(57)【要約】【課題】軸スラスト力を低減することができる遠心型の流体機械を提供する。【解決手段】本実施形態の遠心型の流体機械は、ケーシングと、このケーシング内に収容され、回転軸に垂直な面で回転し前記ケーシングに対向した背面を含むディスク状のハブと、このハブの前記背面の反対側に固定された複数の羽根とを有し、外周側から作動流体が流入し、前記ハブの前記背面の反対の方向へ作動流体を流出する羽根車と、を備え、前記ケーシングの前記ハブの背面に対向する面に、前記ハブの背面に向かって作動可能なリング状部材を有する。【選択図】図１
2013213410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、 
このケーシング内に収容され、回転軸に垂直な面で回転し前記ケーシングに対向した背
面を含むディスク状のハブと、このハブの前記背面の反対側に固定された複数の羽根とを
有し、外周側から作動流体が流入し、前記ハブの前記背面の反対の方向へ作動流体を流出
する羽根車と、を備え、 
前記ケーシングの前記ハブの背面に対向する面に、前記ハブの背面に向かって作動可能な
リング状部材を有することを特徴とする遠心型の流体機械。
【請求項２】
前記リング状部材の前記ハブと対向する側の面を、前記ハブの背面の形状に沿って形成
させたたことを特徴とする請求項１に記載の遠心型の流体機械。
【請求項３】
前記リング状部材の前記ケーシングと対向する面上に円筒状のリブを設けたことを特徴
とする請求項１に記載の遠心型の流体機械。
【請求項４】
前記リング状部材の前記ハブと対向する側の面に、同心円状の突起物を設けたことを特
徴とする請求項１記載の遠心型の流体機械。
【請求項５】
前記リング状部材の前記ハブと対向する側の面に、放射状の突起物、または放射状の溝
を設けたことを特徴とする請求項１記載の遠心型の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、遠心型の流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプやフランシス水車などの遠心型の流体機械は、羽根車を吸出し管側へ向かって押
す力と反対向きの力の不平衡により、軸方向のスラスト力（軸スラスト力）が発生する。
回転軸方向の力の総和のバランスから、通常、回転軸方向の吸い出し管側にスラスト力が
掛かることが知られている。また、運転中は羽根車が回転しているため、ハブの回転摩擦
の影響により、背圧室内の流れは羽根車回転方向に旋回しており、子午断面上では流体に
働く遠心力の効果によってハブ面に沿って外径方向に向かう流れが発生し、循環流れが起
こっている。また、この遠心力により外周側ほど背圧室のハブの面に働く圧力が高くなる
ことが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−８０２１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常運転下では、羽根車に対し軸方向の側に向かってスラスト力が作用する。しかし、
起動時などの過渡運転時には反対の主軸側方向にスラスト力が働くことがあり、羽根車が
浮き上がりケーシングと接触するようなことも考えられる。そこで、このような状況下で
羽根車が軸方向の主軸側に動いたとしても接触しないよう、通常は、羽根車とケーシング
との間に一定の隙間を設けて設計している。
【０００５】
しかしながら、隙間を広めに取ってしまうことで、羽根車の回転によって引き起こされ
る子午面での循環が強くなるため、この流れの強さに付随して圧力が高まり、スラスト力
が大きくなってしまう。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、軸スラスト力を低減することができる遠心型の流体
機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態の遠心型の流体機械は、ケーシングと、このケーシング内に収容され、回転
軸に垂直な面で回転し前記ケーシングに対向した背面を含むディスク状のハブと、このハ
ブの前記背面の反対側に固定された複数の羽根とを有し、外周側から作動流体が流入し、
前記ハブの前記背面の反対の方向へ作動流体を流出する羽根車と、を備え、前記ケーシン
グの前記ハブの背面に対向する面に、前記ハブの背面に向かって作動可能なリング状部材
を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係る遠心型の流体機械の子午断面図。
【図２】図１に示す背圧室付近を拡大した断面図。
【図３】図１に示す背圧室付近を拡大した断面図。
【図４】横軸にハブに沿った長さをとり、縦軸にハブの面に働く圧力をとった図。
【図５】実施形態２に係る遠心型の流体機械の断面図。
【図６】実施形態３に係る遠心型の流体機械の断面図。
【図７】実施形態４に係る遠心型の流体機械の断面図。
【図８】実施形態５に係る遠心型の流体機械の背圧室を外周側から見た模式図。
【図９】実施形態６に係る遠心型の流体機械の背圧室を外周側から見た模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る遠心型の流体機械の子午断面図である。ここでは、遠心型の
流体機械としてフランシス形水車を例示して説明する。
【００１１】
水車１の回転軸である主軸２の下端に、フランシス形の羽根車３が連結されている。主
軸１の頂部には、図示しない発電機が連結されている。羽根車３は、周方向に所定の間隔
をあけて配置された複数の羽根３ａと、これらの羽根３ａを一方の側から固定するディス
ク形状のハブ３ｂと、羽根３ａを他方の側から固定する環状部材として機能するシュラウ
ド３ｃとを備えている。ハブ３ｂは、主軸１と連結され、主軸１に垂直な面で回転する。
【００１２】
羽根車３は、ケーシング４に収容されている。ケーシング４は、羽根車３の外周に配設
されるカタツムリ状（円環状）の環状部４ａと、羽根車３の上方に配設される上カバー４
ｂと、羽根車３の下方に配設されるディスチャージリング４ｃとから構成されている。環
状部４ａの内周部には、複数のステーベーン５が周方向に設けられている。これらのステ
ーベーン５と羽根車３との間には、周方向に亘って複数のガイドベーン６が配列されてい
る。羽根車３の下方には、ディスチャージリング４ｃに接続された吸出し管７が配設され
ている。
【００１３】
図２は、図１に示す背圧室２２付近を拡大した断面図である。ハブ３ｂと、上カバー４
ｂとで囲まれた空間で背圧室２２が形成されている。上カバー４ｂのハブ３ｂの背面に対
向する面に、リング状部材２１が設けられている。リング状部材２１は、ハブ３ｂの背面
に向かって、羽根車３の回転軸方向に、図示しない駆動機構である昇降装置により、作動
可能に構成されている。すなわち、リング状部材２１は、羽根車３の回転軸方向に、昇降
可能に構成されている。
【００１４】
上池より鉄管を通って導入される作動流体である圧力水は、図１に示したケーシング４
の環状部４ａとステーベーン５を通過し、流量調整が行われるガイドベーン６を通過して
羽根車３へ導かれる。羽根車３は、導入された圧力水の圧力エネルギを回転エネルギへ変
換し、主軸２を回転軸として回転し、主軸２に連結された、図示しない発電機を回転させ
て発電する。羽根車３の外周から流入し羽根車３を通過した作動流体は、羽根車３の下方
の吸出し管７を通って下流の下池へと排出される。
【００１５】
図２に示したリング状部材２１は、起動時など過渡的な運転時は上カバー４ｂ側にリン
グ状部材２１を移動させておき、羽根車３との接触を回避する。通常運転時は、リング状
部材２１とハブ３ｂとの距離を十分小さくする。
【００１６】
図３は、図１に示す背圧室２２付近を拡大した断面図であり、図中の矢印は、作動流体
の流れを模式的に示している。リング状部材２１を下降させ、リング状部材２１とハブ３
ｂとの距離を十分小さくすることによって、子午断面上で、羽根車３の回転によって引き
起こされるハブ３ｂ面に沿う外周方向の流れを抑制することができるため、遠心力に伴う
当該箇所のハブ３ｂ面にかかる圧力も低下する。
【００１７】
図４は、横軸にハブ３ｂに沿った長さをとり、縦軸にハブ３ｂの面に働く圧力をとった
図である。実施形態を適用した場合、実施形態を適用しない従来に比べ、遠心力に伴う当
該箇所のハブ３ｂ面にかかる圧力が低下している。
【００１８】
この実施形態によれば、羽根車３に対し回転軸の吸出し管７側方向に働くスラスト力の
低減を図ることができる。また、起動時など過渡的な運転時は上カバー４ｂ側にリング状
部材２１を移動させておくことができ、リング状部材２１と羽根車３との接触を低減する
ことができる。
【００１９】
＜実施形態２＞
図５は、実施形態２に係る遠心型の流体機械の断面図である。図１と同じ構成には同じ
符号を付し、その説明を省略する。実施形態２は、リング状部材３１のハブ３ｂに対向す
る側の面をハブ３ｂの上面（背面）に沿った形状に形成している。
【００２０】
リング状部材２１を下降させた場合、実施形態１に比べ、リング状部材２１とハブ３ｂ
との距離は、さらに小さくなる。したがって、子午断面上で、羽根車３の回転によって引
き起こされるハブ３ｂ面に沿う外周方向の流れは、実施形態１に比べさらに抑制すること
ができるため、遠心力に伴う当該箇所のハブ３ｂ面にかかる圧力もさらに低下させること
ができる。
【００２１】
＜実施形態３＞
図６は、実施形態３に係る遠心型の流体機械の断面図である。図１と同じ構成には同じ
符号を付し、その説明を省略する。実施形態３は、リング状部材４１の上カバー４ｂと対
向する面上に円筒状のリブ４２を設けている。
【００２２】
円筒状のリブ４２により、リング状部材４１と上カバー４ｂとの間を通る流れ４３（図
３）を低減できる。また、背圧室２２を通り抜けて主軸２と上カバー４ｂの間から排出さ
れてしまう流れ４４（図３）を低減できる。したがって、高圧水の量（漏れ流量）を低減
することができる。
【００２３】
この実施形態によれば、実施形態１の効果に加え、羽根車３に作用しない漏れ流量を低
減することができるので、流体機械の体積効率を向上させることができる。
【００２４】
＜実施形態４＞
図７は、実施形態４に係る遠心型の流体機械の断面図である。図１と同じ構成には同じ
符号を付し、その説明を省略する。実施形態４は、リング状部材５１のハブ３ｂと対向す
る側の面に、突起物５２を設けている。突起物５２は、同心円状に複数設けられ、リング
状部材５１とハブ３ｂとの距離に応じて、突起の高さが異なっている。この実施形態では
、外周に行くほど、その高さは小さくなっており、突起物５２のそれぞれの位置において
、できるだけ、羽根車３の回転によって引き起こされるハブ３ｂ面に沿う外周方向の流れ
を抑えるように形成されている。
【００２５】
この実施形態によれば、子午断面上で、羽根車３の回転によって引き起こされるハブ３
ｂ面に沿う外周方向の流れは、実施形態１に比べさらに抑制することができるため、遠心
力に伴う当該箇所のハブ３ｂ面にかかる圧力もさらに低下させることができる。
【００２６】
＜実施形態５＞
図８は、実施形態５に係る遠心型の流体機械の背圧室２２を外周側から見た模式図であ
る。図１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。実施形態５は、リング状
部材６１のハブ３ｂと対向する側の面に、放射状に等間隔で配置された複数の突起物６２
が設けられている。
【００２７】
突起物６２は、回転摩擦による旋回流れを受けてハブ３ｂと離れる方向に力が作用し、
リング状部材６１とハブ３ｂとの距離が小さくなるに従い突起物の受ける上向きの力（ハ
ブ３ｂと離れる方向の力）が大きくなる。リング状部材６１には、図示しない駆動機構が
設けられているので、その駆動機構が持つ遊び、あるいは、ダンパー機能によりリング状
部材６１は、若干上昇する。したがって、リング状部材６１とハブ３ｂとの距離を小さく
保ったまま安定して運転することができる。
【００２８】
この実施形態によれば、子午断面上で、羽根車３の回転によって引き起こされるハブ３
ｂ面に沿う外周方向の流れは、実施形態１に比べさらに抑制することができるため、遠心
力に伴う当該箇所のハブ３ｂ面にかかる圧力もさらに低下させることができる。
【００２９】
＜実施形態６＞
図９は、実施形態６に係る遠心型の流体機械の背圧室２２を外周側から見た模式図であ
る。図１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。実施形態５は、リング状
部材７１のハブ３ｂと対向する側の面に、放射状に等間隔で配置された複数の溝７２が設
けられている。
【００３０】
溝７２は、回転摩擦による旋回流れを受けてハブ３ｂと離れる方向に力が作用し、リン
グ状部材７１とハブ３ｂとの距離が小さくなるに従い突起物の受ける上向きの力（ハブ３
ｂと離れる方向の力）が大きくなる。リング状部材７１には、図示しない駆動機構が設け
られているので、その駆動機構が持つ遊び、あるいは、ダンパー機能によりリング状部材
７１は、若干上昇する。したがって、リング状部材７１とハブ３ｂとの距離を小さく保っ
たまま安定して運転することができる。
【００３１】
この実施形態によれば、子午断面上で、羽根車３の回転によって引き起こされるハブ３
ｂ面に沿う外周方向の流れは、実施形態１に比べさらに抑制することができるため、遠心
力に伴う当該箇所のハブ３ｂ面にかかる圧力もさらに低下させることができる。
【００３２】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の遠心型の流体機械によれば、羽根車に対し回
転軸の吸出し管側方向に働くスラスト力の低減を図ることができる。また、起動時など過
渡的な運転時は上カバー側にリング状部材を移動させておくことができ、リング状部材と
羽根車との接触を低減することができる。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様
々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、
置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に
含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるもので
ある。
【００３４】
例えば、実施形態３から６は、他の全ての実施形態と組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１…水車、２…主軸、３…羽根車、３ａ…羽根、３ｂ…ハブ、４…ケーシング、４ｂ…上
カバー、２１、３１、４１、５１、６１、７１…リング状部材、４２…リブ、５２、６２
…突起物、７２…溝。
【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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