(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の同一形状の翼を有するインデューサにおいて、チップ側の翼負荷が翼の後半部よりも前半部の方が大きく、インデューサの周方向からの翼角度をβｂ（度）、子午面距離をｍ（ミリメートル）としたとき、翼角度増加率ｄβｂ／ｄｍは、チップ側において翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２以上であり、かつミッドスパンにおいて翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２５以上であることを特徴とするインデューサ。
【請求項２】
前記翼角度増加率ｄβｂ／ｄｍは、チップ側において翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２〜２．０であり、かつミッドスパンにおいて翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２５〜２．０であることを特徴とする請求項１記載のインデューサ。
【請求項３】
チップ側の翼形状は、翼前縁から無次元子午面位置０．２までは翼角度が増加し、無次元子午面位置０．２から０．５までは翼角度の子午面距離に対する増加率が減少し、無次元子午面位置０．５から概略０．８５までは翼角度が再度増加し、無次元子午面位置が概略０．８５から翼後縁までは翼角度が減少する翼形状であり、さらに、ミッドスパンにおける翼形状は、翼前縁から無次元子午面位置０．２までは翼角度が増加する翼形状であることを特徴とする請求項１または２記載のインデューサ。
【請求項４】
前記チップ側の翼形状は、無次元子午面位置０．２から０．５までは翼角度の子午面距離に対する増加率が減少するものの翼角度が減少していない翼形状であることを特徴とする請求項３記載のインデューサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインデューサと、
前記インデューサの下流側に配置された羽根車と、
前記インデューサと前記羽根車とを支持する主軸とを備えたことを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の同一形状の翼を有するインデューサにおいて、キャビテーションの挙動安定性を最適化することが可能なインデューサ形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ポンプの吸込性能を向上させるため、主軸の先端部にインデューサと呼ばれる軸流型あるいは斜流型の羽根車を取り付ける場合がある。従来のインデューサ翼の設計は、チップに沿った翼角度を設計し、ハブに沿った翼角度はチップ翼角度に基づき、ヘリカル条件によって決定する設計手法が取られている。インデューサのチップの入口（前縁）から出口（後縁）にかけての翼角度は、インデューサに対して要求される揚程を満たすために、一定とするか、あるいはステップ状に増加、直線的に増加、二次直線的に増加するように設計される。【０００３】
インデューサにおいて、ポンプ入口圧力低下時には翼に発生するキャビテーションの発達に起因して、旋回キャビテーションやキャビテーションサージ等と呼ばれているキャビテーション挙動の不安定現象が発生することが知られている。しかしながら、従来のインデューサ設計手法においては、これらキャビテーション不安定現象を抑制するインデューサ翼形状は提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４３６２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、ポンプ等に使用される、複数の同一形状の翼を有するインデューサを最適設計するにあたり、時間的コストおよび計算コストの大きい非定常ＣＦＤを用いることなく、定常ＣＦＤによる計算結果からより低コストでキャビテーションの挙動安定性を予測評価できる予測評価方法を用いて導き出したインデューサであって、キャビテーション挙動の不安定現象を抑制できるインデューサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明は、複数の同一形状の翼を有するインデューサのキャビテーションの挙動安定性を予測評価する方法を用いて導き出したインデューサである。この予測評価方法は、予測評価対象の流れ場をＣＦＤ(Computational  Fluid  Dynamics)で解析し、各翼の翼面の特定方向の圧力分布を抽出し、各翼の圧力分布の特徴的な圧力分布形状の位置を特定し、各位置のばらつきをキャビテーションの挙動安定性を示す指標とする手法である。【０００７】
本発明のインデューサを導き出すための予測評価方法によれば、予測評価対象の流れ場をＣＦＤで解析し、複数の同一形状の翼について、各翼の翼面の特定方向の圧力分布を求める。例えば、各翼の子午面方向の翼面静圧分布を求める。次に、各翼の圧力分布の特徴的な圧力分布形状の位置を特定する。例えば、翼面静圧分布の場合には、静圧が極大値をとる子午面位置を特定する。次に、特定された各位置のばらつきを求め、各位置のばらつきをキャビテーションの挙動安定性を示す指標とする。例えば、静圧が極大値をとる子午面位置を特定した場合には、極大値をとる位置の子午面位置のばらつきが大きい場合にはキャビテーション挙動の不安定性が大きいと評価し、極大値をとる位置の子午面位置のばらつきが小さい場合にはキャビテーション挙動の安定性が大きいと評価する。【０００８】
各翼の子午面におけるチップ近傍でキャビテーションが発達する傾向があるため、特定方向の圧力分布を、各翼の子午面におけるチップ近傍の圧力分布とする。各翼の負圧面上の圧力分布の極大値の位置が異なることは、各翼の圧力分布が異なることを意味するので、キャビテーションの分布もばらついていると考えることができる。【０００９】
キャビテーション挙動の不安定現象を抑制できるインデューサ形状を求めるために、インデューサの設計パラメータと前記キャビテーション分布のばらつきの大きさに対する感度予測を行う。この場合、設計パラメータは、チップ側の負荷分布のｓｌｏｐｅ（スロープ）であるＳＬＴとハブ側の負荷分布のｓｌｏｐｅ（スロープ）であるＳＬＨ、チップ側およびハブ側のＩｎｃｉｄｅｎｃｅ（インシデンス）であるＩＮＣＴ，ＩＮＣＨ、自由渦型や強制渦型等の出口渦形式である。これらの設計パラメータは、キャビテーションの挙動安定性に影響が大きいものと、逆に小さいものがある。これら設計パラメータによるキャビテーションの挙動安定性に対する感度を予測し、キャビテーションの挙動安定性を最適化するインデューサ形状を求める。前記キャビテーションの挙動安定性を最適化するとは、キャビテーションの挙動安定性を最大とすること、およびインデューサ性能を維持した上でキャビテーションの挙動安定性を許容できる範囲内に収めることを含む。【００１０】
本発明は、上述の方法で得られたキャビテーションの挙動安定性を最適化するインデューサ形状を規定するものである。
すなわち、本発明のインデューサは、複数の同一形状の翼を有するインデューサにおいて、チップ側の翼負荷が翼の後半部よりも前半部の方が大きく、インデューサの周方向からの翼角度をβｂ（度）、子午面距離をｍ（ミリメートル）としたとき、翼角度増加率ｄβｂ／ｄｍは、チップ側において翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２以上であり、かつミッドスパンにおいて翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２５以上であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記翼角度増加率ｄβｂ／ｄｍは、チップ側において翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２〜２．０であり、かつミッドスパンにおいて翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２５〜２．０であることを特徴とする。【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、チップ側の翼形状は、翼前縁から無次元子午面位置０．２までは翼角度が増加し、無次元子午面位置０．２から０．５までは翼角度の子午面距離に対する増加率が減少し、無次元子午面位置０．５から概略０．８５までは翼角度が再度増加し、無次元子午面位置が概略０．８５から翼後縁までは翼角度が減少する翼形状であり、さらに、ミッドスパンにおける翼形状は、翼前縁から無次元子午面位置０．２までは翼角度が増加する翼形状であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記チップ側の翼形状は、無次元子午面位置０．２から０．５までは翼角度の子午面距離に対する増加率が減少するものの翼角度が減少していない翼形状であることを特徴とする。【００１２】
本発明のポンプは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインデューサと、前記インデューサの下流側に配置された羽根車と、前記インデューサと前記羽根車とを支持する主軸とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のインデューサによれば、高い吸込性能を得ることができるとともに、キャビテーション挙動の不安定現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の一実施形態におけるインデューサを備えたターボポンプの一部分を示す断面図である。
【図２】図２は図１に示すインデューサの斜視図である。
【図３】図３は、３枚翼のインデューサの吸込性能ならびにキャビテーション挙動の不安定現象の発生範囲とその種類の例を説明する図である。
【図４】図４は、図３で示したインデューサの吸込性能に関して、定常ＣＦＤで計算した結果と比較したものである。
【図５Ａ】図５Ａは定常ＣＦＤで求めたキャビテーションが発生しているインデューサを前方から見た形状を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂはインデューサチップ部近くのインデューサ各翼の翼面静圧分布を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、インデューサ内キャビテーションボイド率５０％以上の領域の体積Ｖｃ（インデューサ流路部体積Ｖｉｎｄとの割合Ｖｃ／Ｖｉｎｄで示す）のキャビテーション数σに対する変化を示した図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、インデューサ内キャビテーション領域の分散ＶＴのキャビテーション数σに対する変化を示した図である。
【図７】図７は、キャビテーションの挙動安定性を含めたインデューサの設計最適化の一例を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは設計パラメータの例を示す図であり、図８Ａはハブ側とチップ側のインデューサ負荷分布を設定するパラメータを示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは設計パラメータの例を示す図であり、図８Ｂは出口渦形式を設定するパラメータを示す。
【図９Ａ】図９Ａは、設計パラメータのキャビテーション体積に及ぼす影響を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、設計パラメータのキャビテーション体積に及ぼす影響を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、設計パラメータのキャビテーション分布のばらつきに及ぼす影響を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、インデューサ負荷分布を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａの負荷分布のインデューサについてＣＦＤによりキャビテーションボイド率５０％の等値面を求めた結果を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図１０Ａの負荷分布のインデューサについてＣＦＤにより翼面のＮＰＳＨ（有効吸込ヘッド）を求めた結果を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、インデューサ負荷分布を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａの負荷分布のインデューサについてＣＦＤによりキャビテーションボイド率５０％の等値面を求めた結果を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１１Ａの負荷分布のインデューサについてＣＦＤにより翼面のＮＰＳＨ（有効吸込ヘッド）を求めた結果を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、インデューサ負荷分布を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａの負荷分布のインデューサについてＣＦＤによりキャビテーションボイド率５０％の等値面を求めた結果を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、図１２Ａの負荷分布のインデューサについてＣＦＤにより翼面のＮＰＳＨ（有効吸込ヘッド）を求めた結果を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃで示したインデューサと図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃで示したインデューサを試験ポンプに組み込み、ポンプ性能を確認した結果を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃで示したインデューサと図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃで示したインデューサを試験ポンプに組み込み、ポンプ吸込性能を確認した結果を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃで示したインデューサについてインデューサ出口チップ側で測定した静圧係数でみた吸込性能曲線を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃで示したインデューサについてインデューサ出口チップ側で測定した静圧係数でみた吸込性能曲線を示す図である。
【図１５】図１５は、インデューサの子午面方向位置と翼角度βｂ，翼角度の子午面方向変化率ｄβｂ／ｄｍを示す図である。
【図１６】図１６は、無次元子午面方向位置の変化の定義を説明するための図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、比較例１、本発明例１、本発明例２の設計子午面形状を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、比較例１、本発明例１、本発明例２の設計子午面形状の場合におけるミッドスパンの角度分布を比較したグラフである。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、比較例１、本発明例１、本発明例２の設計子午面形状の場合におけるチップ側の角度分布を比較したグラフである。
【図１８Ａ】図１８Ａは、比較例１、本発明例１、本発明例２のミッドスパンにおける翼前縁（ｍ＝０）から翼中間部（ｍ＝０．５０）までの翼角度の子午面方向変化率ｄβｂ／ｄｍを示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、比較例１、本発明例１、本発明例２のチップ側における翼前縁（ｍ＝０）から翼中間部（ｍ＝０．５０）までの翼角度の子午面方向変化率ｄβｂ／ｄｍを示す図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、比較例１、本発明例１、本発明例２と同様の負荷分布を用いてそれぞれ設計したインデューサ翼である比較例２、本発明例３、本発明例４の設計子午面形状を示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、比較例２、本発明例３、本発明例４の設計子午面形状の場合におけるミッドスパンの角度分布を比較したグラフである。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、比較例２、本発明例３、本発明例４の設計子午面形状の場合におけるチップ側の角度分布を比較したグラフである。
【図２０Ａ】図２０Ａは、比較例２、本発明例３、本発明例４のミッドスパンにおける翼前縁（ｍ＝０）から翼中間部（ｍ＝０．５０）までの翼角度の子午面方向変化率ｄβｂ／ｄｍを示す図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、比較例２、本発明例３、本発明例４のチップ側における翼前縁（ｍ＝０）から翼中間部（ｍ＝０．５０）までの翼角度の子午面方向変化率ｄβｂ／ｄｍを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るキャビテーション挙動不安定性を抑制したインデューサの実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１乃至図２０において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は本発明の一実施形態におけるインデューサを備えたターボポンプの一部分を示す断面図である。図１に示すターボポンプは、インデューサ１と、インデューサ１の下流側に配置された羽根車２と、インデューサ１と羽根車２とを支持する主軸３を備えている。インデューサ１の軸心は羽根車２の軸心と一致しており、インデューサ１は主軸３の回転に伴って羽根車２と同一回転速度で回転するようになっている。
ポンプの作動流体は、図１の矢印Ｆで示される方向からインデューサ１に流入する。インデューサ１に流入した作動流体は、インデューサ１内でキャビテーションを発生しながら昇圧され、更に下流の羽根車２でポンプの要求揚程まで昇圧される。このとき、インデューサ１により、羽根車２の中でキャビテーションが発生しない圧力まで作動流体が昇圧されるので、羽根車２単独のときよりもポンプの吸込性能が格段に向上する。
【００１６】
図２は図１に示すインデューサの斜視図である。インデューサ１は複数枚の翼を備えており、図２では３枚の翼を備えたインデューサが示されている。図２に示すように、インデューサ１の３枚の翼は、翼前縁１ｌｅから翼後縁１ｔｅに向かって螺旋状に形成されている。各翼は、主軸３側のインデューサハブ１Ｈからインデューサチップ１Ｔに向かって半径方向に延びている。図２において、翼の裏面側が圧力面Ｐｓであり、前面側が負圧面Ｓｓである。
【００１７】
次に、インデューサに発生するキャビテーション挙動の不安定現象について説明する。
図３は、３枚翼のインデューサの吸込性能ならびにキャビテーション挙動の不安定現象の発生範囲とその種類の例を説明する図である。図３において、横軸はキャビテーション数σを表し、縦軸はインデューサ圧力係数ψｔｓを表す。キャビテーション数σは、ポンプ入口圧力Ｐｔと作動流体の飽和蒸気圧Ｐｖならびに作動流体の密度ρとインデューサチップ部周速度Ｕｔによって計算される。すなわち、キャビテーション数σ＝２（Ｐｔ−Ｐｖ）／ρＵｔ２と表される。インデューサ圧力係数ψｔｓは、インデューサヘッドＨとインデューサチップ部周速度Ｕｔならびに重力加速度ｇによって計算される。すなわち、インデューサ圧力係数ψｔｓ＝ｇＨ／Ｕｔ２と表される。
【００１８】
図３は、図２に示すインデューサを用いて設計流量（設計点流量）Ｑｄに対して実際の流量Ｑを種々変更して実験を行った結果をプロットしたものである。実験ではキャビテーション挙動の不安定現象が発生している範囲について調べたものである。図３では、設計流量Ｑｄに対する流量比Ｑ／Ｑｄが１．０、０．９、０．８、０．７の４流量について示している。
図中、実線と点線で囲われた領域は、キャビテーション挙動の不安定現象が発生していた範囲である。図中、キャビテーション挙動の不安定現象の種類を以下の記号で示している。
ＡＣ：非対称キャビテーション（各翼のキャビテーションが非対称な分布となる現象）
ＲＣ：旋回キャビテーション（キャビテーションが周方向に翼から翼へ伝播する現象）
ＣＳ：キャビテーションサージ（キャビテーションがインデューサ内をインデューサ上下流方向に振動する現象）
ＭＣＳ：弱いキャビテーションサージ的変動
従来、これらのキャビテーションの挙動安定性を予測評価し、安定なインデューサの設計手法を構築することが課題であった。しかしながら、キャビテーションの挙動安定性の予測には、前述したように非定常ＣＦＤを用いており、時間的コストおよび計算コストがが過大になるという問題があった。
そこで、本発明では時間的コストの小さい定常ＣＦＤによってキャビテーション挙動の安定性を評価する設計手法を適用した。
【００１９】
次に、定常ＣＦＤによりキャビテーション挙動の安定性を評価する方法について説明する。
図４は、図３で示したインデューサの吸込性能に関して、流量比Ｑ／Ｑｄが１．０と０．８の場合について、定常ＣＦＤで計算した結果と比較したものである。図中、７個の円形状の部分は、定常ＣＦＤで求めたキャビテーションが発生しているインデューサを前方から見た形状を示している。インデューサを前方から見た形状の中で、黒色部はキャビテーションボイド率５０％の等値面であり、インデューサ翼面上に発達しているキャビテーション分布を表すものである。図中、上の列の左から２番目および３番目の形状の中で、黒色部で表すキャビテーションの分布がばらついていることがわかる。
【００２０】
図４において、流量比Ｑ／Ｑｄが０．８の場合でＲＣと示した範囲は実験でキャビテーション挙動の不安定現象である旋回キャビテーションが発生している範囲である。このＲＣと示した範囲において、図中示したように、定常ＣＦＤではインデューサの各翼上で発達しているキャビテーション分布にばらつきが発生していることが確認された。すなわち、定常ＣＦＤでキャビテーション分布にばらつきが発生する範囲は実験でキャビテーション挙動の不安定性が現れる運転領域（ＲＣと表示）と一致することが確認された。旋回キャビテーションが発生しない流量比１．０では定常ＣＦＤで求めたキャビテーション分布にばらつきは発生しないことが確認された。すなわち、定常ＣＦＤの結果より、インデューサ各翼に発達するキャビテーション分布のばらつきを評価することでキャビテーション挙動の不安定性を評価できる可能性が示された。
【００２１】
そこで、キャビテーション分布のばらつきを定量的に評価するため、図５Ａのようにキャビテーション分布のばらつきが発生している場合に図５Ｂのようにインデューサチップ部近くのインデューサ各翼の翼面静圧分布に発生するばらつきを評価指標とした。
図５Ａは、定常ＣＦＤで求めたキャビテーションが発生しているインデューサを前方から見た形状を示す。図中、黒色部はキャビテーションボイド率５０％の等値面であり、インデューサ翼面上に発達しているキャビテーション分布を表す。図５Ａの黒色部の分布からわかるように、３枚の翼（ｂｌａｄｅ１，ｂｌａｄｅ２，ｂｌａｄｅ３）に発生するキャビテーション分布にばらつきが発生している。
【００２２】
図５Ｂはインデューサチップ部近くのインデューサ各翼の翼面静圧分布を示す図である。図５Ｂにおいて、縦軸は翼面静圧を飽和蒸気圧からの差のヘッドＮＰＳＨ（ｍ）として示し、横軸は正規化した子午面位置ｍを示し、ｍ＝０がインデューサ入口、ｍ＝１がインデューサ出口を示す。図５Ｂにおいては、インデューサチップ側（ｓｐａｎ＝０．９７５）における翼面静圧分布を示している。ここで、ｓｐａｎ（スパン）とは、インデューサハブ１Ｈからインデューサチップ１Ｔまでの半径方向位置を云う。インデューサハブ１Ｈの位置がｓｐａｎ＝０であり、インデューサチップ１Ｔの位置がｓｐａｎ＝１である。ＮＰＳＨ（有効吸込ヘッド）がゼロの範囲は、翼面静圧が飽和蒸気圧である部分でキャビテーションが主に発達している範囲である。翼面静圧分布の負圧面側の静圧分布を見ると、ＮＰＳＨがゼロの翼面静圧が飽和蒸気圧である部分からインデューサ出口側に向かって静圧が急増し、各翼（ｂｌａｄｅ１，ｂｌａｄｅ２，ｂｌａｄｅ３）は、それぞれ(1)、(2)、(3)と示した子午面位置で極大値を取ることがわかる。図５Ａのように、キャビテーション分布に翼毎にばらつきが発生している状態では、静圧の極大値を示す子午面位置(1)、(2)、(3)にもばらつきが発生することがわかる。このばらつきが大きい場合にキャビテーション挙動の不安定性が大きいと評価し、ばらつきが小さい場合にキャビテーション挙動の不安定性が小さいと評価する。
【００２３】
ここで、ばらつきを示す定量的指標として負圧面静圧の極大値を示す子午面位置(1)、(2)、(3)の分散、ＶＴを、以下の式（１）で求める。
ＶＴ＝｛（ｍ１−ｍａｖｅ）２＋（ｍ２−ｍａｖｅ）２＋（ｍ３−ｍａｖｅ）２｝／３  ・・・（１）
ｍ１，ｍ２，ｍ３：負圧面静圧の極大値を示す(1)、(2)、(3)の子午面位置
ｍａｖｅ：ｍ１，ｍ２，ｍ３の平均値，（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３）／３
【００２４】
図６Ａ，６Ｂは、インデューサ内キャビテーションボイド率５０％以上の領域の体積Ｖｃ（インデューサ流路部体積Ｖｉｎｄとの割合Ｖｃ／Ｖｉｎｄで示す）と分散ＶＴのキャビテーション数σに対する変化を、Ｑ／Ｑｄ＝１．０，Ｑ／Ｑｄ＝０．９ならびにＱ／Ｑｄ＝０．８の場合に対して示した図である。図６Ａはキャビテーション体積の変化を示し、図６Ｂはキャビテーション分布のばらつきの変化を示している。図６Ａ，６Ｂでは、図３に示すように実験により確認したキャビテーション不安定現象の発生領域をＲＣ，ＣＳ，ＡＣ＋ＭＣＳとして表記した。図６Ａ，６Ｂを見ると、実験により確認したキャビテーション不安定現象の発生領域と定常キャビテーション解析により求めたＶｃ／Ｖｉｎｄ，ＶＴの変化には相関が認められる。すなわち、Ｑ／Ｑｄ＝０．８の場合、キャビテーションの発達にばらつきが発生するキャビテーション数σ（σ＝０．０７７→０．０７２での変化）で旋回キャビテーション（ＲＣ）が発生している。さらにキャビテーション数σを減じた範囲であるσ＝０．０５５→０．０５０での分散ＶＴの増加部分ではキャビテーションサージ（ＣＳ）が発生している。これらＶＴが増加するσでは、σの減少に対するＶｃ／Ｖｉｎｄの増加率が大きい。
【００２５】
Ｑ／Ｑｄ＝０．９の場合、キャビテーションの発達にばらつきが発生するキャビテーション数σ（σ＝０．０６６→０．０６での変化）で弱いサージ的変動を伴う非対称キャビテーション（ＡＣ＋ＭＣＳ）が発生している。さらにキャビテーション数σを減じた範囲であるσ＝０．０５５→０．０５０でのＶＴ，Ｖｃ／Ｖｉｎｄの増加部分ではキャビテーションサージ（ＣＳ）が発生している。
【００２６】
以上の結果から、定常キャビテーション流れ解析結果により求められるインデューサ内キャビテーション発達状態を示すＶｃ／Ｖｉｎｄ，ＶＴがキャビテーション不安定現象の発生しやすさの指標とできる。例えば、インデューサ設計過程で、定常キャビテーション流れ解析結果により、同一のキャビテーション数σにおける分散ＶＴの大きさを比較することでキャビテーション不安定性の優劣を判断できる。
また、ここでは各翼のインデューサチップ側における翼面静圧分布における極大値の位置の分散ＶＴを評価したが、定常ＣＦＤの計算結果に基づく各翼のキャビテーション分布のばらつきを評価するには、各翼のキャビテーション体積／所定圧力以下の体積のばらつきや、各翼のキャビテーション領域の形状のばらつきを評価しても同様にキャビテーション不安定性の優劣を判断することができる。
【００２７】
すなわち、定常ＣＦＤにより各翼の翼面から連続する所定圧力以下の領域、例えば飽和蒸気圧以下の領域を抽出し、抽出した各領域の占める体積をキャビテーションボイド率の場合と同様に特定し、各体積のばらつきを評価してキャビテーション不安定性の優劣を判断することができる。
また、定常ＣＦＤにより各翼の翼面から連続する所定圧力以下の領域、例えば飽和蒸気圧以下の領域を抽出し、抽出した各領域の形状を特定し、各形状自体のばらつきを評価してキャビテーション不安定性の優劣を判断することができる。
【００２８】
以上のことから、本発明者らは、特定の設計パラメータを異ならせた複数の予測対象の形状を用意し、定常ＣＦＤを用いてキャビテーションの挙動安定性に対する感度を予測し、キャビテーションの挙動安定性を含めたインデューサの設計最適化を実施したものである。
【００２９】
図７は、キャビテーションの挙動安定性を含めたインデューサの設計最適化を示すフローチャートである。図７に示すように、第１ステップＳ１として設計パラメータの検討を行う。図８Ａ，８Ｂは設計パラメータの例を示す図であり、図８Ａはハブ側とチップ側のインデューサ負荷分布を設定するパラメータを示し、図８Ｂは出口渦形式を設定するパラメータを示す。
図８Ａにおいて、横軸は正規化した子午面位置を示し、ｍ＝０がインデューサ入口、ｍ＝１がインデューサ出口を示し、縦軸はインデューサ負荷分布∂（ｒＶθ）／∂ｍ（ｒＶθは角運動量，ｍは子午面位置）を示す。図８Ａに示すように、設計パラメータとしてチップ側の負荷分布のｓｌｏｐｅ（スロープ）であるＳＬＴとハブ側の負荷分布のｓｌｏｐｅ（スロープ）であるＳＬＨとがある。また、設計パラメータとしてチップ側およびハブ側のＩｎｃｉｄｅｎｃｅ（インシデンス）であるＩＮＣＴ，ＩＮＣＨがある。
図８Ｂにおいて、横軸はｓｐａｎ（スパン）を示し、ｓｐａｎ＝０．０がインデューサハブの位置、ｓｐａｎ＝１．０がインデューサチップの位置を示し、縦軸はインデューサ出口のスパン方向無次元ｒＶθ＊分布（オイラーヘッド係数に相当する）を示す。図中、ｒＶθ＊ｔｙｐｅ１は自由渦型であり、ｒＶθ＊ｔｙｐｅ２，ｒＶθ＊ｔｙｐｅ３はハブ側よりチップ側が大きい強制渦型である。図８Ｂに示すように、設計パラメータとしてｒＶθ＊ｔｙｐｅ１，ｒＶθ＊ｔｙｐｅ２，ｒＶθ＊ｔｙｐｅ３の出口渦形式があり、以下の説明においては、これらの出口渦形式をＲＶＴと表記する。
【００３０】
上述したように、設計パラメータの検討を行った後、第２ステップＳ２として、図７に示すように、実験計画法による設計パラメータの割付を行う。ここで、実験計画法とは、対象となるプロセスや物品などの特性を改善し、最適化を図りたい場合などに、その特性に影響を及ぼしていると考えられる要因とは何か、またその要因の効果がどの程度かを、少ない実験回数（シミュレーション回数）で定量化するための統計的実験手法を云う。
【００３１】
次に、第３ステップＳ３として、三次元逆解法によるインデューサ翼形の計算を行う。この三次元逆解法は１９９１年にＵＣＬ（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｃｏｌｌｅｇｅ  Ｌｏｎｄｏｎ）のＤｒ．Ｚａｎｇｅｎｅｈが提唱した手法であり、翼面の負荷分布を規定して、その負荷分布を満たす翼面形状を数値計算により決定する設計手法である。この三次元逆解法の理論の詳細は公知文献（Ｚａｎｇｅｎｅｈ，Ｍ．，１９９１，“Ａ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｒａｄｉａｌ  ａｎｄ  Ｍｉｘｅｄ  Ｆｌｏｗ  Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ  Ｂｌａｄｅｓ”，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｆｌｕｉｄｓ，Ｖｏｌ．１３，ｐｐ．５９９−６２４）に記載されている。
本発明に係るインデューサは、この三次元逆解法により翼形の計算を行うものである。
【００３２】
次に、第４ステップＳ４として、定常ＣＦＤによる性能パラメータの評価を行う。この評価対象は、図７に示すように、揚程，効率等の一般性能、吸込性能、キャビテーション挙動の不安定性等である。
図９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、設計パラメータのキャビテーション体積およびキャビテーションのばらつきに及ぼす影響を示す図である。
図８Ａ，８Ｂにおいて説明したように、設計パラメータはＲＶＴ，ＩＮＣＴ，ＩＮＣＨ，ＳＬＴ，ＳＬＨの５個あり、これら５個の設計パラメータを用いて、それぞれｌｏｗ（小），ｍｉｄｄｌｅ（中），ｈｉｇｈ（大）のようにレベル（Ｌｅｖｅｌ）を変えて定常ＣＦＤにより翼形状を求めることにより、２７個の翼形状が求まる。
図９Ａは、２７個の翼形状に対して、１００％Ｑｄおよびキャビテーション数σ＝０．０６６においてＣＦＤによりキャビテーション体積Ｖｃを求めた結果から導かれた、設計パラメータのキャビテーション体積Ｖｃに及ぼす影響を示す。図９Ａにおいて、横軸は設計パラメータのレベルを示し、縦軸は正規化されたキャビテーション体積Ｖｃを示す。図９Ａからわかるように、チップ部のインシデンス（ＩＮＣＴ）が大きい場合にはキャビテーション体積Ｖｃが大きく、チップ部のインシデンス（ＩＮＣＴ）が小さい場合には、キャビテーション体積が小さい。他のパラメータ（ＲＶＴ，ＩＮＣＨ，ＳＬＴ，ＳＬＨ）は、キャビテーション体積Ｖｃにはそれほど影響を与えない。
【００３３】
図９Ｂは、同様に、２７個の翼形状に対して１２０％Ｑｄおよびキャビテーション数σ＝０．１５においてＣＦＤによりキャビテーション体積Ｖｃを求めた結果から導かれた、設計パラメータのキャビテーション体積Ｖｃに及ぼす影響を示す。図９Ｂにおいて、横軸は設計パラメータのレベルを示し、縦軸は正規化されたキャビテーション体積Ｖｃを示す。図９Ｂからわかるように、チップ部のインシデンス（ＩＮＣＴ）が小さい場合にはキャビテーション体積Ｖｃが大きく、チップ部のインシデンス（ＩＮＣＴ）が大きい場合にはキャビテーション体積Ｖｃが小さい。他のパラメータ（ＲＶＴ，ＩＮＣＨ，ＳＬＴ，ＳＬＨ）は、キャビテーション体積Ｖｃにはそれほど影響を与えない。設計流量を超えるような大流量において、チップ部のインシデンス（ＩＮＣＴ）を大きくすることによって吸込性能が向上することが分かる。
【００３４】
図９Ｃは、同様に、２７個の翼形状に対して８０％Ｑｄおよびキャビテーション数σ＝０．０７１においてＣＦＤによりキャビテーションのばらつきを求めた結果から導かれた設計パラメータのキャビテーションのばらつきに及ぼす影響を示す。ばらつきＶｃ’も、その数値の大きさが示すのは、各翼のインデューサチップ側（ｓｐａｎ＝０．９７５）における翼面静圧分布における極大値の位置のばらつきであり、Ｖｃ’は、式（１）の分散ＶＴから求められ、Ｖｃ’＝ＶＴ１／２である。図９Ｃにおいて、横軸は設計パラメータのレベルを示し、縦軸はキャビテーションのばらつきの度合を示す。図９Ｃからわかるように、チップ部のインシデンス（ＩＮＣＴ）が大きい場合には、キャビテーションのばらつきＶｃ’が大きく、チップ部のインシデンス（ＩＮＣＴ）が小さい場合にはキャビテーションのばらつきＶｃ’が小さい。また、チップ部スロープ（ＳＬＴ）が大きい場合にはキャビテーションのばらつきＶｃ’が大きく、チップ部スロープ（ＳＬＴ）が小さい場合にはキャビテーションのばらつきＶｃ’が小さい。さらに、ＲＶＴが小さい場合にはキャビテーションのばらつきＶｃ’が大きく、ＲＶＴが大きい場合にはキャビテーションのばらつきＶｃ’が小さい。他のパラメータ（ＩＮＣＨ，ＳＬＨ）は、キャビテーションのばらつきＶｃ’にはそれほど影響を与えない。
【００３５】
図９Ａ，９Ｂ，９Ｃに示す結果から、以下のように判断することができる。
（１）キャビテーション体積の大きさで見たキャビテーションの発達度合いは、チップ側インシデンス（ＩＮＣＴ）の影響が顕著であり他のパラメータの影響は小さい。
（２）Ｑ／Ｑｄ＝０．８におけるキャビテーションのばらつきにはＲＶＴ，ＩＮＣＴ，ＳＬＴの影響が大きいことがわかる。すなわち、ＲＶＴが小さく（自由渦設計）、ＩＮＣＴが大きく（チップ側インシデンス大）、ＳＬＴが大きい（後半負荷型）場合にキャビテーションのばらつきが大きく、キャビテーション挙動の不安定性が大きく、ＲＶＴが大きく（強制渦設計）、ＩＮＣＴが小さく（チップ側インシデンス小）、ＳＬＴが小さい（前半負荷型）の場合にキャビテーションのばらつきが小さく、キャビテーション挙動の安定性が大きいと予測できる。
【００３６】
以上の結果から求められる、最もキャビテーション挙動が不安定と予測される設計結果（比較例１）と、吸込性能が高く、キャビテーション挙動が安定と予測される設計結果（本発明例１と本発明例２）とを代表的設計結果として以下に示す。
表１は、最もキャビテーション挙動が不安定と予測される比較例１と、吸込性能が高く、キャビテーション挙動が安定と予測される本発明例１および本発明例２の設計パラメータを示す。
【表１】
0006026438.tif 000002
表１に示すように、比較例１では、ＲＶＴを小（ｌｏｗ）、ＩＮＣＴを大（ｈｉｇｈ）、ＳＬＴを大（ｈｉｇｈ）としている。したがって、図９Ｃからわかるように、キャビテーションのばらつきに最も影響を与える３つの設計パラメータ（ＲＶＴ，ＩＮＣＴ，ＳＬＴ）について、いずれもキャビテーションがばらつく条件を選定している。図９Ｃからわかるように、他の設計パラメータ（ＩＮＣＨ，ＳＬＨ）については、どの条件でもキャビテーションのばらつきにはそれほど影響がない。
【００３７】
これに対して、本発明例１および本発明例２では、ＲＶＴを大（ｈｉｇｈ）、ＩＮＣＴを大（ｈｉｇｈ）、ＳＬＴを小（ｌｏｗ）としている。したがって、図９Ｂからわかるように、大流量における吸込性能（キャビテーション体積の小ささ）に最も影響を与える設計パラメータ（ＩＮＣＴ）について、最も吸込性能の良くなる条件を選定し、また、一方で、図９Ｃからわかるように、キャビテーションのばらつきに影響を与える３つの設計パラメータ（ＲＶＴ，ＩＮＣＴ，ＳＬＴ）の内のＩＮＣＴ以外の２つについて、いずれもキャビテーション体積のばらつきが最も少ない条件を選定している。図９Ａ，９Ｂ，９Ｃからわかるように、他の設計パラメータ（ＩＮＣＨ，ＳＬＨ）については、どの条件でも吸込性能やキャビテーションのばらつきにはそれほど影響がない。
【００３８】
図１０Ａは、比較例１のインデューサの形状を決定するときに用いた負荷分布の形状を示す図である。図１０Ｂ，１０Ｃは、比較例１のインデューサについてＣＦＤによりキャビテーションボイド率５０％の等値面、および翼面上のＮＰＳＨ（有効吸込ヘッド）とを求めた結果を示す図であり、図１０Ｂはキャビテーションボイド率５０％の等値面を求めた結果を示し、図１０Ｃは翼面上のＮＰＳＨを求めた結果を示す。図１０Ａに示すように、比較例１ではチップ側の負荷分布のｓｌｏｐｅ（スロープ）は右肩上がりになっている。したがって、比較例１では、ＳＬＴが大きく、後半部分の負荷が大きくなっている（後半負荷型）。また、図１０Ｃに示すように、比較例１では、翼面静圧分布の負圧面側の静圧分布を見ると、ＮＰＳＨがゼロの翼面静圧が飽和蒸気圧である部分からインデューサ出口側に向かって静圧が急増し、各翼（ｂｌａｄｅ１，ｂｌａｄｅ２，ｂｌａｄｅ３）は、それぞれ(1)、(2)、(3)と示した子午面位置で極大値を取っている。このように、静圧の極大値を示す子午面位置(1)、(2)、(3)のばらつきが大きい場合にキャビテーション挙動の不安定性が大きいと評価することができる。
【００３９】
図１１Ａは、本発明例１のインデューサの形状を決定するときに用いた負荷分布の形状を示す図である。図１１Ｂ，１１Ｃは、本発明例１のインデューサについてＣＦＤによりインデューサ負荷分布、キャビテーションボイド率５０％の等値面、および翼面上のＮＰＳＨ（有効吸込ヘッド）を求めた結果を示す図であり、図１１Ｂはキャビテーションボイド率５０％の等値面を求めた結果を示し、図１１Ｃは翼面上のＮＰＳＨを求めた結果を示す。図１１Ａに示すように、本発明例１ではチップ側の負荷分布のｓｌｏｐｅ（スロープ）は右肩下がりになっている。したがって、本発明例１では、ＳＬＴが小さく、前半部分の負荷が大きくなっている（前半負荷型）。また、図１１Ｂに示すように、黒色部で示すインデューサの各翼面上で発達しているキャビテーション分布にばらつきが発生していない。さらに、図１１Ｃに示すように、本発明例１では、翼面静圧分布の負圧面側の静圧分布を見ると、ＮＰＳＨがゼロの翼面静圧が飽和蒸気圧である部分からインデューサ出口側に向かって静圧が急増し、各翼（ｂｌａｄｅ１，ｂｌａｄｅ２，ｂｌａｄｅ３）は、ともに子午面位置ｍ＝０．４５近傍で極大値を取っている。このように、静圧の極大値を示す子午面位置のばらつきが小さい場合にキャビテーション挙動の安定性が大きいと評価することができる。
【００４０】
図１２Ａは、本発明例２のインデューサの形状を決定するときに用いた負荷分布の形状を示す図である。図１２Ｂ，１２Ｃは、本発明例２のインデューサについてＣＦＤによりキャビテーションボイド率５０％の等値面、および翼面上のＮＰＳＨ（有効吸込ヘッド）を求めた結果を示す図であり、図１２Ｂはキャビテーションボイド率５０％の等値面を求めた結果を示し、図１２ＣはＮＰＳＨを求めた結果を示す。図１２Ａに示すように、本発明例２では、チップ側の負荷分布のｓｌｏｐｅ（スロープ）は右肩下がりになっている。したがって、本発明例２では、ＳＬＴが小さく、前半部分の負荷が大きくなっている（前半負荷型）。また、図１２Ｂに示すように、黒色部で示すインデューサの各翼面上で発達しているキャビテーション分布にばらつきが発生していない。また、図１２Ｃに示すように、本発明例２では、翼面静圧分布の負圧面側の静圧分布を見ると、ＮＰＳＨがゼロの翼面静圧が飽和蒸気圧である部分からインデューサ出口側に向かって静圧が急増し、各翼（ｂｌａｄｅ１，ｂｌａｄｅ２，ｂｌａｄｅ３）は、ともに子午面位置ｍ＝０．４５近傍で極大値を取っている。このように、静圧の極大値を示す子午面位置のばらつきが小さい場合にキャビテーション挙動の安定性が大きいと評価することができる。
【００４１】
図１３Ａ，１３Ｂは、図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃで示した比較例１のインデューサと図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃで示した本発明例１のインデューサを試験ポンプに組み込み、ポンプ性能を確認した結果を示す図である。図１３Ａは比較例１のインデューサおよび本発明例１のインデューサをそれぞれ組み込んだポンプにおける揚程特性と効率を示し、図１３Ｂは比較例１のインデューサおよび本発明例１のインデューサをそれぞれ組み込んだポンプにおける吸込比速度を示す。図１３Ａに示すように、比較例１のインデューサと本発明例１のインデューサを組み込んだポンプの揚程特性と効率は、Ｑ／Ｑｄ＞１．７以上の過大流量側を除けばほとんど同じであり、変化がないことが分かる。図１３Ｂに示すように、本発明例１のインデューサを組み込んだポンプは比較例１のインデューサを組み込んだポンプよりも大流量側、小流量側ともに吸込性能が良好であることがわかる。これにより、最適化設計プロセスによって予測された本発明例１のインデューサの吸込性能に関する優位性が確認できた。
【００４２】
図１４Ａ，１４Ｂは、比較例１のインデューサと本発明例１のインデューサについてインデューサ出口チップ側で測定した静圧係数でみた吸込性能曲線を示す図である。図１４Ａ，１４Ｂにおいて、キャビテーション不安定現象が現れた領域を図中囲い線でマッピングしている。
図１４Ａに示すように、比較例１のインデューサでは流量比Ｑ／Ｑｄ＝０．９，０．８ならびに０．７で旋回キャビテーション（ＲＣ）が発生した。また、流量比Ｑ／Ｑｄ＝１．０と０．９では非対称キャビテーション（ＡＣ）が発生した。さらに、流量比Ｑ／Ｑｄ＝１．０のキャビテーションサージ発生直前と流量比Ｑ／Ｑｄ＝０．９，０．８でキャビテーション数σ＝０．１の付近において弱いキャビテーションサージ的変動（ＭＣＳ）が発生した。
【００４３】
図１４Ｂに示すように、本発明例１のインデューサでは旋回キャビテーション（ＲＣ）は流量比Ｑ／Ｑｄ＝０．８においてのみ発生した。また、非対称キャビテーション（ＡＣ）は発生しなかった。流量比Ｑ／Ｑｄ＝１．０と０．９ではキャビテーションサージ発生よりも大きなキャビテーション数σで弱いキャビテーションサージ的変動（ＭＣＳ）が発生したが、比較例１のインデューサと比べると全体的にキャビテーション不安定現象が弱く、より安定性が高いインデューサであることがわかる。
以上により、最適化プロセスにより予測された本発明例１のインデューサの安定性と吸込性能の優位性を実験により確認できた。
【００４４】
次に、比較例１、本発明例１、本発明例２におけるインデューサの翼角度分布を比較する。図１５は、インデューサの子午面方向位置と翼角度βｂ，翼角度の子午面方向変化率ｄβｂ／ｄｍを示す図である。すなわち、図１５にはインデューサ翼の形状（上側の図）と点線部を拡大した図（下側の図）が示され、拡大図には無次元子午面方向位置ｍにおける翼のキャンバ線と周方向とのなす角（翼角度）βｂと翼角度の子午面方向の変化率ｄβｂ／ｄｍが示されている。
【００４５】
図１６は、無次元子午面方向位置の変化の定義を説明するための図である。すなわち、図１６にはインデューサの子午面形状上に２つの点で特定される無次元子午面位置と２つの点がある部分を拡大した図が示され、拡大図に２つの点ｍ１，ｍ２の関係が示されている。ここで、無次元子午面方向位置の変化をΔｍとすると、ｍ２＝ｍ１＋Δｍと表され、Δｍ＝（（ΔＺ）２＋（Δｒ）２）０．５と表される。
【００４６】
図１７Ａは、比較例１、本発明例１、本発明例２の設計子午面形状を示す図である。図１７Ａに示すように、本設計例では、チップ側は主軸の軸方向と平行な直線、ハブ側は曲線形状である。
図１７Ｂおよび図１７Ｃは、比較例１、本発明例１、本発明例２の設計子午面形状の場合におけるミッドスパンとチップ側の角度分布を比較したグラフである。図１７Ｂ，１７Ｃにおいて、横軸は無次元子午面位置（ｍ）を示し、縦軸は翼角度（βｂ）を示す。図１７Ｂ，１７Ｃに示すように、キャビテーション挙動が安定である本発明例１、本発明例２では、チップ側の翼形状は、翼前縁から無次元子午面位置０．２までは翼角度が増加し、無次元子午面位置０．２から０．５までは翼角度の子午面距離に対する増加率が減少するが、無次元子午面位置０．５から概略０．８５までは翼角度が再度増加し、無次元子午面位置が概略０．８５から翼後縁までは翼角度が減少することを特徴とし、さらに、ミッドスパンにおける翼形状は、翼前縁から無次元子午面位置０．２までは翼角度が増加することを特徴としている。なお、本発明例１、本発明例２のチップ側の翼形状は、無次元子午面位置０．２から０．５まで、翼角度の増加率が減少するものの翼角度自体が減少していない翼形状である。
【００４７】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、それぞれ、比較例１、本発明例１、本発明例２のミッドスパンとチップ側における翼前縁（ｍ＝０）から翼中間部（ｍ＝０．５０）までの翼角度の子午面方向変化率ｄβｂ／ｄｍを示す図である。
図１８Ａおよび図１８Ｂより、キャビテーション挙動が安定である本発明例１、本発明例２では、翼角度増加率ｄβｂ／ｄｍは、チップ側において翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２以上であり、かつミッドスパンにおいて翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２５以上であることを特徴とすることがわかる。より詳しくは、本発明例１、本発明例２では、翼角度増加率ｄβｂ／ｄｍは、チップ側において翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２〜２．０であり、かつミッドスパンにおいて翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２５〜２．０であることを特徴とする。
【００４８】
図１９Ａは、比較例１、本発明例１、本発明例２と同様の負荷分布を用いてそれぞれ設計したインデューサ翼である比較例２、本発明例３、本発明例４の設計子午面形状を示す図である。図１９Ａに示すように、本設計例では、ハブ側、チップ側の両方で主軸の軸方向と平行な直線形状である。
図１９Ｂおよび図１９Ｃは、比較例２、本発明例３、本発明例４の設計子午面形状の場合におけるミッドスパンとチップ側の角度分布を比較したグラフである。図１９Ｂ，１９Ｃにおいて、横軸は無次元子午面位置（ｍ）を示し、縦軸は翼角度（βｂ）を示す。図１９Ｂ，１９Ｃに示すように、キャビテーション挙動が安定である本発明例３、本発明例４では、チップ側の翼形状は、翼前縁から無次元子午面位置０．２までは翼角度が増加し、無次元子午面位置０．２から０．５までは翼角度の子午面距離に対する増加率が減少するが、無次元子午面位置０．５から概略０．８５までは翼角度が再度増加し、無次元子午面位置が概略０．８５から翼後縁までは翼角度が減少することを特徴とし、さらに、ミッドスパンにおける翼形状は、翼前縁から無次元子午面位置０．２までは翼角度が増加することを特徴としている。なお、本発明例３、本発明例４のチップ側の翼形状は、無次元子午面位置０．２から０．５まで、翼角度の増加率が減少するものの翼角度自体が減少していない翼形状である。
【００４９】
図２０Ａおよび図２０Ｂは、それぞれ、比較例２、本発明例３、本発明例４のミッドスパンとチップ側における翼前縁（ｍ＝０）から翼中間部（ｍ＝０．５０）までの翼角度の子午面方向変化率ｄβｂ／ｄｍを示す図である。
図２０Ａおよび図２０Ｂより、キャビテーション挙動が安定である本発明例３、本発明例４では、翼角度増加率ｄβｂ／ｄｍは、チップ側において翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２以上であり、かつミッドスパンにおいて翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２５以上であることを特徴とすることがわかる。より詳しくは、本発明例３、本発明例４では、翼角度増加率ｄβｂ／ｄｍは、チップ側において翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２〜２．０であり、かつミッドスパンにおいて翼前縁から無次元子午面位置０．１５までは０．２５〜２．０であることを特徴とする。
これらの特徴は比較例１、本発明例１、本発明例２と同様である。
【００５０】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、複数の同一形状の翼を有するインデューサにおいて、キャビテーションの挙動安定性を最適化することが可能なインデューサ形状に利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１      インデューサ
１ｌｅ  翼前縁
１ｔｅ  翼後縁
１Ｈ    インデューサハブ
１Ｔ    インデューサチップ
２      羽根車
３      主軸
【図１】
0006026438.tif 000003
【図２】
0006026438.tif 000004
【図３】
0006026438.tif 000005
【図４】
0006026438.tif 000006
【図５Ａ】
0006026438.tif 000007
【図５Ｂ】
0006026438.tif 000008
【図６Ａ】
0006026438.tif 000009
【図６Ｂ】
0006026438.tif 000010
【図７】
0006026438.tif 000011
【図８Ａ】
0006026438.tif 000012
【図８Ｂ】
0006026438.tif 000013
【図９Ａ】
0006026438.tif 000014
【図９Ｂ】
0006026438.tif 000015
【図９Ｃ】
0006026438.tif 000016
【図１０Ａ】
0006026438.tif 000017
【図１０Ｂ】
0006026438.tif 000018
【図１０Ｃ】
0006026438.tif 000019
【図１１Ａ】
0006026438.tif 000020
【図１１Ｂ】
0006026438.tif 000021
【図１１Ｃ】
0006026438.tif 000022
【図１２Ａ】
0006026438.tif 000023
【図１２Ｂ】
0006026438.tif 000024
【図１２Ｃ】
0006026438.tif 000025
【図１３Ａ】
0006026438.tif 000026
【図１３Ｂ】
0006026438.tif 000027
【図１４Ａ】
0006026438.tif 000028
【図１４Ｂ】
0006026438.tif 000029
【図１５】
0006026438.tif 000030
【図１６】
0006026438.tif 000031
【図１７Ａ】
0006026438.tif 000032
【図１７Ｂ】
0006026438.tif 000033
【図１７Ｃ】
0006026438.tif 000034
【図１８Ａ】
0006026438.tif 000035
【図１８Ｂ】
0006026438.tif 000036
【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
0006026438.tif 000038
【図１９Ｃ】
0006026438.tif 000039
【図２０Ａ】
0006026438.tif 000040
【図２０Ｂ】
0006026438.tif 000041