多段遠心ターボ機械
【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第１と第２のステージの間で流体を輸送するための装置が、遠心インペラ５を備えた第１のステージの出口を他の遠心インペラ５５を備えた第２のステージの入口へ連通させるための複数の連続戻り通路１１〜２０を具備し、連続戻り通路の各々は、変化する複数の断面１１１〜１１５、１３１から形成され、該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１４０に対して垂直なっており、中心線１４０が、ターボ機械の中心軸線Ｏzと交差する所定の平面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３内に配置されており、中心線１４０は、直線状の第１の部分１４１と、円弧状の湾曲した第２の部分１４２と、直線状の第３の部分１４３とを含む。
【解決手段】多段遠心ターボ機械の連続する第１と第２のステージの間で流体を輸送するための装置が、遠心インペラ５を備えた第１のステージの出口を他の遠心インペラ５５を備えた第２のステージの入口へ連通させるための複数の連続戻り通路１１〜２０を具備し、連続戻り通路の各々は、変化する複数の断面１１１〜１１５、１３１から形成され、該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１４０に対して垂直なっており、中心線１４０が、ターボ機械の中心軸線Ｏzと交差する所定の平面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３内に配置されており、中心線１４０は、直線状の第１の部分１４１と、円弧状の湾曲した第２の部分１４２と、直線状の第３の部分１４３とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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３０８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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
多段遠心ターボ機械の連続する第１と第２のステージの間で流体を輸送するための装置において、
遠心インペラを備えた前記ターボ機械の前記第１のステージの出口を他の遠心インペラを備えた前記ターボ機械の前記第２のステージの入口へ連通させるための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、１つの連続戻り通路は、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、前記ターボ機械の中心軸線と交差する所定の平面内に配置されており、前記中心線は、直線状の第１の部分と、円弧状の湾曲した第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所定間隔で複数の連続戻り通路が配設されており、前記第１のステージから排気される高速流体を前記戻り通路を通じて整流、減速するようになっており、
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と交差する平面内にあり、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、前記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、かつ、ベクトルＰ１Ｐ２が、概ね、第１の遠心インペラを備えた前記第１のステージの出口における上流の流れの方向であることを特徴とする装置を要旨とする。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、パラメータ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。
【００１２】
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。
Ｘm／Ａm＋Ｙm／Ｂm＝１
ここで、Ａ、Ｂ、ｍはパラメータである。
【００１３】
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パラメータにて定義される。
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
Ｒ2ｈ：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
Ｒ2ｔ：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ｌ
ax：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。
【００１４】
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、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７を決定する。
【００１５】
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Ｒ2ｈと、前記ケースの半径Ｒ2ｔ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。
【００１６】
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、Ｌ２とＬ５の間、Ｌ５とＬ６の間では線型に変化する。
【００１７】
連続戻り通路の変化する断面は、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。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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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パラメータを示す図である。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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５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、３３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。
【００２０】
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１０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からの流体を高速で捕捉し、これを整流、減速して、第２のインペラ５５に導入する。
【００２１】
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＝（ＳＰI2−ＳＰO1）／（１／２ρＶO12）
ここで、
ＳＰO1：第１のインペラの出口における静圧
ＳＰI2：第２のインペラの出口における静圧
ＶO1：第１のインペラからの出口流速ρ：流体密度
である。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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１２〜２０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。
【００２５】
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。
【００２６】
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 line)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るように、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。
【００２７】
ある平面に含まれ、第１の連続戻り通路１１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。
【００２８】
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。
【００２９】
点Ｐ２、Ｐ３は、ターボ機械の中心軸線Ｏzを含まない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、１３０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１２０により連結される。
【００３０】
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１４２の角度位置４０°と９０°の点である。中心線１４０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１４３では直線である。点Ｌ６と点Ｌ７の間では、中心線１４０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１４４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。
【００３１】
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。
【００３２】
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つのパラメータ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、Ｐ２、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。
【００３５】
次に、図４から図１３を参照して、平面Ｐ１、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からの出口に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
である。
【００３６】
与えられた機械に対してパラメータＲ2ｈ、Ｒ2ｔ、ｌｃが与えられる。
ここで、
Ｒ2ｈ：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
Ｒ2ｔ：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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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Ｐ１、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。
【００４０】
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）。
【００４１】
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Ｌ１からＬ６において定義される。
【００４２】
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。
【００４３】
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Ｌ２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）。
【００４４】
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。
Ｘm／Ａm＋Ｙm／Ｂm＝１
ここで、Ａ、Ｂ、ｍはパラメータである。
【００４５】
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。
【００４６】
点Ｌ１とＬ６における垂直断面１１１、１３１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。
【００４７】
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）
【００４８】
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Ｌ１、Ｌ２の間、および、Ｌ２、Ｌ５の間、および、Ｌ５、Ｌ６の間では直線的に変化する。
【００４９】
図７から図９は、平面Ｏxy、ＯxzおよびＯＰ２、Ｐ３への投影であり、これらの平面への中心線１４０の投影は１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃにて示されている。
【符号の説明】
【００５０】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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３０８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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
多段遠心ターボ機械の連続する第１と第２のステージの間で流体を輸送するための装置において、
遠心インペラを備えた前記ターボ機械の前記第１のステージの出口を他の遠心インペラを備えた前記ターボ機械の前記第２のステージの入口へ連通させるための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、１つの連続戻り通路は、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、前記ターボ機械の中心軸線と交差する所定の平面内に配置されており、前記中心線は、直線状の第１の部分と、円弧状の湾曲した第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所定間隔で複数の連続戻り通路が配設されており、前記第１のステージから排気される高速流体を前記戻り通路を通じて整流、減速するようになっており、
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と交差する平面内にあり、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、前記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、かつ、ベクトルＰ１Ｐ２が、概ね、第１の遠心インペラを備えた前記第１のステージの出口における上流の流れの方向であることを特徴とする装置を要旨とする。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、パラメータ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。
【００１２】
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。
Ｘm／Ａm＋Ｙm／Ｂm＝１
ここで、Ａ、Ｂ、ｍはパラメータである。
【００１３】
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パラメータにて定義される。
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
Ｒ2ｈ：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
Ｒ2ｔ：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ｌ
ax：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。
【００１４】
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、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７を決定する。
【００１５】
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Ｒ2ｈと、前記ケースの半径Ｒ2ｔ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。
【００１６】
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、Ｌ２とＬ５の間、Ｌ５とＬ６の間では線型に変化する。
【００１７】
連続戻り通路の変化する断面は、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。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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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パラメータを示す図である。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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５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、３３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。
【００２０】
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１０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からの流体を高速で捕捉し、これを整流、減速して、第２のインペラ５５に導入する。
【００２１】
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＝（ＳＰI2−ＳＰO1）／（１／２ρＶO12）
ここで、
ＳＰO1：第１のインペラの出口における静圧
ＳＰI2：第２のインペラの出口における静圧
ＶO1：第１のインペラからの出口流速ρ：流体密度
である。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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１２〜２０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。
【００２５】
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。
【００２６】
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 line)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るように、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。
【００２７】
ある平面に含まれ、第１の連続戻り通路１１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。
【００２８】
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。
【００２９】
点Ｐ２、Ｐ３は、ターボ機械の中心軸線Ｏzを含まない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、１３０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１２０により連結される。
【００３０】
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１４２の角度位置４０°と９０°の点である。中心線１４０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１４３では直線である。点Ｌ６と点Ｌ７の間では、中心線１４０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１４４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。
【００３１】
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。
【００３２】
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つのパラメータ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、Ｐ２、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。
【００３５】
次に、図４から図１３を参照して、平面Ｐ１、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からの出口に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
である。
【００３６】
与えられた機械に対してパラメータＲ2ｈ、Ｒ2ｔ、ｌｃが与えられる。
ここで、
Ｒ2ｈ：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
Ｒ2ｔ：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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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Ｐ１、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。
【００４０】
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）。
【００４１】
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Ｌ１からＬ６において定義される。
【００４２】
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。
【００４３】
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Ｌ２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）。
【００４４】
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。
Ｘm／Ａm＋Ｙm／Ｂm＝１
ここで、Ａ、Ｂ、ｍはパラメータである。
【００４５】
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。
【００４６】
点Ｌ１とＬ６における垂直断面１１１、１３１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。
【００４７】
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）
【００４８】
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Ｌ１、Ｌ２の間、および、Ｌ２、Ｌ５の間、および、Ｌ５、Ｌ６の間では直線的に変化する。
【００４９】
図７から図９は、平面Ｏxy、ＯxzおよびＯＰ２、Ｐ３への投影であり、これらの平面への中心線１４０の投影は１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃにて示されている。
【符号の説明】
【００５０】
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
【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第１と第２のステージの間で流体を輸送するための装置において、
遠心インペラ（５）を備えた前記ターボ機械の前記第１のステージの出口を他の遠心インペラ（５５）を備えた前記ターボ機械の前記第２のステージの入口へ連通させるための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、１つの連続戻り通路（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、１３１）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（１４０）が、前記ターボ機械の中心軸線（Ｏz）と交差する所定の平面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）内に配置されており、前記中心線（１４０）は、直線状の第１の部分（１４１）と、円弧状の湾曲した第２の部分（１４２）と、直線状の第３の部分（１４３）とを含み、ターボ機械の中心軸線回りに所定間隔で複数の連続戻り通路（１１〜２０）が配設されており、前記第１のステージから排気される高速流体を前記戻り通路（１１〜２０）を通じて整流、減速するようになっており、
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Ｐ２、Ｐ３がターボ機械の中心軸線（Ｏz）と交差する平面内にあり、第１の点Ｐ１の配置が、第１の通路（１）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、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、前記連続戻り通路（１１）の中心線（１４０）の直線状の第１と第３の部分（１４１、１４３）の方向と各々一致し、かつ、ベクトルＰ１Ｐ２が、概ね、第１の遠心インペラ（５）を備えた前記第１のステージの出口における上流の流れの方向であることを特徴とする装置。
【請求項１】
多段遠心ターボ機械の連続する第１と第２のステージの間で流体を輸送するための装置において、
遠心インペラ（５）を備えた前記ターボ機械の前記第１のステージの出口を他の遠心インペラ（５５）を備えた前記ターボ機械の前記第２のステージの入口へ連通させるための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、１つの連続戻り通路（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、１３１）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（１４０）が、前記ターボ機械の中心軸線（Ｏz）と交差する所定の平面（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）内に配置されており、前記中心線（１４０）は、直線状の第１の部分（１４１）と、円弧状の湾曲した第２の部分（１４２）と、直線状の第３の部分（１４３）とを含み、ターボ機械の中心軸線回りに所定間隔で複数の連続戻り通路（１１〜２０）が配設されており、前記第１のステージから排気される高速流体を前記戻り通路（１１〜２０）を通じて整流、減速するようになっており、
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Ｐ２、Ｐ３がターボ機械の中心軸線（Ｏz）と交差する平面内にあり、第１の点Ｐ１の配置が、第１の通路（１）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、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、前記連続戻り通路（１１）の中心線（１４０）の直線状の第１と第３の部分（１４１、１４３）の方向と各々一致し、かつ、ベクトルＰ１Ｐ２が、概ね、第１の遠心インペラ（５）を備えた前記第１のステージの出口における上流の流れの方向であることを特徴とする装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−３１８７９（Ｐ２０１０−３１８７９Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１２７６（Ｐ２００９−２６１２７６）
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【分割の表示】特願平１０−３６３２０３の分割
【原出願日】平成１０年１２月２１日（１９９８．１２．２１）
【出願人】（５９２０２７１４８）ソシエテ・ナシオナル・デテユード・エ・ドウ・コンストリユクシオン・ドウ・モトール・ダヴイアシオン、“エス．エヌ．ウ．セ．エム．アー．” (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【分割の表示】特願平１０−３６３２０３の分割
【原出願日】平成１０年１２月２１日（１９９８．１２．２１）
【出願人】（５９２０２７１４８）ソシエテ・ナシオナル・デテユード・エ・ドウ・コンストリユクシオン・ドウ・モトール・ダヴイアシオン、“エス．エヌ．ウ．セ．エム．アー．” (4)
【Ｆターム（参考）】
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