JPH01182600A - 境界層制御流体機械 - Google Patents
境界層制御流体機械Info
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- JPH01182600A JPH01182600A JP259788A JP259788A JPH01182600A JP H01182600 A JPH01182600 A JP H01182600A JP 259788 A JP259788 A JP 259788A JP 259788 A JP259788 A JP 259788A JP H01182600 A JPH01182600 A JP H01182600A
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- JP
- Japan
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- impeller
- suction
- duct
- blow
- fluid
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 208000034530 PLAA-associated neurodevelopmental disease Diseases 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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。
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〕
本発明はケーシング内に羽根車を回転可能に収納した流
体機械に関するものである。
体機械に関するものである。
従来の境界層制御流体機械は、ポンプ等地の動力源を利
用して吸込みを行ったり、多段ポンプの場合には上記文
献に記載のように、前段の低圧源に吸込んだ流体を自然
に排出されるように、ダクトを設計していた。これを示
す論文として「高速遠心ポンプインペラ羽根背部から境
界層の吸引の効率に及ぼす影響」第５９頁〜第６１頁、
１９８５年発行（ＢＡンＢＡＫＯＢ、Ｏ，Ｂ、。
用して吸込みを行ったり、多段ポンプの場合には上記文
献に記載のように、前段の低圧源に吸込んだ流体を自然
に排出されるように、ダクトを設計していた。これを示
す論文として「高速遠心ポンプインペラ羽根背部から境
界層の吸引の効率に及ぼす影響」第５９頁〜第６１頁、
１９８５年発行（ＢＡンＢＡＫＯＢ、Ｏ，Ｂ、。
ＣＨＨＥＨＫＯ，Ａ、）Ｏ，：ＯＢＪｌｆＨＨＩ／１１
４０ＴＣＯＣＡ ｎＯｒ”ＰＡＨＩ／Ｉｔ（ＨＯｒＯ
ＣＡＯ只 ＣＴ ｂＩ Ｊｌ ｂ ＨＯＩｌ’ｌ Ｃ
Ｔ ＯＰ ＯＨｂｌＪＩＯｎＡＣＴＭ ＰＡＢＯｔ（
ＥｒＯＫＯＪＩＥＣＡ ＢｂｌＧＯＫＯＯＢＯＰＯＰＴＨＯｒＯＬＩＥＨＴＰＯ
ＢＥＸＨＯｒＯＨＡＣＯＣＡＨＡ Ｅｒ’０ ３ΦΦ
ＥＫＴＩ４ＢＨＯＣ，Ｔｂ。
４０ＴＣＯＣＡ ｎＯｒ”ＰＡＨＩ／Ｉｔ（ＨＯｒＯ
ＣＡＯ只 ＣＴ ｂＩ Ｊｌ ｂ ＨＯＩｌ’ｌ Ｃ
Ｔ ＯＰ ＯＨｂｌＪＩＯｎＡＣＴＭ ＰＡＢＯｔ（
ＥｒＯＫＯＪＩＥＣＡ ＢｂｌＧＯＫＯＯＢＯＰＯＰＴＨＯｒＯＬＩＥＨＴＰＯ
ＢＥＸＨＯｒＯＨＡＣＯＣＡＨＡ Ｅｒ’０ ３ΦΦ
ＥＫＴＩ４ＢＨＯＣ，Ｔｂ。
ＩＺＶ Ｖｙｓｓｈ Ｕｃｈｅｂｎ Ｚａｖｅｄ Ｍａ
ｓｈｉｎｏｓｔｒ、 Ｎｏ、 ６ 。
ｓｈｉｎｏｓｔｒ、 Ｎｏ、 ６ 。
１９８５、ｐρ、５９−６１．）がある。
上記従来技術は他に動力源を必要とせず効果的な吸込み
を行なっているが、前段の低圧源を利用している点につ
いて配慮がなされておらず、吸込んだ流体は前段に排出
され、漏れ損失と同様の性能低下を生じる問題があった
。
を行なっているが、前段の低圧源を利用している点につ
いて配慮がなされておらず、吸込んだ流体は前段に排出
され、漏れ損失と同様の性能低下を生じる問題があった
。
本発明の目的は、吸込み、吹出しに他の動力源を用いず
、しかも吸込みにより漏れ損失同様の性能低下が生じな
いように吹出させるばかりでなく、その吹出しを有効に
利用することにある。
、しかも吸込みにより漏れ損失同様の性能低下が生じな
いように吹出させるばかりでなく、その吹出しを有効に
利用することにある。
上記目的は１羽根車に穴、溝等の吸込み構造を設け、吸
込まれた流体を導びくためのダクトを羽根車内部に設け
、更に羽根車内流路面から吹出させるための穴、溝等の
吹出し構造を設けることにより、達成される。
込まれた流体を導びくためのダクトを羽根車内部に設け
、更に羽根車内流路面から吹出させるための穴、溝等の
吹出し構造を設けることにより、達成される。
羽根車には、穴、溝等からなる吸込み構造及び吹出し構
造が設けられており、その間に設けられたダクトを通し
て流体が吸込み側から吹出し側へと流れる。吸込み側は
吹出し側より羽根車中心軸に近い方に設けてあり、羽根
車の回転のために流体に働く遠心力の作用によって、吹
出し側は吸込み側より圧力が増加する。この圧力増加量
は、羽根車内部流れの圧力増加量及び羽根車とケーシン
グとの間の圧力増加量よりも一般に大きく設計すること
か可能で、他の動力源が無くとも流体は遠心力の作用に
より、吸込み構造から吸込まれダクトを通って吹出し構
造から吹き出される。
造が設けられており、その間に設けられたダクトを通し
て流体が吸込み側から吹出し側へと流れる。吸込み側は
吹出し側より羽根車中心軸に近い方に設けてあり、羽根
車の回転のために流体に働く遠心力の作用によって、吹
出し側は吸込み側より圧力が増加する。この圧力増加量
は、羽根車内部流れの圧力増加量及び羽根車とケーシン
グとの間の圧力増加量よりも一般に大きく設計すること
か可能で、他の動力源が無くとも流体は遠心力の作用に
より、吸込み構造から吸込まれダクトを通って吹出し構
造から吹き出される。
吸込み構造は、特に層流から乱流へ遷移する途中の不安
定領域及び剥離領域に設けられる。前者では不安定な流
れを吸込み主流のエネルギーを供給することによって遷
移を遅らせ、後者では剥がれようとする流体を吸込み圧
力勾配に打ち勝てるエネルギーを主流より供給すること
によって剥離を防ぐ。
定領域及び剥離領域に設けられる。前者では不安定な流
れを吸込み主流のエネルギーを供給することによって遷
移を遅らせ、後者では剥がれようとする流体を吸込み圧
力勾配に打ち勝てるエネルギーを主流より供給すること
によって剥離を防ぐ。
吹出し構造は、特に流路面の剥離領域に設けられ、エネ
ルギーを持った流れを吹出すことにより剥離を防ぐ。
ルギーを持った流れを吹出すことにより剥離を防ぐ。
吹出し構造を吸込み構造と同じ羽根車の内部流路に設け
れば、吸込みによる流量低下は防げ、漏れ損失と同様の
性能低下は生じない。
れば、吸込みによる流量低下は防げ、漏れ損失と同様の
性能低下は生じない。
以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。
第１図において１羽根車ｌはケーシング３内、で回転軸
２の回りに回転可能であるよう収納されており、数枚の
羽根４とその両側の側板５から構成されている。側板５
内部にはチャンバ７が設けられ、表面材６に開けられた
小穴や溝を通して外部に通じている。またチャンバ７か
らはダクト８が吹出し口９ａ、９ｂ、９ｃへと通じてい
る。第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。吹出し口９
ａ。
２の回りに回転可能であるよう収納されており、数枚の
羽根４とその両側の側板５から構成されている。側板５
内部にはチャンバ７が設けられ、表面材６に開けられた
小穴や溝を通して外部に通じている。またチャンバ７か
らはダクト８が吹出し口９ａ、９ｂ、９ｃへと通じてい
る。第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。吹出し口９
ａ。
９ｂ、９ｃはそれぞれのダクト８の最も外周側に設けで
ある。このとき、吸込みのために他の動力源を使用しな
くとも、羽根車の回転により発生する遠心力のため、流
体はチャンバ７からダクト８を通って吹出し口９ａ、９
ｂ、９ｃへ流れ吹出される。
ある。このとき、吸込みのために他の動力源を使用しな
くとも、羽根車の回転により発生する遠心力のため、流
体はチャンバ７からダクト８を通って吹出し口９ａ、９
ｂ、９ｃへ流れ吹出される。
このことを第３図、第４図を用いて説明する。
すなわち、吸込まれた流体のダクト８内での遠心力によ
る圧力増加量が、周囲の流体の圧力増加量よりも大きけ
れば、吹出し口９で圧力差が生じ流体はダクト内を流れ
吹出す、第３図に示すように吸込み口１０を半径位ｆｌ
ｒ ＝ ｒ １とし、ダクト８は吸込み口１０の外周
側（ｒ＞ｒｘ）へと通っている。この時ダクト内におい
て、半径位１ｉｒ＝ｒｚと任意半径位［ｒとの間でベル
ヌーイの定理を適用すると、圧力増加は次のようになる
。
る圧力増加量が、周囲の流体の圧力増加量よりも大きけ
れば、吹出し口９で圧力差が生じ流体はダクト内を流れ
吹出す、第３図に示すように吸込み口１０を半径位ｆｌ
ｒ ＝ ｒ １とし、ダクト８は吸込み口１０の外周
側（ｒ＞ｒｘ）へと通っている。この時ダクト内におい
て、半径位１ｉｒ＝ｒｚと任意半径位［ｒとの間でベル
ヌーイの定理を適用すると、圧力増加は次のようになる
。
ｐｍ −ｐ１４： −１３（１１” （ｒ” −ｒｚ”
） ＝ｌＩ）ここに、ｐ：圧力 ρ：密度 ω：回転角速度 ｄ：ダクト内の状態を示す添字 １：半径位置ｒ ＝ ｒ ｔでの状態を示す添字法に周
囲の流体の圧力増加として、羽根車側板５とケーシング
３との隙間に生じる圧力増加を調べろ、（１）式を導い
たのと同様に、半径位！！ｒ＝ｒ１と任意半径位置ｒと
の間でのベルヌーイの定理を適用すると、圧力増加は次
のようになる。
） ＝ｌＩ）ここに、ｐ：圧力 ρ：密度 ω：回転角速度 ｄ：ダクト内の状態を示す添字 １：半径位置ｒ ＝ ｒ ｔでの状態を示す添字法に周
囲の流体の圧力増加として、羽根車側板５とケーシング
３との隙間に生じる圧力増加を調べろ、（１）式を導い
たのと同様に、半径位！！ｒ＝ｒ１と任意半径位置ｒと
の間でのベルヌーイの定理を適用すると、圧力増加は次
のようになる。
ｐｓ−ｐ１ｓ＝−ρβ２ωＺ（ｒ２ ．１１） ・
・・（２）ここに、β：施回速度係数 Ｓ：羽根車とケーシングとの隙間の状態を示す添字 ｐｌａとｐｌｓが等しいことを考慮して、（１） 、
（２）式より吹出し口での圧力差を求めると次の結果が
得られる。
・・（２）ここに、β：施回速度係数 Ｓ：羽根車とケーシングとの隙間の状態を示す添字 ｐｌａとｐｌｓが等しいことを考慮して、（１） 、
（２）式より吹出し口での圧力差を求めると次の結果が
得られる。
ｐａ−ｐｓ＝ （１−β”）（ｒ” −ｒｚ”）
−（３）一般に、 Ｏくβ〈１ ・・・（４）の関係
が成り立つ０例えば多段ポンプの実験結果によれば、羽
根車背面でβ＝０．２５〜０．３、羽根車前面で２句０
．６ という値をとる。したがって（３） 、 （４
）式より Ｐ ａ ＞ Ｐ ｓ 川
（５）となり、遠心力によって生じる圧力差−（１−β
２）（ｒ ” ｒ ｚ”）に相当する吸込み、吹出し
が行われる。同様に羽根車内流路での圧力増加を調べる
。
−（３）一般に、 Ｏくβ〈１ ・・・（４）の関係
が成り立つ０例えば多段ポンプの実験結果によれば、羽
根車背面でβ＝０．２５〜０．３、羽根車前面で２句０
．６ という値をとる。したがって（３） 、 （４
）式より Ｐ ａ ＞ Ｐ ｓ 川
（５）となり、遠心力によって生じる圧力差−（１−β
２）（ｒ ” ｒ ｚ”）に相当する吸込み、吹出し
が行われる。同様に羽根車内流路での圧力増加を調べる
。
半径位置ｒ ＝ ｒ １と任意半径位置ｒとの間でベル
ヌーイの定理を適用すると、圧力増加は次のようになる
。第４図参照。
ヌーイの定理を適用すると、圧力増加は次のようになる
。第４図参照。
ここに、Ｗ：流れの相対速度
Ｕ：羽根車の周速（第４図）
Ｖ二羽根車内流路の状態を示す添字
二二で
ア□ｖ ＜ Ｗ ｖ ・・
・（７）となるように設計すれば、 ｐｖ ｐｚｖ＜ ｐｗ”（ｒ”−ｒｓ”）
・・・（８）となる。右辺はダクト８内での遠心力によ
る圧力増加量（１）式に等しく１羽根車内流路における
圧力増加量より−ρ（ｗｚｖ” −ｗｖ”）だけ大きい
。しま たがって、この圧力差により吸込み、吹出しが行われる
。以上遠心力により吸込み、吹出しが行えることを示し
た。
・（７）となるように設計すれば、 ｐｖ ｐｚｖ＜ ｐｗ”（ｒ”−ｒｓ”）
・・・（８）となる。右辺はダクト８内での遠心力によ
る圧力増加量（１）式に等しく１羽根車内流路における
圧力増加量より−ρ（ｗｚｖ” −ｗｖ”）だけ大きい
。しま たがって、この圧力差により吸込み、吹出しが行われる
。以上遠心力により吸込み、吹出しが行えることを示し
た。
第１図において、表面材６を通して羽根車側板５の側面
での境界層が吸込まれる。吸込みは、境界層が層流から
乱流への遷移の途中で行うのが効果的である。第５図に
吸込みによる壁面摩擦低減のメカニズムを示す。壁面付
近での減速された流れ、あるいは壁の影響により擾乱１
２等の不安定成分を持つ流れを吸込み、遷移の原因を取
り去ると同時に、主流の流れが壁付近に降りてくるため
に、エネルギーを持つ薄層の新たな層流境界層１１が形
成される。層流は乱流に比べて摩擦抵抗が格段に）Ｊｓ
さいので、吸込みを行うことにより摩擦抵抗は減少する
。
での境界層が吸込まれる。吸込みは、境界層が層流から
乱流への遷移の途中で行うのが効果的である。第５図に
吸込みによる壁面摩擦低減のメカニズムを示す。壁面付
近での減速された流れ、あるいは壁の影響により擾乱１
２等の不安定成分を持つ流れを吸込み、遷移の原因を取
り去ると同時に、主流の流れが壁付近に降りてくるため
に、エネルギーを持つ薄層の新たな層流境界層１１が形
成される。層流は乱流に比べて摩擦抵抗が格段に）Ｊｓ
さいので、吸込みを行うことにより摩擦抵抗は減少する
。
また吹出し口９ａ、９ｂ、９ｃはそれぞれ位置を変えて
あり、それぞれの位置において吹出しによる境界層制御
を行う。吹出しは、第６図に示すように剥離が起こる直
前の不安定な速度分布１３を持つ流れに対して行い、安
定な速度分布１４を得ることにより剥離を防ぐ。第２図
で、吹出し口９ａは羽根外周端に設けてあり、遠心力に
よる吸込み、吹出し効果が最も著しい。吹出し口９ｂは
剥離を発生し易い低圧側の羽根表面に設けである。
あり、それぞれの位置において吹出しによる境界層制御
を行う。吹出しは、第６図に示すように剥離が起こる直
前の不安定な速度分布１３を持つ流れに対して行い、安
定な速度分布１４を得ることにより剥離を防ぐ。第２図
で、吹出し口９ａは羽根外周端に設けてあり、遠心力に
よる吸込み、吹出し効果が最も著しい。吹出し口９ｂは
剥離を発生し易い低圧側の羽根表面に設けである。
吹出し口９ｃは側板表面に設けてあり、この時ダクト８
は羽根内部を通らず側板内部にのみ設けられる。これら
３種類の吹出し口は第１図に示すように組み合わせても
よく、また機械の構造に合わせて境界層制御に効果的な
吹出し口を単独で使用してもよい。
は羽根内部を通らず側板内部にのみ設けられる。これら
３種類の吹出し口は第１図に示すように組み合わせても
よく、また機械の構造に合わせて境界層制御に効果的な
吹出し口を単独で使用してもよい。
第７図は、吸込み構造は第１図と同様であるが。
吹出し構造の異なる実施例を示す。この図では羽根４を
側板５よりも外周側に突出させることにより、側板端面
からの吸込み１５も可能にしている。
側板５よりも外周側に突出させることにより、側板端面
からの吸込み１５も可能にしている。
第８図は第７図のＢ−Ｂ断面図である。また、吸込みに
よる境界層制御だけを行い羽根車内の流路面に吹出さな
いようにするには、ダクト８を側板５の内部に設は外周
の吹出口９ｄより吹出すようにする。
よる境界層制御だけを行い羽根車内の流路面に吹出さな
いようにするには、ダクト８を側板５の内部に設は外周
の吹出口９ｄより吹出すようにする。
第９図は、吸込み構造を羽根車内流路面側に設け、流路
面の境界層を吸込みにより制御しようとするものである
。第１０図は第９図のｃ−Ｃ断面である。吸込み口１０
ａ、１０ｂはそれぞれ羽根表面及び羽根車内側板表面に
設けてあり、吸込みによる境界層制御を行う。
面の境界層を吸込みにより制御しようとするものである
。第１０図は第９図のｃ−Ｃ断面である。吸込み口１０
ａ、１０ｂはそれぞれ羽根表面及び羽根車内側板表面に
設けてあり、吸込みによる境界層制御を行う。
本発明によれば、吸込み、吹出しは遠心力を利用してい
るので、他の動力源を必要とせず境界層制御ができ経済
的である。吸込んだ流体は同一羽根車の流路内に吹出さ
せるため、漏れ損失によるものと同様の性能低下は生じ
ない。また、同一羽根車内で吸込み、吹出しを行えるの
で、単段で使用できる。
るので、他の動力源を必要とせず境界層制御ができ経済
的である。吸込んだ流体は同一羽根車の流路内に吹出さ
せるため、漏れ損失によるものと同様の性能低下は生じ
ない。また、同一羽根車内で吸込み、吹出しを行えるの
で、単段で使用できる。
第１図、第７図、第９図はともに本発明の一実施例を備
えた遠心ポンプの縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線
断面図、第８図は第７図のＢ−Ｂ線断面図、第１０図は
第９図のＣ−Ｃ線断面図、第３図は遠心力による圧力差
の評価を説明するための遠心ポンプの縦断面図、第４図
は羽根車出入口での速度３角図、第５図は境界層吸込み
の説明図、第６図は境界層吹出しの説明図である。
えた遠心ポンプの縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線
断面図、第８図は第７図のＢ−Ｂ線断面図、第１０図は
第９図のＣ−Ｃ線断面図、第３図は遠心力による圧力差
の評価を説明するための遠心ポンプの縦断面図、第４図
は羽根車出入口での速度３角図、第５図は境界層吸込み
の説明図、第６図は境界層吹出しの説明図である。
Claims (1)
- １、ケーシング内に羽根車を回転可能に収納した流体機
械において、前記羽根車に穴、溝等の吸込み構造を設け
、吸込まれた流体を導びくためのダクトを羽根車内部に
設け、更に羽根車内流路面から吹出させるための穴、溝
等の吹出し構造を前記吸込穴、溝等の半径位置より外径
側に設けることを特徴とする境界層制御流体機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP259788A JPH01182600A (ja) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | 境界層制御流体機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP259788A JPH01182600A (ja) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | 境界層制御流体機械 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01182600A true JPH01182600A (ja) | 1989-07-20 |
Family
ID=11533794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP259788A Pending JPH01182600A (ja) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | 境界層制御流体機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01182600A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012026455A (ja) * | 2011-10-03 | 2012-02-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービンホイール |
| JP2016084707A (ja) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | 株式会社Ihi | 過給機及びターボ回転機械 |
| WO2019138497A1 (ja) * | 2018-01-11 | 2019-07-18 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | タービン動翼、ターボチャージャ及びタービン動翼の製造方法 |
-
1988
- 1988-01-11 JP JP259788A patent/JPH01182600A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012026455A (ja) * | 2011-10-03 | 2012-02-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービンホイール |
| JP2016084707A (ja) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | 株式会社Ihi | 過給機及びターボ回転機械 |
| WO2019138497A1 (ja) * | 2018-01-11 | 2019-07-18 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | タービン動翼、ターボチャージャ及びタービン動翼の製造方法 |
| CN111566316A (zh) * | 2018-01-11 | 2020-08-21 | 三菱重工发动机和增压器株式会社 | 涡轮机动叶片、涡轮增压器及涡轮机动叶片的制造方法 |
| EP3719257A4 (en) * | 2018-01-11 | 2020-11-25 | Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. | TURBINE ROTOR BLADE, TURBOCHARGER AND METHOD OF MANUFACTURING A TURBINE ROTOR BLADE |
| JPWO2019138497A1 (ja) * | 2018-01-11 | 2020-12-17 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | タービン動翼、ターボチャージャ及びタービン動翼の製造方法 |
| US11512634B2 (en) | 2018-01-11 | 2022-11-29 | Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. | Turbine rotor blade, turbocharger, and method for producing turbine rotor blade |
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