JPH01147198A - 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ちのが知
られている。

この渦流形ターボ閤械において、第８図に示すように、
ハブ（ａ　）の外周面（ｂ）に多数の羽根（Ｃ）が放射
状に延設されて羽根車（ｄ　）が形成され、該羽根（Ｃ
）がハウジング（ｅ）内の主流路（ｆ）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
（＋１　）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（ｈ）である
外周より流出して再び羽根前縁（０）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） 上述した渦流形ターボ機械において、主流路（［）内に
は、第９図に示すように、該主流路（ｆ）を吸込口（図
示省略）側の低圧側と、吐出口（＋＞側の高圧側とに区
画する仕切部材（ｊ　＞が設けられると共に、該仕切部
材（ｊ　）には上記羽根（Ｃ）が通る案内路（ｋ　）が
形成されている。

そして、上記仕切部材（ｊ　＞は、上述の如く主流路（
ｆ）を低圧側と高圧側とに区画するものであるため、案
内路（ｋ）における壁面と羽根（Ｃ）の前縁（（Ｊ　）
及び後°縁（ｈ）との間隙（δ）は可能な限り微小とし
、同じ大きさに構成されていた。

しかしながら、上記主流路（「）内において、羽根後縁
（ｈ）より流出する流体の速度弁１５はほぼ２次曲線状
になるが、上記仕切部材（ｊ　＞における案内路（ｋ）
のエツジ部（９）が上記羽根後縁（ｈ）に近接している
ため、吐出口（ｉ　）の近傍において、第９図＜ａ　＞
に示ずように、流体が上記エツジ部（交）に当接するこ
とになる。そして、流体の速度分布が歪み（第９図Ａ参
照）、羽根車（ｄ　）の回転方向後側の速度分布が順次
歪むことになり、流体の渦流が乱れて不安定な流れとな
るという問題があった。その上、上記流体が脈動を起し
、吐出口（＋＞にスムーズに流れず、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、仕切部材と羽根後縁との間
隙を少なくとも吐出口側で大きくすることにより、流体
が安定した渦流を形成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５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、上記主流路（２４）には、該主流路（２４）を
低圧側と高圧側とに区画する仕切部材（５）が上記吸込
口（６１）と吐出口（６２）との間に設けられている。

更に、該仕切部材（５）には上記羽根車（３）の羽根（
３２）が通る案内路（５１）が形成されている。加えて
、該羽根（３２）の後れ（３２ｂ）側と案内路（５１）
の側面（５１ｂ＞との間隙（δ２）が羽根（３２）の前
縁（３２ａ）側と案内路（５１）の側面（５１ａ）との
間隙（δ１）よりも少なくとも上記吐出口（６２）側で
大きく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、復縁（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。

この主流路（２４）内において、仕切部材（５）の案内
路側面（５１ｂ）と羽根後縁（３２ｂ）側との間隙（δ
２）が大きく形成されているので、吐出口（６２）の近
傍において、流体の速度分布が案内路（５１）のエツジ
部によって歪むことがなく、特に、羽根後縁（３２ｂ）
より流出する流体の速度分布が安定した略２次曲線状に
なることになる。従って、流体は安定した渦流流れでも
って流れることになり、脈動を防止することができると
共に、流体がスムーズに吐出口（６２）に流れることか
ら、圧縮効率の向上を図ることができる。

（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、該両手トーラス部（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
出した一複数個の支持片（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（４
１）の外端部が上記ハウジング（２）の中空環状部（２
３）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
内周面からガイド部材（４）の外周面に回る所定幅の仕
切部材（５）が設けられている。

該仕切部材（５）の−側方（第２図において右側）には
第１ハウジング部材（２１）の半トーラス部（２１ｂ）
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）がそれぞれ上記主流路
（２４）の外周部に開口されている。

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）が回転げ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、第３図に示づ°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、該別ＩＮ（３２）は、翼形が略三日月状に形
成されて所定の反りを有し、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）に通り汰【プると、上記ハブ（３１）の前面
から後面に通り抜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（３
２）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、本発明が特徴とする上記仕切部材（５）について
説明する。

該仕切部材（５）は、上記ガイド部材（４）を支持する
と共に、上記吸込口（６１）と吐出口（６２）との間に
設けられており、上記主流路（２４）内を、上記吸込口
（６１）側の低圧側と、吐出口（６２）側の高圧側とに
区画し、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合流しないように構
成されている。そして、上記仕切部材（５）の吸込側側
面（５ａ）は吸込口（６１）の−辺から内周部に向って
羽根車（３）の回転方向側に傾斜し、吐出側側面（５ｂ
）は吐出口（６２）の−辺から内周部に向って羽根車（
３）の反回転方向側に傾斜し、内周部側が幅広に形成さ
れている。更に、上記仕切部材（５）の内周部には、第
１図に示すように、逆Ｕ字状に切欠かれて上記羽根車（
３）の羽根（３２）が通る案内路（５１）が形成されて
いる。

また、上記仕切部材（５）の案内路（５１）において、
羽根（３２）の後縁側側面（５１ｂ＞には吐出口（６２
）側のエツジ部（５２）がテーパ面に形成されている。

つまり、第３図（、を第２図■−ｍ線で切断した展開図
であり、上記案内路（５１）における羽根（３２）の前
縁側側面（５１ａ）は該羽根前縁（３２ａ）側と微小間
隙（δＩ）を存して平行に形成されている。一方、上記
案内路（５１）の後縁側側面（５１ｂ）は、羽根（３２
）の回転方向（Ｍ）に対して後側であるエツジ部（５２
）を除いて、ｌｙｌ縁側側面（５１ａ）の間隙（δ１）
と同様に羽根後縁（３２ｂ）側と微小間隙（δ１）を存
して平行に形成されている。そして、上記エツジ部（５
２）は、羽根（３２）の回転方向（Ｍｌ）の後方に向っ
て外側に傾斜する平坦面に形成され、上記仕切部材（５
）の吐出側側面（５ｂ）において羽根後縁（３２ｂ）側
との間隙（δ２）が前縁側側面（５１ａ）の間隙（δ１
）より大きく形成されている。この間隙（δ２）は、上
記羽根車（３）の直径を（Ｄ）とすると、δ２／Ｄ＝０
．００８〜０．０１６　　　・・・■になるように設定
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、第３図８
１に示すように、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、第３図８２に示すように、吐
出口（６２）よりハウジング（２）外に吐出されること
になる。

この流体の流れ中において、第４図に示すように、羽根
（３２）の後縁（３２ｂ）より流出する流体の速度分布
（Ｖ）は略２次曲線状になる。そして、この速度分布を
示す流体は、吐出口（６２）の近傍において、仕切部材
（５）のエツジ部（５２）がテーバ状に形成されている
ので、緩やかに吸収されることになり、羽根（３２）の
回転方向後方における流体の速度分布（Ｖ）に何ら影響
を与えることがなく、該速度分布（Ｖ）の歪みを防止す
ることができる。

従って、流体が安定して流れ、特に、吐出口（６２）の
近傍において安定した渦流流れになり、脈動を防止する
ことができると共に、流体がスムーズに吐出口（６２）
に流れるので、圧縮効率の向上を図ることができる。

すなわち、第５図は、上記エツジ部（５２）の間隙（δ
２）の大きさによる締切ｒ’Ｘの圧力変化を示しており
、具体的には横軸に羽根車（３）の直径（Ｄ）に対する
間隙（δ２〉の比率（δ２／Ｄ〉をとり、この比率（δ
２／Ｄ）が大きくなるに従つで圧力は略山形に変化する
ことになる。この第５図において、従来のように、テー
パ状のエツジ部〈５２）を形成せず、案内路（５１）の
両側面（５１ａ　）、（５１ｂ　）の間隙（δＩ）を微
小にして等しくすると、０１点になる。そこで、エツジ
部（５２）の間隙（δ２）を上記０式に示すように設定
するとく第５図０２参照）、従来より流体圧力を上昇さ
せることができる。例えば、第５図の頂点（Ｃ３）を採
用すると、羽根車の直径ＣＤ＞を’１５０＋１１１１と
し、間隙（δ２）は１．８ｆｆｉｍとなる。

第６図及び第７図は他の実施例を示し、前実施例のエツ
ジ部（５２）をテーバ面で形成したのに代り、第６図に
示すものはエツジ部（５３）を円弧面で形成したもので
ある。また、第７図に示すものは、案内路（５１）の後
縁側側面（５１ｂ）と羽根後縁（３２ｂ）側との間隙（
δ２）を吐出口（６２）側から吸込口（６１）に亘って
全体に大きく形成したものであり、いずれも流体を安定
した渦流とすることができる。その他の構成並びに作用
・効果は前実施例と同じである。

尚、各実施例にＪ３いて、中空環状部（２３）内にはガ
イド部材（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することができる。

（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、主
流路を低圧側と高圧側とに区画する仕切部材の案内路に
おける羽根後縁側との間隙を羽根前縁側との間隙よりも
少なくとも吐出口側で大きく形成したために、吐出口近
傍において羽根後縁より流出する流体の速度分布が歪む
ことがないので、流体が安定した渦流流れになり、脈動
を防止することができると共に、流体がスムーズに吐出
口に流れることになることから、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７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■−■線にお
ける断面図、第３図は第２図■−■線における断面展間
図、第４図は同要部を拡大した断面展開図である。第５
図は間隙に対づる圧力変化を示す特性図である。第６図
及び第７図はそれぞれ他の実施例を示す要部の断面展開
図である。 第８図及び第９図は従来の渦流形ターボ機械を示し、第
８図は要部の断面図、第９図（ａ　）及び（ｂ）は第８
図Ｘ−Ｘ線及び刈−ＸＩ線における断面図である。 （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）・・
・ハブ、＜３１ａ＞・・・ハブ外周面、（３２）羽根、
（３２ａ）・・・前縁、（３２ｂ）・・・後縁、（５１
）・・・案内路、（５１ａ　）、（５１ｂ　）−側面、
（５２）。 （５３）・・・エツジ部。 代　　　　　理　　　　　人　　　前　　ＥＴＩ　　　
　　　弘　　　　−１’　（４，、□、−ユ、。 第３図 （土；ａ冶〕 第５図 Ｊ２／Ｄ 第７図 （イコニ１：η艶水イ）

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、上記主流路（２４）における吸込口（６１）と
   吐出口（６２）との間に該主流路（２４）を低圧側と高
   圧側とに区画するストリッパ部材（５）が設けられ、該
   仕切部材（５）に上記羽根車（３）の羽根（３２）が通
   る案内路（５１）が形成され、該羽根（３２）の後縁（
   ３２ｂ）側と案内路（５１）の側面（５１ｂ）との間隙
   （δ＿２）が羽根（３２）の前縁（３２ａ）側と案内路
   （５１）の側面（５１ａ）との間隙（δ＿１）よりも少
   なくとも上記吐出口（６２）側で大きく形成されている
   ことを特徴とする渦流形ターボ機械。