JPH01147195A - 渦流形ターボ機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、渦流形の真空ポンプ、圧縮機及びタービン等
、羽根車の回転により流体に螺旋運動を与え、この角運
動エネルギを圧力に変換する渦流形ターボ機械の改良に
関するものである。

（従来の技術） 従来より、この種の渦流形ターボ礪械としては、例えば
、特開昭５２−１４２３１３号公報に開示されているよ
うに、多数の羽根を有する羽根車をハウジング内に回転
可能に配置し、上記羽根車を駆動モータの駆動によって
回転させ、流体をハウジングの吸込口より該ハウジング
内の主流路に吸い込み、該主流路内において流体を主流
路の軸方向に螺旋運動させながら移送しつつ圧縮し、吐
出口よりハウジング外に吐出させるようにしたものが知
られている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した渦流形ターボ機械において、従来、吸込管及び
吐出管は断面円形に形成され、羽根の前縁にほぼ対面し
てハウジング側面に接続されており、主流路に対して流
体をほぼ真直に流出入させていた。

しかしながら、これでは、上記吸込管より導入する吸込
流及び吐出管に流れる吐出流に対して羽根車の羽根が略
直交方向に横断することになり、大きいＵ音を発生する
という問題があった。すなわち、羽根は吸込流及び吐出
流に対して次式で示す周期で通過することになり、 ｎ　−（Ｎ　”Ｚ）／６０　　　　　・・・■ｎ：基本
周波数（Ｈｚ　） Ｎ：回転数（ｒｐ＋） Ｚ：羽根の枚数 この周期で通過する羽根と流体とが干渉し、所謂干渉音
が発生することになり、特に、羽根車が高回転するに従
って大なる騒音を発生するという問題があった。

また、上記吸込管の開口と羽根とが近接して流体がほぼ
真直に羽根に流入するので、この吸込流が渦流をスムー
ズに形成でることができず、圧縮効率が悪いという問題
があった。

更に、上記主流路内において、流体は外周側の流速が大
きく、中心軸側に向って流速が小さくなる速度分布とな
り、この速度分布のまま吐出管に吐出すると、該吐出管
の途中で整流する必要があり、吐出管を折屈するなど構
造が複雑となる。特に、上記渦流形ターボ機械を多段に
組合わせた場合、１段目より吐出した流体が偏流してお
り、この偏流したまま２段めに吸込まれると、羽根にス
ムーズに流入せず、圧縮効率が悪いという問題があった
。

本発明は、斯かる点に鑑み、流体を主流路の外周部より
整流して流出入させるようにすることにより、騒音を低
減させると共に、羽根にスムーズに流出入するようにし
て圧縮効率の向上を図ることを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明が講じた手段は、第
１図及び第２図に示すように、先ず、流体の主流路（２
４）を形成する中空環状部（２３）を有するハウジング
（２）が設けられている。更に、該ハウジング（２）に
は、流体を主流路（２４）に導入する吸込路（６１）と
、流体を主流路（２４）より導出する吐出路（６２）と
が形成されている。その上、上記ハウジング（２）内に
は、駆動軸（７）が連結されたハブ（３１）の外周面（
３１ａ）に複数枚の羽根（３２）、（３２）。

・・・が突設されて成り、上記吸込路（６１）より主流
路（２４）に吸込まれた流体を螺旋状に移送しつつ圧縮
して上記吐出路（６２）よりハウジング（２）外に吐出
させる羽根車が収納された渦流形ターボ機械を対象とし
ている。

そして、上記吸込路（６１）及び吐出路（６２）は、上
記主流路（２４）より外側に位置し、上記駆動軸（７）
と直交するハウジング（２）側面に開口された該外部開
口（６１ａ　＞、（６２ａ　）と、上記主流路（２４）
の外周部に位置し、且つ上記外部開口（６１ａ　）、（
６２ａ　）にほぼ直交する直交面に間口された内部開口
（６１ｄ）、（６２ｄ）とが連通されて形成されている
。更に、上記吸込路（６１）及び吐出路（６２）は断面
略矩形状に形成された構成としている。

（作用） 上記構成により、本発明では、羽根中（３）を回転する
と、流体は吸込路（６１〉より主流路（２４）の外周部
より吸込まれ、該主流路（２４）内において、羽根前縁
より該羽根（３２）に流入し、後縁より流出して主流路
（２４）内を回転し、再び羽根（３２）に流入すること
になる。そして、流体は上記羽根（３２）により角運動
エネルギを１ｑて回転しつつ主流路（２４）の軸方向に
流れ、この螺旋運動により圧縮されて主流路（２４）の
外周部より吐出路（６２）を介してハウジング（２）外
に吐出される。

従って、流体は羽根（３２）に対して整流されて且つ干
渉することなく流入するので、所謂干渉音の発生を防止
することができ、騒音を低減することができる。また、
羽根（３２）に対して斜めに流入させることができるの
で、スムーズに流入させて渦流を形成させることができ
るので、圧縮効率の向上を図ることができる。

更に、流体を吐出路（６２）より整流した状態で吐出さ
せることができるので、多段に組み合せた場合、−層圧
縮効率を向上させることができると共に、別個に整流手
段を設ける必要がなく、構造を簡素にすることができる
。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図及び第２図に示すように、（１）は渦流形ターボ
機械としての圧縮ポンプであって、気体等の各種流体を
螺旋状に移送しつつ圧縮して吐出するようにしている。

該圧縮ポンプく１）はハウジング（２）内に羽根中（３
）が収納されて構成されており、該ハウジング（２）は
、第１図において左右に分割された第１ハウジング部材
（２１）と第２ハウジング部材（２２）とを一体的に組
合わせて形成されている。そして、該両ハウジング部材
（２１）。

（２２）は、上記羽根車（３）の両端面を覆うディスク
部（２１ａ　）、（２２ａ　＞と、該ディスク部（２１
ａ）、（２２ａ）の外周縁に連続形成され、半円弧状の
環状四部を有する半トーラス部（２１ｂ）、（２２ｂ）
とより成り、該両手トーラス部（２１ｂ＞、（２２ｂ）
で中空環状部（２３）を形成しており、該中央環状部（
２３）内が流体の主流路（２４）に構成されている。

上記中空環状部（２３）内の主流路（２４）には、流体
の流れを案内する環状ガイド部材（４）が配設されてお
り、該ガイド部材（４）の外周面と中空環状部（２３）
の内周面との間が上記主流路（２４）に成っている。ま
た、上記ガイド部材（４）の外周部には、遠心方向に突
出した複数個の支持片（４１）が周方向に所定間隔を存
して一体的に形成されている。そして、該支持片（４１
）の外端部が上記ハウジング（２）の中空環状部（２３
〉に嵌合されていて、上記ガイド部材（４）がハウジン
グ（２）に主流路（２４）の中心軸上に固定支持されて
いる。

更に、上記主流路（２４）には、中空環状部（２３〉の
内周部からガイド部材（４）の外周面一　に亘る所定幅
の仕切部材（５）が設けられていて、上記ガイド部材（
４）を支持すると共に、上記主流路（２４）を高圧側と
低圧側とに区画している。

そして、該仕切部材（５）の内周部には上記羽根車（３
）が通る案内路（５１）が削設されており、該仕切部材
（５）の−側方（第２図において右側）にお番ノる第１
ハウジング部材（２１）の半トーラス部（２１ｂ　）に
は流体の吸込路（６１）が、他側方（第２図において左
側）における第２ハウジング部材（２２）の半トーラス
部（２２ｂ）には流体の吐出路（６２）がそれぞれ開設
されていて、該吸込路（６１〉から導入された流体と吐
出路（６２）から吐出される流体とが仕切部材（５）で
合流しないように構成されている。

一方、上記羽根車（３〉は、円板状のハブ（３１）の外
周面（３１ａ）に複数枚の羽根（３２）が放射状に延設
されて構成されている。該ハブ（３１）の両端面は上記
両ハウジング部材（２１）、（２２）のディスク部（２
１ａ）、（２２ａ＞が近接して覆われており、該ハブ（
３１）の中央部に駆動軸（７）が連結されている。該駆
動軸（７）は上記主流路（２４）及びガイド部材（４）
と同心上に位置し、上記第２ハウジング部材（２２）の
ディスク部（２２ａ）を貫通し、図示しないが、外端に
モータが連結されており、該モータの駆動により羽根車
（３）が回転するように成っている。また、上記ハブ外
周面（３１ａ）は、駆動軸（７）と同心上の円筒面に形
成され、上記主流路（２４）外周面の一部を構成してい
る。

上記羽根車（３）の羽根（３２）は、上記ハブ外周面（
３１ａ）より遠心方向に突出して上記主流路（２４）内
に臨んでおり、先端が上記ガイド部材（４）の内周部に
近接するように形成されている。更に、該羽根（３２）
は、上記ハブ（３１）の両端面に亘って形成され、流体
が羽根前縁（３２ａ）から後縁（３２ｂ）に通り扱ける
と、上記ハブ（３１）の前面から後面に通り扱けるよう
に成っており、該羽根（３２）の通過時の流れがほぼ軸
流流れになり、この羽根（３２）通過時に角運動エネル
ギが流体に与えられるように構成されている。

次に、本発明の特徴とする上記吸込路（６１）及び吐出
路（６２）について、第３図及び第４図に基づいて説明
する。

該吸込路（６１）は上記羽根（３２）の前縁（３２ａ）
側である第１ハウジング部材（２１）に、吐出路（６２
）は羽根（３２）の後縁（３２ｂ）側である第２ハウジ
ング（２２）にそれぞれ形成されている。そして、該吸
込路（６１）及び吐出路（６２）は、外部開口（６１ａ
）、（６２ａ）と、縦路部（６１ｂ）、（６２ｂ）と、
横路部（６１ｃ　＞、（６２ｃ　）と、内部開口（６１
ｄ　）、（６２ｄ）とより構成されている。該外部開口
（６１ａ　）、（６２ａ　）は、上記第１ハウジング部
材（２１）及び第２ハウジング部材（２２）の側面、つ
まり、第１図において、駆動軸（７）と直交するハウジ
ング（２〉の右側面及び左側面にそれぞれ開口しており
、上記主流路（２４）より外側に位置して上記第１及び
第２ハウジング部材（２１）、（２２）の外周縁部に形
成され、図示しないが、外部吸込管及び外部吐出管が接
続されるように成っている。上記縦路部（６１ｂ＞。

（６２ｂ）は、上記外部開口（６１ａ）、（６２ａ）に
連続して形成され、上記駆動軸（７）の軸方向に穿設さ
れ、上記第１及び第２ハウジング部材（２１）及び（２
２）の半トーラス部（２１ｂ）、（２２ｂ）における厚
さ方向のほぼ中央部まで形成されている。

更に、上記横路部（６１ｃ　）、（６２ｃ　）は、上記
縦路部（６１ｂ）、（６２ｂ）よりほぼ直角の屈折部（
６１ｅ　＞、（６２ｅ　）を介して連続形成されており
、上記駆動軸（７）と直交方向に穿設され、求心方向に
上記主流路（２４）に向って形成されると共に、やや外
側に傾斜している。つまり、第４図に示すように、上記
吸込路（６１）の横路部（６１ｃ）は縦路部（６１ｂ）
より主流路（２４）に向って羽根車（３）の回転方向に
やや傾斜し、上記吐出路（６２）の横路部（６２ｃ）は
縦路部＜６２ｂ　）より主流路（２４）に向って羽根車
（３〉の反回転方向にやや傾斜している。

上記内部開口（６１ｄ　）、（６２ｄ　）は、上記横路
部（６１ｃ　）、（６２ｄ　）が連続して形成されてお
り、上記主流路（２４）の外周部に位置し、且つ上記外
部開口（６１ａ　＞、（６２ａ　＞とほぼ直交する直交
面に間口し、上記横路部（６１ｃ）。

（６２０）の延長方向に上記ガイド部材（４）がほぼ位
置しないように該延長方向と上記主流路（２４）の接線
方向とがほぼ一致するように形成されている。また、上
記吸込路（６１）及び吐出路（６２）は外部開口（６１
ａ）及び（６２ａ　）から内部間口（６１ｄ　）及び（
６２ｄ）に亘って断面横長の長方形に形成されている。

一方、上記仕切部材（５）の両側面（５ａ）。

（５ｂ）は、上記吸込路（６１）及び吐出路（６２）の
内部開口（６１ｄ　＞、（６２ｄ　）における−辺に連
続して形成されると共に、上記横路部（６１ｃ）、（６
２ｃ）の延長方向に傾斜している。つまり、上記吸込側
の側面（５ａ）は上記主流路（２４）の外周部から内周
部の羽根（３２）に向って該羽根（３２）の回転方向に
傾斜して吸込流体を案内する一方、上記吐出側の側面（
５ｂ）は上記主流路〈２４）の外周部から内周部の羽根
（３２）に向って該羽根（３２）の反回転方向に傾斜し
て吐出流体を案内するように形成されている。

次に、この圧縮ポンプ（１）の圧縮動作について説明す
る。

先ず、モータを駆動して駆動軸（７）を回転すると、羽
根車（３）がハウジング（２）内で回転し、各羽根（３
２）、（３２）、・・・が主流路（２４）内を回転移動
することになる。一方、流体は吸込路（６１）よりハウ
ジング（２）内の主流路（２４）に吸込まれ、羽根前縁
（３２ａ＞より該羽根（３２）に流入し、後縁（３２ｂ
）より流出することになり、この羽根（３２）によって
流体に角運動エネルギが与えられ、流体はガイド部材（
４）の回りを回転し、再び羽根（３２）に流入すること
になる。そして、流体は上記回転を繰り返しつつ主流路
（２４）の軸方向に移送され、螺旋運動して圧縮され、
吐出路（６２）よりハウジング（２）外に吐出されるこ
とになる。

そこで、上記吸込路（６１）から羽根（３２）に流れる
流体の流れ、及び上記羽根（３２）から吐出路（６１）
に流れる流体の流れについて詳述する。

先ず、第３図（ａ　）に示すように、上記吸込路（６１
）の外部開口（６１ａ）に流入する流体の速度分布（ｖ
Ｉ）は全域に亘って略均−な状態になっており、この略
均−な速度分布（Ｖ＋）のまま縦路部（６１ｂ＞を流れ
、その後、流体は屈折部（６１８）を介して横路部（６
１ｃ　）に流れることになる。その際、該屈折部（６１
ｅ）において、流体の速度は曲率半径の小さい内側が・
遅く、曲率半径の大きい外側に向って漸次速くなり、横
路部（６１ｃ）における速度分布（ｖ２）は外側に偏流
した状態となる。そして、この偏流しただまま流体は内
部開口（６１ｄ　）より主流路（２４）に吸込まれるこ
とになり、しかも、その際、横路部（６１ｃ　）及び仕
切部材（５）の側面（５ａ）が羽根車（３）の回転方向
にやや傾斜しているので、該羽根車（３）の回転方向に
向って流れることになる（第４図（ａ）参照）。

次いで、上記偏流した流体は、中空環状部（２３）の内
周面に沿って流れて方向転換することになり、その際、
上記速度分布（ｖ２）において、速度の速い側がガイド
部材（４）側の内側に、遅い側が中空環状部（２３）側
の外側になるので、羽根１）す縁（３２ａ＞において流
体は再び整流され、略均−な速度分布（ｖ３）となり、
該羽根（３２）に流入することになる。

一方、上記吐出路（６２）の近傍において、羽根（３２
）より流出する流体は、第３図（ｂ）に示すように、主
流路（２４）内を回転するので、速度分布（■４）は外
周側にやや偏流した状態となり、この偏流した状態のま
ま螺旋方向に流れ、その際、上記仕切部材（５）の側面
（５ｂ）及び吐出路（６２）の横路部（６２Ｇ）が外側
に向って羽根車（３）の回転方向に傾斜しているので、
流体の移動方向にほぼ一致することになる（第４図（ｂ
）参照）。

その後、流体は屈折部（６２ｅ　）を介して縦路部＜６
２ｂ　）に流れ、その際、上記速度分布（Ｖ４）におけ
る速度の速い側が曲率半径の小さい内側に、速度の遅い
側が曲率半径の大きい外側になるので、整流されて略均
−な速度分布（ｖ５）になり、流体は外部開口（６２ａ
　）より整流された状態でハウジング（２）外に吐出さ
れることになる。

従って、上記流体を主流路（２４）の外周部より流出入
させ、該流体を羽根（３２）の流出入方向に案内するよ
うにしているので、流体と羽根（３２）とが干渉するこ
とがなく、所謂干渉音の発生を防止することができ、騒
音の軽減を図ることができる。

また、流体は整流されて羽根（３２）に流入すると共に
、吸込路く６１）より螺旋方向に羽根（３２）に流入す
るので、スムーズに流入して渦流を形成することになり
、その上、羽根（３２）より流出した流体はその流れ方
向に吐出路（６２）が設けられているので、スムーズに
流出することになり、圧縮効率の向上を図ることができ
る。

第５図は他の実施例を示し、前記圧縮ポンプ（１）を２
段に組合せたものである。つまり、第１段目の圧縮ポン
プ（・１）における第２ハウジング部材（２２）の側面
と、第２段目の圧縮ポンプ（１）における第１ハウジン
グ部材（２１）の側面とを接着して両圧縮ポンプ（１）
、（１）が−体に組み合されて構成されている。そして
、該圧縮ポンプ（１）、（１）の羽根車（３）、（３）
は１本の駆動軸（７）に連結されている。

更に、上記第１段目の圧縮ポンプ（１）における吐出路
（６２）の外部開口（６２ａ）と、第２段目の圧縮ポン
プ（１）における吸込路（６１）の外部開口（６１ａ）
とが接続されている。

従って、第１段目の圧縮ポンプ（１）で圧縮された流体
は吐出路（６２）より第２段目の圧縮ポンプ（１）に吸
込路（６１）を介して吸込まれて圧縮されることになる
。その際、第１段目の圧縮ポンプ〈１）より流出する流
体は外部開口（６２ａ）にて整流されているので（第３
図（ｂ　）参照）、第２段目の圧縮ポンプ（１）におい
て、第３図（ａ　）に示すように、整流された状態で羽
根（３２）に流入することになる。これにより第２段目
の圧縮ポンプ（１）における圧縮効率を向上させること
ができ、その上、流体の整流手段を何ら設ける必要がな
いので、構造を簡素にすることができる。

第６図及び第７図は他の羽根車（３２’）。

（３２″）を示しており、第６図に示すものはハブ（３
１’　）の外周面（３１ａ’）が駆動軸（７）と直交方
向の直交部を有する略２次曲線状に形成され、この直交
部に子牛簡略矩形状の羽根（３２′　）が駆動軸（７）
方向に突設されて成り、中空環状部（２３’　）及びガ
イド部材（４′　）は断面縦長の長円に形成されている
。また、第７図に示すものはハブ（３１“）の外周面（
３１ａ“）が略中心角９０度の円弧状に形成され、該ハ
ブ外周面（３１ａ”）に子午面略扇状の羽根（３２″）
が突設されて成り、中空環状部（２３″）及びガイド部
材（４”）は断面略真円状に形成されている。その他の
構成並びに作用・効果は第１図及び第２図に示すものと
同様である。

尚、各実施例において、中空環状部（２３）内にはガイ
ド部材く４）を設けたが、本発明では必ずしも設ける必
要はない。

また、本発明は、圧縮ポンプ（１）の他、タービンなど
各種の渦流形ターボ機械に適用覆ることができる。

また、圧縮ポンプ（１）は、２段の他、３段以上に組合
わせてもよいことは勿論である。

（発明の効果） 以上のように、本発明の渦流形ターボ機械によれば、流
体を主流路の外周部より流出入させると共に、吸込路及
び吐出路内で方向転換させるようにしたために、流体に
対して羽根車の羽根が干渉することがなく、該羽根に流
体がスムーズに流出入することになるので、干渉音の発
生を防止することができ、騒音の軽減を図ることができ
る。

また、流体が整流されて羽根に流入けると共に、該羽根
に向って斜めに流入させることができるので渦流流れを
容易に形成することができ、圧縮効率を向上させること
ができる。

更に、流体を整流して吐出させることができると共に、
ハウジングの側面より流出入させるので、複数段に容易
に組み合ぼることができると同時に、流体の整流手段を
別個に設ける必要がなく、構造を簡素にすることができ
る一方、圧縮効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は圧縮ポンプの縦
断面図、第２図は第１図■−■線における断面図である
。第３図（ａ　）は第２図■−■線における断面図、第
３図（ｂ）は第２図ＩＶ　−ＩＶ線における断面図、第
４図（ａ）は第１図■−ｖ線における断面図、第４図は
第１図Ｖｌ−ＶＴ線における断面図である。第５図は圧
縮ポンプを２段に組み合せた縦断面図である。第６図及
び第７図はそれぞれ他の羽根車を示′！ｉ縦断面図であ
る。 （１）・・・圧縮ポンプ、（２）・・・ハウジング、（
３）・・・羽根車、（５）・・・仕切部材、（２３）・
・・中空環状部、（２４）・・・主流路、（３１）、（
３１’）、（３１”）・・・ハブ、（３１ａ　＞、（３
１ａ′）、（３１８″）・・・ハブ外周面、（３２）。 （３２’　＞、（３２″）・・・羽根、（６１）・・・
吸込路、（６２）・・・吐出路、（６１ａ　）、（６２
ａ　）・・・外部間口、（６１ｂ＞、（６２ｂ）・・・
縦路部、（６１ｃ　＞、（６２ｃ　）・・・横路部、（
６１ｄ）。 （６２ｄ）・・・内部開口。 特　許　出　願　人　ダイキン工業株式会社、ｊ　−□
、”　−。 代　　　　　理　　　　　人　　　前　　１）　　　　
弘　　　　１ｉ、：ｌ−Ｉ’−１Ｈ 巴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体の主流路（２４）を形成する中空環状部（２
   ３）を有するハウジング（２）と、該ハウジング（２）
   に形成され、上記主流路（２４）に流体を導入する吸込
   路（６１）と、上記ハウジング（２）に形成され、上記
   主流路（２４）より流体を導出する吐出路（６２）と、
   駆動軸（７）が連結されたハブ（３１）に複数枚の羽根
   （３２）、（３２）、・・・が突設されて成り、上記ハ
   ウジング（２）内に収納されて上記吸込路（６１）より
   主流路（２４）に吸込まれた流体を螺旋状に移送しつつ
   圧縮して上記吐出路（６２）よりハウジング（２）外に
   吐出させる羽根車（３）とを備えた渦流形ターボ機械で
   あつて、上記吸込路（６１）及び吐出路（６２）は、上
   記主流路（２４）より外側に位置して上記駆動軸（７）
   と直交するハウジング（２）側面に開口する外部開口（
   ６１ａ）（６２ａ）と、上記主流路（２４）の外周部に
   位置し且つ上記外部開口（６１ａ）、（６２ａ）にほぼ
   直交する直交面に開口する内部開口（６１ｄ）、（６２
   ｄ）とが連通されて形成され、断面略矩形状に形成され
   ていることを特徴とする渦流形ターボ機械。