JP3841391B2 - Turbo machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はターボ機械に係わり、特に、形式及び流体に関わらず羽根入口の再循環流による旋回及び羽根旋回失速を抑制することにより流動不安定性を防止することの可能なターボ機械に関する。
【0002】
より詳細には、本発明は、非容積型の羽根車を有するポンプ、圧縮機或いは送風機等のターボ機械に関し、特に、羽根入口の再循環流の正流における予旋回や羽根旋回失速を抑制して流動不安定性を防止することが可能で、火力或いは原子力発電などで循環水ポンプ、排水ポンプ等として使用される斜流ポンプなどに好適なターボ機械に関するものである。
【0003】
【従来の技術】
ターボ機械と総称される回転機械は、取り扱う流体及び形式によって以下のように分類可能である。
【0004】
1.取り扱う流体
液体、気体
2.形式
軸流、斜流、遠心
例えば、運転が容易であるために、現在、主に使用されている斜流ポンプは、上流から下流に向かってサクションケーシング、ポンプ及びデフューザ等から構成されている。
【0005】
ポンプのケーシング内で回転する羽根車(インペラ)は回転軸によって回転駆動され、サクションケーシングから吸い込まれた液体にエネルギを与える。デフューザは流体の速度エネルギの一部を静圧に変換する機能を有する。
【0006】
上記斜流ポンプを含むターボ機械の典型的な揚程−流量の特性曲線(横軸は流量を表わすパラメータ、縦軸は揚程を表わすパラメータ)は次のようになる。即ち、低流量域では流量が増加するにつれて揚程は低下するが、流量がある特定の領域にある間は、流量が増加するにつれて揚程も増加する右上がり特性特性を持つものが普通であった。なお、流量が右上がり特性領域以上の領域では、流量が増加するにつれて揚程は再び低下する。
【0007】
前記右上がり特性領域の流量でターボ機械を運転した場合には、流体のかたまりが管路内で自励振動するサージングが発生する。この右上がり特性は、ターボ機械を流れる流体の流量が低となったときにインペラ入口外縁で再循環流が発生するが、このとき羽根車に入る流体の流路が狭められると共に、前記再循環流の影響で羽根車に入る流体に旋回が生じるために発生すると考えられている。
【0008】
サージングはターボ機械だけでなく、上流及び下流に接続される配管にも損傷を与えるため低流領域での運用は通常禁止されている。また、ターボ機械のサージングや前記右上がり特性を改善し、運転領域を拡大するため、羽根の形状(プロフィル)を改善したり、次に示すような方法が提案されている。
【0009】
1.ケーシングトリートメント
インペラが存在するケーシング領域に、羽根の弦長の10〜20%の細い溝を形成することにより失速マージンを改善するものである。即ち、既に提案されているケーシングトリートメントは、ケーシング内壁の羽根の存在領域に、軸方向、周方向、もしくは斜め方向に、径向き、もしくは斜めに相当な深さを有する溝を形成するものである。
【0010】
2.セパレータ
低流領域で羽根入口外縁に発生する再循環流の逆流部分を順流部分と分離するためにセパレータを配置し、再循環流の拡大を防止するものである。
【0011】
軸流ターボ機械に適用されているセパレータの例としては、吸込リング方式、ブレードセパレータ方式、及びエアセパレータ方式がある。
【0012】
吸込リング方式は、逆流を吸込リング外側に閉じ込めるものであり、ブレードセパレータ方式は、ケーシングとリングの間にフィンを設けるものである。また、エアセパレータ方式は、動翼(羽根)先端部を開放して逆流をケーシング外の流路に導き、フィンによって逆流の旋回を防止するものであり、前二者に比較して効果は大であるものの、装置が大規模となる。
【0013】
3.アクティブコントロール
羽根入口近傍の再循環流の発生場所に外部から高圧の流体を噴出して再循環流による旋回の発生を抑制するものである。
【0014】
更に、従来のターボ機械の一例として斜流ポンプの場合について述べる。斜流ポンプの揚程−流量特性曲線(以下、揚程曲線という)は、全流量域でポンプが運転される場合、安定な運転が可能である右下がり特性の揚程曲線が要求されている。しかし、通常のポンプでは、ポンプの性能を表わす効率、揚程曲線の安定性、キャビテーション性能、締め切り軸動力などは、互いに相反する関係となっているのが一般的であった。すなわち、ある一つの特性の向上を図れば、他の特性が低下し、同時に二つ以上の特性向上を図ることは難しいという問題があった。例えば、効率を重視したポンプにおいては揚程曲線の一部に右上がり特性が顕著に現われ、不安定となる傾向があった。
【0015】
安定な運転が可能である右上がりの揚程曲線を得るための従来技術としては、上述のように、ケーシングトリートメントやセパレータを設けることは既に知られている。なお、この種の公知例としては、米国特許第4,212,585号明細書に記載されたものなどがある。
【0016】
また、この他に、ケーシング内面に、羽根入口側とケーシング内面の羽根存在域内を結ぶ複数本の溝を具備して、入口の旋回を抑制し右上がり特性のない揚程曲線を得るようにしたターボ機械も提案されている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のケーシングトリートメント及びセパレータによれば、揚程曲線の上記右上がり特性をより低流量側に移動して安定運転領域を拡大することは可能であるものの、右上がり特性自体をなくすることは困難であった。また、ケーシングトリートメントにおいて失速マージンを10%向上させるごとにターボ機械の効率は1%低下する。
【0018】
また、アクティブコントロールにあっては、ターボ機械自体もしくは外部から高圧流体を得る必要があるため、ターボ機械システムとしての効率が低下する。
さらに、羽根入口側とケーシング内面の羽根存在域内を結ぶ溝を形成するようにしたものでは、溝の加工が容易で、効率低下も少なく、かつ右上がり特性のない揚程曲線を得ることができる。しかし、ケーシングの内面に形成した複数の溝を羽根が回転しながら通過する時に、羽根からの流れと溝が干渉することにより圧力脈動が発生し、振動・騒音を増大させる可能性があることについては考慮されていない。
【0019】
本発明の目的は、右上がり特性が改善された揚程−流量特性を有し、かつ効率低下も抑制でき、しかも振動及び騒音の増大も抑制できるターボ機械を得ることにある。
【0020】
本発明の他の目的は、クローズド羽根車を有するターボ機械に対しても改善された揚程−流量特性を有し、効率低下と振動・騒音を抑制できるターボ機械を得ることにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の第1の特徴は、ケーシングと、このケーシング内に設けられ複数の羽根を有する羽根車と、前記ケーシングの内面に設けられ、前記羽根車の入口側とケーシング内面の羽根車存在域内とを連通する複数本の第1の溝と、前記ケーシングの内面に設けられ、前記複数本の第1の溝を周方向に接続する第2の溝とを備えているターボ機械にある。
【0022】
前記第1の溝の幅は5mm以上で、周方向に設けられた前記複数の第1溝幅の合計が該溝が存在するケーシング内面周長に対し約30〜50%とし、かつ該第1溝の深さを2mm以上で、該溝が存在するケーシング内面直径の約0.5〜1.6%になるようにするとなお良い。
【0023】
前記第2の溝はケーシング内面の羽根車存在域内に設けるのがより良い。また、好ましくは第2溝の深さは第1溝の深さより浅くするのが良い。
【0024】
また、第2溝は、第1溝のターボ機械下流側終端位置から、ケーシング内面の羽根存在域内または羽根入口側にかけて形成するのがより良い。
【0025】
本発明の第2の特徴は、ケーシング内面に設けられ、羽根車の入口側とケーシング内面の羽根車存在域内とを連通する流体圧力勾配方向の複数本の溝とを備え、前記流体圧力勾配方向の溝は、羽根入口部付近からターボ機械の下流側方向に向かって、軸線方向から羽根車回転方向に曲げて形成したものである。
【0026】
本発明の第3の特徴は、ケーシング内面の前記羽根車入口側に、周方向に複数本設けられた流体圧力勾配方向の第1溝と、前記ケーシング内面の前記羽根存在域内に設けられた周方向の第2の溝と、前記第1の溝と第2の溝を接続する流路とを備えていることにある。
【0027】
前記流路は、ケーシング内面を迂回して設けられた溝、孔、配管またはチューブ等で構成する。
【0028】
本発明の第4の特徴は、ケーシング内面の前記羽根車入口側に、周方向に複数本設けられた流体圧力勾配方向の第1の溝と、前記ケーシング内面の前記羽根存在域内に設けられた周方向の第2の溝と、前記ケーシング内面の前記羽根前縁付近に設けられた周方向の第3の溝と、前記第2の溝と第3の溝を接続する流路とを備え、前記流路は、ケーシング内面を迂回して前記第1溝の延長線上に形成され、前記第3の溝を介して第1の溝と連通されていることにある。
【0030】
本発明の第6の特徴は、シュラウドを有するクローズド形羽根車とこの羽根車を収容するケーシングを備えたターボ機械において、前記羽根車の羽根入口付近をシュラウドのないオープン形に構成し、その羽根入口付近のシュラウドのない部分に対峙するケーシング内壁には圧力勾配方向の第1の溝をその周上に複数本配設し、該第1溝の入口側始端は羽根車の羽根先端入口側より上流側に、該第1溝の出口側終端は羽根車先端入口部より下流側に配置させ、さらに前記複数本の第1溝を周方向に接続する第2の溝を羽根入口付近のシュラウドのない部分に対峙するケーシング内壁に設けたことにある。
【0031】
本発明の第7の特徴は、ケーシングの内面に、羽根入口側の低流量時再循環流発生場所とケーシング内面の羽根先端存在域内とを流体圧力の勾配方向に結ぶ第1の溝を周方向に複数本形成し、該第1溝のターボ機械下流側終端位置は、第1溝のターボ機械上流側終端位置の入口主流中に予旋回が発生するのを抑制するために必要な圧力の流体を取り出す位置とし、かつ前記第1溝を周方向に接続する第2の溝を前記羽根入口付近のケーシング内面に設け、前記第1及び第2の溝を設置するケーシングの部分はケーシングの他の部分とは別体に構成されていることにある。
【0032】
本発明によれば、前記溝の羽根存在域内にて、第1溝の深さよりも浅いまたは同じ深さ、或いは大きな深さで、第1溝の一部を周方向に連続させる第2の溝を設けることにより、羽根が圧力勾配方向の溝を通過する際、溝と羽根車からの流れが干渉することにより生じる圧力脈動を緩和させ、圧力脈動により発生する振動・騒音の増大を抑制することができる。
【0033】
また、前記溝(第1溝)を、羽根入口部付近からターボ機械下流側にかけて、羽根車の回転方向に傾斜(羽根の曲がりと逆方向に湾曲)させることでも、羽根車からの流れと溝との干渉を緩和させることができる。
【0034】
さらに、圧力勾配方向の第1溝は羽根入口部までとし、周方向の第2溝と重ならないように構成し、入口主流(正流)中に予旋回が発生するのを抑制させるために必要な圧力の流体を取り出せるように、周方向の溝と圧力勾配方向に形成した溝とを連通するようにしても同様の効果が得られる。上記2つの溝は主流の流れるケーシング内面を避けて、ケーシングの外周側に設けた流路で接続するのが良い。このように、ケーシング内面の羽根存在域内に圧力勾配方向の溝を設けないようにでき、羽根車からの流体と溝との干渉を緩和できる。第1溝と第2溝を接続する流路は、主流に対して逆行する流体が羽根入口側へ流れこむように、第1溝の延長線上に形成するのが良い。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図面を参照して説明する。
【0036】
図1に本発明の第1の実施例を示す。図は、ターボ機械の代表的な例である斜流ポンプの羽根車部分の拡大断面図で、1はオープン羽根22を備えたオープン型の羽根車である。羽根入口部に羽根からの逆流による再循環流が発生するのを抑制するために、羽根22の外周側入口部付近のケーシング2内面に、流体圧力勾配方向の浅い溝(第1溝)24が周方向に多数形成されている。この溝のターボ機械下流側終端位置aは羽根存在域内とされ、羽根車で昇圧された流体の一部をこの溝24を介してターボ機械上流側の低流量時に再循環流が発生する位置bに導くようにしている。これにより、下流側の昇圧された流体が再循環流の発生しやすい場所に噴出するから、再循環流の発生を抑制でき、ターボ機械入口主流が再循環流の影響で旋回流となるのを抑制できるから、羽根旋回失速の発生も防止した高性能のターボ機械を実現できる。
【0037】
また、本実施例では、周方向に設けられた複数の第1溝24の、羽根存在域内に相当する部分を周方向に連続させる第2の溝25をケーシング内面に設けている。この第2の溝25を設けない場合、羽根車の回転により羽根22が溝24を通過すると、軸方向(圧力勾配方向)に形成された第1溝24と羽根車1からの流れが干渉し、圧力脈動が発生することがわかった。この発生した圧力脈動はターボ機械を加振させ、振動・騒音を増大させる。本実施例では、羽根存在域に周方向の第2の溝25を設けるようにしたので、周方向に複数本形成された第1溝24間の圧力差を第2溝25内で緩和させ、第1溝24と羽根22によって生じていた圧力脈動を小さくすることができ、圧力脈動による振動・騒音の増大を抑制することが可能となる。
【0038】
図2は、ターボ機械の揚程−流量特性曲線及び効率−流量特性曲線を示す図で、横軸は無次元化した流量、縦軸は無次元化した揚程である。図において、白丸はケーシング内面に第1溝24を形成しないターボ機械の揚程−流量特性曲線及び効率−流量特性曲線である。黒丸は第1溝を形成したターボ機械における揚程−流量特性曲線及び効率−流量特性曲線を示す。白三角は第1の溝24とこの溝24のターボ機械下流側の終端位置aの近くに周方向の第2溝25を形成したターボ機械における揚程−流量特性曲線及び効率−流量特性曲線を示す。
【0039】
この図2から明らかなように、白丸の場合、無次元化流量が0.5〜0.6の範囲において、流量の増加に伴い揚程も増加する右上がり特性が存在する。黒丸の場合には右上がり特性が解消されている。本実施例である白三角においても、黒丸と同様の効果が確認されている。
【0040】
図3はターボ機械の流量と振動加速度との関係を示す図で、白丸、黒丸、白三角はそれぞれ図2と同じターボ機械のデータである。図において、横軸は無次元化した流量、縦軸は無次元化した振動加速度である。この図3から明らかなように、白丸の場合と比べ、第1溝を有する黒丸の場合には、無次元化流量が0.5〜0.6付近で振動加速度がピークとなっており、また全範囲に渡って白丸の場合に比較し、振動が増大しているのがわかる。これに対し、第1、第2溝を有する白三角の場合は、黒丸に比べ振動加速度が大幅に改善されており、また無次元化流量が0.5〜0.6付近での振動加速度のピークもなく、振動が大幅に改善されていることがわかる。
【0041】
図4はターボ機械の流量と騒音レベルとの関係を示す図で、白丸、黒丸、白三角はそれぞれ図2と同じターボ機械のデータである。図において、横軸は無次元化した流量、縦軸は無次元化した騒音レベルである。この図4から明らかなように、白丸の場合と比べ、黒丸の場合には、騒音レベルが増大している。この第1溝のみ有する黒丸の場合に対し、第1、第2溝を有する白三角(本実施例)の場合には、主要運転範囲である効率の高い流量範囲において、ケーシングに溝を形成しない場合(白丸)と同程度付近まで騒音レベルが大幅に低減されているのがわかる。
【0042】
なお、図1に示す実施例では、周方向の第2の溝25は、圧力勾配方向の第1溝24の深さdよりも浅い深さで、周方向に多数形成された第1溝の全てまたはいくつかを周方向に連通させている。
【0043】
なお、この周方向の第2溝25の深さは、圧力勾配方向の第1溝24の深さdと同等にしても良く、さらに第1溝深さdより大きくしても良い。
【0044】
また、周方向の第2溝25の形成位置は、図1の例では、羽根22の前縁Cの付近からターボ機械の下流側に向かって溝の終端位置aよりもやや上流側の位置までとしているが、この第2溝25の形成位置は、羽根22の前縁Cの付近からターボ機械の下流側に向かって溝の終端位置aまで形成(点線25a参照)しても良い。さらに、図5に示すように、第2の溝25は、溝の終端位置aからそのやや上流側までの羽根存在域内に設けるようにしても良く、また点線25bで示すように、溝の終端位置aから羽根22の前縁Cよりもターボ機械の上流側まで形成しても良い。
【0045】
図6は図1に示すケーシング内面を展開して示す図で、この図に示すように、周方向の第2の溝25は、周方向に形成された多数の圧力勾配方向の第1溝24の全てを、周方向に連通させている。周方向の第2溝25は、図7に示すように、周方向に形成された多数の圧力勾配方向の第1溝24のうちのいくつかづつを連通するように、断続的に周方向に数本形成しても良い。さらに、図8に示すように、周方向の第2溝25は、圧力勾配方向の第1溝24が周方向に互いに連通されるように、羽根入口部分付近を巻始めとし、第1溝24の終端位置aまで螺旋状に形成してもよい。
【0046】
次に、本発明の第2の実施例を図9により説明する。
【0047】
本実施例においても、羽根入口側とケーシング内面の羽根存在域内とを連通する圧力勾配方向(軸方向)の複数本の溝24を設ける点では上記第1の実施例と同じである。この実施例では更に、前記溝24の前記羽根存在域内に相当する部分(羽根下流側)が、図に示すように、羽根車回転方向に傾斜(湾曲)させられている。このように構成することにより、羽根22と溝24との干渉を緩やかにし、圧力脈動の発生を低減し、振動・騒音の増大を抑制することができる。また、溝24の羽根上流側は、軸方向とし、羽根により圧力が上昇した流体がこの溝24を通って羽根車入口側に向かって逆流し、低流量時に発生する再循環流の発生場所へ噴出することにより、再循環流のために生じる旋回流や羽根旋回失速を抑制することができ、これによりターボ機械の揚程−流量特性曲線における右上がり特性を解消あるいは軽減させることができる。
【0048】
図10は本発明の第3の実施例を示す図である。図の(a)はケーシング内面の展開図であり、(b)は(a)のA−A断面図(子午面断面図)である。
【0049】
ケーシング2内面には、羽根車の入口側と羽根車の存在域内とを結ぶ軸方向(流体圧力の勾配方向)の第1の溝24が、周方向に複数本形成され、また羽根車存在域内のケーシング内面には、一部を周方向に連続する第2の溝25が形成されている。さらに、前記第1溝24と第2溝25とを連通するように流路27がケーシング内面を迂回して形成されている。流路27は溝24の延長線上に存在し、第2溝25及び流路27を介して羽根22で昇圧された流体の一部が第1溝24に流れて、羽根入口側の再循環流発生場所に噴出される。これにより、上記実施例と同様に、ターボ機械の揚程−流量特性曲線における右上がり特性を解消あるいは軽減させることができる。
【0050】
また、羽根車存在域のケーシング内面には軸方向の溝が形成されていないので、第1溝を羽根が通過する際の流れの干渉がなくなり、さらに第2溝25により複数の第1溝24間の圧力差も小さくするので、圧力脈動による振動・騒音の増大を抑制できる。
【0051】
上記第3実施例の構造を実現する具体例を図11に示す。図の(a)はケーシング内面の展開図、(b)は(a)のA−A断面図(子午面断面図)、(c)は(a)のB−B断面図(子午面断面)を示す。
【0052】
ケーシングは28、29、30で示すように軸方向に3分割されている。(ここで、ケーシング28と29が一体、若しくはケーシング29と30が一体構造となっていても差し支えはない。)ケーシング28内面には、羽根入口側から羽根前縁部cまでを結ぶ軸方向(流体圧力の勾配方向)溝24が、周方向に複数本形成されている。また、ケーシング29の内周側には環状部材(ケーシング)31が嵌合され、この環状部材31のターボ機械下流側端面とケーシング30端面とで円周方向の第2溝25が形成されている。また、前記環状部材31の背面側には、第1溝24と第2溝25とを連通するように流路27が形成されている。(c)に示すように、ケーシング29内面と環状部材31の溝を形成していない部分の外周面とを接合することにより、環状部材31をケーシング29内面に固定することができる。
【0053】
次に、前記図10に示す実施例の変形例を図12に示す。図10と異なる点は、ケーシング内面を迂回して設けられた流路32が配管若しくはチューブにより構成されていることである。これにより、第2溝25及び流路32を介して、羽根により昇圧された流体を第1溝24へ、主流に対して逆流し、羽根入口側の再循環流発生場所に噴出される。
【0054】
図10に示す実施例の他の変形例を図13に示す。図の(a)はケーシング内面の展開図、(b)は(a)のA−A断面図である。
【0055】
図10と異なる点は、羽根22の前縁部cにおけるケーシング内面に、周方向に多数形成された軸方向の第1溝24を周方向に連通する周方向の第3の溝33を、第2溝25とは別に、設けたものである。第2溝25と第3溝33とは、流路27を介して連通され、羽根22により昇圧された流体は、第2溝25、流路27及び第3溝33を介して第1溝24に流入する構成となっている。
【0056】
第1溝24を羽根22が通過する際に干渉により生じていた圧力脈動は、第2溝25と第3溝33により周方向に複数本設けられた第1溝24間の圧力差を緩和させ、圧力脈動によるターボ機械の振動・騒音の増大を抑制できる。
【0057】
本発明の第4の実施例を図14により説明する。
【0058】
この実施例は、ケーシング2内面に、羽根車1の入口側とケーシング内面の羽根車存在域内とを連通する流体圧力勾配方向の複数本の深い溝24を形成し、この各溝24内には、該溝深さより小さい厚さの可動部材34を半径方向(垂直方向)に移動可能に設けている。可動部材34は、ケーシング2内面の曲面と同じ曲面に構成されている。
【0059】
この実施例の構造とすることにより、ターボ機械の揚程−流量特性曲線の右上がり特性が発生する運転領域では、図14の(a)に示すように、外径方向に可動部材34を移動させ、ケーシング内面に軸方向の浅い溝24を形成する。この浅い溝24により、羽根22により昇圧された流体の一部が溝24内を通り、主流に対し逆行して流れ、羽根入口の再循環流の発生領域へ噴出して、羽根車入口側の旋回流の発生及び羽根旋回失速を抑制し、ターボ機械の揚程−流量特性曲線の右上がり特性を解消または軽減することができる。
【0060】
また、揚程−流量特性曲線の右上がり特性が発生しない運転領域においては、図14の(b)に示すように、内径方向に可動部材34を移動させ、可動部材内面がケーシング内面と一致するようにして、前記浅い溝24がない状態とする。このようにすることにより、前記右上がり特性が発生しない運転領域では、ケーシング内面に溝がない状態にできるから、羽根と軸方向の溝による流体の干渉がなくなり、圧力変動を解消できる。
【0061】
このように、本実施例によれば、軸方向溝の影響で発生していた振動・騒音を全流量範囲で解消できる効果がある。
【0062】
図15は図1に示す本発明の第1実施例を、羽根車にシュラウドを有するクローズド形羽根車を使用するターボ機械(例えばクローズド形斜流ポンプ)に適用した例を示す。図16は図15のXIII−XIII線断面図である。
【0063】
クローズド形羽根車1にはシュラウド1aが設けられている。このシュラウド1aは羽根の入口付近1cには設けられておらず、羽根車はシュラウドのない部分を有するセミオープン形羽根車となっている。シュラウドの最内径側部分にはマウスリング部1bが設けられ、これに対向する静止側のケーシング2内面にはケーシングリング5が設けられている。これらマウスリング部1bとケーシングリング5との間で回転軸封部が構成されている。羽根入口付近1cのシュラウドのない部分の羽根に対峙するケーシング内面2aの内周上には、図15,16に示すように、軸方向の第1の溝24が等間隔に、周方向に複数本配列されている。溝のターボ機械下流側終端位置aは、羽根前縁から若干下流に入った位置(羽根入口付近1cのマウスリング部1bに近接した位置)まで存在し、溝24のターボ機械上流側終端位置bは羽根車の羽根前縁よりも上流側に位置している。羽根車のシュラウド端面1dに対向するケーシング2の部分2gは、溝24の下流側終端位置aと軸方向にほぼ同一位置に構成され、また軸直角方向の面に構成されている。この面(部分)2gとシュラウド端面1dとは軸方向にδ1の隙間を隔てて対向している。25は軸方向の第1溝24の羽根存在域付近に形成された周方向の第2の溝で、この溝25は周方向に複数本形成されている第1溝を連通し、第1溝よりは浅い溝に構成されている。
【0064】
ターボ機械(ポンプ)が低流量域で運転されると、図15に示すように、再循環流(逆流)6が発生する。本実施例では上記構成としたことにより、羽根車で昇圧された流れの一部が第1溝24内を下流側終端位置aから上流終端位置bに向かって逆流する。溝24はポンプ軸方向に形成されているので、溝を流れる流体は、羽根車回転方向の成分を有することなく、低流量時再循環流発生場所に噴出し、これにより再循環流を弱め或いは消滅させるから、結果として再循環流の発生が抑制される。したがって、再循環流により羽根車入口側に生じる予旋回流や羽根旋回失速の発生も防止または抑制することができ、理論揚程の低下が小さくなり、ターボ機械の流量−揚程特性曲線の右上がり特性を改善できる。
【0065】
また、軸方向溝24を羽根22が通過する際に生じる干渉による圧力脈動は、第2溝25の存在により緩和され、また溝24間の圧力差も緩和できるから、圧力脈動によりターボ機械が加振され、振動・騒音が増大するのを抑制できる。
【0066】
なお、上述した実施例は主に斜流ポンプの例について述べたが、本発明はオープン羽根車あるいはクローズド形羽根車を有する遠心ポンプ、斜流送風機、斜流圧縮機等のターボ機械にも同様に適用することができる。
【0067】
また、ケーシング内面に設けられた軸方向(流体圧力の勾配方向)の溝24の断面形状は、図17に示すように、矩形断面の他に、山形断面、丸形断面、台形断面などの形状に構成しても良い。周方向の溝25,33も同様な溝断面形状とすることができる。
【0068】
ポンプの運転流量は、そのポンプ機場の吸込み側水位と吐き出し側水位との差として決まる実揚程と、そのポンプ機場の配管抵抗を合計して決まる抵抗曲線とポンプの揚程曲線との交点として決まる。効率を重視したポンプにおいては、最高効率流量を100%流量としたときに、50〜70%流量付近の流量−揚程特性曲線の一部に右上がり特性が顕著に現われたり、50〜70%流量付近で右上がりにならなくても、揚程曲線に平らな部分が生じる傾向があった。特に、揚程曲線に右上がりの領域があると、揚程曲線と抵抗曲線との交点が複数になる場合があり、ポンプの吐出し量が変動して不安定となる。この傾向は、実揚程が高く、配管抵抗が小さい場合に顕著である。
【0069】
従来は、最高効率と揚程の安定性とをバランスさせて右上がりのない揚程曲線になるようにしていたので、最高効率が下がる傾向にあった。また、ポンプに不安定領域がある場合には、ポンプの運転範囲を不安定が生じない範囲とせざるを得ず、運転範囲が狭くなっていた。このため、ポンプ一台の制御では不安定領域に入ってしまう場合、ポンプ容量を小さくて台数を増やす等の対策が必要であった。上記本発明を採用することにより、これらの従来の課題を解決することができる。さらに、本発明では、周方向溝を設けたことにより、軸方向溝と羽根車からの流れが干渉して圧力脈動が生じるのも軽減でき、圧力脈動がポンプを加振し、ポンプ本体や配管の振動、騒音を低減できる。したがって、本発明によれば、右上がり特性のない高性能のターボ機械を、住宅地に近接したポンプ機場等にも採用できる効果がある。
【0070】
本発明は、斜流ポンプに適用して効果が大であり、特に回転速度をN(rpm)、全揚程をH(m)、吐出し量をQ(m3/min)としたとき、ポンプの特性を示す指数である比速度Nsが、
Ns=N×Q0.5/H0.75=1000〜1500程度
のものに適用して特に顕著な効果がある。
【0071】
また、そのポンプが適用されているポンプ機場の吸込水位と吐出水位から決まる実揚程が、ポンプの仕様点揚程に対し50%以上であるようなポンプに適用して特に効果が大きい。
【0072】
【発明の効果】
本発明によれば、羽根車の入口側とケーシング内面の羽根車存在域内とを連通する複数本の第1の溝と、この複数本の第1の溝を周方向に接続する第2の溝とを備えているので、右上がり特性が改善された揚程−流量特性を有し、かつ効率低下も抑制でき、しかも振動及び騒音の増大も抑制できるターボ機械を得ることができる。
【0073】
なお、流体圧力勾配方向の複数本の溝と、この溝内部を半径方向に移動可能に設けられ、溝の深さを変更できるようにした可動部材とを設けることでも上記と同様の効果を得ることができる。
【0074】
また、本発明によれば、シュラウドを有するクローズド型羽根車を有するターボ機械に対しても、羽根入口付近のみをシュラウドのないセミオープン型構造とすることにより、上記と同様の効果を有するターボ機械を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すターボ機械要部の子午面断面図である。
【図2】ターボ機械の揚程−流量特性曲線及び効率−流量特性曲線を示す線図である。
【図3】ターボ機械の流量と振動加速度との関係を示す線図である。
【図4】ターボ機械の流量と騒音レベルとの関係を示す線図である。
【図5】本発明の図1に示す実施例の変形例を示すターボ機械要部の子午面断面図である。
【図6】図1に示すケーシングの内面展開図である。
【図7】図6に示す例の変形例を示すケーシングの内面展開図である。
【図8】図6に示す例の他の変形例を示すケーシングの内面展開図である。
【図9】本発明の第2実施例を示すケーシングの内面展開図である。
【図10】本発明の第3の実施例を示す図で、(a)はケーシング内面展開図、(b)は(a)のA−A断面図(子午面断面図)である。
【図11】図10の第3実施例の構造を実現する具体例を示す図で、(a)はケーシング内面展開図、(b)は(a)のA−A断面図(子午面断面図)、(c)は(a)のB−B断面図(子午面断面)である。
【図12】図10に示す実施例の変形例を示すターボ機械要部の子午面断面図である。
【図13】図10に示す実施例の他の変形例を示す図で、(a)はケーシング内面展開図、(b)は(a)のA−A断面図である。
【図14】本発明の第4実施例を示す子午面断面図で、(a)は外径方向に可動部材34を移動させた状態を示す図、(b)は内径方向に可動部材を移動させた状態を示す図である。
【図15】図1に示す本発明の第1実施例を、羽根車にシュラウドを有するクローズド形羽根車を使用するターボ機械に適用した例を示す要部の子午面断面図である。
【図16】図15のXIII−XIII線断面図である。
【図17】ケーシング内面に形成する溝の断面形状の種々の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1…羽根車、1a…シュラウド、2…ケーシング、22…羽根、24…第1の溝(圧力勾配方向または軸方向の溝)、25…第2の溝(周方向の溝)、27…流路、31…環状部材(ケーシング)、32…流路(パイプまたは配管)、33…第3の溝(周方向の溝)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a turbomachine, and more particularly to a turbomachine capable of preventing flow instability by suppressing swirling due to recirculation flow at a blade inlet and blade swirling stall regardless of the type and fluid.
[0002]
More specifically, the present invention relates to a turbo machine such as a pump, a compressor, or a blower having a non-displacement type impeller, and in particular, suppresses pre-rotation and blade rotation stall in a positive flow of the recirculation flow at the blade inlet. The present invention relates to a turbo machine that can prevent flow instability and is suitable for a mixed flow pump or the like used as a circulating water pump, a drainage pump or the like in thermal power or nuclear power generation.
[0003]
[Prior art]
Rotating machines collectively referred to as turbomachines can be classified as follows according to the fluid and type to be handled.
[0004]
1. Fluid to handle
Liquid, gas
2. format
Axial flow, diagonal flow, centrifugal
For example, since it is easy to operate, the mixed flow pump that is currently used mainly includes a suction casing, a pump, a diffuser, and the like from upstream to downstream.
[0005]
An impeller that rotates within the casing of the pump is driven to rotate by a rotating shaft, and gives energy to the liquid sucked from the suction casing. The diffuser has a function of converting a part of the velocity energy of the fluid into a static pressure.
[0006]
A typical lift-flow rate characteristic curve (a horizontal axis is a parameter indicating a flow rate and a vertical axis is a parameter indicating a lift) of a turbomachine including the mixed flow pump is as follows. In other words, in the low flow rate region, the lift is lowered as the flow rate is increased, but while the flow rate is in a specific region, the lift characteristic is generally increased so that the lift increases as the flow rate is increased. In the region where the flow rate is higher than the characteristic region, the head decreases again as the flow rate increases.
[0007]
When the turbomachine is operated at a flow rate in the upwardly rising characteristic region, surging occurs in which a mass of fluid self-excites in the pipeline. This upward-rising characteristic is that when the flow rate of the fluid flowing through the turbomachine is low, a recirculation flow is generated at the outer edge of the impeller inlet. At this time, the flow path of the fluid entering the impeller is narrowed, and It is thought to occur because the fluid entering the impeller is swirled by the influence of the flow.
[0008]
Since surging damages not only turbomachines but also piping connected upstream and downstream, operation in low flow areas is usually prohibited. In addition, in order to improve the surging of the turbomachine and the above-mentioned right-up characteristic and to expand the operating range, the blade shape (profile) is improved, and the following method has been proposed.
[0009]
1. Casing treatment
The stall margin is improved by forming a narrow groove of 10 to 20% of the chord length of the blade in the casing region where the impeller exists. That is, the already proposed casing treatment forms a groove having a considerable depth in the axial direction, the circumferential direction, or the oblique direction in the radial direction or obliquely in the region where the blades on the inner wall of the casing are present. .
[0010]
2. Separator
A separator is disposed to separate the backflow portion of the recirculation flow generated at the blade inlet outer edge in the low flow region from the forward flow portion, thereby preventing the recirculation flow from expanding.
[0011]
Examples of the separator applied to the axial flow turbomachine include a suction ring method, a blade separator method, and an air separator method.
[0012]
The suction ring system confines the reverse flow outside the suction ring, and the blade separator system provides a fin between the casing and the ring. In addition, the air separator system opens the blade (blade) tip and guides the reverse flow to the flow path outside the casing and prevents the reverse flow from turning by the fins. However, the apparatus becomes large-scale.
[0013]
3. Active control
A high-pressure fluid is ejected from the outside to the location where the recirculation flow is generated in the vicinity of the blade inlet to suppress the swirling due to the recirculation flow.
[0014]
Further, a mixed flow pump will be described as an example of a conventional turbomachine. The head-flow characteristic curve (hereinafter referred to as the head curve) of the mixed flow pump is required to have a head-down characteristic that can be stably operated when the pump is operated in the entire flow rate range. However, in an ordinary pump, the efficiency representing the pump performance, the stability of the lift curve, the cavitation performance, the deadline shaft power, and the like are generally in a mutually contradictory relationship. That is, if one characteristic is improved, other characteristics are lowered, and at the same time, it is difficult to improve two or more characteristics. For example, pumps that place importance on efficiency tend to be unstable because the upward-sloping characteristics are prominent in part of the lift curve.
[0015]
As described above, it is already known to provide a casing treatment or a separator as a conventional technique for obtaining an upwardly rising head curve capable of stable operation. A known example of this type is described in US Pat. No. 4,212,585.
[0016]
In addition to this, a turbo that is provided with a plurality of grooves connecting the blade inlet side and the blade existing area on the casing inner surface on the inner surface of the casing so as to suppress the swiveling of the inlet and obtain a lift curve without a right-up characteristic. Machines have also been proposed.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
According to the above-mentioned casing treatment and separator of the prior art, although it is possible to move the above-mentioned rising characteristic of the lift curve to a lower flow rate side and expand the stable operation region, it is possible to eliminate the rising characteristic itself. It was difficult. In addition, the efficiency of the turbomachine decreases by 1% every time the stall margin is increased by 10% in the casing treatment.
[0018]
In the active control, it is necessary to obtain a high-pressure fluid from the turbomachine itself or from the outside, so that the efficiency of the turbomachine system is reduced.
Further, when a groove connecting the blade inlet side and the inside of the blade inner surface of the casing is formed, it is easy to process the groove, there is little reduction in efficiency, and a lift curve without a right-up characteristic can be obtained. However, when the blades pass through multiple grooves formed on the inner surface of the casing while rotating, pressure pulsation may occur due to interference between the flow from the blades and the grooves, which may increase vibration and noise. Is not considered.
[0019]
An object of the present invention is to obtain a turbo machine that has a lift-flow rate characteristic with improved right-up characteristics, can suppress a decrease in efficiency, and can also suppress an increase in vibration and noise.
[0020]
Another object of the present invention is to provide a turbo machine that has improved head-flow characteristics even for a turbo machine having a closed impeller, and that can suppress efficiency reduction and vibration / noise.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
A first feature of the present invention for achieving the above object is a casing, an impeller provided in the casing and having a plurality of blades, an inner surface of the casing, and an inlet side of the impeller. A plurality of first grooves that communicate with the inside of the impeller on the inner surface of the casing; and a second groove that is provided on the inner surface of the casing and connects the plurality of first grooves in the circumferential direction. Is on the turbomachine.
[0022]
The width of the first groove is 5 mm or more, and the total of the plurality of first groove widths provided in the circumferential direction is about 30 to 50% with respect to the circumferential length of the casing inner surface where the groove exists, and the first groove It is more preferable that the depth of the groove is 2 mm or more and is about 0.5 to 1.6% of the inner diameter of the casing where the groove exists.
[0023]
It is better to provide the second groove in the impeller existing area on the inner surface of the casing. Preferably, the depth of the second groove is shallower than the depth of the first groove.
[0024]
Further, it is better to form the second groove from the turbo machine downstream end position of the first groove to the inside of the blade on the casing inner surface or the blade inlet side.
[0025]
A second feature of the present invention is provided with a plurality of grooves in a fluid pressure gradient direction that are provided on the inner surface of the casing and communicate with the inlet side of the impeller and the impeller existing area on the inner surface of the casing. The groove is from the vicinity of the blade inlet toward the downstream side of the turbomachine , Formed by bending from the axial direction to the impeller rotation direction Is.
[0026]
A third feature of the present invention is that a plurality of circumferentially arranged first grooves in the fluid pressure gradient direction are provided on the impeller inlet side of the casing inner surface, and a periphery provided in the blade existing area on the casing inner surface. A second groove in the direction and a flow path connecting the first groove and the second groove.
[0027]
The flow path is constituted by a groove, a hole, a pipe, a tube, or the like provided around the casing inner surface.
[0028]
According to a fourth aspect of the present invention, a plurality of circumferentially arranged first grooves in a fluid pressure gradient direction are provided on the impeller inlet side of the inner surface of the casing, and the blade existing area on the inner surface of the casing. A circumferential second groove, a circumferential third groove provided near the blade leading edge of the casing inner surface, and a flow path connecting the second groove and the third groove; The flow path is formed on an extension line of the first groove, bypassing the inner surface of the casing, and communicated with the first groove via the third groove.
[0030]
According to a sixth aspect of the present invention, in a turbomachine including a closed type impeller having a shroud and a casing for accommodating the impeller, the vicinity of a blade inlet of the impeller is configured to be an open type without a shroud, and the blade A plurality of first grooves in the pressure gradient direction are arranged on the inner wall of the casing facing the portion without the shroud near the inlet, and the inlet side starting end of the first groove is from the blade tip inlet side of the impeller. On the upstream side, the outlet end of the first groove is disposed downstream of the impeller tip inlet portion, and a second groove connecting the plurality of first grooves in the circumferential direction is provided on the shroud near the blade inlet. This is because it is provided on the inner wall of the casing facing the non-existing portion.
[0031]
A seventh feature of the present invention is that a first groove that connects a low flow rate recirculation flow generation position on the blade inlet side and a blade tip existing area on the casing inner surface in a gradient direction of fluid pressure is formed in a circumferential direction on the inner surface of the casing. And a turbomachine downstream end position of the first groove is a fluid having a pressure required to suppress the occurrence of pre-swirl in the main inlet of the turbomachine upstream end position of the first groove. And a second groove that connects the first groove in the circumferential direction is provided on the inner surface of the casing near the blade inlet, and the portion of the casing where the first and second grooves are installed is the other part of the casing. It is in being configured separately from the part.
[0032]
According to the present invention, the second groove in which a part of the first groove is continuous in the circumferential direction at a depth shallower than, equal to, or greater than the depth of the first groove in the blade existence area of the groove. By reducing the pressure pulsation caused by interference between the groove and the flow from the impeller when the blade passes through the groove in the pressure gradient direction, the increase in vibration and noise caused by the pressure pulsation is suppressed. Can do.
[0033]
Also, the flow from the impeller and the groove can be obtained by inclining the groove (first groove) from the vicinity of the impeller inlet portion to the downstream side of the turbomachine in the rotation direction of the impeller (curving in the direction opposite to the bending of the impeller). Interference can be mitigated.
[0034]
Furthermore, the first groove in the pressure gradient direction extends to the blade inlet and is configured not to overlap the second groove in the circumferential direction, which is necessary to suppress the occurrence of pre-swirl during the inlet main flow (positive flow). The same effect can be obtained even if the circumferential groove and the groove formed in the pressure gradient direction are communicated with each other so that a fluid having a proper pressure can be taken out. The two grooves are preferably connected by a flow path provided on the outer peripheral side of the casing, avoiding the inner surface of the casing through which the mainstream flows. Thus, it is possible not to provide a groove in the pressure gradient direction in the blade existing area on the inner surface of the casing, and to reduce interference between the fluid from the impeller and the groove. The flow path connecting the first groove and the second groove is preferably formed on the extended line of the first groove so that a fluid reversing the main flow flows into the blade inlet side.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0036]
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The figure is an enlarged cross-sectional view of an impeller portion of a mixed flow pump, which is a typical example of a turbomachine. Reference numeral 1 denotes an open type impeller provided with
[0037]
Further, in the present embodiment, the
[0038]
FIG. 2 is a diagram showing a head-flow rate characteristic curve and an efficiency-flow rate characteristic curve of the turbomachine, in which the horizontal axis represents a non-dimensional flow rate and the vertical axis represents a non-dimensional head. In the figure, white circles are a head-flow characteristic curve and an efficiency-flow characteristic curve of a turbomachine that does not form the
[0039]
As is apparent from FIG. 2, in the case of the white circle, there is a right-up characteristic in which the lift increases with an increase in the flow rate when the non-dimensional flow rate is in the range of 0.5 to 0.6. In the case of a black circle, the right-up characteristic is eliminated. Also in the white triangle which is the present embodiment, the same effect as the black circle is confirmed.
[0040]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the flow rate and vibration acceleration of the turbomachine. White circles, black circles, and white triangles are the same turbomachinery data as in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the non-dimensional flow rate, and the vertical axis represents the non-dimensional vibration acceleration. As is apparent from FIG. 3, in the case of the black circle having the first groove, the vibration acceleration has a peak at a non-dimensional flow rate of about 0.5 to 0.6, compared with the case of the white circle, It can be seen that the vibration increases compared to the case of the white circle over the entire range. On the other hand, in the case of the white triangle having the first and second grooves, the vibration acceleration is greatly improved as compared with the black circle, and the vibration acceleration at a dimensionless flow rate of about 0.5 to 0.6 is obtained. It can be seen that there is no peak and the vibration is greatly improved.
[0041]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the flow rate of the turbo machine and the noise level. White circles, black circles, and white triangles are the same turbo machine data as in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the non-dimensional flow rate, and the vertical axis represents the non-dimensional noise level. As is apparent from FIG. 4, the noise level is increased in the case of the black circle as compared with the case of the white circle. In contrast to the black circle having only the first groove, in the case of the white triangle having the first and second grooves (this embodiment), no groove is formed in the casing in the high flow rate range which is the main operating range. It can be seen that the noise level has been greatly reduced to around the same level as the case (white circle).
[0042]
In the embodiment shown in FIG. 1, the circumferential
[0043]
The depth of the
[0044]
Further, in the example of FIG. 1, the formation position of the
[0045]
FIG. 6 is a developed view of the inner surface of the casing shown in FIG. 1. As shown in this figure, the
[0046]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0047]
This embodiment is also the same as the first embodiment in that a plurality of
[0048]
FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. (A) of a figure is an expanded view of a casing inner surface, (b) is AA sectional drawing (meridian plane sectional drawing) of (a).
[0049]
A plurality of
[0050]
Further, since no axial groove is formed on the inner surface of the casing in the impeller existing area, there is no flow interference when the blade passes through the first groove, and the plurality of
[0051]
A specific example for realizing the structure of the third embodiment is shown in FIG. (A) of the figure is a developed view of the inner surface of the casing, (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of (a) (cross-sectional view of the meridian surface), and (c) is a cross-sectional view taken along the line BB of (a) Indicates.
[0052]
The casing is divided into three parts in the axial direction as indicated by 28, 29 and 30. (Here, the
[0053]
Next, a modification of the embodiment shown in FIG. 10 is shown in FIG. A different point from FIG. 10 is that the
[0054]
Another modification of the embodiment shown in FIG. 10 is shown in FIG. (A) of a figure is an expanded view of a casing inner surface, (b) is AA sectional drawing of (a).
[0055]
A difference from FIG. 10 is that a third
[0056]
Pressure pulsation caused by interference when the
[0057]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0058]
In this embodiment, a plurality of
[0059]
By adopting the structure of this embodiment, the
[0060]
Further, in the operating region where the upward-rising characteristic of the lift-flow rate characteristic curve does not occur, as shown in FIG. 14B, the
[0061]
Thus, according to the present embodiment, there is an effect that vibration and noise generated due to the influence of the axial groove can be eliminated in the entire flow rate range.
[0062]
FIG. 15 shows an example in which the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is applied to a turbomachine using a closed type impeller having a shroud in the impeller (for example, a closed type mixed flow pump). 16 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.
[0063]
The closed type impeller 1 is provided with a
[0064]
When the turbo machine (pump) is operated in a low flow rate region, a recirculation flow (back flow) 6 is generated as shown in FIG. In the present embodiment, due to the above configuration, a part of the flow boosted by the impeller flows backward in the
[0065]
Further, the pressure pulsation due to the interference generated when the
[0066]
Although the above-described embodiment has mainly described an example of a mixed flow pump, the present invention is similarly applied to a turbo machine such as a centrifugal pump having an open impeller or a closed impeller, a mixed flow blower, and a mixed flow compressor. Can be applied to.
[0067]
Further, as shown in FIG. 17, the cross-sectional shape of the
[0068]
The operating flow rate of the pump is determined as the intersection of the actual lift determined as the difference between the suction-side water level and the discharge-side water level of the pump station, and the resistance curve determined by summing up the pipe resistance of the pump station and the pump lift curve. In pumps that emphasize efficiency, when the maximum efficiency flow rate is set to 100% flow rate, a characteristic that rises to the right appears in a part of the flow rate-lift characteristic curve near 50 to 70% flow rate, or 50 to 70% flow rate. Even if it did not rise to the right in the vicinity, there was a tendency for a flat part to occur in the lift curve. In particular, if there is a region that rises to the right in the lift curve, there may be a plurality of intersections between the lift curve and the resistance curve, and the pump discharge amount fluctuates and becomes unstable. This tendency is remarkable when the actual head is high and the pipe resistance is small.
[0069]
Conventionally, the maximum efficiency and the stability of the head are balanced so that the head curve does not rise to the right, so the maximum efficiency tends to decrease. In addition, when the pump has an unstable region, the operating range of the pump must be a range in which instability does not occur, and the operating range is narrow. For this reason, when one pump enters an unstable region, it is necessary to take measures such as reducing the pump capacity and increasing the number of pumps. By adopting the present invention described above, these conventional problems can be solved. Furthermore, in the present invention, by providing the circumferential groove, it is possible to reduce the occurrence of pressure pulsation caused by interference between the axial groove and the flow from the impeller, and the pressure pulsation vibrates the pump, and the pump body and piping. Vibration and noise can be reduced. Therefore, according to the present invention, there is an effect that a high-performance turbo machine having no right-up characteristic can be employed in a pump station near a residential area.
[0070]
The present invention has a great effect when applied to a mixed flow pump. Especially when the rotational speed is N (rpm), the total head is H (m), and the discharge amount is Q (m3 / min), The specific speed Ns, which is an index indicating the characteristics,
Ns = N × Q0.5 / H0.75 = 1000 to 1500
It has a particularly remarkable effect when applied to those.
[0071]
Further, the present invention is particularly effective when applied to a pump in which the actual head determined by the suction water level and the discharge water level of the pump station to which the pump is applied is 50% or more with respect to the pump specification point head.
[0072]
【The invention's effect】
According to the present invention, a plurality of first grooves that communicate between the inlet side of the impeller and the impeller existing area on the inner surface of the casing, and the second grooves that connect the plurality of first grooves in the circumferential direction. Therefore, it is possible to obtain a turbo machine that has a lift-flow rate characteristic with improved right-up characteristics, can suppress a decrease in efficiency, and can also suppress an increase in vibration and noise.
[0073]
It is to be noted that the same effect as described above can be obtained by providing a plurality of grooves in the fluid pressure gradient direction and a movable member provided so as to be movable in the radial direction inside the grooves and capable of changing the depth of the grooves. be able to.
[0074]
Further, according to the present invention, a turbo machine having the same effect as described above can be obtained by providing a semi-open type structure without a shroud only in the vicinity of the blade inlet even for a turbo machine having a closed type impeller having a shroud. Can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a meridional cross-sectional view of a main part of a turbomachine showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a head-flow characteristic curve and an efficiency-flow characteristic curve of a turbomachine.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the flow rate of a turbo machine and vibration acceleration.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a flow rate of a turbo machine and a noise level.
FIG. 5 is a meridional cross-sectional view of a main part of a turbomachine showing a modification of the embodiment shown in FIG. 1 of the present invention.
6 is a developed view of the inner surface of the casing shown in FIG. 1. FIG.
7 is an inner surface development view of a casing showing a modification of the example shown in FIG.
8 is an inner surface development view of a casing showing another modification of the example shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 9 is an inner surface development view of a casing showing a second embodiment of the present invention.
FIGS. 10A and 10B are views showing a third embodiment of the present invention, in which FIG. 10A is an exploded view of the inner surface of the casing, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIGS. 11A and 11B are diagrams showing a specific example that realizes the structure of the third embodiment of FIG. 10, in which FIG. 11A is an exploded view of the inner surface of the casing, and FIG. 11B is a sectional view taken on line AA in FIG. ), (C) are BB cross-sectional views (meridional cross-section) of (a).
12 is a meridional cross-sectional view of a main part of a turbo machine showing a modification of the embodiment shown in FIG.
13A and 13B are views showing another modification of the embodiment shown in FIG. 10, in which FIG. 13A is a developed view of the casing inner surface, and FIG. 13B is a sectional view taken along line AA of FIG.
14A and 14B are meridional cross-sectional views showing a fourth embodiment of the present invention, in which FIG. 14A shows a state in which the
FIG. 15 is a meridional cross-sectional view of the main part showing an example in which the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is applied to a turbomachine using a closed impeller having a shroud in the impeller.
16 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing various examples of cross-sectional shapes of grooves formed on the inner surface of the casing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Impeller, 1a ... Shroud, 2 ... Casing, 22 ... Blade, 24 ... 1st groove | channel (pressure gradient direction or axial groove), 25 ... 2nd groove | channel (circumferential groove | channel), 27 ...
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