JP2014074359A - 多段ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車の侵食を防止することができ、さらには高速の流体が羽根車に衝突することにより生ずる振動を防止することができる羽根車背面合せ型多段ポンプを提供する。
【解決手段】多段ポンプは、複数段の羽根車２を有する第１のポンプ群７Ａと、第１のポンプ群７Ａの羽根車２とは反対方向を向いた複数段の羽根車２を有する第２のポンプ群７Ｂと、第２のポンプ群７Ｂの吸込口１７に接続された羽根車入口室５５および該羽根車入口室５５に隣接する環状流路４９が内部に形成されたバランスケーシング４１と、羽根車入口室５５と環状流路４９とを隔離する整流機構５０とを備える。整流機構５０は、環状流路４９と羽根車入口室５５とを連通させる複数の通孔５１を有する。
【選択図】図９

Description

本発明は、流体（主に液体）を加圧して移送する多段ポンプに関し、特に羽根車背面合せ型の多段ポンプに関する。

発電用ボイラ給水ポンプ、圧延用デスケーリングポンプ、肥料プラント用プロセスポンプ、海水淡水化用高圧ポンプなどとして使用される輪切型ポンプは、数ＭＰａ以上の高圧力を達成できる多段ポンプである。図１に、輪切型多段ポンプの典型的な一例を示す。図１に示すように、このタイプの多段ポンプにおいては、複数の羽根車２が回転軸１に取り付けられ、それぞれの羽根車２を取り囲むようにガイドベーン３および中胴４が重ねられる。重ねられた中胴４の両端には吸込ケーシング５と吐出ケーシング６が配置される。吸込ケーシング５には流体を吸い込む吸込ノズル１１が設けられ、吐出ケーシング６には加圧した流体を吐き出す吐出ノズル１６が設けられている。

吸込ケーシング５および吐出ケーシング６を連結する複数のボルト１０によってガイドベーン３および中胴４が締め付けられ、これにより一体構造のポンプが形成される。このような構造の多段ポンプにおいては、すべての羽根車２が同一方向を向いて配列されているため、羽根車２に発生するスラスト(推力)を打ち消すためのバランス機構２０が設けられている。

図２は、図１に示す多段ポンプのバランス機構２０を示す模式図である。バランス機構２０は、回転軸１に固定されたバランスディスク２１およびバランスピストン２２と、吐出ケーシング６に固定されたバランスシート２４を備えている。回転側のバランスディスク２１と静止側の吐出ケーシング６との間にはリング状の中間室２５が形成されている。羽根車２から吐き出された流体の一部は、吐出ケーシング６とバランスピストン２２との間のすき間を通って中間室２５に流入する。さらに、中間室２５内の流体は、バランスディスク２１とバランスシート２４との間に形成された軸方向のすき間Ｂを通って流出する。図２において、中間室１１内の流体の圧力はＰｉで表されている。多段ポンプの運転中、各羽根車２には吸込側に向かってスラストＦ１〜Ｆｍが作用し、バランスピストン２２およびバランスディスク２１には、吐出側に向かってスラストＦｂが作用する。

図３および図４は、図２に示すバランス機構２０の動作を説明する図である。図３に示すように、回転軸１とともにバランスピストン２２およびバランスディスク２１が吸込側に移動すると、すき間Ｂが小さくなり、中間室２５内の圧力Ｐｉが大きくなる。その結果、バランスピストン２２およびバランスディスク２１に作用するスラストＦｂが大きくなる。スラストＦｂが大きくなると、バランスピストン２２およびバランスディスク２１が回転軸１とともに吐出側に移動する。すると、図４に示すように、すき間Ｂが大きくなり、中間室２５内の圧力Ｐｉが小さくなる。その結果、バランスピストン２２およびバランスディスク２１に作用するスラストＦｂが小さくなる。このようにして、最終的にスラストＦ１〜Ｆｍの合力とスラストＦｂとが釣り合う。

このようなバランス機構を用いないタイプの多段ポンプとして、図５に示すような、羽根車背面合せ型多段ポンプがある。このタイプの多段ポンプでは、羽根車２を２つのポンプ群、すなわち第１のポンプ群７Ａと第２のポンプ群７Ｂとに分けて、同数の羽根車２を互いに吸い込み方向を逆向きにして配列している。このような配置により、お互いのスラストが打ち消され、スラスト軸受に過大な負荷が生じないようになっている。

図５のポンプ内に表示されている矢印は、流体の流れを表している。図５に示すポンプの下方には、各羽根車２に作用するスラストが模式的に記載されている。スラストを示す矢印の方向は、各羽根車２に作用するスラストの方向を表し、矢印の大きさはスラストの大きさを表している。吸込ノズル１１から流入した流体は、吸込ケーシング５を経由し、第１のポンプ群７Ａに吸い込まれる。第１のポンプ群７Ａでは、６段の羽根車２により順次加圧され、中間段吐出流路１５から一旦外部に吐出される。中間段吐出流路１５は、第１のポンプ群７Ａと第２のポンプ群７Ｂとの間に配置されている吐出ケーシング６内に形成されている。第１のポンプ群７Ａでは、１段目から６段目の羽根車２にかかるスラストの合力が回転軸１に第１の方向（図５の左側）に向かって作用する。

一旦吐出された流体は、第２のポンプ群７Ｂに隣接するバランスケーシング４１に連絡配管４２を通って運ばれる。流体はバランスケーシング４１内を通り、第２のポンプ群７Ｂに吸い込まれる。第２のポンプ群７Ｂでは、６段の羽根車２により順次加圧される。流体は最終的に吐出ケーシング６を経て吐出ノズル１６より外部に排出される。第２のポンプ群７Ｂでは、７段目から１２段目の羽根車２にかかるスラストの合力が回転軸１に上記第１の方向とは反対の第２の方向（図５の右側）に向かって作用する。したがって、互いに反対向きのスラストがバランスする。

バランスケーシング４１は、第１のポンプ群７Ａにより加圧された流体の圧力を受けるため、高圧の流体に耐える構造でなければならず、また、その流体の圧力を損なうことなく続く第２のポンプ群７Ｂにその流体を供給しなければならない。そのため、１段目の羽根車２の前に形成されている吸込ケーシング５内の空間のような大きな容積をもった空間をバランスケーシング４１内に形成することはできない。しかしながら、圧力や流れの変動が緩衝された状態で流体を第２のポンプ群７Ｂに供給する必要がある。そこで、ある程度の容積を持つ吸込室４５がバランスケーシング４１内に設けられている。

図６は、図５に示すバランスケーシング４１を示す部分拡大図である。図６に示すように、流体は、バランスケーシング４１に形成された導入流路４３から回転軸１に対してほぼ垂直に吸込室４５に供給される。図７は回転軸１の軸方向から見た吸込室４５の断面図である。液体が導入流路４３から吸込室４５に流入するとき、流路面積が急に拡大するため、偏流が起こりやすい。このような偏った流れが羽根車２に高速で流入すると、羽根車２の侵食が進行する。あるいは、第２のポンプ群７Ｂの羽根車２に流入する前に羽根車２の回転による予旋回流が形成されて、次段羽根車２の揚水性能(揚程)が低下することがある。さらには、高速の流体の羽根車２への衝突により振動が励起されてしまう。

実開昭５８−４６０００号公報 特開平３−１３８４９８号公報 特公昭４１−１５６２１号公報

特許文献１では、予旋回を解決するために、羽根車に向かう流れを整流する整流板をバランスケーシングに設けることが提案されている。しかしながら、特許文献１に開示されている構成では、特許文献２で指摘されているように、通路から吸込室に流体が入る際に、急速に流路面積が拡大するために、吸込室の壁面から剥離した噴流が形成される。このため、吸込室内では流れに偏りが生じ、吸込室内に圧力変動が生じてしまう。その結果、キャビテーションやそれによる振動が発生していた。

特許文献３では、単段の両吸込渦巻きポンプにおいて、羽根車入口の前に整流板を放射状に設置することにより、均一な流れを形成することが提案されている。しかしながら、単段の両吸込渦巻きポンプの揚水圧力は高くなく、流路面積も急拡大していない。しかも、単段の両吸込渦巻きポンプは大きなボリュートを備えている。これに対し、多段ポンプでは、高圧にされた流体は、バランスケーシング４１内の吸込室４５のような、限られた狭い空間に導入流路４３から供給される。このため、吸込室４５内には噴流によって流れの偏りが発生する。特許文献３では、このような多段ポンプに生じる問題を解決するための提案はなされていない。

そこで、本発明は、羽根車の侵食を防止することができ、さらには高速の流体が羽根車に衝突することにより生ずる振動を防止することができる羽根車背面合せ型多段ポンプを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、回転軸と、前記回転軸に取り付けられた複数段の羽根車を有する第１のポンプ群と、前記第１のポンプ群の前記羽根車とは反対方向を向いて前記回転軸に取り付けられた複数段の羽根車を有する第２のポンプ群と、前記第１のポンプ群の吸込口に接続された吸込ケーシングと、前記第２のポンプ群の吐出口に接続された吐出ケーシングと、前記第２のポンプ群の吸込口に接続された羽根車入口室および該羽根車入口室に隣接する環状流路が内部に形成されたバランスケーシングと、前記第１のポンプ群の吐出口と前記環状流路とを連通する連絡流路と、前記羽根車入口室と前記環状流路とを隔離する整流機構とを備え、前記整流機構は、前記環状流路と前記羽根車入口室とを連通させる複数の通孔を有することを特徴とする多段ポンプである。

本発明の好ましい態様は、前記複数の通孔は、前記回転軸の周方向に沿って配列されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記整流機構は、前記羽根車入口室内に配置された、前記第２のポンプ群の吸込口に向かって延びる複数の静止翼をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記静止翼は、前記回転軸の半径方向に延びることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記静止翼は、前記複数の通孔を通過した流体を前記羽根車の回転方向とは反対方向に旋回させるように配列されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の通孔は、該通孔を通過した流体を前記羽根車の回転方向とは反対方向に旋回させるように配列されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記複数の通孔は、前記第２のポンプ群の吸込口に向かって傾斜していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の通孔は、前記回転軸と垂直な平面に対して１°〜３０°の角度で傾斜していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記整流機構は、前記回転軸と同心の円錐台形の部材を備えており、前記複数の通孔は、前記円錐台形の部材の外周面から内周面まで延びていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の通孔は、前記整流機構の周方向に長い楕円形状を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の通孔は、その流路面積が流れ方向に従って徐々に大きくなる形状を有していることを特徴とする。

本発明によれば、整流機構の外側に形成された環状流路内で流れが混合攪拌されて、均一化した圧力分布にすることが可能である。流体は、整流機構の通孔を通過して均等な流れとなり、羽根車入口室では圧力変動の少ない流体の流れが形成される。その結果、第２のポンプ群の吸込口に均等な流線を持つ流体を供給することができる。したがって、本発明の整流機構は、羽根車の侵食を防止し、高速の流体が羽根車に衝突することにより生ずる振動を防止することができる。

従来の輪切型多段ポンプの一例を示す断面図である。 図１に示す多段ポンプのバランス機構を示す模式図である。 図２に示すバランス機構の動作を説明する図である。 図２に示すバランス機構の動作を説明する図である。 従来の羽根車背面合せ型多段ポンプの一例を示す断面図である。 図５に示すバランスケーシングを示す部分拡大図である。 回転軸の軸方向から見た吸込室の断面図である。 本発明の多段ポンプの一実施形態を示す断面図である。 図８に示すバランスケーシングおよび第２のポンプ群を示す拡大断面図である。 図９に示す整流機構を示す拡大断面図である。 図１０に示す整流機構のＡ−Ａ線断面図である。 整流機構の縦断面図である。 整流機構によって流体が整流される様子を示す図である。 本発明に係る整流機構の第２の実施形態を示す図である。 図１４に示す整流機構のＢ−Ｂ線断面図である。 第２の実施形態の変形例を示す図である。 図１６に示す整流機構のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明に係る整流機構の第３の実施形態を示す図である。 本発明に係る整流機構の第４の実施形態を示す図である。 本発明に係る整流機構の第５の実施形態を示す図である。 図２０に示す通孔を整流機構の半径方向から見た図である。 本発明に係る整流機構の第６の実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図８は、本発明の多段ポンプの一実施形態を示す断面図である。本実施形態に係る多段ポンプは、反対方向を向いた多段羽根車を有する、いわゆる背面合せ型の多段ポンプである。さらに、本実施形態の多段ポンプは、複数のポンプケーシングが重なり合ってボルトで互いに締め付けられた構造を有する輪切型の多段ポンプである。

図８に示すように、多段ポンプは、回転軸１上に配列された第１のポンプ群７Ａと第２のポンプ群７Ｂとを備えている。第１のポンプ群７Ａは、回転軸１に取り付けられた複数の羽根車２と、各羽根車２を囲むように配置されたガイドベーン３および中胴（ポンプケーシング）４とを備えている。第２のポンプ群７Ｂは、第１のポンプ群７Ａの羽根車２とは反対向きに回転軸１に取り付けられた複数の羽根車２と、各羽根車２を囲むように配置されたガイドベーン３および中胴４とを備えている。

第１のポンプ群７Ａと第２のポンプ群７Ｂの各段は、羽根車２と、これを囲むガイドベーン３および中胴４とから構成される。第１のポンプ群７Ａと第２のポンプ群７Ｂの段数は互いに同じである。第１のポンプ群７Ａおよび第２のポンプ群７Ｂの羽根車２は、どちらも軸方向外側を向いている。回転軸１には、図示しないモータなどの駆動源が図示しないカップリングを介して連結されており、回転軸１とともに第１のポンプ群７Ａおよび第２のポンプ群７Ｂの羽根車２が回転する。

多段ポンプは、第１のポンプ群７Ａの吸込口に接続され、外部からの流体を該第１のポンプ群７Ａに導く吸込ケーシング５と、第１のポンプ群７Ａと第２のポンプ群７Ｂとの間に配置された吐出ケーシング６と、第２のポンプ群７Ｂの吸込口１７に接続されたバランスケーシング４１とをさらに備えている。吸込ケーシング５は、流体の吸込口である吸込ノズル１１を有している。吐出ケーシング６は、第１のポンプ群７Ａの吐出口１２に接続された中間段吐出流路１５と、第２のポンプ群７Ｂの吐出口１３に連通する吐出ノズル１６を有している。中間段吐出流路１５は、連絡配管４２を通じてバランスケーシング４１に接続されており、第１のポンプ群７Ａから吐き出された流体は、吐出ケーシング６の中間段吐出流路１５および連絡配管４２を通ってバランスケーシング４１内に導かれるようになっている。連絡配管４２は、第２のポンプ群７Ｂの外側に配置されている。本実施形態では複数の連絡配管４２が設けられているが、１本の連絡配管４２であってもよい。

第１のポンプ群７Ａおよび第２のポンプ群７Ｂの中胴４およびガイドベーン３は、回転軸１に沿って積み重ねられている。第１のポンプ群７Ａの中胴４およびガイドベーン３、吐出ケーシング６、および第２のポンプ群７Ｂの中胴４およびガイドベーン３は、吸込ケーシング５とバランスケーシング４１との間に挟まれている。吸込ケーシング５およびバランスケーシング４１は、複数のボルト１０によって連結されており、これらボルト１０を締め付けることによって、吸込ケーシング５、中胴４、ガイドベーン３、吐出ケーシング６、およびバランスケーシング４１が互いに固定される。

回転軸１とともに羽根車２が回転すると、流体は、吸込ノズル１１から多段ポンプ内に導入される。流体は吸込ケーシング５から第１のポンプ群７Ａに流れ、第１のポンプ群７Ａの初段羽根車２に導かれる。回転する羽根車２は、流体に速度エネルギーを与える。速度エネルギーは、ガイドベーン３により圧力エネルギーに変換される。昇圧された流体は、ガイドベーン３に連結された返し羽根部を通過して、２段目の羽根車２に流入する。以下、図８の例では、流体が５段目の羽根車２とそのガイドベーン３の出口に至るまで、同様の作用により流体が昇圧される。

第１のポンプ群７Ａによって昇圧された流体は、吐出ケーシング６に設けられた中間段吐出流路１５から連絡配管４２に流入し、さらに連絡配管４２を通ってバランスケーシング４１内に流入する。流体は、バランスケーシング４１内に設けられた導入流路４３、環状流路４９、整流機構５０、および羽根車入口室５５をこの順に通過し、第２のポンプ群７Ｂに流入する。第２のポンプ群７Ｂでは、第１のポンプ群７Ａと同じように、６段目から１０段目の羽根車２により流体が順次昇圧される。１０段目のガイドベーン３から出た流体は、最終吐出圧力まで昇圧され、吐出ケーシング６を通り、そして吐出ノズル１６から外部の吐出配管へと送り出される。図８の多段ポンプ内部に示されている矢印は、流体の流れを表している。

第１のポンプ群７Ａでは、１段目から５段目の羽根車２にかかるスラストの合力が回転軸１に第１の方向（図８の左側）に向かって作用する。第２のポンプ群７Ｂでは、６段目から１０段目の羽根車２にかかるスラストの合力が回転軸１に上記第１の方向とは反対の第２の方向（図８の右側）に向かって作用する。このようにして、互いに反対向きのスラストをバランスさせることができる。図８に示す多段ポンプは１０段の多段ポンプであるが、本発明は異なる段数の多段ポンプにも適用可能である。

合計段数が奇数の場合でも、バランススリーブ３２または中間スリーブ３３の直径を変更することで、羽根車２の背面配列によるスラストの相互打消し作用を維持することが可能であるので、本発明は合計段数が奇数の多段ポンプにも適用可能である。

図９は、図８に示すバランスケーシング４１および第２のポンプ群７Ｂを示す拡大断面図である。バランスケーシング４１内には、連絡配管４２に接続される導入流路４３と、この導入流路４３に接続された環状流路４９と、第２のポンプ群７Ｂの吸込口１７に接続された羽根車入口室５５が形成されている。羽根車入口室５５は、回転軸１を囲むように形成されている。整流機構５０は環状流路４９と羽根車入口室５５との間に配置され、環状流路４９の半径方向内側に整流機構５０が配置されている。環状流路４９と羽根車入口室５５とは互いに隣接しており、環状流路４９と羽根車入口室５５とは整流機構５０によって互いに隔離されている。

整流機構５０はアダプター６０を介してバランスケーシング４１に着脱可能に取り付けられている。整流機構５０は、導入流路４３からの流体が第２のポンプ群７Ｂの吸込口１７に均等な流線を持って供給されるように整流するために設けられている。整流機構５０は、バランスケーシング４１の導入流路４３と第２のポンプ群７Ｂの吸込口１７との間に配置されている。第１のポンプ群７Ａの吐出口１２と環状流路４９とを連通する連絡流路は、中間段吐出流路１５、連絡配管４２、および導入流路４３によって構成されている。連通流路は、２本あるいは４本が通常とされている。

図１０は、図９に示す整流機構５０を示す拡大断面図であり、図１１は図１０に示す整流機構５０のＡ−Ａ線断面図であり、図１２は整流機構５０の縦断面図である。整流機構５０は、円環板状であり、その中心軸の周りに通孔５１が等間隔で形成されている。より具体的には、整流機構５０は、回転軸１と同心に配置された円筒部５０ａを備え、円筒部５０ａには通孔５１が回転軸１の周方向に沿って等間隔に配列された多孔式整流板となっている。通孔５１は円筒部５０ａの外周面から内周面まで延びている。図１０に示すように、複数の通孔５１からなる通孔群が周方向において等間隔に円筒部５０ａに形成されていてもよい。

整流機構５０は、円筒部５０ａから半径方向外側に張り出したフランジ５０ｂを有している。このフランジ５０ｂにはねじ５９が挿入される穴５２が形成されている。整流機構５０は、複数のねじ５９によりアダプター６０に着脱可能に取り付けられている。

各通孔５１は、回転軸１の軸方向と垂直に延び、かつ回転軸１の半径方向（すなわち、環状の整流機構５０の半径方向）に延びている。通孔５１の断面積は全て同じであることが望ましい。複数の通孔５１からなる通孔群の場合は、各通孔群の総断面積が同じであれば、１つの群の中で通孔５１の断面積が異なっていてもよい。通孔５１の断面形状は丸に限定されない。整流機構５０の円筒部５０ａに設けられた通孔５１の総流路面積は、導入流路４３の総流路面積または第２のポンプ群７Ｂの吸込口１７の流路面積のどちらかと等しいか、またはその間の面積であることが好ましい。

バランスケーシング４１内の流体室は、整流機構５０によって環状流路４９と環状の羽根車入口室５５とに仕切られている。環状流路４９は整流機構５０の半径方向外側に位置し、羽根車入口室５５は整流機構５０の半径方向内側に位置している。環状流路４９は通孔５１を通じて羽根車入口室５５に連通している。導入流路４３から供給される流体は、整流機構５０の手前で、１つの回廊状の流路である環状流路４９に一旦集められ、そこで攪拌混合された後に、整流機構５０の円筒部５０ａに設けられた通孔５１を通過する。そのため、コンパクトな高圧空間であっても、整流機能を向上させることができる。

図１３は、整流機構５０によって流体が整流される様子を示す図である。整流機構５０が、導入流路４３から直線的に羽根車の吸込口１７の方向へ向かう流れを遮蔽する円筒状の隔壁構造であるので、導入流路４３からの流体は整流機構５０によって一旦堰き止められ、環状流路４９に集められる。環状流路４９では、偏流が混合攪拌されて均圧化され、続いて流体が通孔５１を通過することにより均一な流れが形成される。したがって、導入流路４３から直線的にかつ直接に羽根車２の吸込口１７に流入する流れが無くなる。整流機構５０により、回転軸１の円周方向に均一に分散された緩やかな流れが環状流路４９に形成され、羽根車入口室５５に導入される。これにより羽根車入口室５５の圧力は均一分布化されるために、流体の流れは均一化されて羽根車２に流入する。その結果、揚水性能（揚程）が安定する。さらに、高速の流体が羽根車２に局所的に衝突することもなくなるので振動特性も安定する。

なお、実施例では、整流機構５０とアダプター６０が分離可能としているのは、設計で要求される性能に応じて、整流機構５０のみの変更と着脱が簡便に行えるからである。設計で要求される性能に応じて、整流機構５０のみの変更と脱着が簡便に行えるように、整流機構５０を軸方向に沿って２つに分割してもよく、本発明にはこのような構造も含まれる。また、本発明には、アダプター６０と整流機構５０が一体となった構造や、整流機構５０がバランスケーシング４１に直接取り付けられる構造も含まれる。

この整流機構５０を設けたことにより、羽根車２の吸込口１７（羽根車入口室５５）の全体に亘って流れと圧力が均一に分布するので、羽根車２の侵食を防止し、羽根車２への流入前に羽根車２の回転による予旋回を防止して羽根車２の揚水性能(揚程)を維持させ、さらには高速流入流体がポンプ回転体に衝突することにより生ずる振動を防止することができる。

図１４および図１５は、本発明に係る整流機構５０の第２の実施形態を示す図である。本実施形態の整流機構５０は、図１０乃至図１３に示す実施形態の構造と基本的に同じであるが、円筒部５０ａの内周面に羽根車２の吸込口１７に向かって延びる複数の静止翼７０が設けられている点で異なっている。静止翼７０は、回転軸１の周方向に沿って等間隔で配列されている。これら静止翼７０は、円筒部５０ａの半径方向（すなわち回転軸１の半径方向）に直線的に延びており、羽根車入口室５５内に位置している。これら静止翼７０を配置したことにより、羽根車２に流入する流体は、さらに整流された均一な流れとなる。本実施形態の特に説明しない構成は、上述の実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図１６および図１７は、第２の実施形態の変形例を示す図である。揚水性能を低下させるおそれのある予旋回流は、羽根車２の回転と同じ回転方向の流れである。そのような予旋回流を、通孔５１から羽根車入口室５５に流入する流体の流れによって打ち消し、回転軸１の半径方向に整流するように、複数の静止翼７０は回転軸１の半径方向に対して傾斜している。同様に、通孔５１も予旋回流を打ち消す方向に流体を旋回させるように、回転軸１の半径方向に対して傾斜している。スパイラル状に延びるこれらの静止翼７０および通孔５１は、通孔５１を通過した流体を羽根車２の回転方向とは反対方向に旋回させる。このような流体の旋回によって羽根車２の回転に起因する予旋回流を打ち消すことができる。静止翼７０は、必ずしも図１７のようにある曲率曲線を持った円弧形状でなくてもよく、直線状としてもよい。

図１８は、本発明に係る整流機構５０の第３の実施形態を示す図である。本実施形態の特に説明しない構成は、図１０乃至図１３に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図１０乃至図１３に示す実施形態と異なるところは、通孔５１は、回転軸１の軸方向と垂直に延びておらず、第２のポンプ群７Ｂの吸込口１７に向かって傾いている点である。このような構造により、整流機構５０を通過した流体は、より効率よく羽根車２へ流入する。回転軸１の軸方向に対して垂直な平面からの通孔５１の傾き角度αは、整流機構５０の円筒部５０ａと羽根車２の相対寸法と位置関係に基づいて、１°〜３０°の角度の範囲から選択される。図１８では、通孔５１は一箇所につき１つ設けられているが、図１０のように、一箇所につき複数の通孔５１を設けてもよい。

図１９は、本発明に係る整流機構５０の第４の実施形態を示す図である。本実施形態の特に説明しない構成は、図１８に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。整流機構５０は、円筒部５０ａに代えて、円錐台形の部材５０ｃを備えている。円錐台形の部材５０ｃは回転軸１と同心に配置されている。この円錐台形の部材５０ｃに通孔５１が形成されており、通孔５１は円錐台形の部材５０ｃの外周面から内周面まで延びている。円錐台形の部材５０ｃの直径の大きい方の端部は、アダプター６０に接続され、直径の小さい方の端部はバランスケーシング４１の内面に接触している。通孔５１は、円錐台形の部材５０ｃの外周面に対して垂直に延びており、第２のポンプ群７Ｂの吸込口１７に向かって傾いている。したがって、本実施形態の整流機構５０は、第３の実施形態と同様の効果を有する。回転軸１の軸方向に対して垂直な平面からの通孔５１の傾き角度αは、円錐台形の部材５０ｃと羽根車２の相対寸法と位置関係に基づいて、１°〜３０°の角度の範囲から選択される。

図２０は、本発明に係る整流機構５０の第５の実施形態を示す図である。図２１は、図２０に示す通孔５１を整流機構５０の半径方向から見た図である。本実施形態の特に説明しない構成は、図１０乃至図１３に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図２１に示すように、通孔５１は、流量により適正な流速になるよう設計された口径を有する真円と等しい面積を有する楕円形状となっている。より具体的には、各通孔５１は、環状の整流機構５０の周方向（すなわち回転軸１の周方向）に長い楕円形状を有している。

本実施形態によれば、整流機構５０の円筒部５０ａの軸方向長さが短く、流量により適正な流速になるよう設計された真円の口径を確保することが困難な場合でも、通孔５１を周方向に長い楕円形状とすることで、流体の流速を真円の場合と等価な流速にまで下げ、流体が通孔５１を通過するときの圧力損失を少なくすることが可能である。図２０では、通孔５１は一箇所につき１つ設けられているが、図１０のように、一箇所につき複数の通孔５１を設けてもよい。

図２２は、本発明に係る整流機構５０の第６の実施形態を示す図である。本実施形態の特に説明しない構成は、図１９に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。整流機構５０は、円錐台形の部材５０ｃを備えており、この円錐台形の部材５０ｃに通孔５１が形成されている。通孔５１は、その流路面積が流体の流れ方向に従って徐々に大きくなる形状を有している。より具体的には、通孔５１の口径はその流体入口で最も小さく、通孔５１の流体出口に向かって口径が徐々に大きくなり、流体出口で口径が最も大きくなる。本構造の採用により、整流機構５０を通過する流体を効率的に減速させて、羽根車入口室５５へ流入する流れの損失を少なくすることが可能である。

通孔５１は、円錐台形の部材５０ｃの外周面に対して垂直に延びており、第２のポンプ群７Ｂの吸込口１７に向かって傾いている。したがって、本実施形態の整流機構５０は、第３の実施形態と同様の効果を有する。回転軸１の軸方向に対して垂直な平面からの通孔５１の傾き角度αは、円錐台形の部材５０ｃと羽根車２の相対寸法と位置関係に基づいて、１°〜３０°の角度の範囲から選択される。

以上説明した各実施形態の整流機構５０は、５％Ｃｒ、１２％Ｃｒ，オーステナイトステンレス、二相ステンレスなど、流体の種類に応じて、適切な材料を選択することが可能である。使用環境によっては炭素鋼とすることも可能である。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 回転軸
２ 羽根車
３ ガイドベーン
４ 中胴
５ 吸込ケーシング
６ 吐出ケーシング
７Ａ 第１のポンプ群
７Ｂ 第２のポンプ群
１０ ボルト
１１ 吸込ノズル
１２ 第１のポンプ群の吐出口
１３ 第２のポンプ群の吐出口
１６ 吸込ノズル
１７ 第２のポンプ群の吸込口
３２ バランススリーブ
３３ 中間スリーブ
４１ バランスケーシング
４２ 連絡配管
４３ 導入流路
４９ 環状流路
５０ 整流機構
５１ 通孔
５５ 羽根車入口室
５９ ねじ
６０ アダプター
７０ 静止翼

Claims (11)

1. 回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられた複数段の羽根車を有する第１のポンプ群と、
   前記第１のポンプ群の前記羽根車とは反対方向を向いて前記回転軸に取り付けられた複数段の羽根車を有する第２のポンプ群と、
   前記第１のポンプ群の吸込口に接続された吸込ケーシングと、
   前記第２のポンプ群の吐出口に接続された吐出ケーシングと、
   前記第２のポンプ群の吸込口に接続された羽根車入口室および該羽根車入口室に隣接する環状流路が内部に形成されたバランスケーシングと、
   前記第１のポンプ群の吐出口と前記環状流路とを連通する連絡流路と、
   前記羽根車入口室と前記環状流路とを隔離する整流機構とを備え、
   前記整流機構は、前記環状流路と前記羽根車入口室とを連通させる複数の通孔を有することを特徴とする多段ポンプ。
2. 前記複数の通孔は、前記回転軸の周方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の多段ポンプ。
3. 前記整流機構は、前記羽根車入口室内に配置された、前記第２のポンプ群の吸込口に向かって延びる複数の静止翼をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の多段ポンプ。
4. 前記静止翼は、前記回転軸の半径方向に延びることを特徴とする請求項３に記載の多段ポンプ。
5. 前記静止翼は、前記複数の通孔を通過した流体を前記羽根車の回転方向とは反対方向に旋回させるように配列されていることを特徴とする請求項３に記載の多段ポンプ。
6. 前記複数の通孔は、該通孔を通過した流体を前記羽根車の回転方向とは反対方向に旋回させるように配列されていることを特徴とする請求項５に記載の多段ポンプ。
7. 前記複数の通孔は、前記第２のポンプ群の吸込口に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の多段ポンプ。
8. 前記複数の通孔は、前記回転軸と垂直な平面に対して１°〜３０°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項７に記載の多段ポンプ。
9. 前記整流機構は、前記回転軸と同心の円錐台形の部材を備えており、前記複数の通孔は、前記円錐台形の部材の外周面から内周面まで延びていることを特徴とする請求項７または８に記載の多段ポンプ。
10. 前記複数の通孔は、前記整流機構の周方向に長い楕円形状を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の多段ポンプ。
11. 前記複数の通孔は、その流路面積が流れ方向に従って徐々に大きくなる形状を有していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の多段ポンプ。

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