JPH0299794A - 渦流形ターボ機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、渦流形の真空ポンプ、圧縮機及びタービン等
、羽根車の回転により流体に螺旋運動を与え、この角運
動エネルギを圧力に変換する渦流形ターボ機械の改良に
関するものである。

（従来の技術） 従来より、この種の渦流形ターボ機械としては、例えば
、実開昭５６−７６１８８号公報に開示されているよう
に、多数の羽根を有する羽根車をハウジング内に回転可
能に配置し、上記羽根車を駆動モータの駆動によって回
転させ、流体をハウジングの吸込口より該ハウジング内
の主流路に吸い込み、該主流路内において流体を主流路
の軸方向に螺旋運動させながら移送しつつ圧縮し、吐出
口よりハウジング外に吐出させるようにしたものが知ら
れている。

この渦流形ターボ機械における羽根車は、第１０図に示
すように、ハブ（ａ）の外周面（ｂ）に多数の羽根（ｃ
）が放射状に延設されて成り、該羽根（ｃ）がハウジン
グ（ｄ）内の主流路（ｅ）に臨んでいる。そして、上記
羽根（Ｃ）は、ハブ（ａ）の前面から後端外周面に亘っ
て扇状に形成されており、流体は羽根前縁（ｆ）の根元
より該羽根（ｃ）に流入し、ハブ外周面（ｂ）の円弧面
に倣って流れ、羽根後縁（ｇ）である外周より流出して
再び羽根前縁（ｆ）の根元より流入することになり、該
動作を繰り返して螺旋運動することになる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した渦流形ターボ機械において、上
記主流路（ｅ）内には羽根車の羽１ｔ（ｃ）を単に臨ま
しているにすぎないため、流体が主流路（ｅ）内でスム
ーズな螺旋運動を行い難く、高角運動エネルギを得るこ
とができず、圧力比が低いという問題があった。

そこで、上記主流路（ｅ）内に環状ガイド部材を設け、
流体が該ガイド部材の周囲に沿って螺旋運動するように
することが考えられる。しかしながら、上記ガイド部材
を単に設けるのみでは、ガイド部材の周面で乱流が生じ
たり、更には、流体圧力が出口側で高くなるにも拘らず
、圧力状態に対応した主流路（ｅ）の横断面形状が得る
ことができないなどの問題がある。その結果、流体が充
分にスムーズな螺旋運動を行わないことになり、圧力比
の上昇が不十分である。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、環状カイ
ド部材を滑らかな略半長円形断面とし、且つ吐出口に向
って細くすることにより、流体がスムーズな螺旋運動を
して高圧力比を得ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明が講じた手段は、第
１図〜第３図に示すように、先ず、流体の吸込口（６１
）及び吐出口（６２）が開設されると共に、流体の主流
路（２４）を形成する中空環状部（２３）を有するハウ
ジング（２）が形成されている。更に、該ハウジング（
２）内には、上記主流路（２４）に臨む複数枚の羽根（
３２）。

（３２）、・・・が形成されていて、上記吸込口（６１
）より主流路（２４）に流入した流体を螺旋状に移送し
つつ圧縮して上記吐出口（６２）よりｌ＼ウジング（２
）外に吐出させる羽根車（３）が収納されると共に、上
記主流路（２４）の略中心軸上には、流体の螺旋移動を
ガイドする環状ガイド部材（４）が配設されて成る渦流
形ターボ機械を対象としている。

そして、上記環状カイド部材（４）は吸込口（６１）側
から吐出口（６２）側に向って横断面積が漸次縮減する
ように形成されると共に、該環状ガイド部材（４）は断
面形状において上記羽根（３２）の先端に近接して少な
くとも幅長さが羽根（３２）の弦長に対応した平坦な内
周側面（４ａ）とほぼＵ字状の外周側面（４ｂ）とによ
って略半長円形に形成されている。加えて、上記内周側
面（４ａ）と外周側面（４ｂ）とは円弧状の隅角部（４
ｃ）、（４ｃ）を介して接続され、該隅角部（４ｃ）、
（４ｃ）は羽根車（３）の外径（Ｄ）に対する隅角部（
４ｃ）の曲率半径（Ｒ）の比率（Ｒ／Ｄ）がほぼ０．０
２以上になるように設定された構成としている。

（作用） 上記の構成により、本発明では、羽根車（３）を回転す
ると、流体は吸込口（６１）より主流路（２４）に吸込
まれ、該主流路（２４）内において、羽を艮（３２）の
前縁より該羽根（３２）に流入し、後縁より流出して主
流路（２４）内を回転し、再び羽根（３２）に流入する
ことになる。そして、流体は環状ガイド部材（４）に沿
って螺旋運動し、上記羽根（３２）により角運動エネル
ギを得て回転しつつ主流路（２４）の軸方向に流れ、こ
の螺旋運動により圧縮されて吐出口（６２）よりハウジ
ング（２）外に吐出される。

（発明の効果） 従って、本発明の渦流形ターボ機械によれば、環状カイ
ド部材（４）を主流路（２４）に設けたために、流体が
スムーズに螺旋運動することになるので、圧縮比を向上
させることができる。更に、上記ガイド部材（４）の内
周側面（４ａ）と外周側面（４ｂ）とを所定の曲率半径
を有する隅角部（４ｃ）、（４ｃ）で接続したために、
流体かガイド部材（４）の周面に沿って乱流等を生起す
ることなくスムーズに流れることになるので、螺旋運動
をよりスムーズに促進させることができ、より圧縮効率
を向上させることができる。また、上記ガイド部材（４
）の横断面積を吐出口（６２）側で小さくしたために、
流体が圧縮されるに従って主流路（２４）の断面積が大
きくなり、流体の流れが円滑になり、更に圧縮効率を向
上させることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図及び第２図に示すように、（１）は渦流形ターボ
機械としての圧縮ポンプであって、気体等の各種流体を
螺旋状に移送しつつ圧縮して吐出するようにしている。

該圧縮ポンプ（１）はハウジング（２）内に羽根車（３
）が収納されて構成されており、該ハウジング（２）は
、第１図において左右に分割された第１ハウジング部材
（２１）と第２ハウジング部材（２２）とを一体向に組
合わせて形成されている。そして、該両ハウジング部材
（２１）。

（２２）は、上記羽根車（３）の両端面を覆うディスク
部（２１ａ）、　　（２２ａ）と、該ディスク部（２１
ａ）、　　（２２ａ）の外周縁に連続形成され、半円弧
状の環状四部を有する半トーラス部（２１ｂ）、　　（
２２ｂ）とより成り、該両半トーラス部（２１ｂ）、（
２２ｂ）で中空環状部（２３）を形成しており、該中央
環状部（２３）内が流体の主流路（２４）に構成されて
いる。

上記中空環状部（２３）内の主流路（２４）には、流体
の流れを案内する環状ガイド部材（４）が配設されると
共に、中空環状部（２３）の内周面からガイド部材（４
）の外周面に亘る所定幅のストリッパ部材（５）が設け
られていて、上記ガイド部材（４）を支持すると共に、
上記主流路（２４）を高圧側と低圧側とに区画している
。そして、該ストリッパ部材（５）の内周部には上記羽
根車（３）が通る案内路（５１）が削設されており、該
ストリッパ部材（５）の−側方（第２図において右側）
には第１ハウジング部材（２１）の半トーラス部（２ｌ
　ｂ）に流体の吸込口（６１）が、他側方（第２図にお
いて左側）には第２ハウジング部材（２２）の半トーラ
ス部（２２ｂ）に流体の吐出口（６２）がそれぞれ開設
されていて、該吸込口（６１）から導入された流体と吐
出口（６２）から吐出される流体とがストリッパ部材（
５）で合流しないように（か成されている。

更に、上記羽根車（３）は、円板状のハブ（３１）の外
周面（３１ａ）に複数枚の羽根（３２）が放射状に延設
されて構成されている。該ハブ（３１）の両端面は上記
両ハウジング部材（２１）（２２）のディスク部（２１
ａ）、（２２ａ）が近接して覆われており、該ハブ（３
１）の中央部に駆動軸（７）が連結されている。該駆動
軸（７）は上記主流路（２４）及びガイド部材（４）と
同心上に位置し、上記第２ハウジング部材（２２）のデ
ィスク部＜２２ａ）を貫通し、図示しないが、外端にモ
ータが連結されており、該モータの駆動により羽根車（
３）が回転するように成っている。また、上記ハブ外周
面（３１ａ）は、駆動軸（７）と同心上の円筒面に形成
され、上記主流路（２４）外１４面の一部を構成してい
る。

上記羽根車（３）の羽根（３２）は、第３図に示すよう
に、上記ハブ外周面（３ｔ　ａ）より遠心方向に突出し
て上記主流路（２４）内に臨んでおり、上記ハブ（３１
）の両端面に亘って形成されると共に、例えば、所定の
反りをａする翼形間に形成されている。更に、上記羽根
（３２）は前縁（３２ａ）、後縁（３２ｂ）及び先端（
３２ｃ）が直線状に形成されて正面視矩形状に形成され
、流体が羽根前縁（３２ａ）から後縁（３２ｂ）に通り
抜けると、上記ハブ（３１）の前面から後面に通り抜け
るように成っており、該羽根（３２）の通過時の流れが
ほぼ軸流流れになり、この羽根（３２）通過時に角運動
エネルギが流体に与えられるように構成されている。

一方、上記環状ガイド部材（４）は、第４図及び第５図
にも示すように、主流路（２４）のほぼ中心軸上に設け
られており、真直な内周側面（４ａ）と略Ｕ字状の外周
側面（４ｂ）とによって横断面略半長円形に形成されて
いる。該内周側面（４ａ）は上記羽根車（３）の羽根先
端（３２ｃ）が近接し、該羽根先端（３２ｃ）に倣って
横断面において直線状に形成されると共に、幅長さが羽
根（３２）の弦長と同一に形成されている。そして、上
記内周側面（４ａ）の両端は円弧状の隅角部（４ｃ）、
　　（４ｃ）を介して上記外周側面（４ｂ）が接続され
ており、該隅角部（４ｃ）は曲率半径（Ｒ）が４ｍｍに
なるように設定されている。

つまり、上記隅角部（４ｃ）は羽根車（３）の外径（Ｄ
）に対応して設定され、この羽根車の外径（Ｄ）に対す
る曲率半径（Ｒ）の比率（Ｒ／Ｄ）が０．０２以上に設
定されており、本実施例では羽根車外径（Ｄ）が１５０
１であるので、隅角部（４ｃ）の曲率半径（Ｒ）が上述
の如＜３１１１１Ｂよりやや大きく設定されている。

更に、上記ガイド部材（４）は横断面積が吸込口（６１
）側から吐出口（６２）側に向って漸次縮減するように
形成されている。具体的には、第５図（ａ）、　　（ｂ
）、　　（ｃ）、　　（ｄ）に示すように、短径方向長
さ（４Ｙ）が１６ｍｍ及び外周側面（４ｂ）の曲率半径
（４Ｒ）が８ｆｆｌＩ１１に設定されると共に、隅角部
（４ｃ）、（４ｃ）を含めて全周に亘って一定形状に形
成される一方、長径方向長さ（４Ｘ）は長円形における
長径長さの半分の長さで吸込口（６１）側より９０度宛
進むに従って２２ｒａｒｘ、　２０ｍｍ、　　１５＋ｎ
ｍ、　　１４＋ｕ＋になるように形成されている。

また、上記ガイド部材（４）の外周側面（４ｂ）には主
流路（２４）の軸方向に複数個の支持片（４１）、（４
１）、・・・が所定間隔を存して突設され、該支持片（
４１）、　　（４１）、・・・の外端部が上記中空環状
部（２３）に嵌合されて、上記ガイド部材（４）が支持
されると共に、該ガイド部材（４）と中空環状部（２３
）との間が主流路（２４）に成っている。

第６図は内周側面（４ａ’）の幅長さが羽根（３２）の
弦長より大きくしたものであり、つまり、短径方向長さ
を大きくしたもので、隅角部（４ｃ）、　　（４ｃ）を
初めその他の構成は第５図に示すものと同様である。

次に、この圧縮ポンプ（１）の圧縮動作について説明す
る。

先ず、モータを駆動して駆動軸（７）を回転すると、羽
根車（３）がハウジング（２）内で回転し、各羽根（３
２）、　　（３２）、・・・が主流路（２４）内を回転
移動することになる。一方、流体は吸込口（６１）より
ハウジング（２）内の主流路（２４）に吸込まれ、羽根
前縁（３２ａ）より該羽根（３２）に流入し、後縁（３
２ｂ）より流出することになり、この羽根（３２）によ
って流体に角運動エネルギが与えられ、流体はガイド部
材（４）の回りを回転し、再び羽根（３２）に流入する
ことになる。そして、流体は上記回転を繰り返しつつ主
流路（２４）の軸方向に移送され、螺旋運動して圧縮さ
れ、吐出口（６２）よりハウジング（２）に吐出される
ことになる。

特に、上記ガイド部材（４）は、隅角部（４ｃ）が曲率
半径（Ｒ）を４１１１１１１とした円弧状に形成される
と共に、横断面積が吐出口（６２）に向って小さくなる
ようにしており、流体がスムーズに螺旋運動を行うこと
になる。すなわち、第７図及び第８図は第３図及び第６
図に対応して隅角部（４ｄ）を鋭利なエツジ状に形成し
たものであり、この場合、流体が隅角部（４ｄ）を通り
抜けると、第７図及び第８図（Ａ）に、内周面（４ａ）
、　　（４ａ′）又は外周面（４ｂ）において乱流等が
生起することになる。この乱流等により流体の渦流流れ
が阻害されることになるので、上述の如く隅角部（４ｃ
）を円弧状に形成している。

そして、第９図は羽根車外径（Ｄ）に対する隅角部（４
ｃ）の曲率半径（Ｒ）の比率（Ｒ／Ｄ）と締切点での圧
力比（△ｐ）との関係を示しており、この圧力比（八Ｐ
）は比率（Ｒ／Ｄ）が０゜０２近傍になると、急激に上
昇することになり、つまり、乱流等が生じることがなく
なり、流体がスムーズに流れることになる。そこで、本
実施例では曲率半径４１Ｉ１１の隅角部（４ｃ）を形成
している。

従って、上記環状ガイド部材（４）を主流路（２４）に
設けているので、流体がスムーズに螺旋運動するこにな
り、圧縮比を向上させることができる。更に、上記ガイ
ド部材（４）の内周側面（４ａ）と外周側面（４ｂ）と
を所定の曲率半径を有する隅角部（４ｃ）、（４ｃ）で
接続したために、流体がガイド部材（４）の周面に沿っ
て乱流等を生起することなくスムーズに流れることにな
るので、螺旋運動をよりスムーズに促進させることがで
き、より圧縮効率を向上させることができる。また、上
記ガイド部材（４）の横断面積を吐出口（６２）側で小
さくしたために、流体が圧縮されるに従って主流路（２
４）の断面積が大きくなり、流体の流れが円滑になり、
更に圧縮効率を向上させることができる。

尚、本実施例は圧縮ポンプ（１）について説明したが、
本発明はタービンなど各種の渦流形ターボ機械に適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明の実施例を示し、第１図は圧縮
ポンプの縦断面図、第２図は第１図■−■線における断
面図である。第３図は主流路の拡大断面図、第４図は環
状ガイド部材の平面図、第５図（ａ）、　　（ｂ）、　
　（ｃ）、　　（ｄ）はそれぞれ第４図ａ−ａ線、ｂ−
ｂ線、ｃ−ｃ線及びｄ−ｄ線における横断面図、第６図
は他の環状ガイド部材を示す主流路の拡大断面図である
。第７図及び第８図は第３図及び第６図のガイド部材を
説明するだめの主流路の拡大断面図、第９図は羽根車外
径と隅角部の曲率半径との比率に対する圧力比の特性図
である。第１０図は従来の渦流形ターボ機械を示す要部
の断面図である。 （１）・・・圧縮ポンプ、（２）・・・ハウジング、（
３）・・・羽根車、（４）・・・環状ガイド部材、（４
ａ）、（４ａ’）・・・内周側面、（４ｂ）・・・外周
側路面、（４ｃ）・・・隅角部、（５）・・・ストリッ
パ部材、（２３）・・・中央環状部、（２４）・・・主
流路、（３２）・・・羽根、（３２ｃ）・・・先端、（
６１）・・・吸込口、（６２）・・・吐出口。 特　許　出　願　人　ダイキン工業株式会社代　　理　
　人　　弁理士　前　１）　　弘ほか２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体の吸込口（６１）及び吐出口（６２）が開設
   されると共に、流体の主流路（２４）を形成する中空環
   状部（２３）を有するハウジング（２）と、 該ハウジング（２）内に収納されると共に、上記主流路
   （２４）に臨む複数枚の羽根（３２）、（３２）、・・
   ・が形成されていて、上記吸込口（６１）より主流路（
   ２４）に流入した流体を螺旋状に移送しつつ圧縮して上
   記吐出口（６２）よりハウジング（２）外に吐出させる
   羽根車（３）と、 上記主流路（２４）の略中心軸上に配設されていて、流
   体の螺旋移動をガイドする環状ガイド部材（４）とを備
   えた渦流形ターボ機械であって、 上記環状カイド部材（４）は吸込口（６１）側から吐出
   口（６２）側に向って横断面積が漸次縮減するように形
   成されると共に、該環状ガイド部材（４）は断面形状に
   おいて上記羽根（３２）の先端に近接して少なくとも幅
   長さが羽根（３２）の弦長に対応した平坦な内周側面（
   ４ａ）とほぼＵ字状の外周側面（４ｂ）とによって略半
   長円形に形成され、 該内周側面（４ａ）と外周側面（４ｂ）とは円弧状の隅
   角部（４ｃ）、（４ｃ）を介して接続され、該隅角部（
   ４ｃ）、（４ｃ）は羽根車（３）の外径（Ｄ）に対する
   隅角部（４ｃ）の曲率半径（Ｒ）の比率（Ｒ／Ｄ）がほ
   ぼ０．０２以上になるように設定されていることを特徴
   とする渦流形ターボ機械。