JP6523917B2

JP6523917B2 - 遠心ポンプ

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Publication number: JP6523917B2
Application number: JP2015210590A
Authority: JP
Inventors: 峻弥岡田; 井上　康弘; 康弘井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2035-10-27
Also published as: JP2017082658A

Description

本発明は、遠心ポンプに関する。

従来、クローズド型のインペラをケーシング内に有する遠心ポンプにおいて、インペラに発生する軸スラストを低減する対策として、インペラの側板に対向するケーシングの内壁面に、インペラの回転軸側から遠心方向に放射状に延在する溝や固定羽根を有するものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
このような遠心ポンプにおいては、インペラの側板とケーシングの内壁面との間に形成される隙間（漏れ流路）に流れる流体の旋回流の速度が前記の溝や固定羽根によって低減される。これにより遠心ポンプは、前記隙間での圧力を増加させることによって軸スラストを低減し、スラスト軸受に対する負荷を軽減する。

特開平９−３１７６８５号公報米国特許第５３２０４８２号明細書

しかしながら、従来の遠心ポンプでの軸スラスト対策（例えば、特許文献１、２参照）では、前記の溝や固定羽根が前記の隙間（漏れ流路）における流体と回転するインペラとの摩擦抵抗を増大させる。つまり従来の軸スラスト対策は、インペラの軸動力が増大するために、流体の流量と揚程との積を軸動力で除して得られるポンプ効率が低下する。
また、従来の遠心ポンプ（例えば、特許文献１、２参照）では放射状の溝の形成や固定羽根の取り付けなどにより製造工程が複雑化する。

そこで、本発明の課題は、従来と比べて簡素な構造を有し、ポンプ効率を良好に維持したまま軸スラストを低減することができる遠心ポンプを提供することにある。

前記課題を解決した本発明は、主板と側板との間に流体の昇圧流路を有するインペラと、前記インペラを内側に収納するケーシングと、前記インペラの外周側で前記昇圧流路の流体吐出口が臨むように前記ケーシング内に形成されている流体の主流路と、を有する遠心ポンプであって、前記側板の板面とこの板面に対向する前記ケーシングの第１対向面との間に形成される側室と、前記側板の外周端面とこの外周端面を全周にわたって囲むように対向する前記ケーシングの第２対向面との間に形成されており、前記側室と前記主流路とを連通させる隙間と、を備え、前記隙間を形成する前記ケーシングの前記第２対向面には、前記側室と前記主流路との間で延びるように溝部が形成され、前記溝部は、前記第２対向面の周方向に沿って等間隔に複数形成され、前記インペラの半径方向の外側には、複数の案内羽根を有するディフューザを備え、前記溝部は、前記案内羽根の半径方向の内側先端に近接するように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、従来と比べて簡素な構造を有し、ポンプ効率を良好に維持したまま軸スラストを低減することができる遠心ポンプを提供することができる。

本発明の実施形態に係る遠心ポンプの全体構成を概略的に示す横断面図である。本発明の実施形態に係る遠心ポンプのインペラ近傍を部分的に拡大した部分拡大縦断面図である。図２のIII−III部分断面図である。図２に示す遠心ポンプの第１隙間の入口から第１隙間の出口までの軸方向の位置と、第１隙間における漏れ流れの旋回速度との関係を示すグラフである。図２に示す遠心ポンプの第１側室の入口から第１側室の出口までの径方向の位置と、第１側室の圧力との関係を示すグラフである。本発明の他の実施形態に係る多段遠心ディフューザポンプのインペラ近傍を部分的に拡大した部分拡大縦断面図である。図６のVII−VII部分断面図である。図６に示す遠心ポンプの第１隙間の入口から第１隙間の出口までの軸方向の位置と、第１隙間における漏れ流れの旋回速度との関係を示すグラフである。溝が傾斜する遠心ポンプの構成説明図である。溝の変形例を示す構成説明図である。溝の変形例を示す構成説明図である。溝の他の変形例を示す構成説明図であり、図２の遠心ポンプにおける溝近傍の部分拡大断面図に対応する図である。図１２のXIII−XIII部分断面図である。溝の他の変形例を示す構成説明図であり、図１３に対応する図である。

本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係る遠心ポンプは、従来の遠心ポンプの軸スラスト対策（例えば、特許文献１、２参照）とは異なって、前記の放射状の溝や固定羽根を設けることなく、漏れ流路における流体の旋回を抑制する構成とした。すなわち、本実施形態に係る遠心ポンプの軸スラスト対策は、漏れ流路（後記する第１側室）とインペラの流体の吐出口が臨む主流路（以下、単に「主流路」と称する）との間で延びるようにケーシングの内壁面に溝を有していることを主な特徴とする。

本実施形態では、渦巻型のボリュート（渦巻ケーシング）を有する渦巻ポンプに本発明が適用された例について説明する。なお、案内羽根を有するディフューザポンプについては、他の実施形態の欄で多段遠心ディフューザポンプを例にとって説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る遠心ポンプ１００の全体構成を概略的に示す横断面図である。図１中、インペラ１０の側板１３（図２参照）は、作図の便宜上省略されている。
図２は、本実施形態に係る遠心ポンプ１００のインペラ１０近傍を部分的に拡大した部分拡大縦断面図であり、主軸１７の中心線を境に上半体側を示している。
なお、以下の説明における前後の方向は、前シュラウドとも称される後記の側板１３（図２参照）、及び後シュラウドとも称される後記の主板１１（図２参照）に対応させて、図２の矢印で示す前後の方向を基準とする。

図１に示すように、本実施形態での遠心ポンプ１００は、原動機（図示省略）によって回転する主軸１７と、この主軸１７によって回転駆動されるインペラ（遠心羽根車）１０と、インペラ１０を内側に収納するケーシング２０とを備えている。
図１中、符号１１は、インペラ１０の主板であり、符号１２は、インペラ１０の羽根であり、符号２３は、遠心ポンプ１００における流体の入口であり、符号２５は、遠心ポンプ１００における流体の出口であり、符号２４は、ボリュートであり、符号Ｒは、インペラ１０の回転方向である。

図２に示すように、本実施形態でのインペラ１０は、クローズド型のものであり、主板１１と羽根１２と側板１３（図１では図示省略）とを備えている。

主板１１は、主軸１７と同心に配置される略円盤状のディスクで構成され、主軸１７と同期して回転するように形成されている。主板１１は、前記のように後シュラウドとも称される。主板１１には、後記する側板１３が対向するように配置され、この側板１３との間には、圧送される流体の昇圧流路１４が形成されている。

本実施形態での主板１１は、主軸１７の延在方向に向けて開口する昇圧流路１４の入口、つまりインペラ１０の流体の吸込口１５を主軸１７及び側板１３とともに区画し、遠心方向に開口する昇圧流路１４の出口、つまりインペラ１０の流体の吐出口１６を区画する。この流体の吐出口１６は、特許請求の範囲にいう「流体吐出口」に相当する。
そして、本実施形態の主板１１における側板１３側の面は、前側の吸込口１５から後方に向かうほどインペラ１０の遠心方向に沿うように漸近する曲面となっている。

側板１３は、主軸１７と同心に配置される略環状部材で構成され、前記のように主板１１と対向するように主軸１７と同心に配置される。
側板１３の主板１１との対向面は、主板１１の前記の曲面と対応するように吸込口１５から後方に向かうほどインペラ１０の遠心方向に沿うように漸近する曲面となっている。
側板１３は、前記のように主板１１との間でインペラ１０における流体の昇圧流路１４を形成している。また、側板１３は、前記のようにインペラ１０の前側で主軸１７及び主板１１との間に流体の吸込口１５を形成し、インペラ１０の外周側で主板１１との間に流体の吐出口１６を形成している。この側板１３は、前記のように前シュラウドとも称され、主板１１との間に羽根１２を挟持している。

羽根１２は、図１に示すように、軸心側から径方向外側に向かって延びる板体で形成され、周方向に等間隔に複数配置されている。
本実施形態でのインペラ１０は、長さ方向に湾曲する６枚の羽根１２が渦巻状に配設されるものを想定しているが、羽根１２の数はこれに限定されるものではなく、５枚以下、７枚以上とすることもできる。ちなみに、羽根１２は、図１の符号Ｒの矢印で示すインペラ１０の回転方向に向かって中程が凸となるように湾曲するものを想定しているが、湾曲しない羽根１２を用いることもできる。
羽根１２は、主板１１（図２参照）と側板１３との間を周方向に等間隔に仕切って昇圧流路１４を形成している。

ケーシング２０は、複数の軸受け（図示省略）を介して主軸１７を回転可能に支持している。なお、ケーシング２０と主軸１７との間には、流体の漏えいを防止するためにメカニカルシールなどのシール部材（図示省略）が設けられている。

また、ケーシング２０には、吸込口１５を介してインペラ１０に流体を供給する供給路２１と、インペラ１０の吐出口１６から吐き出された流体を送出する前記の主流路２２とが形成されている。ちなみに、本実施形態での遠心ポンプ１００（渦巻ポンプ）においては、供給路２１は、遠心ポンプ１００の入口２３（図１参照）に連通している。また、主流路２２は、遠心ポンプ１００のボリュート２４を介して出口２５（図１参照）に連通している。

また、ケーシング２０は、インペラ１０の側板１３の板面と対向する対向面２０ａを有している。この対向面２０ａは、特許請求の範囲にいう「第１対向面」に相当する。
この対向面２０ａは、インペラ１０の側板１３の板面との間に第１側室３０を形成している。この第１側室３０は、特許請求の範囲にいう「側室」に相当する。
また、ケーシング２０は、インペラ１０の主板１１の板面との間に第２側室３１を形成している。

また、ケーシング２０は、インペラ１０の側板１３における外周端面と対向する対向面２０ｂを有している。この対向面２０ｂは、特許請求の範囲にいう「第２対向面」に相当する。
この対向面２０ｂは、インペラ１０の側板１３における外周端面との間に第１隙間Ｓ１を形成している。
第１側室３０は、この第１隙間Ｓ１を介して主流路２２と連通している。また、ケーシング２０は、吸込口１５を主軸１７周りで囲み、側板１３の前側外周部を内嵌する筒部３６を有している。第１側室３０は、側板１３の前側外周部と、ケーシング２０の筒部３６との間に形成される第２隙間Ｓ２を介して供給路２１と連通している。

第２側室３１は、インペラ１０の主板１１における外周端面と、ケーシング２０との間に形成される第３隙間Ｓ３を介して主流路２２と連通している。

そして、本実施形態の遠心ポンプ１００は、前記のように、第１側室３０と主流路２２との間で延びるようにケーシング２０の対向面２０ｂに溝部３３を有している。本実施形態での溝部３３は、主軸１７の延在方向に沿うように対向面２０ｂに形成される。
なお、図２中、符号３４ａで示す矢印は、供給路２１から吸込口１５への流体の流れを表し、符号３４ｂで示す矢印は、昇圧流路１４から主流路２２への流体の流れを表し、符号３４ｃで示す矢印は、第１側室３０を流れる後記の「漏れ流れ」を表している。

図３は、図２のIII−III部分断面図である。図３中、符号１２はインペラ１０の羽根であり、符号１３は側板であり、符号２０はケーシングである。
図３に示すように、本実施形態での溝部３３は、断面視で矩形を呈しており、溝部３３の深さよりも溝幅の方が長く設定されている。
溝部３３は、側板１３の外周部の端面に対して第１隙間Ｓ１を介して離れるケーシング２０の対向面２０ｂ（第２対向面）の周方向に沿って、等間隔に複数形成されている。本実施形態では、ケーシング２０に９つの溝部３３を有するものを想定しているが、本発明は、８つ以下又は１０以上の溝部３３を有する構成とすることもできる。

以上のような遠心ポンプ１００は、溝部３３を有するケーシング２０にインペラ１０を組み付けて製造することができる。この際、溝部３３は例えば、鋳造等によって溝部３３とケーシング２０とを一体に形成することもできるし、所定のケーシングベースに溝部３３を切削等によって追加工にて形成することもできる。

次に、本実施形態に係る遠心ポンプ１００の奏する作用効果について主に図２を参照して説明する。
遠心ポンプ１００は、原動機（図示省略）によって主軸１７を介してインペラ１０が回転駆動されると、昇圧流路１４内の流体はエネルギが付与されて昇圧する。主流路２２は、静止流路でありインペラ１０により与えられた流体の速度を減速し圧力を回復させる。

図２に示す本実施形態に係る遠心ポンプ１００とは異なって、溝部３３を有しない比較例１の遠心ポンプ（図示省略）をここで想定する。この比較例１の遠心ポンプは、溝部３３を有しない以外は、本実施形態に係る遠心ポンプ１００と同様に構成されている。以下に説明する比較例１の遠心ポンプについては、溝部３３がないものとした図２を参照しながら説明する。

比較例１の遠心ポンプでは、回転駆動されるインペラ１０によって、吸込口１５から吸い込まれた流体が昇圧流路１４を通って吐出口１６から主流路２２に吐き出される。この際、吐き出された流体の一部は、漏れ流れ３４ｃとして第１隙間Ｓ１を介して第１側室３０に流れ込む。

そして、漏れ流れ３４ｃは、第１側室３０を主軸１７側に向かった後、第２隙間Ｓ２を介して供給路２１に流入し、再び吸込口１５を介してインペラ１０に吸い込まれる。つまり、第１隙間Ｓ１、第１側室３０、及び第２隙間Ｓ２は、主流路２２から供給路２１への流体の漏れ流路を形成している。このような比較例１の遠心ポンプにおいては、インペラ１０の吐出口１６近傍における旋回流の速度の大きい流体が前記のように第１側室３０に流れ込む。第１側室３０では、流体（漏れ流れ３４ｃ）の旋回速度が著しく増大し、第１側室３０の圧力が低下する。

これに対して本実施形態に係る遠心ポンプ１００では、吐出口１６近傍における旋回流の速度の大きい流体は、第１隙間Ｓ１に流れ込んだ後、一部の流体は溝部３３内を流れ、他の一部の流体は溝部３３を横切るように流れる。これにより溝３３は旋回に対する抵抗として働くため、第１隙間Ｓ１に流れ込んだ流体の旋回が抑制される。その結果として第１側室３０での流体（漏れ流れ３４ｃ）の旋回速度が低減されて第１側室３０の圧力が増大する。

次に、実施例１と比較例１の遠心ポンプ１００に対して行った作用効果の検証について説明する。
この検証では、図２に示す第１隙間Ｓ１の軸方向において、漏れ流れ３４ｃの入口Ａ_ＩＮから出口Ａ_ＯＵＴまでの漏れ流れ３４ｃの旋回速度を、流体解析を行って求めた。その結果を図４に示す。
図４は、図２に示す遠心ポンプ１００の第１隙間Ｓ１の入口Ａ_ＩＮ（図４中、隙間入口Ａ_ＩＮと記す）から出口Ａ_ＯＵＴ（図４中、隙間出口Ａ_ＯＵＴと記す）までの軸方向の位置と、第１隙間Ｓ１における漏れ流れ３４ｃの旋回速度（図４中、旋回速度と記す）との関係を示すグラフである。

また、流体解析では、図２に示す第１側室３０の径方向において、漏れ流れ３４ｃの入口Ｂ_ＩＮから出口Ｂ_ＯＵＴまでの第１側室３０の圧力を求めた。その結果を図５に示す。
図５は、図２に示す遠心ポンプ１００の第１側室３０の入口Ｂ_ＩＮ（図５中、側室入口Ｂ_ＩＮと記す）から第１側室３０の出口Ｂ_ＯＵＴ（図５中、側室出口Ｂ_ＯＵＴと記す）までの径方向の位置と、第１側室３０の圧力（図５中、側室の圧力と記す）との関係を示すグラフである。

図４に示すように、破線で示す比較例１（溝なし）では、第１隙間Ｓ１の入口Ａ_ＩＮから第１隙間Ｓ１の出口Ａ_ＯＵＴに向かう漏れ流れ３４ｃの旋回速度は速い。また、第１側室３０に向かうほど（出口Ａ_ＯＵＴに向かうほど）旋回速度は増加傾向にある。
これに対して、実線で示す実施例１（溝あり）では、比較例１（溝なし）と比べて漏れ流れ３４ｃの旋回速度が遅くなっている。具体的には、第１側室３０付近（出口Ａ_ＯＵＴ付近）での実施例１の旋回速度は比較例１の６５％以下となっている。

また、図５に示すように、実線で示す実施例１（溝あり）における第１側室３０の圧力は、比較例１（溝なし）と比べると、第１側室３０の入口Ｂ_ＩＮから出口Ｂ_ＯＵＴの全体にわたって増加することが検証された。
つまり、本実施形態の遠心ポンプ１００は、第１隙間Ｓ１を形成するケーシング２０の内壁面に溝部３３を有することで第１側室３０の圧力を増加させ、インペラ１０が吸込口１５側（前側）に付勢される軸スラストを低減する。
このような本実施形態の遠心ポンプ１００によれば、スラスト軸受に対する負荷を低減することができる。

また、本実施形態の遠心ポンプ１００は、基本構造の遠心ポンプ（例えば、前記比較性１のような遠心ポンプ）に対して溝部３３を形成することで製造することができる。よって、本実施形態の遠心ポンプ１００は、基本構造の遠心ポンプに対して大幅な設計変更を加えることなく製造することができる。

また、遠心ポンプ１００の溝部３３は、主軸１７の延在方向に沿うようにケーシング２０の対向面２０ｂに形成されるので、従来の遠心ポンプ１００の放射状の溝と異なって、単純な切削工具によって簡単に形成することができる。よって、本実施形態の遠心ポンプ１００によれば、製造工程を簡素化することができ製造コストを低減することができる。

また、前記した遠心ポンプ１００の製造方法のうち、溝部３３を追加工によって形成するものは、軸スラストの調整方法としても応用することができる。言い換えれば、本実施形態の遠心ポンプ１００は、軸スラストの調整可能な構造を有することとなる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、渦巻型のボリュート（渦巻ケーシング）を有する渦巻ポンプについて説明したが、次に案内羽根を有するディフューザポンプについて説明する。ここでは、多段遠心ディフューザポンプを例にとって説明する。なお、以下の他の実施形態において、前記実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図６は、本発明の他の実施形態に係る遠心ポンプ１００（多段遠心ディフューザポンプ）のインペラ１０近傍を部分的に拡大した部分拡大縦断面図である。
図６に示すように、遠心ポンプ１００は、流体の入口及び出口が設けられる図示しない外部ケーシングと、この外部ケーシングの内部に配置されている内部ケーシング２０とを有している。この内部ケーシング２０は、特許請求の範囲にいう「ケーシング」に相当する。以下では、内部ケーシング２０は、単に「ケーシング２０」と称する。

また、遠心ポンプ１００は、ケーシング２０を貫通するように配置された主軸１７と、この主軸１７に固定された複数段のインペラ１０とを有している。なお、図６には、一部のインペラ１０のみが部分的に示されており、本実施形態でのインペラ１０は、６段程度のものを想定しているが、これに限定されるものではない。

ケーシング２０には、インペラ１０の配置に応じて縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。
また、ケーシング２０には、隣り合うインペラ１０の吐出口１６と吸込口１５とを繋ぐ連通路４０が形成されている。ちなみに、複数段あるインペラ１０のうち、最も上流側に位置するインペラ１０の吸込口１５は、遠心ポンプ１００における流体の前記入口（図示省略）に連通し、最も下流側に位置するインペラ１０の吐出口１６は、遠心ポンプ１００における流体の前記出口（図示省略）に連通している。

連通路４０は、インペラ１０の側板１３と主板１１との間に形成される昇圧流路１４に流体を導入する供給路２１と、昇圧流路１４から流体が導入されるディフューザ流路４１と、ディフューザ流路４１側から供給路２１側に流体を通流させるリターン流路４２と、リターン流路４２に設けられた水返し羽根５０とを有している。

供給路２１は、径方向外側から径方向内側に向かって流体を流した後、流体の向きをインペラ１０の直前で軸方向に変換させる流路である。
ディフューザ流路４１は、径方向内側が昇圧流路１４に連通しており、インペラ１０によって昇圧された流体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４１には主軸１７を中心とした周方向に複数の案内羽根４３が等間隔に配置されている。この案内羽根４３は、いわゆるディフューザベーンであり、ディフューザを構成している。ちなみに、案内羽根４３は、周方向に向かって配置される傾きが、後記するようにインペラ１０の羽根１２の傾きとは逆になっている（図７参照）。
リターン流路４２は、一端側がディフューザ流路４１に連通し、他端側が水返し羽根５０を介して供給路２１に連通している。

インペラ１０は、クローズド型のものであり、主板１１と羽根１２と側板１３とを備えている。
第１側室３０は、インペラ１０の側板１３における外周端面と、ケーシング２０との間に形成される第１隙間Ｓ１を介して主流路２２と連通している。また、第１側室３０は、側板１３の前側外周部と、ケーシング２０の筒部３６との間に形成される第２隙間Ｓ２を介して供給路２１と連通している。
そして、この遠心ポンプ１００は、前記のように、第１側室３０と主流路２２との間で延びるようにケーシング２０の対向面２０ｂ（第２対向面）に溝部３３を有している。
この溝部３３は、主軸１７の延在方向に沿うようにケーシング２０の対向面２０ｂに形成されている。
なお、図６中、符号３４ａで示す矢印は、供給路２１から吸込口１５への流体の流れを表し、符号３４ｃで示す矢印は、主流路２２から第１側室３０へと流れる後記の「漏れ流れ」を表している。

図７は、図６のVII−VII部分断面図である。図７中、符号１２はインペラ１０の羽根であり、符号１３は側板であり、符号２０はケーシングであり、符号４３は案内羽根である。
図７に示すように、本実施形態での溝部３３は、断面視で矩形を呈しており、溝部３３の深さよりも溝幅の方が長く設定されている。
溝部３３は、側板１３の外周部の端面に対して第１隙間Ｓ１を介して離れるケーシング２０の内周面の周方向に沿って、等間隔に複数形成されている。本実施形態では、ケーシング２０に９つの溝部３３を有するものを想定しているが、本発明は、８つ以下又は１０以上の溝部３３を有する構成とすることもできる。

また、案内羽根４３の位置と溝部３３の位置との関係においては、溝部３３は、案内羽根４３の半径方向の内側先端４３ａに近接するように形成されているものが望ましい。
特に、溝部３３の周方向の両端部のうち、インペラ１０の回転方向Ｒの前側の端部３３ａを案内羽根４３の内側先端４３ａに近接するように形成したものが望ましい。

また、周方向に隣り合う案内羽根４３，４３の内側先端４３ａがインペラ１０の回転中心（図示省略）を軸にして開く角度をθとすると、溝部３３の前側の端部３３ａの周方向の位置は、案内羽根４３の内側先端４３ａの位置に対して±θ／４の範囲内にあるものが、より望ましい。さらに望ましい溝部３３の前側の端部３３ａの周方向の位置は、図示しないが、インペラ１０の回転中心と案内羽根４３の内側先端４３ａとを結ぶ線上である。
また、周方向に隣り合う案内羽根４３，４３の位置と溝部３３の周方向の幅Ｗとの関係においては、溝部３３の幅Ｗは、角度θの半分以下（Ｗ≦θ／２）が望ましい。

このような遠心ポンプ１００（多段遠心ディフューザポンプ）では、連通路４０及び水返し羽根５０（図６参照）を介して多段に設けられるインペラ１０（図６参照）にて流体が段階的に昇圧される。この際、遠心ポンプ１００は、溝部３３（図７参照）を有することによって、前記実施形態に係る遠心ポンプ１００と同様の作用効果を奏することに加えて、案内羽根４３を有することによって次のような作用効果を奏する。

図６に示すように、この遠心ポンプ１００において、回転するインペラ１０の昇圧流路１４から流体がケーシング２０のディフューザ流路４１に吐き出される。その後、小流量域での運転の際には、流体が案内羽根４３に衝突することで、旋回が抑制された流体の逆流が生じる。
そして、旋回速度の遅いこの逆流は、主流路２２から第１隙間Ｓ１に向かう流れと一緒になって漏れ流れ３４ｃを形成する。このような遠心ポンプ１００によれば、案内羽根４３によって生じた旋回速度の遅い逆流を溝部３３に流入させることによって、第１側室３０での流体（漏れ流れ３４ｃ）の旋回速度を効率よく低減することができる。

また、この遠心ポンプ１００は、案内羽根４３により発生する旋回速度の遅い逆流を溝部３３に流入させる。これにより遠心ポンプ１００は、案内羽根４３を有しないものよりも、逆流の発生する小流量域での運転において、軸スラストの低減効果を向上させることができる。また、遠心ポンプ１００は、小流量域での十分な軸スラスト低減効果を確保しつつ、最高効率点流量付近での軸スラスト低減効果を抑える。このような遠心ポンプ１００によれば、最高効率点流量付近において第１側室３０内の流体とインペラ１０との摩擦を低減することで、軸スラスト低減によるポンプ効率の低下を抑制する設計が可能となる。

次に、案内羽根４３を有する遠心ポンプ１００（図６参照）である実施例２と、溝部３３を有しない以外は実施例２と同様の構成を想定した比較例２とに対して行った作用効果の流体解析による検証について説明する。比較例２の遠心ポンプについては、溝部３３がないものとした図６を参照する。
この検証では、図６に示す第１隙間Ｓ１の軸方向において、漏れ流れ３４ｃの入口Ｃ_ＩＮから出口Ｃ_ＯＵＴまでの漏れ流れ３４ｃの旋回速度を測定した。その結果を図８に示す。
図８は、図６に示す遠心ポンプ１００の第１隙間Ｓ１の入口Ｃ_ＩＮ（図８中、隙間入口Ｃ_ＩＮと記す）から第１隙間Ｓ１の出口Ｃ_ＯＵＴ（図８中、隙間出口Ｃ_ＯＵＴと記す）までの軸方向の位置と、第１隙間Ｓ１における漏れ流れ３４ｃの旋回速度（図８中、旋回速度と記す）との関係を示すグラフである。

図８に示すように、破線で示す比較例２（溝なし）では、第１隙間Ｓ１の入口Ｃ_ＩＮから第１隙間Ｓ１の出口Ｃ_ＯＵＴに向かう漏れ流れ３４ｃの旋回速度は速い。また、第１側室３０側に向かうほど（出口Ｃ_ＯＵＴに向かうほど）旋回速度は増加傾向にある。つまり、案内羽根４３により旋回速度を抑制された漏れ流れ３４ｃが、第１隙間Ｓ１を通る間に再度早い旋回を持つようになる。
これに対して、実線で示す実施例２（溝あり）では、比較例２（溝なし）と比べて漏れ流れ３４ｃの旋回速度が遅いまま、出口Ｃ_ＯＵＴに到達することが検証された。

また、前記実施形態では、溝部３３が軸方向に沿って延在している遠心ポンプ１００について説明したが、本発明は溝部３３が軸方向に対して傾斜するように延在する構成とすることもできる。

図９は、溝部３３が傾斜する遠心ポンプ１００の構成説明図である。なお、図９は、図６のIX−IX断面に対応する部分断面図である。
図９中、符号２０はケーシングであり、符号３３は溝であり、符号Ｒはインペラ１０の回転方向である。
図９に示すように、この遠心ポンプ１００は、溝部３３の延在方向が遠心ポンプ１００の軸方向（図示省略）に対して傾斜することで、インペラ１０の回転方向Ｒに対して溝部３３の延在方向が傾斜している。さらに詳しく説明すると、この溝部３３は、インペラ１０の回転方向Ｒに対して溝部３３の延在方向が鋭角をなすように形成されている。

このような遠心ポンプ１００によれば、旋回の小さい漏れ流れを、溝部３３を介して効率よく第１側室３０（図６参照）内に導き入れることができるので、軸スラストの低減効果がより顕著に表れる。

なお、図９に示す溝部３３は、インペラ１０の回転方向Ｒに対して溝部３３の延在方向が鋭角をなすように傾斜しているが、鈍角をなすように傾斜する構成とすることもできる。
このような鈍角をなして傾斜する溝部３３によれば、漏れ流れのベクトル方向と、溝部３３の延在方向とのなす角度が、鋭角をなすものと比べてより直角に近づくため、漏れ流れの持つ旋回速度をより低減することができる。これにより遠心ポンプ１００は、軸スラストをさらに低減することができる。

また、前記実施形態では、溝部３３の断面形状が矩形の遠心ポンプ１００について説明したが、溝部３３の断面形状は、矩形以外の多角形状、又は半円若しくは半楕円などの円弧形状とすることもできる。

図１０及び図１１は、溝部３３の変形例を示す構成説明図であり、図６のVII−VII断面に対応する部分断面図である。
図１０及び図１１中、符号２０はケーシングであり、符号３３は溝であり、符号１２はインペラ１０の羽根であり、符号１３はインペラ１０の側板であり、符号４３は案内羽根である。

図１０に示す遠心ポンプ１００における溝部３３の断面形状は、三角形を呈しており、図１１に示す遠心ポンプ１００における溝部３３の断面形状は、半円形を呈している。
このような溝部３３を有する遠心ポンプ１００によれば、ケーシングベース（図示省略）に対して簡単な切削工具で切削加工を行うことによって、簡単に溝部３３を形成することができる。ちなみに、切削工具としては、例えばヤスリ、ドリルなどが挙げられる。

図１２は、溝部３３の他の変形例を示す構成説明図であり、図２の遠心ポンプにおける溝近傍の部分拡大断面図に対応する図である。図１３は、図１２のXIII−XIII部分断面図である。
図１２及び図１３に示すように、ケーシング２０（図１２参照）は、溝部３３が形成された溝部形成部材３８を有している。この溝部形成部材３８は、ケーシング２０に嵌め込まれている。なお、図１２中、符号３０は第１側室である。図１２及び図１３中、符号１２はインペラ１０の羽根であり、符号１３はインペラ１０の側板であり、符号４３は案内羽根である。

さらに詳しく説明すると、図１２に示すように、ケーシング２０は、ケーシング本体２０ｃと、インペラ１０の側板１３の外周端部を、第１隙間Ｓ１を開けて取り囲むように配置されるリング部材２０ｄと、を有して構成されている。

そして、溝部形成部材３８は、リング部材２０ｄの内周側に嵌め込まれて配置されている。この溝部形成部材３８は、リング部材２０ｄに対して抜け止めとなるように、断面視でＬ字状に形成されている。

この溝部形成部材３８は、図１３に示すように、ケーシング２０の内周側で周方向に沿って複数配置され、溝３３を有する溝部形成部材３８同士は互いに独立に嵌め込まれている。

図１４は、溝３３のさらなる変形例を示す構成説明図であり、図１３に対応する図である。
図１４に示すように、溝３３は溝部形成部材３９に形成されている。この溝部形成部材３９は、図１３に示す複数の溝３３ごとに別体に形成される溝部形成部材３８と異なって、ケーシング２０の内周側で周方向に沿って一体のリング状を呈している。そして、各溝３３は、溝部形成部材３９の内周側の所定の位置に形成されている。ちなみに、この溝部形成部材３９は、図示しないが、図１２に示す溝部形成部材３８と同様にリング部材２０ｄの内周側に嵌め込まれて配置されている。また、この溝部形成部材３９は、リング部材２０ｄに対して抜け止めとなるように、断面視でＬ字状に形成されている。

このような溝部形成部材３８，３９に溝３３を有する遠心ポンプ１００は、例えば、圧送する流体に砂などの固形物が含まれており、この固形物によって溝部３３が摩耗した際に、溝部形成部材３８，３９の取り換えが可能となっている。

１０インペラ
１１主板
１１ａ段差部
１２羽根
１３側板
１４昇圧流路
１５吸込口
１６吐出口（流体吐出口）
１７主軸
２０内部ケーシング（ケーシング）
２０ａ第１対向面
２０ｂ第２対向面
２１供給路
２２主流路
２４ボリュート
３０第１側室（側室）
３１第２側室
３３溝部
３３ａ端部
３８溝部形成部材
３９溝部形成部材
４０連通路
４１ディフューザ流路
４２リターン流路
４３案内羽根
４３ａ内側先端
５０水返し羽根
１００遠心ポンプ
Ｓ１第１隙間
Ｓ２第２隙間
Ｓ３第３隙間

Claims

主板と側板との間に流体の昇圧流路を有するインペラと、
前記インペラを内側に収納するケーシングと、
前記インペラの外周側で前記昇圧流路の流体吐出口が臨むように前記ケーシング内に形成されている流体の主流路と、
を有する遠心ポンプであって、
前記側板の板面とこの板面に対向する前記ケーシングの第１対向面との間に形成される側室と、
前記側板の外周端面とこの外周端面を全周にわたって囲むように対向する前記ケーシングの第２対向面との間に形成されており、前記側室と前記主流路とを連通させる隙間と、
を備え、
前記隙間を形成する前記ケーシングの前記第２対向面には、前記側室と前記主流路との間で延びるように溝部が形成され、
前記溝部は、前記第２対向面の周方向に沿って等間隔に複数形成され、
前記インペラの半径方向の外側には、複数の案内羽根を有するディフューザを備え、前記溝部は、前記案内羽根の半径方向の内側先端に近接するように形成されていることを特徴とする遠心ポンプ。
主板と側板との間に流体の昇圧流路を有するインペラと、
前記インペラを内側に収納するケーシングと、
前記インペラの外周側で前記昇圧流路の流体吐出口が臨むように前記ケーシング内に形成されている流体の主流路と、
を有する遠心ポンプであって、
前記側板の板面とこの板面に対向する前記ケーシングの第１対向面との間に形成される側室と、
前記側板の外周端面とこの外周端面を全周にわたって囲むように対向する前記ケーシングの第２対向面との間に形成されており、前記側室と前記主流路とを連通させる隙間と、
を備え、
前記隙間を形成する前記ケーシングの前記第２対向面には、前記側室と前記主流路との間で延びるように溝部が形成され、
前記溝部は、径方向外側から径方向内側に見た平面視で、前記インペラの回転方向に対して傾斜するように形成されていることを特徴とする遠心ポンプ。
請求項１又は請求項２に記載の遠心ポンプにおいて、
前記溝部の断面形状は、多角形状又は円弧形状であることを特徴とする遠心ポンプ。
請求項１又は請求項２に記載の遠心ポンプにおいて、
前記溝部は、前記ケーシングとは別体の溝部形成部材が前記ケーシングに嵌め込まれて形成されていることを特徴とする遠心ポンプ。