WO2021152908A1 - 遠心ポンプ - Google Patents
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- 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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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
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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- 2023-12-13 JP JP2023210085A patent/JP7527462B2/ja active Active
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