(57)【要約】【課題】  損失を抑制しつつ、自由度の高い性能調整を実現できる遠心羽根車を提供する。【解決手段】  遠心羽根車２は、それぞれ対応する羽根１７の出口１７ｂから回転方向Ｒと反対側に向かって、側板１８Ａ，１８Ｂ外周１８ａに沿って延びる複数の補助翼２０を備える。【選択図】図４
2006112392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁板に翼列状に配置され、入口が前記側壁板の回転中心側に位置する一方、出口が前記側壁板の外周側に位置する複数の羽根と、
それぞれ対応する前記羽根の出口から前記側壁板の回転方向と反対側に向かって、前記側壁板の外周に沿って延びる複数の補助翼と
を備えることを特徴とする、遠心羽根車。
【請求項２】
前記羽根の出口角度と前記補助翼の翼角度が異なることを特徴とする、請求項１に記載の遠心羽根車。
【請求項３】
前記補助翼は前記羽根とは別体であって、前記側壁板に着脱可能に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の遠心羽根車。
【請求項４】
前記補助翼は前記羽根とは別体であり、
前記補助翼の前記側壁板の回転中心回りの角度位置を調節する調節機構を備えることを特徴とする、請求項２に記載の遠心羽根車。
【請求項５】
前記調節機構は、
前記補助翼が設けられ、かつ前記側壁板の外周に取り付けられた一対の枠体と、
前記側壁板の外周に対して前記一対の枠体を解除可能に互いに締め付ける締付手段と
を備えることを特徴とする、請求項４に記載の遠心羽根車。
【請求項６】
前記調節機構は、
前記補助翼が設けられ、前記側壁板に対して前記側壁板の回転中心に沿った方向に進退可能、かつ前記側壁板に対して前記側壁板の回転中心回りに回転可能に前記側壁板に取り付けられた補助翼保持部材と、
前記補助翼保持部材を前記側壁板の回転中心に沿った方向に進退させ、かつ位置決めする移動手段と、
前記回転中心に沿った方向の位置に応じて、前記補助翼保持部材の前記回転中心回りの角度位置を変化させるカム機構と
を備えることを特徴とする、請求項４に記載の遠心羽根車。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の遠心羽根車を備える流体機械。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の遠心羽根車を備える遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ、圧縮機、ポンプ逆転水車を含む水車等の流体機械に使用される遠心羽根車に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心羽根車は、種々の流体機械に広範に使用されており、その性能改善に関する種々の試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
近時、省エネルギー等の観点から、遠心羽根車の性能調整に対する要求が高まっている。回転数が一定の場合、遠心羽根車を備える遠心ポンプの性能調整の方法としては、第１に遠心ポンプの吐出側の管路に開度調整可能な制御弁を設けることが知られている。また、第２の方法としては、遠心羽根車の外径を加工して縮小することが知られている。
【０００４】
しかし、第１の方法には、制御弁を管路に設けること自体で損失が生じ、効率低下を招くという問題がある。
【０００５】
また、第２の方法には以下の問題がある。遠心ポンプの性能曲線を示す図１５を参照すると、η１’，η２’は効率、Ｈ１’，Ｈ２’は揚程曲線（Ｈ−Ｑ曲線）、Ｎ１’，Ｎ２’は吸込実揚程（ＮＰＳＨ）を示す。また、実線の性能曲線η１’，Ｈ１’，Ｎ１’は遠心羽根車の直径がＤ１の場合を示し、点線の性能曲線η２’，Ｈ２’，Ｎ２’は遠心羽根車の外径を縮小する加工を施して直径Ｄ２（Ｄ２＜Ｄ１）とした場合を示す。
【０００６】
遠心羽根車の性能調整では、使用流量（例えば図１５の流量Ｑ１）での揚程のみを変更し、締切揚程（流量が零のときの揚程）は維持することが好ましい。しかし、揚程曲線Ｈ１’，Ｈ２’を比較すると明らかなように、遠心羽根車の外径を縮小した場合、使用流量Ｑ１付近の流量域で揚程が低下するだけでなく、締切揚程も大幅に低下する。また、効率η１’，η２’を比較すれば明らかなように、遠心羽根車の外径を縮小すると最高効率点も大きく変化する。さらに、吸込実揚程Ｎ１’，Ｎ２’を比較すれば明らかなように、遠心羽根車の外径を縮小すると吸込性能も変化してしまう。さらにまた、遠心羽根車の外径を縮小する加工は比較的容易であるが、加工により外径を拡大することは困難である。従って、第２の方法では揚程を低減する調整は可能でも、揚程を増加させる調整はできない。以上の点で、第２の方法は性能調整の自由度が低い。
【０００７】
軸流羽根車や斜流羽根車については、性能調整のために可動羽根とすることが知られている。しかし、この種の可動羽根は個々の羽根全体を動かすことで羽根角を調整する機構であるので、遠心羽根車には適用することができない。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−５４７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、損失を抑制しつつ、自由度の高い性能調整を実現できる遠心羽根車を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、側壁板に翼列状に配置され、入口が前記側壁板の回転中心側に位置する一方、出口が前記側壁板の外周側に位置する複数の羽根と、それぞれ対応する前記羽根の出口から前記側壁板の回転方向と反対側に向かって、前記側壁板の外周に沿って延びる複数の補助翼とを備えることを特徴とする、遠心羽根車を提供する。
【００１１】
前記羽根の出口角度と前記補助翼の翼角度は異なっている。
【００１２】
本発明の羽根車は、補助翼の翼長を調節することで性能調整を行うことができる。また、性能調整のために羽根を加工する必要がないので、性能調整の自由度が高い。さらに、性能調整のための制御弁を管路に設ける必要がないので、損失を抑制することができる。
【００１３】
本明細書では、前記補助翼の翼長は、側板の外周における前記回転方向上流側の羽根の端部から補助翼の先端までの長さとして定義される。また、補助翼の翼角度は、補助翼の先端における補助翼が延びる方向と、補助翼の先端における側壁板の外周の接線方向とがなす角度として定義される。
【００１４】
さらに具体的には、前記補助翼は前記羽根とは別体であって、前記側壁板に着脱可能に固定されている。翼長の異なる補助翼に交換することで、性能調整を行うことができる。
【００１５】
代案としては、前記補助翼は前記羽根とは別体であり、かつ、遠心羽根車は前記補助翼の前記側壁板の回転中心回りの角度位置を調節する調節機構を備える。調節機構で補助翼の側壁板の回転中心回りの角度位置を調整すれば、補助翼の翼長が変えることができ、簡単かつ高い自由度をもって性能調整を行うことができる。
【００１６】
具体的には、前記調節機構は、前記補助翼が設けられ、かつ前記側壁板の外周に取り付けられた一対の枠体と、前記側壁板の外周に対して前記一対の枠体を解除可能に互いに締め付ける締付手段とを備える。締付手段を緩めれば、側壁板の回転中心回りの枠体の角度位置を調整し、それによって補助翼の翼長を変えることができる。締付手段により一対の枠体で側壁板の外周を締め付ければ、枠体の角度位置を固定することができる。
【００１７】
代案としては、前記調節機構は、前記補助翼が設けられ、前記側壁板に対して前記側壁板の回転中心に沿った方向に進退可能、かつ前記側壁板に対して前記側壁板の回転中心回りに回転可能に前記側壁板に取り付けられた補助翼保持部材と、前記補助翼保持部材を前記側壁板の回転中心に沿った方向に進退させ、かつ位置決めする移動手段と、前記回転中心に沿った方向の位置に応じて、前記補助翼保持部材の前記回転中心回りの角度位置を変化させるカム機構とを備える。移動手段により回転中心に沿った方向に補助翼保持部材を進退させると、カム機構により側壁板の回転中心回りの補助翼保持部材の角度位置が変化するので、補助翼の翼長を変えることができる。側壁板の回転中心に沿った方向に補助翼保持部材を位置決めすると、補助翼保持部材の回転中心回りの角度位置を固定することができる。
【００１８】
移動手段は、例えばねじ機構や油圧シリンダ等からなる。また、カム機構は、例えば補助翼保持部材に形成された回転中心に対して角度をなして延びるカム溝と、このカム溝内に配置された側壁板側のカムからなる。なお、補助翼は羽根と一体構造であってもよい。
【００１９】
本発明の遠心羽根車は、遠心ポンプ、遠心圧縮機、ポンプ逆転水車を含む水車等の種々の流体機械に使用することができる。遠心ポンプに本発明の遠心羽根車を使用すれば、効率や吸込性能を変化させることなく、かつ締切揚程を変化させることなく使用流量での揚程を調整することができる。また、補助翼を着脱可能とすれば、補助翼の有無により揚程の増加と減少の両方を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の遠心羽根車は、羽根の出口から側壁板の回転方向と反対側に向かって側壁板の外周に沿って延びる補助翼を備えるので、この補助翼の長さを調節することで性能調整を行うことができる。また、性能調整のために羽根を加工する必要がないので、性能調整の自由度が高い。さらに、性能調整のための制御弁を管路に設ける必要がないので、損失を抑制することができる。
【００２１】
遠心ポンプに本発明の遠心羽根車を使用すれば、効率、吸込性能、及び締切揚程を変化させることなく、揚程を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１から図４に示す本発明の第１実施形態は、横軸の両吸込型遠心ポンプ１の遠心羽根車（以下、単に「羽根車」という。）２に本発明を適用した例である。
【００２４】
図１を参照すると、この両吸込型遠心ポンプ１は、上側ケーシング３Ａ及び下側ケーシング３Ｂからなるケーシング３を備え、ケーシング３内に渦巻室４が形成されている。渦巻室４内に配置された羽根車２は、図において水平方向に延びる主軸５に固定されている。主軸５はケーシング３を貫通して延びている。下側ケーシング３Ｂには一対の軸受ブラケット６Ａ，６Ｂが固定され、これら軸受ブラケット６Ａ，６Ｂ内に収容された軸受７Ａ，７Ｂにより主軸５の両端が回転自在に支持されている。また、主軸５がケーシング３を貫通する部分には封止用のメカニカルシール８Ａ，８Ｂが配設されている。主軸５の図において右側の端部が原動機（図示せず。）に接続されている。
【００２５】
原動機により主軸５が回転駆動されると渦巻室４内で羽根車２が回転する。吸込口９から渦巻室４に流入した水は、羽根車入口１０Ａ，１０Ｂから回転する羽根車２内に流入し、羽根車出口１１から吐出口１２を経て吐出される。
【００２６】
図１から図３を参照すると、羽根車２は、主軸に対してキー止めで固定されるボス部１５と、ボス部１５から主軸５の径方向に延びる主板（側壁板）１６を備える。主板１６には、複数の両吸込型の羽根１７の基端側が固定されている。また、これら複数の羽根１７の図において左右の先端は側板（側壁板）１８Ａ，１８Ｂで連結されている。主板１６の外周は円形である。また、側板１８Ａ，１８Ｂは外周１８ａが円形であり、中央の開口が羽根車入口１０Ａ，１０Ｂを構成している。また、互いに対向する側板１８Ａ，１８Ｂの外周１８ａに挟まれ部分が羽根車出口１１を構成している。主板１６及び側板１８Ａ，１８Ｂは主軸５と同軸に配置されている。従って、主軸５の回転中心Ｌは、主板１６及び側板１８Ａ，１８Ｂの回転中心でもある。
【００２７】
図２に示すように、羽根１７は側板１８Ａ，１８Ｂに対して翼列状に配置されている。個々の羽根１７の入口１７ａは羽根車入口１０Ａ，１０Ｂ（側板１８Ａ，１８Ｂの回転中心Ｌ側）に位置し、出口１７ｂは羽根車出口１１（側板１８Ａ，１８Ｂの外周１８ａ側）に位置する。
【００２８】
図２に最も明瞭に示すように、個々の羽根１７に対して補助翼２０が設けられている。補助翼２０は羽根１７の出口１７ｂから側板１８Ａ，１８Ｂの外周に沿って延びている。また、補助翼２０は図２において矢印Ｒで示す回転中心Ｌ回りの主軸５の回転方向とは反対側に向かって延びている。図３を併せて参照すると、羽根１７と同様に、補助翼２０の図において左右の先端は側板１８Ａ，１８Ｂに連結されている。
【００２９】
本実施形態では、個々の補助翼２０とそれに対応する羽根１７とは別体である。また、補助翼２０は側板１８Ａ，１８Ｂとも別体である。図３及び図４に示すように、補助翼２０はボルト２３によって側板１８Ａ，１８Ｂに固定されている。従って、補助翼２０は羽根車２から簡単に取り外すことができる。また、形状や寸法の異なる補助翼２０に簡単に交換することができる。
【００３０】
次に、図４を参照して、回転中心Ｌと直交する断面における補助翼２０の断面形状を説明する。まず、補助翼２０の基端面２０ａは対応する羽根１７の内面１７ｃに密接している。一方、補助翼２０の先端面２０ｂは曲率半径の小さい円弧状である。次に、羽根車出口１１側（側板１８Ａ，１８Ｂの外周１８ａ側）に位置する補助翼２０の外側面２０ｃは、側板１８Ａ，１８Ｂの外周と一致した円弧状を呈している。一方、羽根車入口１０Ａ，１０Ｂ側に位置する補助翼２０の内側面２０ｄは、外側面２０ｃより曲率半径の小さい円弧状を呈しており、滑らかに羽根１７の内面１７ｃに合流している。
【００３１】
羽根１７の外面１７ｄと側板１８Ａ，１８Ｂの外周の交差位置Ｐ１から補助翼２０の先端面２０ｂまでの側板１８Ａ，１８Ｂの外周方向に沿った距離α１を翼長と呼ぶ。また、羽根１７の内面１７ｃと側板１８Ａ，１８Ｂの外周の交差位置Ｐ２から補助翼２０の先端面２０ｄまでの側板１８Ａ，１８Ｂの周方向に沿った距離α２を突出量と呼ぶ。後に詳述するように、補助翼２０の翼長α１や突出量α２を変更することにより、高い自由度をもって羽根車２の性能を調整することができる。
【００３２】
補助翼２０の延びる方向は羽根１７の出口角度β２と異ならせている。図４において、記号β１は羽根１７の出口角度を示す。この出口角度β１は、羽根車出口１１において羽根１７が延びる方向と側板１８Ａ，１８Ｂの接線方向がなす角度として定義される。また、記号β２は補助翼２０の翼角度を示す。この翼角度β２は羽根車出口１１において補助翼２０の外側面２０ｃと側板１８Ａ，１８Ｂの外周のなす角度として定義される。本実施形態では翼角度β２は０°である。翼角度β２は出口角度β１と異なる角度に設定する必要がある。
【００３３】
次に、図５を参照して補助翼２０により両吸込型遠心ポンプ１の揚程を調整可能である理由を理論的に説明する。以下の理論的説明は、後述する第２実施形態のような片吸込型遠心ポンプ３１の場合にもあてはまる。図５の速度三角形のうち実線は補助翼２０を設けない場合を示し、点線は補助翼２０を設けた場合を示す。
【００３４】
図５において、記号Ｕは羽根車出口１１における円周方向速度成分（側板１８Ａ，１８Ｂの外周１８ａの周方向速度）である。また、記号Ｃ，Ｃ’は水の流れの絶対速度である。さらに、記号Ｃｕ，Ｃｕ’は羽根車出口１１における水の流れの絶対速度の円周方向速度成分である。さらにまた、記号Ｗ，Ｗ’は羽根車２に対する水の流れの相対速度である。記号γ，γ’は相対速度Ｗ，Ｗ’が円周方向のなす角度（流れ角度）を示す。記号Ｃ，Ｃｕ’，γは補助翼２０を設けない場合、記号Ｃ，Ｃｕ’，γは補助翼２０を設ける場合の速度等である。なお、記号Ｃｍは水の流れの絶対速度の円周方向と直交する方向の速度成分であり、補助翼２０の有無に関わらず一定である。
【００３５】
補助翼２０を設けない場合の理論揚程Ｈｔｈは以下の式（１）で与えられる。なお、記号ｇは重力角度である。
【００３６】
【数１】
2006112392.tif 000003
【００３７】
補助翼２０を設けることにより流れ角度がγからγ’に減少し、それに伴って流れの絶対速度の円周方向速度成分もＣｕからＣｕ’に減少する。補助翼２０を設けた場合の理論揚程Ｈｔｈ’は以下の式（２）で与えられる。
【００３８】
【数２】
2006112392.tif 000004
【００３９】
前述のようにＣｕ’＞Ｃｕであるので、式（１），（２）から明らかなように、補助翼２０を設けると理論揚程が低下する。理論揚程の低下率ａは以下の式（３）で与えられる。
【００４０】
【数３】
2006112392.tif 000005
【００４１】
式（３）から明らかなように、流れの絶対速度の円周方向速度成分Ｃｕ’が小さい程、揚程が減少する。また、補助翼の補助翼２０の翼長α１が長いほど、流れ角度がγ’が小さくなり、円周方向速度成分Ｃｕ’が減少する。従って、補助翼２０の翼長α１が長くなる程、揚程が減少する。換言すれば、補助翼２０の翼長α１の設定により揚程を自由に設定することができる。
【００４２】
図６は、両吸込型遠心ポンプ１の性能曲線を模式的に示す。この図６において、η１，η２は効率、Ｈ１，Ｈ２は揚程曲線（Ｈ−Ｑ曲線）、Ｎ１，Ｎ２は吸込実揚程を示す。また、実線の性能曲線η１，Ｈ１，Ｎ１は補助翼２０を設けない場合を示し、点線の性能曲線η２’，Ｈ２’，Ｎ２’は補助翼２０を設けた場合を示す。さらに、使用流量をＱ１とする。
【００４３】
揚程曲線Ｈ１，Ｈ２を比較すれば明らかなように、補助翼２０を設けることにより流量の増加に対する揚程の低下率が大きくなり、使用流量Ｑ１での揚程が減少する。しかし、補助翼２０を設けても締切揚程は殆ど変化しない。また、効率η１，η２についても補助翼２０を設けたことによる変化は殆どない。さらに、吸込実揚程Ｎ１，Ｎ２についても、補助翼２０を設けたことによる変化は殆出ない。このように補助翼２０を設けることにより、締切揚程、効率、及び吸込性能を変えることなく、使用流量での揚程を調整することができる。また、性能調整のために羽根１６の切削等の加工を行う必要がない。さらに、吐出側の管路に制御弁を設ける必要もないので、損失を抑制することができる。
【００４４】
図７は翼長α１を異なる補助翼２０を使用して揚程、効率、吸込実揚程、及び軸動力を実際に測定した測定結果を示す。図７において、「●」印は補助翼２０の翼長α１が６ｍｍの場合（α１＝６ｍｍ）、「▲」印は補助翼２０の翼長α１が１７ｍｍの場合（α１＝１７ｍｍ）、「■」印は補助翼２０の翼長α１が４７ｍｍの場合（α１＝４７ｍｍ）場合を示す。
【００４５】
揚程曲線Ｈを比較すると、補助翼２０の翼長α１が長くなる程、流量増加に対する揚程の減少率が大きくなる。また、翼長α１が変化しても締切揚程は殆ど変化しない。次に、効率ηを比較すると、補助翼２０の翼長α１を変えても最高効率（流量１７ｍ３／min）は１％程度しか変化せず、最高効率点以外の流量域でも翼長α１の相違による効率の変化は大きくない。吸込実揚程Ｎ及び軸動力Ｐについても、翼長α１の相違による特性の変化は極めて小さい。このように実際の測定結果からも、補助翼２０の翼長α１を変えることにより吸込揚程を変えることなく使用流量での揚程を調整することができ、かつその際に効率、吸込性能、及び軸動力の変化は小さいことが確認できる。
【００４６】
（第２実施形態）
図８から図１０に示す本発明の第２実施形態は、横軸の片吸込型遠心ポンプ３１の羽根車２に本発明を適用した例である。また、補助翼５７の回転中心Ｌ回りの角度位置を調節する調節機構として、後述する枠体５６Ａ，５６Ｂとボルト５８及びナット５９を備える。
【００４７】
図８を参照すると、ケーシング３２と吸込カバー３４により形成された渦巻室３５内に遠心羽根車（以下、単に「羽根車」という。）３６が配置されている。羽根車３６は図において水平方向に延びる主軸３７に固定されている。主軸３７はケーシング３２を貫通して延びている。ケーシング３２に固定されたフレーム３８には軸受３９Ａ，３９Ｂが配置されており、これらの軸受３９Ａ，３９Ｂにより主軸３７の右側が回転自在に支持されている。また、主軸３７がケーシング３２を貫通する部分にはメカニカルシール４０が配設されている。図８の図において右側の端部は原動機（図示せず。）に接続されている。
【００４８】
原動機により主軸３７が回転駆動されると、渦巻室３５内で羽根車３６が回転する。吸込口４１から渦巻室３５に流入した水は、羽根車入口４２から回転する羽根車３６内に流入し、羽根車出口４３から吐出口４４を経て吐出される。
【００４９】
図９及び図１０を併せて参照すると、羽根車３６は主軸３７に対して固定されたボス部５１と、このボス部５１から主軸３７の径方向に延びる主板（側壁板）５２を備える。主板５２には複数の片吸込型の羽根５３の基端側が固定されている。また、これら複数の羽根５３の先端側は側板（側壁板）５４に連結されている。主板５２の外周５２ａは円形である。また、側板５４は外周５４ａが円形であり、中央の開口が羽根車入口４２を構成している。また、主板５２と側板５４の外周５２ａ，５４ａで挟まれた部分が羽根車出口４３を構成している。主板５２及び側板５４は主軸３７と同軸に配置されており、主軸の回転中心Ｌは主板５２及び側板５４の回転中心でもある。図９に示すように、羽根５３は側板５４に対して翼列状に配置されており、入口５３ａが羽根車入口４２に位置し、出口５３ｂは羽根車出口４３に位置する。
【００５０】
図９及び図１０に示すように、主板５２及び側板５４の円形の外周５２ａ，５４ａには、主軸３７の方向（回転中心Ｌの方向）から見ると半円形を呈する一対の枠体５６Ａ，５６Ｂが取り付けられている。これらの枠体５６Ａ，５６Ｂには、個々の羽根５３と対応する位置に補助翼５７が設けられている。従って、補助翼５７は羽根５３、主板５２、及び側板５４とは別体である。詳細には、個々の枠体５６Ａ，５６Ｂは、主板５２の外側に配置される第１の半円環部５６ａと、側板５４の外側に配置される第２の半円環部５６ｂとを備え、これらの半円環部５６ａ，５６ｂの間に主板５２及び側板５４の外周５２ａ，５４ａ付近が密には嵌り込んでいる。補助翼５７は図８及び図１０における左右の端部が半円環部５６ａ，５６ｂに連結されている。回転中心Ｌと直交する断面における補助翼５７の断面形状は第１実施形態の補助翼２０と同様である（図４参照）。
【００５１】
一対の枠体５６Ａ，５６Ｂはフランジ部５６ｃを備えている。締付手段としてのボルト５８及びナット５９（図９参照）によりフランジ部５６ｃで主板５２及び側板５４の外周５２ａ，５４ａを締め付けることにより羽根車３６に固定されている。従って、ボルト５８及びナット５９による締め付けを緩めれば、図９において矢印Ａ１，Ａ２に示すように枠体５６Ａ，５６Ｂを主板５２及び側板５４の外周５２ａ，５４ａに沿って回転させ、回転中心Ｌ回りの角度位置を調整することができる。補助翼５７は枠体５６Ａ，５６Ｂに設けられているので、枠体５６Ａ，５６Ｂを回転させることで、翼長α１及び突出量α２を調整することができる。枠体５６Ａ，５６Ｂの角度位置を調節した後に再度ボルト５８及びナット５９で枠体５６Ａ，５６Ｂを締め付ければ、補助翼５７の角度位置を固定することができる。
【００５２】
例えば、補助翼５７が図９に示す角度位置にある場合に、枠体５６Ａ，５６Ｂを矢印Ａ１で示す方向に回転させると、補助翼５７の翼長α１が長くなる。その結果、流量増加に対する揚程の減少率が大きくなり、使用流量での揚程は低下するが、締切揚程は殆ど変化しない。また、効率、吸込実揚程、及び軸動力も殆ど変化しない。一方、枠体５６Ａ，５６Ｂを矢印Ａ２で示す方向に回転させると、補助翼５７の翼長α１が短くなる。その結果、流量増加に対する揚程の減少率が小さくなり、使用流量での揚程は上昇するが、締切揚程は殆ど変化しない。また、効率、吸込実揚程、及び軸動力も殆ど変化しない。
【００５３】
以上のように、本実施形態の片吸込型遠心ポンプ３１では、回転中心Ｌ回りの枠体５６Ａ，５６Ｂの角度位置を調節するだけで、簡単に補助翼５７の翼長α１を変えて揚程を調整することができる。また、枠体５６Ａ，５６Ｂを取り外せば、羽根車３６から補助翼５７をなくすことができる。逆に、既存の羽根車に枠体５６Ａ，５６Ｂを取り付けるだけで簡単に補助翼５７による性能調整を実現できる。なお、第１実施形態のような両吸込型遠心ポンプにも本実施形態の構成を適用できる。逆に、第１実施形態のような着脱式の補助翼２０を本実施形態のような両吸込型遠心ポンプにも適用できる。
【００５４】
第２実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様である。
【００５５】
（第３実施形態）
図１１及び図１２示す本発明の第３実施形態は第２実施形態と同様の片吸込型遠心ポンプであるが、補助翼６２の回転中心Ｌ回りの角度位置を調節する調節機構が異なる。図において第２実施形態と同一の要素には同一の符号を付している。
【００５６】
本実施形態における補助翼６２の調節機構は、補助翼保持筒体（補助翼保持部材）６３、図１１にのみ概略的に示す移動手段６４、及びカム機構６５を備える。
【００５７】
補助翼保持筒体６３は、両端開口の筒状であり羽根車３６の外周を覆うように配置されている。詳細には、補助翼保持筒体６３は、羽根車３６の主板５２及び側板５４の外周５２ａ，５４を取り囲む第１の筒状部６３ａ、羽根車３６のボス部５１を取り囲む第２の筒状部６３ｂ、及び第１の筒状部６３ａと第２の筒状部６３ｂを連結する円盤状部６３ｃを備える。また、補助翼保持筒体６３は、矢印Ｂ１，Ｂ２で示すように羽根車３６に対して回転中心Ｌに沿った方向に進退可能であり、かつ矢印Ｃ１，Ｃ２で示すように羽根車３６に対して回転中止回りに回転可能である。
【００５８】
第１の筒状部６３ａの内面には、主板５２及び側板５４の外周５２ａ，５４ａが当接している。また、第１の筒状部６３ａには羽根５３と対応する位置に補助翼６２が設けられている。回転中心Ｌと直交する断面における補助翼５７の断面形状は第１実施形態の補助翼２０と同様である（図４参照）。一つの補助翼６２とこれに隣接する他の補助翼６２の間には、羽根車出口４３と連通する隙間６６が形成されている。
【００５９】
カム機構６５は、補助翼保持筒体６３の第２の筒状部６３ｂに形成されたカム溝６８と、このカム溝６８に配置されたボス部５１側のカム６９とを備える。図１２に明瞭に示すように、カム溝６８は回転中心Ｌに対して角度をなして延びている。また、カム６９は第２の筒状部６３ｂに固定されたピン７０と、このピン７０の先端に取り付けられた滑りコマ７１とを備える。
【００６０】
移動手段６４は、補助翼保持筒体６３を回転中心Ｌに沿った方向に進退させ、かつ回転中心Ｌに沿った方向に補助翼保持筒体６３を位置決めできるものであればよい。このような移動手段６４としては、例えば補助翼保持筒体６３を進退させる油圧シリンダや、手動で補助翼保持筒体６３を進退させるねじ機構等がある。
【００６１】
図１３Ａは、補助翼保持筒体６３が羽根車３６に対して図において最も右側の位置（最退位置）にある状態を示す。この状態ではカム６９はカム溝６８の先端に当接している。また、図１３Ｂを併せて参照すると、補助翼保持筒体６３が最高後退位置にあるときに、補助翼６２の翼長α１が最も長い（突出量α２が最も大きい。）。最後退位置から移動手段６４が矢印Ｂ１で示すように補助翼保持筒体６３を図において左側に向けて前進させると、カム溝６８とカム６９の係合により補助翼保持筒体６３が矢印Ｃ１で示す方向に回転する。この矢印Ｃ１方向の回転に伴って、補助翼６２の翼長α１が減少していく。
【００６２】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、補助翼保持筒体６３が羽根車３６に対して図において最も左側の位置（最前進位置）に達した状態を示す。この最前進位置では、補助翼６２の翼長α１が最も長い（突出量α２が最も大きい。）。最前進位置から移動手段６４が矢印Ｂ２で示すように補助翼保持筒体６３を図において右側に向けて移動させると、カム溝６８とカム６９の係合により補助翼保持筒体６３が矢印Ｃ２で示す方向に回転する。この矢印Ｃ２方向の回転に伴って、補助翼６２の翼長α１が増加していく。
【００６３】
本実施形態の片吸込型遠心ポンプでは、移動手段６４により補助翼保持筒体６３を回転中心Ｌに沿った方向に進退させることにより、無段階で補助翼６２の翼長α１を変えることができる。
【００６４】
第３実施形態のその他の構成及び作用は、第２実施形態と同様である。
【００６５】
本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、補助翼は羽根と一体構造であってもよい。また、遠心ポンプを例に本発明を説明したが、本発明は遠心圧縮機、ポンプ逆転水車を含む水車等の種々の流体機械に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る遠心羽根車を備える両吸込型遠心ポンプを示す断面図。
【図２】図１のII−II線での断面図。
【図３】遠心羽根車を示す図１の部分拡大図。
【図４】図２の概略的な部分拡大図。
【図５】羽根車出口の速度三角形を示す図。
【図６】第１実施形態の両吸込型渦巻ポンプの概念的な性能曲線。
【図７】第１実施形態の両吸込型遠心ポンプの性能曲線。
【図８】本発明の第２実施形態に係る遠心羽根車を備える片吸込型遠心ポンプを示す断面図。
【図９】図８のIX−IX線での断面図。
【図１０】遠心羽根車を示す図８の部分拡大図。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る遠心羽根車を示す部分断面図。
【図１２】図１１のXII−XII線での矢視図。
【図１３Ａ】補助翼が最も突出した位置にあるときの遠心羽根車の部分平面図。
【図１３Ｂ】最も突出した位置にあるときの補助翼を示す部分断面図。
【図１４Ａ】補助翼が最も引き込まれた位置にあるときの遠心羽根車の部分平面図。
【図１４Ｂ】最も引き込まれた位置にある補助翼を示す部分断面図。
【図１５】従来の遠心羽根車の性能調整方法の一例を説明するための線図。
【符号の説明】
【００６７】
１  両吸込型遠心ポンプ
２  遠心羽根車
３  ケーシング
３Ａ  上側ケーシング
３Ｂ  下側ケーシング
４  渦巻室
５  主軸
６Ａ，６Ｂ  軸受ブラケット
７Ａ，７Ｂ  軸受
８Ａ，８Ｂ  メカニカルシール
９  吸込口
１０Ａ，１０Ｂ  羽根車入口
１１  羽根車出口
１２  吐出口
１５  ボス部
１６  主板
１７  羽根
１７ａ  入口
１７ｂ  出口
１７ｃ  内面
１７ｄ  外面
１８Ａ，１８Ｂ  側板
１８ａ  外周
２０  補助翼
２０ａ  基端面
２０ｂ  先端面
２０ｃ  外側面
２０ｄ  内側面
２３  ボルト
３１  片吸込型遠心ポンプ
３２  ケーシング
３４  吸込カバー
３５  渦巻室
３６  遠心羽根車
３７  主軸
３８  フレーム
３９Ａ，３９Ｂ  軸受
４０  メカニカルシール
４１  吸込口
４２  羽根車入口
４３  羽根車出口
４４  吐出口
５１  ボス部
５２  主板
５２ａ  外周
５３  羽根
５３ａ  入口
５３ｂ  出口
５４  側板
５４ａ  外周
５６Ａ，５６Ｂ  枠体
５６ａ，５６ｂ  半円環部
５６ｃ  フランジ部
５７  補助翼
５８  ボルト
５９  ナット
６２  補助翼
６３  補助翼保持筒体
６３ａ，６３ｂ  筒状部
６３ｃ  円盤状部
６４  移動手段
６５  カム機構
６６  隙間
６８  カム溝
６９  カム
７０  ピン
７１  滑りコマ
Ｌ  回転中心
Ｒ  回転方向
【図１】
2006112392.tif 000006
【図２】
2006112392.tif 000007
【図３】
2006112392.tif 000008
【図４】
2006112392.tif 000009
【図５】
2006112392.tif 000010
【図６】
2006112392.tif 000011
【図７】
2006112392.tif 000012
【図８】
2006112392.tif 000013
【図９】
2006112392.tif 000014
【図１０】
2006112392.tif 000015
【図１１】
2006112392.tif 000016
【図１２】
2006112392.tif 000017
【図１３Ａ】
2006112392.tif 000018
【図１３Ｂ】
2006112392.tif 000019
【図１４Ａ】
2006112392.tif 000020
【図１４Ｂ】
2006112392.tif 000021
【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月12日(2005.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
補助翼２０の延びる方向は羽根１７の出口角度β１と異ならせている。図４において、記号β１は羽根１７の出口角度を示す。この出口角度β１は、羽根車出口１１において羽根１７が延びる方向と側板１８Ａ，１８Ｂの接線方向がなす角度として定義される。また、記号β２は補助翼２０の翼角度を示す。この翼角度β２は羽根車出口１１において補助翼２０の外側面２０ｃと側板１８Ａ，１８Ｂの外周のなす角度として定義される。本実施形態では翼角度β２は０°である。翼角度β２は出口角度β１と異なる角度に設定する必要がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
補助翼２０を設けない場合の理論揚程Ｈｔｈは以下の式（１）で与えられる。なお、記号ｇは重力加速度である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
式（３）から明らかなように、流れの絶対速度の円周方向速度成分Ｃｕ’が小さい程、揚程が減少する。また、補助翼の補助翼２０の翼長α１が長いほど、流れ角度γ’が小さくなり、円周方向速度成分Ｃｕ’が減少する。従って、補助翼２０の翼長α１が長くなる程、揚程が減少する。換言すれば、補助翼２０の翼長α１の設定により揚程を自由に設定することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
揚程曲線Ｈを比較すると、補助翼２０の翼長α１が長くなる程、流量増加に対する揚程の減少率が大きくなる。また、翼長α１が変化しても締切揚程は殆ど変化しない。次に、効率ηを比較すると、補助翼２０の翼長α１を変えても最高効率（流量１２ｍ３／min）は１％程度しか変化せず、最高効率点以外の流量域でも翼長α１の相違による効率の変化は大きくない。吸込実揚程Ｎ及び軸動力Ｐについても、翼長α１の相違による特性の変化は極めて小さい。このように実際の測定結果からも、補助翼２０の翼長α１を変えることにより吸込揚程を変えることなく使用流量での揚程を調整することができ、かつその際に効率、吸込性能、及び軸動力の変化は小さいことが確認できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2006112392.tif 000023