JP2005320869A - 吸込ケーシング、吸込流路構造および流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】流体機械への流体の吸込みに用いられる吸込ケーシングで、流体に旋回流を生じさせる予旋回型の吸込ケーシングについて、キャビテーション発生領域の偏りを有効に防止して内部流路の形状の単純化を図る。
【解決手段】吸込ケーシング３は、流体機械の回転軸１に直交するように上流側で設置される吸込流路２に接続する内部流路４を有し、かつこの内部流路４は、回転軸に直交する状態の旋回流を流体に生じせる渦巻状に形成されている。このような吸込ケーシングの内部流路に整流板１２設けるようにしている。この整流板は、内部流路での流体の旋回流における流量を旋回中心側と旋回外周側について配分する整流作用と内部流路による旋回流の旋回方向への転向を流体に生じさせる整流作用を負っている。そしてこれらの整流作用により内部流路において整った旋回流を形成し易くし、キャビテーション発生領域の偏りを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸に装着の羽根車の回転により流体を昇圧させる流体機械への流体の吸い込みに用いられる吸込ケーシングないし吸込流路構造、およびそれを用いた例えばポンプや圧縮機あるいは送風機などの流体機械に関する。

流体機械への流体の吸い込みに用いられる吸込流路構造は、大型の場合にはコンクリート構造物などとして形成される吸込流路に流体機械の接続部品などとして形成される吸込ケーシングを接続して形成されるのが一般的である。このような吸込流路構造には、流体機械の回転軸の中心線を通り、吸込流路における流体機械へ向けての流体の流れ方向に沿う線分である第１の基準線に平行な流れで流体が流体機械の吸入口まで導かれるタイプである非予旋回型と、吸込ケーシングに設けられた旋回部により流体機械の回転軸に直交する状態の旋回流、つまり回転軸ないしこの回転軸の延長線の周りを旋回する状態の旋回流を流体に生じさせるタイプである予旋回型がある。

図６に従来における非予旋回型の代表的な構成を示す。非予旋回型の吸込流路構造では、流体機械へ向けての流れにおける上流側で流体機械の回転軸１０１に直交するように設置される吸込流路１０２と吸込ケーシング１０３の内部における内部流路１０４がともに第１の基準線Ｃ１（これは回転軸１０１の中心線を通るとともに吸込流路１０２または内部流路１０４の高さ方向の中心位置を通り、吸込流路１０２や内部流路１０４における流体機械へ向けての流体の流れ方向に沿う線分であり、これに直交する線分が第２の基準線Ｃ２となる）に対して対称となるように形成される。すなわち、吸込流路１０２と内部流路１０４は、それぞれの中心線が第１の基準線Ｃ１に実質的に重なるように設置される。このため吸込流路１０２を基準線Ｃ１に平行な状態で流れてくる流体は吸込流路１０２と吸込ケーシング１０３との接続部である吸込ケーシング１０３の吸込口１０５を通過した後もそのまま基準線Ｃ１に平行な流れで内部流路１０４を流れ、そして回転軸１０１に装着の羽根車１０６へ流体を吸い込ませる吸込口に至ってそこから吸い込まれる。

このような非予旋回型の吸込流路構造で導かれる流体は、内部流路１０４の最下流部に設置のバッフル部１０７による干渉を受けながら基準線Ｃ１に対して左右両方向から羽根車吸込口に流れ込む状態となり、羽根車吸込口での流体の流入角度と羽根車吸込口の角度に食い違いを発生させる領域が存在する。その結果、キャビテーションの発生領域に偏りを生じ、ひいては大きな振動や騒音を発生し易くなるという問題を伴う。

図７に従来における予旋回型の代表的な構成を示す。予旋回型の吸込流路構造では、吸込ケーシング１１１の内部流路１１２に渦巻状に形成の旋回部１１３が設けられ、この旋回部１１３により回転軸１０１に直交する状態の旋回流を流体に生じさせる。このため流体は旋回部１１３の最下流部に設置のバッフル部１１４の干渉を受けながら羽根車１０６の吸込口において一方向から流れ込む状態で吸い込まれる。

このような予旋回型吸込流路構造は、非予旋回型におけるキャビテーション発生領域の偏りという問題を避けることができる。しかし予旋回型吸込流路構造には、非予旋回型におけるように吸込流路と内部流路を第１の基準線Ｃ１に対して対称となるように形成することが困難であるという問題がある。すなわち図８に示す例のように、吸込流路１０２と吸込ケーシング１１５の内部流路１１６を対称構造に形成すると、吸込流路１０２と内部流路１１６で導かれる流体が抵抗を受けることなく羽根車１０６の吸入口へと流れ、そのために回転軸１０１に沿う方向へ急激に曲がる流れＡを発生する一方で、回転軸１０１を横切る状態の流れＢも発生する。その流れＡは羽根車１０６の吸入口１１７で剥離し易く、一方流れＢは回転軸１０１の背面部に後流を生じて吸入口１１７に二次流れをもたらすこととなり、その結果、吸入口１１７での流れの一様性が損なわれることになる。

このため従来の予旋回型吸込流路構造にあっては、図７に見られるように、吸込流路１０２と内部流路１１２を第１の基準線Ｃ１に対して非対称に、つまり偏心させた状態に形成することで羽根車１０６の吸入口での流れの一様性を得られるのようにするのが一般的であった。このような非対称構造の場合、吸込流路１０２と内部流路１１２の接続部１０５をかなり上流側に設ける必要があり、そのために吸込ケーシング１１１が大型になるという問題があった。また内部流路１１２の旋回部１１３における渦巻形状に複雑な曲線を必要とし、その設計や加工ないし施工が複雑になりコスト増につながるという問題もあった。

また予旋回型吸込流路構造については、図８の流れＡや流れＢの発生を抑えて流れの一様性を高めるために、内部流路１１２での流体の流れに対する抵抗として働く要素を内部流路１１２の下流部分に設ける構造も知られている。例えば特許文献１における「突出部」や特許文献２における「傘型膨出部」などのその例である。しかしこれらの要素だけでは必要な流れの一様性を保つのに必ずしも十分でなく、したがって図７の例のように吸込流路と内部流路を非対称に形成せざるを得ないことになる。

以上のような非予旋回型吸込流路構造や予旋回型吸込流路構造については、特許文献１や特許文献２の他に特許文献３に開示の例なども知られている。

特公昭６３−４４９６０号公報 特開平１１−１４８４９８号公報 特開昭５１−１４２１０１号公報

上述のように流体機械における吸込流路構造には非予旋回型と予旋回型がある。そして非予旋回型は、吸込流路と吸込ケーシングの内部流路を対称型とすることができ、したがって内部流路の形状を設計や加工ないし施工が容易である単純なもので済ませることができるという利点があるものの、キャビテーション発生領域の偏りが発生し易いという欠点がある。一方、予旋回型は、キャビテーション発生領域の偏りという問題は避けられるものの、羽根車の吸入口での流れの一様性を高めるために吸込流路と内部流路を非対称に形成する必要があり、その結果として内部流路の形状が複雑化して設計や加工ないし施工についてのコスト増をもたらすという問題を残している。

本発明は、このような従来の事情を背景になされたものであり、キャビテーション発生領域の偏りを有効に避けることができるとともに、内部流路の形状の単純化も可能とする吸込ケーシングと吸込流路構造およびそれらを用いた流体機械の提供を目的としている。

上記目的のために本発明では、回転軸に装着の羽根車の回転により流体を昇圧させる流体機械に前記流体を吸い込ませるために設けられ、前記流体の前記流体機械へ向けての流れにおける上流側で前記回転軸に直交するように設置の吸込流路に接続される内部流路を有し、かつこの内部流路は、前記流体機械の回転軸に直交する状態の旋回流を前記流体に生じさせる渦巻状に形成されている吸込ケーシングにおいて、前記内部流路での前記流体の旋回流における流量を前記旋回流の旋回中心側と旋回外周側について配分する機能を有するとともに、前記内部流路での前記旋回流の旋回方向への転向を前記吸込流路から前記内部流路に流入の流体に生じさせる機能を有する整流板が前記内部流路の入口近傍に設けられていることを特徴としている。

また本発明では、上記のような吸込ケーシングについて、前記整流板に加えて、前記整流板におけるのと同様な流体転向機能を主に有する補助整流板を前記整流板に平行する状態で設けるようにしている。

また本発明では、上記のような吸込ケーシングについて、前記整流板は、円弧状の整流面を有するように形成するようにしている。

また本発明では、上記のような吸込ケーシングについて、前記内部流路は、前記流体に前記旋回流を生じさせる旋回部と、この旋回部で旋回流とされた流体を前記流体機械の吸入口に導く導入部を有するものとし、前記導入部の上流側端に、前記回転軸の軸線方向に向けて突出する状態にしたベルマウス部を設けるようにしている。

また本発明では上記目的のために、回転軸に装着の羽根車の回転により流体を昇圧させる流体機械に前記流体を吸い込ませるために設けられ、前記流体の前記流体機械へ向けての流れにおける上流側で前記回転軸に直交するように設置の吸込流路に接続される内部流路を有し、かつこの内部流路は、前記流体機械の回転軸に直交する状態の旋回流を前記流体に生じさせる渦巻状に形成されている吸込ケーシングにおいて、前記内部流路は、前記流体に前記旋回流を生じさせる旋回部と、この旋回部で旋回流とされた流体を前記流体機械の吸入口に導く導入部を有し、前記導入部の上流側端には、前記回転軸の軸線方向に向けて突出する状態にしたベルマウス部が設けられており、前記ベルマウス部は、前記旋回部における流体の流れにおける上流側から下流側に向けて突出高さが徐々に低くなるようにされ、かつ上流側の最高突出部の突出高さと下流側の最低突出部の突出高さは、前記最高突出部にあって前記ベルマウス部の下端と前記内部流路の壁面で規定されるの流路幅をｂとし、前記最低突出部にあって前記ベルマウス部の下端と前記内部流路の壁面で規定されるの流路幅をｃとした場合に、前記ｂ：ｃが１：１．１〜１：１．２の範囲となるような関係にされていることを特徴としている。

また本発明では上記目的のために、回転軸に装着の羽根車の回転により流体を昇圧させる流体機械に前記流体を吸い込ませるために設けられており、前記流体の前記流体機械へ向けての流れにおける上流側で前記回転軸に直交するように設置の吸込流路と、前記吸込流路に一端側を接続させ、他端側を前記流体機械に接続させる吸込ケーシングとを有し、前記吸込ケーシングは、前記吸込流路に接続される内部流路を有し、かつこの内部流路は、前記流体機械の回転軸に直交する状態の旋回流を前記流体に生じさせる渦巻状に形成されている吸込流路構造において、前記吸込流路と前記内部流路は、前記回転軸の中心線を通るとともに前記吸込流路または前記内部流路の高さ方向の中心位置を通り、前記吸込流路における前記流体機械へ向けての流体の流れ方向に沿う線分である第１の基準線にそれぞれの中心線が実質的に重なる状態に設けられ、前記内部流路には、前記内部流路での前記流体の旋回流における流量を前記旋回流の旋回中心側と旋回外周側について配分する機能を有するとともに、前記内部流路での前記旋回流の旋回方向への転向を前記吸込流路から前記内部流路に流入の流体に生じさせる機能を有する整流板が設けられていることを特徴としている。

また本発明では上記目的のために、回転軸に装着の羽根車の回転により流体を昇圧させる流体機械において、上記のような吸込ケーシングまたは吸込流路構造を備えることを特徴としている。

本発明における整流板は、内部流路の上流側において内部流路での流体の旋回流における流量を旋回中心側と旋回外周側について配分する整流作用を発揮するとともに、内部流路の上流側において内部流路における旋回流の旋回方向へ流体を転向する整流作用を発揮する。そしてこのような整流作用により内部流路において整った旋回流を形成し易くなる。この結果、キャビテーション発生領域の偏りを防止するのに有効な旋回流、すなわち整っており一様性が高い旋回流を得るのに、対称構造にした吸込流路と内部流路を用いることができ、それに伴って内部流路の渦巻形状を比較的単純な形状で済ませることが可能となり、その設計や加工ないし施工が容易になる。

また本発明では、内部流路における導入部の上流側端で突出させて設けられるベルマウス部の突出高さを上流側から下流側に向けて徐々に低くなるようにし、そして上流側の最高突出部の突出高さと下流側の最低突出部の突出高さが一定の関係を満足するように形成している。このため本発明によれば、流体機械の吸入口における流れの一様性を高めてキャビテーション発生領域の偏りを有効に防止できるようになる。

以下、本発明を実施する上で好ましい形態について説明する。図１と図２に第１の実施形態による吸込流路構造の構成を模式化して示す。図１は、吸込流路構造を平面方向で断面した状態の図であり、図２は、図１中の基準線Ｃ１に沿って断面した状態の図である。本実施形態における吸込流路構造は、流体機械へ向けての流れにおける上流側で流体機械の回転軸１に直交するように設置される吸込流路２に吸込ケーシング３を組み合わせて形成されている。

吸込ケーシング３にはその内部に内部流路４が設けられている。内部流路４は、吸込流路２で導かれてくる流体に回転軸１と直交する状態の旋回流つまり回転軸１ないしこの回転軸１の延長線の周りを回転する状態の旋回流を生じさせるように渦巻状、つまり上流側から下流側に向けて徐々に流路断面積を縮小させながら湾曲する状態に形成した旋回部５と、この旋回部５で旋回流とされた流体を流体機械の吸込口６（図２）に導く導入部７（図２）を有している。また内部流路４には、バッフル部８（図１のみに現れる）、ベルマウス部９（図２のみに現れる）、センターコーン部１１（図２のみに現れる）および整流板１２と補助整流板１５が設けられている。なお図２中では整流板１２と補助整流板１５の図示を省略してある。

バッフル部８は、旋回部５を流下する流体に旋回部５の最下流で干渉して流体の旋回量を調整する機能を負っている。そのためにバッフル部８は、内部流路４の壁面の一部を概略楔形にして突出させた状態で形成されている。またバッフル部８は、内部流路４の終端つまり旋回部５の終端付近に設けられており、第１の基準線Ｃ１（これは回転軸１の中心線を通るとともに吸込流路２または内部流路４の高さ方向の中心位置を通り、吸込流路２や内部流路４における流体機械へ向けての流体の流れ方向に沿う線分である）と第２の基準線Ｃ２（これは第１の基準線Ｃ１に直交する線分である）で区切られる４つの空間領域の内で内部流路４の最上流に位置する空間領域に位置させられている。

このようなバッフル部８による旋回量調整機能は、その先端の位置に大きく影響される。すなわち、バッフル部８の先端位置を、バッフル部８の先端と回転軸１の中心を水平方向で結ぶ線分が第２の基準線Ｃ２となす角度θで表わすとした場合に、この角度θ小さすぎると流体機械の羽根車１３（羽根車１３は前縁部１３ａを有している）への吸入口６全周での旋回量が過大となってしまい、逆に角度θが大きすぎる旋回部５での旋回を十分にとることができなくなってしまう。このことについて解析した結果、バッフル部８の先端は角度θが４５度から９０度の範囲内の位置にあることが望ましいことが判っている。

ベルマウス部９は、上で説明した図８における流れＡや流れＢの発生を防止する機能を負っている。そのためにベルマウス部９は、回転軸１の周りをベルマウス形に囲む円環形状を呈するように形成され、本実施形態ではその円環の高さは均一となるようにされている。より具体的にいうと、ベルマウス部９は、回転軸１に沿う状態となる導入部７の最上流の端部において内部流路４の壁面の一部を回転軸１の軸線方向に向けて高さ均一な円環状に突出させた構造で形成されている。

センターコーン部１１は、内部流路４での流れを導入部７の方向に向けて上向きに転向させる機能を負っており、回転軸１に沿う状態にして内部流路４の壁面をコーン形状に突出させて形成されている。

内部流路４に整流板１２と補助整流板１５を設ける構成は本発明の大きな特徴の一つである。整流板１２は、内部流路４での流体の旋回流における流量を旋回流の旋回中心側流れ（図１中に示す矢印Ｆ１）と旋回外周側流れ（図１中に示す矢印Ｆ２）について配分する機能を負うとともに、内部流路４での旋回流の旋回方向への転向を吸込流路２から内部流路４に流入の流体に生じさせる機能を負っている。そのために整流板１２は、円弧状の整流面１２ｆを両面に有するよう湾曲形状の板として形成され、内部流路４の入口つまり吸込流路２と内部流路４の接続部である内部流路４の吸込口１４の近傍において内部流路４をそこでの流体の流れ方向に沿って分割する状態に設置されている。ここで、図の例では内部流路４をほぼ２分割する状態で整流板１２を設置しているが、この設置状態は上記の流量配分における配分割合の設定に応じて変えられることになる。

補助整流板１５の主たる機能は、整流板１２におけるのと同様な流体転向機能、つまり吸込流路２から内部流路４に流入の流体に内部流路４での旋回流の旋回方向への転向を生じさせる機能である。すなわち補助整流板１５は、整流板１２による流体転向機能を補完するように機能し、これにより吸込流路２から内部流路４へ流入する流体の旋回流への転向がさらに一層滑らかになされるようになる。この補助整流板１５は、整流板１２と同様に、円弧状の整流面１５ｆを両面に有するよう湾曲形状の板として形成され、図の例においては、整流板１２に平行する状態で設けられているが、この設置状態すなわち設置位置及び湾曲形状は、整流板１２及びバッフル８との位置関係及び形状に応じて変更することとなる。

本発明の大きな特徴の他の一つは、吸込流路２と内部流路４がともに対称構造とされていることである。すなわち、吸込流路２と内部流路４をそれぞれの中心線２ｃ、４ｃが第１の基準線Ｃ１に実質的に重なるように設置する構成である。この構成は、後述するように、整流板１２と補助整流板１５を設ける構成と関連している。

以上のような第１の実施形態による吸込流路構造では、吸込流路２から吸込口１４を経て内部流路４に流入する流体は、まず吸込口１４の近傍において整流板１２により、
内部流路４での流体の旋回流における流量を旋回流の旋回中心側流れと旋回外周側流れについて配分する整流作用を受けるとともに、整流板１２と補助整流板１５により、内部流路４の旋回部５における旋回流の旋回方向へ転向する整流作用を受ける。そしてこれらの整流作用により旋回部５において整った旋回流を形成し易くなる。このことは以下のような効果をもたらす。すなわちキャビテーション発生領域の偏りを防止するのに有効な旋回流、つまり整っており一様が高い旋回流を得るのに、対称構造にした吸込流路２と内部流路４を用いることができ、これに伴って図１の例のように旋回部５の渦巻形状を比較的単純な形状で済ませることが可能となり、その設計や加工ないし施工が容易となる。

整流板１２や補助整流板１５による整流作用を受けた流体は、旋回流となって旋回部５を流下しながらセンターコーン部１１による上向きの転向を受けつつ導入部７に流入し、流体機械の羽根車１３へその吸入口６から吸い込まれる。また流体はこのように流れの間に、ベルマウス部９による干渉で抵抗を受ける。このベルマウス部９が与える抵抗は、図８における流れＡや流れＢの発生を抑制して吸入口６での流体の流れを一様化するのに働き、これが上記した整流板１２や補助整流板１５の整流作用による整った旋回流の生成と協働することで、流体の流れの一様化をさらに高めることができるようになる。

図３と図４に第２の実施形態による吸込流路構造の構成を示す。本実施形態の吸込流路構造は、基本的には第１の実施形態におけるそれと同様である。以下では第１の実施形態と相違する構成要素について主に説明する。なお第１の実施形態における吸込流路構造と共通する構成要素については図中に同一の符号で示している。

本実施形態が第１の実施形態と相違する点は、図１におけるバッフル部８に対応する要素としてバッフル部２１を設け、図１におけるベルマウス部９に対応する要素としてベルマウス部２２を設けていることである。

バッフル部２１は、その突出高さがバッフル部８のそれよりも低くされている。具体的には図１のバッフル部８がその先端部を羽根車１３の輪郭に若干重ねる高さとされているのに対し、バッフル部２１は、その先端部が羽根車１３の輪郭から若干離れる高さとされている。またバッフル部２１は、その概略楔形形状における先端部をバッフル部８のそれよりも鈍角にされている。具体的にはバッフル部２１の先端部の角度は、図３中に点線で示したバッフル部８の鋭角的な先端部を若干カットして得られる角度状態とされている。このようなバッフル部２１は、旋回量調整機能における流体に対する干渉を緩やかなものとし、干渉に起因する旋回流の乱れをより少なくすることができる。こうしたバッフル部２１の利点をより有効に発揮させるには、バッフル部２１を旋回部５の渦巻形状に沿った円弧状に形成し、またその先端部の稜線も円弧状となるようにするのが好ましい。以上のようなバッフル部２１についても、バッフル部８と同様に、その先端の位置は角度θが４５度から９０度の範囲内にあることが望ましい。

ベルマウス部２２は、基本的な構成としてはベルマウス部９と同様で、その突出高さが旋回流の上流側から下流側に向けて徐々に低くなる非対称構造とされている点でベルマウス部９と相違している。このようなベルマウス部２２によると、旋回部５の上流部分ではベルマウス部２２の突出高さの高い部分２２ａにて大きな抵抗を流体に与えることができ、このことにより図８における流れＡや流れＢの発生をより効果的に防止できる。そしてその一方で、旋回部５の下流部分ではベルマウス部２２の突出高さの低い部分２２ｂにて相対的に小さな抵抗を流体が受けることになり、したがって羽根車１３の吸入口６への流体の吸入をよりスムーズに行わせることができるようになる。

以上のような非対称構造のベルマウス部２２による効果は、羽根車１３の吸入口６の流路面積ｄ（これは実効的には回転軸１が占める部分を除いた部分となる）に対するベルマウス部２２の下部における流路面積（ベルマウス部２２の先端とこれに対向する内部流路４の壁面で規制される流路幅で与えられる流路面積）の比に影響される。すなわち吸入口流路面積ｄに対してベルマウス部下部流路面積が狭すぎる場合、具体的には吸入口流路面積ｄに対するベルマウス部下部流路面積、特に図４中に符号ｂで示してある流路幅で与えられる流路面積の比が３より小さい場合には、ベルマウス部２２の下部における流速が速くなりすぎて損失の増大を招き、逆に吸入口流路面積ｄに対してベルマウス部下部流路面積が広すぎる場合、具体的には吸入口流路面積ｄに対するベルマウス部下部流路面積の比が４より大きい場合には、非対称構造のベルマウス部２２による効果を得られなくなる。したがって、吸入口流路面積ｄに対するベルマウス部下部流路面積の比が１：３〜１：４の範囲となるようにベルマウス部２２の突出高さ（これは平均の突出高さ）を設定するのが好ましいことになる。

またベルマウス部２２における突出高さが最も高い部分２２ａに対する突出高さが最も低い部分２２ｂの高さの比、つまり突出高さが最も高い部分２２ａの先端とこれに対向する内部流路４の壁面で規制される流路幅ｂに対する突出高さが最も低い部分２２ｂの先端とこれに対向する内部流路４の壁面で規制される流路幅ｃの比も非対称構造のベルマウス部２２による効果に影響する。すなわち最高突出部におけるベルマウス部下部流路幅ｂに対する最低突出部におけるベルマウス部下部流路幅ｃの比が大きすぎる場合、具体的には１．２より大きい場合には、最高突出部２２ａでの抵抗が大きくなりすぎ、その一方で最低突出部２２ｂでの吸入口６への流れ込みが相対的に多くなってしまい、吸入口６の全周にわたる一様性が損なわれてしまう。逆にベルマウス部下部流路幅ｂに対するベルマウス部下部流路幅ｃの比が小さすぎる場合、具体的には１．１より小さい場合には、最高突出部２２ａでの抵抗が小さくなりすぎ、その一方で最低突出部２２ｂでの吸入口６への流れ込みが相対的に少なくなってしまい、同じく吸入口６の全周にわたる一様性が損なわれてしまう。したがって、ベルマウス部下部流路幅ｂに対するベルマウス部下部流路幅ｃの比が１：１．１〜１：１．２の範囲となるようにベルマウス部２２の突出高さを設定するのが好ましいことになる。なお流路幅ｂや流路幅ｃは、ベルマウス部下部における当該部分の流路面積を与えることになる。したがって流路幅ｂや流路幅ｃは、ベルマウス部下部における当該部分の流路面積と言い換えてもよいことになる。

ここで、以上の各実施形態では片吸込渦巻ポンプに関する例を取り上げ、それについて便宜上、回転軸が吸込ケーシングの内部まで貫通した構造として説明したが、本発明は羽根車の吸込口における流れの一様化が必要となる流体機械であればどのような流体機械であっても適用可能である。

次に第３の実施形態について説明する。本実施形態は第２の実施形態による吸込流路構造を立型片吸込多段ポンプに適用した例である。図５に本実施形態における立型片吸込多段ポンプの要部の構成を示す。立型片吸込多段ポンプは、上下の各端部をラジアル軸受３１で支持された回転軸３２を備えており、この回転軸３２に複数段（図の例では４段）で装着された羽根車３３（羽根車３３は前縁部３３ａを有している）の回転で昇圧するようになっている。より具体的には、一つの羽根車３３で昇圧された流体はディフューザ３４を回転軸３２の側から半径方向外向きに通過し、さらにリターン３５を通過することで半径方向内向きの流れに転向されて次段の羽根車３３の入口へと導かれることを繰り返しながら羽根車３３による昇圧を受ける。そして最終段の羽根車３３で昇圧された高圧の流体はディフューザ３４を経て吐出しケーシング３６で回収され吐出し口（図示を省略）へと導かれる。

この立型片吸込多段ポンプには、第２の実施形態による吸込流路構造における吸込ケーシング３が一体的な部品として組み付けられ、この吸込ケーシング３に吸込口１４を介して吸込流路２を接続するようにされている。これら吸込ケーシング３と吸込流路２による吸込流路構造の詳細は、第２の実施形態におけるそれと同一であるので上での説明を援用する。

本発明は、流体機械における流体の吸込みに関してキャビテーション発生領域の偏りを抑制し、また予旋回型の吸込ケーシングにおける内部流路の形状を単純化することができる。このような本発明は、流体機械の分野に広く適用することができる。

第１の実施形態による吸込流路構造の構成を平面方向で断面した状態で模式化して示す図である。 図１中の第１の基準線に沿う断面状態を示す図である。 第２の実施形態による吸込流路構造の構成を平面方向で断面した状態で模式化して示す図である。 図３中の第１の基準線に沿う断面状態を示す図である。 第３の実施形態による立型片吸込多段ポンプの要部の構成を示す図である。 従来における非予旋回型の吸込流路構造の構成を平面方向で断面した状態で模式化して示す図である。 従来における予旋回型の吸込流路構造の構成を平面方向で断面した状態で模式化して示す図である。 従来における他の例による予旋回型の吸込流路構造の構成を立面方向で断面した状態で模式化して示す図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ 吸込流路
３ 吸込ケーシング
４ 内部流路
５ 旋回部
６ 吸入口
７ 導入部
９ ベルマウス部
１２ 整流板
１２ｆ 整流面
１３ 羽根車
１５ 補助整流板

Claims (7)

1. 回転軸に装着の羽根車の回転により流体を昇圧させる流体機械に前記流体を吸い込ませるために設けられ、前記流体の前記流体機械へ向けての流れにおける上流側で前記回転軸に直交するように設置の吸込流路に接続される内部流路を有し、かつこの内部流路は、前記流体機械の回転軸に直交する状態の旋回流を前記流体に生じさせる渦巻状に形成されている吸込ケーシングにおいて、
   前記内部流路での前記流体の旋回流における流量を前記旋回流の旋回中心側と旋回外周側について配分する機能を有するとともに、前記内部流路での前記旋回流の旋回方向への転向を前記吸込流路から前記内部流路に流入の流体に生じさせる機能を有する整流板が前記内部流路の入口近傍に設けられていることを特徴とする吸込ケーシング。
2. 前記整流板に加えて、前記整流板におけるのと同様な流体転向機能を主に有する補助整流板が前記整流板に平行する状態で設けられている請求項１に記載の吸込ケーシング。
3. 前記整流板は、円弧状の整流面を有するように形成されている請求項１または請求項２に記載の吸込ケーシング。
4. 前記内部流路は、前記流体に前記旋回流を生じさせる旋回部と、この旋回部で旋回流とされた流体を前記流体機械の吸入口に導く導入部を有し、前記導入部の上流側端には、前記回転軸の軸線方向に向けて突出する状態にしたベルマウス部が設けられている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の吸込ケーシング。
5. 回転軸に装着の羽根車の回転により流体を昇圧させる流体機械に前記流体を吸い込ませるために設けられ、前記流体の前記流体機械へ向けての流れにおける上流側で前記回転軸に直交するように設置の吸込流路に接続される内部流路を有し、かつこの内部流路は、前記流体機械の回転軸に直交する状態の旋回流を前記流体に生じさせる渦巻状に形成されている吸込ケーシングにおいて、
   前記内部流路は、前記流体に前記旋回流を生じさせる旋回部と、この旋回部で旋回流とされた流体を前記流体機械の吸入口に導く導入部を有し、前記導入部の上流側端には、前記回転軸の軸線方向に向けて突出する状態にしたベルマウス部が設けられており、前記ベルマウス部は、前記旋回部における流体の流れにおける上流側から下流側に向けて突出高さが徐々に低くなるようにされ、かつ上流側の最高突出部の突出高さと下流側の最低突出部の突出高さは、前記最高突出部にあって前記ベルマウス部の下端と前記内部流路の壁面で規定されるの流路幅をｂとし、前記最低突出部にあって前記ベルマウス部の下端と前記内部流路の壁面で規定されるの流路幅をｃとした場合に、前記ｂ：ｃが１：１．１〜１：１．２の範囲となるような関係にされていることを特徴とする吸込ケーシング。
6. 回転軸に装着の羽根車の回転により流体を昇圧させる流体機械に前記流体を吸い込ませるために設けられており、前記流体の前記流体機械へ向けての流れにおける上流側で前記回転軸に直交するように設置の吸込流路と、前記吸込流路に一端側を接続させ、他端側を前記流体機械に接続させる吸込ケーシングとを有し、前記吸込ケーシングは、前記吸込流路に接続される内部流路を有し、かつこの内部流路は、前記流体機械の回転軸に直交する状態の旋回流を前記流体に生じさせる渦巻状に形成されている吸込流路構造において、
   前記吸込流路と前記内部流路は、前記回転軸の中心線を通るとともに前記吸込流路または前記内部流路の高さ方向の中心位置を通り、前記吸込流路における前記流体機械へ向けての流体の流れ方向に沿う線分である第１の基準線にそれぞれの中心線が実質的に重なる状態に設けられ、前記内部流路には、前記内部流路での前記流体の旋回流における流量を前記旋回流の旋回中心側と旋回外周側について配分する機能を有するとともに、前記内部流路での前記旋回流の旋回方向への転向を前記吸込流路から前記内部流路に流入の流体に生じさせる機能を有する整流板が設けられていることを特徴とする吸込流路構造。
7. 回転軸に装着の羽根車の回転により流体を昇圧させる流体機械において、
   請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の吸込ケーシングまたは請求項６に記載の吸込流路構造を備えたことを特徴とする流体機械。
   

Images