(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単列の動翼列、該動翼列の一側から該動翼列の周方向の一部に作動流体を流入させる供給ダクトと、前記動翼列を通過した前記作動流体が排出される排出側ダクト部、前記動翼列の一側に前記作動流体を戻す戻しダクト部、及び前記戻しダクト部に接続し前記動翼列の周方向に互いにずらせた位置にて前記作動流体を前記動翼列に供給する流入側ダクト部を有する少なくとも一つの循環ダクトと、最後の前記循環ダクトを通じて戻り前記動翼列を通過した前記作動流体を排出する排気口とから成り、前記動翼列を回転羽根の先端に取り付け、前記作動流体から前記動翼列に取り出した前記動力によって前記回転羽根を駆動することにより、前記回転羽根を有するファン又は圧縮機に適用されていることを特徴とする単翼列多段タービン。
【請求項２】
前記供給ダクトから供給され前記動翼列を通過した前記作動流体は複数の流れに分割され、分割された前記各作動流体について前記循環ダクトが配設されていることから成る請求項１に記載の単翼列多段タービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動翼列を単列で有しながら、多段タービンとして機能する単翼列多段タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多段タービンは、流体のエネルギーを回転する一列の動翼列により動力に変換し、更に、圧力の低下した流体を下流側に設置した異なる動翼列に導いてその流体のエネルギーを動力に変換することを繰り返す形式のタービンであり、流体が持つエネルギーを効率良く動力に変換する装置として知られている。
【０００３】
しかしながら、現在使用されている多段タービンは、翼の周速度を一定とした場合、作動流体が高圧になるときにも流体が持つエネルギーを十分に効率良く動力に変換するには、タービンの段数、即ち、翼列数を多くすることが必要である。多段タービンにおいて翼列数を多くすることは、直ちに、タービンの構造を複雑にし、製造コストを上昇させ、メンテナンスの作業性も低下させるという問題点を生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、翼列数を増加させることなく、多段タービンが行うのと同様に、流体の持つエネルギーを十分に効率良く動力に変換させることを可能にする点で解決すべき課題がある。
【０００５】
この発明の目的は、前述した従来技術が持つ不具合を解消させることであり、具体的には、タービンの構造を単翼列のみから成るコンパクトな構造に構成し、製造コストの上昇を回避し、メンテナンスの作業性も低下させることなく、多段動翼列を持つ多段タービンと同様の効率的な動力の取出しを可能にする単翼列多段タービンを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明による単翼列多段タービンは、単列の動翼列、該動翼列の一側から該動翼列の周方向の一部に作動流体を流入させる供給ダクトと、前記動翼列を通過した前記作動流体が排出される排出側ダクト部、前記動翼列の一側に前記作動流体を戻す戻しダクト部、及び前記戻しダクト部に接続し前記動翼列の周方向に互いにずらせた位置にて前記作動流体を前記動翼列に供給する流入側ダクト部を有する少なくとも一つの循環ダクトと、最後の前記循環ダクトを通じて戻り前記動翼列を通過した前記作動流体を排出する排気口とから成り、前記動翼列を回転羽根の先端に取り付け、前記作動流体から前記動翼列に取り出した前記動力によって前記回転羽根を駆動することにより、前記回転羽根を有するファン又は圧縮機に適用されていることを特徴とするものである。
【０００７】
この単翼列多段タービンによれば、作動流体は、単列の動翼列の一側に設けられた供給ダクトを通じて動翼列の周方向の一部に流入し、動翼列を通過する。作動流体は、動翼列を通過した後、循環ダクトによって動翼列を通過する循環行程を少なくとも一度繰り返す。即ち、循環ダクトの排出側ダクト部から、戻しダクトを通じて動翼列の一側に戻り、戻しダクトに繋がる流入側ダクトから動翼列の周方向に互いにずらせた位置にて動翼列を通過する。最後の循環ダクトを通じて戻り動翼列を通過した作動流体は、排気口から排出される。動翼列を通過する毎に作動流体の圧力が低下するが、その低下分に見合って流体が持つエネルギーが動翼列の回転力として取り出される。従って、流体が持つエネルギーを効率良く取り出すことができる。そして、前記動翼列を回転羽根の先端に取り付け、前記作動流体から前記動翼列に取り出した前記動力によって前記回転羽根を駆動することにより、前記回転羽根を有するファン又は圧縮機に適用することができる。取り出した動力を効率良くファン又は圧縮機において利用することができる。
【０００８】
この単翼列多段タービンにおいて、前記供給ダクトから供給され前記動翼列を通過した前記作動流体は複数の流れに分割され、分割された前記各作動流体について前記循環ダクトを配設することができる。このように、作動流体を複数の流れに分割し、分割されたそれぞれの作動流体について循環ダクトを配設することにより、少ない循環行程の繰り返し数でも、動翼列の周方向すべて又は広い範囲の領域を利用して作動流体の循環行程を行わせて、作動流体からの動力の取出しを効率良く行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の態様】
以下、図面を参照して、この発明による単翼列多段タービンの実施例を説明する。図１は、この発明による単翼列多段タービンの一実施例を示す斜視図である。単翼列多段タービン１は、図１に示すように、単列の動翼列２、供給ダクト３、少なくとも一つの循環ダクト４、及び排気口５から構成されている。単列の動翼列２は、例えば回転可能な羽根車（図示せず）の周囲に取り付けられており、従来の一枚の羽根車における翼列構造と変わるところはない。作動流体を供給する供給ダクト３は、単翼列多段タービン１のケーシング（図示せず）において一箇所に設けられており、供給ダクト３が動翼列２の周方向に広がる範囲は全周の一部に過ぎない。供給ダクト３から動翼列２に向かって供給された作動流体が動翼列２を通過するときに、作動流体が持つエネルギーの一部は、動翼列２が取り付けられている羽根車の回転駆動力として取り出される。
【００１０】
動翼列２を挟んで供給ダクト３に対向した位置には、排出側ダクト６が配設されている。排出側ダクト６は、供給ダクト３から供給されて動翼列２を通過した作動流体を受け入れるが、二つの排出側ダクト部６ａ，６ｂに分割されている。各排出側ダクト部６ａ，６ｂは、それぞれ戻りダクト部７ａ，７ｂに接続されており、各戻りダクト部７ａ，７ｂは、流入側ダクト部８ａ，８ｂに接続されている。排出側ダクト部６ａ、戻りダクト部７ａ及び流入側ダクト部８ａの組合せが一つのユニットとして循環ダクト４ａを構成し、排出側ダクト部６ｂ、戻りダクト部７ｂ及び流入側ダクト部８ｂの組合せも一つのユニットとして循環ダクト４ｂを構成している。このような構成により、排出側ダクト６に排出された作動流体は、戻りダクト７ａ，７ｂを通じて、供給ダクト３の周方向各側に離れて位置する流入側ダクト８ａ，８ｂに分割して戻される。循環ダクト４ａ，４ｂの流入側ダクト８ａ，８ｂは、供給ダクト３と同様の機能を果たし、動翼列２に向かって作動流体を送り込む。流入側ダクト部８ａ，８ｂから動翼列２に供給された作動流体がもつエネルギーの一部が、動翼列２で取り出される。動翼列２を通過した作動流体は取り出された動力に応じて圧力が低下している。
【００１１】
この実施例では、循環ダクト４ａ，４ｂを通じて循環され動翼列２を通過した作動流体は、それぞれ、更にもう一つの循環ダクト４ｃ，４ｄによって循環される。即ち、循環ダクト４ｃは、排出側ダクト部６ｃ、戻りダクト部７ｃ及び流入側ダクト部８ｃの組合せを一つのユニットとして構成されており、循環ダクト４ｄは、排出側ダクト部６ｄ、戻りダクト部７ｄ及び流入側ダクト部８ｄの組合せを一つのユニットとして構成されている。排出側ダクト部６ｃ，６ｄは、動翼列２を挟んで、流入側ダクト８ａ，８ｂに対向して配置されている。
【００１２】
図１に示す実施例では、循環ダクト４ｃ，４ｄは、更に、それぞれ、動翼列２を挟んで循環ダクト４ｅ（排出側ダクト部６ｅ、戻りダクト部７ｅ及び流入側ダクト部８ｅの組合せから成る），４ｆ（排出側ダクト部６ｆ（図示せず）、戻りダクト部７ｆ及び流入側ダクト部８ｆの組合せから成る）に接続されている。循環ダクト４ｅ，４ｆを循環した作動流体は、動翼列２を通過するときに動翼列２に動力を与えた後、排気口５より排出される。
【００１３】
このように、供給ダクト３より供給された作動流体は、動翼列２によって動力が取り出されるが、動翼列を通過してその後方に流出した後には、循環ダクト４によって周方向に異なる部分の入口に導かれて動翼列２に流入し、再び動翼列２によって動力が取り出される。この循環行程を１回以上繰り返した後、作動流体は排気口５より排出される。この循環行程を複数回繰り返すことで、単翼列２は多段タービンと同様の作動をする。流体が持つエネルギー（圧力）は、動翼列２を通過する毎に低下していくが、動翼列２の列数を増加させることなく、単翼列の動翼でエネルギーの回収を効率良く行うことができる。
【００１４】
上記の実施例では、供給ダクト３から供給され動翼列２を通過した作動流体は、循環ダクト４ａ，４ｂによって両側に分割したが、分割することなく、一つの循環ダクトで動翼列２の一側に戻し、動翼列２を通過後、更に別の循環ダクトによって戻すという循環工程を繰り返してもよい。
【００１５】
図２は、この発明による単翼列多段タービンの応用例を示す斜視図である。図２に示す応用例は、図１に示すのと同様の単翼列多段タービンをファンに応用した例である。ファンの動翼列１０先端に単翼列多段タービン１の動翼列２が取り付けられている。作動流体として高圧力、小流量の空気又は燃焼ガスを用いることにより、低周速のファンを駆動することができる。この場合、作動流体の供給入口を与える供給ダクト３は、一つではなく、周方向に隔置して配置された複数個（この例では、２つ）を配置することができる。このとき、供給ダクト３ａ，３ｂから供給された作動流体を左右二つの循環ダクトで分割し、各供給ダクト３ａ，３ｂから分割された半分の流量毎の作動流体を最終的に合流させて排気口５から排出してもよい。これに代えて、供給ダクト３ａ，３ｂから供給された作動流体を分割せずに、それぞれ循環ダクトによって一方向にのみ周方向にずらせて循環させて、それぞれの作動流体を排気口５から排出してもよい。
【００１６】
【発明の効果】
この発明による単翼列多段タービンは、上記のように、単列の動翼列の一側から動翼列の周方向の一部に作動流体を流入させ、動翼列を通過した作動流体を動翼列の一側に戻して動翼列の周方向に互いにずらせた位置にて動翼列を再度通過させ、そうした作動流体の循環行程を少なくとも一度繰り返して構成され、作動流体が動翼列を通過する毎に作動流体から動力を取り出すことができるので、一つのタービン動翼列を多段動翼列と同様に使用できる。その結果、単段の動翼列によって、高圧力、小流量の作動流体のエネルギーを有効に動力に変換することができる。また、個々の構成要素は従来構造のものであり、その配列と組み合わせを変えたのみで、多段動翼列と同様の作動が簡単な構造で得られ、タービンの構造をコンパクトに構成し、製造コストを上昇させることなく容易に製作可能とし、また、メンテナンスの作業性も低下することがない。そして、前記動翼列を回転羽根の先端に取付けてあるので、作動流体が持つエネルギーの一部は、動翼列が取付けられている羽根車の回転駆動力として取り出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による単翼列多段タービンの一実施例を示す斜視図である。
【図２】  この発明による単翼列多段タービンの応用例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  単翼列多段タービン
２  動翼列
３  供給ダクト
４ａ〜４ｆ  循環ダクト
５  排気口
６ａ〜６ｆ  排出側ダクト部
７ａ〜７ｆ  戻りダクト部
８ａ〜８ｆ  流入側ダクト部
１０  ファン動翼
【図１】
0003981721.tif 000002
【図２】
0003981721.tif 000003