JP2015086805A - 回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビテーションによる不安定現象を抑制しつつ、低流量時の不安定特性を抑えることのできる回転機械を提供する。
【解決手段】ブレード３を有して、軸線Ｏ回りに回転するインペラ２と、インペラ２を収容する主流路Ｃ、及び、主流路Ｃに連通する逆流流路ＲＣが形成されたケーシング７と、逆流流路ＲＣに設けられたベーン部１３と、を備え、逆流流路ＲＣは、入口ＲＣａが主流路Ｃに開口するとともに出口ＲＣｂが入口ＲＣａよりも主流路Ｃの上流側に開口して形成され、ベーン部１３は、逆流流路ＲＣ内を入口ＲＣａから出口ＲＣｂに向かって流通する流体Ｗを、主流路Ｃ内にインペラ２の回転方向逆側に向かって案内することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体が内部を流通する回転機械に関する。

従来から、例えば、回転機械として、流体のエネルギーと機械的エネルギーとを連続的に変換する遠心ポンプや遠心圧縮機等のターボ機械が知られている。

このような回転機械では、特に低流量運転時にインペラの入口となるブレードの前縁近傍で主流とは逆方向に流れる逆流が発生し、キャビテーションによる不安定現象が生じることがある。不安定現象とは、即ち、回転と非同期な流体振動がインペラのブレードに作用して回転軸の振動を誘発したり、主流の流量と圧力とが大きく変動したりする現象である。

また、このような逆流は、回転軸の回転の影響で回転方向に予旋回成分を有し、この逆流に起因する予旋回成分は流量の低下に伴い増加する傾向にあるため、低流量域での運転においてインペラにおけるオイラーヘッドを低下させる要因となり、Ｑ（流量）−Ｈ（揚程）曲線の右上がり特性の発生原因の一つとなりうる。Ｑ−Ｈ曲線の右上がり特性が発生する流量領域では、大きな脈動が発生するため安定したポンプの運転が実施不可となる。

ここで、特許文献１には、ケーシングに逆流返しとなる段差部を設けることで、逆流キャビティの伸縮を抑制し、逆流発生領域を安定化させ、性能維持を図った高速ポンプが記載されている。

特開２００６−２５８０４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された段差部では、上述したような逆流の旋回成分を取り除くことができず、段差部に跳ね返された逆流が旋回成分を有したまま、主流に合流してしまう。この結果、上述したようにＱ−Ｈ曲線の右上がり特性を抑制することは難しく、運転範囲を拡大することは難しい。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、キャビテーションによる不安定現象を抑制しつつ、低流量時の不安定特性を抑えることのできる回転機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る回転機械は、ブレードを有して、軸線回りに回転するインペラと、前記インペラを収容する主流路、及び、該主流路に連通する逆流流路が形成されたケーシングと、前記逆流流路に設けられた案内部と、を備え、前記逆流流路は、入口が前記主流路に開口するとともに出口が前記入口よりも前記主流路の上流側に開口して形成され、前記案内部は、前記逆流流路内を前記入口から前記出口に向かって流通する流体を、前記主流路内に前記インペラの回転方向逆側に向かって案内する、ことを特徴とする。

このような回転機械によれば、主流路内で、インペラの回転にともなってブレードの前縁近傍に逆流が生じると、逆流の生じた位置で主流とは反対方向の圧力勾配が発生するため、逆流流路の入口と、それより上流側に位置する出口との間に静圧差による差圧が生じて、流体が逆流流路に流入することになる。そして、逆流流路を流通する流体を案内部によってインペラの回転方向とは逆側へ流体を案内しつつ出口から流出させる。従って、逆流流路を流通する流体を逆旋回流れとして、主流路へ流出させることができ、インペラの回転にともなって逆流が有する予旋回成分を低減することができる。

また、前記逆流流路は、前記ケーシングの前記主流路を形成する内周面から前記軸線の径方向に凹む環状の溝部と該溝部における前記軸線の径方向内側の位置で、該溝部の開口を塞ぐように前記軸線の周方向に環状に設けられた蓋部との間に形成され、前記案内部は、前記溝部内で前記出口を含む位置に設けられて、前記軸線の径方向内側に向かうに従って前記回転方向逆側に向かって傾斜するベーン部であってもよい。

このように溝部と蓋部とによって逆流流路を容易に形成することができる。また、蓋部によって、溝部全体が主流路に開口しないため、主流路内を流通する主流の流れを乱してしまうことを抑制でき、運転効率の向上が可能となる。さらに、ベーン部によって、逆流流路を流通する流体を逆旋回流れとして主流路へ流出させることができ、インペラの回転にともなって逆流が有する予旋回成分を低減することができる。

さらに、前記逆流流路を形成する前記蓋部は、前記主流路内で前記入口へ向かう流体の流れが存在しない状態で前記入口を閉塞するとともに、前記主流路内で前記入口へ向かう流体の流れが生じた際に、前記入口を開放してもよい。

このような蓋部によって、逆流の生じていない（又は小規模な逆流が生じている）設計点での運転の際には逆流流路の入口を閉塞でき、主流路内を流通する主流の流れを乱してしまうことを抑制して運転効率の向上が可能となる。また、逆流が生じた際には入口を開放することで、静圧の差圧によって逆流流路へ流体を流入させ、この流体を逆旋回流れとして主流路へ流出させることができ、インペラの回転にともなって逆流が有する予旋回成分を低減することができる。

また、前記逆流流路は、前記ケーシングの前記主流路を形成する内周面から該ケーシングの内部へ延びる孔部によって形成され、前記案内部は、前記孔部のうちで、前記出口を含む位置で前記軸線の径方向内側に向かうに従って前記回転方向逆側に向かって傾斜する傾斜孔部であってもよい。

このように孔部によって逆流流路を形成することができ、逆流流路が主流路に開口する部分は、入口と出口とだけであるため、主流路内を流通する主流の流れを乱してしまうことを抑制でき、逆流流路の付加による効率の低下を抑制することが可能となる。さらに、傾斜孔部によって、逆流流路を流通する流体を逆旋回流れとして主流路へ流出させることができ、インペラの回転にともなって逆流が有する予旋回成分を低減することができる。

さらに、前記入口は、前記ケーシングの前記主流路を形成する内周面のうち、前記ブレードに前記軸線の径方向に対向する領域内の上流側の位置に開口し、前記出口は、前記ブレードが設けられた位置よりも上流側の位置に開口していてもよい。

ブレードにおける上流側の位置では逆流が生じ易く、このブレードにおける上流側の位置、即ち、前縁側の位置に逆流流路の入口が開口していることで逆流を積極的に逆流流路に案内することができるため、逆流を低減することができる。よって、逆流領域と主流との速度せん断層に発生するキャビテーションの発生を抑制し、不安定現象の発生を抑えることができる。

また、前記入口及び前記出口は、前記ブレードが設けられた位置よりも上流側の位置に開口していてもよい。

このように逆流流路の入口、出口がブレードよりも上流側に開口していることで、設計点での運転の際（逆流が生じていない場合や小規模な逆流が生じている場合）には、逆流流路の入口と出口との間には大きな差圧は生じていない。よって、逆流流路に流入する流体の流量を抑えることができ、主流路を流通する主流の流量が減少してしまうことがなく、運転効率を維持することができる。一方で、大規模な逆流が生じ、この逆流が逆流流路の入口に到達した際には、逆流の旋回成分の影響でこの入口近傍の静圧が上昇する。このため、逆流流路の入口と出口との間の差圧が大きくなって、逆流を形成する流体を積極的に逆流流路に案内できる。この結果、逆流を低減できるとともに案内部によって逆流が有する予旋回成分を低減することができる。

さらに、前記入口は、前記ブレードが設けられた位置よりも下流側の位置に開口し、前記出口は、前記ブレードが設けられた位置よりも上流側の位置に開口していてもよい。

このように、ブレードよりも下流の位置とブレードよりも上流の位置との間にわたって逆流流路が形成されていることで、インペラの揚程分の差圧が逆流流路の入口と出口との間に発生する。従って、この差圧を利用して、より多くの流体を逆流流路へ流入させて案内部によって案内しつつ出口から主流路へと流出させることで、逆流が有する予旋回成分をさらに低減することができる。
特にインペラでの揚程が大きくなる条件で、即ち、逆流の発生し易い低流量運転時に、逆流が有する予旋回成分をさらに低減できるため、キャビテーション発生の抑制、オイラーヘッド低下の抑制についての大きな効果が得られる。

また、前記入口は、前記ブレードが設けられた位置よりも上流側の位置に開口し、前記逆流流路を形成する前記蓋部は、前記ケーシングの前記主流路を形成する内周面から前記径方向内側に突出する下流側を向く端面と、前記主流路内で前記入口へ向かう流体の流れが存在しない状態で、前記端面を前記溝部の下流側の面に押し付けて前記入口を閉塞するとともに、前記主流路内で前記入口へ向かう流体の流れが生じた際に前記端面に接触する該流体の力によって前記入口を開放する付勢部と、を備えていてもよい。

このような蓋部によって、逆流の生じない設計点での運転時には逆流流路の入口を閉塞でき、運転効率の向上が可能となる。また、逆流が生じた際には、この逆流が、付勢部の付勢力に抗して端面を上流側に向かって押し出して蓋部を移動させ、入口を開放する。従って、逆流流路へ流体を流入させ、この流体を逆旋回流れとして主流路へ流出させることができ、インペラの回転にともなって逆流が有する予旋回成分を低減することができる。よって、逆流の発生に応じてより効果的にキャビテーション発生の抑制、及び、オイラーヘッドの低下抑制が可能となる。

さらに、前記ケーシングの内周面から前記径方向内側に突出する下流側を向く端面を備えて前記逆流流路を形成する前記蓋部は、前記軸線の径方向内側を向く表面が、前記上流側から前記下流側に向かうに従って、前記軸線の径方向外側から内側に向かって傾斜する傾斜面となっているとともに、上流側の端部が前記溝部から突出しない位置に配されていてもよい。

このように、蓋部における上流側の端部が溝部から突出しない位置に配されて、また、蓋部に傾斜面が形成されていることによって、主流路内の主流が上流側で蓋部によって妨げられることがなく、傾斜面に沿って主流をインペラに向かって滑らかに流通させることができる。このため、運転効率の向上が可能となる。

本発明の回転機械では、逆流流路から案内部を介して流体を主流路へ流出させることで、キャビテーションによる不安定現象を抑制しつつ、低流量時の不安定特性を抑えることができる。

本発明の第一実施形態に係るポンプを示す概略断面図である。 本発明の第一実施形態に係るポンプにおける軸線に直交する断面を示す図であって、図１のＡ−Ａ断面を示すものである。 本発明の第一実施形態の変形例に係るポンプを示す概略断面図である。 本発明の第一実施形態の変形例に係るポンプにおける軸線に直交する断面を示す図であって、図３のＢ−Ｂ断面を示すものである。 本発明の第二実施形態に係るポンプを示す概略断面図である。 本発明の第三実施形態に係るポンプを示す概略断面図である。 本発明の第四実施形態に係るポンプを示す概略断面図である。

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態に係るポンプ１（回転機械）について説明する。
ポンプ１は、取り込んだ液体の作動流体Ｗの昇圧を行うものである。

図１に示すように、ポンプ１は、回転軸４及びブレード３を有して、軸線Ｏ回りに回転するインペラ２と、インペラ２を回転可能に収容するケーシング７とを備えている。

ケーシング７は、内部に軸線Ｏを中心として軸線Ｏに沿って延びる管状の主流路Ｃを画成しており、この主流路Ｃに流体Ｗの主流Ｗ１を流通可能とするとともに、インペラ２を収容している。また、主流路Ｃの内面となるケーシング７の内周面７ａとインペラ２のブレード３のチップとの間にはクリアランスが設けられて、これら内周面７ａとブレード３とが軸線Ｏの径方向に対向している。
ここで、主流Ｗ１は軸線Ｏ方向に主流路Ｃを流通し、軸線Ｏ方向の一方側（図１の紙面に向かって左側）が上流側、軸線Ｏ方向の他方側が下流側となっている。

さらに、ケーシング７には、内周面７ａから軸線Ｏの径方向に凹む軸線Ｏを中心とした環状の溝部１０が形成されている。この溝部１０は、溝部１０の内面として、径方向外側に位置する底面１０ａと、底面１０ａに連続して径方向内側に延びる一対の側面１０ｂとを有している。
また、ケーシング７には、溝部１０の開口を塞ぐように溝部１０における径方向内側の位置で、軸線Ｏの周方向に環状に蓋部１１が設けられている。

この蓋部１１は、溝部１０の底面１０ａとの間に周方向に互いに離間して設けられた複数のストラット１２によって、底面１０ａとの間に空間を形成した状態でケーシング７に支持されている。そして蓋部１１の軸線Ｏ方向の寸法は、溝部１０の軸線Ｏ方向の寸法よりも小さくなっており、溝部１０における下流側の端部位置、及び、溝部１０における上流側の端部位置では、この空間が主流路Ｃに開口している。

このように溝部１０と蓋部１１との間に形成された空間は、流体Ｗが流通可能な逆流流路ＲＣとなっており、下流側における溝部１０の開口を逆流流路ＲＣの入口ＲＣａとし、上流側における溝部１０の開口を逆流流路ＲＣの出口ＲＣｂとする。

そして、逆流流路ＲＣの入口ＲＣａは、ケーシング７の内周面７ａのうち、ブレード３に径方向に対向する領域内の上流側の位置に開口し、出口ＲＣｂは、ブレード３が設けられた位置よりも上流側の位置に開口している。

ここで、ポンプ１は、ケーシング７の溝部１０内で、逆流流路ＲＣの出口ＲＣｂを含む位置となる溝部１０における上流側の側面１０ｂに設けられたベーン部１３（案内部）をさらに備えている。

図２に示すように、ベーン部１３は、上流側の側面１０ｂから軸線Ｏ方向の下流側に向かって蓋部１１に干渉しない位置まで突出して設けられているとともに、径方向外側から内側に向かうに従って、軸線Ｏの径方向に回転方向Ｒの逆側に向かって傾斜する板状の部材である。このベーン部１３は、周方向に間隔をあけて複数設けられている。

このようなポンプ１によると、インペラ２の回転によって、主流路Ｃを流通する流体Ｗの主流Ｗ１が昇圧される。この際、インペラ２への流体Ｗの入口ＲＣａ部分となるブレード３の前縁近傍には、主流Ｗ１の流れとは逆方向に、即ち、下流側から上流側に向かって流れる逆流Ｗ２が発生する。このような逆流Ｗ２の発生は、低流量運転時に顕著である。そしてこの逆流Ｗ２は、インペラ２の回転によって回転方向Ｒへの予旋回成分を有している。

このような逆流Ｗ２が発生すると、逆流Ｗ２の生じた位置で静圧が低下する。このため、逆流流路ＲＣの入口ＲＣａと、それより上流側に位置する出口ＲＣｂとの間に静圧差による差圧が生じて、逆流Ｗ２の流体Ｗが逆流流路ＲＣに流入することになる。

そして、逆流流路ＲＣを流通する流体Ｗをベーン部１３によってインペラ２の回転方向Ｒとは逆側へ案内しつつ出口ＲＣｂから流出させることができる。従って、逆流流路ＲＣを流通する流体Ｗを逆旋回流れとして、主流路Ｃへ流出させることができ、インペラ２の回転にともなって逆流Ｗ２が有する予旋回成分を低減することができる。

さらに、溝部１０と蓋部１１とによって逆流流路ＲＣを容易に形成することができる。また、蓋部１１によって溝部１０全体が主流路Ｃに開口しないため、主流路Ｃ内を流通する主流Ｗ１の流れを乱してしまうことを抑制でき、運転効率の向上が可能となる。

また、上流側の位置、即ちブレード３の前縁側の位置に逆流流路ＲＣの入口ＲＣａが開口していることで、ブレード３近傍で発生した逆流Ｗ２を形成する流体Ｗを、積極的に逆流流路ＲＣに案内することができるため、逆流Ｗ２を低減することができる。

本実施形態のポンプ１によると、ベーン部１３によって逆流Ｗ２の予旋回成分を低減することで、キャビテーションの発生を抑制し、オイラーヘッド低下を抑え、不安定現象の発生を抑えることができる。

ここで、図３及び図４に示すように、逆流流路ＲＣは、ケーシング７の内周面７ａからケーシング７の内部へ延びる孔部２１によって形成されていてもよい。

より具体的には、逆流流路ＲＣとして周方向に間隔をあけて複数の孔部２１が形成されている、また、各々の孔部２１は、ケーシング７の内周面７ａのうち、ブレード３に径方向に対向する領域内の上流側の位置で主流路Ｃに開口するとともに、ブレード３が設けられた位置よりも上流側の位置に開口し、主流路Ｃに連通している。即ち、溝部１０と蓋部１１とによって逆流流路ＲＣを形成した場合と同様の位置に、逆流流路ＲＣの入口ＲＣａと出口ＲＣｂが開口している。

また、この孔部２１は出口ＲＣｂを含む位置では、軸線Ｏの径方向内側に向かうに従って回転方向Ｒの逆側に向かって傾斜する傾斜孔部２１ａ（案内部）となっている。

このような孔部２１によっても、逆流流路ＲＣを形成することができ、逆流流路ＲＣが主流路Ｃに開口する部分は、入口ＲＣａと出口ＲＣｂとだけであるため、主流路Ｃ内を流通する主流Ｗ１の流れを乱してしまうことを抑制でき、逆流流路ＲＣの付加による効率の低下を抑制することが可能となる。

さらに、傾斜孔部２１ａによって、逆流流路ＲＣを流通する流体Ｗを逆旋回流れとして主流路Ｃへ流出させることができ、インペラ２の回転にともなって逆流Ｗ２が有する予旋回成分を低減することができる。

〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係るポンプ１Ａについて説明する。
本実施形態のポンプ１Ａでは、逆流流路ＲＣ１の入口ＲＣ１ａと出口ＲＣ１ｂの開口位置が第一実施形態と異なっている。

即ち、図５に示すように、逆流流路ＲＣ１の入口ＲＣ１ａ及び出口ＲＣ１ｂは、ブレード３が設けられた位置よりも上流側の位置に開口している。

このようなポンプ１Ａによると、逆流流路ＲＣ１の入口ＲＣ１ａ、出口ＲＣ１ｂがブレード３よりも上流側に開口していることで、設計点での運転の際、逆流Ｗ２が生じていない場合や小規模な逆流Ｗ２が生じている場合には、逆流流路ＲＣ１の入口ＲＣ１ａと出口ＲＣ１ｂとの間には大きな差圧は生じていない。

よって、このような場合では、逆流流路ＲＣ１に流入する流体Ｗの流量を抑えることができ、主流路Ｃを流通する主流Ｗ１の流量が減少してしまうことがなく、運転効率を維持することができる。

一方で、大規模な逆流Ｗ２が生じ、この逆流Ｗ２が逆流流路ＲＣ１の入口ＲＣ１ａに到達した際には、逆流Ｗ２の旋回成分の影響でこの入口ＲＣ１ａ近傍の静圧が上昇する。このため、逆流流路ＲＣ１の入口ＲＣ１ａと出口ＲＣ１ｂとの間で差圧が大きくなって、逆流Ｗ２を形成する流体Ｗを積極的に逆流流路ＲＣ１に案内できる。

この結果、逆流Ｗ２を低減できるとともにベーン部１３によって逆流Ｗ２が有する予旋回成分を低減することができる。

本実施形態のポンプ１Ａによると、大規模な逆流Ｗ２が生じた際に、逆流流路ＲＣ１へ逆流Ｗ２の流体Ｗを流入させた後にベーン部１３を介して流体Ｗを主流路Ｃへ流出させる。従って、キャビテーションの発生を抑制し、オイラーヘッド低下を抑え、不安定現象の発生を抑えることができるとともに、逆流Ｗ２が有する予旋回成分を低減することができる。

なお、本実施形態においても、図３及び図４に示す孔部２１によって逆流流路ＲＣ１を形成してもよい。

〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係るポンプ１Ｂについて説明する。
本実施形態のポンプ１Ｂでは、逆流流路ＲＣ２の入口ＲＣ２ａと出口ＲＣ２ｂの開口位置が第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。

即ち、図６に示すように、逆流流路ＲＣ２の入口ＲＣ２ａは、ブレード３が設けられた位置よりも下流側の位置に開口し、出口ＲＣ２ｂは、ブレード３が設けられた位置よりも上流側の位置に開口している。

このようなポンプ１Ｂによると、ブレード３よりも下流の位置と、ブレード３よりも上流の位置との間にわたって逆流流路ＲＣ２が形成されていることになる。よって、インペラ２の揚程分の差圧が逆流流路ＲＣ２の入口ＲＣ２ａと出口ＲＣ２ｂとの間に発生する。

従って、この差圧を利用して、より多くの流体Ｗを逆流流路ＲＣ２へ流入させた後、出口ＲＣ２ｂからベーン部１３によって案内しつつ主流路Ｃへと流出させることで、逆流Ｗ２が有する予旋回成分をさらに低減することができる。

本実施形態のポンプ１Ｂによると、特にインペラ２での揚程が大きくなる条件で、即ち、逆流Ｗ２の発生し易い低流量運転時に、キャビテーションの発生を抑制でき、オイラーヘッド低下を抑えることができる。

なお、本実施形態においても、図３及び図４に示す孔部２１によって逆流流路ＲＣ２を形成してもよい。

〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態に係るポンプ１Ｃについて説明する。
本実施形態のポンプ１Ｃでは、第一実施形態のポンプ１を基本の構成として、逆流流路ＲＣ３を形成する蓋部３１が第一実施形態とは異なっている。

即ち、図７に示すように、第一実施形態同様、逆流流路ＲＣ３の入口ＲＣ３ａはブレード３が設けられた位置よりも上流側の位置に開口している。

また、逆流流路ＲＣ３を形成する蓋部３１は、ケーシング７の内周面７ａから径方向内側に突出する下流側を向く端面３１ａと、溝部１０内に配されて溝部１０から径方向内側に突出しない上流側を向く端面３１ｂと、端面３１ａ、３１ｂにおける径方向内側の端縁同士を接続する傾斜面３１ｃと、端面３１ａ、３１ｂにおける径方向外側の端縁同士を接続する平面３１ｄとを備えている。
また、この蓋部３１は、溝部１０の側面１０ｂと上流側を向く端面３１ｂとの間で、これらを接続するように設けられたコイルバネ３３（付勢部）を備えている。

端面３１ａ、３１ｂは、それぞれが軸線Ｏ方向に対向する溝部１０の側面１０ｂと平行に形成されている。本実施形態では、溝部１０の二つの側面１０ｂと、蓋部３１の二つの端面３１ａ、３１ｂとはすべて平行に形成されている。

また、傾斜面３１ｃは、上流側から下流側に向かうに従って、径方向外側から内側に向かって傾斜して形成されている。

平面３１ｄは、溝部１０の底面１０ａに平行に形成されている。即ち、本実施形態ではこれら端面３１ａ、３１ｂ、傾斜面３１ｃ、及び平面３１ｄによって、蓋部３１は軸線Ｏを含む断面から見た形状が台形状をなしており、蓋部３１における上流側の端部が溝部１０から突出しない位置に配されている。

コイルバネ３３は、逆流Ｗ２が発生せず、入口ＲＣ３ａへ向かう流体Ｗの流れが主流路Ｃ内に存在しない状態で、蓋部３１における下流側を向く端面３１ａを、溝部１０の下流側の側面１０ｂに押し付けて入口ＲＣ３ａを閉塞する。さらに、逆流Ｗ２が発生して入口ＲＣ３ａへ向かう流体Ｗの流れが主流路Ｃ内に生じた際に、端面３１ａに接触する逆流Ｗ２の流体Ｗの力によって入口ＲＣ３ａを開放可能なバネ定数のものを用いる。なお、このバネ定数の数値は、入口ＲＣ３ａを開放させたい逆流Ｗ２の規模に合わせて、適宜選択可能である。

このようなポンプ１Ｃによると、蓋部３１によって、逆流Ｗ２の生じていない（又は小規模な逆流が生じている）設計点での運転の際には、逆流流路ＲＣ３の入口ＲＣ３ａを閉塞でき、運転効率の向上が可能となる。また、逆流Ｗ２が生じた際には、この逆流Ｗ２が、コイルバネ３３の付勢力に抗して蓋部３１の下流側を向く端面３１ａを上流側に向かって押し出して蓋部３１を移動させ、入口ＲＣ３ａが開放する。

従って、逆流Ｗ２が生じた際には、逆流流路ＲＣ３へ流体Ｗを流入させ、ベーン部１３によってこの流体Ｗを逆旋回流れとして主流路Ｃへ流出させることができ、インペラ２の回転にともなって逆流Ｗ２が有する予旋回成分を低減することができる。

また蓋部３１が傾斜面３１ｃを備え、蓋部３１における上流側の端部が溝部１０から突出しない位置に配されていることで、主流路Ｃ内の主流Ｗ１の流れが上流側で蓋部３１によって妨げられることがない。また、傾斜面３１ｃに沿って主流Ｗ１をインペラ２に向かって滑らかに流通させることができる。よって、運転効率の向上が可能となる。

本実施形態のポンプ１Ｃによると、逆流Ｗ２の発生に応じてより効果的にキャビテーション発生の抑制、及び、オイラーヘッドの低下抑制が可能となる。

ここで、蓋部３１の傾斜面３１ｃは必ずしも、傾斜する平面でなくともよく、径方向内側、又は、径方向外側に凸な湾曲面であってもよい。また蓋部３１の平面３１ｄは、溝部１０の底面１０ａに平行でなくともよい。
また、蓋部３１における軸線Ｏの径方向内側を向く表面は必ずしも傾斜する面となっていなくともよい。この場合、蓋部３１における上流側を向く端面３１ａ、及び、下流側を向く端面３１ｂはともに溝部１０から径方向内側に突出するように配されていることになる。

さらに、少なくとも蓋部３１の下流側を向く端面３１ａが軸線Ｏ方向に対向する側面１０ｂに平行となって、側面１０ｂに端面３１ａが接触した際に逆流流路ＲＣ３の入口ＲＣ３ａを閉塞可能となっていれば、蓋部３１の形状は上述の実施形態の場合に限定されない。例えば、傾斜面３１ｃにおける軸線Ｏ方向の中途位置から径方向内側に突出する突起部を蓋部３１に設けて、この突起部に逆流Ｗ２の流体Ｗが接触するようにしてもよい。

また、付勢部として、コイルバネ３３に代えてゴム体等を溝部１０の側面１０ｂと蓋部１１の端面３１ｂとの間に設けてもよい。

また上述の実施形態では、蓋部３１が逆流流路ＲＣ３の出口ＲＣ３ｂを閉塞、開放する機構として、蓋部３１にコイルバネ３３を設け、逆流Ｗ２を形成する流体Ｗが接触可能な下流側を向く端面３１ａを形成したが、必ずしもこのような機構でなくともよい。即ち、逆流流路ＲＣ３を形成する蓋部３１は、入口ＲＣ３ａへ向かう流体Ｗの流れが主流路Ｃ内に存在しない状態で入口ＲＣ３ａを閉塞するとともに、入口ＲＣ３ａへ向かう流体Ｗの流れが主流路Ｃ内に生じた際に、入口ＲＣ３ａを開放するものであればよい。

具体的な他の例としては、逆流Ｗ２の発生の有無をセンサー等で検知し、この検知結果から逆流Ｗ２が生じたと検知された場合には、不図示の制御部、駆動部によって蓋部３１を移動させて逆流流路ＲＣ３の入口ＲＣ３ａを開放し、逆流Ｗ２が発生していないと検知された場合には、逆流流路ＲＣ３の入口ＲＣ３ａを閉塞するような電気的な機構を用いてもよい。
このような機構であれば、第一実施形態から第三実施形態のいずれの逆流流路ＲＣＣであっても、即ち、逆流流路ＲＣ３の入口ＲＣ３ａの位置に関わらず、逆流流路ＲＣ３の開閉が可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、上述の実施形態では、回転機械の一例として遠心ポンプについて説明を行ったが、遠心圧縮機等、他の回転機械にも適用可能である。

また図３及び図４に示すように、孔部２１によって形成された逆流流路ＲＣ（ＲＣ１、ＲＣ２）に場合、周方向に複数設けられた孔部２１各々で、入口ＲＣａの開口位置、出口ＲＣｂの開口位置が異なるようにしてもよい。このようにすることで、逆流Ｗ２の大きさが周方向に異なっている場合であっても、より効率的に逆流Ｗ２が有する予旋回成分を低減し、キャビテーション発生の抑制、及び、オイラーヘッドの低下抑制が可能となる。ここで、各々の孔部２１によって形成された逆流流路ＲＣの入口ＲＣａ、出口ＲＣｂの開口位置は、ポンプ１（１Ａ、１Ｂ）の機種の違いで異なる周方向の逆流Ｗ２の分布に応じて、適宜選択可能である。

上記の回転機械よれば、逆流流路から案内部を介して流体を主流路へ流出させることで、キャビテーションによる不安定現象を抑制しつつ、低流量時の不安定特性を抑えることができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…ポンプ(回転機械) ２…インペラ ３…ブレード ４…回転軸 ７…ケーシング ７ａ…内周面 １０…溝部 １０ａ…底面 １０ｂ…側面 １１…蓋部 １２…ストラット １３…ベーン部 ２１…孔部 ２１ａ…傾斜孔部（案内部） ３１…蓋部 ３１ａ、３１ｂ…端面 ３１ｃ…傾斜面 ３１ｄ…平面 ３３…コイルバネ（付勢部） ＲＣ、ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３…逆流流路 ＲＣａ、ＲＣ１ａ、ＲＣ２ａ、ＲＣ３ａ…入口 ＲＣｂ、ＲＣ１ｂ、ＲＣ２ｂ、ＲＣ３ｂ…出口 Ｏ…軸線 Ｃ…主流路 Ｗ…流体 Ｗ１…主流 Ｗ２…逆流

Claims (9)

1. ブレードを有して、軸線回りに回転するインペラと、
   前記インペラを収容する主流路、及び、該主流路に連通する逆流流路が形成されたケーシングと、
   前記逆流流路に設けられた案内部と、
   を備え、
   前記逆流流路は、入口が前記主流路に開口するとともに出口が前記入口よりも前記主流路の上流側に開口して形成され、
   前記案内部は、前記逆流流路内を前記入口から前記出口に向かって流通する流体を、前記主流路内に前記インペラの回転方向逆側に向かって案内する、
   ことを特徴とする回転機械。
2. 前記逆流流路は、前記ケーシングの前記主流路を形成する内周面から前記軸線の径方向に凹む環状の溝部と該溝部における前記軸線の径方向内側の位置で、該溝部の開口を塞ぐように前記軸線の周方向に環状に設けられた蓋部との間に形成され、
   前記案内部は、前記溝部内で前記出口を含む位置に設けられて、前記軸線の径方向内側に向かうに従って前記回転方向逆側に向かって傾斜するベーン部であることを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
3. 前記逆流流路を形成する前記蓋部は、前記主流路内で前記入口へ向かう流体の流れが存在しない状態で前記入口を閉塞するとともに、前記主流路内で前記入口へ向かう流体の流れが生じた際に、前記入口を開放することを特徴とする請求項２に記載の回転機械。
4. 前記逆流流路は、前記ケーシングの前記主流路を形成する内周面から該ケーシングの内部へ延びる孔部によって形成され、
   前記案内部は、前記孔部のうちで、前記出口を含む位置で前記軸線の径方向内側に向かうに従って前記回転方向逆側に向かって傾斜する傾斜孔部であることを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
5. 前記入口は、前記ケーシングの前記主流路を形成する内周面のうち、前記ブレードに前記軸線の径方向に対向する領域内の上流側の位置に開口し、
   前記出口は、前記ブレードが設けられた位置よりも上流側の位置に開口していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転機械。
6. 前記入口及び前記出口は、前記ブレードが設けられた位置よりも上流側の位置に開口していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転機械。
7. 前記入口は、前記ブレードが設けられた位置よりも下流側の位置に開口し、
   前記出口は、前記ブレードが設けられた位置よりも上流側の位置に開口していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転機械。
8. 前記入口は、前記ブレードが設けられた位置よりも上流側の位置に開口し、
   前記逆流流路を形成する前記蓋部は、前記ケーシングの前記主流路を形成する内周面から前記径方向内側に突出する下流側を向く端面と、
   前記主流路内で前記入口へ向かう流体の流れが存在しない状態で、前記端面を前記溝部の下流側の面に押し付けて前記入口を閉塞するとともに、前記主流路内で前記入口へ向かう流体の流れが生じた際に前記端面に接触する該流体の力によって前記入口を開放する付勢部と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の回転機械。
9. 前記逆流流路を形成する前記蓋部は、前記軸線の径方向内側を向く表面が、前記上流側から前記下流側に向かうに従って、前記軸線の径方向外側から内側に向かって傾斜する傾斜面となっているとともに、上流側の端部が前記溝部から突出しない位置に配されていることを特徴とする請求項８に記載の回転機械。

Images