(57)【要約】【課題】インペラ翼と案内羽根との境界付近での根元側での二次流れに起因する圧力損失、並びに締切軸動力を低減することができる斜流回転機械を提供する。【解決手段】本発明は、ケーシング内に設けられた主軸と、主軸と一体に回転するインペラハブ１２ａに複数のインペラ翼１２ｂが設けられたインペラ１２と、インペラハブ１２ａの下流側に連続するディフューザハブ１３とケーシングとで形成される流路中に複数の案内羽根１４が設けられ、インペラ翼１２ｂの下流縁と案内羽根１４の上流縁との間に下流側を縮径した段差部１２ｃが形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に設けられた主軸と、
前記主軸と一体に回転するインペラハブに複数のインペラ翼が設けられたインペラと、
前記インペラハブの下流側に連続するディフューザハブと前記ケーシングとで形成される流路中に複数の案内羽根が設けられた斜流回転機械において、
前記インペラ翼の下流縁と前記案内羽根の上流縁との間に、下流側を縮径した段差部が形成されていることを特徴とする斜流回転機械。
【請求項２】
前記段差部には、下流側の壁面に開放する断面凹部形状の折返部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の斜流回転機械。
【請求項３】
前記段差部には、下流側壁面に一端が開口し且つ他端が前記インペラハブの流路面に開口する循環部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の斜流回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラ翼の間から吐出される流体が主軸に対して斜めの方向に流出することで与えられる遠心力によってインペラが主軸と一体に回転する斜流回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転することによって流体に遠心力を与えて圧力を上昇させる機能を有するインペラと、インペラの下流側に隣接されて流体の流れを主軸方向（内向き）に戻すことによって損失を最小にする機能を有する案内羽根と、インペラと案内羽根とを覆うケーシングと、インペラの下流側に隣接されてケーシングとで案内羽根に案内される流路を形成するディフューザハブと、を主要構成部品として備えた斜流回転機械としての斜流ポンプが知られている。尚、案内羽根は、ケーシングの内面とディフューザハブの表面とに跨っており、ケーシング又はディフューザハブの何れか一方に固定されている。
【０００３】
一般に斜流回転機械では、所謂、締切軸動力が大きく発生する場合があることは周知である。この締切軸動力が大きくなると、起動時や急停止時用だけのために、それに対応した高出力の駆動モータを用意する必要があり、結果的に斜流回転機械の全体のコストが高騰してしまうという問題が発生する。
【０００４】
図５は、締切軸動力と流量との関係を示す比較グラフである。この図５の実線の線分に示すように、流量が少ないときに締切軸動力が極大点Ｐよりも大きくなると、その差分を補うために高出力なモーターが必要となるばかりでなく、流量初期（駆動初期等）での軸動力が安定しないという問題が生じる。一方、図５の鎖線の線分に示すように、この締切軸動力を小さくすることができれば、必要となる駆動モータの出力も小さくすることができ、駆動モータの小型化並びにコストの削減に貢献することができるばかりでなく、軸動力の安定化にも貢献することができる。
【０００５】
そこで、インペラハブの表面を途中から下流側へ向かって滑らかに漸高させることで隆起部を形成し、流体の圧力損失を減少させるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３５３４６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した斜流ポンプにあっては、案内羽根の上流端側の流路の断面積に対して案内羽根の下流端側の流路の断面積は下流側に向うほど広くなっている。
【０００８】
これは、流体のケーシング側、即ち、外周方向の成分を軸方向成分に急激に戻すためには案内羽根の曲率を大きくする必要があるが、案内羽根の曲率を大きくしてしまうと案内羽根のケーシング側とディフューザハブ側及び案内羽根の負圧面での全圧こう配が大きくなってしまい、案内羽根のケーシング側からディフューザハブ側へ向けて大きな二次流れが発生してしまい、流体の圧力損失がより大きくなってしまうことに起因する。
【０００９】
また、このような二次流れの圧力損失を防ぐためには、案内羽根の下流側端縁が流体の二次流れに対して十分な長さがないと案内羽根の下流側端縁を通過した二次流れ同士の衝突損失が大きくなってしまい、ポンプ効率が低下するという問題となってしまう。
【００１０】
したがって、案内羽根の上流端側の流路の断面積に対して案内羽根の下流端側の流路の断面積は下流側に向うほど広くすることを許容することで圧力損失を最小限に留める必要があった。
【００１１】
ところが、流路の断面積を案内羽根の上流端側よりも下流端側を大きくすると、今度はインペラ翼の先端付近では周速度が大きいので、流体に比較的多くの運動エネルギーを与えることができるが、インペラ翼の根元付近ではそれができないため、インペラ翼の先端付近を通過した外周方向を流れる流体と、インペラ翼の根元付近を通過したディフューザハブ側を流れる流体とで全圧こう配が発生し、ケーシング側からディフューザハブ側へ向けての二次流れが発生して圧力損失が大きくなってしまうという問題が生じていた。
【００１２】
そして、このような二次流れは、上述した隆起部を形成することによって、インペラ翼の根元側の流路の断面積が更に狭くなることから、インペラ表面の粘性と外周側の流速との差が大きくなってしまい、圧力損失が発生し易くなってしまうという問題が発生していた。
【００１３】
さらに、インペラハブとディフューザハブとの境界付近、即ち、インペラ子午面とディフューザ子午面のつなぎ目では子午面同志が急激に変化しており、特に、低流量時にディフューザハブ側で流体の剥離（逆流）が発生するという問題があるが、上述した隆起部はその子午面同志が急激に変化することを抑制する効果があるものの、発生した逆流が主流に対して悪影響を及ぼすという問題を解消するものではなく、締切軸動力を低減することができなかった。
【００１４】
そこで、本発明は、インペラ翼と案内羽根との境界付近での根元側での二次流れに起因する圧力損失、並びに締切軸動力を低減することができる斜流回転機械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】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の斜流回転機械は、ケーシング内に設けられた主軸と、前記主軸と一体に回転するインペラハブに複数のインペラ翼が設けられたインペラと、前記インペラハブの下流側に連続するディフューザハブと前記ケーシングとで形成される流路中に複数の案内羽根が設けられた斜流回転機械において、前記インペラ翼の下流縁と前記案内羽根の上流縁との間に、下流側を縮径した段差部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、インペラ翼と案内羽根との境界付近での根元側での二次流れに起因する圧力損失、並びに締切軸動力を低減することができる。
【００１７】
また、前記段差部には、下流側の壁面に開放する断面凹部形状の折返部が形成されていることにより、剥離による逆流を折り返すことができる。
【００１８】
さらに、前記段差部には、下流側壁面に一端が開口し且つ他端が前記インペラハブの流路面に開口する循環部が形成されていることにより、剥離による逆流を主流に循環させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の斜流回転機械は、インペラ翼と案内羽根との境界付近での根元側での二次流れに起因する圧力損失、並びに締切軸動力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る斜流回転機械の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る実施の形態１の斜流回転機械を示す要部の拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る実施の形態２の斜流回転機械を示し、（Ａ）は折返部を形成した要部の拡大断面図、（Ｂ）は循環部を形成した要部の拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る実施の形態３の斜流回転機械を示し、（Ａ）は折返部を形成した要部の拡大図、（Ｂ）はその変形例の要部の拡大図である。
【図５】締切軸動力と流量との関係を示す比較グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の一実施形態に係る斜流回転機械について、図面を参照して説明する。尚、以下に示す実施例は本発明の斜流回転機械における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態に係る斜流回転機械の断面図である。
【００２３】
図１において、斜流回転機械１は、略円筒形状のケーシング１０と、ケーシング１０と同軸上に配置された主軸１１と、主軸１１の上流端に固定されたインペラ１２と、インペラ１２の下流端に隣接されて主軸１１の中途部が貫通するディフューザハブ１３と、ケーシング１０の軸線方向略全幅に跨る案内羽根１４と、ケーシング１０の上流側に接続された吸込ベルマウス１５と、ケーシング１０の下流側に接続された第二ケーシング１６と、ディフューザハブ１３の下流端に接続された第二ディフューザ１７と、を備えている。なお、第二ケーシング１６と第二ディフューザハブ１７とは、ケーシング１０及びディフューザハブ１３と一体でも良い。
【００２４】
ケーシング１０は、インペラ１２の周囲を覆うと共に上流側に開口する吸込ベルマウス１５の下流側を接続しており、案内羽根１４の上流側端から下流側端に跨って略円筒形状とされている。
【００２５】
インペラ１２は、上流側軸心付近を頂点とする略円錐形状のインペラハブ１２ａと、インペラハブ１２ａに固定された複数のインペラ翼１２ｂと、を備えている。また、インペラハブ１２ａには、主軸１１の一端が接続されている。尚、主軸１１の他端は図示しない駆動モータ等が接続され、この駆動モータ等により主軸１１が回転するとインペラ１２が一体的に回転するように構成されている。
【００２６】
ディフューザハブ１３は、インペラ１２の下流側に隣接されており、主軸１１が貫通すると共にインペラ１２と主軸１１の回転を許容している。
【００２７】
案内羽根１４は、ケーシング１０又はディフューザハブ１３と一体に形成されており、ケーシング１０の内面とディフーザハブ１３の外周とに跨っている。
【００２８】
このような構成において、斜流回転機械１は、駆動モータの駆動によって主軸１１とインペラ１２とが一体に回転すると共に、吸込ベルマウス１５から吸い込まれた流体が、インペラ１２の回転により圧力上昇した後に、案内羽根１４によって整流されつつ下流側へと吐き出される。
【００２９】
（実施の形態１）
図２は、本発明の一実施形態に係る実施の形態１の斜流回転機械を示す要部の拡大図である。
【００３０】
この実施の形態１では、インペラハブ１２ａの下流側端縁には、ディフューザハブ１３の上流端縁の径をインペラハブ１２ａの下流側端縁よりも小径とすることにより、段差部１２ｃが形成されている。
【００３１】
段差部１２ｃは、その面によってインペラハブ１２ａからディフューザハブ１３に向う流体のうち、特に、低流量時にディフューザハブ１３の上流端側で発生した流体の剥離による逆流（図示矢印参照）が発生した場合、その逆流を段差部１２ｃの壁面で受け止める機能を具備することができる。
【００３２】
このように、実施の形態１にかかる斜流回転機械１においては、低流量になるにしたがって剥離領域が拡大することを抑制し、逆流による締切軸動力を低減することができる。また、ディフューザハブ１３の径を縮径したことにより、逆流が主流に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。さらに、案内羽根１４の上流端側の流路の断面積を広く確保し得て、案内羽根１４の下流端側の流路の断面積との差を小さくすることができ、案内羽根の外周側と内周側との流速の均衡化にも貢献することができる。
【００３３】
尚、上記実施の形態１では、案内羽根１４が位置する範囲のケーシング１０とディフューザハブ１３とで形成する流路を略直線状とし、案内羽根１４の下流端よりも下流で主軸１１に向う流路としているが、引用文献１に代表されるように、案内羽根１４の中途部付近よりも上流側では外周側に拡開する流路、案内羽根１４の中途部付近よりも下流側では中心側に縮閉する流路構成を採用して斜流回転装置１の軸線方向に沿う長さを短くした構成にも適用可能である。
【００３４】
そして、このような短い斜流回転装置１において、上述した案内羽根１４の上流端側の流路の断面積と下流端側の流路の断面積との差を小さくする効果を発揮することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
図３は、本発明の一実施形態に係る実施の形態２の斜流回転機械を示し、図３（Ａ）は折返部を形成した要部の拡大断面図、図３（Ｂ）は循環部を形成した要部の拡大断面図である。尚、上記実施の形態１と同一の構成には同一の符合を付してその説明を省略する。
【００３６】
この実施の形態２では、図３（Ａ）に示すように、インペラハブ１２ａの下流側端縁には、ディフューザハブ１３の上流端縁の径をインペラハブ１２ａの下流側端縁よりも小径とすることにより、段差部１２ｃが形成されているとともに、その壁面には下流側に向って開放する断面凹部形状の折返部１２ｄが形成されている。
【００３７】
これにより、インペラハブ１２ａからディフューザハブ１３に向う流体のうち、特に、低流量時にディフューザハブ１３の上流端側で発生した流体の剥離による逆流（図示矢印参照）が発生した場合、その逆流を折返部１２ｄに折り返すことができる。
【００３８】
このような構成によれば、剥離による逆流が段差部１２ｃを乗り越えてインペラ１２の下流端に到達し難くすることができる。
【００３９】
また、図３（Ｂ）に示すように、一端を段差部１２ｃの壁面に開口し、他端をインペラハブ１２ａの外表面（流路面）に開口する断面略Ｖ字形状の循環部１２ｅとすることにより、段差部１２ｃから取り入れた逆流を主流の流れに沿うように還元することができる。この際、この還元流は、逆流が段差部１２ｃを乗り越えることを抑制するカーテン効果を発揮することができる。なお、循環部１２ｅは断面略Ｖ字形状に限られるものではなく、断面Ｕ字形状など他の形状でもよい。
【００４０】
（実施の形態３）
図４は、本発明の一実施形態に係る実施の形態３の斜流回転機械を示し、図４（Ａ）は折返部を形成した要部の拡大図、図４（Ｂ）はその変形例の要部の拡大図である。尚、上記実施の形態１と同一の構成には同一の符合を付してその説明を省略する。
【００４１】
この実施の形態３では、図４（Ａ）に示すように、ディフューザハブ１３の上流側端縁の直径をインペラハブ１２ａの下流側端縁の直径と略同一とすることにより環状リブ状の段差部１３ａを形成したものである。
【００４２】
このような構成においても、上記実施の形態１と同様の作用効果を達成することができる。この際、図４（Ｂ）に示すように、インペラハブ１２ａの子午面をディフューザハブ１３と滑らかに繋げることにより、ディフューザハブ１３の上流端側での剥離をより一層抑制することができ、低流量領域においてさらなる軸動力低減を可能とすることができる。なお、この図４（Ｂ）に示した構成は、上記実施の形態１，２にも適用することが可能である。また、段差部１３ａに上記実施の形態２に示した折返部１２ｄ又は循環部１２ｅを形成してもよい。
【００４３】
このように、本発明の斜流回転機械１にあっては、ケーシング１０内に設けられた主軸１１と、主軸１１と一体に回転するインペラハブ１２ａに複数のインペラ翼１２ｂが設けられたインペラ１２と、インペラハブ１２ａの下流側に連続するディフューザハブ１３とケーシング１０とで形成される流路中に複数の案内羽根１４が設けられ、インペラ翼１２ｂの下流縁と案内羽根１４の上流縁との間に下流側を縮径した段差部１２ｃ又は段差部１３ａが形成されていることにより、インペラ翼１２ｂと案内羽根１４との境界付近での根元側での二次流れに起因する圧力損失、並びに締切軸動力を低減することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…斜流回転機械
１０…ケーシング
１１…主軸
１２…インペラ
１２ａ…インペラハブ
１２ｂ…インペラ翼
１２ｃ…段差部
１３…ディフューザハブ
１３ａ…ディフューザハブ
１４…案内羽根
【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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