JP2004353655A - 遠心羽根車 - Google Patents

Abstract

【課題】 遠心流体機械の遠心羽根車の高効率化を実現しながら、遠心羽根車の量産用の金型を簡易化して生産効率を高め、さらに低騒音ポンプの実現も合わせて図ることができる羽根車を提供する。
【解決手段】 遠心流体機械、例えば遠心ポンプにおいて、遠心羽根車１の羽根圧力面６を二次元曲面形状とし、羽根負圧面７を三次元曲面形状とし、羽根車ハブ３側の羽根厚み１９を羽根車後面シュラウド５側の羽根厚み１９より厚くし、かつ、羽根厚み１９を羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に徐々に薄くしたことにより、遠心羽根車１の羽根入口角１６を羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に向かって徐々に小さくした遠心羽根車１である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、遠心ポンプなどの遠心流体機械に有する遠心羽根車の構造に関し、特に遠心ポンプの遠心羽根車の構造に関する。

図１に示す遠心流体機械である遠心ポンプの遠心羽根車１では、図４および図５に示すように、流体を羽根間流路１０に流れる流体をスムーズに流すことができ、かつ、遠心羽根車１の効率を高効率なものに実現するために、羽根４への無衝突流入条件を確保するために羽根入口角１６を入口流れ角１７に合わせることおよび羽根間流路１０における衝突による損失の発生を少なくすることが重要である。

一方、普通の遠心ポンプはその性能上の考慮から、遠心羽根車１の羽根入口１１の半径を羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に向かって徐々に大きくする必要がある。そこで、遠心羽根車１の羽根入口角１６を羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に向かって徐々に小さくするように遠心羽根車１を設計しなければならない。その結果、図３と図４に示すように、現状では遠心羽根車１の羽根圧力面６と羽根負圧面７とが羽根高さ１８の方向に捻られている三次元曲面形状の羽根４を用いたものが多く使用されている。

しかし、このような三次元曲面形状の羽根４を持つ遠心羽根車１を量産する時、特に樹脂製羽根車を量産する場合に、遠心羽根車１の羽根４が羽根高さ１８の方向に捻られているため、遠心羽根車１を量産用の金型から取り出しにくい。それで、三次元曲面形状の羽根４を持つ遠心羽根車１の量産は、金型が複雑になっている上に、生産効率も悪くなっているのが現状である。

一方、従来の遠心羽根車１の場合、特に樹脂製羽根車の場合は、遠心羽根車１が量産用の金型から取り出しやすくするために、図５に示すように、遠心羽根車１の羽根圧力面６が羽根負圧面７と共に二次元曲面形状になっているものが殆どである。しかし、このように羽根４の形状を二次元曲面形状にすると、遠心羽根車１の羽根入口角１６は入口流れ角１７と合わなくなり、羽根４への大きな衝突損失が生じることとなり、羽根間流路１０における損失も大きな損失となって発生すると考えられている。このために二次元曲面形状をした羽根４からなる遠心羽根車１において高効率化を実現することは難しかった。

特願２００２−１１９７６４（平成１４年４月２２日出願） 「ターボ機械」、第３１巻、１０号（２００３年１０月号）、p２２〜２８、日本工業出版（株）

本発明が解決しようとする課題は、遠心羽根車の高効率化を実現しながら、遠心羽根車の量産用の金型を簡易化して生産効率を高め、さらに低騒音ポンプの実現も合わせて図ることができる羽根車を提供することである。

本発明では、遠心羽根車１の羽根間流路１０に流れる流体をスムーズに流せて、遠心羽根車１の高効率化を実現するため、遠心羽根車１の羽根入口１１における流れの羽根４への無衝突流入が非常に重要である。
そこで、上記の課題を解決するための本発明の手段は、遠心羽根車１を有する遠心流体機械、例えば遠心ポンプにおいて、遠心羽根車１の羽根圧力面６を二次元曲面形状とし、羽根負圧面７を三次元曲面形状とし、羽根車ハブ３側の羽根厚み１９を羽根車後面シュラウド５側の羽根厚み１９より厚くし、かつ、羽根厚み１９を羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に徐々に薄くしたことにより、遠心羽根車１の羽根入口角１６を羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に向かって徐々に小さくしたことを特徴とする遠心羽根車１である。

さらに、遠心羽根車１は、羽根車後面シュラウド５側の羽根入口半径をｒ１ｓとし、羽根車後面シュラウド５側の羽根出口半径をｒ２ｓとするとき、羽根半径ｒがｒ１ｓ＋（ｒ２ｓ−ｒ１ｓ）２／３より小さい羽根４の部分において、羽根厚み１９を羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に徐々に薄くしたことにより、遠心羽根車１の羽根入口角１６を羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に向かって徐々に小さくしたことを特徴とする上記の手段の遠心羽根車１である。

さらに、遠心羽根車１は、羽根車ハブ３のみを有し羽根車後面シュラウド５を無くしたセミオープン遠心羽根車、又は羽根車ハブ３を短くし、さらに羽根車後面シュラウド５を無くしたフルオープン遠心羽根車からなることを特徴とする上記のいずれかの手段の遠心羽根車１である。

上記の手段の構成とすることにより、遠心羽根車１の高効率化および低騒音化が実現でき、しかも遠心羽根車１の形状が金型から取り出しやすい形状になっているため、遠心羽根車１を量産する金型も簡易化でき、遠心羽根車１の生産効率を一層に高めることができる。

以上に説明したように、従来の羽根圧力面および羽根負圧面の形状を共に三次元曲面形状とした羽根車をもつ遠心流体機械と比べ、本発明の羽根圧力面の形状を二次元曲面形状とし、羽根負圧面を三次元曲面形状とした羽根を有する遠心羽根車を採用することによって、本発明の遠心羽根車は遠心流体機械の全効率を低下することなく、しかも量産用の金型から取り出しやすい形状となっており、このため羽根車の量産用の金型形状を簡易化することができ、遠心羽根車を量産する生産効率も高めることができるなど、本発明は優れた効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して説明する。添付の図面において、図１は遠心羽根車１を有する遠心ポンプの断面図である。図２は本発明の一実施の形態の遠心羽根車１の構造を説明する模式図である。図３は他の実施の形態の遠心羽根車の一部断面図である。図４は羽根入口速度を示す三角形を説明する図である。図５は従来の三次元曲面形状の遠心羽根車１の構造を説明する模式図である。図６は従来の二次元曲面形状の遠心羽根車１の構造を説明する模式図である。図７は本発明の遠心羽根車１を持つ遠心ポンプと従来の三次元曲面形状の遠心羽根車１を持つ遠心ポンプの性能を比較するグラフで、揚水量Ｑに対する全揚程Ｈとポンプの入力の関係を示すグラフである。図８は本発明の遠心羽根車１を持つ遠心ポンプと従来の三次元曲面形状の遠心羽根車１を持つ遠心ポンプの性能を比較するグラフで、揚水量Ｑに対するポンプ効率の関係を示すグラフである。図９は本発明の遠心羽根車１を持つ遠心ポンプと従来の三次元曲面形状の遠心羽根車１を持つ遠心ポンプの騒音を比較して示すグラフである。

本発明の遠心流体機械の一実施の形態である遠心ポンプは、図１に示すように、汲み上げる液体を吸込むポンプ吸込口８と液体を吐出するポンプ吐出口９をケーシング２０に有し、ケーシング２０内に渦巻室２を有する。この渦巻室２内にはモータにより回転される遠心羽根車１が配設されている。遠心羽根車１の回転により渦巻室２に羽根入口１１から吸い込まれた液体は渦巻室２の周辺部の羽根出口１２からポンプ吐出口９を通じて吐出される。この遠心ポンプは、図２に示すように、この遠心羽根車１の羽根入口１１は羽根入口ハブ側半径１３と羽根入口中間部半径１４と羽根入口シュラウド側半径１５の大きさを有し、羽根４の羽根圧力面６は二次元曲面形状からなり、羽根４の羽根負圧面７は三次元曲面形状からなっている。さらに羽根車ハブ３側の羽根厚み１９は羽根車後面シュラウド５側の羽根厚み１９に比して厚く形成されており、かつ、この羽根厚み１９は羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に向かって徐々に薄くなっている。このようにすることで、遠心羽根車１の羽根入口角１６は羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に向かって徐々に小さく形成される。

さらに、本発明の遠心流体機械の他の実施の形態である遠心ポンプは、羽根車後面シュラウド５側の羽根入口１１の半径１５をｒ１ｓとし、羽根車後面シュラウド５側の羽根出口１２の半径すなわち羽根出口後面シュラウド側半径２１をｒ２ｓとするとき、羽根半径ｒがｒ１ｓ＋（ｒ２ｓ−ｒ１ｓ）２／３より小さい羽根４の部分において、羽根厚み１９を羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に徐々に薄くしたものである。このようにすることで、さらに遠心羽根車１の羽根入口角１６は羽根車ハブ３側から羽根車後面シュラウド５側に向かって徐々に小さく形成されることとなる。

さらに、本発明の遠心流体機械のさらに他の実施の形態である遠心ポンプの遠心羽根車１は、図３（ａ）に示すように羽根車ハブ３のみを有し、羽根車後面シュラウド５を無くしたセミオープンの遠心羽根車１、又は図３（ｂ）に示すように、羽根車ハブ３を羽根を取付け得る範囲でできるだけ短くし、かつ、羽根車後面シュラウド５を無くしたフルオープンの遠心羽根車１である。このセミオープンの遠心羽根車１又はフルオープンの遠心羽根車１は固形物又は繊維物等のスラリーを汲みあげる遠心ポンプとするものであり、これらの遠心羽根車１は、羽根車ハブ３が長く、かつ、羽根車後面シュラウド５を有する遠心羽根車１に比べ固形物又は繊維物等のスラリーが詰まりにくい。

遠心羽根車１の形状を上記のような形状とすることで、遠心羽根車１は量産用の金型から取り出しやすくなっている。このために遠心羽根車１の量産用の金型形状を簡易化することができ、この結果、遠心羽根車１の生産の効率化を図ることができる上に、羽根入口角１６を入口流れ角１７に合わせることができて遠心羽根車１の高効率化の実現を図ることができる。

遠心ポンプとしての遠心羽根車１の１種は、本発明の遠心羽根車１であり、羽根４の羽根圧力面６は二次元曲面形状からなり、かつ、羽根４の羽根負圧面７は三次元曲面形状からなるものである。一方、他の１種は従来の遠心羽根車１で、その羽根４は羽根圧力面６および羽根負圧面７が共に三次元曲面形状からなる羽根形状である。これらの２種の遠心羽根車１の羽根形状は異なっているが、その他の条件はすべて同じである。図２は本発明の遠心羽根車１の構造の断面図を示し、図５は、従来の三次元遠心羽根車１の構造の断面図を示している。

この本発明の実施例における遠心羽根車１の主要諸元を示すと、以下の通りである。
遠心羽根車１の外径はφ１２７．０ｍｍ、羽根出口１２における羽根角度は２５.００°、羽根出口１２における羽根高さ１８は１１．０ｍｍ、羽根出口１２における羽根厚み１９は５．０ｍｍ、羽根入口１１のハブ側の羽根角度は３３．３４°、羽根入口１１の中間部の羽根角度は２６．６１°、羽根入口１１の後面シュラウド側の羽根角度は２１．００°、羽根入口ハブ側半径１３は２３．０ｍｍ、羽根入口中間部半径１４は２７．７ｍｍ、羽根入口後面シュラウド側半径１５は３２．５ｍｍ、羽根枚数は５枚である。

図７は本発明の遠心羽根車１を装備した遠心ポンプと、従来の遠心羽根車１を装備した遠心ポンプとの実測性能を比較して示すグラフで、揚水量Ｑ［Ｌ／ｍｉｎ］に対する全揚程Ｈ［ｍ］と、揚水量Ｑ［Ｌ／ｍｉｎ］に対する入力［Ｗ］の関係を示す。図８は本発明の遠心羽根車１を装備した遠心ポンプと、従来の遠心羽根車１を装備した遠心ポンプとの実測性能を比較して示すグラフで、揚水量Ｑ［Ｌ／ｍｉｎ］に対するポンプ効率［％］の関係を示す。本発明の遠心羽根車１をもつ遠心ポンプの全効率は、従来の三次元遠心羽根車をもつ遠心ポンプの全効率とほぼ同じ程度に達し、本発明形状の遠心羽根車１を採用することによって、遠心羽根車１の高効率化が実現されることがわかる。本発明の遠心羽根車１は上記したように、量産用の金型から取り出しやすい形状になっているため、本発明の遠心羽根車１の量産用の金型形状も簡易化でき、この結果、本発明の遠心羽根車１を量産する生産効率化を図ることができた。

図９は本発明の遠心羽根車１を装備した遠心ポンプの実測騒音と従来の遠心羽根車１を装備した遠心ポンプの実測騒音を比較して示すグラフで、実測騒音は流量［Ｌ／ｍｉｎ］と騒音値［ｄＢ］で示す。本発明の遠心羽根車１をもつ遠心ポンプの騒音は、従来の三次元の遠心羽根車１をもつ遠心ポンプの騒音と比べ遥かに静音となっていることがわかる。

（ａ）は遠心羽根車を有する遠心ポンプを一部断面で示す側面図で、（ｂ）は遠心ポンプを断面で示す正面図である。 本発明の遠心羽根車の構造を示し、（ａ）は羽根車の側面形状を示し、（ｂ）は羽根車の正面形状を示す模式図ある。 他の形態の遠心羽根車の一部断面図を示し、（ａ）はセミオープン羽根車を有する遠心ポンプの一部断面図を示し、（ｂ）はフルオープン羽根車を有する遠心ポンプの一部断面図を示す模式図である。 羽根入口の速度三角形を説明する図である。 従来の三次元形状の遠心羽根車の構造を示し、（ａ）は羽根車の側面形状を示し、（ｂ）は羽根車の正面形状を示す模式図ある。 従来の二次元形状の遠心羽根車の構造を示し、（ａ）は羽根車の側面形状を示し、（ｂ）は羽根車の正面形状を示す模式図ある。 本発明の遠心羽根車を持つ遠心ポンプと従来の三次元形状の羽根車を持つ遠心ポンプの性能を比較するグラフで、揚水量Ｑに対する全揚程Ｈとポンプの入力の関係を示すグラフである。 本発明の遠心羽根車を持つ遠心ポンプと従来の三次元形状の羽根車を持つ遠心ポンプの性能を比較するグラフで、揚水量Ｑに対するポンプ効率の関係を示すグラフである。 本発明の遠心羽根車を持つ遠心ポンプと従来の三次元形状の羽根車を持つ遠心ポンプの騒音を比較するグラフで、流量に対する騒音値の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 遠心羽根車
２ 渦巻室
３ 羽根車ハブ
４ 羽根
５ 羽根車後面シュラウド
６ 羽根圧力面
７ 羽根負圧面
８ ポンプ吸込口
９ ポンプ吐出口
１０ 羽根間流路
１１ 羽根入口
１２ 羽根出口
１３ 羽根入口ハブ側半径
１４ 羽根入口中間部半径
１５ 羽根入口後面シュラウド側半径
１６ 羽根入口角
１７ 入口流れ角
１８ 羽根高さ
１９ 羽根厚み
２０ ケーシング
２１ 羽根出口後面シュラウド側半径

Claims (3)

1. 遠心羽根車を有する遠心流体機械において、遠心羽根車の羽根圧力面を二次元曲面形状とし、羽根負圧面を三次元曲面形状とし、羽根車ハブ側の羽根厚みを羽根車後面シュラウド側の羽根厚みより厚くし、かつ、羽根厚みを羽根車ハブ側から羽根車後面シュラウド側に徐々に薄くしたことにより、遠心羽根車の羽根入口角を羽根車ハブ側から羽根車後面シュラウド側に向かって徐々に小さくしたことを特徴とする遠心羽根車。
2. 遠心羽根車は、羽根車後面シュラウド側の羽根入口半径をｒ１ｓとし、羽根車後面シュラウド側の羽根出口半径をｒ２ｓとするとき、羽根半径ｒがｒ１ｓ＋（ｒ２ｓ−ｒ１ｓ）２／３より小さい羽根部分において、羽根厚みを羽根車ハブ側から羽根車後面シュラウド側に徐々に薄くしたことにより、遠心羽根車の羽根入口角を羽根車ハブ側から羽根車後面シュラウド側に向かって徐々に小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の遠心羽根車。
3. 遠心羽根車は、羽根車ハブのみを有し羽根車後面シュラウドを無くしたセミオープン遠心羽根車又は羽根車ハブを短くしかつ羽根車後面シュラウドを無くしたフルオープン遠心羽根車からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遠心羽根車。

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