JP2010121543A - Pump impeller, pump device, and method for adjusting balance of the pump impeller - Google Patents

Pump impeller, pump device, and method for adjusting balance of the pump impeller Download PDF

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JP2010121543A JP2008296191A JP2008296191A JP2010121543A JP 2010121543 A JP2010121543 A JP 2010121543A JP 2008296191 A JP2008296191 A JP 2008296191A JP 2008296191 A JP2008296191 A JP 2008296191A JP 2010121543 A JP2010121543 A JP 2010121543A
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慎一郎 荒木
Makoto Noguchi
真 野口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pump impeller suppressing vibration due to fluid reaction fluctuated around a rotating shaft center. <P>SOLUTION: A weight having a predetermined mass is provided in a predetermined area on a shroud. The weight has the predetermined mass required for allowing the impeller to generate centrifugal force equivalent to 5-45% of the sum of the fluid reaction received around the rotating shaft center by the impeller, and is provided in the predetermined area on the shroud within a predetermined angle range of &plusmn;30&deg; around the rotating shaft center with a line extending in a direction opposed to a direction of the sum of the fluid reaction from the rotating shaft as a boundary. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明はポンプの羽根車、ポンプ装置、ポンプの羽根車のバランス調整方法に関し、渦巻きポンプにおける振動抑制に係るものである。   The present invention relates to a pump impeller, a pump device, and a balance adjustment method for a pump impeller, and relates to vibration suppression in a spiral pump.

従来、この種のポンプには、例えば特許文献１に記載するものがあり、図１０および図１１に示す。汚水ポンプはポンプケーシング１、オープン羽根車２および吸込ケーシング３等からなる。ポンプケーシング１は、周縁部が渦室１ａをなし、渦室１ａに連通する吐出口１ｂに吐出管（図示省略）が連結される。   Conventionally, this type of pump is disclosed in, for example, Patent Document 1 and is shown in FIGS. 10 and 11. The sewage pump includes a pump casing 1, an open impeller 2, a suction casing 3, and the like. The pump casing 1 has a vortex chamber 1a at the periphery, and a discharge pipe (not shown) is connected to a discharge port 1b communicating with the vortex chamber 1a.

図１１に示すように、オープン羽根車２は、羽根２ｂが円盤状の主板２ａに一体的に形成してあり、裏面には摺動部２ｃが設けてあり、中央部には貫通孔２ｄが設けてある。貫通孔２ｄに挿通した主軸４には、そのねじ部４ａに羽根車ナット４ｂが装着してあり、主軸４に羽根車ナット４ｂを締め付けることによりオープン羽根車２を主軸４の下端部に固着している。   As shown in FIG. 11, the open impeller 2 has blades 2b formed integrally with a disk-shaped main plate 2a, a sliding portion 2c is provided on the back surface, and a through hole 2d is provided in the center portion. It is provided. The main shaft 4 inserted through the through-hole 2d has an impeller nut 4b attached to its threaded portion 4a, and the open impeller 2 is fixed to the lower end portion of the main shaft 4 by tightening the impeller nut 4b to the main shaft 4. ing.

羽根２ｂは主板２ａの周縁から中心に向かって渦巻状に形成してあり、主板２ａの中心側に近接する端縁が羽根入口部２ｅをなし、周縁側に位置する端縁が羽根出口部２ｆをなし、羽根入口部２ｅから羽根出口部２ｆに向って汚水を流動させる形状をなす。   The blade 2b is formed in a spiral shape from the peripheral edge of the main plate 2a toward the center, the edge close to the center side of the main plate 2a forms the blade inlet portion 2e, and the edge located on the peripheral side is the blade outlet portion 2f. The sewage is shaped to flow from the blade inlet 2e toward the blade outlet 2f.

吸込カバー３は、ポンプケーシング１に装着することによりオープン羽根車２の開放側を覆うものであり、中心に形成した開口部３ａが下方に向って拡張した形状で汚水の吸込口をなし、周縁に嵌合部３ｃを設け、上部に環状凸部３ｂを一体的に形成している。この環状凸部３ｂは、吸込カバー３の底面３ａに突設したものでオープン羽根車２の羽根２ｂの内壁側に延出している。吸込カバー３は、その嵌合部３ｃをポンプケーシング１の底面側に設けた開口端部１ｃに嵌合させて装着し、図外のボルトでポンプケーシング１に固定する。   The suction cover 3 covers the open side of the open impeller 2 by being attached to the pump casing 1, and forms a suction port for sewage in a shape in which an opening 3a formed at the center extends downward, Is provided with a fitting portion 3c, and an annular convex portion 3b is formed integrally therewith. The annular protrusion 3 b is provided on the bottom surface 3 a of the suction cover 3 and extends to the inner wall side of the blade 2 b of the open impeller 2. The suction cover 3 is mounted by fitting its fitting portion 3c to an open end 1c provided on the bottom surface side of the pump casing 1, and is fixed to the pump casing 1 with a bolt (not shown).

特許文献２には、遠心ポンプ用羽根車および遠心ポンプ用羽根車のバランス調整方法が記載されている。この羽根車は軸方向の両端側が鍔部で仕切られたクローズド型の羽根車であり、回転中心に関して非対称な一枚羽根を形成している。   Patent Document 2 describes a centrifugal pump impeller and a method for adjusting the balance of the centrifugal pump impeller. This impeller is a closed type impeller in which both end sides in the axial direction are partitioned by flanges, and forms a single blade asymmetric with respect to the rotation center.

そして、羽根車に静バランスおよび機械的バランス（動バランス）を確保したとしても流体反力に起因するアンバランスが生じることを課題とし、両端の鍔部に流体反力に起因するアンバランスを是正するための不釣合い重量を設けており、例として、回転中心を中心する点対称の位置において鍔部の一部を不釣合い質量に相当する分だけ削り取っている。
実開昭６３−１３０６８９号公報 特開２００７−２５５３２４号公報 And even if static balance and mechanical balance (dynamic balance) are ensured in the impeller, the problem is that imbalance caused by fluid reaction force occurs, and the imbalance caused by fluid reaction force is corrected at the flanges at both ends. As an example, a part of the collar portion is scraped off by an amount corresponding to the unbalanced mass at a point-symmetrical position around the rotation center.
Japanese Utility Model Publication No. 63-130689 JP 2007-255324 A

ところで、流体反力は羽根車から吐出する流体等により羽根車が受ける反作用力であり、ポンプケーシング内で羽根車が回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力はその大きさ、方向とも変動する。特に、遠心（渦巻き）ポンプでは羽根の羽根出口部が渦室と吐出口との境となる舌部を通過する際の圧力変動が大きいので、流体反力が大きく変動する。   By the way, the fluid reaction force is a reaction force received by the impeller due to the fluid discharged from the impeller, and the fluid reaction force received during one rotation of the impeller around the rotation axis in the pump casing is its magnitude and direction. Both fluctuate. In particular, in a centrifugal (spiral) pump, since the pressure fluctuation when the blade outlet portion of the blade passes through the tongue portion that is the boundary between the vortex chamber and the discharge port is large, the fluid reaction force varies greatly.

このため、渦巻きポンプの羽根車は気中において静バランスおよび動バランスを確保しても液中における運転状態では流体反力に起因してアンバランスとなり、羽根車に振動が発生する。   For this reason, even if the impeller of the spiral pump secures a static balance and a dynamic balance in the air, it is unbalanced due to the fluid reaction force in the operation state in the liquid, and the impeller generates vibration.

この流体反力によって羽根車に生じる振動を低下させるためには、流体反力を求めることが必要である。従来では、流体反力を実測し、あるいは特許文献２に記載するように数値解析により流体反力を求めている。この流体反力はその総和した力が羽根車に対してある方向に作用するので、従来では求めた流体反力を総和した力を相殺するための錘を、流体反力を総和した力が作用する方向と対向する方向において回転軸心から所定距離の位置に配置して、振動を抑制しようとしている。   In order to reduce the vibration generated in the impeller by the fluid reaction force, it is necessary to obtain the fluid reaction force. Conventionally, the fluid reaction force is actually measured, or the fluid reaction force is obtained by numerical analysis as described in Patent Document 2. Since this fluid reaction force acts on the impeller in a certain direction, the weight that counteracts the sum of the fluid reaction forces obtained in the past is used as the fluid reaction force. In a direction opposite to the direction in which the rotation is performed, the vibration is suppressed by being arranged at a predetermined distance from the rotation axis.

しかしながら、流体反力は回転軸心の周りにおいて大きさ、方向とも変動するので、実際的には回転中の流体反力の大きさの変動に追従して完全に流体反力を相殺することはできず、錘の質量に起因する遠心力が大きくなる場合には、かえって振動が増加する現象が生じることがある。   However, since the fluid reaction force fluctuates in both the magnitude and direction around the axis of rotation, in practice it is not possible to completely cancel the fluid reaction force following the fluctuation in the magnitude of the fluid reaction force during rotation. If the centrifugal force due to the mass of the weight cannot be increased, a phenomenon in which vibration increases may occur.

本発明は、回転軸心の周りで変動する流体反力を要因とする振動を抑制することができるポンプの羽根車、ポンプ装置、ポンプの羽根車のバランス調整方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a pump impeller, a pump device, and a balance adjustment method for a pump impeller that can suppress vibration caused by a fluid reaction force that varies around a rotation axis. .

上記課題を解決するために、本発明のポンプの羽根車は、駆動機により渦室内で回転軸心廻りに回転し、回転軸心方向における少なくとも一側にシュラウドを有する一枚羽根からなる羽根車において、羽根車に所定の遠心力を発生させるのに必要な不釣合い質量をシュラウドの所定領域に備えたものであって、前記不釣合い質量により羽根車に発生する所定の遠心力は、羽根車が回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力を総和した力の５〜４５％に相応し、シュラウドにおいて前記不釣合い質量を備える領域は、流体反力を総和した力に対向する方向に回転軸心から延びる中心線を境として回転軸心廻りに±３０°の所定角度範囲内の領域であることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, an impeller of a pump according to the present invention is an impeller comprising a single blade having a shroud on at least one side in the direction of the rotation axis, which is rotated around a rotation axis in a vortex chamber by a driver. In the above, the unbalanced mass necessary for generating the predetermined centrifugal force on the impeller is provided in a predetermined region of the shroud, and the predetermined centrifugal force generated on the impeller by the unbalanced mass is Corresponds to 5 to 45% of the total force of the fluid reaction force received during one rotation around the rotation axis, and the region having the unbalanced mass in the shroud is the direction opposite to the total force of the fluid reaction force And a center line extending from the rotation axis is a region within a predetermined angle range of ± 30 ° around the rotation axis.

また、前記不釣合い質量により羽根車に発生する所定の遠心力は、羽根車が回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力を総和した力の１０％〜３５％に相応し、シュラウドにおいて前記不釣合い質量を備える領域は、流体反力を総和した力に対向する方向に回転軸心から延びる中心線を境として回転軸心廻りに±２０°の所定角度範囲内の領域であることを特徴とする。   The predetermined centrifugal force generated in the impeller due to the unbalanced mass corresponds to 10% to 35% of the sum of the fluid reaction forces received during one rotation of the impeller around the rotation axis, and the shroud The region having the unbalanced mass is a region within a predetermined angle range of ± 20 ° around the rotation axis centering on the center line extending from the rotation axis in the direction opposite to the force obtained by summing up the fluid reaction force. It is characterized by.

本発明のポンプ装置は、上記した何れかの羽根車を備えることを特徴とする。
本発明のポンプの羽根車のバランス調整方法は、駆動機により渦室内で回転軸心廻りに回転し、回転軸心方向における少なくとも一側にシュラウドを有する一枚羽根からなる羽根車を備えたポンプの羽根車のバランス調整方法であって、羽根車に所定の遠心力を発生させるのに必要な質量を有する錘をシュラウドの所定領域に設け、前記錘により発生する所定の遠心力は、羽根車が回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力を総和した力の５〜４５％に相応し、シュラウドにおいて前記錘を設ける領域は、流体反力を総和した力に対向する方向に回転軸心から延びる中心線を境として回転軸心廻りに±３０°の所定角度範囲内の領域であることを特徴とする。 The pump device of the present invention includes any one of the above-described impellers.
The method for adjusting the balance of the impeller of the pump according to the present invention includes a pump provided with an impeller comprising a single blade having a shroud on at least one side in the direction of the rotation axis, which is rotated around the rotation axis in the vortex chamber by a drive unit. The impeller balance adjustment method is provided with a weight having a mass necessary for generating a predetermined centrifugal force in the impeller in a predetermined region of the shroud, and the predetermined centrifugal force generated by the weight is the impeller Corresponds to 5 to 45% of the total fluid reaction force received during one rotation around the rotation axis, and the area where the weight is provided in the shroud rotates in a direction opposite to the total fluid reaction force. It is a region within a predetermined angle range of ± 30 ° around the rotation axis centering on a center line extending from the axis.

以上において、羽根車は回転軸心に関して非対称の形状であるので、静バランスおよび動バランスを取る必要がある。しかし、羽根車のバランシングにおいて動バランスを完全に達成することは困難であり、羽根車は幾分かの残留不釣合いを有している。   In the above, since the impeller has an asymmetric shape with respect to the rotation axis, it is necessary to achieve a static balance and a dynamic balance. However, it is difficult to achieve full dynamic balance in impeller balancing, and the impeller has some residual imbalance.

この残留不釣合いはバランスマシン等において方向（回転軸心の周りの角度位置）および大きさを求めることができ、羽根車の回転時に残留不釣合いにより羽根車に働く荷重、つまり遠心力は計算によって求めることができる。   This residual unbalance can be determined in the direction (angular position around the axis of rotation) and size in a balance machine or the like, and the load acting on the impeller due to the residual unbalance when the impeller rotates, that is, the centrifugal force, is calculated. Can be sought.

羽根車に作用する流体反力は、ポンプの運転中に羽根車の回転軸に作用するラジアル方向荷重を計測することで求めることができる。
羽根車が回転軸心廻りに１回転する間に周りから受けるラジアル方向荷重の方向と大きさを測定し、回転軸心を中心とする羽根車上の座標系、つまり相対座標系において、ラジアル方向荷重の測定結果に基づいて羽根車の偏重心位置を求め、回転軸心から偏重心位置までの偏重心距離および偏重心方向に基づいてラジアル方向荷重を総和した荷重の大きさと方向を求める。 The fluid reaction force acting on the impeller can be obtained by measuring the radial load acting on the rotating shaft of the impeller during operation of the pump.
Measure the direction and magnitude of the radial load received from the circumference while the impeller makes one rotation around the rotation axis, and measure the radial direction in the coordinate system on the impeller around the rotation axis, that is, the relative coordinate system. The eccentric gravity center position of the impeller is obtained based on the measurement result of the load, and the magnitude and direction of the load obtained by summing the radial load are obtained based on the eccentric gravity distance and the eccentric gravity direction from the rotational axis to the eccentric gravity center position.

このラジアル方向荷重を総和した荷重は、残留不釣合いにより羽根車に働く荷重と流体反力を総和した力との合力であり、相対座標系においてラジアル方向荷重を総和した荷重のベクトルから残留不釣合いにより羽根車に働く荷重（遠心力）のベクトルを減算して得られる結果ベクトルが流体反力を総和した力の方向と大きさを示すものである。   The total load in the radial direction is the resultant force of the load acting on the impeller due to residual unbalance and the sum of the fluid reaction forces, and the residual unbalance from the load vector summed in the relative coordinate system. As a result, the resultant vector obtained by subtracting the vector of the load (centrifugal force) acting on the impeller indicates the direction and magnitude of the force obtained by summing up the fluid reaction force.

したがって、流体反力を総和した力に対向する方向で、かつ回転軸心から所定位置に所定質量を有する錘等の不釣合い質量を配置することで流体反力を打ち消すことが計算上は可能である。この錘の質量は流体反力を総和した力に相応する大きさの遠心力を羽根車に発生させるのに必要な所定質量である。   Therefore, it is computationally possible to cancel the fluid reaction force by disposing an unbalanced mass such as a weight having a predetermined mass at a predetermined position from the rotation axis in a direction opposite to the total force of the fluid reaction force. is there. The mass of the weight is a predetermined mass required to generate a centrifugal force having a magnitude corresponding to the sum of the fluid reaction forces on the impeller.

ただし、上記計算に基づいて流体反力を打ち消す錘を配置しても、流体反力は回転軸心の周りにおいて大きさ、方向とも変動するので、実際的には回転中の流体反力の大きさの変動に追従して完全に流体反力を相殺することができない。   However, even if a weight that cancels the fluid reaction force is arranged based on the above calculation, the fluid reaction force fluctuates in both the magnitude and direction around the rotation axis, so in practice the magnitude of the fluid reaction force during rotation is large. It is impossible to completely cancel the fluid reaction force following the fluctuation of the height.

しかしながら、羽根車に所定の遠心力を発生させるのに必要な不釣合い質量をシュラウドの所定領域に備え、不釣合い質量により羽根車に発生する所定の遠心力が、羽根車を回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力を総和した力の５〜４５％に相応し、シュラウドにおいて前記不釣合い質量を備える領域が、流体反力を総和した力に対向する方向に回転軸心から延びる中心線を境として回転軸心廻りに±３０°の所定角度範囲内の領域であることで、大きさ、方向とも変動する流体反力を要因として生じる振動を抑制することができる。   However, the unbalanced mass necessary for generating the predetermined centrifugal force on the impeller is provided in a predetermined region of the shroud, and the predetermined centrifugal force generated on the impeller by the unbalanced mass causes the impeller to move around the rotation axis. A region having the unbalanced mass in the shroud corresponds to 5 to 45% of the total fluid reaction force received during one rotation, and extends from the rotation axis in a direction opposite to the total force of the fluid reaction force. By being a region within a predetermined angle range of ± 30 ° around the rotation axis with the center line as a boundary, it is possible to suppress vibration caused by a fluid reaction force that varies in both size and direction.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４において、ポンプ５１は下水等の流体を扱うものであり、羽根車５２がポンプケーシング５３の所定形状をなす渦室５３ａに配置してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4, a pump 51 handles fluid such as sewage, and an impeller 52 is disposed in a vortex chamber 53 a having a predetermined shape of a pump casing 53.

ポンプケーシング５３は、下部に設けたケーシング吸込口５４が羽根車５２の回転軸心方向に向けて開口しており、渦室５３ａに連通して側部に設けたケーシング吐出口５５が羽根車５２の回転軸の接線方向と同方向に向けて開口しており、渦室５３ａとケーシング吐出口５５との境に舌部５６を有している。羽根車５２はモータ等の駆動機（図示省略）によって回転軸心Ｍを中心として回転駆動される。   In the pump casing 53, a casing suction port 54 provided in the lower part opens toward the rotational axis direction of the impeller 52, and a casing discharge port 55 provided in a side portion communicating with the vortex chamber 53 a has an impeller 52. Is opened in the same direction as the tangential direction of the rotation axis of the rotation axis, and has a tongue 56 at the boundary between the vortex chamber 53a and the casing discharge port 55. The impeller 52 is rotationally driven around the rotational axis M by a drive machine (not shown) such as a motor.

羽根車５２は回転軸心側から径方向外側へ渦巻き状に延びる一枚羽根６０を有し、回転軸心方向における一枚羽根６０の上部側にシュラウド６１が形成してある。なお、この実施例では一枚羽根６０の上部側にのみシュラウド６１が形成してあるが、シュラウド６１は一枚羽根６０の上部側および下側部の両方に形成しても良い。   The impeller 52 has a single blade 60 that spirally extends from the rotational axis side to the radially outer side, and a shroud 61 is formed on the upper side of the single blade 60 in the rotational axis direction. In this embodiment, the shroud 61 is formed only on the upper side of the single blade 60, but the shroud 61 may be formed on both the upper side and the lower side of the single blade 60.

シュラウド６１の上部には駆動軸（図示省略）を連結する孔６２を有したボス部６３が形成してあり、ボス部６３の周囲にはポンプケーシング５３と摺動するリム部６４が形成してある。   A boss portion 63 having a hole 62 for connecting a drive shaft (not shown) is formed on the upper portion of the shroud 61, and a rim portion 64 that slides with the pump casing 53 is formed around the boss portion 63. is there.

一枚羽根６０は、回転軸心側に近接する端縁が羽根入口部６５をなし、周縁側に位置する端縁が羽根出口部６６をなし、羽根入口部６５から羽根出口部６６に向って螺旋状の内側流路６７を形成している。内側流路６７はケーシング吸込口５４に連通し、かつ羽根出口部６６において渦室５３ａに連通している。   In the single blade 60, an edge close to the rotation axis side forms a blade inlet portion 65, and an edge located on the peripheral side forms a blade outlet portion 66, from the blade inlet portion 65 toward the blade outlet portion 66. A spiral inner flow path 67 is formed. The inner flow path 67 communicates with the casing suction port 54, and communicates with the vortex chamber 53 a at the blade outlet portion 66.

シュラウド６１には所定質量を有してカウンターウェイトをなす錘６８がシュラウド６１の上面の所定領域に設けてある。錘６８はシュラウド６１の下面の所定領域に設けることも可能である。   The shroud 61 is provided with a weight 68 having a predetermined mass and forming a counterweight in a predetermined region on the upper surface of the shroud 61. The weight 68 can also be provided in a predetermined area on the lower surface of the shroud 61.

錘６８の質量は羽根車５２が回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力を総和した力の５〜４５％、望ましくは１０〜３５％に相応する遠心力を羽根車５２に発生させるのに必要な所定質量であり、シュラウド６１において錘６８を設ける領域は、流体反力を総和した力と対向する方向に回転軸心から延びる中心線を境として回転軸心廻りに±３０°、望ましくは±２０°の所定角度範囲内の所定領域である。   The mass of the weight 68 generates a centrifugal force corresponding to 5 to 45%, preferably 10 to 35% of the total force of the fluid reaction force received during one rotation of the impeller 52 around the rotation axis. The area where the weight 68 is provided in the shroud 61 is ± 30 ° around the rotation axis centering on the center line extending from the rotation axis in the direction opposite to the force obtained by summing up the fluid reaction force. The predetermined region is preferably within a predetermined angle range of ± 20 °.

錘６８は、その形状に制限はなく、半球体、円柱体等の何れの形状でも良い。また、クローズド羽根のように回転軸心方向における両側にシュラウドを設ける場合に、錘６８は回転軸を保持する軸受けに近い側、すなわちモータ等の駆動機側のシュラウドに設けることが望ましい。こうすることで、逆の側のシュラウドに錘６８を設けるよりも軸ぶれを生じにくくして振動を抑制することができる。また、不釣合い質量は錘に限定されるものではなく、羽根車の一部を削除するなどして形成するものであっても良い。   The shape of the weight 68 is not limited, and may be any shape such as a hemisphere or a cylinder. Further, when shrouds are provided on both sides in the direction of the rotational axis like closed blades, it is desirable that the weight 68 be provided on the side close to the bearing that holds the rotational shaft, that is, on the shroud on the side of the drive unit such as a motor. By doing so, it is possible to suppress the vibration by making the shaft shake less likely to occur than when the weight 68 is provided on the shroud on the opposite side. The unbalanced mass is not limited to the weight, and may be formed by deleting a part of the impeller.

以下、上記した構成における作用を説明する。ポンプケーシング５３の室内で羽根車５２が回転軸心Ｍの廻りに回転する状態において、ケーシング吸込口５４から吸い込む流体は内側流路６７に流入し、羽根車５２の回転により与える遠心力を受けて流体は羽根６０の羽根出口部６６から渦室５３ａへ流出し、ケーシング５３の内側面に沿って渦室５３ａを旋回し、ケーシング吐出口５５から吐き出される。   Hereinafter, the operation of the above-described configuration will be described. In a state where the impeller 52 rotates around the rotation axis M in the chamber of the pump casing 53, the fluid sucked from the casing suction port 54 flows into the inner flow path 67 and receives the centrifugal force given by the rotation of the impeller 52. The fluid flows out from the blade outlet portion 66 of the blade 60 to the vortex chamber 53 a, swirls along the inner surface of the casing 53, and is discharged from the casing discharge port 55.

羽根車５２が回転する状態で錘６８により羽根車５２に発生する所定の遠心力が、羽根車５２が回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力を総和した力の５〜４５％、望ましくは１０〜３５％に相応し、錘６８を設けるシュラウド６１の所定領域が、流体反力を総和した力に対向する方向に回転軸心から延びる中心線を境として回転軸心廻りに±３０°、望ましくは±２０°の所定角度範囲内の領域であることで、大きさ、方向とも変動する流体反力を要因として生じる振動を抑制することができる。   5 to 45% of the total force of the fluid reaction force received by the predetermined centrifugal force generated in the impeller 52 by the weight 68 while the impeller 52 rotates while the impeller 52 makes one rotation around the rotation axis. Desirably, it corresponds to 10 to 35%, and a predetermined region of the shroud 61 provided with the weight 68 is ± around the rotation axis with a center line extending from the rotation axis as a boundary in a direction opposite to the force obtained by summing up the fluid reaction force. By being a region within a predetermined angle range of 30 °, desirably ± 20 °, vibrations caused by fluid reaction forces that vary in both size and direction can be suppressed.

以下に詳しく述べる。羽根車５２は回転軸心Ｍに関して非対称の形状であるので、静バランスおよび動バランスを取る必要がある。しかし、羽根車５２のバランシングにおいて動バランスを完全に達成することは困難であり、羽根車５２は幾分かの残留不釣合いを有している。   Details are described below. Since the impeller 52 has an asymmetric shape with respect to the rotational axis M, it is necessary to achieve a static balance and a dynamic balance. However, it is difficult to achieve a dynamic balance in balancing the impeller 52, and the impeller 52 has some residual imbalance.

この残留不釣合いはバランスマシン等において方向（回転軸心の周りの角度位置）および大きさを求めることができ、羽根車５２の回転時に残留不釣合いにより羽根車５２に働く荷重、つまり遠心力は計算によって求めることができる。   This residual unbalance can be determined in a balance machine or the like in the direction (angular position around the rotation axis) and the magnitude, and the load acting on the impeller 52 due to the residual unbalance when the impeller 52 rotates, that is, the centrifugal force is It can be obtained by calculation.

羽根車５２に作用する流体反力は、ポンプの運転中に羽根車５２の回転軸に作用するラジアル方向荷重を計測することで求めることができる。
例えば、図５に示すように、羽根車５２の主軸（回転軸）１０１を上部軸受１０２と下部軸受１０３で保持し、下部軸受１０３の位置でＸ−Ｙロードセルを用いてラジアル方向荷重Ｆｂを計測する。羽根車位置でのラジアル方向荷重Ｆａは、上部軸受１０２から下部軸受１０３までの距離をＢとし、上部軸受１０２から羽根車５２までの距離をＡとして、次式で算出する。Ｆａ＝Ａ／Ｂ・Ｆｂ
図６（ａ）は、Ｘ−Ｙロードセルで測定したＹ軸方向のラジアル方向荷重とＸ軸方向のラジアル方向荷重とに基づいて、絶対座標系上でラジアル方向荷重の軌跡２０１を示したものである。Ｙ軸とＸ軸はともに回転軸心Ｍにおいて直角に交差しており、Ｘ軸がケーシング吐出口５５の軸心と平行をなす。 The fluid reaction force acting on the impeller 52 can be obtained by measuring the radial load acting on the rotating shaft of the impeller 52 during operation of the pump.
For example, as shown in FIG. 5, the main shaft (rotary shaft) 101 of the impeller 52 is held by the upper bearing 102 and the lower bearing 103, and the radial load Fb is measured using an XY load cell at the position of the lower bearing 103. To do. The radial load Fa at the impeller position is calculated by the following equation, where B is the distance from the upper bearing 102 to the lower bearing 103 and A is the distance from the upper bearing 102 to the impeller 52. Fa = A / B · Fb
FIG. 6A shows a radial load locus 201 on the absolute coordinate system based on the radial load in the Y-axis direction and the radial load in the X-axis direction measured by the XY load cell. is there. Both the Y axis and the X axis intersect at a right angle in the rotation axis M, and the X axis is parallel to the axis of the casing discharge port 55.

ラジアル方向荷重の軌跡２０１で囲まれた領域のほぼ中央位置にある重心２０２までの距離と、重心２０２からラジアル方向荷重の軌跡２０１までの変動幅を加算したものがラジアル方向荷重の最大値となる。   The maximum value of the radial load is obtained by adding the distance to the center of gravity 202 at the substantially central position of the region surrounded by the radial load locus 201 and the fluctuation range from the gravity center 202 to the radial load locus 201. .

図６（ｂ）は、羽根車上に設定する相対座標系上でラジアル方向荷重の軌跡２０３を示したものである。ラジアル方向荷重の軌跡２０３で囲まれた領域のほぼ中央位置にある重心２０４までのベクトルＰ１は、羽根車５２が回転軸心廻りに１回転する間に受けるラジアル方向荷重を総和した力の大きさと方向を示している。この相対座標系上で、先に計算で求めた残留不釣合いにより羽根車５２に働く荷重、つまり遠心力はベクトルＰ２で示しており、流体反力を総和した力はベクトルＰ３で示している。   FIG. 6B shows a trajectory 203 of the radial load on the relative coordinate system set on the impeller. The vector P1 up to the center of gravity 204 at the substantially central position in the region surrounded by the radial load locus 203 is the magnitude of the total force of the radial loads received during one revolution of the impeller 52 around the rotation axis. Shows direction. On this relative coordinate system, the load acting on the impeller 52 due to the residual unbalance previously obtained by calculation, that is, the centrifugal force is indicated by a vector P2, and the total sum of the fluid reaction forces is indicated by a vector P3.

ここで、ラジアル方向荷重を総和した荷重は、残留不釣合いにより羽根車に働く荷重と流体反力を総和した力との合力であり、相対座標系においてラジアル方向荷重を総和した荷重のベクトルＰ１から残留不釣合いにより羽根車に働く荷重（遠心力）のベクトルＰ２を減算して得られる結果ベクトルＰ３が流体反力を総和した力の方向と大きさを示すものである。   Here, the total load in the radial direction is a resultant force of the load acting on the impeller due to the residual unbalance and the force totaling the fluid reaction force. From the load vector P1 that is the sum of the radial loads in the relative coordinate system. A result vector P3 obtained by subtracting the vector (P2) of the load (centrifugal force) acting on the impeller due to the residual unbalance indicates the direction and magnitude of the force obtained by summing up the fluid reaction forces.

したがって、流体反力を総和した力に対向する方向で、かつ回転軸心Ｍから所定位置に所定質量を有する錘を配置することで流体反力を打ち消すことが計算上は可能である。この錘の質量は流体反力を総和した力に相応する大きさの遠心力を羽根車に発生させるのに必要な所定質量である。   Therefore, it is computationally possible to cancel the fluid reaction force by disposing a weight having a predetermined mass at a predetermined position from the rotational axis M in a direction opposite to the total force of the fluid reaction force. The mass of the weight is a predetermined mass required to generate a centrifugal force having a magnitude corresponding to the sum of the fluid reaction forces on the impeller.

尚、図６（ｂ）はベクトルＰ２の絶対値がベクトルＰ３の絶対値より大きい場合を図示したが、Ｐ２の絶対値はＰ３の絶対値よりも小さい場合が一般的である。
しかしながら、上記計算に基づいて流体反力を打ち消す錘を配置した流体反力は回転軸心の周りにおいて大きさ、方向とも変動するので、実際的には回転中の流体反力の大きさの変動に追従して完全に流体反力を相殺することができない。 FIG. 6B illustrates the case where the absolute value of the vector P2 is larger than the absolute value of the vector P3, but the absolute value of P2 is generally smaller than the absolute value of P3.
However, since the fluid reaction force in which the weight that cancels the fluid reaction force is arranged based on the above calculation varies in both the magnitude and direction around the rotation axis, in practice, the fluctuation of the magnitude of the fluid reaction force during rotation The fluid reaction force cannot be completely canceled following this.

このため、本実施の形態では、羽根車５２が回転する状態で錘６８により羽根車５２に発生する所定の遠心力が、羽根車５２が回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力を総和した力の５〜４５％、望ましくは１０〜３５％に相応し、錘６８を設けるシュラウド６１の所定領域が、流体反力を総和した力に対向する方向に回転軸心から延びる中心線を境として回転軸心廻りに±３０°、望ましく±２０°の所定角度範囲内の領域であることで、大きさ、方向とも変動する流体反力を要因として生じる振動を抑制する。   For this reason, in the present embodiment, a predetermined centrifugal force generated in the impeller 52 by the weight 68 when the impeller 52 rotates is a fluid reaction force that is received while the impeller 52 makes one rotation around the rotation axis. 5 to 45%, preferably 10 to 35% of the total force, and a predetermined area of the shroud 61 provided with the weight 68 extends from the rotation axis in the direction opposite to the total force of the fluid reaction force. Is a region within a predetermined angle range of ± 30 °, preferably ± 20 °, around the rotation axis, and thus vibrations caused by fluid reaction forces that vary in both size and direction are suppressed.

以下に詳しく述べる。図１および図４に示すように、羽根車５２の回転軸心廻りの角度位置は、羽根出口部６６の位置を角度０°とし、羽根車５２の回転方向逆向きを正として示している。   Details are described below. As shown in FIGS. 1 and 4, the angular position around the rotational axis of the impeller 52 indicates that the position of the blade outlet portion 66 is 0 ° and the reverse direction of the impeller 52 is positive.

以下に、ある型式のポンプをモデルとして行った実験の結果を示す。このモデルにおいて、流体反力を総和した力に対向する方向は羽根車５２において２４８°である。
この羽根車を用いて回転数、流量条件、シュラウド６１に設ける錘６８の位置および質量を変えて羽根車５２の振動変位を測定した結果の一例を振動リサージュとして図７に示す。この振動リサージュの面積の大小で振動の程度を評価することもできるが、ここでは振動変位実効値として、Ｘ方向とＹ方向とにおいて測定し、振幅（Ｘ２＋Ｙ２）１／２を求めて流量条件０．６ｍ３／ｍｉｎにおいて評価を行った結果を図８、図９に示す。 The following shows the results of an experiment conducted with a certain type of pump as a model. In this model, the direction opposite to the sum of the fluid reaction forces is 248 ° in the impeller 52.
FIG. 7 shows an example of the result of measuring the vibration displacement of the impeller 52 by changing the rotational speed, flow rate condition, and the position and mass of the weight 68 provided on the shroud 61 using this impeller. The degree of vibration can be evaluated by the size of the vibration Lissajous area. Here, the vibration displacement effective value is measured in the X direction and the Y direction, and the amplitude (X 2 + Y 2 ) 1/2 is obtained. The results of the evaluation under the flow rate condition of 0.6 m3 / min are shown in FIGS.

図８および図９の縦軸は測定された振動変位実効値を振動抑制のための錘を設けない場合の振動変位実効値で除算した値であり、この値が１以下の場合には振動が抑制されたことを意味する。   The vertical axis in FIGS. 8 and 9 is a value obtained by dividing the measured vibration displacement effective value by the vibration displacement effective value when no weight for vibration suppression is provided. It means being suppressed.

図８のウェイトは、角度２５２°であった。角度２５２°は流体反力を総和した力に対向する方向２４８°を基準として回転軸心廻りに４°の位置にあり、±３０°の所定角度範囲内の領域にある。   The weight in FIG. 8 was an angle of 252 °. The angle 252 ° is at a position of 4 ° around the rotation axis with reference to the direction 248 ° facing the total force of the fluid reaction force, and is in a region within a predetermined angle range of ± 30 °.

図９において、ウエイトの条件を、遠心力をＰとし、ウエイトによる遠心力が流体反力を総和した力をＰ３としたとき、Ｐ／Ｐ３＝０．５を超えると振動が大きくなる。
このように、ウエイトの条件が流体反力を総和した力に対向する方向２４８°およびその力に近しいものにあっても、必ずしも流体反力を打ち消して振動を抑制する機能を果たすことはできず、本発明のように、羽根車５２が回転する状態で錘６８により羽根車５２に発生する所定の遠心力が、羽根車５２が回転軸心廻りに１回転する間に周りから受ける流体反力を総和した力の５〜４５％、望ましくは１０〜３５％に相応し、錘６８を設けるシュラウド６１の所定領域が、流体反力を総和した力に対向する方向に回転軸心Ｍから延びる中心線を境として回転軸心廻りに±３０°、望ましくは±２０°の所定角度範囲内の領域であることで、大きさ、方向とも変動する流体反力を要因として生じる振動を抑制することができる。 In FIG. 9, when the weight condition is P and the force obtained by adding the centrifugal force due to the weight is P3, the vibration increases when P / P3 = 0.5.
Thus, even if the weight condition is in the direction of 248 ° opposite to the total force of the fluid reaction force and a force close to that force, the function of canceling the fluid reaction force and suppressing the vibration cannot always be achieved. As in the present invention, when the impeller 52 rotates, a predetermined centrifugal force generated on the impeller 52 by the weight 68 is applied to the fluid reaction force received from the surroundings while the impeller 52 makes one rotation around the rotation axis. Corresponding to 5 to 45%, preferably 10 to 35% of the total force, and a predetermined region of the shroud 61 provided with the weight 68 extends from the rotational axis M in a direction opposite to the total force of the fluid reaction force. By suppressing the vibration caused by the fluid reaction force, which varies in both size and direction, within the specified angle range of ± 30 °, preferably ± 20 ° around the axis of rotation. it can.

尚、実施の羽根車のバランス調整を行う際には、回転体としての動バランスを取った後に上記範囲の遠心力に相当する錘を付与する方法の他、上記範囲の遠心力を生じる不釣合い質量を予め付加した羽根車を鋳造して作成してもよい。また、このとき不釣合いの微調整として羽根車の一部を削除する工程を設けても良い。   In addition, when adjusting the balance of the impeller of the implementation, in addition to the method of applying a weight corresponding to the centrifugal force in the above range after taking the dynamic balance as the rotating body, unbalance that causes the centrifugal force in the above range. You may cast and produce the impeller which added mass beforehand. Moreover, you may provide the process of deleting a part of impeller as fine adjustment of unbalance at this time.

さらに、シュラウドが両側にあるクローズド型羽根車の場合、不釣合い質量を両側のシュラウドに分散して設けても良い。このとき分散して設けた不釣合い質量により生じる遠心力の総和が上記範囲となるようにすればよい。   Furthermore, in the case of a closed-type impeller with shrouds on both sides, unbalanced mass may be distributed and provided on the shrouds on both sides. At this time, the total sum of centrifugal forces generated by the unbalanced mass provided in a distributed manner may be in the above range.

本発明の実施の形態におけるポンプを示す模式図The schematic diagram which shows the pump in embodiment of this invention 同実施の形態における羽根車の断面図Sectional drawing of the impeller in the same embodiment 同実施の形態における羽根車の下面図Bottom view of impeller in same embodiment 同実施の形態における羽根車の上面透視図Top perspective view of the impeller in the same embodiment ラジアル方向荷重の測定方法を示す模式図Schematic diagram showing how to measure radial load ラジアル方向荷重の軌跡を示すグラフ図で、（ａ）は絶対座標系、（ｂ）は相対座標系It is a graph which shows the locus | trajectory of radial direction load, (a) is an absolute coordinate system, (b) is a relative coordinate system. 振動リサージュを示すグラフ図Graph diagram showing vibration Lissajous 遠心力Ｐ／流体反力の総和Ｐ３と振動変位実効値／錘なし振動変位実効値の関係を示すグラフ図Graph showing relationship between centrifugal force P / fluid reaction force total P3 and vibration displacement effective value / weightless vibration displacement effective value 錘位置と振動変位実効値／錘なし振動変位実効値の関係を示すグラフ図Graph showing the relationship between weight position and vibration displacement effective value / weightless vibration displacement effective value 従来の羽根車を示す断面図Sectional view showing a conventional impeller 従来の羽根車を示す斜視図A perspective view showing a conventional impeller

符号の説明Explanation of symbols

５１ ポンプ
５２ 羽根車
５３ ポンプケーシング
５３ａ 渦室内
５４ ケーシング吸込口
５５ ケーシング吐出口
５６ 舌部
６０ 一枚羽根
６１ シュラウド
６２ 孔
６３ ボス部
６４ リム部
６５ 羽根入口部
６６ 羽根出口部
６７ 内側流路
６８ 錘
１０１ 主軸（回転軸）
１０２ 上部軸受
１０３ 下部軸受
２０１ 絶対座標系上のラジアル方向荷重の軌跡
２０２ 重心
２０３ 相対座標系上のラジアル方向荷重の軌跡
２０４ 重心
Ｍ 回転軸心
Ｆｂ 下部軸受１０３の位置でのラジアル方向荷重
Ｆａ 羽根車位置でのラジアル方向荷重
Ｐ１ 羽根車５２が回転軸心廻りに１回転する間に周りから受けるラジアル方向荷重を総和した力の大きさと方向を示すベクトル
Ｐ２ 残留不釣合いにより羽根車５２に働く荷重（遠心力）を示すベクトル
Ｐ３ 流体反力を総和した力を示すベクトル 51 pump 52 impeller 53 pump casing 53a vortex chamber 54 casing suction port 55 casing discharge port 56 tongue 60 single blade 61 shroud 62 hole 63 boss part 64 rim part 65 blade inlet part 66 blade outlet part 67 inner flow path 68 weight 101 Spindle (Rotating shaft)
102 Upper bearing 103 Lower bearing 201 Radial load locus on absolute coordinate system 202 Center of gravity 203 Radial load locus on relative coordinate system 204 Center of gravity M Rotary axis Fb Radial load at position of lower bearing 103 Fa Impeller Radial load P1 at the position P1 A vector indicating the magnitude and direction of the sum of the radial loads received from the periphery during one revolution of the impeller 52 around the rotation axis P2 A load acting on the impeller 52 due to residual unbalance ( P3 vector indicating the total force of the fluid reaction forces

Claims (5)

駆動機により渦室内で回転軸心廻りに回転し、回転軸心方向における少なくとも一側にシュラウドを有する一枚羽根からなる羽根車において、羽根車に所定の遠心力を発生させるのに必要な不釣合い質量をシュラウドの所定領域に備えたものであって、
前記不釣合い質量により羽根車に発生する所定の遠心力は、羽根車が回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力を総和した力の５〜４５％に相応し、シュラウドにおいて前記不釣合い質量を備える領域は、流体反力を総和した力に対向する方向に回転軸心から延びる中心線を境として回転軸心廻りに±３０°の所定角度範囲内の領域であることを特徴とするポンプの羽根車。 In an impeller consisting of a single blade having a shroud on at least one side in the direction of the rotation axis in the vortex chamber by a driving machine, it is necessary to generate a predetermined centrifugal force on the impeller. A balance mass in a predetermined area of the shroud,
The predetermined centrifugal force generated in the impeller due to the unbalanced mass corresponds to 5 to 45% of the total fluid reaction force received during one rotation of the impeller around the rotation axis, and the above-mentioned unbalanced force in the shroud. The region having the balance mass is a region within a predetermined angle range of ± 30 ° around the rotation axis centering on a center line extending from the rotation axis in a direction opposite to the force obtained by summing up the fluid reaction force. Pump impeller to do. 前記不釣合い質量により羽根車に発生する所定の遠心力は、羽根車が回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力を総和した力の１０％〜３５％に相応し、シュラウドにおいて前記不釣合い質量を備える領域は、流体反力を総和した力に対向する方向に回転軸心から延びる中心線を境として回転軸心廻りに±２０°の所定角度範囲内の領域であることを特徴とする請求項１に記載のポンプの羽根車。   The predetermined centrifugal force generated in the impeller by the unbalanced mass corresponds to 10% to 35% of the total fluid reaction force received during one rotation of the impeller around the rotation axis, and the shroud The region having an unbalanced mass is a region within a predetermined angle range of ± 20 ° around the rotation axis centering on a center line extending from the rotation axis in the direction opposite to the force obtained by summing up the fluid reaction forces. The impeller of the pump according to claim 1. 前記羽根車が羽根の両側にシュラウドを備えた羽根車であって、前記不釣合い質量を駆動機側のシュラウドに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のポンプの羽根車。   The impeller of the pump according to claim 1 or 2, wherein the impeller is an impeller having shrouds on both sides of the blades, and the unbalanced mass is provided in a shroud on a drive side. 請求項１から３の何れか１項に記載の羽根車を備えることを特徴とするポンプ装置。   A pump device comprising the impeller according to any one of claims 1 to 3. 駆動機により渦室内で回転軸心廻りに回転し、回転軸心方向における少なくとも一側にシュラウドを有する一枚羽根からなる羽根車を備えたポンプの羽根車のバランス調整方法であって、
羽根車に所定の遠心力を発生させるのに必要な質量を有する錘をシュラウドの所定領域に設け、前記錘により発生する所定の遠心力は、羽根車が回転軸心廻りに１回転する間に受ける流体反力を総和した力の５〜４５％に相応し、シュラウドにおいて前記錘を設ける領域は、流体反力を総和した力に対向する方向に回転軸心から延びる中心線を境として回転軸心廻りに±３０°の所定角度範囲内の領域であることを特徴とするポンプの羽根車のバランス調整方法。 A method for adjusting the balance of an impeller of a pump that is rotated around a rotation axis in a vortex chamber by a driving machine and includes an impeller having a single blade having a shroud on at least one side in the rotation axis direction,
A weight having a mass necessary for generating a predetermined centrifugal force on the impeller is provided in a predetermined area of the shroud, and the predetermined centrifugal force generated by the weight is generated during one rotation of the impeller around the rotation axis. The region where the weight is provided in the shroud corresponds to 5 to 45% of the total fluid reaction force received, and the rotation axis is a boundary between the center line extending from the rotation axis in the direction opposite to the total fluid reaction force. A method for adjusting the balance of an impeller of a pump, characterized in that the region is within a predetermined angle range of ± 30 ° around the center.
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