JPH0311198A - 遠心形流体機械 - 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〕 本発明は一般的な遠心形流体機械の羽根車及び静止流路
壁の形状に関するもので、特に小容量の遠心形流体機械
の性能向上に関する。

〔従来の技術〕

各板や側板を有する羽根車では、羽根車の回転によって
各板や側板と流体との摩擦のために回転円板摩擦と呼ば
れる損失が発生する。このＦ」転円板摩擦は第５図に示
されるように羽根車１の各板１ａと静止壁２ａの間の空
間や側板１ｂと静止壁２ｂの間の空間で発生し、羽根車
を駆動する側にとっては余分な抵抗、即ち損失となる。

このような円板摩擦損失は例えば回転体のまわりにケー
シングが無く、広い自由空間で回転した場合の損失はケ
ーシングで囲まれた空間で回転する場合の約２般になる
ことが知られている。広い空間で円板が回転する場合、
第６図に示されるように回転円板付近の流体は摩擦力に
よって円板９にひきずられて回転するために遠心力が作
用して半径方向に流出し、代わりに新しい流体が軸方向
に円板に接近する。この状態では円板摩擦によって角運
動量を与えられた流体は半径方向へ流出し、角運動量を
持たない流体が円板表面へ流入することになるため、結
果として半径方向へ流出した角運動量は。

円板を駆動する側にとっては、その量が円板摩擦による
抵抗となる。これに対し、第７図に示されるようにケー
シング２の中で円板９が回転する場合１円板によって角
運動量を与えられた流体は、遠心力の作用により”ｒ径
方向へ流出して外壁面に達し軸心へ向う内向き流れとな
る。このとき静止壁面との摩擦のために角運動量は減少
するが、それでも再び回転円板に接近するときには、そ
の流れは回転方向と同じ方向の周方向速度を持っている
。このように円板表面へ流入する流れが周方向成分を持
っている場合、流体と円板との相対速度が小さくなるた
めにｊｆｌ擦は小さく、駆動に必要な動力は小さくなる
。

以上のように円板摩擦損失即ち抵抗は自山空間中で回転
する場合にくらへてケーシング内で回転する場合の方が
小さく、またケーシング内であっても１例えば回転円板
９と静止壁のすきまＳや。

円板表面の表面粗さによって損失は変化し、すきまＳに
ついては円板半径ＲとすきまＳの比Ｓ／Ｒによって摩擦
損失の最も小さい値が存在する。円板摩擦による動力損
失は半径の５乗に比例するので、特に半径の大きい部分
の摩擦損失が大きい。

第５図は従来形の遠心形流体機械断面形状であるが、前
記公知例には、静止壁２ａに複数個の同心円状のフェン
スを設けて回転面（円板）と側壁２ａの間の空間を半径
方向に分割し角運動量を与えられた流体を各々の空間の
中で効果的に循環させ、摩擦損失の低減を狙ったアイデ
アが示されている。

なお、この種のものとして関連するものには、例えばラ
フネス　エフェクト　フリクショナルレジスタンス　オ
ブ　インクローズド　ロティティング　ディスク（ジャ
ーナル　オブ　ベーシイク　エンジニアリング　トラン
ス　アスメ、　＋９６０゜ｐ　５５３〜ｐ　５６０）　
　（Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎＦｒｉｃ
ｔｉｃｏｎａｌ　Ｒｅ５ｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　Ｅｎｃ
ｌｏｓｅｓ　ＲａｔａｔｉｎｇＤｉｓｋｓｒＪｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　Ｂａ５ｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔ
ｒａｎｓＡＳＭＥ　　１９６０ｐ５５３〜Ｐ５６０）が
挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術はすきま比Ｓ／Ｒや表面粗さについてはあ
る程度考慮されているが、その他の面では円板摩擦低減
のための配慮は特になされていない。また公知例のアイ
デアでは回転面（羽根車各板と側Ｆｉ）と静止壁面の間
の空間を、静止壁面に設けた同心円状のフェンスで半径
方向に分割しているが、この方法ではフェンス端部を回
転壁面に近づける必要があるが、あまり近づけると接触
する可能性があり、逆に離すとフェンスを設ける意味が
なくなる。これは円板１！！擦によって流体に与えられ
る角運動量、即ち周方向速度の分布は第８図、第９図に
示すように回転壁面近傍が極めて大きい。従ってこの部
分の角運動量を効果的に循環させて円板摩擦の低減をは
かるためには公知例のフェンスでは不充分である。

本発明の目的はこの回転壁面近傍の周方向速度の大きい
流体をより効果的に半径方向に区切られた各空間の中で
循環させ、円板摩擦損失を低減させる遠心形流体機械を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、回転円板、即ち羽根車の心
根や側板に軸方向の段差を設け、その段差と静止壁に設
けられた同心円状のフェンスが軸方向に重なるようにし
て回転面と静止壁面の間の空間を半径方向に分割し、さ
らに半径方向に分割された各々の空間において、その空
間の位置する半径に応じて空間の軸方向長さを変えたも
のである。

〔作用〕

回転面に同心円状の軸方向段差を設け、その段差に合せ
て同心円状のフェンスを静止壁面に設けることによって
５回転面近傍の最も角運動量の大きい流体を各々の空間
内で効果的に回収し、さら各空間の半径に応じてその空
間の軸方向長さを変えることによって、その空間内で流
体に与えられた角運動量をより効果的に循環させること
ができるので円板摩擦に相当する駆動トルクを小さくす
ることができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図により説明する。

第１図は遠心形流体機械の断面形状を示す。遠心形流体
機械は羽根車設置回転軸４．デイフユーザ１２．ラビリ
ンス５．ケーシング１３．吸込管設置より構成されてい
る。主流６は吸込管より流入し、羽根車−１，デイフユ
ーザ１２を通過して吐出部へ導かれる。この例では羽根
車１の各板１ａの半径方向２ケ所に軸方向段差が設けら
れており、その軸方向段差と軸方向に重なるように同心
円状のフェンス３が静止壁２ａに固定されている。これ
らのフェンスによって各板側の円板摩擦の発生する空間
は半径方向に３つに分割され、各々の空間における各板
１ａと静止ｕ２ａの軸方向距離はＳＩＴ　５２．Ｓｓと
各々異なる。円板摩擦の発生する空間を図のように構成
することによって、回転円板１ａによって与えられた角
運動量を保持した流体が、そのエネルギーを静止壁面と
の摩擦などで失う前に循環させ、再び回転円板１ａの表
面へ流入させることができる。回転円板の表面に流入す
る流体の周方向速度成分が大きいほど、円板と流体の相
対速度が小さくなるので、摩擦抵抗は小さくなる 第２図は第１図と同様の構造を各板側１ａだけでなく、
側板側１ｂとそれに対応する静止壁面２ｂの間の空間に
も適用した実施例である。一般に側板側では羽根車１出
口から入口へ向う内向きの漏れ流れ８が存在するために
、この空間で流体に与えられた角運動量は、それを有す
る流体が漏れ流れによって内側へ運ばれるために、内向
きの漏れ流れのない場合、又は外向きの漏れ流れのある
場合にくらべて摩擦抵抗は小さくなる。しかし図に示す
ようにこの側板側にも各板側と同様の構造にすれば、各
空間内で最も効果的な循環流７が得られ、摩擦抵抗はさ
らに小さくなる。

第３図は半径方向に分割した各空間内の循環流れ７がよ
りスムーズに流れるようにフェンス３と静止壁２ａ、２
ｂの角部を円弧形状にしたものである。

第４図は羽根車の各板や側板の円板摩擦を生じる面に設
けた軸方向段差の部分に、段差とは逆方向にわずかな突
起１ｃを設け、各空間の回転面の最外径から流出する流
体、即ち最も大きい角運動量を保持している流体をスム
ーズに循環させようとするものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば羽根車の各板側及び側板側の円板まさつ
損失を低減できるので流体機械の駆動動力を小さくし、
高い機械効率を得ることができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の遠心形流体機械の断面図、
第２図、第３図、第４図は第１図本発明の実施例をを示
す遠心形流体機械の断面図、第５図は従来の遠心流体機
械の断面図、第６図、第７図は一般的な円板摩擦の原理
を示す概略図、第８図、第９図はケーシング内で回転す
る循環流の一般的な速度分布である。 １・・・羽根車、ｌａ・・・羽根車右板、ｌｂ・・・羽
根車側板、１ｃ・・・羽根車右板、側板の同心円状の突
起、２・・・静止壁、２ａ・・・各板側の静止壁、２ｂ
　　・側板側の静止壁、３・・・同心円状のフェンス、
４・・・回転軸、５・・・ラビンリンス、６・・・主流
の方向、７・・・循環流れ、８・・・漏れ流れ、９・・
・回転円板、１０・・・流線、設置・・吸込管、１２・
・・デイフユーザ、１３・吐出ケーシング。 第　２　図 葛 ４ 図 葛 図 ￥ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、羽根車の心板又は側板が軸方向に対向する静止壁面
   を有する遠心形流体機械において、心板と側板の少なく
   とも一方の板面の上記静止壁と対向する面、即ち回転壁
   面に、半径方向に１ケ所以上の同心円状の軸方向段差を
   設け、さらにその段差の部分と軸方向に重なるように同
   心円状のフエンスを静止壁に設置したことを特徴とする
   遠心形流体機械。