WO2021152908A1 - 遠心ポンプ - Google Patents

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WO2021152908A1
WO2021152908A1 PCT/JP2020/036229 JP2020036229W WO2021152908A1 WO 2021152908 A1 WO2021152908 A1 WO 2021152908A1 JP 2020036229 W JP2020036229 W JP 2020036229W WO 2021152908 A1 WO2021152908 A1 WO 2021152908A1
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WO
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centrifugal pump
backflow
blade
end portion
circulation
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PCT/JP2020/036229
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English (en)
French (fr)
Inventor
基彦 能見
修作 香川
友紀 常田
Original Assignee
株式会社荏原製作所
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal pump.
  • the present application claims priority under Japanese Patent Application No. 2020-10895 filed on January 27, 2020. All disclosures, including the specification of Japanese Patent Application No. 2020-10895, claims, drawings and abstracts, are incorporated herein by reference in their entirety.
  • Centrifugal pump is one of the devices for transferring fluid. If NPSHa (Net Positive Suction Head) is low when driving a centrifugal pump, the pressure inside the pump can be less than or equal to the saturated vapor pressure, resulting in cavitation. Cavitation can adversely affect pump performance. For example, cavitation can generate large vibrations and noise that interfere with the normal operation of the pump. A situation in which a large fluctuation in flow rate occurs due to cavitation and a large vibration or noise is generated is also called a "cavitation surge".
  • NPSHa Net Positive Suction Head
  • Patent Document 1 A centrifugal pump using a partially open impeller is known to prevent the occurrence of cavitation (Patent Document 1).
  • the impeller of Patent Document 1 prevents cavitation by injecting liquid from the space (reference numeral 15) for arranging the impeller through the water passage portions (reference numerals 54 and 55).
  • Patent Document 1 does not describe the case where the flow rate is low, nor does it describe the backflow that occurs at the inlet portion of the impeller. Therefore, Patent Document 1 does not describe or suggest that cavitation and cavitation surge due to backflow generated at the inlet portion of the impeller are prevented or suppressed.
  • One purpose of the present application is to suppress the occurrence of at least one of cavitation and cavitation surge due to backflow.
  • an impeller comprising a blade and a shroud configured to expose the front end of the blade, and a backflow that occurs in the vicinity of the front end of the blade, radially outward from the front end of the blade.
  • the discharge side end of the backflow circulation part is located on the discharge side from the front end of the blade, and the suction side end of the backflow circulation part is located on the suction side from the front end of the blade.
  • the outer diameter of the backflow circulation portion is larger than the diameter of the front end portion of the blade, and the backflow circulation portion is provided.
  • a centrifugal pump defined by a protrusion extending from a radial position outside the front end of the blade to a radial position substantially identical to the front end.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the meridional plane of the centrifugal pump according to another embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the shroud at the position indicated by “A” in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the meridional surface of the centrifugal pump according to still another embodiment. It is a meridional cross-sectional view of the centrifugal pump by one Embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the centrifugal pump 30 according to the embodiment.
  • the centrifugal pump 30 in FIG. 1 is a double suction centrifugal pump. Instead, the centrifugal pump 30 may be a single suction centrifugal pump.
  • the centrifugal pump 30 has an impeller 32 and a rotating shaft 31.
  • the impeller 32 is fixed to the rotating shaft 31.
  • the rotating shaft 31 extends horizontally, for example.
  • One end of the rotating shaft 31 is connected to a driving device such as an electric motor (not shown).
  • the impeller 32 is also rotated together with the rotating shaft 31.
  • the drive is connected to the right end of the rotating shaft 31.
  • the rotating shaft 31 is rotatably supported by bearing devices 39 provided near both ends thereof.
  • the impeller 32 is housed inside the pump casing 35.
  • the pump casing 35 has a discharge chamber 35a that receives the fluid discharged by the impeller 32.
  • the discharge chamber 35a is a chamber inside the pump casing 35.
  • the discharge chamber 35a is a spiral chamber having a spiral shape.
  • Suction chambers 33 are arranged on both sides of the discharge chamber 35a in the axial direction.
  • a partition wall 35b exists between the discharge chamber 35a and the suction chamber 33.
  • the discharge port of the impeller 32 is arranged inside the discharge chamber 35a.
  • the suction port of the impeller 32 is open in the axial direction.
  • the suction port of the impeller 32 penetrates the partition wall 35b and communicates with the suction chamber 33.
  • a typical liquid is water, but any liquid may be used as long as it can be transferred by a centrifugal pump.
  • the impeller 32 is a substantially closed type impeller, and has a blade 32a and a shroud 32b. However, as will be described later, the shroud 32b according to the embodiment does not cover all the parts of the blade 32a. Therefore, it can be said that the impeller 32 is a "semi-closed type" impeller.
  • the impeller 32 is configured to suck liquid from both sides (left and right sides in FIG. 1).
  • the centrifugal pump 30 is a one-sided suction centrifugal pump
  • the impeller 32 is configured to suck liquid only from one side thereof.
  • the rotating shaft 31 extends through the pump casing 35.
  • the gap between the rotating shaft 31 and the pump casing 35 is sealed by the shaft sealing device 38.
  • the shaft sealing device 38 may be, for example, a mechanical seal, a gland packing or other seal.
  • the pressure in the discharge chamber 35a can be higher than the pressure in the suction chamber 33. Then, the liquid in the discharge chamber 35a can flow back to the suction chamber 33 through the gap between the impeller inlet portion 41 and the pump casing 35.
  • a liner ring 40 may be attached to a portion of the pump casing 35 facing the impeller inlet portion 41 in order to suppress the backflow of the liquid from the discharge chamber 35a. It should be noted that the "backflow of liquid from the discharge chamber 35a" may be different from the "backflow that occurs in the vicinity of the front end 50 of the blade 32a".
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the meridional surface of the centrifugal pump 30 according to the embodiment.
  • FIG. 2 shows the periphery of the impeller 32. Note that hatching is omitted in FIG.
  • the portion not shown in FIG. 2 may be configured according to the symmetry of the centrifugal pump 30 and the impeller 32.
  • a sliding member 42 may be provided between the liner ring 40 and the shroud 32b.
  • the rotation of the impeller 32 causes the liquid to receive centrifugal force toward the outside in the radial direction.
  • the influence of the pressure increase due to the centrifugal force toward the outer side in the radial direction becomes relatively large with respect to the inertial force due to the flow of the fluid.
  • backflow may occur at the impeller inlet portion 41, particularly in the vicinity of the front end portion 50 of the blade 32a.
  • the "front end portion 50 of the blade 32a" is a portion of the blade 32a located on the most suction side.
  • FIGS. 8 and 9 the flow of liquid around the impeller is indicated by arrows.
  • FIG. 8 shows the flow of the liquid when the liquid of the flow rate assumed in the design is transferred. As shown in FIG. 8, when transferring the liquid at the flow rate assumed in the design, the liquid smoothly flows to the inlet of the impeller.
  • FIG. 9 shows the flow of liquid when the flow rate is low. As shown in FIG. 9, when the flow rate of the liquid is low, a large backflow occurs in the upstream direction from the inlet of the impeller.
  • the impeller 32 has a space for circulating backflow on the radial outer side of the front end portion 50.
  • the space will be referred to as a “backflow circulation unit 51”.
  • the backflow circulation portion 51 is a space adjacent to the front end portion 50.
  • the discharge side end of the backflow circulation portion 51 (the end away from the suction chamber 33) is located on the discharge side of the front end 50.
  • the suction side end (end near the suction chamber 33) of the backflow circulation portion 51 is located on the suction side of the front end 50.
  • the outer diameter of the backflow circulation portion 51 is larger than the diameter of the front end portion 50.
  • the shroud 32b is configured to expose the front end 50.
  • the shroud 32b is configured to have an internal side wall 32c radially outward of the front end 50.
  • the inner side wall 32c defines at least a part of the backflow circulation portion 51.
  • the discharge side end portion of the inner side wall 32c defines the discharge side end portion of the backflow circulation portion 51.
  • the inner side wall 32c defines the outer diameter of the backflow circulation portion 51.
  • the inner side wall 32c is preferably located radially inside the end of the partition wall 35b.
  • the suction side end of the backflow circulation portion 51 is defined by the protrusion 52.
  • the protruding portion 52 is a portion located on the suction side from the front end portion 50, and extends from a radial position outside the front end portion 50 to a radial position substantially the same as or less than the front end portion 50. It is the part that is. "The protrusion 52 extends from substantially the same as the front end 50 or to a radial position below that" means that the inner diameter of the tip of the protrusion 52 is 50% or more of the diameter of the front end 50. Say that. In the example of FIG. 2, the protrusion 52 is a part of the shroud 32b.
  • the protruding portion 52 defines the boundary between the suction chamber 33 and the discharge chamber 35a in the same manner as the partition wall 35b.
  • the protrusion 52 is on an extension of the bulkhead 35b.
  • the protrusion 52 extends substantially perpendicular to the axial direction.
  • the discharge side end of the backflow circulation part 51 is located on the discharge side of the front end 50. Therefore, the backflow generated in the vicinity of the front end portion 50 easily flows into the backflow circulation portion 51.
  • the backflow that has flowed into the backflow circulation portion 51 flows along the inner side wall 32c. After that, the backflow is blocked by the protrusion 52. As a result, the backflow is redirected and circulates inside the backflow circulation section 51. Since the protruding portion 52 is located on the suction side from the front end portion 50, the circulating backflow flows toward the blade 32a again. It was found that by configuring the centrifugal pump 30 in this way, at least one of cavitation and cavitation surge caused by backflow can be suppressed.
  • the backflow circulates mainly radially outside the front end 50, restricts the growth of the backflow that spreads excessively in the upstream direction as shown in FIG. 9, and alleviates the bias of the flow flowing into the impeller. This is considered to be the reason why at least one of cavitation and cavitation surge could be suppressed.
  • the axial distance between the front end 50 and the protrusion 52 is determined so that the backflow can circulate inside the backflow circulation section 51.
  • the outer diameter of the backflow circulation section 51 (the radial distance between the front end 50 and the inner side wall 32c) is also defined so that the backflow can circulate inside the backflow circulation section 51. Whether or not the backflow can be circulated inside the backflow circulation portion 51 depends on various conditions (pump size, pump usage conditions, liquid type, etc.), and therefore these distances cannot be uniquely determined.
  • the axial distance from the front end portion 50 to the protruding portion 52 in one example is 5 mm or more and 20 mm or less.
  • the outer diameter of the backflow circulation portion 51 in one example is determined so as to be larger in a range of 3 mm or more and 15 mm or less than the diameter of the front end portion 50.
  • the backflow circulation portion 51 can be a relatively narrow region. Therefore, the centrifugal pump 30 of FIG. 2 can suppress cavitation and cavitation surge even if it is not provided with large-scale parts or the like.
  • the centrifugal pump 30 is a pump such as a double suction pump or a multi-stage pump in which the space in the axial direction is limited, suppressing cavitation and cavitation surge by the backflow circulation portion 51 saves space as compared with other methods. It can be advantageous in that respect.
  • a screw thread 60 and a flow adjusting groove 61 for adjusting the internal flow of the backflow circulation portion 51 may be provided.
  • the screw thread 60 is provided on the wall surface that defines the outer diameter of the backflow circulation portion 51.
  • the flow adjusting groove 61 is provided on the wall surface defining the suction side end portion of the backflow circulation portion 51.
  • the screw thread 60 is provided on the inner side wall 32c, and the flow adjusting groove 61 is provided on the protrusion 52.
  • the direction of the thread 60 (positive thread or reverse thread) may be determined according to the rotation direction of the impeller 32 and the required performance.
  • the specific structure of the flow adjusting groove 61 may be appropriately determined. For example, as shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the shroud 32b at the position indicated by “A” in FIG. Further, “providing a thread” may be equated with “providing a thread groove”.
  • FIG. 5 shows a centrifugal pump 30 according to another embodiment.
  • the protrusion 52 of FIG. 5 is a part of the liner ring 40.
  • the inner surface of the liner ring 40 not the inner surface of the shroud 32b, defines the outer diameter of the backflow circulation portion 51 of FIG.
  • the shroud 32b of FIG. 5 is configured to expose the front end portion 50.
  • the shape of the tip of the shroud 32b (the shape of the inner side wall 32c) is merely an example.
  • the sliding member 42 may be provided in the configuration of FIG.
  • the liner ring 40 may be provided with a thread 60 and / or a flow adjusting groove 61. Also in the example of FIG. 5, the backflow can be circulated in the backflow circulation section 51, and as a result, cavitation and cavitation surge can be suppressed.
  • the tip portion of the shroud 32b on the suction side may have a shape cut out perpendicular to the axial direction.
  • FIG. 6 shows a centrifugal pump 30 according to an embodiment, and the centrifugal pump 30 shown in FIG. 6 has a shape in which the tip portion of the shroud 32b on the suction side is cut off perpendicular to the axial direction.
  • FIG. 7 shows the centrifugal pump 30 according to one embodiment, and the tip portion of the shroud 32b on the suction side has a shape provided with a cylindrical inner side wall 32c parallel to the rotation axis.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a centrifugal pump according to an embodiment.
  • the centrifugal pump of the embodiment shown in FIG. 10 has a liner ring 40 having a protrusion 52, similar to the centrifugal pump shown in FIG.
  • the centrifugal pump shown in FIG. 10 includes a partition member 53 for defining the circulation flow path 55.
  • the circulation flow path 55 is defined between the inner side wall 32c and the protrusion 52 of the liner ring 40 and the partition member 53.
  • the partition member 53 may have a structure integrated with the liner ring 40, or may be formed of a member different from the liner ring 40. Further, in one embodiment, a part of the circulation flow path 55 may be configured not by the liner ring 40 but by the shroud 32b.
  • the shroud 32b is configured to include a protrusion 52 as shown in FIG.
  • the circulation flow path 55 is defined by the shroud 32b and the partition member 53. can do.
  • the shape of the circulation flow path 55 may be designed according to the shape of the blade 32a, the shape of the suction chamber 33, the flow direction of the fluid, the possible backflow flow, and the like.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a centrifugal pump according to one embodiment.
  • the centrifugal pump shown in FIG. 11 has a circulation flow path 55 formed in the same configuration as the centrifugal pump described with reference to FIG.
  • the suction chamber 33 is configured to be non-axisymmetric.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a centrifugal pump according to an embodiment.
  • the circulation flow path 55 is defined by the partition wall 35b of the pump casing 35 and the partition member 53. Further, in the centrifugal pump shown in FIG. 12, the circulation flow path 55 extends in the radial direction as a whole. Further, in the centrifugal pump shown in FIG. 12, the vicinity of the front end portion 50 of the blade 32a of the partition member 53 is curved near the entrance of the blade 32a so that the fluid flow becomes smooth.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the centrifugal pump according to the embodiment.
  • the circulation flow path 55 is defined by the partition wall 35b of the pump casing 35 and the partition member 53, as in the embodiment shown in FIG.
  • the suction chamber 33 is configured to be non-axisymmetric.
  • the circulation flow path 55 is also configured to be non-axisymmetric according to the shape of the suction chamber 33 which is non-axisymmetric.
  • an impeller comprising a blade and a shroud configured to expose the front end of the blade, and a backflow that occurs in the vicinity of the front end of the blade, radially outward from the front end of the blade.
  • the discharge side end of the backflow circulation part is located on the discharge side from the front end of the blade, and the suction side end of the backflow circulation part is located on the suction side from the front end of the blade.
  • the outer diameter of the backflow circulation portion is larger than the diameter of the front end portion of the blade, and the backflow circulation portion is provided.
  • a centrifugal pump defined by a protrusion extending from a radial position outside the front end of the blade to a radial position substantially identical to the front end.
  • this centrifugal pump has the effect of suppressing at least one of cavitation and cavitation surge caused by backflow at the impeller inlet portion, particularly near the front end portion 50 of the blade 32a.
  • the present application discloses, as an embodiment, a centrifugal pump in which the protrusion extends perpendicularly to the axial direction.
  • the shroud is configured to have an inner side wall radially outside the front end portion of the blade, and the discharge side end portion of the backflow circulation portion and the backflow circulation portion.
  • the outer diameter discloses a centrifugal pump defined by the inner sidewall of the shroud.
  • the centrifugal pump includes a casing in which the impeller is housed, the casing includes a suction chamber and a discharge chamber, and the protruding portion serves as a boundary between the suction chamber and the discharge chamber. Disclose the specified centrifugal pump.
  • the present application discloses, as an embodiment, a centrifugal pump in which the protruding portion is a part of the shroud.
  • the present application discloses, as an embodiment, a centrifugal pump in which the centrifugal pump is provided with a liner ring and the protrusion is a part of the liner ring.
  • the present application discloses, as an embodiment, a centrifugal pump in which a thread is provided on a wall surface defining the outer diameter of the backflow circulation portion.
  • a centrifugal pump in which a flow adjusting groove is provided on a wall surface defining the suction side end portion of the backflow circulation portion.
  • the present application discloses, as an embodiment, a centrifugal pump configured so that the backflow circulated inside the backflow circulation portion flows toward the blades.
  • the present application discloses a double suction type or multi-stage centrifugal pump as an embodiment.
  • an impeller including a blade and a shroud configured to expose the front end portion of the blade, and a described blade located radially outside the front end portion of the blade.
  • a centrifugal pump having a circulation flow path for circulating a backflow generated in the vicinity of the front end portion.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

逆流によるキャビテーションおよびキャビテーションサージの少なくとも一方の発生を抑制する。　羽根（３２ａ）と、羽根の前端部（５０）を露出するよう構成されたシュラウド（３２ｂ）と、を備える羽根車（３２）と、羽根の前端部より径方向外側において、羽根の前端部の近傍において生じる逆流を循環させるための逆流循環部（５１）であって、逆流循環部の吐出側端部は羽根の前端部より吐出側に位置し、逆流循環部の吸込側端部は羽根の前端部より吸込側に位置し、逆流循環部の外径は羽根の前端部の径より大きい、逆流循環部と、を備え、逆流循環部の吸込側端部は、羽根の前端部より吸込側に位置する突出部（５２）であって、羽根の前端部より外側の径方向位置から前端部と実質的に同一の径方向位置まで延びる突出部によって画定されている、遠心ポンプを開示する。

Description

遠心ポンプ
　本発明は、遠心ポンプに関する。本願は、２０２０年１月２７日出願の日本特許出願番号第２０２０－１０８９５号に基づく優先権を主張する。日本特許出願番号第２０２０－１０８９５号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書を含む全ての開示内容は、参照により全体として本願に援用される。
　流体を移送するための装置の一つに遠心ポンプがある。遠心ポンプの駆動の際にNPSHa（有効吸込ヘッド）が低いと、ポンプ内部の圧力が飽和蒸気圧以下となり得、結果としてキャビテーションが発生し得る。キャビテーションが発生するとポンプの性能に悪影響を与え得る。たとえば、キャビテーションによって大きな振動や騒音が発生し、ポンプの正常な運転が妨げられ得る。キャビテーションにより顕著な流量の変動が生じ、大きな振動や騒音が発生している状況を「キャビテーションサージ」ともいう。
　キャビテーションの発生を防ぐため、部分オープン型の羽根車を用いた遠心ポンプが知られている（特許文献１）。特許文献１の羽根車は、羽根車を配置するための空間（符号１５）から通水部（符号５４および５５）を介して液体を注水することでキャビテーションを防止している。
特開２０１７－１５０３５号公報 特開２０１８－５３７３０号公報
　遠心ポンプにより移送される液体の流量が低い場合、羽根車の入口部分において逆流が生じ、結果として逆流によるキャビテーションが発生し得る。特許文献１には、流量の低い場合についての記載も、羽根車の入口部分において生じる逆流についての記載もない。したがって、特許文献１には、羽根車の入口部分において生じる逆流によるキャビテーションおよびキャビテーションサージを防止または抑制することについての記載はなく、その示唆もない。
　本願は、逆流によるキャビテーションおよびキャビテーションサージの少なくとも一方の発生を抑制することを一つの目的とする。
　本願は、一実施形態として、羽根と、羽根の前端部を露出するよう構成されたシュラウドと、を備える羽根車と、羽根の前端部より径方向外側において、羽根の前端部の近傍において生じる逆流を循環させるための逆流循環部であって、逆流循環部の吐出側端部は羽根の前端部より吐出側に位置し、逆流循環部の吸込側端部は羽根の前端部より吸込側に位置し、逆流循環部の外径は羽根の前端部の径より大きい、逆流循環部と、を備え、逆流循環部の吸込側端部は、羽根の前端部より吸込側に位置する突出部であって、羽根の前端部より外側の径方向位置から前端部と実質的に同一の径方向位置まで延びる突出部によって画定されている、遠心ポンプを開示する。
一実施形態にかかる遠心ポンプの断面図である。 一実施形態にかかる遠心ポンプの子午面断面図であり、羽根車の周辺を示す図である。 他の実施形態にかかる遠心ポンプの子午面断面図である。 図３の「Ａ」と示された位置におけるシュラウドの断面図である。 更なる他の実施形態にかかる遠心ポンプの子午面断面図である。 一実施形態による遠心ポンプの子午断面図である。 一実施形態による遠心ポンプの子午断面図である。 参考例による遠心ポンプの子午断面図である。 参考例による遠心ポンプの子午断面図である。 一実施形態による遠心ポンプの子午断面図である。 一実施形態による遠心ポンプの子午断面図である。 一実施形態による遠心ポンプの子午断面図である。 一実施形態による遠心ポンプの子午断面図である。
　図１は一実施形態にかかる遠心ポンプ３０の断面図である。図１の遠心ポンプ３０は両吸込遠心ポンプである。これに代え、遠心ポンプ３０は片吸込遠心ポンプであってもよい。遠心ポンプ３０は、羽根車３２と、回転軸３１と、を有する。羽根車３２は回転軸３１に固定される。回転軸３１はたとえば水平に延びる。回転軸３１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されている。駆動機によって回転軸３１が回転させられると、回転軸３１とともに羽根車３２も回転させられる。図示の例では、回転軸３１の右端部に駆動機が接続されている。また、回転軸３１は、その両端部近傍に設けられた軸受装置３９によって回転自在に支持される。
　羽根車３２はポンプケーシング３５の内部に収容される。ポンプケーシング３５は羽根車３２により吐出された流体を受ける吐出室３５ａを有する。吐出室３５ａはポンプケーシング３５内部の室である。一例として、吐出室３５ａは渦巻き形状を有する渦巻き室である。吐出室３５ａの軸方向の両側には吸込室３３が配置されている。吐出室３５ａと吸込室３３との間には隔壁３５ｂが存在する。羽根車３２の吐出口は吐出室３５ａの内部に配置される。羽根車３２の吸込口は軸方向に開いている。羽根車３２の吸込口は隔壁３５ｂを貫通して吸込室３３と連通している。羽根車３２が回転すると、吸込室３３から液体が吸い込まれ、液体は吐出口３４から吐き出される。代表的な液体は水であるが、遠心ポンプで移送可能な液体であれば任意の液体が用いられてよい。
　羽根車３２はおおよそクローズド型の羽根車であり、羽根３２ａとシュラウド３２ｂを有する。しかし、後述するように、一実施形態にかかるシュラウド３２ｂは羽根３２ａの全ての部分を覆っているわけではない。したがって、羽根車３２は「セミクローズド型」の羽根車であるといえる。羽根車３２は、その両側（図１の左右両側）から液体を吸い込むように構成される。遠心ポンプ３０が片吸込遠心ポンプである場合、羽根車３２はその一方の側からのみ液体を吸い込むよう構成される。
　回転軸３１はポンプケーシング３５を貫通して延びている。回転軸３１とポンプケーシング３５との間の隙間は軸封装置３８によってシールされている。軸封装置３８はたとえばメカニカルシール、グランドパッキンその他のシールであってよい。
　遠心ポンプ３０の運転中、吐出室３５ａ内の圧力が吸込室３３内の圧力よりも高くなり得る。すると、吐出室３５ａ内の液体が羽根車入口部４１とポンプケーシング３５との隙間を通じて吸込室３３へ逆流し得る。吐出室３５ａからの液体の逆流を抑制するため、ポンプケーシング３５の羽根車入口部４１に対向する部分にはライナリング４０が取り付けられていてよい。なお、「吐出室３５ａからの液体の逆流」は、「羽根３２ａの前端部５０の近傍において生じる逆流」とは異なり得ることに留意されたい。
　図２は一実施形態にかかる遠心ポンプ３０の子午面断面図である。図２では羽根車３２の周辺が示されている。図２ではハッチングが省略されていることに留意されたい。図２で図示されていない部分は遠心ポンプ３０および羽根車３２の対称性に応じて構成されてよい。図２に示されるように、ライナリング４０とシュラウド３２ｂの間に摺動部材４２が設けられていてもよい。
　羽根車３２が回転することにより液体は半径方向外側に向けた遠心力を受ける。液体の流量が低い場合、半径方向外側に向けた遠心力による圧力上昇の影響が流体の流れによる慣性力に対して相対的に大きくなる。その結果、羽根車入口部４１において、特に羽根３２ａの前端部５０の近傍において逆流が発生し得る。逆流とともに逆流に起因するキャビテーションおよびキャビテーションサージもまた発生し得る。ここで「羽根３２ａの前端部５０」とは、羽根３２ａの最も吸込側に位置する部分である。図８および図９は、参考例による、羽根車の周囲の液体の流れを示す図である。図８および図９において、羽根車の周囲の液体の流れが矢印で示されている。図８は、設計で想定している流量の液体を移送しているときの液体の流れを示している。図８に示されるように、設計で想定している流量の液体を移送するときには、液体は滑らかに羽根車の入口に流れる。図９は、流量が低い場合の液体の流れを示している。図９に示されるように、液体の流量が低い場合は、羽根車の入口から上流方向に大きな逆流が生じている。
　一実施形態にかかる羽根車３２は、前端部５０より径方向外側において逆流を循環させるための空間を有する。以下では当該空間について「逆流循環部５１」と称する。逆流循環部５１は前端部５０に隣接した空間である。逆流循環部５１の吐出側端部（吸込室３３から離れた端部）は前端部５０より吐出側に位置する。逆流循環部５１の吸込側端部（吸込室３３に近い端部）は前端部５０より吸込側に位置する。逆流循環部５１の外径は前端部５０の径より大きい。
　シュラウド３２ｂは前端部５０を露出するよう構成されている。一つの例では、シュラウド３２ｂは、前端部５０より径方向外側において内部側壁３２ｃを有するように構成される。内部側壁３２ｃは逆流循環部５１の少なくとも一部を画定する。図２の例では、内部側壁３２ｃの吐出側端部が逆流循環部５１の吐出側端部を画定する。さらに、図２の例では、内部側壁３２ｃが逆流循環部５１の外径を画定する。なお、内部側壁３２ｃは隔壁３５ｂの端部より径方向内側に位置することが好ましい。
　逆流循環部５１の吸込側端部は突出部５２によって画定される。突出部５２は前端部５０より吸込側に位置している部分であって、前端部５０より外側の径方向位置から、前端部５０と実質的に同一から、あるいはそれ以下の径方向位置まで延びている部分である。「突出部５２が前端部５０と実質的に同一から、あるいはそれ以下の径方向位置まで延びている」とは、突出部５２の先端の内径が、前端部５０の径の５０％以上であることをいう。図２の例では、突出部５２はシュラウド３２ｂの一部である。また、突出部５２は隔壁３５ｂと同様に吸込室３３と吐出室３５ａの境界を定めている。一つの例では、突出部５２は隔壁３５ｂの延長線上にある。更なる他の例では、突出部５２は軸方向と実質的に垂直に延びている。
　上述のように、逆流循環部５１の吐出側端部は前端部５０より吐出側に位置している。したがって、前端部５０の近傍で発生した逆流は容易に逆流循環部５１に流入する。逆流循環部５１に流入した逆流は内部側壁３２ｃに沿って流れる。その後、逆流は突出部５２により流れを遮られる。その結果、逆流は流れの向きを変えられ、逆流循環部５１の内部で循環する。突出部５２は前端部５０より吸込側に位置するので、循環した逆流は再び羽根３２ａに向かって流れることになる。このように遠心ポンプ３０を構成することで、逆流に起因するキャビテーションおよびキャビテーションサージの少なくとも一方を抑制できることがわかった。逆流は主に前端部５０よりも径方向外側において循環しており、図９に示されるような上流方向に過大に広がる逆流の成長を制限し、なおかつ羽根車に流入する流れの偏りが緩和されていることがキャビテーションおよびキャビテーションサージの少なくとも一方を抑制できた理由であると考えられる。
　前端部５０から突出部５２までの間の軸方向の距離は、逆流が逆流循環部５１の内部で循環可能であるように定められる。同様に、逆流循環部５１の外径（前端部５０から内部側壁３２ｃまでの間の径方向の距離）もまた、逆流が逆流循環部５１の内部で循環可能であるように定められる。逆流が逆流循環部５１の内部で循環可能であるかどうかは種々の条件（ポンプの大きさ、ポンプの使用条件、液体の種類など）によるので、これらの距離は一義的には確定できない。しかし、一つの例における前端部５０から突出部５２までの軸方向の距離は５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。また、一つの例における逆流循環部５１の外径は、前端部５０の径より３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で大きくなるように定められる。このように、逆流循環部５１は比較的狭い領域となり得る。したがって、図２の遠心ポンプ３０は、大掛かりな部品等を備えずともキャビテーションおよびキャビテーションサージを抑制し得る。特に、遠心ポンプ３０が両吸込ポンプや多段ポンプなど軸方向のスペースが制限されているポンプである場合、逆流循環部５１によってキャビテーションおよびキャビテーションサージを抑制することは他の手法と比較して省スペースという点において有利であり得る。
　図３に示されるように、逆流循環部５１の内部の流れを調整するためのねじ山６０および流れ調整溝６１が設けられていてもよい。ねじ山６０は、逆流循環部５１の外径を画定する壁面に設けられる。流れ調整溝６１は、逆流循環部５１の吸込側端部を画定する壁面に設けられる。具体的な例では、ねじ山６０は内部側壁３２ｃに設けられており、流れ調整溝６１は突出部５２に設けられている。ねじ山６０の方向（正ねじか、逆ねじか）は羽根車３２の回転方向および求められる性能に応じて決定されてよい。流れ調整溝６１の具体的な構造は適宜決定されてよい。たとえば図４に示されるように、流れ調整溝６１は突出部５２に放射状に設けられていてよい。なお、図４は図３の「Ａ」と示された位置におけるシュラウド３２ｂの断面図である。また、「ねじ山を設ける」ことは「ねじ溝を設ける」ことと同視されてよい。
　他の実施形態にかかる遠心ポンプ３０を図５に示す。図２の例と異なり、図５の突出部５２はライナリング４０の一部である。図２の例と異なり、シュラウド３２ｂの内面ではなくライナリング４０の内面が図５の逆流循環部５１の外径を画定している。一方で、図２の例と同様、図５のシュラウド３２ｂは前端部５０を露出するよう構成されている。なお、シュラウド３２ｂの先端の形状（内部側壁３２ｃの形状）は単なる一例に過ぎない。図５の構成において摺動部材４２が設けられてもよい。ライナリング４０にねじ山６０および／または流れ調整溝６１が設けられてもよい。図５の例においても逆流は逆流循環部５１内で循環可能であり、結果としてキャビテーションおよびキャビテーションサージが抑制され得る。
　これまで、シュラウド３２ｂが内部側壁３２ｃを備える例について説明した。しかし、逆流循環部５１が画定できるのであれば、シュラウド３２ｂの吸込側の先端部分は軸方向と垂直に切り取られた形状であってもよい。たとえば、図６は、一実施形態による遠心ポンプ３０を示しており、図６に示される遠心ポンプ３０は、シュラウド３２ｂの吸込側の先端部分が軸方向と垂直に切り取られた形状である。また、図７は、一実施形態による遠心ポンプ３０を示しており、シュラウド３２ｂの吸込側の先端部分は、回転軸に平行な円筒形の内部側壁３２ｃを備える形状である。
　図１０は、一実施形態による遠心ポンプの断面図である。図１０に示される実施形態の遠心ポンプは、図５に示される遠心ポンプと同様に、突出部５２を備えるライナリング４０を有している。しかし、図１０に示される遠心ポンプにおいては、循環流路５５を画定するための仕切部材５３を備える。図１０の断面図に示されるように、循環流路５５は、ライナリング４０の内部側壁３２ｃおよび突出部５２と仕切部材５３との間に画定される。図１０に示される遠心ポンプにおいては、羽根３２ａの前端部５０の近くで逆流が生じたとしても、図１０中の矢印で示されるように逆流は、循環流路５５を通って再び羽根３２ａに向かって流れる。そのため、図１０に示される遠心ポンプにおいても、キャビテーションおよびキャビテーションサージを抑制することができる。なお、仕切部材５３は、ライナリング４０と一体の構造としてもよく、ライナリング４０とは別の部材で構成してもよい。また、一実施形態において、循環流路５５の一部はライナリング４０ではなく、シュラウド３２ｂによりされるように構成してもよい。たとえば、シュラウド３２ｂを図２に示されるように突出部５２を備えるように構成し、さらに、仕切部材５３を備えるように構成することで、シュラウド３２ｂと仕切部材５３とにより循環流路５５を画定することができる。また、循環流路５５の形状は、羽根３２ａの形状や吸込室３３の形状、流体の流れる方向や生じ得る逆流の流れなどに応じて設計すればよい。
　図１１は、一実施形態による遠心ポンプの断面図である。図１１に示される遠心ポンプは、図１０とともに説明した遠心ポンプと同様の構成により循環流路５５が形成されている。図１１に示される遠心ポンプにおいては、吸込室３３は非軸対象に構成されている。
　図１２は、一実施形態による遠心ポンプの断面図である。図１２に示される遠心ポンプは、ポンプケーシング３５の隔壁３５ｂと仕切部材５３とにより循環流路５５が画定されている。また、図１２に示される遠心ポンプにおいては、循環流路５５は、全体として半径方向に延びる。また、図１２に示される遠心ポンプにおいては、仕切部材５３の羽根３２ａの前端部５０付近は、流体の流れ滑らかになるように、羽根３２ａの入り口付近で湾曲している。
　図１３は、一実施形態による遠心ポンプの断面図である。図１３に示される遠心ポンプは、図１２に示される実施形態と同様に、ポンプケーシング３５の隔壁３５ｂと仕切部材５３とにより循環流路５５が画定されている。ただし、図１３に示される遠心ポンプにおいては、吸込室３３は非軸対象に構成されている。また、図１３に示される遠心ポンプにおいては、非軸対称な吸込室３３の形状に合わせて循環流路５５も非軸対称となるように構成されている。
　以上、いくつかの本発明の実施形態について説明してきた。上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれる。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
　本願は、一実施形態として、羽根と、羽根の前端部を露出するよう構成されたシュラウドと、を備える羽根車と、羽根の前端部より径方向外側において、羽根の前端部の近傍において生じる逆流を循環させるための逆流循環部であって、逆流循環部の吐出側端部は羽根の前端部より吐出側に位置し、逆流循環部の吸込側端部は羽根の前端部より吸込側に位置し、逆流循環部の外径は羽根の前端部の径より大きい、逆流循環部と、を備え、逆流循環部の吸込側端部は、羽根の前端部より吸込側に位置する突出部であって、羽根の前端部より外側の径方向位置から前端部と実質的に同一の径方向位置まで延びる突出部によって画定されている、遠心ポンプを開示する。
　この遠心ポンプは、羽根車入口部における逆流、特に羽根３２ａの前端部５０の近傍における逆流に起因するキャビテーションおよびキャビテーションサージの少なくとも一方を抑制し得るという効果を一例として奏する。
　さらに本願は、一実施形態として、前記突出部は軸方向と垂直に延びている、遠心ポンプを開示する。
　さらに本願は、一実施形態として、前記シュラウドは、前記羽根の前記前端部より径方向外側において内部側壁を有するように構成され、前記逆流循環部の前記吐出側端部および前記逆流循環部の前記外径は、前記シュラウドの前記内部側壁によって画定されている、遠心ポンプを開示する。
　さらに本願は、一実施形態として、前記遠心ポンプは、前記羽根車が収容されるケーシングを備え、前記ケーシングは吸込室と吐出室を備え、前記突出部は前記吸込室と前記吐出室の境界を定めている、遠心ポンプを開示する。
　さらに本願は、一実施形態として、前記突出部は前記シュラウドの一部である、遠心ポンプを開示する。
　さらに本願は、一実施形態として、前記遠心ポンプはライナリングを備え、前記突出部は前記ライナリングの一部である、遠心ポンプを開示する。
　さらに本願は、一実施形態として、前記逆流循環部の前記外径を画定する壁面にねじ山が設けられている、遠心ポンプを開示する。
　さらに本願は、一実施形態として、前記逆流循環部の前記吸込側端部を画定する壁面に流れ調整溝が設けられている、遠心ポンプを開示する。
　さらに本願は、一実施形態として、前記逆流循環部の内部で循環した逆流が前記羽根に向かって流れるように構成されている、遠心ポンプを開示する。
　さらに本願は、一実施形態として、両吸込式または多段式の遠心ポンプを開示する。
　さらに本願は、一実施形態として、羽根と、前記羽根の前端部を露出するよう構成されたシュラウドと、を備える羽根車と、前記羽根の前記前端部より径方向外側に位置する、記羽根の前記前端部の近傍において生じる逆流を循環させるための循環流路と、を有する、遠心ポンプを開示する。
　　３０…遠心ポンプ
　　３１…回転軸
　　３２…羽根車
　　３２ａ…羽根
　　３２ｂ…シュラウド
　　３２ｃ…内部側壁
　　３３…吸込室
　　３４…吐出口
　　３５…ポンプケーシング
　　３５ａ…吐出室
　　３５ｂ…隔壁
　　３８…軸封装置
　　３９…軸受装置
　　４０…ライナリング
　　４１…羽根車入口部
　　４２…摺動部材
　　５０…前端部
　　５１…逆流循環部
　　５２…突出部
　　６０…ねじ山
　　６１…流れ調整溝

Claims (11)

  1. 　羽根と、前記羽根の前端部を露出するよう構成されたシュラウドと、を備える羽根車と、
    　前記羽根の前記前端部より径方向外側において、前記羽根の前記前端部の近傍において生じる逆流を循環させるための逆流循環部であって、前記逆流循環部の吐出側端部は前記羽根の前記前端部より吐出側に位置し、前記逆流循環部の吸込側端部は前記羽根の前記前端部より吸込側に位置し、前記逆流循環部の外径は前記羽根の前記前端部の径より大きい、逆流循環部と、
    　を備え、
    　前記逆流循環部の前記吸込側端部は、前記羽根の前記前端部より吸込側に位置する突出部であって、前記羽根の前記前端部より外側の径方向位置から前記前端部と実質的に同一の径方向位置まで延びる突出部によって画定されている、
    　遠心ポンプ。
  2. 　前記突出部は軸方向と垂直に延びている、請求項１に記載の遠心ポンプ。
  3. 　前記シュラウドは、前記羽根の前記前端部より径方向外側において内部側壁を有するように構成され、
    　前記逆流循環部の前記吐出側端部および前記逆流循環部の前記外径は、前記シュラウドの前記内部側壁によって画定されている、
    　請求項１または２に記載の遠心ポンプ。
  4. 　前記遠心ポンプは、前記羽根車が収容されるケーシングを備え、
    　前記ケーシングは吸込室と吐出室を備え、
    　前記突出部は前記吸込室と前記吐出室の境界を定めている、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心ポンプ。
  5. 　前記突出部は前記シュラウドの一部である、請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心ポンプ。
  6. 　前記遠心ポンプはライナリングを備え、
    　前記突出部は前記ライナリングの一部である、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心ポンプ。
  7. 　前記逆流循環部の前記外径を画定する壁面にねじ山が設けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心ポンプ。
  8. 　前記逆流循環部の前記吸込側端部を画定する壁面に流れ調整溝が設けられている、請求項１から７のいずれか一項に記載の遠心ポンプ。
  9. 　前記逆流循環部の内部で循環した逆流が前記羽根に向かって流れるように構成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の遠心ポンプ。
  10. 　前記遠心ポンプは両吸込遠心ポンプまたは多段遠心ポンプである、請求項１から９のいずれか一項に記載の遠心ポンプ。
  11. 　羽根と、前記羽根の前端部を露出するよう構成されたシュラウドと、を備える羽根車と、
    　前記羽根の前記前端部より径方向外側に位置する、記羽根の前記前端部の近傍において生じる逆流を循環させるための循環流路と、を有する、
    遠心ポンプ。
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