(57)【要約】  本発明は、遠心半径流タービンであって、対応の円周経路に沿って連続して配置されたブレード（１４、２０）の列によって形成された少なくとも１つの半径流ロータ段（１０、１１、１２、１３、１６、１７、１８、１９）を支える第１の面（９、１５）を有する少なくとも１つの支持ディスク（３、４）を備える、遠心半径流タービンに関する。ディスク（３、４）は、対応のシャフト（５、７）に対して半径方向外側位置かつ半径流ロータ段（１０、１１、１２、１３、１６、１７、１８、１９）に対して半径方向内側位置に配置された、貫通誘導チャネル（２５、２８）を有する。対応の貫通誘導チャネル（２５、２８）に、ディスク（３、４）は、少なくとも１つの対応の軸流ロータ段（２７、３０）の複数の誘導ロータブレード（２６、２９）を備える。【選択図】図１
2017519155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定格納ケース（２）と、
対応の円周経路に沿って連続して配置されたブレード（１４、２０）の列によって形成された少なくとも１つの半径流ロータ段（１０、１１、１２、１３、１６、１７、１８、１９）を支える第１の面（９、１５）を有する、少なくとも１つの支持ディスク（３、４）と、
対応の前記支持ディスク（３、４）と一体である少なくとも１つの回転シャフト（５、７）と
を備える遠心半径流タービンであって、
前記少なくとも１つの半径流ロータ段（１０、１１、１２、１３、１６、１７、１８、１９）が作動流体のための膨張容積部（３１）内に配置され、
前記少なくとも１つの支持ディスク（３、４）が、対応の前記回転シャフト（５、７）に対して半径方向外側位置かつ前記少なくとも１つの半径流ロータ段（１０、１１、１２、１３、１６、１７、１８、１９）に対して半径方向内側位置に配置された貫通誘導チャネル（２５、２８）を有し、
前記少なくとも１つの支持ディスク（３、４）が、前記貫通誘導チャネル（２５、２８）を通って入ってくる前記作動流体の作用下で、対応の前記回転シャフト（５、７）と共に回転軸線（Ｘ−Ｘ）を中心にして自在に回転する、
遠心半径流タービンにおいて、
前記少なくとも１つの支持ディスク（３、４）が、対応の前記貫通誘導チャネル（２５、２８）に、対応の前記少なくとも１つの軸流ロータ段（２７、３０）における複数の誘導ロータブレード（２６、２９）を備えることを特徴とする、遠心半径流タービン。
【請求項２】
前記誘導チャネル（２５、２８）は、前記誘導ロータブレード（２６、２９）によって少なくとも部分的に画定されている、請求項１に記載の遠心半径流タービン。
【請求項３】
前記誘導ロータブレード（２６、２９）は、前記少なくとも１つの支持ディスク（３、４）内に一体に設けられている、請求項１又は２に記載の遠心半径流タービン。
【請求項４】
前記誘導ロータブレード（２６、２９）の各々の半径方向高さと、前記少なくとも１つの支持ディスク（３、４）の直径との間の比が、約０．００７〜約０．０５である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の遠心半径流タービン。
【請求項５】
前記作動流体が前記誘導チャネル（２５、２８）を通って軸線方向に横切る速度が、約３５ｍ／ｓ〜約１００ｍ／ｓ、好ましくは約４０ｍ／ｓ〜約４５ｍ／ｓである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の遠心半径流タービン。
【請求項６】
前記少なくとも１つの支持ディスク（３、４）の前記誘導ロータブレード（２６、２９）と隣り合って、かつ、対応の前記支持ディスク（３、４）の前記第１の面（９、１５）の反対側の第２の面（２１、２３）の側に対して配置された、対応の軸流段（２７、３５、３０、３９）における複数の誘導ステータブレード（３４、３８）を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の遠心半径流タービン。
【請求項７】
対応の円形経路に沿って連続して配置されるとともに前記少なくとも１つの半径流ロータ段（１０、１１、１２）に対して半径方向外側及び／又は半径方向内側の位置にあるブレード（６６）の列によって形成された、前記格納ケース（２）に対して固定された少なくとも１つの半径流ステータ段（６３、６６）を備え、
前記膨張容積部（３１）が、前記支持ディスク（３）と前記格納ケース（２）との間に画定されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の遠心半径流タービン。
【請求項８】
前記支持ディスク（３）の前記第１の面（９）の反対側の第２の面（２１）の側に配置されるとともに入口ダクト（６８）内に配置された、前記格納ケース（２）と一体のノーズ（６７）を備える、請求項１〜７のすがれか一項に記載の遠心半径流タービン。
【請求項９】
前記誘導ステータブレード（３４）が、前記ノーズ（６７）を円周方向に囲んで配置されている、請求項７が請求項６に従属したときの前記請求項に記載の遠心半径流タービン。
【請求項１０】
当該遠心半径流タービンは、反転型であり、第１の支持ディスク（３）及び第２の支持ディスク（４）を備え、
前記第１の支持ディスク（３）が、前記膨張容積部（３１）を画定するために前記第２の支持ディスク（４）に面しており、前記第１の支持ディスク（３）の前記ブレード（１４）は、前記第２の支持ディスク（４）の前記ブレード（２０）と半径方向に交互配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の遠心半径流タービン。
【請求項１１】
前記軸流ロータ段（２７、３０）が作用型である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の遠心半径流タービン。
【請求項１２】
前記軸流ロータ段（２７、３０）が反作用型である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の遠心半径流タービン。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの支持ディスク（３、４）が、該支持ディスク（３、４）上の軸線方向推進力のバランスを取るために、前記貫通誘導チャネル（２５、２８）に対して半径方向内側位置に設けられた補償貫通開口部（５２）を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のタービン。
【請求項１４】
１つの前記支持ディスク又は各支持ディスク（３、４）の前記第２の面に面した同心の環状チャンバ（４４、４８）を備え、
前記少なくとも１つの支持ディスク（３、４）を収容する前記固定格納ケース（２）が、前記環状チャンバ（４４、４８）を画定する、前記回転軸線（Ｘ−Ｘ）と同軸の環状壁（４１、４７）を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の遠心半径流タービン。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の遠心半径流タービンを備えた、機械的エネルギー及び／又は電気的エネルギーを発生させるための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、電気的エネルギー及び／又は機械的エネルギーを生成するための遠心半径流タービンである。本発明は、タービン内での流体の膨張により流体のエネルギーを変換するように構成された１以上のタービンを通る作動流体の１以上の膨張段階の達成を規定するプロセスの分野にある。好ましいが排他的ではないものとして、本発明は、反転型の遠心半径流膨張タービンに関する。好ましいが排他的ではないものとして、本発明は、蒸気ランキン・サイクル又は有機ランキン・サイクル（ＯＲＣ）によってエネルギーを生成するための装置内で用いられる膨張タービンに関する。ＯＲＣ装置では、有機タイプの作動流体が従来の水／蒸気システムの代わりに用いられる。
【背景技術】
【０００２】
蒸気又は有機流体の膨張のために用いられる遠心半径流タービンが知られている。
【０００３】
例えば、国際公開第２０１３／１０８０９９号は、半径方向に交互に配置されたロータブレード及びステータブレードの列が設けられた、ランキン・サイクルによる有機流体の膨張のためのタービンを示す。タービン内の蒸気の供給は、正面方向で得られる。高圧側に定められたタービンの第１のセクション内で、作動流体の第１の膨張が実質的に半径方向でもたらされる。低圧側に定められた第２のセクション内で、作動流体の第２の膨張が実質的に軸線方向でもたらされる。ステータブレードは、タービンの外部ケーシングによって支持される。
【０００４】
水蒸気の膨張のために用いられる反転遠心半径流タービンもまた、久しく知られている。
【０００５】
例えば、英国特許出願公開第３１１５８６号明細書は、ブレードリングを支える２つの反転するディスクを備えた蒸気タービンを示す。半径方向内側のブレードリングの近傍に、タービン格納ボックス内に設けられた蒸気チャンバから開始してディスクを横切る通路が存在する。蒸気誘導パイプがこのチャンバに接続されている。
【０００６】
ディスクと一体の回転シャフト内に設けられたダクトを通じたディスク間の蒸気の誘導が生じる反転遠心半径流タービンもまた知られている。
【発明の概要】
【０００７】
このような背景において、出願人は、上述のような既知の遠心半径流タービンを、種々の局面に関して、特にその効率を高めると同時にその構造的強度を向上させるような方式で改善することに気付いた。
【０００８】
出願人は、まず、例えば上記英国特許出願公開第３１１５８６号明細書に記載されているようなディスク内に設けられた誘導通路が、第一にディスクそれ自体の構造的脆弱化を引き起こすことに気付いた。実際、このような通路は、タービンの効率最大限にするために、タービンが処理することができる最大流量を通過させることができるようなサイズとしなければならない。しかしながら、通路を通る負荷損失を制限するために、通路通過速度は特定の値（およそ１０ｍ／ｓ）を超えることはできないので、低い通過速度であっても所望の流量を得るような面積で通路を設けることが必要であり、かつ知られている。
【０００９】
出願人にはまた、それぞれのディスクと共に回転するこのような通路は、上述のように通過速度を制限したとしても、タービン全体の効率に悪影響を与えるかなりの負荷損失を生じさせるという事実にも気付いた。
【００１０】
出願人はまた、国際公開第２０１３／１０８０９９号の、特に図１及び図２の構成に記載されているような（非反転型）ステータブレード及びロータブレードを有する遠心半径流タービンは、機械の支持シャフトがある側の空間が限られていること、さらに、そうした区画は、この機械及び領域に通常装備されている機械的シール及び軸受などの精密な構成要素に損傷を与えることを避けるために、過度に高熱になることが許されないこと（冷却問題）により、作動流体の挿入に関してかなりの問題を有することに気付いた。
【００１１】
このような背景において、出願人は、従来技術の反転型又はその他の遠心半径流タービンに対して改善された効率を有する、好ましくは反転型であるがそれに限られない遠心半径流タービンを提案するという目的を設定した。
【００１２】
より一般的には、出願人は、従来技術に関して以下の目的／改善の少なくとも１つを設定した。
・ロータブレードとステータブレードとの間（単一ディスク型遠心半径流タービンの場合）又はロータディスク間（反転型遠心半径流タービンの場合）の作動流体の誘導の段階の効率を改善すること。
・１つ又は複数のディスクの構造的強度を高めること。
・ＯＲＣサイクルの有機流体の膨張の場合のように高流量であっても作動流体の誘導を単純化すること。
・任意の作動流体（例えば有機流体又は水）で、特に反転型のタービンの使用を可能にすること。
【００１３】
出願人は、示した目的、上で列挙した目的の少なくとも１つ及びさらに別の目的を、１つ又は複数のディスクの誘導通路に設けた軸流段により、換言すれば、この通路を、ブレードを有するように形作ることにより、誘導段階を１つ又は複数のディスクを回転させるためにも利用することによって達成することができることに気付いた。
【００１４】
特に、示した目的、上で列挙した目的の少なくとも１つ及びさらに別の目的は、請求項の１つ又は複数の組による遠心半径流タービンによって実質的に達成される。
【００１５】
本発明の態様を以下、例示する。
【００１６】
一態様によれば、本発明は、
固定格納ケースと、
対応の円周経路に沿って連続して配置されたブレードの列によって形成された少なくとも１つの半径流ロータ段を支える第１の面を有する、少なくとも１つの支持ディスクと、
対応の支持ディスクと一体である少なくとも１つの回転シャフトと
を備え、
少なくとも１つの半径流ロータ段が、作動流体のための膨張容積部内に配置され、
少なくとも１つの支持ディスクが、対応の回転シャフトに対して半径方向外側位置かつ少なくとも１つの半径流ロータ段に対して半径方向内側位置に配置された、貫通誘導チャネルを有し、
少なくとも１つの支持ディスクが、貫通誘導チャネルを通って入ってくる作動流体の作用下で、対応の回転シャフトと共に回転軸線を中心に自在に回転する、
遠心半径流タービンにおいて、
少なくとも１つの支持ディスクが、対応の貫通誘導チャネルに、少なくとも１つの対応の軸流ロータ段における複数の誘導ロータブレードを備えることを特徴とする、遠心半径流タービンに関する。
【００１７】
一態様によれば、本発明は、
固定格納ケースと、
対応の円周経路に沿って連続して配置されたブレードの列によって形成された少なくとも１つの半径流ロータ段を支える第１の面を有する、支持ディスクと、
対応の支持ディスクと一体である回転シャフトと、
対応の円形経路に沿って連続して配置されるとともに少なくとも１つの半径流ロータ段に対して半径方向外側及び／又は半径方向内側位置にあるブレードの列によって形成された、格納ケースに対して固定された少なくとも１つの半径流ステータ段と、
を備え、
膨張容積部が、支持ディスクと格納ケースとの間に画定され
少なくとも１つの支持ディスクが、対応の回転シャフトに対して半径方向外側位置かつ少なくとも１つの半径流ロータ段に対して半径方向内側位置に配置された、貫通誘導チャネルを有し、
少なくとも１つの支持ディスクが、貫通誘導チャネルを通って入ってくる作動流体の作用下で、対応の回転シャフトと共に回転軸線を中心にして自在に回転する、
遠心半径流タービンにおいて、
少なくとも１つの支持ディスクが、対応の貫通誘導チャネルに、少なくとも１つの対応の軸流ロータ段における複数の誘導ロータブレードを備えることを特徴とする、遠心半径流タービンに関する。
【００１８】
一態様によれば、本発明は、
対応の円形経路に沿って第１の配向で連続して配置されたブレードの列により形成された少なくとも１つの半径流ロータ段を支える第１の面を有する、第１の支持ディスクと、
第１の支持ディスクと一体である第１の回転シャフトと、
対応の円形経路に沿って第１の配向と反対の第２の配向で連続して配置されたブレードの列により形成された少なくとも１つの半径流ロータ段を支える第１の面を有する、第２の支持ディスクと、
第２の支持ディスクと一体である第２の回転シャフトと、
を備え、
第１の支持ディスクが、膨張容積部を画定するために第２の支持ディスクに面しており、第１の支持ディスクのブレードが、第２の支持ディスクのブレードと半径方向に交互配置され、
支持ディスクの各々が、対応の回転シャフトに対して半径方向外側位置かつ半径流ロータ段のブレードの列に対して半径方向内側位置に配置された貫通誘導チャネルを有し、
第１及び第２の支持ディスクが、貫通誘導チャネルを通って入ってくる作動流体の作用下で、対応の回転シャフトと共に共通回転軸線を中心として反対方向に自在に回転する、
反転型遠心半径流タービンにおいて、
支持ディスクの各々が、対応の貫通誘導チャネルに、少なくとも１つの対応の軸流ロータ段における複数の誘導ロータブレードを備えることを特徴とする、反転型遠心半径流タービンに関する。
【００１９】
誘導チャネルは、支持ディスクの第１の面及び第１の面の反対側の第２の面の両方に開口し、好ましくは軸線方向に沿って延びる。
【００２０】
ロータブレードは各々、実質的に半径方向に沿って延びる前縁（及び後縁）を有する。前縁は、対応の支持ディスクの第２の面に面する。後縁は、対応の支持ディスクの第１の面に面する。
【００２１】
膨張容積部（支持ディスクとケースとの間、又は反転型の場合は第１の支持ディスクと第２の支持ディスクとの間に設けられる）への作動流体の入口は、支持ディスクの半径方向内側部分に配置された誘導チャネルを通って生じる。
【００２２】
流体は、回転軸線から遠ざかる方向に、移動し、外方に膨張し、上記支持ディスクの半径方向周囲部分において外に出る。
【００２３】
一態様において、誘導チャネルは、誘導ロータブレードによって少なくとも部分的に画定される。
【００２４】
一態様において、隣接する誘導チャネルは、誘導ロータブレードのうちの１つによって隔てられる。
【００２５】
一態様において、誘導チャネル及び誘導ロータブレードは、回転軸線と同軸の少なくとも１つの円形経路に沿って連続的に配置される。
【００２６】
好ましい実施形態において、軸流ロータ段は、支持ディスクに設けられた回転軸線と同軸の環状通路（これはその円形経路に沿って延びる）内に逐次配置された複数のロータブレードを備え、このロータブレードは、環状通路を複数の上記誘導チャネルに分割する。
【００２７】
出願人は、本発明による解決策が、従来技術と比べて支持ディスク上の通路チャネルがより限定された状態でこのようなプロセスを効率的な方式で実行することを可能にする軸線方向膨張段によって、蒸気の導入を可能にすることを立証した。
【００２８】
一態様において、誘導ロータブレードは、それぞれの支持ディスク内に一体に設けられる。これは、支持ディスクのより高い剛率及び構造的強さを保証する。
【００２９】
一態様において、支持ディスク及び関連のロータブレードは、三次元焼結技術（金属及び／又はセラミック粉体から物体を作成する方法）によって得られる。これは、例えば自動車分野における、低電力用途（例えば約５ｋＷ〜約５０ｋＷの電力用）に適した、限定されたサイズの支持ディスク及びロータブレードを得ることを可能にする。
【００３０】
一態様において、各誘導ロータブレードの半径方向高さと支持ディスクの直径との間の比は、約０．００７〜約０．０５である。
【００３１】
半径方向高さとは、誘導ロータブレードの半径方向に沿った拡がりを意図する。支持ディスクの直径とは、場合によりディスクの周囲に配置される補助軸流段の補助ブレードを除いた、ディスクの最大直径を意図する。
【００３２】
ロータブレード及び結果として通路チャネルは、支持ディスクのサイズに比べて小さく、その結果、支持ディスクは、従来技術のものに比べてより堅固になる。
【００３３】
一態様において、誘導チャネルを通る流体の軸線方向移動速度は、約３５ｍ／ｓ〜約１００ｍ／ｓ、好ましくは約４０ｍ／ｓ〜約４５ｍ／ｓである。ロータブレードの存在により、誘導チャネルを横切る速度は、従来技術と比べて削減された通路面積で、必要な流量が得られるようなものになっている。
【００３４】
一態様において、タービンは、１つの支持ディスク又は複数の支持ディスクの各々の誘導ロータブレードと隣り合って、かつ、対応の支持ディスクの第１の面の反対側の第２の面の側に配置された、対応の軸流ステータ段の複数の誘導ステータブレードを備える。軸流ステータ段は、対応の軸流ロータ段と共に軸流誘導段を定める。
【００３５】
一態様において、タービンは、１つの支持ディスク又は複数の支持ディスクの各々の誘導ロータブレードと隣り合って、かつ、対応の支持ディスクの第１の面の反対側の第２の面の側に置かれた、複数の固定誘導開口部が設けられた固定部分を備える。
【００３６】
固定誘導開口部は、入口ダクトと流体連通し、場合によっては、固定部分の、対応のディスクと反対側である片側に配置された誘導チャンバと流体連通する。
【００３７】
一態様において、誘導ステータブレードは、固定誘導開口部を画定する。
【００３８】
一態様において、誘導ステータブレードは、固定誘導開口部内に収容される。
【００３９】
一態様において、固定誘導開口部の各々は、少なくとも１つの誘導ステータブレードを収容する。
【００４０】
一実施形態において、軸流ステータ段は、固定部分内に設けられた、１つ又は複数のディスクの回転軸線と同軸の環状通路内に逐次配置された、複数のステータブレードを備え、そのステータブレードは、環状通路を複数の上記固定誘導開口部に分割する。
【００４１】
一実施形態において、固定誘導開口部は、固定部分内に設けられた貫通穴又はスロットであり、その穴又はスロットの各々は、誘導ステータブレードのうちの１つ又は複数を収容する。
【００４２】
一態様において、軸流ロータ段は、作用型（action type）である。したがって、ロータブレードの上流及び下流の流体の静圧は、同じである。
【００４３】
一態様において、軸流ロータ段は、反作用型（reaction type）である。
【００４４】
一態様において、１つ又は複数の支持ディスクは、ディスク上の軸線方向推進力のバランスを取るために、貫通誘導チャネルに対して半径方向内側位置に設けられた補償貫通開口部を有する。
【００４５】
一態様において、タービンは、支持ディスク又は各支持ディスクの第２の面に面した同心の環状チャンバを備える。
【００４６】
一態様において、１つ又は複数の支持ディスクを収容する固定格納ケースは、環状チャンバを画定する、回転軸線と同軸の環状壁を備える。環状チャンバは、一部は支持ディスクにより、一部は環状壁により、一部は、格納ケースと一体の（又はいずれにしてもこれに固定された）、対応の支持ディスクに面したさらなる画定壁により画定される。
【００４７】
一態様において、各支持ディスクは、環状チャンバを画定するために、それぞれの第２の面から突出した、回転軸線と同軸の、環状壁とシール可能に係合する環状付加物を備える。
【００４８】
一態様において、タービンは、各々が環状壁の一端と対応の環状付加物との間に挟まれた、複数の摺動ガスケットを備える。
【００４９】
一態様において、摺動ガスケットは、環状壁の端部に取り付けられ、環状付属物に当接して摺動する。
【００５０】
異なる態様において、摺動ガスケットは、環状付属物に取り付けられて環状壁の端部に当接して摺動することができる。
【００５１】
一態様において、タービンは、支持ディスクに対して、又は支持ディスクの各々に対して半径方向外側の位置に配置された少なくとも１つの付属軸流段を備える。この少なくとも１つの付属軸流段は、作動流体の方向に対して半径流ロータ段の下流に配置される。
【００５２】
一態様において、少なくとも１つの付属軸流段は、支持ディスクの各々の周縁部に位置する、又はこれに直接取り付けられた、複数の付属ロータブレードを備える。
【００５３】
一態様において、少なくとも１つの付属軸流段は、支持ディスクに対して半径方向外側位置に配置された支持要素に固定取付けされた、複数の付属ステータブレードを備える。
【００５４】
一態様において、支持要素は、格納ケースの半径方向外側部分の一部である。
【００５５】
一態様において、支持ディスクの各々は、対応の第１の面から突出した、回転軸線と同軸の、半径流段に対して半径方向外側の位置に配置された付属環状付加物を有する。
【００５６】
一態様において、この環状付加物は、補助ステータブレードの半径方向内側端部を支える半径方向内側リングとシール可能に係合する。
【００５７】
一態様において、タービンは、半径方向内側リングと対応の環状付加物との間に挟まれた摺動ガスケットを備える。
【００５８】
一態様において、タービンは、入口ダクト内に位置する、格納ケースと一体のノーズを備える。
【００５９】
一態様において、ノーズは、支持ディスクの第１の面の反対側の第２の面の側に配置される。
【００６０】
一態様において、ノーズは、固定誘導開口部が設けられた固定部分の一部である。
【００６１】
一態様において、固定誘導開口部、及び、好ましくは、誘導ステータブレードは、ノーズを円周方向に囲んで位置する。
【００６２】
一態様において、タービンは、閉回路であり（そのため作動流体は保守中であっても回路内に留まる）、高分子量の有機流体を用いる、ランキン・サイクル型のエネルギーのコジェネレーションのためのプラントの一部である。
【００６３】
異なる態様において、タービンは、開放サイクル又は閉じたサイクルの蒸気プラントで用いることができる。
【００６４】
さらなる特徴及び利点は、本発明による遠心半径流タービンの好ましいが排他的ではない実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００６５】
このような説明は、以下、非限定的な例としてのみ提供される図面の組を参照して記述される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態による遠心半径流タービンの軸線方向平面に沿った断面図である。
【図２】本発明の異なる実施形態による遠心半径流タービンの軸線方向平面に沿った断面図である。
【図３】図１又は図２に従うタービンに属する支持ディスクの正面図である。
【図４】図１のタービンの一部の正面図である。
【図５】図１又は図２に従うタービンの詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
図１を参照すると、参照符号１は、本発明による反転遠心半径流式の膨張タービンを全体として示す。
【００６８】
図示した遠心半径流タービン１は、機械的エネルギー及び／又は電気的エネルギーを生成させるための、例えば有機ランキン・サイクル（ＯＲＣ）型又は蒸気ランキン・サイクル型の装置内で用いることができる。好ましいが排他的ではないものとして、図示した反転遠心半径流タービン１は、低圧用途（例えば、約５ｋＷ〜約５０ｋＷの電力発生用）で用いられる。
【００６９】
タービン１は、その内部に第１の支持ディスク３及び第２の支持ディスク４を収容した固定格納ケース２を備える。支持ディスク３、４は、支持ケース内で、共通回転軸線「Ｘ−Ｘ」を中心として各自互いに独立して自在に回転することができる。このような目的で、第１のディスク３は、第１の軸受６によって格納ケース２内に取り付けられたそれぞれの第１の回転シャフト５と一体である。第２のディスク４は、第２の軸受８によって格納ケース２内に取り付けられたそれぞれの第２の回転シャフト７と一体である。
【００７０】
第１の支持ディスク３は、互いに半径方向に連続して配置された複数の半径流ロータ段１０、１１、１２、１３を支える第１の面９を有する。半径流ロータ段１０、１１、１２、１３の各々は、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同心の円形経路に沿って列状に配置された複数のブレード１４を備える。換言すれば、異なる段１０、１１、１２、１３のブレードの円形列は、同心円を形成する。
【００７１】
第２の支持ディスク４は、互いに半径方向に連続して配置された複数の半径流ロータ段１６、１７、１８、１９を支える対応の第１の面１５を有する。半径流ロータ段１６、１７、１８、１９の各々は、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同心の円形経路に沿って列状に配置された複数のブレード２０を備える。換言すれば、異なる段１６、１７、１８、１９のブレードの円形列は、同心円を形成する。
【００７２】
第１の支持ディスク３の第１の面９は、第２の支持ディスク４の第１の面１５の真向かいに配置され、第１のディスク３のブレード１４は、第２のディスク４のブレード２０と半径方向に交互配置される。換言すれば、第１の支持ディスク３の半径流ロータ段１０、１１、１２、１３は、第２の支持ディスク４の半径流ロータ段１６、１７、１８、１９に対して、半径方向に沿って交互配置される。第１の支持ディスク３のブレード１４は、第２の支持ディスク４の第１の面１５の近傍で終端し、第２の支持ディスク４のブレード２０は、第１の支持ディスク３の第１の面９の近傍で終端する。
【００７３】
半径流ロータ段１０、１１、１２、１３、１６、１７、１８、１９のブレード１４、２０の各々の前縁及び後縁は、回転軸線「Ｘ−Ｘ」に対して実質的に平行に延びているので、これらは、遠心半径流式の、すなわち主として回転軸線「Ｘ−Ｘ」から外側に向かって方向付けられた作動流体の流れの作用下で働くことができるようになっている。
【００７４】
第１の支持ディスク３は、第１の面９の反対側の第２の面２１を有し、これが２つの環状付属物（又は突起）２２を支える。図３で分かるように、環状付属物２２は、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸の同心円を形成する。
【００７５】
第２の支持ディスク４もまた、第１の面１５の反対側の第２の面２３を有し、これが２つの環状付属物（又は突起）２４を支える。第１の支持ディスク３と同様に、第２の支持ディスク４の環状付属物２４は、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸の同心円を形成する。
【００７６】
第１及び第２の回転シャフト５、６は、共通回転軸線「Ｘ−Ｘ」に沿って位置合わせされ、各々対応の支持ディスク３、４の第２の面２１、２３から反対方向に沿って延びている。
【００７７】
第１の支持ディスク３は、半径流ロータ段１０、１１、１２、１３に対して半径方向内側かつその回転シャフト５に対して半径方向外側の領域内に貫通誘導チャネル２５を有し、これは、第１の支持ディスク３の厚さを実質的に軸線方向に沿って横切り、第１の面９及び第２の面２１の両方で開口する。
【００７８】
図３で分かるように、この貫通誘導チャネル２５は、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸の円形経路に沿って配置され、第１の支持ディスク３の半径方向に互いに対向する部分によって画定され、かつ軸流ロータ段２７を形成する複数の誘導ロータブレード２６によって画定される。換言すれば、軸流ロータ段２７は、上述の円形経路に沿って延びる円形開口部により定められ、その中に第１の支持ディスク３の半径方向に互いに対向する部分を接続する誘導ロータブレード２６が配置される。
【００７９】
第２の支持ディスク４は、半径流ロータ段１６、１７、１８、１９に対して半径方向内側かつその回転シャフト７に対して半径方向外側の領域内に貫通誘導チャネル２８を有し、これは、第２の支持ディスク４の厚さを実質的に軸線方向に沿って横切り、第１の面１５及び第２の面２３の両方の上に開口する。
【００８０】
第１の支持ディスク３と構造的に同一の態様で、この貫通誘導チャネル２８は、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸の円形経路に沿って配置され、第２の支持ディスク４の半径方向に互いに対向する部分によって画定され、かつ軸流ロータ段３０を形成する複数の誘導ロータブレード２９によって画定される。換言すれば、軸流ロータ段３０は、上述の円形経路に沿って延びる円形開口部により定められ、その中に第２の支持ディスク４の半径方向に互いに対向する部分を接続する誘導ロータブレード２９が配置される。
【００８１】
２つのディスク３、４は、誘導ロータブレード２６、２９も含めて、例えば三次元焼結技術により、好ましくは単一部材に作られる。
【００８２】
軸流ロータ段２７、３０の上述のブレード２６、２９の各々の前縁及び後縁は、実質的に半径方向に（回転軸線「Ｘ−Ｘ」に対して半径方向に沿って）延びているので、これらは、軸流式の、すなわち主として回転軸線「Ｘ−Ｘ」と平行に方向付けられた作動流体の流れの作用下で働くことができるようになっている。誘導ブレード２６、２９の各々の前縁は、それぞれのディスク３、４の第２の面２１、２３に面し、後縁は、それぞれのディスク３、４の第１の面９、１５に面する。
【００８３】
２つの第１の面９、１５は一緒に、作動流体の膨張容積部３１を画定し、作動流体は、２つの支持ディスク３、４の貫通誘導チャネル２５、２８を通って膨張容積部３１に入り、回転軸線「Ｘ−Ｘ」から遠ざかる方向に２つのディスク３、４の半径流ロータ段１０、１１、１２、１３、１６、１７、１８、１９を通って半径方向に膨張し、上述のディスク３、４の半径方向周囲部分から外に出る。
【００８４】
第１のディスク３の半径流ロータ段１０、１１、１２、１３のブレード１４の向きは、第２のディスク４の半径流ロータ段１６、１７、１８、１９のブレード２０の向きと反対向きになっているので、作動流体の膨張は、これら２つのディスク３、４の逆向きの回転を生じさせることになる。
【００８５】
好ましくは、各誘導ロータブレード２６、２９の半径方向高さと、支持ディスク３、４の直径との間の比は約０．００７〜約０．０５０である。図示実施形態において、この比は例えば約０．０２５に等しい。
【００８６】
膨張タービン１はまた、複数の固定誘導開口部３３が設けられた、（格納ケース２に対して）固定された第１の部分３２を備え、この誘導開口部３３は、第１の支持ディスク３の誘導ロータブレード２６と軸線方向に隣り合い、かつ第１のディスク３の第２の面２１の側に配置される。第１の固定部分３２は、ケース２の一体部分とすることもでき、又はケース２に堅固に取り付けることもできる。図４から分かるように、第１の固定部分３２は、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸の環状通路と、この環状通路内に配置されるとともにこれを上述の固定誘導開口部３３に分割する複数のステータブレード３４と、を有する。ステータブレード３４は、実質的に半径方向に（回転軸線「Ｘ−Ｘ」に対して半径方向に沿って）延びている。ステータブレード３４は、軸流ステータ段３５を形成し、これがそれぞれの軸流ロータ段２７と一緒に、第１の支持ディスク３のための軸流誘導段を定める。
【００８７】
第２の固定部分３６は、第２の支持ディスク４の第２の面２３に隣接する。第２の固定部分３６には、第２の支持ディスク４の誘導ロータブレード２９に隣り合う複数の固定誘導開口部３７が設けられる。第２の固定部分３６は、ケース２の一体部分とすることもでき、又はケース２に堅固に取り付けることもできる。第１の固定部分３２と同様に、第２の固定部分３６は、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸の環状通路と、この環状通路内に配置されるとともにこれを上述の固定誘導開口部３７に分割する複数のステータブレード３８と、を有する。ステータブレード３８は、実質的に半径方向に（回転軸線「Ｘ−Ｘ」に対して半径方向に沿って）延びている。ステータブレード３８は、軸流ステータ段３９を形成し、これがそれぞれの軸流ロータ段３０と一緒に、第２の支持ディスク４のための軸流誘導段を定める。
【００８８】
第１の固定部分３２は、（固定ディスクと同様に）回転軸線「Ｘ−Ｘ」から遠ざかる方向に半径方向に延びており、第１の支持ディスク３の環状付属物２２の真向かいに配置されたそれぞれの面４０を有する。第１の固定部分３２のこの面４０から、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸の２つの環状壁４１（図４参照）が延びている。各環状壁４１は、それぞれの環状付加物２２のところで、第１の支持ディスク３の第２の面２１の近くまで軸線方向に延びている。
【００８９】
図５でより良く見ることができるように、環状付加物２２は、それぞれの環状壁４１に対して半径方向により内側の位置に配置された状態にあり続ける。環状壁４１の端部４２は、環状付加物２２の近傍に置かれ、端部４２と環状付加物２２との間に半径方向に挟まれた状態であり続ける摺動ガスケット４３を支える。摺動ガスケット４３は、環状付加物２２と接触してその上で摺動し、作動流体のシールを保証する。
【００９０】
半径方向に連続する環状壁４１は、第１の固定部分３２の面４０及び第１の支持ディスク３の第２の面２１と共に、第１の環状チャンバ４４を画定する。
【００９１】
第２の固定部分３６は、第１の固定部分３２と構造的に類似である。それぞれの面４６は、第２の支持ディスク４の環状付属物２４の真向かいに配置される。この面４６から、回転軸線「Ｘ−Ｘ」に同軸に２つの環状壁４７が（環状付属物２４と同程度に）延びている。各環状壁４７は、それぞれの環状付属物２４のところで、第２の支持ディスク４の第２の面２３の近くまで軸線方向に延びている。
【００９２】
環状付加物２４は、それぞれの環状壁４７に対して半径方向により内側の位置に配置された状態であり続ける。図５に示したものと鏡像関係で、環状壁４７の一方の端部４２は、環状付加物２４の近傍に置かれ、端部４２と環状付加物２４との間に半径方向に挟まれた状態であり続ける摺動ガスケット４３を支える。摺動ガスケット４３は、環状付加物２４と接触してその上で摺動し、作動流体のシールを保証する。
【００９３】
半径方向に連続する環状壁４７は、第１の固定部分３６の面４６及び第２の支持ディスク４の第２の面２３と共に、第２の環状チャンバ４８を画定する。
【００９４】
図示実施形態において、第１及び第２の固定部分３２及び３６は両方とも、それぞれの回転シャフト５、７を通すために穴５０を有する（図４）。
【００９５】
さらに、支持ディスク３、４は両方とも、貫通誘導チャネル２５、２８に対して半径方向内側の位置に設けられた補償貫通開口部５２を有する。
【００９６】
図示のタービン１はまた、それぞれの支持ディスク３、４に対して半径方向外側の領域に各々が位置する、２つの補助軸流段５３を備える。これらの段は構造的に同一であるので、以下、この段５３の一方にのみ言及する。
【００９７】
補助軸流段５３は、それぞれの支持ディスク３、４の周縁部に取り付けられた複数の補助ロータブレード５４と、格納ケース２の半径方向外側部分の一部を構成するとともに支持ディスク３、４に対して半径方向外側に配置された支持要素２ａに取り付けられた、複数の補助ステータブレード５５とを備える。
【００９８】
補助ロータブレード５４は、図３で分かるように、それぞれの支持ディスク３、４の周縁部から半径方向に外側に向かって延びている。補助ステータブレード５５は、支持要素５６から半径方向に延びて、回転軸線「Ｘ−Ｘ」に向かって収束している。
【００９９】
補助ステータブレード５５の半径方向内側終止端は、半径方向内側リング５６によって支えられている。このようなリング５６は、それぞれの支持ディスク３、４の周縁部に配置され、その支持ディスク３、４の第１の面９、１５に面する。
【０１００】
支持ディスク３、４の各々は、それぞれの第１の面９、１５から突出する補助環状付加物５７を有し、これは、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸であり、半径流ロータ段１０〜１３、１６〜１９に対して半径方向外側の位置にある。
【０１０１】
半径方向内側リング５６は、補助環状付加物５７に対して半径方向外側の位置にあるとともに補助環状付加物５７の近傍にあり、この内側リング５６と補助環状付加物５７との間に半径方向に挟まれた状態であり続ける摺動ガスケットを支える。摺動ガスケットは、補助環状付加物５７と接触してその上で摺動し、作動流体のシールを保証する。
【０１０２】
格納ケース２は、第１の固定部分３２の、それぞれの第１の支持ディスク３の反対側である片側に配置された、第１の誘導チャンバ５８を画定する。第１の誘導チャンバ５８は、環状であり、第１の固定部分３２の固定誘導開口部３３に面するとともにこれと流体連通する。第１の誘導チャンバ５８はまた、タービン１内で膨張することが意図された作動流体の供給源５９（例えば、タービン１の上流に配置された回路）とも流体連通する。格納ケース２は、第２の固定部分３６の、それぞれの第２の支持ディスク４の反対側である片側に配置された、第２の誘導チャンバ６０を画定する。第２の誘導チャンバ６０は、環状であり、第２の固定部分３６の固定誘導開口部３７に面するとともにこれと流体連通する。第２の誘導チャンバ６０は、タービン１内で膨張することが意図された作動流体の供給源５９と流体連通する。
【０１０３】
使用時、供給源５９から来た作動流体は、適切なダクト６１を通って誘導チャンバ５８、６０に入り、ここから固定誘導開口部３３、３７、固定部分３２、３６のステータブレード３４、３８、及び支持ディスク３、４の誘導ロータブレード２６、２９を通って軸線方向に流れる。誘導チャネル２５、２８を通る作動流体の速度は、例えば、約４０ｍ／ｓ〜約４５ｍ／ｓである。
【０１０４】
作動流体は、次に第１及び第２のディスク３、４の半径流ロータ段１０〜１３、１６〜１９を通り、その後、補助軸流段５３を通って流れる。補助軸流段５３から出た作動流体は、次いで、タービン１の下流に配置された回路に向かって格納ケース２によって画定された容積部６２（好ましくは渦形室）の中に運ばれる。
【０１０５】
図２に示す実施形態は、支持ディスク３を１つだけ有する。図１の反転型タービンについて図示され説明された要素と同様の要素をここで再び詳細に説明はしない。簡潔にするために、これらの要素には同じ参照符号が用いられる。
【０１０６】
支持ディスク３は、互いに半径方向に連続して配置された複数の半径流ロータ段１０、１１、１２を支える第１の面９を有する。
【０１０７】
第１の面９の真向かいに、互いに半径方向に連続して配置された複数の半径流ステータ段６４、６５を支える格納ケース２の壁６３が配置される。ステータ段６４、６５の各々は、それぞれの円形経路に沿って連続して配置されたブレード６６の列を備える。ステータ段６４、６５は、ロータ段１０、１１、１２と半径方向に交互配置される。
【０１０８】
膨張容積部３１は、この実施形態では支持ディスク３と格納ケース２の壁６３との間に画定される。
【０１０９】
単一の支持ディスク３の構造は、図１の反転型タービンに関して説明し、図示した第１の支持ディスク３と実質的に同じである。
【０１１０】
図１の反転型タービンと同様に、図２のタービンは、環状チャンバ４４を画定するために、支持ディスク３の第２の面２１から延びる環状付属品２２の近傍に置かれた端部４２を有する２つの環状壁４１を有する。
【０１１１】
図１の反転型タービンと同様に、図２のタービンもまた、支持ディスク３の周縁部に取り付けられた複数の補助ロータブレード５４と、格納ケース２の半径方向外側部分の一部を構成する支持要素５６上に固定取付けされた複数の補助ステータブレード５５と、を備えた補助軸流段５３を備える。
【０１１２】
図１の反転型タービンと同様に、図２のタービンもまた、支持ディスク３に設けられるとともに軸流ロータ段２７を定める誘導ロータブレード２６が設けられた誘導チャネル２５を備える。
【０１１３】
図１の反転型タービンと同様に、図２のタービンもまた、支持ディスク３の誘導ロータブレード２６と軸線方向に隣り合い、ディスク３の第２の面２１の側に配置された固定誘導開口部３３を備える。固定誘導開口部３３は、軸流ステータ段３５を定めるステータブレード３４を有する。
【０１１４】
図１に反転型タービンとは異なり、図２のタービンは、支持ディスク３の第２の面２１の側に位置する、回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸のノーズ６７（例えば、一種の先が尖った要素）を備える。ノーズ６７は、周囲で誘導ステータブレード３４を支え、軸線方向入口６８に向かって方向付けられている。ノーズ６７は、軸線方向入口６８から入った流れを、それを囲む固定誘導開口部３３に向けて偏向させる。
【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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【国際調査報告】
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2017519155.tif 000009