JP3732367B2 - ポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板で安価にしかも簡単に製造することのできる案内羽根を備えたポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図19は、従来の斜流ポンプの一例の要部縦断面図である。図19において、内ケーシング10に軸受12を介して回転軸14が軸回りに回転自在に支持される。この回転軸14の先端部には、ボス16が設けられ、そのボス16の側周壁に複数の羽根車羽根18、18…が配設される。なお、この回転軸14の他端部には回転駆動機などが連結されていることは勿論である。また、内ケーシング10と同心状に外ケーシング20が配設され、内ケーシング10と外ケーシング20の間に複数の案内羽根22、22…が設けられて、内ケーシング10と外ケーシング20が一体化されるとともに回転駆動される羽根車羽根18、18…で送出される流体の流れに対してケーシング流路24、24…が形成される。さらに、外ケーシング20の先端で羽根車羽根18、18…の外周端の回転軌跡の外周囲に吸込ケーシング26が設けられる。
【0003】
案内羽根22、22…は、羽根車羽根18、18…により送出される流体に対して、その入口端においては衝突損失が極力小さくその出口端で軸方向と平行な一様な流れとなるように整流することを目的としている。ところで、羽根車羽根18、18…から送出される流体の流れ角は、ケーシング流路24、24…内での半径方向の位置に応じて相違する。そこで、案内羽根22、22…で衝突損失を極力小さくするためには、案内羽根22、22…の入口端の入口角を半径方向でそれぞれに相違させて、流体の流れ角に一致させなければならない。そして、案内羽根22、22…は、従来は3次元曲面の複雑な形状を備えたものであって、一般的に内ケーシング10と外ケーシング20とともに鋳造で一体成形され、または3次元総金型によりプレス加工されたものが、内ケーシング10と外ケーシング20の間に溶接して固定配設されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の鋳造による案内羽根22、22…の構造は、鋳型を作るための木型がまず必要であり、その製作に長時間を要する。そして、製造台数が少ないものにあっては、木型の製作コストが高価なために、ポンプの製造コストが高いものとなる不具合があった。また、鋳造による一体成形では、案内羽根22、22…の肉厚が厚くなる傾向にあり、ポンプの総重量が大きなものとなり、それだけ据え付け設置などの際の取り扱いに多大な労力を必要とするという不具合もあった。
【0005】
また、従来の鋼板製の案内羽根22、22…にあっても、やはりポンプ製造コストに占める3次元総金型の製作コストの割合が極めて大きく、かかる問題点の解決策が望まれていた。
【0006】
そこで、本出願人は、先に特開平10−18997号により案内羽根22、22…を鋼板からなる円錐の曲面の一部分で形成する技術を提案している。これは、ベンディングマシンなどの比較的に簡単な板金加工機械により鋼板を円錐状とし、その曲面の一部を適宜に切り取ることで案内羽根22、22…を簡単に形成できるようにしたものである。または、適宜に展開された形状を鋼板から切り取り、これを適宜に曲げて円錐の曲面の一部となるように湾曲させて形成しても良い。
【0007】
しかるに、先に提案した技術にあっては、鋼板を円錐またはその曲面の一部に湾曲成形する手間が煩雑であるという問題があった。そして、円錐状の既存の鋼材は無く、必ず手間の煩雑な鋼板を円錐またはその曲面の一部に湾曲成形する必要があった。
【0008】
本発明は、先に提案した技術をより改善したものであって、案内羽根を円筒の曲面の一部で形成することで、より簡単かつ安価に案内羽根を成形できるようにしたポンプを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のポンプは、羽根車羽根の回転駆動により送出される流体が、同心状に配設された外ケーシングと内ケーシングからなるケーシング流路を通過し、前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に固定された案内羽根により前記流体の流れ方向を回転軸と平行な方向に変換するポンプにおいて、中心軸を前記回転軸と略交叉させて前記外ケーシングと前記内ケーシングを貫通する円筒を仮想し、この仮想の円筒の曲面の一部で前記案内羽根を形成し、しかも前記案内羽根の入口端の入口角を前記流体の流れ角に一致するようにするとともに出口端が所定の出口角となるようにして構成されている。
【0010】
また、前記仮想の円筒の半径を前記内ケーシングよりも小径とし、その前記中心軸を前記回転軸と直交させて配設して構成しても良い。
【0011】
また、前記仮想の円筒の半径を前記内ケーシングよりも小径とし、その前記中心軸を前記回転軸と交叉させるとともに上流側に傾けて配設し、前記案内羽根の入口端を前記羽根車羽根の出口側と略平行となるように構成しても良い。
【0012】
また、前記仮想の円筒を前記ケーシング流路の半径方向の幅を略半径寸法とし、その前記中心軸を前記回転軸と略交叉させるとともに上流側に傾けて、さらに前記ケーシング流路の半径方向の幅の中央を通過させて前記回転駆動方向に傾けて配設し、前記案内羽根の入口端および出口端を前記回転軸から略放射方向となるように構成しても良い。
【0013】
さらに、前記案内羽根の出口端に、その出口角で平面状の延長部を設けて構成することもできる。
【0014】
そして、前記案内羽根を鋼板からなる円筒の曲面の一部を切り取って形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成することもできる。
【0015】
そしてさらに、前記案内羽根を鋼板からなる円筒の曲面の一部を切り取るとともに前記延長部となる部分を平面状として形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成しても良い。
【0016】
そしてまた、前記案内羽根を鋼板を所定の形状に切り取るとともに所定部分を前記円筒の曲面に湾曲させて形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成しても良い。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施例を図1ないし図4を参照して説明する。図1は、本発明のポンプの第1実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。図2は、図1のA矢視図である。図3は、図1のB矢視図である。図4は、図1のC矢視図である。図1ないし図4において、図19と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0018】
図1ないし図4において、内ケーシング10と外ケーシング20の間のケーシング流路24、24…の半径方向の幅を略半径方向とし、しかも内ケーシング10より小径の鋼板からなる円筒30が、その中心軸32を回転軸14に直交させて配設すると仮想される。そして、円筒30と外ケーシング20の交線である外ケーシング交線34と、円筒30と内ケーシング10との交線である内ケーシング交線36が求められる。さらに、外ケーシング交線34上でその入口角が羽根車羽根18、18…から送出される流体外ケーシング20側の流れ角、例えば36度となる点aが求められる。また、内ケーシング交線36上でその入口角が流体の内ケーシング10側の流れ角、例えば24度となる点bが求められる。さらに、ケーシング流路24、24…の半径方向の幅を半径方向に複数に分割して、円筒30面上で流れ角が一致する点を適宜に求め、これらの点と点a、bを結ぶ線を円筒30の面上に求め、案内羽根22、22…の入口端が設定される。さらに、外ケーシング交線34上でその出口角が、例えば105度となる点cが求められる。同様に内ケーシング交線36上でその出口角が105度となる点dが求められる。これらの点を結んで案内羽根22、22…の出口端が設定される。したがって、案内羽根22、22…は、外ケーシング交線34と内ケーシング交線36と入口端a、bおよび出口端c、dで結ばれる形状で円筒30の曲面の一部として形成される。
【0019】
かかる構成の案内羽根22、22…は、円筒30の曲面の一部を適宜に切り取って、これを内ケーシング10と外ケーシング20の間に溶接固定することで、簡単に形成することができる。そして、この案内羽根22、22…は、羽根車羽根18、18…による流体の流れ角に対応した入口角を備えており、流体の流れを適宜に回転軸14方向と平行に変換することができる。なお、案内羽根22、22…の出口角を例えば105度としたのは、出口角を90度としても流体の慣性によりその流れ方向が必ずしも回転軸14方向と平行にならないので、出口角を幾分逆そりに設定することで、流体の流れの中心を回転軸14方向と平行とするためである。また、半径が小さい円筒30で形成された案内羽根22、22…ほどその曲率が大きく流体の流れ方向を急激に変換することとなり、一方半径が大きな円筒30で形成された案内羽根22、22…ほどその曲率は小さく流れ方向を緩慢に変換することとなる。そして、案内羽根22、22…の翼弦長は、円筒30の半径により変化される。そこで、案内羽根22、22…の適宜な翼弦長が得られるように、円筒30の半径が適宜に設定されれば良い。ここで、円筒30が外ケーシング20と内ケーシング10をともに貫通するには、円筒30の半径は、内ケーシング10の半径より小径でなければならない。
【0020】
ところで、斜流ポンプなどにあっては、羽根車羽根18、18…の出口側で流体はテーパー状に広がる流れとなっている。そして、羽根車羽根18、18…の出口側に近接させて案内羽根22、22…の入口端が設けられることが望ましい。しかも、案内羽根22、22…の入口端は、羽根車羽根18、18…の出口側と略平行となることが望ましい。しかしながら、第1実施例では、図4から明らかなように、案内羽根22、22…の入口端a、bは、回転軸14に対して略直交しており、上流側に傾いた羽根車羽根18、18…の出口端と平行とならない。そこで、第1実施例の案内羽根22、22…の入口端a、bを羽根車羽根18、18…の出口側に近づけて配設するならば、その間の距離が外ケーシング20側と内ケーシング10側とで大きく相違し、ポンプ性能を十分に確保することができない。
【0021】
そこで、上記第1実施例を改善した本発明の第2実施例を図5ないし図8を参照して説明する。図5は、本発明のポンプの第2実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。図6は、図5のA矢視図である。図7は、図5のB矢視図である。図8は、図5のC矢視図である。図5ないし図8において、図1ないし図4および図19と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0022】
図5ないし図8に示す第2実施例において、第1実施例と相違するところは、円筒30の中心軸32を回転軸14に対して上流側に所定の角度αだけ傾けて配設すると仮想されることにある。そして、第1実施例と同様にして、外ケーシング交線34と内ケーシング交線36上で、その入口角および出口角から入口端a、bおよび出口端c、dが求められて、案内羽根22、22…が形成される。
【0023】
かかる構成の案内羽根22、22…は、図8から明らかなように、その入口端a、bが、回転軸14に対して上流側に傾いたものとなり、羽根車羽根18、18…の出口側と略平行で近接して配設することが可能となる。なお、この案内羽根22、22…の入口端a、bの傾きは、円筒30の中心軸32を回転軸14に対して傾ける角度αを適宜に設定することで、調整が可能である。
【0024】
ところで、外ケーシング20と内ケーシング10および隣接する2枚の案内羽根22、22…で仕切られる個々のケーシング流路24、24…は、濡れ面積を小さくして管路抵抗を少なくすることが望ましい。そこで、ケーシング流路24、24…の流れ方向に直交する断面の水力半径がなるべく大きくなることが望まれる。図9は、第2実施例の案内羽根の入口端を回転軸方向に見た図である。また、図10は、第2実施例の案内羽根の出口端を回転軸方向に見た図である。図9に示す案内羽根22、22…の入口端にあっては、回転軸14に対して略放射状であり、ケーシング流路24、24…は比較的に大きな水力半径となっている。しかし、図10に示す案内羽根22、22…の出口端にあっては、回転軸14に対して略放射状から大きくずれていてケーシング流路24、24…は大きくつぶれた形状であり、水力半径は小さく管路抵抗が大きなものである。
【0025】
そこで、上記第2実施例をさらに改善した本発明の第3実施例を図11ないし図16を参照して説明する。図11は、本発明のポンプの第3実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。図12は、図11のA矢視図である。図13は、図11のB矢視図である。図14は、図11のC矢視図である。図15は、第3実施例の案内羽根の入口端を回転軸方向に見た図である。図16は、第3実施例の案内羽根の出口端を回転軸方向に見た図である。図11ないし図16において、図1ないし図10および図19と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0026】
図11ないし図16に示す第3実施例において、第2実施例と相違するところは、円筒30の中心軸32を回転軸14に対して略交叉するとともに上流側に所定の角度αだけ傾け、さらにケーシング流路24、24…の半径方向の幅の中央の点pを通過させて回転駆動方向に角度βだけ傾けて配設すると仮想されることにある。そして、第1実施例および第2実施例と同様にして、外ケーシング交線34と内ケーシング交線36上で、その入口角および出口角から入口端a、bおよび出口端c、dが求められて、案内羽根22、22…が形成される。
【0027】
かかる構成の案内羽根22、22…は、図14から明らかなように、その入口端a、bが、回転軸14に対して上流側に傾いたものとなり、羽根車羽根18、18…の出口側と略平行で近接して配設することが可能となる。また、図15に示すごとく案内羽根22、22…の入口端は回転軸14に対してほぼ放射状であり、ケーシング流路24、24…の水力半径は比較的に大きなものとなる。そして、図16に示すごとく、案内羽根22、22…の出口端も回転軸14に対して略放射状となり、ケーシング流路24、24…の水力半径は比較的に大きなものとなっている。したがって、第3実施例では、円筒30の中心軸32を回転駆動側に傾けることで、ケーシング流路24、24…における管路抵抗が小さくなり、第2実施例に比較して大幅に改善される。なお、この案内羽根22、22…の入口端および出口端は、円筒30の中心軸32を回転駆動側に傾ける角度βを適宜に設定することで、調整が可能である。
【0028】
さらに、本発明の第4実施例を図17および図18を参照して説明する。図17は、本発明のポンプの第4実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。図18は、第4実施例の案内羽根で流体の流れ方向が回転軸方向と平行となることを示す図である。図17および図18において、図1ないし図16および図19と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【0029】
図17に示す第4実施例において、第3実施例と相違するところは、案内羽根22、22…の出口端に、延長部40を設けたことにある。この第4実施例は、第3実施例と同様にして案内羽根22、22…が形成され、その出口端に所定の出口角で平面状の延長部40が延設されたものである。この延長部40を備えた案内羽根22、22…は、円筒30から本来の曲面状の案内羽根22、22…と延長部40に相当する部分を切り取り、延長部40の部分を平面状にプレス加工して形成される。そして、この延長部40を備えた案内羽根22、22…が、内ケーシング10と外ケーシング20の間に溶接により配設固定される。
【0030】
かかる構成にあっては、案内羽根22、22…の出口角を例えば105度とするのに加えて、延長部40によるガイド効果で、流体の中心部の流れ方向は回転軸14方向と平行となる。
【0031】
上記第1ないし第4実施例において、現在普及している3次元CADなどを用いることで、案内羽根22、22…の形状を簡単に設計することができる。そこで、円筒30の半径やその上流側に傾ける角度αと回転駆動側に傾ける角度βおよび案内羽根22、22…の翼弦長などを適宜に設定して設計し、この設計された案内羽根22、22…の形状が充分に満足できない場合には、設定値の一部または全部を適宜に変更しながら繰り返し設計して最適なものを求めれば良い。また、案内羽根22、22…は、円筒30の曲面の一部を適宜に切り取り、そのままの曲面でまたは一部の延長部40となる部分を平面状にプレス加工して形成しても良いが、平面状の鋼板を適宜な形状に切り取り、これをベンディングマシンなどにより円筒30の曲面の一部となるように湾曲させて形成しても良い。さらに、大量生産するならば、案内羽根22、22…をプレス加工機械で鋼板から形成しても良い。そしてまた、鋳造で案内羽根22、22…を、外ケーシング20と内ケーシング10と一体的に形成しても良いことは勿論である。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のポンプは構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【0033】
請求項1記載のポンプにあっては、案内羽根を円筒の曲面の一部で形成するので、案内羽根を鋼板から板金加工機械などで簡単に製造できる。また、既存の鋼板からなる円筒管の一部を切り取って形成することも可能である。そして、プレス加工により製造することもでき、その金型の形状が従前に比べてより簡単なものとなる。さらに、鋳造により製造することも可能であり、その木型の形状は簡単なものである。
【0034】
請求項2記載のポンプにあっては、円筒の中心軸を回転軸と直交して配設すると仮想されるので、案内羽根の形状は簡単なものであり、設計も容易である。
【0035】
請求項3記載のポンプにあっては、案内羽根の入口端が回転軸に対して上流側に傾くので、羽根車羽根の出口側に入口端を略平行として近接して案内羽根を配設することができる。
【0036】
請求項4記載のポンプにあっては、ケーシング流路の水力半径を大きくすることができ、それだけ管路抵抗を小さくすることができる。
【0037】
請求項5記載のポンプにあっては、案内羽根の出口端に平面状の延長部を設けるので、この延長部の流体に対するのガイド効果により、流体の中心の流れ方向を回転軸方向と平行に変換することができる。
【0038】
請求項6および7記載のいずれのポンプにあっても、鋼板からなる円筒の一部を切り取って案内羽根を形成することができ、その製造が極めて簡単である。
【0039】
請求項8記載のポンプにあっては、鋼板を所定の形状に切り取って、これを円筒の曲面に湾曲させて案内羽根を形成するので、ベンディングマシンまたはプレス加工機械などにより簡単にかつ大量に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポンプの第1実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。
【図2】図1のA矢視図である。
【図3】図1のB矢視図である。
【図4】図1のC矢視図である。
【図5】本発明のポンプの第2実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。
【図6】図5のA矢視図である。
【図7】図5のB矢視図である。
【図8】図5のC矢視図である。
【図9】第2実施例の案内羽根の入口端を回転軸方向に見た図である。
【図10】第2実施例の案内羽根の出口端を回転軸方向に見た図である。
【図11】本発明のポンプの第3実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。
【図12】図11のA矢視図である。
【図13】図11のB矢視図である。
【図14】図11のC矢視図である。
【図15】第3実施例の案内羽根の入口端を回転軸方向に見た図である。
【図16】第3実施例の案内羽根の出口端を回転軸方向に見た図である。
【図17】本発明のポンプの第4実施例の案内羽根の形成を説明する斜視図である。
【図18】第4実施例の案内羽根で流体の流れ方向が回転軸方向と平行となることを示す図である。
【図19】従来の斜流ポンプの一例の要部縦断面図である。
【符号の説明】
10 内ケーシング
14 回転軸
18 羽根車羽根
20 外ケーシング
22 案内羽根
24 ケーシング流路
30 円筒
32 中心軸
34 外ケーシング交線
36 内ケーシング交線
40 延長部
Claims (8)
- 羽根車羽根の回転駆動により送出される流体が、同心状に配設された外ケーシングと内ケーシングからなるケーシング流路を通過し、前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に固定された案内羽根により前記流体の流れ方向を回転軸と平行な方向に変換するポンプにおいて、中心軸を前記回転軸と略交叉させて前記外ケーシングと前記内ケーシングを貫通する円筒を仮想し、この仮想の円筒の曲面の一部で前記案内羽根を形成し、しかも前記案内羽根の入口端の入口角を前記流体の流れ角に一致するようにするとともに出口端が所定の出口角となるようにして構成したことを特徴とするポンプ。
- 請求項1記載のポンプにおいて、前記仮想の円筒の半径を前記内ケーシングよりも小径とし、その前記中心軸を前記回転軸と直交させて配設して構成したことを特徴とするポンプ。
- 請求項1記載のポンプにおいて、前記仮想の円筒の半径を前記内ケーシングよりも小径とし、その前記中心軸を前記回転軸と交叉させるとともに上流側に傾けて配設し、前記案内羽根の入口端を前記羽根車羽根の出口側と略平行となるように構成したことを特徴とするポンプ。
- 請求項1記載のポンプにおいて、前記仮想の円筒を前記ケーシング流路の半径方向の幅を略半径寸法とし、その前記中心軸を前記回転軸と略交叉させるとともに上流側に傾けて、さらに前記ケーシング流路の半径方向の幅の中央を通過させて前記回転駆動方向に傾けて配設し、前記案内羽根の入口端および出口端を前記回転軸から略放射方向となるように構成したことを特徴とするポンプ。
- 請求項1ないし4記載のいずれかのポンプにおいて、前記案内羽根の出口端に、その出口角で平面状の延長部を設けて構成したことを特徴とするポンプ。
- 請求項1ないし4記載のいずれかのポンプにおいて、前記案内羽根を鋼板からなる円筒の曲面の一部を切り取って形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成したことを特徴とするポンプ。
- 請求項5記載のポンプにおいて、前記案内羽根を鋼板からなる円筒の曲面の一部を切り取るとともに前記延長部となる部分を平面状として形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成したことを特徴とするポンプ。
- 請求項1ないし5記載のいずれかのポンプにおいて、前記案内羽根を鋼板を所定の形状に切り取るとともに所定部分を前記円筒の曲面に湾曲させて形成し、これを前記外ケーシングと前記内ケーシングの間に溶接して固定配設して構成したことを特徴とするポンプ。
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