JPH06511528A - 噴射装置によってタービンを回転駆動する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 噴射装置によってタービンを回転駆動する方法本発明は、タービンを回転させる 方法およびこの方法に対応するタービン装置に関する。

タービン昔から知られており、通過する流体（ガス、液体）によって回転させら れるハブベアリング翼によって本質的に構成されている。

既知の方法では、流体によるタービンの駆動は、流体のエネルギーをタービンの 回転軸に伝えることを可能にする。たとえば、この軸の回転は、電流を起こす交 流発電機を駆動するためや、種々の工具を駆動する（穴開け、切断、・・・）の に役立てられる。

現在に至るまで、上記既知の装置の問題は、可能な最高の動力を得るための速い 流速にある。しかしながら、このような速い流速は、かなりの撹乱を引き起こす 。たとえば、流体がガスであるときには、−衝撃波や、 −装置の様々な部品上に現れる膨張もしくは圧縮流が生じる。

このような撹乱の結果として、なかんずく、これらの装置の構成部品は、特別で 、正確で、最適な形状をしていなければならない（この形状は、限定された使用 範囲、さらには非常に限定された使用範囲を意味する。）。

上記構成部品は、これらの撹乱に伴う振動性の現象によって引き起こされる作用 力に機械的に耐えなければならない。

上記撹乱は、しばしば非常に激しい音響現象を生じさせる。

ベンチュリ効果つまりジェットポンプ効果を用いることによって、ノズルを経て 第１流体を噴出することによって第２流体を運ぶことができる。多数の装置、特 に、 一装置の上流と下流の間で圧力の差を発生させることによって動力を発生させる ジェットポンプを用いた推進熱装置は上記効果を用いている。上記装置は、特許 ＦＲ５２２１６３に記載されており、主として速度条件によって特徴づけられた ガス流のエネルギの一部を使用して、タービンの助けによって、上記装置を作動 させるのに必要な燃料および助燃剤を圧縮する。

−特許ＧＢ　１　４１０５４３に記載されているような熱装置は、熱源の温度が 高過ぎて直接使用できず、希釈による冷却効果が見込まれるように設計されてい る。

上記従来のタービンの使用を制限するもう１つの面は、これらの装置の高い回転 速度、さらには非常に高い回転速度にある。

本発明の目的は、これらの欠点をすべて克服し、特に、流れによって引き起こさ れる撹乱に関連するすべての問題を回避するために、流速に関連しない音速に近 い公称動作点を作り出すことにある。

動作点は、（回転速度、出力）または（回転速度、トルク）の値をもったトルク によって特徴づけられることが思い起こされる。この記述では、公称動作点は、 最大出力に相当する動作点を意味する。公称トルク動作点は最大トルクに相当す る動作点を意味する。

この発明の目的の１つは、撹乱されないかもしくは軽微にのみ撹乱される流れに 適合する流速によって、従来のタービンで得ることができる出力に匹敵する出力 を得ることにある。

本発明による方法は、好都合には、可変な参照回転速度でタービンを回転させる 方法であり、さらに、 −　タービンの実際の回転速度を表す量を連続して測定することと、−　この実 際の回転速度を参照回転速度と比較することと、−参照動作点に対応するように タービンの公称動作点のための流れの１つ以上のパラメータを連続的に修正する こととを含んだ方法である。

このように、第２流体よりも圧力と速度が大きい第１流体を噴出させるという事 実は、タービンに向かって第２流体を運ぶ。この効果は、ベンチュリ効果もしく はジェットポンプ効果という名称で知られている。しかしながら、この効果は、 この発明では、エネルギ変換器および減速器として使用される。実際に、上記べ ンチュリ効果は、本発明の場合、小さい質量および大きい速度と圧力でもってノ ズルを経て噴出される第１流体のエネルギを、ベンチュリ効果によって吸い込ま れた第２流体と第１流体の混合の結果として生ずる大きい質量と小さい流速によ って特徴づけられる流体のエネルギーに変換する。

ここで、既知の仕方により、タービンの回転軸で利用できる動力は、Ｐ＝Ｃ・ω である。ここで、Ｃは伝えられるトルクであり、ωはタービンの回転速度である 。上記トルクは、Ｃ＝Ｆ−ｄによって表される。ここで、Ｆはタービンの翼間の 流路内の流体の流れによって生じる半径方向の全部の力であり、ｄはこの力が加 わる点からタービンの軸までの距離である。

さらに、もしガス状の流れが問題であれば、第１近似において、上記力Ｆは、次 の公式によって表される。

Ｆ＝Ｄｍｍ（Ｗｅ　−ｓ　ｉ　ｎ（βｅ）−Ｗｓ　−ｓ　ｉ　ｎ（βｓ））ここ で、 −Ｄｍｍはタービンを横切る流体（即ち、流体の混合物）の質量流量であり、− βｅはタービンの翼の前縁角であり、−βＳはタービンの翼の後縁角であり、− Ｗｅはタービンに入る流体の相対速度（タービンの参照回転）の基準単位であり 、 −Ｗｓはタービン内の流体の相対排出速度の基準単位である。

従って、所定の動力つまり回転速度（ω）とトルク（Ｃ）または力（Ｆ）によっ て特徴づけられる所定の基準動作点が探しめられる。この力Ｆは、流体の流速Ｗ ｅとＷｓががわずかに撹乱された流れに適合する程度に十分に小さいときに、質 量流量の合計ｄｍｐ＋Ｄｍｓに等しい大きな質量流量Ｄｍｍを作り出すことによ って得られる。

さらに、本発明による方法は、上記第１流体の圧力および／または速度、および ／またはその他の上記タービン装置の寸法パラメータや機能パラメータに連続的 に作用を及ぼすことによって、タービン装置の公称動作点を上記参照動作点に適 合させることを可能にする。

実際の回転速度は連続的に測定されて、参照回転速度と比較される。この参照回 転速度は、所定の適用に応じて決定される。たとえば、もし、タービンが切削機 械を駆動する場合には、この速度は、３６０００ｒｐｍになるだろう。

この比較に加えて、測定された回転速度が上記参照回転速度に等しくなるように 、１つ以上の寸法は機能パラメータが連続的に修正される。

好都合には、上記寸法パラメータを修正するために、上記第２流体の流入、第１ 流体の注入および流体排出の流路の各部分が、可能な限り上記参照動作点と上記 公称動作点とが等しくなるように連続的に修正される。

好都合には、上記機能パラメータを修正するために、上記第１流体の圧力を変化 させるのに加えて、タービンの動作条件の自己制限および自己適合を含んだ螺旋 状の流路に沿った第１流体の注入が行われる。このような、注入方式は、螺旋状 と呼ばれる。

同様に、第１流体の注入は、好都合には、上記流入路の壁に接近した領域で行わ れる。このような注入方式は、周辺状と呼ばれる。

本発明は、また、上述の方法を使用するタービン装置に関係している。この装置 は、全体が回転対称を呈する本体の内に、上流側の流体の流入路と、タービンと 、下流側の流体の排出路とを備える装置であり、これに加えて、−所定の圧力と 流速と質量流量を有する第１流体を上記流体流入路へ注入するための手段と、 −上記第１流体の圧力、速度よりも小さな圧力、速度および質量流量をもつ第２ 次流体を上記流体流入路に入れるための手段と、−上記第１および第２流体を混 合するための手段であり、混合された流体に上記第１および第２流体の質量流量 の合計に等しい質量流量を与えるとともに、この混合流体を上記タービンに向か わせ、このタービンを回転駆動するようになっている手段とを備えることを特徴 としている。

この装置は、好都合には、可変な参照速度でタービンを回転させるようになって おり、その目的のために制御および調節手段（５０）を備えており、この制御・ 調節手段は、 −上記タービンの回転速度を表す量を計測する手段と、−上記測定された回転速 度を捕捉する手段と−上記測定された回転速度を参照回転速度と比較するように なっている処理装置と、 −上記回転速度の測定値を上記参照回転速度に一致させるように、上記流れの機 能および／または寸法パラメータを調節するようになっているアクチュエータと 、 −止め弁とを備えている。

このような装置のおかげで、このような装置を用いないときに得られるものに比 べて大きいトルクと小さい回転速度でもって上記タービンの公称動作点が得られ る。本発明による上記装置は、好都合には、上記第１および第２流体の流入部お よび上記排出路の部分を変化させるようになっているアクチュエータを備える。

かくて、上記タービンの公称動作点は、任意に修正され、連続的に上記参照動作 点に適合せしめられる。

本発明の他の目的および特徴もしくは利点は、実施例および添付図面を参照する ことによって、以下の記述から明確になるだろう。

図１は、本発明に係る装置の作用プロセスを説明する概略図である。

図２は、本発明のタービン装置の縦断面図である。

図３および図４は、それぞれ本発明の装置の第１変形例の縦断面図および上面図 である。

図５は、本発明の装置の第２変形例の縦断面図である。

図６は、本発明の装置の第３変形例の縦断面図である。

図７は、図６中の部分Ｅの拡大図である。

図８は、ハブに取り付けられ、本発明の装置に使用されるタービンを形成するこ とになっているブレードを示した斜視図である。

既に示したように、本発明の目的は、約Ｏ〜６０００ｒｐｍという比較的低い回 転速度ωで、しかし高トルクＣでもってタービンを回転駆動することである。

従って、タービンの動力Ｐを与える積Ｃ・ωは高いままであるが、回転速度ωは そうではない。

この目的のために、本発明のタービン駆動方法を以下に説明する。

タービンが上流側の流体流入路と下流側の排出路との間に置かれているとき、本 発明の方法は、 −上流側の流体流入路の中に第１流体を注入する。このような注入は、所定の圧 力Ｐｐ、速度Ｖｐ、ならびに質量流量ｄｍｐで行われる。そして、−第２流体を 上記上流側の流入路に入れる。この第２流体の圧力ｐｓと速度ＶＳは、第１流体 のそれよりも小さい。この第２流体の質量流量はｄｍｓである。そして、 −上記流入路において第１流体と第２流体とを混合する。このようにして得られ た混合流体は、速度Ｖｍと圧力Ｐｍとを有する。これらは、第２流体のそれより も高（、第１流体のそれよりも低い。この混合流体の質量流量Ｄｍｍは、第１流 体と第２流体の質量流量の和ｄｍｐ＋Ｄｍｓに等しい。そして、−上記混合流体 を上記タービンの方へ向かわせ、−上記混合流体の通過によって上記タービンを 回転駆動し、−上記タービンを通過してしまった混合流体を外に向けて排出する 。

都合のよいことには、この方法は、可変の参照パラメータに応じてタービンを回 転駆動することを可能とし、この場合、この方法は、さらに、−上記タービンの 回転速度の関数としてパラメータを連続して測定し、−この測定された回転速度 を参照速度と比較する。この測定された回転速度は、特に、流れの寸法パラメー タと機能パラメータの関数である。そして、−上記タービンの公称動作点を参照 動作点に合わせるように、流れの１つ以上のパラメータを連続して修正する。

都合のよいことには、修正は、上記タービン装置の寸法パラメータ（第２流体の 流入口部分の変更、第１流体の注入口部分の変更、上記排出路の排出部分の変更 ）について行われる。この結果、タービンの公称動作点が修正され、実際の回転 速度が、参照回転速度に対応するように連続して調節される。

本発明のタービン装置を次に説明する。

図１および図２に示した実施例によれば、本発明の装置１０は、−上流側の流体 流入路１１と、 −タービン】２と、 −下流側の流体排出路１３と、 −注入手段１４と、 −制御・調節手段５０（図１）とを本質的に備えている（図２）。また、上記手 段５０は、 −止め弁２２と、 −測定手段１９と、 −捕捉手段２０と、 −処理手段２１とアクチュエータ５１とを備えた調節手段５２によって構成され ている。

第１流体Ｆｐを流入路１１に注入するための上記手段１４（図１）は、上記流入 路１１の上流側部分１１ａに置かれる。この手段１４はノズル１５を備えている 。

第２流体Ｆｓは、第１流体の注入によって生成される圧降下によって上記上流側 の流入路に吸い込まれる。この上流側の流入路に入ると、これらの２つの流体は 、この上流側の流入路１１の下流側部分１１ｂで混合される。上記流入路の長さ は、混合流体の特性を部分的に決定する。

必要ならば、先細流路１６がタービン１２の上流に設置される。その目的は、混 合流体を加速することである。

上記混合流体を最適な仕方でタービン１２のブレード１８上に向かわせるために 、上流側分配器と呼ばれ、固定タービンホイールによって構成される偏向手段１ ７が、タービン１２の上流側に配置されている。

こうして、タービン１２は回転駆動されるのである。

次に、混合流体は排出路１３を通ってタービン装置から排出される。このような 流路の目的は、特に、タービンを離れる流体の圧力を、排出部の回りの流体の圧 力に適合させることにある。

タービンの回転は、図３に関して詳述するように、たとえば、駆動装置等、どん な用途にも用いられる。

さらに、このタービン装置は制御・調節手段５０と連携している。この手段５０ は、 −　タービン１２の回転速度を表す大きさを測定するための手段１９を備えてい る。この測定手段は、非撹乱流域におけるタービンの上流側および下流側の静圧 を測定する２つの圧電センサー（図１に１つのみを示す）によって構成される。

これら２つのセンサーを置（目的は、測定点を増やして、それら測定値を比較す るとともに、必要ならば、第１流体の供給パイプに設置された止め弁２２を動作 させることにある。この手段は、信頼性がなければならず、再現性のある有意な 測定値を与えなければならない。また、上記手段５０は、−手段１９によって測 定された電気的大きさを受け取って適合させる捕捉手段２０と、 −上記タービンの瞬間回転速度（測定速度）を確定して、この測定された回転速 度を参照回転速度と比較するようになっている処理手段２１を備える。もし、測 定回転速度と参照回転速度が異なっていれば、処理手段は指令を送る。また、上 記手段５０は、 −　ここでは、上記処理手段からの指令を受け取り、第１流体の注入圧力を修正 して測定回転速度と参照回転速度とを等しくするようになっている圧力調節装置 によって構成されるアクチュエータ５１と、−第１流体の注入装置の上流側に設 置され、必要ならば装置の働きを停止させる安全用の止め弁２２とを備える。

このようにして、本発明の装置は、上記制御・調節手段５０によって連続して調 節される。

この装置の変形例においては、上記先細流路１６は、上記上流側分配器１７と一 体になっていてもよい。

図３および図４に示すように、注入手段１４は異なる形状をとってもよい。

図３および図４に示した例において、図２に示された手段に相当する手段は図２ における参照番号に１００を加えた番号で示されている。

図３および４は、本発明の装置の第１変形例を表している。

注入手段１１４は、上流側の流入路１１１の側壁に開口した２つの導管１３０に よって構成されている。これらの管は、装置の軸Ａに対して決まる角α（図３） と、流入路１１１の壁の高さにある注入部の中心とタービンの軸とを通る直径方 向の平面Ｆと管１３０の軸との間の角β（図４）だけ傾いている。

従って、第１流体Ｆｐは、上流側の流入路１１１の壁（周辺注入）に沿った螺旋 状の通路（螺旋注入）において、２次流体Ｆｓを乗せて運ぶ。この種の注入は周 辺−螺旋注入と呼ばれる。

この注入法は、自己適合という利点を有する。実際、タービンの回転速度が増大 すると、第２流体の質量流量Ｄｍｓも増大する。上記流入路における第１流体の 注入平面内の第２流体の速度は、増加する率と、タービン軸に接近しようとする 方向とを有する。その結果、混合流体の流れは、タービンの流入平面にお１．Ａ で減少する入射角を呈する。従って、第２流体の質量流量の増加を考慮に入れな ければ、得ることのできる動力は減少する傾向となる。また、タービンの回転速 度が減少すれば、上述と逆のことがいえる。この結果、自由回転条件（即ち、タ ービンの軸上の外側媒体によって生成される抵抗トルクのない場合）が自己制限 されるとともに、低回転速度に対して高い動力のピークを呈し、流れの自己適合 現象を特徴付けるタービン装置となる。

たとえば、そのような動力ピークに対応する回転速度は、直径が３Ｑｍｍで、上 記流入路の周囲に沿って均等に配置させられた３つの流入路を有する周辺−螺旋 型の第１流体の供給が行われるタービン（流入導管の傾斜角α、βは４５°）に 対しては、１２００Ｏｒｐｍである。

なお、第１流体の注入導管１３０の数は変えてもよい。第１流体と第２流体の混 合をより均質化するために、上記流入溝の周辺に複数の注入導管を配置させるの が有利である。

図３および図４に示した実施例では、排出溝１１３は軸方向に延びる。また、こ のような注入法（周辺−螺旋状）では、偏向装置をタービン１１２の上流に置く 必要がないことに言及しておく。

変形例（図示せず）（角αは注入螺旋の初期勾配を決定し、角βはこの螺旋の注 入の公称直径を決定する）によれば、次のものが連続的に変化させられる。

−角α、これは、公称動作点の公称速度を変えるのがその目的である。

−角β、これは、第２流体の質量流量を優先させて動作特性を修正するのが、従 って、公称動作点での最大動力を修正するのがその目的である。

タービンの回転軸は、工具１８０のマンドレルロッド１６０によって直接構成す ることができる。

タービンから工具への駆動力の伝達は、技術的な実施上の問題、たとえば、−伝 達部材の慣性および回転速度の二乗に比例する力、および−特に工具を伝動装置 に固定できるようにするために、いくつかの構成部品の相対移動性によって形状 が変化する伝動装置を用いる必要性の問題を引き起こす。

しかし、図３に示す工具−タービンのアセンブリの場合、装置の適度な回転速度 を考慮して、回転および移動を案内するために、現在産業上利用されている、簡 素で安価なベアリングを用いることが可能である。

そのような実施例では、タービン１１２は、ミルであり得る筒状工具１８０の後 部（マンドレルロッド）に圧入される。

工具は、その目的のために、そのマンドレルロッドの高さに、この工具の回転軸 に沿って延びる小さな直線状エツジを有し得る。

−変形例では、この工具は中間固定片（図示せず）と連携する。

図示の例では、上記工具−タービンのアセンブリの支承ベアリングは、ローラー ベアリング１８３．１８４によって構成されている。ローラーベアリング１８３ は、タービンのハブに接している。スペーサ１８５は、上記工具上をスライドす るように取り付けられており、ベアリング本体１８６の高さにおいて回転軸に沿 っての必要な機能上の間隙を保証すべく、ローラーベアリング１８４と離間した 関係を維持している。

上記工具を構成している材料の熱膨張係数よりも熱膨張係数が小さい材料からな るリング１８７が、上記工具上にしっかりと取り付けられており、ローラ１８３ ．１８４およびスペーサ１８５を縦移動（上記工具の回転軸に沿った）しないよ うにしている。

このように作らされるアセンブリは、簡素で安価、かつ上記回転軸の周りの慣性 が小さい少数の部品によって構成される。

図５に示す実施例（第２変形例）によれば、第１流体の注入モードは再び異なっ たものとなる。

以前と同様、この図においても図２の参照番号を採用し、この参照番号に２００ を加えている。

ここでは、注入手段２１４は、流入路２１１内に開いた４つの導管（３つが図示 されている）２３０によって構成され、この結果、第１流体Ｆｐは装置の軸Ａに 平行に、かつ壁に沿って注入される。このような注入モードは、周辺状と呼ばれ る。

図２の例のように、第１流体はタービンに向かって第２流体を運ぶ。

第１流体を導入する導管２３０の数は変わり得ること、および、好ましくは複数 の導管が流入路２１１の周辺に沿って配されることに言及しておく。

一つの変形例では、軸方向ではなく螺旋状の流れを生成するために、各導入管２ ３０が自身の水平軸の周りに回転し得る。この場合、螺旋状の周辺の流れが、図 ３および図４に関して述べた利点を持って得られ、上流側分配器２１７が付属さ れる。

図６および図７は、本発明によるタービン装置の第３変形例を示している。以前 と同様、図２の参照番号を採用し、図２および図６中に示された等価な手段に対 して百の桁を３としている。

図６による装置３１０は、次のものを有するという特徴を示している。即ち、− 壁の高さにある環状型の第１流体の注入部（周辺環状注入部）と、−第２流体の 入口部、第１流体の注入部および排出路の排出部を変化させるようになっている アクチュエータである。

実際に、第２流体は、可変部の開口３５１を与える入口装置３５０を経由して流 入路内に導入される。上記入口装置は、流入路３１１の本体上にねじ３５２を介 して取り付け、取り外しされる。

このような螺合（または螺合の解除）は、入口部を修正するための手段、即ちア クチュエータ３５３によって制御される。このアクチュエータ３５３自体は処理 手段３２１によって制御される。矢印Ｂで示すように、このアクチュエータ３５ ３の動きは、第２流体の入口部を変化させるのを可能にする。

これに対応して、装置の排出部を変化させるためのアクチュエータ３５４は、ね じ３５７を介し出口装置３５６を螺合により進退させる。矢印Ｃで示すように、 このアクチュエータ３５４の動きは、排出部を変化させるのを可能にする。

以前に述べたのと同様に、アクチュエータ３５４は、プロセッシング手段３２１ によって制御される。

流入路３１１内の第１流体の注入部を変化させることを可能にするアクチュエー タ３５５が、同じく備えられている。

第１流体Ｆｐは、流れのネック部と呼ばれる最小部３５８を通過して、流入路３ １１内に導入される。このネック部は、アクチュゴ、−夕３５５によって変化す る。

このネックは、一方では流入路３１１の壁の環状隆起３５９によって（図７）、 他方では流入路３１１の上流側部分３１１ａにおいて上記環状隆起３５９の反対 側に配置された可動要素３６０によって作られている。

矢印りの方向に上記要素３６０をスライドさせることによって、第１流体を供給 するネック部３５８は変化し得る。スライドは、ねじ３６１によって、流入路３ １１内で可動要素３６０を螺合により進退させることによってもたらされる。

流入路３１１内への第１流体Ｆｐの導入が、装置の縦軸Ａに対して平行になるよ うに行われることに言及してお（。このような注入は、流入路の周辺全域の、壁 の付近で行われる。かかる注入は周辺−環状注入と呼ばれる。

図７に示すように、流入路３１１の本体３７０と、それに対向する可動要素３６ ０の夫々の形状は、環状の中細ノズルを構成している。この環状の中細ノズルは 、環状部３７１によって第１流体が供給されるので、この中細ノズルは、アクチ ュエータ３５５が可動要素３６０を縦移動させたときに夫々の表面が変化し得る ネック部３５８と出口部３７２とを持っている。上記ノズルの挟まり部分におい て、第１流体は、亜音速の加速を受けて、上記ネック３５８の箇所で音速に達す る。上記ノズルの広がり部分において、上記第１流体は、超音速の加速を受ける 。動作中、第１流体の供給圧は、注入部３７２の表面の値を考慮して、流入路内 からの上記第１流体の排出が超音速であり、かつ要素３６０の部分３７３での第 １流体の静圧が第２流体のそれよりも高くあるのに十分な程度でなければならな い。そうすれば実際に、要素３６０の出口縁３７４上に、上記第１流体と第２流 体との間のエネルギの交換を促進するのに適合した膨張流および乱流後流れが生 成される。さらに、環状の中細ノズルへの周辺注入は、一方では、上記第１流体 と第２流体との間のエネルギ交換面を増大させることを可能にする。また、他方 では、分配器３１７の入口平面３７５（図６）において、上記分配器３１７のブ レード３１８の頭部近傍に上記中細ノズルが置かれるにつれて、局所的平均速度 がますます大きくなるということに特徴づけられた最適速度プロファイルを得る のを可能にする。

第１流体の注入高さでの中細ノズルのこのような寸法的および機能的な構造は、 想定される変形例が何であろうと、全ての第１流体の注入に対して一般化され得 る。

そのような装置は、第１および第２流体の流入路の寸法と、排出路の寸法とに作 用を及ばせることによって、タービンの公称動作点を変化させることを可能にす る。

もちろん、アクチュエータ３５３．３５４．３５５のアセンブリは、処理手段３ ２１によって制御される。

排出装置の他の変形例は、タービンの出口平面からの第２流体を導（導管から流 入口の高さに向けて排出路を形成することにあり、そしてそれは、排出された流 体の一部を装置自身の中でリサイクルさせることを可能にする。

本発明による装置の利点は、どのような変形例が選ばれようと、出力されるトル クが低速回転において高く、出力される動力が既存のタービンの動力と同等であ るという事実に存する。

上述の変形例の夫々で使用され得るブレードについて次に述べる。

しかしながら、以下の説明の理解を容易にするために、用いられる主要な語句の 定義を思い起こしてみよう・ −ブレードの前縁は、このブレードの上流端に位置して、流れを受ける湾曲の部 分である。

−ブレードの後縁は、このブレードの下流端に位置する湾曲の部分であり、流れ はこの部分から離れ去る。

−　ブレードは、いわゆる下面といわゆる上面とによって構成され、これらの２ つの面は上記前縁および後縁の線に沿う割線をなす。

−ブレードの翼は、ブレードを載せているハブの軸と同軸をなす円筒面と下面お よび上面との交差の結果として生ずる閉曲線である。

−翼弦は、ブレード翼上の上記後縁および前縁の点を接合している直線の線分で ある。

−前縁角は、前縁の点での翼の接線と上記ハブの軸方向とによって作られる角度 である。

−後縁角は、後縁の点での翼の接線と上記ハブの軸の方向とによって作られる角 度である。

−下面の所定の点での翼の厚さは、下面の上記点と、下面の上記点における下面 の法線と上面の交点とで規定される線分の長さである。

−ブレードの根元は、ハブに隣接したブレードの部分である。

−ブレードの頭部は、ハブから最も離れたブレードの部分である。

ブレードは、図２について説明されるが、図３から図６に示す変形例についても 等しく良好に使用され得る。

タービン１２（図８）は、円上に均等に分配されたブレード１８が半径方向に配 置された円筒状のハブによって構成されている。これらのブレードは、同一のタ ービンに対して同一になっている。前縁角は、後縁角に関する場合と同様に、同 一のタービンの全てのブレードについて前縁の全体に沿って一定である。翼弦は 、同一のタービンの全てのブレードの全ての翼について一定である。一つの翼の 厚さは、後縁と前縁のご（近傍を除いて、一定である。

変形例では、ブレードの翼の厚さは、ブレードの頭部から根元へかけて増加する 機械的応力を考慮して、ブレードの頭部から根元へかけて増加している。

故に、ブレードは、一定の翼弦と、上記タービンと同軸の軸をもつ円筒状の部分 に沿った一定の厚さと、一定の前縁角と、一定の後縁角と、円錐面によって形成 される湾曲した下面および上面とを有することに言及しておく。上記円錐面は、 その頂点が、上記タービンの軸と、上流側部分の入口および下流側部分の出口に おける上記タービンの軸に垂直な平面と交差点であり、かつ頂角が上流側部分の 前縁角と下流側部分の後縁角との関数になっている。

上述のブレードは、作製（機械加工、モールディングなど）するのが簡単であり 、しかも高価ではない。

加えて、そのようなブレードは、タービンの速度が増加したとき、ブレード間の 流路で流れの速度を増加させるような利点を示す。上記流速の一定の値から、膨 張および再圧縮が、実質的にブレード間の流路における流れを落とす。このこと は、自由操作速度の自己制限の現象を生む結果となる。

比較的低速の回転（０から６０００ｒｐｍまで）のお陰で、簡素な、現行のター ビン支承軸受けが採用され得ることに言及しておきたい。

本発明の利点の一つは、軽さ、動作中の静かさ、信頼性にある。加えて、工具を ０から６０００ｒｐｍまで駆動するために、市場に存在する簡素で安価な伝動装 置が、このタービンに容易に適用され得る。

もちろん、本発明は、選択された実施例に限定されるものではなく、当業者の範 囲内での様々な変形例をカバーする。特に、変形例において、装置の排出面の高 さで、装置の外部環境で優勢な通常レベルの圧力よりも低い圧力を生むことが可 能である。その場合、装置の公称出方レベルは実質的に変化しない。反対に、注 入される質量流量は実質的に減少する。この現象は、排出路の出口での減圧によ って現われる第２のエネルギ源を、圧力下にある第１流体によって規定されるエ ネルギ源の損失を補うように導入することで特徴づけられる。しかしながら、第 １流体の注入圧Ｐｐに作用を及ぼすことによってタービンの回転速度を制御する 際の正確さは減少する。

特表千６−５１１５２８　（Ｂ） フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，５識別記号　庁内整理番号ＦＯＬＤ　１７１００　 Ｎ　６９６５−３ＧＦ０４Ｆ　５／４８　Ｚ　２１２５−３ＨＩ

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．上流側の流入路（１１，１１１，２１１，３１１）および下流側の排出路（ １３，１１３，２１３，３１３）に連通するタービンを回転駆動するための方法 において、第２流体Ｆｓを上記流体の流入路（１１，１１１，２１１，３１１） に流入させ、この流入路は、大きい質量流量Ｄｍｓと流速Ｖｓと圧力Ｐｓをもつ 第２流体の流れを生成するようになっている入口部を有し、同時に、質量流量ｄ ｍｐおよび上記第２流体のそれよりも非常に大きい所定の圧力Ｐｐと流速Ｖｐを 有する第１流体Ｆｐを注入し、その結果、上記流体の流入路（１１，１１１，２ １１，３１１）において、第１および第２流体の質量流量の和（Ｄｓｍ＋Ｄｍｐ ）に等しい質量流量と、第１流体Ｆｐの流速に比して小さい上記タービン（１２ ，１１２，２１２，３１２）に向かう流速とを有する均一な混合流体が得られ、 タービンの翼（１８，１１８，２１８，３１８）を経て上記混合流体を通過させ ることによって上記タービンを回転駆動し、流体の排出路（１３，１１３，２１ ３，３１３）を経て上記混合流体を排出し、この排出路は、出口において排出部 の近傍に存在する流体の圧力値に適合せしめられるように設計されていることを 特徴とするタービンの回転駆動方法。
2. ２．タービンを可変の参照速度で回転枢動ずる請求項１に記載の方法において、 さらに、 上記タービンの実際の回転速度ωを表す量を連続的に測定し、この実際の回転速 度を上記参照速度と比較し、上記流れの１つ以上のパラメータを連続的に修正し て、タービンの公称動作点を参照動作点に相当せしめることを含むことを特徴と するタービンの回転駆動方法。
3. ３．請求項１または２に記載のタービンの回転駆動方法において、上記公称動作 点は、 上記流入路において上記第２流体を流入させるための部分（３５１）を修正する こと、 上記流入路において上記第１流体を注入するための部分（３５８）を修正するこ と、 上記流体の排出路の部分を修正すること、上記第１流体の注入圧力を修正するこ と、を任意に組み合わせることによって決定されることを特徴とするタービンの 回転駆動方法。
4. ４．請求項１または３に記載のタービンの回転駆動方法において、上記第１流体 Ｆｐは、上記流入路（１１，１１１，２１１，３１１）に周辺状に注入されるこ とを特徴とするタービンの回転駆動方法。
5. ５．請求項１乃至４のいずれか１つに記載のタービンの回転駆動方法において、 上記第１流体Ｆｐは、上記流入路（１１，１１１，２１１，３１１）に軸方向に 沿って周辺状に注入されることを特徴とするタービンの回転駆動方法。
6. ６．請求項１乃至４のいずれか１つに記載のタービンの回転駆動方法において、 上記第１流体Ｆｐは、第１流体と第２流体の混合流体が螺旋状に動いて運ばれる ように注入されることを特徴とするタービンの回転駆動方法。
7. ７．請求項６に記載のタービンの回転駆動方法において、上記螺旋状の動きは、 周辺状であることを特徴とするタービンの回転駆動方法。
8. ８．請求項１乃至３のいずれか１つに記載のタービンの回転駆動方法において、 上記第１流体は、上記流入路に環状に注入されることを特徴とするタービンの回 転駆動方法。
9. ９．請求項１乃至８のいずれか１つに記載のタービンの回転駆動方法において、 上記流入路（３１１）に導入される前に注入部（３７２）の高さで明らかに超音 速の速度を有する第１流体Ｆｐが用いられることを特徴とするタービンの回転駆 動方法。
10. １０．請求項９に記載のタービンの回転駆動方法において、上記第１流体と第２ 流体とを、上記流入路への導入の近傍において超音速の第１流体によって生成さ れる膨張波によって混合することを含むタービンの回転駆動方法。
11. １１．請求項１乃至１０のいずれか１つに記載のタービンの回転駆動方法におい て、さらに、 タービンの入口面内での上記混合流体の角度αとβを修正することを含むタービ ンの回転駆動方法。
12. １２．請求項１乃至１１のいずれか１つに記載のタービンの回転駆動方法におい て、 タービンの回転速度ωを表す量は、上記タービン（１２，１１２，２１２，３１ ２）の上流側と下流側の静圧を測定することによって測定されることを特徴とす るタービンの回転駆動方法。
13. １３．請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のタービンの回転駆動方法におい て、 上記混合流体の速度は、この混合流体が上記タービン（１２，１１２，２１２， ３１２）の上流側の末広の流路（１６，１１６，２１６，３１６）を通過するこ とによって増加することを特徴とするタービンの回転駆動方法。
14. １４．請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の方法を実行するためのタービン 装置において、 タービン（１２，１１２，２１２，３１２）と、このタービンに向かう流体が流 入する上流側の流路（１１，１１１，２１１，３１１）と、流体の排出路（１３ ，１１３，２１３，３１３）とが、全体として回転対称を呈する本体内に設けら れ、所定の圧力，流速および質量流量ｄｍｐを有する第１流量Ｆｐを上記流入路 に注入するための手段（１４，１１４，２１４，３１４）と、質量流量Ｄｍｓを もつ第２流体を上記流入路に流入させるための手段と、流速Ｖｓと圧力Ｐｓと大 きい質量流量Ｄｍｓをもつ第２流体の流れを生成するようになっている入口部を 有する流入路（１１，１１１，２１１，３１１）と、上記第２流体のそれよりも 非常に大きい圧力および流速を有する第１流体を供給するようになっている注入 手段（１４，１１４，２１４，３１４）であって、この注入手段は、上記第１お よび第２流体の質量流量の和（Ｄｍｓ＋Ｄｍｐ）に等しい大きな質量流量と，第 １流体Ｆｐの流速に比して小さい上記タービン（１２，１１２，２１２，３１２ ）に向かう流速とを有する均一な混合流体が、上記流入路内で得られるように配 置されており、 上記排出路（１３，１１３，２１３，３１３）は、出口における圧力値を上記排 出部の近傍に存在する上記流体の圧力値に実質的に適合せしめ得る出口部分を有 することを特徴とするタービン装置。
15. １５．上記タービンを可変の参照速度で駆動するようになっている請求項１４に 記載のタービン装置において、このタービン装置は、さらに制御・調節手段（５ ０）を備え、この制御・調節手段は、 上記タービンの回転速度ωを表す量を測定するための手段（１９）と、測定され た回転速度を捕捉するための手段（２０）と、測定された回転速度を回転参照速 度と比較するようになっている処理手段（２１）と、 上記流れの機能パラメータおよび／または寸法パラメータを調節（２１）して、 回転速度の測定値を回転速度の参照値に一致させるようになっているアクチュエ ータ（５１）と、 止め弁（２２）を備えたことを特徴とするタービン装置。
16. １６．請求項１４または１６に記載のタービン装置において、上記注入手段（１ ４）は、ノズルを有するインジェクタであることを特徴とするタービン装置。
17. １７．請求項１４または１６に記載のタービン装置において、上記注入手段（１ １４，２１４）は、上記第１流体を上記流入路の壁に沿って導入するようになっ ている少なくとも１つの導管（１３０，２３０）からなることを特徴とするター ビン装置。
18. １８．請求項１４または１５に記載のタービン装置において、上記注入手段（１ １４）は、上記流入路の軸Ａに関して所定の傾きαと上記流入路の軸Ｆに関して 所定の傾きβをなす少なくとも１つの導管（１３０）からなって、上記第１流体 を螺旋状の経路に沿って上記流入路に供給するようになっていることを特徴とす るタービン装置。
19. １９．請求項１４または１５に記載のタービン装置において、上記注入手段（３ １４）は、上記流入路内の環状空間からなり、この環状空間は、先細の部分と可 変のネック部（３５８）と末広の部分を有することを特徴とするタービン装置。
20. ２０．請求項１４乃至１９のいずれか１つに記載のタービン装置において、上記 排出路（１３，１１３，２１３，３１３）は、半径方向および／または軸方向に 向いていることを特徴とするタービン装置。
21. ２１．請求項１４乃至２０のいずれか１つに記載のタービン装置において、上記 測定手段は、上記タービンの上流側および／または下流側の静圧を測定するよう になっている少なくとも２つのセンサ（１９）からなることを特徴とするタービ ン装置。
22. ２２．請求項１４乃至２１のいずれか１つに記載のタービン装置において、さら に、 上記第１流体を注入する部分を変化させるようになっているアクチュエータ（３ ５５）と、 上記第２流体が流入する部分を変化させるようになっているアクチュエータ（３ ５３）と、 上記混合流体の排出部分を変化させるようになっているアクチュエータ（３５４ ）と、を任意に組み合わせたことを特徴とするタービン装置。
23. ２３．請求項２２に記載のタービン装置において、各アクチュエータ（３５３， ３５４，３５５）は、上記処理手段（２１）によって制御されることを特徴とす るタービン装置。
24. ２４．請求項１４乃至２３のいずれか１つに記載のタービン装置において、上記 タービンの回転軸は、このタービンによって駆動される工具（１８０）のマンド レルロッド（１６０）によって構成されることを特徴とするタービン装置。
25. ２５．請求項１４乃至２４のいずれか１つに記載のタービン装置において、上記 タービンおよび／または上流側の分配器は、ブレードを備え、このブレードは、 一定の翼弦と、タービンの軸と同軸をなす円筒状の部分に沿った一定の厚さと、 一定の前縁角と、一定の後縁角と、湾曲した下面および上面と、上流部分のため の入口および下流部分のための出口とを有し、上記下面および上面は、タービン の軸とこの軸に垂直な平面との交点を頂点とする円錐の面によって作られ、この 円錐の頂角は、上記上流部分のための前縁角および上記下流部分のための後縁角 の関数であることを特徴とするタービン装置。