[go: up one dir, main page]

JPH03249301A - Reactive jet turbine - Google Patents

Reactive jet turbine

Info

Publication number
JPH03249301A
JPH03249301A JP3641290A JP3641290A JPH03249301A JP H03249301 A JPH03249301 A JP H03249301A JP 3641290 A JP3641290 A JP 3641290A JP 3641290 A JP3641290 A JP 3641290A JP H03249301 A JPH03249301 A JP H03249301A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nozzle
shaft
thrust
jet
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3641290A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Petrovich Ena Vladimir
フラディミル ペトロビチ エナ
Konstantinovich Korolev Sergei
セルゲイ コンスタンチノビチ コロレフ
Ivanov Litvinenko Viktor
ビクトル イバノビチ リトビネンコ
Aleksandrovna Marochkina Ilina
イリナ アレクサンドロフナ マロチキナ
Pavrov Purihodochenko Pavel
パベル パフロビチ プリホドチェンコ
Viktorov Psalev Vladimir
フラディミル ビクトロビチ プサレフ
Leonidvich Ruvlov Julij
ユリ レオニドビチ ルフロフ
Vasiliev Sayapin Vadim
バディム バシリエビチ サヤピン
Dmitriev Fedorenko Nikolai
ニコライ ドミトリエビチ フェドレンコ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VSES N I I KONSTR TECH INST KOMPRES MAS VNIIK SUMSKOGO MAS N PROIZ OB IM MV FRUNZE
Original Assignee
VSES N I I KONSTR TECH INST KOMPRES MAS VNIIK SUMSKOGO MAS N PROIZ OB IM MV FRUNZE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VSES N I I KONSTR TECH INST KOMPRES MAS VNIIK SUMSKOGO MAS N PROIZ OB IM MV FRUNZE filed Critical VSES N I I KONSTR TECH INST KOMPRES MAS VNIIK SUMSKOGO MAS N PROIZ OB IM MV FRUNZE
Priority to JP3641290A priority Critical patent/JPH03249301A/en
Publication of JPH03249301A publication Critical patent/JPH03249301A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

PURPOSE: To improve the turbine efficiency and the reliability during operation in a low-temperature fluid by forming the outlet parts of supply pipes into the form of a feed nozzle, the least cross-sectional area of which is smaller than that of a thrust nozzle. CONSTITUTION: In a rotor 1, the end part-inlets 5, 6 of axial passages 3, 4 of a shaft 2 face each other across clearances δ. In this case, the least cross-sectional areas of feed nozzles 19, 20 of the supply pipes 17, 18 are formed smaller than those of thrust nozzles 12, 13 of jet pipes 10, 11. Thus, it is certain that impulse waves are generated at the end part-inlets 5, 6, and since the leak of fluid from the clearances δ becomes almost zero, the turbine efficiency is improved, and the reliability during operation in low-temperature fluid is also improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はタービン製造、さらに限定的に言うと反動ジェ
ットタービンに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention This invention relates to turbine manufacturing, and more particularly to reaction jet turbines.

本発明は、さまざまなシステムの出力アクチュエータ特
に締切り及び制御用の継手の可逆アクチュエータにおい
て用いると最も有利である。
The present invention is most advantageously used in output actuators for a variety of systems, particularly reversible actuators for shutoff and control couplings.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

当該技術分野において知られているのは、さまざまなタ
イプの空気及びガスブレードタービンすなわち軸流、半
径流及び横流タービンである(N、N。
Known in the art are various types of air and gas blade turbines: axial flow, radial flow and cross flow turbines (N, N.

Bykov他著「機械ユニットの起動のための低出力タ
ービンのパラメータ選択と設計、I Mashinos
troenie出版社、モスクワ、1972年p31、
図2.1 ; p196図7.8 ; p199 、図
7.9参照)。これらのタービンには軸受内にジャーナ
ル留めされシャフトの形で作られたロータとブレード付
きの少なくとも1つのランナが含まれている。ランナに
流体(液体又は気体)を供給するためケーシングの中に
供給装置が備えつけられている。この供給装置は固定し
た1組のブレードの形でも供給ノズルの形でもよい。ラ
ンナの下流で流体流の方向に、デイフユーザ(ブレード
つき又はブレード無し)を含む排出装置が備えつけられ
ている。
Bykov et al., “Parameter Selection and Design of Low Power Turbines for Starting Mechanical Units,” I Masinos
Troenie Publishing House, Moscow, 1972 p31,
(See Figure 2.1; p196, Figure 7.8; p199, Figure 7.9). These turbines include a rotor formed in the form of a shaft journaled in bearings and at least one runner with blades. A supply device is provided in the casing for supplying fluid (liquid or gas) to the runner. This feeding device may be in the form of a fixed set of blades or in the form of a feeding nozzle. Downstream of the runner and in the direction of fluid flow, a discharge device is provided which includes a diffuser (bladed or non-bladed).

先行技術のタービンは、流れの方向を変え流体を膨張さ
せることによってロータシャフトで流体の位置エネルギ
ーを機械的仕事に変換する。こうしてタービンには、少
なくとも他のエンジンのものと同等の充分に高い出力パ
ラメータが確保されることになる。しかしながらこれら
のタービンは、ロータ及び固定ブレード(静翼)の入り
組んだ3次元形状によりひき起こされる多大な労力そし
て精度に関して課せられた必要条件(ロータと固定ブレ
ード間の小さな間隙、固定ブレード又はノズル及びロー
タプレートの相対的位置の精度)のため、製造が困難で
ある。その上、先行技術に基づくタービンの構造は、そ
れらが高い効率を確保するために多段ユニットの形をし
ていな(ではならないために、利用可能な流体の高い圧
力(すなわち高エンタルピー差)の場合きわめて複雑で
ある。湿潤な及び/又は汚染された流体について作動し
ている場合、タービンの信頬性及び耐用年数は、ブレー
ドの腐食摩耗又は汚染のため、そして又流体のサブゼロ
温度での氷によるブレード間通路の閉塞及びブレードの
氷結のために低下する。
Prior art turbines convert the potential energy of a fluid into mechanical work at a rotor shaft by changing the flow direction and expanding the fluid. This ensures that the turbine has sufficiently high power parameters, at least comparable to those of other engines. However, these turbines are characterized by high effort and precision requirements caused by the intricate three-dimensional geometry of the rotor and fixed blades (small gaps between the rotor and fixed blades, fixed blades or nozzles and It is difficult to manufacture due to the accuracy of the relative position of the rotor plates. Moreover, the construction of turbines based on the prior art requires that they be in the form of multistage units to ensure high efficiency (in case of high pressures of the available fluid (i.e. high enthalpy differences)) Extremely complex. When operating with wet and/or contaminated fluids, the reliability and service life of the turbine may be affected due to corrosive wear or contamination of the blades, and also due to ice at sub-zero temperatures of the fluid. Decreased due to blockage of the inter-blade passages and ice formation on the blades.

特に多段タービンにおけるロータの比較的高い慣性モー
メントは動特性を損ないその結果精巧な制御システムが
必要となり、成る種の利用分野においては、この理由の
ためかかるシステム全体の中でアクチュエータとしてこ
のようなタービンを用いることができない。さらに、こ
のようなタービンの逆転に対して備える必要性があるた
めに、構造ははるかに複雑なものとなる。
The relatively high moment of inertia of the rotor, especially in multi-stage turbines, impairs the dynamic properties and as a result requires sophisticated control systems, and for this reason such turbines are often used as actuators in the overall system. cannot be used. Furthermore, the need to provide for such turbine reversals makes the structure much more complex.

当該分野では、そのシャフト内に少なくとも1つの軸方
向通路をもつロータ(なおこのシャフトには、連続した
ガスダクトを形成すべく軸方向通路の入口と連絡してい
るスラストノズルをその末端端部にもつ少なくとも1本
のジェットパイプが片持ち式についている)及び1つの
接触端部又はラジアルシール(又は非接触スリット又は
ラビリンスシール1を有する少なくとも1つの供給装置
を有する反動ジェットタービンが知られている(V、V
、5olodovnikov他著[自動制御システムの
技術サイハネティクス、設計及びコンポーネントj第3
巻、アクチュエータ及びサーボ機構。
A rotor having at least one axial passage in its shaft (which shaft has a thrust nozzle at its distal end communicating with the inlet of the axial passage to form a continuous gas duct) is known in the art. Reaction jet turbines are known (V , V
, 5 olodovnikov et al. [Technology Cyhanetics, Design and Components of Automatic Control Systems, Vol. 3]
Vol., Actuators and Servo Mechanisms.

Mashinostroenie出版社、モスクワ、1
976年、p519.520.図X I 、 8 ; 
p 539−543.図X1.17N、 1.Kiri
 lov他著「ターボ機械理論」高校用教科書、Mas
h 1nos troen i e出版社、レニングラ
ード、1974年、287〜90、図IV−4HD、L
、5hirer著[超高温及び厳しい放射線向けの空気
式コンポーネント」、国際自動制御装置連盟筒2回世界
大会議事録、ハーゼル、スイス、自動化設備の巻、19
65年、Nauka出版社、モスクワ、p54〜57参
照)。
Mashinostroenie Publishing House, Moscow, 1
976, p519.520. Figure X I, 8;
p 539-543. Figure X1.17N, 1. Kiri
“Turbomachine Theory” by Lov et al. High school textbook, Mas
h 1nos troen ie publisher, Leningrad, 1974, 287-90, Figure IV-4HD, L
, 5hirer [Pneumatic Components for Extremely High Temperatures and Severe Radiation], Proceedings of the 2nd World Congress of the International Federation of Automatic Control Equipment, Hasel, Switzerland, Automation Equipment Volume 19
1965, Nauka Publishing House, Moscow, p. 54-57).

先行技術に基づく反動ジェットタービンは、スラストノ
ズルでの反動スラストの生成及びスラストにより発達さ
せられたロータシャフト上のトルクの生成をそれぞれ伴
う流体圧力の形での利用可能なエネルギー(利用可能な
エンタルピー)のスラストノズルから逃れ出たジェット
の運動エネルギーへの直接的変換によりシャフト上のト
ルク(機械的仕事)が発達させられるようなプレート無
しのタービンである。ブレードタービンと比較して先行
技術に基づく反動ジェットタービンは、ロータの構造が
単純、従って複雑なブレード組や正確な間隙が無いため
にその製造労力が低いといった数多くの利点をもつ。流
れがガスダクト内を移動し、等エントロピー条件にきわ
めて近い条件下でノズル内で膨張しそれと共にノズルの
出口において超高速を達成するにつれて、利用可能な高
い流体圧力を単一段で用いることができ、効率は圧力増
加に伴って高くなる。膨張効率(断熱膨張効率又はポリ
トロープ効率)は主としてノズルの速度係数により決定
される。
Reaction jet turbines based on the prior art utilize available energy in the form of fluid pressure (available enthalpy) with the generation of a reaction thrust at the thrust nozzle and the generation of torque on the rotor shaft developed by the thrust, respectively. A plateless turbine in which the torque (mechanical work) on the shaft is developed by direct conversion of the jet escaping from the thrust nozzle into kinetic energy. Compared to bladed turbines, reaction jet turbines according to the prior art have a number of advantages, such as the simple structure of the rotor and therefore the low manufacturing effort due to the absence of complex blade sets and precise gaps. The available high fluid pressures can be used in a single stage as the flow moves through the gas duct and expands in the nozzle under conditions very close to isentropic conditions, thereby achieving ultra-high velocities at the exit of the nozzle; Efficiency increases with increasing pressure. Expansion efficiency (adiabatic expansion efficiency or polytropic efficiency) is primarily determined by the nozzle velocity coefficient.

η−、−ψ2 h。η−, −ψ2 h.

なお式中、hは膨張の有効な比仕事(比エンタルピー)
であり、h1!″は、等エントロピープロセスに相当す
る比仕事(比エンタルピー)であり、はノズルからの実
際の脱出速度であり、C5は等エントロピープロセスに
相当する脱出速度である)。
In the formula, h is the effective specific work of expansion (specific enthalpy)
And h1! '' is the specific work (specific enthalpy) corresponding to an isentropic process, is the actual escape velocity from the nozzle, and C5 is the escape velocity corresponding to an isentropic process).

流れは間断なく又衝撃波なくノズル内で起こるため、速
度係数は成形ノズルについてはψ”!0.99にまで達
し非成形円錐ノズルについてはψ”0.97〜0.98
であり、膨張効率は充分に高い。先行技術に基づく反動
ジェットタービンの出力効率は又、有効脱出速度(ノズ
ルの比インパルス)の2乗又はスラストP (kgf単
位)と流れG(kg/s単位)の比であるノズルの比ス
ラストP(つまりT=)の2乗に正比例するノズルのス
ラスト効率の形ででも表わすことができる。上述のノズ
ルの特定的パラメータはノズル上流の流体圧力の増大に
伴って増加し、従って、単一段における膨張を行なうた
め高い流体圧力で先行技術に基づく反動ジェットタービ
ンの高い出力効率を得ることができる。さらに、このよ
うなタービンにおいては、ノズル上流のガスダクト内の
流体流速度は低くダクト内の水圧損失は最小限におさえ
られているため、ガスダクトの通路を特別に成形する必
要は全く無い。反動ジェットタービンの効率は同様に、
回転中にロータジェットパイプ内に起こる圧縮機効果を
用いることによっても高めることができる。
Since the flow occurs in the nozzle without interruption and without shock waves, the velocity coefficient reaches ψ”!0.99 for shaped nozzles and ψ”0.97-0.98 for unshaped conical nozzles.
Therefore, the expansion efficiency is sufficiently high. The power efficiency of a reaction jet turbine according to the prior art is also determined by the square of the effective escape velocity (specific impulse of the nozzle) or the specific thrust of the nozzle, P, which is the ratio of the thrust P (in kgf) to the flow G (in kg/s). It can also be expressed in the form of the nozzle thrust efficiency, which is directly proportional to the square of (that is, T=). The specific parameters of the nozzle mentioned above increase with increasing fluid pressure upstream of the nozzle, thus making it possible to obtain a high power efficiency of reaction jet turbines based on the prior art at high fluid pressures due to the expansion in a single stage. . Furthermore, in such a turbine, the fluid flow velocity in the gas duct upstream of the nozzle is low and the water pressure loss in the duct is kept to a minimum, so there is no need for any special shaping of the gas duct passage. The efficiency of a reaction jet turbine is similarly
It can also be enhanced by using the compressor effect that occurs in the rotor jet pipe during rotation.

先行技術に基づくタービンは、低温多湿ガスによる作動
中のガスダクト通路の氷結のための故障がほぼ全く無く
なっているということを特徴とする。
Turbines according to the prior art are characterized by an almost complete absence of failures due to ice formation in the gas duct passages during operation with cold and humid gases.

このことは、デッドゾーン(不惑帯)が無いこと、そし
て又その膨張の時点でのガス温度の多大な低下及び湿気
の沈殿が、ノズルの最小(臨界)断面内に境界層がほぼ
全く無く従って湿気の滴は高速ガス流によりノズルの壁
から吹きとばされてしまうようなノズル内でのみ起こる
という事実によって説明がつく。さらに、このタービン
のもう1つの特徴は、腐食性粒子の攻撃を直接受ける要
素(ブレード)が無いことによりそのコンポーネントの
腐食摩耗の強度が比較的低いことにある。同時に、高い
周囲ロータ速度と共に、環境内でのジェットバイブの空
力抵抗のため効率が低下する。
This is due to the fact that there is no dead zone, and also a large drop in gas temperature and moisture precipitation at the point of expansion, since there is almost no boundary layer within the minimum (critical) cross-section of the nozzle. This is explained by the fact that moisture droplets only occur within the nozzle where they are blown away from the nozzle wall by the high velocity gas flow. Furthermore, another feature of this turbine is the relatively low intensity of corrosive wear of its components due to the absence of elements (blades) that are directly attacked by corrosive particles. At the same time, efficiency is reduced due to the aerodynamic drag of the jet vibe in the environment, along with high ambient rotor speeds.

さらに、高い周囲速度を伴い多湿の汚染ガスと共に作−
動する接触シールをもつ供給装置の摩擦部材の構造は複
雑であるため、このようなタービンの利用分野は制限さ
れる。先行技術に基づくこれらのタービンの利用分野は
又非接触シールの利用によっても制限される。というの
も、シーリング部材は、多湿で汚染された低温ガスでの
作動において汚れで詰まったり摩耗したり又凍結とたり
するからである。
In addition, working with humid contaminated gases with high ambient velocities
The complexity of the construction of the friction elements of the feed device with moving contact seals limits the field of application of such turbines. The field of application of these turbines according to the prior art is also limited by the use of non-contact seals. This is because the sealing members become clogged with dirt, wear, or freeze during operation with humid, contaminated, and cold gases.

非接触シールの利用の結果、中を通る流体の漏れによる
効率の低下もひきおこされる。
The use of non-contact seals also results in reduced efficiency due to fluid leakage therethrough.

当該技術分野では又、少なくとも1つの軸方向通路をも
つシャフトの形をしたロータ及び連続したガスダクトを
形成すべく軸方向通路の端部出口と連絡するスラストノ
ズルをその末端端部にもちこのシャフトに対し片持ち式
についている少なくとも1つのジェットバイブ、ならび
にシャフトと同軸的にかつその端部に対し間隔とりされ
た状態で位置づけされた供給管を含む反動ジェットター
ビンも知られている(E、V、Gertz著、「空気式
及び水力式アクチュエータ及び制御システムJ 、No
、10゜1984年;  V、V、5ayapin著「
インパルスモータによる空気式アクチュエータのパラメ
ータの最適化」Mashinostroenie出版社
、モスクワ、p58、図1参照)。
The art also describes a rotor in the form of a shaft having at least one axial passage and a thrust nozzle at its distal end communicating with an end outlet of the axial passage to form a continuous gas duct. On the other hand, reaction jet turbines are also known which include at least one jet vibrator cantilevered against the shaft and a supply tube positioned coaxially with the shaft and spaced apart from its end (E, V, Gertz, “Pneumatic and Hydraulic Actuators and Control Systems J, No.
, 10゜1984; V. V. 5ayapin “
"Optimization of Parameters of Pneumatic Actuators with Impulse Motors" Mashinostroenie Publishing House, Moscow, p. 58, see Figure 1).

この反動ジェットタービンにおける流体(ガス)供給は
、設計を単純にし多湿で汚染された低温流体での作動に
おける信顛性を高めるためシャフトの軸方向通路の端部
入口の中へ間隙を通って入ってくる供給管からのジェッ
トの形で行なわれる。
The fluid (gas) supply in this reaction jet turbine is passed through a gap into the end inlet of the axial passage of the shaft to simplify the design and increase reliability in operation with humid, contaminated, and cold fluids. This is done in the form of a jet from the incoming supply pipe.

しかしながらシャフトの軸方向通路の端部入口と供給管
の間の空間を通っての流体の漏れの結果、効率は低下す
る。
However, efficiency is reduced as a result of leakage of fluid through the space between the end inlet of the axial passage of the shaft and the supply tube.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明は、流体の漏れをほぼ無くしこうすることにより
タービンの効率を高め又多湿で汚染された低温流体での
作動中のその信軌性を高めるように製作された供給管を
もつ反動ジェットタービンを提供するという課題に基づ
くものである。
The present invention provides a reaction jet turbine having a feed tube constructed to substantially eliminate fluid leakage, thereby increasing the efficiency of the turbine and increasing its reliability during operation with humid, contaminated, and cold fluids. It is based on the challenge of providing

[課題を解決するための手段〕 この課題は、少なくとも1つの軸方向通路をもつシャフ
トの形をしたロータ、連続したガスダクトを形成するよ
う軸方向通路の端部入口と連絡しているスラストノズル
その末端端部に有しシャフトに対して片持ち式にとりつ
けられている少なくとも1つのジェットパイプ、そして
シャフトと同軸的かつその端部に対して間隔とりされた
状態で位置づけされた供給管の形をした少なくとも1つ
のガス動的供給装置を含む反動ジェットタービンにおい
て、本発明に従って、供給管の出口部分はスラストノズ
ルの最小断面積よりも小さい最小断面積をもつ供給ノズ
ルの形で作られており、これらの面積の比率はシャフト
の軸方向通路の入口ゾーン内の衝撃波を確実にしている
ことを特徴とする反動ジェットタービンによって解決さ
れる。
[Means for solving the problem] This problem consists of a rotor in the form of a shaft having at least one axial passage, a thrust nozzle thereof communicating with the end inlet of the axial passage to form a continuous gas duct. at least one jet pipe having a distal end and cantilevered relative to the shaft; and a supply pipe in the form of a feed pipe positioned coaxially with the shaft and spaced apart from the end thereof. According to the invention, the outlet section of the feed pipe is made in the form of a feed nozzle with a minimum cross-sectional area smaller than the minimum cross-sectional area of the thrust nozzle; The ratio of these areas is solved by a reaction jet turbine, which is characterized by ensuring a shock wave in the inlet zone of the axial passage of the shaft.

供給ノズルの形をした供給管出口部分を備えつけること
により、弱い摂動(差圧の作用の下での軸方向通路から
のガスの流れ)は超音速流に対抗して伝播できず、(圧
力波は音速で伝播する)、音速よりも低い速度である薄
い境界層に沿ってきわめてわずかな漏れしか起こり得な
いため、シャフトの軸方向通路から間隙空間を通しての
流体の漏れをほぼ完全に無くするようその中に超臨界圧
力比を伴って流体を加速化し超音速でシャフトの軸方向
通路にそれを供給することが可能となる。
By equipping the supply pipe outlet section in the form of a supply nozzle, weak perturbations (flow of gas from the axial passage under the action of differential pressure) cannot propagate against the supersonic flow and (pressure (waves propagate at the speed of sound), which almost completely eliminates fluid leakage from the axial passages of the shaft through the interstitial space, as very little leakage can occur along the thin boundary layer, which has a velocity below the speed of sound. It is possible to accelerate the fluid with supercritical pressure ratios in the filter and feed it into the axial passage of the shaft at supersonic speeds.

供給ノズルの最小断面積がスラストノズルの最小断面積
よりも小さいという事実は、次のような理論的関係に従
うシャフトの軸方向通路に対する流体の超音速供給を行
なうための必要条件である:なお式中、S3は供給ノズ
ルの最小断面積であり、Sはスラストノズルの最小断面
積であり、σは、供給ノズルへの入口とスラストノズル
の入口の間の部分における全圧力回復係数(エネルギー
リ、式中、Poはスラストノズル上流の全圧力であり、
pH3は供給ノズル上流の全圧力である。
The fact that the minimum cross-sectional area of the supply nozzle is smaller than the minimum cross-sectional area of the thrust nozzle is a necessary condition for supersonic supply of fluid to the axial passage of the shaft according to the following theoretical relationship: where: where S3 is the minimum cross-sectional area of the feed nozzle, S is the minimum cross-sectional area of the thrust nozzle, and σ is the total pressure recovery coefficient (energy recovery, where Po is the total pressure upstream of the thrust nozzle,
pH 3 is the total pressure upstream of the feed nozzle.

シャフトの軸方向通路の入口ゾーンにおける衝撃波(流
体流の超音速から亜音速への遷移)を確保するような比
率での最小断面積をもつ供給ノズル及びスラストノズル
を備えつけることにより、工矛ルギー損失は最小限にお
さえられる(全圧回復係数σはその最大値に向かう)。
By equipping the feed and thrust nozzles with a minimum cross-sectional area in such a proportion as to ensure a shock wave (transition from supersonic to subsonic fluid flow) in the inlet zone of the axial passage of the shaft, engineering Losses are kept to a minimum (total pressure recovery coefficient σ tends to its maximum value).

これは、そうでなければ衝撃波が入口から遠くにある場
合衝撃波の上流で超音速で軸方向通路を通る流体流には
より高いエネルギー損失が伴うからである。一方、衝撃
波が軸方向通路の外側、間隙空間内で端部入口から一定
の距離のところにある場合、シャフトの軸方向通路から
この衝撃波と端部入口の間の間隙空間内へと大量の流体
の漏れが発生する。最も好ましいのは、衝撃波が端部人
口の断面内に直接あるときに得られるS3の値に相当す
る理論的比=にσ3(kは実験的係数である)で上述の
ノズルを製作することである。この場合酸る程度まで流
体のわずかな漏れによりひき起こされる比スラストの減
少は、より低い強さの衝撃波における損失の減少による
比スラストの増大により大幅に補償される。というのも
、超音速ジェットはシャフトの軸方向通路の端部入口の
断面積のサイズまで間隙空間内で膨張せず、この間隙空
間内の衝撃波上流のジェットの速度はシャフトの軸方向
通路の端部人口の断面内にある衝撃波の上流における速
度より低いからである。
This is because fluid flow through the axial passage at supersonic speed upstream of the shock wave would otherwise involve higher energy losses if the shock wave is far from the inlet. On the other hand, if the shock wave is outside the axial passage, within the interstitial space and at a certain distance from the end inlet, a large amount of fluid will flow from the axial passage of the shaft into the interstitial space between this shock wave and the end inlet. leakage occurs. Most preferably, the above-mentioned nozzle can be fabricated with a theoretical ratio = σ3 (k being the experimental coefficient) corresponding to the value of S3 obtained when the shock wave is directly in the cross-section of the end population. be. In this case, the reduction in the specific thrust caused by a small leakage of fluid to the extent of acidification is largely compensated by the increase in the specific thrust due to the reduction in losses in shock waves of lower strength. This is because the supersonic jet does not expand in the interstitial space to the size of the cross-sectional area of the end inlet of the axial passage of the shaft, and the velocity of the jet upstream of the shock wave in this interstitial space is This is because the velocity is lower than the velocity upstream of the shock wave within the cross section of the population.

供給ノズルの形で供給管の出口部分を備えつけることに
より、先行技術の場合に比べてシャフトの軸方向通路の
端部入口と供給ノズルの間の空間を増大することが可能
となり、こうして本発明に基づく反動ジェットタービン
の製作に対して課せられる必要条件が少なくなり、シャ
フトの端部と供給ノズルの端面の間の接触そして反動ジ
ェットタービンの停止時点で間隙空間を通って自由に湿
気の滴が逃れ出る可能性があることによる互いに対する
その凍結を完全に妨げることによってその信顛性が高め
られることになる。
By providing the outlet part of the supply pipe in the form of a supply nozzle, it is possible to increase the space between the end inlet of the axial passage of the shaft and the supply nozzle compared to the case of the prior art, and thus the invention fewer requirements are placed on the fabrication of reaction jet turbines based on contact between the end of the shaft and the end face of the feed nozzle and moisture droplets can flow freely through the interstitial space at the point of shutdown of the reaction jet turbine. Their authenticity will be enhanced by completely preventing their freezing of each other due to the possibility of escape.

供給ノズルは好ましくは、超音速ノズルの形で作られて
いる。
The supply nozzle is preferably made in the form of a supersonic nozzle.

供給ノズルが超音速ノズルの形例えばラハルノズル(L
aval nozzle)の形をしている場合、流体流
の超音速への加速は、シャフトの軸方向通路の端部入口
の上流にて行なわれる。同時に、先細の音速ノズルが用
いられる場合、成る種の条件の下で(供給ノズル内の低
い超臨界圧力比)間隙空間内に衝撃波が早過ぎた時期に
現われる可能性があり、重大な流体漏れの原因となる。
If the supply nozzle is a supersonic nozzle, for example, a lahar nozzle (L
aval nozzle), the acceleration of the fluid flow to supersonic speed takes place upstream of the end inlet of the axial passage of the shaft. At the same time, if a tapered sonic nozzle is used, shock waves may appear prematurely in the interstitial space under conditions of (low supercritical pressure ratio in the feed nozzle), leading to significant fluid leakage. It causes

ジェットがその全断面にわたりシャフトの軸方向通路内
へと確実に入るようにしひいてはジェットからの直接的
な漏れを無くするためには、供給ノズルの端面とシャフ
トの端部の間の空間量は、次の公式に基づいて選択され
ることが好ましい:2tgγ/2 なお式中、δは供給ノズルの端面とシャフトの端部の間
の空間量であり、D、はシャフトの軸方向通路の直径で
あり、D、は供給ノズルの端面の直径で、γは供給ノズ
ルの出口部分のテーパー角度である。
In order to ensure that the jet enters the axial passage of the shaft over its entire cross section and thus eliminates direct leakage from the jet, the amount of space between the end face of the supply nozzle and the end of the shaft is It is preferably selected based on the following formula: 2tgγ/2 where δ is the amount of space between the end face of the feed nozzle and the end of the shaft, and D is the diameter of the axial passage of the shaft. , D is the diameter of the end face of the supply nozzle, and γ is the taper angle of the outlet portion of the supply nozzle.

〔実施例〕〔Example〕

本発明に基づく反動ジェットタービンは、互いに絶縁さ
れた2つの軸方向通路3,4をもつシャフト2の形をし
たロータ1 (第1図)を含んでいる。シャフト2の両
端にはそれぞれの軸方向通路3.4の端部入口5.6が
備わっている。シャフト2は軸受7内にジャーナル留め
され(例えば転がり軸受又はすべり接触軸受内)、トル
クをアクチュエータ(図示せず)に伝達するためのドラ
イブギヤ(駆動歯車)8を有している。
The reaction jet turbine according to the invention comprises a rotor 1 (FIG. 1) in the form of a shaft 2 with two mutually insulated axial passages 3, 4. Both ends of the shaft 2 are provided with end inlets 5.6 of respective axial passages 3.4. The shaft 2 is journaled in a bearing 7 (for example in a rolling or sliding contact bearing) and has a drive gear 8 for transmitting torque to an actuator (not shown).

シャフト2上に置かれたブシュ9は、それぞれその末端
端部にスラストノズル12 、13を有する2つの片持
ち弐の半径方向に延びたジエンドパイブ10.11を支
持している。スラストノズル12 、13は、スラスト
の作用の下でシャフト2上にトルクを発達させるために
、シャフト2の継軸との関係において、横方向に単一か
つ同一の方向に向けられている。
A bushing 9 placed on the shaft 2 supports two cantilevered radially extending end pipes 10, 11 each having a thrust nozzle 12, 13 at its distal end. The thrust nozzles 12 , 13 are laterally single and co-oriented in relation to the joint axis of the shaft 2 in order to develop a torque on the shaft 2 under the action of a thrust.

スラストノズル12 、13は、連続したガスダクトを
形成するべく、それぞれの軸方向通路3.4及びその端
部人口5,6とジェットパイプ10.11の内部空間を
通してそれぞれ連絡している。
The thrust nozzles 12, 13 communicate with the respective axial passage 3.4 and its end ports 5, 6 through the interior space of the jet pipe 10.11, respectively, to form a continuous gas duct.

流体圧損失を低下させるため、ジェットパイプ10.1
1(第2図)は曲線的に作られ、ロータ1(第1図)の
回転中の空力抵抗を下げそれらをより高い剛性をもつも
のにするため各々のジェットパイプ10.11はフェア
リング(Fairing) 16(第2図)によりカバ
ーされている。さらに、空力抵抗を下げるため、ジェッ
トパイプ10.11をフェアリング無しで作ることもで
きるが、このような場合にはこれらは断面において流線
形状つまり第3図に示されているような楕円形状をもっ
ていなくてはならない。ジエンドパイブの断面をリング
形に作る場合、フェアリング16は、流線形の断面例え
ば第4図に示されているような楕円形の断面をジェ。
Jet pipe 10.1 to reduce fluid pressure losses
1 (Fig. 2) are made curved and each jet pipe 10.11 has a fairing ( Fairing) 16 (Figure 2). Furthermore, to reduce aerodynamic drag, the jet pipes 10.11 can also be made without fairings, but in this case they have a streamlined cross-section, i.e. an elliptical shape as shown in Figure 3. Must have. When the end pipe has a ring-shaped cross section, the fairing 16 has a streamlined cross section, for example, an elliptical cross section as shown in FIG.

ドパイブ10.11で構成するべくこれを達成するため
の曲線断面形状をもっている。
To achieve this, it has a curved cross-sectional shape to be constructed with a doped pipe 10.11.

スラストノズル12 、13 (第5図)が急速に摩耗
した時点でそれらを迅速に交換するため、又は異なるパ
ラメータについて反動ジェットタービンの再調整を行な
う必要がある場合、スラストノズル12 、13は、そ
れぞれジェットパイプ10 、11の末端端部内に中ぐ
りされた特殊なソケット内にとりつけられた直ちにとり
外しできるブシュの形をしていてもよい。
In order to quickly replace the thrust nozzles 12, 13 (FIG. 5) when they wear out rapidly, or if it is necessary to recalibrate the reaction jet turbine for different parameters, the thrust nozzles 12, 13, respectively It may be in the form of a ready-to-remove bushing mounted in a special socket bored into the distal end of the jet pipe 10,11.

軸方向通路3.4と同軸的に端部入口5.6(第1図)
の上流にそれぞれ供給管17 、18の形で一対のガス
動的供給装置が備えつけられている。
End inlet 5.6 coaxially with axial passage 3.4 (Fig. 1)
A pair of gas dynamic supply devices in the form of supply pipes 17 and 18 are provided upstream of the pump.

供給管17 、18の出口部分はそれぞれ供給ノズル1
9゜20の形をしている。この実施例における供給ノズ
ル19 、20は、超音速ラバルノズルの形をしている
The outlet portions of the supply pipes 17 and 18 are respectively supply nozzles 1
It has a 9°20 shape. The supply nozzles 19, 20 in this example are in the form of supersonic Laval nozzles.

それぞれ供給ノズル19.20の端面21 、22 (
第6図)と端部人口5.6の間に空間δが構成されてい
る。空間δの量は次の公式に基づいて選択される: 式中、D、はシャフト2の軸方向通路3(4)の直径で
あり、D2は供給ノズル19 (20)の端面21 (
22)の直径、Tは供給ノズル19 (20)の出口部
分のテーパー角度である。
End faces 21 and 22 of supply nozzles 19 and 20, respectively (
A space δ is constructed between the end population 5.6 (Fig. 6) and the end population 5.6. The amount of space δ is selected based on the following formula: where D is the diameter of the axial passage 3 (4) of the shaft 2 and D2 is the end face 21 (
22), T is the taper angle of the outlet section of the supply nozzle 19 (20).

反動ジェットタービンは、以下のような要領で機能する
A reaction jet turbine works as follows.

ロータ1(第1図)を時計回り(ロータ1の末端端部側
即ち図面の左側で見た場合)に回転させるため、流体(
ガス生成器により生成されたガス、空気又は圧縮ガス)
が圧力下でガス動的供給装置の供給管17へと供給され
、ここで音速又は超音速供給ノズル19の中でそれぞれ
音速又は超音速にまで加速される(これは、供給ノズル
における超臨界圧力差で行なうことができる)。その周
囲に剛性の(不浸透性の)境界を伴って軸方向空間δ内
の供給ノズル19(第6図)の端面21の下流で定常超
音速ジェットが形成される。この超音速ジエ・ントは軸
方向空間δを通って移動し、端部入口5を通してシャフ
ト2の軸方向通路3内に入る。ジェットが軸方向通路3
の全断面にわたり入った場合(すなわちジェットの境界
が軸方向通路の内部表面又は端部入口5の断面の周囲を
接触している場合)超音速流による軸方向通路3のガス
動的シーリングが起こる。このシーリングは、弱い摂動
(衝撃波)が音速で伝播し超音速流に対抗して通過でき
ないという事実に基づいている。従って、圧力差の存在
のおかげで軸方向通路3がら空間δへの流体の漏れはほ
とんど妨げられる。軸方向通路3への流体の流入におけ
る超音速を確保し、空間δ景のできるかぎり大幅な増大
を可能にするため、超音速ジェットの形状は、不足膨張
での供給ノズルからの脱出条件に相応すべきである(第
6図ではジェットの境界は2本の曲線の形で示されてい
る)すなわち供給ノズル19の端面21における圧力は
周囲の圧力よりも大きくなくてはならないか或いは又設
計脱出条件に近い脱出条件に相応すべきである(第6図
ではジェットの境界は点直線の形で示されている)すな
わち、供給ノズル19の端面21での圧力は周囲の圧力
に等しいか又はほぼ等しくなくてはならない。供給ノズ
ル19からのジェットの脱出にとって必要な条件は、供
給ノズル19の上流の流体の一定の与えられたパラメー
タに対する供給ノズル19の超音速部分の発散度(開度
)の特定値(供給ノズル19の端面21の面積対最小断
面積の比)により確保される。その一部分ではなくその
全断面にわたっての端部入口5へのジェットの流入の条
件、ひいてはジェットの周辺部分からの漏れの除外は、
空間量の究極的許容増加δ11Xにより決定される。す
なわち空間量δは次の不等式を満たさなくてはならない
: なおこれは、超音速ジェットについての幾何形状を考慮
して導かれたものである。端部入口5を通しての超音速
ジェットの流入の後、軸方向通路3(第6図)内への超
音速ジェットの流入に必要な条件と適合する供給ノズル
19とスラストノズル12(第5図)の最小(臨界)断
面積比に応して、■=63で軸方向通路3の端部入口5
(第6図)のゾーン内に直接か或いは又丁〈δ3で軸方
向通路3内の端部入口5から一定の距離をおいた所で、
シャフト2の軸方向通路3内に衝撃波が表われる:′S
IJ なお式中33は供給ノズル19の最小(臨界)断面積で
あり、Sはスラストノズル12(第5図)の最小(臨界
)断面積、D3は供給ノズル19 (第6図)の最小(
臨界)断面の直径、Dはスラストノズル12(第5図)
の最小(臨界)断面の直径、σは全圧回復係数である。
In order to rotate the rotor 1 (Figure 1) clockwise (when viewed from the distal end of the rotor 1, i.e. on the left side of the figure), the fluid (
gas produced by a gas generator, air or compressed gas)
is fed under pressure to the feed line 17 of the gas dynamic feed device, where it is accelerated to sonic or supersonic speeds in the sonic or supersonic feed nozzle 19, respectively (this is due to the supercritical pressure in the feed nozzle). ). A steady supersonic jet is formed downstream of the end face 21 of the feed nozzle 19 (FIG. 6) in the axial space δ with a rigid (impermeable) boundary around it. This supersonic engine travels through the axial space δ and enters the axial passage 3 of the shaft 2 through the end inlet 5. The jet is in the axial passage 3
Gas dynamic sealing of the axial passage 3 by supersonic flow occurs if the jet boundary contacts the internal surface of the axial passage or around the cross-section of the end inlet 5. . This sealing is based on the fact that weak perturbations (shock waves) propagate at the speed of sound and cannot pass against supersonic flow. Owing to the presence of the pressure difference, leakage of fluid from the axial passage 3 into the space δ is therefore largely prevented. In order to ensure a supersonic velocity in the inflow of the fluid into the axial passage 3 and to enable the greatest possible increase in the spatial δ-view, the shape of the supersonic jet is adapted to the conditions of escape from the supply nozzle with underexpansion. (in FIG. 6 the boundaries of the jet are shown in the form of two curves), i.e. the pressure at the end face 21 of the supply nozzle 19 must be greater than the surrounding pressure, or else there is a design deviation. (in FIG. 6 the boundary of the jet is shown in the form of a dotted line), i.e. the pressure at the end face 21 of the supply nozzle 19 is equal to or approximately equal to the ambient pressure. Must be equal. The necessary conditions for the escape of the jet from the supply nozzle 19 are: (the ratio of the area of the end face 21 to the minimum cross-sectional area). The conditions for the inflow of the jet into the end inlet 5 over its entire cross-section rather than over a part of it, and thus the exclusion of leakage from the peripheral parts of the jet,
It is determined by the ultimate allowable increase in space volume δ11X. That is, the space quantity δ must satisfy the following inequality: Note that this was derived by taking into account the geometry of the supersonic jet. After the inflow of the supersonic jet through the end inlet 5, a feed nozzle 19 and a thrust nozzle 12 (FIG. 5) compatible with the conditions necessary for the inflow of the supersonic jet into the axial passage 3 (FIG. 6). According to the minimum (critical) cross-sectional area ratio of
(Fig. 6) directly or at a certain distance from the end inlet 5 in the axial passage 3 at a distance of <δ3;
A shock wave appears in the axial passage 3 of the shaft 2:'S
IJ In the formula, 33 is the minimum (critical) cross-sectional area of the supply nozzle 19, S is the minimum (critical) cross-sectional area of the thrust nozzle 12 (Fig. 5), and D3 is the minimum (critical) cross-section of the supply nozzle 19 (Fig. 6).
critical) cross-sectional diameter, D is the thrust nozzle 12 (Fig. 5)
The diameter of the smallest (critical) cross section of , σ is the total pressure recovery coefficient.

流体流の亜音速から超音速への速度遷移は衝撃波内で起
こる。第6回において、衝撃波は垂直波形ラインの形で
示されており、ここにおいて流れ条件は速度係数スで特
徴づけられる。この速度係数λは、一定の与えられた点
における流れの速度と、臨界断面における音速の比率で
ある。
The subsonic to supersonic velocity transition of the fluid stream occurs within the shock wave. In the sixth installment, shock waves are shown in the form of vertical wave lines, where the flow conditions are characterized by velocity coefficients. This velocity coefficient λ is the ratio of the velocity of the flow at a given point to the velocity of sound at the critical cross section.

反動ジェットタービンの作業効率は、供給ノズル19(
第6図)の断面が一定面積で最小のものである状態での
スラストノズル12(第5図)最小断面の面積Sに対す
る比スラス)P(第7図)の値によって特徴づけられる
。第7図に示されているダイヤグラムにおいて、(・)
1は−S=σ3の条件及び直接端部人口5の断面内にお
ける衝撃波の位置に相当する(λ、〉1;λ+z<1)
。ダイヤグラム(第7図)においては、(・)2はスラ
ストノズル12(第5図)の面積の閉塞(減少)に相当
し、S=にσ3の関係を表わしている。なお式中には経
験的係数(k=1−2)である。この(・)2は、衝撃
波(第6図)が流れの方向において上流の端部入口5か
ら短かい距離のところすなわち直接空間δ内にある比ス
ラストの最大値に相当する(丁=丁乱、)(λz+>1
;λ2□〈1及びλ21〈λ1.)。衝撃波のこの位置
では、衝撃波と端部入口5の間の空間内への流体の成る
程度の漏れが起こるが、衝撃波の強度の減少のため比ス
ラスト下はその最大値に達する。すなわちP−P□、で
ある(λ2I〈λ11)。スラストノズル(12)(第
5回)がさらに閉塞されると、衝撃波の間隔はより大き
くなり、流体の漏れが強力に増大すると共に比スラスト
はそれぞれ減少する結果になる(第7図のゾーンA)。
The working efficiency of the reaction jet turbine is determined by the supply nozzle 19 (
The thrust nozzle 12 (FIG. 5) is characterized by the value of the ratio of the thrust nozzle 12 (FIG. 5) whose cross section (FIG. 6) is the minimum one with a constant area (the ratio thrust) to the area S (FIG. 7) (FIG. 7). In the diagram shown in Figure 7, (・)
1 corresponds to the condition of −S=σ3 and the position of the shock wave within the cross section of the direct end population 5 (λ, 〉1; λ+z<1)
. In the diagram (FIG. 7), (.)2 corresponds to the blockage (reduction) of the area of the thrust nozzle 12 (FIG. 5), and represents the relationship of σ3 to S=. Note that the formula includes an empirical coefficient (k=1-2). This (·)2 corresponds to the maximum value of the specific thrust at which the shock wave (Fig. 6) lies at a short distance from the upstream end inlet 5 in the direction of flow, i.e. directly within the space δ (D = D). , )(λz+>1
;λ2□<1 and λ21<λ1. ). At this position of the shock wave, a certain amount of leakage of fluid into the space between the shock wave and the end inlet 5 occurs, but due to the decrease in the strength of the shock wave it reaches its maximum value under the specific thrust. That is, P−P□ (λ2I<λ11). When the thrust nozzle (12) (5th time) is further blocked, the spacing of the shock waves becomes larger, resulting in a strong increase in fluid leakage and a decrease in the specific thrust, respectively (zone A in Fig. 7). ).

スラストノズル12(第5図)の面積が(・)3により
示されているような理論点(・)1(第7図)における
ものよりもはるかに大きい値まで「開口」 (増大)す
ると、軸方向通路(3)(第6図)の内側の1つの位置
まで流れの方向に衝撃波が移動することになる(λ31
〉λ、1でλ3.〉■、λzz<1)。その結果、衝撃
波の強さが減少するにもかかわらず、衝撃波の上流の軸
方向通路3(第6図)を通しての超音速流の動きの間の
エネルギー損失のおかげで比スラスl’の減少が起こる
(ゾーンB)(λ3I〈λI+)。従って、(・)2(
第7図)の面積値に相当する供給ノズル19とスラスト
ノズル12(第5図)の最小断面の面積比は、最適のも
のに近く、軸方向通路3(第6図)への入口のゾーン内
の衝撃波の位置を表わしている。
When the area of the thrust nozzle 12 (Fig. 5) is "opened" (increased) to a value much larger than that at the theoretical point (·) 1 (Fig. 7), as indicated by (·) 3, The shock wave will move in the flow direction to a position inside the axial passage (3) (Fig. 6) (λ31
>λ, 1 and λ3. 〉■, λzz<1). As a result, even though the strength of the shock wave is reduced, the specific thrust l' is reduced due to the energy loss during the movement of the supersonic flow through the axial passage 3 (Fig. 6) upstream of the shock wave. occurs (zone B) (λ3I<λI+). Therefore, (・)2(
The area ratio of the minimum cross section of the supply nozzle 19 and the thrust nozzle 12 (FIG. 5), which corresponds to the area value of FIG. represents the position of the shock wave within.

流体流は、軸方向通路3、ジェットバイブ10の内部1
4(第1図)を通ってスラストノズル12まで、衝撃波
の下流を移動する。流体流は再びスラストノズル12内
で加速され、環境内に追い出される。
The fluid flow flows through the axial passage 3 and the interior 1 of the jet vibrator 10.
4 (FIG. 1) to the thrust nozzle 12. The fluid stream is again accelerated within the thrust nozzle 12 and expelled into the environment.

すなわち流体の位置エネルギーは、スラストノズル12
における反動スラストの発達と共に、ジェットの運動エ
ネルギーへと変換される。
In other words, the potential energy of the fluid is
With the development of the reactionary thrust at , it is converted into kinetic energy of the jet.

スラストノズル12におけるスラスト−P−は、ジェッ
トバイブ10のアームのおかげで時計回りに方向づけら
れたシャフト上のトルクを発達させる。このトルクは、
ドライブギヤ(8)を介してアクチュエータに伝達され
る。ロータは軸受内で回転し、機械的仕事が行なわれる
The thrust -P- in the thrust nozzle 12 develops a torque on the shaft that is oriented clockwise thanks to the arm of the jet vibe 10. This torque is
It is transmitted to the actuator via the drive gear (8). The rotor rotates in bearings and mechanical work is performed.

トルクを反対方向(反時計まわり)でアクチュエータま
で伝達するためには(つまり逆転のため)、反対側の供
給装置すなわち供給管18へ流体が供給される。なおこ
のとき、供給管17への流体供給は中断されている。流
体流は同様に上述のサイクルに合わせて移動し、流体は
供給ノズル20の後シャフト2の軸方向通路4の端部入
口6内に入り、次にジェットバイブ11の内部を通って
スラストノズル13まで移行しここで加速されて、外へ
追い出され反動スラストを発達させる。ノズル13にお
ける反動スラストは、反時計まわりに方向づけされたシ
ャフト2にてジェットバイブ11のアームを用いてトル
クを発達させる。このトルクはドライブギヤ8によりア
クチュエータまで伝達される。
To transmit torque in the opposite direction (counterclockwise) to the actuator (ie for reversal), fluid is supplied to the opposite supply device or supply pipe 18. Note that at this time, the fluid supply to the supply pipe 17 is interrupted. The fluid flow similarly moves in accordance with the cycle described above, with the fluid entering the end inlet 6 of the axial passage 4 of the shaft 2 after the supply nozzle 20 and then passing through the interior of the jet vibrator 11 to the thrust nozzle 13. It moves up to the point where it is accelerated, and is pushed out to develop a recoil thrust. The recoil thrust at the nozzle 13 develops a torque with the arm of the jet vibrator 11 at the shaft 2 oriented counterclockwise. This torque is transmitted to the actuator by the drive gear 8.

精確な制御が必要とされる反動ジェットタービン(例え
ばサーボ制御システム)の場合、流体は、制御された値
の誤差とそのプリセット値に従って供給管の上流で差圧
の下で両方の供給管17 、18に対し同時に供給され
てもよい。
In the case of reaction jet turbines where precise control is required (e.g. servo control systems), the fluid is distributed under differential pressure in both supply pipes 17 upstream of the supply pipes according to the controlled value error and its preset value. 18 may be supplied simultaneously.

本発明に従った反動ジェットタービンは、8 MPaの
公称圧力に対して300から1400mmの呼び内径を
もつ1連のボール弁のアクチュエータといったような組
合せガス制御装置の継手駆動機構のガスエンジン内にお
いて広く用いることができる。第8図は、本発明に基づ
く反動ジェットタービンを収納するケーシング23をも
つエンジンを示している。
The reaction jet turbine according to the invention is widely used in gas engines in joint drive mechanisms of combination gas control devices, such as the actuators of a series of ball valves with a nominal internal diameter of 300 to 1400 mm for a nominal pressure of 8 MPa. Can be used. FIG. 8 shows an engine with a casing 23 housing a reaction jet turbine according to the invention.

タービンの供給装置17はケーシング23のエンドプレ
ート24上にとりつけられており、供給装置18はエン
ドプレート25の上にとりつけられている。タービンシ
ャフト2の軸受7の1つばケーシング23の内部を2つ
のコンパートメントつまりコンパートメント27とコン
パートメント28に分ける隔壁26の上にとりつけられ
ている。コンパートメント27はそれぞれスラストノズ
ル12 、13をもつジェットバイブto 、 iiを
収納している。コンパートメント28は出力軸30と副
軸31 、32をもつ減速装置29を収納している。シ
ール軸受の形をした減速装置29のシャツ)30,31
、及び32の軸受は、隔壁26上及び減速装置29のエ
ンドプレートであるエンドプレート25の上にとりつけ
られている。同じエンドプレート25は第2の供給装置
18とシャフト2の第2の軸受7を支持している。隔壁
26は、排出流体が減速装置29内に入り込めないよう
空間27 、28をシール状態で分離している。
The supply device 17 of the turbine is mounted on the end plate 24 of the casing 23, and the supply device 18 is mounted on the end plate 25. The bearing 7 of the turbine shaft 2 is mounted on a partition 26 which divides the interior of the flange casing 23 into two compartments, compartment 27 and compartment 28 . Compartments 27 house jet vibrators to, ii with thrust nozzles 12, 13, respectively. Compartment 28 houses a reduction gear 29 having an output shaft 30 and countershafts 31,32. Shirt of the speed reducer 29 in the form of sealed bearings) 30, 31
, and 32 are mounted on the partition wall 26 and on the end plate 25 which is the end plate of the speed reduction device 29. The same end plate 25 supports the second feed device 18 and the second bearing 7 of the shaft 2. The partition wall 26 sealingly separates the spaces 27 and 28 so that discharged fluid cannot enter into the deceleration device 29.

減速装置29のドライブギヤ(駆動歯車)は反動ジェッ
トタービンのシャフトのドライブギヤ8である。ギヤ8
はシャフト20軸受70間に位置づけされ、コンパート
メント28の中にある。排出チャンバ33がケーシング
23の上にとりつけられており、このチャンバの内部3
4は隔壁26のポート35を通してコンパートメント2
7と連絡している。
The drive gear of the reduction gear 29 is the drive gear 8 of the shaft of the reaction jet turbine. gear 8
is located between shaft 20 bearing 70 and within compartment 28 . A discharge chamber 33 is mounted on top of the casing 23 and the interior 3 of this chamber
4 into compartment 2 through port 35 in bulkhead 26.
I am in contact with 7.

このエンジンは、必要とあらば(手動操作用)減速装置
29の出力軸30にハンドル車を連結し圧力が反動ジェ
ットタービンに供給されたとき自動的にこれらを離脱す
るようなハンドル車37をもつインターロック装置の形
をした手動の機械式アクチュエータを有している。
This engine has a steering wheel 37 which, if required, connects the steering wheel to the output shaft 30 of the reduction gear 29 (for manual operation) and automatically disconnects them when pressure is supplied to the reaction jet turbine. It has a manual mechanical actuator in the form of an interlock device.

このエンジンは以下の要領で機能する。This engine works as follows.

供給装置17 、18の1つを通してタービンにガスが
供給されると、タービンシャフト2はそれぞれの方向に
回転する。シャフト2からのトルクはドライブギヤ8及
び減速装置29を通して減速装置の出力軸30へと伝達
され、その後継手のアクチュエータに伝達されるか又は
「スクリュー・ナツト型」駆動機構(図示せず)でクラ
ンク機構を介して伝達される。流体圧力が全くない場合
、継手のアクチュエータは、インターロック装置36に
より減速装置29の出力軸に確実に連結されているハン
ドル車37を用いて手で操作することができる。流体が
不注意から反動ジェットタービンに供給された場合の安
全性を確保するため、装置36は圧力供給時点で出力軸
30からハンドル車37を自動的に離脱させる。反動ジ
ェットタービンの作動中、スラストノズル12 、13
から追い出された排出流体は、隔壁26のポート35を
通して排出チャンバ33の内側空間34内にとり込まれ
、次に外部に放出されるか又は収集用マニホルド(図示
せず)中にとり除かれる。
When gas is supplied to the turbine through one of the supply devices 17, 18, the turbine shaft 2 rotates in the respective direction. Torque from the shaft 2 is transmitted through the drive gear 8 and the reduction gear 29 to the output shaft 30 of the reduction gear and then to a successor actuator or cranked by a "screw-and-nut" drive mechanism (not shown). transmitted through a mechanism. In the absence of any fluid pressure, the actuator of the coupling can be operated manually by means of a hand wheel 37 which is securely connected to the output shaft of the reduction gear 29 by an interlock device 36. To ensure safety in case fluid is inadvertently supplied to the reaction jet turbine, the device 36 automatically disengages the handle wheel 37 from the output shaft 30 at the point of pressure application. During operation of the reaction jet turbine, the thrust nozzles 12, 13
The evacuation fluid expelled from the diaphragm 26 is drawn into the interior space 34 of the evacuation chamber 33 through the port 35 of the septum 26 and then discharged to the outside or removed into a collection manifold (not shown).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明に基づく反動ジェットタービンは、さまざまな技
術分野において有効にかつ広く用いることができるもの
である。それはその他のタイプのタービンに比べて潜在
的に高い出力パラメータを有し、これは、等エントロピ
ープロセスに近い熱力学プロセスで、流体エネルギーを
反動ジェットの運動エネルギーそして次に機械的仕事へ
と単一段で直接変換するためである。利用可能な流体の
圧力の増加に伴い、本発明に従ったタービンの効率は増
大し、流体の初期温度は−60°C或いはさらに低いサ
ブゼロ温度から1000〜1500°C以上に至る高温
にまで変化しうる。タービンの構造上の単純さは、あら
ゆる流体圧力について単段であるその設計のおかげであ
り、成形の必要性がないフローダクトの単純性も又、そ
の結果としてロータの低い慣性モーメントすなわちター
ビンの高い動特性、その軽量さ及び全体としての小さな
サイズ及び汚染された多湿かつ低温の流体での作動の場
合の高い信顛性をもたらす。なおこの信顧性はオリジナ
ルの非接触ガス動的供給装置の使用のせいでもある。こ
れらの利点が、数ワットからメガワットに至るまでの出
力のさまざまなシステム及びユニットのアクチュエータ
の出力部材として、例えばサーボシステムを含む制御シ
ステム内、汚染した多湿な低温ガスで作動するガス制御
装置用継手のアクチュエータ内、ターボポンプ及びター
ボコンプレッサプラントの駆動機構内、航空機のガスタ
ービンエンジン内などでの本発明に基づく反動シェツト
タービンの効果的な使用をもたらしてくれる。
The reaction jet turbine based on the present invention can be effectively and widely used in various technical fields. It has potentially high power parameters compared to other types of turbines, and it is a thermodynamic process that is close to isentropic, converting fluid energy into kinetic energy in a recoil jet and then into mechanical work in a single stage. This is because it is directly converted by . The efficiency of the turbine according to the invention increases as the pressure of the available fluid increases, with the initial temperature of the fluid varying from -60°C or even lower sub-zero temperatures to high temperatures ranging from 1000 to 1500°C and above. I can do it. The structural simplicity of the turbine is due to its design, which is single stage for all fluid pressures, and the simplicity of the flow duct without the need for shaping also results in a low moment of inertia of the rotor, i.e. a high dynamic properties, its light weight and overall small size, and its high reliability when operating in contaminated, humid and cold fluids. This reliability is also due to the use of the original non-contact gas dynamic feed system. These advantages make it suitable for use as output components in actuators of various systems and units with outputs ranging from a few watts to megawatts, in control systems including, for example, servo systems, and in couplings for gas control equipment operating with contaminated, humid, and cold gases. This provides for effective use of the reaction shet turbine in accordance with the present invention in actuators of aircraft, in drive mechanisms of turbopump and turbocompressor plants, in gas turbine engines of aircraft, and the like.

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

第1図は、本発明に基づく反動ジェットタービンの縦断
面図、第2図は、第1図に示されている反動ジェットタ
ービンの軸方向図、第3図は、第2図のライン■−■に
沿って切りとられた断面図、第4図は、第2図のライン
IV−IVに沿って切りとられた断面図、第5図は、ス
ラストノズルの一実施態様の拡大縦断面図、第6図は、
流体流の略図を示す矢印■に沿って切りとった拡大図、
第7図は、供給ノズルの最小(臨界)断面積が一定であ
る場合のスラストノズルの最小(臨界)断面積に対する
比スラストの関係を示す図、第8図は、本発明に従った
反動ジェットタービンを用いたガス制御装置の継手の組
合せ駆動機構のエンジンの縦断面図を示す。 1・・・ロータ、      2・・・シャフト、3.
4・・・軸方向通路、 5,6・・・端部人口、7・・
・軸受、       8・・・ドライブギヤ、9・・
・ブシュ、 10 、11・・・ジェットパイプ、 12 、13・・・スラストノズル、 14 、15・・・内部空間、  16・・・フェアリ
ング、17 、18・・・供給管、   19 、20
・・・供給ノズル、21 、22・・・供給ノズル端面
。 /’15 J Fだ4 FEガ f/li 7
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a reaction jet turbine according to the present invention, FIG. 2 is an axial view of the reaction jet turbine shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2, and FIG. 5 is an enlarged longitudinal sectional view of one embodiment of the thrust nozzle. , Figure 6 is
An enlarged view cut along the arrow ■ showing a schematic diagram of the fluid flow,
FIG. 7 shows the relationship of the specific thrust to the minimum (critical) cross-sectional area of the thrust nozzle when the minimum (critical) cross-sectional area of the supply nozzle is constant; FIG. 8 shows the reaction jet according to the invention; 1 is a longitudinal sectional view of an engine of a joint combination drive mechanism of a gas control device using a turbine. 1...Rotor, 2...Shaft, 3.
4... Axial passage, 5, 6... End population, 7...
・Bearing, 8... Drive gear, 9...
・Bush, 10, 11... Jet pipe, 12, 13... Thrust nozzle, 14, 15... Internal space, 16... Fairing, 17, 18... Supply pipe, 19, 20
... Supply nozzle, 21, 22... Supply nozzle end face. /'15 J Fda4 FEgaf/li 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、少なくとも1つの軸方向通路(3)をもつシャフト
(2)の形をしたロータ、シャフト上にとりつけられそ
の末端端部には連続したガスダクトを形成するよう軸方
向通路(3)の端部入口(5)と連絡しているスラスト
ノズル(12)を有している少なくとも1つのジェット
パイプ(10)、そしてシャフト(2)と同軸的かつそ
の端部に対して間隔(δ)どりされた状態で位置づけさ
れた供給管(17)の形をした少なくとも1つのガス動
的供給装置を含む反動ジェットタービンにおいて、供給
管(17)の出口部分は、スラストノズル(12)の最
小断面積(S)よりも小さい最小断面積(S_3)をも
つ供給ノズルの形をしており、これらの面積の間の比率
はシャフト(2)の軸方向通路(3)の入口ゾーン内の
衝撃波を確実にしていることを特徴とする反動ジェット
タービン。 2、供給ノズル(19)は超音速ノズルであることを特
徴とする、請求項第1項に記載の反動ジェットタービン
。 3、供給ノズル(19)の端面(21)とシャフト(2
)の端部の間の空間量(δ)は δ≦(D_1−D_2)/(2tgr/2)いう公式か
ら選択されていることなお式中 ただし、 δ:供給ノズルの端面とシャフトの端部の間の空間量、 D_1:シャフトの軸方向通路の直径、 D_2:供給ノズルの端面の直径、 r:供給ノズルの出口部分のテーパー角度、という公式
から選択されていることを特徴とする請求項第1項に記
載の反動ジェットタービン。
Claims: 1. A rotor in the form of a shaft (2) having at least one axial passage (3), an axial passage mounted on the shaft and at its distal end forming a continuous gas duct. at least one jet pipe (10) having a thrust nozzle (12) in communication with the end inlet (5) of (3) and coaxial with the shaft (2) and spaced apart from its end; (δ) In a reaction jet turbine comprising at least one gas dynamic supply device in the form of a supply pipe (17) positioned in a reversed state, the outlet part of the supply pipe (17) is connected to the thrust nozzle (12). in the form of a feed nozzle with a minimum cross-sectional area (S_3) smaller than the minimum cross-sectional area (S) of A reaction jet turbine characterized by ensuring a shock wave of. 2. Reaction jet turbine according to claim 1, characterized in that the feed nozzle (19) is a supersonic nozzle. 3. The end face (21) of the supply nozzle (19) and the shaft (2
The amount of space (δ) between the ends of D_1: diameter of the axial passage of the shaft; D_2: diameter of the end face of the supply nozzle; r: taper angle of the outlet portion of the supply nozzle. A reaction jet turbine according to clause 1.
JP3641290A 1990-02-19 1990-02-19 Reactive jet turbine Pending JPH03249301A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3641290A JPH03249301A (en) 1990-02-19 1990-02-19 Reactive jet turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3641290A JPH03249301A (en) 1990-02-19 1990-02-19 Reactive jet turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03249301A true JPH03249301A (en) 1991-11-07

Family

ID=12469113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3641290A Pending JPH03249301A (en) 1990-02-19 1990-02-19 Reactive jet turbine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03249301A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002055844A1 (en) * 2001-01-13 2002-07-18 Takashi Iizuka Rotary nozzle turbine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002055844A1 (en) * 2001-01-13 2002-07-18 Takashi Iizuka Rotary nozzle turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3318743B1 (en) Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine
JP5121440B2 (en) Convertible gas turbine engine
US2853227A (en) Supersonic compressor
EP3318742B1 (en) Intercooled cooling air heat exchanger arrangement
US20200109669A1 (en) System and method of transferring power in a gas turbine engine
AU2014343563B2 (en) Axial fluid machine and method for power extraction
EP3106645B1 (en) Gas turbine engine driven by sco2 cycle with advanced heat rejection
US20180356099A1 (en) Bulk swirl rotating detonation propulsion system
US9957975B2 (en) Angular velocity stepping and methods of use in turbomachinery
US10851665B2 (en) Angular velocity stepping and methods of use in turbomachinery
US5077968A (en) Vaneless contrarotating turbine
RU2614946C2 (en) Jet-reactive turbine
JPH03249301A (en) Reactive jet turbine
US3357191A (en) Propulsion means
Kabeel et al. The infrared suppression and cooling by utilizing ejectors
EP3483418B1 (en) Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine
GB2240817A (en) Reaction-jet turbine
US12116930B2 (en) Scoop for an aircraft turbine engine
Iancu et al. Feasibility study of integrating four-port wave rotors into ultra-micro gas turbines (UmGT)
RU2280168C1 (en) Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner&#39;s wheel for implementing the method
CN108150307A (en) A kind of pulse-knocking engine air intake duct combined pneumatic valve
US11603794B2 (en) Method and apparatus for increasing useful energy/thrust of a gas turbine engine by one or more rotating fluid moving (agitator) pieces due to formation of a defined steam region
RU2828945C1 (en) Cascade turbojet electric generator
Jagannath et al. Real-Gas Thermodynamic Analysis of the Wave-Rotor Combustion Turbine
CA2010337A1 (en) Reaction-jet turbine