JPH029994A - 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に関し、
特に、冷却対策に係るものである。

（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、実開昭５
６−７６１８８号公報に開示されているように、中空環
状部を有するハウジング内に羽根車が収納配設され、該
中空環状部内が流体の主流路に形成される一方、上記羽
根車は該主流路に臨む複数枚の羽根がハブの外周面に突
設されて成り、該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上記主流路に吸
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いて、羽根車を高速回転する
と、主流路内の流体温度が高温、例えば、２００℃以上
になる。そこで、第６図に示すように、ハウジング（ａ
）の中空環状部（ｂ）をトーラス部（ｃ）と該トーラス
部（Ｃ）を覆うカバー部（ｄ）とより形成し、該トーラ
ス部（ｃ）とカバ一部（ｄ）との間に冷却路（ｅ）を形
成している。そして、該冷却路（ｅ）に冷却水を流し、
羽根車（ｆ）の羽根（ｇ）の回転により圧縮されて高温
となる流体を冷却水で冷却するようにしている。

（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、冷却路（ｅ）の冷
却水と主流路（ｈ）の流体とがトーラス部（Ｃ）を介し
て熱交換するようにしている。

しかしながら、第７図に示すように、トーラス部（ｃ）
の内周面は滑らかな円弧面に形成されて流体がスムーズ
に螺旋運動するようにしているため、上記トーラス部（
ｃ）の内周面に温度境界層（ｉ）が生じるという問題が
あった。すなわち、上記トーラス部（Ｃ）の内周面にお
いて、流体は層流状態で流れるため、この内周面に沿っ
て温度境界層（１）が生じ、該温度境界層（ｉ）が発達
することにより、冷却水と流体との熱交換効率が低下す
るという問題があった。そして、この熱交換効率の低下
によって羽根車（ｆ）が高温となって膨張し、ハウジン
グ（ａ）に接して回転が阻止されるという危険性があっ
た。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、中空環状
部における内周面の薄い層内で流体に乱流を生起せしめ
て温度境界層を破壊することにより、流体の螺旋運動を
阻害することなく該流体と冷却水との熱交換効率を向上
させ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、本発明が講じた手段は、第
１図に示すように、先ず、流体の吸込口（６１）及び吐
出口（６２）が開設された中空環状部（２３）を有する
ハウジング（２）が形成され、該ハウジング（２）の中
空環状部（２３）内に環状空間で流体の主流路（２４）
が形成されている。そして、該主流路（２４）を包囲し
て上記ハウジング（２）の中空環状部（２３）には冷却
媒体が流れる冷却路（２５）が形成されている。

更に、上記主流路（２４）に臨む複数枚の羽根（３２）
、　　（３２）、・・・がハブ（３１）の外周面に突設
されて成り、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）が設けられている。

加えて、上記中空環状部（２３）の内周面には上記主流
路（２４）に突出して多数の突起（８）。

（８）、・・・が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（３２）に前縁
より流入して後縁より流出し、主流路（２４）内を回転
して再び羽根（３２）に流入することになる。そして、
この流体は上記羽根（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。

一方、冷却路（２５）には冷却水などの冷却媒体が流れ
ており、上記主流路（２４）の流体と熱交換して該流体
を冷却している。

この流体の螺旋運動中において、中空環状部（２３）の
内周面には突起（８）、（８）、・・・が設けられてい
るので、流体の突起（８）、　　（８）。

・・・下流側は乱流となり、この乱流によって上記中空
環状部（２３）の内周面に沿って形成される温度境界層
が破壊されることになる。

（発明の効果） 従って、本発明の渦流形ターボ機械によれば、中空環状
部（２３）の内周面に多数の突起（８）８）、・・・を
形成したために、流体の突起（８）。

８）、・・・下流側に乱流が生起し、この乱流によって
上記中空環状部（２３）の内周面近傍の温度境界層が破
壊されるので、流体と冷却媒体との熱交換効率を向上さ
せることができる。この熱交換効率の向上により羽根車
（３）の温度上昇を防止することができることから、該
羽根車（３）の膨張を防止することができ、ハウジング
（２）との接触を防止して羽根車（３）の回転を確実に
確保することができる。

（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
）が収納配設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）とを一体的
に組合わせて形成されている。更に、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）に半トーラス部（２１ｂ
）、　　（２２ｂ）とカバ一部（２１ｃ）。

（２２ｃ）とが形成されて成り、該両手トーラス部（２
１ｂ）、（２２ｂ）とカバ一部（２１ｃ）。

（２２ｃ）とによって中空環状部（２３）がハウジング
（２）に形成されている。該半トーラス部（２１ｂ）、
　　（２２ｂ）は横断面半円弧状で上記ディスク部（２
１ａ）、　　（２２ｂ）の外周縁に環状に連続形成され
ており、該両ハウジング部材（２１）、　　（２２）の
半トーラス部（２１ｂ）。

（２２ｂ）によって流体の主流路（２４）が円環状空間
で形成されている。また、上記カバ一部（２１ｃ）、　
　（２２ｃ）は横断面略し字状に形成されていて、上記
半トーラス部（２１ｂ）、　　（２２ｂ）の背面側を覆
って上記ディスク部（２１ａ）（２２ａ）の外周縁に環
状に連続形成されている。そして、該カバ一部（２１ｃ
）、　　（２２ｃ）と半トーラス部（２１ｂ）、　　（
２２ｂ）との間が上記主流路（２４）を包囲するように
冷却路（２５）、　　（２５）に形成されており、該冷
却路（２５）に連通して冷却媒体である冷却水の流入管
（２６ａ）と流出管（２６ｂ）とが上記カバ一部（２１
ｃ）、（２２ｃ）に連結され、上記冷却水が冷却路（２
５）を流れるように構成されている。

更に、上記主流路（２４）には、中空環状部（２３）に
おける両手トーラス部（２１ｂ）。

（２２ｂ）の内周面に所定幅のストリッパ部材（５）が
設けられていて、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（５１）が削
設されており、該ストリッパ部材（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（２ｌ　ｂ）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
）がそれぞれ開設されていて、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（３ａ）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（２１ａ）、（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（２
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）が回転するように成っている。また、上記ハ
ブ外周面（３ａ）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、子午面矩形状に形
成されると共に、上記ハブ外周面一（３ａ）より遠心方
向に突出して上記主流路（２４）内に臨むように形成さ
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（３２）の前縁
から後縁に通り抜けると、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（３２）
ａ適時に角運動エネルギが流体に与えられ、該流体が主
流路（２４）内において螺旋方向に移送されつつ圧縮さ
れるように構成されている。また、上記ハブ（３１）と
ディスク部（２１ａ）、（２２ｂ）との間にはラビリン
スシール（３３）が形成されて該ハブ（３１）とディス
ク部（２１ａ）。

（２２ａ）との間がシールされている。

上記中空環状部（２３）における両手トーラス部（２１
ｂ）、　　（２２ｂ）の内周面には、本発明の特徴とす
る多数の突起（８）、（８）、・・・が設けられている
。該突起（８）、　　（８）、・・・は、第３図にも示
すように、はぼピン形状の円錐形に形成されて上記主流
路（２４）に突出しており、この突出量は流体の螺旋運
動を阻害することなく且つ突起（８）下流側に乱流（第
３図矢符Ａ参照）を生起させる大きさに形成され、この
乱流（Ａ）でもって上記半トーラス部（２１ｂ）、　　
（２２ｂ）の内周面の温度境界層を破壊するようにして
いる。

更に、上記各突起（８）、（８）、・・・は、主流路（
２４）の横断面における内周方向に微小間隔を存して並
設されて突起列（８１）を形成しており、該突起列（８
１）が主流路（２４）の軸方向に複数列所定間隔を存し
て形成され、上記吸込口（６１）から吐出口（６２）に
亘って上記多数の突起（８）、（８）、・・・が主流路
（２４）内に形成されている。

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
（３２）前縁より該羽根（３２）に流入し、後縁より流
出することにななり、この羽根（３２）によって流体に
角運動エネルギが与えられ、上記主流路（２４）の外周
部を回転し、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
。

一方、冷却路（２５）には流入管（２６ａ）より冷却水
が流入しており、該冷却水は冷却路（２５）を通り流出
管（２６ｂ）より流出し、この冷却路（２５）内におい
て主流路（２４）の流体と半トーラス部（２１ｂ）、　
　（２２ｂ）を介して熱交換し、ハウジング（２）及び
羽根車（３）の温度上昇を防止している。

この流体の螺旋運動中において、半トーラス部（２１ｂ
）、　　（２２ｂ）の内周面に突起（８）。

（８）、・・・が設けられているので、該半トーラス部
（２１ｂ）、　　（２２ｂ）の内周面近傍では、第３図
矢符Ａに示すように、突起（８）、　　（８）。

・・・の下流側で流体が乱流を生起することになる。

そして、この乱流の生起により主流路（２４）外周部の
薄い層内のみが撹拌され、従来の温度境界層が破壊され
、流体は螺旋運動が阻害されることなく冷却されること
になる。

従って、この乱流（Ａ）によって上記中空環状部（２３
）の内周面近傍の温度境界層が破壊されるので、流体と
冷却水との熱交換効率を向上させることができる。この
熱交換効率の向上により羽根車（３）の温度上昇を防止
することができることから、該羽根車（３）の膨張を防
止することができ、ハウジング（３）との接触を防止し
て羽根車（３）の回転を確実に確保することができる。

第４図及び第５図は羽根車（３）における他の羽根（３
２ａ）、　　（３２ｂ）を示しており、第４図に示す羽
根（３２ａ）は子午面扇状に形成されている。つまり、
ハブ（３１）の外周面（３１ａ）が中心角略９０度の円
弧状に形成され、該外周面（３１ａ）に上記羽根（３２
ａ）が主流路（２４）の略中心軸方向に向って逆用状に
突設されている。

更に、上記主流路（２４）の中心軸上には円環状のガイ
ド部材（４）が設けられており、該ガイド部材（４）は
流体が該ガイド部材（４）の周囲に沿って流れるように
該流体を案内している。また、第５図に示す羽根（３２
ｂ）は子午面矩形状に形成されると共に、駆動軸（７）
の軸方向に突設されている。つまり、主流路（２４ｂ）
及びガイド部材（４ｂ）が駆動軸（７）の直交方向に長
円形に形成される一方、上記ハブ（３１）の外周面（３
ｌ　ｂ）が主流路（２４ｂ）の外周に倣う略２次曲線状
に形成され、該外周面（３１ｂ）の先端部より羽根（３
２ｂ）かガイド部材（４ｂ）に向って突出している。そ
の他、突起（８）などの措成並びに作用・効果は前実施
例と同様である。

尚、本実施例において、突起（８）はピン形状にしたが
、円柱、角柱などの各種の形状であってもよく、また、
突起列（８１）のように規則的に設ける必要はなく、不
規則に設けてもよい。要するに、流体に乱流を生起せし
めて温度境界層が破壊できるようにすればよい。

また、上記主流路（２４）、　　（２４ｂ）の形状、羽
根（３２）、　　（３２ａ）、　　（３２ｂ）の形状な
どは実施例に限られず、ガイド部材（４）、　　（４ｂ
）も必ずしも設ける必要はない。

また、本発明は圧縮ポンプに限られず、真空ポンプ、タ
ービンなどの渦流形ターボ機械に適用できることは勿論
である。

【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
は圧縮ポンプの横断面図、第２図は羽根車を省略して示
す第１図■−■線における断面図、第３図は主流路を示
す拡大横断面図である。第４図及び第５図は他の羽根車
等を示す要部の横断面図である。第６図及び第７図は従
来例を示し、第６図は主流路を示す横断面図、第７図は
同要部の拡大横断面図である。 （１）・・・圧縮ポンプ、（２）・・・ハウジング、（
３）・・・羽根車、（８）・・・突起、（２３）・・・
中空環状部、（２４）、　　（２４ｂ）・・・主流路、
（２５）・・・冷却路、（３２）、（３２ａ）、　　（
３２ｂ）−羽根、（６１）・・・吸込口、（６２）・・
・吐出口、（８１）・・・突起列。 代 理 人

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
   された中空環状部（２３）を有するハウジング（２）と
   、 該ハウジング（２）の中空環状部（２３）内に環状空間
   で形成された流体の主流路（２４）と、 該主流路（２４）を包囲して上記ハウジング（２）の中
   空環状部（２３）に形成され、冷却媒体が流れる冷却路
   （２５）と、 上記主流路（２４）に臨む複数枚の羽根（３２）、（３
   ２）、・・・がハブ（３１）の外周面に突設されて成り
   、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、 上記主流路（２４）に突出して上記中空環状部（２３）
   の内周面に多数形成された突起（８）、（８）、・・・
   とを備えていることを特徴とする渦流形ターボ機械。