JPH01147197A - 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
動エネルギを圧り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機械としては、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。

この渦流形ターボ機械における羽根車は、第８図に示す
ように、ハブ＜ａ　＞の外円面（ｂ）に多数の羽根（Ｃ
）が放射状に延設されて成り、該羽根（Ｃ）がハウジン
グ（ｄ　）内の主流路（ｅ　）に臨んでいる。そして、
上記羽根（Ｃ）は、ハブ（ａ　）の前面から後端外周面
に亘って扇状に形成されており、流体は羽根前縁（ｆ）
の根元より該羽根（Ｃ）に流入し、ハブ外周面（ｂ）の
円弧面に倣って流れ、羽根後縁（ｇ）である外周より流
出して再び羽根前１！（ｆ）の根元より流入することに
なり、該動作を繰り返して螺旋運動することになる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した渦流形ターボ機械においては、
羽根（Ｃ）が全体に同一厚さに形成されると共に、主流
路＜８　）の軸方向と直交する直交面に倣う平板翼に形
成されているため、流体が羽根（Ｃ）に流入Ｊ°る際、
前縁（「）に衝突する一方、吸込［］から吐出口に亘っ
て広く流体に安定した渦流を形成させることができない
という問題があった。つまり、流体は、主流路（ｅ　）
の軸方向に進むに従って流体の進み角が変化して羽根（
Ｃ）に対する迎え角が変化することになり、吸込口側に
おいては進み角が大きくなるのに対し、吐出口側におい
ては進み角が小さくなる。従って、羽根（Ｃ）を平板翼
に形成したのでは、流体の流れと翼形とが一致せず、ス
ムーズな渦流を形成することができず、広範囲に亘って
安定した流れを維持することができないことになり、圧
縮効率が低いという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑み、羽根の断面形状を流体の流
れに沿うように形成することにより、スムーズな渦流を
形成すると共に、広範囲に亘って安定した流れを維持し
、圧縮効率の向上を図ることを目的とするものである。

（問題点を解決プ゛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４図に示すように、流体の吸込口（６１）及
び吐出口（６２）が開設されると共に、流体の主流路（
２４）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）
内には、上記吸込口（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口（
６２）よりハウジング（２）外に吐出させる羽根車（３
）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、上記羽根車（３）は、駆動軸（７）が連結され
たハブ（３１）の外周面（３１ａ）に上記主流路（２４
）に臨む複数枚の羽根（３２）。

（３２）、・・・が放射状に突設されて形成されている
。加えて、羽根（３２）の断面は、前縁側の厚みが後縁
側の厚みより大きく且つ湾曲した構成としている。

（作用） 上記構成により、本発明では、羽根車（３）を回転する
と、流体は吸込口（６１）より主流路（２４）に吸込ま
れ、該主流路（２４）内において、羽根前縁（３２ａ）
より該羽根（３２）に流入し、後縁（３２ｂ）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得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吐出口（
６２）よりハウジング（２）外に吐出される。

従って、流体は羽根車（３）のハブ（３１）の両面に亘
って羽根（３２）を通り汰け、角運動エネルギを得るこ
とになる。その上、羽根（３２）が翼形翼形状で流体の
流れに沿った反りを有し、且つ、羽根前縁（３２ａ＞が
所定厚さを有する円弧状に形成されているので、流体は
進み角が変化しても羽根前縁（３２ａ）に衝突すること
が少なく、しかも、羽根（３２）に沿って流体が流れる
ことになり、スムーズな渦流を形成することができると
共に、吸込口（６１）から吐出口（６２）に亘って広く
安定した流れを維持することができることがら、圧縮効
率を向上さＶ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（１）はハウジング（２〉内に羽根車〈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）とを一体内に組
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
状の環状凹部を有する半トーラス部（２１ｂ＞、（２２
ｂ）とより成り、該両生トーラス部（２１ｂ）、（２２
ｂ）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
円周面からガイド部材（４）の外周面に亘る所定幅のス
トリッパ部材（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、該ストリッパ部材
（５）の内周部には上記羽根車（３）が通る案内路（５
１）が削設されており、該ストリッパ部材（５）の−側
方（第２図にＪ３いて右側）には第１ハウジング部材（
２１）の半トーラス部（２１Ｍに流体の吸込口（６１）
が、他側方（第２図において左側）には第２ハウジング
部材（２２）の半トーラス部（２２ｂ）に流体の吐出口
（６２）がそれぞれ配設されていて、該吸込口（６１）
から導入された流体と吐出口（６２）から吐出される流
体とがストリッパ部材（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＜２２８）を眞通し、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＠（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、第３図〜第５図に
示すように、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ｍ（
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。

また、上記羽根（３２）は、断面が翼形翼形状に形成さ
れており、つまり、第４図は第３図ＩＶ　−■線で駆動
＠（７）と同心上の円周面で切断した展開図であり、骨
格線（ｌｌ）が前縁（３２ａ）から後縁（３２ｂ）に亘
って緩やかに湾曲した円弧状に形成されて、所定の反り
を有するように形成されている。そして、上記羽根（３
２）の流入角（β１）及び流出角（β２）は、例えば、
４５゜に設定されている。更に、上記羽根（３２）は、
前縁（３２ａ）側の厚さが最も大きく、後縁（３２ｂ）
に向って漸次薄くなるように形成され、その上、前縁（
３２ａ＞は所定の曲率を有する円弧状に形成される一方
、後縁（３２ｂ）はシャープに形成されている。

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、流体は吸込口（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
、吐出口（６２）よりハウジング（２）外に吐出される
ことになる。

特に、流体はハブ（３１）の前面から後面に亘って羽根
（３２）を通り扱けることになるので、該羽根〈３２）
によって生ずる流体の進み角が小さく、流体が一回転す
る間に主流路（２４）の軸方向に進む距離が小さくなる
。しかも、流体は第２図に示寸ように、吐出口（６２）
側に向って密度が大きくなるため、吸込口（６１）側で
進み角が大きく、吐出口（６２）にいくに従って進み角
が小さくなって、羽根（３２）を通る回数が増加するこ
とになるので、流体に与えられる角運動エネルギが増大
することになる。その上、上記羽根（３２）は後縁（３
２ｂ）側が湾曲して反りを有しているため、羽根（３２
）の流出時に大なるエネルギが与えられることになる。

次に、上記羽根（３２）周りの流体の流れについて説明
すると、上述の如く流体は主流路（２４）内において進
み角が変化するので、羽根（３２）に対する迎え角（α
）が変化することになる。その際、羽根前縁（３２ａ）
の厚さが厚く、該前縁（３２ａ）が円弧状に形成されて
いるので、流体がスムーズに羽根（３２）に流入すると
共に、第５図に示すように、流体の流れ（Ｗｌ）及び（
Ｗｌ）は羽根（３２）の正直及び背面において該羽根（
３２）に沿うことになる。

すなわら、第６図及び第７図に示すように、羽根（３２
’　）の前縁（３２ａ’）を後縁（３２ｂ′　）と同じ
くシャープに形成し、中央の厚さを最も厚くすると、該
羽根（３２）に流入した流体は、羽根（３２’　）の正
面側では羽根（３２’　）に沿った流れ（Ｗ３）になる
が、背面側では羽根（３２′）に沿った流れ（Ｗ４）に
ならず、剥離することになり、渦流流れと異なる流れ現
象を起し、安定した流れを維持することができなくなる
。

そこで、本発明の羽根（３２）は、上述したように、前
縁（３２ａ）“を厚くして且つ円弧状に形成することに
より、羽根（３２）の背面側において、剥離現象が生じ
ることなく羽根（３２）に沿った流れ（Ｗｌ）が生じる
ようにしている。従って、流体が羽根（３２）にスムー
ズに流入する一方、渦流をスムーズに形成することがで
きると共に、吸込口（６１）から吐出口（６２）に亘っ
て広く安定した流れを維持することができることから、
圧縮効率の向上を図ることができる。

尚、各実施例において、中空環状部（２３）内にはガイ
ド部材（７１）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
８秤の渦流形ターボ機械に適用することができる。

また、羽根（３２）は、ハブ（３１）の厚さよりやや小
さくてもよい。

（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、羽
根の断面を翼形黄形状に形成したために、流体の進み角
、すなわち、羽根に対する迎え角が変化しても流体をス
ムーズに羽根に流入させることができる。更に、羽根内
において流体が羽根に沿って流れるので、スムーズな渦
流を形成させることができると共に、吸込口から吐出口
に亘つて広く安定した流れを維持することができ、圧縮
効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の実施例を示しており、第１図
は圧縮ポンプの縦断面図、第２図は第１図ＴＩ−ｎ線に
おける断面図である。第３図は圧縮ポンプの要部を示す
断面図、第４図は第３図ＩＶ−ＩＶ線で切断した展開図
、第５図は羽根の拡大断面図である。第６図は本発明の
羽根と比較するための羽根の形状を示す展開図、第７図
は同拡大断面図である。第８図は従来の渦流形ターボ機
械の要部を示すｌ！Ｉｉ面図である。 （１）・・・圧縮ポンプ、（２）・・・ハウジング、（
３）・・・羽根車、（２３）・・・中空環状部、（２４
）・・・主流路、（３１）・・・ハブ、（３１ａ）・・
・ハブ外周面、（３２）・・・羽根、（３２ａ、）・・
・前縁、（３第３図 第８図 第１図 １（尽、季唱ポン７°） 第２図 １（１趨ボン７°） 第５図 第７図 第４図 第６図 ３（羽根制

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体の吸込口（６１）及び吐出口（６２）が開設
   されると共に、流体の主流路（２４）を形成する中空環
   状部（２３）を有するハウジング（２）と、該ハウジン
   グ（２）内に収納されていて、上記吸込口（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
   圧縮して上記吐出口（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、上記羽根車（３）は、駆動軸（７）が連結され
   たハブ（３１）の外周面（３１ａ）に上記主流路（２４
   ）に臨む複数枚の羽根（３２）、（３２）、・・・が放
   射状に突設されて成り、該羽根（３２）の断面は前縁側
   の厚みが後縁側の厚みより大きく且つ湾曲していること
   を特徴とする渦流形ターボ機械。