JP2004060626A - 複数段渦流形流体機械 - Google Patents

Abstract

【目的】渦流を発生させる羽根の構成を改善し、複数段にする構造を簡易化することによって、高圧縮比のブロワ、真空ポンプを部品点数を大幅に削減し乍ら、低コストの製品を提供する。
【解決手段】ロータ４，４Ａの回転により吸気口１４、より吸気した流体は、ロータ４の気体過流流路８に入り、ロータ４には外周部に中央隔壁４Ｄにより左，右に１，２段の過流流体を発生させる羽根５，５Ａを放射状に空間を保って連続して設け、ロータ４の回転で羽根５に隣接する次の羽根へ運動エネルギーが過流となって与えられ、過流阻止壁１７，１７Ａで分断され吸気口１４、から１，２段連通路１６へ連続して必要圧縮比まで圧縮する。この圧縮された流体は、１，２段連通路１６よりロータ４の中央隔壁４Ｄ、右側の気体過流流路８Ａに流入し、１段と同様に羽根５Ａで、過流加圧され２段の必要圧縮比まで圧縮する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気体加圧する放射状の羽根を高圧縮比、複数段のロータを保持した渦流形流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より存在する渦流形流体機械は、一回転、一段式として図６に示す構成がある。すなわちケーシング１とケーシングカバー２の空間に、放射状の羽根５を備えたロータ４を高速回転させ、ケーシング側面に吸気口１４と吸入、吐出を区分する渦流阻止壁１７、１７Ａを間に排気口１５を設けて、前記空間の気体渦流流路８に渦流圧を発生させ、排気口１５より加圧気体を取出すようにしている。次に図７に示す構成は、−側に吸気口Ａを、又他側に排気口Ｂ、をもったケーシングＣ内には、軸方向、吸、排気口間の上部域は、渦流形と相違する複数のターボ形ポンプを固定する構成とし、この下部域には複数のポンプステータＤを固定すると共に、環状の気体渦流流路Ｅを複数段設け、これらの気体渦流流路を連通路Ｒを介して互いに連通させ、更にこの中心方向には、複数の円板Ｆを構成させたポンプロータＧ、をケーシングＣ内のポンプステータＤですきまをあけて、夾持した状態で、回転自在に支持し、円板Ｆの外周部に設けた羽根Ｈを前記、気体渦流流路Ｅ内で高速回転させて、吸気口Ａから排気口Ｂへと気体を加圧、排気している。
【０００３】
次に図８に示す構成は、基本的な構造は図７と同一で、ポンプステータＤを複数段に積層し、その間にポンプロータＧ、に円板Ｆ、を設け、気体渦流流路Ｅを連結した円板Ｆの外周部に羽根Ｈを構成し、高速回転により吸気口Ａから排気口Ｂへ気体を加圧、排気している。図９は羽根Ｈ部の拡大図である。図７と相違する構造は、図９にみる如く羽根Ｈが片側羽根にしている点である。従って小容量の真空ポンプ等に見参する構成である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術に示した構成において、図６，図７，図８，図９にあって解決しようとする課題を説明する。図６は羽根５の両側にある気体渦流流路８に渦流をダブルに起す一回転、排気の構成で、高速回転にて羽根５と、前記気体渦流流路８との間で渦流が生じ、渦流阻止壁１７，１７Ａを介して吸気口１４で吸気し、隣接する排気口１５より加圧、排出されるが、吐出圧力が吸入圧力、大気圧として、吐出風量３００ｌ／ｍ〜１．５ｍ^３／ｍにおいて、３００ｍｍＡｑ〜５００ｍｍＡｑの低圧縮比が最高で、２０００〜３０００ｍｍＡｑの吐出圧力に利用ゾーンの多い市場要求は殆んど満たされていない。中、大圧縮比にするために、この構造をその儘、複数段にすれば軸方向に長いスペースが必要となり、前記した吐出圧力２０００〜３０００ｍｍＡｑを確保するには４段にせねばならず、構造の複雑化と共に軸方向に極めて長いスペースが要求され、多部品による組立の複雑性、或は高精度化及び、コストの増大等で実用化に程遠いものとなっている。
【０００５】
図７は排気速度、すなわち吐出風流の少ない真空ポンプに採用された羽根Ｈの両側で渦流を起す構成を３段にしたものであるが、軸Ｊとは別にポンプロータＧを軸方向３つに分割し、且、該、ポンプロータＧには円板Ｆを一体化し、更に羽根Ｈを外周部に構成して、これらを軸Ｊに位置を決めて固定すると共に、円板Ｆには回転に必要な軸方向すきまを確保し乍ら、積層するポンプステータＤを設け、これらの複数のポンプステータＤ、をつなぐ連通路Ｒを各ポンプステータＤに設けている。更に排気口Ｂ、を設けたエンドプレートＬは、軸Ｊの固定、ポンプステータＤの軸方向装着の安定等に注意を必要とする。すなわち、この構成は円板Ｆの回転精度を確保するためには、各構成部品は高精度を要求されるものであって、この主とするものは、ポンプステータＤの厚み、外径の寸法精度、ケーシングＣの内径寸法精度と中心との振れ精度、立形にはなっているが、軸Ｊの片持軸受支持なる故の回転振れ、更に全部品の各加工精度は微小の回転すきまを確保せねばならない高精度を保つべく、ポンプロータＧの軸方向寸法精度と、ポンプステータＤの個々の軸方向精度を、相対的に高精度に管理しつつ、ポンプステータＤを複数段に積層するのに、エンドプレートＬとの組立、固定に軸方向寸法精度は更に高精度公差が要求される等、すべての寸法管理に極めて神経をすり減らされる構成になっている。
【０００６】
図８、図９は羽根Ｈを片側とした渦流をシングルにした構成で、排気速度の少ない真空ポンプを示しているが、ポンプステータＤを複数段、積重ねる構成にて全体的な構造は図７と類似している。従って、各構成部品は軸方向、或は軸直角方法とも高い寸法精度を必要とするのは図７構成と同じである。
【０００７】
これらの構成を通じて解決されるべき課題をまとめると、高精度寸法の部品を多く必要とすることから、装着、組立に手間が掛り、すきまを確認し乍ら、装着するのは困難である。故に接触等の事故が起りやすく、製品コストが極めて高騰する。更に軸方向に装着スペースが大きく必要になるので、製品自体が軸方向に長くなり、従って回転精度を保持するのに苦労する。
本発明の目的は、渦流を発生させる羽根の構成を改善し、複数段にする構造を簡易化することによって、高圧縮比のブロワ、真空ポンプを部品点数を大幅に削減し乍ら、低コストの製品を提供しようとしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するため、本発明では吸気口１４、と排気口１５とに連なるケーシング１、及びケーシングカバー２内に、外周部に多数の羽根５を備えたロータ４、及び４Ａを回転自在に構成した渦流形流体機械において、ケーシング１には円形内周面１Ａを形成すると共に、ロータ４、及び４Ａには、前記、ケーシング１の円形内周面１Ａに対向するロータ４，４Ａの中央隔壁外周面１Ａを形成する一方、二つのロータ４，４Ａの中間には固定隔壁４Ｂ、をケーシング１に固定する。ロータ４、及び４Ａは共に中央隔壁４Ｄ、によってその左、−側と右、他側とは１段、及び２段として圧縮する構成とし、１段、２段連通路１６にて直列につないでいる。二つのロータ４，４Ａは固定隔壁４Ｂにて２段側と３段側に分れ、摺動側面４Ｃにて回転封止している。かくして吸気口１４より吸気した流体は、排気口１５、に排気されるまで、中央隔壁４Ｄと固定隔壁４Ｂによって区画され、ロータ４，４Ａの外周部の羽根５による渦流は４段の複数段で圧縮される。又、本ロータ構成はロータ、二つにて４段階を一構成としているが、更に軸方向にロータを増設し、４段以上の複数段として圧縮比を増大した、更に高い高圧縮比のブロワ、真空ポンプを構成できる。
【０００９】
又、次なる解決手段は、図４に示す如くロータ４には多数の羽根５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃを備えた２層に構成した外周部をもち、中央隔壁４Ｄ，４Ｅと軸方隔壁４Ｆ，４Ｇにより区画された各段気体渦流流路８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃと内周面１Ａ，１Ｂ，１Ｃ及び各段の連通路１６，１６Ａ，１６Ｂにより１つのロータにて、コの字形に４段の複数段で直列に圧縮し、吸気口１４、より排気口１５へ高圧縮比で排気する構成である。
又本ロータ構成は、図５に示す如く、更に軸方向にロータ４Ａを増設し、図１，図３で示した前述の構成の流体機械でのロータ数の半数で４段以上の複数段として、圧縮比を増大し更に高い高圧縮比のブロワ、真空ポンプをも構成できる。
【００１０】
【作用】
上記に示した二つの解決手段は、ロータ４、及び４Ａの回転により、ケーシング１内の気体渦流流路内で羽根により発生する渦流は、中央隔壁４Ｄにて左，右，１，２段に圧縮を分断し、二つのロータ４，４Ａにて４段、直列に構成する方法と、又、中央隔壁４Ｄ，４Ｆ、軸方隔壁４Ｆ，４Ｇにより、一つのロータでコの字形４段、直列に圧縮し、吸気口１４、から排気口１５に排気される構成になっている。又ロータを軸方向に、更に複数に増設した構成にすると、６段、８段……と複数段となり、ねじ形分子ポンプ、軸流ターボポンプの作用と同様に非常に高い圧縮比を保持しながら、連続して加圧、排気することができる。
【００１１】
【実施例】
図１〜図５による実施例で構成と作動を説明する。図１及び図２は本発明構造の複数段渦流形流体機械とした構成で、ロータ４，４Ａの回転により吸気口１４、より吸気した流体は、ロータ４の気体過流流路８に入り、ロータ４には外周部に中央隔壁４Ｄにより左，右に１，２段の渦流流体を発生させる羽根５、５Ａを放射状に空間を保って連続して設け、ロータ４の回転で羽根５に隣接する次の羽根へ運動エネルギーが過流となって与えられ、渦流阻止壁１７、１７Ａで分断され吸気口１４、から１，２段連通路１６へ連続して必要圧縮比まで圧縮する。
この圧縮された流体は、１、２段連通路１６よりロータ４の中央隔壁４Ｄ、右側の気体渦流流路８Ａに流入し、１段と同様に羽根５Ａで、渦流加圧され２段の必要圧縮比まで圧縮する。ケーシング１には固定隔壁４Ｂを設け、ロータ４と４Ａとは該、固定隔壁４Ｂの摺動側面４Ｃにて回転封止されている。２段加圧された渦流流体は、固定隔壁４Ｂに設けられた渦流阻止壁１７，１７Ａ，で吸気側と分断されて、２，３段連通路１６Ａよりロータ４Ａの中央隔壁４Ｅの左側、気体渦流流路８Ｂに流入し、ロータ４Ａの回転で羽根５Ｂの加圧により渦流を増大し、３段の必要圧縮比まで圧縮される。次に圧縮された渦流流体は３，４段連通路１６Ｂより右側の気体渦流流路８Ｃに圧送され、羽根５Ｃで４段として渦流加圧し必要な最終圧力となって排気口１５より排出される。
【００１２】
図３は前述した加圧作動する構成のロータ４，４Ａ，４Ｃ，４Ｄを回転軸１１にキー１２、及び締付ボルト９にて、固定隔壁４Ｂを介して両側軸受により強固に支持し、固定する。
該、ロータ４，４Ａ，４Ｃ，４Ｄを回転すれば各ロータに構成した各羽根５により、吸気口１４より流入した気体は、気体渦流流路８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ，８Ｆ，８Ｇと直列に渦流、加圧し、排気口１５からは、極めて高い圧縮比になった加圧渦流流体が排出される。
又、真空ポンプに応用すれば、排気口１５は大気圧となる為、吸気口１４は極めて真空度の高い、流体の空域を達成することができる。
【００１３】
図４は本発明による複数段渦流形流体機械のうち、ロータ４を１つにし、外周部に設ける羽根取付部は軸方隔壁４Ｆ，４Ｇで区画した２層と、中央隔壁４Ｄ，４Ｅとで羽根１段の５，２段の５Ａ，３段５Ｂ，４段５Ｃの４ヶ所で放射状に構成し、ロータ４の回転により各段気体渦流流路、１段の８，２段の８Ａ，３段８Ｂ，４段８Ｃに強力な渦流流体を発生させる。
図４に示すようにロータ４の回転でケーシング１、及びケーシングカバー２の内周面１Ａ，１Ｂ，１Ｃで前記した各段気体渦流流路８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃは各段の渦流流体を発生させながら、各段の連通路１６，１６Ａ，１６Ｂにより１段渦流流路８から２段渦流流路８Ａへ更に該、流路より３段渦流流路８Ｂへ、そして３段の該、流路より、４段渦流流路８Ｃへ、コの字形に４段圧縮することにより吸気口１４、よりの吸気流体を排気口１５に高圧縮比になって排出される。
図５にあって、ロータ４に、軸方向にロータ４Ａの如く複数個ロータを連接し、ケーシングには固定隔壁４Ｂを設け、ロータ４と４Ａとは該、固定隔壁４Ｂの摺動側面４Ｃに回転封止する構成にし、前述した図４のロータ４の作動をロータ４Ａに接続して、渦流を直列に連通し、加圧する構成にすれば簡単な二つのロータで、８段圧縮とすることができる。又、ロータの更なる複数個の連接は、回転軸１１との嵌着を考慮すれば増設することができる。
【００１４】
【発明の効果】
図１〜図５にみるように、本発明による構成の一つはロータ４，４Ａの羽根幅の中央部に中央隔壁４Ｄを設けてその左側に１段、右側に２段とを設けてロータ、二つで４段を構成し、次の一つは、羽根の幅部を十字に軸方隔壁、中央隔壁を設けてコの字形４段に圧縮する構成にしている。従って従来構造に比較すれば部品数は極端に少なくなっている。これによってコストが大幅に低下するのは勿論、組立が容易になることによって摺動すきまの管理が簡単で、多段に複数段化するのに部品の精度管理がやりやすい。
又図６にみる如く、従来はモータ直結の場合、低圧縮比しか製品化されてなく、市場要求を満たしていないが、本発明は図１及び図４に示すように４段圧縮をモータ直結で実施することができ、高圧縮比の製品を極めて簡単な構造で提供できる。
更に本発明によると、ロータを軸方向に並設する複数段の構成では軸方向長さは従来製品に比べて極端に短かく設定、構成できるので精度の保持が容易にできる特徴がある。
【００１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の　（４段）複数段渦流形流体機械の縦断面図。
【図２】本発明の　（４段）複数段渦流形流体機械の側面図。
【図３】本発明の　（８段）複数段渦流形流体機械の縦断面図。
【図４】本発明の　（４段）２層複数段渦流形流体機械の縦断面図。
【図５】本発明の　（８段）２層複数段渦流形流体機械の縦断面図。
【図６】従来構造の渦流形流体機械の縦断面図。
【図７】従来構造のターボ渦流形流体機械の縦断面図。
【図８】従来構造のターボ片羽根式渦流形流体機械の縦断面図。
【図９】従来構造の図８、流体機械の羽根部拡大図。
【００１６】
【符号の説明】
１………ケーシング　　　　　　　　１Ａ………円形内周面
１Ｂ，１Ｃ………側面内周面　　　　２………ケーシングカバー
４，４Ａ………ロータ　　　　　　　４Ｂ………固定隔壁
４Ｃ………摺動側面　　　　　　　　４Ｄ，４Ｅ………中央隔壁
４Ｆ，４Ｇ………軸方隔壁　　　　　５………１段羽根
５Ａ………２段羽根　　　　　　　　５Ｂ………３段羽根
５Ｃ………４段羽根　　　　　　　　８………１段気体渦流流路
８Ａ………２段気体渦流流路　　　　８Ｂ………３段気体渦流流路
８Ｃ………４段気体渦流流路
８Ｄ，８Ｅ，８Ｆ，８Ｇ………５段〜８段気体渦流流路
９………締付ボルト　　　　　　　　１１………回転軸
１２………キー　　　　　　　　　　１６………１，２段連通路
１６Ａ………２，３段連通路　　　　１６Ｂ………３，４段連通路
１７，１７Ａ………１段渦流阻止壁　１７Ｂ，１７Ｃ………２段渦流阻止壁
１７Ｄ，１７Ｅ………３段渦流阻止壁
１７Ｆ，１７Ｇ………４段渦流阻止壁　２０………モータ

Claims (2)

1. 吸気口および排気口を有するケーシングと、そのケーシング内の外周部に多数の羽根を備えたロータを、回転軸中心で回転自在に支持し、回転によりロータ外周部に渦流を起さしめる構成の渦流形流体機械において、ケーシング１の外洞内面には円弧突起１Ｄを設け、該円弧突起１Ｄの先端に円形内周面１Ａを形成し、ケーシングカバー２の外洞内面にも円弧突起１Ｅを設け、該、円弧突起１Ｅの先端に円形内周面１Ｂを設け、ロータ４とロータ４Ａは並設すると共に、ロータ羽根幅の中央部に、前記ケーシング１及びケーシングカバー２の円形内周面１Ａ，１Ｂに対向する中央隔壁４Ｄ，４Ｅを構成し、該、中央隔壁４Ｄ，４Ｅには微小のすきまを設けた外周面１Ａ，１Ｂを回転自在に形成し、中央隔壁４Ｄの−側、羽根５で１段気体渦流流路８に１段渦流を発生させ、該、渦流はケーシング１に設けた１段渦流阻止壁１７，１７Ａ，直前の１，２段連通路１６より、中央隔壁４Ｄの他側、羽根５Ａへ流入すると共に、２段気体渦流流路８Ａで２段渦流を発生させ、ロータ４，４Ａの中間には固定隔壁４Ｂをケーシング１に、ロータ４，４Ａ摺動側面に微小すきま４Ｃを保持して固定し、２段気体渦流流路８Ａに於ける２段渦流は、固定隔壁４Ｂに設けた２段渦流阻止壁１７Ｂ、１７Ｃ、直前の２、３段連通路１６Ａより、ロータ４Ａの中央隔壁４Ｅの−側、羽根５Ｂに流入し、３段気体渦流流路８Ｂで３段渦流を発生させ、該、渦流はケーシングカバー２に設けた３段渦流阻止壁１７Ｄ、１７Ｅ直前の３，４段連通路１６Ｂより中央隔壁４Ｅの他側、羽根５Ｃに流入し、４段気体渦流流路８Ｃで４段渦流を発生させ、該、渦流はケーシングカバー２に設けた４段渦流阻止壁１７Ｆ、１７Ｇ直前の排気口１５より排気する構成とすることを特徴とすると共に、ロータを軸方向に並列で、更に複数連結し渦流を発生させ、該、渦流を直列に連通して加圧する構成としたことも特徴とした複数段渦流形流体機械。
2. 吸気口および排気口を有するケーシングと、そのケーシング内の外周部に多数の羽根を備えたロータを、回転軸中心で回転自在に支持し、回転によりロータ外周部に渦流を起さしめる構成の渦流形流体機械において、ケーシング１の外洞内面には円弧突起１Ｄを設け、該、円弧突起１Ｄの先端に円形内周面１Ａを形成し、ケーシング１の側板内面にも円弧突起１Ｆを設け、該、円弧突起１Ｆの先端には円形側周面１Ｂを設け、ケーシングカバー２の側板内面にも円弧突起１Ｇを設けて、該、円弧突起１Ｇの先端には円形側周面１Ｃを構成し、ロータ４は羽根幅の中央部にケーシング１の円形内周面１Ａに対向する中央隔壁４Ｅ，４Ｄを構成し、該、中央隔壁４Ｅには微小のすきまを設けた外周面１Ａとケーシング１及びケーシングカバー２の円形側周面１Ｂ、１Ｃに対向する微小のすきまを設けて２層に構成した軸方隔壁４Ｆ，４Ｇの側周面１Ｂ，１Ｃを回転自在に形成し、中央隔壁４Ｄと軸方隔壁４Ｆの下層−側、羽根５で、１段気体渦流流路８に１段渦流を発生させ、該渦流はケーシング１に設けた１段渦流阻止壁１７，１７Ａ，直前の１，２段連通路１６より、軸方隔壁４Ｆの上層他側、羽根５Ａへ流入すると共に２段気体渦流流路８Ａで、２段渦流を発生させ、該、２段渦流は円弧突起１Ｄに設けた２段渦流阻止壁１７Ｂ，１７Ｃ、直前の２，３段連通路１６Ａより、ロータ４の中央隔壁４Ｅ、と軸方隔壁４Ｇの上層−側、羽根５Ｂに流入し、３段気体渦流流路８Ｂで３段渦流を発生させ、該、渦流はケーシングカバー２に設けた３段渦流阻止壁１７Ｄ，１７Ｅ，直前の３，４段連通路１６Ｂより軸方隔壁４Ｇの下層他側、羽根５Ｃに流入し、４段気体渦流流路８Ｃで４段渦流を発生させ、該、渦流はケーシングカバー２に設けた４段渦流阻止壁１７Ｆ，１７Ｇ，直前の排気口１５より排気する構成とすることを特徴とすると共に、固定隔壁を介して、ロータを軸方向に並列、複数に連結し渦流を発生させ、該渦流を直列に連通して加圧する構成としたことも特徴とした複数段渦流形流体機械。

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