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JP2012202260A - Impeller and turbo machine including the same - Google Patents

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JP2012202260A
JP2012202260A JP2011065835A JP2011065835A JP2012202260A JP 2012202260 A JP2012202260 A JP 2012202260A JP 2011065835 A JP2011065835 A JP 2011065835A JP 2011065835 A JP2011065835 A JP 2011065835A JP 2012202260 A JP2012202260 A JP 2012202260A
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JP
Japan
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blade
impeller
fluid
hole
inflow hole
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2011065835A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masanari Iino
真成 飯野
Takashi Sano
岳志 佐野
Nobuhide Fukuda
暢英 福田
Masatake Maekawa
真丈 前川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2011065835A priority Critical patent/JP2012202260A/en
Publication of JP2012202260A publication Critical patent/JP2012202260A/en
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an impeller including a blade structure to avoid lowering of performance of a turbo machine and to enhance energy conversion efficiency.SOLUTION: In this impeller 1, a plurality of blades 6 extending to a rotating direction rear side toward the radial direction outside from a rotary shaft center are arranged at intervals in a peripheral direction, and a main flow passage 15 in which a main flow W flows is formed between the blades 6 adjacent to each other in the peripheral direction toward the radial direction outside. The impeller 1 includes; an inflow hole 8 opened in each of the blades 6; an outflow hole 9 opened in a portion at the radial direction outside of the inflow hole 8 in the blade 6; and a boosting chamber 14 which is formed in the blade 6, is connected to the inflow hole 8 and the outflow hole 9 and has larger cross-sectional area orthogonal to a flowing direction of auxiliary fluid W2 flowing at the inside than that of at least one of the inflow hole 8 and the outflow hole 9.

Description

本発明は、機械的エネルギーから流体圧力及び運動エネルギーへの変換を行なうポンプ等のターボ機械内のインペラに関するものである。   The present invention relates to an impeller in a turbomachine such as a pump that converts mechanical energy into fluid pressure and kinetic energy.

従来より、機械的エネルギーを用いて流体を増圧し当該流体に運動エネルギーを付与するポンプや、逆に流体の圧力や運動エネルギーを機械的エネルギーとして取り出すタービン等のターボ機械が知られている。またこれらターボ機械には様々な形態のものが存在し、例えば当該ターボ機械の軸方向に流体が流れる軸流式や、当該軸に対し斜め方向に流体が流れる斜流式や、当該軸と直交する向きに流体が流れる遠心式等が挙げられる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a turbo machine such as a pump that boosts a fluid using mechanical energy and imparts kinetic energy to the fluid, or a turbine that extracts the pressure or kinetic energy of the fluid as mechanical energy is known. There are various types of turbomachines, for example, an axial flow type in which fluid flows in the axial direction of the turbomachine, a diagonal flow type in which fluid flows in an oblique direction with respect to the axis, or a direction orthogonal to the axis. For example, a centrifugal type in which a fluid flows in the direction in which the fluid flows is used.

ここで上記ターボ機械の中でも特にポンプや水車に設置されるインペラにおいては、運転時にインペラの翼付近にキャビテーションが発生し、当該翼付近に壊食が引き起こされ、当該ポンプや水車の性能低下を招く場合があった。これに対して例えば特許文献1には、翼における負圧面側と正圧面側を連通する貫通孔を設けることでキャビテーションの発生を抑制するインペラを備えた水車が開示されている。   Among the above turbomachines, in particular, impellers installed in pumps and water turbines cause cavitation near the impeller blades during operation, causing erosion near the blades, leading to performance degradation of the pump and water turbine. There was a case. On the other hand, for example, Patent Document 1 discloses a water turbine provided with an impeller that suppresses the occurrence of cavitation by providing a through hole that communicates a suction surface side and a pressure surface side of a blade.

特開平5−99115号公報JP-A-5-99115

しかしながら上記従来のインペラでは、当該ターボ機械の性能低下を招く他の要因となる当該翼の負圧面側における境界層剥離や、翼の外周端部等における流体の失速領域発生の問題を解決する手段は確立されていない。   However, in the conventional impeller, means for solving the problem of boundary layer separation on the suction surface side of the blade and the occurrence of a fluid stall region at the outer peripheral edge of the blade, which are other factors that cause the performance of the turbomachine to deteriorate. Is not established.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、ターボ機械の性能低下を回避し、エネルギー変換効率を高める翼構造を備えたインペラ及びこれを備えたターボ機械を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an impeller having a blade structure that avoids performance degradation of the turbomachine and increases energy conversion efficiency, and a turbomachine equipped with the impeller. To do.

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。
即ち本発明に係るインペラは、回転軸中心から径方向外側に向かうに従って回転方向後方側に延びる複数の翼が周方向に間隔をあけて配置され、径方向外側に向かって周方向に隣り合う翼の間を、流体が流れる流路が形成されたインペラにおいて、前記翼に開口する流入孔と、前記翼における前記流入孔よりも径方向外側の部分に開口する流出孔と、前記翼内部に形成され、前記流入孔と前記流出孔とに接続されるとともに、これら流入孔及び流出孔の少なくとも一方よりも、内部を流通する流体の流通方向に直交する断面積の大きい昇圧室とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
That is, in the impeller according to the present invention, a plurality of blades extending rearward in the rotational direction from the center of the rotational axis toward the radially outer side are arranged at intervals in the circumferential direction, and adjacent to each other in the circumferential direction toward the radially outer side. In the impeller in which a fluid flow path is formed, an inflow hole opening in the wing, an outflow hole opening in a portion radially outside the inflow hole in the wing, and an inside of the wing are formed. A pressure increasing chamber connected to the inflow hole and the outflow hole and having a larger cross-sectional area perpendicular to the flow direction of the fluid flowing through the inside than at least one of the inflow hole and the outflow hole. Features.

このようなインペラにおいては、当該インペラの主流流路へ導入された流体のうち一部が流入孔を通じて昇圧室へ取り込まれる。当該昇圧室内においては、流入孔及び流出孔との断面積の相違により流体が減速され、流体自身に作用する遠心力によって増圧されて流出孔より吐き出される。この結果、翼に発生する境界層剥離及び当該翼の外周端部等に発生する流体の失速が抑制される。   In such an impeller, a part of the fluid introduced into the main flow channel of the impeller is taken into the pressure increasing chamber through the inflow hole. In the pressurizing chamber, the fluid is decelerated due to the difference in cross-sectional area between the inflow hole and the outflow hole, and the pressure is increased by the centrifugal force acting on the fluid itself, and is discharged from the outflow hole. As a result, boundary layer separation generated on the blade and fluid stall generated at the outer peripheral edge of the blade are suppressed.

また、前記流入孔は前記翼の負圧面側に開口していることが好ましい。   The inflow hole is preferably opened on the suction surface side of the blade.

翼の回転方向後方は負圧面側となるため境界層が発達し易い。従って当該負圧面側に開口する流入孔からは、より多く境界層の吸い取りが可能となり、流れの安定化効果が得られ易い。従ってこのような翼構造を有するインペラを備えることにより、流体の流動性能低下が回避され、ターボ機械運転時のエネルギー変換効率が向上する。   The boundary layer is easy to develop because the rear side of the blade rotation direction is the suction side. Therefore, more boundary layer can be sucked from the inflow hole opened to the suction surface side, and the effect of stabilizing the flow is easily obtained. Therefore, by providing an impeller having such a blade structure, a decrease in fluid flow performance is avoided, and energy conversion efficiency during turbomachine operation is improved.

さらに、前記流出孔は前記翼の負圧面側に開口していることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the outflow hole is opened on the suction surface side of the blade.

昇圧室内において増圧された流体が、流出孔より翼の負圧面側へ吐き出されることにより、当該流出孔開口付近の境界層を加速し剥離を抑制でき、流れの安定化を図ることができる。従ってこのような翼構造を有するインペラを備えることにより、流体の流動性能低下が回避され、ターボ機械の運転時のエネルギー変換効率が向上する。   When the fluid whose pressure has been increased in the pressurizing chamber is discharged from the outflow hole to the suction surface side of the blade, the boundary layer in the vicinity of the outflow hole opening can be accelerated and separation can be suppressed, and the flow can be stabilized. Therefore, by providing an impeller having such a blade structure, a decrease in fluid flow performance is avoided, and energy conversion efficiency during operation of the turbomachine is improved.

またここで、前記流出孔は前記翼の外周端部に開口していてもよい。   Moreover, the said outflow hole may open to the outer peripheral edge part of the said wing | blade here.

昇圧室内において増圧された流体が、当該流体の主流の失速領域となる翼の外周端部へ吐き出されることにより、当該失速領域で流体が加速される。従ってこのような翼構造を有するインペラを備えることにより、流体の失速によるエネルギー損失が抑制され、ターボ機械運転時のエネルギー変換効率が向上する。   The fluid whose pressure has been increased in the pressurizing chamber is discharged to the outer peripheral end of the blade, which is the stall region of the main flow of the fluid, whereby the fluid is accelerated in the stall region. Therefore, by providing an impeller having such a blade structure, energy loss due to fluid stall is suppressed, and energy conversion efficiency during turbomachine operation is improved.

そしてさらに、前記流入孔が前記翼の正圧面側に開口していてもよい。   Further, the inflow hole may open to the pressure surface side of the blade.

翼の回転方向前方となる正圧面側においては境界層の発達の可能性は低いのだが、当該正圧面側は流体が翼に押し付けられる方向に力が作用するため、流入孔からより円滑に流体が取り込まれる。このため昇圧室においてより多くの流体が増圧され、当該流体が流出孔より吐き出されることにより、境界層剥離が抑制され、また流体失速領域において流体の加速が行われる。従ってこのような翼構造を有するインペラを備えることにより、流体の流動性能低下が回避され、運転時のエネルギー変換効率が向上する。   Although the possibility of boundary layer development is low on the pressure surface side in front of the blade rotation direction, the force acts on the pressure surface side in the direction in which the fluid is pressed against the blade. Is captured. For this reason, more fluid is increased in pressure in the pressurizing chamber, and the fluid is discharged from the outflow hole, thereby suppressing boundary layer separation and accelerating the fluid in the fluid stall region. Therefore, by providing an impeller having such a blade structure, a decrease in fluid flow performance is avoided, and energy conversion efficiency during operation is improved.

また前記流入孔が前記翼の正圧面側に開口している状態において、前記流出孔が前記翼の負圧面側に開口していることが好ましい。   In the state where the inflow hole is opened on the pressure surface side of the blade, the outflow hole is preferably opened on the suction surface side of the blade.

翼の正圧面側開口から取り込まれ、昇圧室にて増圧された流体が当該翼の負圧面側へ吐き出されることにより、流出孔開口付近の境界層が加速され境界層剥離を抑制でき、流れの安定化が図られる。従ってこのような翼構造を有するインペラを備えることにより、流体の流動性能低下が回避され、ターボ機械運転時のエネルギー変換効率が向上する。   The fluid that is taken in from the pressure side opening of the blade and increased in pressure in the pressurization chamber is discharged to the suction surface side of the blade, thereby accelerating the boundary layer near the outflow hole opening and suppressing boundary layer separation. Is stabilized. Therefore, by providing an impeller having such a blade structure, a decrease in fluid flow performance is avoided, and energy conversion efficiency during turbomachine operation is improved.

さらに前記流入孔が前記翼の正圧面側に開口している状態において、前記流出孔が前記翼の外周端部に開口していてもよい。   Further, the outflow hole may be opened at the outer peripheral end of the blade in a state where the inflow hole is opened to the pressure surface side of the blade.

翼の正圧面側開口から取り込まれ、昇圧室にて増圧された流体が当該翼の外周端部へ吐き出されることにより、流れの失速領域におけるエネルギー損失を防ぐことができる。従ってこのような翼構造を有するインペラを備えることにより、ターボ機械の性能低下が回避され、運転時のエネルギー変換効率が向上する。   Energy loss in the stall region of the flow can be prevented by discharging the fluid taken in from the opening on the pressure surface side of the blade and increased in pressure in the pressurizing chamber to the outer peripheral end of the blade. Therefore, by providing the impeller having such a blade structure, the performance degradation of the turbomachine is avoided and the energy conversion efficiency during operation is improved.

またターボ機械において、上記いずれかのインペラを備えることが好ましい。   Moreover, in a turbo machine, it is preferable to provide one of the above impellers.

上記翼に発生する境界層剥離及び、当該翼の外周端部等に発生する流体の失速を抑制できる上記インペラをターボ機械に備えることにより、当該ターボ機械の性能低下が回避され、運転時のエネルギー変換効率が向上する。   By providing the turbomachine with the impeller capable of suppressing the boundary layer separation occurring in the blade and the stall of the fluid generated at the outer peripheral edge of the blade, the performance degradation of the turbomachine is avoided, and the energy during operation Conversion efficiency is improved.

本発明のインペラ及びターボ機械によれば、当該翼の周囲の境界層発達による剥離を抑制し、流体を円滑に流動させることができ、また流体の失速領域においてエネルギー損失を回避できる。従って、流体の流動性能低下が回避され、ターボ機械運転時のエネルギー変換効率を向上でき、コスト削減効果と製品の信頼性向上に繋がる。   According to the impeller and turbomachine of the present invention, separation due to the development of the boundary layer around the blade can be suppressed, the fluid can flow smoothly, and energy loss can be avoided in the fluid stall region. Therefore, a decrease in fluid flow performance is avoided, energy conversion efficiency during operation of the turbomachine can be improved, leading to cost reduction effects and improved product reliability.

本発明の第一実施形態に係るインペラの全体を示す図である。It is a figure showing the whole impeller concerning a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態に係るインペラの翼部分を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the wing | blade part of the impeller which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係るインペラの翼の断面図であり、翼内部の流入孔と流出孔と昇圧室とを示す図である。It is sectional drawing of the blade | wing of the impeller which concerns on 1st embodiment of this invention, and is a figure which shows the inflow hole, outflow hole, and pressure | voltage rise chamber inside a blade | wing. 本発明の第二実施形態に係るインペラの翼の断面図であり、翼内部の流入孔と流出孔と昇圧室とを示す図である。It is sectional drawing of the blade | wing of the impeller which concerns on 2nd embodiment of this invention, and is a figure which shows the inflow hole, outflow hole, and pressure | voltage rise chamber inside a blade | wing. 本発明の第三実施形態に係るインペラの翼の断面図であり、翼内部の流入孔と流出孔と昇圧室とを示す図である。It is sectional drawing of the blade | wing of the impeller which concerns on 3rd embodiment of this invention, and is a figure which shows the inflow hole, outflow hole, and pressure | voltage rise chamber inside a blade | wing. 本発明の第四実施形態に係るインペラの翼の断面図であり、翼内部の流入孔と流出孔と昇圧室とを示す図である。It is sectional drawing of the blade | wing of the impeller which concerns on 4th embodiment of this invention, and is a figure which shows the inflow hole, outflow hole, and pressure | voltage rise chamber inside a blade | wing.

以下図1から図3を参照し、本発明の第一実施形態のインペラ1について説明する。
インペラ1は、主流体Wを当該インペラ1に導入し当該主流体Wの圧力及び運動エネルギーを増大した後に流出させる遠心ポンプ(ターボ機械)内に設置されるものである。
このインペラ1は、ディスク2と、翼6と、カバー3と、また当該翼6の内部に形成される流入孔8と流出孔9と昇圧室14とを備えている。
Hereinafter, an impeller 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
The impeller 1 is installed in a centrifugal pump (turbo machine) that introduces the main fluid W into the impeller 1 and causes the main fluid W to flow out after increasing the pressure and kinetic energy of the main fluid W.
The impeller 1 includes a disk 2, a blade 6, a cover 3, and an inflow hole 8, an outflow hole 9, and a boosting chamber 14 formed inside the wing 6.

ディスク2は、軸線Oを中心とした円盤状に延在する部材であって、その中央には当該軸線O方向に貫通する第一嵌合孔4を有する。この第一嵌合孔4には図示しない回転軸等が挿入されることにより、当該ディスク2は当該回転軸等と一体に回転する。   The disk 2 is a member extending in a disc shape with the axis O as the center, and has a first fitting hole 4 penetrating in the direction of the axis O at the center. By inserting a rotating shaft or the like (not shown) into the first fitting hole 4, the disk 2 rotates integrally with the rotating shaft or the like.

翼6は、上記ディスク2における軸線O方向一方側を向く一端面に周方向に間隔をあけて複数(本実施形態においては7枚)設けられている。この翼6は、ディスク2の一端面から突出するとともに径方向外側に向かうに従って当該ディスク2の回転方向後方側に湾曲して延びている。また、隣り合う翼6間は主流体Wの流通する主流流路15となっている。   A plurality of blades 6 (seven in this embodiment) are provided on one end face of the disk 2 facing the one side in the axis O direction with a circumferential interval. The blade 6 protrudes from one end surface of the disk 2 and extends curvedly toward the rear side in the rotational direction of the disk 2 toward the outer side in the radial direction. Further, a main flow channel 15 through which the main fluid W flows is between adjacent blades 6.

ここで本実施形態では上記翼6は湾曲形状をなすが、軸線Oを中心に径方向外側に向かって回転方向後方に延在していればよい。従って本実施形態での湾曲形状に限定されない。   Here, in the present embodiment, the blade 6 has a curved shape, but it only needs to extend rearward in the rotational direction about the axis O toward the radially outer side. Therefore, it is not limited to the curved shape in this embodiment.

カバー3は、複数の上記翼6を軸線O方向一方側から覆うように設けられた部材である。このカバー3は軸線Oを中心とした円盤状をなし、具体的には軸線O方向一方側に向かうに従って漸次縮径する傘形状をなしている。また翼6の軸線O方向一方側のエッジと当該カバー軸線O方向他方側を向く面とは一体に固定されている。また、このカバー3の中央には、ディスク2と同様に軸線O方向に貫通する第二嵌合孔5が形成されている。インペラ1においては、この第二嵌合孔5を介して内部に主流体Wが導入されるようになっており、この第二嵌合孔5を介して主流体Wが導入される複数の翼6の径方向内側の空間が導入口7とされている。   The cover 3 is a member provided so as to cover the plurality of blades 6 from one side in the axis O direction. The cover 3 has a disk shape centered on the axis O, and specifically has an umbrella shape that gradually decreases in diameter toward one side in the direction of the axis O. Further, the edge on the one side in the axis O direction of the blade 6 and the surface facing the other side in the cover axis O direction are fixed integrally. Further, a second fitting hole 5 penetrating in the axis O direction is formed in the center of the cover 3 in the same manner as the disk 2. In the impeller 1, the main fluid W is introduced into the inside through the second fitting hole 5, and a plurality of blades into which the main fluid W is introduced through the second fitting hole 5. A space 6 on the inner side in the radial direction is an introduction port 7.

流入孔8は、上記翼6の回転方向後方となる負圧面側に形成される第一開口10と、当該第一開口10から翼6の内部を径方向外側に向かうに従って漸次インペラの回転方向前方側に延びる第一補助流路11とにより構成される。   The inflow hole 8 has a first opening 10 formed on the suction surface side that is the rear side of the blade 6 in the rotation direction, and gradually forwards in the rotation direction of the impeller from the first opening 10 toward the radially outer side of the blade 6. And a first auxiliary flow path 11 extending to the side.

流出孔9は、上記翼6の回転方向後方となる負圧面側において、流入孔8よりも径方向外側に形成される第二開口12と、当該第二開口12から翼6の内部を径方向内側に向かうに従って漸次インペラの回転方向前方側に延びる第二補助流路13とにより構成される。   The outflow hole 9 has a second opening 12 formed radially outside the inflow hole 8 on the suction surface side behind the blade 6 in the rotation direction, and the inside of the blade 6 from the second opening 12 in the radial direction. The second auxiliary flow path 13 gradually extends forward in the rotational direction of the impeller as it goes inward.

昇圧室14は、上記第一補助流路11と上記第二補助流路13とを接続するように、翼6の延在方向に延びる当該翼6内部の空間であって、該昇圧室14の延在方向に直交する方向の断面は、上記第一補助流路11又は上記第二補助流路13の延在方向に直交する断面と比較して大きな断面積を有する。なお、本実施形態の昇圧室14は、略直方体形状をなしているが、例えば円柱形状等の他の形状をなしていてもよい。   The pressurizing chamber 14 is a space inside the blade 6 that extends in the extending direction of the blade 6 so as to connect the first auxiliary channel 11 and the second auxiliary channel 13. The cross section in the direction orthogonal to the extending direction has a larger cross-sectional area than the cross section orthogonal to the extending direction of the first auxiliary channel 11 or the second auxiliary channel 13. In addition, although the pressure | voltage rise chamber 14 of this embodiment has comprised the substantially rectangular parallelepiped shape, you may comprise other shapes, such as a column shape, for example.

本実施形態のインペラ1は、上記軸線O方向から見た場合に、上記ディスク2の半径をrとして当該軸線Oを中心に反時計周りに角速度ωで回転する。そして上記導入口7から流入した主流体Wは、隣り合う翼6の間に形成された主流流路15を、当該インペラ1の径方向内側から外側に向かって速度Vで流動する。   When viewed from the direction of the axis O, the impeller 1 of the present embodiment rotates at an angular velocity ω counterclockwise around the axis O with the radius of the disk 2 as r. The main fluid W flowing from the introduction port 7 flows at a velocity V from the radially inner side to the outer side of the impeller 1 through the main flow channel 15 formed between the adjacent blades 6.

そして、上記主流体Wが上記主流流路15を流動する際、当該主流体Wの一部が上記翼6の負圧面側から上記流入孔8を通じて上記昇圧室14へ取り込まれ、補助流体W2として当該翼6負圧面側に形成された上記流出孔9から当該翼6の外部へ吐き出された後に、再度主流体Wと合流する。   When the main fluid W flows through the main flow channel 15, a part of the main fluid W is taken into the pressurizing chamber 14 from the suction surface side of the blade 6 through the inflow hole 8 as the auxiliary fluid W2. After being discharged to the outside of the blade 6 from the outflow hole 9 formed on the blade 6 suction surface side, the blade 6 merges with the main fluid W again.

次に、上記構成のインペラ1の作用について説明する。
上記翼6の負圧面側から流入孔8を通じ上記昇圧室14へ導入された補助流体W2は、当該補助流体W2自身に作用する遠心力によって増圧され、流出孔9を通じて上記翼6の負圧面側に吐き出される。即ち当該負圧面側において発達した境界層を主流体Wから吸い取り、増圧された補助流体W2として主流体Wへ吐き出すことにより境界層が加速され、境界層の剥離を抑制し当該境界層の安定化を図ることができる。
Next, the operation of the impeller 1 configured as described above will be described.
The auxiliary fluid W2 introduced from the suction surface side of the blade 6 into the pressure increasing chamber 14 through the inflow hole 8 is increased in pressure by the centrifugal force acting on the auxiliary fluid W2 itself, and the suction surface of the blade 6 through the outflow hole 9. Vomited to the side. That is, the boundary layer developed on the suction surface side is sucked from the main fluid W and discharged to the main fluid W as the boosted auxiliary fluid W2, thereby accelerating the boundary layer and suppressing separation of the boundary layer to stabilize the boundary layer. Can be achieved.

ここで、補助流体W2の増圧は以下の通り行なわれる。
上記昇圧室14へ主流体Wと同じ速度Vで取り込まれ、当該速度Vで第一補助流路11を流動する補助流体W2は、第一補助流路11から当該昇圧室14へ流入する際、流路断面の面積拡幅によって、当該補助流体W2自身の速度を減速することになる。この減速によって当該昇圧室14内において当該補助流体W2に及ぶ遠心力が増大し、当該補助流体W2の増圧を行なう。
Here, the pressure increase of the auxiliary fluid W2 is performed as follows.
When the auxiliary fluid W2 that is taken into the pressure increasing chamber 14 at the same speed V as the main fluid W and flows through the first auxiliary flow path 11 at the speed V flows into the pressure increasing chamber 14 from the first auxiliary flow path 11, The speed of the auxiliary fluid W2 itself is reduced by widening the area of the flow path cross section. Due to this deceleration, the centrifugal force exerted on the auxiliary fluid W2 in the pressure increasing chamber 14 increases, and the pressure of the auxiliary fluid W2 is increased.

またここで、インペラ1の回転角速度ωと、ディスク2の半径rと、補助流体W2の流動速度Vのインペラ1の回転方向成分vと、当該昇圧室14内において単位当たりの流体に及ぶ遠心力Fとの間には、主流体Wの密度、即ち補助流体W2の密度をρとした場合、昇圧室14内の補助流体W2に対して、F=ρ(rω−v)/rの数式が成立する。従ってインペラ1が一定の角速度ωで回転している場合、vが小さくなる程、即ち補助流体W2の昇圧室内における速度Vが小さくなる程、当該補助流体W2に作用する遠心力Fが大きくなり、当該補助流体W2への増圧効果が向上することを示している。 Here, the rotational angular velocity ω of the impeller 1, the radius r of the disk 2, the rotational direction component v of the impeller 1 of the flow velocity V of the auxiliary fluid W 2, and the centrifugal force exerted on the fluid per unit in the pressurizing chamber 14. When F is the density of the main fluid W, that is, the density of the auxiliary fluid W2 is ρ, F = ρ (rω−v) 2 / r for the auxiliary fluid W2 in the pressurizing chamber 14 Is established. Therefore, when the impeller 1 rotates at a constant angular velocity ω, the smaller v is, that is, the smaller the velocity V of the auxiliary fluid W2 in the pressure increasing chamber is, the larger the centrifugal force F acting on the auxiliary fluid W2 is. It shows that the pressure increasing effect on the auxiliary fluid W2 is improved.

このような昇圧室14を有する翼6を有するインペラ1によって、境界層の剥離による主流体Wの流動損失低減を図ることができ、遠心ポンプ運転時のエネルギー変換効率が向上する。   The impeller 1 having the blades 6 having the boosting chamber 14 can reduce the flow loss of the main fluid W due to the separation of the boundary layer, thereby improving the energy conversion efficiency during the centrifugal pump operation.

次に図4を参照して、第二実施形態のインペラ1について説明する。
なお第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 4, the impeller 1 of 2nd embodiment is demonstrated.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to 1st embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態では、翼6の負圧面側に第一開口10を有する流入孔8と、当該翼6の外周端部に第二開口12を有する流出孔9と当該翼6内部の昇圧室14とを備える。   In the present embodiment, the inflow hole 8 having the first opening 10 on the suction surface side of the blade 6, the outflow hole 9 having the second opening 12 at the outer peripheral end of the blade 6, and the pressurizing chamber 14 in the blade 6. Is provided.

上記翼6の負圧面側に発達した境界層が上記流入孔8から吸い取られ、補助流体W2として上記昇圧室14にて増圧された後に、上記流出孔9を通じ当該翼6の外周端部へ吐き出され再度主流体Wと合流する。   The boundary layer developed on the suction surface side of the blade 6 is sucked from the inflow hole 8 and increased in pressure in the pressure increasing chamber 14 as the auxiliary fluid W2, and then to the outer peripheral end of the blade 6 through the outflow hole 9. It is discharged and merges with the main fluid W again.

従って、負圧面側の境界層の吸い取りによる当該境界層の安定化が行なわれると同時に、主流体Wの失速領域となっている当該翼6の外周端部におけるエネルギー損失を抑制できる。即ち本実施形態のインペラ1を備えることにより、遠心ポンプの性能向上が図れる。   Therefore, the boundary layer is stabilized by sucking the boundary layer on the suction surface side, and at the same time, energy loss at the outer peripheral end portion of the blade 6 which is the stall region of the main fluid W can be suppressed. That is, by providing the impeller 1 of this embodiment, the performance of the centrifugal pump can be improved.

次に図5を参照して、第三実施形態のインペラ1について説明する。
なお第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 5, the impeller 1 of 3rd embodiment is demonstrated.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to 1st embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態では、翼6の回転方向前方となる正圧面側に第一開口10を有する流入孔8と、当該翼6の負圧面側に第二開口12を有する流出孔9と当該翼6内部の昇圧室14とを備える。   In the present embodiment, the inflow hole 8 having the first opening 10 on the pressure surface side that is forward of the blade 6 in the rotation direction, the outflow hole 9 having the second opening 12 on the suction surface side of the blade 6, and the inside of the blade 6. Pressure boosting chamber 14.

翼6の正圧面側に上記流入孔8を設けることによって、主流体Wの圧力が翼6に対して押し付け方向に作用するため、より多くの補助流体W2が円滑に上記昇圧室14へ取り込まれる。そして当該昇圧室14において増圧された当該補助流体W2は、上記流出孔9を通じ翼6の負圧面側に吐き出される。   By providing the inflow hole 8 on the pressure surface side of the blade 6, the pressure of the main fluid W acts in the pressing direction against the blade 6, so that more auxiliary fluid W <b> 2 is smoothly taken into the pressure increasing chamber 14. . Then, the auxiliary fluid W2 increased in pressure in the pressurizing chamber 14 is discharged to the negative pressure surface side of the blade 6 through the outflow hole 9.

即ち、上記翼6の負圧面側に発達した境界層に対してより高い加速効果が得られ、当該境界層の剥離による主流体Wの流動損失低減を図ることができる。従って本実施形態のインペラ1によって遠心ポンプ運転時のエネルギー損失による性能低下を抑制できる。   That is, a higher acceleration effect can be obtained with respect to the boundary layer developed on the suction surface side of the blade 6, and the flow loss of the main fluid W can be reduced due to separation of the boundary layer. Therefore, the impeller 1 of this embodiment can suppress the performance degradation due to the energy loss during the centrifugal pump operation.

次に図6を参照して、第四実施形態のインペラ1について説明する。
なお第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 6, the impeller 1 of 4th embodiment is demonstrated.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to 1st embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態では、翼6の回転方向前方となる正圧面側に第一開口10を有する流入孔8と、当該翼6の外周端部に第二開口12を有する流出孔9と、当該翼6内部の昇圧室14とを備える。   In the present embodiment, the inflow hole 8 having the first opening 10 on the pressure surface side that is the front of the blade 6 in the rotation direction, the outflow hole 9 having the second opening 12 at the outer peripheral end of the blade 6, and the blade 6. And an internal pressure chamber 14.

翼6の正圧面側の上記流入孔8の第一開口10より、より多くの補助流体W2が上記昇圧室14へ取り込まれ、当該昇圧室14内において増圧された後、上記流出孔9の第二開口12より当該翼6の外周端部の主流体Wの失速領域へ吐き出される。   From the first opening 10 of the inflow hole 8 on the pressure surface side of the blade 6, more auxiliary fluid W <b> 2 is taken into the pressurization chamber 14 and is pressurized in the pressurization chamber 14. The second opening 12 discharges to the stall region of the main fluid W at the outer peripheral end of the blade 6.

このようなインペラ1を備えることにより、当該失速領域におけるエネルギー損失の抑制効果が得られ、遠心ポンプ運転時のエネルギー変換効率を向上できる。   By providing such an impeller 1, an effect of suppressing energy loss in the stall region can be obtained, and energy conversion efficiency during operation of the centrifugal pump can be improved.

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。   Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, some design changes can be made without departing from the technical idea of the present invention.

例えば、境界層及び主流体Wの失速領域のコントロールを行なうことが可能であれば、昇圧室14を備えず流入孔8と流出孔9を直接接続することや、孔の代わりにスリットを設ける等、加工が容易な形態を用いてもよい。   For example, if it is possible to control the boundary layer and the stall region of the main fluid W, the inflow hole 8 and the outflow hole 9 are directly connected without the pressurizing chamber 14, or a slit is provided instead of the hole. A form that is easy to process may be used.

また、実施形態においてはターボ機械として遠心ポンプの例を説明したが、これに限定されることはなく、圧縮機等の他のターボ機械に本発明を適用してもよい。この場合、作動流体は液体ではなく空気やガス等の気体となる。   In the embodiment, an example of a centrifugal pump has been described as a turbo machine. However, the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to other turbo machines such as a compressor. In this case, the working fluid is not a liquid but a gas such as air or gas.

1…インペラ、2…ディスク、3…カバー、4…第一嵌合孔、5…第二嵌合孔、6…翼、
7…導入口、8…流入孔、9…流出孔、10…第一開口、11…第一補助流路、
12…第二開口、13…第二補助流路、14…昇圧室、15…主流流路、O…軸線、
W…主流体、W2…補助流体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Impeller, 2 ... Disc, 3 ... Cover, 4 ... First fitting hole, 5 ... Second fitting hole, 6 ... Wing,
7 ... Inlet port, 8 ... Inflow hole, 9 ... Outflow hole, 10 ... First opening, 11 ... First auxiliary channel,
12 ... 2nd opening, 13 ... 2nd auxiliary flow path, 14 ... Pressure | voltage rise chamber, 15 ... Mainstream flow path, O ... Axis line,
W ... Main fluid, W2 ... Auxiliary fluid

Claims (8)

回転軸中心から径方向外側に向かうに従って回転方向後方側に延びる複数の翼が周方向に間隔をあけて配置され、径方向外側に向かって周方向に隣り合う翼の間を、流体が流れる流路が形成されたインペラにおいて、
前記翼に開口する流入孔と、
前記翼における前記流入孔よりも径方向外側の部分に開口する流出孔と、
前記翼内部に形成され、前記流入孔と前記流出孔とに接続されるとともに、これら流入孔及び流出孔の少なくとも一方よりも、内部を流通する流体の流通方向に直交する断面積の大きい昇圧室とを備えることを特徴とするインペラ。
A plurality of blades extending rearward in the rotational direction from the center of the rotation axis toward the radially outer side are arranged at intervals in the circumferential direction, and a fluid flows between the blades adjacent in the circumferential direction toward the radially outer side. In the impeller where the road was formed,
An inflow hole opening in the wing;
An outflow hole that opens in a radially outer portion of the wing than the inflow hole;
A pressure increasing chamber formed inside the blade and connected to the inflow hole and the outflow hole and having a larger cross-sectional area perpendicular to the flow direction of the fluid flowing through the inside than at least one of the inflow hole and the outflow hole An impeller characterized by comprising:
前記流入孔が前記翼の負圧面側に開口していることを特徴とする請求項1に記載のインペラ。   The impeller according to claim 1, wherein the inflow hole is open to a suction surface side of the blade. 前記流出孔が前記翼の負圧面側に開口していることを特徴とする請求項2に記載のインペラ。   The impeller according to claim 2, wherein the outflow hole is open to a suction surface side of the blade. 前記流出孔が前記翼の外周端部に開口していることを特徴とする請求項2に記載のインペラ。   The impeller according to claim 2, wherein the outflow hole is opened at an outer peripheral end of the blade. 前記流入孔が前記翼の正圧面側に開口していることを特徴とする請求項1に記載のインペラ。   The impeller according to claim 1, wherein the inflow hole opens on the pressure surface side of the blade. 前記流出孔が前記翼の負圧面側に開口していることを特徴とする請求項5に記載のインペラ。   The impeller according to claim 5, wherein the outflow hole is opened to a suction surface side of the blade. 前記流出孔が前記翼の外周端部に開口していることを特徴とする請求項5に記載のインペラ。   The impeller according to claim 5, wherein the outflow hole opens at an outer peripheral end of the blade. 請求項1から7のいずれか一項に記載のインペラを備えることを特徴とするターボ機械。   A turbomachine comprising the impeller according to any one of claims 1 to 7.
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