JP5345896B2 - 遠心ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、連邦政府の一機関によって発注された契約番号Ｎ０００１９−０４−Ｃ−００９３下で米国政府の支援によりなされたものである。政府は、本発明における一定の権利を有する。

本発明は、遠心ポンプの設計に関し、特に、少なくとも１つのインペラフローディフューザを有する遠心ポンプに関する。

流体用の遠心ポンプは、ポンプ入力を、流体を加速させるインペラなどの回転装置によって流体における運動エネルギーに変換する。最も一般的な形式の遠心ポンプは、ボリュート（渦巻）ポンプである。流体は、インペラのアイ（ｅｙｅ）からポンプに流入し、インペラは高速で回転する。インペラは、流体をポンプボリュートつまりケーシングへと半径方向外側に加速させる。この流体の加速により、さらに流体をポンプ内へと連続的に引き込むインペラアイにおける吸引力が生じる。

ポンプが流体に与えるエネルギーは、運動エネルギーであり、インペラの縁部つまりベーン先端における速度に比例する。より早くインペラが回転するか、あるいはインペラがより大きいと、流体に与えられるエネルギーの速度はより速くなる。ポンプボリュートつまりケーシングの目的は、この運動エネルギーを回復させ、下流側のシステムがより効率的に利用できる静圧に変換することである。遠心型のポンプは、インペラを取り囲む環状のディフューザを有し、このディフーザにより、インペラの縁部から高速で排出する流体が拡散され、これにより、運動エネルギーの静圧への変換が促進される。環状のディフーザは、インペラ縁部からボリュートに向かって所定の角度で延びるとともにインペラ縁部から所定の距離に亘って拡張する領域を有する複数のディフーザ通路を備えており、流体の拡散は、この複数のディフーザ通路によって実現される。

このようなディフーザの取付けには、環状のディフーザを取り付けるために、大きな直径分割線（ｄｉａｍｅｔｅｒ ｓｐｌｉｔ ｌｉｎｅ）を有するポンプボリュートが必要となる。これにより、ボリュートの直径が大きくなり、容積および重量が増加してしまう。さらに、固定式リングを有する環状のディフーザでは、漏出および軸方向の負荷を排除するため、シールおよび排出口を精密に設けなければならない。

本発明は、ボリュートを備え、かつ対応するインペラおよび取り外し可能なディフューザアッセンブリを含む少なくとも１つの段を有する遠心ポンプを提供する。この遠心ポンプは、複数のディフューザセグメントと、ボリュートの内側に位置する複数のボリュート取付曲面と、ボリュート内のボリュート接続通路と、を備え、各ディフューザセグメントは、内側曲面から外側曲面へと延びる中央通路と、内側曲面の先端部と外側曲面との間における先端係合曲面と、を備え、各ボリュート取付曲面は、インペラの周囲において実質的に環状にディフューザセグメントを配設するように、対応するディフューザセグメントを受け、取り外し可能なディフューザセグメントを形成し、各ディフューザセグメントの内側曲面は、インペラの外周部に近接し、各ディフューザセグメントの先端係合曲面は、隣接する１つのディフューザセグメントの外側曲面の後方部分に係合し、ボリュート接続通路は、各ディフューザセグメントの中央通路をポンプ出口に接続することを特徴とする。

本発明の例示的な実施例による遠心ポンプの後部を示す断面図。 本発明の例示的な実施例によるディフューザセグメントの側面図。 本発明の例示的な実施例によるディフューザセグメントの上面図。 本発明の例示的な実施例によるディフューザセグメントの底面図。 ディフューザセグメントの取付けを示した図１の遠心ポンプの端部を示す概略断面図。

図１は、本発明の例示的な実施例による遠心ポンプ２の端部を示す断面図である。ポンプ２は、駆動シャフト６に取付けられたインペラ４を有する。インペラ４は、ポンプ入口（図示せず）からインペラアイ（ｅｙｅ）８へと流体を受ける。電源（図示せず）によってインペラ４が反時計方向に回転し、複数のインペラベーン１０によって流体に対して実質的に半径方向に運動エネルギーが与えられる。ポンプのボリュート１２は、このエネルギーを受けた流体を受け、運動エネルギーの少なくとも一部を静圧に変換する。

ポンプ２において発生した流体の圧力を制御するため、ボリュート１２に対して、複数のディフューザセグメント１６を含む実質的に環状のディフューザアッセンブリ１４が取り付けられる。図１では、ボリュート１２の内側に配設された５つのディフューザセグメント１６を例示的に図示している。図１〜図４を参照すると、各ディフューザセグメント１６は、中央通路１８を有し、この中央通路は、内側曲面２０から外側曲面２２に向かって、実質的に拡張する領域を有することが好ましい。各ディフューザセグメント１６の内側曲面２０は、実質的に凹状をなしており、インペラ４の実質的に円形の外周部２４に近接して配設される。各ディフューザセグメント１６の外側曲面２２は、実質的に凸状をなしており、ボリュート１２の内側に位置する複数のボリュート取付曲面２６のうち対応する１つのボリュート取付曲面２６と係合する。各ボリュート取付曲面２６は、実質的に凹状をなしており、対応するディフューザセグメント１６と密に嵌合する。

各ディフューザセグメント１６は、内側曲面２０と外側曲面２２との間における先端部分に先端係合曲面２８を有する。各ディフューザセグメント１６の先端係合曲面２８は、実質的に凹状をなしており、隣接するディフューザセグメント１６の外側曲面２２の後方部分と係合し嵌合する。

ディフューザセグメント１６は、ディフューザアッセンブリ１４を形成するように、インペラ４が含まれるインペラのボアつまりキャビティにわたって実質的に環状つまりリング状にインペラ４の周囲で個々にかつ自由自在に半径方向に取り付けまたは取り外しされる。図５は、ディフューザセグメント１６の取付けを示す図１の遠心ポンプ２の端部の概略的な断面図を示している。取付け時には、最後に取付けられるディフューザセグメント１６を図５に示すように回転させることが必要となる。同様に、取り外し時には、最初に取り外すディフューザセグメント１６を図５に示した方向と反対方向に回転させることが必要となる。各ディフューザセグメント１６の中央通路１８は、流体をポンプ出口３２に排出するように、ボリュート接続コアつまり通路３０に対する結合部を有する。ボリュート接続通路３０は、ポンプ出口３２へと実質的に拡張する領域を有することが望ましい。各ディフューザセグメント１６の外側曲面２２には、中央通路１８からの排出物を取り囲む弾性ガスケット３４が配設されることが好ましい。弾性ガスケット３４により、中央通路１８から排出される高圧の流体が、対応するディフューザセグメント１６にわたって漏出して中央通路１８の入口へと逆流しなくなる。各中央通路１８の出口における高い静圧によって、各ディフューザセグメント１６の先端係合曲面２８が内側に導かれて外側曲面２２の後方部分に強固に係合する。これにより、ディフューザセグメント１６が強固に拘束され、かつ相対的な移動が制限される。

図１では、遠心ポンプ２の１つの段（ステージ）しか図示していないが、遠心ポンプ２は、前述のように各段に設けられたディフューザアッセンブリ１４を含む複数の段を有していてもよい。

開示された本発明の実施例は、例示的なものであり、限定的なものではない。以下の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく種々の変更や修正がなされることを理解されたい。

２ 遠心ポンプ
４ インペラ
６ 駆動シャフト
８ インペラアイ
１０ インペラベーン
１２ ボリュート
１４ ディフューザアッセンブリ
１６ ディフューザセグメント
１８ 中央通路
２０ 内側曲面
２２ 外側曲面
２４ 外周部
２６ ボリュート取付曲面
２８ 先端係合曲面
３０ ボリュート接続通路
３２ ポンプ出口
３４ 弾性ガスケット

Claims (19)

1. ボリュートを備え、かつ対応するインペラおよび取り外し可能なディフューザアッセンブリを含む少なくとも１つの段を有する遠心ポンプであって、
   複数のディフューザセグメントと、
   ボリュートの内側に位置する複数のボリュート取付曲面と、
   ボリュート内のボリュート接続通路と、
   を備え、
   各ディフューザセグメントは、内側曲面から外側曲面へと延びる中央通路と、内側曲面の先端部と外側曲面との間における先端係合曲面と、を備え、
   各ボリュート取付曲面は、インペラの周囲において実質的に環状にディフューザセグメントを配設するように、対応するディフューザセグメントを受け、取り外し可能なディフューザセグメントを形成し、各ディフューザセグメントの内側曲面は、インペラの外周部に近接し、各ディフューザセグメントの先端係合曲面は、隣接する１つのディフューザセグメントの外側曲面の後方部分に係合し、
   ボリュート接続通路は、各ディフューザセグメントの中央通路をポンプ出口に接続することを特徴とする遠心ポンプ。
2. 各ディフューザセグメントの内側曲面は、インペラの外周部に近接するように実質的に凹状をなすことを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
3. 各ディフューザセグメントの外側曲面は、実質的に凸状をなしており、
   対応するボリュート取付曲面は、前記外側曲面を受けるように実質的に凹状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
4. 各ディフューザセグメントの先端係合曲面は、隣接する１つのディフューザセグメントの外側曲面の後方部分に係合するように実質的に凹状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
5. 各ディフューザセグメントの中央通路は、内側曲面から外側曲面に向かって実質的に拡張する領域を有することを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
6. 各ディフューザセグメントの外側曲面は、中央通路を取り囲む弾性ガスケットを備え、これにより、中央通路からの流体が、外側曲面と、対応するボリュート取付曲面との接触面から漏出しないことを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
7. 各ディフューザセグメントは、ボリュートの内側で個々にかつ自在に取り付け、取り外し可能であることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
8. ボリュート接続通路は、ポンプ出口に向かって実質的に拡張する領域を有することを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
9. ポンプが複数の段を含み、各段が、複数のディフューザセグメントを有するディフューザアッセンブリを備えることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
10. ボリュートを備え、かつ対応するインペラおよび取り外し可能なディフューザアッセンブリを含む少なくとも１つの段を有する遠心ポンプであって、
    複数のディフューザセグメントと、
    ボリュートの内側に位置する複数の凹状のボリュート取付面と、
    ボリュート内のボリュート接続通路と、
    を備え、
    各ディフューザセグメントは、凹状の内側面から凸状の外側面へと延びる中央通路と、凹状の内側面の先端部と凸状の外側面との間における凹状の先端係合面と、を備え、
    凹状のボリュート取付面の各々は、インペラの周囲において実質的に環状にディフューザセグメントを配設するように、対応するディフューザセグメントを受け、取り外し可能なディフューザセグメントを形成し、各ディフューザセグメントの凹状の内側面は、インペラの外周部に近接し、各ディフューザセグメントの凹状の先端係合面は、隣接する１つのディフューザセグメントの凸状の外側面の後方部分に係合し、
    ボリュート接続通路は、各ディフューザセグメントの中央通路をポンプ出口に接続することを特徴とする遠心ポンプ。
11. 各ディフューザセグメントの中央通路は、凹状の内側面から凸状の外側面に向かって実質的に拡張する領域を有することを特徴とする請求項１０に記載の遠心ポンプ。
12. 各ディフューザセグメントにおける凸状の外側面は、中央通路を取り囲む弾性ガスケットを備え、これにより、中央通路からの流体が、凸状の外側面と、対応する凹状のボリュート取付面との接触面から漏出しないことを特徴とする請求項１０に記載の遠心ポンプ。
13. 各ディフューザセグメントは、ボリュートの内側で個々にかつ自在に取り付け、取り外し可能であることを特徴とする請求項１０に記載の遠心ポンプ。
14. ボリュート接続通路は、ポンプ出口に向かって実質的に拡張する領域を有することを特徴とする請求項１０に記載の遠心ポンプ。
15. ポンプが複数の段を含み、各段が、複数のディフューザセグメントを有するディフューザアッセンブリを備えることを特徴とする請求項１０に記載の遠心ポンプ。
16. ボリュートを備え、かつ対応するインペラおよび取り外し可能なディフューザアッセンブリを含む少なくとも１つの段を有する遠心ポンプであって、
    複数のディフューザセグメントと、
    ボリュートの内側に位置する複数の凹状のボリュート取付面と、
    ボリュート内のボリュート接続通路と、
    を備え、
    各ディフューザセグメントは、凹状の内側面から凸状の外側面へと拡張する領域を有する中央通路と、凹状の内側面の先端部と凸状の外側面との間における凹状の先端係合面と、を備え、
    凹状のボリュート取付面の各々は、インペラの周囲において実質的に環状にディフューザセグメントを配設するように、対応するディフューザセグメントを受け、取り外し可能なディフューザセグメントを形成し、各ディフューザセグメントは、ボリュートの内側で個々にかつ自在に取り付け、取り外し可能であり、各ディフューザセグメントの凹状の内側面は、インペラの外周部に近接し、各ディフューザセグメントの凹状の先端係合面は、隣接する１つのディフューザセグメントの凸状の外側面の後方部分に係合し、
    ボリュート接続通路は、各ディフューザセグメントの中央通路をポンプ出口に接続することを特徴とする遠心ポンプ。
17. 各ディフューザセグメントにおける凸状の外側面は、中央通路を取り囲む弾性ガスケットを備え、これにより、中央通路からの流体が、凸状の外側面と、対応する凹状のボリュート取付面との接触面から漏出しないことを特徴とする請求項１６に記載の遠心ポンプ。
18. ボリュート接続通路は、ポンプ出口に向かって実質的に拡張する領域を有することを特徴とする請求項１６に記載の遠心ポンプ。
19. ポンプが複数の段を含み、各段が、複数のディフューザセグメントを有するディフューザアッセンブリを備えることを特徴とする請求項１６に記載の遠心ポンプ。

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