JP2019143535A - Counter-rotating impeller and fluid machine - Google Patents

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Abstract

To provide a counter-rotating impeller having large recoverable energy, and a fluid machine.SOLUTION: A counter-rotating impeller 40 comprises first and second impellers 20 and 30 arranged coaxially. The first impeller 20 has an axial flow type impeller 21 and a mixed flow type impeller 22 arranged in an axis direction. The second impeller 30 is a centrifugal impeller that rotates in a direction opposite to a rotational direction of the first impeller 20, and is arranged at a position continuous with the mixed flow type impeller 22.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、同軸に配置される第1、第2の各羽根車からなる二重反転式羽根車及び二重反転式羽根を有する流体機械に関するものである。   The present invention relates to a counter rotating impeller composed of first and second impellers arranged coaxially and a fluid machine having counter rotating impellers.

小水力発電は再生可能エネルギーの一つとして位置付けられており、地球温暖化問題への対応やエネルギー供給システムの多様化のために導入が進められている。小水力発電の中でも、出力が100kWから1000kW程度の比較的規模の大きい発電設備は普及が進みつつあるが、さらなる小水力発電の拡大に向けて、出力が0.1kWから1kW程度の小規模なピコ水力発電の開発が要望されている。ピコ水力発電は、農業用水路や簡易水道、小規模な河川など、あまり利用が進んでいない水資源を有効利用するものであり、水車を設置する土台や導水管を引くなどの大掛かりな工事を行う必要がなく、設営が簡単であり自然環境に与える影響が少ないという利点がある。   Small hydropower generation is positioned as one of the renewable energies and is being introduced to respond to global warming issues and diversify energy supply systems. Among small hydropower generation, relatively large-scale power generation facilities with an output of about 100 kW to 1000 kW are spreading, but for further expansion of small hydropower generation, the output is about 0.1 kW to about 1 kW. Development of pico hydroelectric power generation is desired. Pico hydroelectric power generation makes effective use of water resources that are not well used, such as agricultural waterways, simple water supply, and small rivers, and performs large-scale construction such as drawing foundations and water pipes for installing water turbines. There is an advantage that it is not necessary, is easy to set up and has little impact on the natural environment.

ピコ水力発電用の水車には、農業用水路や簡易水道へ持ち運んで簡単に設置するためにポータビリティ性が求められており、小型である必要がある。出願人は、非特許文献1において、ピコ水力発電用の小型水車を提案している。非特許文献1の水車は、いわゆる二重反転式であり、前段羽根車と後段羽根車とが同軸上に配置されている。各羽根車は軸流式であり、羽根は、流体(水)が前から後に向けて流れたときに、互いに逆方向に回転するように取り付けられている。   The water turbine for pico hydroelectric power generation is required to have portability in order to be easily installed by being carried to an agricultural waterway or a simple water supply. In the non-patent document 1, the applicant has proposed a small water wheel for pico hydroelectric power generation. The water wheel of Non-Patent Document 1 is a so-called contra-rotating type, and the front impeller and the rear impeller are arranged coaxially. Each impeller is an axial flow type, and the blades are attached to rotate in directions opposite to each other when fluid (water) flows from front to back.

このような二重反転式の水車は、羽根車を2つ用いて各羽根車で流体エネルギーを回収しているため、1つの羽根車で同じ流体エネルギーを回収する場合に比べて羽根車の直径が小さくてすみ、小型化が可能である。また、前段羽根車出口での流体エネルギーの旋回速度成分を後段羽根車で回収し、後段羽根車出口での流体エネルギーの旋回速度成分を無くすことができるため、速度の二乗に比例する摩擦損失が小さくなり、回収可能な流体エネルギーが大きく高効率となる。   Such a counter-rotating type water wheel uses two impellers to collect fluid energy at each impeller, so the diameter of the impeller is larger than when the same fluid energy is collected by one impeller. Is small and can be miniaturized. In addition, since the swirl speed component of the fluid energy at the front impeller exit can be recovered by the rear impeller, and the swirl speed component of the fluid energy at the rear impeller exit can be eliminated, there is a friction loss proportional to the square of the speed. The fluid energy that can be recovered is large and highly efficient.

重光亨他著、「二重反転形小型ハイドロタービンのスポーク形状が性能と内部流れに及ぼす影響」、ターボ機械、第44巻第2号、2016年。Shigemitsu, et al., “Effects of spoke shape of counter-rotating small hydro turbine on performance and internal flow”, Turbomachine, Vol. 44, No. 2, 2016.

非特許文献1の二重反転式の水車において、さらに回収可能なエネルギーを大きくしようとすると、羽根車に流す流体の流量を増加させて水車に入力する入力エネルギーを大きくすればよい。しかし、流体の流量を増加させると、効率の悪化や羽根車の破損が生じる可能性がある。これを防ぐためには羽根車の径を大きくして水車を大型化する必要があるが、大型化するとピコ水力発電用の水車に求められるポータビリティ性が失われてしまうため、改善の余地がある。   In the counter-rotating water turbine of Non-Patent Document 1, in order to increase the recoverable energy, the flow rate of the fluid flowing through the impeller may be increased to increase the input energy input to the turbine. However, when the fluid flow rate is increased, the efficiency may be deteriorated and the impeller may be damaged. In order to prevent this, it is necessary to increase the size of the impeller by increasing the diameter of the impeller. However, if the size is increased, the portability required for the water turbine for pico hydropower generation is lost, so there is room for improvement.

本発明は、上記した課題に着目してなされたものであり、小型で回収可能なエネルギーが大きい二重反転式羽根車及び流体機械を提供することを課題としている。   The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and an object thereof is to provide a counter-rotating impeller and a fluid machine that are small and have a large recoverable energy.

本発明による二重反転式羽根車は、同軸に配置される第1及び第2の各羽根車よりなり、前記第1の羽根車は、軸方向に並ぶ軸流式羽根車と斜流式羽根車とを有し、前記第2の羽根車は、前記第1の羽根車の回転方向と逆方向へ回転する遠心式羽根車であって、前記斜流式羽根車と連なる位置に配置される。   A counter-rotating impeller according to the present invention includes first and second impellers arranged coaxially, and the first impeller includes an axial flow impeller and a mixed flow impeller arranged in the axial direction. The second impeller is a centrifugal impeller that rotates in a direction opposite to the rotation direction of the first impeller, and is disposed at a position that is continuous with the mixed flow impeller. .

本発明の二重反転式羽根車を水車や風車用の羽根車として用いる場合、水や空気などの流体が第1の羽根車に向けて入力されると、第1の羽根車は流体からエネルギーを得て回転する。流体は第1の羽根車から出て第2の羽根車に流れ込み、第2の羽根車は流体からエネルギーを得て第1の羽根車とは逆方向に回転し、流体は第2の羽根車から流出する。第1の羽根車、第2の羽根車に接続される発電機等のエネルギー取出手段によりエネルギーが取り出される。   When the counter-rotating impeller of the present invention is used as an impeller for a water wheel or a windmill, when a fluid such as water or air is input toward the first impeller, the first impeller receives energy from the fluid. Get and rotate. The fluid exits the first impeller and flows into the second impeller, the second impeller obtains energy from the fluid and rotates in the opposite direction to the first impeller, and the fluid is the second impeller. Spill from. Energy is extracted by energy extraction means such as a generator connected to the first impeller and the second impeller.

遠心式羽根車は流体の入口と出口の外径が異なり、入口の周速度と出口の周速度に差が生じることで遠心力にも差が生じるため、その遠心力の差がエネルギーとなる。一方、軸流式羽根車は、流体の入口と出口の外径が同じなので入口の周速度と出口の周速度に差がなく、遠心力に差が生じないので、遠心力をエネルギーに変換することが出来ない。このため、各羽根車の直径、流体の流量、回転速度が同じ場合には、遠心式羽根車は軸流式羽根車と比較して、高い負荷を掛ける、すなわち遠心式羽根車に入力する流体エネルギーを大きくすることが可能である。斜流式羽根車は、遠心式羽根車と軸流式羽根車との中間的な特性を有する。なお、「負荷を掛ける」とは、入力エネルギーを与えることであり、流量が一定であれば、負荷は、羽根車がポンプに用いられる場合には揚程として表わされ、水車に用いられる場合には落差として表わされ、送風機に用いられる場合には圧力として表わされるものである。   In the centrifugal impeller, the outer diameters of the fluid inlet and the outlet are different, and the difference in the peripheral speed of the inlet and the peripheral speed of the outlet causes a difference in the centrifugal force. Therefore, the difference in the centrifugal force becomes energy. On the other hand, since the outer diameter of the fluid inlet and outlet is the same, the axial flow impeller converts the centrifugal force into energy because there is no difference in the peripheral velocity of the inlet and the peripheral velocity of the outlet and no difference in centrifugal force. I can't. Therefore, when each impeller has the same diameter, fluid flow rate, and rotational speed, the centrifugal impeller imposes a higher load than the axial flow impeller, that is, the fluid is input to the centrifugal impeller. It is possible to increase energy. The mixed flow impeller has intermediate characteristics between the centrifugal impeller and the axial flow impeller. Note that “loading” means giving input energy, and if the flow rate is constant, the load is expressed as a lift when the impeller is used in a pump, and when it is used in a turbine. Is represented as a head and, when used in a blower, as a pressure.

本発明においては、第2の羽根車は遠心式羽根車であるため、従来技術の同じ直径の軸流式羽根車と比較して、第2の羽根車に掛ける負荷の大きさをより大きくすることができ、結果として小型を保ったまま第2の羽根車が回収できる流体エネルギーを大きくすることができる。   In the present invention, since the second impeller is a centrifugal impeller, the magnitude of the load applied to the second impeller is made larger than that of the axial-flow impeller having the same diameter as that of the prior art. As a result, the fluid energy that can be recovered by the second impeller while maintaining a small size can be increased.

また、二重反転式羽根車においては、摩擦損失を低減して高効率とするには、第1、第2の各羽根車に掛ける負荷の大きさを略均一にする必要があることが知られている。本発明の二重反転式羽根車においては、第2の羽根車に遠心式羽根車を用いるため、第1の羽根車を遠心式羽根車とほぼ等しい大きさの負荷を掛けることが可能なものとする必要がある。   Further, in the counter-rotating impeller, it is known that the load applied to the first and second impellers needs to be substantially uniform in order to reduce friction loss and achieve high efficiency. It has been. In the contra-rotating impeller of the present invention, since the centrifugal impeller is used as the second impeller, the first impeller can be loaded with a load approximately equal to the centrifugal impeller. It is necessary to.

各羽根車の直径、流体の流量、回転速度が同じ場合には、軸流式羽根車に掛けることが可能な負荷の大きさは、遠心式羽根車と比較して小さい。また、斜流式羽根車に掛けることが可能な負荷の大きさは、軸流式羽根車よりも大きく遠心式羽根車よりも小さい中程度の大きさである。また、第1の羽根車に掛けることが可能な負荷の大きさは、軸流式羽根車に掛けることが可能な負荷の大きさと斜流式羽根車に掛けることが可能な負荷の大きさとの和である。   When each impeller has the same diameter, fluid flow rate, and rotational speed, the magnitude of the load that can be applied to the axial flow impeller is smaller than that of the centrifugal impeller. Moreover, the magnitude | size of the load which can be applied to a mixed flow type impeller is a medium magnitude | size larger than an axial flow type impeller and smaller than a centrifugal impeller. In addition, the magnitude of the load that can be applied to the first impeller includes the magnitude of the load that can be applied to the axial flow type impeller and the magnitude of the load that can be applied to the mixed flow type impeller. It is sum.

このため、本発明においては、第1の羽根車を軸流式と斜流式を組み合わせた複合式の羽根車とすることで、第1の羽根車に掛けることが可能な負荷の大きさを、第2の羽根車に掛けることが可能な負荷の大きさとほぼ等しくしている。従って、第2の羽根車出口での摩擦損失を低減することができ、高効率となる。   For this reason, in this invention, the magnitude | size of the load which can be applied to a 1st impeller by making the 1st impeller into the composite type impeller which combined the axial flow type and the mixed flow type is used. The load that can be applied to the second impeller is approximately equal to the magnitude of the load. Therefore, the friction loss at the second impeller outlet can be reduced, and the efficiency becomes high.

さらに、第1の羽根車に掛ける負荷の大きさを大きくすることが可能となるため、従来技術の小型の軸流式羽根車と同じ直径である場合であっても、結果として第1の羽根車が回収可能な流体エネルギーを大きくすることができる。   Furthermore, since it is possible to increase the magnitude of the load applied to the first impeller, even if the diameter is the same as that of the small axial flow impeller of the prior art, as a result, the first impeller The fluid energy recoverable by the vehicle can be increased.

このように、本発明によれば、第1、第2の各羽根車のそれぞれにおいて回収可能な流体エネルギーが多くなるため、小型を保ちつつ回収可能なエネルギーを大きくすることができる。   As described above, according to the present invention, the recoverable fluid energy increases in each of the first and second impellers, so that the recoverable energy can be increased while maintaining a small size.

また、本発明の二重反転式羽根車をポンプや送風機用の羽根車として用いることもできる。この場合、流体の流れは水車や風車用の羽根車の場合と逆になり、第2の羽根車に接続された電動機などのエネルギー入力手段により第2の羽根車を水車や風車用の第2の羽根車の回転方向と逆方向に回転させることで、液体や気体などの流体は第2の羽根車からエネルギーを得て第1の羽根車に向けて流れる。第1の羽根車に接続された電動機などのエネルギー入力手段により、第1の羽根車を第2の羽根車と逆方向に回転させることにより、流体は第1の羽根車からエネルギーを得て第1の羽根車から流出する。これにより、流出する流体に高い圧力や高い揚程など高いエネルギーを与えることができる。   The counter-rotating impeller of the present invention can also be used as an impeller for a pump or a blower. In this case, the flow of the fluid is opposite to that of the impeller for a water wheel or a windmill, and the second impeller is moved to the second for the water wheel or the windmill by an energy input means such as an electric motor connected to the second impeller. By rotating in a direction opposite to the rotation direction of the impeller, a fluid such as a liquid or a gas obtains energy from the second impeller and flows toward the first impeller. By rotating the first impeller in the opposite direction to the second impeller by energy input means such as an electric motor connected to the first impeller, the fluid obtains energy from the first impeller and Outflow from 1 impeller. Thereby, high energy, such as a high pressure and a high head, can be given to the flowing-out fluid.

好ましい実施形態によれば、前記第1の羽根車は、ハブと、前記ハブの外周面に前記ハブの軸方向に対して螺旋状に設けられた複数枚の羽根とを備え、前記ハブは、前記軸流式羽根車を構成し、全長にわたり径が一定の円筒状部と、前記斜流式羽根車を構成し径が端部に向けて小さくなる縮径部とを備える。   According to a preferred embodiment, the first impeller includes a hub, and a plurality of blades spirally provided on the outer peripheral surface of the hub with respect to the axial direction of the hub. The axial flow impeller includes a cylindrical portion having a constant diameter over the entire length, and a reduced diameter portion which configures the diagonal flow impeller and decreases in diameter toward the end.

好ましい実施形態によれば、前記第1の羽根車の各羽根は、第2の羽根車の外周に突出する。   According to a preferred embodiment, each blade of the first impeller protrudes on the outer periphery of the second impeller.

本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の二重反転式羽根車と、前記二重反転式羽根車を収容する筒状のケーシングとを備える流体機械である。   Another aspect of the present invention is a fluid machine including any of the counter-rotating impeller described above and a cylindrical casing that accommodates the counter-rotating impeller.

上記の流体機械は、前記ケーシング内に固定され、前記第1、第2の各羽根車を前記ケーシング内に回転可能に軸支する筒状体をさらに備えていてもよい。   The fluid machine may further include a cylindrical body fixed in the casing and rotatably supporting the first and second impellers in the casing.

好ましい実施形態によれば、前記筒状体内に収容される回転電機をさらに備え、前記回転電機の回転軸が前記第1、第2の各羽根車の軸と同軸に連結されている。   According to a preferred embodiment, the electric rotating machine further includes a rotating electric machine housed in the cylindrical body, and the rotating shaft of the rotating electric machine is connected coaxially with the shafts of the first and second impellers.

流体機械は、例えば、水車、風車、ポンプ、送風機として用いられる。
流体機械を水車として用いる場合、流体は水または液体であり、流体が第1の羽根車に向けて入力されると、第1の羽根車は流体からエネルギーを得て回転する。第1の羽根車には発電機が接続されており、第1の羽根車により発電機の回転子が回転して発電する。流体は第1の羽根車から出て第2の羽根車に流れ込み、第2の羽根車は流体からエネルギーを得て第1の羽根車とは逆方向に回転する。第2の羽根車には発電機が接続されており、第2の羽根車により発電機の回転子が回転して発電する。流体は第2の羽根車から流出する。流体機械を風車として用いる場合、流体は空気または気体であり、水車の場合と同様に第1の羽根車、第2の羽根車が流体からエネルギーを得て回転して発電を行う。
The fluid machine is used as, for example, a water wheel, a windmill, a pump, or a blower.
When the fluid machine is used as a water wheel, the fluid is water or liquid, and when the fluid is input to the first impeller, the first impeller rotates by obtaining energy from the fluid. A generator is connected to the first impeller, and the rotor of the generator is rotated by the first impeller to generate power. The fluid exits the first impeller and flows into the second impeller, and the second impeller obtains energy from the fluid and rotates in the opposite direction to the first impeller. A generator is connected to the second impeller, and the rotor of the generator rotates by the second impeller to generate electric power. The fluid flows out of the second impeller. When the fluid machine is used as a windmill, the fluid is air or gas, and the first impeller and the second impeller obtain energy from the fluid and rotate to generate electric power as in the case of the water wheel.

流体機械をポンプとして用いる場合、第2の羽根車に接続された電動機により第2の羽根車を回転させることで、流体は第2の羽根車からエネルギーを得て第1の羽根車に向けて流れる。流体は水又は液体である。第1の羽根車は電動機と接続されており、電動機が第1の羽根車を第2の羽根車と逆方向に回転させることにより、流体は第1の羽根車からエネルギーを得て第1の羽根車から流出する。流体機械を送風機として用いる場合、流体は空気または気体であり、ポンプの場合と同様に流体が第1の羽根車、第2の羽根車からエネルギーを得て送風がなされる。   When the fluid machine is used as a pump, the fluid obtains energy from the second impeller and rotates toward the first impeller by rotating the second impeller by an electric motor connected to the second impeller. Flowing. The fluid is water or liquid. The first impeller is connected to an electric motor, and the electric motor rotates the first impeller in the opposite direction to the second impeller, so that the fluid obtains energy from the first impeller and the first impeller Outflow from impeller. When the fluid machine is used as a blower, the fluid is air or gas, and air is blown by obtaining energy from the first impeller and the second impeller as in the case of the pump.

本発明によれば、小型で回収可能なエネルギーが大きい二重反転式羽根車及び流体機械を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a counter-rotating impeller and a fluid machine that are small and have large recoverable energy.

本発明の一実施形態に係る流体機械の断面図である。It is sectional drawing of the fluid machine which concerns on one Embodiment of this invention. 第1の羽根車の(A)は出口側から見た正面図、(B)は斜視図である。(A) of a 1st impeller is the front view seen from the exit side, (B) is a perspective view. 第2の羽根車の(A)は出口側から見た正面図、(B)は斜視図である。(A) of a 2nd impeller is the front view seen from the exit side, (B) is a perspective view. 流体機械の子午面図である。It is a meridian view of a fluid machine. (A)は第1の羽根車の子午面図、(B)は第2の羽根車の子午面図である。(A) is a meridional view of a first impeller, and (B) is a meridional view of a second impeller. 流体機械の他の例を示す子午面図である。It is a meridional view showing another example of the fluid machine. 流体機械の他の例を示す子午面図である。It is a meridional view showing another example of the fluid machine.

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。以下の説明では、流体機械を水車10として用いた例を示し、水車10に流体が入力される側を入口側又は上流側と言い、流体が出力される側を出口側又は下流側と言う。流体である水は、第1の羽根車20から第2の羽根車30に向かう方向(図1において左から右に向かう方向であり、矢印Aの向き)に流れ込む。また、図面において、発電機64、74、84、85は簡略化して示している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an example in which a fluid machine is used as the water wheel 10 is shown, and a side where fluid is input to the water wheel 10 is referred to as an inlet side or an upstream side, and a side where fluid is output is referred to as an outlet side or a downstream side. Water, which is a fluid, flows in the direction from the first impeller 20 toward the second impeller 30 (the direction from left to right in FIG. 1 and the direction of arrow A). In the drawings, the generators 64, 74, 84, and 85 are shown in a simplified manner.

図1〜図5は、本発明の一実施形態の二重反転式羽根車40及び水車10を示す。図1に示すように、水車10は、二重反転式羽根車40と、内部に二重反転式羽根車40を収容する筒状のケーシング50と、ケーシング50内に固定され、第1、第2の各羽根車20、30と同軸に配置されて第1、第2の各羽根車20、30を回転可能に軸支する第1、第2の各筒状体60、70とを備えている。なお、図1において、ケーシング50は断面で示している。   1 to 5 show a counter-rotating impeller 40 and a water wheel 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the water wheel 10 includes a counter-rotating impeller 40, a cylindrical casing 50 that accommodates the counter-rotating impeller 40 therein, and a fixed casing in the casing 50. The first and second cylindrical bodies 60 and 70 are arranged coaxially with the two impellers 20 and 30 and rotatably support the first and second impellers 20 and 30. Yes. In FIG. 1, the casing 50 is shown in cross section.

二重反転式羽根車40は、同軸に配置される第1、第2の各羽根車20、30よりなり、第1の羽根車20は、軸方向に並ぶ軸流式羽根車21と斜流式羽根車22とを有し、第2の羽根車30は、第1の羽根車20の回転方向と逆方向へ回転する遠心式羽根車であって、斜流式羽根車22と連なる位置に配置される。   The counter-rotating impeller 40 includes first and second impellers 20 and 30 arranged coaxially. The first impeller 20 and the axial flow impeller 21 aligned in the axial direction and the diagonal flow The second impeller 30 is a centrifugal impeller that rotates in a direction opposite to the rotation direction of the first impeller 20, and is located at a position continuous with the mixed flow impeller 22. Be placed.

図2、図4に示すように、第1の羽根車20は、ハブ23と、ハブ23の外周面にハブ23の軸方向に対して螺旋状に設けられた複数枚の羽根24とを備えている。ハブ23は、全長にわたり径が一定の円筒状部25と、円筒状部25に連続し径が端部に向けて小さくなる縮径部26とを備えており、入口側に円筒状部25、出口側に縮径部26が配置されている。羽根24は、ハブ23の外周面に周方向に等間隔に配置されており、本実施形態では、上流側から流れる流体による力を受け、入口側から見て反時計回り(図1の矢印Bの向き)に第1の羽根車20が回転するように羽根24が設けられている。羽根24は、ハブ23の出口側端から突出する突出端部27を有しており、突出端部27は第2の羽根車30の外周に被さっている。ハブ23の円筒状部25と羽根24の円筒状部25に設けられた部分とにより軸流式羽根車21が構成され、ハブ23の縮径部26、羽根24の縮径部26に設けられた部分及び突出端部27により斜流式羽根車22が構成される。   As shown in FIGS. 2 and 4, the first impeller 20 includes a hub 23 and a plurality of blades 24 spirally provided on the outer peripheral surface of the hub 23 with respect to the axial direction of the hub 23. ing. The hub 23 includes a cylindrical portion 25 having a constant diameter over the entire length, and a reduced diameter portion 26 that is continuous with the cylindrical portion 25 and decreases in diameter toward the end portion. A reduced diameter portion 26 is disposed on the outlet side. The blades 24 are arranged on the outer peripheral surface of the hub 23 at equal intervals in the circumferential direction. In this embodiment, the blades 24 receive a force from the fluid flowing from the upstream side and are counterclockwise when viewed from the inlet side (arrow B in FIG. 1). The blades 24 are provided so that the first impeller 20 rotates in the direction). The blade 24 has a protruding end portion 27 that protrudes from the outlet side end of the hub 23, and the protruding end portion 27 covers the outer periphery of the second impeller 30. An axial-flow impeller 21 is configured by the cylindrical portion 25 of the hub 23 and the portion provided on the cylindrical portion 25 of the blade 24, and is provided on the reduced diameter portion 26 of the hub 23 and the reduced diameter portion 26 of the blade 24. The mixed flow impeller 22 is constituted by the projecting portion and the protruding end portion 27.

本実施形態では、羽根24を6枚備え、第1の羽根車20の入口側の直径(「入口チップ径」とも言う)DF1を90mm、ハブ23の入口側の直径(「入口ハブ径」とも言う)DF2を60mm、ハブ23の出口側の直径(「出口外径」とも言う)DF3を54mm、ハブ23の軸方向の長さBFを51mm、円筒状部25の軸方向の長さBF1を41mm、縮径部26の軸方向の長さBF2を10mm、羽根24の突出端部27の突出長さ(「出口羽根高さ」とも言う)BF3を8.7mmとしているが、これに限定されるものではない。   In this embodiment, six blades 24 are provided, the diameter on the inlet side of the first impeller 20 (also referred to as “inlet tip diameter”) DF1 is 90 mm, and the diameter on the inlet side of the hub 23 (also referred to as “inlet hub diameter”). DF2 is 60 mm, the diameter of the outlet side of the hub 23 (also referred to as “outlet outer diameter”) DF3 is 54 mm, the axial length BF of the hub 23 is 51 mm, and the axial length BF1 of the cylindrical portion 25 is 41 mm, the axial length BF2 of the reduced diameter portion 26 is 10 mm, and the protruding length 27 (also referred to as “outlet blade height”) BF3 of the blade 24 is 8.7 mm. It is not something.

第2の羽根車30は、円板状の主板32と、主板32の一方の面上の中央部に設けられたハブ33と、ハブ33の周囲に、周方向に等間隔に複数枚立設された羽根34とを備えている。本実施形態では、上流側から流れる流体による力を受け、入口側から見て時計回り(図1の矢印Bと逆向き)に第2の羽根車30が回転するように羽根34が設けられている。各羽根34は図4、図5(B)の子午面図において略L字形状であり、L字の一片34aが主板32と連結し、他片34bがハブ33と連結している。第2の羽根車30は、主板32が入口側、ハブ33が出口側、羽根34のL字の一片34aが入口側、他片34bが出口側となるように配置されており、第2の羽根車30の直径DR1は、第1の羽根車20のハブ23の出口側の直径DF3よりも小さい。第1の羽根車20の羽根24の突出端部27は、羽根34の一片34aの軸方向の長さBR2の全長に被さるか、途中まで被さっている。   The second impeller 30 includes a disk-shaped main plate 32, a hub 33 provided in the central portion on one surface of the main plate 32, and a plurality of second impellers 30 erected around the hub 33 at equal intervals in the circumferential direction. Blades 34 are provided. In the present embodiment, the blade 34 is provided so that the second impeller 30 rotates in a clockwise direction (opposite to the arrow B in FIG. 1) when viewed from the inlet side by receiving a force from the fluid flowing from the upstream side. Yes. Each blade 34 is substantially L-shaped in the meridional view of FIG. 4 and FIG. 5B, and an L-shaped piece 34 a is connected to the main plate 32, and the other piece 34 b is connected to the hub 33. The second impeller 30 is arranged such that the main plate 32 is on the inlet side, the hub 33 is on the outlet side, the L-shaped piece 34a of the blade 34 is on the inlet side, and the other piece 34b is on the outlet side. The diameter DR1 of the impeller 30 is smaller than the diameter DF3 on the outlet side of the hub 23 of the first impeller 20. The protruding end portion 27 of the blade 24 of the first impeller 20 covers the entire length BR2 in the axial direction of the piece 34a of the blade 34, or covers the middle partway.

本実施形態では、羽根34を7枚備え、第2の羽根車30の直径、すなわち主板32の直径(「入力チップ径」とも言う)DR1を50mm、ハブ33の出口側の直径(「出口ハブ径」とも言う)DR2を14mm、第2の羽根車30の出口側の直径(「出口外径」とも言う)DR3を34mm、第2の羽根車30の軸方向の全長BRを20mm、羽根34の一片34aの軸方向の長さ(「入口羽根高さ」とも言う)BR2を8.7mm、主板32の厚みBR1を1mmとしているが、これに限定されるものではない。   In this embodiment, seven blades 34 are provided, the diameter of the second impeller 30, that is, the diameter of the main plate 32 (also referred to as “input chip diameter”) DR1 is 50 mm, and the diameter on the outlet side of the hub 33 (“exit hub”). DR2 is also 14 mm, the diameter of the outlet side of the second impeller 30 (also referred to as “outlet outer diameter”) DR3 is 34 mm, the total axial length BR of the second impeller 30 is 20 mm, and the blade 34 The axial length (also referred to as “entrance blade height”) BR2 of the piece 34a is 8.7 mm, and the thickness BR1 of the main plate 32 is 1 mm, but is not limited thereto.

第1、第2の各羽根車20、30の羽根24、34の形状、羽根24、34の各ハブ23、33への取り付け角度、上記の各種寸法は、第1、第2の各羽根車20、30に掛ける負荷がほぼ等しくなり、高効率化となるように適宜設定される。   The shape of the blades 24 and 34 of the first and second impellers 20 and 30, the mounting angle of the blades 24 and 34 to the hubs 23 and 33, and the various dimensions described above are the first and second impellers. The load applied to 20 and 30 is approximately equal, and is appropriately set so as to achieve high efficiency.

第1の筒状体60は、第1の羽根車20の上流側に配置されている。第1の筒状体60は、円筒状部61の入口側に先端が先細り形状のガイド部62が形成されたものである。本実施形態においては、ガイド部62は円錐形状であって先端が平面形状のものであるが、先端が尖っていてもよく、丸みを帯びていてもよい。第1の筒状体60の円筒状部61の直径は、第1の羽根車20のハブ23の入口側の直径DF2とほぼ等しい。第1の筒状体60は、第1の筒状体60の外周面に周方向に等間隔を空けて設けられたスポーク63により、ケーシング50の内壁に固定されている。第1の筒状体60内には第1の羽根車20と同軸に発電機64が収容されており、発電機64の回転軸に第1の羽根車20のハブ23に設けられた軸23aがカップリング等により連結されている。これにより、第1の羽根車20はケーシング50内に回転可能に軸支される。発電機64に接続される電線(図示せず)は、第1の筒状体60及びスポーク63の内部を通ってケーシング50に設けられた開口(図示せず)からケーシング50の外に引き出される。   The first cylindrical body 60 is disposed on the upstream side of the first impeller 20. The first cylindrical body 60 is formed by forming a guide portion 62 having a tapered tip at the inlet side of the cylindrical portion 61. In the present embodiment, the guide portion 62 has a conical shape and a tip having a flat shape, but the tip may be sharp or rounded. The diameter of the cylindrical portion 61 of the first cylindrical body 60 is substantially equal to the diameter DF2 on the inlet side of the hub 23 of the first impeller 20. The first tubular body 60 is fixed to the inner wall of the casing 50 by spokes 63 provided at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the first tubular body 60. A generator 64 is accommodated coaxially with the first impeller 20 in the first cylindrical body 60, and a shaft 23 a provided on the hub 23 of the first impeller 20 on the rotating shaft of the generator 64. Are connected by coupling or the like. As a result, the first impeller 20 is rotatably supported in the casing 50. An electric wire (not shown) connected to the generator 64 is drawn out of the casing 50 through an opening (not shown) provided in the casing 50 through the inside of the first tubular body 60 and the spoke 63. .

第2の筒状体70は、第2の羽根車30の下流側に配置されている。第2の筒状体70は円筒状であり、直径は、ハブ33の出口側の直径DR2とほぼ等しい。第2の筒状体70は、第2の筒状体70の外周面に周方向に等間隔を空けて設けられたスポーク73により、ケーシング50の内壁に固定されている。第2の筒状体70内には第2の羽根車30と同軸に発電機74が収容されており、発電機74の回転軸に第2の羽根車30のハブ33に設けられた軸33aがカップリング等により連結されている。これにより、第2の羽根車30はケーシング50内に回転可能に軸支される。発電機74に接続される電線(図示せず)は、第2の筒状体70及びスポーク73の内部を通ってケーシング50に設けられた開口(図示せず)から外部に引き出される。   The second cylindrical body 70 is disposed on the downstream side of the second impeller 30. The second cylindrical body 70 is cylindrical and has a diameter substantially equal to the diameter DR2 on the outlet side of the hub 33. The second cylindrical body 70 is fixed to the inner wall of the casing 50 by spokes 73 provided at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the second cylindrical body 70. A generator 74 is accommodated coaxially with the second impeller 30 in the second cylindrical body 70, and a shaft 33 a provided on the hub 33 of the second impeller 30 on the rotating shaft of the generator 74. Are connected by coupling or the like. As a result, the second impeller 30 is rotatably supported in the casing 50. An electric wire (not shown) connected to the generator 74 is drawn outside through an opening (not shown) provided in the casing 50 through the inside of the second cylindrical body 70 and the spoke 73.

ケーシング50は、第1の羽根車20及び第1の筒状体60を収容可能な広径部51と、第2の羽根車30及び第2の筒状体70を収容可能であり、広径部51より径の小さい小径部52とを備えている。ケーシング50の両端は開口しており、開口50a、50b は流体の入口又は出口となる。本実施形態では、広径部51の直径は第1の羽根車20の入口側の直径DF1より僅かに大きく、小径部52の直径は、第2の羽根車30の出口側の直径DR3より僅かに大きく設定されている。これにより、第1、第2の各羽根車20、30を流れる流体が第1、第2の各羽根車20、30から径方向外側に漏れ出るのを防ぎ、エネルギー損失を小さくしている。   The casing 50 can accommodate the wide-diameter portion 51 that can accommodate the first impeller 20 and the first tubular body 60, the second impeller 30 and the second tubular body 70, and the wide-diameter portion 51. And a small-diameter portion 52 having a smaller diameter than the portion 51. Both ends of the casing 50 are open, and the openings 50a and 50b serve as fluid inlets or outlets. In the present embodiment, the diameter of the wide diameter portion 51 is slightly larger than the diameter DF1 on the inlet side of the first impeller 20, and the diameter of the small diameter portion 52 is slightly larger than the diameter DR3 on the outlet side of the second impeller 30. Is set to be large. As a result, the fluid flowing through the first and second impellers 20 and 30 is prevented from leaking radially outward from the first and second impellers 20 and 30, and energy loss is reduced.

また、広径部51は、出口部51aが出口側に向けて連続して径が小さくなり、第1の羽根車20の外形に沿う形状を有している。これにより、流体の流れる方向が緩やかに変化してエネルギー損失が小さくなる。   Further, the wide diameter portion 51 has a shape along the outer shape of the first impeller 20 with the diameter of the outlet portion 51a continuously decreasing toward the outlet side. As a result, the direction in which the fluid flows changes gradually, and energy loss is reduced.

上記の実施形態の二重反転式羽根車40及び水車10の動作について説明する。
水車はインライン式であり、図1に示すように、ケーシング50の入口側の開口50aに、例えばホース等の水管11が取り付けられる。なお、水車に水管11を取り付けずに、ケーシング50の両端の開口を開放した状態で、河川など流れのある流体に、ケーシング50の入口側の開口50aが上流側を向くようにして水車10を浸漬させてもよい。
Operations of the counter rotating impeller 40 and the water wheel 10 according to the above embodiment will be described.
The water wheel is an in-line type, and a water pipe 11 such as a hose is attached to the opening 50a on the inlet side of the casing 50 as shown in FIG. In addition, without attaching the water pipe 11 to the water wheel, the water wheel 10 is set so that the opening 50a on the inlet side of the casing 50 faces the upstream side in a fluid such as a river with the openings at both ends of the casing 50 opened. It may be immersed.

水がケーシング50の入口側の開口50aから流れ込むと、水は、第1の筒状体60のガイド部62の外面に沿って広がり(図4の矢印a1)、第1の筒状体60の円筒状部61の外側を軸方向に流れるように整流される(図4の矢印a2)。第1の筒状体60の円筒状部61の直径と第1の羽根車20のハブ23の入口側の直径DF2とはほぼ等しいため、水は軸方向にまっすぐ流れて第1の羽根車20の軸流式羽根車21に流入する。   When water flows from the opening 50a on the inlet side of the casing 50, the water spreads along the outer surface of the guide portion 62 of the first cylindrical body 60 (arrow a1 in FIG. 4). The flow is rectified so as to flow in the axial direction outside the cylindrical portion 61 (arrow a2 in FIG. 4). Since the diameter of the cylindrical portion 61 of the first cylindrical body 60 and the diameter DF2 on the inlet side of the hub 23 of the first impeller 20 are substantially equal, water flows straight in the axial direction and the first impeller 20 It flows into the axial flow type impeller 21.

水が第1の羽根車20に軸方向(図4の矢印b1)に流れ込むと、第1の羽根車20の各羽根24の表面と裏面に圧力差が生じる(圧力面と負圧面ができる)ことにより揚力が発生し、第1の羽根車20が回転する。水は斜流式羽根車22に流入して流れが径方向の内向きに曲げられ(図4の矢印b2)、斜流式羽根車22から流れ出る。   When water flows into the first impeller 20 in the axial direction (arrow b1 in FIG. 4), a pressure difference is generated between the front and back surfaces of each blade 24 of the first impeller 20 (a pressure surface and a suction surface are formed). As a result, lift is generated, and the first impeller 20 rotates. Water flows into the mixed flow impeller 22, the flow is bent inward in the radial direction (arrow b2 in FIG. 4), and flows out of the mixed flow impeller 22.

第1の羽根車20の回転により、第1の筒状体60に設けられた発電機64の回転軸が回転して発電する。発電された電力は、第1の筒状体60及びスポーク63内部に通された電線により水車の外に送られ、蓄電池の充電や照明等に用いられる。   Due to the rotation of the first impeller 20, the rotating shaft of the generator 64 provided in the first cylindrical body 60 rotates to generate power. The generated electric power is sent to the outside of the water wheel by an electric wire passed through the first cylindrical body 60 and the spoke 63, and used for charging the storage battery, lighting, and the like.

第1の羽根車20から出た水が第2の羽根車30に径方向内側に向けて流れ込むと(図4の矢印c1)、第2の羽根車30の各羽根34の表面と裏面に圧力差が生じて揚力が発生し、第1の羽根車20とは逆方向に回転する。水は流れが軸方向に曲げられ(図4の矢印c2)、第2の羽根車30から流れ出る。   When water from the first impeller 20 flows radially inward into the second impeller 30 (arrow c1 in FIG. 4), pressure is applied to the front and back surfaces of each blade 34 of the second impeller 30. A difference arises, lift is generated, and the first impeller 20 rotates in the opposite direction. The water is bent in the axial direction (arrow c2 in FIG. 4) and flows out from the second impeller 30.

第2の羽根車30の回転により、第2の筒状体70に設けられた発電機74の回転軸が回転して発電する。発電された電力は、第2の筒状体70及びスポーク73内部に通された電線により水車の外に送られ、蓄電池の充電や照明等に用いられる。   Due to the rotation of the second impeller 30, the rotating shaft of the generator 74 provided in the second cylindrical body 70 rotates to generate power. The generated electric power is sent to the outside of the water wheel by an electric wire passed through the second cylindrical body 70 and the spoke 73 and used for charging the storage battery, lighting, and the like.

上記の実施形態によれば、第2の羽根車30に遠心式羽根車を用いているため、従来技術の同じ直径の軸流式羽根車と比較して、第2の羽根車30に掛ける負荷の大きさをより大きくすることができ、結果として小型を保ったまま第2の羽根車30が回収できる流体エネルギーを大きくすることができる。   According to said embodiment, since the centrifugal impeller is used for the 2nd impeller 30, compared with the axial flow type impeller of the same diameter of a prior art, the load applied to the 2nd impeller 30 As a result, the fluid energy that can be recovered by the second impeller 30 while maintaining a small size can be increased.

また、第1の羽根車20を軸流式羽根車21と斜流式羽根車22とを組み合わせた複合式の羽根車とすることで、二重反転式羽根車40において第1の羽根車20、第2の羽根車30に掛けることが可能な負荷の大きさを等しくすることができ、第2の羽根車出口での摩擦損失を低減することができ、高効率となる。   Further, the first impeller 20 in the counter-rotating impeller 40 is obtained by making the first impeller 20 a composite impeller in which the axial flow impeller 21 and the mixed flow impeller 22 are combined. The load that can be applied to the second impeller 30 can be made equal, friction loss at the second impeller outlet can be reduced, and high efficiency can be achieved.

さらに、第1の羽根車20に掛ける負荷の大きさを大きくすることが可能となるため、従来技術の小型の軸流式羽根車と同じ直径である場合であっても、結果として第1の羽根車20が回収可能な流体エネルギーを大きくすることができる。   Furthermore, since the magnitude of the load applied to the first impeller 20 can be increased, even if the diameter is the same as that of the small axial flow impeller of the prior art, as a result The fluid energy that can be recovered by the impeller 20 can be increased.

このように、本発明によれば、第1、第2の各羽根車20、30のそれぞれにおいて回収可能な流体エネルギーが多くなるため、小型を保ちつつ回収可能なエネルギーを大きくすることができる。   As described above, according to the present invention, the fluid energy that can be recovered in each of the first and second impellers 20 and 30 increases, so that the energy that can be recovered can be increased while maintaining the small size.

また、第1の羽根車20の斜流式羽根車22を構成するハブ23の縮径部26は、軸流式羽根車21を構成するハブ23の円筒状部25から連続して設けられているため、水は軸流式羽根車21から斜流式羽根車22に向けて軸方向にスムーズに流れ、摩擦損失が少なくなる。   Further, the reduced diameter portion 26 of the hub 23 constituting the mixed flow impeller 22 of the first impeller 20 is provided continuously from the cylindrical portion 25 of the hub 23 constituting the axial flow impeller 21. Therefore, water flows smoothly in the axial direction from the axial flow type impeller 21 to the mixed flow type impeller 22, and friction loss is reduced.

さらに、第1の羽根車20の斜流式羽根車22においては出口側に向けてハブ23の径が縮径しているため、水の流れる方向を軸方向から径方向内向きに緩やかに曲げることができ、摩擦損失を低減することができる。
また、第1の羽根車20の各羽根24は、第2の羽根車30の外周に突出する突出端部27を備えているため、水の流れる方向を効果的に径方向内向きに曲げて水を第2の羽根車30へ送ることができ、摩擦損失を低減することができる。
Further, in the mixed flow type impeller 22 of the first impeller 20, the diameter of the hub 23 is reduced toward the outlet side, so that the water flowing direction is gently bent from the axial direction to the radial inward direction. And friction loss can be reduced.
In addition, each blade 24 of the first impeller 20 includes a protruding end portion 27 that protrudes to the outer periphery of the second impeller 30, so that the water flowing direction can be effectively bent radially inward. Water can be sent to the second impeller 30, and friction loss can be reduced.

また、第1の筒状体60を備えずに流体が直接第1の羽根車20に入力される場合には、流体は第1の羽根車20のハブ23の端面に当たって径方向外側に向きが曲げられ、次にケーシング50に当たって軸方向に向きが曲げられるため、羽根24の根元側に流体が流入しにくくなったり、第1の羽根車20に流入する流体の流れに偏りが生じエネルギー損失が大きくなる。一方、上記の実施形態によれば、第1の筒状体60が第1の羽根車20の上流側に配置されており、入力された流体が第1の筒状体60のガイド部62と円筒状部61により軸方向に整流されて第1の羽根車20に入力されるため、流体の流れの偏りが防がれ、摩擦損失が小さい。   Further, when the fluid is directly input to the first impeller 20 without the first cylindrical body 60, the fluid hits the end surface of the hub 23 of the first impeller 20 and is directed radially outward. Since the direction is bent in the axial direction by being bent and then hitting the casing 50, it becomes difficult for the fluid to flow into the root side of the blade 24, or the flow of the fluid flowing into the first impeller 20 is biased, resulting in energy loss. growing. On the other hand, according to the above-described embodiment, the first cylindrical body 60 is disposed on the upstream side of the first impeller 20, and the input fluid is connected to the guide portion 62 of the first cylindrical body 60. Since it is rectified in the axial direction by the cylindrical portion 61 and input to the first impeller 20, an uneven flow of fluid is prevented and friction loss is small.

図6に本発明の他の実施形態を示す。
第1の羽根車20のハブ23の出口側端面23bに、第1の羽根車20と同軸に円筒状の第3の筒状体80が嵌め込まれる凹部20aが形成されている。第3の筒状体80は、出口側端面80bから軸方向に延び、周方向に等間隔を空けて配置された複数のスポーク83によりケーシング50の内壁に固定されている。スポーク83は、第1の羽根車20の突出端部27と第2の羽根車30との間であって、第1の羽根車20及び第2の羽根車30の回転を妨げない位置に設けられている。第3の筒状体80内には第2の羽根車30と同軸に発電機84が収容されており、発電機84の回転軸に第2の羽根車30のハブ33に設けられた軸33aがカップリング等により連結されている。第3の筒状体80により第2の羽根車30はケーシング50内に回転可能に軸支される。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention.
A concave portion 20 a into which a cylindrical third cylindrical body 80 is fitted coaxially with the first impeller 20 is formed on the outlet side end face 23 b of the hub 23 of the first impeller 20. The third cylindrical body 80 is fixed to the inner wall of the casing 50 by a plurality of spokes 83 extending in the axial direction from the outlet side end face 80b and arranged at equal intervals in the circumferential direction. The spoke 83 is provided between the protruding end portion 27 of the first impeller 20 and the second impeller 30 and at a position that does not hinder the rotation of the first impeller 20 and the second impeller 30. It has been. A generator 84 is accommodated coaxially with the second impeller 30 in the third cylindrical body 80, and a shaft 33 a provided on the hub 33 of the second impeller 30 on the rotating shaft of the generator 84. Are connected by coupling or the like. The second impeller 30 is rotatably supported in the casing 50 by the third cylindrical body 80.

上記の構成によれば、第2の羽根車30を軸支する第3の筒状体80が第1の羽根車20内に配置されるため、流体機械である水車10を小型化できる。
その他の構成については、図1の実施形態と同様であるため、対応する部分に同一の符号を付すことで説明を省略する。
According to said structure, since the 3rd cylindrical body 80 which pivotally supports the 2nd impeller 30 is arrange | positioned in the 1st impeller 20, the water turbine 10 which is a fluid machine can be reduced in size.
Since other configurations are the same as those in the embodiment of FIG. 1, the corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図7に本発明の他の実施形態を示す。
第1の羽根車20のハブ23の出口側端面23bに、第1の羽根車20と同軸に円筒状の第3の筒状体80が嵌められる凹部20aが形成されている。第3の筒状体80は、出口側端面80bから軸方向に延びるスポーク83によりケーシング50の内壁に固定されている。スポーク83は、第1の羽根車20の突出端部27と第2の羽根車30との間であって、第1の羽根車20及び第2の羽根車30の回転を妨げない位置に設けられている。第3の筒状体80内の出口側には第2の羽根車30と同軸に第2の発電機84が収容されており、第2の発電機84の回転軸に第2の羽根車30のハブ33に設けられた軸33aがカップリング等により連結されている。第3の筒状体80内の入口側には第1の羽根車20と同軸に第1の発電機85が収容されており、第1の発電機85の回転軸に第1の羽根車20のハブ23に設けられた軸23aがカップリング等により連結されている。第1の羽根車20の軸23aは凹部20aの底部から突設されている。第3の筒状体80により第1、第2の各羽根車20、30をケーシング50内に回転可能に軸支することができる。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention.
A recessed portion 20 a into which a cylindrical third tubular body 80 is fitted coaxially with the first impeller 20 is formed on the outlet side end surface 23 b of the hub 23 of the first impeller 20. The third cylindrical body 80 is fixed to the inner wall of the casing 50 by spokes 83 extending in the axial direction from the outlet side end face 80b. The spoke 83 is provided between the protruding end portion 27 of the first impeller 20 and the second impeller 30 and at a position that does not hinder the rotation of the first impeller 20 and the second impeller 30. It has been. A second generator 84 is accommodated coaxially with the second impeller 30 on the outlet side in the third cylindrical body 80, and the second impeller 30 is disposed on the rotating shaft of the second generator 84. A shaft 33a provided on the hub 33 is coupled by a coupling or the like. A first generator 85 is accommodated coaxially with the first impeller 20 on the inlet side in the third cylindrical body 80, and the first impeller 20 is mounted on the rotating shaft of the first generator 85. A shaft 23a provided on the hub 23 is coupled by a coupling or the like. The shaft 23a of the first impeller 20 protrudes from the bottom of the recess 20a. The first and second impellers 20 and 30 can be rotatably supported in the casing 50 by the third cylindrical body 80.

第1の羽根車20のハブ23は、円筒状部25が図1の実施形態よりも軸方向に入口側に向けて長く形成され、円筒状部25の入口側に先端が先細りのガイド部23dが形成されている。これにより、入力された流体は軸方向に整流される。
第2の羽根車30を軸支する第3の筒状体80が第1の羽根車20内に配置されるため、流体機械である水車10を小型化できる。
その他の構成については、図1の実施形態と同様であるため、対応する部分に同一の符号を付すことで説明を省略する。
The hub 23 of the first impeller 20 has a cylindrical portion 25 that is longer in the axial direction toward the inlet side than the embodiment of FIG. 1, and a guide portion 23 d whose tip is tapered toward the inlet side of the cylindrical portion 25. Is formed. Thereby, the input fluid is rectified in the axial direction.
Since the 3rd cylindrical body 80 which pivotally supports the 2nd impeller 30 is arrange | positioned in the 1st impeller 20, the water turbine 10 which is a fluid machine can be reduced in size.
Since other configurations are the same as those in the embodiment of FIG. 1, the corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.

上記の実施形態においては、第1の羽根車20の軸流式羽根車21と斜流式羽根車22とを一体に形成しているが、別個に形成して同軸に連結したいわゆる多段式として形成してもよい。   In the above embodiment, the axial-flow impeller 21 and the mixed-flow impeller 22 of the first impeller 20 are integrally formed, but as a so-called multistage type that is separately formed and coaxially connected. It may be formed.

流体機械は水車10に限定されず、例えば、風車、ポンプ、送風機として用いられる。
流体機械を風車として用いる場合は、流体は空気または気体であり、水車の場合と同様に第1の羽根車20、第2の羽根車30が流体からエネルギーを得て回転し、第1の羽根車20、第2の羽根車30に連結された発電機64、74により発電を行う。
The fluid machine is not limited to the water turbine 10 and is used as, for example, a windmill, a pump, or a blower.
When the fluid machine is used as a windmill, the fluid is air or gas, and the first impeller 20 and the second impeller 30 rotate by obtaining energy from the fluid as in the case of the turbine, Electric power is generated by the generators 64 and 74 connected to the car 20 and the second impeller 30.

流体機械をポンプとして用いる場合、上記の実施形態において、発電機64、74、84、85は電動機に置き換えられる。第2の羽根車30に接続された電動機により第2の羽根車30を水車の場合の第2の羽根車30とは逆向きに回転させることで、流体は第2の羽根車30からエネルギーを得て第1の羽根車20に向けて流れる。流体は水又は液体である。第1の羽根車20は電動機と接続されており、電動機が第1の羽根車20を第2の羽根車30と逆方向に回転させることにより、流体は第1の羽根車20からエネルギーを得て第1の羽根車20から流出する。流体には高いエネルギーが与えられる。流体機械を送風機として用いる場合、流体は空気または気体であり、ポンプの場合と同様に流体が第1の羽根車20、第2の羽根車30からエネルギーを得て送風がなされる。   When the fluid machine is used as a pump, the generators 64, 74, 84, and 85 are replaced with electric motors in the above embodiment. By rotating the second impeller 30 in the opposite direction to the second impeller 30 in the case of a water turbine by an electric motor connected to the second impeller 30, the fluid receives energy from the second impeller 30. And flows toward the first impeller 20. The fluid is water or liquid. The first impeller 20 is connected to an electric motor, and the electric motor rotates the first impeller 20 in the opposite direction to the second impeller 30, so that fluid obtains energy from the first impeller 20. And flows out from the first impeller 20. The fluid is given high energy. When the fluid machine is used as a blower, the fluid is air or gas, and air is blown by obtaining energy from the first impeller 20 and the second impeller 30 as in the case of the pump.

流体機械を風車、ポンプ、送風機として用いる場合、第1、第2の各羽根車20、30の羽根24、34の形状や向き、羽根24、34の各ハブ23、33への取り付け角度、各種寸法は、流体機械の用途に合わせて効率良く駆動可能なように適宜設定される。   When the fluid machine is used as a windmill, pump, or blower, the shape and orientation of the blades 24 and 34 of the first and second impellers 20 and 30, the mounting angle of the blades 24 and 34 to the hubs 23 and 33, various types The dimensions are appropriately set so that they can be driven efficiently according to the application of the fluid machine.

10 水車(流体機械)
20 第1の羽根車
30 第2の羽根車
40 二重反転式羽根車
21 軸流式羽根車
22 斜流式羽根車
23 ハブ
24 羽根
25 円筒状部
26 縮径部
27 突出端部
50 ケーシング
60、70、80 第1〜第3の筒状体
64、74、84 発電機(回転電機)
10 Water wheel (fluid machine)
20 first impeller 30 second impeller 40 counter-rotating impeller 21 axial flow impeller 22 diagonal flow impeller 23 hub 24 blade 25 cylindrical portion 26 reduced diameter portion 27 projecting end portion 50 casing 60 , 70, 80 First to third cylindrical bodies 64, 74, 84 Generator (rotary electric machine)

Claims (6)

同軸に配置される第1及び第2の各羽根車よりなり、
前記第1の羽根車は、軸方向に並ぶ軸流式羽根車と斜流式羽根車とを有し、
前記第2の羽根車は、前記第1の羽根車の回転方向と逆方向へ回転する遠心式羽根車であって、前記斜流式羽根車と連なる位置に配置される二重反転式羽根車。
Consists of first and second impellers arranged coaxially,
The first impeller has an axial flow impeller and a mixed flow impeller arranged in the axial direction,
The second impeller is a centrifugal impeller that rotates in a direction opposite to the rotation direction of the first impeller, and is a counter-rotating impeller disposed at a position connected to the mixed flow impeller. .
前記第1の羽根車は、ハブと、前記ハブの外周面に前記ハブの軸方向に対して螺旋状に設けられた複数枚の羽根とを備え、
前記ハブは、
前記軸流式羽根車を構成し、全長にわたり径が一定の円筒状部と、
前記斜流式羽根車を構成し、径が端部に向けて小さくなる縮径部とを備える請求項1に記載の二重反転式羽根車。
The first impeller includes a hub and a plurality of blades spirally provided on the outer peripheral surface of the hub with respect to the axial direction of the hub,
The hub is
The axial flow type impeller is configured, and a cylindrical portion having a constant diameter over the entire length;
The counter-rotating impeller according to claim 1, further comprising a reduced diameter portion that constitutes the mixed flow impeller and has a diameter that decreases toward an end portion.
前記第1の羽根車の各羽根は、第2の羽根車の外周に突出する請求項2に記載の二重反転式羽根車。   3. The counter-rotating impeller according to claim 2, wherein each blade of the first impeller projects on an outer periphery of the second impeller. 請求項1から3のいずれかに記載の二重反転式羽根車と、
前記二重反転式羽根車を収容する筒状のケーシングとを備える流体機械。
A counter-rotating impeller according to any one of claims 1 to 3,
A fluid machine comprising a cylindrical casing that houses the counter-rotating impeller.
前記ケーシング内に固定され、前記第1、第2の各羽根車を前記ケーシング内に回転可能に軸支する筒状体をさらに備える請求項4に記載の流体機械。   The fluid machine according to claim 4, further comprising a cylindrical body fixed in the casing and rotatably supporting each of the first and second impellers in the casing. 前記筒状体内に収容される回転電機をさらに備え、
前記回転電機の回転軸が前記第1、第2の各羽根車の軸と同軸に連結される請求項5に記載の流体機械。
Further comprising a rotating electrical machine housed in the cylindrical body,
The fluid machine according to claim 5, wherein a rotating shaft of the rotating electrical machine is connected coaxially with the shafts of the first and second impellers.
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