JPH03290096A - プリローテーション形渦巻ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプリローテーション形渦巻ポンプ（以下、単に
渦巻ポンプという。）における羽根車室の吸込口部の改
良に係るものである。

［従来の技術］ 渦巻ポンプは、第７図に示されているように、ケーシン
グｌと、ポンプ軸２に設けられた羽根車３などを備え、
ケーシング１はポリエート形の吸込流路１１と、それら
の吸込流路１１の終端部の相互間に亘って形成された羽
根車室１２と、羽根車室１２から吸込流路１１の間を通
るように延びて吸込流路１１の吸込口１１ａと反対向き
の吐出口１３ａを形成するボリュート形の吐出流路１３
とを形成しており、羽根車室１２と吸込流路１１との境
界部分、すなわち羽根車室１２の入口開口には吸込口部
１４が形成されている。この渦巻ポンプの場合、羽根車
３の回転駆動に伴ってポンプ軸２に直交する方向Ａから
吸込まれた水は、羽根車目玉付近の流路で旋回流となっ
て羽根車室１２に近づいてゆき、吸込口部１４を経て羽
根車室１２に吸い込まれポンプ軸２に平行する方向に転
向される。このように水流を旋回流にして羽根車室工２
に吸い込ませる形式のものはプリローテーション形と呼
ばれ、それが現在の渦巻ポンプの主流になっていると共
に、これを採用することによって吸込作用の高性能化と
高速化が可能になってきた。

このような渦巻ポンプにおいて、従来は、羽根車室１２
の入口部分を形式している吸込口部１４の全円周部分の
断面形状が第８図のようになっていた。

すなわち羽根車目玉付近の流路に面した吸込口部１４の
表面がその全円周部分において張出状に連続した曲率半
径ｒの円弧面１４ａになっており、しかもその円弧面１
４ａの吸込流路１１側の端部（円弧面１４ａの始端部）
と吸込口部１４の周囲のケーシング内面１５ａとが、吸
込流路１１での水の流れ方向に沿う傾斜面１６によって
段差なくほぼ滑らかに連続されていた。言い換えれば、
従来の吸込口部１４はケーシング１に形式された吸込流
路１１と羽根車室１２とを区画する環状の仕切り壁１７
の内周部分をその外周部分まりもや＼厚肉にし、その厚
肉化された内周部分の内端部に、全円周方向における各
部の曲率半径ｒが同一の円弧面１４ａを形成したもので
あった。そして、羽根車端面から円弧面１４ａの頂点ま
での間隔ｈ、ひいては円弧面１４ａの頂点から吸込口部
１４に対向するケーシング内面１５ｂとの対向間隔が吸
込口部１４の全円周上のどの箇所においても同一に設定
されていた。

このような従来の吸込口部１４の形状は、その形状であ
れば羽根車室１２に吸い込まれる水流に抗する抵抗が小
さくなり、吸込口部１４の直前での流速の低下が生じに
くくなって水の流速分布が吸込口部１４の全円周部分の
各部でほぼ均等になるという考え方に基づいて採用され
ていた。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、従来のプリローテーション形の両吸込渦
巻ポンプを可視化し、ピトー管を用いて上記吸込口部の
各部での水の流速を測定したところ次のような事実が判
明した。

従来の渦巻ポンプの場合、吸込性能の高性能化と高速化
に伴ってケーシング内部での水の流れが複雑化しており
、第７図に破線ハツチングで示した部分、つまり吸込口
部１４において吸込流路１１の上流に位置する部分Ｘで
は、羽根車室１２に吸い込まれる水流が吸込口部１４の
円弧面１４ａに確実に接しながらそれに沿って方向転換
するという理想的な水流移行のなされていないことがあ
り、たとえば第８図に矢符で示唆したように水流が方向
転換するときに上記円弧面１４ａからの水流の剥離を生
じていることがあり、そのような水流の剥離現象によっ
てキャビテーションが発生し、振動や騒音などの原因と
なるエロージョンを生じてポンプ性能を低下させている
ことが判った。

また、従来の渦巻ポンプは、先に述べたように吸込口部
１４での水の流速分布がほぼ均等になるという考え方に
立っているけれども、第７図に示すように吸込口部１４
に対する旋回流の上流側である始点から下流側である終
点までをそれぞれＢａ、Ｂｂ。

Ｂｃ、Ｂｄの各点に分けた場合、各点で実測した流速Ｖ
Ｂａ、　ＶＢｂ、　ＶＢｃ、　ＶＢｄは吸込口部１４の
全円周部分の各部で不均等であるという事実が判明した
。同時に、Ｂａ点付近では水流が十分に旋回せず、Ｂａ
点から離れてＢｂ点、Ｂｃ点、Ｂｄ点に至るに従って旋
回の程度が大きくなっており、Ｂａ、　Ｂｂ、　Ｂｃ、
　Ｂｄの各点での旋回流の強さが大きく異なっているた
め、Ｂａ、　Ｂｂ、　Ｂｃ。

Ｂｄの各点に面した吸込口部１４の断面形状が上述のよ
うに全円周部分に亘って均等であれば、その断面形状が
水流の方向転換に与える影響も各点においてそれぞれに
異なるという事実が判明した。

そして、これらのことが相乗して上述した水流の剥離現
象に結びつき、キャビテーションやエロージョンの発生
、ポンプ性能の低下につながっていることが判った。

この発明は従来のこのような事実に鑑みて吸込口部の適
切な形状を案出し、それによって吸込口部の全円周部分
での水流の流速分布や方向転換の態様が各部で可及的均
等化されるようにし、もって、吸込口部付近での水流の
剥離が生しにくく、キャビテーションやエロージョンの
発生に伴う性能低下を生しにくい渦巻ポンプを提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段１ 本発明の渦巻ポンプは、水流を羽根車へ流れ込ませる吸
込口部がその周囲のケーシング内面からその吸込口部に
対向するケーシング内面に向けて突出され、吸込口部の
突出端から基端に至る内周表面が滑らかに連続した張出
状の曲面に形成されていると共に、吸込口部とその周囲
のケーシング内面との間に溝部または段付部が形成され
ているものである。

［作　用１ この構成によれば、吸込口部における吸込流路の上流に
位置する部分（第７図の符号Ｘで示した部分）では、吸
込流路をポンプ軸に直行する方向に流れてきた水流がケ
ーシング内面から突出している上記吸込口部に直角に近
いような流入角度で衝突し、それに伴って水流の流速が
低下すると同時に、吸込口部とその周囲のケーシング内
面との間の溝部または段付部の水流誘導作用により吸込
流路の下流側に向かう水流の旋回成分が大きくなり、も
って水流が上記溝部または段付部に沿って吸込口部の周
りを旋回しながら吸込口部を乗り越えてポンプ軸に平行
する方向に緩やかに方向転換し、水流の急速な方向転換
がなされなくなる。しかも吸込口部の内周表面が滑らか
に連続する張出状の曲面に形成されていることから、そ
れらの作用が相乗して水流の剥離現象が抑制される。

また、第７図の符号Ｘで示した部分よりも下流側の部分
、すなわち吸込流路をポンプ軸に直行する方向に流れて
きた水流が吸込口部に対して小さな流入角度で衝突する
部分では、水流の方向が吸込口部の接線方向に近くなる
ためにそれほど大きな流速低下を生じない。したがって
、この部分での流速が、上記Ｘ部分での流速に相対的に
近づく。

そして、衝突に伴う流速低下の程度は、吸込口部におけ
る吸込流路の下流に位置する部分はど小さくなるため、
吸込口部の全円周部分での流速が均等化され、それに伴
って接続口部を乗り越えるときの水流の方向転換の態様
も接続口部の全円周部分において均等化される。

［実施例］ 以下、本発明に係る渦巻ポンプの一実施例を詳細に説明
する。

第１図および第２図はブリローテンション形の渦巻ポン
プの吸込口部１４の付近を示したもので、第１図は既に
説明した第８図に対応する部分の断面図である。これら
の各図中、同一符号は同一または相当部分を表している
。

この実施例においては、水流を羽根車へ流れ込ませる吸
込口部１４がベルマウスに類似する形状に作られている
。すなわち、吸込口部１４はその周囲のケーシング内面
１５ａからその吸込口部１４に対向するケーシング内面
１５ｂに向けて突出され、吸込口部１４の突出端１４ｂ
から基端１４ｃに至る内周表面が滑らかに連続した張出
円弧状の曲面１４ｄに形成されている。また、吸込口部
１４とその周囲のケーシング内面１５ａとの間に環状ま
たは弧状の溝部１７が形成されている。１４ｅは吸込口
部Ｉ４の外周表面である。°こ＼で、環状の溝部１７が
形成されるのは吸込口部１４が環状に形成されている場
合であり、円弧状の溝部１７が形成されるのは第２図の
ようにケーシング１に形成された舌部１８が吸込口部１
４の開口縁から上流側（紙面の手前側）に迫り出してい
るために吸込口部１４の一部がその舌部１８によって欠
除されているような場合である。なお、この舌部１８は
吸込口部１４の周囲に生じる旋回流をその最も下流側の
部分で羽根車室１２の内部に誘導する働きを持っている
。

この構成によれば、第２図に符号Ｘで示した部分、すな
わち吸込口部１４における吸込流路１１の上流に位置す
る部分では、吸込流路１１をポンプ軸（不図示）に直行
する方向に流れてきた水流Ｆ１が吸込口部１４の溝部１
７に入り、その吸込口部１４の外周表面１４ｅに衝突し
てその流速を低下させた後、その溝部１７の水流誘導作
用により水流の旋回成分が大きくなり溝部１７に沿って
吸込流路１１の下流側に向かって流れ、衝突箇所よりも
下流側の箇所で旋回しながら吸込口部１４を乗り越えポ
ンプ軸に平行する方向に緩やかに方向転換し、羽根車室
１２に吸い込まれる。

このように水流Ｆ、の流速が方向転換する前に低下し、
かつ旋回しながら緩やかに方向転換して吸込口部１４を
乗り越え羽根車室１２に吸い込まれると、吸込口部１４
の内周表面からの水流の剥離が生じにくい。そして水流
Ｆ１が吸込口部１４を乗り越える段階ではその水流Ｆ１
の中に吸込口部１４の滑らかに連続する張出状の曲面１
４ｄが迫り出している状態になっているため、上述のよ
うに水流Ｆ、の流速が遅くしかも方向転換が緩やかにな
されていることと相まって水流Ｆ、が吸込口部１４から
剥離しにくくなる。特に、上記Ｘ部分では吸込口部１４
の溝部１７に直角に近いような大きな流入角度で水流Ｆ
、が衝突しても、それに伴う流速と旋回成分の増大とに
よって緩やかな方向転換がなされるのである。

また、Ｘ部分よりも下流側の部分、すなわち吸込流路１
１をポンプ軸に直行する方向に流れてきた水流Ｆ２．　
Ｆ３が吸込口部１４の溝部１７に対して小さな流入角度
で衝突する部分では、水流Ｆｚ、　Ｆ３の方向が吸込口
部１４の接線方向に近くなるためにそれほど大きな流速
低下を生じない。このため、上述したＸ部分での流速低
下が顕著に起こることとの相対関係により、この下流側
部分での流速とＸ部分での流速とが均等化される。そし
て、衝突に伴う流速低下の程度は、吸込口部１４におけ
る吸込流路１１の下流に位置する部分はど小さくなるた
め、吸込口部１４の全円周部分での流速が均等化され、
それに伴って接続口部を乗り越えるときの水流の方向転
換の態様も接続口部の全円周部分において均等化される
。このような作用により、従来構成に伴って生していた
水流の剥離現象が効果的に抑制され、キャビテーション
やエロージョンの発生が抑えられてポンプ性能（吸込性
能など）を向上させ得るようになるのである。

吸込口部１４は羽根車室１２と吸込流路１１との連通部
すなわち羽根車室１２の入口開口の一部に形成してもよ
い。この場合、羽根車室１２の入口開口における吸込流
路１１の上流に位置する部分（たとえばＸ部分）を含む
ように形成しておく。これは、通常の場合、水流の剥離
現象を生しる箇所が上記Ｘ部分付近に限定されているた
め、そのＸ部分での水流Ｆ、の流速低下と旋回しながら
の緩やかな方向転換とを促すようにすれば吸込口部１４
の全体での水流の剥離現象を有効に抑制できるからであ
る。

そして、そのように羽根車室１２の入口開口の一部に吸
込口部１４を形成する場合、第４図に示した吸込口部１
４の山幅Ｈや拡がり幅Ｖや曲面１４ｄの沿面長さしを水
流の上流側から下流側に向けて漸次連続的に小さくし、
吸込口部１４の溝部１７が上記入口開口の周縁部イに滑
らかに連続して消滅するようにすることが望まれる。こ
うしておけば、吸込口部１４の溝部１７の作用により流
速低下と緩やかな方向転換とを促される水流と、溝部１
７に衝突ないし接触せずに羽根車室１２に吸い込まれる
旋回流とのそれぞれの態様が、羽根車室１２の入口開口
の全周部分で均等化され、その態様が極端に変化する箇
所がなくなる。

ちなみに、吸込口部が羽根車室の入口開口の全周に形成
され、かつ吸込口部の山幅や拡がり幅や曲面の沿面長さ
を水流の上流側から下流側に向けて漸次連続的に小さく
し、吸込口部の溝部が上記入口開口の周縁部に滑らかに
連続して消滅するように構成した実施例と第８図の従来
例との吸込性能を通常の条件により比較実験した場合、
従来例では吸込性能ＮＰＳＨ（ｒｑ）が８．１ｍであり
、実施例ではそれが７．１ｍとなって従来例よりも約１
１１１向上した。

こ＼で従来例のものも相当程度まで吸込性能が高いので
あり、これをさらに１ｍも向上させるのは容易なことで
ない。

上述した実施例は吸込口部１４とその周囲のケーシング
内面との間に溝部１７が形成され、かつ吸込口部１４の
外周表面１４ｅが内周表面の曲面１４ｄと平行またはほ
ぼ平行になるように形成されているものを説明したが、
溝部１７の形状を第５図のように角溝形に形成しておい
ても同様の作用が奏される。

さらに、溝部を形成せず、第６図のように吸込口部１４
とその周囲のケーシング内面１５ａ　との間にポンプ軸
（不図示）に対して平行な段付部１４ｆを形成してもよ
い。このものによっても上述したところと略同様の作用
により水流の剥離現象を有効に防止することができるの
である。

なお、前記実施例においては、吸込口部１４をケ−シン
グ１と一体構造のものとして説明したが、羽根車室１２
の入口開口に装着される吸込リングとして槽底しておい
てもよいことは勿論である。

［発明の効果１ 以上詳述したようにこの発明によると、形渦巻ポンプに
おいて、ケーシングの吸込流路を流れてきた水流が吸込
口部を乗り越えて羽根車室に吸い込まれるときの流速や
方向転換の態様が吸込口部の全円周部分において相対的
に均等化され、しかも吸込口部の内周表面が張出状の円
弧面に形成されているため、従来構成で生じていた接続
口部付近での水流の剥離現象が生じにくくなり、そのこ
とがキャビテーションやエロージョンの発生を抑制する
ことにつながってポンプ性能の向上に役立つという効果
がある。しかも単なる吸込口部の形状を改良するだけで
済むので実施が極めて容易であるなどの特長を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る渦巻ポンプの一実施例を示す吸
込口部付近の縦断側面図、第２図はポンプ軸の軸心方向
に見た吸込口部付近の縦断正面図、第３図は吸込口部の
変形例を示す縦断正面図、第４図は第１図の要部を拡大
した縦断側面図、第５図は吸込口部の他の変形例を示す
要部拡大縦断側面図、第６図は吸込口部のさらに他の変
形例を示す要部拡大縦断側面図、第７図は一般的な渦巻
ポンプの概要構成を示す縦断正面図、第８図は従来の渦
巻ポンプの吸込口部付近の縦断側面図である。 １・・・ケーシング、２・・・ポンプ軸、３・・・羽根
車、１２・・・羽根車室、１４・・・吸込口部、１４ｂ
・・・吸込口部の突出端、１４ｃ・・・吸込口部の基端
、１４ｄ・・・曲面、工４ｅ・・・溝形面、１４ｆ・・
・ストレート面、１５ａ・・・吸込口部の周囲のケーシ
ング内面、１５ｂ・・・吸込口部に対向するケーシング
内面、Ｆｌ＋　Ｆｚ、ｈ・・・水流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、羽根車と、この羽根車を固定したポンプ軸と、これ
   らを覆うケーシングとを有し、羽根車の回転駆動により
   、ケーシング内でポンプ軸に直交する方向から吸込まれ
   てきた水を羽根車目玉付近の吸込口部でポンプ軸に平行
   する方向に転換させて上記羽根車室へ流れ込ませるよう
   にしたプリローテーション形渦巻ポンプにおいて、 水流を羽根車室へ流れ込ませる吸込口部がその周囲のケ
   ーシング内面からその吸込口部に対向するケーシング内
   面に向けて突出され、吸込口部の突出端から基端に至る
   内周表面が滑らかに連続した張出状の曲面に形成されて
   いると共に、吸込口部とその周囲のケーシング内面との
   間に溝部または段付部が形成されていることを特徴とす
   るプリローテーション形渦巻ポンプ。