JP6192008B2 - 回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転機械に関する。

流体へエネルギを与える遠心ポンプ等のターボ機械は、ケーシングの内部にケーシングとの間で相対回転可能に設けられた羽根車を備えており、ケーシングの外部から取り込んだ流体を、羽根車を回転させて羽根車内の流路の径方向外側へ昇圧して吐出する。

流体へエネルギを与える際に、遠心ポンプに用いられる羽根車の流路内では、羽根車の遠心力やコリオリ力等の種々の影響を受けて主流の流れを阻害する二次流れが発生する。この二次流れは、損力損失を引き起こして、回転機械の性能を低下させてしまう要因の一つとなっている。二次流れを低減する方法としては、例えば、流れ方向に対して遮蔽物を置くことで流れを遮蔽する構造が挙げられる。

流れを遮蔽する技術として例えば特許文献１には、マイクロバブルを発生させる気液混合用ポンプである渦巻きポンプにおいて、回転する羽根車の回転基板の外周部に流れを塞ぐように突起を形成する構造が開示されている。このような渦巻きポンプでは、流路に突起を設けることで、流れを遮蔽し流体である液体が衝突させて乱すことで、液体中に含まれる気泡を細かくすることができる。

特開２００９−０３４５７８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構造では、ターボ機械等の回転機械に対して使用すると、二次流れだけでなく、昇圧した流体を送り出す主流の流れにも影響を及ぼしてしまう。具体的には、主流が接触する部分が増えることで摩擦損失が増えてしまう。そのため、主流の流れに対する損失も考慮しなければならず、二次流れのみを容易に低減させることができないという問題を有している。

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、主流に影響を与えずに二次流れによる損失を低減することが可能な回転機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の一態様に係る回転機械は、軸線を中心として径方向に延在し、周方向に間隔をあけて複数が配置される羽根と、前記羽根の軸線方向両側にそれぞれ設けられて、互いに隣り合う一対の前記羽根とともに径方向に流体が流通する流路を画成する二つの平坦な面と、を備え、前記二つの平坦な面のそれぞれに、前記羽根の圧力側から前記羽根の負圧側へ前記二つの平坦な面に沿って流れる流体の流れを乱す段部が形成され、前記段部のうち少なくとも一方は、前記面から窪んで、前記一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びている凹部であり、前記凹部は、互いに隣り合う一対の前記羽根のうちの一方の羽根の圧力面から他方の羽根の負圧面に向かうにしたがって徐々に深くなるように窪んでいることを特徴とする。

このような回転機械によれば、流路を画成する二つの面から、流路を流通する流体の流れを乱すように段部をそれぞれ設けることで、流路を画成する二つの面に沿って流れる二次流れを乱すことができる。一方、流路を画成する二つの面から段部が形成されることで、流路を羽根とともに画成する二つの面での間に流体が流通する空間を確保することができ、流路内を径方向内側から外側に向かって流れる主流の流れを遮らない。そのため、流れを乱して二次流れの速度を低減させることで二次流れを弱めながら、ほとんど影響を与えずに主流を流すことができる。これにより、主流に影響を与えずに二次流れによる損失を効率的に低減することが可能となる。
またこのような回転機械によれば、段部のうち少なくとも一方が、一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びて窪んでいることで、一対の羽根における周方向に対向する面に押し出されて、一対の羽根における周方向に対向する面と交差する方向に流れる二次流れを段部に流れ込ませることができる。即ち、流路を画成する二つの面に沿って流れる二次流れを、窪んだ段部に流れ込ませることができ、容易に二次流れの流れを乱すことができる。これにより、主流に影響を与えずに二次流れによる損失を効率的に低減することが容易に可能となる。

このような回転機械によれば、段部のうち少なくとも一方が、一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びて窪んでいることで、一対の羽根における周方向に対向する面に押し出されて、一対の羽根における周方向に対向する面と交差する方向に流れる二次流れを段部に流れ込ませることができる。即ち、流路を画成する二つの面に沿って流れる二次流れを、窪んだ段部に流れ込ませることができ、容易に二次流れの流れを乱すことができる。これにより、主流に影響を与えずに二次流れによる損失を効率的に低減することが容易に可能となる。

さらに、本発明の一の態様に係る回転機械は、軸線を中心に径方向に延在して周方向に間隔をあけて複数が配置される羽根と、前記羽根の軸線方向両側にそれぞれ設けられて、互いに隣り合う一対の前記羽根とともに径方向に流体が流通する流路を画成する二つの平坦な面と、を備え、前記二つの平坦な面のうちの一方に、前記羽根の圧力側から前記羽根の負圧側へ前記二つの平坦な面に沿って流れる流体の流れを乱すように該面から窪んで、前記一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びる凹部が形成され、前記凹部は、互いに隣り合う一対の前記羽根のうちの一方の羽根の圧力面から他方の羽根の負圧面に向かうにしたがって徐々に深くなるように窪んでいることを特徴とする。

このような回転機械によれば、二つの面のうちの一方に凹部が、一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びて窪んでいることで、一対の羽根における周方向に対向する面に押し出されて、一対の羽根における周方向に対向する面と交差する方向に流れる二次流れが流れ込ませることができる。そのため、流路を画成する二つの面に沿って流れる二次流れの一方を凹部に流れ込ませることができ、容易に二次流れの流れを乱すことができる。また、流路内に突出するように設けないことで、流路内を流れる主流を阻害することがない。そのため、流れを乱して二次流れの速度を低減させることで二次流れＦ２を弱めながら、より影響を与えずに主流を流すことができる。これにより、主流に影響を与えずに二次流れによる損失を効率的に低減することが可能となる。

本発明の回転機械によれば、流路を画成する二つの面の間に空間を確保しながら流れを乱す段部を設けることで、主流に影響を与えずに二次流れによる損失を低減することが可能な回転機械を提供することを目的とする。

本発明の第一参考例に係る遠心ポンプ全体断面図である。 本発明の第一参考例に係る遠心ポンプを示す要部断面図である。 本発明の第一参考例に係る羽根車の全体を示す図である。 本発明の第一参考例に係る羽根車の流路の断面を示す図である。 本発明の第二参考例に係る羽根車の全体を示す図である。 本発明の第二参考例に係る羽根車の流路の断面を示す図である。 本発明の第三参考例に係る羽根車の全体を示す図である。 本発明の第三参考例に係る羽根車の流路の断面を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る羽根車の全体を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る羽根車の流路の断面を示す図である。 本発明の第一変形例に係る羽根車の全体を示す図である。 本発明の第一変形例に係る羽根車の流路の断面を示す図である。

以下、本発明に係る第一参考例の回転機械について図１から図４を参照して説明する。
第一参考例における回転機械はターボ機械である遠心ポンプ（回転機械）１であり、例えば給水ポンプが挙げられ、本参考例では多段ポンプとなっている。そして、図１に示すように、この遠心ポンプ（回転機械）１は、外部ケーシング２と、外部ケーシング２の内部に配置されている内部ケーシング３（ケーシング）と、内部ケーシング３を貫通するように配置された軸線Ｏを中心に延在する回転軸４と、キーを介して回転軸４に一体に回転可能に固定された両吸込インペラ５及び複数の羽根車６（インペラ）とを主に備えている。

外部ケーシング２は、中空形状をなし、径方向内側に向かって流体Ｆを吸い込む吸込口８と、径方向外側に向かって流体Ｆを吐き出す吐出口９とが形成されている。

また、外部ケーシング２の一端部（図１の左端部）にはケーシングカバー１１が装着されているとともに、外部ケーシング２の他端部にはケーシングカバー１２が装着されている。そして、ケーシングカバー１１、１２がそれぞれ複数の締結ボルト１３、１４により固定されることで、外部ケーシング２、内部ケーシング３、及びケーシングカバー１１、１２が一体化されている。また、吸込口８には、不図示の復水回収ラインが連結され、吐出口９には不図示の給水ラインが接続されている。

内部ケーシング３は、外部ケーシング２の内部に配置されており、複数のリング部材１０を回転軸４の軸線Ｏ方向に配列した構成をなしている。また、この内部ケーシング３には、吸込口８及び吐出口９にそれぞれ連通して、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。この内部空間には羽根車６が収容される。そして、羽根車６を収容した際に羽根車６同士の間となる位置に羽根車６を流通する流体Ｆを上流側から下流側に流通させるケーシング流路７が形成されており、吸込口８と吐出口９とは羽根車６及びケーシング流路７を介して連通している。

回転軸４は、内部ケーシング３に収容された羽根車６及び両吸込インペラ５が外嵌されて、これらと共に軸線Ｏを中心に回転する。またこの回転軸４は図示しない軸受によって外部ケーシング２及び内部ケーシング３に対して回転自在に支持されており、また図示しない原動機によって回転駆動される。

両吸込インペラ５は、外部ケーシング２の内部に収容されており、吸込口８から流体Ｆを吸込むように構成されている。

複数の羽根車６は、両吸込インペラ５よりも軸線Ｏ方向の下流側となる他方側（図１における紙面に向かって右側）で、内部ケーシング３における各々のリング部材１０の内部に、回転軸４の軸線Ｏ方向に間隔を空けて収容されている。
また、各々の羽根車６は、図２及び図３に示すように、流出側に進むにつれて漸次拡径した略円盤状のディスク１８と、ディスク１８の表面から回転軸４の外部ケーシング２の一端部となる軸線Ｏの他方側に立ち上がるように、ディスク１８に放射状に取り付けられて周方向に並んだ複数の羽根１９（ブレード）とを有している。さらに、この羽根車６は、軸線Ｏ方向の一方側からこれら複数の羽根１９を周方向に覆うように取り付けられたカバー２０を有している。さらに、このカバー２０と内部ケーシング３との間は、羽根車６と内部ケーシング３とが接触しないように間隙Ｓが画成されている。さらに、互いに隣り合う一対の羽根１９の二つの面とともに、羽根１９の軸線Ｏ方向両側にそれぞれ設けられるディスク１８及びカバー２０の面によって囲まれて径方向に流体Ｆが流通するように画成された空間である流路２３が画成される。そして、流路２３は、羽根１９における軸線Ｏ方向の一方側、即ち、径方向内側を流体Ｆの流入側として流体Ｆを取り込み、径方向外側を流体Ｆの流出側として羽根１９の先端側から流体Ｆを排出する。

羽根１９は、軸線Ｏを中心としてディスク１８の軸線Ｏ方向の面である後述するディスク曲面１８ａから軸線Ｏ方向の一方側に立ち上がるように、軸線Ｏの周方向、即ち、回転方向Ｒに一定間隔をあけて複数配置されている。羽根１９は、それぞれディスク１８の径方向内側から外側に向かうにしたがって、回転方向Ｒの後方側に向かって湾曲するように形成されている。また、羽根車６に形成された複数の羽根１９は、羽根１９の軸線Ｏ方向両側にそれぞれ設けられて、互いに隣り合う一対の羽根１９における軸線Ｏの周方向に対向する二つの面のうち、回転方向Ｒの前方側を向く面が圧力面１９ａ、回転方向Ｒの後方側を向く面が負圧面１９ｂとなっている。そして、隣接する羽根１９の圧力面１９ａと負圧面１９ｂとの間には、径方向に流体Ｆが流通する流路２３が画成される。

ディスク１８は、軸線Ｏ方向の一方側（図２における紙面に向かって左側）を向く端面が小径とされ、他方側を向く端面が大径とされている。そして、ディスク１８は、これら二つの端面が軸線Ｏ方向の一方側から他方側に向かうにしたがって漸次拡径するディスク曲面１８ａによって接続されることで、軸線Ｏ方向視で略円盤状をなし、全体として略傘形状をなしている。

また、このディスク１８の径方向内側には、ディスク１８を軸線Ｏ方向に貫く貫通孔１８ｂが形成されている。この貫通孔１８ｂに回転軸４が挿入されて嵌合されることで、羽根車６が回転軸４に固定されて、一体として回転可能となっている。

ディスク曲面１８ａは、互いに隣り合う一対の羽根１９の圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂとともに、径方向に流体Ｆが流通する流路２３を画成する羽根１９の軸線Ｏ方向両側にそれぞれ設けられた二つの面のうちのディスク１８側の面である。また、ディスク曲面１８ａは、ディスク曲面１８ａから突出するディスク段部（段部）４０が形成されている。
ディスク段部（段部）４０は、流路２３を流通する流体Ｆの流れを乱すように、ディスク曲面１８ａの形状を一部変化させるように固定された断面矩形状に突出する部材である。ディスク段部（段部）４０は、一対の羽根１９における周方向に対向する圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に等距離の離間した位置に配置されている。そして、ディスク段部（段部）４０は、羽根１９と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Ｒの後方に向かって延びている。本参考例において、径方向内側から径方向外側に流れる流体Ｆの流れが圧力面１９ａによって押し出されることによって、周方向の成分を有する流れとなる。つまり、この流体Ｆの流れの周方向の成分を遮るように、流体Ｆの流れ方向と交差するようディスク段部（段部）４０は形成されている。

カバー２０は、複数の羽根１９を軸線Ｏ方向の一方側から覆うようにこれら羽根１９と一体に設けられた部材であり、軸線Ｏ方向の一方側から他方側に向かうに従って漸次拡径するカバー曲面２０ａによって接続されることで、略傘形状をなしている。即ち、本参考例では羽根車６は、カバー２０を有するクローズドインペラとなっている。
カバー曲面２０ａは、互いに隣り合う一対の羽根１９の圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂとともに、径方向に流体Ｆが流通する流路２３を画成する羽根１９の軸線Ｏ方向両側にそれぞれ設けられた二つの面のうちのディスク曲面１８ａと対向するカバー２０側の面である。また、カバー曲面２０ａは、カバー曲面２０ａから突出するカバー段部（段部）４１が形成されている。

カバー段部（段部）４１は、ディスク段部（段部）４０と同様に、流路２３を流通する流体Ｆの流れを乱すように、カバー曲面２０ａの形状を一部変化させるように固定された断面矩形状に突出する部材である。カバー段部（段部）４１は、一対の羽根１９における周方向に対向する圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に離間した位置に配置されている。そして、カバー段部（段部）４１は、羽根１９と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Ｒの後方に向かって延びている。即ち、本参考例において、圧力面１９ａによって押し出されて周方向の成分を有する流体Ｆの流れを遮るように、流体Ｆの流れ方向と交差するようカバー段部（段部）４１は形成されている。
なお、ディスク段部（段部）４０及びカバー段部（段部）４１は、それぞれディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａの一部を僅かに隆起させる程度だけディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａから突出していれば良い。具体的には、カバー段部（段部）４１とディスク段部（段部）４０とが突出しても、それぞれが離間して間に流体Ｆが流通可能な空間が形成されていれば良い。

ここで、各々の羽根車６の間を繋ぐように、流体Ｆが段階的に昇圧されるように上述したケーシング流路７は形成されている。そして、両吸込インペラ５の流出側が図示しない給水経路を介して軸線Ｏ方向の一方側の端部に設けられた最前段の羽根車６の流入側に接続され、各々の羽根車６の流出側は隣接する羽根車６の流入側にケーシング流路７を介して接続されている。また、軸線Ｏ方向の他方側の端部に設けられた最後段の羽根車６の流出側は吐出口９に接続されている。

そして、ケーシング流路７は、羽根車６の流路２３へ流体Ｆを導入する吸込流路２２と、流路２３から流体Ｆが導入されるディフューザ流路２４と、ディフューザ流路２４から流体Ｆが導入されるリターン流路２５とを有している。

吸込流路２２は、径方向外方から径方向内方に向かって流体Ｆを流した後、流体Ｆの向きを羽根車６の直前で回転軸４の軸線Ｏ方向に変換させる流路である。

ディフューザ流路２４は、径方向内方側が流路２３に連通しており、羽根車６によって昇圧された流体Ｆを径方向外側に向かって流通させる。このディフューザ流路２４には回転軸４の軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に配置された複数のディフューザベーン１６が設けられている。

リターン流路２５は、一端側がディフューザ流路２４に連通し、他端側が吸込流路２２に連通するようになっている。このリターン流路２５は、ディフューザ流路２４を通って径方向外側に向かって流れてきた流体Ｆの向きを径方向内側に向くように反転させるコーナ部２６と、径方向外方から径方向内方に向かって延出するストレート部２７とを有している。

ストレート部２７は、内部ケーシング３に一体的に取り付けられた隔壁部材の下流側側壁と、内部ケーシング３に一体的に取り付けられて径方向内方に延伸した延伸部の上流側側壁とで囲まれた流路である。また、ストレート部２７には、回転軸４の軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に配置された複数のリターンベーン１７が設けられている。

次に、上記構成の遠心ポンプ（回転機械）１の作用について説明する。
上記のような第一参考例の遠心ポンプ（回転機械）１では、各々の羽根車６へ流体Ｆの入口付近となる径方向内側の吸込流路２２から流入した流体Ｆを、羽根車６内の流路２３を介して羽根車６の径方向外側に配置されたディフューザ流路２４に昇圧して送り出している。そして、この流路２３内を流体Ｆが流通することで、径方向内側から外側に向かって昇圧して送り出される主流Ｆ１と、主流Ｆ１の流れを阻害する二次流れＦ２とが生じている。

ここで説明する二次流れＦ２は、図４に示すように、羽根１９が軸線Ｏ回りに回転方向Ｒに向かって旋回することにより流路２３内の流体Ｆが圧力面１９ａから押し出され、圧力面１９ａと交差する方向に沿って隣接する羽根１９の負圧面１９ｂに向かいながら、主流Ｆ１の流れを遮るように周方向に流れている。具体的には、二次流れＦ２は、圧力面１９ａから流体Ｆが押し出されると、羽根１９と共に流路２３を画成するディスク１８のディスク曲面１８ａ及びカバー２０のカバー曲面２０ａに沿うように軸線Ｏ方向に広がりながら、圧力面１９ａと交差する方向かつ径方向外側に向かうように流れる。そして、このディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａに沿って流れる二つの二次流れＦ２は、それぞれディスク曲面１８ａに設けられたディスク段部（段部）４０及びカバー曲面２０ａに設けられたカバー段部（段部）４１に衝突することで流れが乱されて、圧力面１９ａと交差する方向かつ径方向外側に向かう流れが弱められている。
一方、昇圧して送り出される主流Ｆ１の流れは、流路２３内のディスク段部（段部）４０とカバー段部（段部）４１との間の空間を流通することで遮られることなくディフューザ流路２４に送出されている。

上記のような遠心ポンプ（回転機械）１によれば、流路を画成する二つの面であるディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａから、流路２３を流通する流体Ｆの流れを乱すようにディスク段部（段部）４０とカバー段部（段部）４１とをそれぞれ設けることで、ディスク曲面１８ａとカバー曲面２０ａとに沿って流れる二次流れＦ２をそれぞれ乱すことができる。一方、ディスク曲面１８ａからディスク段部（段部）４０、及びカバー曲面２０ａからカバー段部（段部）４１がそれぞれ突出させて形成されることで、流路２３において羽根１９とともに画成する二つの面であるディスク曲面１８ａとカバー曲面２０ａとの間に流体Ｆが流通する空間を確保することができ、流路２３内を径方向内側から外側に向かって流れる主流Ｆ１の流れをほとんど遮らない。そのため、流れを乱して二次流れＦ２の速度を低減させることで二次流れＦ２を弱めながら、ほとんどディスク段部（段部）４０及びカバー段部（段部）４１の影響を与えずに主流Ｆ１を流すことができる。これにより、主流Ｆ１に影響を与えずに二次流れＦ２による損失を効率的に低減することが可能となる。

また、ディスク段部（段部）４０及びカバー段部（段部）４１が、一対の羽根１９における周方向に対向する圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に離間した位置に配置され、径方向内側から径方向外側に向かって延びて突出して形成されていることで、圧力面１９ａに押し出されて圧力面１９ａと交差する方向に流れる二次流れＦ２を遮ることができる。即ち、ディスク曲面１８ａとカバー曲面２０ａとに沿って流れる二次流れＦ２を、突出するディスク段部（段部）４０及びカバー段部（段部）４１に衝突させることができ、容易に流れを乱すことができる。これにより、主流Ｆ１に影響を与えずに二次流れＦ２による損失を効率的に低減することが容易に可能となる。

次に、図５及び図６を参照して第二参考例の遠心ポンプ（回転機械）１について説明する。
第二参考例においては第一参考例と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第二参考例の遠心ポンプ（回転機械）１は、ディスク曲面１８ａとカバー曲面２０ａがそれぞれ窪みを有している点について第一参考例と相違する。

即ち、図５に示すように、第二参考例では、ディスク曲面１８ａは、ディスク曲面１８ａから窪むディスク凹部（段部）５０を有している。
ディスク凹部（段部）５０は、流路２３を流通する流体Ｆの流れを乱すようにディスク曲面１８ａの形状を一部変化させて断面矩形状に窪んでいる。ディスク凹部（段部）５０は、一対の羽根１９における周方向に対向する圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に離間した位置に配置されている。そして、ディスク凹部（段部）５０は、羽根１９と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Ｒの後方に向かって延びている。即ち、本参考例において、圧力面１９ａによって押し出されて周方向の成分を有する流体Ｆの流れを遮るように、流体Ｆの流れ方向と交差するようディスク凹部（段部）５０は形成されている。

カバー曲面２０ａは、カバー曲面２０ａから窪むカバー凹部（段部）５１を有している。
カバー凹部（段部）５１は、ディスク凹部（段部）５０と同様に、流路２３を流通する流体Ｆの流れを乱すようにカバー曲面２０ａの形状を一部変化させて断面矩形状に窪んでいる。一対の羽根１９における周方向に対向する圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に離間した位置に配置され、径方向内側から径方向外側に向かって延びている。

上記のような第二参考例の遠心ポンプ（回転機械）１では、二次流れＦ２は、第一参考例と同様に、圧力面１９ａから流体Ｆが押し出されると、羽根１９と共に流路２３を画成するディスク１８のディスク曲面１８ａ及びカバー２０のカバー曲面２０ａに沿うように軸線Ｏ方向に広がりながら、圧力面１９ａと交差する方向かつ径方向外側に向かうように流れる。そして、図６に示すように、このディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａに沿って流れる二つの二次流れＦ２は、それぞれディスク曲面１８ａに設けられたディスク凹部（段部）５０及びカバー曲面２０ａに設けられたカバー凹部（段部）５１に流れ込むことによって流れが乱されて、圧力面１９ａと交差する方向かつ径方向外側に向かう流れが弱められている。
一方、昇圧して送り出される主流Ｆ１は、流路２３内に突出して障害となるような部分が無いため、流れを遮られることなくディフューザ流路２４に送出されている。

このような第二参考例の遠心ポンプ（回転機械）１によれば、ディスク凹部（段部）５０及びカバー凹部（段部）５１が、一対の羽根１９における周方向に対向する圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に離間した位置に配置され、径方向内側から径方向外側に向かって延びて窪んでいる。そのため、圧力面１９ａに押し出されて圧力面１９ａと交差する方向に流れる二次流れＦ２をディスク凹部（段部）５０及びカバー凹部（段部）５１に流れ込ませることができる。即ち、ディスク曲面１８ａとカバー曲面２０ａとに沿って流れる二次流れＦ２を、ディスク凹部（段部）５０及びカバー凹部（段部）５１に流れ込ませることができ、容易に二次流れＦ２の流れを乱すことができる。また、流路２３内に突出するような段部を設けないことで、流路２３内を径方向内側から外側に向かって流れる主流Ｆ１の流れを遮られることがない。そのため、流れを乱して二次流れＦ２の速度を低減させることで二次流れＦ２を弱めながら、より影響を与えずに主流Ｆ１を流すことができる。これにより、主流Ｆ１に影響を与えずに二次流れＦ２による損失を効率的に低減することが容易に可能となる。

なお、第一参考例及び第二参考例の段部は、本参考例に限定されるものではなく、ディスク１８のディスク曲面１８ａとカバー２０のカバー曲面２０ａとがともに突出していたり窪んでいたりすることには限定されない。例えば、ディスク曲面１８ａにはディスク段部（段部）４０が設けられ、カバー曲面２０ａにはカバー凹部（段部）５１が設けられていてもよく、逆にディスク曲面１８ａにはディスク凹部（段部）５０が設けられ、カバー曲面２０ａにはカバー段部（段部）４１が設けられていてもよい。

次に、図７及び図８を参照して第三参考例の遠心ポンプ（回転機械）１について説明する。
第三参考例においては第一参考例と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第三参考例の遠心ポンプ（回転機械）１は、ディスク曲面１８ａのみに突出している部分を有する点について第一参考例と相違する。

即ち、図７に示すように、第三参考例では、ディスク曲面１８ａは、ディスク曲面１８ａから突出する凸部６０が形成されている。
凸部６０は、流路２３を画成する二つの面のうちの一方の面であるディスク曲面１８ａに形成されている。凸部６０は、流路２３を流通する流体Ｆの流れを乱すようにディスク曲面１８ａの形状を一部変化させるように固定された断面矩形状に突出する部材である。
凸部６０は、一対の羽根１９における周方向に対向する圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に等距離の離間した位置に配置されている。また、凸部６０は、羽根１９と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Ｒの後方に向かって延びている。即ち、本参考例において、圧力面１９ａによって押し出されて周方向の成分を有する流体Ｆの流れを遮るように、流体Ｆの流れ方向と交差するよう凸部６０は形成されている。そして、凸部６０は、ディスク曲面１８ａとカバー曲面２０ａとの間の距離ａに対して、１／４の突出高さｂで突出する部材である。
なお、凸部６０は、ディスク曲面１８ａとカバー曲面２０ａとの間の距離ａに対して、１／４以下の突出高さｂであれば良い。

上記のような第三参考例の遠心ポンプ（回転機械）１では、二次流れＦ２は、第一参考例と同様に、圧力面１９ａから流体Ｆが押し出されると、羽根１９と共に流路２３を画成するディスク１８のディスク曲面１８ａ及びカバー２０のカバー曲面２０ａに沿うように軸線Ｏ方向に広がりながら、圧力面１９ａと交差する方向かつ径方向外側に向かうように流れる。そして、図８に示すように、このディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａに沿って流れる二つの二次流れＦ２のうち、ディスク曲面１８ａに沿って流れる二次流れＦ２がディスク曲面１８ａに設けられた凸部６０に衝突することで乱されて、圧力面１９ａと交差する方向かつ径方向外側に向かう流れは弱められている。
一方、昇圧して送り出される主流Ｆ１の流れは、流路２３内の凸部６０とカバー曲面２０ａとの間の空間を流通することで阻害されることなくディフューザ流路２４に送出されている。

このような第三参考例の遠心ポンプ（回転機械）１によれば、凸部６０が、一対の羽根１９における周方向に対向する圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に離間した位置に配置され、径方向内側から径方向外側に向かって延びて突出していることで、圧力面１９ａに押し出されて圧力面１９ａと交差する方向に流れる二次流れＦ２を遮ることができる。そして、凸部６０の突出高さｂがディスク曲面１８ａとカバー曲面２０ａとの間の距離ａに対して、１／４以下であることで、流路２３を閉塞することがないため、流路２３内を径方向内側から外側に向かって流れる主流Ｆ１の流れを遮ることがない。そのため、ディスク曲面１８ａに沿って流れる二次流れＦ２を、凸部６０に衝突させることで容易に流れを乱しながら、ほとんど影響を与えずに主流Ｆ１を流すことができる。これにより、主流Ｆ１に影響を与えずに二次流れＦ２による損失を効率的に低減することが可能となる。

また、流路２３を画成する二つの面のうちの一方であるディスク曲面１８ａのみに凸部６０を設けていため、カバー２０を変更することなくディスク１８のみを変更することで容易に凸部６０を形成することができる。したがって、流路２３を画成する二つの面のうちの一方の面を有する部材を変更することで、容易に二次流れＦ２を乱す遠心ポンプ（回転機械）１を得ることが可能となる。
なお、凸部６０は本参考例のようにディスク曲面１８ａに設けられていることに限定されるのではなく、カバー２０のカバー曲面２０ａに設けられていても良い。即ち、ディスク１８かカバー２０のいずれの面に凸部６０を設けるかは、使用される回転機械に応じて適宜選択されれば良い。

次に、図９及び図１０を参照して第一実施形態の遠心ポンプ（回転機械）１について説明する。
第一実施形態においては第一参考例と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第一実施形態の遠心ポンプ（回転機械）１は、ディスク曲面１８ａのみに窪んでいる部分を有する点について第一参考例と相違する。

即ち、図９に示すように、第一実施形態では、ディスク曲面１８ａは、ディスク曲面１８ａから窪む凹部７０が形成されている。
凹部７０は、流路２３を画成する二つの面のうちの一方の面であるディスク曲面１８ａに、流路２３を流通する流体Ｆの流れを乱すように形成されている。凹部７０は、ディスク曲面１８ａの形状を一部変化させて、圧力面１９ａから負圧面１９ｂに向かうにしたがって徐々に深くなるように断面三角形状に窪んでいる。凹部７０は、一対の羽根１９における周方向に対向する圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に等距離の離間した位置に配置されている。また、凹部７０は、羽根１９と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Ｒの後方に向かって延びている。即ち、本実施形態において、圧力面１９ａによって押し出されて周方向の成分を有する流体Ｆの流れを遮るように、流体Ｆの流れの流れ方向と交差するよう凹部７０は形成されている。

上記のような第一実施形態の遠心ポンプ（回転機械）１では、二次流れＦ２は、第一参考例と同様に、圧力面１９ａから流体Ｆが押し出されると、羽根１９と共に流路２３を画成するディスク１８のディスク曲面１８ａ及びカバー２０のカバー曲面２０ａに沿うように軸線Ｏ方向に広がりながら、圧力面１９ａと交差する方向かつ径方向外側に向かうように流れる。そして、図１０に示すように、このディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａに沿って流れる二つの二次流れＦ２のうち、ディスク曲面１８ａに沿って流れる二次流れＦ２が、ディスク曲面１８ａに設けられた凹部７０に流れ込むことによって流れが乱されて、圧力面１９ａと交差する方向かつ径方向外側に向かう流れは阻害されている。
一方、昇圧して送り出される主流Ｆ１は、流路２３内に突出して障害となるような部分が無いため、流れを阻害されることなくディフューザ流路２４に送出されている。

このような第一実施形態の遠心ポンプ（回転機械）１によれば、凹部７０が、一対の羽根１９における周方向に対向する圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に離間した位置に配置され、径方向内側から径方向外側に向かって延びて窪んでいることで、圧力面１９ａに押し出されて圧力面１９ａと交差する方向に流れる二次流れＦ２が流れ込ませることができる。そのため、ディスク曲面１８ａに沿って流れる二次流れＦ２を凹部７０に流れ込ませることができ、容易に二次流れＦ２の流れを乱すことができる。また、流路２３内に突出するような段部を設けないことで、流路２３内を径方向内側から外側に向かって流れる主流Ｆ１の流れを阻害することがない。そのため、流れを乱して二次流れＦ２の速度を低減させることで二次流れＦ２を弱めながら、より影響を与えずに主流Ｆ１を流すことができる。これにより、主流Ｆ１に影響を与えずに二次流れＦ２による損失を効率的に低減することが可能となる。

また、凹部７０は、圧力面１９ａから負圧面１９ｂに向かうにしたがって徐々に深くなるように断面三角形状をなしているため、二次流れＦ２はディスク曲面１８ａに沿って流れながら凹部７０内に流れ込み、最も深くなっている部分で編鬼面に衝突し易くなり、より流れを確実に乱すことができる。

さらに、流路２３を画成する二つの面のうちの一方であるディスク曲面１８ａのみに凹部７０を設けていため、カバー２０を変更することなくディスク１８のみを改造することで容易に凸部６０を形成することができる。特に、凹部７０は、ディスク曲面１８ａ又はカバー曲面２０ａから窪んでいれば良く、既設の遠心ポンプ（回転機械）１に対しても、流路２３を画成する二つの面のうちの一方の面を削ることで凹部７０を設置後に容易に形成することができる。
なお、凹部７０は本実施形態のようにディスク曲面１８ａに設けられていることに限定されるのではなく、カバー２０のカバー曲面２０ａに設けられていても良い。即ち、ディスク１８かカバー２０のいずれの面に凹部７０を設けるかは、使用される回転機械に応じて適宜選択されれば良い。

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、本実施形態の第一変形例として、ディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａの一部を直接に変形させている。
即ち、第一変形例は、図１１に示すように、ディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａに一体となるように変形段部（段部）８０が設けられている。
変形段部（段部）８０は、流路２３を画成する二つの面であるディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａの一部を、流路２３を流通する流体Ｆの流れを乱すように変化させて形成されている。具体的には、変形段部（段部）８０は、ディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａの一部を、圧力面１９ａから負圧面１９ｂに向かうにしたがって徐々に深くなるように断面三角形状に窪ませたのちに、ディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａよりも突出させている。

上記のような第一変形例の遠心ポンプ（回転機械）１では、二次流れＦ２は、第一実施形態と同様に、圧力面１９ａから流体Ｆが押し出されると、羽根１９と共に流路２３を画成するディスク１８のディスク曲面１８ａ及びカバー２０のカバー曲面２０ａに沿うように軸線Ｏ方向に広がりながら、圧力面１９ａと交差する方向かつ径方向外側に向かうように流れる。そして、図１２に示すように、このディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａに沿って流れる二つの二次流れＦ２は、ディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａにそれぞれ設けられた変形段部（段部）８０に流れ込むことによって流れが乱された後に、変形段部（段部）８０が突出することで衝突してさらに乱される。これにより、圧力面１９ａと交差する方向かつ径方向外側に向かう流れは弱められている。

このような第一変形例の遠心ポンプ（回転機械）１によれば、変形段部（段部）８０によって、徐々に窪ませつつ突出させることで、二次流れＦ２はディスク曲面１８ａ及びカバー曲面２０ａに沿って流れながら変形段部（段部）８０の窪んでいる部分に流れ込んで最も深くなっている部分で突出している壁面に衝突するため、より流れを激しく乱すことができる。そのため、二次流れＦ２の速度をより一層低減させることで二次流れＦ２を弱めることができる。

以上、本発明の実施形態及び参考例について図面を参照して詳述したが、上記の各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。

なお、本実施形態では、回転機械をターボ機械である遠心ポンプ（回転機械）１として羽根車６に使用される羽根１９について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、水車の羽根１９やガスタービンのインペラ等に用いてもよい。さらに、遠心ポンプ（回転機械）１であっても、羽根車６の羽根１９に限定されるものではなく、例えば、ディフューザベーン１６に段部や凸部６０や凹部７０を設けることで、ディフューザ流路２４の二次流れＦ２を低減させる効果を奏し、またリターンベーン１７に段部や凸部６０や凹部７０を設けることで、リターン流路２５の二次流れＦ２を低減させる効果を奏する。
また、上記の段部の形状は、上記の形状に限定されるものではなく、例えば、断面三角形状や断面円形状に突出したり窪んでいたりしてもよい。
さらに、段部は、径方向に同じ断面形状で延在していることに限定されるものではなく、例えば、径方向の途中から段部が形成されて徐々に突出する量や窪む量が大きくなるよう形成されて、流出側で最も流通する流体Ｆの二次流れを乱すように形成されていてもよい。このように形成されることで、より主流Ｆ１への影響を抑えることができる。

また、上記の段部は、径方向内側である流体Ｆの流入側から径方向外側である流体Ｆの流出側に向かって連続して伸びていることに限定されるものではない。例えば、段部は、不連続な形状をなして径方向に部分的に形成されていたり、径方向外側のみや径方向内側のみに形成されていたりしてもよい。
さらに、上記の段部は、圧力面１９ａ及び負圧面１９ｂから周方向に等距離の離間した位置に配置されていることに限定されるものではない。例えば、圧力面１９ａ又は負圧面１９ｂのいずれか一方に寄った位置に配置されていても良い。即ち、段部は、周方向の成分を有する流体Ｆの流れである二次流れをより効果的に遮る位置に配置されていればよい。
また、上記の段部は、圧力面１９ａと負圧面１９ｂとの間に複数箇所配置されていてもよい。複数箇所に段部を配置することで、より効率的に流体Ｆの流れを乱すことができる。
さらに、上記の段部は、羽根１９と同様に径方向外側に向かうにしたがって回転方向Ｒの後方に向かって延びていることに限定されるものでない。即ち、羽根１９の圧力面１９ａや負圧面１９ｂに対して任意の角度だけ傾いて配置されていても良い。

Ｏ…軸線 Ｆ…流体 Ｒ…回転方向 Ｆ１…主流 Ｆ２…二次流れ １…遠心ポンプ（回転機械） ２…外部ケーシング ３…内部ケーシング ４…回転軸 ５…両吸込インペラ ６…羽根車 １８…ディスク １８ａ…ディスク曲面 １８ｂ…貫通孔 １９…羽根 １９ａ…圧力面 １９ｂ…負圧面 ２０…カバー ２０ａ…カバー曲面 ２３…流路 Ｓ…間隙 ７…ケーシング流路 ８…吸込口 ９…吐出口 １０…リング部材 １１，１２…ケーシングカバー １３，１４…締結ボルト １６…ディフューザベーン １７…リターンベーン ２２…吸込流路 ２４…ディフューザ流路 ２５…リターン流路 ２６…コーナ部 ２７…ストレート部 ４０…ディスク段部（段部） ４１…カバー段部（段部） ５０…ディスク凹部（段部） ５１…カバー凹部（段部） ６０…凸部 ７０…凹部 ８０…変形段部（段部）

Claims (2)

1. 軸線を中心として径方向に延在し、周方向に間隔をあけて複数が配置される羽根と、
   前記羽根の軸線方向両側にそれぞれ設けられて、互いに隣り合う一対の前記羽根とともに径方向に流体が流通する流路を画成する二つの平坦な面と、を備え、
   前記二つの平坦な面のそれぞれに、前記羽根の圧力側から前記羽根の負圧側へ前記二つの平坦な面に沿って流れる流体の流れを乱す段部が形成され、
   前記段部のうち少なくとも一方は、前記面から窪んで、前記一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びている凹部であり、
   前記凹部は、互いに隣り合う一対の前記羽根のうちの一方の羽根の圧力面から他方の羽根の負圧面に向かうにしたがって徐々に深くなるように窪んでいることを特徴とする回転機械。
2. 軸線を中心に径方向に延在して周方向に間隔をあけて複数が配置される羽根と、
   前記羽根の軸線方向両側にそれぞれ設けられて、互いに隣り合う一対の前記羽根とともに径方向に流体が流通する流路を画成する二つの平坦な面と、を備え、
   前記二つの平坦な面のうちの一方に、前記羽根の圧力側から前記羽根の負圧側へ前記二つの平坦な面に沿って流れる流体の流れを乱すように該面から窪んで、前記一対の羽根における周方向に対向する面から周方向に離間した位置で、径方向内側から径方向外側に向かって延びる凹部が形成され、
   前記凹部は、互いに隣り合う一対の前記羽根のうちの一方の羽根の圧力面から他方の羽根の負圧面に向かうにしたがって徐々に深くなるように窪んでいることを特徴とする回転機械。

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