專利名稱：徑流式渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種徑流式渦輪機(jī)。
背景技術(shù)：
徑流式渦輪機(jī)具備單一的渦輪，其從帶有半徑方向的流速分量作為主要分量而流入渦輪的回旋的流體中，將流動(dòng)的回旋能量轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)動(dòng)力，并沿軸向?qū)⒎懦鲈撃芰亢蟮牧鲃?dòng)噴出。徑流式渦輪機(jī)將中低溫或高溫、高壓的流體的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，并用于從各種工業(yè)用設(shè)備回收以高溫、高壓的流體排出的排出能量的動(dòng)力。此外，徑流式渦輪機(jī)用于船舶或車輛用動(dòng)力源等經(jīng)由熱循環(huán)而得到動(dòng)力的系統(tǒng)的排熱回收。此外，廣泛用于利用地?zé)帷?OTEC等中低溫?zé)嵩吹碾p氣循環(huán)發(fā)電的動(dòng)力回收等。在各種能量源具有多個(gè)壓力的情況下，例如，如專利文獻(xiàn)I所示，使用多個(gè)渦輪機(jī)、即對(duì)于每一個(gè)壓力源各使用一個(gè)渦輪機(jī)?；蛘撸灿袝r(shí)在同一軸上設(shè)置兩個(gè)渦輪。這是由于渦輪機(jī)例如徑流式渦輪機(jī)對(duì)于各個(gè)流體的壓力設(shè)定為最佳條件的緣故。例如，當(dāng)將重力加速度為g、頭為H、渦輪入口周速為U時(shí)，以g · H U2的關(guān)系來(lái)確定徑流式渦輪機(jī)的入口半徑R。即，當(dāng)渦輪的轉(zhuǎn)速為N(rpm)時(shí)，入口半徑R設(shè)定為R U/2 · Ji/(N/60)附近的值。此外，在處理流量變動(dòng)大的流體的徑流式渦輪機(jī)中，例如，如專利文獻(xiàn)2所示，已知有由間隔壁來(lái)隔開(kāi)、分割一個(gè)入口流路。這個(gè)技術(shù)方案中，一側(cè)的入口流路向葉片的凸緣側(cè)供給流體。但是，這個(gè)技術(shù)方案中，兩個(gè)入口流路處理同一壓力的流體。此外，兩個(gè)入口流路相鄰設(shè)置，僅由間隔壁隔開(kāi)，因此，在處理不同壓力的流體的情況下，高壓的流體向低壓的流體一方泄漏，渦輪機(jī)效率降低。專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I日本專利特開(kāi)平1-285607號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本專利特表2008-503685號(hào)公報(bào)然而，如專利文獻(xiàn)I所示使用多個(gè)徑流式渦輪機(jī)會(huì)增加制造成本，并增大設(shè)置空間。此外，在同一軸上設(shè)置多個(gè)渦輪的情況下，渦輪機(jī)部件數(shù)多，構(gòu)造變得復(fù)雜，制造成本變大。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此種情況，本發(fā)明的目的在于提供一種由單一或者一體的渦輪來(lái)處理帶有多個(gè)壓力的流體，并消減部件數(shù)且低成本化的徑流式渦輪機(jī)。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下結(jié)構(gòu)。S卩，本發(fā)明的一種徑流式渦輪機(jī)，其具備從半徑方向朝向軸向彎曲且葉片高度依次變高的主通路，且具備將流體的回旋能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，并將釋放了所述回旋能量后的流體向軸向噴出的渦輪，其中所述流體以半徑方向的流動(dòng)為主分量而從位于外周側(cè)的主入口回旋流入所述主通路，其中，所述渦輪在比所述主入口靠半徑方向內(nèi)側(cè)的位置具備副通路，該副通路從所述主通路的凸緣面分路并朝向所述主通路的背面?zhèn)妊由?，在該副通路的外周端，在與所述主入口不同的半徑方向位置形成有副入口，該副入口供給壓力與從所述主入口供給的流體的壓力不同的流體，所述主入口與所述副入口之間由在構(gòu)成所述主通路的所述渦輪的背板和殼體之間調(diào)整后的間隙隔開(kāi)。根據(jù)本發(fā)明，流體從主入口導(dǎo)入到渦輪的主通路的外周端。從主入口導(dǎo)入后的流體通過(guò)主通路而使壓力依次降低并從渦輪噴出，使安裝有渦輪的旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生動(dòng)力，其中所述主通路從半徑方向沿軸向彎曲且葉片高度依次升高。與從主入口供給的流體的壓力不同的壓力的流體從副入口導(dǎo)入到副通路的外周端。該流體通過(guò)副通路而從主通路的凸緣面向主通路供給，并與從主入口導(dǎo)入的流體混合?；旌虾蟮牧黧w的壓力依次降低并從渦輪流出，使安裝有渦輪的旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生動(dòng)力。
此時(shí)，副入口適于設(shè)置在使混合的流體的壓力大致一致的半徑位置。主入口與副入口之間由構(gòu)成主通路的渦輪的背板與殼體之間調(diào)整后的間隙來(lái)隔開(kāi)，因此能夠明確地區(qū)分，并降低流體的漏出。如此，能夠利用單一的渦輪而將具有多個(gè)壓力的流體作為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力來(lái)獲取。由此，能夠降低部件數(shù)，并能夠降低制造成本。另外，本發(fā)明中所稱的“徑流式渦輪機(jī)”是指，處理以半徑方向的流動(dòng)作為主分量而流入的流體、即處理向渦輪的入口部處的流體的半徑方向速度分量至少大于軸向速度分量的流體的渦輪機(jī)。因此，在渦輪的構(gòu)造中包括渦輪入口的凸緣面由相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸大致垂直的面構(gòu)成的所謂徑流式渦輪機(jī)、凸緣面相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸傾斜的徑流式渦輪機(jī)、及凸緣面相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸傾斜且葉片前緣相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸傾斜的所謂斜流事渦輪機(jī)的概念。此外，也可使用由沿周向空開(kāi)間隔地配置的多個(gè)葉片構(gòu)成的噴嘴或渦管來(lái)使導(dǎo)入主入口及副入口的流體回旋。在本發(fā)明的第一方式中，以形成所述主通路的葉片跨過(guò)所述背板并延長(zhǎng)的方式形成所述副通路。換言之，構(gòu)成所述主通路的葉片沿凸緣方向延長(zhǎng)而形成構(gòu)成所述副通路且作為所述副通路的葉片起作用的周向的壁。如此一來(lái)，在渦輪出口部，構(gòu)成主通路的葉片與構(gòu)成副通路的葉片由同一葉片來(lái)構(gòu)成，因此主通路與副通路連續(xù)地形成，因此通過(guò)上述通路的流體能夠平滑地混合。在本發(fā)明的第二方式中，所述副入口相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸傾斜。當(dāng)副入口構(gòu)成為與旋轉(zhuǎn)軸大致平行時(shí)，從副入口導(dǎo)入的流體沿半徑方向移動(dòng)，因此流體為了與主通路合流而需要向軸向轉(zhuǎn)向。在本發(fā)明的第二方式中，由于副入口相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸傾斜，因此從副入口導(dǎo)入的流體從導(dǎo)入時(shí)具有軸向的速度分量。為此，與沿旋轉(zhuǎn)軸的副入口相比，用于向軸向轉(zhuǎn)向的局部變小，因此能夠減小渦輪的軸向長(zhǎng)度。在本發(fā)明的第三方式中，所述副通路包括以沿軸向貫通所述渦輪的凸緣的方式而設(shè)置在與所述主通路對(duì)應(yīng)的周向位置上的多個(gè)貫通流路、配置在該貫通流路的上游側(cè)的第二渦輪。在由單一的葉片形成主通路及副通路的情況下，葉片的形狀有可能變得復(fù)雜。此夕卜，若考慮渦輪機(jī)效率，則考慮使葉片形成三維構(gòu)造。在該情況下，由于有時(shí)難以進(jìn)行球頭立銑刀等機(jī)械加工，因此渦輪通過(guò)鑄造來(lái)制造。若由鑄造來(lái)制造的話，難以使通路的表面粗糙度達(dá)到如機(jī)械加工那樣平滑，因此流體的流動(dòng)抗力增加，有可能降低渦輪機(jī)的效率。在本發(fā)明的第三方式中，副通路包括以貫通渦輪的凸緣的方式而設(shè)置的貫通流路、配置在貫通流路的上游側(cè)的第二渦輪，因此，上述方式的構(gòu)造成為2分割的結(jié)構(gòu)。因此，渦輪與現(xiàn)有的通常的渦輪的構(gòu)造大致相同，因此能夠與以往同樣由機(jī)械加工來(lái)制造。此外，由于貫通通路為大致直線的矩形通道狀的空間，因此，能夠容易地由球頭立銑刀等從渦輪的背面進(jìn)行加工。第二渦輪為比較單純的葉片形狀即可，因此能夠與以往同樣地由機(jī)械加工來(lái)制造。如此，構(gòu)成渦輪機(jī)的部件全部由機(jī)械加工來(lái) 制造，因此與由鑄造來(lái)制造的部件相t匕，能夠平滑地加工主通路及副通路的表面粗糙度，并能夠抑制渦輪機(jī)的效率降低。在本發(fā)明的第四方式中，所述第二渦輪固定安裝于所述渦輪。如此一來(lái)，作為渦輪的葉片面起作用的貫通流路的周向的兩壁面與第二渦輪的葉片的接縫處，能夠平滑地使第二渦輪的葉片的表面與壁面相連。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，渦輪具備在比主入口靠半徑方向內(nèi)側(cè)位置的主通路的凸緣面起分路且朝向渦輪的背面?zhèn)妊由斓母蓖罚诟蓖返耐庵芏?，在與主入口不同的半徑方向位置形成有副入口，該副入口供給壓力與從主入口供給的流體的壓力不同的流體，因此能夠通過(guò)單一或者一體的渦輪來(lái)將具有多個(gè)壓力的流體作為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力取得。由此，能夠降低部件數(shù)，并能夠降低制造成本。


圖I是表示使用本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的膨脹渦輪機(jī)的雙氣發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是圖I的膨脹渦輪機(jī)中應(yīng)用徑流式渦輪機(jī)的局部剖面圖。圖3是從半徑方向外側(cè)觀察圖2的葉片的向圓筒面的投影圖。圖4是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的徑流式渦輪機(jī)的另一實(shí)施方式的局部剖面圖。圖5是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的徑流式渦輪機(jī)的又一實(shí)施方式的局部剖面圖。圖6是表示使用本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的膨脹渦輪機(jī)的雙氣發(fā)電系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)的框圖。圖7是表示使用本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的膨脹渦輪機(jī)的設(shè)備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。圖8是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的徑流式渦輪機(jī)的局部剖面圖。圖9是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的徑流式渦輪機(jī)的另一實(shí)施方式的局部剖面圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。[第一實(shí)施方式]以下，參照?qǐng)DI 圖3，對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的膨脹渦輪機(jī)(徑流式渦輪機(jī))I進(jìn)行說(shuō)明。圖I是表示使用本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的膨脹渦輪機(jī)的雙氣發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是圖I的膨脹渦輪機(jī)I中應(yīng)用了徑流式渦輪機(jī)100的局部剖面圖。圖3是從半徑方向外側(cè)觀察圖2的葉片時(shí)的向圓筒面的投影圖。雙氣發(fā)電系統(tǒng)3例如作為進(jìn)行地?zé)岚l(fā)電的系統(tǒng)來(lái)使用。雙氣發(fā)電系統(tǒng)3中具備具有多個(gè)熱源的熱源部5、兩個(gè)雙氣循環(huán)7A及7B、膨脹渦輪機(jī)I、利用膨脹渦輪機(jī)I的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力來(lái)產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)9。 熱源部5將利用地?zé)峒訜岷蟮恼羝驘崴螂p氣循環(huán)7A、7B供給。熱源部5構(gòu)成為供給2種溫度不同的蒸汽或熱水Tl、T2。雙氣循環(huán)7A及7B以作為工作流體即低沸點(diǎn)介質(zhì)(流體)循環(huán)的蘭金循環(huán)來(lái)構(gòu)成。作為低沸點(diǎn)介質(zhì)可以使用例如異丁烷等有機(jī)介質(zhì)、弗利昂、代替弗利昂或氨或氨與水的混合流體等。在雙氣循環(huán)7A、7B中，利用從熱源部5供給的高溫蒸汽或熱水來(lái)加熱低沸點(diǎn)介質(zhì)而成為高壓流體，并向膨脹渦輪機(jī)I供給。從膨脹渦輪機(jī)I排出的低沸點(diǎn)介質(zhì)返回雙氣循環(huán)7A及7B，并再次被高溫蒸汽或熱水加熱，依次重復(fù)上述過(guò)程。此時(shí)，在兩個(gè)雙氣循環(huán)7A及7B中，使用相同的低沸點(diǎn)介質(zhì)。由于向雙氣循環(huán)7A及7B供給的高溫蒸汽或熱水的溫度不同，因此從它們向膨脹渦輪機(jī)I供給的低沸點(diǎn)介質(zhì)的壓力P1、P2不同。以下，對(duì)壓力Pl比壓力P2大的情況進(jìn)行說(shuō)明。徑流式渦輪機(jī)100具備殼體11、能夠旋轉(zhuǎn)地支承于殼體11的旋轉(zhuǎn)軸13、安裝于旋轉(zhuǎn)軸13的外周的徑流式渦輪15。徑流式渦輪15包括安裝在旋轉(zhuǎn)軸13的外周的凸緣17和在凸緣17的外周面以放射狀沿周向空開(kāi)間隔地安裝的多個(gè)葉片19。在徑流式渦輪15的外周端，在半徑Rl的位置遍及全周地形成有與旋轉(zhuǎn)軸13大致平行的主入口 27。在主入口 27的外周側(cè)形成有環(huán)狀的空間即入口流路31。將從雙氣循環(huán)7A供給的壓力Pl的低沸點(diǎn)介質(zhì)導(dǎo)入的主流入路29連接在入口流路31的外周側(cè)端部。在入口流路31上設(shè)有由在周向上空開(kāi)間隔地配置的多個(gè)葉片構(gòu)成的噴嘴33。在徑流式渦輪15上形成有主通路23，該主通路23從半徑方向朝向軸向彎曲，以使流動(dòng)從主入口 27朝向渦輪出口 21流出。主通路23具有朝向背面?zhèn)妊由斓母蓖?5。主通路23與副通路25的流動(dòng)在由單點(diǎn)劃線表示的主通路23的凸緣面的假想線即合流部47處合流。換言之，副通路25從合流部47分路，形成為朝向主通路23的背面?zhèn)妊由?。在副通?5的背面?zhèn)鹊耐庵芏?，在與主入口 27不同的半徑R2的位置遍及全周地形成有副入口 35。在設(shè)置于半徑R2的位置的副入口 35的外周側(cè)形成有環(huán)狀的空間即入口流路39。將從雙氣循環(huán)7B供給的壓力P2的低沸點(diǎn)介質(zhì)導(dǎo)入的副流入路37連接在入口流路39的外周端。
在入口流路39設(shè)有由沿周向空開(kāi)間隔地配置的多個(gè)葉片構(gòu)成的噴嘴41。主入口 27及副入口 35形成為與旋轉(zhuǎn)軸13大致平行。此時(shí)，當(dāng)主入口 27的渦輪入口周速為Ul、副入口 35的渦輪入口周速為U2時(shí)，主入口 27的半徑Rl和副入口 35的半徑R2如下設(shè)定。對(duì)于各個(gè)入口壓力P1、P2及頭HI、H2，滿足g · Hl ^ Ul2、g · H2 ^ U22的關(guān)系。當(dāng)徑流式渦輪15的轉(zhuǎn)速為N (rpm)時(shí)，主入口 27的半徑 Rl 及副入口 35 的半徑 R2 設(shè)定為 Rl ^ U1/2 · n / (N/60)、R2 ^ U2/2 · n / (N/60)附近的值。由于壓力P2小于壓力P1，因此副入口 35的半徑R2設(shè)置在比主入口 27的半徑Rl小的位置。副通路25在合流部47處與主通路23合流，流過(guò)主通路23的流量Gl與流過(guò)副通 路25的流量G2混合，并從渦輪出口 21流出。渦輪出口 21具有由大致半徑方向的線構(gòu)成的后緣。使該后緣傾斜，以使流動(dòng)帶有朝向半徑內(nèi)的分量的方式流出。在徑流式渦輪15的葉片19上形成有被合流部47分路且劃分副通路25的周向的分路通路壁20。在從主入口 27至合流部47的葉片19的背面和分路通路壁20的護(hù)罩側(cè)設(shè)有背板26。通過(guò)相鄰的葉片19、凸緣17、背板26、殼體11來(lái)形成主通路23。通過(guò)相鄰的葉片19的分路通路壁20、凸緣17、背板26的朝向半徑方向內(nèi)的面來(lái)形成副通路25。如圖3所示，葉片19在主入口 27中相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸13具有大致相同角度的放射狀的葉片形狀，且形成為葉片的中心線XL朝向徑流式渦輪15的渦輪出口 21而相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸13變大成為拋物線狀的葉片形狀。該轉(zhuǎn)向點(diǎn)為合流部47的附近。由于分路通路壁20承受葉片19的主入口 27側(cè)的局部即主入口部及背板26的離心力，因此將位于合流部47的葉片19設(shè)置在向凸緣側(cè)延長(zhǎng)的位置上，其角度構(gòu)成為與主入口部的葉片19大致一致。因此，分路通路壁20相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸13形成為大致相同的角度的放射狀的葉片形狀。另外，在由離心力產(chǎn)生的作用于葉片19的分路通路壁20的應(yīng)力足夠小的情況下，也可使葉片19的主入口部的角度與分路通路壁20的角度錯(cuò)開(kāi)。主通路23及副通路25構(gòu)成為，隨著朝向渦輪出口 21，主通路23的葉片19的高度與副通路25的分路通路壁20的高度一同變高，流過(guò)主通路23的低沸點(diǎn)介質(zhì)的流動(dòng)49及流過(guò)副通路25的低沸點(diǎn)介質(zhì)的流動(dòng)51隨著朝向渦輪出口 21而流量容積增加的同時(shí)依次變?yōu)榈蛪?。圖2中以單點(diǎn)劃線表示通過(guò)徑流式渦輪15內(nèi)的流體的等壓線。半徑R2設(shè)定為，從副入口 35供給且到達(dá)合流部47的流體的壓力與主通路23的通過(guò)合流部47的流體的壓力達(dá)到大致相同。在殼體11上，在主入口 27與副入口 35之間具備殼體壁53，且調(diào)整使得該殼體壁53的一面構(gòu)成入口流路39的通路壁，另一面與背板26的間隙變小。以下，對(duì)上述構(gòu)成的本實(shí)施方式涉及的徑流式渦輪機(jī)100的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。從雙氣循環(huán)7A供給的壓力Pl的低沸點(diǎn)介質(zhì)從主流入路29通過(guò)入口流路31并由噴嘴33來(lái)調(diào)整流量、流速，流量Gl的低沸點(diǎn)介質(zhì)從主入口 27向主通路23供給。此時(shí)，向徑流式渦輪15供給的低沸點(diǎn)介質(zhì)的壓力為PNl。該壓力PNl的低沸點(diǎn)介質(zhì)的壓力連續(xù)降低直至徑流式渦輪15的出口壓力Pd，并從徑流式渦輪15流出，使安裝有徑流式渦輪15的旋轉(zhuǎn)軸13產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。此時(shí)，從雙氣循環(huán)7B供給的壓力P2的低沸點(diǎn)介質(zhì)從副流入路37通過(guò)入口流路39并由噴嘴41來(lái)調(diào)整流量、流速，流量G2的低沸點(diǎn)介質(zhì)從副入口 35向副通路25供給。此時(shí)，從該副入口 35向副通路25供給的低沸點(diǎn)介質(zhì)的壓力PN2在低沸點(diǎn)介質(zhì)流過(guò)副通路25期間減壓，使主通路23中的合流部47位置處的壓力大致一致。主入口 27與副入口 35之間具備殼體壁53，該殼體壁53以使其與主通路23的背板26之間的空隙變小的方式來(lái)調(diào)整間隙，因此即使在渦輪入口使用壓力PNl與壓力PN2的壓力不同的低沸點(diǎn)介質(zhì)，也能夠抑制來(lái)自主入口 27的壓力高的低沸點(diǎn)介質(zhì)向副入口 35的泄漏，并能夠降低泄漏。
在合流部47中，從副入口 35流入的流量G2的低沸點(diǎn)介質(zhì)與從主入口 27供給的流量Gl的低沸點(diǎn)介質(zhì)混合。主通路23與副通路25利用葉片19而連續(xù)地形成，因此能夠順暢地混合通過(guò)上述通路的流體?；旌虾蟮牡头悬c(diǎn)介質(zhì)從徑流式渦輪15的渦輪出口 21流出。流量Gl及流量G2混合后的流量的低沸點(diǎn)介質(zhì)經(jīng)由徑流式渦輪15而使旋轉(zhuǎn)軸13產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。利用旋轉(zhuǎn)軸13的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)而使發(fā)電機(jī)9產(chǎn)生電力。如此，通過(guò)將來(lái)自雙氣循環(huán)7A、7B的壓力不同的低沸點(diǎn)介質(zhì)分別向徑流式渦輪15的主入口 27及副入口 35供給，能夠利用單一的徑流式渦輪15而作為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力得到。由此，本實(shí)施方式涉及的徑流式渦輪機(jī)100與具備多個(gè)膨脹渦輪機(jī)或者多個(gè)徑流式渦輪的膨脹渦輪機(jī)相比能夠降低部件數(shù)，并能夠降低制造成本。另外，在第一實(shí)施方式中，在徑流式渦輪15上未設(shè)有護(hù)罩，但也可根據(jù)需要來(lái)安裝護(hù)罩。如此，能夠降低主通路23中的低沸點(diǎn)介質(zhì)的泄漏損失，并能夠提高渦輪機(jī)效率。如第一實(shí)施方式那樣，若副入口 35構(gòu)成為與旋轉(zhuǎn)軸13大致平行，則從副入口 35導(dǎo)入的低沸點(diǎn)介質(zhì)沿半徑方向移動(dòng)，因此低沸點(diǎn)介質(zhì)為了與主通路23合流而需要向軸向轉(zhuǎn)向。在該情況下，如圖4所示，也可使副入口 35相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸傾斜。如此一來(lái)，由于副入口 35相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸13傾斜，因此從副入口 35導(dǎo)入的低沸點(diǎn)介質(zhì)從導(dǎo)入時(shí)起具有軸向的速度分量。為此，與沿旋轉(zhuǎn)軸13的副入口 35相比，能夠減小用于向軸向轉(zhuǎn)向的局部，因此能夠減小副通路45的軸向長(zhǎng)度，并能夠使膨脹渦輪機(jī)I小型化。在第一實(shí)施方式中，在徑流式渦輪15的構(gòu)造中，主入口 27及副入口 35的凸緣面以相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸13大致垂直的面來(lái)構(gòu)成，但并不限定于此。例如，也可使凸緣面相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸13傾斜，進(jìn)而，除此以外，也可使葉片前緣相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸傾斜。在第一實(shí)施方式中，從副入口 35導(dǎo)入的低沸點(diǎn)介質(zhì)的壓力P2比從主入口 27導(dǎo)入的低沸點(diǎn)介質(zhì)的壓力Pl低，因此副入口 35在半徑方向上設(shè)置在比主入口 27靠?jī)?nèi)側(cè)。但是，副入口 35與主入口 27的半徑方向上的位置關(guān)系并不限定于此。例如，在副入口 35的壓力P2比主入口 27的壓力Pl大的情況下，如圖5所示，有時(shí)副入口 35在半徑方向上設(shè)置在比主入口 27靠外側(cè)。在該情況下，殼體壁53以使一面與主通路23及背板26的外壁面相對(duì)的方式而構(gòu)成通路壁，以另一面與副通路25的葉片前端的空隙變小的方式來(lái)調(diào)整間隙。在第一實(shí)施方式中，以有兩個(gè)雙氣循環(huán)7A、7B,且應(yīng)用于雙氣發(fā)電系統(tǒng)3來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，但膨脹渦輪機(jī)I的用途并不限定于此。例如，如圖6所示，也可應(yīng)用于具有一個(gè)雙氣循環(huán)7C的雙氣發(fā)電系統(tǒng)3。其從雙氣循環(huán)7C獲取壓力不同的低沸點(diǎn)介質(zhì)并利用膨脹渦輪機(jī)I來(lái)回收動(dòng)力。此外，也可在圖7所示的設(shè)備系統(tǒng)2中使用膨脹渦輪機(jī)I。設(shè)備系統(tǒng)2中例如在鍋爐設(shè)備4中獲取多個(gè)例如三個(gè)壓力不同的蒸汽(流體)并利用膨脹渦輪機(jī)I來(lái)回收動(dòng)力。作為設(shè)備系統(tǒng)2可以用于各種產(chǎn)業(yè)設(shè)備，例如化學(xué)設(shè)備中進(jìn)行分離或混合的工序的混合過(guò)程。[第二實(shí)施方式]接下來(lái)，使用圖8，對(duì)于本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的膨脹渦輪機(jī)I進(jìn)行說(shuō)明。
與第二實(shí)施方式的渦輪的制造方法相關(guān)的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式不同，因而在此主要對(duì)于該不同的局部進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)于與上述第一實(shí)施方式相同的局部省略重復(fù)的說(shuō)明。另外,對(duì)于與第一實(shí)施方式相同的部件標(biāo)注相同的符號(hào)。圖8是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的徑流式渦輪機(jī)100的局部剖面圖。在本實(shí)施方式中，副通路55包括在軸向上組合的設(shè)置在第一徑流式渦輪(渦輪)57上的貫通通路69和形成在第二徑流式渦輪(第二渦輪)59上的葉片73之間的通路74。換言之，第一實(shí)施方式中的徑流式渦輪15分割為第一徑流式渦輪57及第二徑流式渦輪59。第一徑流式渦輪57包括第一實(shí)施方式的徑流式渦輪15中的主通路23的背板26并相當(dāng)于至渦輪出口 21為止的區(qū)域，第二徑流式渦輪59相當(dāng)于上述以外的區(qū)域。第一徑流式渦輪57包括安裝在旋轉(zhuǎn)軸13的外周的凸緣61和在凸緣61的外周面上以放射狀而空開(kāi)間隔地設(shè)置的多個(gè)葉片63。葉片63構(gòu)成為隨著從主入口 27朝向渦輪出口 65而高度依次升高，且在渦輪出口 65處沿半徑方向以直線狀豎立設(shè)置。另外，也可將渦輪出口 65傾斜地構(gòu)成為使流動(dòng)帶有朝向半徑內(nèi)的分量而流出。將葉片63投影到圓筒面上的形狀在主入口 27中相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸13具有大致相同的角度的放射狀的葉片形狀，且形成為葉片的中心線朝向第一徑流式渦輪57的渦輪出口65而相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸13變大成為拋物線狀的葉片形狀。如圖8中沿葉片面標(biāo)記等間隔線，該角度變大的位置從位置A附近開(kāi)始。換言之，葉片63具有與以往使用的徑向葉片相同的構(gòu)造。由相鄰的葉片63、凸緣61、背板26、殼體11形成主通路67。與第一實(shí)施方式同樣，在主通路67的外周端形成遍及全周的主入口 27，導(dǎo)入從雙氣循環(huán)7A供給的壓力Pl的低沸點(diǎn)介質(zhì)。在凸緣61上，沿周向空開(kāi)間隔地在與各主通路67分別對(duì)應(yīng)的位置形成有從背板26至主通路67的多個(gè)貫通通路69。貫通通路69為大致直線的矩形管道狀的空間，長(zhǎng)度方向?yàn)榇笾螺S向。貫通通路69在表示沒(méi)有葉片63的凸緣面的延長(zhǎng)部的凸緣假想線70而向主通路67開(kāi)口。第二徑流式渦輪59包括安裝于旋轉(zhuǎn)軸13的外周的凸緣71和以放射狀沿周向空開(kāi)間隔地安裝在凸緣71的外周面上的多個(gè)葉片73。葉片73構(gòu)成為隨著從副入口 35朝向下游而高度依次升高，且在出口處沿半徑方向以直線狀豎立設(shè)置。由相鄰的葉片73、凸緣71、背板26的內(nèi)周面形成的通路74的高度隨著朝向下游而升高。葉片73形成在通路74與各貫通通路69連通的位置。由此，構(gòu)成通路74及貫通通路69被一體化了通路、即副通路55。凸緣71形成為通過(guò)凹窩部82而與凸緣61組合的構(gòu)造，并配置在規(guī)定的位置。由此，能夠確保凸緣71與凸緣61的同芯度。凸緣73例如形成為與旋轉(zhuǎn)軸13嵌合的構(gòu)造，從而也可不使用凹窩部82。凸緣71通過(guò)螺栓75而固定安裝于凸緣61。由此，第二徑流式渦輪59牢固安裝在第一徑流式渦輪57的規(guī)定的位置，并一體化。與第一實(shí)施方式同樣，在葉片73的外周端形成有遍及全周的副入口 35，并導(dǎo)入從 雙氣循環(huán)7B供給的壓力P2的低沸點(diǎn)介質(zhì)。葉片73的片數(shù)與徑向葉片63的片數(shù)相同。進(jìn)而，在第二徑流式渦輪59的葉片73與作為第一徑流式渦輪57的葉片面起作用的貫通通路69的周向的兩壁面的接縫處，葉片的表面平滑相連地形成。如此一來(lái)，從第二徑流式渦輪59向第一徑流式渦輪57流入低沸點(diǎn)介質(zhì)的部分處沒(méi)有構(gòu)造上的階梯差或與流動(dòng)相對(duì)的前緣，因此低沸點(diǎn)介質(zhì)平滑地從第二徑流式渦輪59向第一徑流式渦輪57的流路流入。另外，徑向葉片73的片數(shù)與徑向葉片63的片數(shù)不同也可。如此，第一徑流式渦輪57可以具有與以往使用的通常的徑流式渦輪的構(gòu)造大致相同，因此能夠與以往同樣地由機(jī)械加工來(lái)制造。此外，貫通通路69為大致直線的矩形通道狀的空間，因此能夠通過(guò)球頭立銑刀等從第一徑流式渦輪57的背面容易地進(jìn)行加工。第二徑流式渦輪59為比較單純的葉片形狀，因此可以與以往同樣由機(jī)械加工來(lái)制造。由此，因?yàn)槟軌蚱交丶庸ぶ魍?7及副通路55的表面粗糙度，所以能夠抑制膨脹渦輪機(jī)I的效率降低。關(guān)于如此構(gòu)成的第二實(shí)施方式涉及的徑流式渦輪機(jī)100的動(dòng)作，基本上與第一實(shí)施方式相同，故而在此簡(jiǎn)單地說(shuō)明。從雙氣循環(huán)7A供給的壓力Pl的低沸點(diǎn)介質(zhì)通過(guò)噴嘴33來(lái)調(diào)整流量、流速，并從主入口 27向主通路67供給流量Gl的低沸點(diǎn)介質(zhì)。另一方面，從雙氣循環(huán)7B供給的壓力P2的低沸點(diǎn)介質(zhì)通過(guò)噴嘴41來(lái)調(diào)整流量、流速，流量G2的低沸點(diǎn)介質(zhì)從副入口 35向第二徑流式渦輪59、即副通路55供給。供給來(lái)的低沸點(diǎn)介質(zhì)由第二徑流式渦輪59減壓并流入貫通流路69。流入貫通流路69后的低沸點(diǎn)介質(zhì)進(jìn)而減壓，并向主通路57供給，與通過(guò)主通路67而從主入口 27供給來(lái)的低沸點(diǎn)介質(zhì)混合?；旌虾蟮牡头悬c(diǎn)介質(zhì)從第一徑流式渦輪57的渦輪出口 65流出。通過(guò)兩通路的流量匯合后的流量的低沸點(diǎn)介質(zhì)經(jīng)由第一徑流式渦輪57而使旋轉(zhuǎn)軸13產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。利用旋轉(zhuǎn)軸13的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)而使發(fā)電機(jī)9產(chǎn)生電力。此時(shí)，在主入口 27與副入口 35之間具備以使主通路57的背板部26與殼體壁53之間空隙變小的方式而調(diào)整后的間隙，因此即使使用壓力不同的低沸點(diǎn)介質(zhì)，也能夠抑制來(lái)自主入口 27的壓力高的低沸點(diǎn)介質(zhì)向副入口 35方泄漏，并降低泄漏。如此，通過(guò)使來(lái)自雙氣循環(huán)7A、7B的壓力不同的低沸點(diǎn)介質(zhì)分別向第一徑流式渦輪57的主入口 27及第二徑流式渦輪59的副入口 35供給，能夠利用一體化的渦輪來(lái)獲取旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。由此，第二實(shí)施方式涉及的徑流式渦輪機(jī)100與多個(gè)膨脹渦輪機(jī)或者具備多個(gè)徑流式渦輪的膨脹渦輪機(jī)相比，能夠降低部件數(shù)，并能夠降低制造成本。在第二實(shí)施方式中，如圖8中箭頭所示，在流過(guò)主通路67的低沸點(diǎn)介質(zhì)與流過(guò)副通路55的低沸點(diǎn)介質(zhì)的合流部中，流過(guò)副通路55的低沸點(diǎn)介質(zhì)大致沿軸向流動(dòng),流過(guò)主通路67的低沸點(diǎn)介質(zhì)沿向內(nèi)側(cè)傾斜的方向流動(dòng)。為此，雙方的低沸點(diǎn)介質(zhì)碰撞，有可能產(chǎn)生稍許的混合損失。為了消除這個(gè)問(wèn)題，例如，如圖9所示，也可減小合流的局部處的凸緣61的傾斜，并減小凸緣61面與貫通通路59的半徑方向外側(cè)的面所成的角度δ。或者，也可使主通路67與貫通通路69合流的位置位于主徑流式渦輪57的軸向下游，并減小角度δ。如此一來(lái)，流過(guò)主通路67的低沸點(diǎn)介質(zhì)與流過(guò)副通路55的低沸點(diǎn)介質(zhì)的流動(dòng)方 向的偏差變小，因此能夠降低伴隨碰撞的混合損失。另外，本發(fā)明并不限于以上說(shuō)明的各實(shí)施方式，也可在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形。符號(hào)說(shuō)明I膨脹渦輪機(jī)11 殼體13旋轉(zhuǎn)軸15徑流式渦輪19 葉片23主通路25副通路26背板部27 主入口33 噴嘴35 副入口41 噴嘴53殼體壁57第一徑流式渦輪59第二徑流式渦輪61 凸緣67主通路69貫通通路100徑流式渦輪機(jī)
權(quán)利要求
1.一種徑流式渦輪機(jī)，其具備渦輪，該渦輪具備從半徑方向朝向軸向彎曲且葉片高度依次變高的主通路，且將以半徑方向的流動(dòng)為主分量而從位于外周側(cè)的主入口回旋流入所述主通路的流體的回旋能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，并將釋放了所述回旋能量后的流體向軸向噴出， 所述徑流式渦輪機(jī)的特征在于， 所述渦輪在比所述主入口靠半徑方向內(nèi)側(cè)的位置具備副通路，該副通路從所述主通路的凸緣面分路并朝向所述主通路的背面?zhèn)妊由欤? 在該副通路的外周端，在與所述主入口不同的半徑方向位置形成有副入口，該副入口供給壓力與從所述主入口供給的流體的壓力不同的流體， 所述主入口與所述副入口之間由在構(gòu)成所述主通路的所述渦輪的背板和殼體之間調(diào)整后的間隙隔開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的徑流式渦輪機(jī)，其特征在于， 以形成所述主通路的葉片跨過(guò)所述背板并延長(zhǎng)的方式形成所述副通路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的徑流式渦輪機(jī)，其特征在于， 所述副入口相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的徑流式渦輪機(jī)，其特征在于， 所述副通路包括以沿軸向貫通所述渦輪的凸緣的方式而設(shè)置在與所述主通路對(duì)應(yīng)的位置上的多個(gè)貫通流路、配置在該貫通流路的上游側(cè)的第二渦輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的徑流式渦輪機(jī)，其特征在于， 所述第二渦輪固定安裝在所述渦輪上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種渦輪機(jī)，其由單一或者一體的渦輪處理帶有多個(gè)壓力的流體，能夠消減部件數(shù)并低成本化。其具備葉片高度依次升高的主通路(23)，并具備以半徑方向的流動(dòng)為主分量而從位于外周側(cè)的主入口(27)回旋流入主通路(23)的流體沿軸向噴出的徑流式渦輪(15)，在該膨脹渦輪機(jī)(1)中，徑流式渦輪(15)具備從比主入口(27)靠半徑方向內(nèi)側(cè)位置處的主通路(23)的凸緣(17)側(cè)面分路并朝向主通路(23)的背面?zhèn)妊由斓母蓖?25)，在副通路(25)的外周端上，在與主入口(27)不同的半徑方向位置形成有供給壓力與從主入口(27)供給的流體的壓力不同的流體的副入口(35)，主入口(27)與副入口(35)之間由在主通路(23)或者副通路(25)之間調(diào)整了間隙的背板部(26)隔開(kāi)。
文檔編號(hào)F01D5/14GK102667063SQ201180003542
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者東森弘高, 川見(jiàn)雅幸 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社