(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に固着された中空の羽根車ボスと、
この中空の羽根車ボスに円周方向の間隔を有して斜めの放射状に半径方向の外側から内側に向けて軸まわりの回動を可能に翼軸を貫挿して該中空の羽根車ボスの外側に取付けられた複数の羽根車翼と、
出力端部が中空の羽根車ボス内で複数の翼軸に連結されて羽根車翼の翼角を変化させる翼可動機構と、
中空の羽根車ボスの外周で複数の羽根車翼を主軸の軸まわりの回転を自在に収容するケーシングと、を備えた可動翼羽根車において、
複数の羽根車翼のチップが翼軸の軸線と主軸の軸線との交点（Ｏ）からチップまでの距離（Ｒ１）よりも小さい曲率半径（Ｒ２）の曲面で構成され、前記曲率半径（Ｒ２）の中心（Ｏ１）が翼軸の軸線上に設定され、
チップの外側に対応するケーシングの内面が前記チップの曲面と同心で曲率半径（Ｒ２）よりも大きい曲率半径（Ｒ２´）の曲面で構成されているとともに、
複数の羽根車翼のハブが前記距離（Ｒ１）よりも大きい曲率半径（Ｒ３）の曲面で構成され、前記曲率半径（Ｒ３）の中心（Ｏ２）が翼軸の軸線上に設定され、
ハブの内側に対応する中空の羽根車ボスの外面がハブの曲面と同心で曲率半径（Ｒ３）よりも小さい曲率半径（Ｒ３´）の曲面で構成されている可動翼羽根車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボポンプに使用されている可動翼羽根車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３および図４に示すように、主軸１に固着された中空の羽根車ボス２と、この中空の羽根車ボス２に円周方向の間隔を有して斜めの放射状に半径方向の外側から内側に向けて軸まわりの回動を可能に翼軸３を貫挿して、該中空の羽根車ボス２の外側に取付けられた複数の羽根車翼４と、出力端部のクロスヘッド５Ａが中空の羽根車ボス２内で連結部材５Ｂを介して複数の翼軸３に連結されて羽根車翼４の翼角を変化させる翼可動機構５と、中空の羽根車ボス２の外周で複数の羽根車翼４を主軸１の軸まわりの回転を自在に収容するケーシング６とを備えた可動翼羽根車が装備されている立軸ポンプでは、吐出弁１１の開状態で羽根車翼４の翼角を変化させることで吐出水量を調整することができる。すなわち、０度の基準翼角で保持されている羽根車翼４を翼可動機構５によって閉じ側（マイナス側）に回動させると吐出水量が小さくなり、０度の基準翼角で保持されている羽根車翼４を翼可動機構５によって開き側（プラス側）に回動させると吐出水量が大きくなる。
【０００３】
前記立軸ポンプにおける吐出水量（Ｑ）−全揚程（Ｈ）特性曲線は、羽根車翼４の形状とケーシング６の内面の形状によって決まり、一般に、図５の実線ａで示すように、吐出水量（Ｑ）の増加にともなって全揚程（Ｈ）が小さくなる。一方、管路の抵抗曲線は破線ｂで示すように、吐出水量（Ｑ）の増加にともなって徐々に大きくなり、実線ａで示すポンプＰの特性曲線と、破線ｂで示す管路の抵抗曲線との交点ｐ１を運転点とした吐出水量Ｑ１によって運転される。
【０００４】
ところが、翼可動機構５によって羽根車翼４を閉じ側（マイナス側）に回動させると、実線ｃで示すように、吐出水量（Ｑ）の増加にともなって全揚程（Ｈ）を大きくさせる右上り部Ｙ１が発生したのち吐出水量（Ｑ）の増加にともなって全揚程（Ｈ）を小さくさせる右下がり部Ｙ２が発生する特性を示す場合がある。このように、右上り部Ｙ１と右下がり部Ｙ２が発生しても、管路の抵抗曲線が前述の破線ｂで示すように、吐出水量（Ｑ）の増加にともなって徐々に大きくなるものであれば、実線ｃで示すポンプの特性曲線における右下がり部Ｙ２と、破線ｂで示す管路の抵抗曲線との交点を運転点とした吐出水量によって運転することができるので問題は生じない。
【０００５】
しかし、実揚程が比較的高く、しかも管路が短い場合などにおいては、管路の抵抗曲線は一点鎖線ｄのような特性を示す。したがって、実線ｃで示すポンプＰの特性曲線に対して、一点鎖線ｄで示す管路の抵抗曲線はｐ２，ｐ３，ｐ４の三点で交わり、交点ｐ２，ｐ３，ｐ４を運転点とした吐出水量Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に変動する可能性があり、ポンプＰの運転が不安定になる欠点を有している。
【０００６】
このような欠点は、図６に示すように、複数の羽根車翼４のチップ４Ａが翼軸３の軸線Ｃ１と主軸１の軸線Ｃとの交点Ｏからチップ４Ａまでの距離Ｒ１を曲率半径とする球面１２で構成され、チップ４Ａの外側に対応するケーシング６の内面がチップ４Ａの球面１２と同心で曲率半径Ｒ１よりも僅かに大きい曲率半径Ｒ１´の球面１３で構成されているとともに、複数の羽根車翼４のハブ４Ｂが球面１２、１３と同心の曲率半径Ｒ４の球面１４で構成され、ハブ４Ｂの内側に対応する中空の羽根車ボス２の外面がハブ４Ｂの球面１４と同心で曲率半径Ｒ４よりも僅かに小さい曲率半径Ｒ４´の球面１５で構成されており、したがって、二点鎖線で示すように、羽根車翼４を閉じ側（マイナス側）に回動させても、羽根車翼４のチップ４Ａとケーシング６の内面との小さい隙間ｔおよび羽根車翼４のハブ４Ｂと中空の羽根車ボス２の外面との小さい隙間ｔ１が羽根車翼４の入口ＩＮから出口ＯＵＴにかけて一様であるために生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、従来の可動翼羽根車では、羽根車翼の翼角を小さくしても、羽根車翼のチップとケーシングの内面との小さい隙間および羽根車翼のハブと中空の羽根車ボスの外面との小さい隙間が羽根車翼の入口ＩＮから出口ＯＵＴにかけて一様であるから、実揚程が比較的高く、しかも管路が短い場合などにおいては、管路の抵抗曲線はポンプの特性曲線に対して複数点で交わり、吐出水量がこれら複数の交点を運転点とした値に変動する可能性があるため、ポンプの運転が不安定になる欠点を有している。
【０００８】
そこで、本発明は、羽根車翼の翼角を小さくしても、ポンプの特性曲線と管路の抵抗曲線とが一点で交わるように構成して、運転を安定させるようにした可動翼羽根車を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、主軸１に固着された中空の羽根車ボス２と、この中空の羽根車ボス２に円周方向の間隔を有して斜めの放射状に半径方向の外側から内側に向けて軸まわりの回動を可能に翼軸３を貫挿して該中空の羽根車ボス２の外側に取付けられた複数の羽根車翼４と、出力端部が中空の羽根車ボス２内で複数の翼軸３に連結されて羽根車翼４の翼角を変化させる翼可動機構５と、中空の羽根車ボス２の外周で複数の羽根車翼４を主軸１の軸まわりの回転を自在に収容するケーシング６と、を備えた可動翼羽根車において、
複数の羽根車翼４のチップ４Ａが翼軸３の軸線Ｃ１と主軸１の軸線Ｃとの交点Ｏからチップ４Ａまでの距離Ｒ１よりも小さい曲率半径Ｒ２の曲面７で構成され、前記曲率半径Ｒ２の中心Ｏ１が翼軸３の軸線Ｃ１上に設定され、
チップ４Ａの外側に対応するケーシング６の内面が前記チップ４Ａの曲面７と同心で曲率半径Ｒ２よりも大きい曲率半径Ｒ２´の曲面８で構成されているとともに、
複数の羽根車翼４のハブ４Ｂが前記距離Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ３の曲面９で構成され、前記曲率半径Ｒ３の中心Ｏ２が翼軸３の軸線Ｃ１上に設定され、
ハブ４Ｂの内側に対応する中空の羽根車ボス２の外面がハブ４Ｂの曲面９と同心で曲率半径Ｒ３よりも小さい曲率半径Ｒ３´の曲面１０で構成されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、羽根車翼を基準翼角で保持している場合には、羽根車翼のチップとケーシングの内面との隙間が一様な状態で運転することができる。
一方、翼可動機構によって羽根車翼の翼角を小さくすると、羽根車翼のチップとケーシングの内面との隙間の一様な状態が消失し、羽根車翼の入口側と出口側におけるチップとケーシングの内面との隙間が大きくなり、特性曲線に右上がり部の発生する吐出水量において、仕事量の多い入口側での仕事量を減少させて効率を低下させる。このため、ポンプの特性曲線に右上り部が発生しなくなり、ポンプの特性曲線と管路の抵抗曲線とが一点のみで交わることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図３および図４で説明した主軸１、中空の羽根車ボス２、翼軸３、羽根車翼４、翼可動機構５のクロスヘッド５Ａ、連結部材５Ｂおよびケーシング６などの相対関係と本発明の主軸１、中空の羽根車ボス２、翼軸３、羽根車翼４、翼可動機構５のクロスヘッド５Ａ、連結部材５Ｂおよびケーシング６などの相対関係は同一であるので、これらの詳しい説明は省略し、本発明の特徴部分のみについて、従来例と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００１２】
図１において、実線で示すように、複数の羽根車翼４のチップ４Ａは、翼軸３の軸線Ｃ１と主軸１の軸線Ｃとの交点Ｏからチップ４Ａまでの距離Ｒ１よりも小さく、その中心Ｏ１を翼軸３の軸線Ｃ１上に設定した曲率半径Ｒ２の曲面７で構成されている。
【００１３】
チップ４Ａの外側に対応するケーシング６の内面は、チップ４Ａの曲面７と同心で曲率半径Ｒ２よりも僅かに大きい曲率半径Ｒ２´の曲面８で構成されている。
【００１４】
一方、複数の羽根車翼４のハブ４Ｂは、その中心Ｏ２を翼軸３の軸線Ｃ１上に設定され、かつ距離Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ３の曲面９で構成されている。
【００１５】
また、ハブ４Ｂの内側に対応する中空の羽根車ボス２の外面がハブ４Ｂの曲面９と同心で曲率半径Ｒ３よりも僅かに小さい曲率半径Ｒ３´の曲面１０で構成されている。
【００１６】
このような構成であれば、吐出弁１１（図３参照）の開状態で羽根車翼４の翼角を変化させることで吐出水量を調整することができる。すなわち、０度の基準翼角で保持されている羽根車翼４を翼可動機構５によって閉じ側（マイナス側）に回動させると吐出水量が小さくなり、０度の基準翼角で保持されている羽根車翼４を翼可動機構５によって開き側（プラス側）に回動させると吐出水量が大きくなる。
【００１７】
羽根車翼４を基準翼角で保持している場合には、実線で示すように、羽根車翼４のチップ４Ａとケーシング６の内面との隙間ｔが一様な状態で運転することができる。
【００１８】
一方、翼可動機構５によって羽根車翼４の翼角を小さくすると、二点鎖線で示すように、羽根車翼４のチップ４Ａとケーシング６の内面との隙間ｔの一様な状態が消失し、羽根車翼４の入口ＩＮ側と出口ＯＵＴ側におけるチップ４Ａとケーシング６の内面との隙間ｔ３が大きくなり、仕事量の多い入口ＩＮ側での仕事量を減少させてポンプ効率を低下させる。このため、図２の実線ｅで示すように、吐出水量（Ｑ）と全揚程（Ｈ）との関係において、吐出水量（Ｑ）の増加にともなって全揚程（Ｈ）を大きくさせる右上り部の発生を抑えた特性を得ることができる。
【００１９】
したがって、管路の抵抗曲線が破線ｂで示す特性のように、吐出水量（Ｑ）の増加にともなって徐々に大きくなる場合は、実線ｅで示すポンプＰの特性曲線と、破線ｂで示す管路の抵抗曲線との交点ｐ１を運転点とした吐出水量Ｑ１によって安定した運転を行うことができるとともに、実揚程が比較的高く、しかも管路が短いために、管路の抵抗曲線が一点鎖線ｄで示すような特性をもっていても、実線ｅで示すポンプＰの特性曲線と、一点鎖線ｄで示す管路の抵抗曲線との交点ｐ２を運転点とした吐出水量Ｑ２によって安定した運転を行うことができる。
【００２０】
すなわち、図５の従来例において、実線ｃで示すポンプＰの特性曲線に対して、一点鎖線ｄで示す管路の抵抗曲線はｐ２，ｐ３，ｐ４の三点で交わり、交点ｐ２，ｐ３，ｐ４を運転点とした吐出水量Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に変動するために、ポンプＰの運転が不安定になる欠点を確実に解消して安定運転させることができる。
【００２１】
なお、前記実施の形態では、複数の羽根車翼４のチップ４Ａを羽根車翼４の入口ＩＮ側から出口ＯＵＴ側にかけて曲率半径Ｒ２の曲面７で一様に構成し、また、複数の羽根車翼４のハブ４Ｂを羽根車翼４の入口ＩＮ側から出口ＯＵＴ側にかけて曲率半径Ｒ３の曲面９で一様に構成しているが、複数の羽根車翼４のチップ４Ａにおける羽根車翼４の入口ＩＮ側の一部のみを曲率半径Ｒ２の曲面７で構成し、複数の羽根車翼４のハブ４Ｂにおける入口ＩＮ側の一部のみを曲率半径Ｒ３の曲面９で構成しても、前記実施の形態と同様の作用・効果を奏することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、翼可動機構によって羽根車翼の翼角を小さくすると、羽根車翼のチップとケーシングの内面との隙間の一様な状態が消失し、羽根車翼の入口側と出口側におけるチップとケーシングの内面との隙間が大きくなり、特性曲線に右上がり部の発生する吐出水量において、仕事量の多い入口側での仕事量を減少させて効率を低下させる。このため、ポンプの特性曲線に右上り部が発生しなくなり、ポンプの特性曲線と管路の抵抗曲線とが一点のみで交わることになり、１つの交点を運転点とした吐出水量によって安定した運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の要部の一実施の形態の一部を拡大して示す概略縦断面図である。
【図２】本発明よって得られる吐出水量と全揚程との関係を示す図表である。
【図３】可動翼羽根車を適用した立軸ポンプの一例を示す全体縦断面図である。
【図４】羽根車翼と翼可動機構の関係の一例を示す斜視図である。
【図５】従来例によって得られる吐出水量と全揚程との関係を示す図表である。
【図６】従来例の羽根車翼、ケーシングおよび中空の羽根車ボスの関係の一部を拡大して示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１  主軸
２  中空の羽根車ボス
２Ａ  羽根車のチップ流入部
３  翼軸
４  羽根車翼
４Ａ  羽根車翼のチップ
４Ｂ  羽根車翼のハブ
５  翼可動機構
５Ａ  クロスヘッド（翼可動機構の出力端部）
６  ケーシング
７  チップの曲面
８  ケーシングの曲面
９  ハブの曲面
１０  中空の羽根車ボスの曲面
Ｃ  主軸の軸線
Ｃ１  翼軸の軸線
【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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