JPS59192899A - 遠心形タ−ボ機械の羽根付デイフユ−ザ - 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】 〔発明の４１ｊ用分野〕 本発明は遠心圧縮慎、遠ノしポンプなどの遠心形ターボ
伝械に係り１＠に遠心圧稲磯においてはイ氏流量押ｊの
作動範囲の拡大、遠心ポンプにおいては半径スラストの
低減に好適な羽根付ティフユーザに関する。

〔発明の背景〕

第１図は従来の産業用遠心形ターボ戦械の濱断面図で、
羽根車１、ディフューザ２と経て（ＡＬ出した流れ３を
ポリュートケーシング４により果合させるとともに、デ
ィフューザ２の出口で流れが持っている運動エネルギの
一都金圧力に震俣する。

ディフューザ２には多数の羽根５を配置してディフュー
ザのづ生能を高めるとともにディフューザ２の径を小さ
くして機械ヲ小形化することが行われている。

ポリュートケー／ング４内の流路６はイ幾イ戒の仕様点
の流量付近で周方向の圧力分布、流速分布が生じないよ
うな周方向の断面積分布を付つように設計きれている。

このため仕様点以外の流量では圧ソバ流速共に周方向に
非一様な分布を持つようになる。この周方向の圧力分布
はティフユーザ２全通して羽根車１にまで及ぶ。このた
め羽根車１には合力として半径方向の力（十住スラスト
）が働くこととなる。水などの液体あるいは高圧、高密
度の気体の外圧を行う場合、半径スラストの値が大とな
るため羽根車上を支える回転軸の任を犬として剛性を強
めるとともＶ（＠受を大形にして半径スラストに１１（
１１′えられるようにする必要がある。

小容量の機械では、このような対末による半径スラスト
の吸収法でも大きな問題は無いが犬谷重の機械では軸径
、軸受寸法が過大となり融断性の低下を伴い、著しい場
合には所安荷重能力を持つ軸受を実現できない場合も予
想される。このような場合は従来、第２図に示すように
ポリュートケーシング４の内側に仕切板７を設はケーソ
ング内の流路を流路８と流路９に分割し流れが羽根車１
の中〕し・１０に関して対称となるようにして、流れ、
圧力が周方向に一様で無い状態でも合力としての半径ス
ラストが発生しないようにする、いわゆるダブルボリュ
ートが用いられている。あるいは第３図に示すようにケ
ーシング４により形成される流路１１をほぼ軸対杯の形
状として吐出口１２を設けた、いわゆるコレクタを用い
てディフューザ２を流出した流れ３がコレクタ流路１１
へ急拡大するようにして流路１１内の圧力が周方向に犬
きく変化しないようにするなどが行われているが、ダブ
ルボリュートを用いると製造コストが太１１］に上昇す
る。またコレクタを用いるとティフユーザを出た流れ３
の持つ運動エネルギの多くの部分が熱エネルギに変化し
てしまうため慎砿の注１化が低下する欠点があった。

ディフューザ出口の流れ、圧力の周方向の分布が非一様
であることは半径スラストの他に特に小流’ｒＡｌ　１
１１１１の安定作動範囲についても悪影暫がある。

すなわちディフューザ２の羽根５の失速限界近くの小電
流でティフユーザの外側の圧力が周方向に大きく分布す
るとティフユーザの全周では無く一部分が、他の部分に
先がけて失速し流れの周方向の不均一性を更に拡大する
。このため、流れの不均一性がティフユーザ内のみで無
く上流側の羽根ＩＩＬにまで及び羽根車の失速を早めて
安定作動範囲が狭まる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は羽根付ディフューザ、ポリュートケーシ
ングをυ市えた遠心圧縮戦あるいは遠心ポンプなどの遠
心形ターボ機械の半径スラストの低減、低流域側の作動
範囲の拡大を生前の構造により経済性、性能を損うこと
なく＊現できる羽根付ディフューザを提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は羽根付ディフューザ人口と出口の中ｆ…の半径
位置で周方向の圧力分布を一様にすることにより少なく
も同半径位置よシ内（ｌｕｌｌの部分のティフユーザ内
のθ１すれを側対ＷＮｖこして羽根車にかかる半径スラ
ストを低減し、また流れが軸対称になるから一部の羽根
のみに負荷が多くかかることを防ぎ、ディフューザの失
速を遅らせ低流量１１１１１の安定運転範囲を拡大でき
るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例ケ第４図、第５図について説明
する。

第１図〜第３図と同じ部分には同じ符号を付して示す。

第４図において、ティフユーザ２０羽根５間すなわち、
ディフューザ２０人口半径ｒｌ　と出口半径ｒ、とのほ
ぼ中間半住位１ｄには開口１３が設けられている。そし
て、管開口１３は第５図に第４図のＸ−Ｘ曲間を示すよ
うにその囲０１３の進路１４を経てバランス室１５に連
通している。バランス室１５は周方向に配置され開口１
３を互いに連通している。尚、開口１３の形状は本夫施
例の場合、スリット状のものを例示したが、他の形状で
も特に支障はない。

本光明は上記構成であるから、ディフューザ２の出口に
おいて圧力の周方向不均一が生じた場合、この圧力の周
方向不均一の影響はこの上流の開口１３０位置にまで及
ぶことになるが、開口１３は通路１４、バランス室１５
を介して互いに連通し周方向の圧力不均一を打ち消す。

さらに詳述すれば、羽根５１−］の流路１６Ａ。

１６Ｂについて検討するに、何らかの要因で流路１６Ａ
の出口１７Ａの圧力が流路１６Ｂの出口１７Ｂの圧力よ
シ置くなったとすると、流路１６Ａを通過する流れ１８
Ａは流路１６Ｂを通過する流れ１８Ｂに比べ流れにくく
なり著しい場合には逆流を生ずる。

２つの羽根５の間の流路１６Ａと１６Ｂを例に、　　　
　　（！：　”：）’（Ｆａ　”Ａ　ｆ　ｂ、　’Ｅ％
　藤４Ｌ　１（７）ｍ　Ｄ　（ＤＲｈ７：Ｉ”Ａ方向に
一掃であるのに何らかの要因で流路１６Ａの出口１７Ａ
の圧力が流路１６Ｂの出口１７Ｂの圧力よシ＾〈なった
としよう。すると流路１６Ａを通過する流れ１８Ａは流
路１６Ｂを通過する流れ１８Ｂに比べ流れに〈〈な）、
はなはだしい場合は逆流する。従って、開口１３Ａの圧
力は開口１３Ｂの圧力よシ高くなる傾向がでてくる。開
口１３Ａと開口１３Ｂとは通路１４、バランス室１５を
介して連通しているから開口１３Ａがら開口１３Ｂに向
う流れが生ずる。このため流路１６Ｂの開口１３Ｂよシ
外側の流れの量は流入する流れ１９Ｂより多くなる。こ
のだめ、流れ１９Ｂは開口１３Ｂより外側では、基土め
られる傾向となるため開０１３Ｂの部分の圧力は開口が
無い場合に比べて高くなる。一方、流路１６Ａにおいて
は流入する流れ１９Ａの一部が開口１３Ａ、通路１４、
バランス室１５を経て流路１６Ｂへ流れるから流れ１９
Ａは、基土められる１頃向が減少するため開口１３Ａの
部分の圧力は開口が無い場合に比べ低くなる。このよう
にして通路１６Ａの出口１７Ａと通路１６Ｂの出口１７
Ｂで生じた圧力差は開口１３Ａ、１３Ｂとこれらを連通
させる通路１４、バランス室１５によシ低減される。開
ＤＩ　３Ａと開口１３Ｂの圧力がほぼ等しいから流れ１
９Ａ。

１９Ｂは共に同程度に塞止められるから、同様のｉｔず
つ流れる。従って、流れ１９Ａ、１９Ｂの圧力と流速は
共に平均化される。

以上は、２つの流路１６Ａ、１６Ｂを用いて説明したが
、同様な現象は、この２つの流路の間に限らずどの羽根
間の流路相互の間にも生ずるからディフューザ２の人口
の流れは常に軸対称に近い流れとなるので、羽根車１に
作用する半径スラストの低減が可能となる。また運転０
１シ量を仕様点から減少させて行き、ディフューザ２の
外周の圧力が周方向に著しく変化し一部の羽根間の流路
、たとえば流路２０の外周近くで逆流２１が生ずるよう
な状態になっても、開口１３より内側の（Ａｆ、れは軸
対称に近い状態に保たれる。従って羽根車１の羽根につ
いても１部の羽俄のみに負荷が大きくかかるようなこと
が無くなるので羽根車の失速の発生が遅くなシ小流殖側
の作動範囲を拡大することができる。またディフューザ
の外側にポリュートケーシング６を設けることができる
からコレクタを用いた場合のような仕様点における性［
ｉヒ低下を防ぐことができる。

第６図は本発明を適用した羽根付ディフューザの他の実
施クリでディフューザ人口付近を示す図である。羽根車
を出た流れは矢印１９のようにディフューザに流入する
。この実施例では流れが羽根５の間の流路とバランス室
の間全行き来するだめの開口が側壁２２に設けられた開
口１３のほかに羽根５の表１１］］２３に設けられた開
口２５もｌ１ｉｉｉえておシ、圧力の周方向のバランス
がより一部□ゎれやすくなっている。通路２６は開口２
５を出入りする流れがバランス室と往き米するだめの通
路である。

第６図の実施？１では開口２５は羽根５の両方の表面に
設けられているが、片側の囲のみでも十分効果が得られ
る場合もある。また羽根表面のＩＭ口２５のみとし、抑
］壁２２上の開口１３を猶いても良い。

第７図は第６図の実施′Ｉ＋ｌＪの効果をさらに尚める
場合の実施例である。一般に羽根付ディ７ユーザの羽イ
Ｉ、！５の１ｄ］の通路の圧力分布は周方向に変化する
。出力分イ１】全圧力が寺しい点を結んた寺圧巌２７で
ボすと半住一定の＃！２８よりも半径方向に近いｊ頃さ
となる。このため、第６図の実施例のようにバランス“
室Ｋｍｆａする通路の開口１３および２５が同一半径位
置にあるとディフューザ内の流れを乱してｌＡＣ体性能
を低下させる場合がある。このため第７図の実施例では
羽根５の圧力面２９側の開口２５ａ１負圧而３０ｉＩｌ
ｌｌＩの開口２５ｂ１デイフユーザ１ｉｌｌｌ壁土の開
口１３が等圧線を横切らないように配置したものである
。寺圧緋の形は機械の運転状態によって異なるが、たと
えば、仕様点ないし仕様点に近い運転状態の寺圧勝を基
準とすれは良い。

第８図はさらに他の実施例で、羽根付ディフューザは内
側の円猿夾列３１と外側の３２円壊翼列とから成る２重
円狽興列により構成されておシブイノユーザからバラン
ス室へ向う開口３３は周方ｌＩ’Ｈこ連杭した形状にな
っている。このような形にｒると、ディフューザが２重
円猿翼列によ多形成されていることと媚１つてビｉ　１
１１１の円環翼列３１内部の流れはより周方向の変化が
少なくなる。

第９図、第１０図はまた史に他の実施圀を示す断面図で
、第９図はバランス室１５を２重に設けた場合で、ティ
フユーザ内匠れの周方向均一化効果を一虐爾めようとす
る場合の例である。第１Ｏ図は構造を量率化するためバ
ランス室１５をディフューザの一方の側にのみ設けた場
合で、このような形でも効果が期待できる。

〔兄明の効果〕

本発明によれば全開の構造を以って、冶心形ターボ戦械
のティフユーザ人口の流れの周方向の一様性を性能の低
下をもたらすことができるので、低流側の作動範囲の拡
大、羽根車に働く半径スラストの低減を、＾い性能、経
通性ヶ保ちつつ実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は便米の迷心形ターボ慎億の羽根性ディ
フューザの縦断面図、第４図は本発明の遠心形ターボ慎
憶の羽根付ディフューザの帳ｎｒ面凶、第５凶は第４図
のＸ−Ｘ矢伏断面区、第６図Ｖユ本元ｔヅ」の他の実施
例の袋部拡大斜視図、第７図は仝兄りＪの他の実施例の
表部拡大図、第８図は本冗明の他の実施例の＃Ｉ）：断
面図、第９図、第１０図は一／＋冗明の他の実施例の断
面図でめる。 ■・・・羽根車、２・・・ディフューザ、５・・・ディ
フューザの羽根、１３川囲口、１５・・・バランス室。 代理人　弁理士　高倫明夫 箭１　（２）　　　　　　第　２　区 第　３（２］　　　　　　　　　　第　４［２］￥Ｊ６
　口 第　５（２］ ２３ ／　　　　２べ 吊　７　図 ２ χ９ η１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、遠ノし・形ターボ機械の羽根付ティ７ユーザについ
   て、前記ディフューザの羽根人口半径と羽根出口半径の
   ほぼ中ＩＥｉ１半径位置の少なくとも二つの羽根間の壁
   に開口を設け、前記羽根間の流路を連通するようにした
   ことを特徴とする遠心形ターボ機械の羽根付ディフュー
   ザ。 ２　前記羽根間の各流路は前記ディフューザの１Ｉ４Ｉ
   Ｉ壁に設けられたバランス至によって連通されているこ
   とを特徴とする請求 記載の遠心形ターボ機械の羽根付ディフューザ。 ３、　前記羽根間の谷流路は前記羽根面に設けた開口に
   よって連通されていることを０徴とする時評請求の範囲
   第１項記載の遠心形ターボ慎械の羽根付ディフューザ。 ４、　　Ｆ３ｔＪ記羽根間の各流路は前記羽根の正圧面
   と負圧面を連通する開口によって連通されていることを
   特徴とする時評請求の範囲第３項記載の遠心形ターボ機
   娠の羽根付ディフューザ。 ５、前記羽根間の谷流路は前記ティフユーザの羽根人口
   半径と羽根出口半径の半径位置で分割した開口によって
   連通されていることを特徴とする％計請求の範囲第１項
   記載の遠心形ターボ截械のディフューザ。