(57)【要約】【課題】多段流体機械の効率を向上する。【解決手段】多段流体機械は、回転軸１２に固定された羽根車１３と、案内羽根アセンブリ２０を備える。案内羽根アセンブリ２０は、案内羽根部２２ａと、案内羽根部２２ａと連続して設けられた戻り羽根部２２ｂとを備える複数の案内羽根２２を環状の基部２１に設けてなる。互いに隣接する一対の案内羽根２２と基部２１の外側壁面２１ｅとにより構成される戻り流路４０中の流体の流れ方向Ｆに直交する方向における、基部２１の外側壁面２１ｅの断面が直線状である。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源により回転駆動される回転軸と、
この回転軸に固定され、中心側から流入した流体を外周から流出させる複数の羽根車と、
羽根車から流出した流体の運動エネルギを圧力に変換するための案内羽根部と、この案内羽根部と連続して設けられて流体を次段の羽根車に案内するための戻り羽根部とを備える複数の案内羽根を環状の基部に設けてなる、複数の案内羽根アセンブリとを備える、多段流体機械において、
少なくとも互いに隣接する一対の前記案内羽根と前記基部の外側壁面とにより構成される流路中の流体の流れ方向に直交する方向における、前記基部の外側壁面の断面が直線状であることを特徴とする、多段流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送風機、圧縮機、ボイラ給水ポンプ等として使用される多段ポンプ等の多段流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の多段流体機械としては、回転軸に固定された複数の羽根車を備え、一つの羽根車から出た高速流体を静圧回復させる案内羽根ないしはディヒューザ羽根と、静圧回復した流体を整流して次段の羽根車に導く戻り羽根とを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、一つの羽根車から次段の羽根車へより円滑に流体を案内するために、図１０及び図１１に示すように、案内羽根に相当する部分と戻り羽根に相当する部分とを連続させて一体構造とした複数の案内羽根１を、リング状の基部２に設けてなる案内羽根アセンブリ３を備えるものも知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２９９６３８号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記一体構造の案内羽根１を備える従来の多段流体機械では、単に回転軸を含む断面（メリディアン断面）で決定されるＵ字型の流路断面形状を回転軸まわりに１回転して得られる空間が、一つの羽根車から次段の羽根車への戻り流路を形成している。図１２を併せて参照すると、一つの羽根車から次段の羽根車への戻り流路５は、互いに隣接する一対の案内羽根１と、案内羽根１の基端が固定されている基部２の外側壁面２ａと、案内羽根１の先端側に配置される壁面６とにより構成される。戻り流路５を前述のように決定すると、図１０及び図１１において矢印Ｆで示す流体の流れ方向に対して、戻り流路５の断面形状が滑らかに変化しない。詳細には、図１２（Ａ）〜（Ｅ）は、図１０及び図１１の位置▲１▼〜▲５▼における戻り流路５の断面形状を示しているが、図１２（Ａ），（Ｂ）に示す位置▲１▼、▲２▼と比較すると、図１２（Ｃ）〜（Ｅ）に示す位置▲３▼〜▲５▼では、基部２の外側壁面２ａが外向きに湾曲して突出している。このように流体の流れ方向Ｆでの戻り流路５の断面形状が部分的に急激に変化していると、流路損失が生じて多段流体機械の効率向上を阻害する。
【０００５】
そこで、本発明は、一つの羽根車から次段の羽根車に至る流路の断面形状を適切に設定することで、流路損失を低減することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、駆動源により回転駆動される回転軸と、この回転軸に固定され、中心側から流入した流体を外周から流出させる複数の羽根車と、羽根車から流出した流体の運動エネルギを圧力に変換するための案内羽根部と、この案内羽根部と連続して設けられて流体を次段の羽根車に案内するための戻り羽根部とを備える複数の案内羽根を環状の基部に設けてなる、複数の案内羽根アセンブリとを備える、多段流体機械において、少なくとも互いに隣接する一対の前記案内羽根と前記基部の外側壁面とにより構成される流路中の流体の流れ方向に直交する方向における、前記基部の外側壁面の断面が直線状であることを特徴とする、多段流体機械を提供する。
【０００７】
本発明の多段流体機械では、案内羽根アセンブリの基部の外側壁面は、流路中の流体の流れ方向に直交する方向の断面形状が直線状であるので、流れ方向に対して流路の断面形状が円滑に変化する。よって、流路損失を低減し、多段流体機械の効率が向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係る輪切り型の多段ポンプを示している。多段ポンプのケーシング１１を貫通して水平方向に延びる回転軸１２が配置されている。また、ケーシング１１内に、４個の羽根車１３と、最終段の羽根車１３を除く３個の羽根車１３に対応する３個の案内羽根アセンブリ２０とが収容されている。羽根車１３は回転軸１２に固定され、案内羽根アセンブリ２０は後に詳述するようにケーシング１１に対して固定されている。
【００１０】
ケーシング１１は、吸込口１５が取り付けられた吸込側ケーシング１４と、吐出口１６ａを備える吐出側ケーシング１６とを備え、これら吸込側ケーシング１４と吐出側ケーシングの間に、リング状の３個のナカケーシング１７が配置されている。吸込側ケーシング１４、吐出側ケーシング１６、及び３個のナカケーシング１７は、回転軸１２と平行に延びるステーボルト３１で締め付けることにより互いに固定されている。図１において、３２はナカケーシング１７を覆うラギングプレートである。
【００１１】
吸込側ケーシング１４と吐出側ケーシング１６の外側には、それぞれのシール機構３３Ａ，３３Ｂを収容したパッキンボックス３４Ａ，３４Ｂが取り付けられている。また、各パッキンボックス３４Ａ，３４Ｂの外側には、回転軸１２を支持するすべり軸受３５Ａ，３５Ｂを収容した軸受ブラケット３６Ａ，３６Ｂが配置されている。軸受ブラケット３６Ａは吸込側ケーシング１４に取り付けられ、軸受ブラケット３６Ｂは吐出側ケーシング１６に取り付けられている。吐出側ケーシング１６側の軸受ブラケット３６Ｂには、回転軸１２を支持する転がり軸受３７を収容した軸受ブラケット３６Ｃがさらに取り付けられている。
【００１２】
回転軸１２は図１において概略的に示すモータ３８（駆動源）によって、回転駆動される。羽根車１３は回転軸１２に固定されており、回転軸１２と共に回転する。羽根車１３の径方向の中心に位置する入口１３ａから流入した流体は、外周の出口１３ｂから流出する。図２を併せて参照すると、羽根車１３は回転軸１２に固定されたボス部１３ｃと一体である主板１３ｄと、この主板１３ｄと間隔をあけて配置された側板１３ｅと、主板１３ｄと側板１３ｅとの間に設けられた複数の羽根１３ｆとを備えている。
【００１３】
次に、案内羽根アセンブリ２０について詳細に説明する。図３から図６を併せて参照すると、案内羽根アセンブリ２０は、回転軸１２を挿通させる挿通孔２１ａを中央に備える円板状の基部２１を備え、この基部２１に一つの羽根車１３の出口１３ｂから次段の羽根車１３に至る戻り流路４０（図７及び図８参照）を構成するための複数の案内羽根２２が一体に設けられている。詳細には、案内羽根２２と基部２１とは鋳造により一体成形されており、各案内羽根２２の基端が基部２１に固定されている。以下の説明で案内羽根アセンブリ２０の基部２１について前面２１ｂとは、各案内羽根アセンブリ２０が対応する羽根車１３と対向する面をいう。例えば、図１において最も右側の案内羽根アセンブリ２０の場合、基部２１の前面２１ｂとは吸込口１５から１段目の羽根車１３と対向する面をいう。また、案内羽根アセンブリ２０の基部２１について背面２１ｆとは、次段の羽根車１３と対応する面をいう。例えば、図１において最も右側の案内羽根アセンブリ２０の場合、基部２１の背面２１ｆとは吸込口１５から２段目の羽根車１３と対向する面をいう。
【００１４】
図３及び図４に示すように、各案内羽根アセンブリ２０の基部２１の前面２１ｂでは縁部２１ｃが厚み方向に突出しており、この縁部２１ｃに囲まれた浅い凹部２１ｄに対応する羽根車１３の主板１３ｄが配置されている。
【００１５】
図３から図６に最も明瞭に表れているように、各案内羽根２２は基部２１の前面２１ｂの縁部２１ｃから、基部２１の背面２１ｆの挿通孔２１ａの付近まで延びている。案内羽根２２は、基部２１の前面２１ｂ側に位置して羽根車１３の出口から流出した流体の運動エネルギを圧力に変換する案内羽根部２２ａと、基部２１の背面２１ｆ側に位置して流体を次段の羽根車１３に案内するための戻り羽根部２２ｂとを備えている。また、案内羽根２２は、基部２１の前面２１ｂの最外周縁近傍から基部２１の背面２１ｃの最外周円近傍に至るＵ字路羽根部２２ｃを備えている。案内羽根部２２ａと戻り羽根部２２ｂとは、Ｕ字路羽根部２２ｃとより連結されている。換言すれば、各案内羽根２２は、案内羽根部２２ａ、Ｕ字路羽根部２２ｃ、及び戻り羽根部２２ｂが連続して一体に設けられた構造である。
【００１６】
図２から図６に示すように、各案内羽根アセンブリ２０は案内羽根部２２ａにおける案内羽根２２の先端を連結する前壁２３を備えている。この前壁２３は基部２１及び案内羽根２２と共に鋳造により一体成形されている。この前壁２３を設けたことにより、案内羽根アセンブリ２０の各案内羽根２２は基端側が基部２１に固定される一方、先端側がリング状の前壁２３に固定される。換言すれば、各案内羽根２２は両端支持構造で支持される。この両端支持構造により、各案内羽根２２の剛性が向上する。図２を参照すると、前壁２３の内側壁面２３ａは案内羽根部２２ａの先端に沿う曲面形状である。一方、前壁２３の外側壁面２３ｂは円筒状であり、後述するようにその最前面側はナカケーシング１７との嵌合部２３ｄを構成している。
【００１７】
次に、ナカケーシング１７及び案内羽根アセンブリ２０の組み付け構造について説明する。まず、図１及び図２を参照して、ナカケーシング１７について説明する。ナカケーシング１７は回転軸１２及び羽根車１３のボス部１３ｃを挿通させる挿通孔１７ａを中央に備えたリング状である。挿通孔１７ａにはウェアリング１８が装着されている。ナカケーシング１７の前面側には対応する案内羽根アセンブリ２０を収容する収容凹部１７ｂが設けられている。また、ナカケーシング１７の前面側には環状の嵌合突起１７ｃが設けられている。一方、ナカケーシング１７の背面側には、最外周縁付近に設けられた環状の第１嵌合段部１７ｄと、この第１嵌合段部１７ｄよりも内側（回転軸１２側）に設けられた環状の第２嵌合段部１７ｅとが設けられている。
【００１８】
図２を参照すると、ナカケーシング１７の嵌合突起１７ｃは前段のナカケーシング１７の第１嵌合段部１７ｄに嵌め込まれている。ナカケーシング１７の収容凹部１７ｂに配置された案内羽根アセンブリ２０は、その前壁２３がナカケーシング１７から突出している。この前壁２３のナカケーシング１７から突出した部分の外側壁面２３ｂが前段のナカケーシング１７に第２嵌合段部１７ｅに嵌め込まれている。換言すれば、前壁２３の外側壁面２３ｂのナカケーシング１７から突出する部分が前段のナカケーシング１７に嵌め込まれる嵌合部２３ｄを構成している。案内羽根２２は、案内羽根部２２ａ、Ｕ字路羽根部２２ｃ、及び戻り羽根部２２ｂを連続して設けているので三次元的形状である。従って、案内羽根２２自体をナカケーシング１７に嵌め込むには、ナカケーシング１７の背面側を複雑な三次元的形状加工する必要が有り、組み付けも困難である。しかし、本実施形態では、前壁２３にナカケーシング１７との嵌合部２３ｄを設けることにより、組み付けが容易となり製造性が向上する。
【００１９】
次に、羽根車１３の出口１３ｂから次段の羽根車１３の入口１３ａに至る戻り流路４０について説明する。戻り流路４０は、案内羽根アセンブリ２０の互いに隣接する一対の案内羽根２２、案内羽根アセンブリ２０の基部２１の外側壁面２１ｅ、案内羽根アセンブリ２０の前壁２３の内側壁面２３ａ、及びナカケーシング１７の収容凹部１７ｂの壁面１７ｆとにより構成されている。詳細には、戻り流路４０のうち案内羽根２２の案内羽根部２２ａに対応する領域では、互いに隣接する一対の案内羽根２２と、基部２１の外側壁面２１ｅと、前壁２３の内側壁面２３ａとにより、戻り流路４０が構成されている。また、戻り流路４０のうち案内羽根２２のＵ字路羽根部２２ｃ及び戻り羽根部２２ｂに対応する領域では、互いに隣接する一対の案内羽根２２と、基部２１の外側壁面２１ｅと、収容凹部１７ｂの壁面１７ｆとにより戻り流路４０が構成されている。
【００２０】
図７及び図８を参照すると、案内羽根アセンブリ２０の基部２１の外側壁面２１ｅは、矢印Ｆで示す戻り流路４０中の流体の流れ方向に対して直交する方向における断面形状を直線状としている。この点について図１０から図１２に示す従来の戻り流路の断面と比較して説明すると、従来の多段流体機械では、特に図１２（Ｃ）〜（Ｄ）に示す図１０及び図１１の位置▲３▼〜▲５▼において基部２の外側壁面２ａが外向きに湾曲して突出しているので、流体の流れ方向Ｆでの戻り流路５の断面形状の変化が円滑でない。これに対して本実施形態では、図９（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、図７及び図８の位置▲１▼〜▲５▼のいずれにおいても、流れ方向Ｆに対して直交する方向での基部２１の外側壁面２１ｅが直線状であり、流れ方向Ｆでの戻り流路４０の断面形状の変化が円滑である。そのため、戻り流路４０での流路損失が低減され、それによって多段ポンプの効率を向上することができる。
【００２１】
前述のように一つの羽根車１３の出口１３ｂから流出した流体は、戻り流路４０を通って次段の羽根車１３の入口１３ａへ流れるが、前壁２３を設けたことにより、案内羽根アセンブリ２０の各案内羽根は両端支持構造で支持されて高い剛性を有するので、戻り流路４０中で旋回失速等の流体的不安定現象が生じた場合でも、案内羽根２２の疲労破壊等を防止することができる。
【００２２】
輪切り型の多段ポンプを例に本発明を説明したが、本発明は二重ケーシング型ないしはバレル型の多段ポンプを含む種々の多段流体機械に適用することができる。また、本発明の多段流体機械は、送風機、圧縮機、ボイラ給水ポンプ等の種々の用途に使用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の多段流体機械では、案内羽根部と戻り羽根部とを連続して設けた案内羽根が設けられている案内羽根アセンブリの基部の外側壁面は、案内羽根と基部の外側壁面により構成される流路中の流れ方向と直交する方向の断面形状が直線状である。そのため、流れ方向に対して流路の断面形状が円滑に変化し、流路損失が低減されるので、多段流体機械の効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る多段ポンプを示す断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】案内羽根アセンブリを前面側から見た斜視図である。
【図４】案内羽根アセンブリを前面側のやや側方から見た斜視図である。
【図５】案内羽根アセンブリを背面側から見た斜視図である。
【図６】案内羽根アセンブリを背面側のやや側方から見た斜視図である。
【図７】案内羽根アセンブリを前面側から見た部分拡大図である。
【図８】案内羽根アセンブリを背面側から見た部分拡大図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｅ）は流路の断面形状を示す概略図である。
【図１０】案内羽根アセンブリを前面側から見た部分拡大図である。
【図１１】案内羽根アセンブリを背面側から見た部分拡大図である。
【図１２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｅ）は流路の断面形状を示す概略図である。
【符号の説明】
１１  ケーシング
１２  回転軸
１３  羽根車
１３ａ  入口
１３ｂ  出口
１３ｃ  ボス部
１３ｄ  主板
１３ｅ  側板
１３ｆ  羽根
１４  吸込側ケーシング
１５  吸込口
１６  吐出側ケーシング
１６ａ  吐出口
１７  ナカケーシング
１７ａ  ナカケーシング
１７ｂ  収容凹部
１７ｃ  嵌合突起
１７ｄ  第１嵌合段部
１７ｅ  第２嵌合段部
１７ｆ  壁面
１８  ウェアリング
２０  案内羽根アセンブリ
２１  基部
２１ａ  挿通孔
２１ｂ  前面
２１ｃ  背面
２１ｃ  縁部
２１ｄ  凹部
２１ｅ  外側壁面
２２  案内羽根
２２ａ  案内羽根部
２２ｂ  戻り羽根部
２２ｃ  Ｕ字路羽根部
２３  前壁
２３ａ  内側壁面
２３ｂ  外側壁面
２３ｄ  嵌合部
３１  ステーボルト
３２  ラギングプレート
３３Ａ，３３Ｂ  シール機構
３４Ａ，３４Ｂ  パッキンボックス
３５Ａ，３５Ｂ  すべり軸受
３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ  軸受ブラケット
３７  転がり軸受
３８  モータ
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004339999.tif 000012
【図１１】
2004339999.tif 000013
【図１２】
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