JP2011043113A - 遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】遠心ポンプにおいて、ディフューザ圧力回復効率を向上可能とする。
【解決手段】中空形状をなすケーシング４１，４５に回転軸５３が回転自在に支持され、この回転軸５３に羽根車５１，５２が装着され、羽根車５２に流体が吸入される羽根車入口通路６１と、羽根車５２から吐出される流体を減速させると共に、ベーンレスディフューザ５４ｂとベーンドディフューザ５４ａとからなるディフューザ５４とを設けて構成し、羽根車５２からベーンレスディフューザ５４ｂへの羽根車吐出径をＤ２とし、ベーンレスディフューザ５４ｂからベーンドディフューザ５４ａへのベーンドディフューザ入口径をＤ３とするとき、Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．２２に設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、複合発電プラントなどの給水設備などに給水ポンプとして使用される遠心ポンプに関するものである。

発電プラントの高効率化の観点から、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた複合発電プラントが提案されている。この複合発電プラントでは、ガスタービンから排出された高温の排気ガスを排熱回収ボイラに送り、この排熱回収ボイラ内で加熱ユニットを用いて蒸気を生成し、生成した蒸気を蒸気タービンに送ってこの蒸気タービンを駆動するようにしている。この排熱回収ボイラに設けられた加熱ユニットは、複数段（例えば、高圧、中圧、低圧）のユニットからなり、それぞれ節炭器、蒸発器、過熱器等を有している。

従って、蒸気タービンにおける低圧タービンから排出された蒸気は、復水器で冷却されて復水となり、復水ポンプ及び給水ポンプにより高圧過熱系に送られ、ここで過熱されて高圧蒸気となって高圧タービンに送られて仕事をして中圧蒸気となる。そして、この中圧蒸気は再熱器で過熱されて中圧タービンに送られて仕事をして低圧蒸気となる。そして、この低圧蒸気は低圧タービンに送られて仕事をする。また、復水器から高圧過熱系に送られる復水の一部は中圧過熱系に送られ、ここで過熱されてから高圧タービンからの中圧蒸気と共に再熱器に送られる。更に、復水器から高圧及び中圧過熱系に送られる復水の一部は低圧過熱系に送られ、ここで過熱されてから中圧タービンからの低圧蒸気と共に低圧タービンに送られる。

このような複合プラントにあっては、復水器から復水は、復水ポンプ及び給水ポンプにより高圧過熱系、中圧過熱系、低圧過熱系に送られる。この場合、給水ポンプは、水を複合プラント内で循環させる重要な役目を担っている。この給水ポンプは、通常、多段式遠心ポンプが適用される。

従来の給水ポンプは、中空形状をなすケーシング内に回転軸が駆動回転可能に支持され、この回転軸に複数のブレードからなるインペラが、多段に装着されて構成される。そして、多段のインペラの入口側に吸入通路が設けられる一方、出口側にディフューザ及び吐出通路が設けられている。従って、回転軸が駆動回転すると、復水が吸込口からケーシング内の吸入通路に吸い込まれ、インペラを流過する過程で昇圧された後、ディフューザにて減速されることで復水の動圧が静圧に変換され、吐出通路を通って排出される。

このような給水ポンプとしては、下記特許文献１〜５に記載されたものがある。

特開２００１−０７３９９３号公報 特開２００４−１８３４８６号公報 特開平１０−１３１８９３号公報 実開昭６０−１００５９９号公報 特開平０２−３０１６９９号公報

ところで、給水ポンプでは、高効率が求められることに加え、流量−揚程の関係を表す特性に右上がりの勾配が出ないことが要求される。また、給水ポンプは、製造コストの低減及び小型化が望まれることから、十分な出力を得るために回転軸の捻りトルクが大きくなるために大径となり、流水通路の設計にあたって寸法制約が大きい。特に、インペラに関しては、外径拡大により低出力化することで二次流れを低減可能となるが、大径となるために摩擦損失が飛躍的に増加するため、外径などの主要寸法はほとんど一意的に決まってしまう。

これに対して、圧力回復機構であるディフューザは、ボリュートタイプとベーンドディフューザタイプがあり、ボリュートタイプは、高効率が得られやすい一方で大型になる傾向があり、ベーンドディフューザタイプは、その反対の傾向がある。低コスト化を考えると、ベーンドディフューザ型が主流となりつつあるが、小型化を優先することで若干効率面が犠牲となる事がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、ディフューザ圧力回復効率の向上を可能とする遠心ポンプを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の遠心ポンプは、中空形状をなすケーシングと、該ケーシング内に回転自在に支持される回転軸と、該回転軸に装着される羽根車と、該羽根車に流体が吸入される羽根車入口通路と、前記羽根車の出口から吐出される流体を減速させるディフューザと、を備え、前記ディフューザは、ベーンを有するベーンドディフューザと、該ベーンドディフューザと前記羽根車との間に位置して、ベーンを有さないベーンレスディフューザとから構成される遠心ポンプにおいて、前記羽根車から前記ベーンレスディフューザへの羽根車吐出径をＤ２とし、前記ベーンレスディフューザから前記ベーンドディフューザへのベーンドディフューザ入口径をＤ３とするとき、Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．２２に設定する、ことを特徴とするものである。

本発明の遠心ポンプでは、前記Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．１９に設定することを特徴としている。

本発明の遠心ポンプでは、前記ベーンレスディフューザの通路幅が入口よりも出口の方が小さくなるようにテーパ形状に形成されることを特徴としている。

本発明の遠心ポンプでは、前記ベーンは、前縁が前記回転軸の軸方向に対して所定量だけ傾斜して形成されることを特徴としている。

本発明の遠心ポンプによれば、ケーシング内に回転軸を回転自在に支持し、この回転軸に羽根車を装着し、この羽根車に流体が吸入される羽根車入口通路と、羽根車出口から吐出される流体を減速させると共に、ベーンレスディフューザとベーンドディフューザとから成るディフューザとを設けて構成し、羽根車からベーンレスディフューザへの羽根車吐出径をＤ２とし、ベーンレスディフューザからベーンドディフューザへのベーンドディフューザ入口径をＤ３とするとき、Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．２２に設定している。従って、羽根車吐出径Ｄ２に対してベーンドディフューザ入口径Ｄ３を大きくして、Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．２２に設定することで、ディフューザの入口部での動圧を低減でき、圧力回復効率を向上して高効率化を可能とすることができる。

本発明の遠心ポンプによれば、Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．１９に設定するので、ディフューザの入口部での動圧を適正に低減することができる。

本発明の遠心ポンプによれば、ベーンレスディフューザの通路幅が入口よりも出口の方が小さくなるようにテーパ形状に形成するので、羽根車とベーンドディフューザとの間に位置するベーンのないベーンレスディフューザの子午面断面を流体の流れ方向に対して通路幅が狭くなるようにテーパ形状とすることで、減速を抑制し、壁面境界層の発達を抑制することができる。

本発明の遠心ポンプによれば、ベーンの前縁が回転軸の軸方向に対して所定量だけ傾斜して形成するので、羽根車における渦流の発生を抑制することで、流量−揚程特性を右上がり勾配のないものとすることができる。

図１は、本発明の一実施例に係る遠心ポンプとしての給水ポンプを表す断面図である。 図２は、本実施例の給水ポンプを表す要部断面図である。 図３は、本実施例の給水ポンプにおけるディフューザを表す概略図である。 図４は、本実施例の給水ポンプにおける流量−揚程特性を表すグラフである。 図５は、本実施例の給水ポンプにおけるディフューザ損失を表すグラフである。 図６は、本実施例の給水ポンプにおけるベーンドディフューザ入口径とディフューザ損失からなるディフューザ効率を表すグラフである。 図７は、本実施例の給水ポンプが適用された複合プラントの概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る遠心ポンプの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例に係る遠心ポンプとしての給水ポンプを表す断面図、図２は、本実施例の給水ポンプを表す要部断面図、図３は、本実施例の給水ポンプにおけるディフューザを表す概略図、図４は、本実施例の給水ポンプにおける流量−揚程特性を表すグラフ、図５は、本実施例の給水ポンプにおけるディフューザ損失を表すグラフ、図６は、本実施例の給水ポンプにおけるベーンドディフューザ入口径とディフューザ損失からなるディフューザ効率を表すグラフ、図７は、本実施例の給水ポンプが適用された複合プラントの概略構成図である。

本実施例の給水ポンプが適用された複合プラントにおいて、図７に示すように、ガスタービン１１は、圧縮機１２と燃焼器１３とタービン１４とから構成されている。また、蒸気タービン１５は、高圧タービン１６と中圧タービン１７と低圧タービン１８とが一軸に連結されて構成されている。そして、ガスタービン１１の圧縮機１２に吸気ライン１９が設けられる一方、タービン１４に排気ライン２０が設けられ、この排気ライン２０によりガスタービン１１から排出された排気ガスを排熱回収ボイラ２１に送ることができる。

排熱回収ボイラ２１は、図示しないが、低圧ユニットと中圧ユニットと高圧ユニットと再熱器を有している。この排熱回収ボイラ２１内では、ガスタービン１１からの排気ガスが上方に移送することで、高圧ユニット、中圧ユニット、低圧ユニットの順に熱回収を行って蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービン１５に送って駆動し、発電機２２を運転可能となっている。

そして、高圧ユニットの高圧蒸気を高圧タービン１６に供給する高圧蒸気供給ライン２３が設けられると共に、高圧タービン１６から排出された中圧蒸気を再熱器に戻す中圧蒸気回収ライン２４が設けられている。そして、再熱器で過熱された中圧蒸気を中圧タービン１７に供給する中圧蒸気供給ライン２５が設けられると共に、中圧タービン１７から排出された中圧蒸気を低圧タービン１８に供給する低圧蒸気搬送ライン２６が設けられている。また、低圧ユニットに発生した低圧蒸気をこの低圧蒸気搬送ライン２６に供給する低圧蒸気供給ライン２７が設けられている。

低圧タービン１８から排出された蒸気を凝縮する復水器２８には、海水により冷却する冷却水循環ライン２９が設けられている。そして、この復水器２８には、凝縮した復水を排熱回収ボイラ２１に戻す復水回収ライン３０が設けられており、この復水回収ライン３０には、復水ポンプ３１及び脱気器３２が設けられている。また、この復水回収ライン３０の下流端部は、給水ポンプ３３及び給水ライン３４を介して排熱回収ボイラ２１の高圧ユニット、中圧ユニット、低圧ユニットに連結されている。

従って、ガスタービン１１では、吸気ライン１９を通して圧縮機１２に取り込まれた空気が圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、この圧縮空気が燃焼器１３に送られ、ここで圧縮空気と燃料の混合気に着火されて燃焼し、この燃焼器１３で生成された高温・高圧の燃焼ガスがタービン１４に送られて駆動する。そして、タービン１４から排出された排気ガスは排気ライン２０を通って排熱回収ボイラ２１に送られ、ここで、高温・高圧の排気ガスにより蒸気を生成する。

即ち、復水器２８で凝縮された復水が、復水ポンプ３１で加圧されて脱気器３２で溶存酸素が取り除かれた後、給水ポンプ３３により給水ライン３４を通って排熱回収ボイラ２１に戻される。すると、この高圧ユニットで過熱されて発生した高圧蒸気が、高圧蒸気供給ライン２３を通して高圧タービン１６に送られ、ここで仕事をして中圧蒸気となる。この中圧蒸気は中圧蒸気回収ライン２４を通して排熱回収ボイラ２１の再熱器に送られ、再加熱された後、中圧蒸気供給ライン２５を通して中圧タービン１７に送られ、ここで仕事をして低圧蒸気となる。そして、この低圧蒸気は低圧蒸気搬送ライン２６を通して低圧タービン１８に送られ、ここで仕事をして復水器２８に戻される。

また、給水ポンプ３３から抽出された復水は、排熱回収ボイラ２１の中圧ユニットに戻され、この中圧ユニットで過熱されてから、中圧蒸気回収ライン２５に供給される。更に、給水ライン３４を通る復水の一部は、低圧ユニットに戻され、この低圧ユニットで過熱されてから、低圧蒸気供給ライン２７を通して低圧蒸気搬送ライン２６に供給される。

このように構成された複合プラントにおける給水ポンプ３３において、図１に示すように、外部ケーシング４１は、中空形状をなし、吸込口４２と吐出口４３が形成されている。この外部ケーシング４１の内部には、所謂、輪切構造をなす複数のリング部材４４からなる内部ケーシング４５が配置されている。そして、外部ケーシング４１の一端部（図１にて右端部）には、ケーシングカバー４６が装着され、外部ケーシング４１の他端部（図１にて左端部）には、ケーシングカバー４７が装着されており、それぞれ複数の締結ボルト４８，４９により固定されることで、外部ケーシング４１、内部ケーシング４５、ケーシングカバー４６，４７が一体化される。この場合、吸込口４２に復水回収ライン３０が連結され、吐出口４３に給水ライン３４が連結される。

外部ケーシング４１の内部には、吸込口４２から流体を吸込む両吸込羽根車５１が収容されており、内部ケーシング４５における各リング部材４４の内部には、羽根車５２が収容されている。また、内部ケーシング４５を貫通するように回転軸５３が配置され、図示しない軸受により回転自在に支持されている。そして、この回転軸５３にキーを介して両吸込羽根車５１及び各羽根車５２が一体回転可能に固定されている。なお、回転軸５３は、図示しない原動機によって回転駆動可能となっている。

外部ケーシング４１には、両吸込羽根車５１の吐出側が図示しない給水経路を介して隣接する羽根車５２の吸入側に接続されている。各羽根車５２の吐出側がディフューザ５４を介して隣接する羽根車５２の吸入側に接続されている。そして、端部の羽根車５２の吐出側が吐出口４３に接続されている。

この羽根車５２及びディフューザ５４において、図２に示すように、羽根車５２は、回転軸５３に固定される回転体５２ａと、この回転体５２ａの軸方向に沿って固定されて周方向に複数配設される羽根５２ｂと、回転体５２ａに軸方向に対向して複数の羽根５２ｂを連結するシュラウド５２ｃとから構成されている。そして、羽根車５２の入口側には、この羽根車５２に流体が吸入される羽根車入口通路６１が形成されている。

ディフューザ５４は、羽根車５２により昇圧された流体を減速させるものである。このディフューザ５４は、内部ケーシング４５の各リング部材４４により形成されており、ベーンドディフューザ５４ａと、ベーンレスディフューザ５４ｂとを有している。ベーンドディフューザ５４ａは、ベーン（案内羽根）５４ｃを有する領域である。一方、ベーンレスディフューザ５４ｂは、羽根車５２とベーンドディフューザ５４ａとの間に配置されたベーン（案内羽根）を有しない領域であり、羽根車５２の出口から流体が吐出されて流入する。

このように構成された本実施例の給水ポンプ３３にて、図２及び図３に示すように、羽根車５２からベーンレスディフューザ５４ｂへの羽根車吐出径をＤ２とし、ベーンレスディフューザ５４ｂからベーンドディフューザ５４ａへのベーンドディフューザ入口径をＤ３とするとき、Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．２２に設定している。この場合、Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．１９に設定することがより好ましい。

即ち、ディフューザ５４は、羽根車５２により昇圧された流体を減速させて動圧を低減するものである。この場合、ベーンドディフューザ５４ａの圧力回復効率ηｄは、下記数式（１）で表すことができる。ここで、ΔＰは、ベーンドディフューザ５４ａの入口部に対する出口部の圧力差であり、ＰＤは、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での動圧である。
ηｄ＝ΔＰ／ＰＤ・・・（１）

この数式から考えると、ベーンドディフューザ５４ａの圧力回復効率ηｄを高めるには、ベーンドディフューザ５４ａでの圧力差ΔＰを大きくするか、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での動圧ＰＤを小さくするかである。この場合、ベーンドディフューザ５４ａでの圧力差ΔＰがあまり大きくなると、ベーンドディフューザ５４ａの圧力回復効率ηｄが低下することが知られていることから、この点は困難である。

一方、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での動圧ＰＤは、下記数式（２）により表すことができる。ここで、Ｖ３は、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での流体（水）速度である。
ＰＤ∝Ｖ３^２／２・・・（２）
ベーンドディフューザ５４ａの入口部での動圧ＰＤを小さくするには、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での流体速度Ｖ３を低減すればよい。このベーンドディフューザ５４ａの入口部での流体速度Ｖ３は、下記数式（３）により表すことができる。図３に示すように、ｂ２は、羽根車５２からベーンレスディフューザ５４ｂへの羽根車吐出幅であり、ｂ３は、ベーンレスディフューザ５４ｂからベーンドディフューザ５４ａへのベーンドディフューザ入口幅である。また、Ｖ２は、羽根車５２の出口部（ベーンレスディフューザ５４ｂの入口部）での流体（水）速度である。
Ｖ３＝（ｂ２・Ｄ２／ｂ３・Ｄ３）×Ｖ２・・・（３）

ベーンドディフューザ５４ａの入口部での流体速度Ｖ３を低減するには、羽根車吐出幅（ベーンレスディフューザ５４ｂの入口幅）ｂ２、羽根車吐出径Ｄ２、羽根車５２の出口部での流体速度Ｖ２を小さくするか、ベーンドディフューザ入口幅（ベーンレスディフューザ５４ｂの出口幅）ｂ３、ベーンドディフューザ入口径Ｄ３を大きくするかである。この場合、羽根車吐出幅ｂ２、ベーンドディフューザ入口幅ｂ３、羽根車吐出径Ｄ２は、羽根車５２の設計により決定されるものであり、これを変更することは困難である。また、羽根車５２の出口部での流体速度Ｖ２は、給水ポンプ３３の揚程により決定されるものであり、これを変更することも困難である。

そこで、本実施例では、ベーンドディフューザ入口径Ｄ３を大きくしている。即ち、ベーンドディフューザ入口径Ｄ３を大きくすると、数式（３）により、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での流体速度Ｖ３が低減し、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での流体速度Ｖ３が低減すると、数式（２）により、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での動圧ＰＤが小さくなり、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での動圧ＰＤが小さくなると、数式（１）により、ベーンドディフューザ５４ａの圧力回復効率ηｄが大きくなる。

このように、ベーンドディフューザ入口径Ｄ３を大きくすると、ベーンドディフューザ５４ａの圧力回復効率ηｄが大きくなることがわかる。そして、本実施例では、上述したように、Ｄ３／Ｄ２＝１．１〜１．２２（望ましくは、Ｄ３／Ｄ２＝１．１〜１．１９）に設定している。この場合、Ｄ３／Ｄ２を１．１より小さくする、つまり、ベーンレスディフューザ５４ｂを流れ方向に短くし、羽根車５２とベーンドディフューザ５４ａを近づけると、非定常損失が低減すると共に、ベーンレスディフューザ５４ｂにおける摩擦損失が低減するものの、ベーンドディフューザ５４ａの圧力回復効率ηｄを向上することが困難となる。一方、Ｄ３／Ｄ２を１．２２より大きくすると、ディフューザ５４の圧力回復効率が向上する可能性があるものの、流量−揚程の関係を表す特性に右上がりの勾配が発生しやすくなってしまう。また、給水ポンプ３３自体が大型化して、材料費や加工工数、製造コストなどが増大してしまう。

図４に、Ｄ３／Ｄ２を変化させたときの流量−揚程特性を表している。図４のグラフからわかるように、Ｄ３／Ｄ２が１．１から１．１９の領域にあるとき、流量−揚程特性のグラフは、右下がり勾配だけとなる。そしてＤ３／Ｄ２が１．２２になると、流量−揚程特性のグラフは、一部に右上がり勾配が発生してしまう。但し、Ｄ３／Ｄ２＝１．２２の特性は、流量−揚程特性の実験誤差や設計事項を含んでいることから、これらを考慮することで、Ｄ３／Ｄ２＝１．２２における流量−揚程特性のグラフを、右下がり勾配だけとすることが可能である。例えば、ベーン（ディフューザ翼）５４ｃの前縁５４ｄの傾斜との組み合わせや、従来より既知であるインペラ（羽根車）５２の後縁の斜めカットとの組み合わせ、または、ベーン（ディフューザ翼）５４ｃの負荷分布の調整等が考えられる。

また、本実施例の給水ポンプ３３にて、ベーンレスディフューザ５４ｂの通路幅が入口よりも出口の方が小さくなる、即ち、ベーンレスディフューザ入口幅ｂ２＞ベーンレスディフューザ出口幅ｂ３となるようにテーパ形状に形成されている。なお、上述したベーンドディフューザ入口径Ｄ３は、平均値または幅方向中央の値である。この場合、ベーンレスディフューザ入口幅ｂ２をベーンレスディフューザ出口幅ｂ３より大きくすると、ベーンレスディフューザ５４ｂにおける入口の通路面積が出口の通路面積より大きくなるものと考えられる。しかし、ベーンレスディフューザ５４ｂの入口と出口では、径方向における形成位置が相違することから、通路面積が上記のようにならなくても、子午面形状がテーパ形状となることがある。そのため、過度に面積が拡大しないようなテーパ形状にすることが望ましい。

更に、ベーンドディフューザ５４ａのベーン５４ｃは、その入口部における前縁５４ｄが回転軸５３の軸方向（軸心Ｏ）に対して所定量だけ傾斜して形成されている。この場合、ベーンドディフューザ５４ａの入口部におけるベーン５４ｃの前縁５４ｄの傾斜方向は、羽根車５２の形状や渦流の発生位置などに応じて適宜設定すればよいものである。つまり、ベーンドディフューザ５４ａの入口部におけるベーン５４ｃの前縁５４ｄは、必要に応じて、回転軸５３の軸方向（軸心Ｏ）一方側が軸心Ｏ側に傾斜してもよいし、他方側が軸心Ｏ側に傾斜してもよい。

従って、本実施例の給水ポンプ３３では、図１及び図２に示すように、回転軸５３と共に各羽根車５１，５２が回転すると、復水が吸込口４２から外部ケーシング４１内に吸い込まれ、両吸込羽根車５１で昇圧された後に各羽根車５２により昇圧される。このとき、復水は、各羽根車５２を流過する過程で昇圧された後、各ディフューザ５４で復水の動圧が静圧に変換される。そして、端部のディフューザ５４で減速された復水は、吐出口４３から吐出される。

この場合、羽根車５２からディフューザ５４に流れる復水は、Ｄ３／Ｄ２＝１．１〜１．２２（望ましくは、Ｄ３／Ｄ２＝１．１〜１．１９）に設定されていることから、ベーンレスディフューザ５４ｂにて損失が発生するものの、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での動圧は低減できるので、ディフューザ５４の全体では損失が低減することとなる。

図５に、本実施例の給水ポンプ３３におけるディフューザ損失を表すグラフを示す。図３及び図５からわかるように、従来の給水ポンプに対して、Ｄ３／Ｄ２＝１．１〜１．２２に設定した本実施例の給水ポンプ３３（図５の（１））では、ベーンレスディフューザ５４ｂにおける領域Ａのディフューザ損失が増加するものの、ベーンドディフューザ５４ａにおける領域Ｂ〜Ｄのディフューザ損失が減少している。特に、ベーンドディフューザ５４ａにおける領域Ｂ（ベーンドディフューザ５４ａの入口部近傍）のディフューザ損失が大きく減少している。

また、Ｄ３／Ｄ２＝１．１〜１．２２に設定すると共に、ベーンレスディフューザ５４ｂをテーパ形状とした本実施例の給水ポンプ３３（図５の（２））では、ベーンレスディフューザ５４ｂにおける領域Ａのディフューザ損失が同様に増加するものの、ベーンドディフューザ５４ａにおける領域Ｂ〜Ｄのディフューザ損失、特に、ベーンドディフューザ５４ａにおける領域Ｂ（ベーンドディフューザ５４ａの入口部近傍）のディフューザ損失が更に大きく減少している。

図６に、本実施例の給水ポンプ３３におけるベーンドディフューザ入口径とディフューザ損失からなるディフューザ効率を表している。この図６のグラフにて、例えば、ベーンドディフューザ５４ａの圧力回復効率ηｄを０．７から０．８に上げたいとき、ベーンドディフューザ５４ａの損失を相当量減少する必要がある。しかし、本実施例のように、ベーンドディフューザ入口径Ｄ３を大きく、つまり、ベーンドディフューザ入口径Ｄ３／羽根車吐出径Ｄ２を大きくすると、ベーンドディフューザ５４ａの損失が減少し、ベーンドディフューザ圧力回復効率ηｄが向上する。

このように本実施例の給水ポンプ３３にあっては、中空形状をなすケーシング４１，４５に回転軸５３が回転自在に支持され、この回転軸５３に羽根車５１，５２が装着され、羽根車５２に流体が吸入される羽根車入口通路６１と、羽根車５２から吐出される流体を減速させると共に、ベーンレスディフューザ５４ｂとベーンドディフューザ５４ａとからなるディフューザ５４とを設けて構成し、羽根車５２からベーンレスディフューザ５４ｂへの羽根車吐出径をＤ２とし、ベーンレスディフューザ５４ｂからベーンドディフューザ５４ａへのベーンドディフューザ入口径をＤ３とするとき、Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．２２に設定している。

従って、羽根車吐出径Ｄ２に対してベーンドディフューザ入口径Ｄ３を大きくすることで、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での動圧を低減することで、圧力回復効率ηｄを向上して高効率化を可能とすることができる。

この場合、Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．１９に設定することが好ましく、この設定により、ベーンドディフューザ５４ａの入口部での動圧を適正に低減することができる。

また、本実施例の給水ポンプ３３では、ベーンレスディフューザ５４ｂの通路幅が入口よりも出口の方が小さくなる、すなわち、ベーンレスディフューザ入口幅ｂ２＞ベーンレスディフューザ出口幅ｂ３となるようにテーパ形状に形成している。従って、羽根車５２とベーンドディフューザ５４ａとの間に位置するベーンのないベーンレスディフューザ５４ｂがテーパ形状となることで、壁面境界層の発達を抑制することができる。

また、本実施例の給水ポンプ３３では、ベーンドディフューザ５４ａの入口部におけるベーン５４ｃの前縁５４ｄが回転軸５３の軸方向に対して所定量だけ傾斜して形成されている。従って、羽根車５２における渦流の発生を抑制することで、流量−揚程特性を右上がり勾配のないものとすることができる。この場合、例えば、Ｄ３／Ｄ２を１．２２に設定したとき、流量−揚程特性の一部に右上がり勾配が発生するが、ベーンドディフューザ５４ａの入口部におけるベーン５４ｃの前縁５４ｄに傾斜部を形成することで、右上がり勾配を修正することが可能となる。

なお、上述した実施例では、ベーンドディフューザ入口径Ｄ３／羽根車吐出径Ｄ２を所定値に設定するために、ベーンドディフューザ入口径Ｄ３を大きくしたが、設計が可能であれば、羽根車吐出径Ｄ２を小さくしてもよい。また、必要に応じて、羽根車吐出幅ｂ２、ベーンドディフューザ入口幅ｂ３、羽根車５２の出口部での流体速度Ｖ２を変更してもよい。

また、上述した実施例では、曲がり通路を有するディフューザ５４を適用したが、外周側に吐出通路を有する遠心ディフューザとしてもよい。また、羽根車５２を複数設けた多段ポンプとしたが、羽根車５２が１つの単段ポンプとしてもよい。更に、１つのベーンドディフューザ５４ａに対してベーン５４ｃは１つとしたが、流れ方向に複数のベーンを設けてもよい。この場合は、上述した実施例のベーンドディフューザ５４ａのベーン５４ｃを、複数あるうちの最上流に位置するベーンに読み替えればよい。

そして、本実施例では、本発明の給水ポンプを複合プラントにおける排熱回収ボイラ２１の給水ポンプ３３として適用したが、この分野に限らず、いずれの遠心ポンプであってもよく、いずれの分野でも適用可能である。

本発明に係る遠心ポンプは、羽根車吐出径に対するベーンドディフューザ入口径の比率を大きくすることで、ディフューザ圧力回復効率の向上を可能とするものであり、いずれの種類の遠心ポンプにも適用することができる。

１１ ガスタービン
１５ 蒸気タービン
２１ 排熱回収ボイラ
２２ 発電機
２８ 復水器
３０ 復水回収ライン
３３ 給水ポンプ（遠心ポンプ）
３４ 給水ライン
４１ 外部ケーシング
４２ 吸込口
４３ 吐出口
４５ 内部ケーシング
５１ 両吸込羽根車
５２ 羽根車
５３ 回転軸
５４ ディフューザ
５４ａ ベーンドディフューザ
５４ｂ ベーンレスディフューザ
５４ｃ ベーン
５４ｄ 前縁
６１ 羽根車入口通路

Claims (4)

1. 中空形状をなすケーシングと、
   該ケーシング内に回転自在に支持される回転軸と、
   該回転軸に装着される羽根車と、
   該羽根車に流体が吸入される羽根車入口通路と、
   前記羽根車の出口から吐出される流体を減速させるディフューザと、
   を備え、
   前記ディフューザは、ベーンを有するベーンドディフューザと、
   該ベーンドディフューザと前記羽根車との間に位置してベーンを有さないベーンレスディフューザと、
   から構成される遠心ポンプにおいて、
   前記羽根車から前記ベーンレスディフューザへの羽根車吐出径をＤ２とし、前記ベーンレスディフューザから前記ベーンドディフューザへのベーンドディフューザ入口径をＤ３とするとき、
   Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．２２に設定する、
   ことを特徴とする遠心ポンプ。
2. 前記Ｄ３／Ｄ２を１．１〜１．１９に設定することを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
3. 前記ベーンレスディフューザの通路幅が入口よりも出口の方が小さくなるようにテーパ形状に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心ポンプ。
4. 前記ベーンは、前縁が前記回転軸の軸方向に対して所定量だけ傾斜して形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の遠心ポンプ。

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