JP2008095649A - Multistage diffuser pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多段ディフューザポンプに係り、特に案内羽根の流路と戻り羽根の流路とを仕切る円板状仕切りを備えた多段ディフューザポンプに好適なものである。 The present invention relates to a multistage diffuser pump, and is particularly suitable for a multistage diffuser pump provided with a disk-like partition that partitions a guide vane flow path and a return vane flow path.
多段ディフューザポンプの振動騒音を低減するための手法として、ケーシングに作用する流体加振力を低減することが挙げられる。流体加振力を低減する方法として、羽根車の出口と案内羽根の入口との間隙を大きくして振動騒音を低減する手法(従来技術1)や、羽根車出口を3次元にスキューをつけてひねり、案内羽根と羽根車との干渉を緩和して振動騒音を低減する手法(従来技術2)が知られている。 As a technique for reducing the vibration noise of the multistage diffuser pump, reducing the fluid excitation force acting on the casing can be mentioned. As a method of reducing the fluid excitation force, a method of reducing vibration noise by increasing the gap between the exit of the impeller and the entrance of the guide vane (conventional technique 1), or skewing the impeller exit in three dimensions. A technique (prior art 2) is known that reduces vibration noise by twisting, relieving interference between guide vanes and impellers.
また、流体加振力を低減するための別の手法として、特開平5−14120号公報(特許文献1)に開示されているように、羽根車の羽根ピッチをずらして振動騒音を低減する手法がある(従来技術3)。 Further, as another method for reducing the fluid excitation force, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-14120 (Patent Document 1), a method of reducing vibration noise by shifting the blade pitch of the impeller. (Prior Art 3).
しかし、上記従来技術1、2では、多段ディフューザポンプを振動させるもととなる流体加振力を低減させるものであり、振動騒音の低減を大きく図ろうとすると、ポンプ効率が低下してしまうという問題があった。即ち、従来技術1で、案内羽根の入口と羽根車の出口との間隙を大きくすると、振動騒音を低減することができるが、ポンプ効率が低下するおそれがあった。また、従来技術2で、羽根車出口を3次元にスキューをつけ過ぎると、ポンプ効率が低下するおそれがあった。
However, in the
また、従来技術3では、多段ディフューザポンプを振動させるもととなる半径方向の流体加振力を低減させるものであり、軸方向の流体加振力の低減については配慮されていない。 Further, in the prior art 3, the radial fluid excitation force that causes the multistage diffuser pump to vibrate is reduced, and no consideration is given to reducing the axial fluid excitation force.
本発明の発明者らは、多段ディフューザポンプの流体構造連成解析を行ったところ、騒音に最も影響があるのは、半径方向の流体加振力ではなく、軸方向の流体加振力であるということが分かった。即ち、羽根車5の外周端面開口から外方に流出される流体に乱流が発生し、この乱流が案内羽根6と戻り羽根7に挟まれた円板状仕切り9を覆うように流れることによって、この円板状仕切り9を境として軸方向に不均一な圧力差が発生し、この不均一な圧力差によって円板状仕切り9に対する軸方向の大きな流体加振力が発生することが分かった。
The inventors of the present invention conducted a fluid-structure interaction analysis of the multistage diffuser pump, and it was not the radial fluid excitation force but the axial fluid excitation force that most affected the noise. I understood that. That is, a turbulent flow is generated in the fluid flowing out from the outer peripheral end face opening of the
しかし、従来の一般的な多段ディフューザポンプでは、側板と案内羽根と円板状仕切りと戻り羽根とを一体に成形して羽根組み立て品を構成し、この羽根組み立て品の芯を出すため、この羽根組み立て体の側板と円筒ケーシングとを接合していた。このため、円板状仕切りが円筒ケーシングに対して軸方向に拘束され、円板状仕切りに発生する軸方向の大きな流体加振力が円筒ケーシングに直接伝達され、円筒ケーシングを振動させて大きな騒音が発生していた。 However, in the conventional general multi-stage diffuser pump, the side plate, the guide vane, the disc-shaped partition and the return vane are integrally formed to form a vane assembly, and this vane assembly is centered. The side plate of the assembly and the cylindrical casing were joined. For this reason, the disk-shaped partition is restrained in the axial direction with respect to the cylindrical casing, and the large axial fluid excitation force generated in the disk-shaped partition is directly transmitted to the cylindrical casing, causing the cylindrical casing to vibrate and generating large noise. Had occurred.
本発明の目的は、ポンプ効率を低減することなく、騒音を低減することが可能な多段ディフューザポンプを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a multi-stage diffuser pump capable of reducing noise without reducing pump efficiency.
前述の目的を達成するために、本発明は、回転軸に軸方向に多段に装着された羽根車と、前記羽根車への流路を形成する円筒ケーシングと、前記羽根車の外周から流出される流体を外方に案内する案内羽根と、前記案内羽根の外周から流出される流体を内周側に導く戻り羽根と、前記案内羽根の流路と前記戻り羽根の流路とを仕切る円板状仕切りと、を備えた多段ディフューザポンプにおいて、前記円板状仕切りは前記円筒ケーシングに対して軸方向に微小範囲で移動可能に設置されている構成にしたことにある。 In order to achieve the above-described object, the present invention provides an impeller mounted in multiple stages in the axial direction on a rotating shaft, a cylindrical casing forming a flow path to the impeller, and an outer periphery of the impeller. Guide vanes that guide the fluid flowing outward, return vanes that guide the fluid flowing out from the outer circumference of the guide vanes to the inner circumference, and a disc that partitions the guide vane channel and the return vane channel In the multistage diffuser pump provided with a partition, the disk-shaped partition is configured to be installed so as to be movable in a small range in the axial direction with respect to the cylindrical casing.
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
(1)前記円筒ケーシングは前記羽根車の各段に対応して複数に分割され、前記分割された円筒ケーシングと前記戻り羽根と前記案内羽根とは一体に形成されたケーシング組み立て品で構成され、前記円板状仕切りは前記ケーシング組み立て品の間に独立して軸方向に微小隙間を有して設置されていること。
(2)前記分割された円筒ケーシングは円筒壁と仕切り壁とを有し、前記戻り羽根及び前記案内羽根は前記分割された円筒ケーシングの仕切り壁の両側に一体に形成され、前記円板状仕切りは、隣接するケーシング組み立て品の一方の前記戻り羽根と他方の前記案内羽根との間に独立して軸方向に微小隙間を有して設置されていること。
(3)前記円板状仕切りの周方向の回転を阻止する手段を備えたこと。
(4)前記円板状仕切りの径方向の移動を阻止する手段を備えたこと。
(5)前記円板状仕切りの周方向の回転を阻止する手段及び前記円板状仕切りの径方向の移動を阻止する手段は、前記分割された円筒ケーシングの円筒壁の内周面に周方向に複数形成した係合突起と、前記円板状仕切りの外周縁部に複数形成した係合溝とを、周方向及び径方向に移動不可で且つ軸方向に移動可能とするように係合して構成されていること。
(6)前記係合突起は前記分割された円筒ケーシングの円筒壁と前記戻り羽根の外周端部と一体に連結するように形成されていること。
(7)少なくとも一組の羽根車の周方向取り付け位置の位相が前後で0.47ピッチ以上0.53ピッチ以下の範囲内でずれていること。
A more preferable specific configuration example of the present invention is as follows.
(1) The cylindrical casing is divided into a plurality corresponding to each stage of the impeller, and the divided cylindrical casing, the return vane, and the guide vane are configured as a casing assembly formed integrally. The disk-shaped partition is installed between the casing assemblies independently with a minute gap in the axial direction.
(2) The divided cylindrical casing has a cylindrical wall and a partition wall, and the return blade and the guide blade are integrally formed on both sides of the partition wall of the divided cylindrical casing, and the disk-shaped partition Is installed with a small gap in the axial direction independently between one return blade and the other guide blade of the adjacent casing assembly.
(3) Provided with means for preventing rotation of the disk-shaped partition in the circumferential direction.
(4) Means for preventing radial movement of the disk-shaped partition was provided.
(5) Means for preventing rotation of the disk-shaped partition in the circumferential direction and means for blocking radial movement of the disk-shaped partition are arranged circumferentially on the inner peripheral surface of the cylindrical wall of the divided cylindrical casing. A plurality of engaging projections formed on the outer peripheral edge of the disk-shaped partition and engaged with each other so as to be immovable in the circumferential direction and the radial direction and movable in the axial direction. Configured.
(6) The engaging protrusion is formed so as to be integrally connected to a cylindrical wall of the divided cylindrical casing and an outer peripheral end portion of the return blade.
(7) The phase of the circumferential mounting position of at least one pair of impellers is deviated within a range of 0.47 pitch or more and 0.53 pitch or less in the front and rear.
本発明によれば、ポンプ効率を低減することなく、騒音を低減することが可能な多段ディフューザポンプを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the multistage diffuser pump which can reduce noise can be provided, without reducing pump efficiency.
以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態で用いる同一符号は同一物または相当物を示す。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の多段ディフューザポンプ50を図1から図4を用いて説明する。図1は本発明の第1実施形態の多段ディフューザポンプ50の縦断面図、図2は図1の要部の拡大図、図1の多段ディフューザポンプ50のケーシング組み立て品60と円板状仕切り9との関係を示す分解斜視図、図4は図1の多段ディフューザポンプ50の騒音レベルの低減効果を表す図である。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals used in the embodiments indicate the same or equivalent.
(First embodiment)
A
本実施形態の多段ディフューザポンプ50は、外側円筒ケーシング1、回転軸4、羽根車5、内側円筒ケーシング8、側板10、案内羽根6、戻り羽根7、円板状仕切り9及び係合突起11などを備えて構成されている。
The
外側円筒ケーシング1は、多段ディフューザポンプ50の吸込み流路2及び吐出し流路3とを形成している。吸込み流路2は1段目の羽根車5の吸込み側に連通され、吐出し流路3は最終段の羽根車5の吐出し側に連通されている。回転軸4は、外側円筒ケーシング1内に水平に配置されると共に、回転自在に支持されている。本実施形態の多段ディフューザポンプ50は横型ポンプである。
The outer cylindrical casing 1 forms the
羽根車5は回転軸4に軸方向に多段に装着されている。図示例では、羽根車5は5段に設置されているが、それよりも多くても少なくても本発明は適用可能である。羽根車5は、流体を中央開口から吸込んで外周端面開口から半径方向の外方に流出するように構成されている。
The
内側円筒ケーシング8は、羽根車5と外側ケーシング1との間に配置されて羽根車5への吸込み流路及び吐出し流路を形成するものであり、羽根車5の各段に対応して軸方向に多段に分割されている。分割された内側円筒ケーシング8は円筒壁81と仕切り壁82とを有している。
The inner cylindrical casing 8 is disposed between the
案内羽根6は、円板状仕切り9と側板10との間に位置して、羽根車5の外周から流出される流体を外方に案内するものである。この案内羽根6は、羽根車5の外周外方に延びると共に、回転軸4及び羽根車5に同心となるように設置されている。この案内羽根6の外径は、内側円筒ケーシング8の円筒壁81の内径より小径となっている。
The
側板10は、内側円筒ケーシング8の仕切り壁82と案内羽根6との間に設置され、羽根車5の外周から流出される流体を外方へ導くためのものである。
The
戻り羽根7は、内側円筒ケーシング8の仕切り壁82と円板状仕切り9と間に位置して、案内羽根6の外周から流出される流体を次段の羽根車5の吸込み側に導くものである。この戻り羽根7は、案内羽根6及び羽根車5の裏側(次段の羽根車側)に位置して外周側から内周側に延びると共に、回転軸4、羽根車5及び案内羽根6に同心となるように設置されている。この戻り羽根7の外径は、内側円筒ケーシング8の円筒壁81の内径より小径となっている。図示例では、案内羽根6及び戻り羽根7が共に7枚の例であるが、これらが7枚より多くても少なくても本発明は適用可能である。
The
内側円筒ケーシング8、側板10、案内羽根6、戻り羽根7及び係合突起11は、鋳物などで一体に形成されてケーシング組み立て品60を構成している。側板10は内側円筒ケーシング8の仕切り壁82の一側に一体に形成され、この案内羽根6は側板10に一体に形成されている。戻り羽根7は内側円筒ケーシング8の仕切り壁82の他側に一体に形成されている。換言すれば、案内羽根6及び戻り羽根7は、内側円筒ケーシング8の仕切り壁82の両側に位置して一体に形成されている。一体構成とすることによって、内側円筒ケーシング8の仕切り壁82の強度向上を図りつつ、側板10、案内羽根6及び戻り羽根の芯出しの精度を向上することができる。
The inner cylindrical casing 8, the
ケーシング組み立て品60は、側板10の外周面に内側円筒ケーシング8の円筒壁81の内周面を嵌合することにより、軸方向に連結されて設置されている。これによって、内側円筒ケーシング8の芯出し精度を向上することができる。
The casing assembly 60 is connected and installed in the axial direction by fitting the inner peripheral surface of the cylindrical wall 81 of the inner cylindrical casing 8 to the outer peripheral surface of the
円板状仕切り9は、案内羽根6の流路と戻り羽根7の流路とを仕切るものであり、内側円筒ケーシング8に対して軸方向に微小範囲で移動可能に設置されている。即ち、この円板状仕切り8は、各ケーシング組み立て品60の間に独立して軸方向に微小隙間を有して、具体的には、隣接するケーシング組み立て品60の一方の戻り羽根7と他方の案内羽根6との間に独立して軸方向に微小隙間を有して設置されている。
The disc-shaped
この円板状仕切り9の外径は内側円筒ケーシング8の円筒壁81の内径より小径となっており、案内羽根6の外周外方の空間と戻り羽根7の外周外方の空間とが円板状仕切り9の外周外方の空間を介して連通されている。これによって、羽根車5から流出された流体は、円板状仕切り9の一側の面に沿って外方へ流れ、連通部を通った後に、円板状仕切り9の他側の面に沿って内方へ流れる。
The outer diameter of the disk-shaped
内側円筒ケーシング8の円筒壁81の内周面には周方向に係合突起11が複数形成され、円板状仕切り9の外周縁部には係合突起11の外形に合致した内形の係合溝12が複数形成されている。係合突起11と係合溝12とは、周方向及び径方向の移動を不可とすると共に軸方向に移動可能とするように係合され、円板状仕切り9の周方向の回転を阻止する手段及び径方向の移動を阻止する手段を構成している。
A plurality of engaging
係合突起11は内側円筒ケーシング8の円筒壁81と戻り羽根6の外周端部とを一体に連結するように形成されている。これによって、係合突起11及び案内羽根6の強度を高めることができる。
The engaging
係る構成の多段ディフューザポンプ50を運転すると、流体は、外側円筒ケーシング1の吸込み流路2及び内側円筒ケーシング8の吸込み側を通って1段目の羽根車5の中央開口に吸込まれ、羽根車5の外周端面開口から案内羽根6に流出される。流出された流体は、円板状仕切り9の一側の面に沿って案内羽根6の流路を外方へ流れ、内側円筒ケーシング8の円筒壁81と円板状仕切り9と間の連通部を通った後に、円板状仕切り9の他側の面に沿って戻り羽根7の流路を内方へ流れる。戻り羽根7の流路を流れた流体は、2段目の羽根車5の中央開口から羽根車5に吸込まれ、以下同様の動作が各段で図2の矢印に示すように行われた後、外側円筒ケーシング1の吐出し流路3から吐出される。
When the
従来技術の欄で説明したように、羽根車5の外周端面開口から外方に流出される流体に乱流が発生し、この乱流が案内羽根6と戻り羽根7に挟まれた円板状仕切り9を覆うように流れることによって、この円板状仕切り9を境として軸方向に不均一な圧力差が発生し、この不均一な圧力差によって円板状仕切り9に対する軸方向の大きな流体加振力が発生する。
As described in the section of the prior art, turbulent flow is generated in the fluid that flows out from the outer peripheral end face opening of the
本実施形態では、円板状仕切り9が内側円筒ケーシング8に対して軸方向に微小範囲で移動可能に設置されているので、円板状仕切り9に対する軸方向の流体加振力を円板状仕切り9の軸方向の移動で吸収することができる。これによって、軸方向の流体加振力が内側円筒ケーシング8に直接伝わることなく、内側円筒ケーシング8の軸方向の振動が抑えられ、騒音を低減することができる。
In the present embodiment, since the disk-shaped
本実施形態の多段ディフューザポンプ50の振動解析を行い、騒音レベルの低減効果を評価した結果について図4を参照しながら説明する。図4の横軸は多段ディフューザポンプ50における騒音レベルが卓越する周波数を表している。Nはポンプ回転周波数,Zはポンプ羽根枚数である。NZ周波数では逆に騒音レベルが若干増えてしまうが、その他の周波数成分では騒音レベルが大幅に減少しており,トータルで騒音レベルが大幅に減少しているのが分かる。
The vibration analysis of the
また、本実施形態のように円板状仕切り9を独立して移動可能としても、案内羽根6と内側円筒ケーシング8とを固定した関係に維持しているので、羽根車5の外周端面と案内羽根6の内周端面との隙間を狭くすることが可能であり、十分なポンプ効率を確保することができる。
Further, even if the disk-
多段ディフューザポンプ50の運転時に円板状仕切り9が周方向に回転すると、案内羽根6及び戻り羽根7の流路に影響を与え、ポンプの性能を劣化させる可能性がある。本実施形態では、円板状仕切り9の周方向の回転を阻止する手段を簡単な構成で備えているので、コストアップを抑制しつつポンプの性能を確保することができる。
If the disk-shaped
また、多段ディフューザポンプ50の運転時に円板状仕切り9が径方向に動くと、円板状仕切り9と羽根車5との間の摺動部の隙間が増大して漏れ損失が増え、ポンプ性能が劣化する可能性がある。本実施形態では、円板状仕切り9の半径方向の移動を阻止する手段を簡単な構成で備えているので、コストアップを抑制しつつポンプの性能を確保することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態の多段ディフューザポンプ50について説明する。この第2実施形態は、次に述べる点で第1実施形態と相違するものであり、その他の点については第1実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
Further, if the disk-shaped
(Second Embodiment)
Next, the
この第2実施形態では、第1実施形態に加えて更に軸方向の流体加振力を低減するために、少なくとも一組の羽根車5の周方向取り付け位置の位相を前後で0.47ピッチ以上0.53ピッチ以下の範囲内でずらしたものである。これによって、図5に示すように軸方向の流体加振力をさらに低減できる。この低減方法は、ポンプの容量、回転数に無関係でありであり、多段ディフューザポンプに適用可能である。
In this second embodiment, in addition to the first embodiment, in order to further reduce the axial vibration exciting force, the phase of the circumferential mounting position of at least one set of
1…外側円筒ケーシング、2…吸込み流路、3…吐出し流路、4…回転軸、5…羽根車、6…案内羽根、7…戻り羽根、8…内側円筒ケーシング、9…円板状仕切り、10…側板、11…係合突起、12…係合溝、50…多段ディフューザポンプ、60…ケーシング組み立て品、81…円筒壁、82…仕切り壁。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Outer cylindrical casing, 2 ... Suction flow path, 3 ... Discharge flow path, 4 ... Rotating shaft, 5 ... Impeller, 6 ... Guide vane, 7 ... Return vane, 8 ... Inner cylindrical casing, 9 ...
Claims (8)
前記羽根車への流路を形成する円筒ケーシングと、
前記羽根車の外周から流出される流体を外方に案内する案内羽根と、
前記案内羽根の外周から流出される流体を内周側に導く戻り羽根と、
前記案内羽根の流路と前記戻り羽根の流路とを仕切る円板状仕切りと、を備えた多段ディフューザポンプにおいて、
前記円板状仕切りは前記円筒ケーシングに対して軸方向に微小範囲で移動可能に設置されている
ことを特徴とする多段ディフューザポンプ。 An impeller mounted on the rotary shaft in multiple stages in the axial direction;
A cylindrical casing forming a flow path to the impeller;
Guide vanes for guiding the fluid flowing out from the outer periphery of the impeller to the outside;
A return blade that guides the fluid flowing out from the outer periphery of the guide blade to the inner periphery,
In a multistage diffuser pump comprising a disk-shaped partition that partitions the flow path of the guide blade and the flow path of the return blade,
The disk-shaped partition is installed so as to be movable in a minute range in the axial direction with respect to the cylindrical casing.
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