(57)【要約】【課題】ディフューザにおける流体の流速が高くなった場合でも、効率の低下を抑えることができる遠心形ターボ機械を提供することを課題とする。【解決手段】遠心羽根車から流出した流体が遠心方向Ｄ１に流れる拡大通路１１を有するディフューザ４と、遠心羽根車に流入する流体が回転軸に向かう戻り方向Ｄ３に流れる戻り流路５と、側板１０に形成される複数のディフューザ羽根９と、流体の流れを転向する転向部５ａと、を備え、拡大通路１１の出口部１１ａにおける側板１０の端部に、遠心方向Ｄ１から軸方向Ｄ２に向かって湾曲する上流側曲面部１２Ｒ１が形成され、上流側曲面部１２Ｒ１の曲率半径ｒ１が通路端１０ａに沿った方向に変化している遠心多段ポンプ。【選択図】図５
2015063965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられた複数段の遠心羽根車と、
前記遠心羽根車から流出した流体が前記回転軸から離れる遠心方向に流れるディフューザと、
前記遠心羽根車に流入する前記流体が前記回転軸に向かう戻り方向に流れる戻り流路と、
前記回転軸の中心線を中心とする径方向に広がって形成されて前記ディフューザと前記戻り流路の仕切壁をなす側板と、
前記側板に形成されて前記中心線を中心とする円形翼列状に配設されて前記ディフューザに備わる複数のディフューザ羽根と、
前記ディフューザにおいて、隣り合う前記ディフューザ羽根の一方の圧力面と他方の負圧面の間に形成されて前記流体が流れる拡大通路と、
前記ディフューザを前記拡大通路の出口部まで流れた前記流体の流れを、前記遠心方向から前記回転軸の軸方向に転向し、さらに、前記軸方向から前記戻り方向に転向する転向部と、を備え、
前記出口部には、前記遠心方向から前記軸方向に向かって前記側板の端部が湾曲する曲面部が形成され、
前記曲面部の曲率半径が、前記出口部における前記側板の端辺に沿った方向で変化していることを特徴とする遠心形ターボ機械。
【請求項２】
前記端辺に沿った方向に前記負圧面の側から前記圧力面の側に向かって、前記曲率半径が漸増していることを特徴とする請求項１に記載の遠心形ターボ機械。
【請求項３】
前記負圧面の側で、前記曲率半径が「０」であることを特徴とする請求項２に記載の遠心形ターボ機械。
【請求項４】
前記端辺と前記中心線の距離が、前記中心線を中心とする周方向に一定でないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の遠心形ターボ機械。
【請求項５】
前記側板の外周と前記中心線の距離は、隣り合う前記ディフューザ羽根の一方の前記負圧面の位置から他方の前記圧力面の位置に向かって漸減し、さらに、前記圧力面の位置から当該圧力面の凸面状に沿って漸増していることを特徴とする請求項４に記載の遠心形ターボ機械。
【請求項６】
前記ディフューザ羽根は、前記回転軸の軸方向に厚みが一定であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の遠心形ターボ機械。
【請求項７】
前記ディフューザ羽根は、前記回転軸の軸方向に厚みが一定であることを特徴とする請求項４に記載の遠心形ターボ機械。
【請求項８】
前記ディフューザ羽根は、前記回転軸の軸方向に厚みが一定であることを特徴とする請求項５に記載の遠心形ターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心形ターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１には、「側板１２は、そのディフューザ羽根１３ａとこれに隣接するディフューザ羽根１３ｂとの間で挟まれる拡大通路１４に臨む部分のうち、ディフューザ羽根１３ａの負圧面１３ａ１の後縁１３ａ１０より出口側に、流れを略遠心方向から略軸方向に転向させつつ戻り流路４へと導く半開部通路１５を備えている。各ディフューザ羽根１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…は、それらの圧力面１３ａ２，１３ｂ２，１３ｃ２…のうち半開部通路１５に臨む部位のうち一部分１３ａ２０，１３ｂ２０，１３ｃ２０が、軸方向下流側に向かって漸次テーパ状に薄肉化された構造となっている。」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３２４９８７号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載される遠心形ターボ機械は、ディフューザ流路と戻し羽根入口の間に、Ｕターン流路として機能する半開部通路が形成されている構成であり、小型化が可能とされている。また、遠心形ターボ機械の小型化に対応するために、ディフューザ羽根の圧力面が下流に向かって漸次薄肉化されている。
しかしながら、遠心形ターボ機械が小型化されると、ディフューザの拡大通路の流路面積が小さくなるため拡大通路を流れる流体の流速が高くなる。したがって、流体の流れが、拡大通路から半開部通路に向かって遠心方向から軸方向に転向するときに半開部通路の形状によっては剥離などの乱れが生じて遠心形ターボ機械の効率が低下する場合がある。
【０００５】
また、特許文献２には、流体損失の低減を図るためにディフューザ出口から水返し羽根（返し羽根）入口にかけてＵターン流路を備えて流路面積を確保可能な遠心形ターボ機械が記載されている。この遠心形ターボ機械は、羽根車背面側に配置した側板の外形部を周方向に変化させて半開部流路を形成し、流れがディフューザから半開部流路に向かって転向する際に生じる剥離を軽減する曲面部を設けている。これにより、Ｕターン流路を内径側にシフトさせることが可能になって小型化が可能となる。
しかしながら、特許文献２に記載される遠心形ターボ機械は、ディフューザにおける流体の流速が高まったときに生じる流体の乱れが検討されていないため、さらに小型化したときに半開部通路で剥離等の乱れが生じて損失が増大し、遠心形ターボ機械の効率が低下する場合がある。
【０００６】
このように、特許文献１，２に記載される遠心形ターボ機械は、小型化によってディフューザにおける流体の流速が高くなった場合の効率の低下について充分に検討されておらず、さらなる小型化のために改善の余地がある。
【０００７】
そこで本発明は、ディフューザにおける流体の流速が高くなった場合でも、効率の低下を抑えることができる遠心形ターボ機械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】
【０００８】
前記課題を解決するため本発明は、流体が、ディフューザから転向部を経由して戻り流路に流れ込む構成の遠心形ターボ機械において、ディフューザから転向部に流れ込む流体の流れに沿った曲面部が形成され、この曲面部の曲率半径が、羽根車の回転軸の中心線を中心とする周方向に変化しているという特徴を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、ディフューザにおける流体の流速が高くなった場合でも、効率の低下を抑えることができる遠心形ターボ機械を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施例に係る遠心多段ポンプの断面図である。
【図２】ディフューザとＵターン流路と戻り流路の構成を示す断面図である。
【図３】図２におけるＳｅｃ１−Ｓｅｃ１での断面図である。
【図４】図２におけるＳｅｃ２−Ｓｅｃ２での断面図である。
【図５】（ａ）は半開部通路の構造を示す斜視図、（ｂ）はＳｅｃ３−Ｓｅｃ３における断面図である。
【図６】通路端における流体の流れを示す図である。
【図７】（ａ）は上流側曲面部の曲率半径が側板の通路端に沿った方向に一定である従来例の形状を示す図、（ｂ）は上流側曲面部の曲率半径が側板の通路端に沿った方向に漸増する本実施例の形状を示す図である。
【図８】ディフューザ羽根がステージに接した構造のディフューザを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、適宜図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、以下では遠心多段ポンプを遠心形ターボ機械の一例としているが、本発明は、遠心多段ポンプ以外の遠心形ターボ機械に広く適用可能である。
【実施例】
【００１２】
図１は本実施例に係る遠心多段ポンプの断面図、図２はディフューザとＵターン流路と戻り流路の構成を示す断面図である。
図１に示すように、本実施例に係る遠心多段ポンプ１（遠心形ターボ機械）は、図示しない動力源（電動機など）に接続されてケーシング１４に収納される回転軸２に、複数段（図１では８段）の遠心羽根車３が取り付けられて構成される。複数段の遠心羽根車３は、回転軸２の軸方向に並んで備わり、上流側の遠心羽根車３と下流側の遠心羽根車３の間に流体の流路（ディフューザ４，Ｕターン流路５ａ，戻り流路５）が形成されている。
なお、遠心羽根車３の段数は８段に限定されるものではない。
【００１３】
本実施例において、遠心多段ポンプ１の上流および下流は、流体の流れの上流および下流であり、回転軸２の軸方向においては、吸入口１ａの側を上流（軸方向上流）とし、吐出口１ｂの側を下流（軸方向下流）とする。
また、ディフューザ４においては、回転軸２の側を上流、外周側を下流とし、戻り流路５においては、外周側を上流、回転軸２の側を下流とする。ここでいう外周側は、回転軸２の中心線ＣＬを中心とする円周の外周側とする（以下、同じ）。
【００１４】
隣り合う遠心羽根車３の間に形成される流路は、図２に示すように、ディフューザ４、Ｕターン流路５ａ（転向部）、および戻り流路５を含んで構成される。そして、ディフューザ４にはディフューザ羽根９が形成され、戻り流路５には返し羽根６が形成されている。また、遠心羽根車３には、複数（例えば、８枚）の羽根３０が形成されている。
ディフューザ４、Ｕターン流路５ａ、および戻り流路５は、ディフューザ４と戻り流路５の間の仕切壁を形成する側板１０と、ケーシング１４と一体に形成されて遠心羽根車３を覆うように備わるステージ７の間に形成される。
なお、ディフューザ羽根９は回転軸２の軸方向を高さＨｄとし、返し羽根６は回転軸２の軸方向を高さＨｒとする。
つまり、ディフューザ羽根９は、回転軸２の軸方向を高さＨｄの方向として側板１０に立設し、返し羽根６は、回転軸２の軸方向を高さＨｒの方向として側板１０に立設する。
また、側板１０は、回転軸２の中心線ＣＬを中心とする径方向に広がって形成されている。
【００１５】
遠心羽根車３は、回転軸２の中心線ＣＬを中心とする径方向の中心側に形成されて回転軸２の軸方向に流体を吸い込む流入部３ｂと、径方向外側に形成されて径方向に流体を吐出する流出部３ａと、を有する。
また、Ｕターン流路５ａは半開部通路１２によって形成されている。半開部通路１２の詳細は後記する。
【００１６】
回転軸２の軸方向上流に配設される遠心羽根車３（上流羽根車３Ｕ）の流出部３ａから吐出された流体は、ディフューザ４、Ｕターン流路５ａ（半開部通路１２）、および戻り流路５の順に流れ、回転軸２の軸方向下流に配設される遠心羽根車３（下流羽根車３Ｄ）に流入部３ｂから流入する。
【００１７】
上流羽根車３Ｕの流出部３ａから吐出された流体は、白矢印で示すように回転軸２から離反する径方向にディフューザ４を流れる。本実施例においては、ディフューザ４における流体の流れの方向（回転軸２から離反する径方向）を遠心方向Ｄ１と称する。
Ｕターン流路５ａに流れ込んだ流体は流れの方向が転向する。具体的に、Ｕターン流路５ａでは、流体の流れが、回転軸２から離反する径方向（遠心方向Ｄ１）から白矢印で示すように回転軸２の軸方向Ｄ２に転向し、さらに、回転軸２に向かう径方向に転向する。
そして、Ｕターン流路５ａで流れが転向した流体は、戻り流路５に流れ込み、白矢印で示すように回転軸２に向かう径方向に流れて流入部３ｂから下流羽根車３Ｄに流入する。本実施例においては、戻り流路５における流体の流れの方向（回転軸２に向かう径方向）を戻り方向Ｄ３と称する。
【００１８】
図３は、図２におけるＳｅｃ１−Ｓｅｃ１での断面図であり、回転軸２の軸方向上流側から見たディフューザ羽根９の形状を示す。
本実施例のディフューザ羽根９は、図２に示すように、側板１０とステージ７の間に高さＨｄで立設する翼状の羽根であり、図３に示すように、凹面状の負圧面９ａと凸面状の圧力面９ｂを有する。また、ディフューザ羽根９は、遠心羽根車３（図２参照）の周囲に、回転軸２の中心線ＣＬ（図２参照）を中心とする円形翼列状に配置され、隣り合う２つのディフューザ羽根９における負圧面９ａと圧力面９ｂの間に、流体が流れる拡大通路１１が形成されている。つまり、ディフューザ４における流体の流れの下流（側板１０の外周側）ほど流路断面積が広くなるような拡大通路１１を形成するため、ディフューザ羽根９は、ステージ７の内周面７ａとなす角度「θ」が拡大通路１１の下流ほど小さくなるように形成される。
なお、本実施例のディフューザ羽根９は、この種のディフューザ羽根として公知であるものと同様の構成（形状）であればよい。例えば、回転軸２の軸方向（高さＨｄの方向）に、厚みが一定に形成されるディフューザ羽根９であればよい。つまり、回転軸２の軸方向に垂直な平面でディフューザ羽根９を断面した断面形状が、側板１０からステージ７（図２参照）まで高さＨｄの方向に同じ形状であればよい。
【００１９】
また、拡大通路１１の下流側（ディフューザ４の下流側）には、ディフューザ羽根９の下流側の端辺（後端辺９０ａ）が形成されている。そして、後端辺９０ａと、隣り合うディフューザ羽根９の圧力面９ｂと、によって拡大通路１１の出口部１１ａが形成され、出口部１１ａにおいてディフューザ４とＵターン流路５ａが連続している。
【００２０】
本実施例においてＵターン流路５ａを構成する半開部通路１２は、側板１０の外周部に形成されている。図３に示すように、半開部通路１２は、１つのディフューザ羽根９の後端辺９０ａから、隣り合うディフューザ羽根９の圧力面９ｂに向かう側板１０の端辺（通路端１０ａ）によって形成されている。通路端１０ａは、出口部１１ａにおける側板１０の端辺になる。
【００２１】
また、側板１０の外周（輪郭線）は、ディフューザ羽根９（圧力面９ｂ）の曲面形状に沿った部分と通路端１０ａによって回転軸２の軸方向から見た山形に形成されて径方向に凹凸形状を呈する。
つまり、側板１０の外周は、ディフューザ羽根９の後端辺９０ａが径方向に突出して凸部となる。また、側板１０の外周は、通路端１０ａとディフューザ羽根９の圧力面９ｂが交わる交点が径方向に凹んだ位置に形成され、その部分が凹部となっている。そして、凸部と凹部が、ディフューザ羽根９の圧力面９ｂと通路端１０ａで連結されて半開部通路１２が形成される。
なお、ここでいう側板１０の外周は、回転軸２（図２参照）の軸方向に垂直な仮想平面に側板１０を投影したときの側板１０の外形形状を示す線とする（以下、同じ）。
【００２２】
このような構成によって、通路端１０ａの外周と、回転軸２の中心線ＣＬ（図２参照）と、の距離は、隣り合うディフューザ羽根９の一方の負圧面９ａから他方のディフューザ羽根９の圧力面９ｂに向かって漸減し、これによって凹部が形成される。さらに、通路端１０ａの外周と、回転軸２の中心線ＣＬと、の距離は、凹部から負圧面９ａの凸面状に沿って後端辺９０ａまで漸増し、これによって凸部が形成される。つまり、通路端１０ａの外周と、回転軸２の中心線ＣＬの距離が、中心線ＣＬを中心とする周方向で一定ではない側板１０になる。
【００２３】
このような形状の半開部通路１２によって、通路端１０ａとステージ７（内周面７ａ）の間にＵターン流路５ａが形成される。そして、ディフューザ４の拡大通路１１を出口部１１ａまで流れた流体は、ステージ７の内周面７ａと通路端１０ａの間に形成されるＵターン流路５ａに流れ込み、さらに、戻り流路５（図２参照）に流れ込む。このように、本実施例において、流体の流れの方向を転向するＵターン流路５ａ（転向部）は、半開部通路１２で形成される。
【００２４】
また、図２に示すように、遠心羽根車３（上流羽根車３Ｕ）から流出した流体は、ディフューザ４の拡大通路１１（図３参照）を流れるときにディフューザ羽根９の作用によって周方向の速度成分が減少して圧力が回復する。つまり、遠心羽根車３から流出した流体が有する速度エネルギの一部がディフューザ４で圧力エネルギに変換される。
そして、ディフューザ４の拡大通路１１を流れた流体は、出口部１１ａからＵターン流路５ａ（半開部通路１２）に流れ込んで流れが転向する。
【００２５】
図４は、図２のＳｅｃ２−Ｓｅｃ２での断面図であり、回転軸２の軸方向下流側から見た返し羽根６の形状を示す。
図４に示すように、返し羽根６は、遠心羽根車３（図２参照）の周囲に、回転軸２の中心線ＣＬ（図２参照）を中心とする円形翼列状に配置され、隣り合う返し羽根６の間に、流体が流れる戻り流路５が形成されている。返し羽根６は、戻り流路５から遠心羽根車３（下流羽根車３Ｄ）に流入する流体の流入角度を、遠心羽根車３の流入部３ｂ（図２参照）における羽根３０（図２参照）の角度に合わせるための羽根である。なお、本実施例の返し羽根６は、この種の返し羽根として公知であるものと同様の構成（形状）であればよい。
【００２６】
Ｕターン流路５ａ（半開部通路１２）で流れが転向した流体は、戻り流路５を流れるときに返し羽根６によって流入部３ｂ（図３参照）への流入角度が変更され、図２に示す遠心羽根車３（下流羽根車３Ｄ）に流入する。
【００２７】
このように、本実施例の遠心多段ポンプ１（図１参照）には、図２に示すように、ディフューザ４と、Ｕターン流路５ａ（半開部通路１２）と、戻り流路５と、が形成されている。さらに、ディフューザ４にはディフューザ羽根９が備わり、戻り流路５には返し羽根６が備わる。
そして、本実施例の遠心多段ポンプ１は、拡大通路１１の出口部１１ａ（図３参照）となる側板１０（図３参照）の端部が曲面構造になっている。
【００２８】
図５の（ａ）は半開部通路の構造を示す斜視図、（ｂ）はＳｅｃ３−Ｓｅｃ３における断面図であり、図６は通路端における流体の流れを示す図である。
また、図７の（ａ）は上流側曲面部の曲率半径が側板の通路端に沿った方向に一定である従来例の形状を示す図、（ｂ）は上流側曲面部の曲率半径が側板の通路端に沿った方向に漸増する本実施例の形状を示す図である。
【００２９】
図５の（ａ）に示すように、半開部通路１２の通路端１０ａは、１つのディフューザ羽根９の後端辺９０ａから、隣り合うディフューザ羽根９の圧力面９ｂに向かって延びる端辺（側板１０の外周部）である。また、回転軸２（図１参照）の軸方向に長さ（通路長Ｌ１）を有する半開部通路１２によってＵターン流路５ａが構成されている。換言すると、側板１０の回転軸２の軸方向の厚みが半開部通路１２（Ｕターン流路５ａ）の通路長Ｌ１になる。
【００３０】
そして、拡大通路１１の出口部１１ａにおいて側板１０の端部は、通路長Ｌ１の方向（回転軸２の軸方向）に湾曲する曲面構造になっている。例えば、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、側板１０の端部は、拡大通路１１（ディフューザ４）の出口部１１ａに形成される曲面部（上流側曲面部１２Ｒ１）を有する曲面構造になっている。上流側曲面部１２Ｒ１は、遠心方向Ｄ１から軸方向Ｄ２に向かって側板１０の端部が湾曲する曲面部になる。
図５の（ｂ）に示すように、上流側曲面部１２Ｒ１は、拡大通路１１の側からＵターン流路５ａの側に向かって（遠心方向Ｄ１から軸方向Ｄ２に向かって）所定の曲率半径ｒ１で湾曲する曲線（円周の一部、楕円周の一部等）が、ディフューザ羽根９の負圧面９ａから隣り合うディフューザ羽根９の圧力面９ｂに向かって連続する曲面によって形成される。
【００３１】
また、図５の（ａ），（ｂ）に示すように、側板１０の戻り流路５側の端部は、軸方向Ｄ２から戻り方向Ｄ３に向かって湾曲する曲面部（下流側曲面部１２Ｒ２）を有する曲面構造になっている。図５の（ｂ）に示すように、下流側曲面部１２Ｒ２は、Ｕターン流路５ａの側から戻り流路５の側に向かって（軸方向Ｄ２から戻り方向Ｄ３に向かって）所定の曲率半径ｒ２で湾曲する曲線（円周の一部、楕円周の一部等）が、ディフューザ羽根９の負圧面９ａから隣り合うディフューザ羽根９の圧力面９ｂに向かって連続する曲面によって形成される。
【００３２】
下流側曲面部１２Ｒ２の曲率半径ｒ２（図５の（ｂ）参照）は、負圧面９ａの側から圧力面９ｂの側まで、通路端１０ａに沿った方向で一定に設定される。
一方、上流側曲面部１２Ｒ１の曲率半径ｒ１（図５の（ｂ）参照）は、負圧面９ａの側から圧力面９ｂの側に向かって、通路端１０ａに沿った方向に漸増するように設定される。つまり、上流側曲面部１２Ｒ１の曲率半径ｒ１は、通路端１０ａに沿った方向において負圧面９ａの側が最も小さく圧力面９ｂの側が最も大きくなっている。
【００３３】
そして、負圧面９ａの位置で、上流側曲面部１２Ｒ１の曲率半径ｒ１は「０」になっている。つまり、負圧面９ａの位置で側板１０の端部には曲面部が形成されない。
なお、曲率半径ｒ１が「０」という構成は、流体の流れをガイドするような曲面部が形成されないということであり、一般的なＲ面取り程度の曲率半径ｒ１は、ここでいう「０」の範疇とする。
【００３４】
図５の（ａ）に示すように、拡大通路１１の出口部１１ａが曲面構造であると、拡大通路１１を遠心方向Ｄ１に流れる流体（白矢印で示す）は、Ｕターン流路５ａに流れ込むときに出口部１１ａにおいて上流側曲面部１２Ｒ１の曲面に沿って流れる。したがって、上流側曲面部１２Ｒ１が形成されていることにより、遠心方向Ｄ１から軸方向Ｄ２に流体の流れが転向するときの角度変化が緩やかになって損失が低減する。同様に、Ｕターン流路５ａから戻り流路５に流れ込むとき、流体は下流側曲面部１２Ｒ２の曲面に沿って流れる。したがって、下流側曲面部１２Ｒ２が形成されていることにより、軸方向Ｄ２から戻り方向Ｄ３（図２参照）に流体の流れが転向するときの角度変化が緩やかになって損失が低減する。
【００３５】
また、拡大通路１１を流れる流体には、図６に白矢印で示すように、負圧面９ａ側の流れ（外側流ＦＬａ）と圧力面９ｂ側の流れ（内側流ＦＬｂ）が生じる。そして、図３に示すように、隣り合うディフューザ羽根９の間に拡大通路１１が形成され、ディフューザ羽根９は、ステージ７の内周面７ａとなす角度「θ」が拡大通路１１の下流ほど小さくなるように形成されている。したがって、一方のディフューザ羽根９の後端辺９０ａから、隣り合うディフューザ羽根９の圧力面９ｂに向かって形成される通路端１０ａにおける流体の流れの方向は、外側流ＦＬａと内側流ＦＬｂで異なる。
例えば、図６に図示されるように、通路端１０ａの圧力面９ｂの側は、負圧面９ａ（後端辺９０ａ）の側よりもディフューザ羽根９となす角度が小さくなる。したがって、圧力面９ｂにガイドされる内側流ＦＬｂは、負圧面９ａにガイドされる外側流ＦＬａよりも小さな角度（θＦＬ）で通路端１０ａを通過する。
【００３６】
したがって、図７の（ａ）に示す従来例のように、負圧面９ａの側から圧力面９ｂの側に向かって同じ曲率半径の上流側曲面部１２Ｒ１が形成されていると、流体は圧力面９ｂの側ほど上流側曲面部１２Ｒ１を斜めに長く通過することになって転向が緩やかになる。
換言すると、流体は通路端１０ａにおいて、負圧面９ａ側の外側流ＦＬａほどディフューザ４からＵターン流路５ａに向かう転向が急になり、圧力面９ｂ側の内側流ＦＬｂほどディフューザ４からＵターン流路５ａに向かう転向が緩やかになる。
このような転向の差によって、負圧面９ａの側から圧力面９ｂの側に向かう流れの一様性が損なわれ、通路端１０ａにおける損失が増大する。特に、遠心多段ポンプ１（図１参照）の小型化によって流速が高まると、その損失が大きくなって遠心多段ポンプ１の効率が大きく低下する。
【００３７】
一方、図７の（ｂ）に示すように負圧面９ａの側で上流側曲面部１２Ｒ１の曲率半径ｒ１（図５の（ｂ）参照）が「０」であると、その部分における外側流ＦＬａの転向（ディフューザ４からＵターン流路５ａに向かう転向）が抑制される。したがって、負圧面９ａ側を流れる外側流ＦＬａの転向が緩やかになり、負圧面９ａの側から圧力面９ｂの側までの転向の差が小さくなって流れの一様性が確保される。そして、通路端１０ａにおける損失が軽減され、遠心多段ポンプ１の効率低下が抑制される。
【００３８】
また、拡大通路１１の外側流ＦＬａは、隣り合う拡大通路１１の内側流ＦＬｂと出口部１１ａより下流で合流する。このとき、外側流ＦＬａがディフューザ４からＵターン流路５ａに向かって緩やかに転向し、内側流ＦＬｂがディフューザ４からＵターン流路５ａに向かって急に転向すると、流れの方向が一致しない状態で外側流ＦＬａと内側流ＦＬｂが合流する。そして、この箇所に乱れが生じて遠心多段ポンプ１（図１参照）の効率が低下する。
しかしながら、ディフューザ４からＵターン流路５ａに向かう外側流ＦＬａの転向が抑制されて転向が緩やかになると、流れの方向が一致した状態で外側流ＦＬａと内側流ＦＬｂが合流することになる。そして、この箇所に生じる乱れが軽減されて遠心多段ポンプ１の効率低下が抑制される。
【００３９】
以上のように、本実施例の遠心多段ポンプ１（図１参照）は、図５の（ａ）に示すように、拡大通路１１の出口部１１ａにおける側板１０の端部に上流側曲面部１２Ｒ１が形成されている。
そして、上流側曲面部１２Ｒ１の曲率半径ｒ１が、負圧面９ａ（後端辺９０ａ）の側から圧力面９ｂの側に向かって、通路端１０ａに沿った方向に変化（漸増）していることを特徴とする。さらに、負圧面９ａの位置で、上流側曲面部１２Ｒ１の曲率半径ｒ１が「０」になっていることを特徴とする。
【００４０】
この構成によって、拡大通路１１の出口部１１ａにおける流体の乱れが抑制されて遠心多段ポンプ１（図１参照）の効率低下が抑制される。特に、小型化によって拡大通路１１を流れる外側流ＦＬａの流速が高くなった場合であっても、出口部１１ａにおける流体の乱れが好適に抑制されて遠心多段ポンプ１の効率低下が抑制される。したがって、小型化に適した遠心多段ポンプ１とすることができる。
【００４１】
なお、本発明は前記した実施例に限定されるものではない。例えば、前記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
【００４２】
図８は、ディフューザ羽根がステージに接した構造のディフューザを示す図である。本発明は、図８に示すように、ディフューザ羽根９の後端辺９０ａがステージ７の内周面７ａに接した構造のディフューザ４を有する遠心多段ポンプ１にも適用できる。このような構造の遠心多段ポンプ１は、ステージ７の内周面７ａをディフューザ羽根９の後端辺９０ａに接するまで小さくすることができる。したがって、ケーシング１４（図１参照）を小型化でき、これによって、遠心多段ポンプ１の小型化が可能になる。
【００４３】
この他、本発明は、前記した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記した実施例では、下流側曲面部１２Ｒ２の曲率半径ｒ２（図５の（ｂ）参照）は一定としたが、通路端１０ａ（図５の（ｂ）参照）に沿った方向に異なる曲率半径ｒ２の下流側曲面部１２Ｒ２としてもよい。この場合、Ｕターン流路５ｂ（図５の（ｂ）参照）から戻り流路５（図５の（ｂ）参照）の流体の流れ特性に応じて曲率半径ｒ２が決定されればよい。
【００４４】
また、前記した実施例では、図７の（ｂ）に示すように、拡大通路１１の出口部１１ａに上流側曲面部１２Ｒ１が形成される構成としたが、上流側曲面部１２Ｒ１に替わって傾斜面（図示せず）が形成される構成であってもよい。
この場合、ディフューザ羽根９の負圧面９ａから隣り合うディフューザ羽根９の圧力面９ｂに向かって、傾斜面の長さ（流体の流れに沿った長さ）が漸増する構成とすればよい。拡大通路１１を流れる流体は、傾斜面にガイドされて半開部通路１２（図３参照）に効率よく流れ込み、遠心多段ポンプ１（図１参照）の効率低下が抑制される。また、負圧面９ａの側で傾斜面の長さを短くする構成によって、本実施例と同様に外側流ＦＬａの剥離を抑制できる。傾斜面は、上流側曲面部１２Ｒ１（曲面構造）よりも加工が容易であり、遠心多段ポンプ１のコストダウンが可能になる。
さらに、前記したように、本発明は、遠心多段ポンプ１（図１参照）に限定されず、その他の遠心形ターボ機械（圧縮機など）にも広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１      遠心多段ポンプ（遠心形ターボ機械）
２      回転軸
３      遠心羽根車
４      ディフューザ
５      戻り流路
５ａ    Ｕターン流路（転向部）
９      ディフューザ羽根
９ａ    負圧面
９ｂ    圧力面
１０    側板
１０ａ  通路端（端辺）
１１    拡大通路
１１ａ  出口部
１２Ｒ１  上流側曲面部（曲面部）
ＣＬ    中心線
ｒ１    曲率半径（曲面部の曲率半径）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015063965.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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