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JPS6045287B2 - Mixed flow turbine - Google Patents
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JPS6045287B2 - Mixed flow turbine - Google Patents

Mixed flow turbine

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Publication number
JPS6045287B2
JPS6045287B2 JP928678A JP928678A JPS6045287B2 JP S6045287 B2 JPS6045287 B2 JP S6045287B2 JP 928678 A JP928678 A JP 928678A JP 928678 A JP928678 A JP 928678A JP S6045287 B2 JPS6045287 B2 JP S6045287B2
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JP
Japan
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impeller
flow
gap
fins
casing
Prior art date
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JP928678A
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Japanese (ja)
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幸二 中川
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、排気タービン過給機、ヘリウム膨張ター
ビン等に用いられる混流形タービンに関するものてある
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a mixed flow turbine used in an exhaust turbine supercharger, a helium expansion turbine, and the like.

まず、ハーフシユラウド形と呼ばれるインペラをそな
えた従来の混流形タービンを第1図により−説明する。
First, a conventional mixed flow turbine equipped with an impeller called a half-shroud type will be explained with reference to FIG.

ケーシング3には、軸7に固定したインペラ1がおさ
められるとともにノズル2が設けられており、流路4が
形成されている。インペラ1の下流側のケーシング3部
につらなる壁面は、拡大され;たテイフユーザ6になつ
ている。作動流体は流路4から矢印5で示すようにノズ
ル2、インペラ1を経てテイフユーザ6に流れる。 こ
のような混流形タービンでは、インペラ1とケーシング
3との接触を防ぐため、両者間に間隙8を設けなければ
ならない。
The casing 3 houses an impeller 1 fixed to a shaft 7, is provided with a nozzle 2, and has a flow path 4 formed therein. A wall surface connected to the casing 3 part on the downstream side of the impeller 1 is an enlarged tough user 6. The working fluid flows from the flow path 4 to the tough user 6 via the nozzle 2 and the impeller 1 as shown by the arrow 5. In such a mixed flow turbine, a gap 8 must be provided between the impeller 1 and the casing 3 to prevent them from coming into contact with each other.

作動流体の一部はインペラ1内を通過しないで間隙8を
通過する。間隙8を通過する作動流体は動力を発生せす
、さらにはインペラ1内の流れを乱すため、タービンの
発生動力を低下させる。すなわち、製造原価が安く、加
工精度の確保が容易である等の利点を有するハーフシユ
ラウド形のインペラを内蔵させた混流形タービンは、効
率が低い難点がある。 この発明は、ハーフシユラウド
形インペラをそなえた混流形タービンの効率を向上する
ことを目的とするものであり、インペラの出口側におけ
るケーシング内壁面部に、インペラ内の流れを整えるガ
イド、ケーシングとインペラとの間の間隙から作動流体
が漏洩するのを防ぐシール、あるいは前記のガイドとシ
ールとの両方の機能を持つシールを設けたものである。
A portion of the working fluid does not pass through the impeller 1 but passes through the gap 8. The working fluid passing through the gap 8 generates power and also disturbs the flow within the impeller 1, thereby reducing the power generated by the turbine. That is, a mixed flow turbine incorporating a half-shroud impeller, which has advantages such as low manufacturing cost and easy machining accuracy, has the drawback of low efficiency. The purpose of this invention is to improve the efficiency of a mixed-flow turbine equipped with a half-shroud type impeller.The invention has a guide for adjusting the flow inside the impeller, a guide for adjusting the flow inside the impeller, and a guide for adjusting the flow inside the impeller, and a guide for adjusting the flow inside the impeller, and a guide for adjusting the flow inside the impeller. A seal is provided that prevents the working fluid from leaking from the gap between the guide and the seal, or a seal that functions as both the guide and the seal.

つぎに、この発明の一実施態様を第2図により説明す
る。
Next, one embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG.

同図において、第1図と同じ符号をつけたものは同じも
のを表わす。 ハーフシユラウド形のインペラ1をそな
えた混流形タービンでは、インペラ1とケーシング3と
の間隙のうち、インペラ入口11近傍における間隙9よ
りもインペラ出口12近傍における間隙10の方が性能
に大きく作用し、間隙10を減少させると効率が向上す
ることが知られている。
In this figure, the same reference numerals as in FIG. 1 represent the same parts. In a mixed flow turbine equipped with a half-shroud type impeller 1, among the gaps between the impeller 1 and the casing 3, the gap 10 near the impeller outlet 12 has a greater effect on performance than the gap 9 near the impeller inlet 11. , it is known that reducing the gap 10 improves efficiency.

このことを第3図、第4図について述べる。第3図は第
1図の■一■断面図であり、第4図は第3図の■一■断
面図である。インペラ1の羽根15とケーシング3との
間隙を通過する作動流体は、第1図の間隙8に沿つて流
れるとともに、羽根15に対して相対的には矢印17の
ように流れて羽根15側に流れこみ、羽根15間の流れ
を乱し、機械的エネルギが小さい領域18をつくる。
This will be explained with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is a sectional view taken along line 1 in FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along line 1 in FIG. The working fluid passing through the gap between the blades 15 of the impeller 1 and the casing 3 flows along the gap 8 in FIG. It flows in, disrupts the flow between the blades 15, and creates a region 18 with low mechanical energy.

このような領域18ができると、作動流体に対する抵抗
が著しく増加し、タービンの効率が大巾に低下する。作
動流体は第4図中の羽根15間を羽根15に対して相対
的に矢印19のように流れる場合に動力を発生するが、
羽根15に対して相対的に矢印17のように流れる場合
には動力を発生せず、単に通過するだけとなる。インペ
ラ出口12近くでは、羽根15は第4図に示すように屈
曲しているから、第3図に示す機械的エネルギの小さい
領域18が発達しやすい。
The formation of such a region 18 significantly increases the resistance to the working fluid and significantly reduces the efficiency of the turbine. The working fluid generates power when it flows between the blades 15 in FIG. 4 relative to the blades 15 as shown by the arrow 19.
When it flows relative to the blade 15 as shown by the arrow 17, no power is generated and it simply passes through. Since the blades 15 are bent as shown in FIG. 4 near the impeller outlet 12, a region 18 of low mechanical energy shown in FIG. 3 tends to develop.

また、インペラ出口12近くで間隙8が狭くなつている
と、インペラ入口11近くで大きな角運動量を持ちなが
ら間隙8を通過してきた作動流体が、インペラ1内の流
路を通過しなければならなくなり、動力を発生すること
になる。このような−理由で、間隙8のインペラ出口1
2近くを狭くすることがタービンの効率に大きく影響す
ると考えられる。この発明は上記に基つき、インペラ1
の出口12近くの外縁を、軸7を軸心とする円筒面上に
あ.るように形成し、その外縁部13をかこむケーシン
グ3の内周面部に、インペラ1が接触しても損傷を生じ
ない形式のシールガイド14を設けたものである。
Furthermore, if the gap 8 is narrow near the impeller outlet 12, the working fluid that has passed through the gap 8 near the impeller inlet 11 with a large angular momentum will have to pass through the flow path inside the impeller 1. , will generate power. For this reason, impeller outlet 1 in gap 8
It is thought that narrowing the area near 2 will greatly affect the efficiency of the turbine. This invention is based on the above, and the impeller 1
The outer edge near the outlet 12 of the tube is placed on a cylindrical surface centered on the shaft 7. A seal guide 14 of a type that does not cause damage even if the impeller 1 comes into contact with the inner circumferential surface of the casing 3 surrounding the outer edge 13 of the casing 3 is provided.

このシールガイド14にはハニカムシールのようなもの
を用いる。シールガイド14は円筒面上にあるインペラ
の外縁部13のまわりにおけるケーシング内周面部に設
けられているので、回転中にインペラ1が軸7とともに
前後(軸方向)に移動することがあつても、両者間の間
隙の大きさが変化することはな・い。
This seal guide 14 uses something like a honeycomb seal. The seal guide 14 is provided on the inner peripheral surface of the casing around the outer edge 13 of the impeller on the cylindrical surface, so even if the impeller 1 moves back and forth (in the axial direction) together with the shaft 7 during rotation. , the size of the gap between them does not change.

また、インペラ1、軸7の半径方向の移動は、通常用い
られているインペラ1の寸法と比較すれば皆無といえる
程度のものである。シールガイド14はインペラ1に接
触しても損傷を与えない形式のものであるので、インペ
ラ出口12近くの流れをいちじるしく改善できる。した
がつて、タービンの効率を向上するすることができる。
ここで、シールガイド14の構成および効果を詳細に述
べる。第5図はシールガイド14を展関した平面図、第
6図は第5図の■−■切断端面図である。
Moreover, the movement of the impeller 1 and the shaft 7 in the radial direction is almost negligible compared to the dimensions of the impeller 1 that is normally used. Since the seal guide 14 is of a type that does not cause damage even if it comes into contact with the impeller 1, the flow near the impeller outlet 12 can be significantly improved. Therefore, the efficiency of the turbine can be improved.
Here, the configuration and effects of the seal guide 14 will be described in detail. FIG. 5 is a plan view showing the seal guide 14 in relation to the seal guide 14, and FIG. 6 is a cross-sectional end view taken along the line 1--2 in FIG.

シールガイド14のインペラ1に対面する側には、フィ
ン20が設けられている。フィン20は上流側J2lで
は、接線方向23に対してシールガイド14の上流側2
1に対面する位置のインペラ1の外縁近くの流れの絶対
速度24と同じ角度を持ち、下流に向うにつれて接線方
向23に対してインペラ1の外縁近くの流れの絶対速度
25と同じ角度をなしつつ下流側22に至る。フィン2
0の断面は、第6図に示すように先端を尖鋭にし間隔を
設けたもの、第7図に示すように一様な薄い厚さのもの
、第8図に示すように先端を尖鋭にし密接させたもの、
第9図に示すように鋸歯状のもの等、先端部ないしフィ
ン自体が薄くなつており、インペラの羽根15とフィン
との間隙10が過小となり、万−インペラが接触しても
インペラに損傷を与えない形状にしてある。
A fin 20 is provided on the side of the seal guide 14 facing the impeller 1. On the upstream side J2l, the fin 20 is located on the upstream side 2 of the seal guide 14 with respect to the tangential direction 23.
1 at the same angle as the absolute velocity 24 of the flow near the outer edge of the impeller 1 at a position facing the impeller 1, and forming the same angle as the absolute velocity 25 of the flow near the outer edge of the impeller 1 with respect to the tangential direction 23 toward the downstream. It reaches the downstream side 22. fin 2
The cross section of 0 is one with a sharp tip and spaced apart as shown in Fig. 6, one with a uniform thin thickness as shown in Fig. 7, and one with a sharp tip and a closely spaced one as shown in Fig. 8. What made me
As shown in Figure 9, the tips or the fins themselves, such as serrated ones, are thin, and the gap 10 between the impeller blades 15 and the fins is too small, causing damage to the impeller even if the impellers make contact. It is shaped so that it does not give any damage.

フィン20は常に流れの絶対速度に沿うように上流側か
ら下流側に延びているので、インペラ10における流れ
を乱すことがない。また、各フィン間の間隙26は、イ
ンペラの羽根15の厚さより狭い方が望ましいが、羽根
15の間隔27より狭ければよい。第10図は第5図の
インペラ出口12のケーシング3近くにおける作動流体
の流れを示す。
Since the fins 20 always extend from the upstream side to the downstream side along the absolute velocity of the flow, the flow in the impeller 10 is not disturbed. Further, the gap 26 between each fin is desirably narrower than the thickness of the blades 15 of the impeller, but may be narrower than the interval 27 between the blades 15. FIG. 10 shows the flow of the working fluid near the casing 3 of the impeller outlet 12 of FIG.

インペラ1の羽根15を通らない流れ28は、矢印29
,30のように流れる。フィン20と羽根15との間隙
は非常に小さいので、この部分を通過する流れは無視す
ることができる。これらの流れはインペラ1を通過しな
いゆえ動力は発生しないが、インペラ1内の流れを乱す
ことが極めて少ないゆえ機械的エネルギの損失が減少す
る。フィン20の高さは小さくできるので、各フィン2
0間を流れる作動流体の量は少なく、作動流体がフィン
20内を通過して発生しなくなる動力より、インペラ1
内の流れの機械的エネルギの損失の減少巾の方が大きく
、タービンの出力を増大させることができる。第11図
,第12図は第4図と同様にこの発明によるシールガイ
ドを展関した平面図である。
The flow 28 that does not pass through the blades 15 of the impeller 1 is indicated by the arrow 29
, 30. Since the gap between the fin 20 and the vane 15 is very small, the flow passing through this part can be ignored. Since these flows do not pass through the impeller 1, no power is generated, but since the flow within the impeller 1 is hardly disturbed, the loss of mechanical energy is reduced. Since the height of the fins 20 can be made small, each fin 2
The amount of working fluid flowing between the fins 20 and 0 is small, and the impeller 1
The reduction in mechanical energy loss of the internal flow is greater, and the output of the turbine can be increased. 11 and 12 are plan views of the seal guide according to the present invention, similar to FIG. 4.

第11図は製造を容易にするためフィン20を直線状に
したものである。このシールガイドは効果は低減するが
、工作性は良くなる。第12図はフィンを途中で屈折さ
せ、工作性の確保と効果の低減の防止をはかつたもので
ある。
In FIG. 11, the fins 20 are made straight in order to facilitate manufacturing. Although this seal guide is less effective, it improves workability. In Fig. 12, the fins are bent in the middle to ensure workability and to prevent reduction in effectiveness.

この実施態様は第11図の実施態様にくらべて流れを円
滑にすることができる。以上説明したこの発明によれば
、前面シユラウドを設けてないインペラをそなえた混流
形タービンの効率を容易に向上することができる。
This embodiment allows for smoother flow compared to the embodiment of FIG. According to the invention described above, the efficiency of a mixed flow turbine equipped with an impeller without a front shroud can be easily improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の混流形タービンを示す断面側面図、第2
図は土の発明による混流形タービンの一実施態様を示す
断面側面図、第3図、第4図はインペラとケーシングと
の間隙を通る作動流体の流れの作用を示す説明図で、第
3図は第1図の■−■断面拡大図、第4図は第3図の■
−■断面図てある。 第5図、第11図、第12図はそれぞれこの発明による
シールガイドの異なる実施態様を示す展開平面図、第6
図ないし第9図はこの発明によるシールガイドにおける
フィンの異なる形状を示す断面展開図、第10図はこの
発明によるシールガイド部における流れを示す説明図で
ある。1・・・・・・インペラ、2・・・・・・ノズル
、3・・・・・・ケーシング、4・・・・・・流路、6
・・・・・テイフユーザ、7・・・軸、11・・・・・
・インペラ入口、12・・・・・・インペラ出口、13
・・・・円筒面上にあるインペラの外縁部、14・・・
・・・シールガイド、15・・・・・・羽根、20・・
フィン、23・・・・・・接線方向、24・・・・・・
絶対速度、25・・・・・絶対速度。
Figure 1 is a cross-sectional side view showing a conventional mixed flow turbine;
The figure is a cross-sectional side view showing one embodiment of the mixed flow turbine according to the invention of Tsuchi, and FIGS. 3 and 4 are explanatory diagrams showing the effect of the flow of working fluid through the gap between the impeller and the casing. is an enlarged cross-sectional view of Figure 1, and Figure 4 is an enlarged cross-sectional view of Figure 3.
-■Cross-sectional view is shown. FIG. 5, FIG. 11, and FIG. 12 are developed plan views showing different embodiments of the seal guide according to the present invention, and FIG.
9 to 9 are developed cross-sectional views showing different shapes of fins in the seal guide according to the present invention, and FIG. 10 is an explanatory view showing the flow in the seal guide section according to the present invention. 1... Impeller, 2... Nozzle, 3... Casing, 4... Channel, 6
...Teif user, 7...axis, 11...
・Impeller inlet, 12... Impeller outlet, 13
...Outer edge of the impeller on the cylindrical surface, 14...
... Seal guide, 15 ... Feather, 20 ...
Fin, 23...Tangential direction, 24...
Absolute speed, 25... Absolute speed.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 前面シユラウドのないインペラをそなえた混流形
タービンにおいて、インペラ外周の出口近傍部を、イン
ペラの軸の軸心を中心とする円筒面上にあるように形成
し、そのインペラの出口外縁部分をかこむケーシングの
内周面部に、インペラの羽根とケーシングとの間の間隙
を流れる流体の流れを制御するフィンを形成し、フィン
の形状を、フィンの入口側部に対面するインペラの外周
近傍部における流れの絶対速度が接線方向となす角度と
、インペラ出口の外周近傍部における流れの絶対速度が
接線方向となす角度との中間の角度で、接線方向から傾
いた方向に延びるように形成したことを特徴ととする混
流形タービン。
1. In a mixed flow turbine equipped with an impeller without a front shroud, the outer periphery of the impeller near the outlet is formed on a cylindrical surface centered on the axis of the impeller shaft, and the outer edge of the impeller is surrounded. Fins are formed on the inner circumferential surface of the casing to control the flow of fluid flowing through the gap between the impeller blades and the casing, and the shape of the fins is designed to control the flow near the outer circumference of the impeller facing the inlet side of the fins. It is characterized by being formed to extend in a direction inclined from the tangential direction at an angle intermediate between the angle between the absolute velocity of the impeller and the tangential direction and the angle between the absolute velocity of the flow near the outer periphery of the impeller outlet and the tangential direction. A mixed flow turbine.
JP928678A 1978-02-01 1978-02-01 Mixed flow turbine Expired JPS6045287B2 (en)

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JPS54103907A JPS54103907A (en) 1979-08-15
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CN1054418C (en) * 1993-09-25 2000-07-12 Ksb股份公司 Turbo-machine with reduced attrition
US9151175B2 (en) * 2014-02-25 2015-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Turbine abradable layer with progressive wear zone multi level ridge arrays

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