CN104632704B - 立轴泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使轴方向尺寸缩短化、同时具备能够降低损失的流路形状的立轴泵。立轴泵(10)具备：沿着铅垂方向的旋转轴(9)、安装在旋转轴(9)下端的叶轮(2)、插入有旋转轴(9)并使流体铅垂向上流动的抽水管(4)、连接在抽水管(4)的下游侧并使从该抽水管(4)输送的流体的流动向接近水平方向的方向变化的喷出弯头(6)和围绕旋转轴(9)周围的保护管(5)。并且，从抽水管(4)的入口(41)到喷出弯头(6)的出口(64)，流路的截面面积在持续无增减后单调减少，或在单调增加后单调减少。

Description

立轴泵

技术领域

本发明涉及一种具备喷出弯头的立轴泵。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，专利文献1和2中记载了立轴泵的例子。

这种立轴泵具备：沿着铅垂方向的旋转轴；安装在旋转轴的下端的叶轮；连接在叶轮的上游侧的吸入壳体；连接在叶轮的下游侧的导叶；将流体的流动改变为水平方向的喷出弯头；在导叶的内侧围绕在旋转轴周围的保护管；连接在喷出弯头的下游侧的排水管；以及连接在旋转轴的上端部的马达等发动机。并且，当叶轮通过发动机的驱动经由齿轮和旋转轴旋转时，从吸入壳体流入的水升压，并由导叶恢复压力，经由喷出弯头和排水管向排水路排出。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4092962号公报

专利文献2：日本专利第4770681号公报

另外，为了缩减具备立轴泵的泵站整体的建设费用，需要将泵站的土木、建筑结构设计成小型结构。在设置在排水泵站等的立轴泵(以下仅称为“泵”)中，若泵的总高度变高则泵房变大，需要花费大量费用。因此，降低了总高度的立轴泵备受期望，作为泵站的建设费用缩减方法之一，正在推进喷出弯头的流路的轴方向尺寸的缩短化(短轴化)。

另一方面，为了使泵房不会很大，根据泵的喷出流量来确定喷出弯头的出口的内径。

因此，为了使喷出弯头短轴化且维持泵的喷出流量，有喷出弯头内的流速增大的倾向。并且，当喷出弯头内的流速增大时，喷出弯头中的损失将增大。另外，为了抑制引起泵的大型化的因素，很难充分确保喷出弯头的曲率半径，在曲率半径小的情况下，水流从喷出弯头的弯曲部内部的内侧壁面上剥离，由该水流的紊乱造成损失增大，所以泵的性能降低。

专利文献1记载的立轴泵，为了不降低泵的性能而降低泵的总高度，通过在喷出弯头内设置整流板，以使即便喷出弯头的弯曲部的曲率半径变小，喷出弯头内部的损失也不会增大。但是，在不能确保整流板的曲率半径足够大的情况下，会有在整流板的外周面流动的水流中产生剥离而增加损失的可能。另一方面，专利文献1中也记载了如下内容，即，使喷出弯头的入口侧的内径大、出口侧的内径依次变小的变形例也是可行的(段落[0019]、参照图5)。但是，在该变形例中，在喷出弯头入口附近，保护管外径减小的锥形部向喷出弯头内突出，从导叶出口到喷出弯头出口之间的流路的截面面积呈缩小、扩大、缩小地进行变化，所以有水流紊乱、损失增大的可能。

专利文献2中记载的立轴泵，为了改良专利文献1中记载的立轴泵，通过在喷出弯头内设置第一整流板和在该第一整流板的下游侧且内侧具有间隙地设置第二整流板，以使沿着整流板的外周面流动的水流中不会产生剥离。但是，关于用于实现降低损失的适当的流路形状，并没有作出充分的研究。

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于上述情况而作出的，本发明的目的是提供一种使轴方向尺寸缩短化、同时具备能够降低损失的流路形状的立轴泵。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明的立轴泵具备沿着铅垂方向的旋转轴、安装在上述旋转轴下端的叶轮、插入有上述旋转轴并使流体铅垂向上流动的抽水管、连接在上述抽水管的下游侧并使从该抽水管输送的流体的流动向接近水平方向的方向变化的喷出弯头、和围绕上述旋转轴周围的保护管，从上述抽水管的入口到上述喷出弯头的出口，流路的截面面积在持续不增减后单调减少，或单调增加后单调减少。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种使轴方向尺寸缩短化同时具备能够降低损失的流路形状的立轴泵。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的立轴泵的概略纵剖视图。

图2是图1所示的实施方式的变形例的立轴泵的概略纵剖视图。

图3是比较例的以往的立轴泵的概略纵剖视图。

图4是表示图1的实施方式、图2的变形例和图3的比较例中的、从抽水管的入口到喷出弯头的出口的流路的与轴方向的位置相对应的截面面积比的变化的图。

图5是表示图1的实施方式、图2的变形例和图3的比较例中的、从抽水管的入口到喷出弯头的出口的流路的与轴方向的各区域相对应的流路的损失的图。

图6是用于说明图3的比较例中的、在喷出弯头的弯曲部内部的内侧产生的剥离水流的图。

图7是表示与喷出弯头的入口相对于抽水管的入口的截面面积比率相对应的流路损失的图。

图8是本发明的另一实施方式的立轴泵的概略纵剖视图。

图9是本发明的再一实施方式的立轴泵的概略纵剖视图。

具体实施方式

对于本发明的实施方式，参照适当附图进行详细说明。

在以下所示的附图中，对同一构件或相当的构件标注同一参考附图标记，适当地省略重复的说明。另外，为了便于说明，有时会对构件的尺寸和形状进行变形或夸大而模式化地表示。

图1是本发明的一实施方式的立轴泵10的概略纵剖视图。

如图1所示，立轴泵10是例如设置在排水泵站，从叶轮2向相对于旋转轴9倾斜的方向喷出流体的斜流泵。立轴泵10具备沿着铅垂方向的旋转轴9、安装在旋转轴9的下端的叶轮2、连接在叶轮2的上游侧的吸入壳体1、和连接在叶轮2的下游侧的导叶3。在此，导叶3的外观呈现为圆筒形状。

另外，立轴泵10具备连接在导叶3的下游侧并且插入有旋转轴9，使流体铅垂向上流动的抽水管4、连接在抽水管4的下游侧并使从该抽水管4输送的流体的流动向接近水平方向的方向变化的喷出弯头6、在导叶3的内侧围绕在旋转轴9周围的保护管5、连接在喷出弯头6的下游侧的排水管7、和在从喷出弯头6的上方侧突出的旋转轴9的上端部连接的马达等发动机(未图示)。

而且，当叶轮2通过发动机的驱动经由齿轮(未图示)和旋转轴9旋转时，从吸入壳体1流入的水升压，并通过导叶3使回旋方向的流动尽可能地转向为轴方向的流动来恢复压力，变成残留有回旋方向成分的流动，经由喷出弯头6和排水管7向排水路(未图示)排出。

接下来，说明抽水管4、保护管5和喷出弯头6。

如图1所示，抽水管4形成为内径朝向下游侧并保持相等。另外，保护管5具有外径朝向下游侧平滑地减少的缩径部51。在本说明书中，“平滑”是指，在流路的直径或者截面面积以与流路的轴方向的位置相对应的函数来表示的情况下，该函数在对象区间内能够微分。缩径部51的外侧面在此呈现为形成圆锥的侧面的锥形形状。但并不一定限定于此，缩径部51的外侧面也可以呈现为曲面形状。

另外，保护管5的缩径部51的下游端在此位于喷出弯头6的入口61。但并不一定限定于此，保护管5的缩径部51的下游端也可以位于比该入口61靠上游侧的位置。

并且，从抽水管4的入口41到喷出弯头6的入口61，在抽水管4和保护管5之间形成的流路的截面面积在此变成平滑地增加。但不一定限定于此，从抽水管4的入口41到喷出弯头6的入口61的特定区间或整个区间内，在抽水管4和保护管5之间形成的流路的截面面积也可以没有增减。

喷出弯头6由与流体的流动方向即流路的轴方向垂直的平面切断时的内表面的截面形状为圆形。这样的话，更能够抑制从抽水管4输送的流体的流动的损失。此外，在本说明书中“圆形”这一用语除了作为正圆形状，还包括椭圆形状、长圆形状使用。

在本实施方式中，喷出弯头6通过例如像制罐加工那样对平板进行弯曲加工而形成的多个筒状构件的端部彼此接合而构成。这样的话，能够更为容易且经济地制造喷出弯头6。例如具体来说，喷出弯头6通过流路弯曲的部分即弯曲部分被分割为5部分而形成为使流动方向90度变化的形状。此外，在图1中，喷出弯头6的弯曲部分被分割为5部分，但也可以是除此以外的分割数，或者也可以采用平滑的圆弧状的喷出弯头(参照图9)。另外，流动方向的变化角度不一定限定于90度，也可以是90度以外。

图2是图1所示的实施方式的变形例的立轴泵10a的概略纵剖视图。

在图2所示的变形例的立轴泵10a中，抽水管4a的内径朝向下游侧单调减少。在本说明书中，“单调减少”是指在整个对象区间内始终减少。因此，喷出弯头6a的入口61的内径稍稍小于如图1所示的喷出弯头6的入口61的内径。并且，从抽水管4a的入口41到喷出弯头6a的入口61，在抽水管4a和保护管5之间形成的流路的截面面积相等或形成为平滑地增加。此外，由于变形例的立轴泵10a的其他结构与图1所示的立轴泵10相同，所以省略了说明。

接下来，说明在抽水管4、4a、保护管5和喷出弯头6、6a之间形成的流路的截面面积。

如上所述，喷出弯头6、6a的出口64的内径根据泵的喷出流量决定其尺寸。因此，通过改变喷出弯头6、6a的入口61的内径，尝试找出抽水管4、4a和喷出弯头6、6a对于降低损失的合适的截面面积范围。在图1的实施方式中，相对于抽水管4的入口41的截面面积，喷出弯头6的入口61的截面面积约为其1.3倍。此外，之后会使用图7进行说明，为了使在抽水管4、4a和保护管5之间形成的流路切实地满足其功能，相对于抽水管4、4a的入口41的截面面积，喷出弯头6、6a的入口61的截面面积最好形成在1～1.5倍的范围内。

接下来，参照图3～图7，说明如上所述构成的立轴泵10、10a的作用、以及从抽水管4、4a的入口41到喷出弯头6、6a的出口64的适当的流路形状。

图3是比较例的以往的立轴泵100的概略纵剖视图。图4是表示图1的实施方式、图2的变形例、和图3的比较例中的、从抽水管的入口41到喷出弯头的出口64的流路的与轴方向的位置相对应的截面面积比的变化的图。图5是表示图1的实施方式、图2的变形例、和图3的比较例中的、从抽水管的入口41到喷出弯头的出口64的流路的与轴方向的各区域相对应的流路损失的图。图6是用于说明在图3的比较例中的喷出弯头106的弯曲部内部的内侧产生的剥离水流的图。图7是表示喷出弯头6、6a的入口61相对于抽水管4、4a的入口41的截面面积比率所对应的流路损失的图。

另外，图4的曲线中纵轴的截面面积比表示，将抽水管的入口41的截面面积作为1时的各个位置的截面面积的值。另外，在图4和图5中，附图标记A表示图1的实施方式的情况，附图标记B表示图2的变形例的情况，附图标记C表示图3的比较例的情况。另外，附图标记Ⅰ对应抽水管的入口41，附图标记Ⅱ对应喷出弯头的入口61，附图标记Ⅲ对应喷出弯头的弯曲部的上游侧部位62，附图标记Ⅳ对应喷出弯头的弯曲部的下游侧部位63，附图标记Ⅴ对应喷出弯头的出口64(参照图1)。

图3表示单纯地使喷出弯头106的出口64和入口61的内径相等，且以缩短轴方向尺寸的方式连接了抽水管104的情况下的形状。在图3的比较例(参照图4和图5的C)的立轴泵100中，由于区域Ⅰ～Ⅱ中流路的截面面积缩小，流路内的流速增大，所以损失大于图1的实施方式(参照图4和图5的A)和图2的变形例(参照图4和图5的B)的立轴泵10、10a。

另外，在图3的比较例的立轴泵100中，保护管5的缩径部51的下游端位于比喷出弯头106的入口61靠下游侧的位置，由于在区域Ⅱ～Ⅲ中流路的截面面积扩大，所以流路内的水流紊乱，并且，由于抽水管104的内径的缩小明显，所以在喷出弯头106的入口61处水流剥离。因此，在图3的比较例的立轴泵100中，损失大于图1的实施方式和图2的变形例的立轴泵10、10a。

另外，在图3的比较例的立轴泵100中，从喷出弯头106的入口61到出口64的内径相等，在区域Ⅱ～Ⅴ中，在喷出弯头106的弯曲部内部的内侧作用在流体上的离心力导致如图6箭头所示的水流的剥离产生。相对于此，在图1的实施方式和图2的变形例的立轴泵10、10a中，由于在区域Ⅱ～Ⅴ中使流路的截面面积缩小，所以在喷出弯头6、6a的弯曲部内部的外侧流动的流体与图3的比较例相比更加朝向喷出弯头6、6a的出口64流动，所以喷出弯头6、6a的弯曲部内部的内侧处的剥离水流的产生被抑制，损失降低。

若用A1表示抽水管4、4a的入口41的截面面积，用A2表示喷出弯头6、6a的入口61的截面面积，则图7所示的喷出弯头6、6a的入口61相对于抽水管4、4a的入口41的截面面积的比率(以下，仅称为“截面面积变化率”)以A2/A1给出。另外，由于喷出弯头6、6a的入口61的截面面积等于抽水管4、4a的出口的截面面积，所截面面积变化率A2/A1相当于抽水管4、4a的出口相对于入口的截面面积的比率。

如图7所示，截面面积变化率A2/A1小于1的情况下，由于抽水管4、4a和喷出弯头6、6a内的流速增大，损失增加。另外，截面面积变化率A2/A1在1.5以上的情况下，抽水管4、4a和喷出弯头6、6a内的流速降低，但从抽水管4、4a的入口到出口的截面面积显著扩大导致抽水管4、4a内的水流紊乱，且该水流的紊乱流入喷出弯头6、6a，由此损失增加。即，可知当截面面积变化率A2/A1在1～1.5的范围内时，流路的损失更小。因此，能够更为有效地降低抽水管4、4a和喷出弯头6、6a内的流路损失的抽水管4、4a的出口相对于入口的截面面积比率的合适范围，为图7中纵向的粗实线所示的范围，即，截面面积变化率A2/A1在1～1.5的范围内。

另外，如图4所示，图1的实施方式和图2的变形例中的抽水管4、4a和喷出弯头6、6a的流路的截面面积确保整体地大于图3的比较例中的抽水管104和喷出弯头106的流路的截面面积。因此，即使在缩短了流路的轴方向尺寸的情况下，也能够降低流路内的流速，能够降低损失。

如上所述的本实施方式中，立轴泵10、10a具备沿着铅垂方向的旋转轴9、安装在旋转轴9下端的叶轮2、插入有旋转轴9并使流体铅垂向上流动的抽水管4、4a、连接在抽水管4、4a的下游侧并使从该抽水管4、4a输送的流体的流动向接近水平方向的方向变化的喷出弯头6、6a、和围绕在旋转轴9周围的保护管5。并且，从抽水管4、4a的入口41到喷出弯头6、6a的出口64，流路的截面面积在持续不增减后单调减少，或者单调增加后单调减少(参照图4)。此外，在本说明书中，“单调增加”是指在整个对象区间内始终增加。

根据这样的本实施方式，在从抽水管4、4a的入口41到喷出弯头6、6a的出口64的流路中的抽水管4、4a的入口41一侧，通过由流路的截面面积缩小引起的流速增大，抑制损失变大。另外，在抽水管4、4a的入口41到喷出弯头6、6a的出口64的流路中的喷出弯头6、6a的出口64一侧，由于使流路的截面面积缩小，在喷出弯头6、6a的弯曲部内部的内侧产生的剥离水流被抑制，损失降低。并且，由于从抽水管4、4a的入口41到喷出弯头6、6a的出口64的流路的截面面积确保整体较大，所以即使在缩短了流路的轴方向尺寸的情况下，也能够减小流路内的流速，降低损失。

即，能够提供使轴方向尺寸缩短化同时具备能够降低损失的流路形状的立轴泵10、10a。

另外，在本实施方式中，从抽水管4、4a的入口41到喷出弯头6、6a的入口61，在抽水管4、4a和保护管5之间形成的流路的截面面积相等或平滑地增加。根据这样的结构，由从抽水管4、4a的入口到出口的流路的截面面积缩小引起抽水管4、4a和喷出弯头6、6a内的流速增大，所以抑制了损失增加。特别是在本实施方式中，喷出弯头6、6a的入口61处的流路的截面面积相对于抽水管4、4a的入口41处的流路的截面面积的比率设定在1以上且1.5以下。根据这样的结构，能够更为有效地降低抽水管4、4a和出水管6、6a内的流路损失。

另外，在本实施方式中，抽水管4、4a的内径朝向下游侧保持相等或单调减少，保护管5具有外径朝向下游侧平滑地减少的缩径部51，保护管5的缩径部51的下游侧位于喷出弯头6、6a的入口61处或比该入口61靠上游侧的位置。根据这样的结构，从抽水管4、4a的入口41到喷出弯头6、6a的入口61，在抽水管4、4a和保护管5之间形成的流路的截面面积相等或平滑地增加的结构得以具体地实现。另外，由于保护管5的缩径部51的下游端没有向喷出弯头6、6a内突出，所以能够防止在喷出弯头6、6a的入口61附近流路扩大而水流紊乱。

另外，在本实施方式中，从喷出弯头6、6a的入口61到喷出弯头6、6a的出口64，流路的截面面积单调减少。根据这样的结构，在喷出弯头6、6a的弯曲部内部的外侧流动的流体变得更加朝向喷出弯头6、6a的出口64的方向流动，所以在喷出弯头6、6a的弯曲部内部的内侧的剥离水流的产生被抑制，能够降低损失。

图8是本发明的另一实施方式的立轴泵10b的概略纵剖视图。

图8所示的立轴泵10b以在喷出弯头6b的内部设置整流板8这一点区别于图1所示的立轴泵10。此外，图8所示的立轴泵10b的其他结构与图1所示立轴泵10一样，所以省略说明。而且，整流板8沿着流体的流动方向设置在比喷出弯头6b内的中心线靠内侧。另外，整流板8由与流体的流动方向垂直的平面切断时的表面的截面形状在此形成为直线，但并不限定于此，例如也可以是圆弧形状。

根据图8所示的立轴泵10b，能够得到与图1所示的立轴泵10一样的作用效果，除此之外，通过整流板8的设置，更能够抑制由喷出弯头6b内的内侧的剥离水流导致的紊流的产生。

图9是本发明的再一实施方式的立轴泵10c的概略纵剖视图。

图9所示的立轴泵10c的喷出弯头6c以通过铸造或切削加工、放电加工等机械加工而形成平滑的内表面这一点，区别于对平板进行弯曲加工而形成的多个筒状构件的端部彼此接合而构成的图1所示的立轴泵10的喷出弯头6。此外，图9所示的立轴泵10c的其他结构与图1所示的立轴泵10一样，所以省略说明。

根据图9所示的立轴泵10c，能够得到与图1所示的立轴泵10一样的作用效果，除此之外，通过形成平滑的喷出弯头6c的内表面，能够使喷出弯头6c内的流体的流动更加整流化，从而更加抑制损失。

以上，基于实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于上述的实施方式，而是包括各种变形例。例如，上述的实施方式是为了易于理解地说明本发明而进行了详细的说明，不一定限定于具备说明的所有结构。另外，可以将某一实施方式的结构的一部分替换成其他的实施方式的结构，另外，也可以在某一实施方式的结构上添加其他的实施方式的结构。另外，可以对各实施方式的结构的一部分追加、消除、置换其他的结构。

例如，在上述的实施方式中，说明了对本发明的立轴泵适用于从叶轮2喷出的水流处于以旋转轴9为轴的圆锥面内的斜流泵的情况，但并不限定于此，也可以适用于从叶轮2喷出的水流处于与旋转轴9同心的圆筒面内的轴流泵。

附图标记说明

1 吸入壳体

2 叶轮

3 导叶

4、4a 抽水管

41 入口

5 保护管

51 缩径部

6、6a、6b、6c 喷出弯头

61 入口

62 上游侧部位

63 下游侧部位

64 出口

7 排水管

8 整流板

9 旋转轴

10、10a、10b、10c 立轴泵

Claims (8)

1.一种立轴泵，其特征在于，

所述立轴泵具备：

沿着铅垂方向的旋转轴；

安装在所述旋转轴的下端的叶轮；

插入有所述旋转轴，并使流体铅垂向上流动的抽水管；

连接在所述抽水管的下游侧，使从该抽水管输送的流体的流动向接近水平方向的方向变化的喷出弯头；以及

围绕所述旋转轴的周围的保护管，

从所述抽水管的入口到所述喷出弯头的出口，流路的截面面积在持续无增减后单调减少，或在单调增加后单调减少，

从所述抽水管的入口到所述喷出弯头的入口，在所述抽水管和所述保护管之间形成的流路的截面面积相等或平滑地增加。

2.根据权利要求1所述的立轴泵，其特征在于，

所述喷出弯头的入口处的流路的截面面积相对于所述抽水管的入口处的流路的截面面积的比率在1以上且1.5以下。

3.根据权利要求1或2所述的立轴泵，其特征在于，

所述抽水管的内径朝向下游侧保持相等或单调减少，

所述保护管具有外径朝向下游侧平滑地减少的缩径部，

所述保护管的缩径部的下游端位于所述喷出弯头的入口或比该入口靠上游侧的位置。

4.根据权利要求3所述的立轴泵，其特征在于，

从所述喷出弯头的入口到所述喷出弯头的出口，流路的截面面积单调减少。

5.根据权利要求3所述的立轴泵，其特征在于，

所述喷出弯头由与流体的流动方向垂直的平面切断时的内表面的截面形状是圆形。

6.根据权利要求3所述的立轴泵，其特征在于，

所述喷出弯头通过对平板进行弯曲加工而形成的多个筒状构件的端部彼此接合而构成。

7.根据权利要求3所述的立轴泵，其特征在于，

所述喷出弯头通过机械加工而形成平滑的内表面。

8.根据权利要求3所述的立轴泵，其特征在于，

在所述喷出弯头内设置沿着流体的流动方向的整流板。