JP6192008B2 - 回転機械 - Google Patents
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Description
本発明の一態様に係る回転機械は、軸線を中心として径方向に延在し、周方向に間隔をあけて複数が配置される羽根と、前記羽根の軸線方向両側にそれぞれ設けられて、互いに隣り合う一対の前記羽根とともに径方向に流体が流通する流路を画成する二つの平坦な面と、を備え、前記二つの平坦な面のそれぞれに、前記羽根の圧力側から前記羽根の負圧側へ前記二つの平坦な面に沿って流れる流体の流れを乱す段部が形成され、前記段部のうち少なくとも一方は、前記面から窪んで、前記一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びている凹部であり、前記凹部は、互いに隣り合う一対の前記羽根のうちの一方の羽根の圧力面から他方の羽根の負圧面に向かうにしたがって徐々に深くなるように窪んでいることを特徴とする。
またこのような回転機械によれば、段部のうち少なくとも一方が、一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びて窪んでいることで、一対の羽根における周方向に対向する面に押し出されて、一対の羽根における周方向に対向する面と交差する方向に流れる二次流れを段部に流れ込ませることができる。即ち、流路を画成する二つの面に沿って流れる二次流れを、窪んだ段部に流れ込ませることができ、容易に二次流れの流れを乱すことができる。これにより、主流に影響を与えずに二次流れによる損失を効率的に低減することが容易に可能となる。
第一参考例における回転機械はターボ機械である遠心ポンプ(回転機械)1であり、例えば給水ポンプが挙げられ、本参考例では多段ポンプとなっている。そして、図1に示すように、この遠心ポンプ(回転機械)1は、外部ケーシング2と、外部ケーシング2の内部に配置されている内部ケーシング3(ケーシング)と、内部ケーシング3を貫通するように配置された軸線Oを中心に延在する回転軸4と、キーを介して回転軸4に一体に回転可能に固定された両吸込インペラ5及び複数の羽根車6(インペラ)とを主に備えている。
また、各々の羽根車6は、図2及び図3に示すように、流出側に進むにつれて漸次拡径した略円盤状のディスク18と、ディスク18の表面から回転軸4の外部ケーシング2の一端部となる軸線Oの他方側に立ち上がるように、ディスク18に放射状に取り付けられて周方向に並んだ複数の羽根19(ブレード)とを有している。さらに、この羽根車6は、軸線O方向の一方側からこれら複数の羽根19を周方向に覆うように取り付けられたカバー20を有している。さらに、このカバー20と内部ケーシング3との間は、羽根車6と内部ケーシング3とが接触しないように間隙Sが画成されている。さらに、互いに隣り合う一対の羽根19の二つの面とともに、羽根19の軸線O方向両側にそれぞれ設けられるディスク18及びカバー20の面によって囲まれて径方向に流体Fが流通するように画成された空間である流路23が画成される。そして、流路23は、羽根19における軸線O方向の一方側、即ち、径方向内側を流体Fの流入側として流体Fを取り込み、径方向外側を流体Fの流出側として羽根19の先端側から流体Fを排出する。
ディスク段部(段部)40は、流路23を流通する流体Fの流れを乱すように、ディスク曲面18aの形状を一部変化させるように固定された断面矩形状に突出する部材である。ディスク段部(段部)40は、一対の羽根19における周方向に対向する圧力面19a及び負圧面19bから周方向に等距離の離間した位置に配置されている。そして、ディスク段部(段部)40は、羽根19と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Rの後方に向かって延びている。本参考例において、径方向内側から径方向外側に流れる流体Fの流れが圧力面19aによって押し出されることによって、周方向の成分を有する流れとなる。つまり、この流体Fの流れの周方向の成分を遮るように、流体Fの流れ方向と交差するようディスク段部(段部)40は形成されている。
カバー曲面20aは、互いに隣り合う一対の羽根19の圧力面19a及び負圧面19bとともに、径方向に流体Fが流通する流路23を画成する羽根19の軸線O方向両側にそれぞれ設けられた二つの面のうちのディスク曲面18aと対向するカバー20側の面である。また、カバー曲面20aは、カバー曲面20aから突出するカバー段部(段部)41が形成されている。
なお、ディスク段部(段部)40及びカバー段部(段部)41は、それぞれディスク曲面18a及びカバー曲面20aの一部を僅かに隆起させる程度だけディスク曲面18a及びカバー曲面20aから突出していれば良い。具体的には、カバー段部(段部)41とディスク段部(段部)40とが突出しても、それぞれが離間して間に流体Fが流通可能な空間が形成されていれば良い。
上記のような第一参考例の遠心ポンプ(回転機械)1では、各々の羽根車6へ流体Fの入口付近となる径方向内側の吸込流路22から流入した流体Fを、羽根車6内の流路23を介して羽根車6の径方向外側に配置されたディフューザ流路24に昇圧して送り出している。そして、この流路23内を流体Fが流通することで、径方向内側から外側に向かって昇圧して送り出される主流F1と、主流F1の流れを阻害する二次流れF2とが生じている。
一方、昇圧して送り出される主流F1の流れは、流路23内のディスク段部(段部)40とカバー段部(段部)41との間の空間を流通することで遮られることなくディフューザ流路24に送出されている。
第二参考例においては第一参考例と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第二参考例の遠心ポンプ(回転機械)1は、ディスク曲面18aとカバー曲面20aがそれぞれ窪みを有している点について第一参考例と相違する。
ディスク凹部(段部)50は、流路23を流通する流体Fの流れを乱すようにディスク曲面18aの形状を一部変化させて断面矩形状に窪んでいる。ディスク凹部(段部)50は、一対の羽根19における周方向に対向する圧力面19a及び負圧面19bから周方向に離間した位置に配置されている。そして、ディスク凹部(段部)50は、羽根19と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Rの後方に向かって延びている。即ち、本参考例において、圧力面19aによって押し出されて周方向の成分を有する流体Fの流れを遮るように、流体Fの流れ方向と交差するようディスク凹部(段部)50は形成されている。
カバー凹部(段部)51は、ディスク凹部(段部)50と同様に、流路23を流通する流体Fの流れを乱すようにカバー曲面20aの形状を一部変化させて断面矩形状に窪んでいる。一対の羽根19における周方向に対向する圧力面19a及び負圧面19bから周方向に離間した位置に配置され、径方向内側から径方向外側に向かって延びている。
一方、昇圧して送り出される主流F1は、流路23内に突出して障害となるような部分が無いため、流れを遮られることなくディフューザ流路24に送出されている。
第三参考例においては第一参考例と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第三参考例の遠心ポンプ(回転機械)1は、ディスク曲面18aのみに突出している部分を有する点について第一参考例と相違する。
凸部60は、流路23を画成する二つの面のうちの一方の面であるディスク曲面18aに形成されている。凸部60は、流路23を流通する流体Fの流れを乱すようにディスク曲面18aの形状を一部変化させるように固定された断面矩形状に突出する部材である。
凸部60は、一対の羽根19における周方向に対向する圧力面19a及び負圧面19bから周方向に等距離の離間した位置に配置されている。また、凸部60は、羽根19と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Rの後方に向かって延びている。即ち、本参考例において、圧力面19aによって押し出されて周方向の成分を有する流体Fの流れを遮るように、流体Fの流れ方向と交差するよう凸部60は形成されている。そして、凸部60は、ディスク曲面18aとカバー曲面20aとの間の距離aに対して、1/4の突出高さbで突出する部材である。
なお、凸部60は、ディスク曲面18aとカバー曲面20aとの間の距離aに対して、1/4以下の突出高さbであれば良い。
一方、昇圧して送り出される主流F1の流れは、流路23内の凸部60とカバー曲面20aとの間の空間を流通することで阻害されることなくディフューザ流路24に送出されている。
なお、凸部60は本参考例のようにディスク曲面18aに設けられていることに限定されるのではなく、カバー20のカバー曲面20aに設けられていても良い。即ち、ディスク18かカバー20のいずれの面に凸部60を設けるかは、使用される回転機械に応じて適宜選択されれば良い。
第一実施形態においては第一参考例と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第一実施形態の遠心ポンプ(回転機械)1は、ディスク曲面18aのみに窪んでいる部分を有する点について第一参考例と相違する。
凹部70は、流路23を画成する二つの面のうちの一方の面であるディスク曲面18aに、流路23を流通する流体Fの流れを乱すように形成されている。凹部70は、ディスク曲面18aの形状を一部変化させて、圧力面19aから負圧面19bに向かうにしたがって徐々に深くなるように断面三角形状に窪んでいる。凹部70は、一対の羽根19における周方向に対向する圧力面19a及び負圧面19bから周方向に等距離の離間した位置に配置されている。また、凹部70は、羽根19と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Rの後方に向かって延びている。即ち、本実施形態において、圧力面19aによって押し出されて周方向の成分を有する流体Fの流れを遮るように、流体Fの流れの流れ方向と交差するよう凹部70は形成されている。
一方、昇圧して送り出される主流F1は、流路23内に突出して障害となるような部分が無いため、流れを阻害されることなくディフューザ流路24に送出されている。
なお、凹部70は本実施形態のようにディスク曲面18aに設けられていることに限定されるのではなく、カバー20のカバー曲面20aに設けられていても良い。即ち、ディスク18かカバー20のいずれの面に凹部70を設けるかは、使用される回転機械に応じて適宜選択されれば良い。
即ち、第一変形例は、図11に示すように、ディスク曲面18a及びカバー曲面20aに一体となるように変形段部(段部)80が設けられている。
変形段部(段部)80は、流路23を画成する二つの面であるディスク曲面18a及びカバー曲面20aの一部を、流路23を流通する流体Fの流れを乱すように変化させて形成されている。具体的には、変形段部(段部)80は、ディスク曲面18a及びカバー曲面20aの一部を、圧力面19aから負圧面19bに向かうにしたがって徐々に深くなるように断面三角形状に窪ませたのちに、ディスク曲面18a及びカバー曲面20aよりも突出させている。
また、上記の段部の形状は、上記の形状に限定されるものではなく、例えば、断面三角形状や断面円形状に突出したり窪んでいたりしてもよい。
さらに、段部は、径方向に同じ断面形状で延在していることに限定されるものではなく、例えば、径方向の途中から段部が形成されて徐々に突出する量や窪む量が大きくなるよう形成されて、流出側で最も流通する流体Fの二次流れを乱すように形成されていてもよい。このように形成されることで、より主流F1への影響を抑えることができる。
さらに、上記の段部は、圧力面19a及び負圧面19bから周方向に等距離の離間した位置に配置されていることに限定されるものではない。例えば、圧力面19a又は負圧面19bのいずれか一方に寄った位置に配置されていても良い。即ち、段部は、周方向の成分を有する流体Fの流れである二次流れをより効果的に遮る位置に配置されていればよい。
また、上記の段部は、圧力面19aと負圧面19bとの間に複数箇所配置されていてもよい。複数箇所に段部を配置することで、より効率的に流体Fの流れを乱すことができる。
さらに、上記の段部は、羽根19と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Rの後方に向かって延びていることに限定されるものでない。即ち、羽根19の圧力面19aや負圧面19bに対して任意の角度だけ傾いて配置されていても良い。
Claims (2)
- 軸線を中心として径方向に延在し、周方向に間隔をあけて複数が配置される羽根と、
前記羽根の軸線方向両側にそれぞれ設けられて、互いに隣り合う一対の前記羽根とともに径方向に流体が流通する流路を画成する二つの平坦な面と、を備え、
前記二つの平坦な面のそれぞれに、前記羽根の圧力側から前記羽根の負圧側へ前記二つの平坦な面に沿って流れる流体の流れを乱す段部が形成され、
前記段部のうち少なくとも一方は、前記面から窪んで、前記一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びている凹部であり、
前記凹部は、互いに隣り合う一対の前記羽根のうちの一方の羽根の圧力面から他方の羽根の負圧面に向かうにしたがって徐々に深くなるように窪んでいることを特徴とする回転機械。 - 軸線を中心に径方向に延在して周方向に間隔をあけて複数が配置される羽根と、
前記羽根の軸線方向両側にそれぞれ設けられて、互いに隣り合う一対の前記羽根とともに径方向に流体が流通する流路を画成する二つの平坦な面と、を備え、
前記二つの平坦な面のうちの一方に、前記羽根の圧力側から前記羽根の負圧側へ前記二つの平坦な面に沿って流れる流体の流れを乱すように該面から窪んで、前記一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びる凹部が形成され、
前記凹部は、互いに隣り合う一対の前記羽根のうちの一方の羽根の圧力面から他方の羽根の負圧面に向かうにしたがって徐々に深くなるように窪んでいることを特徴とする回転機械。
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