を小さくすることができる。これにより、曲がり方向外側の領域への偏流を抑制するとともに、二次流れの発生を抑制することができる。
【００７５】
図１６は、一実施形態に係るベンド管１００について、方向Ｉから見たベンド管１００の形状を示す概略図である。図１７は、図１６に示した流れ方向における複数の位置（管軸方向位置）でのベンド管部４の断面Ｓ１〜Ｓ５の一例を示す図である。図１８は、図１６に示した流れ方向における複数の位置（管軸方向位置）でのベンド管部４の断面Ｓ１〜Ｓ５の一例を示す図である。なお、図１７及び図１８では、断面Ｓ１〜Ｓ５は、流れ方向下流側から視た断面である。
【００７６】
一実施形態では、図１７に示すように、ベンド管部４の断面Ｓ１〜Ｓ５の各々における流路幅が最大となる頂点位置Ｖは、流れ方向における位置によらず一定であってもよい。これにより、簡素な形状で上述の外側傾斜面８を形成することができる。
【００７７】
ところで、入口管部２から流入する流れが予め旋回成分を有する場合、図１９Ａ〜図１９Ｃに示すように、ベンド管１００の曲がり方向内側で生じた剥離流れＫは、流れの旋回方向Ｃに沿って捩じれた軌跡を描く。
【００７８】
このような場合、図１８に示すように、ベンド管部４の少なくとも一部の区間において、ベンド管部４の各断面における流路幅が最大となる頂点位置Ｖは、下流側に向かうにつれて軸線回りに流れの旋回方向Ｃに沿ってシフトしていてもよい。これにより、入口管部２から流入する流れが予め旋回成分を有する場合であっても、ベンド管１００の曲がり方向内側の領域における剥離の発生を効果的に抑制することができる。
【００７９】
なお、上述したベンド管１００は、図２０に示すように、流体機械としてのタービン２０の入口配管２２（吸気室）に適用されてもよい。すなわち、図２０に示すように、羽根車２４と、羽根車２４を覆うタービンケーシング２６と、タービンケーシング２６の上流側に接続し、羽根車２４に流体を導くための入口配管２２とを備えるタービン２０において、入口配管２２がベンド管１００であってもよい。
【００８０】
また、上述したベンド管１００は、図２１に示すように、流体機械としてのタービン２０の出口配管２８（排気室）に適用されてもよい。すなわち、図２１に示すように、羽根車２４と、羽根車２４を覆うタービンケーシング２６と、タービンケーシング２６の下流側に接続し、羽根車２４を通過した流体を排出するための出口配管２８とを備えるタービン２０において、出口配管２８がベンド管１００であってもよい。
【００８１】
また、上述したベンド管１００は、図２２に示すように、流体機械としての軸流圧縮機３０の入口配管３２（吸気室）に適用されてもよい。すなわち、図２２に示すように、羽根車３４と、羽根車３４を覆う圧縮機ケーシング３６と、圧縮機ケーシング３６の上流側に接続し、羽根車３４に流体を導くための入口配管３２とを備える軸流圧縮機３０において、入口配管３２がベンド管１００であってもよい。
【００８２】
また、上述したベンド管１００は、図２３に示すように、流体機械としての軸流圧縮機３０の出口配管３８（排気室）に適用されてもよい。すなわち、図２３に示すように、羽根車３４と、羽根車３４を覆う圧縮機ケーシング３６と、圧縮機ケーシング３６の下流側に接続し、羽根車３４を通過した流体を排出するための出口配管３８とを備える軸流圧縮機３０において、出口配管３８がベンド管１００であってもよい。
【００８３】
また、上述したベンド管１００は、図２４に示すように、流体機械としての遠心圧縮機４０の入口配管４２に適用してもよい。すなわち、図２４に示すように、羽根車４４と、羽根車４４を覆う圧縮機ケーシング４６と、圧縮機ケーシング４６の上流側に接続し、羽根車４４に流体を導くための入口配管４２とを備える遠心圧縮機４０において、入口配管４２がベンド管１００であってもよい。
【００８４】
また、上述したベンド管１００は、図２５に示すように、流体機械としての遠心圧縮機４０の出口配管４８（吐出スクロール）に適用してもよい。すなわち、図２５に示すように、羽根車４４と、羽根車４４を覆う圧縮機ケーシング４６（図２４参照）と、圧縮機ケーシング４６の下流側に接続し、羽根車４４を通過した流体を排出するための出口配管４８とを備える遠心圧縮機４０において、出口配管４８がベンド管１００であってもよい。
【００８５】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００８６】
２  入口管部
２ａ  下流端
４  ベンド管部
４Ａ  側面
４Ｂ  側面
４ａ  下流端
６  出口管部
８  外側傾斜面
１０  傾斜面
１２  傾斜面
１４  非傾斜面
１６  内側傾斜面
１８  壁面
２０  タービン
２２  入口配管
２４  羽根車
２６  タービンケーシング
２８  出口配管
３０  軸流圧縮機
３２  入口配管
３４  羽根車
３６  圧縮機ケーシング
３８  出口配管
４０  遠心圧縮機
４２  入口配管
４４  羽根車
４６  圧縮機ケーシング
４８  出口配管
１００  ベンド管
Ａ  流路断面積
Ａ１  流路断面積
Ａ２  最大値
Ａ３  流路断面積
Ａ２ｉｎ  流路断面積
Ａ２ｏｕｔ  流路断面積
Ａ４  極大値
Ｃ  旋回方向
Ｄｅ  直径
Ｅ  方向
Ｇ  重心
Ｈ  管軸中心線
Ｈｆ  手前側偏心部
Ｈｒ  奥側偏心部
Ｉ  方向
Ｊ  方向
Ｋ  剥離流れ
Ｌ  直線
Ｍ  直線
Ｎ  交線
Ｏ  中心
Ｖ  頂点位置
Ｗａ  流路幅
Ｗｂ  流路幅
ｄ１  距離
ｄ２  距離
ｍ  管軸方向位置
ｍ２  管軸方向位置
ｍ４  管軸方向位置
【図１】
2017109950.tif 000003
【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】
2017109950.tif 000015
【図１４】
2017109950.tif 000016
【図１５】
2017109950.tif 000017
【図１６】
2017109950.tif 000018
【図１７】
2017109950.tif 000019
【図１８】
2017109950.tif 000020
【図１９Ａ】
2017109950.tif 000021
【図１９Ｂ】
2017109950.tif 000022
【図１９Ｃ】
2017109950.tif 000023
【図２０】
2017109950.tif 000024
【図２１】
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【図２２】
2017109950.tif 000026
【図２３】
2017109950.tif 000027
【図２４】
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【図２５】
2017109950.tif 000029
【図２６】
2017109950.tif 000030
【図２７Ａ】
2017109950.tif 000031
【図２７Ｂ】
2017109950.tif 000032
【国際調査報告】
2017109950.tif 000033
2017109950.tif 000034
2017109950.tif 000035
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