JP2002115696A

JP2002115696A - ターボ形ポンプの吸込口部構造

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Publication number: JP2002115696A
Application number: JP2000310137A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nagano; 茂長野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2002-04-19
Anticipated expiration: 2020-10-11
Also published as: JP4605881B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ターボ形ポンプの吸込口部において、回転す
る羽根車へ流入する流体に旋回流を発生させ、羽根車へ
の流入直前に生じる種々の損失を低減させる。【解決手段】ケーシング１４に収容された羽根車１２
の回転駆動により、その羽根車１２に吸い込まれる流体
を、羽根車１２の回転軸方向Ｆから羽根車１２に導くよ
うに管状に形成されたターボ形ポンプ（遠心ポンプ）１
１の吸込口部１５において、その半径方向内側に突出す
る旋回羽根１６を、吸込口部１５の内壁部１７に沿って
螺旋状に設けることにより、流体を羽根車１２の回転方
向に旋回させながら、その羽根車１２に流れ込ませるよ
うに構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は遠心ポンプなどのタ
ーボ形ポンプに関し、詳しくはターボ形ポンプの羽根車
に流体を導入する吸込口部の構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ケーシング内で回転する羽根車の
作用により、水などの流体に圧力エネルギーや速度エネ
ルギーを与え、これらのエネルギーを利用してその流体
を低所から高所へ揚水するようにしたターボ形ポンプが
広く用いられている。ターボ形ポンプは、羽根車から吐
き出される流体の流れ方向の違いによって三つの形式に
大別される。その方向がほぼ羽根車の回転軸に垂直な平
面内にあるものは遠心ポンプ、回転軸を中心とする円錐
面上にあるものは斜流ポンプ、回転軸と同心の円筒面上
にあるものは軸流ポンプと呼ばれる。

【０００３】これらのターボ形ポンプのなかで、代表的
な形式である遠心ポンプの一例を図７に示す。遠心ポン
プ１１は、主軸１３の端部に固着された羽根車１２が、
ケーシング１４の内部に回転自在に収容され、羽根車１
２は図示しない原動機によって主軸１３とともに回転す
る。また、ケーシング１４には、羽根車１２の中心部に
対向して開口する管状の吸込口部１５が設けられる。し
たがって、水などの流体は、この吸込口部１５を通じて
主軸１３に沿った方向から導入され、羽根車１２の回転
によりその中心部に吸い込まれる。そして、吸い込まれ
た流体は、回転する羽根車１２の遠心作用によりその外
周部から吐き出され、渦巻室２８から吐出口２９へ導か
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような構成を備え
る遠心ポンプ１１では、主軸１３に沿った方向から羽根
車１２に吸い込まれた流体は、羽根車１２の回転半径方
向に吐き出され、その流れ方向が羽根車１２内で略直角
に変換される。吸込口部１５までスムーズに流れていた
流体は、こうして流体の流れ方向が大きく変えられるこ
とと相まって、羽根車１２に流れ込む際には、羽根車１
２の回転作用によって一時的に激しい乱流状態となる。
このため、その流体抵抗などによって流速や圧力などの
損失が発生し、これらの種々の損失が、遠心ポンプ１１
の運転効率を低下させる要因となっていた。なお、この
ような問題点は、羽根車を回転させるようにした他の形
式のターボ形ポンプにおいても同様に存在する。

【０００５】したがって、本発明の課題は、流体が羽根
車へ流入する直前で生じる種々の損失を低減させるべ
く、その流体に旋回流を発生させる旋回羽根を設けるよ
うにした、ターボ形ポンプの吸込口構造を提供するもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ケーシングに収容された羽根車の回転駆動により同
羽根車に吸い込まれる流体を、前記羽根車の回転軸方向
から同羽根車に導くように管状に形成されたターボ形ポ
ンプの吸込口部において、同吸込口部の半径方向内側に
突出する旋回羽根を、前記吸込口部の内壁部に沿って螺
旋状に設けることにより、前記流体を前記羽根車の回転
方向に旋回させながら、同羽根車に流れ込ませるように
構成するものである。ここで、「ターボ形ポンプ」と
は、回転する羽根車の作用により、水などの流体を揚水
するための圧力エネルギーや運動エネルギーを与えるポ
ンプ装置をいう。

【０００７】上記発明によると、羽根車に吸い込まれる
流体が吸込口部を流れる際に、その内壁部近傍の流体
は、羽根車の回転方向に曲げられた螺旋状の旋回羽根に
沿うようにして流れる。このとき、流体には円周方向の
流れ成分が与えられ、次第にその円周方向に旋回するよ
うになる。こうした旋回羽根の作用により、吸込口部を
流れる流体には、羽根車と同じ回転方向の旋回流が発生
する。そして、この旋回流により旋回しながら羽根車の
直前に到達した流体は、回転する羽根車に相乗るように
して、その羽根車の内部に流れ込む。これによって、羽
根車の直前における激しい乱流状態が解消され、あるい
はその程度が緩和されるようになる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明の構成に加え、前記旋回羽根の突端部までの高さ
が、前記羽根車に遠い位置から同羽根車に近づくにつれ
て徐々に高くなるように形成するものである。

【０００９】上記発明によると、旋回羽根の高さが羽根
車に近づくにつれて徐々に高くなり、羽根車直前で最大
となるため、吸込口部で発生する旋回流の大きさもま
た、羽根車に近づくにつれて徐々に大きくなり、羽根車
直前で最大となる。一方、旋回羽根の高さを高くする
と、流体の受ける抵抗がそれだけ大きくなり、流速の損
失の度合いも大きくなる傾向がある。しかし、旋回羽根
を上記のような構成とすることで、流速の損失をできる
だけ抑えながら、羽根車により近いところで効果的に旋
回流が発生するようになる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の発明の構成に加え、前記吸込口部の軸線方向に
対する前記旋回羽根のねじれ角が、前記羽根車に遠い位
置から同羽根車に近づくにつれて徐々に大きくなるよう
にして、前記旋回羽根を設けるものである。

【００１１】上記発明によると、旋回羽根のねじれ角が
羽根車に近づくにつれて徐々に大きくなり、羽根車直前
で最大となるため、吸込口部で発生する旋回流の大きさ
もまた、羽根車に近づくにつれて徐々に大きくなり、羽
根車直前で最大となる。一方、旋回羽根のねじれ角を大
きくすると、その旋回羽根に沿って流れる流体の円周方
向の速度成分がより大きくなる反面、吸込口部の軸線方
向の速度成分がそれに応じて減ぜられる。しかし、旋回
羽根を上記のような構成とすることで、羽根車により近
いところで効果的に旋回流が発生するようになる。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれか１つに記載の発明の構成に加え、前記旋回羽根
の側面部を、前記吸込口部の半径方向から前記羽根車の
反回転方向側に傾斜させるようにして、前記旋回羽根を
設けるものである。

【００１３】上記発明によると、羽根車の半回転方向に
傾斜させた旋回羽根は、流体に旋回流を生じさせるとと
もに、流体を吸込口部の内壁部付近からその軸中心方向
に流れるよう案内する。これにより、旋回羽根が直接作
用しない吸込口部の軸中心付近においても、旋回流が効
果的に発生するようになる。また、一般的に管路を流れ
る流体の流速はその内壁部で最も小さく、内壁部から離
れるにしたがって上昇し、軸中心付近で最大となる傾向
にある。しかし、上記のように構成された旋回羽根は、
流速の遅い管路の内壁部付近の流体を、より流速の速い
その軸中心付近に誘導するため、管路内の流体全体の流
れがよりスムーズになる。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明の構成に加え、前記吸込口部の軸線方向に垂直な
前記旋回羽根の断面形状が、同旋回羽根の突端部から前
記吸込口部の内壁部に近づくにつれて徐々に幅広となる
ように形成するものである。

【００１５】上記発明によると、旋回羽根の断面が末広
がり状となるように形成することで、旋回羽根自体の強
度及びその取り付け強度が十分に確保され、鋳造など比
較的容易な方法による一体形成が可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明をターボ形ポンプの
一形式である遠心ポンプの吸込口部に具体化した一実施
形態につき、図面に基づいて説明する。図１は本実施形
態における遠心ポンプの主要部を示す正面図であり、図
２は同主要部をＸ−Ｘ間で破断して示す側面断面図であ
る。

【００１７】図１及び図２に示すように、本実施形態の
遠心ポンプ１１は、羽根車１２と、これを固定する主軸
１３と、これらを収容するケーシング１４と、ケーシン
グ１４内に流体を導入する吸込口部１５とを備える。こ
の遠心ポンプ１１は、横方向に設置される主軸１３の端
部に単一の羽根車１２が取り付けられ、かつ、その羽根
車１２の側面から流体を導入するようにした管状の吸込
口部１５が設けられることから、横軸単段片吸込形遠心
ポンプとも呼ばれる。

【００１８】羽根車１２は、複数枚の湾曲した羽根２１
が、主板２２及び側板２３の２枚の円板で挟まれた構造
を有する。主板２２はナット２４により主軸１３の一方
の端部に固定され、側板２３には羽根車１２内に流体を
吸い込ませるための吸込口が開口している。主軸１３
は、ケーシング１４の軸封部２６により、横向きに回転
自在に軸支され、軸封部２６には、ケーシング１４内か
ら高圧の流体が漏れ出るのを防止するためグランドパッ
キンが圧入される。ケーシング１４にはさらに、渦巻室
２８及び吐出口２９が設けられる。渦巻室２８は、ケー
シング１４内の羽根車１２の外側において、上方に向け
て開口した吐出口２９に向かって緩やかに断面積の拡大
する渦巻状に形成される。

【００１９】この遠心ポンプ１１では、羽根車１２を主
軸１３とともに矢印Ｒの方向に回転駆動すると、水など
の流体が吸込口部１５を通じて主軸１３に沿った矢印Ｆ
の方向から、主板２２及び側板２３に挟まれた羽根車１
２の内部に流れ込む。そして、羽根車１２の内部に吸い
込まれた流体は、回転する羽根車１２の遠心作用によ
り、羽根車１２の外周部から渦巻室２８に吐き出され、
その渦巻き形状に沿って吐出口２９へ導かれる。

【００２０】続いて、本発明の特徴部分である吸込口部
１５の構成について詳細に説明する。図３は吸込口部１
５をＸ−Ｘ間で破断して示す部分斜視図であり、図４
（ａ），（ｂ），（ｃ）は吸込口部１５に設けられる旋
回羽根１６の１つを、それぞれ矢印Ａ，矢印Ｂ，矢印Ｃ
の方向から概略的に示す図であり、図５は吸込口部１５
をＹ−Ｙ間で破断して示す部分断面図である。

【００２１】図３に示すように、吸込口部１５は、羽根
車１２と同軸の略円筒形に形成され、一方の端部におい
てケーシング１４に取り付けられる。吸込口部１５の内
壁部１７には、複数枚（図では６枚）の旋回羽根１６が
一定の間隔で設けられる。各旋回羽根１６は、吸込口部
１５を矢印Ｆの方向に流れる流体が、羽根車１２の回転
方向Ｒに旋回するように、吸込口部１５の内壁部１７に
沿って回転方向Ｒに曲げられた螺旋状に設けられる。

【００２２】図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、旋回羽
根１６は複雑なねじれ羽根状に形成される。旋回羽根１
６は、まず、吸込口部１５の内壁部１７から突端部１８
までの高さが、矢印Ｆの方向、すなわち羽根車１２に遠
い位置からその羽根車１２に近づくにつれて、徐々に高
くなるように形成される。また、旋回羽根１６は、吸込
口部１５の軸線方向に対するねじれ角αが、矢印Ｆの方
向、すなわち羽根車１２に遠い位置からその羽根車１２
に近づくにつれて、徐々に大きくなるようにして設けら
れる。さらに、旋回羽根１６は、その突端部１８の位置
を、吸込口部１５の半径方向から羽根車１２の回転方向
Ｒの反対側に、傾斜角βだけ傾斜させ、側面部１９が傾
斜した状態となるようにして設けられる。

【００２３】次いで、上記のように構成される吸込口部
１５の作用及び効果について説明する。

【００２４】羽根車１２の回転駆動により吸い込まれる
流体は、吸込口部１５を通じて羽根車１２の入口に導か
れる。このとき、内壁部１７近傍を流れる流体の一部が
旋回羽根１６の側面部１９に当たり、螺旋状に設けられ
た旋回羽根１６の側面部１９に沿って流れる。これによ
り、流体には円周方向Ｒの流れ成分が与えられ、次第に
その円周方向Ｒに旋回するようになる。そして、旋回流
となって羽根車１２の直前に到達した流体は、回転する
羽根車１２に相乗るようにして流れ込んでいく。羽根車
１２の内部では、流体の流れ方向が略直角に変換される
が、その際に流速や圧力など種々の損失の発生を伴う。
しかし、本実施形態のように、予め流体に旋回流を与え
て羽根車１２に流れ込ませるようにすれば、このような
損失をある程度低減させることができる。

【００２５】また、実際に吸込口部１５を流れる流体
が、層流状態となっていることはほとんどない。特に、
羽根車１２に流れ込む直前では、羽根車１２の回転によ
り一時的に激しい乱流状態となり、この乱流による流体
抵抗によって、流速や圧力など種々の損失が発生してい
ると考えられる。しかし、本実施形態では、旋回羽根１
６の旋回流を与える作用により、流れに方向性が与えら
れるため、激しい乱流状態を解消し、あるいはその程度
を緩和することができる。

【００２６】さらに、旋回羽根１６を上述したような構
成とすることにより、旋回流を効果的に発生させること
ができる。すなわち、旋回羽根１６の高さが羽根車１２
に近づくにつれて徐々に高くなっており、かつ、旋回羽
根１６のねじれ角αが羽根車１２に近づくにつれて徐々
に大きくなっているため、旋回羽根１６による流速の損
失の影響をできるだけ抑えながら、羽根車１２の直前で
その大きさが最大となるようにして旋回流を発生させる
ことができる。

【００２７】さらに、旋回羽根１６が傾斜角βだけ傾斜
させて設けられることにより、吸込口部１５の内壁部１
７付近における流体の流れが、その軸中心方向に向かう
ようになるため、旋回羽根１６の作用が直接及ばない軸
中心付近にも旋回流を発生させることができる。また、
流速が遅い内壁部１７付近の流体が、より流速が速い軸
中心付近に誘導されるため、吸込口部１５内の流体全体
の流れを、よりスムーズにすることができる。

【００２８】以上のように、本実施形態の遠心ポンプ
（ターボ形ポンプ）の吸込口部構造によれば、羽根車に
流入する直前の流体に旋回流を発生させることにより、
その際に生じる種々の損失を低減させることができ、こ
れによりポンプの揚水効率を向上させることができる。
また、羽根車の負荷が軽減されるため、羽根車を駆動さ
せる原動機の駆動力をより少なくすることができる。

【００２９】なお、本発明のターボ形ポンプの吸込口部
構造は、上述した実施形態に限定されるものではなく、
請求項に記載された内容を逸脱しない範囲内において変
更が可能である。例えば、次に示すような構成とするこ
ともできる。

【００３０】（１）旋回羽根１６の大きさや形状、ある
いはその取り付け枚数や場所といった条件は適宜変更が
可能であり、ポンプの形式や揚水能力、吸い込まれる流
体の物性（粘度など）などに応じて、最適の流れ（旋回
流）が得られるように調整すればよい。

【００３１】例えば、図６に示すように、旋回羽根１６
の断面が略三角形状となるように形成してもよい。この
場合、旋回羽根１６の裏側に半ば閉塞した空間が生じる
ことがないため、旋回羽根１６の裏側に回り込んだ流体
がそこで滞り、流体全体のスムーズな流れを阻害するよ
うな状態が発生するのを回避することができる。また、
旋回羽根１６をこのような形状とした場合、旋回羽根１
６自体の強度やその取り付け強度が増すことから、旋回
羽根１６と吸込口部１５を鋳造などの方法により一体成
形して製作することができる。

【００３２】（２）吸込口部はポンプ本体にどのように
取り付けられていてもよく、例えば、羽根車などを収容
するケーシングに、予め一体形成されていてもよい。ま
た、吸込口部の形状は羽根車と同軸の円筒状であればよ
く、例えば、吸込口部を構成する配管が、羽根車に近づ
くにつれて次第にその口径が大きくなる末広がり状に形
成されたものであってもよい。

【００３３】（３）遠心ポンプの形式は、本実施形態で
示したものに限定されない。例えば、上記の実施形態で
は、羽根車１２として羽根２１が主板２２と側板２３と
で挟まれたクローズド羽根が用いられているが、側板を
持たず羽根が吸込口部側で開放された形状のオープン羽
根が用いられるポンプにおいても、同様に適用可能であ
る。また、遠心ポンプは、上記実施形態のような形式の
他に、ケーシング内の羽根車の外側に案内羽根と呼ばれ
る固定した翼を備えるものが知られている。このような
形式の遠心ポンプをタービンポンプ（又はディフューザ
ポンプ）といい、案内羽根を持たないタイプを渦巻きポ
ンプ（又はボリュートポンプ）という。しかし、本発明
の特徴部分である吸込口部付近の構造に違いはないた
め、いずれの形式の遠心ポンプにおいても、本発明は適
用可能である。

【００３４】（４）本発明は、ケーシング内で回転する
羽根車に、その回転軸に沿った方向から流体を吸い込ま
せるように構成された吸込口部を備える限りにおいて、
あらゆる形式のターボ形ポンプに適用可能である。例え
ば、回転する羽根車の揚力の作用で揚水する軸流ポンプ
や、遠心力と揚力の両作用で揚水する斜流ポンプにも同
様に適用できる。これらの形式のポンプにおいても、旋
回羽根を設けることで、その旋回羽根の作用により旋回
流の与えられた流体が、回転する羽根車に相乗るように
して吸い込まれるようになる。したがって、遠心ポンプ
の場合と同様に、羽根車直前における流体の乱流状態が
解消又は緩和され、これによりポンプの運転効率の向上
などの効果を奏することができる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、羽根車
に吸い込まれる流体に羽根車と同じ回転方向の旋回流を
与えることにより、流体を回転する羽根車に相乗るよう
にして効率良く流れ込ませることができる。これによ
り、流体が羽根車に流れ込む直前で生じる種々の損失を
低減させることができ、ひいては羽根車の負荷の低減を
図ることができる。

【００３６】請求項２又は３に記載の発明によれば、請
求項１に記載の発明の効果に加え、流速の損失をできる
だけ抑えながら、羽根車に近いところで効果的に旋回流
を発生させることができる。

【００３７】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜３のいずれか１つに記載の発明の効果に加え、旋回羽
根が直接作用しない吸込口部の軸中心付近においても、
旋回流を効果的に発生させることができる。また、内壁
部付近を流れる流速の遅い流体を、より流速の速い軸中
心付近に誘導することにより、流体の流れをスムーズに
して効率良く羽根車に流れ込ませることができる。

【００３８】請求項５に記載の発明によれば、請求項４
に記載の発明の効果に加え、旋回羽根自体の強度やその
取り付け強度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施形態である遠心ポン
プの主要部を示す正面図である。

【図２】同遠心ポンプの主要部をＸ−Ｘ間で破断して示
す部分断面図である。

【図３】同遠心ポンプの吸込口部をＸ−Ｘ間で破断して
示す部分斜視図である。

【図４】同遠心ポンプの吸込口部における旋回羽根の１
つを、それぞれ異なる方向から概略的に示す図であっ
て、（ａ）は矢印Ａの方向から示す図であり、（ｂ）は
矢印Ｂの方向から示す図であり、（ｃ）は矢印Ｃの方向
から示す図である。

【図５】同遠心ポンプの吸込口部をＹ−Ｙ間で破断して
示す部分断面図である。

【図６】本発明を具体化した別の実施形態である遠心ポ
ンプの吸込口部を、図５と同様に破断して示す部分断面
図である。

【図７】従来の遠心ポンプ（ターボ形ポンプ）の一例を
示す側面断面図である。

【符号の説明】

１１遠心ポンプ（ターボ形ポンプ）１２羽根車１３主軸１４ケーシング１５吸込口部１６旋回羽根１７内壁部１８突端部１９側面部Ｒ羽根車の回転方向Ｆ羽根車の回転軸方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシングに収容された羽根車の回転駆
動により同羽根車に吸い込まれる流体を、前記羽根車の
回転軸方向から同羽根車に導くように管状に形成された
ターボ形ポンプの吸込口部において、同吸込口部の半径方向内側に突出する旋回羽根を、前記
吸込口部の内壁部に沿って螺旋状に設けることにより、
前記流体を前記羽根車の回転方向に旋回させながら、同
羽根車に流れ込ませるように構成することを特徴とする
ターボ形ポンプの吸込口部構造。
【請求項２】前記旋回羽根の突端部までの高さが、前
記羽根車に遠い位置から同羽根車に近づくにつれて徐々
に高くなるように形成することを特徴とする請求項１に
記載のターボ形ポンプの吸込口部構造。
【請求項３】前記吸込口部の軸線方向に対する前記旋
回羽根のねじれ角が、前記羽根車に遠い位置から同羽根
車に近づくにつれて徐々に大きくなるようにして、前記
旋回羽根を設けることを特徴とする請求項１又は２に記
載のターボ形ポンプの吸込口部構造。
【請求項４】前記旋回羽根の側面部を、前記吸込口部
の半径方向から前記羽根車の反回転方向側に傾斜させる
ようにして、前記旋回羽根を設けることを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１つに記載のターボ形ポンプの吸
込口部構造。
【請求項５】前記吸込口部の軸線方向に垂直な前記旋
回羽根の断面形状が、同旋回羽根の突端部から前記吸込
口部の内壁部に近づくにつれて徐々に幅広となるように
形成することを特徴とする請求項４に記載のターボ形ポ
ンプの吸込口部構造。