(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が接線方向でかつ乱流状態で流過する面に生じる流動渦を破壊するための装置において、規則的に構造が与えられた壁（１、１１、１７、２０）が、流体が周囲を流過する面（３、９、１５、１８）に対して平行にかつ間隔（２、１２、１６）をおいて設けられており、壁の流体が周囲を流過する面（３、９、１５、１８）に対する間隔（２、１２、１６）がなおも最大限に許容される渦の大きさを決定するように構成されており、かつ壁（１、１１、１７、２０）における構造要素としての孔（５）の寸法と相互の間隔が壁の流体が周囲を流過する面（３、９、１５、１８）に対する間隔（２、１２、１６）の大きさに等しいことを特徴とする装置。
【請求項２】
壁（１、１１、１７、２０）が穿孔がなされている板、フィルタ或いは格子として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
壁に対して相対的にかつ平行に移動する面（９）に沿って壁（１１）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
壁（１１）が回転移動する面（９）に沿って設けられ、この壁（１１）は定置してもしくは面（９）よりきわめて緩やかに回転するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
遠心分離機の回転要素の流体が周囲を流過する面（９）に壁（１１）が遠心分離機の処理室の外側で設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
非接触様式で磁気によりマグネットリング（８）に支承されて移動する面（９）に沿って壁（１１）が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項７】
気体または液体が貫流する管体（１５）内に壁（１７）が挿入されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項８】
飛翔体または浮遊体の流体が周囲を流過する面（１９）に沿って壁（２０）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、乱流が周囲を流過する面に沿って生じる流動渦を破壊するための装置に関する。
或る面に沿って気体或いは液体が所定の流速を越えて流過する場合、この面に沿って乱流が発生する。この乱流は流速の増大とともに渦が大きくなるのが特徴である。渦の形成によって生じる力は、不利に働く場合には乱流が周囲を流過する面をばたつかせることがある。特に高速で回転する機械にあっては上記のような力はシステムの不所望な障害の原因となる。
特に、そのような障害が著しく目立つようになるのは、遠心分離機にあって高速の連続速度を達しようとする目的で、この遠心分離機が非接触様式の磁気軸受を備えている場合である。その際、発生する障害力を、磁気による支承部を電気的に安定化することによって、制御する必要がある。その際エネルギーの損失が生じる。
本発明の発明の課題は、流体が周囲を流過する面における乱流渦から生じる力を、エネルギー損失を増大させることなく、この流体が周囲を流過する面もしくは軸受け懸架部の固有周波数領域内で十分に無効にすることができる装置を提供することである。特に磁気により支承された円筒状のロータにおける乱流渦から生じる半径方向の力を、磁気軸受システムの軸受固有周波数の領域に抑制することである。
この課題は請求項１に記載した特徴によって解決される。
本発明の、乱流渦の周波数スペクトルまたは渦と共に誘起されかつ流体が周囲を硫過するする面に作用する力のスペクトル、特に磁気により支承されたロータに作用する半径方向力の周波数スペクトルと前記面もしくは磁気軸受システムの固有周波数スペクトルと重塁する場合、乱流渦は流体が周囲を流過する面の安定状態を阻害すると言う思想に基礎を置いている。この発明の思想は、渦の破壊、即ち粉砕によって渦の周波数スペクトルを、システムの臨界固有周波数を遙に越えた領域に推移させることにある。流体が周囲を流過する面から僅かな距離の所に規則的に構造が与えられる壁が設けられる。特に構造としては規則的に配分された、壁上のふし或いはウェブおよび／または壁に設けた開口が該当する。その際、構造要素としての孔の寸法およびこれらの要素相互間の間隔および流体が周囲を流過する面からの壁の間隔は実質的に同じ大きさである。壁の流体が周囲を流過する面に対する間隔は最大限になおも発生する渦の大きさまたはその都度の使用目的に適する渦の大きさを決定する。穿孔がなされた、スクリーン状或いは格子状の構造の壁の、請求項２に記載のような、流体が周囲を流過する面の近傍への取付け、特に請求項３〜５に記載のような高速回転する面の近傍への取付けは、臨界固有周波数領域でのより長い、従って低周波数の渦の形成を著しく阻止し、請求項６に記載のように特に磁気による支承の条件下での動力学的なシステムの挙動を安定化する。
この発明の装置の利点は、請求項７に記載のように、管体内での乱流状態の流過が生じた場合にも、また請求項８に記載のように飛翔体或いは浮遊体に乱流状態がある場合にも使用して成果をあげることができることにある。
図示した実施例をもとにこの発明を更に詳説する。図面は、
図１は接線方向で流体が周囲を流過する面に穿孔がなされた壁、図２は穿孔がなされた壁を備えている磁気による支承される回転円筒、図３は内側に穿孔が行われている壁を有する流動管、図４は流動空域に設けられていてかつ穿孔がなされてい壁を有する飛翔体或いは浮遊体の流体が周囲を流過する面を示している。
図１は穿孔がなされている板の様式に構造化された壁１を示している。この壁は流体が周囲を流過する面３から間隔２をあけて設けられている。面と壁との間の流動媒体の流動方向は矢印４で示した。壁１と面３との間の間隔２は乱流状態の流れ内で妨げられることなく定常の流動媒体中の渦の大きさを決定する。面と壁の間の間隔より大きい渦は破壊される。望ましくない大きさの渦を破壊するのに必要な間隔２は経験で求められる。流体が周囲を流過する面３と壁１の間の間隔が最良の場合、この面のばたつきは固有周波数スペクトル内で回避することができる。特に、回転体の非接触状態での磁気による支承にあっては、安定したロータの姿勢が達せられる。
必要な間隔２に対応して壁１に沿って存在する構造要素としての孔５とその相互の間隔６がきめられる。穿孔がなされた板として形成された図１の構造を与えられた壁１の場合、構造要素としての個々の孔５は相互の間隔６と直径７を有する。これらの孔大きさは間隔２の大きさに相当する。
図２は磁気軸受のマグネットリング８によって、非接触様式で支承されたロータ９を示している。このロータは、回転方向１０に回転し、その外側面にロータを囲繞する−この実施例では空気である−気体との摩擦により、回転方向１０方向に整向された気体流を生じる。ロータ９に対して同心的に設けられていて、かつ同様に穿孔がなされている板として形成された壁１１は定置して取付けられているか或いは回転可能にも支承されており、この際壁１１の回転速度はロータ９の回転速度より遙に遅い。たとえばロータの回転速度の十分の一に過ぎない。壁１１は、乱流渦の大きさが壁１１とロータ９との間の間隔１２の値を超過した際、高速の回転速度にあって生じる乱流渦の破壊を誘起するように働く。この実施例ではロータ９は直径１３が４０mmであり、ロータ９と壁１１との間隔１２は２mmであり、穿孔がなされている板の孔の直径も同じく２mmであり、孔の間隔は４mmである。ロータ９は、この実施例では遠心分離機の回転式遠心分離室である。壁１１はこの遠心分離室の外側の壁側面に沿って処理室として遠心分離を行う遠心分離室の内部空域の外側に設けられている。
図３は流動方向１４に気体または液体の媒体が貫流する管１５を示している。流体が貫流する管体１５の内部には、貫流速度が高速の場合に発生する乱流渦を破壊するために、管体の内面に対する間隔１６をもって、穿孔がなされている板として形成された壁１７が設けられている。壁と管体の内面間の間隔と壁の構造要素としての孔の寸法も図２の場合の寸法と同じである。
図４は翼形断面１８を示している。この翼形断面は気体或いは液体の媒体が周囲を流過する上方の面に沿って、翼形断面の洗流流領域１９において、穿孔がなされている板として形成された洗流流領域の乱流渦を破壊するための壁２０を支持している。
符号説明
壁  １、１１、１７、２０
間隔  ２、１２、１６
面  ３
矢印  ４
構造要素としての孔  ５
間隔  ６
直径  ７
マグネットリング  ８
ロータ  ９
回転方向  １０
ロータ直径  １３
流動方向  １４
管体  １５
翼形断面  １８
流出領域  １９
【図１】
0003769016.tif 000002
【図２】
0003769016.tif 000003
【図３】
0003769016.tif 000004
【図４】
0003769016.tif 000005