特許 6775379 インペラ及び回転機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6775379

(24)【登録日】2020年10月8日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】インペラ及び回転機械

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/24 20060101AFI20201019BHJP

   F04D 29/44 20060101ALI20201019BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/24 C

   F04D29/24 D

   F04D29/44 D

【請求項の数】10

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-206998(P2016-206998)

(22)【出願日】2016年10月21日

(65)【公開番号】特開2018-66355(P2018-66355A)

(43)【公開日】2018年4月26日

【審査請求日】2019年2月12日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】佐野 岳志

(72)【発明者】

【氏名】飯野 真成

(72)【発明者】

【氏名】目黒 圭一

【審査官】 岩田 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０６８１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４９−０６２２０６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−１４４０８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／２４

Ｆ０４Ｄ ２９／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線を中心とした円盤状をなすディスクと、
前記ディスクの軸線方向一方側のディスク面に周方向に間隔をあけて設けられて、径方向外側に向かうにしたがって周方向一方側に向かって延びて前記ディスクの外周縁に至る長翼と、
前記ディスク面における互いに隣り合う長翼同士の間に設けられて、前記長翼の径方向内側の端部よりも径方向外側の位置から、径方向外側に向かうにしたがって周方向一方側に延びて前記外周縁に至る短翼と、
を備え、
前記短翼は、径方向外側に向かうにしたがって周方向における寸法が漸次大きくなり、
前記長翼は、前記外周縁での周方向の寸法が前記短翼の前記外周縁での周方向の寸法よりも小さく、
前記長翼と前記短翼とが隣り合う部分における該長翼と該短翼との間の流路幅が最も小さくなる箇所を第二スロート位置としたとき、前記長翼の厚さは、径方向内側の端部から径方向外側に向かうに従って、漸次大きくなり、前記第二スロート位置にて最も大きくなるとともに、該第二スロート位置よりも径方向外側の部分での厚さが、前記第二スロート位置での厚さよりも小さくなるインペラ。

【請求項2】

前記長翼の厚さは、径方向内側の端部から径方向外側に向かうに従って、漸次大きくなる請求項１に記載のインペラ。

【請求項3】

前記長翼は、周方向一方側を向く長翼正圧面と、周方向他方側を向く長翼負圧面と、を有し、
前記短翼は、周方向一方側を向く短翼正圧面と、周方向他方側を向く短翼負圧面と、を有し、
前記ディスクの外周縁上における前記長翼の負圧面から前記短翼の正圧面までの周方向の寸法を長翼負圧面側の流路幅とし、前記長翼の正圧面から前記短翼の負圧面までの周方向の寸法を長翼正圧面側の流路幅としたとき、
該長翼負圧面側の流路幅は、該長翼正圧面側の流路幅以下となる請求項１又は２に記載のインペラ。

【請求項4】

前記長翼負圧面側の流路幅と前記長翼正圧面側の流路幅の比が３：７〜１：１の範囲とされている請求項３に記載のインペラ。

【請求項5】

前記短翼の翼長は前記長翼の翼長の２０％以上８０％以下である請求項１から４のいずれか一項に記載のインペラ。

【請求項6】

前記外周縁おける前記長翼の幅を長翼出口幅＝ＴＬ、前記短翼の幅を短翼出口幅＝ＴＳとし、前記インペラの外径を＝Ｄ、前記長翼の枚数＝Ｚとしたとき、
ＴＬ＜ＴＳ＜０.５×πＤ／Ｚ−ＴＬ
の関係が成立する請求項１から５いずれか一項に記載のインペラ。

【請求項7】

軸線に沿って延びるロータと、
前記ロータに取り付けられた請求項１から６のいずれか一項に記載のインペラと、
前記インペラを外周側から覆うケーシングと、を備える回転機械。

【請求項8】

前記インペラの外周側に設けられたディフューザをさらに備え、
該ディフューザは、前縁から後縁にかけて翼厚が漸次拡大するディフューザ翼を有する請求項７に記載の回転機械。

【請求項9】

前記インペラの外周側に設けられたディフューザをさらに備え、
前記ディフューザは、前縁から後縁にかけて翼厚が漸次拡大するディフューザ短翼と、
翼厚が前記ディフューザ短翼の後縁よりも薄いディフューザ長翼と、
を有する請求項７または８に記載の回転機械。

【請求項10】

軸線を中心とした円盤状をなすディスクと、
前記ディスクの軸線方向一方側のディスク面に周方向に間隔をあけて設けられて、径方向外側に向かうにしたがって周方向一方側に向かって延びて前記ディスクの外周縁に至る長翼と、
前記ディスク面における互いに隣り合う長翼同士の間に設けられて、前記長翼の径方向内側の端部よりも径方向外側の位置から、径方向外側に向かうにしたがって周方向一方側に延びて前記外周縁に至る短翼と、
を備え、
前記短翼は、径方向外側に向かうにしたがって周方向における寸法が漸次大きくなり、
前記長翼は、前記外周縁での周方向の寸法が前記短翼の前記外周縁での周方向の寸法よりも小さく、
前記長翼の厚さは、該長翼と周方向他方側に隣り合う前記短翼との間の流路幅が最も小さくなるスロート位置よりも径方向外側の部分での厚さが、前記スロート位置での厚さよりも小さくなるインペラと、
軸線に沿って延びるとともに、前記インペラが取り付けられたロータと、
前記インペラを外周側から覆うケーシングと、
前記インペラの外周側に設けられたディフューザと、
を備え、
前記ディフューザは、前縁から後縁にかけて翼厚が漸次拡大するディフューザ短翼と、
翼厚が前記ディフューザ短翼の後縁よりも薄いディフューザ長翼と、
を有する回転機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インペラ及び回転機械に関する。

【背景技術】

【0002】

回転機械の一例として、流体を圧送するための遠心ポンプが広く用いられている（下記特許文献１参照。）このような遠心ポンプでは、複数の羽根を有するインペラを回転させることで、流体が圧送される。インペラは、円盤状のディスクと、ディスク上の面であるディスク面で周方向に間隔をあけて配列された複数の羽根と、有している。隣接する一対の羽根同士の間に形成される流路は、ディスクの径方向内側から外側に向かうに従って次第にその面積が拡大している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−４０２１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記のようなインペラでは、一般に羽根同士の間の流路における流れ方向の面積拡大率が大きいことから、流路を流れる流体が羽根の表面に追従し切れずに、該表面での流れの剥離を生じる場合がある。このような流れの剥離が生じた場合には、当初想定した揚程が得られないばかりでなく、遠心ポンプの効率に影響が及ぶ場合もある。
一方、流れの剥離を抑制すべく、不用意に翼厚を外周側で広くした場合には、インペラの外周側での重量が大きくなる結果、アンバランス振動を招く場合もある。また、吐出圧の脈動が大きくなる傾向もある。
このような課題は遠心ポンプのみならずインペラを用いた他の回転機械でも生じている。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、流れの剥離を低減できるとともに回転の安定化を図ることのできるインペラ、回転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】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明の一態様に係るインペラは、軸線を中心とした円盤状をなすディスクと、前記ディスクの軸線方向一方側のディスク面に周方向に間隔をあけて設けられて、径方向外側に向かうにしたがって周方向一方側に向かって延びて前記ディスクの外周縁に至る長翼と、前記ディスク面における互いに隣り合う長翼同士の間に設けられて、前記長翼の径方向内側の端部よりも径方向外側の位置から、径方向外側に向かうにしたがって周方向一方側に延びて前記外周縁に至る短翼と、を備え、前記短翼は、径方向外側に向かうにしたがって周方向における寸法が漸次大きくなり、前記長翼は、前記外周縁での周方向の寸法が前記短翼の前記外周縁での周方向の寸法よりも小さく、前記長翼と前記短翼とが隣り合う部分における該長翼と該短翼との間の流路幅が最も小さくなる箇所を第二スロート位置としたとき、前記長翼の厚さは、径方向内側の端部から径方向外側に向かうに従って、漸次大きくなり、前記第二スロート位置にて最も大きくなるとともに、該第二スロート位置よりも径方向外側の部分での厚さが、前記第二スロート位置での厚さよりも小さくなる。

【0007】

上記短翼及び長翼の双方を備えることで、長翼のみを備える場合に比べて互いに隣り合う長翼同士の間に形成される流路の面積拡大率を小さく抑えることができる。したがって、長翼の表面で流れの剥離が生じる虞を低減することができる。
加えて、短翼のみを備える場合に比べて、外周側での重量を低減することができる。これにより、アンバランス振動を抑制することができる上、吐出圧の脈動も抑制可能である。

【0008】

本発明の第二の態様によれば、前記長翼の厚さは、径方向内側の端部から径方向外側に向かうに従って、漸次大きくなってもよい。

【0009】

この構成によれば、長翼の重量の増加が抑制され、インペラのバランスが向上する上、ディフューザとの干渉を抑制することができ、吐出圧の脈動低減にもつながる。

【0010】

本発明の第三の態様によれば、長翼は、周方向一方側を向く長翼正圧面と、周方向他方側を向く長翼負圧面と、を有し、短翼は、周方向一方側を向く短翼正圧面と、周方向他方側を向く短翼負圧面と、を有し、 ディスクの外周縁上における長翼の負圧面から短翼の正圧面までの周方向の寸法間隔を長翼負圧面側の流路幅とし、長翼の正圧面から短翼の負圧面までの周方向の寸法間隔を長翼正圧面側の流路幅としたとき、長翼負圧面側の流路幅は、長翼正圧面側の以下となってもよい。

【0011】

この構成によれば、短翼を長翼正圧面側に寄せることによって長翼同士の間にできるスロートと長翼負圧面と短翼正圧面の間にできるスロートの流路面積変化を低減することができる。これにより、ディスクの径方向内側から径方向の外側に流体が流れる際に圧力の損失を低減することができる。

【0012】

本発明の第四の態様によれば、前記長翼負圧面側の流路幅と前記長翼正圧面側の流路幅の比が３：７〜１：１の範囲とされていてもよい。

【0013】

この構成によれば、径方向内側から径方向外側に向かって流れる流体の損失をさらに低減することができる。

【0014】

本発明の第五の態様によれば、前記短翼の翼長は前記長翼の翼長の２０％以上８０％以下であってもよい。

【0015】

この構成によれば、短翼翼長を長翼翼長の２０％以上８０％以下としたとき、互いに隣り合う長翼同士の間のスロートの形成を阻害することなく、外周縁上で互いに隣り合う長翼同士の間隔が拡大されて剥離が生じるのを防ぐことができる。さらに、２０％以上７０％以下とするとさらに好適である。

【0016】

本発明の第六の態様によれば、ディスクの外周縁上における、長翼出口端１７ａの幅を長翼出口幅＝ＴＬ、短翼出口端１７ｂの幅を短翼出口幅＝ＴＳとし、前記インペラの外径を＝Ｄ、長翼の枚数＝Ｚとしたとき、ＴＬ＜ＴＳ＜０.５×πＤ／Ｚ−ＴＬとなるように出口幅を設けてもよい。

【0017】

この構成によれば、短翼出口幅の寸法を外周縁上において互いに隣り合う長翼同士の寸法間隔の半分よりも小さくすることによって、径方向内側から径方向外側に向かって流れる流体の流路を過度に狭くすることなく流体を流通させることができる。

【0018】

本発明の第七の態様にかかる回転機械は、軸線に沿って延びるロータと、ロータに取り付けられた上記第一から第六の態様に係るインペラと、インペラを外周側から覆うケーシングと、を備える。

【0019】

この構成の回転機械によれば、上記同様の作用効果を奏する。

【0020】

本発明の第八の態様によれば、インペラの外周に、ディフューザをさらに備え、ディフューザは前縁から後縁にかけて翼厚が漸次拡大するディフューザ翼を備えてもよい。

【0021】

この構成によれば、ディフューザ翼の翼厚が前縁から後縁にかけて漸次拡大することにより、ディフューザないにおいても流路な過度な拡大を抑制し、剥離損失を抑制することができる。さらに、長翼のディフューザとの干渉による非定常流体力や圧力脈動が大きくなるのを抑制することもできる。

【0022】

本発明の第九の態様によれば、前記インペラの外周側に設けられたディフューザをさらに備え、ディフューザは、前縁から後縁にかけて翼厚が漸次拡大するディフューザ短翼と、翼厚がディフューザ短翼の後縁よりも薄いディフューザ長翼と、を有していてもよい。

【0023】

この構成によれば、全ディフューザ翼の翼厚が前縁から後縁にかけて漸次拡大する形状よりも構造を簡素化することができるため、コストダウンも図ることができる。
本発明の第十の態様に係る回転機械は、軸線を中心とした円盤状をなすディスクと、前記ディスクの軸線方向一方側のディスク面に周方向に間隔をあけて設けられて、径方向外側に向かうにしたがって周方向一方側に向かって延びて前記ディスクの外周縁に至る長翼と、前記ディスク面における互いに隣り合う長翼同士の間に設けられて、前記長翼の径方向内側の端部よりも径方向外側の位置から、径方向外側に向かうにしたがって周方向一方側に延びて前記外周縁に至る短翼と、を備え、前記短翼は、径方向外側に向かうにしたがって周方向における寸法が漸次大きくなり、前記長翼は、前記外周縁での周方向の寸法が前記短翼の前記外周縁での周方向の寸法よりも小さく、前記長翼の厚さは、該長翼と周方向他方側に隣り合う前記短翼との間の流路幅が最も小さくなるスロート位置よりも径方向外側の部分での厚さが、前記スロート位置での厚さよりも小さくなるインペラと、軸線に沿って延びるとともに、前記インペラが取り付けられたロータと、前記インペラを外周側から覆うケーシングと、前記インペラの外周側に設けられたディフューザと、を備え、前記ディフューザは、前縁から後縁にかけて翼厚が漸次拡大するディフューザ短翼と、翼厚が前記ディフューザ短翼の後縁よりも薄いディフューザ長翼と、を有する。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、流れの剥離を低減できるとともに回転の安定化を図ることのできるインペラ、回転機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第一実施形態に係る回転機械（ポンプ）の模式的な縦断面図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係るインペラ及びディフューザを軸線方向から見た図である。

【図3】本発明の第一実施形態に係るインペラ及びディフューザの軸線に直交する断面図である。

【図4】本発明の第二実施形態に係るインペラ及びディフューザを軸線方向から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

[第一実施形態]
本発明の第一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、遠心ポンプ１は、軸線Ｏに沿って延びるロータ２と、ロータ２の外周部に取り付けられたインペラ３と、ロータ２及びインペラ３を外周側から覆うケーシング４と、ディフューザ５を備えている。

【0027】

ロータ２は、軸線Ｏを中心とする円粒状をなしている。ロータ２の軸線Ｏ方向両側の端部にはジャーナル軸受６及びスラスト軸受７が設けられている。これらの軸受装置によって、ロータ２は軸線Ｏ周りに回転可能に支持されている。ジャーナル軸受６は、ロータ２の荷重を径方向から支持するための軸受である。スラスト軸受７は、ロータ２に係るスラスト方向（軸線Ｏ方向）の荷重を支持するための軸受である。

【0028】

インペラ３は、ロータ２の外周部に対して、たとえば締り嵌めを施すことによって固定されている。すなわち、インペラ３はロータ２と一体に軸線Ｏ周りに回転する。
ケーシング４は、ロータ２及びインペラ３を内部に収容するとともに、流体を流通させるための流体流路８を形成する。より詳細には、ケーシング４の内周面は、軸線Ｏ方向一方側（図１の左側）から軸線Ｏ方向他方側（図１の右側）に向かうにしたがって拡径と縮径とを繰り返すことで、上記の流体流路８を形成している。

【0029】

ケーシング４の軸線Ｏ方向一方側には、外部から流体を導入するための導入口９が形成されている。他方で、ケーシング４の軸線Ｏ方向他方側には、流体流路８を通じて圧送された流体を吐出する吐出口１０が形成されている。以降の説明では、導入口９が入りする側を上流側と呼び、吐出口１０が位置する側を下流側と呼ぶ。
そして、ディフューザ５は、ケーシング４によって形成される流体流路８における各インペラ３の流体の出口側に設けられている。

【0030】

次に図２を参照し、インペラ３の詳細な構成について説明する。図２に示すように、インペラ３は、軸線Ｏを中心とする円盤状のディスク１１と、このディスク１１の軸線Ｏ方向一方側に設けられた複数（本実施形態では３つ）の長翼２０と、複数（本実施形態では３つ）の短翼３０と、を有している。

【0031】

ディスク１１における一方側を向くディスク面１１ａの中心を含む領域には、上記の流体流路８を通じて流れてきた流体を導くための導入部１２が形成されている。長翼２０は、それぞれ導入部１２の外周縁から径方向外側に向かって延びている。長翼２０は、周方向一方側（インペラ３の回転方向前方側）を向く長翼正圧面２１と、周方向他方側（インペラ３の回転方向後方側）を向く長翼負圧面２２と、を有している。

【0032】

短翼３０は、長翼の径方向内側の端部よりも径方向外側の位置から外周端に至るまで、径方向外側に向かって延びている。短翼３０は、周方向一方側を向く短翼正圧面３１と周方向他方側を向く短翼負圧面３２と、を有している。

【0033】

さらに、長翼２０は、軸線Ｏに対する径方向内側から径方向外側に向かうにしたがって周方向一方側から他方側に向かって湾曲している。これにより長翼正圧面２１は、周方向一方側に凸となる凸曲面状をなしている。長翼負圧面２２は、周方向一方側に向かって凹む凹曲面状をなしている。

【0034】

短翼３０は径方向内側から径方向外側に向かうにしたがって、周方向における寸法が漸次拡大している。すなわち、この短翼３０では、径方向外側の部分になるほど肉厚が増している。そして、短翼３０の外周側の端部は、ディスク１１の外周縁に沿う短翼外周部３３とされている。
このような長翼２０及び短翼３０が軸線Ｏの周方向に間隔をあけて３つずつ交互に配置されている。なお、短翼３０と長翼２０は同数でなくてもよく、互いに隣り合う長翼同士の間に短翼が複数配置されてもよい。

【0035】

互いに隣り合う長翼２０及び短翼３０同士の間には周方向に広がる空間が形成されている。この空間は導入部１２から導かれた流体が流通するインペラ流路Ｆとされている。インペラ流路Ｆは、径方向内側から外側に向かうにしたがって周方向における寸法が拡大する。さらに、インペラ流路Ｆは径方向内側から外側に向かうにしたがって、周方向一方側から他方側に向かって湾曲している。

【0036】

次にインペラ３における長翼２０及び短翼３０のハブ側（ディスク１１側）について図３を参照して説明する。
インペラ３の内周部における短翼３０が形成されていない部分では、長翼２０同士が隣り合っている。互いに隣り合う長翼２０同士の間のインペラ流路Ｆにおける流路幅が最も小さくなる箇所は第一スロート位置Ｓ１とされている。
インペラ３の外周部における長翼２０と短翼３０とが隣り合う部分における長翼２０と短翼３０との間のインペラ流路Ｆが最も小さくなる箇所は、第二スロート位置Ｓ２とされている。
本実施形態では、長翼２０の厚さは、径方向内側の端部から径方向外側に向かうに従って、漸次大きくなり、第二スロート位置Ｓ２にて最も大きくなる。そして、第二スロート位置Ｓ２よりも径方向外側の部分では、当該第二スロート位置Ｓ２よりも厚さが小さくなる。特に本実施形態では、第二スロート位置Ｓ２よりも径方向外側に向かうに従って長翼２０の厚さは漸次小さくなる。

【0037】

ここで、互いに隣り合う長翼正圧面２１と短翼負圧面３２とのディスク１１の外周縁における寸法間隔を長翼正圧面側の流路幅Ｍ１とし、互いに隣り合う長翼負圧面２２と短翼正圧面３１とのディスク１１の外周縁における寸法間隔を長翼負圧面側の流路幅Ｍ２とする。本実施形態では、流路幅Ｍ２は流路幅Ｍ１以下とされている。

【0038】

さらに、長翼負圧面側の流路幅Ｍ２と長翼正圧面側の流路幅Ｍ１の流路幅の比は３：７〜１：１とされていることが好ましい。インペラ流路Ｆを流通する流体は長翼負圧面２２に沿って流れやすい性質を持つため、長翼正圧面側の流路幅Ｍ１を長翼負圧面側の流路幅Ｍ２よりも狭くすることによって、流体が流路幅Ｍ１と流路幅Ｍ２との領域に均一に配分され易くなる。

【0039】

また、長翼２０の長さ方向の寸法（長翼２０の中心線に沿った寸法）を長翼翼長ＱＬとし、短翼３０の中心線（短翼の中心線に知った寸法）を短翼翼長ＱＳとする。ここで、中心線とは、正圧面と負圧面が径方向内側から外側に至る範囲において、各周方向位置におけるこれら正圧面と負圧面とからの距離が同一となる点を結んで構成される線分である。

【0040】

短翼３０において径方向の最も内側となる部分は、第一スロート位置に侵入していない方が好ましい。これにより、長翼２０と隣り合う短翼３０との間に形成されるインペラ流路Ｆに流体が流れやすくなる。また、短翼翼長ＱＳは長翼翼長ＱＬの８０％以下とするとより好ましい。さらに、短翼翼長ＱＳの長さが長翼翼長の２０％以上であるほうが長翼２０表面を添うように流れる流体が剥離しにくい。したがって、短翼翼長ＱＳは、長翼翼長ＱＬの２０％以上８０％以下とされることが好ましい。

【0041】

長翼２０および短翼３０の間隔は、ディスク１１の外周縁上における長翼２０と短翼３０の幅を用いて設定してもよい。ここで、ディスク１１の外周縁上における長翼２０の幅を長翼出口幅＝ＴＬ、短翼３０の幅を短翼出口幅＝ＴＳとし、インペラ３の外径（ディスク１１の外径）を＝Ｄ、長翼２０の枚数＝Ｚとする。
この際、ＴＬ＜ＴＳ＜０.５×πＤ／Ｚ−ＴＬの関係が成立することが好ましい。これによって、長翼２０表面からの流体の剥離を抑制することができる。

【0042】

次に遠心ポンプ１及びインペラ３の動作について説明する。遠心ポンプ１を運転するに当たっては、まず駆動源（図示省略）によって、ロータ２を軸線Ｏ周りに回転駆動する。ロータ２の回転に伴って、ロータ２上に一体に設けられたインペラ３も回転する。インペラ３の回転によって、導入口９を通じて外部の流体が流体流路内８に導かれる。このとき、インペラ３に形成されたインペラ流路Ｆを通過する間に流体の圧力が上昇する。ここで、本実施形態では、遠心ポンプに６つのインペラ３が設けられている。すなわち、これら６つのインペラ３によって圧力が順次高められながら、上流側から下流側に向かって流体が圧送される。その後、高圧となった流体は、ケーシング４の下流側に設けられた吐出口１０から外部に向かって吐出される。ポンプの運転中には、以上のようなサイクルが連続的に繰り返される。

【0043】

続いてインペラ流路Ｆ内における流体の挙動について説明する。同図に示すように、遠心ポンプ１の運転中には、インペラ３は周方向他方側から一方側に向かって回転している。インペラ３の回転に伴って、ディスク１１の導入部１２からインペラ流路Ｆ中に流入した流体は、該インペラ流路Ｆに沿って径方向内側から外側に流れる。

【0044】

ここで、仮に短翼３０が存在せつに長翼２０のみを備えた構成であり、かつ長翼２０の周方向における寸法が径方向全域にわたって同一である場合、長翼２０同士の間の流路は、長翼２０の周方向における寸法が漸次拡大している場合に比べて大きくなる。特に、径方向外側に向かうほど、当該流路の周方向の寸法が拡大している。すなわち、長翼２０同士の間の領域における面積拡大率が大きくなってしまう。このように、面積拡大率が大きい場合、径方向内側から外側に向かって流れる流体が長翼２０の表面に追従しきれずに、該表面で流れの剥離を生じる虞がある。このような流れの剥離を生じた場合、所期の揚程が得られないばかりでなく、遠心ポンプ１の効率に影響が及ぶ場合もある。

【0045】

一方、長翼２０における寸法を径方向内側から径方向外側に向かうにしたがって漸次拡大した場合では、上述の長翼２０表面に流体が追従しきれなくなってしまう問題は解決されるが、長翼２０が外周縁に近づくにつれて重量を増すため、アンバランス振動の要因となる上、吐出圧の脈動が生じやすくなる。

【0046】

これに対して本実施形態に係るインペラ３では、互いに隣り合う長翼２０の間に短翼３０を設けられている。これにより、長翼２０のみで周方向における寸法が径方向全域にかけて同一である場合に比べて、長翼２０同士の間に形成される流路の面積拡大率（径方向内側から外側にかけての面積拡大率）を小さく抑えることができる。さらに、長翼２０の寸法を径方向内側から外側に向かうにしたがって漸次拡大した場合に比べて、重量が低減されインペラのアンバランス振動の発生を抑えることができる。したがって、長翼２０及び短翼３０の表面での流れの剥離や吐出圧脈動を低減することができ、遠心ポンプ１の効率を向上させることができる。

【0047】

ここで、図１および図２に示すように、ディフューザ５はインペラ３の外周側に設けられ、ディフューザ５の内周側と外周側とを連通するように配置されている。このディフューザ５では、互いに隣り合うディフューザ翼４０により形成される通路が、インペラ３からの流体を減速する。ディフューザ翼４０は所要の広がりを持って、インペラ３からの流体の流出方向に応じた適正な周方向位置に配置されている。

【0048】

ディフューザ翼４０はケーシング４上に固定されており、本実施形態では、インペラ３は長翼２０を３枚、短翼３０を３枚とした計６枚の翼から構成されており、ディフューザ５は、前縁から後縁にかけで漸次拡大された７枚のディフューザ翼４０から構成されている。

【0049】

ディフューザ翼４０の前縁を径方向内側とし、後縁を径方向外側とした場合、ディフューザ翼４０の前縁から後縁にかけて該ディフューザ翼４０の翼厚が漸次拡大するように形成されている。これにより、ディフューザ５での急激な流路拡大による流体の剥離などを抑制し、効率よく流体の圧力を高めることができる。

【0050】

さらに、インペラ３の翼の合計枚数と、ディフューザ翼４０の枚数に公約数が存在しないように配置することにより、あるタイミングで見たときに同時に二つの流れがパッシングする動静翼同時パッシングの発生を低減することができる。

【0051】

[第二実施形態]
次に本発明の第二実施形態について図４を用いて説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0052】

図４に示すように、本実施形態に係るディフューザ５には、径方向内側から径方向外側に向かってケーシング４上に突出して設けられた翼厚の等しいディフューザ長翼４１と、前縁から後縁にかけて漸次翼厚の拡大するディフューザ短翼４２と、を備える。

【0053】

インペラ３によって速度を上げた流体は、ディフューザ５に導入され、速度を落としながら圧力を上昇させる。このとき、ディフューザ短翼４２よりも翼厚の小さいディフューザ長翼４１を交互に配置することによって、変形例１同様に流体の剥離を抑制することができる。

【0054】

さらに、ディフューザ長翼４１の形状をディフューザ短翼４２よりも翼厚の薄い形状とすることにより、遠心ポンプ１の重量の低減ができる。また、漸次翼厚が拡大するディフューザ短翼４２よりも薄いディフューザ長翼４１は製造コストも抑えることができる。

【0055】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態ではインペラ３の翼枚数を６枚、ディフューザ翼を７枚または８枚としたが、これに限るものではない。
また、実施形態では、インペラ３はカバーを有さないいわゆるオープンインペラであったが、カバーを有したクローズドインペラであってもよい。
さらに、実施形態では、回転機械の例として遠心ポンプ１を挙げて説明したが、他の回転機械に本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0056】

１ 遠心ポンプ
２ ロータ
３ インペラ
４ ケーシング
５ ディフューザ
６ ジャーナル軸受
７ スラスト軸受
８ 流体流路
９ 導入口
１０ 吐出口
１１ ディスク
１１ａ ディスク面
１２ 導入部
２０ 長翼
２１ 長翼正圧面
２２ 長翼負圧面
３０ 短翼
３１ 短翼正圧面
３２ 短翼負圧面
３３ 短翼外周部
４０ ディフューザ翼
４１ ディフューザ長翼
４２ ディフューザ短翼
Ｏ 軸線
Ｆ インペラ流路
Ｓ１ 第一スロート位置
Ｓ２ 第二スロート位置
ＱＬ 長翼翼長
ＱＳ 短翼翼長

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】