(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に複数の動翼を有するロータと、
前記ロータの外周側に設けられ、前記動翼のチップ面に対向する環状壁面を有する静止部材と、を備える軸流タービンであって、
前記軸流タービンの停止時において、前記チップ面が後縁側に向かって径方向内側に近づくように前記ロータの回転軸に対して傾斜し、前記動翼の後縁側における前記チップ面と前記環状壁面とのクリアランスが前記動翼の前縁側に比べて大きい
ことを特徴とする軸流タービン。
【請求項２】
外周に複数の動翼を有するロータと、
前記ロータの外周側に設けられ、前記動翼のチップ面に対向する環状壁面を有する静止部材と、を備える軸流タービンであって、
前記軸流タービンの停止時において、前記チップ面が前記ロータの回転軸に対して平行であり、前記環状壁面は、前記動翼の後縁側における前記チップ面と前記環状壁面とのクリアランスが前記動翼の前縁側に比べて大きくなるように前記回転軸に対して傾斜している
ことを特徴とする軸流タービン。
【請求項３】
前記軸流タービンの定格運転時における前縁側の前記クリアランスと後縁側の前記クリアランスとの差が、前記軸流タービンの停止時よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸流タービン。
【請求項４】
前記チップ面は、少なくとも前記軸流タービンの停止時において、前記チップ面に対向する前記環状壁面に対してゼロよりも大きい傾斜角を有するとともに、前記動翼の前縁側から後縁側に向かって前記クリアランスが徐々に大きくなる傾斜面であることを特徴とする請求項１又は３に記載の軸流タービン。
【請求項５】
前記環状壁面は、少なくとも前記軸流タービンの停止時において、前記環状壁面に対向する前記チップ面に対してゼロよりも大きい傾斜角を有するとともに、前記動翼の前縁側から後縁側に向かって前記クリアランスが徐々に大きくなる傾斜面であることを特徴とする請求項２又は３に記載の軸流タービン。
【請求項６】
前記環状壁面には、前記ロータの軸方向における前記動翼の前縁と後縁との間の位置において段差が形成されており、
前記環状壁面は、前記段差よりも前縁側に比べて、前記段差よりも後縁側の方が前記軸流タービンの径方向外側に位置することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の軸流タービン。
【請求項７】
前記環状壁面には、前記動翼の後縁の位置を含む軸方向範囲において凹部が形成されており、
前記凹部を形成する前縁側の壁面が、前記段差を構成していることを特徴とする請求項６に記載の軸流タービン。
【請求項８】
前記複数の動翼は、前記ロータの中心軸に沿って延在する軸方向流路に設けられた
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の軸流タービン。
【請求項９】
前記動翼は、前記ロータ側から半径方向外側に向かって延在するように、前記ロータの外周面に配置された
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の軸流タービン。
【請求項１０】
内燃機関からの排ガスによって駆動されるように構成された請求項１乃至９の何れか一項に記載の軸流タービンと、
前記軸流タービンによって駆動され、前記内燃機関に供給される吸気を圧縮するように構成された圧縮機と、を備えることを特徴とする過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ロータの外周に複数の動翼が配列された軸流タービン及び過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軸流タービンは、ケーシング内において軸方向に流れる流体によって、動翼が取り付けられたロータが回転するようになっている。
【０００３】
このような軸流タービンにおいては、ケーシング側の静止部材と動翼との間のチップクリアランスにおけるリーク流れが性能低下の主要な要因となっている。チップクリアランスは、通常、タービン運転中の熱変形、遠心変形、振動やガタの影響などを勘案した上で、静止部材と動翼とが接触しないように設定される。
【０００４】
そこで、軸流タービンの性能を改善するために、チップクリアランスを低減することが求められている。
例えば、特許文献１には、動翼の先端に対向する静止部材が傾斜機能材料を含み、この傾斜機能材料が、流体の温度上昇に関わらずチップクリアランスを所定の値に保持するように熱変形するようにした構成が記載されている。なお、傾斜機能材料とは、線膨張係数の低い材料と線膨張係数の高い材料とを複合化したものであり、厚み方向位置ｘが大きくなるにつれて線膨張係数が大きくなる性質を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５９０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、タービン性能の更なる向上を目的として、軸流タービンは作動流体の高温化が進んだり、回転数が上昇したりする傾向にある。そのため、軸流タービンにおける動翼の熱変形や遠心変形が顕著となる。軸流タービンの動翼は複雑な曲面形状を有しているため動翼の変形量も不均一であり、こういった動翼の変形量を考慮した上でラビングが生じないようにチップクリアランスを設定した場合、部位によっては過剰にチップクリアランスを設ける必要がある。これにより、部分的にリーク流れが増大し、リーク流れに起因した損失は増大してしまう。
この点、特許文献１では、傾斜機能材料によって運転中におけるチップクリアランスの低減が図れるものの、新たに部材を追加する必要があり、構造が複雑化し、またコストの大幅な増加に繋がる可能性もある。
【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、簡素な構造で以って、チップクリアランスにおけるリーク流れに起因した損失を効果的に抑制し得る軸流タービン及び過給機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軸流タービンは、
外周に複数の動翼を有するロータと、
前記ロータの外周側に設けられ、前記動翼のチップ面に対向する環状壁面を有する静止部材と、を備える軸流タービンであって、
前記軸流タービンの停止時において、前記動翼の後縁側における前記チップ面と前記環状壁面とのクリアランスが前記動翼の前縁側に比べて大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明者らの鋭意検討の結果、軸流タービンにおけるチップクリアランスの変化は、動翼の熱変形及び遠心変形による影響が大きいことがわかった。これらを考慮して本発明者らが変形解析を行った結果、特に、動翼の後縁側の変形量が前縁側の変形量よりも大きくなることを見出した。
そこで、上記実施形態に係る軸流タービンは、軸流タービンの停止時において、動翼の後縁側におけるチップ面と環状壁面とのクリアランスが動翼の前縁側に比べて大きくなるようにしている。このため、軸流タービンの運転時、熱や遠心力によって動翼が変形した際に、変形量が大きい後縁側の方が前縁側よりも環状壁面に近づくため、予め大きく設定していた後縁側のクリアランスが狭まり、変形量の小さい前縁側のクリアランスに近づく。これにより、チップクリアランスを適正に保つことができ、簡素な構造で以って、チップクリアランスにおけるリーク流れに起因した損失を効果的に抑制できる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記軸流タービンの定格運転時における前縁側の前記クリアランスと後縁側の前記クリアランスとの差が、前記軸流タービンの停止時よりも小さい。
これにより、運転中におけるチップ面と環状壁面とのクリアランスを流体の流れ方向に関して均一化することができる。なお、本明細書において、クリアランスを「均一化」するとは、クリアランスが均一である場合だけでなく、クリアランスを均一な状態に近づけることをも意味する。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記チップ面は、少なくとも前記軸流タービンの停止時において、前記チップ面に対向する前記環状壁面に対してゼロよりも大きい傾斜角を有するとともに、前記動翼の前縁側から後縁側に向かって前記クリアランスが徐々に大きくなる傾斜面である。
これにより、動翼の後縁側におけるチップ面と環状壁面とのクリアランスが動翼の前縁側に比べて大きくなるような構造を容易に実現できる。また、環状壁面が設けられる静止部材側を既設の構造から変更しなくても上記構造を実現可能であり、その場合、既設の軸流タービンへの適用が容易となる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、前記環状壁面は、少なくとも前記軸流タービンの停止時において、前記環状壁面に対向する前記チップ面に対してゼロよりも大きい傾斜角を有するとともに、前記動翼の前縁側から後縁側に向かって前記クリアランスが徐々に大きくなる傾斜面である。
これにより、動翼の後縁側におけるチップ面と環状壁面とのクリアランスが動翼の前縁側に比べて大きくなるような構造を容易に実現できる。また、動翼を既存の構造から変更しなくても上記構造を実現可能であり、その場合、動翼の製作が容易である。
【００１３】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記環状壁面には、前記ロータの軸方向における前記動翼の前縁と後縁との間の位置において段差が形成されており、前記環状壁面は、前記段差よりも前縁側に比べて、前記段差よりも後縁側の方が前記軸流タービンの径方向外側に位置する。
（６）一実施形態では、上記（５）の構成において、前記環状壁面には、前記動翼の後縁の位置を含む軸方向範囲において凹部が形成されており、前記凹部を形成する前縁側の壁面が、前記段差を構成している。
上記（５）又は（６）の構成によれば、環状壁面の段差によって、動翼の後縁側におけるチップ面と環状壁面とのクリアランスが動翼の前縁側に比べて大きくなるような構造を実現することができる。また、微小な傾斜角を設けなくても環状壁面の段差のみによって上記構造が実現可能であり、この場合、微小な傾斜角を設けるための加工が不要になり、環状壁面の加工が容易である。
【００１４】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機は、
内燃機関からの排ガスによって駆動されるように構成された上記（１）乃至（６）の何れかに記載の軸流タービンと、
前記軸流タービンによって駆動され、前記内燃機関に供給される吸気を圧縮するように構成された圧縮機と、を備えることを特徴とする。
これにより、軸流タービンにおけるリーク流れに起因した損失を抑制できるため、過給機における効率向上にもつながる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、予め大きく設定していた後縁側のクリアランスが狭まり、流体の流れ方向において運転時におけるクリアランスを均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る過給機の全体構成を示す断面図である。
【図２】一実施形態に係る軸流タービンの動翼及び静止部材を示す部分断面図である。
【図３】他の実施形態に係る軸流タービンの動翼及び静止部材を示す部分断面図である。
【図４】他の実施形態に係る軸流タービンの動翼及び静止部材を示す部分断面図である。
【図５】他の実施形態に係る軸流タービンの動翼及び静止部材を示す部分断面図である。
【図６】動翼の翼型の一例を示す図である。
【図７】解析による動翼の変形を示し、（ａ）は軸流タービンの停止時における変形前の動翼を示す図で、（ｂ）は軸流タービンの運転時における変形時の動翼を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る軸流タービン２を備える過給機１について説明する。図１は、一実施形態に係る過給機１の全体構成を示す断面図（縦断面図）であり、一例として舶用の排気タービン過給機を示している。なお、過給機１の種類及び適用先はこれに限定されるものではない。
図１に示すように、一実施形態に係る過給機１は、内燃機関（例えば舶用ディーゼル機関）からの排ガスによって駆動されるように構成された軸流タービン２と、この軸流タービン２によって駆動され、内燃機関に供給される吸気を圧縮するように構成された圧縮機３と、を備える。
【００１９】
具体的な構成例として、軸流タービン２と圧縮機３の間には軸受台４が設けられている。軸流タービン２のタービンケーシング２１と、軸受台４と、圧縮機３の圧縮機ケーシング３１とは、締結部材（例えばボルト）等の連結手段によって一体的に構成される。軸受台４には、スラスト軸受４１と、ラジアル軸受４２，４３が収容されている。これらのスラスト軸受４１及びラジアル軸受４２，４３によって、ロータ５が回転自在に支持されている。ロータ５の一端側には軸流タービン２の動翼１０が連結されており、他端側には圧縮機３の羽根車３２が連結されている。
【００２０】
軸流タービン２は、ロータ５（実際にはロータ５の一端側）と、ロータ５の外周に植設された複数の動翼１０と、ロータ５及び動翼１０の外周側に設けられたタービンケーシング２１と、を含む。タービンケーシング２１には、支持部材２６を介して静止部材２２が取り付けられている。タービンケーシング２１及び静止部材２２を含む静止系部材によって、排気ガスが流れる入口通路２７と軸方向通路２８と出口通路２９とが、排気ガスの流れ方向において順に形成されている。軸方向通路２８は、入口通路２７と出口通路２９との間に位置し、ロータ５の回転軸Ｏに沿って延在している。この軸方向通路２８に動翼１０が設けられている。また、動翼１０の入口側にはタービンノズル（静翼）２５が設けられている。
この軸流タービン２においては、内燃機関（不図示）からの排気ガスが入口通路２７から導入されて、軸方向通路２８を流れる排気ガスによって動翼１０に連結されたロータ５が回転するようになっている。動翼１０を通過した排気ガスは、出口通路２９を通って排出される。なお、軸流タービン２の具体的な構成については後述する。
【００２１】
圧縮機３は、遠心圧縮機であって、ロータ５（実際にはロータ５の他端側）と、ロータ５の外周に設けられた羽根車３２と、ロータ５及び羽根車３２の外周側に設けられた圧縮機ケーシング３１と、を含む。圧縮機ケーシング３１を含む静止系部材によって、空気入口３７及び出口スクロール３８が形成されている。空気入口３７と出口スクロール３８との間には、空気の流れ方向において順に羽根車３２とディフューザ３６とが配置されている。羽根車３２は、ロータ５の外周に固定された円盤状のハブ３３と、ハブ３３に固定され、該ハブ３３に対して放射状に配列された複数の羽根（ベーン）３４と、を有する。
この圧縮機３において、空気入口３７から導入された空気は、羽根車３２、ディフューザ３６及び出口スクロール３８を通過する際に昇圧されるようになっている。圧縮機３で圧縮された空気は、内燃機関（不図示）に送られる。
【００２２】
ここで、図２〜図７を参照して、本実施形態に係る軸流タービン２について詳述する。図２〜図５は、各実施形態に係る軸流タービン２の動翼１０及び静止部材２２をそれぞれ示す部分断面図である。図６は、動翼１０の翼型の一例を示す図である。図７は、解析による動翼の変形を示す図である。なお、図２〜図５において、実線で示す動翼１０は軸流タービン２の停止時における状態を示しており、点線で示す動翼１０’は軸流タービン２の運転時（例えば定格運転時）における状態を示している。図６及び図７は、一例として図１に示すような過給機１に適用される軸流タービン２の動翼１０を示している。ただし、本実施形態に係る軸流タービン２はこのタイプに限定されるものではない。
【００２３】
図２〜図５に示すように、幾つかの実施形態に係る軸流タービン２は、ロータ５（図１参照）の外周に植設された複数の動翼１０と、ロータ５の外周側に設けられ、動翼１０のチップ面１１に対向する環状壁面２３を有する静止部材２２と、を含んでいる。これらの図において、動翼１０の下方の基部（不図示）がロータ５に取り付けられ、動翼１０の上方にチップ面１１が設けられている。
動翼１０は、ロータ５の外周面に沿って周方向に等間隔で複数設けられる。動翼１０は、ロータ５側から半径方向外方へ向けて延在するように配置される。なお、本実施形態において、半径方向外方とは、ロータ５の回転軸Ｏ（図１参照）を中心とした軸流タービン２の半径方向内側（ロータ５側）から外側（静止部材２２側）へ向かう方向をいう。
静止部材２２の環状壁面２３と、動翼１０のチップ面１１との間には、チップクリアランス（以下、単にクリアランスと称する）２０が設けられている。通常、クリアランス２０は、軸流タービン２の運転時に動翼１０と静止部材２２とが接触しないように設定されている。
【００２４】
図６に示すように、一実施形態において、動翼１０の翼型は、作動流体の流れ方向において上流側に位置する前縁１２と、下流側に位置する後縁１３と、を有する。前縁１２と後縁１３の間には、一側に腹面（圧力面）１４が形成され、他側に背面（負圧面）１５が形成されている。また、翼型は、キャンバーライン（翼型中心線）と作動流体の流れ方向とのなす角度が徐々に大きくなるように湾曲している。
【００２５】
このような翼型においては、通常、ウェークによるロスを低減する目的で、動翼１０の後縁１３の厚さを小さくしている。一方、軸流タービン２においては、作動流体の高温化が進んだり、回転数が上昇したりする傾向にある。そのため、軸流タービン２における動翼の熱変形や遠心変形が顕著となる。また、動翼１０は形状が複雑な曲面によって形成されることから、各部位における変形量も不均一となる。そのため、こういった動翼１０の変形量を考慮した上でラビングを生じないように、図２〜図５に示すクリアランス２０を設定した場合、部位によっては過剰にクリアランス２０を設ける必要がある。これにより、クリアランス２０におけるリーク流れに起因した損失が増大してしまう。
【００２６】
リーク流れに起因した損失を低減することを目的として、本発明者らは動翼１０の変形について検討を重ねた結果、軸流タービン２におけるクリアランス２０の変化は、主として動翼１０の熱変形及び遠心変形に起因して発生することが明らかとなった。さらに、本発明者らは、動翼１０の変形解析を行った結果、図７に示す解析結果が得られた。なお、この変形解析では、動翼１０の形状に影響を与える因子として、動翼１０に作用する遠心力（遠心変形）と、動翼１０の温度（熱変形）とを解析条件に含めている。図７（ａ）は、軸流タービン２の停止時における変形前の動翼１０を示しており、図７（ｂ）は、軸流タービン２の運転時における変形時の動翼１０’を示している。
これらの図を対比させると、動翼１０，１０’の後縁１３側の方が前縁１２側よりも変形量が大きいことがわかる。そのため、例えば、後縁１３側が静止部材２２に接触しないようにクリアランス２０を設定した場合、軸流タービン２の運転時に前縁１２側の方が後縁１３側よりもクリアランス２０の余裕度が大きくなり、その分だけリーク流れが増加するため、タービン性能が低下してしまう。
【００２７】
そこで、図２〜図５に示すように本実施形態においては、軸流タービン２の停止時において、動翼１０の後縁１３側におけるチップ面１１と環状壁面２３とのクリアランス２０が、動翼１０の前縁１２側におけるチップ面１１と環状壁面２３とのクリアランス２０に比べて大きくなるように、動翼１０を形成している。
具体的には、後縁１３におけるクリアランスｄ２と、前縁１２におけるクリアランスｄ１との関係が、ｄ２＞ｄ１となっている。なお、図２〜図５においては、後縁１３におけるクリアランスｄ２と、前縁１２におけるクリアランスｄ１とを比較対象としてそれぞれ例示しているが、比較対象となる２つのクリアランスｄ１，ｄ２の位置はこれらに限定されるものではない。すなわち、動翼１０の後縁１３側の領域のいずれかの位置におけるクリアランスｄ２と、動翼１０の前縁１２側の領域のいずれかの位置におけるクリアランスｄ１とが上述の関係（ｄ２＞ｄ１）を有していればよい。例えば、後縁１３のチップ面１１に、環状壁面２３と接触することを想定した上で半径方向外方に隆起した縁部（スキーラ等）が設けられている場合、この縁部におけるクリアランス２０は、前縁１２側のクリアランス２０よりも小さくなるが、後縁１３側の他の部位におけるクリアランスｄ２が前縁１２側のクリアランスｄ１よりも大きければ本実施形態に含まれる。
【００２８】
上記実施形態によれば、軸流タービン２の停止時において、動翼１０の後縁１３側におけるチップ面１１と環状壁面２３とのクリアランス２０（ｄ２）が動翼１０の前縁１２側におけるクリアランス２０（ｄ１）に比べて大きくなるようにしている。このため、軸流タービン２の運転時、熱や遠心力によって変形した動翼１０’において、変形量が大きい後縁１３側の方が前縁１２側よりも環状壁面２３に近づくため、予め大きく設定していた後縁１３側のクリアランス２０（ｄ２）が狭まり、変形量の小さい前縁１２側のクリアランス２０（ｄ１）に近づく。これにより、クリアランス２０を適正に保つことができ、簡素な構造で以って、クリアランス２０におけるリーク流れに起因した損失を効果的に抑制できる。
【００２９】
この場合、軸流タービン２の定格運転時における前縁１２側と後縁１３側とのクリアランス２０の差が、軸流タービン２の停止時における前縁１２側と後縁１３側とのクリアランス２０の差よりも小さい。具体的には、軸流タービン２の定格運転時におけるクリアランス２０の差（ｄ２−ｄ１）の絶対値が、軸流タービン２の停止時におけるクリアランス２０の差（ｄ２−ｄ１）の絶対値よりも小さい。
軸流タービン２が定格運転に達したときには、動翼１０’に対して最大に近い遠心力が作用しており、また動翼１０’には最高温度に近い温度上昇がみられる。そのため、軸流タービン２の定格運転時において、動翼１０’の前縁１２側と後縁１３側とのクリアランス２０の差（ｄ２−ｄ１）が小さくなるように構成することで、軸流タービン２の運転中におけるチップ面１１’と環状壁面２３とのクリアランス２０を流体の流れ方向に関して均一化することができる。なお、本実施形態において、クリアランス２０を「均一化」するとは、クリアランス２０が均一である場合だけでなく、クリアランス２０を均一な状態に近づけることをも意味する。
【００３０】
以下、図２〜図５の各実施形態について、それぞれ具体的に説明する。
図２に示すように、一実施形態においては、動翼１０のチップ面１１は、少なくとも軸流タービン２の停止時において、環状壁面２３に対してゼロよりも大きい傾斜角θ１を有するとともに、前縁１２側から後縁１３側に向かってクリアランス２０が徐々に大きくなる傾斜面である。例えば、環状壁面２３がロータ５の回転軸Ｏ（図１参照）に平行に形成されている場合、動翼１０のチップ面１１は、ロータ５の回転軸Ｏに対してもゼロより大きい傾斜角θ１を有する。なお、環状壁面２３は、ロータ５の回転軸Ｏに対して傾斜していてもよい。この場合は、ロータ５の回転軸Ｏに対するチップ面１１の角度は、傾斜角θ１とは一致しない。
【００３１】
環状壁面２３は、流体の流れ方向における動翼１０のチップ面１１が延在する範囲において、凹凸や段差が存在せず、流れ方向に沿った断面が直線状となるように形成されていてもよい。あるいは、図示しないが環状壁面２３は、微小な曲率を有して湾曲するように（例えば環状壁面２３よりも半径方向内方又は半径方向外方に曲率中心が位置するような曲線状に）形成されていてもよい。
一方、傾斜面により形成されるチップ面１１は、図示されるように流体の流れ方向に沿った断面が直線状となるように形成されていてもよい。あるいは、図示しないがチップ面１１は、微小な曲率を有して湾曲するように（例えば環状壁面２３に沿うような曲線状に）形成されていてもよい。すなわち、本実施形態においてチップ面１１における傾斜面とは、湾曲面をも含むものである。
【００３２】
これにより、動翼１０の後縁１３側におけるチップ面１１と環状壁面２３とのクリアランス２０が動翼１０の前縁１２側におけるチップ面１１に比べて大きくなるような構造を容易に実現できる。このため、軸流タービン２の運転時の動翼１０’においては、変形量が大きい後縁１３側のチップ面１１’の方が前縁１２側よりも環状壁面２３に近づくので、クリアランス２０を適正に保つことができ、簡素な構造で以って、クリアランス２０におけるリーク流れに起因した損失を効果的に抑制できる。
また、環状壁面２３が設けられる静止部材２２側を既設の構造から変更しなくても上記構造を実現可能であり、その場合、既設の軸流タービン２への適用が容易となる。
【００３３】
図３に示すように、他の実施形態においては、環状壁面２３は、少なくとも軸流タービン２の停止時において、チップ面１１に対してゼロよりも大きい傾斜角θ２を有するとともに、前縁１２側から後縁１３側に向かってクリアランス２０が徐々に大きくなる傾斜面である。例えば、動翼１０のチップ面１１がロータ５の回転軸Ｏ（図１参照）に平行に形成されている場合、環状壁面２３は、ロータ５の回転軸Ｏに対しても、ゼロより大きい傾斜角θ２を有する。なお、動翼１０のチップ面１１は、ロータ５の回転軸Ｏに対して傾斜していてもよい。この場合は、ロータ５の回転軸Ｏに対する環状壁面２３の角度は、傾斜角θ２とは一致しない。
【００３４】
動翼１０のチップ面１１は、流体の流れ方向に沿った断面が直線状となるように形成されていてもよい。あるいは、図示しないがチップ面１１は、微小な曲率を有して湾曲するように（例えばチップ面１１よりも半径方向内方又は半径方向外方に曲率中心が位置するような曲線状に）形成されていてもよい。
一方、傾斜面により形成される環状壁面２３は、図示されるように、流体の流れ方向における動翼１０のチップ面１１が延在する範囲において、凹凸や段差が存在せず、流れ方向に沿った断面が直線状となるように形成されていてもよい。あるいは、図示しないが環状壁面２３は、微小な曲率を有して湾曲するように（例えばチップ面１１に沿うような曲線状に）形成されていてもよい。すなわち、本実施形態において環状壁面２３における傾斜面とは、湾曲面を含むものである。
【００３５】
これにより、動翼１０の後縁１３側におけるチップ面１１と環状壁面２３とのクリアランス２０が動翼１０の前縁１２側のチップ面１１に比べて大きくなるような構造を容易に実現できる。このため、軸流タービン２の運転時の動翼１０’においては、変形量が大きい後縁１３側のチップ面１１’の方が前縁１２側よりも環状壁面２３に近づくので、クリアランス２０を適正に保つことができ、簡素な構造で以って、クリアランス２０におけるリーク流れに起因した損失を効果的に抑制できる。
また、動翼１０を既存の構造から変更しなくても上記構造を実現可能であり、その場合、動翼１０の製作が容易である。
【００３６】
図４に示すように、他の実施形態においては、環状壁面２３には、ロータ５の軸方向（又は流体の流れ方向）における動翼１０の前縁１２と後縁１３との間の位置において段差２３ａが形成されている。この環状壁面２３は、段差２３ａよりも前縁１２側の環状壁面２３ｂに比べて、段差２３ａよりも後縁１３側の環状壁面２３ｃの方が軸流タービン２の径方向外側に位置する。また、段差２３ａは、ロータ５の回転軸Ｏを中心として周方向に環状に形成される。同図に示す例では、段差２３ａがロータ５の軸方向において一か所設けられている。ただし、段差２３ａは、ロータ５の軸方向において少なくとも一か所設けられていればよく、例えば、ロータ５の軸方向に複数の段差２３ａが設けられていてもよい。その場合、複数の段差２３ａの各々において、段差２３ａよりも前縁１２側の環状壁面２３ｂに比べて、段差２３ａよりも後縁１３側の環状壁面２３ｃの方が軸流タービン２の径方向外側に位置するようにしてもよい。すなわち、前縁１２側から後縁１３側に向けて、環状壁面２３が階段状に拡径するようにしてもよい。
【００３７】
上記構成によれば、環状壁面２３の段差２３ａによって、動翼１０の後縁１３側におけるチップ面１１と環状壁面２３とのクリアランス２０が動翼１０の前縁１２側のチップ面１１に比べて大きくなるような構造を実現することができる。このため、軸流タービン２の運転時の動翼１０’においては、変形量が大きい後縁１３側のチップ面１１’の方が前縁１２側よりも環状壁面２３に近づくので、クリアランス２０を適正に保つことができ、簡素な構造で以って、クリアランス２０におけるリーク流れに起因した損失を効果的に抑制できる。
また、微小な傾斜角を設けなくても環状壁面２３の段差２３ａのみによって上記構造が実現可能であり、この場合、微小な傾斜角を設けるための加工が不要になり、環状壁面２３の加工が容易である。
【００３８】
図５に示すように、他の実施形態においては、環状壁面２３には、ロータ５の軸方向（又は流体の流れ方向）における動翼１０の前縁１２と後縁１３との間の位置において段差２３ａが形成されている。この環状壁面２３は、段差２３ａよりも前縁１２側に比べて、段差２３ａよりも後縁１３側の方が軸流タービン２の径方向外側に位置する。また、環状壁面２３には、動翼１０の後縁１３の位置を含む軸方向範囲において凹部２３ｄが形成されており、凹部２３ｄを形成する前縁１２側の環状壁面２３が、前記段差２３ａを構成している。この凹部２３ｄは、ロータ５の回転軸Ｏを中心とした周方向に沿って環状に形成される。具体的には、ロータ５の軸方向（又は流体の流れ方向）において、凹部２３ｄを形成する前縁側の段差２３ａは前縁１２と後縁１３との間に位置し、凹部２３ｄを形成する後縁側の段差２３ｅは後縁１３よりも下流側に位置する。さらに、前縁側の段差２３ａと後縁側の段差２３ｅとの間における環状壁面２３は、半径方向外方に凹んだ形状となっている。なお、凹部２３ｄよりも流れ方向上流側の環状壁面２３ｂと、凹部２３ｄよりも流れ方向下流側の環状壁面２３ｆとは、流体の流れ方向に沿った断面において同一直線上に形成されていてもよいし、異なる直線上に形成されていてもよい。
【００３９】
上記構成によれば、環状壁面２３の凹部２３ｄによって、動翼１０の後縁１３側におけるチップ面１１と環状壁面２３とのクリアランス２０が動翼１０の前縁１２側のチップ面１１に比べて大きくなるような構造を実現することができる。このため、軸流タービン２の運転時の動翼１０’においては、変形量が大きい後縁１３側のチップ面１１’の方が前縁１２側よりも環状壁面２３に近づくので、クリアランス２０を適正に保つことができ、簡素な構造で以って、クリアランス２０におけるリーク流れに起因した損失を効果的に抑制できる。
また、微小な傾斜角を設けなくても環状壁面２３の凹部２３ｄのみによって上記構造が実現可能であり、この場合、微小な傾斜角を設けるための加工が不要になり、環状壁面２３の加工が容易である。
【００４０】
上述したように、本発明の実施形態によれば、軸流タービン２の運転時、熱や遠心力によって動翼１０が変形した際に、変形量が大きい後縁１３側の方が前縁１２側よりも環状壁面２３に近づくため、予め大きく設定していた後縁１３側のクリアランス２０が狭まり、流体の流れ方向において運転時におけるクリアランス２０を均一化することができる。これにより、簡素な構造で以って、クリアランス２０におけるリーク流れに起因した損失を効果的に抑制できる。
【００４１】
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。
上記実施形態では一例として、本実施形態に係る軸流タービン２の適用先として過給機１について説明したが、本実施形態に係る軸流タービン２の適用先は過給機１に限定されるものではない。例えば、実施形態に係る軸流タービン２は、ガスタービンや蒸気タービン等のタービンのように他の回転機械も適用できる。
【００４２】
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」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、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。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「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。
【符号の説明】
【００４３】
１        過給機
２        軸流タービン
３        圧縮機
４        軸受台
５        ロータ
１０，１０’    動翼
１１，１１’    チップ面
１２      前縁
１３      後縁
２０      クリアランス
２１      タービンケーシング
２２      静止部材
２３      環状壁面
２３ａ    段差
２３ｄ    凹部
２６      支持部材
２７      入口通路
２８      軸方向通路
２９      出口通路
３１      圧縮機ケーシング
３２      羽根車
３３      ハブ
３６      ディフューザ
３７      空気入口
３８      出口スクロール
Ｏ        ロータの回転軸
ｄ１，ｄ２    チップクリアランス
θ１，θ２    傾斜角
【図１】
0006374760.tif 000002
【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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