JPH01182600A - 境界層制御流体機械 - Google Patents

境界層制御流体機械

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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
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impeller
suction
duct
blow
fluid
Prior art date
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Pending
Application number
JP259788A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiro Nagaoka
嘉浩 長岡
Tomoyoshi Okamura
共由 岡村
Takeo Takagi
高木 武夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH01182600A publication Critical patent/JPH01182600A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • 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。

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。
〔従来の技術〕
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、。
CHHEHKO,A、)O,:OBJlfHHI/11
40TCOCA  nOr”PAHI/It(HOrO
CAO只 CT bI Jl b HOIl’l  C
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ErOKOJIECA BblGOKOOBOPOPTHOrOLIEHTPO
BEXHOrOHACOCAHA  Er’0 3ΦΦ
EKTI4BHOC,Tb。
IZV Vyssh Uchebn Zaved Ma
shinostr、 No、 6 。
1985、pρ、59−61.)がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
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
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。
〔課題を解決するための手段〕
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。
〔作用〕
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。
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。
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。
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。
〔実施例〕
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。
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。
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
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。
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。
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
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
〔発明の効果〕
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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP259788A 1988-01-11 1988-01-11 境界層制御流体機械 Pending JPH01182600A (ja)

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JP259788A JPH01182600A (ja) 1988-01-11 1988-01-11 境界層制御流体機械

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Cited By (3)

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