JP2001214847A - Turbomachinery - Google Patents

Turbomachinery

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JP2001214847A
JP2001214847A JP2000027306A JP2000027306A JP2001214847A JP 2001214847 A JP2001214847 A JP 2001214847A JP 2000027306 A JP2000027306 A JP 2000027306A JP 2000027306 A JP2000027306 A JP 2000027306A JP 2001214847 A JP2001214847 A JP 2001214847A
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JP
Japan
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fixed
cover
gap
main plate
impeller
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Application number
JP2000027306A
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Japanese (ja)
Inventor
Kei Katayama
慶 片山
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide turbomachinery capable of reducing a leakage flow rate at steady operation time and shaft directional thrust without reducing volumetric efficiency. SOLUTION: In this turbomachinery having an impeller for rotating together with a rotary main shaft by being held by the rotary main shaft 1 and a fixed side cover 5 arranged so as to cover this impeller, and being constituted so that the impeller comprises a main plate 2 expanding in a concentric circle shape with the rotary main shaft as the center and plural blades 4 held on a side wall surface of this main plate, and the fixed side cover 5 is adjacently arranged on the main plate 2, and is formed so as to have prescribed clearance 7 between the cover and the main plate, the clearance 7 is provided with an annular clearance part for dividing this clearance into two parts in the radial direction, and a radial directional width of this annular clearance part is formed so as to narrow at shaft directional moving time of the impeller to the fixed cover side.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はターボ機械に係り、
特に大型の水力発電所で用いられる水車や高速回転をす
るポンプやブロワなどに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a turbomachine,
In particular, the present invention relates to a water turbine, a high-speed rotating pump, a blower, and the like used in a large hydroelectric power plant.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来一般に採用されているこの種のター
ボ機械は、回転主軸と、この回転主軸に保持された羽根
車と、羽根車を覆うように配置された固定側カバーとを
備え、そして前記羽根車が、回転主軸を中心として同心
円状に広がる主板と、この主板の側壁面に保持された複
数枚の羽根とを備えて構成されているのが普通である。
2. Description of the Related Art A turbo machine of this type, which has been generally employed, includes a rotating spindle, an impeller held by the rotating spindle, and a fixed cover arranged to cover the impeller. Generally, the impeller includes a main plate that extends concentrically around a rotating main shaft, and a plurality of blades held on a side wall surface of the main plate.

【0003】ターボ機械,例えばポンプや水車などにお
いて、主板と固定側カバー間に形成される背圧室または
側圧室に流体が流れ込み、羽根車が回転している影響を
受け旋回方向速度を持つことにより半径方向の圧力分布
に勾配ができる。この圧力の勾配の変化により、羽根車
に軸方向のスラストが作用することから、一般にはこの
スラストを支えるためにスラスト軸受が設けられてい
る。したがって、この圧力分布の勾配により生ずるスラ
ストを小さくすることにより、スラスト軸受を簡易化・
長寿命化することが可能となる。また、過大スラストが
働いた場合などには回転部分と固定部分が接触すること
もあり、機器の損傷を招く恐れもある。
[0003] In a turbomachine, for example, a pump or a water wheel, a fluid flows into a back pressure chamber or a side pressure chamber formed between a main plate and a fixed side cover, and has a turning speed due to the rotation of an impeller. This creates a gradient in the radial pressure distribution. An axial thrust acts on the impeller due to the change in the pressure gradient. Therefore, a thrust bearing is generally provided to support the thrust. Therefore, by reducing the thrust caused by the gradient of this pressure distribution, the thrust bearing can be simplified and
The service life can be extended. Further, when excessive thrust is applied, the rotating portion and the fixed portion may come into contact with each other, which may cause damage to the device.

【0004】これまで羽根車に対し軸方向に働くスラス
トを低減するために、背圧室から羽根車内側に釣り合い
穴を設け背圧室の圧力を一定に保つようにしたり、ま
た、背圧室からドラフトチューブにバランスパイプを設
けたり、背圧室と側圧室を結ぶ連通管を設けたりして、
圧力のバランスを保つようにしたものが知られている。
また、この他に羽根車の裏側に羽根を設けたり、背圧室
や側圧室の固定部分に放射状の溝を設けたりして、背面
の旋回流れをコントロールする方法なども知られてい
る。
In order to reduce the thrust acting on the impeller in the axial direction, a balancing hole is provided from the back pressure chamber to the inside of the impeller so that the pressure in the back pressure chamber is kept constant. By installing a balance pipe in the draft tube, or by providing a communication pipe connecting the back pressure chamber and the side pressure chamber,
There are known pressure balances.
In addition, a method is also known in which a blade is provided on the back side of the impeller or a radial groove is provided in a fixed portion of the back pressure chamber or the side pressure chamber to control the swirling flow on the back.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように形成されて
いるターボ機械,すなわち釣り合い穴やバランスパイプ
などで圧力のバランスを保つものでは、ある程度のバラ
ンスを保つことができ、スラストを小さくする点では有
効なのであるが、しかし、定常運転時にランナの外側を
流れる漏れ流量が多く、このため体積効率が下がり効率
低下を招くという嫌いがあり、また、背面の旋回流れを
コントロールするものでは、部材に放射状の加工が必要
となりコストアップにつながるという問題があった。
With a turbomachine formed in this way, that is, a turbomachine that balances pressure with a balancing hole or a balance pipe, it is possible to maintain a certain level of balance and to reduce thrust. Although it is effective, however, there is a lot of leakage flow outside the runner during steady operation, which dislikes that the volumetric efficiency is reduced and the efficiency is reduced. There is a problem that processing is required, which leads to an increase in cost.

【0006】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、定常運転時の漏れ流量が少なく、
かつ体積効率を低下させることなく軸方向スラストを低
減することが可能なこの種のターボ機械を提供すること
にある。
[0006] The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to reduce the leakage flow rate during steady operation,
It is another object of the present invention to provide a turbomachine of this type capable of reducing axial thrust without lowering volumetric efficiency.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、回転
主軸に保持され回転主軸とともに回動する羽根車と、こ
の羽根車を覆うように配置された固定側カバーとを備
え、前記羽根車が、前記回転主軸を中心として同心円状
に広がる主板と、この主板の側壁面に保持された複数枚
の羽根とを備えて構成されるとともに、前記固定側カバ
ーが、前記主板に隣接して配置され、かつ主板との間に
所定の間隙を有するように形成されているターボ機械に
おいて、前記間隙に、この間隙を半径方向に2分する環
状隙間部分を設けるとともに、この環状隙間部分の半径
方向の幅が、羽根車の前記固定カバー側への軸方向移動
時に狭まるように形成し所期の目的を達成するようにし
たものである。
That is, the present invention comprises an impeller held by a rotating spindle and rotating with the rotating spindle, and a fixed-side cover arranged to cover the impeller. A main plate that extends concentrically around the rotating main shaft, and a plurality of blades held on a side wall surface of the main plate, and the fixed-side cover is disposed adjacent to the main plate. And a turbo machine formed so as to have a predetermined gap between the main plate and the main plate. In the turbo machine, an annular gap portion that divides the gap into two in the radial direction is provided in the gap, and the annular gap portion in the radial direction is provided. The width is formed so as to be narrow when the impeller is moved in the axial direction toward the fixed cover, so that the intended purpose is achieved.

【0008】また本発明は、回転主軸と、この回転主軸
に保持され回転主軸とともに回動する羽根車と、この羽
根車を覆うように配置された固定側カバーとを備え、前
記羽根車が、前記回転主軸を中心として同心円状に広が
る主板と、この主板の側壁面に保持された複数枚の羽根
とを備えて構成されるとともに、前記固定側カバーが、
前記主板に隣接して配置され、かつ主板との間に所定の
間隙を有するように形成されているターボ機械におい
て、前記主板と前記固定側カバーの前記間隙側の側壁面
に、それぞれ前記間隙を半径方向に2分する環状の突出
堤を設けるとともに、この環状突出堤を、両環状突出堤
の間の半径方向の間隙幅が前記羽根車の固定側カバー側
への軸方向移動時に狭まるように形成したものである。
Further, the present invention comprises a rotating spindle, an impeller held by the rotating spindle and rotating with the rotating spindle, and a fixed-side cover arranged so as to cover the impeller. A main plate extending concentrically around the rotation main shaft, and a plurality of blades held on a side wall surface of the main plate, and the fixed-side cover,
In the turbomachine, which is arranged adjacent to the main plate and is formed so as to have a predetermined gap between the main plate and the main plate, the main plate and the fixed side cover have the gaps formed on the side wall surfaces on the gap side, respectively. An annular projecting ridge that divides into two in the radial direction is provided, and this annular projecting ridge is formed so that the radial gap between the two annular projecting levees becomes narrower when the impeller moves in the axial direction toward the fixed side cover side. It is formed.

【0009】また、この場合、前記両環状突出堤を、前
記回転主軸を中心とする同心円形状に形成するととも
に、その両環状突出堤の対向面側の側面の半径を、主板
または固定カバーから遠ざかるに従い小さくなるように
軸方向に変化させるようにしたものである。また、前記
両環状突出堤の軸方向変化を、直線的な変化としたもの
である。
Further, in this case, the two annular projecting ridges are formed in a concentric shape around the rotating main shaft, and the radius of the side surface of the two annular projecting ridges on the opposed surface side is kept away from the main plate or the fixed cover. In the axial direction so as to be smaller in accordance with the following. Further, the axial change of the two annular projecting levees is a linear change.

【0010】すなわちこのように形成されたターボ機械
であると、前記間隙,すなわち背圧室に、この背圧室を
半径方向に2分する環状隙間部分を設けるとともに、こ
の環状隙間部分の半径方向の幅が、羽根車の前記固定カ
バー側への軸方向移動時に狭まるように形成されている
ので、羽根車にこの方向のスラストが作用した場合、前
記半径方向の幅が小さくなることからシール効果が大き
くなり、背圧室の圧力が大きくなって主板を元の位置へ
押し戻そうとする力が働き、したがって、定常運転時の
漏れ流量が少なく、かつ体積効率を低下させることなく
軸方向スラストを低減することができるのである。
That is, according to the turbo machine formed as described above, the gap, that is, the back pressure chamber is provided with an annular gap portion that divides the back pressure chamber into two in the radial direction, and the annular gap portion is formed in the radial direction. Is formed so as to narrow when the impeller moves in the axial direction to the fixed cover side, so that when the thrust in this direction acts on the impeller, the width in the radial direction is reduced, so that the sealing effect is obtained. And the force in the back pressure chamber increases to push the main plate back to its original position.Therefore, the leakage flow rate during steady operation is small, and the axial thrust is maintained without reducing the volumetric efficiency. Can be reduced.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。なお、ここではフランシス形ポ
ンプ水車の場合を例に説明するが、必ずしもポンプ水車
に限定されるものではなく,例えばブロワ、水車、ポン
プなどにも採用可能であることは勿論である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. Here, the case of a Francis type pump-turbine will be described as an example, but the present invention is not necessarily limited to the pump-turbine, and it is needless to say that the present invention can be applied to a blower, a water-turbine, a pump, and the like.

【0012】図1にはフランシス形ポンプ水車の要部が
断面で示されている。1が主軸であり、2が主板、3が
側板、4が羽根、5が固定側上カバー、6が固定側下カ
バーである。ポンプ水車の回転体(羽根車)は、回転軸
となる回転主軸1と、この主軸を中心として同心円状に
広がる主板2および側板3とを備え、そして主板2と側
板3との間に複数枚の羽根4が配置され、構成されてい
る。なお、ブロワや小型のポンプなどでは側板3のない
セミオープンの羽根車の場合もある。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a Francis type pump-turbine. 1 is a main shaft, 2 is a main plate, 3 is a side plate, 4 is a blade, 5 is a fixed-side upper cover, and 6 is a fixed-side lower cover. The rotating body (impeller) of the pump turbine includes a rotating main shaft 1 serving as a rotating shaft, a main plate 2 and a side plate 3 concentrically extending around the main shaft, and a plurality of plates are provided between the main plate 2 and the side plate 3. Are arranged and configured. In addition, a blower or a small pump may be a semi-open impeller without the side plate 3 in some cases.

【0013】この羽根車の周囲,すなわち固定部分に
は、主板側に固定側上カバー5、側板側に固定側下カバ
ー6が配置されている。なお、主板5と上カバー5の間
の空間7(以下、背圧室)と、側板3と下カバー6の間
の空間8(以下、側圧室)には、漏れ流体が流れる。
Around the impeller, ie, a fixed portion, a fixed-side upper cover 5 is disposed on the main plate side, and a fixed-side lower cover 6 is disposed on the side plate side. Leakage fluid flows into a space 7 (hereinafter, back pressure chamber) between the main plate 5 and the upper cover 5 and a space 8 (hereinafter, side pressure chamber) between the side plate 3 and the lower cover 6.

【0014】この漏れ流体の量を少なくするため、背圧
室7には環状隙間部分であるシール9が設けられ、背圧
室を内側と外側に二分する形となる。また、側圧室8側
でも流体の漏れを少なくするため内径側に環状隙間部分
であるシール10が設けられている。なお、これらのシ
ール9,10はどちらか片方だけでも機能するが、両方
に設けたほうがより効果が大きいことは勿論である。
In order to reduce the amount of the leakage fluid, the back pressure chamber 7 is provided with a seal 9 which is an annular gap portion, so that the back pressure chamber is divided into an inner side and an outer side. Also, on the side of the side pressure chamber 8, a seal 10 as an annular gap portion is provided on the inner diameter side to reduce leakage of fluid. Although either one of these seals 9 and 10 functions, it is needless to say that providing both seals 9 and 10 is more effective.

【0015】環状隙間によるシール9,10は、隙間の
長さ、幅、段数により流体の漏れ流量を制御することが
できるが、長さの影響は幅に比べて小さいとされてい
る。このため本発明では環状隙間の幅を変化させること
による漏れ流量を制御するようにしている。すなわち、
図2に拡大して示されているように構成されるのであ
る。すなわち、シール9は、例えば主板2および上カバ
ー5から夫々背圧室に突出し、その側壁面が対向するよ
うに形成された環状突出堤9a,9bから構成される
が、その対向側壁部は特に次のように形成されるのであ
る。
In the seals 9 and 10 formed by the annular gaps, the leakage flow rate of the fluid can be controlled by the length, width, and number of stages of the gaps, but the influence of the length is considered to be smaller than the width. For this reason, in the present invention, the leakage flow rate by changing the width of the annular gap is controlled. That is,
It is configured as shown enlarged in FIG. That is, the seal 9 is composed of annular projecting ridges 9a and 9b which project from the main plate 2 and the upper cover 5 respectively to the back pressure chamber, and their side walls face each other. It is formed as follows.

【0016】すなわち、環状突出堤9aは、回転主軸1
を中心とする同心円形状に形成されるとともに、その環
状突出堤の対向面側の側面の半径Rが、主板2(環状突
出堤9bは固定側カバー5)から遠ざかるに従い小さく
なるように軸方向に変化させた形状に形成されるのであ
る。すなわち、一方側の環状突出堤9aの側壁面が傾斜
面に形成され、他方側の側壁面がこの傾斜面に対抗する
ように形成されるのである。
That is, the annular projecting ridge 9a is
And the radius R of the side surface on the opposite surface side of the annular projecting bank becomes smaller as the distance from the main plate 2 (the annular projecting bank 9b is the fixed side cover 5) becomes smaller. It is formed in a changed shape. That is, the side wall surface of the annular projecting ridge 9a on one side is formed on an inclined surface, and the side wall surface on the other side is formed so as to oppose this inclined surface.

【0017】このような構成であると、軸方向スラスト
が作用した場合,例えば、羽根車が側板3側から主板2
側に向かう方向(矢印Q方向)に動いた場合、背圧室7
のシール間隙9gの幅が小さくなることからシール効果
が大きくなり、背面を流れる漏れ流量が少なくなる。漏
れ流量が少なくなると、背面流れの旋回方向成分は小さ
くなる。ここで背圧室の半径方向の圧力勾配は背面流れ
の旋回速度の2乗に比例し、背圧室外周端を境界条件と
して決まるため、旋回速度が遅いほど背圧室の圧力は大
きくなる。背圧室の圧力増大により羽根車を主板2から
側板3に向かって押す力が増加し、この結果として元の
位置へ押し戻されることになる,すなわち過大なスラス
ト力は解消されるのである。
With such a configuration, when an axial thrust acts, for example, the impeller is moved from the side plate 3 side to the main plate 2.
Side direction (arrow Q direction), the back pressure chamber 7
Since the width of the seal gap 9g becomes small, the sealing effect is increased, and the leakage flow rate flowing on the back surface is reduced. As the leakage flow rate decreases, the swirling direction component of the back flow decreases. Here, the pressure gradient in the radial direction of the back pressure chamber is proportional to the square of the swirl speed of the back flow, and is determined based on the outer peripheral end of the back pressure chamber as a boundary condition. Therefore, the lower the swirl speed, the greater the pressure in the back pressure chamber. Due to the increase in the pressure in the back pressure chamber, the force for pushing the impeller from the main plate 2 to the side plate 3 increases, and as a result, the impeller is pushed back to the original position, that is, the excessive thrust force is eliminated.

【0018】逆に羽根車が主板2から側板3へ向かう方
向に動いた場合、背圧室7のシール9の幅が広がること
によりシール効果が小さくなり、背面を流れる漏れ流量
が増加する。これにより背面流れの旋回方向速度が増加
し、背圧室の圧力が低下する。このため羽根車を主板2
から側板3へ向かう方向へ押す力が減少し、結果として
元の位置へ引き戻されることになる。
Conversely, when the impeller moves in the direction from the main plate 2 to the side plate 3, the width of the seal 9 in the back pressure chamber 7 is increased, thereby reducing the sealing effect and increasing the leakage flow rate flowing through the back surface. As a result, the swirling speed of the back flow increases, and the pressure in the back pressure chamber decreases. For this reason, the impeller is
, The pushing force in the direction toward the side plate 3 decreases, and as a result, it is returned to the original position.

【0019】この場合、その制御量はその時の羽根車の
変位に応じて変化するものである。また段数によりその
効果を大きくすることができるため、単段に限らず複数
段としその効果をより大きくすることができる。複数段
とする場合は階段状に並べることや平行に並べることや
もしくはその混合などいろいろ考えられる。
In this case, the control amount changes according to the displacement of the impeller at that time. Further, since the effect can be increased by the number of stages, the effect can be further increased by using not only a single stage but also a plurality of stages. In the case of a plurality of stages, various arrangements such as arranging in a stepwise manner, arranging in parallel, or a mixture thereof are conceivable.

【0020】この環状隙間によるシールで円筒面形状の
ものは通常のターボ機械でよく用いられており、この形
状を変更するだけで、他の構造物を必要とすることなく
従来とほとんど変わらぬ同様の加工を施すだけでスラス
ト制御を行うことができるので、コストダウンにつなが
る。
A cylindrical seal having a cylindrical surface shape is often used in ordinary turbomachines. By simply changing the shape, the seal is almost the same as the conventional one without requiring other structures. Since the thrust control can be performed only by performing the machining, the cost is reduced.

【0021】なお、以上の説明では、環状隙間部分,す
なわち環状突出堤9a,9bを形成するに当たり、一方
側の環状突出堤9aの側壁面が傾斜面に形成され、他方
側の側壁面がこの傾斜面に対抗するように傾斜面に形成
するようにしたが、この傾斜面の場合が漏れ流量の制御
量を予想しやすく、また加工もし易い点で最も有効であ
るが、この形状としては種々考えられるであろう。
In the above description, in forming the annular gap portion, that is, the annular projecting ridges 9a and 9b, the side wall surface of one annular projecting ridge 9a is formed as an inclined surface, and the other side wall surface is formed as an inclined surface. The inclined surface is formed so as to oppose the inclined surface, but this inclined surface is the most effective in that the control amount of the leakage flow rate is easily predicted and the processing is easy, but the shape is various. Would be considered.

【0022】図3には、環状隙間部分の断面形状の例が
挙げられている。図3(a)、(b)は、回転放物面や
回転双曲面のような曲線としたもので、このようにする
ことにより漏れ流量制御の量を軸方向変位に応じて変化
させることができる。また図3(c)は、階段状に複数
段にしたものである。また図3(d)は、平行に複数段
並べたものである。さらに図4には、側圧室の内周シー
ル形状の例が挙げられている。シール10の側板3から
遠い側の半径を小さくすることで、羽根車や上カバー・
下カバーの加工が容易になる。
FIG. 3 shows an example of the sectional shape of the annular gap portion. FIGS. 3A and 3B show curves such as a paraboloid of revolution and a hyperboloid of revolution. By doing so, the amount of leakage flow control can be changed according to the axial displacement. it can. FIG. 3C shows a plurality of steps in a stepwise manner. FIG. 3D shows a plurality of stages arranged in parallel. Further, FIG. 4 shows an example of the inner peripheral seal shape of the side pressure chamber. By reducing the radius of the seal 10 on the side remote from the side plate 3, the impeller and the upper cover
Processing of the lower cover becomes easy.

【0023】本発明は、上記のような実施例の構造にす
ることにより、以下のような作用が働く、すなわち図5
に背圧室または側圧室の圧力分布模擬図が示されてい
る。R0が主板または側板の最外周部分半径、R1が内
側シール部分の半径が示されている。また、Poutが最外
周部分の圧力を示し、Pinがシール部分外周の圧力が示
されている。背圧室または側圧室の流体の流れは羽根車
が回転しているため旋回流れとなっている。このため、
圧力分布は外周部分が内周部分よりも高くなる2次曲線
で表わすことができる。最外周部分の圧力Poutは羽根車
の回転数や出力などそのターボ機械の仕様で決まる。シ
ール部分外周の圧力Pinは内側シールのシール効果の大
きさできまり、シール効果が大きい場合は圧力が高くな
り、その逆にシール効果が小さい場合はその圧力は小さ
くなる。
According to the present invention, by employing the structure of the above-described embodiment, the following operation works, that is, FIG.
3 shows a pressure distribution simulation diagram of the back pressure chamber or the side pressure chamber. R0 indicates the radius of the outermost peripheral portion of the main plate or the side plate, and R1 indicates the radius of the inner seal portion. Pout indicates the pressure at the outermost peripheral portion, and Pin indicates the pressure at the outer peripheral portion of the seal portion. The flow of the fluid in the back pressure chamber or the side pressure chamber is a swirling flow because the impeller is rotating. For this reason,
The pressure distribution can be represented by a quadratic curve where the outer circumference is higher than the inner circumference. The pressure Pout at the outermost peripheral portion is determined by the specifications of the turbo machine such as the rotation speed and output of the impeller. The pressure Pin on the outer periphery of the seal portion is determined by the magnitude of the sealing effect of the inner seal. When the sealing effect is large, the pressure increases, and when the sealing effect is small, the pressure decreases.

【0024】ここで背圧室の圧力分布が図5の分布で与
えられた場合、軸方向に働くスラスト力は圧力分布の面
積積分値で得られ、その力が主板から側板の向きに働
く。側圧室の場合は、その逆に側板から主板の向きに働
く。この背圧室と側圧室の圧力分布に差が生じた時、過
大スラストが生じることになる。
When the pressure distribution in the back pressure chamber is given by the distribution shown in FIG. 5, the thrust force acting in the axial direction is obtained by the area integral of the pressure distribution, and the force acts in the direction from the main plate to the side plate. In the case of a side pressure chamber, on the contrary, it works in the direction from the side plate to the main plate. When a difference occurs in the pressure distribution between the back pressure chamber and the side pressure chamber, excessive thrust occurs.

【0025】つまり過大スラストが生じている状態で
は、背圧室と側圧室の圧力バランスが崩れているので、
この圧力分布が同様になるようにする必要がある。例え
ば側板から主板の向きに過大スラストが生じている場
合、背圧室の圧力を上げる、または側圧室の圧力を下げ
る必要がある。背圧室の圧力を上げるには内側シールの
シール効果を強めシール外周の圧力PinをP’にし、側
圧室の圧力を下げるには内側シールのシール効果を弱め
シール外周部分の圧力PinをP’’にする。
In other words, in a state where excessive thrust occurs, the pressure balance between the back pressure chamber and the side pressure chamber is lost.
It is necessary to make this pressure distribution similar. For example, when excessive thrust occurs in the direction from the side plate to the main plate, it is necessary to increase the pressure in the back pressure chamber or decrease the pressure in the side pressure chamber. To increase the pressure in the back pressure chamber, strengthen the sealing effect of the inner seal and increase the pressure Pin on the outer periphery of the seal to P '. To decrease the pressure in the side pressure chamber, weaken the sealing effect of the inner seal and increase the pressure Pin on the outer periphery of the seal to P'. '

【0026】このことは逆に体積効率や漏れ流量の観点
から運転中にシール位置を動かしそのシール効果を変え
てしまうと、それと同時に背圧室や側圧室の圧力分布が
変わり、背圧室と側圧室の圧力バランスが崩れることか
ら、過大スラストを引起こす原因となることを示唆して
いる。またシール隙間を一定に保つ機構では、シール効
果が一定に保たれるためにスラスト抑制効果は全く働か
ない。
Conversely, if the sealing position is moved during operation to change the sealing effect from the viewpoint of volumetric efficiency and leakage flow rate, the pressure distribution of the back pressure chamber and the side pressure chamber changes at the same time, The imbalance in pressure in the side pressure chamber suggests that it may cause excessive thrust. In the mechanism for keeping the seal gap constant, the thrust suppression effect does not work at all because the sealing effect is kept constant.

【0027】本発明では過大な軸方向スラストが働くこ
とにより、前述したように、羽根車が側板3から主板2
に向かう方向に動いた場合、背圧室7のシール9の幅が
小さくなることからシール効果が大きくなり、背面を流
れる漏れ流量を少なくすることができる。漏れ流量が少
なくなると背面流れの旋回方向成分が小さくなり、元の
位置へ押し戻されることになる。
According to the present invention, the excessive axial thrust acts to move the impeller from the side plate 3 to the main plate 2 as described above.
When moving in the direction toward, the width of the seal 9 of the back pressure chamber 7 is reduced, so that the sealing effect is increased, and the leakage flow rate flowing through the back surface can be reduced. When the leakage flow rate is reduced, the swirling direction component of the back flow becomes smaller and is pushed back to the original position.

【0028】側圧室6のシール10の効果も同様であ
り、背圧室7のシール9と向きが逆になる。つまり、羽
根車が側板3から主板2の向きへ動いた場合、側圧室シ
ール10の幅が広がるため側圧室8を流れる漏れ流量が
増加し側圧室を流れる漏れ流れの旋回方向速度が増加
し、側圧室の圧力が低下し側板3から主板2の向きで働
く力が減少し、この結果羽根車は引き戻される。また、
羽根車が主板2から側板3へ向きで動いた場合、側圧室
シール10の幅が狭くなるため側圧室6を流れる漏れ流
量が減少し、漏れ流れの旋回方向速度が減速するため側
圧室の圧力が増加し、側板3から主板2へ羽根車を押す
力が増加し、この結果羽根車は押し戻される。
The effect of the seal 10 of the side pressure chamber 6 is the same, and the direction of the seal 9 of the back pressure chamber 7 is reversed. In other words, when the impeller moves from the side plate 3 toward the main plate 2, the width of the side pressure chamber seal 10 is increased, so that the leakage flow rate flowing through the side pressure chamber 8 increases, and the rotational speed of the leakage flow flowing through the side pressure chamber increases. The pressure in the side pressure chamber decreases, the force acting in the direction from the side plate 3 to the main plate 2 decreases, and as a result, the impeller is pulled back. Also,
When the impeller moves in the direction from the main plate 2 to the side plate 3, the width of the side pressure chamber seal 10 is reduced, so that the leakage flow rate flowing through the side pressure chamber 6 is reduced, and the rotational speed of the leakage flow is reduced, so that the pressure in the side pressure chamber is reduced. Increases, and the force for pushing the impeller from the side plate 3 to the main plate 2 increases, and as a result, the impeller is pushed back.

【0029】このようにわずかな軸変位を伴うような過
大スラストに対して、その軸変位に応じた抗力を自ら発
生させることができ、自己調整を取ることによりスラス
トを制御・抑制することが可能で羽根車を適正な位置に
保つことができる。変位により抗力を変化させることが
できるので、従来では回転部分と固定部分が接触してし
まうような大きな変位が生じた場合でもそれに応じた大
きな抗力を発生させることができるので接触する可能性
を低くすることができる。
In response to such an excessive thrust with a slight axial displacement, a drag corresponding to the axial displacement can be generated by itself, and the thrust can be controlled / suppressed by taking self-adjustment. With this, the impeller can be kept at an appropriate position. Since the drag can be changed by the displacement, conventionally, even if a large displacement occurs, such that the rotating part and the fixed part come into contact with each other, it is possible to generate a correspondingly large drag, thereby reducing the possibility of contact. can do.

【0030】このためこの構造を設けるのは背圧室7と
側圧室8のどちらか一方でも効果は十分に期待できる
が、両方に設けたほうがより大きな効果を期待できる。
Therefore, the provision of this structure can be expected to have a sufficient effect in either the back pressure chamber 7 or the side pressure chamber 8, but a greater effect can be expected in the case where both are provided.

【0031】なお、前述実施例では、主軸に対し一つの
羽根車の場合を取り上げたが、一つの主軸に対し複数の
羽根車を持つ他段の場合も各羽根車の背圧室または側圧
室に用いることができ、それに応じた効果が期待でき
る。また、主軸は縦軸の場合でも横軸の場合でも同じ効
果が期待できるが、縦軸の場合羽根車に働くスラストの
方向と重力の方向が同じになる場合があるので、重力に
よる自重を支える効果が働く。また、前述実施例では作
動流体が水であるが、他の流体たとえば油または空気の
ように液体でなく気体でもよい。
In the above-described embodiment, the case where one impeller is provided for the main shaft is described. However, in the case of another stage having a plurality of impellers for one main shaft, the back pressure chamber or the side pressure chamber of each impeller is also used. And an effect corresponding to it can be expected. In addition, the same effect can be expected when the main axis is the vertical axis or the horizontal axis, but in the case of the vertical axis, the direction of thrust acting on the impeller and the direction of gravity may be the same, so it supports its own weight due to gravity. The effect works. Although the working fluid is water in the above-described embodiment, it may be a gas instead of a liquid such as another fluid such as oil or air.

【0032】また、このような構成であると、羽根車の
回転数による制限が無く、回転数に応じた圧力分布が自
然と釣合う構造になっているため、高回転数の機器に使
用可能で、過渡的に高回転になる場合その回転数によっ
た効果を期待することができる。
Further, with such a configuration, there is no limitation by the number of rotations of the impeller, and the pressure distribution according to the number of rotations is naturally balanced, so that it can be used for equipment having a high number of rotations. Therefore, when the rotation speed becomes high transiently, an effect depending on the rotation speed can be expected.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、定常運転時の漏れ流量が少なく、かつ体積効率を低
下させることなく軸方向スラストを低減することが可能
なこの種のターボ機械を得ることができる。
As described above, according to the present invention, there is provided a turbomachine of this kind capable of reducing the axial flow thrust without lowering the flow rate during steady operation and reducing the volumetric efficiency. Obtainable.

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

【図1】本発明のターボ機械の一実施例を示す縦断側面
図である。
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing one embodiment of a turbomachine of the present invention.

【図2】本発明のターボ機械の要部を拡大して示す縦断
側面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional side view showing an enlarged main part of the turbomachine of the present invention.

【図3】本発明のターボ機械の要部を拡大して示す縦断
側面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional side view showing an enlarged main part of the turbomachine of the present invention.

【図4】本発明のターボ機械の要部を拡大して示す縦断
側面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional side view showing an enlarged main part of the turbomachine of the present invention.

【図5】本発明のターボ機械のスラスト特性図である。FIG. 5 is a thrust characteristic diagram of the turbomachine of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…回転主軸、2…主板、3…側板、4…羽根、5…固
定側上カバー、6…固定側下カバー、7…背圧室、8…
側圧室、9…環状隙間、9a,9b…環状突出堤、10
…環状隙間。
REFERENCE SIGNS LIST 1 rotating main shaft 2 main plate 3 side plate 4 blade 5 fixed upper cover 6 fixed lower cover 7 back pressure chamber 8
Side pressure chamber, 9: annular gap, 9a, 9b: annular projecting embankment, 10
… An annular gap.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転主軸と、該回転主軸に保持され回転
主軸とともに回動する羽根車と、該羽根車を覆うように
配置された固定側カバーとを備え、前記羽根車が、前記
回転主軸を中心として同心円状に広がる主板と、該主板
の側壁面に保持された複数枚の羽根とを備えて構成され
るとともに、前記固定側カバーが、前記主板に隣接して
配置され、かつ主板との間に所定の間隙を有するように
形成されているターボ機械において、 前記間隙に、この間隙を半径方向に2分する環状隙間部
分を設けるとともに、この環状隙間部分の半径方向の幅
が、羽根車の前記固定側カバー側への軸方向移動時に狭
まるように形成したことを特徴とするターボ機械。
1. A rotating spindle, an impeller held by the rotating spindle and rotating with the rotating spindle, and a fixed-side cover arranged to cover the impeller, wherein the impeller includes the rotating spindle. A main plate extending concentrically around the center and a plurality of blades held on a side wall surface of the main plate, and the fixed side cover is arranged adjacent to the main plate, and the main plate and In the turbomachine formed so as to have a predetermined gap therebetween, an annular gap portion that divides the gap into two in the radial direction is provided in the gap, and the radial width of the annular gap portion is set to A turbomachine formed so as to be narrowed when the vehicle moves in the axial direction toward the fixed side cover.
【請求項2】 回転主軸と、該回転主軸に保持され回転
主軸とともに回動する羽根車と、該羽根車を覆うように
配置された固定側上カバーおよび固定側下カバーとを備
え、前記羽根車が、前記回転主軸を中心として同心円状
に広がる主板および側板、該主板および側板間に保持さ
れた複数枚の羽根とを備えて構成されるとともに、前記
固定側上カバーが、前記主板に隣接して配置され、かつ
主板との間に所定の間隙を有するように形成され、かつ
前記固定側下カバーが、前記側板に隣接して配置され、
かつ側板との間に所定の間隙を有するように形成されて
いるターボ機械において、 前記固定側上カバーと主板との間隙に、この間隙を半径
方向に2分する環状隙間部分を設けるとともに、この環
状隙間部分の半径方向の幅が、羽根車の前記固定側カバ
ー側への軸方向移動時に狭まるように形成したことを特
徴とするターボ機械。
2. A blade comprising: a rotating spindle; an impeller held by the rotating spindle and rotating with the rotating spindle; a fixed upper cover and a fixed lower cover arranged to cover the impeller; The vehicle is provided with a main plate and side plates extending concentrically about the rotary main shaft, and a plurality of blades held between the main plates and the side plates, and the fixed upper cover is adjacent to the main plate. Arranged, and is formed so as to have a predetermined gap between the main plate, and the fixed lower cover is disposed adjacent to the side plate,
And a turbo machine formed so as to have a predetermined gap between the side plate and the side plate. In the turbo machine, a gap between the fixed upper cover and the main plate is provided with an annular gap portion that bisects the gap in the radial direction. A turbomachine characterized in that a radial width of an annular gap portion is narrowed when the impeller is moved axially toward the fixed side cover.
【請求項3】 回転主軸と、該回転主軸に保持され回転
主軸とともに回動する羽根車と、該羽根車を覆うように
配置された固定側上カバー及び固定側下カバーとを備
え、前記羽根車が、前記回転主軸を中心として同心円状
に広がる主板及び側板に保持された複数枚の羽根とを備
えて構成されるとともに、前記固定側カバーが、前記主
板に隣接して配置され、かつ主板との間に所定の間隙を
有するように形成され、かつ前記固定側下カバーが、前
記側板に隣接して配置されているターボ機械において、 前記側板と前記固定側下カバーの前記間隙側の内周側環
状すきまを環状突出堤の間の半径方向の間隙幅が前記羽
根車の固定側下カバー側への軸方向移動時に狭まるよう
に形成したことを特徴とするターボ機械。
3. A blade comprising: a rotating spindle; an impeller held by the rotating spindle and rotating with the rotating spindle; a fixed upper cover and a fixed lower cover arranged to cover the impeller; A vehicle configured to include a main plate extending concentrically around the rotating main shaft and a plurality of blades held on a side plate, wherein the fixed-side cover is arranged adjacent to the main plate, and And a fixed-side lower cover, which is formed to have a predetermined gap between the side plate and the fixed-side lower cover, wherein the fixed-side lower cover is disposed adjacent to the side plate. A turbomachine wherein a circumferential annular gap is formed so that a radial gap between annular projecting ridges is narrowed when the impeller is moved axially to a fixed lower cover side.
【請求項4】 回転主軸と、該回転主軸に保持され回転
主軸とともに回動する羽根車と、該羽根車を覆うように
配置された固定側カバーとを備え、前記羽根車が、前記
回転主軸を中心として同心円状に広がる主板と、該主板
の側壁面に保持された複数枚の羽根とを備えて構成され
るとともに、前記固定側カバーが、前記主板に隣接して
配置され、かつ主板との間に所定の間隙を有するように
形成されているターボ機械において、 前記主板と前記固定側上カバーの間隙側の面に、それぞ
れ前記間隙を半径方向に2分する環状の突出堤を設ける
とともに、この環状突出堤を、前記羽根車が軸方向に動
くことにより主板と固定上カバー間の間隙が狭くなる場
合は、両環状突出堤の間の半径方向の間隙幅が狭くな
り、主板と固定上カバー間の間隙が広がる場合は両環状
突出堤の間の半径方向の間隙幅が広くなる、または、前
記側板と固定側下カバーの内周側環状すきまが、前記羽
根車が軸方向に動くことにより側板と固定側下カバーの
間隙が狭くなる場合は、内周側環状すきまの半径方向の
幅が狭くなり、側板と固定側下カバー間の間隙が広がる
場合内周側環状隙間の半径方向幅が広くなるように形成
したことを特徴とするターボ機械。
4. A rotating spindle, an impeller held by the rotating spindle and rotating with the rotating spindle, and a fixed-side cover arranged to cover the impeller, wherein the impeller includes the rotating spindle. A main plate extending concentrically around the center and a plurality of blades held on a side wall surface of the main plate, and the fixed side cover is arranged adjacent to the main plate, and the main plate and In the turbomachine formed so as to have a predetermined gap between the main plate and the fixed-side upper cover on the gap-side surface, provided with an annular projecting levee that divides the gap into two in the radial direction, When the gap between the main plate and the fixed upper cover is narrowed by the impeller moving in the axial direction, the radial gap width between the two annular projecting ridges is reduced, and the annular projecting ridge is fixed to the main plate. Wide gap between upper covers In this case, the gap in the radial direction between the two annular projecting levees is widened, or the inner peripheral annular clearance between the side plate and the fixed lower cover is moved by the impeller in the axial direction, so that the side plate and the fixed side are fixed. When the gap between the lower covers is narrow, the radial width of the inner circumferential annular clearance is narrower, and when the gap between the side plate and the fixed lower cover is wider, the radial width of the inner circumferential gap is wider. A turbomachine characterized by being formed.
【請求項5】 回転主軸と、該回転主軸に保持され回転
主軸とともに回動する羽根車と、該羽根車を覆うように
配置された固定側上カバーおよび固定側下カバーとを備
え、前記羽根車が、前記回転主軸を中心として同心円状
に広がる主板および側板と、該主板および側板間に保持
された複数枚の羽根とを備えて構成されるとともに、前
記固定側上カバーが、前記主板に隣接して配置され、か
つ主板との間に所定の間隙を有するように形成され、か
つ前記固定側下カバーが、前記側板に隣接して配置さ
れ、かつ側板との間に所定の間隙を有するように形成さ
れているターボ機械において、 前記固定側上カバーと主板および前記固定側下カバーと
側板の間隙側の側面に、この環状突出堤を、前記間隙が
狭まるときに、前記両環状突出堤の間の半径方向の間隙
幅が狭まるように形成したことを特徴とするターボ機
械。
5. A blade comprising: a rotating main shaft; an impeller held by the rotating main shaft and rotating with the rotating main shaft; a fixed upper cover and a fixed lower cover arranged to cover the impeller; The vehicle is configured to include a main plate and side plates extending concentrically about the rotating main shaft, and a plurality of blades held between the main plate and the side plates, and the fixed-side upper cover is provided on the main plate. The fixed lower cover is arranged adjacent to the main plate and has a predetermined gap therebetween, and the fixed lower cover is arranged adjacent to the side plate and has a predetermined gap between the side plate and the main plate. In the turbomachine formed as described above, the annular projecting ridge is provided on the side of the fixed side upper cover and the main plate and on the side of the gap between the fixed side lower cover and the side plate when the gap is narrowed. Radius between Turbomachine being characterized in that formed as gap width direction is narrowed.
【請求項6】 前記両環状突出堤を、前記回転主軸を中
心とする同心円形状に形成するとともに、その両環状突
出堤の対向面側の側面の半径を、主板または固定カバー
から遠ざかるに従い小さくなるように軸方向に変化させ
たものである請求項3,4または5記載のターボ機械。
6. The two annular projecting ridges are formed concentrically around the rotating main shaft, and the radius of the side surface of the two annular projecting ridges on the facing surface side decreases as the distance from the main plate or the fixed cover increases. 6. The turbomachine according to claim 3, wherein the turbomachine is changed in the axial direction as described above.
【請求項7】 前記両環状突出堤の軸方向変化が、直線
的な変化である請求項6記載のターボ機械。
7. The turbomachine according to claim 6, wherein the change in the axial direction of the two annular protrusions is a linear change.
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