CN103261697A - 多级泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级泵，其由最终级的叶轮升压后的流体经过最终级的扩压部（21c）而导向排出口，泵壳体内形成有将流体从最终级的扩压部（21c）导入到排出口的排出流路（22），排出流路（22）沿着绕旋转轴的轴心回旋的方向形成，关于在包含旋转轴的轴心的平面上的排出流路（22）的流路截面积，与朝向排出口的流动的上游侧相比越向该朝向排出口的流动的下游侧，该流路截面积越向旋转轴的轴心方向（A）以及径向朝内的方向（B）增大。

Description

多级泵

技术领域

本发明涉及一种例如一层壁的分段式等的多级泵。

背景技术

以往，如图12所示，多级泵71的由多个部件构成的泵壳体72设置有吸入口73和排出口74，泵壳体72内具有通过旋转轴75旋转的多个叶轮76a～76c。此外，各叶轮76a～76c的出口的外侧方向设置有扩压部77。

各叶轮76a～76c与旋转轴75一体旋转时，水等流体从吸入口73流入，在吸入流路78流动，并导入初级的叶轮76a，通过初级的叶轮76a升压。接着，水等流体从扩压部77经中间流路79向下一级的叶轮76b导入，通过下一级的叶轮76b进一步升压。这样被依次升压的水等流体之后通过最终级的叶轮76c升压，从最终级的扩压部77流出，在排出流路80流动，并被导向排出口74。

这时，如图13所示，流体在排出流路80中向和叶轮76a～76c的旋转方向相同的回旋方向82回旋流动，从排出口74排出。

此外，排出流路80绕着旋转轴75的轴心整周地形成为圆环状，排出流路80的一部分和排出口74借助在径向向外的方向上形成的连通通路81连通。另外，包含旋转轴75的轴心75a的平面上的排出流路80的流路截面积除了连通流路81的部分之外，在整周上大致相同。

下述专利文献1的日本国公开特许公报记载了一种具有如下构造的多级泵：从最后级的叶轮向扩压部送出的流体在排出流路中流动并被导向排出口。

专利文献1：日本特开2005-330878号公报

上述以往的形式中，从最终级的扩压部77沿着外周大致均匀地向回旋方向82回旋并向轴向流出的流体，其在回旋方向82上增加流量并在排出流路80中回旋流动，通过连通流路81从排出口74排出。

另外，在这里，排出流路80呈在包含旋转轴75的轴心75a的平面上的流路截面积相同的同心圆环状的流路形状。排出流路80的外周的一部分在向外的方向上与连通流路81连通。在上述的排出流路80中，在回旋方向82上将与连通通路81连通的区域称为下游侧区域84，将隔着连通通路81的与下游侧区域84相反的一侧称为上游侧区域83。在上游侧区域83中，流入排出流路80的液体的流量较少，相对于该较少的流量，排出流路80在包含轴心75a的平面上的流路截面积变得过大。由此，在排出流路80的上游侧区域83流动的液体的速度大幅下降，变得在上游侧区域83容易产生停滞（死水区域）。因此，从最终级的扩压部77在周方向上大致均匀地流入排出流路80的流体的流动受到阻碍，其结果是存在泵效率下降的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够使泵壳体小型化并能够防止泵效率下降的多级泵。

为了达到上述目的，本发明第一技术方案的多级泵，泵壳体上设置有吸入口和排出口，

泵壳体内具有通过旋转轴旋转的多个叶轮，

由最终级的叶轮升压的流体经过最终级的压力回收部而导向排出口，

该多级泵中，

泵壳体内形成有将流体从最终级的压力回收部导入到排出口的排出流路，

排出流路沿着绕旋转轴的轴心回旋的方向形成，

朝向排出口的流动的下游侧与上游侧相比，在包含旋转轴的轴心的平面上的排出流路的流路截面积向旋转轴的轴心方向以及径向朝内的方向增大。

由此，从吸入口吸入泵壳体内的流体通过旋转的多个叶轮逐次升压。此外，通过最终级的叶轮升压的流体经过最终级的压力回收部而在排出流路中流动，从排出口排出。

这时，从最终级的压力回收部向排出流路流出的液体，从排出流路的上游侧向下游侧回旋并一边逐渐增加流量一边流动，从排出口排出。与之相对地，排出流路的流路截面积的向排出口的流动的下游侧与上游侧相比增大。

因此，排出流路的上游侧的流量比下游侧的流量少，而与之相对地，排出流路的上游侧的流路截面积与下游侧的流路截面积相比变小。因此，排出流路的上游侧的流速的大幅下降受到抑制，能够防止在排出流路的上游侧产生流体的停滞（死水区域）的情况。由此，当流体在排出流路中从上游侧向下游侧流动而到达排出口时，能够抑制在排出流路的上游侧流体的流动大幅紊乱的情况。因此，流体变得从排出流路的上游侧到下游侧在整个的流路截面全表面上大致均匀地流动，因流动的紊乱而导致的能量损失降低，能够防止泵效率的下降。

另外，排出流路的流路截面积在旋转轴的轴心方向以及径向朝内的方向上增大，在径向朝外的方向上不增大。因此，流路在径向朝外的方向上不会扩大，且在径向上可以使泵壳体小型化。

本发明第二技术方案的多级泵，将排出流路的排出口侧作为下游侧，将与该流动方向相反的一侧作为上游侧，

在包含旋转轴的轴心的平面上的排出流路的流路截面在轴心方向上的尺寸的增大比例设定为排出流路的上游侧的区域比相邻的下游侧的区域大，

所述排出流路的流路截面在径向朝内的方向上的尺寸的增大比例设定为排出流路的上游侧的区域比相邻的下游侧的区域小。

由此，当流体在排出流路中从上游侧向下游侧流动而到达排出口时，排出流路的上游侧区域相比于和该区域相邻的下游侧区域，在径向朝内的方向上不会急速扩大而是缓慢地扩大。由此，在排出流路的上游侧区域，能够抑制靠近径向内侧的流体的流动产生剥离、紊乱或者停滞的情况，能够更进一步地防止泵效率的下降。

本发明第三技术方案的多级泵，在排出流路的上游侧的区域，在排出流路的流路截面的轴心方向上的尺寸的增大比例比排出流路的流路截面的径向朝内的方向上的尺寸的增大比例大。

由此，在排出流路的上游侧区域，能够更进一步地抑制径向内侧的流体产生剥离、紊乱的情况，能够进一步地防止泵效率的下降。

本发明第四技术方案的多级泵，在包含旋转轴的轴心的平面上的排出流路的流路截面积从上游侧起越向下游侧越以规定的比例直线性地增大。

由此，排出流路的流路截面积不会非连续地急速扩大或急速缩小，因此，伴随着流路截面积的变化的流体的能量损失减少，能够进一步防止泵效率的下降。

本发明第五技术方案的多级泵，泵壳体被分隔成具有吸入口的吸入壳体、具有排出口的排出壳体、夹在该吸入壳体和排出壳体之间的中间壳体，

具有在旋转轴的轴心方向上紧固所述各壳体的固定单元，

排出流路形成于排出壳体内，

吸入壳体具有吸入流路，该吸入流路将流体从吸入口导向被收纳于初级的中间壳体内的叶轮的流入口，

中间壳体具有中间流路，该中间流路将流体从叶轮的流出口导向下一级的叶轮的流入口，

排出流路与中间流路的各外径大致上相同，

固定单元在所述各外径的外侧固定吸入壳体以及排出壳体。

由此，组装泵壳体时，排出壳体与中间壳体相比不会在径向上极端地变大，能够在径向上使泵壳体小型化。

发明效果：

如上所述，根据本发明，能够防止多级泵的泵效率下降，还能够使多级泵小型化。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的多级泵的截面图。

图2是从该多级泵的旋转轴的轴心方向看的排出壳体的截面图，表示设置有扩压部的状态。

图3是从该多级泵的旋转轴的轴心方向看的排出壳体的截面图，表示扩压部被拆下的状态。

图4是表示图3中的各截面的排出壳体的截面图。

图5是表示图3中的各截面的排出壳体的截面图。

图6是表示图3中的各截面的排出壳体的截面图。

图7是表示该多级泵的排出流路向旋转轴的轴心方向以及径向朝内的方向增大的样子的截面图。

图8（a）是表示与图3的各位置V1～V16对应的旋转轴的轴心方向上的排出流路的尺寸的曲线图，图8（b）是表示与图3的各位置V1～V16对应的排出流路的截面的从径向外侧到径向内侧的尺寸的曲线图。

图9是表示包含该多级泵的排出壳体的排出口部分的截面图。

图10是表示本发明第二实施方式的多级泵的截面图。

图11是表示本发明第三实施方式的多级泵的排出流路的各位置V1～V16所对应的排出流路的流路截面积的曲线图。

图12是表示以往的多级泵的截面图。

图13是图12的X-X向视图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

第一实施方式：

首先，参照图1～图9说明第一实施方式。如图1所示，1为一层壁的分段式的多级泵，泵壳体2设置有吸入口3和排出口4。泵壳体2的内部具有通过旋转轴5旋转的多个叶轮6a～6c。泵壳体2被分隔成具有吸入口3的吸入壳体7、具有排出口4的排出壳体8、夹持在该吸入壳体7和排出壳体8之间的多个分段式的中间壳体9a、9b。

上述各壳体7、8、9a、9b通过固定单元11紧固固定在旋转轴5的轴心方向A上。固定单元11具有多个固定螺栓12和螺母13。各固定螺栓12由轴心方向A插通到位于两端的吸入壳体7及排出壳体8。此外，各螺母13与固定螺栓12的两端部旋合，由此固定吸入壳体7及排出壳体8。

旋转轴5插通于泵壳体2，在轴封部14通过衬垫等密封件15密封。叶轮6a～6c外套于旋转轴5，被收纳于各中间壳体9a、9b内以及排出壳体8内，且与旋转轴5一体旋转。各叶轮6a～6c具有流出口16和流入口17。此外，流出口16与流入口17相比位于旋转轴5的径向外侧。

吸入壳体7内形成有将水18（流体的一例）从吸入口3导入初级的叶轮6a的流入口17的吸入流路19。吸入流路19设置成围绕旋转轴5的外周的圆环状，以便于使水18尽量均匀地流入叶轮6a的流入口17。

各中间壳体9a、9b形成有将水18从各叶轮6a、6b的流出口16导入下一级的各叶轮6b、6c的流入口17的中间流路20。中间流路20具有形成于各叶轮6a、6b的流出口16的外侧的呈圆环状的扩压部21a、21b。

如图2所示，排出壳体8内形成有圆环状的最终级的扩压部21c（压力回收部的一例）以及排出流路22。最终级的扩压部21c形成于最终级的叶轮6c的流出口16的外侧。此外，排出流路22是将通过最终级的扩压部21c的水18导入排出口4的流路，其在绕着旋转轴5的轴心回旋的方向上形成为涡旋状。

如图3至图7所示，将排出流路22的排出口4的一侧作为下游侧22a，将与朝向排出口4的流动方向23相反的一侧作为上游侧22b。关于包含旋转轴5的轴心5a的平面上的排出流路22的流路截面积，与上游侧22b相比，下游侧22a向旋转轴5的轴心方向A以及径向朝内的方向B逐渐增大。此外，这时，轴心方向A上的吸入口3侧为前方、排出口4侧为后方时，上述流路截面积向轴心方向A的后方（即从中间壳体9b向排出壳体8的方向）增大。此外，排出流路22的下游侧22a的位置相对于上游侧22b的位置在轴心方向A上不会重叠，而向后方错开。此外，在图4（a）中，可以看出排出流路22的流路截面积沿着径向朝外的方向增大，而这是为了表示与排出口4相连的连通通路。

图8的曲线图（a）的横轴表示图3中的排出流路22的周向D上的位置V1～V16，各位置V1～V16表示在周向D上每隔22.5°的位置。此外，曲线图（a）的纵轴表示图9中的排出流路22的流路截面的轴心方向A上的长度尺寸C。根据该曲线图（a），轴心方向A上的排出流路22的尺寸C的增大比例被设定成：排出流路22的包含始端位置V1（始端部）的上游侧的规定的区域25比相邻的下游侧的规定的区域26大。另外，增大比例相当于曲线图（a）的倾斜度α1、α2，且被设定为：上游侧的规定的区域25（从上游侧起大约180°的区域）的倾斜度α1比下游侧的规定的区域26的倾斜度α2大。

图8的曲线图（b）的横轴表示图3中的排出流路22的周向D上的位置V1～V16，纵轴表示图9中的排出流路22的流路截面的从径向外侧到径向内侧的长度尺寸F。此外，根据该曲线图（b），排出流路22的尺寸F沿着径向朝内的方向B的增大比例被设定成：排出流路22的包含始端位置V1（始端部）的上游侧的规定的区域27比相邻的下游侧的第一区域28小。另外，增大比例相当于曲线图（b）的倾斜度β1～β3，且被设定为：包含始端位置V1的上游侧的规定的区域27的倾斜度β1比相邻的下游侧的第一区域28的倾斜度β2小。此外，与上述下游侧的第一区域28相邻的最下游侧的第二区域29的倾斜度β3被设定为比上游侧的规定的区域27的倾斜度β1小。这是因为，由于设置于排出流路22的内侧的部件、例如平衡盘等部件配置在径向朝内的方向B上的位置，故不能将第二区域29的倾斜度β3设定得较大。此外，若没有上述的平衡盘等部件的制约，则也可以将倾斜度β3做成与倾斜度β2相同或者比倾斜度β2大。

此外，在排出流路22的上游侧的区域，轴心方向A上的排出流路22的尺寸C的增大比例（即图8的曲线图（a）的倾斜度α1）比排出流路22的尺寸F在径向朝内的方向B上的增大比例（即，图8的曲线图（b）的倾斜度β1）大。

如图9所示，排出流路22的外径G1从始端部（图3所示的上游侧的始端位置V1）到与排出口4连通的流路（图3所示的下游侧的位置V16）保持为一定。如图1所示，排出流路22的外径G1与中间流路20的外径G2是大致上相同的尺寸，吸入流路19的外径G3比上述两外径G1、G2小。此外，各固定螺栓12位于上述各外径G1、G2的外侧。

下面，对上述结构的作用进行说明。

如图1所示，各叶轮6a～6c通过旋转轴5的旋转而旋转。从吸入口3吸入到泵壳体2内的水18通过吸入流路19，从初级的叶轮6a的流入口17流入而从流出口16流出。流出的水18在经过初级的扩压部21a而在中间流路20中流动之后，从下一级的叶轮6b的流入口17流入而从流出口16流出，经过下一级的扩压部21b而在中间流路20中流动。这样逐次升压的水18之后从最终级的叶轮6c的流入口17流入而从流出口16流出，经过最终级的扩压部21c流入排出流路22，在排出流路22中流动而从排出口4排出。

这样，水18通过各叶轮6a～6c逐次升压之后从排出口4排出。这时，从最终级的扩压部21c在周向上均匀地向排出流路22流出的水18从排出流路22的上游侧22b向下游侧22a回旋并逐渐增加流量地进行流动，并从排出口4排出。与之相对地，如图3所示，关于排出流路22的流路截面积，向排出口4的流动的下游侧22a与上游侧22b相比逐渐增大。

因此，排出流路22的上游侧22b的流量比下游侧22a的流量小，然而，与该流量对应地，排出流路22的上游侧22b的流路截面积比下游侧22a的流路截面积小，因此，排出流路22的上游侧22b的流速的大幅降低受到抑制。通过这样抑制流速的大幅降低，由此，能够防止在排出流路22的上游侧22b产生水18的停滞（水18的流动停滞了的死水区域）。由此，水18在排出流路22中从上游侧22b向下游侧22a流动直至排出口4时，在排出流路22的上游侧22b能够抑制水18的流动大幅紊乱的情况，水18从排出流路22的上游侧22b到下游侧22a在整个的流路截面全表面上大致均匀地流动。由此，因流动的紊乱所引起的能量的损失减轻，能够防止泵效率的下降。

此外，如图7所示，呈涡旋形状的排出流路22的流路截面积从上游侧22b起越向下游侧22a，越沿着旋转轴5的轴心方向A以及径向朝内的方向B增大，而在外周方向上不增大。因此，排出流路22不会沿着的方向扩大，泵壳体2在径向上不会大型化。因此，即使通过将排出流路22做成涡旋形状从而提高泵效率，也可以在径向上使泵壳体2（排出壳体8）小型化。

此外，水18在排出流路22流动直至排出口4时，尤其是在排出流路22的上游侧的区域27，沿径向朝外的方向流动的回旋流的影响产生较强的作用，因此，水18可能会变得难以向排出流路22的径向内侧流动。与之相对地，如图8的曲线图（b）所示，排出流路22的上游侧的区域27和与该区域27相邻的下游侧的第一区域28相比，没有向径向朝内的方向B急速扩大而是缓慢地扩大。由此，在排出流路22的上游侧的区域27，尤其能够抑制排出流路22的径向内侧附近的水18的流动产生剥离、紊乱或停滞的情况，能够更进一步地防止泵效率的降低。

此外，因为图8的曲线图（a）的倾斜度α1比图8的曲线图（b）的倾斜度β1大，所以，在排出流路22的上游侧的区域，能够更进一步地抑制排出流路22的径向内侧附近的水18的流动产生剥离、紊乱的情况，能够进一步地防止泵效率的降低。

如图1所示，将中间壳体9a、9b夹在吸入壳体7和排出壳体8之间，在吸入壳体7和排出壳体8之间插通固定螺栓12，通过旋合螺母13，各壳体7、8、9a、9b被固定，泵壳体2被组装。这时，排出流路22的外径G1和中间流路20的外径G2是大致上相同的尺寸，因此，排出壳体8与中间壳体9a、9b相比不会在径向上极端地变大，能够在径向上使泵壳体2小型化。

此外，上述的排出流路22的外径G1和中间流路20的外径G2是大致上相同的尺寸是指，除了上述外径G1和外径G2完全一致的情况外，还包含上述外径G1和外径G2略微不同的情况。例如，即使在排出流路22的外径G1比中间流路20的外径G2略大的情况下，也可以视为是大致上相同的尺寸。

第二实施方式：

另外，在第二实施方式中，如图10所示，排出流路22的外径G1和中间流路20的外径G2以及吸入流路19的外径G3是大致上相同的尺寸。

第三实施方式：

接着，参照图11的曲线图说明第三实施方式。

图11的曲线图的横轴表示图3中的排出流路22的周向D上的位置V1～V16，纵轴表示在包含旋转轴5的轴心5a的平面上的排出流路22的流路截面积。根据该曲线图，排出流路22的流路截面积从上游侧的始端位置V1起越向下游侧的位置V16，越以规定的比例直线性地逐渐增大。即，排出流路22的周向D上的位置V1～V16与排出流路22的流路截面积是正比例的关系，所谓的规定的比例是指相当于曲线图的倾斜度γ。

由此，因为排出流路22的流路截面积从上游侧起越向下游侧越直线性地逐渐增大，所以，排出流路22的流路截面积不会非连续性地急速增大或急速缩小。因此，由于流速不会随着排出流路22的流路截面积的变化而产生变化，所以流体的能量损失减少，能进一步地防止泵效率的降低。

此外，在第三实施方式中，多级泵1保持图11的曲线图所示的排出流路22的各位置V1～V16与流路截面积的关系，并且，还保持在第一实施方式中图8（a）以及图8（b）的各曲线图所示的排出流路22的各位置V1～V16与各尺寸C、F的关系。但是，也可以是保持了图11的曲线图所示的关系但没有保持图8（a）以及图8（b）的各曲线图所示的关系的多级泵1。

在上述各实施方式中，多级泵1设有三个（多个）叶轮6a～6c，然而，并不限定于三个，也可以是两个或者四个以上。此外，设有两个中间壳体9a、9b，然而，根据叶轮的个数也可以设置一个或三个以上的中间壳体。

此外，在上述各实施方式中，以泵壳体2被分隔成吸入壳体7、排出壳体8、以及多个分段式的中间壳体9a、9b的分段式的多级泵1进行了说明，然而，也可以是以与旋转轴5的轴心5a平行的截面将泵壳体2分隔成多个水平分隔型的多级泵等其他形式的泵。

在上述各实施方式中，如图3所示，排出流路22的下游侧22a的位置相对于上游侧22b的位置在轴心方向A上不会重叠而向后方错开，然而其也可以与上游侧22b的位置重叠。

在上述各实施方式中，排出流路22的流路截面积越向下游侧22a越逐渐增大，然而，也可以在从上游侧22b到下游侧22a之间的一部分上形成上述流路截面积不变化而保持一定的区域。

此外，排出流路22在整个大致为360°的范围中形成，然而，也可以在比360°小的范围或者大的范围中形成。

此外，如图8所示的排出流路22的流路截面的各尺寸C、F的增大比例、增大比例发生变化的位置或发生变化的次数不仅限于直线性的曲线图所表示的关系，还可以是曲线性的曲线图所表示的关系。

此外，在上述各实施方式中，如图8的曲线图（b）所示，将倾斜度β1做得比倾斜度β2小，然而，相反地也可以将倾斜度β2做得比倾斜度β1小。或者，可以使倾斜度β2和倾斜度β3为0。这种情况下，在下游侧的第一及第二区域28、29，排出流路22的流路截面积的尺寸F不增大而保持为一定值。此外，为了防止泵效率的降低，所以，如图8的曲线图（b）所示那样将倾斜度β1做得比倾斜度β2小这一点最有效。

在上述各实施方式中，对多级泵1予以了表示，但是，使排出流路22的流路截面积向轴心方向A以及径向朝内的方向B增大这一点即使在单级泵中也能起到同样的效果。

在上述各实施方式中，作为压力回收部的一例使用了扩压部21a～21c，然而，扩压部21a～21c可以带叶片或者无叶片。或者，作为压力回收部的又一个例子，也可以使用一个或多个蜗壳。

Claims (5)

1.一种多级泵，

泵壳体上设置有吸入口和排出口，

泵壳体内具有通过旋转轴旋转的多个叶轮，

由最终级的叶轮升压后的流体经过最终级的压力回收部而导向排出口，

该多级泵的特征在于，

泵壳体内形成有将流体从最终级的压力回收部导入到排出口的排出流路，

排出流路沿着绕旋转轴的轴心回旋的方向形成，

朝向排出口的流动的下游侧与上游侧相比，在包含旋转轴的轴心的平面上的排出流路的流路截面积向旋转轴的轴心方向以及径向朝内的方向增大。

2.根据权利要求1所述的多级泵，其特征在于，

将排出流路的排出口侧作为下游侧，将与该流动方向相反的一侧作为上游侧，

在包含旋转轴的轴心的平面上的排出流路的流路截面在轴心方向上的尺寸的增大比例设定为排出流路的上游侧的区域比相邻的下游侧的区域大，

所述排出流路的流路截面在径向朝内的方向上的尺寸的增大比例设定为排出流路的上游侧的区域比相邻的下游侧的区域小。

3.根据权利要求2所述的多级泵，其特征在于，

在排出流路的上游侧的区域，排出流路的流路截面的轴心方向上的尺寸的增大比例比排出流路的流路截面的径向朝内的方向上的尺寸的增大比例大。

4.根据权利要求1所述的多级泵，其特征在于，

在包含旋转轴的轴心的平面上的排出流路的流路截面积从上游侧起越向下游侧越以规定的比例直线性地增大。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多级泵，其特征在于，

泵壳体被分隔成具有吸入口的吸入壳体、具有排出口的排出壳体、夹在该吸入壳体和排出壳体之间的中间壳体，

具有在旋转轴的轴心方向上紧固各所述壳体的固定单元，

排出流路形成于排出壳体内，

吸入壳体具有吸入流路，该吸入流路将流体从吸入口导向被收纳于初级的中间壳体内的叶轮的流入口，

中间壳体具有中间流路，该中间流路将流体从叶轮的流出口导向下一级的叶轮的流入口，

排出流路与中间流路的各外径大致上相同，

固定单元在所述各外径的外侧固定吸入壳体以及排出壳体。

Images