(57)【要約】本発明は、ターボポンプ等のポンプにおいて吸込性能を向上させるために、主羽根車（２）の上流側に配置される軸流型又は斜流型のインデューサ（３）に関するものである。本発明のインデューサ（３）においては、翼前縁（３１）におけるチップ（Ｔ１）からハブ（Ｈ１）にかけての翼角度（βｂｔ）が、設計点流量における入口流れ角（β１−ｔ）と略同一となるように形成されている。
2004007970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主羽根車の上流側に配置されるインデューサにおいて、
翼前縁におけるチップからハブにかけての翼角度が、設計点流量における入口流れ角と略同一となるように形成されていることを特徴とするインデューサ。
【請求項２】
翼前縁から翼後縁にかけての前記チップ上の翼角度分布は、スロート部の近傍から上流側において、前記スロート部の近傍から下流側に比べて前記翼前縁に向かって前記翼角度の減少率が大きくなっており、前記スロート部の近傍から無次元流れ方向距離０．９近傍までは、前記スロート部の近傍から上流側に比べて前記翼角度の変化率が小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載のインデューサ。
【請求項３】
翼前縁から翼後縁にかけての前記ハブ上の翼角度分布はスロート部の近傍で変曲点を有し、前記スロート部より上流側において前記翼角度の変化率が小さくなっており、前記スロート部より下流側において流れ方向に沿って前記翼角度の増加率が大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載のインデューサ。
【請求項４】
回転可能な主軸に取り付けられた主羽根車を備え、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインデューサを軸心が前記主羽根車の軸心と一致するように該主羽根車の上流側に配置したことを特徴とするインデューサ付ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、インデューサ及びインデューサ付ポンプに係り、特にターボポンプ等のポンプにおいて吸込性能を向上させるために、軸心が主羽根車の軸心と一致するように該主羽根車の上流側に配置される軸流型又は斜流型のインデューサ及びインデューサ付ポンプに関するものである。
【背景技術】  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を取り付ける場合がある。例えば、遠心型の主羽根車の上流側に配置されるインデューサは、斜流型又は軸流型であり、通常の羽根車に比べて翼の枚数が少なく、翼長さが長いという形状的特徴を持つ羽根車である。このインデューサは主羽根車の上流側に主羽根車と回転軸が同じになるように配置され、主軸によって主羽根車と同じ回転数で回転される。
従来のインデューサの翼は、ヘリカル形状（らせん形状）に設計され、翼の断面形状においてチップとハブと軸中心とが一直線上に位置する。従来のインデューサの設計手法においては、チップに沿った翼角度のみを設計し、ハブに沿った翼角度はヘリカル条件によって決定される。従来のインデューサの翼前縁におけるチップ翼角度は、設計点流量における入口の流れの軸方向流入速度と翼の周方向速度とから計算される入口流れ角よりも大きく設計される。翼前縁におけるチップ翼角度と入口流れ角の差の角度を入射角という。この入射角は、通常、前縁の翼角度の３５％から５０％となるように設計される。そして、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、二次曲線的に増加するように設計される。
このような形状のインデューサを取り付けることによって、翼の入口上流の圧力、すなわちポンプ羽根車の上流部の流体の圧力が低下して局所的に液体の圧力が飽和蒸気圧以下になりキャビテーションが発生した場合でも、このキャビテーションによってスロート部以降の流路が閉塞されることが防止され、キャビテーションが発生しても液体を昇圧することができる。このため、インデューサを主羽根車の上流に配置することにより、遠心型の主羽根車単独の場合に比べてポンプの吸込性能を向上させることができ、ポンプの高速化及び小型化が可能になる。
しかしながら、上述したように、従来のインデューサにおいては、翼前縁におけるチップ翼角度が設計点流量における入口の流れに対して入射角を持ち、入口から出口にかけてのチップの翼角度の分布が一定又は増加する形状に設計されているため、インデューサの入口付近に負荷が集中し、入口逆流が生じやすい傾向がある。また、設計点流量より小さい流量である部分流量域でポンプを運転した場合には、インデューサの入口における入射角は大きくなるので、入口に発生する逆流の規模も大きくなる。キャビテーションが発生した状態で入口逆流が発生すると、キャビテーションが上流側の部材と干渉し、この部材がキャビテーションの衝撃圧によって損傷してしまう。
また、入口逆流の内部でキャビテーションの発生と消滅が低い周波数で繰り返される現象が生じ、ポンプ全体に大きな振動が生じる。更に、液体水素用のポンプにおいては、吸込性能を向上させる作用を有する水素の熱力学的効果が入口逆流によって低減され、ポンプの吸込性能が低下してしまう。
このような観点から、入口逆流の発生を抑えたインデューサの設計が実用上の重要課題になっている。従来から、吸込性能と要求揚程を満たすために、インデューサの翼角度や翼長さ、翼枚数、翼先端形状などを改良することは行われているものの、入口逆流を抑えるためにインデューサの翼形状を改良することは現在まで行われていない。したがって、要求された揚程と吸込性能とを満たしつつ、入口逆流の発生を抑えたインデューサは未だ開発されていないのが現状である。
【発明の開示】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、要求された揚程と吸込性能とを満たしつつ、入口逆流の発生を抑えた信頼性の高いインデューサ及びインデューサ付ポンプを提供することを目的とする。
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の第１の態様は、主羽根車の上流側に配置されるインデューサにおいて、翼前縁におけるチップからハブにかけての翼角度が、設計点流量における入口流れ角と略同一となるように形成されていることを特徴とするインデューサである。
このように、翼前縁における翼角度が入口流れ角と略同一となるようにすることで、設計点流量から部分流量にかけて流れの入射角が小さくなるので、入口逆流を効果的に抑制することが可能となる。
本発明の好ましい一態様は、翼前縁から翼後縁にかけての上記チップ上の翼角度分布は、スロート部の近傍から上流側において、上記スロート部の近傍から下流側に比べて上記翼前縁に向かって上記翼角度の減少率が大きくなっており、上記スロート部の近傍から無次元流れ方向距離０．９近傍までは、上記スロート部の近傍から上流側に比べて上記翼角度の変化率が小さくなっていることを特徴としている。ここで、スロート部とは、翼の負圧面と隣の翼とで形成される流路の入口部分のことである。
このように、スロート部より上流側において、スロート部の近傍から下流側に比べて翼前縁に向かって翼角度の減少率を大きくし、スロート部の近傍から無次元流れ方向距離０．９近傍までは、スロート部の近傍から上流側に比べて翼角度の変化率を小さくすることにより、負荷をチップに沿って全体に分布させながらも負圧面の大きな圧力低下部分をスロート部よりも上流にもってくることができる。したがって、キャビテーションの大半はインデューサの翼の負圧面の前半で生じるようになり、スロート部以降の流路が閉塞されにくくなり、十分な吸込性能を確保することができる。また、チップに沿って翼全体に負荷が分布することにより、十分な揚程を確保することができる。
本発明の好ましい一態様は、翼前縁から翼後縁にかけての上記ハブ上の翼角度分布はスロート部の近傍で変曲点を有し、上記スロート部より上流側において上記翼角度の変化率が小さくなっており、上記スロート部より下流側において流れ方向に沿って上記翼角度の増加率が大きくなっていることを特徴としている。
このように、スロート部より上流側においてハブに沿った流れ方向の翼角度の変化率を小さくし、スロート部より下流側においてハブに沿った流れ方向の翼角度の増加率を大きくすることにより、ハブに沿っても負荷を翼全体に分布させることができ、要求された揚程を確保することができる。
本発明の第２の態様は、回転可能な主軸に取り付けられた主羽根車を備え、上記インデューサを軸心が上記主羽根車の軸心と一致するように該主羽根車の上流側に配置したことを特徴とするインデューサ付ポンプである。
【図面の簡単な説明】  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は図１に示すインデューサの斜視図である。
図３Ａは本発明に係るインデューサのチップ翼角度を示す外観図であり、図３Ｂはハブ翼角度を示す外観図であり、図３Ｃは入射角と、入口流れ角、チップ翼角度との関係を示す図である。
図４Ａは本発明に係るインデューサの子午面断面図、図４Ｂは図４Ａに示すインデューサの斜視図である。
図５Ａは従来のインデューサの子午面断面図、図５Ｂは図５Ａに示すインデューサの斜視図である。
図６Ａは、本発明に係るインデューサ及び従来のインデューサの翼前縁から翼後縁にかけてのそれぞれのチップ翼角度分布を示すグラフであり、図６Ｂはそれぞれのハブ翼角度分布を示すグラフである。
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明に係るインデューサ及び従来のインデューサに関して、インデューサの翼前縁から５ｍｍ上流側の位置における設計点流量の７５％の流量のときのハブとチップ間の流体の速度分布を示すグラフであり、図７Ａは流体の周方向速度分布を示し、図７Ｂは流体の軸方向速度分布を示す。
図８Ａ及び図８Ｂは設計点流量におけるチップに沿った翼面の静圧分布を示すグラフであり、図８Ａは従来のインデューサの静圧分布を示し、図８Ｂは本発明に係るインデューサの静圧分布を示す。
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明に係るインデューサ及び従来のインデューサに関して、設計点流量の７５％の流量のときの流体の速度分布を測定した結果を示すグラフであり、図９Ａは流体の周方向速度分布を測定した結果を示し、図９Ｂは流体の軸方向速度分布を測定した結果を示す。
図１０は本発明に係るインデューサ及び従来のインデューサについて、設計点流量の７５％の流量における吸込性能を測定した結果を示すグラフである。
図１１Ａ及び図１１Ｂは設計点流量の７５％の流量、キャビテーション係数０．０８のときの翼前縁より上流側のキャビテーション発生状態を示す模式図であり、図１１Ａは従来のインデューサを示し、図１１Ｂは本発明に係るインデューサを示す。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明に係るインデューサ及びインデューサ付ポンプ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り、図２は図１に示すインデューサの斜視図である。図１に示すターボポンプは、回転可能な主軸１と、主軸１に取り付けられた主羽根車２と、主羽根車２の上流側に配置されるインデューサ３とを備えている。インデューサ３の軸心は主羽根車２の軸心と一致しており、インデューサ３は主軸１の回転に伴って主羽根車２と同一回転速度で回転するようになっている。インデューサ３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。
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３に流入する。インデューサ３に流入した作動流体は、インデューサ３内でキャビテーションを発生しながら昇圧され、更に下流の主羽根車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３により、主羽根車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、主羽根車２単独のときよりもポンプの吸込性能が向上する。
ここで、本発明に係るインデューサ３は、以下のような形状的特徴を有するものである。
（１）翼前縁３１におけるチップＴ１からハブＨ１にかけての翼角度が、設計点流量における入口流れ角と略同一となるように形成されている。
（２）翼前縁（入口）３１から翼後縁（出口）３２にかけてのチップＴ１上の翼角度分布は、スロート部の近傍から上流側において、スロート部の近傍から下流側に比べて翼前縁３１に向かって翼角度の減少率が大きく、スロート部の近傍から無次元流れ方向距離０．９近傍までは、スロート部の近傍から上流側に比べて翼角度の変化率が小さくなっている。ここで、チップＴ１上の翼角度（チップ翼角度）とは、図３Ａのβｂｔで示される角度を意味する。
（３）翼前縁（入口）３１から翼後縁（出口）３２にかけてのハブＨ１上の翼角度分布はスロート部の近傍で変曲点を有し、スロート部より上流側において流れ方向に沿って翼角度の変化率が小さく、スロート部より下流側において翼角度の増加率が大きくなっている。ここで、ハブＨ１上の翼角度（ハブ翼角度）とは、図３Ｂのβｂｈで示される角度を意味する。なお、図３Ｂにおいては、インデューサの翼部分は点線で示されている。
このような形状的特徴を有する本発明に係るインデューサと従来のインデューサとを以下の条件で実際に設計し、本発明に係るインデューサと従来のインデューサの作用を比較検討した。図４Ａは設計した本発明に係るインデューサ３の子午面断面図、図４Ｂは斜視図、図５Ａは設計した従来のインデューサ１０３の子午面断面図、図５Ｂは斜視図である。
これらのインデューサ３，１０３の設計において、設計点要項は、回転数Ｎ＝３０００ｍｉｎ−１、流量Ｑ＝０．８ｍ３／ｍｉｎ、揚程Ｈ＝２ｍとし、従来のインデューサ１０３と本発明に係るインデューサ３とで要項を同じに設定した。各インデューサ３，１０３の子午面形状は完全軸流タイプとなっており、図４Ａ及び図５Ａに示す子午面断面図において翼前縁３１，１３１及び翼後縁３２，１３２は流れ方向Ｆに直角な直線となっている。
いずれのインデューサ３，１０３についても、チップＴ１，Ｔ０の直径Ｄｔ＝８９ｍｍ、ハブＨ１，Ｈ０の直径Ｄｈ＝３０ｍｍとした。また、従来のインデューサ１０３の子午面における軸方向の翼長さＬ０＝５０ｍｍ、本発明に係るインデューサ３の子午面における軸方向の翼長さＬ１＝３５ｍｍとした。なお、チップに沿った実際の翼長さは、従来のインデューサ１０３と本発明に係るインデューサ３とで同一とした。
従来のインデューサ１０３は、翼前縁１３１から翼後縁１３２までを同一の翼角度とした平板ヘリカルインデューサであり、チップＴ０における翼角度は、入射角が翼前縁１３１の翼角度の３５％になるように設計した。一方、本発明に係るインデューサ３は、チップＴ１からハブＨ１にかけての翼前縁３１の翼角度が、設計点流量における入口流れ角と略同一となるように設計した。
ここで、設計点流量での入口流れの軸方向速度Ｖｘは、インデューサの子午面形状と要項から以下の式（１）で求められる。
2004007970.tif 000003
インデューサ翼のチップにおける周方向回転速度Ｖθ−ｔは以下の式（２）により求められる。
2004007970.tif 000004
チップにおける入口流れ角β１−ｔは以下の式（３）により求められる。
2004007970.tif 000005
本発明に係るインデューサ３は、チップＴ１における翼前縁３１の翼角度が、この設計点流量における入口流れ角β１−ｔと略同一となるように形成されている。一方、従来のインデューサについては、入射角がチップ翼角度βｂ０−ｔの３５％となるようにチップ翼角度βｂ０−ｔが設計される。ここでいう入射角と、入口流れ角Ｂ１−ｔ、チップ翼角度Ｂｂ０−ｔとの関係は図３Ｃのようになっており、入射角はチップ翼角度Ｂｂ０−ｔから入口流れ角Ｂ１−ｔを引いた角度である。すなわち、従来のインデューサにおけるチップ翼角度βｂ０−ｔは以下の式（４）により求められる。
2004007970.tif 000006
また、従来のインデューサにおけるハブ翼角度βｂ０−ｈは、ヘリカル条件から以下の式（５）により求められる。
2004007970.tif 000007
図６Ａは、本発明に係るインデューサ及び従来のインデューサの翼前縁から翼後縁にかけてのそれぞれのチップ翼角度分布を示すグラフであり、図６Ｂはそれぞれのハブ翼角度分布を示すグラフである。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、横軸は子午面の前縁から後縁までの距離で正規化した無次元子午面位置を示しており、図６Ａの縦軸はチップの翼角度、図６Ｂの縦軸はハブの翼角度を示している。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本発明に係るインデューサは、翼前縁（入口）から翼後縁（出口）まで翼角度が連続的に変化し、チップとハブの翼角度は異なる変化をする三次元的な翼面形状を有している。翼前縁の翼角度が設計点流量における入口流れ角と略同一となり、かつ要求された要項を満たすインデューサの三次元翼面形状を設計するには、三次元逆解法を用いることが好ましい。この三次元逆解法は１９９１年にＵＣＬ（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｃｏｌｌｅｇｅ  Ｌｏｎｄｏｎ）のＤｒ．Ｚａｎｇｅｎｅｈ氏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設計した。三次元逆解法において、従来のインデューサと要項が同じになるように全体の負荷を入力し、また、チップとハブの翼前縁での負荷が０となるように負荷分布を入力し、更に、全体的に前方で負荷が集中するような前半負荷分布を入力した。このような三次元逆解法による設計の結果、本発明に係るインデューサは、翼前縁におけるチップからハブにかけての翼角度が、設計点流量における入口流れ角と略同一となるように設計され、流れの入射角が０°となる。この翼前縁における翼角度が入口流れ角と略同一となる形状的特徴により、設計点流量から部分流量にかけて流れの入射角が小さくなるので、入口逆流を効果的に抑制することが可能となる。
また、本発明に係るインデューサの翼前縁から翼後縁にかけてのチップ上の翼角度分布は、図６Ａに示すように、スロート部の近傍から上流側において、スロート部の近傍から下流側に比べて翼前縁に向かって翼角度の減少率が大きく、スロート部の近傍から無次元流れ方向距離０．９近傍までは、スロート部の近傍から上流側に比べて翼角度の変化率が小さくなっている。このように、スロート部より上流側において、スロート部の近傍から下流側に比べて翼前縁に向かって翼角度の減少率を大きくし、スロート部の近傍から無次元流れ方向距離０．９近傍までは、スロート部の近傍から上流側に比べて翼角度の変化率を小さくすることにより、負荷をチップに沿って全体に分布させながらも負圧面の大きな圧力低下部分をスロート部よりも上流にもってくることができる。したがって、キャビテーションの大半はインデューサの翼の負圧面の前半で生じるようになり、スロート部以降の流路が閉塞されにくくなり、十分な吸込性能を確保することができる。また、チップに沿って翼全体に負荷が分布することにより、十分な揚程を確保することができる。
また、本発明に係るインデューサの翼前縁から翼後縁にかけてのハブ上の翼角度分布は、図６Ｂに示すように、スロート部の近傍で変曲点を有し、スロート部の近傍から上流側において、スロート部の近傍から下流側に比べて流れ方向に沿ってハブ翼角度の変化率が小さく、スロート部の近傍から下流側において、スロート部の近傍から上流側に比べてハブ翼角度の増加率が大きくなっている。このように、スロート部より上流側においてハブに沿った流れ方向の翼角度の変化率を小さくし、スロート部より下流側においてハブに沿った流れ方向の翼角度の増加率を大きくすることにより、ハブに沿っても負荷を翼全体に分布させることができ、要求された揚程を確保することができる。
上述した本発明に係るインデューサ及び従来のインデューサについて、コンピュータ流れ解析によってインデューサまわりの流れ場を解析した。以下、これらの解析結果について説明する。
図７Ａ及び図７Ｂはインデューサの翼前縁から５ｍｍ上流側の位置における設計点流量の７５％の流量のときのハブとチップ間の流体の速度分布を示すグラフであり、図７Ａは流体の周方向速度分布を示し、図７Ｂは流体の軸方向速度分布を示す。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、横軸はハブからチップまでの距離で正規化した無次元半径位置を示しており、図７Ａの縦軸は流れの周方向速度をインデューサ翼のチップ周方向速度で正規化した無次元周方向速度、図７Ｂの縦軸は流れの軸方向速度をインデューサ翼のチップ周方向速度で正規化した無次元軸方向速度を示している。
図７Ａに示すように、従来のインデューサでは、入口逆流が発生するため、この入口逆流の影響を受けてチップ側の流体の周方向速度が大きくなっている。また、図７Ｂに示すように、従来のインデューサでは流体の軸方向速度もチップ付近で負の値となっており、上流へ向かう流れが生じる領域が生じている。
これに対して、本発明に係るインデューサでは、翼前縁におけるチップからハブにかけての翼角度が、設計点流量における入口流れ角と略同一となるように形成されているので、入口逆流が発生しにくくなっており、設計点流量の７５％の流量であっても、従来のインデューサのような入口逆流を示す流体の速度分布は現れていない（図７Ａ及び図７Ｂ参照）。
図８Ａは、従来のインデューサについて、設計点流量におけるチップに沿った翼面（圧力面及び負圧面）の静圧分布を示すものであり、図８Ｂは、本発明に係るインデューサについて、設計点流量におけるチップに沿った翼面（圧力面及び負圧面）の静圧分布を示すものである。図８Ａおよび図８Ｂにおいて、横軸は子午面の前縁から後縁までの距離で正規化した無次元子午面位置、縦軸は静圧係数を示している。ここで、圧力面は下流側の翼面であり、負圧面は上流側の翼面である。
上述したように、従来のインデューサのチップ翼角度と入口流れ角度との間には入射角があるため、図８Ａに示すように、負圧面の静圧は翼前縁（入口）で大きく低下し、圧力面の静圧と大きく異なっている。従来のインデューサは、このような圧力分布を有していることから、翼前縁（入口）の圧力が低下したとき、翼前縁の近傍で強いキャビテーションが発生するが、スロート部以降の流路は閉塞されないと予測できる。
本発明に係るインデューサでは、図８Ｂに示すように、翼前縁（入口）における負圧面の静圧の低下は小さく、スロート部までには翼前縁の静圧のレベルまで回復している。本発明に係るインデューサは、このような圧力分布を有していることから、翼前縁（入口）の圧力が低下したとき、スロート部より上流の翼面に弱いキャビテーションが発生するが、スロート部以降の流路は閉塞されることなく、従来のインデューサと同等の吸込性能を発揮できると予測できる。
また、従来のインデューサにおいては、翼面の負荷（圧力面と負圧面の静圧差）は翼前縁（入口）付近に集中し、下流側ではほとんど負荷がない状態になっている（図８Ａ参照）。これに対して、本発明に係るインデューサにおける翼面の負荷は翼前縁（入口）から翼後縁（出口）まで全体に分布している（図８Ｂ参照）。このことから、本発明に係るインデューサは従来のインデューサに比べてチップ翼角度が全体的に小さくなっている（図６Ａ参照）にもかかわらず、従来のインデューサと同等の揚程を発揮できると予測できる。
上述したような従来のインデューサ及び本発明に係るインデューサを実際に製作し、試験装置において、インデューサの翼前縁から５ｍｍ上流側の位置で３孔ピトー管を用いてハブとチップ間の流体の周方向速度分布と流体の軸方向速度分布とを測定した。図９Ａ及び図９Ｂは設計点流量の７５％の流量のときの流体の速度分布を示すグラフであり、図９Ａは流体の周方向速度分布を示し、図９Ｂは流体の軸方向速度分布を示す。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、横軸はハブからチップまでの距離で正規化した無次元半径位置を示しており、図９Ａの縦軸は流れの周方向速度をインデューサ翼のチップ周方向速度で正規化した無次元周方向速度、図９Ｂの縦軸は流れの軸方向速度をインデューサ翼のチップ周方向速度で正規化した無次元軸方向速度を示している。
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、従来のインデューサでは、入口逆流が発生するため、この入口逆流の影響を受けてチップ側の流体の周方向速度が大きくなり、また、流体の軸方向速度もチップ付近で負の値となっており、上流へ向かう流れが生じる領域が生じることが確認された。これに対して、本発明に係るインデューサでは、設計点流量の７５％の流量であっても、従来のインデューサのような入口逆流を示す流体の速度分布は確認されなかった。これらの結果から、本発明に係るインデューサは、従来のインデューサに比べて入口逆流が抑制されていることがわかる。
図１０は、設計点流量の７５％の流量における吸込性能の測定結果である。図１０において、横軸は翼前縁（入口）における圧力レベルを無次元化したキャビテーション係数を示し、縦軸はインデューサの揚程を無次元化した揚程係数を示している。このグラフは、翼前縁（入口）の圧力レベルを低下させていったときのインデューサの揚程の変化を示すものである。キャビテーション係数が小さくなると、インデューサの内部にキャビテーションが発達し、図１０に示すように揚程が低下する。図１０に示すグラフにおいて、より低いキャビテーション係数まで揚程係数の低下が起きないほど、ポンプの吸込性能が高いことを表している。
図１０に示すように、本発明に係るインデューサは、キャビテーション係数が高いときの揚程は従来のインデューサとほとんど同じであり、揚程が急に低下するキャビテーション係数も従来のインデューサとほとんど同じである。この測定結果から、本発明に係るインデューサは、従来のインデューサと同等の揚程及び吸込性能を有していることがわかる。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、設計点流量の７５％の流量、キャビテーション係数０．０８のときの翼前縁より上流側のキャビテーション発生状態を示す図であり、図１１Ａは従来のインデューサ、図１１Ｂは本発明に係るインデューサをそれぞれ示している。
図１１Ａに示すように、従来のインデューサでは、翼前縁（入口）１３１付近に強いキャビテーション１４０が発達し、かつ入口逆流によって翼前縁１３１より上流側にキャビテーション１４０が存在している。これに対して、本発明に係るインデューサでは、従来のインデューサよりも弱いキャビテーション４０が翼前縁（入口）３１からスロート部にかけての翼面上に発達するが、翼前縁３１より上流側には入口逆流によるキャビテーションはほとんど存在しない。このように、本発明に係るインデューサは、従来のインデューサに比べて入口逆流を抑制する作用を有しており、かつスロート部以降の流路がキャビテーションによって閉塞されることもなく、従来のインデューサと同等の吸込性能を発揮することができる。
これまで本発明の一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、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
上述したように、本発明のインデューサによれば、入口に発生する逆流が抑制され、かつキャビテーションがスロート部より上流に発達し流路を閉塞しにくいので高い吸込性能を維持することができる。また、翼面全体に負荷が分布するため、高い揚程を確保することができる。この結果、本発明のインデューサを遠心型の主羽根車の上流に配置した構成のポンプでは、従来技術では入口逆流により生じていた上流側部材の損傷や振動、吸込性能の低下といった問題が抑制され、ポンプとして高い信頼性を得ることができる。
【産業上の利用の可能性】
本発明は、ターボポンプ等のポンプにおいて吸込性能を向上させるために、主羽根車の上流側に配置される軸流型又は斜流型のインデューサに利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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