(57)【要約】【課題】背圧室内の圧力分布に決定的な影響を与える背圧室内の旋回流れを抑制することで、効率にほとんど影響を与えずに、軸スラスト力を低減することができる遠心型ターボ機械を提供すること。【解決手段】本発明の遠心型ターボ機械は、ケーシング１１と、ケーシング１１内に収容された羽根車１０と、を備えている、羽根車１０は、回転自在な回転軸１３と、回転軸１３に連結され、ケーシング１１に対向した背面１４ｂを含むハブ１４と、ハブ１４に固着された羽根１５とを有している。ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓには、ハブ１４の背面１４ｂに向かって延びた旋回抑制板１が設けられている。【選択図】図１
2009008021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
ケーシング内に収容され、回転自在な回転軸と、回転軸に連結され、ケーシングに対向した背面を含むハブと、ハブに固着された羽根とを有する羽根車と、を備え、
ケーシングのハブの背面に対向する表面に、ハブの背面に向かって延びた旋回抑制板を設けたことを特徴とする遠心型ターボ機械。
【請求項２】
ケーシングと、
ケーシング内に収容され、回転自在な回転軸と、回転軸に連結され、ケーシングに対向した背面を含むハブと、ハブに固着された羽根とを有する羽根車と、を備え、
ケーシングのハブの背面に対向する表面に、ハブの背面に向かって延びるとともに、回転軸の円周方向に延在し、ケーシングの前記表面とハブの背面との間の領域を内径側と外径側とに分割する隔壁を設けたことを特徴とする遠心型ターボ機械。
【請求項３】
ケーシングと、
ケーシング内に収容され、回転自在な回転軸と、回転軸に連結され、ケーシングに対向した背面を含むハブと、ハブに固着された羽根とを有する羽根車と、を備え、
ケーシングのハブの背面に対向する表面に、子午断面で見た場合に延在する旋回抑制溝を設けたことを特徴とする遠心型ターボ機械。
【請求項４】
ケーシングと、
ケーシング内に収容されるとともに、回転自在な回転軸と、回転軸に連結され、ケーシングに対向した背面を含むハブと、ハブに固着された羽根とを有する羽根車と、を備え、
ケーシングは、第一ケーシング部と、当該第一ケーシング部にフランジを介して連結された第二ケーシング部とを有し、
前記フランジは、ケーシングのハブの背面に対向する表面からハブの背面に向かって突出していることを特徴とする遠心型ターボ機械。
【請求項５】
ケーシングのハブの背面に対向する表面から旋回抑制板、隔壁またはフランジの先端までの回転軸が延在する方向における距離をＨとし、ケーシングの前記表面からハブの背面までの回転軸が延在する方向における距離をＨ０とした場合、ＨとＨ０との関係が、
Ｈ／Ｈ０≧０．５
となることを特徴とする請求項１、２または４のいずれかに記載の遠心型ターボ機械。
【請求項６】
回転軸の中心から旋回抑制板または旋回抑制溝の内径側端部までの回転軸の半径方向における距離をＲ１とし、回転軸の中心からハブの外径側端部までの回転軸の半径方向における距離をＤ０／２とした場合、Ｒ１とＤ０との関係が、
２Ｒ１／Ｄ０≦０．７
となることを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の遠心型ターボ機械。
【請求項７】
旋回抑制板、旋回抑制溝またはフランジは、その外径側端部が、回転軸の中心と内径側端部とを結ぶ直線に対して、回転軸の回転方向側に配置されていることを特徴とする請求項１、３または４のいずれかに記載の遠心型ターボ機械。
【請求項８】
旋回抑制板は、回転軸中心から任意の距離の断面で見た場合、その先端部の中心が、ケーシングに連結された根元部の中心から回転軸の延在する方向に延びた直線に対して、回転軸の回転方向と反対側に位置するよう、ケーシングの表面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の遠心型ターボ機械。
【請求項９】
ハブの背面に、ハブの外周側の端部よりも内径側に位置する中間シールが設けられ、
ハブとケーシングとの間であって中間ツールより内径側の領域、または、ハブとケーシングとの間であって中間ツールより外径側の領域の少なくともいずれか一方に、旋回抑制板、隔壁、旋回抑制溝またはフランジを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の遠心型ターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率にほとんど影響を与えずに、下向きの軸スラスト力を低減することができる遠心型ターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプやフランシス水車などの片吸込み形の遠心型ターボ機械では、羽根車を吸込み管（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。
【０００３】
このような軸スラスト力は、回転軸の自重分による影響を除いては、回転軸が垂直方向に延在する場合でも、回転軸が水平方向に延在する場合でも同様に発生するものであるが、本願では力の方向を明確にするために、回転軸が垂直方向に延在し、吸込み管が下向きに接続されている遠心型ターボ機械を用いて説明する。
【０００４】
すなわち、前文で述べた「吸込み管側へ向かって押す力」は下向きとなり、「反対向きの力」は上向きとなる。
【０００５】
図１１に示すように、遠心型ターボ機械（例えば、フランシス水車）は、ケーシング１１と、ケーシング１１内に収容された羽根車１０と、を備えている。このうち、羽根車１０は、回転自在な回転軸１３と、回転軸１３に連結され、ケーシング１１に対向した背面１４ｂを含むハブ１４と、一端がハブ１４に固着された複数の羽根１５と、羽根１５の他端に連結されたシュラウド１６とを有している。ここで、図１１に示すように、ケーシング１１と、ハブ１４のケーシング１１に対向した背面１４ｂとの間の領域が、背圧室２０となっている。
【０００６】
通常運転においては、図１１のフランシス水車の例で示すように、羽根車１０を下向きに押す力が、羽根車１０を上向きに押す力よりも大きくなるため、全体として下向きの軸スラスト力が発生する。この軸スラスト力は、その大きさに見合うだけの容量をもったスラスト軸受で支持されることで、安定した連続運転が可能になる。
【０００７】
このため、大きな下向きの軸スラスト力が発生する場合、スラスト軸受でのロスが大きくなるという性能上の問題点のほか、大型のスラスト軸受が必要となるなどコスト上の問題が生じる。特に、既設機器の改修にあたってスラスト軸受をそのまま流用する場合においては、過度に軸スラスト力が増大すると連続運転が不可能になるという致命的な問題に発展する恐れがある。
【０００８】
軸スラスト力の大きさに最も影響を与えるのは、羽根車１０を下向きに押す力の原因となる、ケーシング１１とハブ１４の背面１４ｂとの間の領域、すなわち背圧室２０内での圧力である。この背圧室２０内の圧力を小さくすることができれば、結果として下向きの軸スラスト力が減少することになる。このための施策として、羽根車１０の出口付近でハブ１４の背面１４ｂと流水面とを連通するバランスホールを設ける方法、背圧室２０と吸込み管とを連通するバランスパイプを設ける方法、羽根車１０のハブ１４の背面１４ｂに放射状の裏羽根を設ける方法など（例えば、非特許文献１参照）が従来から提案され実用化されている。
【非特許文献１】日本工業出版「ターボ機械−入門編−」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したバランスホールやバランスパイプを設ける方法では、羽根車の外側を流れる漏れ流量が増加するため、体積効率が低下するという問題がある。また、裏羽根を設ける方法では軸動力が増大したり、反対に羽根車によって回収される出力が減少したりするなど機械効率が低下するという問題がある。
【００１０】
そもそも、背圧室２０内の圧力が大きくなる原因として、背圧室２０が高圧側の部位に属することから吸込み管側の圧力よりも高くなることに加えて、次のような原因が考えられる。
【００１１】
すなわち、背圧室２０内では図１２（ａ）（ｂ）に示すように、羽根車１０の回転により発生する子午断面で見た循環流れと、ある半径位置Ｒにおける断面で見た旋回流れが発生している。
【００１２】
これらのうち、旋回流れは、図１２（ｂ）で示すように、ケーシング１１面では摩擦により旋回方向の速度成分がゼロとなり、回転する羽根車１０のハブ１４の背面１４ｂではＲω（ω：羽根車１０の回転周速度）の旋回方向速度をもつ。さらに、図１２（ｂ）で示すように、ケーシング１１とハブ１４の背面１４ｂの中間位置付近では、Ｒωの５０％程度の旋回方向速度成分をもつことが知られている。
【００１３】
この旋回方向速度成分により生じる遠心力によって、図１１に示すように、背圧室２０内で発生する羽根車１０を押し下げる圧力は、外径側ほど高くなり、半径方向に二次関数的な勾配をもった分布となっている。なお、図１１に示すように、背圧室２０内で発生する羽根車１０を押し上げる圧力は、内径側と外径側では変わらない。
【００１４】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、背圧室内の圧力分布に決定的な影響を与える背圧室内の旋回流れを抑制することで、効率にほとんど影響を与えずに、軸スラスト力を低減することができる遠心型ターボ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】
本発明は、ケーシングと、
ケーシング内に収容され、回転自在な回転軸と、回転軸に連結され、ケーシングに対向した背面を含むハブと、ハブに固着された羽根とを有する羽根車と、を備え、
ケーシングのハブの背面に対向する表面に、ハブの背面に向かって延びた旋回抑制板を設けたことを特徴とする遠心型ターボ機械である。
【００１６】
本発明は、ケーシングと、
ケーシング内に収容され、回転自在な回転軸と、回転軸に連結され、ケーシングに対向した背面を含むハブと、ハブに固着された羽根とを有する羽根車と、を備え、
ケーシングのハブの背面に対向する表面に、ハブの背面に向かって延びるとともに、回転軸の円周方向に延在し、ケーシングの前記表面とハブの背面との間の領域を内径側と外径側とに分割する隔壁を設けたことを特徴とする遠心型ターボ機械である。
【００１７】
本発明は、ケーシングと、
ケーシング内に収容され、回転自在な回転軸と、回転軸に連結され、ケーシングに対向した背面を含むハブと、ハブに固着された羽根とを有する羽根車と、を備え、
ケーシングのハブの背面に対向する表面に、子午断面で見た場合に延在する旋回抑制溝を設けたことを特徴とする遠心型ターボ機械である。
【００１８】
本発明は、ケーシングと、
ケーシング内に収容されるとともに、回転自在な回転軸と、回転軸に連結され、ケーシングに対向した背面を含むハブと、ハブに固着された羽根とを有する羽根車と、を備え、
ケーシングが、第一ケーシング部と、当該第一ケーシング部にフランジを介して連結された第二ケーシング部とを有し、
前記フランジが、ケーシングのハブの背面に対向する表面からハブの背面に向かって突出していることを特徴とする遠心型ターボ機械である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の遠心型ターボ機械によれば、ケーシングのハブの背面に対向する表面に、旋回抑制板、隔壁、旋回抑制溝またはフランジを設けることによって、背圧室内の圧力分布に決定的な影響を与える背圧室内の旋回流れを抑制することができる。このため、効率にほとんど影響を与えずに、軸スラスト力を低減することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１の実施の形態
以下、本発明に係る遠心型ターボ機械の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施の形態を示す図である。なお、本実施の形態では、遠心型ターボ機械として、フランシス水車を例にとって説明する。
【００２１】
図１に示すように、フランシス水車（遠心型ターボ機械）は、ケーシング１１と、ケーシング１１内に収容された羽根車１０と、を備えている。このうち、羽根車１０は、回転自在な回転軸１３と、回転軸１３に連結され、ケーシング１１に対向した背面１４ｂを含むハブ１４と、一端がハブ１４に固着された複数の羽根１５と、羽根１５の他端に連結されたシュラウド１６とを有している。ここで、図１に示すように、ケーシング１１と、ハブ１４のケーシング１１に対向した背面１４ｂとの間の領域が、背圧室２０となっている。
【００２２】
また、図１に示すように、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓには、ハブ１４の背面１４ｂに向かって延びた旋回抑制板１が設けられている。
【００２３】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００２４】
まず、ハブ１４とシュラウド１６との間に設けられた各羽根１５の間に流体が流れ込む。同時に、ケーシング１１とハブ１４との間隙を通り抜けた流体は、背圧室２０にも流れ込む。
【００２５】
次に、当該流体の流れによって羽根車１０の羽根１５に力が加わり、羽根車１０が回転する。
【００２６】
そして、羽根車１０が回転することによって、ハブ１４とケーシング１１との間に形成された背圧室２０内に循環流れと旋回流れが発生し、これら循環流れと旋回流れが合成されて主流となる。
【００２７】
このとき、旋回抑制板１のないフランシス水車の背圧室２０内では、旋回流れによって外径側ほど圧力が高くなり、半径方向に勾配をもった圧力分布が形成される（図１参照）。これに対して、本実施の形態では、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに、ハブ１４の背面１４ｂに向かって延びた旋回抑制板１が設けられているので、背圧室２０内で発生する旋回流れが抑制される（図１参照）。
【００２８】
このため、背圧室２０内において、回転軸１３の半径方向に勾配をもたない圧力分布が形成され、外径側において圧力が上昇することが抑制される。
【００２９】
このように、背圧室２０内の外径側のおける圧力上昇が抑制されると、当該圧力によるハブ１４を下向きに押す力が小さくなるため、下向きの軸スラスト力が低減される。
【００３０】
なお、本実施の形態では、従来技術のように裏羽根を羽根車のハブの背面に取り付けないため、機械損失の増加を無視できるほど小さくすることができ、性能が低下しないという利点もある。
【００３１】
ところで、旋回抑制板１は、一枚設置すれば十分であり、二枚以上設置した場合と同程度に軸スラスト力を低減することができる。しかしながら、旋回抑制板１が脱落して、軸スラスト力が急激に増大しまう危険性に備えて、旋回抑制板１を二枚以上設置することが好ましい。
【００３２】
また、図１では、旋回抑制板１は、その先端がハブ１４の背面１４ｂの形状に合うような形状となっているが、これに限ることなく、ケーシング１１の表面に対して平行になり、一定の高さを有していても、旋回流れを抑制する効果を得ることができる。
【００３３】
第２の実施の形態
次に、図２により、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２に示す第２の実施の形態は、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに旋回抑制板１を設ける代わりに、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに、ハブ１４の背面１４ｂに向かって延びるとともに、回転軸１３の円周方向に延在し、ケーシング１１の表面１１ｓとハブ１４の背面１４ｂとの間の領域を内径側と外径側とに分割する隔壁２を設けたものであり、その他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３４】
図２に示す第２の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
図２に示すように、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに、ハブ１４の背面１４ｂに向かって延びるとともに、回転軸１３の円周方向に延在し、ケーシング１１の表面１１ｓとハブ１４の背面１４ｂとの間の領域を内径側と外径側とに分割する隔壁２を設けられている。このため、背圧室２０内で発生する循環流れと旋回流れからなる主流は、隔壁２の内径側と外径側で分離される。
【００３６】
この結果、隔壁２の外径側の領域では、従来技術のように隔壁２がない場合と比べて、循環流れと旋回流れの旋回方向の速度成分が弱まるので、背圧室２０内の外径側での圧力が低下する（図２参照）。すなわち、図２に示すように、背圧室２０内の隔壁２より外径側の領域における圧力は、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに隔壁２がある場合には、隔壁２がない場合と比較して低下する。
【００３７】
このため、背圧室２０内で半径方向に対する圧力勾配は形成されるものの、当該圧力の大きさ自体は低下するので、ハブ１４を下向きに押す力が小さくなって、下向きの軸スラスト力が低減される。
【００３８】
なお、本実施の形態でも、従来技術のように裏羽根を羽根車のハブの背面に取り付けないため、機械損失の増加を無視できるほど小さくすることができ、性能が低下しない。
【００３９】
第３の実施の形態
次に、図３により、本発明の第３の実施の形態について説明する。図３に示す第３の実施の形態は、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに旋回抑制板１を設ける代わりに、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに、子午断面で見た場合に延在する旋回抑制溝３を設けたものであり、その他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４０】
図３に示す第３の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４１】
図３に示すように、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに、子午断面で見た場合に延在する旋回抑制溝３が設けられている。本実施の形態では、典型的な例として、旋回抑制溝３の長手方向が回転軸１３の半径方向に延在している例を用いて説明する。
【００４２】
羽根車１０が回転することによって、背圧室２０内で発生した主流ｆｍの一部が旋回抑制溝３を流れる。
【００４３】
そして、このように旋回抑制溝３を流れた主流ｆｍは、静止しているケーシング１１間を流れる事によってその旋回速度成分が除去されて、旋回抑制溝３から流出する流出流れｆｏとなる。
【００４４】
その後、この流出流れｆｏが背圧室２０内における主流ｆｍと干渉し、主流ｆｍの旋回速度成分が弱められる。
【００４５】
この結果、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに旋回抑制溝３がない場合と比較して、回転軸１３の半径方向における圧力勾配は小さくなる（図３参照）。すなわち、図３に示すように、背圧室２０内の圧力は、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに旋回抑制溝３がある場合には、旋回抑制溝３のない場合と比較して小さくなる。
【００４６】
このため、ハブ１４を下向きに押す力が小さくなり、下向きの軸スラスト力が低減されることになる。
【００４７】
なお、本実施の形態でも、従来技術のように裏羽根を羽根車のハブの背面に取り付けないため、機械損失の増加を無視できるほど小さくすることができ、性能が低下しない。
【００４８】
第４の実施の形態
次に、図４（ａ）（ｂ）により、本発明の第４の実施の形態について説明する。図４（ａ）（ｂ）に示す第４の実施の形態では、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓに旋回抑制板１は設けられていない。その代わり、ケーシング１１が、第一ケーシング部１１ａと、当該第一ケーシング部１１ａにフランジ５を介して連結された第二ケーシング部１１ｂとからなっており、このフランジ５が、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓからハブ１４の背面１４ｂに向かって突出している。その他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００４９】
図４（ａ）（ｂ）に示す第４の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５０】
図４に示すように、ケーシング１１は、第一ケーシング部１１ａと、当該第一ケーシング部１１ａにフランジ５を介して連結された第二ケーシング部１１ｂとからなっている。そして、このフランジ５は、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓからハブ１４の背面１４ｂに向かって突出している。
【００５１】
なお、図４（ｂ）に示すように、フランジ５は、第一ケーシング部１１ａの周方向の端部に設けられた第一フランジ５ａと、第二ケーシング部１１ｂの周方向の端部に設けられた第二フランジ５ｂとからなっている。そして、この第一フランジ５ａと第二フランジ５ｂが、例えばボルト３１によって連結されている。
【００５２】
図４（ａ）に示すように、フランジ５は、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓからハブ１４の背面１４ｂに向かって突出している。このため、上述の旋回抑制板１と同様の効果を有している。
【００５３】
すなわち、このフランジ５によって、背圧室２０内で発生する旋回流れを抑制し、背圧室２０内において、回転軸１３の半径方向に勾配をもたない圧力分布を形成することができる。このため、外径側において圧力が上昇することを抑制することができ、当該圧力によってハブ１４を下向きに押す力を抑制することができる。この結果、下向きの軸スラスト力を低減することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態によれば、フランジ５がケーシング１１に連結されている（第一フランジ５ａが第一ケーシング１１に連結され、第二フランジ５ｂが第二ケーシング１１に連結されている）。このため、第１の実施の形態のように、旋回抑制板１がケーシング１１から脱落する可能性がない。
【００５５】
ところで、上記では、ケーシング１１が、第一ケーシング部１１ａおよび第二ケーシング部１１ｂという２つの部位からなる態様を用いて説明したが、これに限ることなく、ケーシング１１が３つ以上の部位からなる態様を用いてもよい。
【００５６】
第５の実施の形態
次に、図５（ａ）（ｂ）により、本発明の第５の実施の形態について説明する。図５（ａ）（ｂ）に示す第５の実施の形態は、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓから旋回抑制板１の先端までの回転軸１３が延在する方向における距離をＨとし、ケーシング１１の表面１１ｓからハブ１４の背面１４ｂまでの回転軸１３が延在する方向における距離をＨ０とした場合、ＨとＨ０との関係が、Ｈ／Ｈ０≧０．５となったものであり、その他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００５７】
図５（ａ）（ｂ）に示す第５の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
Ｈ／Ｈ０と下向きの軸スラスト力との間には、図５（ｂ）のような関係がある。そして、この図５（ｂ）に示すように、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓから旋回抑制板１の先端までの回転軸１３が延在する方向における距離Ｈ、すなわち旋回抑制板１の高さ、が小さい場合には、背圧室２０内の旋回流れを抑制する効果が小さく、下向きの軸スラスト力を十分に低減させることができない。
【００５９】
この点、図５（ｂ）に示すように、Ｈ／Ｈ０≧０．５となる場合には、下向きの軸スラスト力が急激に減少し、顕著な効果があると言える（Ｈ／Ｈ０＝０．５には臨界的意義があると言える）。
【００６０】
なお、第２の実施の形態において、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓから隔壁２までの回転軸１３が延在する方向における距離をＨとした場合、および、第４の実施の形態において、ケーシング１１のハブ１４の背面１４ｂに対向する表面１１ｓからフランジ５の先端までの回転軸１３が延在する方向における距離をＨとした場合でも、Ｈ／Ｈ０と下向きの軸スラスト力との間には図５（ｂ）に示したのと同様な関係があり、Ｈ／Ｈ０≧０．５となる場合には、下向きの軸スラスト力が急激に減少し、顕著な効果がある
【００６１】
第６の実施の形態
次に、図６（ａ）（ｂ）により、本発明の第６の実施の形態について説明する。図６（ａ）（ｂ）に示す第６の実施の形態は、回転軸１３の中心から旋回抑制板１の内径側端部までの回転軸１３の半径方向における距離をＲ１とし、回転軸１３の中心からハブ１４の外側端部までの回転軸１３の半径方向における距離をＤ０／２とした場合（すなわち、ハブ１４の外径をＤ０）、Ｒ１とＤ０との関係が、２Ｒ１／Ｄ０≦０．７となったものであり、その他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６２】
図６（ａ）（ｂ）に示す第６の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６３】
２Ｒ１／Ｄ０と下向きの軸スラスト力の大きさとの間には、図６（ｂ）に示すような関係がある。すなわち、回転軸１３の中心から旋回抑制板１の内径側端部までの回転軸１３の半径方向における距離Ｒ１が大きい場合には、旋回抑制板１の長さが短くなるため、背圧室２０内の旋回流れを抑制する効果が小さくなる。このため、軸スラスト力を低減する効果を得るためには、旋回抑制板１がある程度の長さを有する必要であることがわかる。そして、図６（ｂ）に示すように、２Ｒ１／Ｄ０≦０．７となる場合には、下向きの軸スラスト力が急激に減少し、顕著な効果があると言える（２Ｒ１／Ｄ０＝０．７には臨界的意義があると言える）。
【００６４】
なお、第３の実施の形態において、回転軸１３の中心から旋回抑制溝３の内径側端部までの回転軸１３の半径方向における距離をＲ１とした場合でも、２Ｒ１／Ｄ０と下向きの軸スラスト力の間には図６（ｂ）に示したのと同様な関係があり、２Ｒ１／Ｄ０≦０．７となる場合には、下向きの軸スラスト力が急激に減少し、顕著な効果がある
【００６５】
第７の実施の形態
次に、図７（ａ）（ｂ）により、本発明の第７の実施の形態について説明する。図７（ａ）（ｂ）に示す第７の実施の形態は、旋回抑制板１が、その外径側端部１ｅが、回転軸１３の中心と内径側端部１ｉとを結ぶ直線に対して、回転軸１３の回転方向側（羽根車１０の回転方向側）に配置されているものであり、その他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６６】
図７（ａ）（ｂ）に示す第７の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６７】
図７（ｂ）に示すように、旋回抑制板１の外径側端部１ｅが、回転軸１３の中心と旋回抑制板１の内径側端部１ｉとを結ぶ直線に対して、回転軸１３の回転方向側（羽根車１０の回転方向側）に配置されているので、背圧室２０内の旋回流れが旋回抑制板１に衝突して旋回抑制板１に沿って外径側と内径側に向かう二次流れｆｓが発生する際、外径側へ向かう二次流れｆｓｅの成分が内径側に向かう二次流れｆｓｉの成分と比較して相対的に大きくなる。
【００６８】
このため、背圧室２０内の主流と干渉する二次流れｆｓのうち、外径側の成分を大きくすることができる。この結果、背圧室２０内の旋回流れが効果的に抑制し、下向きの軸スラスト力を効果的に低減することができる。
【００６９】
また、同様に、第３の実施の形態において、旋回抑制溝３を、旋回抑制溝３の外径側端部が、回転軸１３の中心と旋回抑制溝３の内径側端部とを結ぶ直線に対して、回転軸１３の回転方向側に配置させてもよい。
【００７０】
また、同様に、第４の実施の形態において、フランジ５を、フランジ５の外径側端部が、回転軸１３の中心とフランジ５の内径側端部とを結ぶ直線に対して、回転軸１３の回転方向側に配置させてもよい。
【００７１】
このように旋回抑制溝３やフランジ５を取り付けることによって、旋回抑制溝３やフランジ５に沿って外径側へ向かう二次流れｆｓｅの成分を相対的に大きくすることができる。この結果、背圧室２０内の主流と当該二次流れｆｓとの干渉を大きくすることができ、背圧室２０内の旋回流れが効果的に抑制し、下向きの軸スラスト力を低減することができる。
【００７２】
第８の実施の形態
次に、図８（ａ）（ｂ）により、本発明の第８の実施の形態について説明する。図８（ａ）（ｂ）に示す第８の実施の形態は、回転軸１３中心から任意の距離の断面で見た場合、旋回抑制板１の先端部１ｔの中心が、ケーシング１１に連結された旋回抑制板１の根元部１ｒの中心から回転軸１３の延在する方向に延びた直線に対して、回転軸１３の回転方向（羽根車１０の回転方向）と反対側に位置するよう傾斜して、旋回抑制板１がケーシング１１の表面に設けられているものであり、その他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図８（ｂ）は図８（ａ）の直線Ａ−Ａにおける断面図である。
【００７３】
図８（ａ）（ｂ）に示す第８の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７４】
図８（ｂ）に示すように、回転軸１３中心から任意の距離の断面で見た場合、旋回抑制板１の先端部１ｔの中心が、旋回抑制板１の根元部１ｒの中心から回転軸１３の延在する方向に延びた直線に対して、回転軸１３の回転方向（羽根車１０の回転方向）と反対側に位置しているので、背圧室２０内で、旋回流れが旋回抑制板１に衝突して旋回抑制板１に沿って二次流れｆｓが発生した際、ケーシング１１側へ向かう二次流れｆｓｒの成分が、ハブ１４側に向かう二次流れｆｓｔの成分と比較して相対的に大きくなる。
【００７５】
このため、背圧室２０内の主流と干渉する二次流れｆｓのうち、ケーシング１１側の成分を大きくすることができる。この結果、背圧室２０内の旋回流れが効果的に抑制し、下向きの軸スラスト力を効果的に低減することができる。
【００７６】
第９の実施の形態
次に、図９により、本発明の第９の実施の形態について説明する。図９に示す第９の実施の形態は、ハブ１４の背面１４ｂに、ハブ１４の外周側の端部よりも内径側に位置する中間ツール１９を設けたものである。そして、内径側の背圧室（ハブ１４とケーシング１１との間であって中間ツール１９より内径側の領域）２０ｉ、および、外径側の背圧室（ハブ１４とケーシング１１との間であって中間ツール１９より外径側の領域）２０ｅに、旋回抑制板１を設けたものである。その他の構成は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００７７】
図９に示す第９の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７８】
図９に示すように、ハブ１４の背面１４ｂに、ハブ１４の外周側の端部よりも内径側に位置する中間ツール１９が設けられたフランシス水車（遠心型ターボ機械）では、中間ツール１９で区分される内径側の背圧室２０ｉと外径側の背圧室２０ｅのそれぞれの内部で循環流れと旋回流れが発生し、半径方向に勾配をもった圧力分布が形成される。
【００７９】
このため、従来のフランシス水車では、外径側の背圧室では内径側の背圧室と比較して羽根車の周速度が大きくなり、圧力勾配が大きくなって、圧力自体もより高くなることから、大きな下向きの軸スラスト力が働くのに対して、本実施の形態のフランシス水車では、図９に示すように、内径側の背圧室２０ｉと外径側の背圧室２０ｅに、旋回抑制板１が設けられているので、内径側の背圧室２０ｉと外径側の背圧室２０ｅの両方において、旋回流れが抑制されて半径方向に勾配をもたない圧力分布が形成される。この結果、下向きの軸スラスト力を大幅に低減することができる。
【００８０】
また、図示しないが、内径側の背圧室２０ｉには旋回抑制板１を設けず、上述のように下向きスラスト力により大きな影響を与える外径側の背圧室２０ｅのみに旋回抑制板１を設けた場合でも、下向きスラスト力をかなり低減することができる。
【００８１】
第１０の実施の形態
次に、図１０により、本発明の第１０の実施の形態について説明する。図１０に示す第１０の実施の形態は、内径側の背圧室（ハブ１４とケーシング１１との間であって中間ツール１９より内径側の領域）２０ｉ、および、外径側の背圧室（ハブ１４とケーシング１１との間であって中間ツール１９より外径側の領域）２０ｅに、旋回抑制板１を設ける代わりに、内径側の背圧室２０ｉのみに旋回抑制板１を設けたものである。その他の構成は図９に示す第９の実施の形態と略同一である。
【００８２】
図１０に示す第１０の実施の形態において、図９に示す第９の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８３】
フランシス水車（遠心型ターボ機械）の中には、定常運転時には下向きの軸スラスト力が働くものの、起動時や停止時などの過渡時には上向きの軸スラスト力が発生するものもある。例として、水車運転中に負荷遮断が生じた際にランナが浮き上がる事例はこの現象の代表的なものである。
【００８４】
このようなフランシス水車では、下向きの軸スラスト力を過度に低減させると上向きの軸スラスト力が発生し易くなる。このため、このようなフランシス水車に、図９（ｂ）に示すように、内径側の背圧室２０ｉのみに旋回抑制板１を設けた場合には、下向きの軸スラスト力を、過度に低減させず、適度に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施の形態による遠心型ターボ機械を示す概略図。
【図２】本発明の第２の実施の形態による遠心型ターボ機械を示す概略図。
【図３】本発明の第３の実施の形態による遠心型ターボ機械を示す概略図。
【図４】本発明の第４の実施の形態による遠心型ターボ機械を示す概略図。
【図５】本発明の第５の実施の形態による遠心型ターボ機械を示す概略図と、Ｈ／Ｈ０と下向きの軸スラスト力との関係を示したグラフ図。
【図６】本発明の第６の実施の形態による遠心型ターボ機械を示す概略図と、２Ｒ１／Ｄ０と下向きの軸スラスト力との関係を示したグラフ図。
【図７】本発明の第７の実施の形態による遠心型ターボ機械を示す概略図。
【図８】本発明の第８の実施の形態による遠心型ターボ機械を示す概略図。
【図９】本発明の第９の実施の形態による遠心型ターボ機械を示す概略図。
【図１０】本発明の第１０の実施の形態による遠心型ターボ機械を示す概略図。
【図１１】従来の遠心型ターボ機械を示す概略図。
【図１２】従来の遠心型ターボ機械の背圧室内に発生する循環流れと旋回方向速度を示す概略図。
【符号の説明】
【００８６】
１      旋回抑制板
１ｉ    旋回抑制板の内径側端部
１ｅ    旋回抑制板の外径側端部
１ｒ    旋回抑制板の根元部
１ｔ    旋回抑制板の先端部
２      隔壁
３      旋回抑制溝
５      フランジ
１０    羽根車
１１    ケーシング
１１ａ  第一ケーシング部
１１ｂ  第二ケーシング部
１１ｓ  ケーシングのハブの背面に対向する表面
１３    回転軸
１４    ハブ
１４ｂ  ハブの背面
１５    羽根
１６    シュラウド
１９    中間ツール
２０    背圧室
２０ｉ  内径側の背圧室（ハブとケーシングとの間であって中間ツールより内径側の領域）
２０ｅ  外径側の背圧室（ハブとケーシングとの間であって中間ツールより外径側の領域）
ｆｍ    主流
ｆｏ    流出流れ
ｆｓ    二次流れ
ｆｓｅ  外径側へ向かう二次流れ
ｆｓｉ  内径側に向かう二次流れ
ｆｓｒ  ケーシング側へ向かう二次流れ
ｆｓｔ  ハブ側へ向かう二次流れ
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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