JP2013213410A - Centrifugal fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、遠心型の流体機械に関する。 Embodiments described herein relate generally to a centrifugal fluid machine.
ポンプやフランシス水車などの遠心型の流体機械は、羽根車を吸出し管側へ向かって押
す力と反対向きの力の不平衡により、軸方向のスラスト力(軸スラスト力)が発生する。
回転軸方向の力の総和のバランスから、通常、回転軸方向の吸い出し管側にスラスト力が
掛かることが知られている。また、運転中は羽根車が回転しているため、ハブの回転摩擦
の影響により、背圧室内の流れは羽根車回転方向に旋回しており、子午断面上では流体に
働く遠心力の効果によってハブ面に沿って外径方向に向かう流れが発生し、循環流れが起
こっている。また、この遠心力により外周側ほど背圧室のハブの面に働く圧力が高くなる
ことが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
Centrifugal fluid machines such as pumps and Francis turbines generate axial thrust force (axial thrust force) due to the unbalance of the force opposite to the force pushing the impeller toward the suction pipe.
From the balance of the total force in the rotation axis direction, it is generally known that a thrust force is applied to the suction pipe side in the rotation axis direction. In addition, since the impeller rotates during operation, the flow in the back pressure chamber swirls in the direction of rotation of the impeller due to the rotational friction of the hub, and due to the centrifugal force acting on the fluid on the meridional section. A flow toward the outer diameter direction is generated along the hub surface, and a circulating flow is generated. Further, it is known that the pressure acting on the surface of the hub of the back pressure chamber increases toward the outer peripheral side due to this centrifugal force (see, for example, Patent Document 1).
通常運転下では、羽根車に対し軸方向の側に向かってスラスト力が作用する。しかし、
起動時などの過渡運転時には反対の主軸側方向にスラスト力が働くことがあり、羽根車が
浮き上がりケーシングと接触するようなことも考えられる。そこで、このような状況下で
羽根車が軸方向の主軸側に動いたとしても接触しないよう、通常は、羽根車とケーシング
との間に一定の隙間を設けて設計している。
Under normal operation, a thrust force acts on the impeller toward the axial direction. But,
During transient operation such as startup, a thrust force may act in the opposite main shaft side direction, and the impeller may be lifted and come into contact with the casing. Therefore, in order to prevent contact with the impeller even if it moves to the main shaft side in the axial direction under such circumstances, it is usually designed with a certain gap between the impeller and the casing.
しかしながら、隙間を広めに取ってしまうことで、羽根車の回転によって引き起こされ
る子午面での循環が強くなるため、この流れの強さに付随して圧力が高まり、スラスト力
が大きくなってしまう。
However, since the clearance is widened, the circulation on the meridian plane caused by the rotation of the impeller is strengthened. Therefore, the pressure increases with the strength of the flow, and the thrust force is increased.
本発明が解決しようとする課題は、軸スラスト力を低減することができる遠心型の流体
機械を提供することである。
The problem to be solved by the present invention is to provide a centrifugal fluid machine capable of reducing the axial thrust force.
本実施形態の遠心型の流体機械は、ケーシングと、このケーシング内に収容され、回転
軸に垂直な面で回転し前記ケーシングに対向した背面を含むディスク状のハブと、このハ
ブの前記背面の反対側に固定された複数の羽根とを有し、外周側から作動流体が流入し、
前記ハブの前記背面の反対の方向へ作動流体を流出する羽根車と、を備え、前記ケーシン
グの前記ハブの背面に対向する面に、前記ハブの背面に向かって作動可能なリング状部材
を有する。
The centrifugal fluid machine according to the present embodiment includes a casing, a disc-shaped hub that is accommodated in the casing, rotates on a plane perpendicular to the rotation axis, and includes a rear surface facing the casing, and the rear surface of the hub. A plurality of blades fixed on the opposite side, the working fluid flows from the outer peripheral side,
An impeller for flowing a working fluid in a direction opposite to the rear surface of the hub, and a ring-shaped member operable toward the rear surface of the hub on a surface of the casing facing the rear surface of the hub. .
実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments will be described with reference to the drawings.
<実施形態1>
図1は、実施形態1に係る遠心型の流体機械の子午断面図である。ここでは、遠心型の
流体機械としてフランシス形水車を例示して説明する。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a meridional sectional view of a centrifugal fluid machine according to a first embodiment. Here, a Francis type turbine will be described as an example of a centrifugal fluid machine.
水車1の回転軸である主軸2の下端に、フランシス形の羽根車3が連結されている。主
軸1の頂部には、図示しない発電機が連結されている。羽根車3は、周方向に所定の間隔
をあけて配置された複数の羽根3aと、これらの羽根3aを一方の側から固定するディス
ク形状のハブ3bと、羽根3aを他方の側から固定する環状部材として機能するシュラウ
ド3cとを備えている。ハブ3bは、主軸1と連結され、主軸1に垂直な面で回転する。
A Francis-
羽根車3は、ケーシング4に収容されている。ケーシング4は、羽根車3の外周に配設
されるカタツムリ状(円環状)の環状部4aと、羽根車3の上方に配設される上カバー4
bと、羽根車3の下方に配設されるディスチャージリング4cとから構成されている。環
状部4aの内周部には、複数のステーベーン5が周方向に設けられている。これらのステ
ーベーン5と羽根車3との間には、周方向に亘って複数のガイドベーン6が配列されてい
る。羽根車3の下方には、ディスチャージリング4cに接続された吸出し管7が配設され
ている。
The
b and a
図2は、図1に示す背圧室22付近を拡大した断面図である。ハブ3bと、上カバー4
bとで囲まれた空間で背圧室22が形成されている。上カバー4bのハブ3bの背面に対
向する面に、リング状部材21が設けられている。リング状部材21は、ハブ3bの背面
に向かって、羽根車3の回転軸方向に、図示しない駆動機構である昇降装置により、作動
可能に構成されている。すなわち、リング状部材21は、羽根車3の回転軸方向に、昇降
可能に構成されている。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the
A
上池より鉄管を通って導入される作動流体である圧力水は、図1に示したケーシング4
の環状部4aとステーベーン5を通過し、流量調整が行われるガイドベーン6を通過して
羽根車3へ導かれる。羽根車3は、導入された圧力水の圧力エネルギを回転エネルギへ変
換し、主軸2を回転軸として回転し、主軸2に連結された、図示しない発電機を回転させ
て発電する。羽根車3の外周から流入し羽根車3を通過した作動流体は、羽根車3の下方
の吸出し管7を通って下流の下池へと排出される。
The pressure water which is the working fluid introduced from the upper pond through the iron pipe is the casing 4 shown in FIG.
And the
図2に示したリング状部材21は、起動時など過渡的な運転時は上カバー4b側にリン
グ状部材21を移動させておき、羽根車3との接触を回避する。通常運転時は、リング状
部材21とハブ3bとの距離を十分小さくする。
The ring-
図3は、図1に示す背圧室22付近を拡大した断面図であり、図中の矢印は、作動流体
の流れを模式的に示している。リング状部材21を下降させ、リング状部材21とハブ3
bとの距離を十分小さくすることによって、子午断面上で、羽根車3の回転によって引き
起こされるハブ3b面に沿う外周方向の流れを抑制することができるため、遠心力に伴う
当該箇所のハブ3b面にかかる圧力も低下する。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the
By making the distance to b sufficiently small, the flow in the outer peripheral direction along the surface of the
図4は、横軸にハブ3bに沿った長さをとり、縦軸にハブ3bの面に働く圧力をとった
図である。実施形態を適用した場合、実施形態を適用しない従来に比べ、遠心力に伴う当
該箇所のハブ3b面にかかる圧力が低下している。
FIG. 4 is a diagram in which the horizontal axis represents the length along the
この実施形態によれば、羽根車3に対し回転軸の吸出し管7側方向に働くスラスト力の
低減を図ることができる。また、起動時など過渡的な運転時は上カバー4b側にリング状
部材21を移動させておくことができ、リング状部材21と羽根車3との接触を低減する
ことができる。
According to this embodiment, it is possible to reduce the thrust force acting on the
<実施形態2>
図5は、実施形態2に係る遠心型の流体機械の断面図である。図1と同じ構成には同じ
符号を付し、その説明を省略する。実施形態2は、リング状部材31のハブ3bに対向す
る側の面をハブ3bの上面(背面)に沿った形状に形成している。
<
FIG. 5 is a cross-sectional view of a centrifugal fluid machine according to the second embodiment. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the second embodiment, the surface of the ring-
リング状部材21を下降させた場合、実施形態1に比べ、リング状部材21とハブ3b
との距離は、さらに小さくなる。したがって、子午断面上で、羽根車3の回転によって引
き起こされるハブ3b面に沿う外周方向の流れは、実施形態1に比べさらに抑制すること
ができるため、遠心力に伴う当該箇所のハブ3b面にかかる圧力もさらに低下させること
ができる。
When the ring-shaped
The distance between and becomes even smaller. Therefore, since the flow in the outer peripheral direction along the surface of the
<実施形態3>
図6は、実施形態3に係る遠心型の流体機械の断面図である。図1と同じ構成には同じ
符号を付し、その説明を省略する。実施形態3は、リング状部材41の上カバー4bと対
向する面上に円筒状のリブ42を設けている。
<
FIG. 6 is a cross-sectional view of a centrifugal fluid machine according to the third embodiment. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the third embodiment, a
円筒状のリブ42により、リング状部材41と上カバー4bとの間を通る流れ43(図
3)を低減できる。また、背圧室22を通り抜けて主軸2と上カバー4bの間から排出さ
れてしまう流れ44(図3)を低減できる。したがって、高圧水の量(漏れ流量)を低減
することができる。
The
この実施形態によれば、実施形態1の効果に加え、羽根車3に作用しない漏れ流量を低
減することができるので、流体機械の体積効率を向上させることができる。
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the leakage flow rate that does not act on the
<実施形態4>
図7は、実施形態4に係る遠心型の流体機械の断面図である。図1と同じ構成には同じ
符号を付し、その説明を省略する。実施形態4は、リング状部材51のハブ3bと対向す
る側の面に、突起物52を設けている。突起物52は、同心円状に複数設けられ、リング
状部材51とハブ3bとの距離に応じて、突起の高さが異なっている。この実施形態では
、外周に行くほど、その高さは小さくなっており、突起物52のそれぞれの位置において
、できるだけ、羽根車3の回転によって引き起こされるハブ3b面に沿う外周方向の流れ
を抑えるように形成されている。
<Embodiment 4>
FIG. 7 is a cross-sectional view of a centrifugal fluid machine according to a fourth embodiment. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the fourth embodiment, the
この実施形態によれば、子午断面上で、羽根車3の回転によって引き起こされるハブ3
b面に沿う外周方向の流れは、実施形態1に比べさらに抑制することができるため、遠心
力に伴う当該箇所のハブ3b面にかかる圧力もさらに低下させることができる。
According to this embodiment, the
Since the flow in the outer peripheral direction along the b surface can be further suppressed as compared with the first embodiment, the pressure applied to the surface of the
<実施形態5>
図8は、実施形態5に係る遠心型の流体機械の背圧室22を外周側から見た模式図であ
る。図1と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。実施形態5は、リング状
部材61のハブ3bと対向する側の面に、放射状に等間隔で配置された複数の突起物62
が設けられている。
<
FIG. 8 is a schematic view of the
Is provided.
突起物62は、回転摩擦による旋回流れを受けてハブ3bと離れる方向に力が作用し、
リング状部材61とハブ3bとの距離が小さくなるに従い突起物の受ける上向きの力(ハ
ブ3bと離れる方向の力)が大きくなる。リング状部材61には、図示しない駆動機構が
設けられているので、その駆動機構が持つ遊び、あるいは、ダンパー機能によりリング状
部材61は、若干上昇する。したがって、リング状部材61とハブ3bとの距離を小さく
保ったまま安定して運転することができる。
The
As the distance between the ring-shaped member 61 and the
この実施形態によれば、子午断面上で、羽根車3の回転によって引き起こされるハブ3
b面に沿う外周方向の流れは、実施形態1に比べさらに抑制することができるため、遠心
力に伴う当該箇所のハブ3b面にかかる圧力もさらに低下させることができる。
According to this embodiment, the
Since the flow in the outer peripheral direction along the b surface can be further suppressed as compared with the first embodiment, the pressure applied to the surface of the
<実施形態6>
図9は、実施形態6に係る遠心型の流体機械の背圧室22を外周側から見た模式図であ
る。図1と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。実施形態5は、リング状
部材71のハブ3bと対向する側の面に、放射状に等間隔で配置された複数の溝72が設
けられている。
<
FIG. 9 is a schematic view of the
溝72は、回転摩擦による旋回流れを受けてハブ3bと離れる方向に力が作用し、リン
グ状部材71とハブ3bとの距離が小さくなるに従い突起物の受ける上向きの力(ハブ3
bと離れる方向の力)が大きくなる。リング状部材71には、図示しない駆動機構が設け
られているので、その駆動機構が持つ遊び、あるいは、ダンパー機能によりリング状部材
71は、若干上昇する。したがって、リング状部材71とハブ3bとの距離を小さく保っ
たまま安定して運転することができる。
The
force in the direction away from b). Since the ring-shaped member 71 is provided with a drive mechanism (not shown), the ring-shaped member 71 is slightly lifted by play or a damper function of the drive mechanism. Therefore, stable operation can be performed while keeping the distance between the ring-shaped member 71 and the
この実施形態によれば、子午断面上で、羽根車3の回転によって引き起こされるハブ3
b面に沿う外周方向の流れは、実施形態1に比べさらに抑制することができるため、遠心
力に伴う当該箇所のハブ3b面にかかる圧力もさらに低下させることができる。
According to this embodiment, the
Since the flow in the outer peripheral direction along the b surface can be further suppressed as compared with the first embodiment, the pressure applied to the surface of the
以上述べた少なくともひとつの実施形態の遠心型の流体機械によれば、羽根車に対し回
転軸の吸出し管側方向に働くスラスト力の低減を図ることができる。また、起動時など過
渡的な運転時は上カバー側にリング状部材を移動させておくことができ、リング状部材と
羽根車との接触を低減することができる。
According to the centrifugal fluid machine of at least one embodiment described above, it is possible to reduce the thrust force acting in the suction pipe side direction of the rotating shaft with respect to the impeller. In addition, the ring-shaped member can be moved to the upper cover side during transitional operation such as startup, and contact between the ring-shaped member and the impeller can be reduced.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様
々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、
置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に
含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるもので
ある。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions can be made without departing from the spirit of the invention.
Can be replaced or changed. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、実施形態3から6は、他の全ての実施形態と組み合わせることが可能である。
For example,
1…水車、2…主軸、3…羽根車、3a…羽根、3b…ハブ、4…ケーシング、4b…上
カバー、21、31、41、51、61、71…リング状部材、42…リブ、52、62
…突起物、72…溝。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water wheel, 2 ... Main shaft, 3 ... Impeller, 3a ... Blade, 3b ... Hub, 4 ... Casing, 4b ... Upper cover, 21, 31, 41, 51, 61, 71 ... Ring-shaped member, 42 ... Rib, 52, 62
... projections, 72 ... grooves.
Claims (5)
このケーシング内に収容され、回転軸に垂直な面で回転し前記ケーシングに対向した背
面を含むディスク状のハブと、このハブの前記背面の反対側に固定された複数の羽根とを
有し、外周側から作動流体が流入し、前記ハブの前記背面の反対の方向へ作動流体を流出
する羽根車と、を備え、
前記ケーシングの前記ハブの背面に対向する面に、前記ハブの背面に向かって作動可能な
リング状部材を有することを特徴とする遠心型の流体機械。 A casing,
A disc-shaped hub that is housed in the casing and rotates on a plane perpendicular to the rotation axis and includes a rear surface facing the casing; and a plurality of blades fixed to the opposite side of the rear surface of the hub; An impeller from which a working fluid flows in from an outer peripheral side and flows out in a direction opposite to the back surface of the hub,
A centrifugal type fluid machine having a ring-shaped member operable toward a back surface of the hub on a surface of the casing facing the back surface of the hub.
させたたことを特徴とする請求項1に記載の遠心型の流体機械。 2. The centrifugal fluid machine according to claim 1, wherein a surface of the ring-shaped member facing the hub is formed along the shape of the back surface of the hub.
とする請求項1に記載の遠心型の流体機械。 2. The centrifugal fluid machine according to claim 1, wherein a cylindrical rib is provided on a surface of the ring-shaped member facing the casing.
徴とする請求項1記載の遠心型の流体機械。 The centrifugal fluid machine according to claim 1, wherein concentric protrusions are provided on a surface of the ring-shaped member facing the hub.
を設けたことを特徴とする請求項1記載の遠心型の流体機械。 The centrifugal fluid machine according to claim 1, wherein a radial protrusion or a radial groove is provided on a surface of the ring-shaped member facing the hub.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012082858A JP2013213410A (en) | 2012-03-30 | 2012-03-30 | Centrifugal fluid machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012082858A JP2013213410A (en) | 2012-03-30 | 2012-03-30 | Centrifugal fluid machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013213410A true JP2013213410A (en) | 2013-10-17 |
Family
ID=49586912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012082858A Pending JP2013213410A (en) | 2012-03-30 | 2012-03-30 | Centrifugal fluid machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013213410A (en) |
-
2012
- 2012-03-30 JP JP2012082858A patent/JP2013213410A/en active Pending
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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