JP2004183629A

JP2004183629A - 渦流ポンプ

Info

Publication number: JP2004183629A
Application number: JP2002354969A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Higashimori; 弘高東森; Kunio Sumita; 邦夫住田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】渦流ポンプの流路内の流れを整流して損失を低減すること。
【解決手段】内部に流路２８を円周方向に形成したケーシング１２と、周方向に等間隔に配設された複数の羽根１６ａを有し、かつ、羽根１６ａが流路２８に沿って旋回するようにケーシング１２に回転自在に支持された円盤状のインペラー１６とを具備する渦流ポンプにおいて、流路２８に沿ってシュラウドリング１４を配設して、流路２８の半径方向断面を環状に形成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は渦流ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５、６に従来技術による渦流ポンプを示す。従来技術による渦流ポンプ１００は、内部に円周方向に延びる流路１０４を形成したケーシング１０２と、ケーシング１０２内に回転軸線Ｏを中心として矢印Ｒで示す方向に回転自在に支持されたインペラー１０６とを具備している。インペラー１０６は概ね円盤状の部材より成り、その外周縁部に半径方向の複数の溝を刻設することにより、周方向に等間隔に配設された複数の羽根１０６ａが形成されている。羽根１０６ａは、インペラー１０６が回転することにより流路１０４に沿って旋回する。
【０００３】
ケーシング１０２には、また、流路１０４に連通する入口通路１０８および出口通路１１０が形成されている。また、流路１０４内を流通する作動流体は、インペラー１０６の内部、つまり羽根１０６ａの間、ではインペラー１０６の回転による遠心力が作用して半径方向外側へ流動し、図５に示すように、流路１０４の全体にわたって螺旋状の流れ１１２を形成する。より詳細には、図７に示すように、流路１０４は、インペラー１０６のハブ面１０６ｂを含めて概ね楕円形の断面形状を有しており、この断面内の流れ１１４は、インペラー１０６の入口１１６から出口１１８へ向かってインペラー１０６のハブ面１０６ｂに沿った流れとなる。
【０００４】
【特許文献１】
実開平３−１９４９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７，８を参照すると、インペラー１０６外部の入口１１６の直近位置Ａにおける速度三角形（図８（ａ）の左側）および出口１１８直近位置Ｂにおける速度三角形（図８（ａ）の右側）が示されている。図８（ａ）において、位置Ｂにおけるインペラー１０６の出口１１８から流出した直後の流れには、インペラー１０６の回転により回転方向Ｒへ移動する羽根１０６ａにより仕事が付与され、インペラー１０６の出口流速１２０は、回転方向Ｒに沿う周方向流速成分１２２と、半径方向に向かう子午面流速成分１２４とを有している。然しながら、位置Ａにおける入口１１６の直前の流れでは、周方向成分は概ね０（零）となり、略回転軸線Ｏに沿った軸方向流速成分１２６のみを有している。そのために、従来技術による渦流ポンプ１００のインペラー１０６の入口１１６では、インペラー１０６の周速Ｖに対する相対的な流速１２８は、羽根１０６ａに関する流入角αが大きくなり、羽根１０６ａの背面に剥離１３０が形成され、圧力損失が生じる問題がある。
【０００６】
さらに図８（ｂ）の如く、特に翼先端領域の流れ１０６ｂは流入も流出も明確な流れが無く、平均的にはインペラー出口周方向流速成分１７１とインペラー入口流速１２６の周方向成分の中間の流速で周方向に流れるが、後者がほぼ零なので、インペラー出口方向成分１２２の約１／２の流速を持って流れる平均的な流れ１７２が生じている。その結果、インペラーの周速１７１と平均的な流れ１７２の差でインペラーに相対的な流れ１７３が生じ、この流れがインペラーの翼によってかき混ぜられた流れとなりインペラーから与えられたエネルギがすべてジュール熱となって損失になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、流路内の流れを整流して損失を低減した渦流ポンプを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、内部に流路を円周方向に形成したケーシングと、周方向に等間隔に配設された複数の羽根を有し、かつ、前記羽根が前記流路に沿って旋回するように前記ケーシングに回転自在に支持された円盤状のインペラーとを具備し、前記流路に沿ってシュラウドリングを配設して、前記流路の半径方向断面を環状に形成したことを特徴とする渦流ポンプを要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の本発明は、内部に流路を円周方向に形成したケーシングと、周方向に等間隔に配設された複数の羽根を有し、かつ、前記羽根が前記流路に沿って旋回するように前記ケーシングに回転自在に支持された円盤状のインペラーとを具備し、前記インペラーの羽根は、回転方向に対する迎え角が鋭角となるように、その入口側先端部が湾曲していることを特徴とする渦流ポンプを要旨とする。
【００１０】
なお、本明細書において「ポンプ」との語は、機械的手段によって液体または気体の作動流体を連続的に押し揚げ、押圧し、圧縮または排出する装置を意味し、ファン、ブロアおよび圧縮機を含むものとする。また、作動流体は気液二相流、固液二相流または固気二相流となっていてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図４を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
本発明の好ましい実施形態による渦流ポンプ１０は、外周縁部に沿って等間隔に配設された複数の羽根１６ａが形成された円盤状の部材から成るインペラー１６を包囲するケーシング１２を具備しており、ケーシング１２には、周方向に延びる流路２８が形成されている。インペラー１６は、その一方の端面（図３において右側の端面）の中心部から軸方向に延びる軸部（図示せず）を有しており、該軸部は、軸受（図示せず）を介してケーシング１２に回転軸線Ｏを中心として回転自在に支持されている。こうして、インペラー１６はケーシング１２内において、羽根１６ａが流路２８に沿って旋回するように回転可能となっている。なお、本実施形態では、ケーシング１２は仕切部１２ａを有しており、流路２８は回転軸線Ｏを見込む角度が約３３０°の円弧状に形成されている。
【００１２】
ケーシング１２には、仕切部１２ａを挟んで流路２８に連通する入口通路２０と出口通路２２とが形成されており、入口通路２０には渦流ポンプ１０の外部から液体または気体の作動流体が導入され、出口通路２２から渦流ポンプ１０において昇圧された作動流体が外部へ導出される。つまり、渦流ポンプ１０は、単に液体を圧送するための機械装置を意味するのではなく、気体を作動流体とするファン、ブロアおよび圧縮機を含んでいる。また、作動流体は気液二相流、固液二相流または固気二相流となっていてもよい。
【００１３】
本実施形態では、流路２８の概ね中心部には、該流路２８に沿って円弧状に延設されたシュラウドリング１４が配設されている。ケーシング１２の仕切部１２ａには貫通孔が形成されており、該貫通孔にシュラウドリング１４を嵌合させることにより、シュラウドリング１４はケーシング１２に固定されている。また、インペラー１６の羽根１６ａ先端部には、対面するシュラウドリング１４の外形部分に対して相補形の欠切部１６ｂが形成されている。シュラウドリング１４を設けることにより、流路２８はその半径方向断面形状が環状に形成される。これにより、流路２８はシュラウドリング１４とケーシング１２とにより画成される断面が環状の通路となり、従来技術による渦流ポンプで生じていた流路の中心領域または羽根の先端領域での不明瞭な流れが無くなり、この領域でのエネルギ損失が防止される。
【００１４】
また、ケーシング１２とシュラウドリング１４の間には、インペラー１６の羽根１６ａに対向するように、複数の案内羽根３０が等間隔に配設されている。案内羽根３０の前縁３０ａは、図１に示すように、接線Ｌｔに対して鋭角βを形成するように湾曲している。一方、案内羽根３０の後縁３０ｂの接線Ｌｔに対する角度γは略直角となっている。案内羽根３０を配設することにより、流路２８内の螺旋状の流れが円滑になり、渦流ポンプ１０の効率が高くなる。
【００１５】
更に、羽根１６ａの断面図である図４を参照すると、インペラー１６の羽根１６ａの入口側先端部１６ｄは、インペラー１６の回転方向に対する迎え角δが鋭角となるように前傾している。一方、案内羽根３０の後縁は周方向に対して略直角となっているので、インペラー１６の入口では、流れ３４は回転軸線Ｏに略沿う流れとなる。位置Ａでの速度三角形において、インペラー１６は周速Ｖで回転するので、インペラー１６の入口における相対的な流れは、図４の速度三角形で示す流速３２となる。入口側先端部１６ｄの迎え角δが鋭角となるように羽根１６ａが前傾してるために、羽根１６ａの入口側先端部１６ｄにおける接線Ｌと流速３２とが形成する流入角α′は、図４に示すように小さくなり、従来技術による渦流ポンプで生じていたような羽根１６ａの背面での剥離が防止される。
【００１６】
以上、渦流ポンプを一例として本発明を説明したが、本発明はファン、ブロア、圧縮機にも適用することが可能であることは当業者には理解されよう。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明によれば、記流路に沿ってシュラウドリングを配設して、前記流路の半径方向断面を環状に形成したことにより、従来技術による渦流ポンプで生じていた流路の中心領域または羽根の先端領域での不明瞭な流れが無くなり、この領域でのエネルギ損失が防止される。
【００１８】
請求項４に記載の本発明によれば、インペラーの羽根は、回転方向に対する迎え角が鋭角となるように、その入口側先端部が湾曲しているので、従来技術による渦流ポンプで生じていたような羽根の背面での剥離が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による渦流ポンプのインペラー、シュラウドリングおよび案内羽根を示した斜視図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による渦流ポンプの回転軸線に垂直な平面で破断したケーシングの断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による渦流ポンプの流路、インペラーおよびシュラウドリングの拡大断面図である。
【図４】図３の矢視線ＩＶ−ＩＶに沿うインペラーの断面を、インペラー入口における流れの速度三角形と共に示した図である。
【図５】従来技術による渦流ポンプの回転軸線に垂直な平面で切断した断面図である。
【図６】従来技術による渦流ポンプの回転軸線を含む平面で切断した断面図である。
【図７】従来技術による渦流ポンプの流路およびインペラーの拡大断面図である。
【図８】図７の矢視線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿うインペラーの断面を、インペラー入口および出口における流れの速度三角形と共に示した図である。
【符号の説明】
１０…渦流ポンプ
１２…ケーシング
１２ａ…仕切部
１４…シュラウドリング
１６…インペラー
１６ａ…羽根
２０…入口通路
２２…出口通路
３０…案内羽根

Claims

内部に流路を円周方向に形成したケーシングと、
周方向に等間隔に配設された複数の羽根を有し、かつ、前記羽根が前記流路に沿って旋回するように前記ケーシングに回転自在に支持された円盤状のインペラーとを具備し、
前記流路に沿ってシュラウドリングを配設して、前記流路の半径方向断面を環状に形成したことを特徴とする渦流ポンプ。
前記シュラウドリングと前記ケーシングとの間に複数の案内羽根を配設したことを更に特徴とする請求項１に記載の渦流ポンプ。
前記インペラーの羽根は、回転方向に対する迎え角が鋭角となるように、そのが入口側先端部が湾曲していることを更に特徴とする請求項１または２に記載の渦流ポンプ。
内部に流路を円周方向に形成したケーシングと、
周方向に等間隔に配設された複数の羽根を有し、かつ、前記羽根が前記流路に沿って旋回するように前記ケーシングに回転自在に支持された円盤状のインペラーとを具備し、
前記インペラーの羽根は、回転方向に対する迎え角が鋭角となるように、その入口側先端部が湾曲していることを特徴とする渦流ポンプ。
前記流路に沿ってシュラウドリングを配設して、前記流路の半径方向断面を環状に形成したことをを更に特徴とする請求項４に記載の渦流ポンプ。
前記シュラウドリングと前記ケーシングとの間に複数の案内羽根を配設したこと更に特徴とする請求項４または５に記載の渦流ポンプ。