JPS60256501A - 流れの方向が変化する際にタ−ボ機械及び装置中に生ずる水頭損失を減少させる為の方法と構造 - 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】 本発明は流れ方向変化時に水頭損失を減少させる為、す
なわちターボ機械及び装置中において規則的な流れを得
る為の方法と構造に関する。

本発明に従ったプロセス及び、本発明の目的物゛□）　
や構成ｔ６構造。、径方向。混合流あ。い１．軸流の通
風機、ブロワ−ポンプ、またはパイプラインや空Ｗ装置
中において、流動媒体の急激な狭窄の為に流入部やエル
ボ管の流下部近傍の流れ方向が強制的に変えられるよう
な場所に有利に用い得る。

方面の変化即ら方向の不適正な変化は重大な損失を伴う
。問題の詳細と解決されるべき課題を各々明らかにする
為に流れ方向の変化の例、即ち流れの変化の際の流線パ
ターンのいくつかを図示する。

第１図は径方向流ターボ機械の取入口における流れ方向
変化を表わしている。図中には羽根車１と吸引管２及び
羽根車に近付いて相当の方向変化を強制される流動媒体
が示されている。図から明らかなように方向変化は実質
的に２つの点で起る。

１つは機械の取入口、もう１つは羽根車１と吸引管２と
の間の接続部である。図において取入口及び、羽根車１
と吸引管２との間の接続部、すなわち流れ方向が変化す
る場所においてはがれ泡が形成されることがわかるであ
ろう。このはがれ泡が流れの狭窄領域を取り囲む。この
流れの狭窄を引き起こすはがれ迄は水頭損失をもたらす
がこれは２つのメカニズムによる。すなわち一部は流れ
の狭窄部の拡張個所に生ずるボルダ−カルノー（Ｂ　ｏ
ｒｄａ　−Ｇ　ａｒｎｏｔ）特性によるものであり、一
部は偏平流の相当部分がはがれ泡によって占められる場
合に生ずるエネルギー変換効率低下による。

実際上は偏平部の最下部は全くこれには関与せず、他の
部分については条件が企画されたものと相違する時に作
用を及ぼす。同じ現象が第２図では軸流機械について示
されており、ここではがれ泡は同じ場所即ち流入部にお
いて観測される。同じ現象は第３．４．５図の各々に示
された態様中においても観測される。第３図には管の入
口における流動媒体の流れが示され、第４図は急激な狭
窄部を通って流れる流動媒体を表し、第５図には平型デ
ィフューザーが示されている。３つの図のいずれの場合
においてもはがれ泡がよく観測される。

はがれ泡は明らかに水頭損失を増加されるので、いくつ
かの試みがこの損失を減少させる為に行なわれてきた。

流れの方向変化中に生ずる水頭損失を減少させる為の１
つの良く知られた方法は方向変化の起る個所の角縁部を
まるめることによるものである。

こうすれば流れの変化は、有利な形態においては相当の
低圧部のはがれさえ生ずることなくゆるやかに生ずる。

円筒状対称な流れ断面となるように角縁部をまるめるこ
とは４分の１ト一ラス面の形成あるいはこれと類似の面
形状の形成によって達成されるが、特に流路がシート状
部材を用いた構造の場合にはこの方法は最も複雑で高価
な打出し技術が要求される。鋳型物や角縁部をまるく切
削することによって得られる装置要素は高価な工程と過
剰な材料消費が要求される。最も簡単な場愛、例えばシ
ート状金属でできた矩形断面管の場合でさえまるめの結
果かなり複雑なＩＩ４造が得られてしまい、多くの場合
においては同時に円筒状の遷移部が生産技術上の見地か
らみて装置の難所となる。

゛簡単な板状材料加工技術を利用して製造された径方向
流通風機においては、吸引管から羽根車への方向転換個
所の羽根車前面板又は吸引管上、場合によっては双方で
はまるめ部がトロイダル面となることが避けられず、一
方通風機の他の部分は平板又は曲げ部分によってできて
おり、前記まるめ部は打出し技術によらざるを得ない。

この事実は極めて不都合なことと考えられる。何故なら
ばたとえ同じ型の機械であっても異なる寸法のものであ
れば種々の極めて高価な押型が必要となるからである。

これらの押型を用意することは大量の連続生産の場合に
のみ有益であって、少量あるいは個別の型の通風機を製
造する場合には手作業の打出しが行われ特別の有資格者
と相当の人件費が要求される。この解決法では高経費で
あると共に製品の品質が要求と合致するとは限らない。

大きな寸法の装置の場合にはトロイダル面は予備押型成
形された葉状体からこれを半田付けして作られていたが
強度の点からみてこの径方向流羽根車の前面板゛の作り
法は是非とも避けなければならない。

同様の困難は軸流あるいは混合流ターボ機械のハブのノ
ーズコーン（ｎｏｓｅ　−ｃｏｎｅ）部あるいは外気！
　から吸引を行う流体機械的装置のベル状入口において
も考慮に入れなければならない。一般的にいって種々の
流体機械的機械、例えば種々の通風機は極めぞ様々な寸
法と配列のものが生産されるものであり、従って与えら
れた構造要素のまるめ作業はかなり高価となる・。

他の構造要素の場合、例えば鋳造技術によって製造され
た要素、例を挙げれば鋳物製ポンプや羽根車などの場合
にはまるめと曲げの準備に一般的には全製造費のわずか
の部分を占めるものでしかないが、この準備工程には比
較的経費のかかる工程が要求される。

本発明の目的は１つのプロセスを実行すること及びこの
本発明に従ったプロセスを達成するに適した１つの構造
要素を得ることにあり、この目的に従えば水頭損失が極
めて簡単な方法と装置によって減少させられると共に、
そのターボ機械は比較的安価に製作された構造によって
有利な条件のちとで運転されることが可能である。

本発明は、まるめられた角縁部のまわりのボテ″“″流
ゝ関ｔ６ｍ′流体′１加速す８８共ゝ同　１．（時に圧
力が降下するという知見に基礎を置いてい　６る。

流れ方向の変化を生じさせる為にはまるめられた角縁部
からみて遠方における圧力と該角縁部表面における圧力
との間に差異が生じなければならない。この現象が第６
図に表わされており、まるめられた角縁部と差圧Ｐ＋　
−Ｐ２　＞Ｑが示されている。この差圧ははがれ泡の生
成によっても得られる。このケースが第７図に示されて
おり、鋭い角縁部の場合におけるはがれ泡が描かれてい
る。

はがれ泡の縁部、即ち外側の流れと結合する部分上にそ
れ自身と共にはがれ泡の流れを運ぶ１つのせん断層が形
成され、その結果このせん断層の下方の空間に圧力降下
が生じ、その影響下で外側流の流線がはがれ泡を越える
ように屈曲する。せん断層によって運び去られた空気は
付属部品の存在する個所で泡の方へ引き戻されはがれ泡
が流れの変化に、関与するが機械や装置にとって不都合
な個所−で狭窄が生じる為に更に損失が生ずる。

従って本発明は流体流の方向転換の為に必要とされる圧
力降下は方向転換予定位置よりも手前に予め位置決めさ
れ゛Ｃ意図的に生、成・されるはがれ泡・　によって達
成されるべきであるという考え方にその基礎を置いてい
る。同時にはがれ泡を生成する構造要素の寸法ははがれ
泡の外側の流れ予定された方向転換個所を取り囲む固体
壁に再接触するようなものでなければならない。

従って、本発明はターボ機械及び装置中において流れ方
向が変化する際の流れの損失の減少と整流条件の実現の
為のプロセスに関する。

本発明に従ったプロセスは流れを取り囲む固体面に沿っ
て、あるいはその何らかの部分に沿って流れの断面積の
急激な変化によって圧力降下を伴った空洞が作られ、こ
の空洞は流れに対して部分的に１解放されていると共に
その流れを偏向させるものとなっていることによって特
徴付けられる。

更に本発明は特許請求の範囲第１項に記載されたプロセ
スを実現する為の構造において、流れの変化個所に部分
的に開放された１つの圧力降下空洞が形成されており、
この空洞が子午線面内にある直線的又は屈曲した壁によ
って取り囲まれていることによって特徴付けることので
きる前記構造に関する。

本発明の構造の１つの好ましい実施態様は径方向流又は
混合流ターボ機械中に圧力降下を生起させる開放空洞が
羽根車と吸引管との結合部あるいは羽根車それ自身内に
位置するように形成されていることによって特徴付ける
ことができる。

本発明に従った構造の更に１つの好ましい実施例１にお
いては圧力降下空洞が吸引管内にそれと垂直に延びて形
成されるかあるいは吸引管の壁に対して角度を付けて取
り凹むように形成された延在部と吸引管との間の空間に
よって形成される。

本発明の構造はまた管内への流入あるいは急激な断面積
減少部の貫流を促進する為に圧力降下空洞が管の始まり
部又は断面積変化個所に配置された延在部によって形成
されていることによって特徴づけられることができる。

又、更に本発明の構造は延在部が管に適合したう　前面
壁に対して角度を付番すて位置を占めてし゛ることによ
っても特徴付けられることができる。

本発明の構造の更に１つの特徴は軸方向流あるいは単軸
方向流機械の固定子又は回転子の位置に圧力降下空洞が
ハブ上に配置され流れの方向と平行に存在する１つの延
在部によって形成されていることにある。

本発明の構造に従ったもう１つの好ましい実施例におい
ては部分的に開放された圧力降下空洞がハブの千鳥形状
によって形成されている。

本発明に従ったプロセスを実現する構造について実施例
を用いて図面を参照しつつ以下詳細に説明する。

第８図はラジアル通風機について１つの可能な実施例を
表わしており、羽根車１及び吸引管２が示されている。

羽根車３と管２との間には１つの空洞３が形成されてお
り、この中にははがれ泡が形成される。このはがれ泡を
収容する空洞３中に生ずる圧力降下の影響で流れの流体
は内側に向く。

図から明らかに、流線は羽根車１に向かって良好に秩序
化されて連続したものとなっていること、即ち方向変更
後でさえも実質上規貝り的な流れが得　１′１′られ、
同時に方向変更後に流れの損失をもたらす流れのはがれ
が生じないことが判る。

第９図に示された実施例は第８図に示された実施例と基
本的に同じ機能を果しているが、この実施例の場合には
空洞３は吸引管２中にこれと垂直に設けられた１つの延
在部４によって得られている。延在部４と管２とによっ
て囲まれた空間は圧力降下を生成する空洞３を形成する
。図から明らかなように流れの方向転換後は流れの条件
は管２内に流入中において極めて良好に秩序化されてお
り、従って損失が生じない。

第１０図は第９図に従った態様の１つの可能な変形を表
わしており、圧力降下を生成する空洞３は延在部４によ
って形成されており、この延在部は吸引管２の管壁に対
して角度を付けてこれを取り囲んでいる。図中の流線は
実質的に損失の無い流れを表わしている。

第１１図は更に別の実施例を表わしている。流れ方向転
換部は平型、円筒形あるいは円錐形の要素を含んでおり
、これらは大抵の場合安価に簡単な装置によって製作す
ることができる。

第１２図から第１４図は流入損失の減少を目的としての
管の口（マウス）の形成についての例を表わしている。

流れ方向の転換は圧力降下を生成する上述したものと同
様の形状の空洞３によって促進される。寸法については
流入部の流れが管５と前面壁７どの結合部に到達してお
り、管壁において速度方向がほぼ軸方向を向いた状態と
なり流れ損失をもたらす流入媒体の狭窄が管の口部（マ
ウス）中で回避されるように定められるべきである。

第１２図に従った実施例においては延在部４は前面壁７
にこれと垂直に設けられ、一方空洞３は延在部４及び前
面壁７と管５との間の部分によって形成される。流線の
道筋からみて部分的には全く損失が観測されず、また部
分的には方向転換後に管５内において良好に秩序付けら
れた流れとなる。

第１４図は本発明に従った別の１つの実施例であるが′
、ここでは管５は前面壁７に設けられてはおらず、流入
は延在部４によって促進される。

第１５図から第１８図に示された実施例においては、流
体流が断面積の急変に直面した場合、正確にいえば断面
積が急激な減少した場合が表わされている。はがれ泡は
前述したと同様な生起を示し、従ってはがれ泡の形成即
ち最小限の損失での方向転換が本発明の構造の助けによ
って実現される。

第１５図に描かれた実施例では空洞３１．を管５の大き
な断面積を持つ部分と小さな断面積を持つ部との結合部
分に形成される。大きな断面積を持つ管部分の中におい
て、大きな断面積部分の管壁に乗るようにこれと垂直に
延在部４が形成されている。この場合は圧力降下空洞３
は小さな断面積を持つ管部分と延在部４との間の大きな
断面積を持つ管部分の管壁部によって形成される。図か
ら判るように流れは良好に秩序化され方向変化が最小限
の損失をもって行−なわれる。

別の可能な実施例が第１６図に示されている。圧力降下
空洞３は大きな断面積の管部分の管壁め方向即ち流れの
方向に対して垂直な延在部４によって取り囲まれた空間
によって゛形成される。

ナ　更に別の可能な実施例が第１７図及び第１８図に示
されている。また第１９図から第２２図は軸方向流又は
混合流通風機に対して本発明に従ったプロセスと構造を
適用した例、即ちそのようにして構成された軸流及び混
合流通風機が示されている。

第１９図においてはハブ８に垂直即ち流れの方向に平行
な延在部４上方の空間によって空洞３が形成されている
。図から明らかなように流れの方向変化の最中に損失が
生じず、更に別の利点としては第２図における通風機の
場合とは違って全体について刃部材が利用されるという
ことを付言しておく。

更に弛の適用態様が第２０図に示されており、ここでは
延在部４はハブ上に取り付けられているが圧力降下空洞
３は延在部４と刃部材１との間の空間によって形成され
ている。

第２１図に示された実施例においては流れに直面したハ
ブ８は千鳥形状に作られ圧力降下空洞３は図中に指示さ
れた個所に形成される。

本発明の別の１つの実現形が第２２図に描かれている。

　・　１（ 番 本発明の別の１つの長所的特徴は極めて簡単な方向転換
に゛よって種々の構成機械について同一の羽根車ドラム
が使用されるということ、例えば羽根車の上流及び下流
に固定された縮小部を伴った外気吸入を行う機械におい
て部品の事前製造等における分類作業に向けられる労□
力を軽減させることができるということにある。□ 更に別の本発明の長所は特にシート材料構造を用いる場
合におい−・て、製造される装置が工学的に同じ型のも
のなるということにある。すでに述べたようにシート材
料でできたターボ機械は多くの場合簡単なボディーアイ
アニング（ｔｏｊｄｙ−ｉｒｏｎｉｎｇ）によって製作
されたものであり打ち出される部品だけが特別な機械と
道具を各々必要とす゛　る。本発明に従ったプロセスを
適用することによって打ち出しに必要とされる道具等は
不必要、となり、従って、特別な機械を保有していない
小さな工場においても近代的で効率的な装置、例えば通
風機の小量生産が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は系方向流ターボ機械を有する機械への流入状態
を示す。 第２図は軸方向流ターボ機械を有する場合についての同
様の図。 第３図から第５図は断面積の急激な減少、例えば平型デ
ィ７・−ザーを′有するような管内に吸引される場合の
流れを示す。 第６図はまるめられたＲ（アール）に沿った流れを示す
。 第７図にははがれた泡が描かれている。 第８図は本発明の１つの好ましい実施例を示し、圧力降
下を生成する空洞は例えば径方向流ターボ機械を有する
通風機に形成されている。 第９図は第８図に従った解決形の更に１つの態様を表わ
している。 第１０図は径方向流ターボ機械における圧力降下空洞を
示す。 第１１図も径方向流ターボ機械の為の、第１０図に従っ
た態様の更に１つの変形を示す。 第１２図は前面壁中の管に流入が生ずる場合につ　“い
て圧力降下部の形成を示している。 第１３図は第１２図に従った更に１つの変形を表ねして
いる。 第１４図は管への流入を促進する為の圧力降下空洞の配
置として可能なものの１つを表わしている。 第１５図から第１８図までは流れの断面積が急減少する
場合について本発明に従った圧力空洞について別々の解
決形を表わしている。第１９図から第２２図までは軸方
向流即ち混合流機械における圧力降下空洞の形成を表し
ている。 １・・・羽　根　車　２・・・吸　引　管３・・・圧力
降下空洞　４・・・延　在　部５・・・管始まり部　６
・・・断面積変化個所７・・・前面壁 代理人　弁理士　湯浅恭°三 （外４名） ・） 第３２図 第４１口 第５１図 第６１図 ′／ 第１５１図　第１６１図 第１頁の続き ■Ｉｎｔ、ＣＩ、’　識別記号 ＠発明者　ラースロー・プレスレ ル ＾発明者　ヨーゼフΦマルスチャ ル ＠発明者　マーノ叶ンφステイブ ラーンイ ＠発明者　ティポル・スエントマ ールトニー ＠発明者　イムレ・クルゾ ０発　明　者　ニレメール・リトヴア イ 庁内整理番号 ハンガリー国　１０２６　ブダペスト、ギュヨン・ケー
ズ　７ハンガリ一国　１０２５　ブダペスト、アポスト
ル・ウー　２３ハンガリ一国　１２２１　ブダペスト、
ハシラド・ウー　４ハンガリ一国　１１１８　ブダペス
ト、メーネシ・ウド　６８ハンガリ一国　１１１８　ブ
ダペスト、メーネシ・ウド／アー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 □１．　′ターボ機械及び−置中で流れの方向が変る際
   ９流れの損失を減少させ良好に秩序化された□流れの条
   件を達成□する為のプロセスにおいｔ、流れの断面積の
   □急激な変化によって流れに向かって部分的に開放□さ
   れていると共に流れを偏向させるように１つの圧力降下
   空洞が形成されていること・を特徴どする前記プロセス
   □。　゛ に部□分的に開放された１つの圧力降下空洞（’３　’
   ）’°　が形成されており、この空洞が子午線面内にあ
   る一線的゛または屈曲した壁によって取り囲まれている
   ことを特徴とする前記構造。　□ ３、　特許請求の範囲一２項に記載された構造にお、い
   て、径方向流又は混合流ターボ機械中に圧力降下を生起
   さ易る開放空洞（３）が羽根車（１）と吸弓、１管（２
   ）との、結、全部あるいは羽根車（１）、それ自、身内
   に位置するように形成されていることを特徴とする前記
   構造。 、４．　特許請求９１＠、囲第３項に記載された構造に
   おいて、圧力降下空洞（３）＃吸引管（２）内にこれと
   垂直に形成されやかあるいは吸弓！管（２）の壁に対し
   て角序を付けて取り囲むよう腎形成された延在部（４）
   と、吸引管（２）との間の空間に占って形成されている
   ことを特徴と、する前記構造。 ５、　特許請求の範囲第２項に記載された構造において
   、管内への流入あるいは急激な断面積減少部の貫流を促
   進する為に圧力降下空洞（３）が管の始まり部（，５）
   又は断面積変化個所（６）に配置された延在部によって
   形成されていることを特徴とする前記構填。 ６１．特許請求の範囲第５項に記載された構造において
   、延在部（４）が管（５）に適合した前面壁（７）に対
   して角度を付けて位置を占めていることを特徴とする前
   記構造。 ７、　特許請求の範囲第２項に記載された構造において
   、軸方向流又は混合流ターボ機械の固定子又は回転子の
   位置に圧力降下空洞（３）がハブ（８）上に配置され流
   れの方向と平行に存在する１つの延在部（４）によって
   形成されていることを特徴とする前記構造。 ８、　特許請求の範囲第７項に記載された構造において
   、部分的に開放された圧力降下空洞（３）がハブ（８）
   の千鳥形状によって形成されていることを特徴とする前
   記構造。