JP2001254695A - Turbo pump - Google Patents

Turbo pump

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JP2001254695A
JP2001254695A JP2000068332A JP2000068332A JP2001254695A JP 2001254695 A JP2001254695 A JP 2001254695A JP 2000068332 A JP2000068332 A JP 2000068332A JP 2000068332 A JP2000068332 A JP 2000068332A JP 2001254695 A JP2001254695 A JP 2001254695A
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JP
Japan
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impeller
turbo
fluid
water
pump
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Withdrawn
Application number
JP2000068332A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruhiko Kono
治彦 河野
Naoki Matsuo
直樹 松尾
Noriyoshi Nagase
徳美 永瀬
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbo pump having a simple constitution, reducing a disk friction loss at a low cost, and improving the efficiency of the pump. SOLUTION: This turbo pump provided with an impeller 1 for providing kinetic energy to fluid is characterized that the impeller 1 is provided with a water repellent surface and formed with narrow grooves of tens μm or less in the surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、羽根車表面に撥水
性を与えて回転によって発生する摩擦損失を低減し、高
効率化を図ったターボ型ポンプに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo pump which imparts water repellency to the surface of an impeller to reduce a friction loss caused by rotation and achieve high efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ターボ型ポンプを高揚程化するた
めに、羽根車の回転数を増して高速化したり、羽根車径
を大きくして周速度を増すこと等が行われている。そこ
で、この従来の技術について説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to increase the head of a turbo type pump, it has been practiced to increase the rotation speed of an impeller to increase the speed, or to increase the diameter of the impeller to increase the peripheral speed. Therefore, this conventional technique will be described.

【0003】図6は従来のターボ型ポンプの構造図であ
る。図6において、101は外周に配設された電気モー
タなどの駆動源(図示しない)から回転トルクを受け流
体に運動エネルギーを与える羽根車、102は羽根車1
01を回転自在に支持するための軸、103はこの軸1
02に嵌挿され羽根車101を回転自在に保持する軸受
である。駆動源として電気モータを採用した場合には、
外周に回転磁界を形成するステータを置き、羽根車10
1に永久磁石などを設けた構成などが適当である。10
4は軸102を片持ち状に固定するとともに羽根車10
1を内部に収納し、あわせて羽根車101から吐出され
る流体を捕集して昇圧するディフューザーを備え、昇圧
した後にポンプ吐出口へ導く構造を有するケーシング、
105は羽根車101の一部をなす後面シュラウドであ
る。なお、羽根車101内には流体に運動エネルギーを
与えるために複数の羽根106が設けられている。
FIG. 6 is a structural view of a conventional turbo pump. 6, reference numeral 101 denotes an impeller that receives rotational torque from a driving source (not shown) such as an electric motor disposed on the outer periphery and applies kinetic energy to a fluid;
01 is a shaft for rotatably supporting 01, 103 is this shaft 1
02 is a bearing that is inserted into the bearing 02 and rotatably holds the impeller 101. When an electric motor is used as the drive source,
A stator for forming a rotating magnetic field is placed on the outer periphery, and the impeller 10
A configuration in which a permanent magnet or the like is provided in 1 is appropriate. 10
Reference numeral 4 denotes a shaft 102 fixed in a cantilever shape and an impeller 10
A casing having a diffuser for accommodating 1 therein and collecting and increasing the pressure of the fluid discharged from the impeller 101, and guiding the fluid to the pump discharge port after the pressure is increased;
Reference numeral 105 denotes a rear shroud forming a part of the impeller 101. In addition, a plurality of blades 106 are provided in the impeller 101 to give kinetic energy to the fluid.

【0004】次に、この従来のターボ型ポンプの動作と
作用について説明する。駆動原から回転トルクが入力さ
れると、羽根車101が回転し、羽根車101内に設け
られた複数の羽根106が回転する。この羽根106が
回転することにより流体の角運動量が増加し、運動エネ
ルギーが与えられた流体は羽根車101の外周から吐出
される。この運動エネルギーの増加は、羽根106にお
ける流れの絶対速度、相対速度、周速度の各成分の2乗
の差の総和に比例する。図6に示すようなターボ型ポン
プにおいては、周速度成分が絶対速度成分、相対速度成
分と比較して比較的大きくなる傾向があるから、運動エ
ネルギーは概ね羽根車径と回転数に支配される。従っ
て、上述したようにこのような従来のターボ型ポンプ
は、羽根車の回転数を増加させたり、羽根車径を増大し
たりすることによって、受け取る運動エネルギーの大き
さを増加させ、これをディフューザーで圧力に変換し、
高揚程化を図るというものであった。ただ、羽根車径を
大きくすると大型化につながるため、電気モータをDC
モータにするなどして回転数を増すことで高揚程化を図
っていた。
Next, the operation and operation of the conventional turbo type pump will be described. When a rotation torque is input from the driving source, the impeller 101 rotates, and the plurality of blades 106 provided in the impeller 101 rotate. The rotation of the blades 106 increases the angular momentum of the fluid, and the fluid given kinetic energy is discharged from the outer periphery of the impeller 101. The increase in the kinetic energy is proportional to the sum of the squared differences of the components of the absolute velocity, the relative velocity, and the peripheral velocity of the flow in the blade 106. In the turbo type pump as shown in FIG. 6, the peripheral speed component tends to be relatively large as compared with the absolute speed component and the relative speed component, so that the kinetic energy is generally governed by the impeller diameter and the rotation speed. . Therefore, as described above, such a conventional turbo-type pump increases the amount of kinetic energy received by increasing the rotation speed of the impeller or increasing the diameter of the impeller, thereby increasing the diffuser. Into pressure,
The aim was to increase the head. However, since increasing the diameter of the impeller leads to an increase in size, the electric motor must be DC
A higher head was achieved by increasing the number of revolutions by using a motor or the like.

【0005】次に、ターボ型ポンプを高揚程化する従来
の別の方法として、ポンプの損失を減らし、高効率化す
ることによって高揚程を図るものがある。ターボ型ポン
プの損失の1つに円盤摩擦損失があるが、この円盤摩擦
損失を低減させることに関して、従来、羽根車表面やケ
ーシング壁面に撥水性被膜を施すことが提案されている
(特開平9−195983号公報)。さらに、日本機械
学会論文集(B編)65[635](1999−7)
「容器内超はっ水性回転円盤の摩擦抵抗特性」小方、渡
辺、p.2391−2397においても、高分子添加剤
による抵抗減少効果および超撥水性をもつ円盤の抵抗減
少効果について報告されており、この超撥水性円盤の抵
抗減少効果のターボ機械への応用も示唆されている。
[0005] Next, as another conventional method for increasing the head of a turbo-type pump, there is a method for reducing the pump loss and increasing the efficiency to achieve a higher head. One of the losses of the turbo-type pump is a disc friction loss. In order to reduce the disc friction loss, conventionally, it has been proposed to apply a water-repellent coating to the surface of the impeller or the casing wall (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9 (1999)). -195983). Furthermore, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (B) 65 [635] (1999-7)
"Friction resistance characteristics of super-water-repellent rotating disk in container" Ogata, Watanabe, p. 2391-2397 also reports the effect of reducing the resistance of a polymer additive and the effect of reducing the resistance of a super-water-repellent disk, and suggests the application of the resistance-reducing effect of the super-water-repellent disk to turbomachinery. I have.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のタ
ーボ型ポンプにおいては、羽根車径や回転数を変更する
ことで高揚程化、高効率化が試みられている。しかし、
安易に羽根径を増して高揚程化するとポンプもモータも
大型化してしまう。現在、ポンプの組み込み機器は小型
化がすすんでいるが、これに組み込むべきポンプを無理
に小型化すると、逆にポンプもモータも効率低下してし
まう。ポンプの組み込み機器も省エネ化が求められてい
るが、効率向上を図らない限り省エネ達成は難しく、小
型化と併せて省エネの観点からもターボ型ポンプの高効
率化が望まれている。
As described above, in the conventional turbo type pump, attempts have been made to increase the head and the efficiency by changing the diameter and the number of revolutions of the impeller. But,
If the diameter of the blade is easily increased to increase the head, both the pump and the motor become large. At present, downsizing of pump-incorporated devices is progressing, but if a pump to be incorporated therein is forcibly reduced in size, the efficiency of both the pump and the motor will be reduced. Energy saving is also required for pump-incorporated devices, but it is difficult to achieve energy saving unless efficiency is improved, and it is desired to increase the efficiency of turbo-type pumps from the viewpoint of energy saving as well as miniaturization.

【0007】ところで、ターボ型ポンプの損失には、機
械損失や、羽根車内部及び外部における流体損失があ
る。とくに小型で低比速度のターボ型ポンプにおいて
は、羽根車と流体間に起こる流体摩擦で生じる流体損失
は全損失に対しかなり大きなウェイトを占める(特公昭
61−51680号公報)。この流体摩擦による損失
(円盤摩擦損失)は羽根車の外径の5乗に比例、回転数
の2乗に比例することが知られているが、もし単純に高
揚程化のために回転数や羽根車径を増大させると、これ
によって逆に流体損失が飛躍的に増大し、ポンプの効率
を極度に悪化させてしまう。実例を示すと羽根車径が6
0mmで定格運転時の出力が20.5Wという電動小型
ポンプの場合、定格回転数(5000rpm)における
損失は10W程度とみられ、電動機損失以外の損失の1
5%程度をこの円盤摩擦損失が占めるものである。従来
の技術である上述の円盤摩擦損失を低減する技術は、こ
の流体損失を低減する方法のふたつであるが、高分子添
加剤を添加することは流体の種類や用途によらず常にで
きるものではないし、超撥水性をもつ円盤で抵抗減少を
図る技術は、高揚程化のため高速回転させると、羽根車
近傍の流れが乱流領域に達し、この状態では十分な損失
低下が期待できないという問題があった。
The loss of the turbo-type pump includes mechanical loss and fluid loss inside and outside the impeller. In particular, in a small-sized, low-specific-speed turbo-type pump, the fluid loss caused by the friction between the impeller and the fluid occupies a considerable weight with respect to the total loss (Japanese Patent Publication No. 61-51680). It is known that the loss due to the fluid friction (disk friction loss) is proportional to the fifth power of the outer diameter of the impeller and proportional to the square of the rotational speed. Increasing the impeller diameter, on the contrary, results in a dramatic increase in fluid loss, which severely reduces the efficiency of the pump. As an example, the impeller diameter is 6
In the case of an electric small pump having an output of 20.5 W at the rated operation at 0 mm, the loss at the rated rotation speed (5000 rpm) is considered to be about 10 W, and the loss other than the motor loss is 1
The disk friction loss accounts for about 5%. The above-mentioned conventional technology for reducing disc friction loss is two methods of reducing this fluid loss, but adding a polymer additive is not always possible regardless of the type or use of the fluid. In addition, the technology for reducing resistance with a super-water-repellent disk is a problem that when rotating at high speed to increase the head, the flow near the impeller reaches a turbulent flow area, and in this state, a sufficient loss reduction cannot be expected. was there.

【0008】そこで本発明は、簡単な構成で、かつ安価
に円盤摩擦損失を低減し、ポンプの高効率化を実現する
ターボ型ポンプを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a turbo-pump having a simple structure, inexpensively reducing disc friction loss, and realizing high efficiency of the pump.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】以上説明した問題点を解
決するため、本発明のターボ型ポンプは、羽根車が撥水
性の表面を有し、かつ前記表面には数十μm以下の細溝
が形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a turbo pump according to the present invention has an impeller having a water-repellent surface, and the surface has a narrow groove of several tens μm or less. Is formed.

【0010】これにより、簡単な構成で、かつ安価に円
盤摩擦損失を低減し、ポンプの高効率化を実現すること
ができる。
This makes it possible to reduce the disc friction loss with a simple structure and at a low cost, and to realize a high efficiency pump.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載された発
明は、流体に運動エネルギーを与えるための羽根車を備
えたターボ型ポンプであって、前記羽根車が撥水性の表
面を有し、かつ前記表面には数十μm以下の細溝が形成
されていることを特徴とするターボ型ポンプであるか
ら、細溝に滞留した気泡により撥水性の表面と流体との
間に滑りを発生させて、羽根車表面の流体摩擦を低減す
ることができ、これによって簡単かつ安価に円盤摩擦損
失を減少させることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention described in claim 1 of the present invention is a turbo pump provided with an impeller for giving kinetic energy to a fluid, wherein the impeller has a water-repellent surface. And, since the turbo pump is characterized in that a narrow groove of several tens of μm or less is formed on the surface, slippage occurs between the water-repellent surface and the fluid due to bubbles retained in the narrow groove. Once generated, fluid friction on the impeller surface can be reduced, thereby reducing disk friction loss simply and inexpensively.

【0012】本発明の請求項2に記載された発明は、前
記羽根車が撥水性樹脂から成形されたことを特徴とする
請求項1記載のターボ型ポンプであるから、撥水性樹脂
で羽根車を成形するだけで羽根車表面に発生する流体摩
擦を低減することができ、円盤摩擦損失を減少させるこ
とができる。
According to a second aspect of the present invention, since the impeller is formed of a water-repellent resin, the impeller is formed of a water-repellent resin. By simply molding the fluid, the fluid friction generated on the impeller surface can be reduced, and the disc friction loss can be reduced.

【0013】本発明の請求項3に記載された発明は、流
体に運動エネルギーを与えるための羽根車を備えたター
ボ型ポンプであって、前記羽根車が撥水性樹脂から成形
され、かつ前記羽根車の外周側の面粗度が大きく形成さ
れるとともに内周側の面粗度が小さく形成されたことを
特徴とするターボ型ポンプであるから、周速度が大きく
乱流状態となる羽根車外周側で面粗度を大きくしている
ため、表面の凹凸の中に気泡が入り込み、撥水性の表面
と流体との間に滑りを発生させて流体摩擦を低減でき、
内周側の周速度が小さく層流状態となるところでは面粗
度を小さくしているため流体摩擦を低減でき、全体とし
て円盤摩擦損失を減少させ、ポンプの高効率化が実現で
きる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a turbo pump having an impeller for imparting kinetic energy to a fluid, wherein the impeller is formed of a water-repellent resin, and A turbo type pump characterized in that the surface roughness on the outer peripheral side of the car is formed large and the surface roughness on the inner peripheral side is formed small. Because the surface roughness is increased on the side, air bubbles enter into the unevenness of the surface, causing slip between the water-repellent surface and the fluid, and reducing the fluid friction,
Where the peripheral velocity on the inner peripheral side is small and the laminar flow state occurs, the surface roughness is reduced, so that the fluid friction can be reduced, the disc friction loss can be reduced as a whole, and the pump can be made more efficient.

【0014】本発明の請求項4に記載された発明は、流
体に運動エネルギーを与えるための羽根車を備えたター
ボ型ポンプであって、前記羽根車には撥水性の内表面を
有する放射状の細溝が形成され、前記羽根車が前記細溝
を除いて親水性の表面を備えていることを特徴とするタ
ーボ型ポンプであるから、細溝以外では親水性のため気
泡が付着せず、細溝内にのみ気泡が付着するため、細溝
に滞留した気泡により乱流域で運転するような場合でも
確実に撥水性の表面と流体との間に滑りを発生させて、
羽根車表面の流体摩擦を低減することができ、これによ
って簡単かつ安価に円盤摩擦損失を減少させることがで
きる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a turbo pump having an impeller for imparting kinetic energy to a fluid, wherein the impeller has a radial shape having a water-repellent inner surface. Since the narrow groove is formed and the impeller is a turbo type pump characterized by having a hydrophilic surface except for the narrow groove, bubbles are not attached due to hydrophilicity other than the narrow groove, Since bubbles adhere only to the narrow groove, even when operating in a turbulent flow region due to bubbles remaining in the narrow groove, a slip is reliably generated between the water-repellent surface and the fluid,
Fluid friction on the surface of the impeller can be reduced, so that disc friction loss can be reduced simply and inexpensively.

【0015】(実施の形態1)以下、本発明の実施の形
態1のターボ型ポンプについて図面を用いて説明する。
図1(a)は本発明の実施の形態1におけるターボ型ポ
ンプの斜視図、図1(b)はA部の部分拡大断面図であ
る。
Embodiment 1 Hereinafter, a turbo pump according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a perspective view of a turbo pump according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is a partially enlarged sectional view of a portion A.

【0016】図1において、1は外周に配設された電気
モータなどの駆動源(図示しない)から回転トルクを受
け流体に運動エネルギーを与える羽根車、2は羽根車1
の一部をなす後面シュラウド、3は後面シュラウド2の
ほか前面シュラウド(図示しない)を備えた羽根車1の
表面に形成された細溝、4は細溝3に付着した気泡であ
る。なお、本発明の特徴部分は実施の形態1では以上説
明した部分が中心となるが、それ以外の構成について
は、図6で記載した従来のターボ型ポンプと基本的に同
様であり、詳細な説明は従来の技術の説明に譲ってここ
では省略する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an impeller which receives rotational torque from a driving source (not shown) such as an electric motor disposed on the outer periphery and gives kinetic energy to a fluid;
Is a small groove formed on the surface of the impeller 1 provided with a front shroud (not shown) in addition to the rear shroud 2 and 4 is an air bubble adhered to the small groove 3. In the first embodiment, the characteristic portions of the present invention are mainly the portions described above, but other configurations are basically the same as those of the conventional turbo pump described in FIG. The description is omitted from the description of the conventional technology.

【0017】図1に示すように、後面シュラウド2の表
面には微細な細溝3が形成されており、この細溝3の代
表寸法は数十μm以下となっている。但し、少なくとも
数μm以上の代表寸法をもつものが適当である。細溝3
の代表寸法は通常は溝幅の平均となる。水等の液体は一
般に気体に対しその表面張力が大きいので、この微細な
細溝3に浸入できず、細溝3の内表面(凹み部分)に気
泡4が付着して滞留した状態なる。もし気泡4が崩壊し
たような場合には、細溝3を覆うように崩壊した気体が
膜状に存在するようになる。いずれの場合にも細溝3内
には気体が存在するため、この羽根車1表面近傍におけ
る固体、液体および気体の界面現象によって流体の滑り
を生じさせ、この滑りにより羽根車1の回転に起因する
摩擦抵抗を減少させるものである。
As shown in FIG. 1, fine fine grooves 3 are formed on the surface of the rear shroud 2, and the representative dimensions of the fine grooves 3 are several tens μm or less. However, those having a representative dimension of at least several μm are suitable. Narrow groove 3
Is typically the average of the groove widths. Since liquid such as water generally has a large surface tension with respect to gas, it cannot penetrate into the fine narrow groove 3, and air bubbles 4 adhere to the inner surface (recessed portion) of the fine groove 3 and stay there. If the bubble 4 collapses, the collapsed gas is present in a film form so as to cover the narrow groove 3. In any case, since gas is present in the narrow groove 3, an interface phenomenon between the solid, liquid and gas near the surface of the impeller 1 causes slippage of the fluid, and this slip causes rotation of the impeller 1. This reduces the frictional resistance that occurs.

【0018】このような界面現象による摩擦抵抗の減少
は、羽根車1の回転速度が比較的遅く、流れが層流領域
に属する場合にとくに顕著である。しかし、羽根車1の
回転速度が速くなり、流れが乱流領域に属するような場
合には気泡4の滞留が減ってしまうため、流体の滑りが
減少し、摩擦抵抗はあまり低下しない。従って、本実施
の形態1のターボ型ポンプは、回転数がそれほど高くな
く、運転状態によっては羽根車1まわりの流れが層流域
から乱流域に遷移する境界を含むが、通常の運転では層
流域で運転されるものに用いられるのが適当である。こ
のような運転を行うとき、本実施の形態1の細溝3は溝
の内表面が撥水性の性質を有しているから、表面張力と
撥水性のため液体は細溝3内にまで浸入できず、気泡4
は細溝3内に付着することができるので摩擦抵抗が減少
するものである。そして、溝の代表寸法が数十μmを越
えると、液体が細溝3内に浸入できるようになり、この
摩擦抵抗低減効果が低下するので、後面シュラウド2の
表面の細溝3は安定して数十μm以下に形成しておく必
要がある。
Such a decrease in frictional resistance due to the interface phenomenon is particularly remarkable when the rotation speed of the impeller 1 is relatively low and the flow belongs to a laminar flow region. However, when the rotation speed of the impeller 1 increases and the flow belongs to the turbulent flow region, the stagnation of the bubbles 4 decreases, so that the slip of the fluid decreases and the frictional resistance does not decrease much. Therefore, the turbo pump according to the first embodiment has a rotation speed that is not so high and includes a boundary where the flow around the impeller 1 transitions from a laminar flow region to a turbulent flow region depending on the operation state. It is suitable to be used for those operated at When such an operation is performed, the liquid enters the narrow groove 3 due to the surface tension and the water repellency because the inner surface of the narrow groove 3 of the first embodiment has the water repellent property. No, bubble 4
Can be attached in the narrow groove 3 so that the frictional resistance is reduced. If the representative dimension of the groove exceeds several tens of μm, the liquid can enter the narrow groove 3 and the effect of reducing the frictional resistance is reduced. Therefore, the narrow groove 3 on the surface of the rear shroud 2 is stably formed. It needs to be formed to several tens μm or less.

【0019】本実施の形態1のような撥水性の表面をも
つターボ型ポンプは、撥水性を示す塗料を刷毛塗り、も
しくはシルク印刷することで容易に被覆化できる。すな
わち、塗料を刷毛塗りやシルク印刷することだけで、乾
燥後にはとくに何の操作を施すことなく表面に数十μm
の細溝3が多数形成される。なお、この撥水性を示す塗
料としてはフッ素樹脂、シリコン樹脂、およびフッ素含
有不飽和単量体とシリコン含有重合性不飽和単量体の共
重合体を成分とするものが例としてあげられる。
The turbo-type pump having a water-repellent surface as in the first embodiment can be easily coated by brush-coating or silk-printing a water-repellent paint. In other words, the paint is simply brush-coated or silk-printed, and after drying, the surface is tens of μm without any particular operation.
Are formed. Examples of the coating exhibiting water repellency include those containing a fluorine resin, a silicone resin, and a copolymer of a fluorine-containing unsaturated monomer and a silicon-containing polymerizable unsaturated monomer as components.

【0020】(実施の形態2)次に、本発明の実施の形
態2におけるターボ型ポンプの説明をする。図2(a)
は本発明の実施の形態2におけるターボ型ポンプの斜視
図、図2(b)はA部の部分拡大断面図、図3は本発明
の実施の形態2におけるターボ型ポンプの動作時の部分
拡大断面図である。
(Embodiment 2) Next, a turbo pump according to Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 2 (a)
2 is a perspective view of a turbo pump according to Embodiment 2 of the present invention, FIG. 2B is a partially enlarged cross-sectional view of a portion A, and FIG. 3 is a partial enlarged view of the operation of the turbo pump according to Embodiment 2 of the present invention. It is sectional drawing.

【0021】図2(a)(b)に示すように、細溝3は
矩形断面で、溝が向けられる方向は概略流れに対し直角
であることが望ましいため、細溝3の長手方向は羽根車
1の回転方向と略直交するように形成される。断面形状
はこれにこだわらない。従って、細溝3の長手方向のパ
ターンは、羽根車1の回転軸を中心とする放射方向を向
いた放射線状となる。図3に示すように、5は親水性を
持つ親水性膜、6は撥水性を持つ撥水性膜である。な
お、実施の形態1と同様に、実施の形態2のターボ型ポ
ンプの特徴部分は基本的に上記の部分であり、それ以外
の構成については、図6で記載した従来のターボ型ポン
プと基本的に同様であるから、詳細な説明は従来の技術
の説明に譲ってここでは省略する。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), it is desirable that the narrow groove 3 has a rectangular cross section and the direction in which the groove is directed is substantially perpendicular to the flow. It is formed so as to be substantially perpendicular to the rotation direction of the vehicle 1. The cross-sectional shape is not particular. Therefore, the pattern in the longitudinal direction of the narrow groove 3 has a radial shape oriented in a radial direction about the rotation axis of the impeller 1. As shown in FIG. 3, 5 is a hydrophilic film having hydrophilicity, and 6 is a water repellent film having water repellency. Note that, similarly to the first embodiment, the characteristic parts of the turbo pump of the second embodiment are basically the above-described parts, and the other configurations are the same as those of the conventional turbo pump described in FIG. Therefore, the detailed description is omitted from the description of the conventional technology.

【0022】本実施の形態2においては、その細溝3の
規模が実施の形態1にくらべ大きく、溝幅が数十ミクロ
ン以上、深さも同様の大きさが採用されている。そして
この実施の形態2のターボ型ポンプは、回転数が実施の
形態1より高く、運転状態によっては羽根車1まわりの
流れが層流域から乱流域に遷移する境界を含み、通常の
運転においては乱流域で運転されるものに用いられるの
が適当である。このため、実施の形態2においては細溝
3の内表面に撥水性膜6が施され、この細溝3以外の羽
根車1の表面にはすべて親水性膜5が施されている。こ
のように親水性膜5の外表面と、撥水性膜6が被覆され
た溝の内表面(凹み部分)を組み合わせて採用している
ため、細溝3以外の表面(みかけ上、頂部)の親水性膜
5の部分には気泡4が付着しにくく、逆に細溝3の内表
面はその撥水性膜6により気泡が付着し易くなる。従っ
て、比較的羽根車1の回転数が高く表面付近の流れが乱
流となる状態でも、図3に示すようにより確実に気泡4
を溝内部に付着させることができる。このように、気泡
4が羽根車1の表面のかなりの部分を占めることになる
ため、羽根車1の表面近傍における水と後面シュラウド
2を含む羽根車1表面の摩擦抵抗を大幅に低減すること
ができ、円盤摩擦損失を減少させることできる。これに
よりターボ型ポンプの高効率化が低コストで可能にな
る。
In the second embodiment, the size of the narrow groove 3 is larger than that of the first embodiment, the groove width is several tens of microns or more, and the depth is the same. The turbo pump according to the second embodiment has a higher rotation speed than that of the first embodiment, and includes a boundary where the flow around the impeller 1 transitions from a laminar flow region to a turbulent flow region depending on an operation state. Suitably used for those operated in turbulent regions. For this reason, in Embodiment 2, the water repellent film 6 is applied to the inner surface of the narrow groove 3, and the hydrophilic film 5 is applied to the entire surface of the impeller 1 other than the narrow groove 3. As described above, the outer surface of the hydrophilic film 5 and the inner surface (concave portion) of the groove covered with the water repellent film 6 are employed in combination, so that the surface other than the narrow groove 3 (apparent top) is formed. The bubbles 4 are less likely to adhere to the portion of the hydrophilic film 5, and conversely, the bubbles are more likely to adhere to the inner surface of the narrow groove 3 by the water-repellent film 6. Therefore, even when the rotation speed of the impeller 1 is relatively high and the flow near the surface becomes turbulent, the bubble 4
Can be attached inside the groove. As described above, since the air bubbles 4 occupy a considerable portion of the surface of the impeller 1, the frictional resistance of the surface of the impeller 1 including the water and the rear shroud 2 near the surface of the impeller 1 is significantly reduced. To reduce disc friction loss. This makes it possible to increase the efficiency of the turbo pump at low cost.

【0023】このような親水性膜5と撥水性膜6を組み
合わせた構成は、撥水性塗料を塗布して羽根車1表面に
比較的厚めの撥水性膜6をコーティングした後、親水性
塗料を重ねてコーティングし、硬化後表面を櫛歯状の刃
物などによって親水性膜5を削り落として溝を形成する
こと等で容易に造ることができる。また、撥水性樹脂で
作られた羽根車の外面にシルク印刷の技術を用いて親水
性塗料を塗布して同様の構成を造ることも可能である。
In such a configuration in which the hydrophilic film 5 and the water repellent film 6 are combined, a relatively thick water repellent film 6 is coated on the surface of the impeller 1 by applying a water repellent paint, and then the hydrophilic paint is applied. After coating and curing, the surface can be easily formed by shaving off the hydrophilic film 5 with a comb-shaped blade or the like to form a groove. It is also possible to apply a hydrophilic paint to the outer surface of an impeller made of a water-repellent resin by using a silk printing technique to produce a similar configuration.

【0024】(実施の形態3)本発明の実施の形態3に
おけるターボ型ポンプの説明をする。図4は本発明の実
施の形態3におけるターボ型ポンプの斜視図である。基
本的構成は実施の形態1と同様である。
Embodiment 3 A turbo pump according to Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 4 is a perspective view of a turbo pump according to Embodiment 3 of the present invention. The basic configuration is the same as in the first embodiment.

【0025】図4に示すように、実施の形態3のターボ
型ポンプは、例えばフッ素樹脂、シリコン樹脂、および
フッ素含有不飽和単量体とシリコン含有重合性不飽和単
量体とを共重合成分として含有する共重合体等の樹脂を
成型することによって作成する。これらの樹脂はいずれ
もが撥水性の性質を有している。従って、撥水性の性質
を有する樹脂により羽根車1を成型しているため、実施
の形態3のターボ型ポンプは、羽根車1の外表面全体が
撥水性をもつこととなる。しかも、樹脂成型により製作
される表面には表面仕上げの荒さにより数十μm以下の
代表寸法の微細な凹凸が形成され、これが、実施の形態
1で説明した細溝3として機能し、気泡を滞留させる。
このように撥水性の被膜を別工程でわざわざ形成する必
要がないので、ターボ型ポンプの高効率化がさらに低コ
ストで行なえる。
As shown in FIG. 4, the turbo-type pump according to the third embodiment comprises, for example, a fluorine resin, a silicon resin, and a copolymerizable component of a fluorine-containing unsaturated monomer and a silicon-containing polymerizable unsaturated monomer. It is prepared by molding a resin such as a copolymer contained as a resin. Each of these resins has a water-repellent property. Therefore, since the impeller 1 is molded from a resin having water-repellent properties, the entire outer surface of the impeller 1 of the turbo-type pump according to the third embodiment has water-repellency. In addition, fine irregularities having a typical size of several tens of μm or less are formed on the surface produced by resin molding due to the roughness of the surface finish, which functions as the narrow groove 3 described in the first embodiment, and retains bubbles. Let it.
As described above, since it is not necessary to separately form the water-repellent coating in a separate step, the efficiency of the turbo-type pump can be further improved at a lower cost.

【0026】(実施の形態4)本発明の実施の形態4に
おけるターボ型ポンプの説明をする。図5は本発明の実
施の形態4におけるターボ型ポンプの斜視図である。基
本的構成は実施の形態3と同様である。
(Embodiment 4) A turbo pump according to Embodiment 4 of the present invention will be described. FIG. 5 is a perspective view of a turbo pump according to Embodiment 4 of the present invention. The basic configuration is the same as that of the third embodiment.

【0027】以下説明する面粗度は、対象物の表面から
ランダムに抜き取った各部分における中心線平均粗さ
(JIS B0601)で定義される。図5に示すよう
に、7は羽根車1の外周側において面粗度が大きく形成
された部分、いわば荒い表面である。また、8は羽根車
1の内周側において面粗度が小さく形成された部分、い
わば平滑な表面である。なお、実施の形態4のターボ型
ポンプも、実施の形態3のターボ型ポンプと同様、例え
ばフッ素樹脂、シリコン樹脂、およびフッ素含有不飽和
単量体とシリコン含有重合性不飽和単量体とを共重合成
分として含有する共重合体等の樹脂を成型することによ
って作成するものである。これによって樹脂成型により
製作される表面には数十μm以下の中心線平均粗さの微
細な凹凸が形成されから、成型用の型の表面仕上げ加工
に差をつければ簡単に面粗度に差をつけた2つの部分を
もつ羽根車1を造ることができる。成型用型の表面仕上
げを荒くすると、面粗度が大きく形成された部分7が羽
根車1の外周側に形成されるようになる。また、成型用
型の表面仕上げを平滑にすると、面粗度が小さく形成さ
れた部分8が羽根車1の内周側に形成されるようにな
る。
The surface roughness described below is defined by the center line average roughness (JIS B0601) in each part randomly extracted from the surface of the object. As shown in FIG. 5, reference numeral 7 denotes a portion where the surface roughness is large on the outer peripheral side of the impeller 1, that is, a so-called rough surface. Reference numeral 8 denotes a portion of the inner peripheral side of the impeller 1 where the surface roughness is small, that is, a so-called smooth surface. Note that, similarly to the turbo pump according to the third embodiment, the turbo pump according to the fourth embodiment includes, for example, a fluororesin, a silicon resin, and a fluorine-containing unsaturated monomer and a silicon-containing polymerizable unsaturated monomer. It is prepared by molding a resin such as a copolymer contained as a copolymer component. As a result, fine irregularities with a center line average roughness of several tens of μm or less are formed on the surface produced by resin molding. An impeller 1 having two portions marked with can be manufactured. When the surface finish of the molding die is roughened, a portion 7 having a large surface roughness is formed on the outer peripheral side of the impeller 1. Further, when the surface finish of the molding die is made smooth, a portion 8 having a small surface roughness is formed on the inner peripheral side of the impeller 1.

【0028】この羽根車1を高速で回転させると、羽根
車1の外周側では周速が速く、その外表面付近の流れは
乱流状態となる。また、羽根車1の内周側では比較的周
速度が遅く、近傍の流れは層流状態となる。乱流領域と
なる外周側においては、面粗度が大きく撥水性をもって
いるため、気泡が表面の凹凸の凹部に一旦入り込むとそ
れが表面に付着して滞留し易い。この気泡の存在により
乱流領域であっても効果的に摩擦抵抗を減少させること
ができる。次に、内周側においては、周速度が遅く、面
粗度が小さいため比較的層流状態を保つことができ、併
せて撥水性もあるので、界面現象によって流体摩擦を低
減することができる。
When the impeller 1 is rotated at a high speed, the peripheral speed on the outer peripheral side of the impeller 1 is high, and the flow near the outer surface thereof is in a turbulent state. In addition, the peripheral speed is relatively slow on the inner peripheral side of the impeller 1, and the flow in the vicinity is in a laminar state. On the outer peripheral side, which is a turbulent region, the surface roughness is large and has water repellency. Therefore, once air bubbles enter the concaves and convexes on the surface, they easily adhere to the surface and stay there. The presence of these bubbles can effectively reduce the frictional resistance even in the turbulent region. Next, on the inner peripheral side, the peripheral speed is low, the surface roughness is small, so that a relatively laminar flow state can be maintained, and since there is also water repellency, fluid friction can be reduced by an interface phenomenon. .

【0029】従って、面粗度を外周側で大きく、内周側
で小さくすれば、後面シュラウド2を含む羽根車1外面
全域にわたって円盤摩擦損失を減少させることが可能と
なり、ターボ型ポンプの高効率化が低コストで行なえる
ことになる。なお、面粗度が大きくされた部分7と面粗
度が小さくされた部分8の境界は羽根車1の常用回転数
をもとにするレイノルズ数Re(=ω・r・r/ν、ω:
羽根車の角速度、r:後面シュラウドの半径、ν:流体
の動粘度)、および面粗度の度合いにより決まるもので
ある。
Therefore, if the surface roughness is increased on the outer peripheral side and reduced on the inner peripheral side, it is possible to reduce the disk friction loss over the entire outer surface of the impeller 1 including the rear shroud 2, and the high efficiency of the turbo pump is improved. Can be achieved at low cost. Note that the boundary between the portion 7 where the surface roughness is increased and the portion 8 where the surface roughness is reduced is based on the Reynolds number Re (= ω · r · r / ν, ω) based on the normal rotation speed of the impeller 1. :
It is determined by the angular velocity of the impeller, r: radius of the rear shroud, ν: kinematic viscosity of the fluid), and the degree of surface roughness.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように本発明の請求項1に記載さ
れたターボ型ポンプは、細溝に滞留した気泡により撥水
性の表面と流体との間に滑りを発生させて、羽根車表面
の流体摩擦を低減することができ、これによって簡単か
つ安価に円盤摩擦損失を減少させることができ、高効率
化が図れる。
As described above, in the turbo type pump according to the first aspect of the present invention, the slippage between the water-repellent surface and the fluid is generated by bubbles retained in the narrow groove, and the surface of the impeller The friction of the fluid can be reduced, and thereby the disc friction loss can be reduced simply and inexpensively, and the efficiency can be improved.

【0031】本発明の請求項2に記載されたターボ型ポ
ンプは、撥水性樹脂で羽根車を成形するだけで羽根車表
面に発生する流体摩擦を低減することができ、円盤摩擦
損失を減少させ、ポンプの高効率化が実現できる。
In the turbo type pump according to the second aspect of the present invention, fluid friction generated on the impeller surface can be reduced only by molding the impeller with a water-repellent resin, thereby reducing disc friction loss. Thus, high efficiency of the pump can be realized.

【0032】本発明の請求項3に記載されたターボ型ポ
ンプは、周速度が大きく乱流状態となる羽根車外周側で
面粗度が大きいため、表面の凹凸の中に気泡が入り込
み、撥水性の表面と流体との間に滑りを発生させて流体
摩擦を低減でき、内周側の周速度が小さく層流状態とな
るところでは面粗度も小さいため流体摩擦を低減でき、
全体として円盤摩擦損失を減少させ、ポンプの高効率化
が実現できる。
In the turbo pump according to the third aspect of the present invention, since the surface roughness is large on the outer peripheral side of the impeller where the peripheral speed is large and the turbulent flow occurs, air bubbles enter into the unevenness of the surface and the repellency is increased. Fluid friction can be reduced by generating a slip between the aqueous surface and the fluid, and where the peripheral speed on the inner peripheral side is small and in a laminar flow state, the surface roughness is also small, so the fluid friction can be reduced,
As a whole, disc friction loss can be reduced, and high efficiency of the pump can be realized.

【0033】本発明の請求項4に記載されたターボ型ポ
ンプは、細溝以外では親水性のため気泡が付着せず、細
溝内にのみ気泡が付着するため、細溝に滞留した気泡に
より確実に撥水性の表面と流体との間に滑りを発生させ
て、羽根車表面の流体摩擦を低減することができ、これ
によって簡単かつ安価に円盤摩擦損失を減少させること
ができ、高効率化が図れる。
In the turbo pump according to the fourth aspect of the present invention, air bubbles do not adhere due to hydrophilicity except in the narrow groove, and air bubbles adhere only in the narrow groove. A slippage is reliably generated between the water-repellent surface and the fluid, thereby reducing the fluid friction on the impeller surface, thereby easily and inexpensively reducing the disc friction loss and improving the efficiency. Can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)本発明の実施の形態1におけるターボ型
ポンプの斜視図 (b)A部の部分拡大断面図
FIG. 1A is a perspective view of a turbo pump according to a first embodiment of the present invention. FIG.

【図2】(a)本発明の実施の形態2におけるターボ型
ポンプの斜視図 (b)A部の部分拡大断面図
FIG. 2A is a perspective view of a turbo pump according to Embodiment 2 of the present invention. FIG.

【図3】本発明の実施の形態2におけるターボ型ポンプ
の動作時の部分拡大断面図
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of a turbo pump according to Embodiment 2 of the present invention during operation.

【図4】本発明の実施の形態3におけるターボ型ポンプ
の斜視図
FIG. 4 is a perspective view of a turbo pump according to Embodiment 3 of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態4におけるターボ型ポンプ
の斜視図
FIG. 5 is a perspective view of a turbo pump according to Embodiment 4 of the present invention.

【図6】従来のターボ型ポンプの構造図FIG. 6 is a structural view of a conventional turbo type pump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101 羽根車 2,105 後面シュラウド 3 細溝 4 気泡 5 親水性膜 6 撥水性膜 7 面粗度の大きく形成された部分 8 面粗度の小さく形成された部分 102 軸 103 軸受 104 ケーシング 106 羽根 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 101 Impeller 2, 105 Rear shroud 3 Narrow groove 4 Bubbles 5 Hydrophilic film 6 Water repellent film 7 Part with large surface roughness 8 Part with small surface roughness 102 Shaft 103 Bearing 104 Casing 106 Feather

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永瀬 徳美 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 3H033 AA01 BB03 BB06 CC01 DD06 DD25 DD26 EE08 EE19  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tokumi Nagase 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture F-term in Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 3H033 AA01 BB03 BB06 CC01 DD06 DD25 DD26 EE08 EE19

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】流体に運動エネルギーを与えるための羽根
車を備えたターボ型ポンプであって、前記羽根車が撥水
性の表面を有し、かつ前記表面には数十μm以下の細溝
が形成されていることを特徴とするターボ型ポンプ。
1. A turbo pump having an impeller for imparting kinetic energy to a fluid, wherein said impeller has a water-repellent surface, and said surface has a fine groove of several tens μm or less. A turbo type pump characterized by being formed.
【請求項2】前記羽根車が撥水性樹脂から成形されたこ
とを特徴とする請求項1記載のターボ型ポンプ。
2. The turbo pump according to claim 1, wherein said impeller is formed of a water-repellent resin.
【請求項3】流体に運動エネルギーを与えるための羽根
車を備えたターボ型ポンプであって、前記羽根車が撥水
性樹脂から成形され、かつ前記羽根車の外周側の面粗度
が大きく形成されるとともに内周側の面粗度が小さく形
成されたことを特徴とするターボ型ポンプ。
3. A turbo-type pump having an impeller for imparting kinetic energy to a fluid, wherein the impeller is formed of a water-repellent resin and has a large surface roughness on the outer peripheral side of the impeller. And a surface roughness on the inner peripheral side is reduced.
【請求項4】流体に運動エネルギーを与えるための羽根
車を備えたターボ型ポンプであって、前記羽根車には撥
水性の内表面を有する放射状の細溝が形成され、前記羽
根車が前記細溝を除いて親水性の表面を備えていること
を特徴とするターボ型ポンプ。
4. A turbo pump having an impeller for imparting kinetic energy to a fluid, wherein said impeller is formed with radial narrow grooves having a water-repellent inner surface. A turbo-type pump having a hydrophilic surface except for a narrow groove.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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