JP2017015035A - Fluid machinery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボ型の流体機械に関する。 The present invention relates to a turbo fluid machine.
流体機械(排水に用いられるポンプ、発電に用いられる発電機、排水と発電の両方に用いられるポンプ水車を含む)は、液体を流動させる液体流路を設けたケーシングを備える。ケーシングには、回転軸が回転可能に配置されるとともに、羽根車が配置されている。羽根車は、回転軸に対して相対的に回転しないように連結されている。 A fluid machine (including a pump used for drainage, a generator used for power generation, and a pump turbine used for both drainage and power generation) includes a casing provided with a liquid flow path for flowing a liquid. In the casing, a rotating shaft is rotatably disposed and an impeller is disposed. The impeller is connected so as not to rotate relative to the rotation shaft.
羽根車は、回転軸側の基端部から外方へ放射状に延びる複数の羽根板を備える。また、羽根車には、回転軸が延びる方向における羽根板の前後両端にシュラウドを配置したクローズド型と、羽根板の後端だけにシュラウドを配置したオープン型とがある。クローズド型の羽根車は、ケーシングの壁と羽根板との隙間の設定が容易である点、ケーシングに組み付けた後の調整が不要である点、及び摩耗による効率の低下が少ない点で、オープン型の羽根車より優れている。そのため、ポンプにはクローズド型の羽根車が多く使用されている。 The impeller includes a plurality of blades extending radially outward from the base end portion on the rotating shaft side. In addition, the impeller includes a closed type in which shrouds are arranged at both front and rear ends of the vane plate in a direction in which the rotation axis extends, and an open type in which shrouds are arranged only at the rear end of the vane plate. The closed type impeller is an open type because it is easy to set the gap between the casing wall and the blade plate, there is no need for adjustment after being assembled to the casing, and there is little reduction in efficiency due to wear. Better than the impeller. Therefore, many closed-type impellers are used for pumps.
しかし、クローズド型の羽根車は、羽根板の基端部側である第1の出入り側と、羽根板の先端部側である第2の出入口側とで圧力差が生じるため、負圧側(基端部側)でキャビテーションが発生し易い。そして、キャビテーションが発生するとポンプの場合には揚程が下がり、吸込能力(NPSH)が低下するという不都合がある。一方、オープン型の羽根車は、羽根板と液体流路の壁との間の隙間を適切に設定することで、クローズド型の羽根車と比較してNPSH(Net Positive Suction Head)が優れている。しかし、使用により羽根板と壁との隙間が大きくなると、クローズド型の羽根車よりNPSHが劣るという難点がある。 However, since a closed-type impeller has a pressure difference between the first entrance / exit side, which is the base end side of the vane plate, and the second entrance / exit side, which is the tip end side of the vane plate, Cavitation is likely to occur on the edge side. When cavitation occurs, in the case of a pump, there is a disadvantage that the lift is lowered and the suction capacity (NPSH) is lowered. On the other hand, the open type impeller has an excellent NPSH (Net Positive Suction Head) compared to the closed type impeller by appropriately setting the gap between the impeller and the liquid flow path wall. . However, when the gap between the blade plate and the wall is increased by use, there is a problem that NPSH is inferior to the closed type impeller.
特許文献1には、クローズド型の羽根車の羽根板に貫通孔を設けることで、キャビテーションの発生を低減できるようにした羽根車(水車のランナ)が開示されている。しかし、前後両端がシュラウドによって塞がれた羽根板に貫通孔を設けるという加工は、非常に困難である。 Patent Document 1 discloses an impeller (runner of a water turbine) that can reduce the occurrence of cavitation by providing a through hole in a blade plate of a closed type impeller. However, it is very difficult to provide a through-hole in a blade plate whose front and rear ends are closed by a shroud.
本発明は、簡単な構成でクローズド型の羽根車のキャビテーションの発生を抑制し、NPSHが優れた流体機械を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a fluid machine with a simple structure that suppresses the occurrence of cavitation in a closed impeller and is excellent in NPSH.
本発明は、ケーシング内に回転可能に配置された回転軸と、前記ケーシング内に配置され、前記回転軸に連結された羽根車とを備え、前記羽根車は、前記回転軸側の基端部と、この基端部から外方へ放射状に延びた前記基端部の反対側の先端部とを有する複数の羽根板と、前記羽根板の前記基端部側に開口部が形成され、前記回転軸が延びる方向における前記羽根板の一端側に配置された第1シュラウドと、前記回転軸が延びる方向における前記羽根板の他端側に前記第1シュラウドと間隔をあけて配置された第2シュラウドとを備え、前記羽根板は、前記第1シュラウドの前記開口部側の端部から突出した突出部を有する、流体機械を提供する。 The present invention includes a rotating shaft rotatably disposed in a casing, and an impeller disposed in the casing and connected to the rotating shaft, and the impeller includes a base end portion on the rotating shaft side. A plurality of blades having a distal end opposite to the base end extending radially outward from the base end, and an opening is formed on the base end side of the blade, A first shroud disposed on one end side of the vane plate in the direction in which the rotation shaft extends, and a second shroud disposed on the other end side of the vane plate in the direction in which the rotation shaft extends with a distance from the first shroud. A fluid machine including a shroud, wherein the blade has a protruding portion protruding from an end portion of the first shroud on the opening side.
この流体機械の羽根車は、羽根板の両端に第1シュラウドと第2シュラウドが配置されたクローズド型である。そのため、ケーシングの壁と羽根板との隙間の設定が容易(不要)であるうえ、ケーシングに組み付けた後の調整が不要であるため、組立性及び保守性を向上できる。しかも、摩耗による効率の低下も少ないため、性能を維持できる。また、第1シュラウド及び第2シュラウドにより、回転軸が延びる方向である羽根車の前後の圧力が平衡するため、オープン型の羽根車のように大きな軸スラストが作用することを防止できる。 The impeller of this fluid machine is a closed type in which a first shroud and a second shroud are disposed at both ends of a blade plate. Therefore, it is easy (unnecessary) to set a gap between the wall of the casing and the blade, and adjustment after being assembled to the casing is unnecessary, so that assemblability and maintainability can be improved. In addition, the efficiency can be maintained because there is little decrease in efficiency due to wear. Further, since the pressures before and after the impeller, which is the direction in which the rotation shaft extends, are balanced by the first shroud and the second shroud, it is possible to prevent a large axial thrust from acting like an open impeller.
また、この態様の羽根車は、羽根板の基端部側に第1シュラウドの開口部から内向きに突出する突出部を設けることで、部分的にオープン型としている。よって、羽根板の基端部側が負圧になると、第1シュラウドとケーシングの壁との間の配置空間部の液体が羽根板の突出部へ流動する。これにより、羽根板の基端部側と先端部側の圧力差を低減できる。そのため、クローズド型の羽根車の性能を大きく変えることなく、キャビテーションの発生を抑制し、吸込性能(必要NPSH)を改善できる。また、羽根板の突出部は、表面の第1シュラウドの開口部を加工することで、容易に設けることができる。 Moreover, the impeller of this aspect is partially open type by providing a protruding portion that protrudes inwardly from the opening of the first shroud on the base end side of the blade plate. Therefore, when the base end side of the slats becomes negative pressure, the liquid in the arrangement space between the first shroud and the casing wall flows to the projecting part of the slats. Thereby, the pressure difference of the base end part side and front-end | tip part side of a slat can be reduced. Therefore, the generation of cavitation can be suppressed and the suction performance (necessary NPSH) can be improved without greatly changing the performance of the closed type impeller. Moreover, the protrusion part of a slat can be easily provided by processing the opening part of the surface 1st shroud.
前記羽根板の前記突出部は、前記第1シュラウド側に位置する前記基端部の一端から前記第2シュラウド側に位置する前記基端部の他端までの前記基端部全体を含む。この態様によれば、羽根板の基端部側と先端部側の圧力差を大幅に低減できるため、確実にキャビテーションの発生を抑制できるとともに、必要NPSHを改善できる。 The protruding portion of the blade includes the entire base end portion from one end of the base end portion located on the first shroud side to the other end of the base end portion located on the second shroud side. According to this aspect, since the pressure difference between the base end portion side and the tip end portion side of the blade can be greatly reduced, the occurrence of cavitation can be reliably suppressed and the necessary NPSH can be improved.
前記ケーシングは、前記羽根車の前記第1シュラウド側に、前記羽根板の前記突出部と間隔をあけて位置するプロテクタを備える。この態様によれば、配置空間部の液体を羽根板の突出部へ確実に案内できる。また、開口部から露出した突出部及びプロテクタは容易に加工できるため、配置空間部から突出部へ流れる液体流量を容易に調整できる。 The casing includes a protector positioned on the first shroud side of the impeller at a distance from the protrusion of the impeller. According to this aspect, the liquid in the arrangement space can be reliably guided to the protruding portion of the blade. Moreover, since the protrusion part and protector exposed from the opening part can be processed easily, the flow rate of the liquid flowing from the arrangement space part to the protrusion part can be easily adjusted.
前記プロテクタと前記開口部の縁との間に形成された通水部は、前記羽根車の径方向に延びる第1部分と、前記第1部分に連続して前記羽根車の軸方向に延びる第2部分と、前記第2部分に連続して前記羽根車の径方向に延びる第3部分とを有する段付き構造である。この態様によれば、配置空間部から突出部へ流れる液体流量だけでなく、第1部分から第3部分を有する通水部により液体の流動方向を調整することができる。 A water passage formed between the protector and the edge of the opening includes a first portion extending in a radial direction of the impeller, and a first portion extending in an axial direction of the impeller continuously to the first portion. A stepped structure having two parts and a third part extending in the radial direction of the impeller continuously to the second part. According to this aspect, not only the flow rate of the liquid flowing from the arrangement space portion to the protruding portion, but also the flow direction of the liquid can be adjusted by the water flow portion having the first portion to the third portion.
前記プロテクタと前記第1シュラウドとの間にラビリンスが設けられている。この態様によれば、ラビリンスによって通水部に隙間断面積が広い部分と狭い部分が形成される。そのため、隙間断面積が広い部分によって突出部へ流れる液体が減速され、圧力を高めることでキャビテーションを効果的に消滅させることができる。 A labyrinth is provided between the protector and the first shroud. According to this aspect, the labyrinth forms a wide portion and a narrow portion in the cross-sectional area of the water flow portion. Therefore, the liquid flowing to the protruding portion is decelerated by the portion having the wide gap cross-sectional area, and the cavitation can be effectively eliminated by increasing the pressure.
本発明の流体機械の羽根車は、羽根板に第1シュラウドの開口部から内方へ突出する突出部を設けた部分オープン型としているため、クローズド型の羽根車の性能を大きく変えることなく、キャビテーションの発生を抑制し、必要NPSHを改善できる。 Since the impeller of the fluid machine of the present invention is a partially open type provided with a protruding portion that protrudes inwardly from the opening of the first shroud on the impeller, without greatly changing the performance of the closed impeller, The occurrence of cavitation can be suppressed and the required NPSH can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る流体機械であるターボ型の片吸込遠心渦巻ポンプ10を示す。この渦巻ポンプ10は、ボリュート通路16が形成されたケーシング11を備える。ケーシング11内には、回転軸25が回転可能に配置されるとともに、回転軸25に連結した羽根車30が配置されている。本実施形態では概ねクローズ型の羽根車30を用い、このクローズ型羽根車30によるキャビテーションの発生を抑制し、必要NPSHを改善する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a turbo-type single-suction centrifugal
(片吸込遠心渦巻ポンプの詳細)
渦巻ポンプ10のケーシング11は、ケーシング本体12と、このケーシング本体12に固定されたケーシングカバー13とを備える。ケーシング本体12には、図1において左側に吸込口14が設けられている。吸込口14は断面円形状の空間であり、回転軸25が延びる方向Yに沿って軸線が延びている。この吸込口14の端部には、羽根車30を配置する配置空間部15が設けられている。そして、この配置空間部15の外周部には、ケーシング11内に吸い込んだ液体を下流側に吐出する液体流路であるボリュート通路16が設けられている。ボリュート通路16は、回転軸25の軸線に対して直交(径)方向Xに延びる平面に沿って渦巻き状に延びている。また、ボリュート通路16は、配置空間部15を介して吸込口14と連通している。ケーシング本体12には、図1において上側に位置するように、ボリュート通路16の出口である吐出口17が設けられている。なお、吸込口14及び吐出口17にはそれぞれ図示しない管路が接続されている。
(Details of single suction centrifugal centrifugal pump)
The
ケーシング11には、水平方向に延びるように回転軸25が回転自在に配置されている。回転軸25は、一端がケーシングカバー13のシャフト穴18から配置空間部15内に突出している。シャフト穴18の周囲には、液密性を保持するためのシール19が取り付けられている。ケーシングカバー13の外側にはベアリングケース20が固定されている。回転軸25は、ベアリングケース20に固定されたベアリング21により回転自在に軸支されている。ベアリングケース20から突出した回転軸25の外端には、図示しない駆動手段であるモータが連結されている。
A rotating
図1及び図2に示すように、ケーシング11には、回転軸25が延びる方向Yから見て円形状の羽根車30が、配置空間部15内に位置するように配置されている。羽根車30は回転軸25に対して相対的に回転しないように固定され、回転軸25の回転により正回転することで、液体を吸込口14から吸い込んで吐出口17から吐出する。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
(羽根車の詳細)
羽根車30は、複数の羽根板31と、羽根板31の前側に配置された前シュラウド(第1シュラウド)37と、羽根板31の後側に配置された後シュラウド(第2シュラウド)40とを備える。
(Details of impeller)
The
羽根板31は、回転軸25側の基端部32と、基端部32と反対側の先端部33とを備える。この羽根板31は、基端部32から径方向X外側へ放射状に延び、周方向に湾曲している。この羽根板31の形状、姿勢、寸法、個数、及び配置等は、気泡を吸い込んだ場合に、それに起因するエアロックが発生しないように設定されている。
The
前シュラウド37は、回転軸25が延びる方向Yにおける羽根板31の前端(一端側)31aに配置されている。この前シュラウド37には、回転軸25と同心円形状をなすように開口部38が設けられている。この開口部38を含む前シュラウド37の中央は、吸込口14に向けて円錐筒状に隆起している。また、前シュラウド37の外周部は、回転軸25が延びる方向Yに対して直交方向に延びる平板状である。
The
後シュラウド40は概ね円板状であり、回転軸25が延びる方向Yにおける羽根板31の後端(他端側)31bに配置されている。この後シュラウド40は、前シュラウド37に対して所定の間隔をあけて位置している。図1に示すように、後シュラウド40の中心には、回転軸25を連結するための連結部41が設けられている。また、後シュラウド40には、連結部41と同心円筒状をなすように、ケーシングカバー13に向けて突出する円筒部42が設けられている。
The
羽根車30には、隣接する羽根板31,31と、前シュラウド37と、後シュラウド40とで画定された筒状の液体流路44が複数形成される。羽根車30は、羽根板31の基端部32側である開口部38が流入口であり、この開口部38から液体が吸い込まれる。また、開口部38と連通した液体流路44の羽根板31の先端部33部分が流出口であり、回転軸25の回転による遠心力によって液体が各液体流路44を通して径方向外側へ吐出される。
The
図2及び図3に示すように、羽根車30の羽根板31は、前シュラウド37側から見ると、前シュラウド37の開口部38側の端部38aから内向きに突出した突出部34を備える。この突出部34は、例えば既存の前シュラウド37の開口部38を切り欠いて拡開することで、開口部38から露出されている。このように突出部34は、表面の前シュラウド37の開口部38を加工することで、容易に設けることができる。また、突出部34は開口部38から露出しているため、清掃性が良好である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
羽根板31の基端部32は、前シュラウド37側に位置する第1端(一端)32aから後シュラウド40側に位置する第2端(他端)32bに向けて、羽根車30の径方向X内向きに傾斜している。開口部38の端部38aは、回転軸25が延びる方向の前側に位置する羽根板31の基端部32の第1端32aより、羽根板31の先端部33側(径方向X外側かつ軸方向Y後側)に位置するように設定される。好ましくは、開口部38の内縁は、羽根板31の基端部32の第1端32aと第2端32bとの間の中間位置より、羽根板31の先端部33側に位置するように設定される。更に好ましくは、開口部38の内縁は、吸込口14から離れて位置する羽根板31の基端部32の第2端32bより、羽根板31の先端部33側に位置するように設定される。そして、本実施形態の開口部38の直径は、基端部32の第1端32aから第2端32bまでである基端部32全体を含むように設定されている。即ち、突出部34は、基端部32全体を含む。
The
このようにした羽根車30は、羽根板31の両端に前後のシュラウド37,40を配置したクローズド型である。そのため、配置空間部15の壁15aと羽根板31との隙間の設定が容易(不要)であるうえ、ケーシング11に組み付けた後の調整が不要であるため、組立性及び保守性を向上できる。しかも、摩耗による効率の低下も少ないため、性能を維持できる。また、前シュラウド37及び後シュラウド40により、回転軸25が延びる方向Yに沿った羽根車30の前後の圧力が平衡するため、オープン型羽根車のように大きな軸スラストが作用することを防止できる。
The
図1及び図3に示すように、後シュラウド40とケーシングカバー13との間には、ケーシングカバー13と吐出口17側を仕切るウェアリング46が配置されている。ウェアリング46は、例えばステンレス、鋳鉄、青銅等の摺動性が良好な材料からなる。また、ケーシング本体12と前シュラウド37との間には、配置空間部15の吸込口14側と羽根車30とを仕切るプロテクタ47が配置されている。このプロテクタ47は、ウェアリング46と同様に摺動性が良好な材料からなる。
As shown in FIGS. 1 and 3, a
プロテクタ47は、配置空間部15の入口部48に設けた切欠部49に配置されている。配置空間部15に羽根車30を配置することで、配置空間部15の壁15aと前シュラウド37との間には、設定した間隔の空隙部が形成される。プロテクタ47は、羽根車30の開口部38の端部38aとの間に設定した間隔をあけて位置する端面部50を備える。この開口部38の端部38aと端面部50との間には、配置空間部15内の液体を羽根板31の突出部34側へ注水可能な第1通水部54が形成される。また、プロテクタ47は、羽根板31の突出部34の縁(前端31a)に沿って、設定した間隔をあけて位置する対向面部51を備える。この突出部34の縁と対向面部51との間には、配置空間部15の液体を第1通水部54を介して開口部38側へ注水可能な第2通水部55が形成される。第1通水部54の断面積及び第2通水部55の断面積は、配置空間部15の壁15aと前シュラウド37との間の空隙部の断面積より小さい。これにより、配置空間部15の液体は、所定の圧力で突出部34及び開口部38へ注水される。
The
次に、羽根車30によって液体を排水する際の入口(開口部38)から出口までの圧力分布について説明する。
Next, the pressure distribution from the inlet (opening 38) to the outlet when the liquid is drained by the
図3に示すように、羽根車30内では、液体が開口部38から羽根板31の基端部32に至るまでの間に圧力が次第に低下する。図3に破線で示すように、開口部38から羽根板31が露出していない比較例(従来例)のクローズド型羽根車では、液体が基端部32の第1端32aに至ると、圧力の下降勾配が急になる。この急勾配の圧力低下は、基端部32の第2端32bに至ると止まり、この第2端32bで最低圧力になる。液体が基端部32の第2端32bを越えて液体流路44内に至ると、圧力は次第に高くなる。そして、羽根車30の出口部分で最大圧力になる。この最低圧力と最大圧力の差が大きくなることで、負圧側である羽根板31の基端部32側でキャビテーションが発生する。
As shown in FIG. 3, in the
本実施形態の羽根車30は、羽根板31の基端部32側に前シュラウド37の開口部38から内方へ突出する突出部34を備えている。また、配置空間部15の入口部48には、突出部34に対向するプロテクタ47が配置されている。そのため、羽根車30と配置空間部15の壁15aとの間にある液体は、図3に矢印で示すように、通水部54,55を通って負圧側である羽根板31の基端部32へ注水される。この注水により、図3に実線で示すように、羽根板31の入口(基端部32)側の圧力が高くなる。よって、羽根板31の基端部32の第1端32aから第2端32bの間で生じる圧力下降を大幅に抑制することができる。
The
このように、本実施形態の羽根車30は、開口部38から羽根板31の基端部32側を突出させた部分的オープン型としているため、羽根板31の基端部32側が負圧になると、配置空間部15の液体が突出部34へ注水される。しかも、突出部34は、羽根板31の第1端32aから第2端32bまでの基端部32全体を含む。よって、羽根板31の基端部32側と先端部33側の圧力差を大幅に低減できるため、クローズド型の羽根車30の性能を大きく変えることなく、キャビテーションの発生を抑制し、吸込性能(必要NPSH)を改善できる。
Thus, since the
また、ケーシング11に配置したプロテクタ47により、配置空間部15の液体を確実に突出部34へ注水できる。また、プロテクタ47と羽根車30との間に形成される通水部54,55の断面積を調整することで、配置空間部15から突出部34へ流れる液体流量を容易に調整できる。しかも、この液量調整は、羽根車30の突出部分を加工すれば良いため、作業性を向上できる。
Further, the
(第2実施形態)
図4は第2実施形態の渦巻ポンプ10を示す。この第2実施形態では、プロテクタ47と前シュラウド37の開口部38の端部38aとの間に形成される第1通水部54を段付き構造とすることで、配置空間部15から羽根車30内へ液体を注水する方向を調整するようにした点で、第1実施形態と相違する。詳しくは、第1通水部54は、配置空間部15に連通する第1部分54aと、第1部分54aの端部に連続する第2部分54bと、第2部分54bの端部に連続する第3部分54cとを備える。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows the
第1部分54aは、羽根車30の径方向に沿って延びるように設けられている。この第1部分54aの端部は、前シュラウド37の前面側から肉厚の1/2の部分に位置する。第2部分54bは、前シュラウド37の開口部38の端部38aに段部を設けるとともに、プロテクタ47に段部を設けることで、羽根車30の軸方向に延びるように設けられている。この第2部分54bの端部は、羽根板31の基端部32の第2端32bより軸方向Yの後側に位置する。第3部分54cは、羽根車30の径方向Xに沿って延びるように設けられている。この第3部分54cの端部は、羽根車30の液体流路44の入口に位置する。第3部分54cより軸方向Yの前側に位置する羽根板31の部分が、第1実施形態と同様の突出部34である。
The
第1通水部54は、第1部分54aから第3部分54cのうち、少なくとも第1部分54aと第3部分54cの隙間断面積A1,A3が異なるように設定されている。なお、隙間断面積とは、液体の通水方向に対して直交する方向の断面積である。詳しくは、第1部分54aの隙間断面積A1は、配置空間部15の隙間断面積A0より小さく設定されている。第2部分54bの隙間断面積A2は、第1部分54aの隙間断面積A1と概ね同一又は小さく設定されている。第3部分54cの隙間断面積A3は、配置空間部15の隙間断面積A0より小さく、第1部分54aの隙間断面積A1より大きく設定されている。
The first
このように隙間断面積A1〜A3を設定した第1通水部54では、出口である第3部分54cの流体速度V3は、以下の式(1)で算出できる。
また、羽根車30でキャビテーションが発生する部分は、図4において楕円で記載した領域Pcである。そして、第1通水部54の第3部分54cから流出する液体によってキャビテーション領域に加えられる圧力P3は、以下の式(2)で算出できる。
そして、配置空間部圧力P0、第1部分圧力P1、第3部分圧力P3、回転軸周囲圧力P4、キャビテーション領域圧力Pcの関係は、以下の式(3)のようになる。なお、羽根車30の出口であるボリュート通路16内の吐出し圧力Pは、配置空間部圧力P0より更に高い。
よって、この第2実施形態では、第1実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえ、段付き構造とした第1通水部54により、キャビテーションの発生を大幅に抑制できる。即ち、第1通水部54から流出する液体の流動方向を、羽根板31の負圧面であるキャビテーション領域に流れるように調整できる。これにより、キャビテーション領域の圧力Pcは、第3部分54cから注入される液体の圧力P3により増圧されるため、基端部32側と先端部33側の圧力差を低減できる。よって、羽根板31の基端部32側でのキャビテーションの発生を大幅に抑制できるため、キャビテーションによるエロージョンを低減できる。
Therefore, in this 2nd Embodiment, the effect | action and effect similar to 1st Embodiment can be acquired, and generation | occurrence | production of cavitation can be suppressed significantly by the 1st
(第3実施形態)
図5は第3実施形態の渦巻ポンプ10を示す。この第3実施形態では、プロテクタ47と前シュラウド37との間の第1通水部54を画定する壁にラビリンス57を設けた点で、第2実施形態と相違する。詳しくは、第3実施形態の第1通水部54は、第2実施形態と同様に第1部分54aから第3部分54cを備える段付き構造である。そのうち、第3部分54cを構成するプロテクタ47の端面部50にラビリンス57が設けられている。このラビリンス57は、液体の通水方向を軸線とし、交差する方向に周方向に延びる複数の切欠溝を設けることで形成されている。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows the
このようにした第3実施形態では、第2実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえ、ラビリンス57によりキャビテーションを効果的に消滅させることができる。即ち、ラビリンス57の切欠溝により、第1通水部54の第3部分54cには隙間断面積が広い部分と狭い部分が形成されている。そして、この第3部分54cを通過する液体は、隙間断面積が広いラビリンス57の切欠溝の部分によって突出部34への流れが減速される。これにより、キャビテーション領域の圧力を高め、キャビテーションを効果的に消滅させることができる。また、突出部34への流れを減速させることで漏れ損失を低減できる。
In the third embodiment configured as described above, the same operations and effects as those of the second embodiment can be obtained, and cavitation can be effectively eliminated by the
(第4実施形態)
図6は第4実施形態の渦巻ポンプ10を示す。この第4実施形態では、第1通水部54の第2部分54bを構成するプロテクタ47の壁にラビリンス57を設けた点で、第3実施形態と相違する。このようにした第4実施形態では、第3実施形態と概ね同様の作用及び効果を得ることができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows the
(第5実施形態)
図7は第5実施形態の渦巻ポンプ10を示す。この第5実施形態では、第1通水部54全体をラビリンス構造とした点で、各実施形態と相違する。詳しくは、第1通水部54は、第1部分54aから第5部分54eを備える段付き構造とされている。そのうち、羽根車30の軸方向Yの前側へ延びる第2部分54bは、第3部分54cを越えて延びる切欠溝58aによって構成されている。同様に、第4部分54dは、第5部分54eを越えて羽根車30の軸方向Yの前側へ延びる切欠溝58bによって構成されている。第1の切欠溝58aは、第3部分54cにおいて通水方向に対して交差する方向に延び、第2の切欠溝58bは、第5部分54eにおいて通水方向に対して交差する方向に延びる。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 shows a
このようにした第5実施形態では、段付き構造の第1通水部54によって液体が流動する方向を調整できる。また、切欠溝58a,58bによって突出部34への流れが減速されることで、キャビテーション領域の圧力を高め、キャビテーションを効果的に消滅させることができる。よって、第3実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
In the fifth embodiment, the direction in which the liquid flows can be adjusted by the first
(第6実施形態)
図8は第6実施形態の流体機械である両吸込遠心渦巻ポンプ60を示す。この渦巻ポンプ60には、ケーシング61の内部に吸込室70が形成され、この吸込室70の幅方向中央に吐出室71が形成されている。また、ケーシング61には、回転軸72が幅方向に貫通され、この回転軸72に羽根車80が連結されている。羽根車80は、回転軸72が延びる方向の両端から液体を吸込可能であり、各実施形態と同様に、羽根板85の基端部86A,86B側が左右のシュラウド90,93の開口部91,94から突出している。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 shows a double suction
(両吸込遠心渦巻ポンプの詳細)
渦巻ポンプ60のケーシング61は、ケーシング本体62とケーシングカバー66とを備えている。ケーシング本体62は、前後の一端側から突出する吸込管と、前後の他端側から突出する吐出管とを備える。吸込管の先端には吸込口63が形成され、吐出管の先端には吐出口64が形成されている。
(Details of double suction centrifugal centrifugal pump)
The
ケーシング本体62の幅方向中央には、所定間隔をあけて左右一対の下側仕切壁65,65が設けられている。同様に、ケーシングカバー66の幅方向中央には、下側仕切壁65,65の上方に位置するように左右一対の上側仕切壁67,67が設けられている。ケーシング本体62にケーシングカバー66を組み付けることで、下側仕切壁65,65と上側仕切壁67,67とは、中央に円形状の取付孔68が形成された環状になる。仕切壁65,67の左右両外側の領域は、吸込口63と連通した渦巻形状の吸込室70である。仕切壁65,67の内側の領域は、取付孔68を介して吸込室70と連通するとともに吐出口64に連通した渦巻形状の吐出室71である。
At the center in the width direction of the
ケーシング61には、吐出室71内に位置するように、取付孔68に羽根車80が配置され、この羽根車80を貫通するように回転軸72が配置されている。ケーシング61の左右両端には、回転軸72を回転可能に軸支するメカニカルシール73が配置されている。回転軸72が回転することで羽根車80が正回転し、吸込口63から液体を吸い込んで、吸込室70に流入させる。また、羽根車80は、吸込室70の液体を両側から吸い込み、液体流路である吐出室71に液体を送出し、吐出口64から吐出する。
In the
(羽根車の詳細)
第6実施形態の羽根車80は、回転軸72に連結するための連結部82と、連結部82から放射状に突出する複数の羽根板85と、羽根板85の一端側に配置された左側シュラウド(第1シュラウド)90と、羽根板85の他端側に配置された右側シュラウド(第2シュラウド)93とを備える。
(Details of impeller)
The
連結部82は、両側から吸い込んだ液体を出口に導くために、概ね二等辺三角形状に突出する隆起部83を備える。羽根板85は、連結部82に一体形成されており、隆起部83の外周部から突出している。羽根板85は、中央の隆起部83により、左右に一対の基端部86A,86Bを備える。羽根板85の先端部87は、これら基端部86A,86Bから径方向外側に突出している。
The connecting
左側シュラウド90は、回転軸72が延びる方向における羽根板85の左端に配置されている。この左側シュラウド90には、回転軸72に対して同心円形状をなすように第1開口部91が設けられている。右側シュラウド93は、回転軸72が延びる方向における羽根板85の右端に配置されている。この右側シュラウド93には、回転軸72に対して同心円形状をなすように第2開口部94が設けられている。
The
この両吸込型の羽根車80には、隣接する羽根板85,85と、左側シュラウド90と、右側シュラウド93とで画定された筒状の液体流路96が複数形成される。羽根車80は、羽根板85の基端部86A,86B側である開口部91,94が流入口であり、これら開口部91,94から液体が吸い込まれる。また、液体流路96の羽根板85の先端部87側が流出口であり、回転軸72の回転による遠心力によって液体が各液体流路96を通して径方向外側へ吐出される。
A plurality of cylindrical
羽根車80の羽根板85は、左側シュラウド90側から見ると、左側シュラウド90の第1開口部91側の端部から内向きに突出した突出部88を備える。この突出部88は、右側シュラウド93側から見ても、右側シュラウド93の第2開口部94側の端部から内向きに突出している。突出部88は、例えば既存のシュラウド90,93の開口部91,94を切り欠いて拡開することで、各開口部91,94の端部から露出されている。
When viewed from the
第1開口部91は、左側シュラウド90側に位置する基端部86Aの一端から連結部82(右側シュラウド93側)に位置する基端部86Aの第2端までの基端部86A全体を含む直径である。同様に、第2開口部94は、右側シュラウド93側に位置する基端部86Bの一端から連結部82(左側シュラウド90側)に位置する基端部86Bの第2端までの基端部86B全体を含む直径である。即ち、突出部88は、第1の基端部86A全体及び第2の基端部86B全体を含む。
The
下側仕切壁65及び上側仕切壁67によって形成された取付孔68には、吸込室70と吸込室70を仕切るプロテクタ98A,98Bが配置されている。プロテクタ98A,98Bは第1実施形態と同様の材料からなる。プロテクタ98A,98Bと左右のシュラウド90,93との間には、第1通水部101が形成されている。図示の第1通水部101は、第2実施形態と同様に第1部分から第3部分を備える。また、プロテクタ98A,98Bと突出部88の縁との間には、第2通水部102が形成されている。第2通水部102は、吐出室71の中心側である配置空間部100の壁とシュラウド90,93との間の液体を第1通水部101を介して開口部91,94側へ注水可能である。
In the mounting
このようにした第6実施形態の羽根車80及び渦巻ポンプ60は、第1実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。即ち、羽根車80は、一対のシュラウド90,93に設けた開口部91,94から羽根板85の基端部86A,86Bを露出させた部分的オープン型としているため、基端部86A,86B側が負圧になると、配置空間部100内の液体が突出部88へ注水される。よって、羽根板85の基端部86A,86B側と先端部87側の圧力差を大幅に低減できるため、クローズド型の羽根車80の性能を大きく変えることなく、キャビテーションの発生を抑制し、吸込性能(必要NPSH)を改善できる。
The
(第7実施形態)
図9は第7実施形態の渦巻ポンプ60を示す。この第7実施形態では、羽根車80の幅方向の中央に液体流路96を左右に仕切る仕切板部104を設けた点で、第6実施形態と相違する。詳しくは、仕切板部104は、連結部82の隆起部83の頂部から羽根板85の先端部87にかけて突出するように設けられている。このようにした第7実施形態では、第6実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
(Seventh embodiment)
FIG. 9 shows a
なお、本発明の流体機械は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。 In addition, the fluid machine of this invention is not limited to the structure of the said embodiment, A various change is possible.
例えば、各実施形態では、開口部38,91,94から基端部32,86A,86Bの全体が露出するように、羽根板31,85の突出部34,88を形成したが、基端部32,86A,86Bの少なくとも一端が露出すればよく、好ましくは基端部32,86A,86Bの半分以上が露出すればよい。また、各実施形態では、ケーシング11,61に別体のプロテクタ47,98A,98Bを配置したが、このプロテクタ47,98A,98Bはケーシング11,61に一体成形してもよい。また、配置空間部15,100の液体を突出部34,88へ注水する第1通水部54,101及び第2通水部55,102の構成も、希望に応じて変更が可能である。
For example, in each embodiment, the
そして、前記各実施形態では、排水に用いられる渦巻ポンプ10,60を例に挙げて本発明の流体機械を説明したが、この流体機械は、発電に用いられる発電機、及び排水と発電の両方に用いられるポンプ水車であってもよい。なお、各実施形態のいずれかの羽根車30,80を水車のランナとして用いる場合、羽根車30,80の先端部33,37側が流入口になり、羽根車30,80の基端部32,86A,86B側が流出口になる。即ち、ポンプと水車とでは、液体の出入口が逆になる。
In each of the above embodiments, the fluid machine of the present invention has been described by taking the
また、第1実施形態から第5実施形態の羽根車30を水車に用いた場合、図10に破線で示すように、羽根板31の突出部34である基端部32の直径及び傾斜角度を調整することにより、落差、流量及び出力を調整することができる。この羽根板31を調整する加工は、基端部32が開口部38から露出しているため、容易に行うことができる。また、羽根板31の加工には限界があるため、図10に一点鎖線で示す加工ライン105までプロテクタ47を切削することで内径を調整する。これにより、プロテクタ47と突出部34の縁との間隔(第2通水部55の隙間断面積)を調整することで、羽根板31の加工と同様の作用及び効果を得ることができる。そして、このプロテクタ47の加工は、羽根車30の組み付けていない状態で容易に行うことができる。勿論、第6実施形態及び第7実施形態の羽根車80でも同様に、水車に用いることで、同様の作用及び効果を得ることができる。
Moreover, when the
10…渦巻ポンプ
11…ケーシング
12…ケーシング本体
13…ケーシングカバー
14…吸込口
15…配置空間部
16…ボリュート通路
15a…壁
17…吐出口
18…シャフト穴
19…シール
20…ベアリングケース
21…ベアリング
25…回転軸
30…羽根車
31…羽根板
31a…前端(一端)
31b…後端(他端)
32…基端部
32a…第1端
32b…第2端
33…先端部
34…突出部
37…前シュラウド
38…開口部
38a…端部
40…後シュラウド
41…連結部
42…円筒部
44…液体流路
46…ウェアリング
47…プロテクタ
48…入口部
49…切欠部
50…端面部
51…対向面部
54…第1通水部
54a…第1部分
54b…第2部分
54c…第3部分
54d…第4部分
54e…第5部分
55…第2通水部
57…ラビリンス
58a,58b…切欠溝
60…渦巻ポンプ
61…ケーシング
62…ケーシング本体
63…吸込口
64…吐出口
65…下側仕切壁
66…ケーシングカバー
67…上側仕切壁
68…取付孔
70…吸込室
71…吐出室
72…回転軸
73…メカニカルシール
80…羽根車
82…連結部
83…隆起部
85…羽根板
86A,86B…基端部
87…先端部
88…突出部
90…左側シュラウド
91…第1開口部
93…右側シュラウド
94…第2開口部
96…液体流路
98A,98B…プロテクタ
100…配置空間部
101…第1通水部
102…第2通水部
104…仕切板部
105…加工ライン
DESCRIPTION OF
31b ... rear end (other end)
32 ...
Claims (5)
前記ケーシング内に配置され、前記回転軸に連結された羽根車とを備え、
前記羽根車は、
前記回転軸側の基端部と、この基端部から外方へ放射状に延びた前記基端部の反対側の先端部とを有する複数の羽根板と、
前記羽根板の前記基端部側に開口部が形成され、前記回転軸が延びる方向における前記羽根板の一端側に配置された第1シュラウドと、
前記回転軸が延びる方向における前記羽根板の他端側に前記第1シュラウドと間隔をあけて配置された第2シュラウドとを備え、
前記羽根板は、前記第1シュラウドの前記開口部側の端部から突出した突出部を有する、流体機械。 A rotating shaft rotatably disposed in the casing;
An impeller disposed in the casing and connected to the rotating shaft,
The impeller is
A plurality of blades having a base end portion on the rotating shaft side and a tip end portion on the opposite side of the base end portion extending radially outward from the base end portion;
An opening is formed on the base end side of the blade, and a first shroud disposed on one end of the blade in a direction in which the rotation shaft extends;
A second shroud disposed at a distance from the first shroud on the other end side of the blade in the direction in which the rotating shaft extends;
The said blade is a fluid machine which has the protrusion part which protruded from the edge part by the side of the said opening part of a said 1st shroud.
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