WO2020213443A1 - 流体抵抗低減装置 - Google Patents

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WO2020213443A1
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rotating body
fluid resistance
impeller
reducing device
casing
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PCT/JP2020/015443
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French (fr)
Inventor
炳辰 安
基彦 能見
真志 大渕
岳夫 梶島
伸太郎 竹内
希依 岡林
Original Assignee
株式会社荏原製作所
国立大学法人大阪大学
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps

Definitions

  • the present invention relates to a fluid resistance reducing device having a function of reducing fluid resistance (hydrodynamic energy loss) caused by a secondary flow or a spiral vortex train.
  • the secondary flow that causes a decrease in pump efficiency is not limited to the inter-blade flow path.
  • a pump device 100 such as a centrifugal pump
  • a gap space 103 leakage flow path formed between a casing 101 and an impeller 102 (rotating body)
  • a secondary flow the surface of the rotating body in the gap space
  • a spiral vortex street are generated, resulting in a fluid energy loss (pump efficiency is reduced) (see FIG. 7). Therefore, further development of a technique for reducing such fluid resistance (fluid energy loss) has been desired.
  • An object of the present invention is to provide a fluid resistance reducing device capable of reducing fluid resistance (hydrodynamic energy loss) caused by a secondary flow or a spiral vortex train in a gap space.
  • the fluid resistance reducing device includes a casing and a rotating body housed inside the casing, wherein the rotating body is a rotating body. Is configured so that the liquid flows in along the axial direction of the rotating body and the liquid flows out along the radial outward direction of the rotating body, and flows out between the casing and the rotating body.
  • a gap space through which a part of the liquid flows is formed, and in the gap space, a structure is formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body on the surface of the rotating body facing the casing.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a fluid resistance reducing device (pump device) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a rotating body (impeller) according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a structure (recess) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a structure (convex portion) in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the effect of reducing the fluid resistance (torque average value) in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing another example of the structure (combination of concave portion and convex portion).
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of a secondary flow generated in the gap space of the pump device.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of how to obtain the magnitude of the vortex generated in the vicinity of the impeller.
  • the fluid resistance reducing device of the present invention is a fluid resistance reducing device including a casing and a rotating body housed inside the casing. As the rotating body rotates, liquid flows in along the axial direction of the rotating body. The rotating body is configured so that the liquid flows out along the radial outward direction of the rotating body, and a gap space through which a part of the outflowing liquid flows is formed between the casing and the rotating body. On the surface of the rotating body facing the casing, a structure is formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body.
  • the structure in the gap space formed between the casing and the rotating body, the structure is formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body on the surface of the rotating body facing the casing. , It is possible to suppress the generation of the secondary flow of the liquid flowing into the gap space (the radial outward flow along the surface of the rotating body in the gap space), and a spiral spiral train is generated in the gap space. Can be suppressed. This makes it possible to reduce the fluid resistance (fluid energy loss) caused by the secondary flow and the spiral vortex train in the gap space.
  • the structure may be a circular recess formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body.
  • the generation of the secondary flow of the liquid flowing into the gap space can be suppressed by the circular recesses formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body.
  • a plurality of circular convex portions may be formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body.
  • the generation of the secondary flow of the liquid flowing into the gap space can be suppressed by the plurality of circular convex portions formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body.
  • the height of the circular convex portion may be set to a value equal to or less than the size of the vortex generated in the vicinity of the rotating body.
  • the height of the circular convex portion by setting the height of the circular convex portion to a value equal to or less than the size of the vortex generated in the vicinity of the rotating body, the generation of the secondary flow of the liquid flowing into the gap space is circular.
  • the effect of suppressing at the convex portion is improved.
  • the "less than or equal to value” means "the same value or a smaller value”.
  • a plurality of circular recesses may be formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body.
  • the generation of the secondary flow of the liquid flowing into the gap space can be suppressed by the plurality of circular recesses formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body.
  • the depth of the circular recess may be set to a value equal to or less than the size of the vortex generated in the vicinity of the rotating body.
  • the structure may be a circular convex portion formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body.
  • the generation of the secondary flow of the liquid flowing into the gap space can be suppressed by the circular convex portions formed concentrically with respect to the rotation axis of the rotating body.
  • fluid resistance hydrodynamic energy loss caused by a secondary flow or a spiral vortex train can be reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of the pump device of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of the rotating body (impeller) of the present embodiment.
  • the impeller 4 is housed inside the casings 2 and 3.
  • the impeller 4 is formed with a hole 5 through which a shaft (not shown) passes, and an inflow port 6 through which a liquid (for example, water) flows is formed around the hole 5. It is formed. Further, an outflow port 7 through which the liquid flows out is formed on the side surface of the impeller 4.
  • the impeller 4 is a closed type impeller 4 including a main plate 8 and a side plate 9, and a plurality of blades 10 (closed blades) are provided between the main plate 8 and the side plate 9. In this way, as the impeller 4 rotates, the liquid flows in from the inflow port 6 along the axial direction of the impeller 4 (right direction in FIG. 1), and the impeller 4 flows in the radial direction of the impeller 4. The liquid is configured to flow out from the outlet 7 along the outward direction (upward in FIG. 1).
  • a gap space 11 is formed between the casings 2 and 3 and the impeller 4 into which a part of the liquid flowing out from the outflow port 7 flows in. Has been done. Then, as shown in FIGS. 1 and 2, the structure 12 is formed concentrically with respect to the rotation axis of the impeller 4 on the surface of the impeller 4 facing the casings 2 and 3.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the structure 12 (convex portion) of the present embodiment.
  • a convex portion 12 (circular convex) concentric with respect to the rotation axis of the impeller 4 Parts) are formed respectively.
  • the height of the circular convex portion 12 is preferably set to a value equal to or less than the size of the vortex generated in the vicinity of the impeller 4. That is, it is preferable that the height of the circular convex portion 12 is set to a value equal to or smaller than the size of the vortex generated in the vicinity of the impeller 4.
  • one circular convex portion 12 is formed on the surfaces of the main plate 8 and the side plate 9 of the impeller 4, but the scope of the present invention is not limited to this.
  • One circular recess 12 may be formed on the surfaces of the main plate 8 and the side plate 9 of the impeller 4. In that case, the depth of the circular recess 12 is preferably set to a value equal to or less than the size of the vortex generated in the vicinity of the impeller 4.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the structure 12 (convex portion) of the present embodiment.
  • three convex portions 12 (circular) concentric with respect to the rotation axis of the impeller 4 are formed on the surfaces of the main plate 8 and the side plates 9 of the impeller 4 (the surface on the side facing the casings 2 and 3). (Convex part) is formed respectively.
  • three circular convex portions 12 are formed on the surfaces of the main plate 8 and the side plate 9 of the impeller 4, but the scope of the present invention is not limited to this. Two or four or more circular convex portions 12 may be formed concentrically on the surfaces of the main plate 8 and the side plates 9 of the impeller 4.
  • the height of the circular convex portion 12 is preferably set to a value equal to or less than the size of the vortex generated in the vicinity of the impeller 4.
  • a plurality of circular recesses 12 may be formed concentrically on the surfaces of the main plate 8 and the side plate 9 of the impeller 4. In that case, the depth of the circular recess 12 is preferably set to a value equal to or less than the size of the vortex generated in the vicinity of the impeller 4.
  • the scale of the structure 12 (height of the convex portion and depth of the concave portion) can be obtained as follows. For example, as shown in FIG. 8, the distance R to the intermediate position of the gap space (leakage flow path) and the circumferential speed there are set to the radius length R d of the impeller 4 and the height of the gap space (leakage flow path).
  • the values corrected by the aspect ratio h / R d of h are used as the representative length L and the representative velocity U, respectively, and the magnitude s of the vortex is predicted.
  • the dimensionless constant s + is set to be 300 to 500.
  • the scale of the structure 12 (the height of the convex portion and the depth of the concave portion) is set to be a value less than that.
  • FIG. 5 is a diagram showing the effect of reducing the fluid resistance (torque average value) of the pump device 1 of the present embodiment.
  • Example 1-1 corresponds to the example of structure 12 in FIG. That is, the structure 12 is a convex portion, the number of the structures 12 is one, and the structure 12 is arranged at the central position in the radial direction.
  • the mean torque of Example 1-1 is 9.04 ⁇ 10 -3 Nm, which is 0.06 ⁇ 10 -3 Nm of fluid resistance (torque) as compared with the comparative example in which the structure 12 is not formed. The effect of reducing the average value) was obtained.
  • Example 1-2 corresponds to an example in which the structure 12 of Example 1-1 is provided on the outer side in the radial direction. That is, the structure 12 is a convex portion, the number of the structures 12 is one, and the structure 12 is arranged outside in the radial direction.
  • the mean torque value of Example 1-2 is 9.04 ⁇ 10 -3 Nm, which is 0.06 ⁇ 10 -3 Nm of fluid resistance (torque) as compared with the comparative example in which the structure 12 is not formed. The effect of reducing the average value) was obtained.
  • Examples 1-3 correspond to an example in which the structure 12 of Example 1-1 is provided inside in the radial direction. That is, the structure 12 is a convex portion, the number of the structures 12 is one, and the structure 12 is arranged inside in the radial direction.
  • the mean torque value of this Example 1-3 is 9.07 ⁇ 10 -3 Nm, which is 0.03 ⁇ 10 -3 Nm of fluid resistance (torque) as compared with the comparative example in which the structure 12 is not formed. The effect of reducing the average value) was obtained.
  • Examples 1-4 correspond to the example of structure 12 in FIG. That is, the structure 12 is a convex portion, the number of the structures 12 is three, and the structures 12 are arranged inside, at the center, and outside in the radial direction.
  • the mean torque of Example 1-4 is 9.03 ⁇ 10 -3 Nm, which is 0.07 ⁇ 10 -3 Nm of fluid resistance (torque) as compared with the comparative example in which the structure 12 is not formed. The effect of reducing the average value) was obtained.
  • Example 1-5 corresponds to an example in which one radial outer convex portion is deleted from the structure 12 of Example 1-4. That is, the structure 12 is a convex portion, the number of the structures 12 is two, and the structures 12 are arranged at the inner and central positions in the radial direction.
  • the mean torque of Example 1-5 is 9.04 ⁇ 10 -3 Nm, which is 0.06 ⁇ 10 -3 Nm of fluid resistance (torque) as compared with the comparative example in which the structure 12 is not formed. The effect of reducing the average value) was obtained.
  • Example 2-1 corresponds to an example in which the structure 12 of Example 1-1 is composed of recesses. That is, the structure 12 is a recess, the number of the structures 12 is one, and the structure 12 is arranged at the center position in the radial direction.
  • the mean torque of Example 2-1 is 9.04 ⁇ 10 -3 Nm, which is 0.06 ⁇ 10 -3 Nm of fluid resistance (torque) as compared with the comparative example in which the structure 12 is not formed. The effect of reducing the average value) was obtained.
  • Example 2-2 corresponds to an example in which one recess is added radially outward with respect to the structure 12 of Example 2-1. That is, the structure 12 is a recess, the number of the structures 12 is two, and the structures 12 are arranged at the center position and the outer position in the radial direction.
  • the mean torque value of Example 2-2 is 9.09 ⁇ 10 -3 Nm, which is 0.01 ⁇ 10 -3 Nm of fluid resistance (torque) as compared with the comparative example in which the structure 12 is not formed. The effect of reducing the average value) was obtained.
  • the surface of the impeller 4 facing the casings 2 and 3 is formed. Since the structure 12 is formed concentrically with respect to the rotation axis of the impeller 4, the secondary flow of the liquid flowing into the gap space 11 (outside the radial direction along the surface of the impeller 4 in the gap space 11). The generation of the flow in the direction) can be suppressed, and the generation of a spiral vortex train in the gap space 11 can be suppressed. As a result, the fluid resistance (fluid energy loss) caused by the secondary flow and the spiral vortex train in the gap space 11 can be reduced, and the pump efficiency can be improved.
  • the generation of the secondary flow of the liquid flowing into the gap space 11 can be suppressed by the circular recesses 12 formed concentrically with respect to the rotation axis of the impeller 4.
  • the depth of the circular recess 12 is set to be equal to or less than the size of the vortex generated in the vicinity of the impeller 4, the circular recess 12 suppresses the generation of the secondary flow of the liquid flowing into the gap space 11.
  • the circular convex portion 12 formed concentrically with respect to the rotation axis of the impeller 4 can suppress the generation of the secondary flow of the liquid flowing into the gap space 11.
  • the height of the circular convex portion 12 is set to be equal to or less than the size of the vortex generated in the vicinity of the impeller 4, the generation of the secondary flow of the liquid flowing into the gap space 11 is generated by the circular convex portion 12. The effect of suppressing is improved.
  • the impeller 4 is a closed type impeller 4 including the main plate 8 and the side plate 9 has been described, but the impeller 4 includes only the main plate 8 (the side plate 9 is not provided). It may be an open type impeller 4.
  • the concentric structure 12 recessed portion or convex portion
  • the concentric structure 12 can be formed on the surface of the main plate 8 (the surface on the side facing the casings 2 and 3).
  • the concentric structure 12 is either a concave portion or a convex portion.
  • the concentric structure 12 has a concave portion and a convex portion.
  • the structure may be a combination of parts.
  • the fluid resistance reducing device has an effect of being able to reduce the fluid resistance (hydrodynamic energy loss) caused by the secondary flow or the spiral vortex street, and is centrifugal. It is useful as a pump device such as a pump.
  • Fluid resistance reduction device 1 Fluid resistance reduction device (pump device) 2 Casing 3 Casing 4 Rotating body (impeller) 5 Hole 6 Inlet 7 Outlet 8 Main plate 9 Side plate 10 Blade 11 Gap space 12 Structure (concave, convex)

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Abstract

流体抵抗低減装置（１）は、ケーシング（２、３）と、ケーシング（２、３）の内部に収納される回転体（４）とを備える。回転体（４）は、回転体（４）が回転することによって、回転体（４）の軸方向に沿って液体が流入し、回転体（４）の径方向外向きに沿って液体が流出するように構成される。ケーシング（２、３）と回転体（４）との間には、流出した液体の一部が流入する隙間空間（１１）が形成される。隙間空間（１１）において、ケーシング（２、３）に対向する回転体（４）の表面には、回転体（４）の回転軸に対して同心円状に構造体（１２）が形成されている。

Description

流体抵抗低減装置
　本発明は、二次流れや螺旋状の渦列に起因する流体抵抗（流体力学的なエネルギー損失）を低減する機能を備えた流体抵抗低減装置に関する。
　従来から、エネルギー損失を少なくして、ポンプ効率を向上させる技術が提案されている。例えば、羽根間流路内の二次流れの発生を低減して、ポンプ効率を向上させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
　しかしながら、ポンプ効率低下の原因となる二次流れが発生するのは、羽根間流路に限られない。例えば、遠心ポンプ等のポンプ装置１００では、ケーシング１０１と羽根車１０２（回転体)との間に形成される隙間空間１０３（漏れ流路）において、二次流れ（隙間空間内における回転体の表面に沿う径方向外向きの流れ）や螺旋状の渦列が発生し、それに起因した流体的なエネルギー損失が生じる（ポンプ効率が低下する）（図７参照）。そのため、このような流体抵抗（流体的なエネルギー損失）を低減させる技術の更なる開発が望まれていた。
特開２０１７－２１４８９７号公報
　本発明は、上記背景の下でなされたものである。本発明の目的は、隙間空間内における二次流れや螺旋状の渦列に起因する流体抵抗（流体力学的なエネルギー損失）を低減することのできる流体抵抗低減装置を提供することにある。
　本発明の一の態様は、流体抵抗低減装置であり、この流体抵抗低減装置は、ケーシングと、ケーシングの内部に収納される回転体と、を備える流体抵抗低減装置において、回転体は、回転体が回転することによって、回転体の軸方向に沿って液体が流入し、回転体の径方向外向きに沿って液体が流出するように構成され、ケーシングと回転体との間には、流出した液体の一部が流入する隙間空間が形成され、隙間空間において、ケーシングに対向する回転体の表面には、回転体の回転軸に対して同心円状に構造体が形成されている。
　以下に説明するように、本発明には他の態様が存在する。したがって、この発明の開示は、本発明の一部の態様の提供を意図しており、ここで記述され請求される発明の範囲を制限することは意図していない。
図１は、本発明の実施の形態における流体抵抗低減装置（ポンプ装置）の要部を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態における回転体（羽根車）の斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態における構造体（凹部）の例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態における構造体（凸部）の例を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態における流体抵抗（トルク平均値）の低減効果を示す図である。 図６は、構造体の他の例（凹部と凸部の組み合わせ）を示す図である。 図７は、ポンプ装置の隙間空間において発生する二次流れの説明図である。 図８は、羽根車の近傍で発生する渦の大きさの求め方の説明図である。
　以下に本発明の詳細な説明を述べる。ただし、以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。
　本発明の流体抵抗低減装置は、ケーシングと、ケーシングの内部に収納される回転体を備える流体抵抗低減装置において、回転体が回転することによって、回転体の軸方向に沿って液体が流入し、回転体の径方向外向きに沿って液体が流出するように、回転体は構成され、ケーシングと回転体との間には、流出した液体の一部が流入する隙間空間が形成され、隙間空間において、ケーシングに対向する回転体の表面には、回転体の回転軸に対して同心円状に構造体が形成されている。
　この構成によれば、ケーシングと回転体との間に形成される隙間空間において、ケーシングに対向する回転体の表面に、回転体の回転軸に対して同心円状に構造体が形成されているので、隙間空間内に流入した液体の二次流れ（隙間空間内における回転体の表面に沿う径方向外向きの流れ）の発生を抑制することができ、隙間空間内において螺旋状の渦列が発生するのを抑制することができる。これにより、隙間空間内における二次流れや螺旋状の渦列に起因する流体抵抗（流体的なエネルギー損失）を低減することができる。
　また、本発明の流体抵抗低減装置では、構造体は、回転体の回転軸に対して同心円状に形成された円形の凹部であってもよい。
　この構成によれば、回転体の回転軸に対して同心円状に形成された円形の凹部により、隙間空間内に流入した液体の二次流れの発生を抑制することができる。
　また、本発明の流体抵抗低減装置では、円形の凸部は、回転体の回転軸に対して同心円状に複数形成されてもよい。
　この構成によれば、回転体の回転軸に対して同心円状に形成された複数の円形の凸部によって、隙間空間内に流入した液体の二次流れの発生を抑制することができる。
　また、本発明の流体抵抗低減装置では、円形の凸部の高さは、回転体の近傍で発生する渦の大きさ以下の値に設定されてもよい。
　この構成によれば、円形の凸部の高さを回転体の近傍で発生する渦の大きさ以下の値に設定することによって、隙間空間内に流入した液体の二次流れの発生を円形の凸部で抑制する効果が向上する。なお、「以下の値」とは、「同じ値、または、それより小さい値」を意味する。
　また、本発明の流体抵抗低減装置では、円形の凹部は、回転体の回転軸に対して同心円状に複数形成されてもよい。
　この構成によれば、回転体の回転軸に対して同心円状に形成された複数の円形の凹部により、隙間空間内に流入した液体の二次流れの発生を抑制することができる。
　また、本発明の流体抵抗低減装置では、円形の凹部の深さは、回転体の近傍で発生する渦の大きさ以下の値に設定されてもよい。
　この構成によれば、円形の凹部の深さを回転体の近傍で発生する渦の大きさ以下の値に設定することによって、隙間空間内に流入した液体の二次流れの発生を円形の凹部で抑制する効果が向上する。
　また、本発明の流体抵抗低減装置では、構造体は、回転体の回転軸に対して同心円状に形成された円形の凸部であってもよい。
　この構成によれば、回転体の回転軸に対して同心円状に形成された円形の凸部によって、隙間空間内に流入した液体の二次流れの発生を抑制することができる。
　本発明によれば、二次流れや螺旋状の渦列に起因する流体抵抗（流体力学的なエネルギー損失）を低減することができる。
（実施の形態）
　以下、本発明の実施の形態の流体抵抗低減装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、遠心ポンプ等のポンプ装置として用いられる流体抵抗低減装置の場合を例示する。
　本発明の実施の形態の流体抵抗低減装置（ポンプ装置）の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態のポンプ装置の要部を示す断面図である。また、図２は、本実施の形態の回転体（羽根車）の斜視図である。図１に示すように、本実施の形態のポンプ装置１では、ケーシング２、３の内部に羽根車４が収納されている。
　図２に示すように、羽根車４には、シャフト（図示せず）が通る穴５が形成されており、穴５の周りには、液体（例えば、水など）が流入する流入口６が形成されている。また、羽根車４の側面には、液体が流出する流出口７が形成されている。羽根車４は、主板８と側板９を備えるクローズタイプの羽根車４であり、主板８と側板９との間には、複数の羽根１０（クローズ羽根）が設けられている。このようにして、羽根車４は、羽根車４が回転することによって、羽根車４の軸方向（図１における右方向）に沿って流入口６から液体が流入し、羽根車４の径方向外向き（図１における上方向）に沿って流出口７から液体が流出するように構成されている。
　また、図１に示すように、本実施の形態のポンプ装置１では、ケーシング２、３と羽根車４との間に、流出口７から流出した液体の一部が流入する隙間空間１１が形成されている。そして、図１および図２に示すように、ケーシング２、３に対向する羽根車４の表面には、羽根車４の回転軸に対して同心円状に構造体１２が形成されている。
　図３は、本実施の形態の構造体１２（凸部）の例を示す図である。図３の例では、羽根車４の主板８と側板９の表面（ケーシング２、３に対向する側の表面）に、羽根車４の回転軸に対して同心円状の凸部１２（円形の凸部）がそれぞれ形成されている。この場合、円形の凸部１２の高さは、羽根車４の近傍で発生する渦の大きさ以下の値に設定されることが好ましい。すなわち、円形の凸部１２の高さは、羽根車４の近傍で発生する渦の大きさと同じ値、または、それより小さい値に設定されることが好ましい。なお、図３の例では、１つの円形の凸部１２が、羽根車４の主板８と側板９の表面に形成されているが、本発明の範囲はこれに限定されない。１つの円形の凹部１２が、羽根車４の主板８と側板９の表面に形成されてもよい。その場合、円形の凹部１２の深さは、羽根車４の近傍で発生する渦の大きさ以下の値に設定されることが好ましい。
　図４は、本実施の形態の構造体１２（凸部）の例を示す図である。図４の例では、羽根車４の主板８と側板９の表面（ケーシング２、３に対向する側の表面）に、羽根車４の回転軸に対して同心円状の３つの凸部１２（円形の凸部）がそれぞれ形成されている。なお、図４の例では、３つの円形の凸部１２が、羽根車４の主板８と側板９の表面に形成されているが、本発明の範囲はこれに限定されない。円形の凸部１２は、羽根車４の主板８と側板９の表面に、同心円状に２つあるいは４つ以上形成されてもよい。この場合、円形の凸部１２の高さは、羽根車４の近傍で発生する渦の大きさ以下の値に設定されることが好ましい。また、複数の円形の凹部１２が、羽根車４の主板８と側板９の表面にそれぞれ同心円状に形成されてもよい。その場合、円形の凹部１２の深さは、羽根車４の近傍で発生する渦の大きさ以下の値に設定されることが好ましい。
　構造体１２のスケール（凸部の高さや凹部の深さ）は、次のようにして求めることができる。例えば、図８に示すように、隙間空間（漏れ流路）の中間位置までの距離Ｒとそこでの周方向速度を、羽根車４の半径長さＲｄと隙間空間（漏れ流路）の高さｈのアスペクト比ｈ／Ｒｄで補正した値を各々代表長さＬと代表速度Ｕとして使用し、渦の大きさｓを予測する。ここで、無次元定数ｓ＋は、３００～５００になるように設定する。そして、予測した値（渦の大きさ）を基準値として使用して、構造体１２のスケール（凸部の高さや凹部の深さ）をそれ以下の値となるように設定する。
　図５は、本実施の形態のポンプ装置１の流体抵抗（トルク平均値）の低減効果を示す図である。図５において、実施例１－１は、図３の構造体１２の例に対応する。すなわち、構造体１２は凸部であり、構造体１２の数は１つであり、構造体１２は径方向の中央位置に配置されている。この実施例１－１のトルク平均値は、９．０４×１０－３Ｎｍであり、構造体１２が形成されていない比較例に比べて、０．０６×１０－３Ｎｍの流体抵抗（トルク平均値）の低減効果が得られた。
　実施例１－２は、実施例１－１の構造体１２が径方向外側に設けられた例に対応する。すなわち、構造体１２は凸部であり、構造体１２の数は１つであり、構造体１２は径方向の外側に配置されている。この実施例１－２のトルク平均値は、９．０４×１０－３Ｎｍであり、構造体１２が形成されていない比較例に比べて、０．０６×１０－３Ｎｍの流体抵抗（トルク平均値）の低減効果が得られた。
　実施例１－３は、実施例１－１の構造体１２が径方向内側に設けられた例に対応する。すなわち、構造体１２は凸部であり、構造体１２の数は１つであり、構造体１２は径方向の内側に配置されている。この実施例１－３のトルク平均値は、９．０７×１０－３Ｎｍであり、構造体１２が形成されていない比較例に比べて、０．０３×１０－３Ｎｍの流体抵抗（トルク平均値）の低減効果が得られた。
　実施例１－４は、図４の構造体１２の例に対応する。すなわち、構造体１２は凸部であり、構造体１２の数は３つであり、構造体１２は径方向の内側と中央位置と外側に配置されている。この実施例１－４のトルク平均値は、９．０３×１０－３Ｎｍであり、構造体１２が形成されていない比較例に比べて、０．０７×１０－３Ｎｍの流体抵抗（トルク平均値）の低減効果が得られた。
　実施例１－５は、実施例１－４の構造体１２に対して径方向外側の凸部が１つ削除された例に対応する。すなわち、構造体１２は凸部であり、構造体１２の数は２つであり、構造体１２は径方向の内側と中央位置に配置されている。この実施例１－５のトルク平均値は、９．０４×１０－３Ｎｍであり、構造体１２が形成されていない比較例に比べて、０．０６×１０－３Ｎｍの流体抵抗（トルク平均値）の低減効果が得られた。
　実施例２－１は、実施例１－１の構造体１２が凹部で構成された例に対応する。すなわち、構造体１２は凹部であり、構造体１２の数は１つであり、構造体１２は径方向の中央位置に配置されている。この実施例２－１のトルク平均値は、９．０４×１０－３Ｎｍであり、構造体１２が形成されていない比較例に比べて、０．０６×１０－３Ｎｍの流体抵抗（トルク平均値）の低減効果が得られた。
　実施例２－２は、実施例２－１の構造体１２に対して径方向外側に凹部が１つ追加された例に対応する。すなわち、構造体１２は凹部であり、構造体１２の数は２つであり、構造体１２は径方向の中央位置と外側位置に配置されている。この実施例２－２のトルク平均値は、９．０９×１０－３Ｎｍであり、構造体１２が形成されていない比較例に比べて、０．０１×１０－３Ｎｍの流体抵抗（トルク平均値）の低減効果が得られた。
　以上のとおり、本実施の形態のポンプ装置１によれば、ケーシング２、３と羽根車４との間に形成される隙間空間１１において、ケーシング２、３に対向する羽根車４の表面に、羽根車４の回転軸に対して同心円状に構造体１２が形成されているので、隙間空間１１内に流入した液体の二次流れ（隙間空間１１内における羽根車４の表面に沿う径方向外向きの流れ）の発生を抑制することができ、隙間空間１１内において螺旋状の渦列が発生するのを抑制することができる。これにより、隙間空間１１内における二次流れや螺旋状の渦列に起因する流体抵抗（流体的なエネルギー損失）を低減することができ、ポンプ効率を向上させることができる。
　本実施の形態では、羽根車４の回転軸に対して同心円状に形成された円形の凹部１２により、隙間空間１１内に流入した液体の二次流れの発生を抑制することができる。この場合、円形の凹部１２の深さを羽根車４の近傍で発生する渦の大きさ以下に設定すると、隙間空間１１内に流入した液体の二次流れの発生を、円形の凹部１２で抑制する効果が向上する。
　また、羽根車４の回転軸に対して同心円状に形成された円形の凸部１２によって、隙間空間１１内に流入した液体の二次流れの発生を抑制することができる。この場合、円形の凸部１２の高さを羽根車４の近傍で発生する渦の大きさ以下に設定すると、隙間空間１１内に流入した液体の二次流れの発生を、円形の凸部１２で抑制する効果が向上する。
　以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。
　例えば、以上の説明では、羽根車４が、主板８と側板９を備えるクローズタイプの羽根車４である場合について説明したが、羽根車４は、主板８のみを備える（側板９を備えない）オープンタイプの羽根車４であってもよい。その場合、同心円状の構造体１２（凹部や凸部）は、主板８の表面（ケーシング２、３に対向する側の表面）に形成することができる。
　また、以上の説明では、同心円状の構造体１２が、凹部か凸部のいずれかである場合について説明したが、例えば、図６に示すように、同心円状の構造体１２は、凹部と凸部を組み合わせた構造であってもよい。
　以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。
　以上のように、本発明にかかる流体抵抗低減装置は、二次流れや螺旋状の渦列に起因する流体抵抗（流体力学的なエネルギー損失）を低減することができるという効果を有し、遠心ポンプ等のポンプ装置として用いられ有用である。
　１　流体抵抗低減装置（ポンプ装置）
　２　ケーシング
　３　ケーシング
　４　回転体（羽根車）
　５　穴
　６　流入口
　７　流出口
　８　主板
　９　側板
　１０　羽根
　１１　隙間空間
　１２　構造体（凹部、凸部）

Claims (7)

  1. 　ケーシングと、前記ケーシングの内部に収納される回転体と、を備える流体抵抗低減装置において、
    　前記回転体は、前記回転体が回転することによって、前記回転体の軸方向に沿って液体が流入し、前記回転体の径方向外向きに沿って前記液体が流出するように構成され、
    　前記ケーシングと前記回転体との間には、前記流出した液体の一部が流入する隙間空間が形成され、
    　前記隙間空間において、前記ケーシングに対向する前記回転体の表面には、前記回転体の回転軸に対して同心円状に構造体が形成されていることを特徴とする流体抵抗低減装置。
  2. 　前記構造体は、前記回転体の回転軸に対して同心円状に形成された円形の凸部である、請求項１に記載の流体抵抗低減装置。
  3. 　前記円形の凸部は、前記回転体の回転軸に対して同心円状に複数形成されている、請求項２に記載の流体抵抗低減装置。
  4. 　前記円形の凸部の高さは、前記回転体の近傍で発生する渦の大きさ以下の値に設定されている、請求項２または請求項３に記載の流体抵抗低減装置。
  5. 　前記構造体は、前記回転体の回転軸に対して同心円状に形成された円形の凹部である、請求項１に記載の流体抵抗低減装置。
  6. 　前記円形の凹部は、前記回転体の回転軸に対して同心円状に複数形成されている、請求項５に記載の流体抵抗低減装置。
  7. 　前記円形の凹部の深さは、前記回転体の近傍で発生する渦の大きさ以下の値に設定されている、請求項５または請求項６に記載の流体抵抗低減装置。
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