JP2012530863A - 遠心ポンプ用の流れ出力ノズル - Google Patents

Abstract

ポンプ１０の流れ出口２８が、ポケット部４２を有し、該ポケット部４２がその直径Ｄｐを画定している。喉部４４が、ポケット部４２の下流側に配置されており、ポケット部４２の直径よりも小さい喉部４４の直径Ｄｔｈを画定している。

Description

本発明は、遠心ポンプに関し、特に、シャットオフ時の安定したヘッド対流量性能を提供する出力ノズルに関する。

多くの遠心ポンプは、低流量時に横ばい、または垂下するヘッド対流量曲線を有している。この影響は、シャットオフ時つまり流量がゼロのときにさらに顕著となり、不安定な曲線を生じさせる。

不安定、つまり垂下状態または横ばいの状態のヘッド対流量性能が、システムの抵抗の僅かな変化として動作を複雑にすることがあり、これにより、流量が大いに変化し、および／または許容することができない流れ点においてポンプ装置が動作し得る。

本発明の例示的な実施例におけるポンプの流れ出口が、ポケット部直径を画定するポケット部を備えている。喉部が、ポケット部の下流側に配置されており、ポケット部直径よりも小さい喉部直径を画定する。

本発明の実施例の遠心ポンプが、コレクタを画定するハウジングを備えている。インペラがコレクタ内に配置されており、回転軸に沿って画定される。ポケット部が、コレクタに隣接して配置されており、ポケット部直径を画定する。喉部が、ポケット部の下流側に配置されており、ポケット部直径よりも小さい喉部直径を画定する。

本発明を用いた遠心ポンプアッセンブリの概略的な長手方向の断面図である。 本発明のノズルを示す、図１の遠心ポンプアッセンブリの線２−２に沿った概略的な横方向の断面図である。 従来技術のノズルを示す、遠心ポンプアッセンブリの概略的な横方向の断面図である。 本発明のこれに限定されない１つの実施例のノズルを示す、遠心ポンプアッセンブリの横方向の部分的な断面図である。 図４Ａに示したノズルの横方向の拡大断面図である。 本発明のこれに限定されない他の実施例のノズルを示す、遠心ポンプアッセンブリの横方向の部分的な断面図である。 図５Ａに示した遠心ポンプアッセンブリの横方向の拡大断面図である。 図３の従来技術のノズルと比較した、図４，図５および図８のノズルの全動圧（ＴＤＨ）対流量曲線を示すグラフである。 本発明のノズルに隣接して配置されたポケット部を示す、遠心ポンプアッセンブリの横方向の寸法関係を示した図である。 渦巻幅に対するノズルのポケット部を示す、遠心ポンプアッセンブリの長手方向の寸法関係を示した図である。 本発明のこれに限定されない他の実施例のノズルを示す、遠心ポンプアッセンブリの横方向の部分的な断面図である。

図１には、遠心ポンプアッセンブリ１０が概略的に示されている。これに限定されない開示した実施例には、磁気駆動式の遠心ポンプアッセンブリ１０が示されているが、種々のポンプが本発明から恩恵を受け得ることを理解されたい。

遠心ポンプアッセンブリ１０は、一般に、ハウジング１２、インペラ１４、内周側の磁石アッセンブリ１６、シャフト１８、シャフト支持部２０，２２および格納シェル２４を備えている。流れ入口２６が軸Ｙを画定し、シャフト１８および前方シャフト支持部２０の周囲の環形部によって形成され（図２）、インペラ１４は、シャフト１８を中心に回転する。流れ出口２８が、軸Ｙを横切る軸Ｘを画定し、また、流れ出口２８は、インペラ１４と連通するように、インペラ１４を含むハウジング１２内のコレクタ３０と接する通路として形成される。

動作時には、モータ３２が外周側の磁石アッセンブリ３４へ電力を供給し、これにより、内周側の磁石アッセンブリ１６の磁石反応のためにハウジング１２内のインペラ１４が回転する。ポンプアッセンブリによりシールの要求が最小化されるので、磁気駆動式遠心ポンプは、例えば、腐食性流体をポンプ輸送するのに非常に適している。

図２では、流れ出口２８は、ノズル４０を備えている。これに限定されない開示した実施例には、ノズル４０が個別の構成要素として示されているが、ノズル４０は流れ出口２８と一体に機械加工される、および／または流れ出口２８に形成され得ることを理解されたい。ノズル４０は、内側形状を形成し、この内側形状は、従来技術の流れ出口Ｆ（従来技術、図３）よりもシャットオフに向かって上昇するヘッド対流量曲線を有利に提供する。

図４Ａでは、これに限定されない一実施例のノズル４０をノズル４０Ａとすることができ、ノズル４０Ａは、一般に、軸Ｘに沿って配置される、ポケット部４２Ａ、喉部４４Ａ、移行部４６Ａおよび拡散部４８Ａを備えている。

図４Ｂでは、ポケット部４２Ａは、一般に直径Ｄｐを画定し、喉部４４Ａは、一般に直径Ｄｔｈを画定し、移行部４６Ａは、一般に直径Ｄｔを画定し、拡散部４８Ａは、一般に吐出直径Ｄｄを画定する。

ポケット部４２Ａは、流れ出口２８内において喉部４４Ａの上流側に形成され得る。これに限定されない一実施例のポケット部は、個別のノズル４０Ａを受けるハウジング１２の一部とすることができる。つまり、ノズル４０Ａは、ハウジング１２とは別個に製造される。

ノズル４０Ａは、その下流側端部に吐出部５０Ａを画定する。喉部４４Ａは、概ね円筒形であり、喉部４４Ａの直径は、ポケット部４２Ａの直径よりも小さいものとされている。喉部４４Ａは、移行部４６Ａと連通している。移行部４６Ａは、拡散部４８Ａと連通する、比較的短い円錐台形とされ得る。拡散部４８Ａは、比較的長い円錐台形とされ得る。

ノズル４０の構成によって、吐出部５０Ａの圧力が、流れが形成されている限りは回復することができる。しかし、低流量または流れが無い場合には、例えあるとしても、圧力の回復が殆ど無く、これにより、全動圧対流量曲線によって表されているように従来技術の設計のヘッド対流量の垂下曲線（図３）の形式が生じ得る。拡散部４８Ａと組み合わせて、インペラ１４から離間させて流れ出口２８の吐出通路へ喉部４４Ａを配置することにより、シャットオフに向かって有利に上昇する曲線が容易に得られる。

図５Ａには、これに限定されない他の実施例のノズル４０が示されており、該ノズル４０はノズル４０Ｂとすることができる。ノズル４０Ｂは、一般に、軸Ｘに沿って配置される、ポケット部４２Ｂ、喉部４４Ｂ、移行部４６Ｂおよび拡散部４８Ｂを画定する。移行部４６Ｂは、一般に、喉部４４Ｂの直径Ｄｔｈから直径Ｄｔへと段状に形成されている（図５Ｂ）。

図６においては、ノズル４０Ａが、全動圧（ＴＤＨ）対流量曲線（Ａ）を提供し、この曲線は、安定しているとともにシャットオフに向かって上昇しているが、全動圧の値が低いときには、ノズル４０Ｂ（曲線（Ｂ））に対して僅かに離れて横ばいになる。喉部４４の直径および長さが、全動圧対流量曲線の形状を変化させるが、曲線は安定したままである。

ポケット部４２は、ポケット高さＬｐを画定し、該ポケット高さＬｐは、ポンプ回転軸Ｙと、ポケット部４２と喉部４４との間の軸Ｘに沿った交差部とがなす角度αによって画定される（図７Ａ）。一般に、ポケット部４２は、シャットオフ時に曲線形状を安定させる。これに限定されない１つの実施例では、ポケット部の直径Ｄｐは、渦巻幅Ｖｗ（図７Ｂ）よりも小さいか、もしくはこれと等しい。

喉部の直径Ｄｔｈは、一般に、喉部４４の直径が減少することにより曲線（Ｃ）がより急崚になるように望ましい動作曲線を制御する。１つの実施例では、喉部の直径Ｄｔｈは、Ｄｐよりも小さい。

また、移行部４６の形状も、曲線形状に影響を及ぼす。例えば、急崚な移行部４６（図５）により、シャットオフ時のヘッドが増加し、曲線形状が急崚となり（曲線Ｂを参照）、傾斜した（段階的な）移行部４６（図４）により、一般に、シャットオフ時のヘッドが減少し、曲線が横ばいとなるが、安定したままである。一実施例では、移行部４６の直径は、

として示される。

移行部の長さは、

として示される。ここで、Ｌｄは、拡散部の長さであり、Ｌｔｈは、喉部の長さである。

トリミングとも呼ばれるインペラの直径の減少により、全動圧の値が低いときの曲線形状が維持される（曲線Ｃ’および曲線Ｂ’を参照）。したがって、性能曲線は、種々のインペラの直径について維持され得る。

移行部を無くすことにより（Ｌｔ＝０、図８）、より多くの流れを通流させる比較的偏平な形状で、シャットオフ時のヘッドを減少させる。降下は、高流量のときに生じる（曲線Ｄを参照）。喉部の長さＬｔｈが、適切な拡散部の長さＬｄおよび約５〜７°の拡散部の角度θｄを維持して吐出直径Ｄｄに適合させるための要求に影響される。

拡散部４８は、一般に、速度ヘッドを圧力へと変換する。一般の拡散部４８は、２θｄの先端角度（ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）を画定する。移行部４６を有したノズル４０においては（図４および図５）、先端角度は、約１０〜１１°とされ得る。移行部４６を有していないノズル４０Ｃにおいては（図８）、先端角度は、約１４°までとされ得る。

種々の図の全体について、同様の参照番号は、対応するまたは同様の構成要素を示すことを理解されたい。また、図示した実施例では、特定の構成要素配置が開示されているが、他の配置が本発明から恩恵を受けることを理解されたい。

特定のステップの手順が示され、説明され、特許請求されているが、これらのステップを、特に指示がないかぎり、任意の順序で実施し、または個別に実施し、もしくは組み合わせて実施することができ、また上記ステップは、本発明から恩恵を受けたままであることを理解されたい。

上記の説明は、例示的なものであり、限定的なものではない。これらに限定されない種々の実施例が開示されているが、当業者であれば、上記の教示に照らして、種々の修正および変更が、付記の特許請求の範囲に含まれることを理解するであろう。したがって、本発明が特定の形式としてではなく実例となるものとして本発明の付記の特許請求の範囲内に含まれることを理解されたい。したがって、付記の特許請求の範囲が本発明の真の範囲を画定するために検討されるべきである。

Claims (14)

1. ポケット部直径を画定するポケット部と、
   前記ポケット部直径よりも小さい喉部直径を画定するように前記ポケット部の下流側に配置された喉部と、
   を備えたポンプの流れ出口。
2. 前記流れ出口は、インペラの回転軸を横切る軸に沿って画定されることを特徴とする請求項１に記載のポンプの流れ出口。
3. 前記喉部直径は、前記ポケット部直径の約０．３倍よりも小さいか、またはこれに等しいことを特徴とする請求項１に記載のポンプの流れ出口。
4. 前記喉部の下流側に配置された移行部をさらに備え、該移行部は、段状の移行部を画定することを特徴とする請求項１に記載のポンプの流れ出口。
5. 前記喉部の下流側に配置された移行部をさらに備え、該移行部は、傾斜した移行部を画定することを特徴とする請求項１に記載のポンプの流れ出口。
6. 前記喉部の下流側に配置された移行部をさらに備え、該移行部は、前記喉部直径の約１．６〜２．１倍の移行部直径を画定することを特徴とする請求項１に記載のポンプの流れ出口。
7. 前記喉部の下流側に配置された移行部をさらに備え、該移行部の長さ（Ｌｔ）は、
   

   

   によって画定され、Ｌｔｈは、喉部の長さを示し、Ｌｄは、前記移行部の下流側に配置された拡散部の拡散部長さを示すことを特徴とする請求項１に記載のポンプの流れ出口。
8. 前記拡散部の側部が、拡散部角度を画定することを特徴とする請求項７に記載のポンプの流れ出口。
9. コレクタを画定するハウジングと、
   前記コレクタ内に配置され、回転軸を有したインペラと、
   ポケット部直径を画定するように前記コレクタに隣接するように配置されたポケット部と、
   前記ポケット部直径よりも小さい喉部直径を画定するように前記ポケット部の下流側に配置された喉部と、
   を備えた遠心ポンプ。
10. 前記ポケット部は、前記ポンプの前記ハウジングに形成されることを特徴とする請求項９に記載の遠心ポンプ。
11. 前記喉部は、前記ハウジング内に取り付けられたノズル内に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の遠心ポンプ。
12. 前記喉部直径は、前記ポケット部直径の約０．３倍よりも小さいか、またはこれに等しいことを特徴とする請求項９に記載の遠心ポンプ。
13. 前記喉部の下流側に配置された移行部をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の遠心ポンプ。
14. 前記移行部の下流側に配置された拡散部をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の遠心ポンプ。

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