JP2012177321A - 遠心回転機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】軸線Pを中心として回転する羽根車21と、羽根車21における作動流体Wの出口12x2側を円周方向全域に亘って覆うと共に、内部に、作動流体Wが円周方向に旋回する旋回流路21及び旋回流路21に接続され、旋回流路21を介在させて羽根車12と外部の流路とを連通させる連通流路22を有するスクロール20と、を有する遠心回転機械M1において、旋回流路21と連通流路22との境界であるスロート21sの、作動流体Wの流通方向に直交する断面積の大きさを変化させる調整機構30が設けられたことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
すなわち、本発明に係る遠心回転機械は、軸線を中心として回転する羽根車と、前記羽根車における作動流体の入口側又は出口側を円周方向全域に亘って覆うと共に、内部に、作動流体が円周方向に旋回する旋回流路及び前記旋回流路に接続され、前記旋回流路を介在させて前記羽根車と外部の流路とを連通させる連通流路を有するスクロールと、を有する遠心回転機械において、前記旋回流路と前記連通流路との境界であるスロートの、前記作動流体の流通方向に直交する断面積の大きさを変化させる調整機構が設けられたことを特徴とする。
このようにすれば、調整機構によってスロートの断面積の大きさを変化させることができるので、作動流体の流量が運転仕様を外れた場合においても、その作動流体の流量に、より適したスロートの断面積の大きさに変化させることで、性能の低下を抑制することが可能である。
このようにすれば、調整機構が舌部に含まれる可動壁体を備えるので、比較的に簡素な構成でスロートの断面積の大きさを変化させることが可能となる。
このようにすれば、回動軸を中心として可動壁体を回動させるので、スロートの断面積の大きさを容易に微調整することが可能である。
このようにすれば、可動壁体を直動させるので、作動流体に対する舌部の強度を容易に確保することができる。
このようにすれば、可動壁体が作動流体を表面に滑らかに沿わす翼形部を含むので、翼形部において作動流体に剥離が生じることを抑制することができる。
このようにすれば、調整板を変形させることで、スクロール内に可動機構を設けることなく、直接的にスロートの断面積の大きさを変化させることができる。また、スロートの断面積の大きさをより詳細に設定することができる。
このようにすれば、調整蓋を交換するだけで、スロートの断面積の大きさを予め定まった大きさに変更させることができるので、調整を殆ど要さずにスロートの断面積を変更することができる。
〔第一実施形態〕
図1は、本発明の第一実施形態に係るポンプ(遠心回転機械)M1を示す図であって図1(a)が正面図であり、図1(b)が子午断面図である。
図1(b)に示すように、ポンプM1は、ロータ1とステータ2とを有している。
この羽根車12は、主軸方向一方に向けて開口する内側開口12x1から、複数の羽根12aによって分割された各流路に用水Wを流入させ、主半径方向外方に向けて開口する外側開口12m2から用水Wを全周状に流出させる。
図2に示すように、スクロール20は、渦巻き型に形成されており、羽根車12の外側開口12m2の周囲を円周方向全域に亘って覆っている。
パッキン収容部26に連続する軸受収容部28には、主軸11を回転可能に片持ち支持する軸受部29(軸受装置29A,29B)が収容されている。
調整機構30は、可動壁体31と、回動軸32とを備えている。
可動壁体31は、羽根車12の外周に沿うようにして延びており、舌部20bの先端をなしている。この可動壁体31は、翼型に形成されている。より具体的には、スクロール20の内壁20a側の基端31aに比べて先端31bが細くなるように先鋭状に形成されており、旋回流路21を画定する内側面31cが羽根車12の外周に沿うように凹状に形成され、連通流路22を画定する外側面31dが主半径方向外方側に凸状に形成されている。
なお、回動軸32は、不図示のロック機構によって任意の位置に拘束することが可能となっている。また、本実施形態においては、回動軸32をアクチュエータ(不図示)によって回動させているが、手作業によって回動させることも可能である。
ここで、本明細書においては、旋回流路21の外端21x2と連通流路22の一端22x1との境界をスロート21sと定義し、スロート21sにおける用水Wの流れ方向に直交する断面積をスロート21sの断面積と定義する。
用水Wの流量が運転仕様の範囲内である場合には、スロート21sの断面積がポンプM1の運転仕様によって設定された大きさとなるように、可動壁体31が定常位置に拘束される(図3において実線で示す)。
このようにして、用水Wの流量の増減に関わらず、ポンプM1の運転状態及びその性能が安定する。
また、回動軸32を中心として可動壁体31を回動させるので、スロート21sの断面積の大きさを容易に微調整することが可能である。
次いで、本発明の第二実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
上述した第一実施形態においては、所謂吐出ケーシングとして用いられたスクロール20を有するポンプM1について本発明を適用したが、本実施形態においては、所謂吸込ケーシングとして用いられたスクロール40を有するポンプM2について本発明を適用している。
図4に示すように、スクロール40は、羽根車12における用水Wの内側開口12x1の軸方向一方側において、羽根車12の内側開口12x1を円周方向全域に亘って覆っている。このスクロール40の内部には、用水Wが円周方向に旋回する旋回流路41と、旋回流路41に接続され、旋回流路41を介在させて羽根車12と外部の流路とを連通させる連通流路42とが画定されている。
図5に示すように、可動壁体43bは、舌部43と同様の構成となっており、回動軸32を中心にして回動可能に形成されている。この可動壁体43bは、凸状の外側面31dを舌部本体43aに密着可能、かつ、可動壁体43bの基端31a側を貫通する回動軸32を中心にして回動可能に構成されている。このように可動壁体43bは、回動軸32と共に調整機構60を構成している。
用水Wの流量が運転仕様の範囲内である場合には、スロート41s(旋回流路41の外端41x2と連通流路42の一端42x1との境界)の断面積がポンプM2の運転仕様によって設定された大きさとなるように、舌部43が定常位置に拘束される(図4において実線で示す。)。
別の見方をすれば、可動壁体43bの絞り量が大きくなることで、用水Wの予旋回流れの、羽根車12の内側開口12x1に流入する流入角度が変化する(大きくなる。)。そして、羽根車12の内側開口12x1に対して用水Wを円周方向に均等に流入させる。これにより、用水Wの流量の変化に関わらず、ポンプM2の運転状態及びその性能が安定する。
次いで、本発明の第三実施形態について図を用いて説明する。
なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
ポンプM3は、基本的な構造は上述したポンプM1と同様であるが、上述した調整機構30に代えて調整機構70を有する点で、ポンプM1と相違する。
可動壁体71は、先鋭状に形成されており、可動壁体31と同様に翼型に形成された翼型部71aと、翼型部71aに続いて形成された真直部71bとを有している。この可動壁体71は、スクロール20の舌部20bにおいて、舌部20bの先端側に向けて穿孔された貫通孔70aに収容されており、定常位置において翼型部71aを貫通孔70aから突出させている。この定常状態において、翼型部71aの内側面71cは、スクロール20の舌部20bの内表面に滑らかに接続している。
アクチュエータ(不図示)は、直動レール72の延在方向において可動壁体71を押し引き可能である。
図7に示すように、用水Wの流量が運転仕様の範囲内である場合には、スロート21sの断面積がポンプM3の運転仕様によって設定された大きさとなるように、可動壁体71が定常位置に拘束される(図7において実線で示す。)。
また、可動壁体71を回動軸で回動させてスロート21sの断面積の大きさを変化させずに、直動レール72上で直動させてスロート21sの断面積の大きさを変化させるので、用水Wに対する可動壁体71の強度を容易に確保することができる。
次いで、本発明の第四実施形態について図を用いて説明する。
なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
ポンプM4は、基本的な構造は上述したポンプM2と同様であるが、上述した調整機構60に代えて調整機構80を有する点で、ポンプM2と相違する。
可動壁体71は、スクロール40の内壁40aの舌部43において、羽根車12の接線方向に穿孔された貫通孔80aに収容されており、定常位置において翼型部71aを貫通孔80aから突出させている。この定常状態において、翼型部71aの内側面71cと外側面71dとは、スクロール40の舌部43の表面に滑らかに接続している。
直動レール72は、貫通孔80aにおいて可動壁体71の延在方向に敷設されている。
用水Wの流量が運転仕様の範囲内である場合には、スロート21sの断面積がポンプM4の運転仕様によって設定された大きさとなるように、図9に示すように可動壁体71が定常位置に拘束される(図9において実線で示す)。
このようにすることで、用水Wの流量に対するスロート21sの断面積がより適切な大きさとなり、ポンプM4の性能が回復する。
別の見方をすれば、可動壁体71の絞り量が変化することで、用水Wの予旋回流れの、羽根車12の内側開口12x1に流入する流入角度が変化する。そして、羽根車12の内側開口12x1に対して用水Wを円周方向に均等に流入させる。これにより、用水Wの流量の変化に関わらず、ポンプM4の運転状態及びその性能が安定する。
これにより、用水Wの流量の増減に関わらず、ポンプM4の運転状態及びその性能が安定する。
なお、上述した各実施形態においては、可動壁体31及び可動壁体71の翼型部71aを翼型に形成したが、他の形状(例えば棒体、円周状体)に形成してもよい。
次いで、本発明の第五実施形態について図を用いて説明する。
図10は、本実施形態に係るポンプM5を示す概略図である。
図10に示すように、本発明に係るポンプM5は、上述した第二実施形態が調整機構60を有していたのに対して、調整機構90を有している。
調整板91は、内壁40aの一部をなしており、舌部43に対向する部分に組み付けられている。この調整板91は、可曉性を有する材料で構成されている。
なお、アクチュエータ(不図示)に代えて手作業によってボルト92を進退させてもよい。
スロート41sの断面積を小さくしたい場合には、ボルト92を調整板91に向けて螺進させる。ボルト92は、調整板91をスクロール40の内側に押し込むことにより、調整板91を舌部43に向けて変形させる。調整板91が舌部43に向けて変形することで、スロート41sの断面積が減少する。
一方、スロート41sの断面積を大きくしたい場合には、ボルト92を調整板91から離間するように螺進させる。ボルト92は、調整板91をスクロール40の外側に引くことにより、調整板91を舌部43から遠ざけるように変形させる。調整板91が舌部43から遠ざかるように変形することで、スロート41sの断面積が増加する。
また、ボルト92の進退によって調整板91を変形させるので、スロート41sの断面積を微調整することが可能となる。
上述したポンプM5においては、調整機構90を舌部43に対向する位置に設けたが、この第一変形例に係るポンプM5´では、調整機構90´を内壁40aの軸方向他方側(軸方向において羽根車12側)の位置に設けている。この構成によっても、スロート41sの断面積を増減させることが可能であり、上述した効果と同様の構成を得ることができる。
上述したポンプM5においては、調整機構90をスクロール40に設置する構成としたが、この第二変形例に係るポンプM5´´では、調整機構90´´を吐き出しスクロール20に設置している。この構成によっても、スロート21sの断面積を増減させることが可能であり、上述した効果と同様の構成を得ることができる。
次いで、本発明の第六実施形態について図を用いて説明する。
図13は、本実施形態に係るポンプM6を示す概略図である。
図13に示すように、本発明に係るポンプM6は、上述した第二実施形態が調整機構60を有していたのに対して、調整機構100を有している。
調整蓋101(101A〜101C)は、スクロール40の内壁40aの、舌部43に対向する位置に形成された連通部100aに装着可能に形成されている。各調整蓋101A〜101Cは、連通部100aに装着した場合に、スクロール40の内側に露出する膨出部の大きさが相違するように形成されており、より具体的には、101A,101B,101Cの順に膨出部の大きさが小さくなるようになっている。すなわち、各調整蓋101A〜101Cを連通部100aに装着した場合には、スロート41sの断面積の大きさが101A,101B,101Cの順に大きくなる。なお、調整蓋101Bを連通部100aに装着した場合に、スロート41sの断面積がポンプM6の運転仕様によって設定された大きさとなるようになっている。
用水Wの流量が運転仕様の範囲内である場合には、スロート41sの断面積がポンプM6の運転仕様によって設定された大きさとなるように、調整蓋101Bが装着される。
一方、スロート41sの断面積を小さくしたい場合には、調整蓋101Bに代えて調整蓋101Aを装着する。調整蓋101Aが装着されることで、調整蓋101Bに比べて、スクロール40の内側に露出する膨出部の大きさが大きくなって、スロート41sの断面積が小さくなる。
一方、スロート41sの断面積を大きくしたい場合には、調整蓋101Bに代えて調整蓋101Cを装着する。調整蓋101Cが装着されることで、調整蓋101Bに比べて、スクロール40の内側に露出する膨出部の大きさが小さくなって、スロート41sの断面積が大きくなる。
上述したポンプM6においては、調整機構100(連通部100a)をスクロール40の内壁40aの、舌部43に対向する位置に形成したが、この第一変形例に係るポンプM6´では、調整機構100´(連通部100a´)を内壁40aの軸方向他方側(主軸方向において羽根車12側)の位置に設けている。この構成によっても、スロート41sの断面積を増減させることが可能であり、上述した効果と同様の構成を得ることができる。
上述したポンプM6においては、調整機構100をスクロール40に設置する構成としたが、この第二変形例に係るポンプM6´´では、調整機構100´´(連通部100a´´)を吐き出しスクロール20に設置している。この構成によっても、スロート21sの断面積を増減させることが可能であり、上述した効果と同様の構成を得ることができる。
例えば、上述した各実施形態においては、所謂クローズドインペラタイプの羽根車12を用いる構成としたが、所謂オープンインペラタイプの羽根車を用いてもよい。
また、上述した各実施形態においては、ポンプについて本発明を適用したが、水車等の他の遠心回転機械に本発明を適用してもよい。同様に、リカバリータービン機能を備えたポンプについて本発明を適用してもよく、リカバリータービン運転時に性能が低下するのを抑制することが可能である。なお、これらの場合には、用水Wの流れる向きは、ポンプにおいて流れる用水Wの向きとは逆方向になる。
20,40…スクロール
20a,40a…内壁
20b,43…舌部
21,41…旋回流路
21s,41s…スロート
22,42…連通流路
30,60,70,80,90(90´,90´´),100(100´,100´´)…調整機構
31(31A,31B),71(71A,71B)…可動壁体
32…回動軸
43b(43bA)…可動壁体
71a…翼型部
100a…連通部
101(101A,101B,101C)…調整蓋
M1,M2,M3,M4,M5(M5´,M5´´),M6(M6´,M6´´)…ポンプ(遠心回転機械)
P…軸線
W…用水(作動流体)
Claims (7)
- 軸線を中心として回転する羽根車と、
前記羽根車における作動流体の入口側又は出口側を円周方向全域に亘って覆うと共に、内部に、作動流体が円周方向に旋回する旋回流路及び前記旋回流路に接続され、前記旋回流路を介在させて前記羽根車と外部の流路とを連通させる連通流路を有するスクロールと、を有する遠心回転機械において、
前記旋回流路と前記連通流路との境界であるスロートの、前記作動流体の流通方向に直交する断面積の大きさを変化させる調整機構が設けられたことを特徴とする遠心回転機械。 - 前記調整機構は、前記旋回流路と前記連通流路とを区画する舌部に含まれていると共に、前記スクロールの壁部に対して変位可能な可動壁体を備えることを特徴とする請求項1に記載の遠心回転機械。
- 前記調整機構は、前記軸線に沿って延びる回動軸を中心として前記可動壁体を回動させることを特徴とする請求項2に記載の遠心回転機械。
- 前記調整機構は、前記可動壁体の延在方向一方側から他方側に向けて前記可動壁体を直動させることを特徴とする請求項2に記載の遠心回転機械。
- 前記可動壁体は、前記作動流体を表面に滑らかに沿わす翼形部を含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の遠心回転機械。
- 前記調整機構は、前記スロートを画定する前記スクロールの壁部の少なくとも一部をなし、前記スクロールの内部及び外部のうち少なくとも一方に向けて変形可能な調整板を有することを特徴とする請求項1に記載の遠心回転機械。
- 前記調整機構は、前記スロートを画定する前記スクロールの壁部の少なくとも一部において前記スクロールの内外を連通させるように形成された連通部に着脱可能な調整蓋部を複数有し、
前記複数の調整蓋部は、それぞれ前記連通部に装着された場合に前記スロートの断面積の大きさが互いに相違することを特徴とする請求項1に記載の遠心回転機械。
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