JPH07111190B2 - 渦流形ターボ機械 - Google Patents

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、羽根車の回転と螺旋運動する流体との間でエネルギ
変換を行う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圧縮機が知られ
ている。

この渦流形ターボ機械において、第５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
に延設されて羽根車（ｄ）が形成され、該羽根（ｃ）が
ハウジング（ｅ）内の主流路（ｆ）に臨んでいる。そし
て、上記羽根（ｃ）は、ハブ（ａ）の外周面に亘って正
面視矩形状に形成されており、流体は羽根前縁（ｇ）の
根元より該羽根（ｃ）に流入し、ハブ外周面（ｂ）に倣
って流れ、羽根後縁（ｈ）より流出して再び羽根前縁
（ｇ）の根元より流入することになり、該動作を繰り返
して螺旋運動するようにしているものがある。

（発明が解決しようとする課題） 上述した渦流形ターボ機械において、主流路（ｆ）内に
は、第６図に示すように、該主流路（ｆ）を吸込口
（ｉ）側の低圧側と、吐出口（ｊ）側の高圧側とに区画
する仕切部材（ｋ）が設けられると共に、該仕切部材
（ｋ）には上記羽根（ｃ）が通る案内路（ｌ）が形成さ
れている。

そして、上記仕切部材（ｋ）の両側方に吸込口（ｉ）と
吐出口（ｊ）とが開口しており、該吸込口（ｉ）より流
入して螺旋運動した流体は羽根後縁（ｈ）より流出し、
吐出口（ｊ）に流れるように成っている。

しかしながら、上記主流路（ｆ）内において、羽根後縁
（ｈ）から吐出口（ｊ）までは単なる空間であって何ら
の案内手段が設けられていないため、第５図及び第６図
（Ａ）に示すように、主流路（ｆ）の内周面に衝突など
して羽根（ｃ）の先端近傍等において逆流する流体が生
じることになる。

従って、上記羽根車後縁（ｈ）より流出した流体が全て
スムーズに吐出口（ｊ）に流れないので、円滑な流出が
行われず、圧縮効率が悪いという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、羽根の後
縁より流出した流体を吐出口に積極的に導くようにし
て、流体がスムーズに吐出するようにし、圧縮効率の向
上を図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）が外周部に開設されると共に、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,
…）がハブ（31）の外周端面より主流路（24）の中心に
向って突出形成されていて、上記吸込口（61）より主流
路（24）に流入し該主流路（24）内を螺旋運転して上記
吐出口（62）より吐出する流体との間でエネルギを授受
する羽根車（３）と、上記主流路（24）の吸込口（61）
と吐出口（62）との間を仕切り、且つ上記羽根（32,32,
…）の通り抜け可能な仕切部材（５）とを備えた渦流形
ターボ機械を対象としている。

更に、上記羽根（32,32,…）は、正面視矩形状に形成さ
れ、流体がハブ（31）の前面側から後面側に通り抜ける
ようにハブ（31）の前面側の端縁が前縁（32a）に、ハ
ブ（31）の後面側の端縁が後縁（32b）に構成されてい
る。

加えて、上記主流路（24）には、流体を吐出口（62）に
案内する案内部材（８）が設けられている。そして、該
案内部材（８）は、仕切部材（５）の端面に連続して主
流路（24）の軸方向に延び、該主流路（24）の軸方向長
さは流体が半回転する長さに形成されると共に、吐出口
（62）の縁部より羽根（32,32,…）の先端に向って突出
して主流路（24）の断面のほゞ四半部を閉塞する横断面
略扇状に形成され、且つ吐出口（62）の縁部より羽根
（32,32,…）の先端近傍位置に亘る半径方向面が、羽根
（32）の後縁（32b）より流出した最終回転の流体を吐
出口（62）に案内する案内面（81）に形成されている。

（作用） 上記構成により、本発明では、例えば羽根車（３）を回
転すると、流体は主流路（24）内に吸込口（61）より流
入し、該主流路（24）内において、流体は羽根前縁（32
a）より該羽根（32）に流入し、羽根後縁（32b）より流
出して再び羽根（32）に流入することになる。そして、
上記流体は羽根（32）により角運動エネルギを得て回転
しつつ主流路（24）内を軸方向に流れ、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
吐出することになる。

この流体の螺旋運動中において、吐出口（62）の近傍で
最終回転する流体は羽根後縁（32b）より流出して螺旋
方向に吐出口（62）に流れることになる。その際、案内
部材（８）が設けられているので、該案内部材（８）の
案内面（81）に添って流体は羽根後縁（32b）より吐出
口（62）に流れることになり、該吐出口（62）よりハウ
ジング（２）外に吐出する。

（発明の効果） 従って、本発明の渦流形ターボ機械によれば、主流路
（24）内に流体を羽根（32）の後縁から吐出口（62）に
案内する案内部材（８）を設けたために、羽根（32）の
後縁（32b）より流出した最終回転の流体が逆流等を生
起することなく吐出口（62）に流れるので、流体がスム
ーズに吐出されることになり、圧縮等の駆動効率を向上
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）とを一体的
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（21a,22a）の外
周縁に連続形成され、半円弧状の環状凹部を有するトー
ラス部（21b,22b）とより成り、該両半トーラス部（21
b,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。

更に、上記主流路（24）には、中空環状部（23）の内周
面に固着された所定幅の仕切部材（５）が設けられてい
る。該仕切部材（５）の一側方（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（21b）
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（22
b）に流体の吐出口（62）がそれぞれ上記主流路（24）
の外周部に開口されている。

そして、上記仕切部材（５）は、主流路（24）の吸込口
（61）と吐出口（62）との間を仕切り、且つ上記羽根
（32,32,…）の通り抜け可能に形成されている。

一方、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（21a,22a）が近接して
覆われており、該ハブ（31）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）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）外周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（31a）より遠心方向に突出して上
記主流路（24）内に臨んでいる。更に、該羽根（32）
は、正面視矩形状に形成されると共に、翼形が略三日月
状に形成されて所定の反りを有し、上記ハブ（31）の両
端面に亘って形成され、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。

また、上記主流路（24）内には本発明の特徴とする案内
部材（８）が設けられている、該案内部材（８）は、第
３図及び第４図に示すように、吐出口（62）の縁部より
羽根（32,32,…）の先端に向って突出して主流路（24）
の断面のほゞ四半部を閉塞する横断面扇状に形成される
と共に、主流路（24）の軸方向に沿って湾曲しており、
一半径方向面が流体の案内面（81）に成っている。

該案内面（81）は、第２ハウジング部材（22）の半トー
ラス部（22b）における吐出口（62）の外側の側縁（第
３図上側）より羽根（32）の先端（32c）略中央部に近
接する位置まで形成されている。そして、上記案内部材
（８）の他の半径方向面である内周面（82）は案内面
（81）より羽根先端（32c）に近接して羽根前縁（32a）
側に延び、第１ハウジング部材（21）の半トーラス部
（21b）に亘って形成されている。

更に、上記案内部材（８）は、主流路（24）の軸方向に
おいて、一端面（83）が上記仕切部材（５）の側面に連
続し、他端面が吐出口（62）より羽根（32）に向って流
体進行方向と逆方向に傾斜して形成されている。そし
て、該案内部材（８）の軸方向流さは主流路（24）内で
最終回転する流体のうち羽根後縁（32b）から吐出口（6
2）にほぼ半回転する流体を案内する長さに設定されて
いる。

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、流体はハウジング（２）内の主流路（24）に
吸込口（61）より流入し、該主流路（24）において、羽
根前縁（32a）より該羽根（32）に流入し、後縁（32b）
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、流体は回転して再び羽根
（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
運動して圧縮されることになる。

その後、吐出口（62）に向って主流路（24）内を最終回
転する流体は羽根（32）に流入した後、羽根後縁（32
b）より流出して螺旋方向に流れることになるが、その
際、案内部材（８）が設けられているので、第３図
（Ｂ）に示すように、流体は案内面（81）に沿って流
れ、吐出口（62）にスムーズに流れることになる。

従って、上記主流路（24）内に流体を羽根（32）の後縁
から吐出口（62）に案内する案内部材（８）を設けたた
めに、羽根（32）の後縁より流出した最終回転の流体が
逆流等を生起することなく吐出口（62）に流れるので、
流体がスムーズに吐出されることになり、圧縮効率を向
上させることができる。

尚、本発明は、圧縮ポンプ（１）の他、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４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II−II線における断
面図、第３図は案内部材を示す拡大断面図、第４図は案
内部材の斜視図である。第５図及び第６図は従来例を示
し、第５図は流体流入部を示す渦流形ターボ機械の要部
の縦断面図、第６図は同横断面図である。 （１）……圧縮ポンプ、（２）……ハウジング、（３）
……羽根車、（５）……仕切部材、（８）……案内部
材、（23）……中空環状部、（24）……主流路、（32）
……羽根、（61）……吸込口、（62）……吐出口、（8
1）……案内面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の吸込口（61）及び吐出口（62）が外
   周部に開設されると共に、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,…）がハブ（31）の
   外周端面より主流路（24）の中心に向って突出形成され
   ていて、上記吸込口（61）より主流路（24）に流入し該
   主流路（24）内を螺旋運転して上記吐出口（62）より吐
   出する流体との間でエネルギを授受する羽根車（３）
   と、 上記主流路（24）の吸込口（61）と吐出口（62）との間
   を仕切り、且つ上記羽根（32,32,…）の通り抜け可能な
   仕切部材（５）と を備えた渦流形ターボ機械であって、 上記羽根（32,32,…）は、正面視矩形状に形成され、流
   体がハブ（31）の前面側から後面側に通り抜けるように
   ハブ（31）の前面側の端縁が前縁（32a）に、ハブ（3
   1）の後面側の端縁が後縁（32b）に構成される一方、 上記主流路（24）には、流体を吐出口（62）に案内する
   案内部材（８）が設けられており、 該案内部材（８）は、仕切部材（５）の端面に連続して
   主流路（24）の軸方向に延び、該主流路（24）の軸方向
   長さは流体が半回転する長さに形成されると共に、吐出
   口（62）の縁部より羽根（32,32,…）の先端に向って突
   出して主流路（24）の断面のほゞ四半部を閉塞する横断
   面略扇状に形成され、且つ吐出口（62）の縁部より羽根
   （32,32,…）の先端近傍位置に亘る半径方向面が、羽根
   （32）の後縁（32b）より流出した最終回転の流体を吐
   出口（62）に案内する案内面（81）に形成されている ことを特徴とする渦流形ターボ機械。