CN117881899A - 离心泵、离心泵装置以及消防车 - Google Patents

离心泵、离心泵装置以及消防车 Download PDF

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CN117881899A CN202280058907.6A CN202280058907A CN117881899A CN 117881899 A CN117881899 A CN 117881899A CN 202280058907 A CN202280058907 A CN 202280058907A CN 117881899 A CN117881899 A CN 117881899A
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川原拓真
宫川和芳
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Abstract

本发明涉及离心泵、离心泵装置以及消防车。离心泵(1A、1B)具备：离心叶轮(10)；入口壳体(20A、20B)，与离心叶轮(10)的吸入口连接；出口壳体(30A、30B)，与离心叶轮(10)的排出口连接；弯曲扩散器(50)，设置在离心叶轮(10)与出口壳体(30A、30B)之间且具有引导叶片(51)；以及回旋部(23A、23B)，使流入离心叶轮(10)的液体回旋，弯曲扩散器(50)从离心叶轮(10)的径向朝轴向弯曲，流路面积趋向下游逐渐减小，回旋部(23A、23B)使液体向与离心叶轮(10)的旋转方向相同的方向回旋。由此，离心泵(1A、1B)不仅高效率且吸入性能优异，而且还能够实现小型化。

Description

离心泵、离心泵装置以及消防车
技术领域
本发明涉及离心泵、离心泵装置以及消防车。
背景技术
在消防车中，需要更高效率的泵，并且需要在车身内部的狭窄空间中布局泵及配管类。
这里，在专利文献1中，公开了具有使吸入液体向与叶轮的旋转相反的方向预回旋的吸入流路的高扬程泵。在专利文献1中，吸入流路的涡形形状形成为在涡形出口即叶轮入口处获得具有与叶轮的旋转方向相反的方向的回旋成分的流动。
另外，在专利文献2中公开了一种离心泵，该离心泵废除下部轴承及轴封装置并使泵构造为悬垂式，使叶轮为通过开口环固定于主轴的单吸入式叶轮，在叶轮前配设导流轮，使泵壳为筒形并设置有预回旋室。
另外，在专利文献3中，公开了将上下分割了的壳体通过水平凸缘连结而成为一体的反向预回旋构造的双吸入式离心泵。
另外，在专利文献4中公开了一种泵装置，以降低吸水配管中的输水阻力、提高空化性能、以及缩短直到放水开始为止的时间为目的，上述泵装置具备：吸水口，连接吸水软管；排水口，连接排水软管；吸水配管，将从吸水口到泵的泵吸入口连接；止回阀，与泵的泵排出口连接；以及排水配管，将从止回阀到排水口连接，将吸水配管作为泵侧的通道截面积比吸水口侧的通道截面积大的扩散器接头。
专利文献1：日本特开平6-123298号公报
专利文献2：日本实愿昭61-66926号(日本实开昭62-179394号)的缩微胶卷
专利文献3：日本特开2011-252477号公报
专利文献4：日本特开2017-70720号公报
发明内容
为了应对如消防车那样在车身内部的狭窄空间中搭载泵的情况下的、由配管构造引起的空气积存的产生、由配管构造的复杂化引起的配管阻力的增大、由出口侧压力的降低引起的泵性能的降低、以及空化性能的极限等问题，期望泵确保必要的扬程，并且期望进一步的效率提高和小型化。
因此，本发明的目的在于提供一种高效率且吸入性能优异并能够实现小型化的离心泵、具备该离心泵的离心泵装置、以及具备该离心泵装置的消防车。
技术方案1所记载的本发明的离心泵1A、1B的特征在于，具备：离心叶轮10；入口壳体20A、20B，与离心叶轮10的吸入口连接；出口壳体30A、30B，与离心叶轮10的排出口连接；弯曲扩散器50，设置在离心叶轮10与出口壳体30A、30B之间且具有引导叶片51；以及回旋部23A、23B，使流入离心叶轮10的液体回旋，弯曲扩散器50从离心叶轮10的径向朝轴向弯曲，流路面积趋向下游逐渐减小，回旋部23A、23B使液体向与离心叶轮10的旋转方向相同的方向回旋。
对于技术方案2所记载的本发明而言，在技术方案1所记载的离心泵1A、1B的基础上，其特征在于，离心叶轮10具有：轮毂11，固定于旋转轴16；多个主翼12，沿圆周方向配设；以及护罩14，覆盖主翼12，引导叶片51是在前缘侧51a处从轮毂11侧沿子午面流动方向具有大于0度且10度以下的倾斜角，在后缘侧51b处从护罩14侧沿子午面流动方向具有大于0度且10度以下的倾斜角的形状。
对于技术方案3所记载的本发明而言，在技术方案2所记载的离心泵1A、1B的基础上，其特征在于，在离心叶轮10中，在主翼12与主翼12之间设置有长度比主翼12短的分离翼13，主翼12及分离翼13的后缘的倾斜角β从轮毂11侧向护罩14侧为2度以上且7度以下。
对于技术方案4所记载的本发明而言，在技术方案1～技术方案3中任一项所记载的离心泵1B的基础上，其特征在于，作为回旋部，在与入口壳体20B连接的入口配管24的内部具备呈环状排列有多片静翼的配管内回旋部23B，配管内回旋部23B的流路面积趋向下游逐渐减小。
对于技术方案5所记载的本发明而言，在技术方案4所记载的离心泵1B的基础上，其特征在于，静翼的一端固定于入口配管24，另一端固定于覆盖在离心叶轮10的旋转轴16的前端的盖17。
对于技术方案6所记载的本发明而言，在技术方案5所记载的离心泵1B的基础上，其特征在于，盖17为下游侧的直径比上游侧的直径大的流线形状。
对于技术方案7所记载的本发明而言，在技术方案4～技术方案6中任一项所记载的离心泵1B的基础上，其特征在于，在配管内回旋部23B与离心叶轮10之间具备导流轮40，导流轮40的旋转方向与液体通过配管内回旋部23B而回旋的方向相同。
对于技术方案8所记载的本发明而言，在技术方案1～技术方案3中任一项所记载的离心泵1A的基础上，其特征在于，作为回旋部，在入口壳体20A具备使液体一边沿着离心叶轮10的圆周方向回旋一边从径向流入离心叶轮10的壳体内回旋部23A，入口壳体20A具有作为壳体内回旋部23A的一个入口的第一入口部21、和作为壳体内回旋部23A的另一个入口的第二入口部22，从第一入口部21进入并流入离心叶轮10的液体的回旋方向以及从第二入口部22进入并流入离心叶轮10的液体的回旋方向与离心叶轮10的旋转方向相同。
对于技术方案9所记载的本发明而言，在技术方案8所记载的离心泵1A的基础上，其特征在于，壳体内回旋部23A为沿着离心叶轮10的圆周方向弯曲的形状。
对于技术方案10所记载的本发明而言，在技术方案8或技术方案9所记载的离心泵1A的基础上，其特征在于，出口壳体30A具有：流出部33，将从离心叶轮10流出的液体导向出口；第一出口部31，是流出部33的一个出口；以及第二出口部32，是流出部33的另一个出口，流出部33为沿着离心叶轮10的圆周方向弯曲的形状。
技术方案11所记载的本发明的离心泵装置的特征在于，具备：技术方案8～技术方案10中任一项所记载的离心泵1A；吸液配管60，在一端具有与吸液软管连接的吸液软管连接部61，另一端与离心泵1A的入口壳体20A连接；以及排液配管70，在一端具有与排液软管连接的排液软管连接部71，另一端与离心泵1A的出口壳体30A连接，吸液配管60与入口壳体20A配置在一条直线上，排液配管70与出口壳体30A配置在一条直线上。
对于技术方案12所记载的本发明而言，在技术方案11所记载的离心泵装置的基础上，其特征在于，具备喷射装置，该喷射装置将与吸液软管连接部61连接的吸液软管内的气体排出到入口壳体20A，喷射装置具有气相吸出配管90，该气相吸出配管90的一端连接于吸液软管连接部61中的与吸液软管的连接侧，另一端连接于入口壳体20A，气相吸出配管90的另一端连接于入口壳体20A中的比从离心叶轮10产生回流的部位在轴向上远离离心叶轮10的位置、或者入口壳体20A中的产生回流的部位的内径侧。
对于技术方案13所记载的本发明而言，在技术方案11或技术方案12所记载的离心泵装置的基础上，其特征在于，吸液配管60的管轴中心60x和排液配管70的管轴中心70x位于同一高度。
对于技术方案14所记载的本发明而言，在技术方案11～技术方案13中任一项所记载的离心泵装置的基础上，其特征在于，在排液配管70具备单向止回阀80。
技术方案15所记载的本发明的消防车的特征在于，搭载有技术方案1～技术方案10中任一项所记载的离心泵1A、1B、或者技术方案11～技术方案14中任一项所记载的离心泵装置。
根据本发明，能够提供一种高效率且吸入性能优异并能够实现小型化的离心泵、具备该离心泵的离心泵装置、以及具备该离心泵装置的消防车。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的离心泵的外观图。
图2是该离心泵的内部结构图。
图3是表示该离心泵的入口侧的流动的图。
图4是表示该导流轮的图。
图5是表示该离心叶轮的图。
图6是将设置有该弯曲扩散器的部位放大后的图。
图7是本发明的第二实施例的离心泵的外观图。
图8是该离心泵的内部结构图。
图9是表示该入口配管及配管内回旋部的图。
图10是针对第一实施例的离心泵的子午面形状的比较图。
图11是该泵性能的比较图。
图12是表示该离心泵的吸入性能的图。
图13是搭载于该消防车的离心泵装置的配置图。
图14是该吸液配管及排液配管的布局的比较图。
图15是该止回阀的比较图。
图16是该离心泵装置中的喷射抽水的说明图。
图17是关于该离心泵的单侧排出的图。
图18是现有的离心泵装置中的喷射抽水的说明图。
具体实施方式
本发明的第一实施方式的离心泵具备：离心叶轮；入口壳体，与离心叶轮的吸入口连接；出口壳体，与离心叶轮的排出口连接；弯曲扩散器，设置在离心叶轮与出口壳体之间且具有引导叶片；以及回旋部，使流入离心叶轮的液体回旋，弯曲扩散器从离心叶轮的径向朝轴向弯曲，流路面积趋向下游逐渐减小，回旋部使液体向与离心叶轮的旋转方向相同的方向回旋。
根据本实施方式，能够实现比以往高效率，且吸入性能优异，也能够实现小型化的离心泵。另外，能够改善由于使离心泵比以往小型化而产生的流动的紊乱。
对于本发明的第二实施方式而言，在第一实施方式的离心泵的基础上，离心叶轮具有：轮毂，固定于旋转轴；多个主翼，沿圆周方向配设；以及护罩，覆盖主翼，引导叶片是在前缘侧处从轮毂侧沿子午面流动方向具有大于0度且10度以下的倾斜角，在后缘侧处从护罩侧沿子午面流动方向具有大于0度且10度以下的倾斜角的形状。
根据本实施方式，能够进一步提高泵效率。
对于本发明的第三实施方式而言，在第二实施方式的离心泵的基础上，在离心叶轮中，在主翼与主翼之间设置有长度比主翼短的分离翼，主翼及分离翼的后缘的倾斜角从轮毂侧向护罩侧为2度以上7度以下。
根据本实施方式，能够进一步提高泵效率。另外，能够改善由于使离心泵比以往小型化而产生的流动的紊乱。
对于本发明的第四实施方式而言，在第一实施方式～第三实施方式中任一个实施方式的离心泵的基础上，作为回旋部，在与入口壳体连接的入口配管的内部具备呈环状排列有多片静翼的配管内回旋部，配管内回旋部的流路面积趋向下游逐渐减小。
根据本实施方式，能够将使流入离心叶轮之前的液体回旋的回旋部设为相对简单的结构。另外，回旋部的流路面积趋向下游逐渐减小，由此能够改善由于配置静翼而产生的流动的紊乱。
对于本发明的第五实施方式而言，在第四实施方式的离心泵的基础上，静翼的一端固定于入口配管，另一端固定于覆盖在离心叶轮的旋转轴的前端的盖。
根据本实施方式，通过将静翼的两端固定于其他部件，能够减小静翼的厚度并确保强度，使回旋流稳定地产生。另外，由于设置静翼，离心泵的前后长度(轴向的长度)变长，但通过离心叶轮的旋转轴的盖兼作静翼的另一端的固定目的地，能够抑制长度的增加。
对于本发明的第六实施方式而言，在第五实施方式的离心泵的基础上，使盖为下游侧的直径比上游侧的直径大的流线形状。
根据本实施方式，能够抑制由于配置静翼而产生的流动的紊乱。
对于本发明的第七实施方式而言，在第四实施方式～第六实施方式中任一个实施方式的离心泵的基础上，在配管内回旋部与离心叶轮之间具备导流轮，导流轮的旋转方向与液体通过配管内回旋部而回旋的方向相同。
根据本实施方式，能够抑制离心叶轮中的空化的产生，延缓达到空化性能极限。
对于本发明的第八实施方式而言，在第一实施方式～第三实施方式中任一个实施方式的离心泵的基础上，作为回旋部，在入口壳体具备使液体一边沿着离心叶轮的圆周方向回旋一边从径向流入离心叶轮的壳体内回旋部，入口壳体具有作为壳体内回旋部的一个入口的第一入口部、和作为壳体内回旋部的另一个入口的第二入口部，从第一入口部进入并流入离心叶轮的液体的回旋方向以及从第二入口部进入并流入离心叶轮的液体的回旋方向与离心叶轮的旋转方向相同。
根据本实施方式，能够在入口壳体内产生回旋流，另外，由于使流体不从轴向而是从径向流入离心叶轮，因此能够简化配管布局。
对于本发明的第九实施方式而言，在第八实施方式的离心泵的基础上，使壳体内回旋部为沿着离心叶轮的圆周方向弯曲的形状。
根据本实施方式，容易使流入离心叶轮的液体可靠地回旋，另外，能够实现离心泵的小型化和配管的削减。
对于本发明的第十实施方式而言，在第八实施方式或第九实施方式的离心泵的基础上，出口壳体具有：流出部，将从离心叶轮流出的液体导向出口；第一出口部，是流出部的一个出口；以及第二出口部，是流出部的另一个出口，使流出部为沿着离心叶轮的圆周方向弯曲的形状的出口螺旋形状部。
根据本实施方式，能够实现离心泵的小型化和配管的削减。
本发明的第十一实施方式的离心泵装置具备：第八实施方式～第十实施方式中任一个实施方式的离心泵；吸液配管，在一端具有与吸液软管连接的吸液软管连接部，另一端与离心泵的入口壳体连接；以及排液配管，在一端具有与排液软管连接的排液软管连接部，另一端与离心泵的出口壳体连接，吸液配管与入口壳体配置在一条直线上，排液配管与出口壳体配置在一条直线上。
根据本实施方式，能够使配管长度比以往短，削减配管重量。另外，能够缩小泵装置的尺寸，增加配管等的布局的自由度。
对于本发明的第十二实施方式而言，在第十一实施方式的离心泵装置的基础上，具备喷射装置，该喷射装置将与吸液软管连接部连接的吸液软管内的气体排出到入口壳体，喷射装置具有气相吸出配管，该气相吸出配管的一端连接于吸液软管连接部中的与吸液软管的连接侧，另一端连接于入口壳体，气相吸出配管的另一端连接于入口壳体中的比从离心叶轮产生回流的部位在轴向上远离离心叶轮的位置、或者入口壳体中的产生回流的部位的内径侧。
根据本实施方式，由于连接气相吸出配管的另一端的位置的选项增加，因此能够增加连接的自由度。
对于本发明的第十三实施方式而言，在第十一实施方式或第十二实施方式的离心泵装置的基础上，吸液配管的管轴中心和排液配管的管轴中心位于同一高度。
根据本实施方式，进一步简化配管布局，能够实现进一步的配管重量的削减和装载空间的确保。
对于本发明的第十四实施方式而言，在第十一实施方式～第十三实施方式中任一个实施方式的离心泵装置的基础上，在排液配管具备单向止回阀。
根据本实施方式，能够减少由止回阀引起的能量损耗，提高泵装置的效率。
本发明的第十五实施方式的消防车搭载有第一实施方式～第十实施方式中任一个实施方式的离心泵、或者第十一实施方式～第十四实施方式中任一个实施方式的离心泵装置。
根据本实施方式，能够提供与以往相比高效率且吸入性能优异，并且搭载有缩小了尺寸的离心泵或离心泵装置的消防车。
实施例
以下，对本发明的实施例的离心泵、离心泵装置以及消防车进行说明。
图1是第一实施例的离心泵的外观图，图1的(a)是从入口壳体侧观察的立体图，图1的(b)是从出口壳体侧观察的立体图，图1的(c)是侧视图。图2是离心泵的内部结构图。图3是表示离心泵的入口侧的流动的图。
第一实施例的离心泵1A具备：离心叶轮10；入口壳体20A，与离心叶轮10的吸入口连接；出口壳体30A，与离心叶轮10的排出口连接；导流轮40，设置在入口壳体20A与离心叶轮10之间；以及弯曲扩散器50，设置在离心叶轮10与出口壳体30A之间。离心叶轮10位于入口壳体20A与出口壳体30A之间。另外，收纳离心叶轮10的旋转轴16的轴承箱15配置于出口壳体30A侧。
入口壳体20A具备作为回旋部的壳体内回旋部23A、作为壳体内回旋部23A的一个入口的第一入口部21、以及作为壳体内回旋部23A的另一个入口的第二入口部22。第一入口部21的流入口21a朝向一个方向，第二入口部22的流入口22a朝向另一个方向。第一入口部21的流入口21a的朝向与第二入口部22的流入口22a的朝向在水平方向上相差大致180度。第一入口部21及第二入口部22的管路直径(内径)例如为120～160mm。
壳体内回旋部23A为沿着离心叶轮10的圆周方向弯曲的形状的入口螺旋形状部。壳体内回旋部23A(入口螺旋形状部)使从第一入口部21及第二入口部22进入的液体一边通过所生成的角动量而预回旋一边从径向流入离心叶轮10。这样，本实施例的离心泵1A能够在入口壳体20A内产生回旋流。
在图3中，白箭头表示从第一入口部21进入的液体的流动方向，Wa表示从第一入口部21进入的液体的流入位置，黑箭头表示从第二入口部22进入的液体的流动方向，Wb表示从第二入口部22进入的液体的流入位置。此外，如图3所示，理想的是，对于使液体从径向流入离心叶轮10的位置而言，从第一入口部21进入的液体和从第二入口部22进入的液体相差大致180度。从第一入口部21进入并流入离心叶轮10的液体的回旋方向与从第二入口部22进入并流入离心叶轮10的液体的回旋方向相同，这些回旋方向为与离心叶轮10的旋转方向相同的方向。
通过在从第一入口部21延续的壳体内回旋部23A的流路以及从第二入口部22延续的壳体内回旋部23A的流路配置翼等，也能够使液体沿着离心叶轮10的圆周方向回旋，但通过如本实施例那样使壳体内回旋部23A为螺旋形状，能够使流入离心叶轮10的液体可靠地回旋，另外，能够实现离心泵1A的小型化和配管的削减。从第一入口部21延续的壳体内回旋部23A的流路以及从第二入口部22延续的壳体内回旋部23A的流路的面积变化率由流入的流体的角动量决定。
出口壳体30A具备流出部33、作为流出部33的一个出口的第一出口部31、以及作为流出部33的另一个出口的第二出口部32。第一出口部31的流出口31a朝向一个方向，第二出口部32的流出口32a朝向另一个方向。第一出口部31的流出口31a的朝向与第二出口部32的流出口32a的朝向在水平方向上相差大致180度。第一出口部31及第二出口部32的管路直径(内径)例如为60～90mm。
流出部33为沿着离心叶轮10的圆周方向弯曲的形状的出口螺旋形状部。流出部33(出口螺旋形状部)将从离心叶轮10流出的液体导向第一出口部31及第二出口部32。使液体从离心叶轮10沿径向流出的位置在朝向第一出口部31的流路和朝向第二出口部32的流路相差大致180度。
流出部33也可以采用向上具有一个出口的涡形形状、使流体沿轴向流出的构造等，但通过如本实施例那样形成为螺旋形状，设置两个出口并使液体沿径向流出，能够实现离心泵1A的小型化和配管的削减。向第一出口部31延续的流出部33的流路以及向第二出口部32延续的流出部33的流路的面积变化率由流入的流体的角动量决定。
图4是表示导流轮的正面的图。
通过设置作为轴流叶轮的导流轮40，能够抑制离心叶轮10中的空化的产生，延缓达到空化性能极限。作为导流轮40，能够使用在观察在离心泵1A内流动的流体的流速的周向成分时与半径成比例的强制涡流型的导流轮，或者与半径成反比的自由涡流型的导流轮，但优选为强制涡流型。通过应用强制涡流型的导流轮，能够使导流轮40的轮毂42侧小径化，容易确保离心泵1A整体的扬程。
另外，由于通过螺旋形状的壳体内回旋部23A(入口螺旋形状部)使液体一边预回旋一边从径向流入导流轮40，因此能够使导流轮40所具有的翼41沿轴向竖立，增大翼41之间的间隙。由此，能够使击穿流量大流量化。另外，基于导流轮40的吸入性能改善。
图5是表示离心叶轮的图，图5的(a)是主视图，图5的(b)是图5的(a)的A箭头图。此外，图5的(a)的左半部分表示未被护罩覆盖的状态。
离心叶轮10具有：轮毂11，固定于旋转轴16；多个主翼12，沿圆周方向配设；分离翼13，配设在主翼12与主翼12之间且长度比主翼12短；以及护罩14，覆盖主翼12。主翼12和分离翼13交替配置。
主翼12及分离翼13通过在液体的流动方向上倾倒规定量而具有倾斜角β。图5的(b)表示主翼12及分离翼13的倾斜角β(二面角)。离心叶轮10中的所有主翼12的后缘的倾斜角β和分离翼13的后缘的倾斜角β相同。倾斜角β是考虑到弯曲扩散器50的形状等尾流侧的流动而设定的，但优选从轮毂11侧到护罩14侧在流动方向上为2度以上且7度以下，更优选从轮毂11侧到护罩14侧在流动方向上为4度以上且5度以下。由此，将从轮毂11向护罩14的子午面速度分布设为规定的速度分布，从而能够进一步提高泵效率。
图6是将图2中的离心泵中的设置有弯曲扩散器的部位放大后的图。
弯曲扩散器50具有引导叶片51，从离心叶轮10的径向朝轴向弯曲，流路面积趋向下游逐渐减小。
引导叶片51优选为在作为入口侧的前缘侧51a处从轮毂11侧到护罩14侧在子午面流动方向上具有大于0度且10度以下的倾斜角，在作为出口侧的后缘侧51b处从护罩14侧到轮毂11侧在子午面流动方向上具有大于0度且10度以下的倾斜角的形状。另外，更优选前缘侧51a处的该倾斜角为3度以上且5度以下，后缘侧51b处的该倾斜角为1度以上且3度以下。此外，“子午面流动方向”是指将泵内的流动投影到子午面上时的流动方向。
由此，能够进一步提高泵效率。此外，前缘侧51a的倾斜角和后缘侧51b的倾斜角也可以同样为3度。
接下来，对本发明的第二实施例的离心泵进行说明。此外，对与上述第一实施例相同的功能部件标注相同的附图标记并省略说明。
图7是第二实施例的离心泵的外观图，图7的(a)是侧视图，图7的(b)是主视图，图7的(c)是后视图，图7的(d)是仰视图。图8是离心泵的内部结构图。
第二实施例的离心泵1B具备：离心叶轮10；入口壳体20B，与离心叶轮10的吸入口连接；入口配管24，与入口壳体20B的入口连接；出口壳体30B，与离心叶轮10的排出口连接；导流轮40，设置于比离心叶轮10靠上游侧；以及弯曲扩散器50，设置在离心叶轮10与出口壳体30B之间。
离心叶轮10位于入口壳体20B与出口壳体30B之间。另外，收纳离心叶轮10的旋转轴16的轴承箱15配置于出口壳体30B侧。
与上述第一实施例同样，离心叶轮10具有：轮毂11，固定于旋转轴16；多个主翼12，沿圆周方向配设；分离翼13，配设在主翼12与主翼12之间且长度比主翼12短；以及护罩14，覆盖主翼12，主翼12和分离翼13交替配置。
盖17覆盖在旋转轴16的前端。盖17的前端部比入口配管24的上游侧的端部突出。
入口壳体20B在正面观察时为大致圆形，在圆形的中心部形成有供离心叶轮10的旋转轴16、流体通过的贯通孔。液体沿轴向流入离心叶轮10。
出口壳体30B在正面观察时为大致圆形，在圆形的中心部形成有供离心叶轮10的旋转轴16通过的贯通孔。出口壳体30B为向上具有一个流出口30Ba的涡形形状，从离心叶轮10进入到出口壳体30B的液体沿周向流动并从流出口30Ba排出。
图9是表示入口配管及配管内回旋部的图，图9的(a)是主视图，图9的(b)是后视图，图9的(c)是图9的(b)的A-A剖视图。
入口配管24为直管，上游侧的端部通过法兰连接等而与吸液配管60(参照图13)连接，下游侧的端部通过法兰连接等而与入口壳体20B连接。
在入口配管24的内部设置有作为回旋部的配管内回旋部23B。配管内回旋部23B通过具有扭转的形状的多片静翼呈环状排列而形成，使所通过的液体向一个方向回旋。此外，各翼的形状、尺寸等能够适当设定，但在本实施例中，使各翼的厚度从基端到前端恒定，并使基端侧的曲率大于前端侧的曲率。基于配管内回旋部23B的液体的回旋方向为与离心叶轮10的旋转方向相同的方向，通过使这样预回旋后的液体流入离心叶轮10，能够实现比以往高效率，且吸入性能优异的离心泵。另外，通过将回旋部设为配管内回旋部23B，能够以相对简单的结构使液体预回旋。
构成配管内回旋部23B的静翼的一端(前端)固定于入口配管24的内表面，另一端(基端)固定于离心叶轮10的盖17的外表面。这样，通过将静翼的两端固定于其他部件，能够减小静翼的厚度并确保强度，能够防止静翼的摆动而使回旋流稳定地产生。另外，由于设置静翼，离心泵1B的前后长度(轴向的长度)变长，但通过盖17兼作静翼的另一端的固定目的地，能够抑制长度的增加量。
如图9的(c)所示，盖17为下游侧的直径比上游侧的直径大的流线形状，由此，设置配管内回旋部23B的部位的流路面积趋向下游逐渐减小。对于静翼而言，由于另一端(基端)安装于该流线形状的盖17，因此上游侧的翼长度比下游侧的翼长度大。通过使配管内回旋部23B的流路面积趋向下游逐渐减小，从而能够改善由于将静翼设置在入口配管24内而产生的流动的紊乱。另外，通过使盖17为流线形状，能够抑制流动的紊乱，成为稳定的流动。
这样，通过由静翼构成的配管内回旋部23B与流线形状(炮弹型)的盖17的组合，能够产生稳定的回旋流，并且能够缩短离心泵1B的前后长度而实现小型轻型化。
导流轮40位于离心叶轮10与配管内回旋部23B之间。导流轮40的旋转方向与液体通过配管内回旋部23B而回旋的方向相同。通过利用配管内回旋部23B使液体一边预回旋一边流入导流轮40，能够改善基于导流轮40的吸入性能。另外，能够抑制离心叶轮10中的空化的产生，延缓达到空化性能极限。
弯曲扩散器50具有引导叶片51，从离心叶轮10的径向朝轴向弯曲，流路面积趋向下游逐渐减小。
与第一实施例同样，引导叶片51优选为在作为入口侧的前缘侧51a处从轮毂11侧到护罩14侧在子午面流动方向上具有大于0度且10度以下的倾斜角，在作为出口侧的后缘侧51b处从护罩14侧到轮毂11侧在子午面流动方向上具有大于0度且10度以下的倾斜角的形状。另外，更优选前缘侧51a处的该倾斜角为3度以上且5度以下，后缘侧51b处的该倾斜角为1度以上且3度以下。由此，能够进一步提高泵效率。
接下来，对与现有的泵相比的本发明的实施例的离心泵的优越性进行说明。
图10是子午面形状的比较图，图10的(a)是本发明的第一实施例的径向流入型的离心泵(实施例I)，图10的(b)是现有的轴向流入型的二级平衡涡轮泵(比较例I)。
无论哪一个泵，吸入条件都满足“在距泵入口位置－3m的吸入水头处正常运转”，泵性能满足规定动力消防泵的技术上的标准的部令中的“A-2级”。对于旋转速度而言，实施例I的离心泵1A和比较例I的泵都为600～3250rpm。
对于实施例I的离心泵1A而言，由于液体沿径向流入，因此能够节省包括配管在内的空间。另外，由于以一级升压，因此能够缩短轴向长度。
图11是泵性能的比较图，图11的(a)表示扬程系数，图11的(b)表示效率。图11的(a)、(b)的横轴是流量系数。图11的(a)中的“●”是实施例I的离心泵1A的数据，“〇”是比较例I的泵的数据，图11的(b)中的“▲”是实施例I的离心泵1A的数据，“△”是比较例I的泵的数据。
流量系数由下式(1)表示，扬程系数ψ(psi)由下式(2)表示，效率ε(epsilon)由下式(3)表示。
[数式1]
[数式2]
[数式3]
这里，Q为流量[m3/min]，H为扬程[m]，ω为角速度[rad/s]，u为叶轮外径周速度[m/s]，μ为泵的效率，μ0为比较例I的设计点效率，g为重力加速度[m/s2]，ρ为液体的密度[kg/m3]，D为叶轮出口直径[m]。
可知：如图11的(a)所示，实施例I的离心泵1A与比较例I的泵相比，限制可输出的扬程，如图11的(b)所示，实施例I的离心泵1A与比较例I的泵相比，效率显著改善。
图12是表示实施例I的离心泵的吸入性能的图。图12的(a)是扬程系数的图表，纵轴是扬程系数，横轴是有效吸入扬程(NPSH)。另外，图12的(b)～(d)表示离心叶轮附近的空化的产生区域，图12的(b)为NPSH＝0.3m的情况，图12的(c)为NPSH＝0.6m的情况，图12的(d)为NPSH＝2.4m的情况。
关于吸入性能，对实施例I的离心泵1A与比较例I的泵进行比较。
有效吸入扬程(NPSH(Hsv))由下式(4)表示。此外，将泵的扬程系数从稳定时降低3％而不能抽水的NPSH设为Hsv。
[数式4]
这里，p1为入口静压(含损耗)[Pa]，pv为饱和蒸汽压力[Pa]，ρ为液体的密度[kg/m3]，g重力加速度[m/s2]。
另外，吸入比速度S使用Hsv由下式(5)表示。
[数式5]
这里，n为旋转速度[rpm]，Q为流量[m3/min]。
当基于各个旋转速度n及流量Q根据数式(5)进行计算时，比较例I的泵的吸入比速度S为1737，而实施例I的离心泵1A的吸入比速度S为4988，可知实施例I的离心泵1A的吸入性能较比较例I的泵优异。
这样，通过设置在径向上具有两个流入口21a、22a的入口壳体20A，并赋予入口预回旋，能够实现比以往高效率，且吸入性能优异的离心泵1A。另外，由于使流体不从轴向而是从径向流入离心叶轮10，因此能够简化配管布局。
特别是，通过使预回旋的回旋方向为与离心叶轮10的旋转方向相同的方向，能够容易同时实现高效率和吸入性能。
图13是搭载于消防车的离心泵装置的配置图，图13的(a)是俯视图，图13的(b)是侧视图。
离心泵装置具备：离心泵1A；吸液配管60，具有与吸液软管连接的吸液软管连接部61；排液配管70，具有与排液软管连接的排液软管连接部71；以及单向止回阀80，设置于排液配管70。
在搭载有离心泵装置的消防车中，吸液软管连接部61分别配置于车身的右侧面及左侧面，排液软管连接部71分别配置于车身的右侧面及左侧面。由此，从左右的任一方都能够进行吸液软管的连接和排液软管的连接。
吸液配管60在一端具有吸液软管连接部61，另一端与离心泵1A的入口壳体20A连接。另外，分支吸液配管62连接在吸液配管60的一端与另一端之间，上述分支吸液配管62在前端设置有吸液侧中继部63。吸液侧中继部63分别配置于车身的右侧面及左侧面，供用于从其他消防车等送出的灭火液等的中继的中继软管连接。
排液配管70在一端具有第一排液软管连接部71A及位于比第一排液软管连接部71A靠车辆后方侧的第二排液软管连接部71B作为排液软管连接部71，另一端与离心泵1的出口壳体30A连接。第一排液软管连接部71A设置在与排液配管70的一端和另一端之间连接的分支排液配管72。另外，第二排液软管连接部71B与排液配管70设置在一条直线上。在第一排液软管连接部71A及第二排液软管连接部71B，也能够连接用于向其他消防车等中继灭火液等的中继软管，作为排液软管。
另外，虽然省略了图示，但第二实施例的离心泵也能够搭载于消防车，并朝向消防车的侧方或者后方连接吸液配管60、排液配管70。
图14是吸液配管及排液配管的布局的比较图，图14的(a)是具备本发明的第一实施例的径向流入型的离心泵的离心泵装置(实施例II)的俯视图，图14的(b)是其侧视图，图14的(c)是现有的轴向流入型的离心泵装置(比较例II)的俯视图，图14的(d)是其侧视图。图14中的黑箭头表示吸液侧的流动，白箭头表示排液侧。
在比较例II的离心泵装置中，如图14的(c)、(d)所示，从吸液配管160流入的液体从径向朝轴向弯曲后流入离心叶轮10，从离心叶轮10流出的液体经过作为弯管的排液配管170到达排液软管连接部。
另一方面，在实施例II的离心泵装置中，如图14的(a)、(b)所示，吸液配管60与入口壳体20A配置在一条直线上，排液配管70与出口壳体30A配置在一条直线上。由此，能够使配管长度比以往短，削减配管重量。另外，能够缩小泵装置的尺寸，增加布局的自由度。
另外，在比较例II的离心泵装置中，如图14的(d)所示，在吸液配管160的管轴中心160x和排液配管170的管轴中心170x处，距安装地板的高度不同。
另一方面，在实施例II的离心泵装置中，如图14的(b)所示，吸液配管60的管轴中心60x和排液配管70的管轴中心70x位于同一高度。由此，能够将吸液配管60和排液配管70布局在同一配面上，能够形成在整个离心泵装置中向上方突出的部分仅为入口壳体20A及出口壳体30A的配管构造，因此能够进一步简化配管布局，能够实现进一步的配管重量的削减和装载空间的确保。
图15是止回阀的比较图，图15的(a)是将图13的(a)及图14的(a)所示的实施例II的离心泵装置的止回阀附近放大后的图，图15的(b)是将图14的(d)所示的比较例II的离心泵装置的止回阀附近放大后的图，图15的(c)是比较例II中使用的止回阀的构造图。此外，图15的(c)中的箭头表示液体的流动方向。
止回阀防止从离心泵排出的液体的回流，并且防止在利用真空泵进行离心泵抽水时，空气从排液配管侧进入离心泵。比较例II的离心泵装置根据其配管构造，使用图15的(c)所示的所谓T字型的止回阀。T字型的止回阀由于流动的朝向变化，因此能量损耗变大。
另一方面，在实施例II的离心泵装置中，由于排液配管70与出口壳体30A配置在一条直线上，因此能够使用单向止回阀80。单向止回阀80在阀的前后不改变流动的朝向，因此能够减少能量损耗，提高离心泵装置的效率。
图16是实施例II的离心泵装置中的喷射抽水的说明图，图16的(a)表示回流区域，图16的(b)表示气相吸出配管的另一端的连接部位。另一方面，图18是比较例II的离心泵装置中的喷射抽水的说明图，图18的(a)表示回流区域，图18的(b)表示气相吸出配管的另一端的连接部位。
离心泵装置具备将与吸液软管连接部61连接的吸液软管内的气体排出到入口壳体20A的喷射装置，能够进行喷射抽水。喷射抽水是为了在放水中确保进一步的放水流量而进行的，利用离心泵1A的紧前的负压与大气压之差进行抽水。
喷射装置具有气相吸出配管90，该气相吸出配管90的一端连接于吸液软管连接部61中的与吸液软管的连接侧(比栓靠外方侧)，另一端连接于入口壳体20A。通过作为喷射管路发挥功能的气相吸出配管90将充满吸液软管的气体逐渐排出，吸液软管被液相充满。
离心泵1A根据运转方法，在离心叶轮10的入口侧附近的配管中，产生从泵正面观察形成为甜甜圈状(圆环状)的回流区域。回流区域一定会产生，难以消除回流。由于由离心泵1A升压后的水回流到回流区域，因此对于利用与大气的压力差进行抽水的喷射抽水来说成为较大的弊病。因此，与入口壳体20A的壁面连接的气相吸出配管90的另一端需要避开回流区域。
在比较例II的离心泵装置中，如图18的(a)所示，在离心叶轮110的入口侧附近的配管120中，在外径侧的壁面产生回流区域。因此，如图18的(b)所示，气相吸出配管190的另一端通常不在离心叶轮110的入口侧附近的位置“A’”，而是在与离心叶轮110的入口侧空开规定距离的位置“B’”处与配管连接，由此避开回流区域。但是，由于越靠近离心叶轮110，压力越低，因此使气相吸出配管190的另一端的连接部位远离离心叶轮110，从而导致喷射抽水的性能有可能会降低。
另一方面，在实施例II的离心泵装置中，如图16的(a)所示，也在入口壳体20A，在离心叶轮10的入口侧附近，在外径侧的壁面产生回流区域。但是，由于使入口壳体20A为螺旋形状，因此如图16的(b)所示，能够在入口侧附近的位置“A”处，将气相吸出配管90的另一端连接于未产生回流区域的内径侧的壁面。由此，能够在避开形成为甜甜圈状的回流区域且压力低的位置设置喷射管路。另外，由于液体在入口壳体20A内回旋，因此远离离心叶轮10的部分处的压力低于比较例II的离心泵装置。因此，即使将气相吸出配管90的另一端连接于从离心叶轮10的入口侧空开规定距离的位置“B”以避开回流区域，也能够抑制喷射性能的降低。这样，即使在气相吸出配管90的另一端能够连接于离心叶轮10的紧前处亦即位置“A”，并且连接于相对较远的位置“B”第二位置的情况下，也能够抑制喷射性能的降低。因此，连接气相吸出配管90的另一端的位置的选项增加，连接的自由度增加。
接下来，对使第一实施例的离心泵1A为单侧排出的情况下的效率提高方法进行说明。
图17是关于离心泵的单侧排出的图，图17的(a)表示封闭第二出口部32的流出口32a而从第一出口部31的流出口31a进行单侧排出的状态的离心泵，图17的(b)、(c)表示离心叶轮出口的周向压力分布。在图17的(b)、(c)中，纵轴是扬程系数，横轴是角度(Degree)。此外，也能够封闭第一出口部31的流出口31a而从第二出口部32的流出口32a进行单侧排出。
在下表1中示出两侧排出时的扬程系数和单侧排出时的扬程系数。
[表1]
扬程系数φ 两侧排出 单侧排出
导流轮 0.045 0.21
离心叶片 0.69 0.72
合计 0.73 0.74
在图17的(b)中，用点划线表示两侧排出时的数据，用虚线表示将来自在单侧排出时完全封闭的第二出口部32的流出口32a的排出流量设为流量系数0时的数据。在下表2中示出两侧排出时和单侧排出时的性能比较。
[表2]
旋转速度 n 2300
流量系数 φ 0.309
动作 两侧排出 单侧排出
扬程系数 φ 0.66 0.56
效率 ε 1 0.78
如表2所示，在消防车中，对于仅从右侧面或左侧面的一方排出液体的单侧排出而言，由于流动偏向第一出口部31和第二出口部32中的其中一方，因此与两侧排出相比，泵效率降低。
另一方面，在图17的(c)中，用虚线表示将来自在单侧排出时完全封闭的第二出口部32的流出口32a的排出流量设为流量系数0时的数据，用实线表示将来自在单侧排出时打开了一部分的第二出口部32的流出口32a的排出流量设为流量系数0.01时的数据。在下表3中示出两者的性能比较。
[表3]
旋转速度 n 2300
流量系数 φ 0.31-0 0.30-0.01
动作 单侧排出 单侧排出
扬程系数 φ 0.56 0.59
效率 ε 0.78 0.83
如表3所示，可知来自封闭的一侧的配管的流动哪怕只有一点，泵效率也会恢复。因此，优选通过旁路配管连接左右的配管(第一出口部31和第二出口部32)，防止偏向单侧的流动。
附图标记说明
1...离心泵；10...离心叶轮；11...轮毂；12...主翼；13...分离翼；14...护罩；16...旋转轴；17...盖；20A、20B...入口壳体；21...第一入口部；22...第二入口部；23A...壳体内回旋部；23B...配管内回旋部；24...入口配管；30A、30B...出口壳体；31...第一出口部；32...第二出口部；33...流出部；40...导流轮；50...弯曲扩散器；51...引导叶片；51a...前缘侧；51b...后缘侧；60...吸液配管；60x...管轴中心；61...吸液软管连接部；70...排液配管；70x...管轴中心；71...排液软管连接部；80...单向止回阀；90...气相吸出配管；β...倾斜角。

Claims (15)

1.一种离心泵，其特征在于，具备：
离心叶轮；
入口壳体，与所述离心叶轮的吸入口连接；
出口壳体，与所述离心叶轮的排出口连接；
弯曲扩散器，设置在所述离心叶轮与所述出口壳体之间且具有引导叶片；以及
回旋部，使流入所述离心叶轮的液体回旋，
所述弯曲扩散器从所述离心叶轮的径向朝轴向弯曲，流路面积趋向下游逐渐减小，
所述回旋部使所述液体向与所述离心叶轮的旋转方向相同的方向回旋。
2.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，
所述离心叶轮具有固定于旋转轴的轮毂、沿圆周方向配设的多个主翼、以及覆盖所述主翼的护罩，
所述引导叶片是在前缘侧处从所述轮毂侧沿子午面流动方向具有大于0度且10度以下的倾斜角，在后缘侧处从所述护罩侧沿子午面流动方向具有大于0度且10度以下的倾斜角的形状。
3.根据权利要求2所述的离心泵，其特征在于，
在所述离心叶轮中，在所述主翼与所述主翼之间设置有长度比所述主翼短的分离翼，
所述主翼及所述分离翼的后缘的倾斜角从所述轮毂侧向所述护罩侧为2度以上且7度以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的离心泵，其特征在于，
作为所述回旋部，在与所述入口壳体连接的入口配管的内部具备呈环状排列有多片静翼的配管内回旋部，
所述配管内回旋部的流路面积趋向下游逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的离心泵，其特征在于，
所述静翼的一端固定于所述入口配管，另一端固定于覆盖在所述离心叶轮的旋转轴的前端的盖。
6.根据权利要求5所述的离心泵，其特征在于，
所述盖为下游侧的直径比上游侧的直径大的流线形状。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的离心泵，其特征在于，
在所述配管内回旋部与所述离心叶轮之间具备导流轮，
所述导流轮的旋转方向与所述液体通过所述配管内回旋部而回旋的方向相同。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的离心泵，其特征在于，
作为所述回旋部，在所述入口壳体具备使所述液体一边沿着所述离心叶轮的圆周方向回旋一边从径向流入所述离心叶轮的壳体内回旋部，
所述入口壳体具有作为所述壳体内回旋部的一个入口的第一入口部、和作为所述壳体内回旋部的另一个入口的第二入口部，
从所述第一入口部进入并流入所述离心叶轮的所述液体的回旋方向以及从所述第二入口部进入并流入所述离心叶轮的所述液体的回旋方向与所述离心叶轮的旋转方向相同。
9.根据权利要求8所述的离心泵，其特征在于，
所述壳体内回旋部为沿着所述离心叶轮的圆周方向弯曲的形状。
10.根据权利要求8或9所述的离心泵，其特征在于，
所述出口壳体具有：流出部，将从所述离心叶轮流出的所述液体导向出口；第一出口部，是所述流出部的一个出口；以及第二出口部，是所述流出部的另一个出口，所述流出部为沿着所述离心叶轮的圆周方向弯曲的形状。
11.一种离心泵装置，其特征在于，具备：
权利要求8～10中任一项所述的离心泵；
吸液配管，在一端具有与吸液软管连接的吸液软管连接部，另一端与所述离心泵的所述入口壳体连接；以及
排液配管，在一端具有与排液软管连接的排液软管连接部，另一端与所述离心泵的所述出口壳体连接，
所述吸液配管与所述入口壳体配置在一条直线上，所述排液配管与所述出口壳体配置在一条直线上。
12.根据权利要求11所述的离心泵装置，其特征在于，
所述离心泵装置具备喷射装置，所述喷射装置将与所述吸液软管连接部连接的所述吸液软管内的气体排出到所述入口壳体，
所述喷射装置具有气相吸出配管，所述气相吸出配管的一端连接于所述吸液软管连接部中的与所述吸液软管的连接侧，另一端连接于所述入口壳体，
所述气相吸出配管的另一端连接于所述入口壳体中的与从所述离心叶轮产生回流的部位相比远离所述离心叶轮的位置、或者所述入口壳体中的产生所述回流的部位的内径侧。
13.根据权利要求11或12所述的离心泵装置，其特征在于，
所述吸液配管的管轴中心和所述排液配管的管轴中心位于同一高度。
14.根据权利要求11～13中任一项所述的离心泵装置，其特征在于，
在所述排液配管具备单向止回阀。
15.一种消防车，其特征在于，
所述消防车搭载有权利要求1～10中任一项所述的离心泵、或者权利要求11～14中任一项所述的离心泵装置。
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