JP2006063961A - ターボポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】オリフィスを設けたインデューサ付きターボポンプにおいて、運転条件の変改に対応して容易にオリフィスの絞り比を変更可能にする。
【解決手段】ターボポンプに属する遠心ポンプ１０に備えられたインデューサ１８の直前の、吸込口２２にオリフィス２４を設ける。オリフィス２４は、それぞれ開口を有する固定部２６と可動部２８を含む。固定部と可動部の開口の重なりの程度によりオリフィス２４の絞り比が変化し、可動部２８を移動させることにより適切な絞り比に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心ポンプ、斜流ポンプなどのターボポンプであって、特にインデューサを備えたターボポンプに関する。

ターボポンプには、その吸込性能（ＮＰＳＨ）を改善するために、インペラ（多段ポンプの場合には初段のインペラ）の直前に軸流インペラであるインデューサを設けたものが知られている。インデューサを備えたターボポンプにおいては、設計点を外れた小流量域領域で運転される場合、インデューサの周辺の流体の脈動を原因とする振動、騒音が発生することが知られている。インデューサ周辺の脈動を抑えるために、下記特許文献１においては、オリフィスを設けている。

米国特許第４１５０９１６号明細書

前述の特許文献に記載されたポンプのように、オリフィスを設けた場合、オリフィスによって流路が絞られるために、ポンプの吸込口における圧力損失が生じる。オリフィスが設けられた部分の吸込管径Ｄに対するオリフィス径ｄの比である絞り比（ｄ／Ｄ）が小さいと、脈動の抑制効果が高いが、圧力損失が大きくなり常用運転域において吸込性能を低下させてしまう。逆に絞り比が大きいと、圧力損失は小さくなるものの、脈動の抑制効果は低下する。

絞り比は、ポンプの運転条件からあらかじめ決定するか、または設置した状態で試運転を行い、適切な値を決定し、その絞り比のオリフィスを装着している。しかし、運転条件が変わると、再度適切なオリフィスに交換しなければならなかった。

本発明は、オリフィスを備えたインデューサ付きターボポンプにおいて、運転条件の変化に容易に対応可能とする。

本発明のインデューサを備えたターボポンプは、ポンプ吸込口に設けられたオリフィスの絞り比を変更可能としたものである。さらに、絞り比を制御する制御部を有するものとすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の遠心ポンプ１０の断面図である。ケーシング１２内には、シャフト１４に固定され、支持されたインペラ１６が位置している。インペラ１６は、シャフト１４を介してモータ等の駆動装置（不図示）に回転駆動される。シャフト１４の、インペラ１６のより前方、すなわち流れの上流側の位置には、このシャフト１４にインデューサ１８が固定されている。このインデューサ１８もシャフト１４を介して駆動装置に駆動される。吸込管２０の、インデューサの前方、すなわちポンプ１０の吸込口２２には、オリフィス２４が設けられている。オリフィス２４は、吸込管２０に対して固定されている固定部２６と、固定部２６に対して移動可能な可動部２８を含む。

図２は、オリフィス２４の詳細を示した図である。そして、（ａ）は吸込管２０の軸方向より固定部２６、可動部２８を見た状態を示した図であり、（ｂ）は可動部２８を抜き出して示した図である。固定部２６の開口２６ａと、可動部２８の開口２８ａは、同一の形状を有し、これらが一致する位置に可動部２８が位置するときにオリフィス２４の開口面積は最大となる。図２（ａ）は、可動部２８が、開口２６ａ，２８ａが一致する位置より下に下がった状態を示しており、二つの開口２６ａ，２８ａがずれているために、オリフィス２４の開口は小さくなっている。

オリフィス２４の開口は、運転条件によって変更される。流量がそれほど小さくならない使用環境においては、オリフィス２４の開口面積を大きくする。具体的には、可動部２８の開口２８ａを、固定部２６ａの開口にそろえるようにする。また、流量が小さくなることがたびたび起こり、その際の脈動の影響が大きいような運転条件においては、可動部と固定部の開口２８ａ，２６ａをずらすようにして、オリフィス２４の開口面積を小さくする。このようにオリフィス開口面積を、ポンプ、配管系の交換作業なしで変更することができるので、運転条件の変化に柔軟に対応することができる。

図３は、本発明の他の実施形態の遠心ポンプ３０の断面図である。前述の遠心ポンプ１０と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。遠心ポンプ３０において、可動部２８は、ロッド３２を介して、アクチュエータを含む制御部３４に接続されている。可動部２８は、この制御部３４によって、吸込管２０と直交する方向に駆動される。吸込管２０には、流量センサ３６が設けられ、これにより検出された吸込管内を流れる流量、すなわちポンプの流量は、制御部３４に送られる。制御部３４には、流量と、その流量に適した絞り比の関係を示すテーブルが記憶されており、検出された流量に対応した絞り比となるように、制御部３４のアクチュエータが可動部２８を駆動する。具体的には、設計点付近の運転時にはオリフィス開口面積は大きくされ、設計点から外れ流量が小さくなったときは、オリフィス開口面積は小さくされる。オリフィス開口面積は、大小の２値のいずれかをとるようにしてもよく、連続的な値をとるように制御することもできる。

このように、オリフィス開口面積、すなわち絞り比を自動的に制御することにより、流量が大きくなったときは、圧力損失を低減して、ポンプの効率を高めると共に、流量が小さくなったときには脈動を抑制して、これに起因する振動、騒音などの発生を防止することができる。

図３は、本発明の他の実施形態の遠心ポンプ４０の断面図である。前述の遠心ポンプ１０，３０と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。遠心ポンプ４０においては、吸込管２０に、吸込管内の圧力を検出する圧力センサ４２が設けられ、検出値が制御部４４に送られる。制御部４４は、前述の制御部３４と同様にオリフィスの可動部２８を駆動するアクチュエータを含んでいる。制御部４４は、圧力センサ４２の出力に基づき、吸込管２０内で圧力脈動が発生しているか、または脈動の振幅が所定値以上となっているかを判断する。脈動が判定された場合、制御部４４は、可動部２８を、オリフィス開口面積が小さくなるように所定量移動させる。移動後も脈動が判定された場合はさらに移動させ、これが繰り返される。脈動が判定されなくなってから所定時間経過すると、再び開口面積を大きくするように、可動部２８が制御部４４により所定量移動される。脈動が判定されるか、または開口面積が最大となるまで、これが繰り返される。

吸込管２０の脈動の発生を直接検出して、これに基づき制御を行うので、より適切に脈動を抑制することができ、振動、騒音などの発生を防止することができる。

図５は、オリフィスの他の構成例を示す図である。オリフィス４６は、オリフィス２４の固定部２６、可動部２８にそれぞれ対応する固定部４８、可動部５０を備えている。固定部４８、可動部５０の開口４８ａ，５０ａは方形である。図５（ａ）は、オリフィス４６を、吸込管２０の軸方向に見た図であり、（ｂ）は、可動部５０のみを示した図である。オリフィス４６は、その開口の形状が前述のオリフィス２４と異なるのみであり、その他の構成および動作についてはオリフィス２４と同様である。

本実施形態の遠心ポンプ１０の概略構成を示す断面図である。 オリフィスの詳細構成を示す図である。 他の実施形態の遠心ポンプ３０の概略構成を示す断面図である。 さらに他の実施形態の遠心ポンプ４０の概略構成を示す断面図である。 オリフィスの他の構成例を示す図である。

符号の説明

１０，３０，４０ 遠心ポンプ、１８ インデューサ、２０ 吸込管、２２ 吸込口、２４，４６ オリフィス、２６ 固定部、２８ 可動部、３４，４４ 制御部、３６ 流量センサ、４２ 圧力センサ。

Claims (3)

1. インデューサを備えたターボポンプであって、ポンプ吸込口に絞り比を変更可能なオリフィスを有する、ターボポンプ。
2. 請求項１に記載のターボポンプであって、さらに、
   ポンプの流量を検出する流量センサと、
   前記流量と、あらかじめ関連づけられた流量と絞り比の関係とに基づき、絞り比を制御する制御部と、
   を有する、ターボポンプ。
3. 請求項１に記載のターボポンプであって、さらに、
   ポンプの吸込管内の脈動を検出する脈動センサと、
   前記脈動が検出されたとき、絞り比を小さくする制御部と、
   を有する、ターボポンプ。
   

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