JP2000145681A - 水車駆動ターボポンプ - Google Patents

水車駆動ターボポンプ

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JP2000145681A
JP2000145681A JP10319140A JP31914098A JP2000145681A JP 2000145681 A JP2000145681 A JP 2000145681A JP 10319140 A JP10319140 A JP 10319140A JP 31914098 A JP31914098 A JP 31914098A JP 2000145681 A JP2000145681 A JP 2000145681A
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water
impeller
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JP10319140A
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Takashi Sakai
井 隆 司 酒
Hideki Jinno
野 秀 基 神
Keiji Kato
藤 圭 司 加
Tetsuo Goto
藤 哲 郎 後
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が簡単でコンパクトな水車駆動ターボポン
プを提供すること。 【解決手段】 一体のケーシング(C)の入口渦巻ケー
シング部分(2a)に水車羽根車(3)を収納し、吐出
し渦巻ケーシング部分(2c)にポンプ羽根車(11)
を収納し、それらの羽根車(3、11)を共通の回転軸
(5)で連結し、入口渦巻ケーシング部分(2a)と吐
出し渦巻ケーシング部分(2c)との間に入口渦巻室
(13)を有する吸込渦巻ケーシング部分(2b)が設
けられ、水車羽根車(3)の回転に伴いポンプ羽根車
(11)でポンプ作用を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水車駆動のターボポ
ンプに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、水車駆動のターボポンプは種々知
られているが、水車部分とポンプ部分とを別々に設計
し、カップリングを用いて両者を連結していた。その理
由は、水車の運転に際しては、水車の駆動源である高圧
液体の流量が各々の水車に特定されたある流量以上にな
らなければ、回転を開始しないためであり、そのためク
ラッチ等を間に入れて、水車の回転が上昇した時点でポ
ンプを始動したり、あるいは水車の性能を独立して測定
して性能を保証しなくなてはならなかったり、あるいは
水車の構造が耐圧を要求されるため、ポンプのケーシン
グと別々に製作して、耐圧試験を独立して行わなければ
ならかったらである。
【0003】しかしながら、比較的低揚程の排水ポンプ
を水車駆動して、水車の駆動用液体をポンプで排出する
液体と同一の液体、たとえば清水を用いる場合で、しか
も予め水車を独立で試験運転して性能を保証するのでは
なく、水車駆動排水ポンプ全体として性能および機能を
保証する場合がある。
【0004】このような場合には、駆動水車構造と排水
ポンプ構造を一体化して、全体の重量を軽減する方が好
ましい。
【0005】このように、水車駆動用の液体とポンプが
排出する液体が同一の場合は、水車駆動用の液体がポン
プ側に若干漏れ出しても、あるいは反対にポンプの排液
が水車側に若干漏れ出しても許容されるため、水車とポ
ンプの間の封液構造を簡単化できるので、水車の入口渦
巻ケーシングとポンプの吐出し渦巻ケーシングを一体化
して簡素化することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、水車駆動用の液体とポンプが排出する液体とが同
じ場合に、合理的な構造を有するケーシングを備えた水
車駆動ターボポンプを提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の水車駆動ターボ
ポンプによれば、一体のケーシングの渦巻ケーシング部
分に水車の羽根車が収納され、このケーシングのうち、
水車ポンプ渦巻ケーシング部分にはポンプの羽根車が収
納され、前記水車の羽根車とポンプの羽根車とは共通の
回転軸で連結されており、前記水車渦巻ケーシング部分
には水車入口および水車出口が設けられ、前記ポンプ渦
巻ケーシング部分にはポンプ吸込口とポンプ吐出口が設
けられている。
【0008】また本発明によれば、ポンプ渦巻ケーシン
グ部に代えて吸込ケーシングと案内翼及び吐出しベンド
から構成して吸込ケーシングのポンプ羽根車の後流側に
案内翼ガイドベーンが設けられ、さらにその後流側に吐
出しベントが設けられ、水車吸込ケーシング部分には水
車入口が設けられている。
【0009】さらに本発明によれば、一体のケーシング
の水車ケーシング部分に水車の羽根車が収納され、その
ケーシングのポンプケーシング部分にポンプの羽根車が
収納され、水車ケーシング部分には水車入口が設けら
れ、ポンプケーシングの端部にはポンプ吸込ケーシング
が取付けられ、前記水車の羽根車とポンプの羽根車とは
共通の回転軸で連結されており、前記ポンプケーシング
には吐出し渦巻室が設けられてポンプ吐出口が取付けら
れ、そして水車からの水を案内する水車出口通路が回転
軸の周囲に設けられた壁体によって形成され、その水車
出口通路は水車出口ガイドを介して前記吐出し渦巻室に
連通している。
【0010】そして本発明によれば、一体のケーシング
の水車ケーシング部分に水車の羽根車が収納され、その
ケーシングのポンプケーシング部分にポンプの羽根車が
収納され、水車ケーシングとポンプケーシングとの間に
吸込渦巻ケーシングが設けられ、水車ケーシング部分に
は水車入口が設けられ、前記水車の羽根車とポンプの羽
根車とは共通の回転軸に連結されており、前記水車ケー
シングには水車入口が設けられ、前記ポンプケーシング
には吐出し渦巻室が設けられ、吸込渦巻ケーシングには
ポンプ吸込口が設けられ、そして水車からの水を案内す
る水車出口通路が回転軸の周囲に設けられた壁体によっ
て形成され、その水車出口通路はポンプ入口部に連通し
ている。
【0011】水車駆動用の液体とポンプが排出する液体
が同一の場合に、水車並びにポンプの羽根車を含む回転
系を同一にして共有し、水車とポンプのケーシングを一
体化すれば、構造が簡素化される上に、通常は外部へ液
体が漏れ出さないように設置される液封装置が不要にな
る構造にすることができる。
【0012】さらに、両構成機器を通過する液体をとも
にポンプにより排出する必要がある場合は、水車出口の
流れを、ポンプに吐出しケーシング内において合流させ
る方式とポンプ吸込ケーシング内において合流させる方
式も考えられる。このいずれの場合においても、水車の
出口流れと、ポンプ吐出しあるいは吸込流れが干渉する
度合を極力軽減させるための構造が必要となる。
【0013】本発明は、水車構造とポンプ構造を一体化
して簡素化するとともに、水車出口流れをポンプのそれ
ぞれの位置において合流させたときに、ポンプの流れに
乱れなどによる損失が生じないように、両方の流れの間
に隔壁を設けて、流れの速度と方向を考慮して滑らかに
合流させる構造にして合流損失を極小化して、あたかも
水車とポンプが独立した場合に得られる性能が本装置に
おいても得られるように設計・製作することができる。
【0014】但し、このとき、水車の出口圧力とポンプ
の吐出しケーシングにおける圧力は合流点で同一になる
ので、水車の出口圧がポンプの吐出し圧力に限定される
ため、水車の性能が各々独立に設置される場合とは異な
る。
【0015】水車と排水ポンプの流れを合流させた水車
駆動排水ポンプにおいては、接続する配管の抵抗が一定
であれば、当該水車に供給される圧力と流量から決定さ
れる水車の出力トルクとポンプが必要とするトルクの一
致点で回転数が決定し運転される。
【0016】即ち、水車に直結されたポンプは、その配
管系が一定であれば、排水ポンプの負荷に対して一義的
に回転数が決定される。言い換えれば、水車+排水ポン
プの運転点は、何の制御もなしに一定点になる。
【0017】逆に、ポンプの吐出し配管中にある流量調
整弁を操作すると、水車とポンプの排水量は同時に変化
するが、軽量化と緊急性を求められる、搬送車積載用の
水車駆動排水ポンプ等の場合には、大きな支障とはなら
ない。
【0018】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
例を説明する。図1は駆動用に清水を用いる水車と排水
用のポンプのケーシングを一体化した例を示している。
【0019】図1において、水車部分Wとポンプ部分P
とは一体のケーシングCの中に収納されており、ケーシ
ングCは入口渦巻ケーシング部分2aと吸込渦巻ケーシ
ング部分2bと吐出し渦巻室14を有する吐出し渦巻ケ
ーシング部分2cとよりなり、入口渦巻ケーシング部分
2aには水車入口1が設けられ、吸込渦巻ケーシング部
分2bにはポンプ吸込口12が設けられ、そして吐出し
渦巻ケーシング部分2cにはポンプ吐出口15が設けら
れている。
【0020】この入口渦巻ケーシング部分2aの中には
水車羽根車3が収納されており、その回転軸5にはポン
プ羽根車11が連結されている。入口渦巻ケーシング部
分2aの回転軸5の軸線方向外方には水車出口4を形成
した水車出口ケーシング部分2dが一体に形成されてい
る。そして吐出し渦巻ケーシング部分2cの端部はカバ
ー10で閉鎖されている。回転軸5はハブHにより支持
されたラジアル軸受6とカバー10に支持されたラジア
ル軸受16と水車羽根車3と水中ラジアル軸受6との間
に設けられてスラストカラー7とで、支持されている。
【0021】作動に際し、水車駆動用の高圧の水は、位
置的に高所にある貯水池あるいは、駆動水供給用の加圧
ポンプ(図示せず)により配管を通じて水車部分Wの水
車入口1に供給される。水車入口からの流れは入口渦巻
ケーシング部分2aを通って水車羽根車3に供給され
る。水車羽根車3において動力に変換された後、水流は
水車出口4に至り、出口配管(図示せず)を通して外部
へ排出される。
【0022】水車羽根車3により得られた動力は共通の
回転軸5を介してポンプ羽根車11へ伝達される。
【0023】ポンプ部分Pにおいては、ポンプ羽根車1
1の作用により、ポンプ吸込口12に吸込管(図示せ
ず)を通して流入する排水を吸い上げられ、吸込渦巻ケ
ーシング部分2bの流路13を通してポンプ羽根車11
に供給される。
【0024】そこで、ポンプ羽根車11により加圧さ
れ、吐出し渦巻ケーシング部分2c内の流路14を通っ
て、ポンプ吐出口15に流れ、そして外部へ排出され
る。
【0025】水車部分及びポンプ部分の吸込及び吐出し
渦巻きケーシング部分2a、2cはダブルボリュート形
式にして、各々のケーシングを流れる流量が変化したさ
いに発生する半径方向水力を極力少なくすることが好ま
しい。
【0026】水車駆動用の清水が、別置の供給ポンプで
供給される場合は、その供給ポンプとして小流量・大揚
程のポンプを選定すれば、図1に示す水車羽根車の形状
は、低比速度の羽根車形状を呈し、大比速度の羽根車よ
り形状を小型化できる。
【0027】特に水車を流れる流量を少なくすると、後
述するように水車出口の流れをポンプに合流させる場合
に有効である。
【0028】なお図示の実施例では、水車入口1とポン
プ吐出口15とが並んで配置されてその反対側にポンプ
吸込口が設けられてあるが、これらの部品は任意の位置
および任意の方向に配置し得ることは明らかである。ま
た図1において、水車部分Wがポンプ部分Pの上部に位
置し、水車出口4が上方を向いているが、この構成を上
下逆にし、水車部分Wを下側にして水車出口4を下向き
にしてもよい。さらに水車ポンプユニットを図示のよう
に縦軸型とせずに横軸型にしてもよい。そのようにする
と水車入口1、水車出口4、ポンプ吸収口12、ポンプ
吐出口15を上下、あるいは水平方向の任意の位置に設
定することができる。
【0029】このように、水車部分Wおよびポンプ部分
Pのケーシングを一体化することにより、水車部分Wや
ポンプ部分Pを通る清水がポンプ部分Pに若干漏れても
よい場合、図示の通り封水構造を省略でき、全体構造を
簡素化することができる。
【0030】また各軸受は水中軸受が好ましいがケーシ
ングの外部に設置する軸受を用いてもよい。しかしなが
ら、その場合でもケーシングの軸貫通部に封水装置が必
要になる。
【0031】したがって、軸受を水中に設置して、外部
から潤滑せずに運転することができれば、構造の簡素化
の点からは好ましいことは言うまでもない。当該水中軸
受は、水車側からポンプ側に、あるいは、この逆にポン
プ側から水車側へ流れる液体により潤滑されるが、その
部分における水車側とポンプ側の圧力差が少ないため、
潤滑水量は多くはない。そのため、回転軸の周速度に耐
えられる軸受にする必要がある。
【0032】なお、水車とポンプにより生じる軸方向の
推力は、図1の実施例では、水車羽根車3とポンプ羽根
車11の中間に設置されているスラストカラー7で受持
っているが、これをポンプ羽根車11の下方の軸受16
に付属させることもできる。図2は図1の変形例を示
し、ポンプ吸込口12を下向きに設けた例である。した
がって図1に対しポンプ羽根車11の向きが逆になって
いるが、その他の点は実質的に図1と同様である。
【0033】図3は本発明をガイドベーン型のポンプに
実施した場合を示している。
【0034】図3において、水車部分Wの水車羽根車3
を収納している水車ケーシング部分12aに水車入口1
と水車出口4とが設けられている。そしてポンプ部分P
のポンプ羽根車11を収納しているポンプ吸込ケーシン
グ部分12bには、ポンプ羽根車11の後流側に案内翼
ガイドベーン21とが設けられており、さらにその後流
側に吐出しベント22が設けられ、図示しない吐出配管
のフランジFで接続されている。そして水車ケーシング
部分12aとポンプ吸込ケーシング部分12bとは中間
ケーシング部分12cとで一体に連結されている。そし
て水車羽根車3とポンプ羽根車11とは共通の回転軸5
によって互いに連結されている。
【0035】この実施例でも作用効果は図1の例と実質
的に同様であり、水車羽根車3の回転に伴い、水はポン
プ吸込ケーシング部分12bの下方から吸込まれてベン
ト22から排出される。
【0036】図4は図1の変形例であって、水車羽根車
3からの吐出水とポンプ羽根車11からの吐出水とで合
流された例である。
【0037】図1においてケーシングCは水車ケーシン
グ部分22aと一体のポンプケーシング部分22bとよ
りなり、水車ケーシング部分22aには水車入口1が設
けられ、ケーシングCの水車側の端部はカバー24で閉
鎖されて、そしてポンプ側の端部はポンプ吸込ケーシン
グ25が取付けられている。
【0038】ケーシングCの中には壁部分26が形成さ
れ、回転軸5と壁部分26との間の水車出口流路27は
水車出口ガイド8が接続されている。そしてこの水車出
口ガイド8はポンプ羽根車11の出口側と吐出し渦巻室
28で合流している。
【0039】この実施例では、水車羽根車3の出口流れ
をポンプ羽根車11の吐出し渦巻室28内ヘポンプの主
流に逆らわずに、しかも吐出し渦巻室内に発生する回転
流れの方向に逆らわないように滑らかに合流させるため
に、水車出口ガイド8が設けられている。
【0040】図5は図2の変形例であり、水車ケーシン
グ部分32aの一端はカバー33で閉鎖され、そのカバ
ー33の反対側に水車羽根車3から吐出流の出口34が
中間ケーシング部分32c内に開口している。そして中
間ケーシング32c内において、ベント22に複数の開
口35が形成され、水車羽根車3からの水がベント22
に流れるようになっている。
【0041】この実施例ではポンプへ水車出口流れを合
流させる場合に、ポンプケーシング部分12bの後流側
に設置される吐出しベント22において合流させている
ので流れの干渉が生じない。
【0042】図6は図4とは別の図1の変形例を示し、
水車羽根車3から吐出流をポンプ羽根車11に導いた例
である。
【0043】図6において、水車ケーシング部分2aの
一端はカバー44で閉鎖されており、共通の回転軸5の
周囲に形成された壁部45の内側は水車羽根車3の出口
46を形成している。この出口46はポンプ吸込口12
と連通する入口渦巻室13と連通している。
【0044】その他の点は実質的に図1の実施例と同じ
である。
【0045】この実施例では水車羽根車3の出口流れ
が、ポンプの吸込口に局部的に吸い込まれ、ポンプ羽根
車11の吸込作用により、ポンプ吸込口から流入する主
流の妨げにならないように配慮して、水車出口ガイドを
構成する壁体45を円筒状にして、ポンプ羽根車の中心
部へ吸い込むように水流を導いている。
【0046】この場合にも、水車の流量を排水ポンプ流
量より極力少なく設計する必要がある。先に示したとお
り、ポンプが排水すべき排水量を確保するためである。
【0047】水車の出口流をポンプに合流させる場合に
は水車の出口液量を勘案してポンプ吐出し流量あるいは
吸込流量を決定すればよい。
【0048】なお、本発明は陸上だけでなく、この水車
駆動排液ポンプへ配管を接続可能な範囲、即ち、運搬車
上あるいは水中にも設置可能である。
【0049】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、下記のす
ぐれた効果を奏する。 (a) 水車部分とポンプ部分とが1つのケーシングで
一体化されているので、配管等の作用が簡単であり、ま
た取扱いが容易である。 (b) 共通の回転軸により水車の羽根車とポンプの羽
根車とを連結してあるので全体構造が簡単化でき、全体
の重量も軽くなる。 (c) 取付スペースが節約できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す断面図。
【図2】本発明の第2実施例を示す断面図。
【図3】本発明の第3実施例を示す断面図。
【図4】本発明の第4実施例を示す断面図。
【図5】本発明の第5実施例を示す断面図。
【図6】本発明の第6実施例を示す断面図。
【符号の説明】
1…水車入口 2a…入口渦巻ケーシング部分 2b…吸込渦巻ケーシング部分 2c…吐出し渦巻ケーシング部分 3…水車羽根車 4…水車出口 5…回転軸 6…軸受 7…スラストカラー 8…水車出口ガイド 10…カバー 11…ポンプ羽根車 12…ポンプ吸込口 13…入口渦巻室 14…吐出し渦巻室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加 藤 圭 司 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 後 藤 哲 郎 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一体のケーシングの渦巻ケーシング部分
    に水車の羽根車が収納され、このケーシングのうち、水
    車ポンプ渦巻ケーシング部分にはポンプの羽根車が収納
    され、前記水車の羽根車とポンプの羽根車とは共通の回
    転軸で連結されており、前記水車渦巻ケーシング部分に
    は水車入口および水車出口が設けられ、前記ポンプ渦巻
    ケーシング部分にはポンプ吸込口とポンプ吐出口が設け
    られていることを特徴とする水車駆動ターボポンプ。
  2. 【請求項2】 ポンプ渦巻ケーシング部に代えて吸込ケ
    ーシングと案内翼及び吐出しベンドから構成して吸込ケ
    ーシングのポンプ羽根車の後流側に案内翼ガイドベーン
    が設けられ、さらにその後流側に吐出しベントが設けら
    れ、水車吸込ケーシング部分には水車入口が設けられて
    いる請求項1記載の水車駆動ターボポンプ。
  3. 【請求項3】 一体のケーシングの水車ケーシング部分
    に水車の羽根車が収納され、そのケーシングのポンプケ
    ーシング部分にポンプの羽根車が収納され、水車ケーシ
    ング部分には水車入口が設けられ、ポンプケーシングの
    端部にはポンプ吸込ケーシングが取付けられ、前記水車
    の羽根車とポンプの羽根車とは共通の回転軸で連結され
    ており、前記ポンプケーシングには吐出し渦巻室が設け
    られてポンプ吐出口が取付けられ、そして水車からの水
    を案内する水車出口通路が回転軸の周囲に設けられた壁
    体によって形成され、その水車出口通路は水車出口ガイ
    ドを介して前記吐出し渦巻室に連通していることを特徴
    とする水車駆動ターボポンプ。
  4. 【請求項4】 一体のケーシングの水車ケーシング部分
    に水車の羽根車が収納され、そのケーシングのポンプケ
    ーシング部分にポンプの羽根車が収納され、水車ケーシ
    ングとポンプケーシングとの間に吸込渦巻ケーシングが
    設けられ、水車ケーシング部分には水車入口が設けら
    れ、前記水車の羽根車とポンプの羽根車とは共通の回転
    軸に連結されており、前記水車ケーシングには水車入口
    が設けられ、前記ポンプケーシングには吐出し渦巻室が
    設けられ、吸込渦巻ケーシングにはポンプ吸込口が設け
    られ、そして水車からの水を案内する水車出口通路が回
    転軸の周囲に設けられた壁体によって形成され、その水
    車出口通路はポンプ入口部に連通していることを特徴と
    する水車駆動ターボポンプ。
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