JPH11257272A

JPH11257272A - 多段遠心ターボ機械

Info

Publication number: JPH11257272A
Application number: JP10363203A
Authority: JP
Inventors: Duc Jean Michel Nguyen; ギュエンデュックジャン−ミッシェル; Philippe Geai; ジェイフィリップ; Jean Marie Duchemin; デュシュマンジャン−マリー
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 1999-09-21
Anticipated expiration: 2018-12-21
Also published as: JP4510167B2; FR2772843A1; RU2216648C2; US6220816B1; ITTO981055A1; FR2772843B1; CN1221078A; IT1303605B1; CN1122760C; DE19858700A1; JP2010031879A; ITTO981055A0

Abstract

(57)【要約】【課題】全流路に沿って流体を良好に制御できる中間
流体輸送装置を提供すること。【解決手段】多段遠心ターボ機械の連続する２つのス
テージの間で流体を輸送するための装置において、ター
ボ機械の１つのステージの遠心インペラからの高速流体
を捕捉して、整流、減速し、ターボ機械の隣接するステ
ージの他の遠心インペラの入口へ流体を輸送する複数の
連続戻り通路を具備し、連続戻り通路の各々が、連続す
る個々の管部材から変化する複数の断面にて形成され、
複数の断面は所定のパラメータにより定義され、かつ、
中心線に対して垂直なっており、中心線が直線状の第１
の部分と、半径Ｒoc2 の円弧状の第２の部分と、直線状
の第３の部分とを含み、ターボ機械の中心軸線回りに複
数の同一の連続戻り通路が配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多段遠心ターボ機
械の連続する２つのステージ間で流体を輸送するための
装置に関し、前記装置は、ターボ機械の１つのステージ
の遠心インペラから流出する高速流体を捕捉して前記流
体を整流、減速およびターボ機械において隣接するステ
ージの遠心インペラに輸送する複数の連続戻り通路を備
えたステータ集成体を備えた多段遠心ターボ機械の流体
輸送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に公知となっている多段ターボポン
プを示す。このターボポンプは低温ロケットエンジンに
装着され、ロケットエンジンに液体水素を供給するため
に用いられる。図３のターボポンプは、ケース３０１、
３０２の内部に２段遠心ポンプが配設されている。各ス
テージにはインペラ３０５、３５５が設けられている。
インペラ３０５、３５５は、ブレード３０６、３５６を
有し、共通の回転軸３２２に取り付けられている。誘導
部３３１がポンプの入口において作動流体供給ダクトに
配設されており、この誘導部により良好な吸引特性が得
られ、約３５０００ｒｐｍの高速回転が可能となる。

【０００３】回転軸３２２は、２段ポンプとタービンに
より形成される集成体の前部と後部に設けられたボール
ベアリング３２３、３２４により支持されている。参照
番号３１０、３０４は、ポンプの第１ステージの出口と
ポンプの第２ステージの入口の間のリンクダクトと、ポ
ンプの第２ステージの出口から作動流体を輸送するため
のダクトを示しており、ディフューザ３０７がトロイダ
ル輸送ダクト３０４に配設されている。

【０００４】リンクダクト３１０は中間ステータの本体
を貫通して形成されており、３つの部材、つまり、厚い
ブレードを有する半径ディフューザ３０８と、ブレード
を備えていない戻りベンド３０９と、戻りブレードを有
する求心整流器３１１から成る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この構成は、半径ディ
フューザ３０８が大きい場合には良好な流体特性を与え
るが、半径方向に大型化してしまう。半径ディフューザ
３０８からの出口における断面の急激な変化と、求心整
流器３１１への入口における流入による損失は制御が困
難である。満足いく効率を得るために、ディフューザ３
０８はターボ機械の半径方向に長くしなければならな
い。ブレードが設けられていないベンド３０９は正接方
向の速度を低減することも、機械的強度を高めることも
ない。整流器３１１は流入に対して適切に取り付けられ
なければならない。その結果、図３の構成ではリンクダ
クトを形成することが複雑となり、小型化することが難
しい。

【０００６】第１の遠心インペラからの流体を高速で捕
捉し整流する中間ステータは、流速を低減し、第２のイ
ンペラに供給するので、多段ターボ機械（遠心ポンプま
たは遠心コンプレッサ）の１つの主要な構成要素となっ
ており、ターボ機械の半径方向および軸方向の大きさを
決定する。

【０００７】本発明は、既述した欠点を克服することを
技術課題としており、全流路に沿って流体を良好に制御
できる中間流体輸送装置を提供することを目的としてい
る。本発明によれば、この装置は、特に半径方向に小さ
く、製造が単純であり、また、機械的なストレスも小さ
くなっている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、多段遠心ター
ボ機械の連続する２つのステージの間で流体を輸送する
ための装置において、前記ターボ機械の１つのステージ
の遠心インペラからの高速流体を捕捉して、整流、減速
し、ターボ機械の隣接するステージの他の遠心インペラ
の入口へ前記流体を輸送する複数の連続戻り通路を含む
ステータ組立体を具備し、前記連続戻り通路の各々が、
連続する個々の管部材から形成され、第１の連続戻り通
路は、変化する複数の断面から形成され、前記複数の断
面は所定のパラメータにより定義され、かつ、中心線に
対して垂直なっており、前記中心線が所定の平面内に配
置されており、前記平面が前記ターボ機械の中心軸線を
含み、前記中心線は、直線状の第１の部分と、半径Ｒoc
2 の円弧状の第２の部分と、直線状の第３の部分とを含
み、ターボ機械の中心軸線回りに複数の同一の連続戻り
通路が配設されていることを特徴とする装置を要旨とす
る。

【０００９】好ましくは、前記第１の連続戻り通路の中
心線が、更に、中心線をターボ機械の中心軸線に平行な
方向に向けるために、第２の部分に対して反対方向に向
いた大きな半径Ｒoc1 を有する。

【００１０】本発明の連続戻り通路により、該通路全体
に沿って流体を制御可能となる。所定の平面にある中心
線を特定することにより、連続戻り通路の設計、製造が
容易になり、解析的に最小の大きさ、最適な作用を与え
る連続戻り通路の形状を記述することが可能となる。特
に、通路の方向が急激に変化することをなくし、デフレ
クタベンドの両側に配設された直線部分において生じる
流れの拡散を確実にすることにより最適な作用を与える
ようにした。

【００１１】縒り詳細には、前記第１の連続戻り通路の
中心線が、第１の点Ｐ１と、第２の点Ｐ２と、第３の点
Ｐ３により予め定められた平面内にあり、第１と第２の
点Ｐ１、Ｐ２が前記ターボ機械の中心軸線に垂直な平面
内にあり、第２と第３の点Ｐ２、Ｐ３がターボ機械の中
心軸線を含む平面内にあり、第１の点Ｐ１の配置が、第
１の通路の入口と、該入口に対設された遠心インペラの
出口の間の所定の距離に対応して決定され、第１と第２
の点Ｐ１、Ｐ２により定義されるベクトルＰ１Ｐ２の方
向、および、第２と第３の点Ｐ２、Ｐ３により定義され
るベクトルＰ２Ｐ３の方向が、第１の連続戻り通路の中
心線の直線状の第１と第３の部分の方向と各々一致して
いる。

【００１２】本発明の流体輸送装置では、連続戻り通路
の軸方向端部にはブレードが配設されていない。これに
より、第２のインペラへの入口において流れを変形また
は歪ませる周縁二次流れの発生が防止される。

【００１３】本発明の１つの特徴によれば、前記第１の
連続戻り通路の中心軸線に垂直な断面が、その面積、形
状因子Ａ、Ｂ、ｍ、および、角断面の局所軸と前記平面
に垂直なベクトルｂとの間の角度αにより定義される。

【００１４】一例として、前記第１の連続戻り通路の中
心軸線に垂直な断面が以下の式にて定義される。Ｘ^m／Ａ^m＋Ｙ^m／Ｂ^m＝１ここで、Ａ、Ｂ、ｍは形状因子を示すパラメータであ
る。

【００１５】本発明の特定の実施形態では、所定の平面
内にある前記第１の連続戻り通路の中心軸線が以下の式
にて定義される。Ｒ0 ：連続戻り通路の入口における流体輸送装置の平均
半径 β0 ：入口における連続戻り通路の中心線と、平均半径
Ｒ0 により定義される円に対する正接の間の角度ｂ0 ：入口における通路の幅Ｒ2 ｈ：連続戻り通路の出口に対設された第２のインペ
ラの入口におけるハブの半径Ｒ2 ｔ：第２のインペラの入口におけるケースの半径ｌc ：連続戻り通路の軸方向長さＲco1 ：中心線の湾曲した第４の部分の半径Ｒco2 ：中心線の湾曲した第２の部分の半径 φm ：ターボ機械の子午線面内での連続戻り通路の中心
線の傾斜角ｌax：中心線の湾曲した第４の部分の湾曲中心と、通路
の出口の間の軸方向距離である。

【００１６】本発明の他の特徴によれば、前記第１の連
続戻り通路の前記中心線を決定するために、Ｏz をター
ボ機械の中心軸線に対応させ、中心線の第１の直線部分
に平行にＯx を定義し、中心軸線Ｏz の原点Ｏを連続戻
り通路の入口の平面に対応するようにして、絶対座標系
を定義し、平面を定義する第１と第２と第３の点Ｐ１、
Ｐ２、Ｐ３の座標を決定し、特定の点Ｌ１が入口に対応
し、特定の点Ｌ２が直線状の第１の部分と湾曲した第２
の部分の間の遷移部分に対応し、特定の点Ｌ５が湾曲し
た第２の部分と直線状の第３の部分の間の遷移部分に対
応し、特定の点Ｌ６が直線状の第３の部分の終端で連続
戻り通路の出口に対応し、特定の点Ｌ７がケースとハブ
により構成される２つの軸対称面により定義される１つ
の共通領域内において他方の遠心インペラの入口に対応
するように、中心線の特定の点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ
４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７を決定する。

【００１７】より詳細には、前記第１の連続戻り通路の
中心線に垂直な断面の面積が、特定の点Ｌ１において連
続戻り通路の入口の寸法の関数として、そして、特定の
点Ｌ７において、前記他のインペラへの入口における前
記ハブの波形Ｒ2 ｈと、前記ケースの半径Ｒ2 ｔの関数
として定義され、前記中心線の湾曲した第２の部分にお
いて中心線に垂直な断面は、特定点Ｌ1 におけるダ面の
面積の約２倍で面積が一定であり、直線状の第１の部分
および第３の部分において中心線に垂直な断面は中心線
に沿って線型に変化する。

【００１８】本発明の他の特徴によれば、所定平面に含
まれる前記連続戻り通路の中心線の各点において、変換
する断面の方向は、該断面の局所軸ｅと、前記中心線を
含む前記平面の垂直ベクトルｂの間の角度αにより局所
的に定義され、前記αが前記所定点Ｌ１、Ｌ６において
３０°〜３５°の範囲の値を、Ｌ２、Ｌ５において値０
を有し、かつ、角度αは隣接する点Ｌ１とＬ２の間、Ｌ
２とＬ５の間、Ｌ５とＬ６の間では線型に変化する。

【００１９】連続戻り通路の変化する断面は、特定点Ｌ
１、Ｌ６において実質的に矩形を呈し、特定Ｌ２、Ｌ５
において楕円形を呈する。本発明の装置は８から１５個
の連続戻り通路を具備することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図２に示す連続戻り流路１１から
２０が多段遠心ポンプまたは遠心コンプレッサのステー
タ要素１０を構成している。一例として、図１に水素等
の低温推進剤を加圧、輸送するために適した遠心ターボ
ポンプを示す。このポンプは２段ターボポンプであり、
ブレード６を有する第１の遠心インペラ５５と、ブレー
ド５６を有する第２の遠心インペラ５５とを具備してい
る。回転軸２２が、ボールベアリング２３、２４により
回転支持されており、２つのタービンホイール３２、３
３により回転駆動される。回転軸２２は、第１と第２の
インペラ５、５５を駆動する。

【００２１】このターボ機械は、外ケース要素１、２
と、ターボ機械の入口において加圧すべき流体の通路に
配設された誘導部３１と、タービン３２、３３を駆動す
るために高温ガスを導入するための環状体３４と、ポン
プの第２ステージの出口に配設され作動流体を供給する
ための環状ダクト４とを具備している。中間ステータ１
０は複数の連続戻り通路１１〜２０を具備している。連
続戻り通路１１〜２０は第１の遠心インペラ５を高速で
捕捉し、これを整流、減速して、第２のインペラ５５に
導入する。

【００２２】第１のインペラ５の出口における動圧から
第２のインペラ５５の入口での静圧への変換は、以下の
式にて定義される圧力回復係数Ｃｐにより評価される。Ｃｐ＝（ＳＰ_I2−ＳＰ_O1）／（１／２ρＶ_O1 ²）ここで、ＳＰ₀₁：第１のインペラの出口における静圧ＳＰ_I2：第２のインペラの出口における静圧Ｖ₀₁：第１のインペラからの出口流速 ρ：流体密度である。

【００２３】図３に示す従来の連続戻り通路では圧力回
復係数Ｃｐは０．６を越えることはなかったが、本発明
の連続戻り通路１１〜２０によれば圧力回復係数Ｃｐは
０．７〜０．８となる。

【００２４】図４から図１３を参照して、第１のインペ
ラ５の出口から第２のインペラ５５の入口に到る全流路
において流体を制御可能とする連続戻り通路の３次元的
形状を規定する種々のパラメータを説明する。

【００２５】管状に形成される第１の連続戻り通路１１
を説明する。他の連続戻り通路１２〜２０は第１の連続
戻り通路１１と同様に形成され、ターボ機械の中心軸線
Ｏzを中心として等間隔に配設される。連続戻り通路１
２〜２０の各々は、単に第１の連続戻り通路１１とは中
心軸線Ｏz の角度位置が異なるだけである。

【００２６】８〜１５の連続戻り通路を配設することが
できる。中実の部材から機械加工するよりも管部材から
成形することが簡単である。更に、連続戻り通路は変化
する単純な断面を有し、モールディングにより成形する
ことが可能である。また、連続戻り通路の端部近傍は真
っ直ぐな通路となっており、製造検査が容易となってい
る。

【００２７】連続戻り通路１１〜２０の形状は予め定義
した平面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に含まれる中心線(mean lin
e) １４０により与えられる。中心線１４０は、中間ス
テータ要素１０の半径方向の寸法を最小にすうように、
かつ、第１のインペラ５の背後に配設された部材（ベア
リング２３、ガスケット等、図１参照）の関数として中
間ステータ要素１０の軸方向の寸法を適合させるように
定義される。

【００２８】ある平面に含まれ、第１の連続戻り通路１
１のために定義される中心線１４０は連続戻り通路１１
の種々の部分の形状を比較的単純かつ分析的方法にて説
明可能とし、従って、基本的な形状（直線ディフュー
ザ、種々の形状の単純な曲げ形状）で得られた試験結果
から利益を得ることが可能となる。中心線１４０は、ま
た、方向の急激な変化を除去し、拡散領域およびベンド
部において流れを制御できるように定義される。

【００２９】中心線１４０を含む平面は、第１の連続戻
り通路１１に対して点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３（図４および図
７から図１０参照）により定義される。点Ｐ１、Ｐ２は
ターボ機械の中心軸線ＯZ に垂直な平面に含まれる。ベ
クトルＰ１Ｐ２の方向は、拡散を提供する直線的な第１
の通路部分１１０を形成する、中心線１４０の第１の部
分１４１の平均方向(mean direction)を与える。ベクト
ルＰ１Ｐ２の方向は、主として中間流体輸送装置の上流
の流れに依存している。

【００３０】点Ｐ２、Ｐ３は、ターボ機械の中心軸線Ｏ
z を含む平面に含まれている。ベクトルＰ２Ｐ３は、拡
散を提供する直線的な第３の通路部分１３０を形成す
る、中心線１４０の第３の部分１４３の平均方向(mean
direction)を与える。第１と第３の通路部分１１０、１
３０は、中心線１４０の第２の部分１４２（図２、４）
に対応して最適なベンド形状を有する第２の通路部分１
２０により連結される。

【００３１】既述のように定義される平面Ｐ１、Ｐ２、
Ｐ３において、第１の連続戻り通路１１の中心線１４０
は、それ自体種々の特定点Ｌ１〜Ｌ７により定義され
る。特定点Ｌ１は連続戻り通路１１の入口１１１に配置
される。特定点Ｌ１とＬ２の間の部分１４１では中心線
１４０は直線である。中心線１４０は、点Ｌ２とＬ５の
間に、中心軸線Ｏ2 を中心とし半径Ｒco2 とする円弧部
分１４２を含んでいる。中間点Ｌ３、Ｌ４は円弧部分１
４２の角度位置４０°と９０°の点である。中心線１４
０は、点Ｌ５と連続戻り通路１１の出口である点Ｌ６
（図４、図７から図１０および図１３）の間の部分１４
３では直線である。点Ｌ６と点Ｌ７の間では、中心線１
４０は、ターボ機械の中心軸線ＯZ と平行になるよう
に、平面（Ｏ、Ｐ２、Ｐ３）内の半径Ｒco1 の円弧１４
４となっている。点Ｌ７は、第２のインペラ５５の入口
に一致し、第２のインペラ５５の入口においてケースと
ハブにより構成される２つの軸対称面により定義される
１つの共通領域内にある。

【００３２】連続戻り通路１１からの出口における軸方
向の連結は、中心線１４０の円弧部分１４４で切断され
ない。従って、第２のインペラ５５への入口において流
れを変化させる周縁二次流れの形成が除去される。

【００３３】中心線１４０に垂直な連続戻り通路１１の
断面は変化すると共に、その面積、３つの形状因子Ａ、
Ｂ、ｍ、および、平面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に垂直な方向に
対する断面の局所軸線の方向とにより定義される。

【００３４】断面は、全圧力勾配が最小となるように変
化する。従って、連続戻り通路１１の変化する断面は点
Ｌ１、Ｌ６において概ね矩形となし、点Ｌ２、Ｌ５では
楕円とし、一連の特定点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６の間で
は円滑に変化するようにできる。

【００３５】一般的に、拡散は連続戻り通路１１の直線
部分１１０、１３０でほとんど生じ、それが良好な性能
を与えるのである。通路１２０における偏りは単純なベ
ンド（中心線１４０においては部分１４２）で生じる。
ベンドにおける垂直断面の各々の主軸は平面Ｐ１、Ｐ
２、Ｐ３に垂直となっている。性能を最適化するため
に、ベンド部１２０の垂直断面の楕円形が短軸に対する
主軸の比が２となるように選択することが有利である。

【００３６】次に、図４から図１３を参照して、平面Ｐ
１、Ｐ２、Ｐ３に含まれる中心線１４０の決定方法を説
明する。先ず、パラメータＲ0 、β0 、ｂ0 の値を演算
するために、第１のインペラ５からの出口じおける流れ
の条件が使用される。ここで、Ｒ0 ：連続戻り通路１１の入口１１１における流体輸送
装置１０の平均半径 β0 ：入口１１１における連続戻り通路１１の中心線１
４０と、平均半径Ｒ0 により定義される円に対する正接
の間の角度ｂ0 ：入口１１１における通路１１の幅である。

【００３７】与えられた機械に対してパラメータＲ2
ｈ、Ｒ2ｔ、ｌｃが与えられる。ここで、Ｒ2 ｈ：第１のインペラ５出口１３１に対設された第２
のインペラ５５の入口におけるハブの半径Ｒ2 ｔ：第２のインペラ５５の入口におけるケースの半
径ｌc ：通路１１の軸方向長さである。

【００３８】所定の寸法の制約の下で、既述したように
パラメータＲco1 、Ｒco2 に対して可能な最大値が選択
される。

【００３９】また、入口１１１とベンド１２０の開始と
の間で拡散容量を与えながら、寸法上の制約を満足する
ようにパラメータφm 、ｌaxが調節される。ここで、 φm ：ターボ機械の子午線面内での連続戻り通路１１の
中心線１４０の傾斜角ｌax：中心線１４０の湾曲した第４の部分１４４の湾曲
中心と、通路１１の出口１３１の間の軸方向距離であ
る。

【００４０】中心線１４０の第１の直線部分１４１に平
行にＯx をとり、中心軸線Ｏz の原点Ｏを連続戻り通路
１１の入口の平面にとるようにして、軸線Ｏz をターボ
機械の中心軸線に一致させた、三次元絶対座標系Ｏxyz
を定義すると、平面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を定義する点Ｐ
１、Ｐ２、Ｐ３の座標が決定可能となり、また、中心線
１４０の特定の点Ｌ１からＬ７が決定可能となる。

【００４１】平面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対する正接ｔ、垂
直ベクトルｎ、垂直ベクトルｂが中心線１４０の各点に
関して決定可能となる（図６、１０参照）。

【００４２】図１１から図１３および図６を参照する
と、中心線１４０に沿って通路１１のの垂直断面の変化
が示されている。図１１、１３を参照すると、垂直断面
１１１から１１６および１３１の面積は種々の特定点Ｌ
１からＬ６において定義される。

【００４３】点Ｌ１における入口断面１１１の面積ＳL1
は、入口、特にその幅ｂ0 により決定される。点Ｌ２か
らＬ５における断面１１２〜１１５のの面積ＳL2〜ＳL5
は等しく、入口断面１１１の面積ＳL1の約２倍の面積を
有している。点Ｌ１とＬ２の間の断面は線型に変化して
いる。

【００４４】点Ｌ６における出口断面１３１の面積ＳL6
は、パラメータＲ2tおよびＲ2hに基づき決定され、点Ｌ
２からＬ５における断面１１２〜１１５のの面積ＳL2〜
ＳL5の約２倍となっている。断面１１６などの点Ｌ５と
Ｌ６の間の断面は線型に変化している。点Ｌ６とＬ７の
間の断面は変化しない（図１０）。

【００４５】中心線１４０に垂直断面の形状は以下の式
にて定義されるフェルマー曲線により定義できる。Ｘ^m／Ａ^m＋Ｙ^m／Ｂ^m＝１ここで、Ａ、Ｂ、ｍは形状因子である。

【００４６】面積が与えられると、残りは２自由度であ
る。図１２は、点Ｌ１、Ｌ６の間でパラメータｍを変化
させる１つの方法を示している。この場合、ｍはＬ１と
Ｌ２の間で８から２へ直線的に変化し、Ｌ２とＬ５の間
では２であり、Ｌ５とＬ６の間では２から８へ直線的に
変化している。

【００４７】点Ｌ１とＬ６における垂直断面１１１、１
３１は概ね矩形である。垂直断面１１２〜１１５は楕円
であり、短半径Ａに対する長半径Ｂの比は２である。よ
り詳細には、長半径Ｂは点Ｌ１からＬ６の間で直線的に
変化し、短半径Ａは面積と値ｍの関数として定義され
る。

【００４８】図６は、入口１１１に適した垂直断面の一
例を示している。各垂直断面の方向は、断面の局所軸線
ｅと、中心線１４０を含む平面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の垂直
ベクトルｂとの間の角度αにより定義される。（図６、
１０、１３参照）

【００４９】角度αは、特定の点Ｌ１、Ｌ６において、
好ましくは３０°から３５°の範囲の値を有しており、
点Ｌ２、Ｌ５において０（零）であり、角度αは、点Ｌ
１、Ｌ２の間、および、Ｌ２、Ｌ５の間、および、Ｌ
５、Ｌ６の間では直線的に変化する。

【００５０】図７から図９は、平面Ｏxy、ＯxzおよびＯ
Ｐ２、Ｐ３への投影であり、これらの平面への中心線１
４０の投影は１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃにて示され
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中間流体輸送ステータ装置を備えた多
段遠心ターボポンプの軸方向断面図である。

【図２】連続戻り通路の斜視図である。

【図３】従来技術の多段遠心ターボポンプの断面図であ
る。

【図４】連続戻り通路の中心線を三次元座標系で示す図
である。

【図５】連続戻り通路の入口の三次元的位置を示す図で
ある。

【図６】連続戻り通路の断面の一例を示す図である。

【図７】図４の中心線をある平面に投影した図である。

【図８】図４の中心線を他の平面に投影した図である。

【図９】図４の中心線を更に他の平面に投影した図であ
る。

【図１０】中心線を含む平面内における中心線の略図で
ある。

【図１１】連続戻り通路の断面の変化を示す図である。

【図１２】連続戻り通路の断面の形状因子を示す図であ
る。

【図１３】連続戻り通路の断面が中心線線に沿って変化
する様子を示す図である。

【符号の説明】

５…第１のインペラ１０…中間ステータ１１…連続戻り通路３２…タービン３３…タービン５５…第２のインペラ１４０…中心線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フィリップジェイフランス国，27940 オーブボワ，クロドュラスリセー６ (72)発明者ジャン−マリーデュシュマンフランス国，69280 セントコンソルス, リュデュフィリー 14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多段遠心ターボ機械の連続する２つのス
テージの間で流体を輸送するための装置において、前記ターボ機械の１つのステージの遠心インペラ（５）
からの高速流体を捕捉して、整流、減速し、ターボ機械
の隣接するステージの他の遠心インペラの入口へ前記流
体を輸送する複数の連続戻り通路（１１〜２０）を含む
ステータ組立体（１０）を具備し、前記連続戻り通路（１１〜２０）の各々が、連続する個
々の管部材から形成され、第１の連続戻り通路（１１）
は、変化する複数の断面（１１１〜１１５、１３１）か
ら形成され、前記複数の断面（１１１〜１１５、１３
１）は所定のパラメータにより定義され、かつ、中心線
（１４０）に対して垂直なっており、前記中心線（１４
０）が所定の平面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）内に配置されて
おり、前記平面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）が前記ターボ機械
の中心軸線（Ｏz ）を含み、前記中心線（１４０）は、
直線状の第１の部分（１４１）と、半径Ｒoc2 の円弧状
の第２の部分（１４２）と、直線状の第３の部分（１４
３）とを含み、ターボ機械の中心軸線回りに複数の同一
の連続戻り通路（１１〜２０）が配設されていることを
特徴とする装置。
【請求項２】前記第１の連続戻り通路（１１）の中心
線（１４０）が、更に、中心線をターボ機械の中心軸線
（Ｏz ）に平行な方向に向けるために、第２の部分（１
４２）に対して反対方向に向いた大きな半径Ｒoc1 を有
する第４の部分（１４４）を含むことを特徴とする請求
項１に記載の装置。
【請求項３】前記第１の連続戻り通路（１１）の中心
線が、第１の点Ｐ１と、第２の点Ｐ２と、第３の点Ｐ３
により予め定められた平面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）内にあ
り、第１と第２の点Ｐ１、Ｐ２が前記ターボ機械の中心
軸線（Ｏz ）に垂直な平面内にあり、第２と第３の点Ｐ
２、Ｐ３がターボ機械の中心軸線（Ｏz ）を含む平面内
にあり、第１の点Ｐ１の配置が、第１の通路の入口と、
該入口に対設された遠心インペラ（５）の出口の間の所
定の距離に対応して決定され、第１と第２の点Ｐ１、Ｐ
２により定義されるベクトルＰ１Ｐ２の方向、および、
第２と第３の点Ｐ２、Ｐ３により定義されるベクトルＰ
２Ｐ３の方向が、第１の連続戻り通路（１１）の中心線
（１４０）の直線状の第１と第３の部分（１４１、１４
３）の方向と各々一致していることを特徴とする請求項
１または２に記載の装置。
【請求項４】連続戻り通路（１１〜２０）の軸方向端
部にはブレードが配設されていないことを特徴とする請
求項２に記載の装置。
【請求項５】前記第１の連続戻り通路（１１）の中心
軸線（１４０）に垂直な断面（１１１〜１１５、１３
１）が、その面積、形状因子Ａ、Ｂ、ｍ、および、角断
面の局所軸と前記平面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に垂直なベ
クトルｂとの間の角度αにより定義されることを特徴と
する請求項１から４の何れか１項に記載の装置。
【請求項６】前記第１の連続戻り通路（１１）の中心
軸線（１４０）に垂直な断面（１１１〜１１５、１３
１）が以下の式にて定義されることを特徴とする請求項
５に記載の装置。Ｘ^m／Ａ^m＋Ｙ^m／Ｂ^m＝１ここで、Ａ、Ｂ、ｍは形状因子を示すパラメータであ
る。
【請求項７】所定の平面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）内にあ
る前記第１の連続戻り通路（１１）の中心軸線（１４
０）が以下の式にて定義されることを特徴とする請求項
２または３に記載の装置。Ｒ0 ：連続戻り通路（１１）の入口（１１１）における
流体輸送装置の平均半径 β0 ：入口（１１１）における連続戻り通路（１１）の
中心線（１４０）と、平均半径Ｒ0 により定義される円
に対する正接の間の角度ｂ0 ：入口（１１１）における通路（１１）の幅Ｒ2 ｈ：連続戻り通路の出口（１３１）に対設された第
２のインペラ（５５）の入口におけるハブの半径Ｒ2 ｔ：第２のインペラ（５５）の入口におけるケース
の半径ｌc ：連続戻り通路（１１）の軸方向長さＲco1 ：中心線（１４０）の湾曲した第４の部分（１４
４）の半径Ｒco2 ：中心線（１４０）の湾曲した第２の部分（１４
４）の半径 φm ：ターボ機械の子午線面内での連続戻り通路（１
１）の中心線（１４０）の傾斜角ｌax：中心線（１４０）の湾曲した第４の部分（１４
４）の湾曲中心と、通路（１１）の出口（１３１）の間
の軸方向距離である。
【請求項８】前記第１の連続戻り通路（１１）の前記
中心線（１４０）を決定するために、Ｏz をターボ機械
の中心軸線に対応させ、中心線（１４０）の第１の直線
部分（１４１）に平行にＯx を定義し、中心軸線Ｏz の
原点Ｏを連続戻り通路（１１）の入口の平面に対応する
ようにして、絶対座標系（Ｏxyz ）を定義し、平面（Ｐ
１、Ｐ２、Ｐ３）を定義する第１と第２と第３の点Ｐ
１、Ｐ２、Ｐ３の座標を決定し、特定の点Ｌ１が入口
（１１１）に対応し、特定の点Ｌ２が直線状の第１の部
分（１４１）と湾曲した第２の部分（１４２）の間の遷
移部分に対応し、特定の点Ｌ５が湾曲した第２の部分
（１４２）と直線状の第３の部分（１４３）の間の遷移
部分に対応し、特定の点Ｌ６が直線状の第３の部分（１
４３）の終端で連続戻り通路の出口（１３１）に対応
し、特定の点Ｌ７がケースとハブにより構成される２つ
の軸対称面により定義される１つの共通領域内において
他方の遠心インペラの入口に対応するように、中心線
（１４０）の特定の点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、
Ｌ６、Ｌ７を決定することを特徴とする請求項２に記載
の装置。
【請求項９】前記第１の連続戻り通路（１１）の中心
線（１４）に垂直な断面（１１１、１３１）の面積が、
特定の点Ｌ１において連続戻り通路の入口（１１１）の
寸法の関数として、そして、特定の点Ｌ７において、前
記他のインペラ（５５）への入口における前記ハブの波
形Ｒ2 ｈと、前記ケースの半径Ｒ2 ｔの関数として定義
され、前記中心線（１４０）の湾曲した第２の部分（１
１３、１１４）において中心線に垂直な断面（１１３、
１１４）は、特定点Ｌ1 におけるダ面（１１１）の面積
の約２倍で面積が一定であり、直線状の第１の部分（１
４１）および第３の部分（１４３）において中心線（１
４０）に垂直な断面は中心線（１４０）に沿って線型に
変化することを特徴とする請求項７または８に記載の装
置。
【請求項１０】所定平面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に含ま
れる前記連続戻り通路（１１１）の中心線（１４０）の
各点において、変換する断面（１１１〜１１５、１３
１）の方向は、該断面の局所軸ｅと、前記中心線（１４
０）を含む前記平面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）の垂直ベクト
ルｂの間の角度αにより局所的に定義され、前記αが前
記所定点Ｌ１、Ｌ６において３０°〜３５°の範囲の値
を、Ｌ２、Ｌ５において値０（零）を有し、かつ、角度
αは隣接する点Ｌ１とＬ２の間、Ｌ２とＬ５の間、Ｌ５
とＬ６の間では線型に変化することを特徴とする請求項
８または９に記載の装置。
【請求項１１】連続戻り通路（１１）の変化する断面
は、特定点Ｌ１、Ｌ６において実質的に矩形を呈し、特
定Ｌ２、Ｌ５において楕円形を呈することを特徴とする
請求項８から１０の何れか１項に記載の装置。
【請求項１２】８から１５個の連続戻り通路（１１〜
２０）を具備することを特徴とする請求項１から１１の
何れか１項に記載の装置。