JP5843445B2 - Diffuser structure for fluid machinery - Google Patents
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Description
本発明は、例えばポンプ・ポンプ水車等流体機械のディフューザ(流路)構造に関する。 The present invention relates to a diffuser (flow path) structure of a fluid machine such as a pump or a pump turbine.
一般に、ポンプ・ポンプ水車等流体(液体)機械において、ミニフロー(低流量域)運転時には、図8に示す流量-揚程特性曲線において右上がり特性部分(図中のIrで示す領域参照)を持つ場合があることは良く知られている(非特許文献1参照)。 In general, in a fluid (liquid) machine such as a pump / pump turbine, when operating in a mini-flow (low flow rate range), the flow rate-lift characteristic curve shown in FIG. It is well known that there are cases (see Non-Patent Document 1).
この右上がり特性部分の領域では、ポンプ特性が不安定特性となり、逆流や振動等が生起されてポンプ運転が不可能となる。この右上がり特性部分の原因として、さまざまな要因が考えられるが、その一つにインペラを出た流れの速度ヘッドを有効に圧力ヘッドに変換させるためのディフューザ(特許文献1におけるポンプ水車の場合参照)での失速により損失が急激に増加することが挙げられる。 In the region of this upwardly rising characteristic portion, the pump characteristic becomes unstable, and backflow, vibration, etc. occur, and pump operation becomes impossible. Various causes are conceivable as the cause of this upwardly rising characteristic portion, one of which is a diffuser for effectively converting the velocity head of the flow exiting the impeller into a pressure head (see the case of a pump turbine in Patent Document 1). ), The loss increases rapidly.
即ち、図9に示すように、等翼厚の複数枚の翼(ガイドベーン)101がインペラの外周に等ピッチで配列されたディフューザ100において、各翼間流路で均一に剥離が発生する(図中渦巻き形状参照)ため、損失が急激に増加して右上がり特性部分が発生するのである。
That is, as shown in FIG. 9, in the
従来のディフューザ100にあっては、各翼101が等厚であるため、前述したように低流量特性が悪化するという問題点の他に、ある過渡的じょう乱によりある特定の翼101で失速が発生するとその隣の翼101に影響が伝播していき旋回失速が発生しやすいという問題点や翼厚が厚くなればなるほど衝突損失も増大するという問題点もあった。
In the
そこで、本発明は、低流量特性を簡単な構造変更で効果的に改善することができると共に旋回失速の抑制や衝突損失の低減も併せて図ることができる流体機械のディフューザ構造を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a diffuser structure for a fluid machine that can effectively improve low flow characteristics by a simple structural change, and can also suppress turning stall and reduce collision loss. Objective.
斯かる目的を達成するための本発明に係る流体機械のディフューザ構造は、
偶数枚の翼を等ピッチで有した流体機械のディフューザにおいて、
前記各翼の少なくとも前縁部の翼厚を交互に変化させた、
前記翼厚の薄い翼の前縁を翼厚の厚い翼の前縁より流体流れの上流側へ配置した
ことを特徴とする。
また、
前記各翼は、それぞれ翼高さが等しいことを特徴とする。
In order to achieve such an object, a diffuser structure of a fluid machine according to the present invention includes:
In a fluid machine diffuser having an even number of blades at equal pitches,
The wing thickness of at least the leading edge of each wing was changed alternately ,
The leading edge of the thin blade is arranged on the upstream side of the fluid flow from the leading edge of the thick blade .
Also,
The wings have the same wing height.
また、
前記各翼の翼厚に相当する流路面積減少分を相殺するように各翼の前縁近傍から流路面積を拡大させたことを特徴とする。
Also,
The flow path area is enlarged from the vicinity of the leading edge of each blade so as to cancel out the flow path area decrease corresponding to the blade thickness of each blade.
また、
前記流路面積は各翼に沿って部分的に拡大させたことを特徴とする。
Also,
The flow path area is partially enlarged along each wing.
また、
前記流路面積は各翼の後縁近傍で縮小させたことを特徴とする。
Also,
The flow path area is reduced in the vicinity of the trailing edge of each blade.
本発明に係る流体機械のディフューザ構造によれば、各翼の少なくとも前縁部の翼厚を交互に変化させたので、インシデンス変化に対する感度が大きい翼厚の薄い翼から先に剥離が生じて損失が増大し、一部の流量が翼厚の厚い翼の翼間流路に流入することから、翼厚の厚い翼の剥離が抑制され、損失の発生が緩やかになる。これにより、ポンプ等流体機械全体として右上がり特性部分の発生が抑制され、低流量特性が簡単な構造変更で効果的に改善される。 According to the diffuser structure of a fluid machine according to the present invention, since the blade thickness of at least the leading edge of each blade is alternately changed, the thin blade with a large blade thickness that has a high sensitivity to the incidence change causes a loss. Since a part of the flow rate flows into the inter-blade flow path of the blade with a thick blade thickness, the separation of the blade with the thick blade thickness is suppressed, and the generation of loss is moderated. As a result, the occurrence of the upwardly rising characteristic portion is suppressed as a whole fluid machine such as a pump, and the low flow rate characteristic is effectively improved by a simple structural change.
また、翼厚が異なる場合は予め隣接する翼での分布が大きいため、多少の過渡的じょう乱では旋回失速が誘発されないと共に、翼厚の薄い翼の存在により衝突損失も低減される。 In addition, when the blade thickness is different, the distribution in adjacent blades is large, so that a slight transient disturbance does not induce a rotating stall, and the collision loss is reduced due to the presence of a blade with a thin blade thickness.
以下、本発明に係る流体機械のディフューザ構造を実施例により図面を用いて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a diffuser structure for a fluid machine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の実施例1を示すディフューザの翼列を二次元的に示した図、図6は遠心ポンプの側断面図、図7は軸流ポンプの側断面図である。 1 is a two-dimensional view of a cascade of a diffuser showing Embodiment 1 of the present invention, FIG. 6 is a side sectional view of a centrifugal pump, and FIG. 7 is a side sectional view of an axial flow pump.
本発明のディフューザ構造は、例えば遠心ポンプや軸流ポンプ等の流体(液体)機械のディフューザに適用されるものである。 The diffuser structure of the present invention is applied to a diffuser of a fluid (liquid) machine such as a centrifugal pump or an axial flow pump.
即ち、遠心ポンプは、図6に示すように、ケーシング10と複数枚の翼(ガイドベーン)11を有したディフューザ12とインペラ(ランナー)13と吸込み管14と回転軸15と電動機16とを備え、電動機16で回転軸15を介してインペラ13回転されると、吸込み管14より流入した水(流体)がインペラ13及びディフューザ12を通り昇圧されてケーシング10より外部へ排出されるようになっている。
That is, the centrifugal pump includes a
また、軸流ポンプは、図7に示すように、ケーシング10と複数枚の翼(ガイドベーン)11を有したディフューザ12とインペラ(ランナー)13と回転軸15と電動機16とを備え、電動機16で回転軸15を介してインペラ13回転されると、ケーシング10内に流入した水(流体)がインペラ13及びディフューザ12を通り昇圧されてケーシング10外へ排出されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 7, the axial pump includes a
そして、本実施例では、図1に示すように、上述した各種ポンプにおいて、偶数枚の翼11を等ピッチで有したディフューザ12において、前記各翼11の全体(少なくとも前縁部でも良い)の翼厚を交互に変化させている。図示例では、6枚の翼11a〜11fの内、1枚目と3枚目と5枚目の翼11a,11c,11eの翼厚が等しく(等しくなくても良い)厚く、2枚目と4枚目と6枚目の翼11b,11d,11fの翼厚が、1枚目と3枚目と5枚目の翼11a,11c,11eよりも等しく(等しくなくても良い)薄いものとなっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, in the above-described various pumps, in the
このように各翼11の翼厚を交互に変化させたので、インシデンス変化に対する感度が大きい翼厚の薄い翼11b,11d,11fから先に剥離が生じて(図中渦巻き形状参照)損失が増大し、一部の流量が翼厚の厚い翼11a,11c,11eの翼間流路に流入する(図中矢印参照)ことから、翼厚の厚い翼11a,11c,11eの剥離が抑制され、損失の発生が緩やかになる。これにより、ポンプ全体として、図8に示す流量-揚程特性曲線において右上がり特性部分(Ir)の発生が抑制され、低流量特性が簡単な構造変更で効果的に改善される。
Since the blade thicknesses of the
また、各翼11がすべて等厚の場合、ある過渡的じょう乱によりある特定の翼11で失速が発生するとその隣の翼11に影響が伝播していき旋回失速が発生しやすいが、本実施例のように、翼厚が異なる場合は予め隣接する翼11での分布が大きいため、多少の過渡的じょう乱では旋回失速が誘発されないという利点がある。更に、翼厚の薄い翼11b,11d,11fの存在により衝突損失も低減されるという利点もある。
In addition, when all the
図2は本発明の実施例2を示すディフューザの翼列を二次元的に示した図である。 FIG. 2 is a view two-dimensionally showing a blade row of a diffuser showing Embodiment 2 of the present invention.
これは、実施例1におけるディフューザ12の各翼11において、翼厚の薄い翼11b,11d,11fの前縁を翼厚の厚い翼11a,11c,11eの前縁より流体流れ(図中矢印参照)の上流側へ配置した例である。その伸び出し量Lは、設計点性能に影響を及ぼさない程度が望ましいため、各翼11のピッチP間距離の5%以内が好適である。また、翼厚の薄い翼11b,11d,11fの後縁と翼厚の厚い翼11a,11c,11eの後縁は、定格運転時のポンプ性能に影響を及ぼさないように一致されている。
This is because, in each
この実施例によれば、ディフューザ前縁での翼枚数が減少したことにより、伸び出した翼厚の薄い翼11b,11d,11fの前縁近傍での翼負荷が増加し剥離がより発生しやすくなり、実施例1と同様の作用効果が得られる。また、本実施例は、強度上あまり翼厚を薄くできないような状況下では、翼厚を薄くして剥離を誘起させる場合の補助手段として有効である。
According to this embodiment, since the number of blades at the leading edge of the diffuser is reduced, the blade load in the vicinity of the leading edges of the
図3は本発明の実施例3を示すディフューザの側断面図である。 FIG. 3 is a side sectional view of a diffuser showing Embodiment 3 of the present invention.
これは、実施例1におけるディフューザ12において、各翼11の翼厚に相当する流路面積減少分を相殺するように各翼11の前縁近傍から流路面積を拡大した例である。即ち、ケーシング10(又はシュラウド)における子午面形状を各翼11の前縁近傍において回転軸15中心からの距離d1を距離d2に拡大して流路拡大部10aを設けたのである。
This is an example in which, in the
この実施例によれば、実施例1及び2と同様の作用効果に加えて、ディフューザ前縁での流速の増加(翼のブロッケージによる)を最小限に抑えることができ、衝突損失をより一層低減することができるという利点が得られる。即ち、従来形状では、翼前後の子午面を滑らかに変化させていたため、構造物による流路面積の減少により、翼の前縁近傍で流速が増加され衝突損失が発生していたのであるが、本実施例ではそれが改善されるのである。 According to this embodiment, in addition to the same effects as in the first and second embodiments, an increase in the flow velocity at the leading edge of the diffuser (due to the blade blockage) can be minimized, and the collision loss is further reduced. The advantage of being able to do is obtained. That is, in the conventional shape, the meridional surface before and after the wing was smoothly changed, so the flow area was reduced by the structure, the flow velocity was increased near the front edge of the wing, and a collision loss occurred. This is improved in the present embodiment.
図4は本発明の実施例4を示すディフューザの説明図であり、同図(a)は側断面図で、同図(b)は正断面図である。 4A and 4B are explanatory views of a diffuser showing Embodiment 4 of the present invention, where FIG. 4A is a side sectional view and FIG. 4B is a front sectional view.
これは、実施例3と同様に、翼のブロッケージによる流速増加は、実際には流路全体で生じるのではなく翼近傍で生じる現象であることに鑑み、図中に示すケーシング10における流路拡大部10bと回転軸15における流路拡大部15aのように、ディフューザ12における流路面積を各翼11に沿って部分的に拡大させた例である。
In the same manner as in the third embodiment, in view of the fact that the increase in the flow velocity due to the blockage of the blades is not actually generated in the entire flow passage but in the vicinity of the blades, the flow passage enlargement in the
この実施例によれば、実施例1及び2と同様の作用効果に加えて、ディフューザ前縁での流速の増加(翼のブロッケージによる)を最小限に抑えることができ、衝突損失をより一層低減することができるという利点が得られる。 According to this embodiment, in addition to the same effects as in the first and second embodiments, an increase in the flow velocity at the leading edge of the diffuser (due to the blade blockage) can be minimized, and the collision loss is further reduced. The advantage of being able to do is obtained.
図5は本発明の実施例5を示すディフューザの側断面図である。 FIG. 5 is a side sectional view of a diffuser showing Embodiment 5 of the present invention.
これは、実施例3(及び4)におけるディフューザ12での流路拡大部10a(10b)を各翼11の後縁近傍で、回転軸15中心からの距離d2から距離d1に減少させて縮小した例である。
This causes the flow path enlarged
この実施例によれば、実施例3及び4と同様の作用効果に加えて、ディフューザ後縁では流路面積を減少させることで流速の減少を低減させることができ、混合損失を低減することができるという利点が得られる。 According to this embodiment, in addition to the same effects as those of Embodiments 3 and 4, it is possible to reduce the flow velocity at the trailing edge of the diffuser to reduce the flow velocity, thereby reducing the mixing loss. The advantage that it can be obtained.
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で翼の形状、寸法変更や流路拡大部の形状、寸法変更等各種変更が可能であることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as blade shape and dimension change, flow path enlarged portion shape and dimension change can be made without departing from the gist of the present invention. Nor.
本発明に係る流体機械のディフューザ構造は、ポンプ・ポンプ水車に限らず、その他の流体(空気)機械に適用すると好適である。 The diffuser structure for a fluid machine according to the present invention is not limited to a pump / pump turbine, and is preferably applied to other fluid (air) machines.
10 ケーシング
10a,10b 流路拡大部
11,11a〜11f 翼(ガイドベーン)
12 ディフューザ
13 インペラ(ランナー)
14 吸込み管
15 回転軸
15a 流路拡大部
16 電動機
DESCRIPTION OF
12
14
Claims (5)
前記各翼の少なくとも前縁部の翼厚を交互に変化させ、
前記翼厚の薄い翼の前縁を翼厚の厚い翼の前縁より流体流れの上流側へ配置した
ことを特徴とする流体機械のディフューザ構造。 In a fluid machine diffuser having an even number of blades at equal pitches,
Alternately changing the blade thickness of at least the leading edge of each wing ;
A diffuser structure for a fluid machine, characterized in that a leading edge of a thin blade is disposed upstream of a leading edge of a thick blade .
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