JPS61258998A - 遠心型多段流体機械 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は圧縮機またはポンプのような遠心型の多段流体
機械に関するものである。

〔発明の背景〕

従来の遠心型多段流体機械を第５図について説明する。

図において、遠心羽根率１は主軸２に結合されこの主軸
と共に回転して吸込流路３よりの流体を昇圧し半径方向
外向きに吐出する。この羽根車１に後置されるディフュ
ーザ４は羽根車１か４からの半径方向外向きの流れを半
径方向内向きに案内する。この曲がり流路５よりの半径
方向内向き流れは戻り流路６によって次段の羽根車１′
に導びかれるように構成されている。

ディフューザ４の流路は第６図（ａ）に示すように、遠
心羽根率１の側板１ａ側の側壁４ａ、石板ｌｂ側の側壁
４ｂ、そして、ディフューザ羽根４ｃによって構成され
る。比較的高圧大容量の遠心型多段流体機械ではディフ
ューザ４の側壁４ａ、４ｂが主軸２に対しほぼ垂直な面
内にあるように配置され、羽根車１から流出する高速の
半径方向外向きの流れを、そのまま半径方向に流出させ
る所謂ラジアルディフューザが一般に採用されており、
ディフューザ羽根４Ｃは第６図（ｂ）に示すように、デ
ィフューザ流路を形成する側壁４ａから側壁４ｂまで同
一形状になっている。ディフューザ下流の半径方向流れ
を案内する曲がり流路５は第６図（ａ）に示すように曲
率の大きな流路にすることが理想的である。しかし、遠
心型多段流体機械を半径方向及び軸方向に極力小形化す
るためには不利であシ、通常は第５図に示すように曲率
をほとんど持たない角形の曲がり流路が形成される。

第５図のようなディフューザ４及び曲がり流路５は流体
機械の小形化、経済性の面から優れているが、一方では
ディフューザ４の出口にすぐ近接して急激な曲がりを持
つ流路５が配置されるため、第７図に示すように曲がり
流路５人口での半径方向上向き流れｖｌは軸方向の流れ
Ｖ！に方向を変える際の運動付変化により矢印Ｆ方向に
力が作用する。このため、ディフューザ４の側壁４ａ側
の点Ｘの圧力は側壁４ｂ側の点Ｙの圧力より高くなる。

このため、ディフューザ出口近傍の流れた破線矢印ｖ、
／で示すように半径方向より側壁４ｂの方向に傾いて流
動するようになる。この結果、側壁４ａに沿う面の境界
層は著しく発達し、一方、側壁４ｂに沿う面は主流が接
近するため、境界層の発達が小さくなる。このような流
れの様相を確認する九め、発明者等は試験用ポンプのデ
ィフューザ面に油膜を塗布し、流跡の観察を実施した。

第８図中）に示す側壁４ｂに沿う面の流れは流線にほぼ
沿って流動しているのに対し、第８図（ａ）に示す側壁
４ａに沿う面の流れは羽根凹面側より隣りの羽根凸面に
向かう強い二次流れが生起しており、側壁４ａに沿う境
界層の発達は側壁４ｂに比べ著しく大きい。このような
傾向は取扱う流量を設計点より減少させる程著しくなり
、側壁４ａ側で流れが剥離するようになる。これは例え
ば、ポンプにおいて低流量域で生ずる揚程曲線の不安定
特性１凹み”の原因となることが明らかになつ九。

このような不安定特性の発生を防ぐにはディフューザ外
径を大きくとり、ディフューザ流路の拡大角を小さく抑
えればよいわけであるが、機械の大形化及びディフュー
ザ流路長の拡大によって摩擦損失が増加し機械の効率低
下を惹き起す等の問題が生ずる。

なお、この種の機械に関連する構造を示しｔものには１
例えば、「火力原子力発電」昭和５０年７月号、第８０
７頁のバレル形多段給水ポンプがあり、関連する技術を
示したものには例えば、特公昭４　ｉ　−２００２９号
、特公昭５９−１２８８０号がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的はディフューザ流路の側壁に沿う境界層の
発達を抑制し小形で効率が高く、かつ特性の安定な遠心
型多段流体機械を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は主軸と、主軸と共に回転する遠心羽根率と、遠
心羽根率の外周に後置された羽根機構を備え九ディフュ
ーザと、ディフューザかう流出する半径方向外向き流れ
を半径方向内向き流れに案内する曲がシ流路と、曲がり
流路よシ流出する半径方向内向き流れを次段の遠心羽根
率に導びく戻り流路とを備えた遠心型多段流体機械にお
いて、ディフューザの隣接する羽根が重なり合って構成
する拡大羽根間流路は遠心羽根率の側板側を拡大が小さ
く、石板側に向かって大きくなるようにディフューザの
羽根形状が定められたこと１＆：％徴とするもので、デ
ィフューザの拡大羽根間流路の側壁における境界層の発
達の不均衡を是正し、ディフューザ流路内の流れの剥離
を抑制するようにして上記目的を達成するようにしたも
のである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第４図について説明す
る。

第１図は本発明の遠心型流体機械のディフューザ部にお
ける要部断面図であり、第２図（ａ）は第１図のＩ−Ｘ
線に沿う断面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＩ−１
矢視図である。ｆＪｇ１図は第５図に対応するもので、
第５図で説明した個所には同−符妥を付して説明を省略
する。

本発明が前記従来の遠心型流体機械と相違する個所はデ
ィフューザ４の羽根の形状にある。すなわち、第２図（
ａ）にその断面図を示すように、隣接する羽根４Ｃが重
なり合って構成する拡大羽根間流路４ｓは羽根４０＆（
羽根車１の側板側１ａ）側で羽根間の拡大が小さく、羽
根４ｃｂ（羽根車１の石板側ｉｂ）側で羽根間の拡大が
大きくなるように形状を定めている。

拡大羽根間流路４畳の入口点Ｍにおける流路幅ｄ１は羽
根４ｃ、、及び羽根４Ｄｂ側共に等しく、出口に向かっ
て異なっている。すなわち、羽根４ｅａ側の出口点はＮ
、・で、流路幅けｄ：、であり、また。

羽根４ａｂ側の出口点はＮｂで流路幅はｄ２ｂである。

したがって、流路長さはそれぞれＬ−、Ａｈになり１羽
根間流路の拡大角θ、、θｂはそれぞれ次式のようにな
る。

図よりみて、ｄ２ｂ）ｄ□、ム＜１．であるからθ。

（側板側）〈θｈ　（石板側）になる。

本発明は上記のように構成されておシ、次にその作用に
ついて説明する。

ディフューザの隣接する羽根が重なり合って構成する拡
大羽根間流体４畳部において、側壁４ａ側では羽根間の
拡大角θ、が小さく、側壁４ｂ側では羽根間の拡大角θ
ｂが大きくなるように定められており、側壁４ａ近くを
流れる主流の減速に伴う圧力上昇は減少するから、側壁
４ａに沿って発達する境界層を抑制する。し九がって、
境界層の二次流れに伴う損失を低減でき、ま九、低流量
域で生ずる側壁４ａでの流れの剥離を防止、ないしは軽
減することができる。

一方、側壁４ｂ近くを流れる主流の減速に伴う圧力上昇
は従来より大となるが、前記のように曲がり流路５の影
響によって側壁４ｂｌＣｒｆｉ主流が接近し、側壁４ｂ
近傍の境界層は元々非常に薄いので問題はない。むしろ
、側壁４ｂ側については境界層の発達に対して余裕のあ
る分、拡大角θｂｆ：大きくとることによシディフユー
ザの減速を大きくと□れるので、流れの摩擦損失を軽減
できる。

本実施例では隣接する羽根４ｃが重なり合って構成する
拡大羽根間流路４．までの羽根入口形状は軸方向に、す
なわち、側壁４ａより側壁４ｂに同一形状に定めており
、羽根凹面が隣接する羽根と重なり合う位置より出口ま
でで拡大羽根間流路４４）を構成している。

したがって、高速の流れが流入するディフューザの羽根
入口での流路形状は矩形ｔなしており、また、流れの速
度が小さくなるディフューザ出口付近の断面形状を菱形
にしているので、本発明を実施する上で、羽根形状が二
次元から三次元形状に変化することに基づく摩擦損失の
増加を小さく抑えることができる。

本実施例のディフューザと従来の二次元ディ７ユーザを
試験用ポンプを用いて性能ヲ調べた結果を＠３図に示す
。

この結果によると、従来のディフューザ（図中Ｘ印で示
す）では低流量域で揚程曲線に不安定特性の１凹み”が
生じているが、本発明のディフューザ（図中○印で示す
）では不安定特性の１凹み”が改善され安定な揚程曲線
が得られることが明らかになつ九。尚５図中の一点鎖線
の位置は最高効率点を示している。

第４図（ａ）、　（ｂ）ｆ１本発明の他の実施例を示す
ものであり、上記実施例（＠２図（ａ）、Φ）参照）と
相違する点はディフューザ出口での羽根形状にある。

すなわち、羽根４ｃの凸面側は側壁４ａから側壁４ｂに
向かう軸方向に一定の形状に定め、拡大羽根間流路を構
成する凹面側において、羽根肉厚を側壁４ａ側で厚く、
側壁４ｂ側で薄くなるように形成している。このように
形成することによって。

境界層の２次流れが集まる側壁４ａと羽根４ｃの凸面と
の角部にの角度を大きく取れるので、この部分での流れ
の損失を低減できる効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明し７友ように、本発明に」“れば隣接するディ
フューザの羽根が重なり合って構成する拡大羽根間流路
の遠心羽根率側板側のディフューザ流路の拡大を小さく
し、羽根単心板側のディフューザ流路の拡大が大きくな
るようにディフューザの羽根形状を定めたので、ディフ
ューザ流路の遠心羽根率の側板側で発達する境界層を抑
制でき、特に低流１域で生ずる流れの剥離を防止ないし
は軽減できるので、小形で効率が高く、かつ、特性の安
定表遠心型多段流体機械を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の遠心型多段流体機械のディフューザ部
における要部断面図、第２図（ａ）は第１図のＩ−Ｘ線
に沿う断面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）の１−Ｉ矢
視図、第３図は本発明の実施例のディフューザと従来の
二次元ディフューザを試験用ポンプを用いて性能を比較
した特性線図、第４図（ａ）は本発明の他の実施例のデ
ィフューザ部における要部断面図、第４図（ｂ）は第４
図（ａ）の■−■矢視図、第５図は従来の遠心型多段流
体機械のディフューザ部における要部断面図、第６図（
ａ）は従来のディフューザ部の別の例を示す要部断面図
、第６図（ｂ）は第６図（ａ）の■−■線に沿う断面図
、第７図は第５図の曲がり流路部の拡大図、第８図（ａ
）は第５図の■−ｖ線に沿う断面図、第８図（ｂ）に第
５図の■−ｆｔ／線に沿う断面図である。 １・・・羽根車、２・・・主軸、４・・・ディフューザ
％４゜第　３　目 シｔ″ｙ係叡　ψ−石刀 第　７　国

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主軸と、前記主軸に結合し該主軸と共に回転する遠
   心羽根車と、前記遠心羽根車の外周に後置された羽根機
   構を備えたディフューザと、前記ディフューザから流出
   する半径方向外向き流れを半径方向内向き流れに案内す
   る曲がり流路と、前記曲がり流路より流出する半径方向
   内向き流れを次段の遠心羽根率に導びく戻り流路とを備
   えた遠心型多段流体機械において、前記曲がり流路は前
   記ディフューザ出口に近接して急激な曲がりを持ち、か
   つ前記ディフューザの隣接する羽根が重なり合つて構成
   する拡大羽根間流路は前記遠心羽根車の側板側を拡大が
   小さく、心板側に向かつて大きくなるように前記ディフ
   ューザの羽根形状が定められていることを特徴とする遠
   心型多段流体機械。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記曲がり流路の
   曲がり部の半径方向内径は前記ディフューザ出口端外径
   とほぼ等しく形成されていることを特徴とする遠心型多
   段流体機械。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   ディフューザの羽根入口縁より拡大羽根間流路を構成す
   るまでの羽根形状は前記遠心羽根車の側板側より心板側
   に向かつて軸方向に同一形状に定められていることを特
   徴とする遠心型多段流体機械。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   ディフューザの隣接する羽根が重なり合つて構成する拡
   大羽根間流路の前記遠心羽根車の側板側を厚く、心板側
   に向かつて薄くなるように前記ディフューザの羽根形状
   が定められていることを特徴とする遠心型多段流体機械
   。 ５、特許請求の範囲第４項において、前記拡大羽根間流
   路を構成する前記ディフューザの羽根凸面側は軸方向に
   同一形状に定められ、羽根凹面側を前記遠心羽根の側板
   側で厚く延在させ、心板側に向かつて薄くなるように定
   められていることを特徴とする遠心型多段流体機械。