JP2004132227A - ターボポンプのディフューザ - Google Patents

Abstract

【課題】遠心ポンプのディフューザの失速を防止しつつ、ポンプ効率の低下を抑制する。
【解決手段】ディフューザ４４のベーン４２の弦長方向の所定位置に、開口４８を設ける。開口４８は、隣接ずるディフューザ流路を連通し、流量が低下したときに、この開口４８を通過してディフューザの入り口へと循環する流れを形成し、見かけの流量を増加させて失速を防止する。また、開口４８は、当該ポンプの運転条件に応じた大きさに調整されている。開口４８の大きさは、ポンプを試験運転して、想定される最低流量時に失速が起きない程度に小さいものとする。開口を設けたことによる効率の低下を抑制することができる。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボポンプの吐出側に設けられるディフューザに関し、特にディフューザのベーンの構造、およびそのベーンの構造を有するディフューザの製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボポンプの吐出側には、ポンプのインペラによって与えられた速度エネルギを効率よく圧力エネルギに変換するためのディフューザが設けられる場合がある。ディフューザは、インペラから吐出された取扱い流体を減速、増圧する複数の流路を形成する複数のベーンを有している。このベーンの形状、すなわち流路の形状は、ポンプの設計点に基づき定められている。このため、設計点からずれた運転条件においては、ディフューザ流路内の流体の流れが、設計点における流れとは異なり、ポンプ運転上の問題を生じる場合があった。特に、流量が減少すると、取扱い流体の流れがベーンより剥離する失速が生じる。この失速は、ディフューザの複数の流路の全てにおいて同時に発生するのではなく、一部、多くの場合一つに発生する。この結果、流体の流れのポンプの中心軸線に対する対称性が崩れ、ポンプに対する半径方向の力が発生する。また、失速が生じる流路は、時間と共にポンプの軸周りに旋回するように移動し、この結果ポンプに作用する半径方向の力の向きも変化して、ポンプに振動が発生する。このような、失速の発生している領域がポンプの軸周りに旋回移動する現象は、旋回失速と呼ばれている。
【０００３】
上述のような旋回失速を抑制する方法が、特許第２７３５７３０号明細書に記載されている。この特許においては、ディフューザの各ベーンを流体の流れの方向に沿って、隙間をもって配置される二つの部分より構成している。ポンプの吐出流量が減少すると、流体が、ベーンの隙間を通って再びディフューザ入り口へと環流する循環流が形成され、ディフューザ内の見かけ上の流量が増加し、失速および旋回失速を抑制することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２７３５７３０号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ディフューザのベーンを流れの方向に沿って二つの部分に分けた場合、循環流が発生し、失速を抑制することができるが、一方でポンプ効率の低下を招く。そこで、ポンプ効率の低下が少なく、失速を抑制できる隙間の位置と幅（ベーンの二つの部分の間隔）を試行錯誤で決定していた。しかし、隙間の位置と幅は、一旦加工してしまうと、その後で変更することが難しい。幅については、広くすることができるが、この場合ポンプ効率の低下を招く。旋回失速の発生は、ポンプの設置条件に影響されるが、前述のように隙間の位置などの試行錯誤により決定する場合、ディフューザの試作品を複数作製する必要が生じたり、必要以上にポンプ効率が低下してしまう場合があった。
【０００６】
本発明は、前述の問題点を考慮してなされたものであり、旋回失速の発生を抑制する調整をより効率的に行うこと、または、旋回失速の発生を抑えるためのポンプ効率の低下を少なくすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のターボポンプのディフューザは、そのベーンの翼弦方向の所定位置に、ベーンで仕切られた隣接するディフューザ流路同士を連通する、ベーンの幅より狭い長さの開口を設けている。この開口は、ベーンの幅方向に、ベーンの一端から切り込まれた溝形状とすることが好ましい。この溝の深さ、すなわち開口の長さを、ポンプの設置条件に合わせて調節するようにできる。
【０００８】
前記ディフューザは、以下のように製作することができる。すなわち、ベーンによって仕切られた複数のディフューザ流路を有するディフューザを形成し、そのベーンに対し、その翼弦方向の所定位置に、隣接するディフューザ流路同士を連通する開口を削り加工にて設ける。特に、ベーンの幅方向の一端より溝形状に削り込んで形成することができる。この開口の断面積は、ターボポンプの設置条件から定まる最低流量に基づき定めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１には、ディフューザ付きのターボポンプの一例として、取扱い液中にポンプ全体を浸けて運転する浸漬型遠心ポンプ１０の概略構成が示されている。２段の遠心ポンプ１２とこれを駆動する電気モータ（不図示）がポット１４内に納められている。ポット１４には、浸漬型遠心ポンプ１０が浸けられた取扱い液が流入する流入管１６が設けられ、ポット１４内部は取扱い液で満たされている。ポット１４の上部には、取扱い液を送り出す送出管１８が設けられている。
【００１０】
２段の遠心ポンプ１２は、ポンプ軸２０と、これに固定された２個のインペラ２２およびこれらを納める外側ケーシング２４を含む。外側ケーシング２４はインペラ２２外径よりやや大きい内径を有する外筒部２６と、この外筒部２６から内側に向けて、インペラの前面シュラウドに沿って延びる前面部２８とを有する。２段の遠心ポンプ１２は、外側ケーシング２４の内側に配置される内側ケーシング３０を有する。内側ケーシングは、遠心ポンプ１２の１段目にあっては、２段目の外側ケーシングの前面部２８に設けられたボス３２に、２段目にあっては、ケーシングの後端部３４に設けられたボス３６に、ボルトにより固定されている。内側ケーシング３０は、外側ケーシングの外筒部２６の内側に、間隔をあけて配置された内筒部３８と、インペラ２２の背面シュラウドに沿って設けられた背面部４０を含む。
【００１１】
円筒部３８の外周には、複数枚のベーン４２が周方向に配列される。円筒部３８と外筒部２６の間の空間が、前記ベーン４２と共にディフューザ４４を構成する。このディフューザ４４内の取扱い液の流れは、半径方向の成分をほとんど有さず、よってこのディフューザ４４はいわゆるアキシャルディフューザとなっている。
【００１２】
２段の遠心ポンプ１２の初段は、ポット１４の底部に向いた吸込口より取扱い流体を吸い込み、インペラ２２の外周に排出する。排出された取扱い液はディフューザ４４で減速、増圧され、さらにディフューザ４４の出口から半径方向内側に向けて流れ、２段目の吸込口に向かう。２段目においても同様に流れる。
【００１３】
図２は、内側ケーシング３０の斜視図である。前述のように、内側ケーシングの内筒部３８の外周には複数のベーン４２が設けられている。ベーン４２は、円筒部３８とその外側に配置される外筒部２６との間の円筒形状の空間を周方向にいくつかに区切っており、この区切られた個々の空間が、取扱い液が流れるディフューザ流路４６となっている。図２において、取扱い液は、矢印Ａに示すように下から上へと流れる。ベーン４２の弦長方向の所定位置には、切り欠きが設けられ、隣接するディフューザ流路４６を連通する開口４８が形成されている。
【００１４】
ポンプの流量が設計点付近であれば、流れはベーン４２にほぼ沿う方向に流れるが、流量が減少すると、流れがベーン４２から剥離して、失速する。この失速は、一部のディフューザ流路４６に生じ、これが隣へ、隣へと移行して、旋回失速となる。本実施形態においては、流量が少なくなると、取扱い液が矢印Ｂに示すように、開口４８を通って再びディフューザ入口側へ向かう循環流が形成され、これにより、ディフューザ４４内の流量が見かけ上増加して失速を抑制している。
【００１５】
図３は、ディフューザ４４の断面図である。幅ｗのベーン４２には、弦長方向（図中左右方向）の所定位置に開口４８が設けられている。開口４８の形状は、弦長方向にａ（開口の幅）、ベーンの幅方向にｂ（開口の長さ）の略長方形である。また、図示するように、開口４８は、内側ケーシングの内筒部３８に、半径方向外側に向けて立設されているベーン４２の、外周側の端から削り込まれた溝形状となっている。
【００１６】
図４および図５には、開口４８の長さｂ、すなわち溝形状の深さが異なるときの、流量に対するヘッドおよび効率を示すグラフである。開口の長さｂは、ベーンの幅ｗに対して０％（開口なし）、５０％、７５％、１００％として、それぞれのヘッド、効率が流量に対して示されている。図４に示すように、開口がない場合（０％）、流量が減少すると、点Ｓ１で失速が生じ、この点を境にヘッドが低下している。開口の長さｂを大きくすると、失速の開始点が点Ｓ２、Ｓ３へと低流量側に移動することが理解される。１００％になると、実質的には失速が生じていない。一方、開口を設けた場合、失速が生じるよりも流量が多い場合においては、開口を設けない場合に比してヘッドが低下し、また図５に示すように効率も低下する。すなわち、開口を設けることにより、流量低下時の失速を防止することができるが、通常の運転領域におけるヘッド、効率の低下を招くことになる。本実施形態においては、ポンプの設置条件を考慮して、失速が生じない範囲で開口の長さｂを短くし、常用運転域におけるヘッド、効率の低下を小さいものとしている。すなわち、開口４８は、ベーン４２の幅ｗより短い長さとなっている。この長さｂは、その浸漬型遠心ポンプの設置条件、運転条件によって、決定される。
【００１７】
開口４８の大きさに関しては、まず、ディフューザ４４のベーン４２を開口のない状態で作製し、その後、実際に設置して試験を行い、開口の必要な量を決定する。溝形状の開口は、内側ケーシング３０の外周より旋盤などの切削加工により削り込むことによって容易に形成することができる。また、内側ケーシング３０を最初に製作する際に、開口を小さめに設けておき、試験を行って必要な量だけ、削り込むようにすることもできる。
【００１８】
以上のように、開口を削り込んで、その大きさを調整することにより、耐失速性と、ヘッドおよび効率のように相反する要求を、簡易な方法により高い次元で達成することができる。また、すでに使用されているポンプについても、開口を開けて失速の発生を抑えるように調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の浸漬型遠心ポンプの概略構成を示す図である。
【図２】ディフューザを構成する主要部品である内側ケーシング３０を示す斜視図である。
【図３】ディフューザの断面を示す図である。
【図４】ディフューザのベーンに対する開口の割合ごとの流量とヘッドの関係を示す図である。
【図５】ディフューザのベーンに対する開口の割合ごとの流量と効率の関係を示す図である。
【符号の説明】
１０　浸漬型遠心ポンプ、１２　遠心ポンプ、２２　インペラ、２４　外側ケーシング、２６　外筒部、３０　内側ケーシング、３８　内筒部、４２　ベーン、４４　ディフューザ、４６　ディフューザ流路、４８　開口。

Claims (6)

1. ターボポンプのディフューザであって、前記ディフューザのベーンは、その翼弦方向の所定位置に、ベーンで仕切られた隣接するディフューザ流路同士を連通する、ベーンの幅より短い長さの開口を有する、ディフューザ。
2. 請求項１に記載のターボポンプのディフューザであって、前記開口は、ベーンの幅方向に、ベーンの一端から切り込まれた溝形状である、ディフューザ。
3. ターボポンプのディフューザの製作方法であって、
   ベーンによって仕切られた複数のディフューザ流路を有するディフューザを形成する工程と、
   前記ベーンに対し、その翼弦方向の所定位置に、隣接するディフューザ流路同士を連通する開口を削り加工にて設ける工程と、
   を有するディフューザの製作方法。
4. 請求項３に記載のターボポンプのディフューザの製作方法であって、前記開口の断面積は、当該ターボポンプに要求される最低流量に基づき決定される、ディフューザの製作方法。
5. 請求項３に記載のターボポンプのディフューザの製作方法であって、前記開口は、ベーンの幅方向の一端より溝形状に削り込んで形成されたものである、ディフューザの製作方法。
6. 請求項５に記載のターボポンプのディフューザの製作方法であって、前記開口の溝形状の深さは、当該ターボポンプに要求される最低流量に基づき決定される、ディフューザの製作方法。

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