JPH0299796A - 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
、実開昭５６−７６１８８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課題） 上述した渦流形ターボ機械において、従来、吸込口と吐
出口との間には仕切部材が主流路に設けられて該主流路
を低圧側と高圧側とに区画する一方、該仕切部材の側面
に近接して上記吸込口と吐出口とが開口し、流体を主流
路に流出入させていた。

しかしながら、上記仕切部材には羽根が通る案内路が形
成され、しかも、羽根前縁及び後縁が対面する案内路側
面は平坦面に形成されているため、この案内路側面と羽
根との間隙より流体が高圧側から低圧側に洩れ、圧縮効
率が低下する一要因となっていた。しかも、洩れた流体
によって主流路における流体の流れが乱れ、更に圧縮効
率が悪くなるという問題があった。また、この平坦側面
の案内路によって、所定のシール効果を得ようとすると
、仕切部材の長さが長くなり、流体を圧縮する主流路の
有効長さが短くなり、流体の洩れは低下するものの圧縮
効率は向上しないという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、案内路側
面にラビリンスシールを形成することにより、主流路の
有効長さを充分保持しつつ流体の洩れを防止し、圧縮効
率の向上を図ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、請求項（１）に係る発明が
講じた手段は、第１図〜第３図に示すように、先ず、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（２
３）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）内には上記主流路（２４）に臨む
複数枚の羽根（３２）、（３２）、・・・が形成されて
いて、上記吸込口（６１）より主流路（２４）に流入し
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
収納されてなる渦流形ターボ機械を対象としている。そ
して、上記中空環状部（２３）内における吸込口（６１
）と吐出口（６２）との間には主流路（２４）を低圧側
と高圧側とに区画する仕切部材（５）が設けられ、該仕
切部材（５）には上記羽根車（３）の羽根（３２）、　
　（３２）。

・・・が通る溝状の案内路（５１）が形成されている。

加えて、該仕切部材（５）の案内路（５１）側面にはラ
ビリンスシール（８）が形成された構成としている。

また、請求項（ａ及び（３）に係る発明は、請求項（１
）の発明において、ラビリンスシール（８）は、羽根（
３２）の前縁（３２ａ）が対面する側の案内路（５１）
側面のみ、或いは、羽根（３２）の前縁（３２ａ）及び
後縁（３２ｂ）が対面する側の案内路（５１）の両側面
に形成された構成としている。

（作用） 上記構成により、請求項（１）〜（３）に係る発明では
、羽根車（３）を回転すると、流体は吸込口（６１ｄ）
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
縮されて主流路（２４）の外周部より吐出口（６２ｄ）
を介してハウジング（２）外に吐出される。

そして、上記主流路（２４）内において、吸込口（６１
）側の低圧流体と吐出口（６２）側の高圧流体とは仕切
部材（５）で区画されており、更に、該仕切部材（５）
の案内路（５１）において、羽根（３２）との間隙より
高圧側から低圧側に漏れようとする流体はラビリンスシ
ール（８）によって膨張・収縮を繰り返して阻止され、
流体の漏れが防止されている。

（発明の効果） 従って、請求項（１）〜（３）に係る渦流形ターボ機械
によれば、仕切部材（５）の案内路側面（５１ａ）（５
ｌ　ｂ）にラビリンスシール（８）を形成したために、
高圧側から低圧側に漏れようとする流体をラビリンスシ
ール（８）によりて確実に阻止することができるので、
確実なシールを行うことができ、圧縮効率の向上を図る
ことができる。また、流体の漏れを防止することができ
ることから、この漏れによる主流路（２４）内の流体の
圧力変動を防止することができ、流体がスムーズに渦流
を形成することになり、より圧縮効率の向上を図ること
ができる。

更に、上記十分なシール効果を得ることができるので、
上記仕切部材（５）の長さを短くすることができ、主流
路（２４）の有効長さを長くすることができることから
、より一層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）とを一体向に組
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）、　　（２２
ｂ）とより成り、該両手トラス部（２１ｂ）、　　（２
２ｂ）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。

上記主流路（２４）には、中空環状部（２３）の内周面
に固若された所定幅の仕切部材（５）が設けられ、該仕
切部材（５）の−側方（第２図において右側）における
第１ハウジング部材（２１）の半トーラス部（２ｌ　ｂ
）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（２１
ａ）、（２２ａ）が近接して覆われており、該ハブ（３
１）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）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（２
４）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
に臨んでいる。更に、該羽根（３２）は、上記ハブ（３
１）の両端面に亘って形成され、流体が羽根前縁（３２
ａ）から後縁（３２ｂ）に通り抜けると、上記ハブ（３
１）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（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仕切部材（５）について
説明する。

該仕切部材（５）は、内周部に上記羽根車（３）の羽根
（３２）が通る案内路（５１）が削設されており、上記
主流路（２４）を吸込路（６１）側の低圧側と、吐出路
（６２）側の高圧側とに区画し、該吸込路（６１）より
流入した流体と吐出路（６２）より吐出される流体とが
合流しないように構成されている。

更に、上記案内路（５１）は第３図に示すように、上記
羽根（３２）の前縁（３２ａ）及び後縁（３２ｂ）が近
接対面する側の両側面（５１ａ）。

（５ｌ　ｂ）と羽根（３２）の先端が近接対面する側の
上面（５１ｃ）とより正面視溝状に形成されている。該
案内路（５１）において、羽根前縁（３２ａ）側の側面
（５１ａ）にラビリンスシール（８）が形成されており
、該ラビリンスシール（８）は、断面略台形状の膨張室
（８１）が羽根車（３）の遠心方向に羽根（３２）の根
元から先端に亘るように、形成されると共に、複数個の
該膨張室（８１）、（８１）、・・・が羽根（３２）の
回転方向に等間隔に並設されて構成されている。

そして、上記各膨張室（８１）、（８１）、・・・の間
が絞り片（８２）、（８２）、・・・に成っており、上
記ラビリンスシール（８）によって羽根前縁（３２ａ）
と案内路側面（５１ａ）との間をシールして流体の漏れ
を防止するように構成されている。

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（３
２ｂ）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、流体は回転して
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。

一方、上記羽根車（３）の羽根（３２）は主流路（２４
）の他、仕切部材（５）の案内路（５１）を通って回転
しており、該主流路（２４）内は吸込口（６１）側が低
圧に、吐出口（６２）側が高圧になり、この低圧流体と
高圧流体とが仕切部材（５）で区画されている。そして
、上記案内路（５１）内において、両側面（５１ａ）、
　　（５１ｂ）及び上面（５１ｃ）と羽根（３２）との
間隙より吐出口（６２）側の高圧流体が低圧側（吸込口
（６１）側）に漏れようとするが、特に、羽根（３２）
に流入する羽根前縁（３２ａ）と該前縁（３２ａ）側の
側面（５１ａ）との間隙より漏れようとするが、ラビリ
ンスシール（８）によって該漏れが防止されている。つ
まり、高圧側から低圧側に漏れようとする流体は絞り片
（８２）と羽根（３２）との間の収縮と、膨張室（８１
）への膨張とを繰り返すことになり、縮流効果等によっ
て漏れが防止される。

第６図はラビリンスシール（８）を設けた場合における
排気速度（１１／ｌｌ１ｉｎ）に対する圧縮比の特性を
、第７図は背圧Ｐ　（、。、ρに対する締切点の圧力係
数ψｍの特性をそれぞれ従来例と比較して示している。

この第６図においては背圧が７６０−ｒ　ｏ　、、（１
）場合で、Ａ１に示すようにラビリンスシール（８）を
形成すると、Ａ２に示すようにラビリンスシール（８）
を形成しない従来例に比して圧縮比を著しく向上させる
ことができる。また、第７図においても、Ｂ１に示すよ
うにラビリンスシール（８）を設けると、Ｂ２に示すよ
うにラビリンスシール（８）を設けない従来例に比して
圧力係数ψｌを向上させることができる。

従って、仕切部材（５）の案内路側面（５１ａ）にラビ
リンスシール（８）を形成したために、高圧側から低圧
側に漏れようとする流体をラビリンスシール（８）によ
って確実に阻止することができるので、確実なシールを
行うことができ、圧縮効率の向上を図ることができる。

また、流体の漏れを防止することができることから、こ
の漏れによる主流路（２４）内の流体の圧力変動を防止
することができ、流体がスムーズに渦流を形成すること
になり、より圧縮効率の向上を図ることができる。

更に、上記十分なシール効果を得ることができるので、
上記仕切部材（５）の長さを短くすることができ、主流
路（２４）の有効長さを長くすることができることから
、より一層圧縮効率の向上を図ることができる。

第４図及び第５図は、ラビリンスシール（８）の他の実
施例を示しており、何れも矩形状の膨張室（８１ａ）、
（８１ｂ）と絞り片（８２ａ）。

（８２ｂ）とを相互に形成するようにしたもので、第４
図に示す膨張室（８１ａ）、絞り片＜８２ａ）は第５図
に示す膨張室（８１ｂ）、絞り片（８２ｂ）より広幅に
形成されている。そして、何れのラビリンスシール（８
）、　　（８）も羽根（３２）との間の流体漏れを防止
するようにしており、その他の構成・作用並びに効果は
前実施例と同様である。

尚、上記実施例において、ラビリンスシール（８）は羽
根前縁（３２ａ）が近接対面する側の案内路（５１）の
−側面（５１ａ）のみに形成したが、前縁（３２ａ）及
び後縁（３２ｂ）が近接対面する側の案内路（５１）の
両側面（５１ａ）。

（５１ｂ）に形成してもよく、これによって羽根後縁（
３２ｂ）側の間隙をも確実にシールすることができる。

また、羽根後縁（３２ｂ）と案内路側面（５１ｂ）との
間隙は羽根前縁（３２ａ）と案内路側面（５１ａ）との
間隙よりやや大きく形成してもよい。

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

また、主流路（２４）内には流体を案内する環状ガイド
部材を主流路（２４）のほぼ中心軸上に設けてもよい。

【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、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図は第２図■−■線における断面図であ
る。第４図及び第５図はそれぞれラビリンスシールの他
の実施例を示す拡大断面図である。第６図は排気速度に
対する圧縮比の特性図、第７図は背圧に対する締切点の
圧力係数の特性図である。 （１）・・・圧縮ポンプ、（２）・・・ハウジング、（
３）・・・羽根車、’−１）・・・ラビリンスシール、
（２３）・・・中央環状部、（２４）・・・主流路、（
３２）・・・羽根、（３２ａ）・・・前縁、（３２ｂ）
・・・後縁、（５１）・・・案内路、（５１ａ）、（５
１ｂ）・・・側面、（６１）・・・吸込口、（６２）・
・・吐出口、（８１）、（８１ａ）、（８１ｂ）−膨張
室、（８２）、　　（８２ａ）、　　（８２ｂ）−・・
絞り片。 特　許　出　願　人　ダイキン工業株式会社１°”代　
　理　　人　　弁理士　前　１）　　弘ほか２名 第Ｓ図

Claims (2)

【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）内に収納されると共に、上記主流路
   （２４）に臨む複数枚の羽根（３２）、（３２）、・・
   ・が形成されていて、上記吸込口（６１）より主流路（
   ２４）に流入し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って、上
   記中空環状部（２３）内における吸込口（６１）と吐出
   口（６２）との間には主流路（２４）を低圧側と高圧側
   とに区画する仕切部材（５）が設けられ、該仕切部材（
   ５）には上記羽根車（３）の羽根（３２）、（３２）、
   ・・・が通る溝状の案内路（５１）が形成され、 該仕切部材（５）の案内路（５１）側面にはラビリンス
   シール（８）が形成されていることを特徴とする渦流形
   ターボ機械。
2. （２）ラビリンスシール（８）は、羽根（３２）の前縁
   （３２ａ）が対面する側の案内路（５１）側面に形成さ
   れていることを特徴とする請求項（１）記載の渦流形タ
   ーボ機械。（３）ラビリンスシール（８）は、羽根（３
   ２）の前縁（３２ａ）及び後縁（３２ｂ）が対面する側
   の案内路（５１）の両側面に形成されていることを特徴
   とする請求項（１）記載の渦流形ターボ機械。