JP2017214838A - タービンポンプ及びポンプ用ケーシング - Google Patents

Abstract

【課題】流路断面積を十分に確保して高効率化を図りつつ、高さ寸法を抑えること。
【解決手段】中心部に設けられた吸込口４１と、ポンプの回転軸方向に徐々に流路断面積を拡大させながら外周部に設けられた吐出口５２に流体を導くインボリュート形状の流路を有する渦巻室３０と、渦巻室３０の内周側であって吐出口５１の外周側に設けられ、円周方向に沿って配設された複数のガイドベーン７０とを有するポンプ用ケーシング２０と、ポンプ用ケーシング２０の中心部に設けられ、ガイドベーン７０の内側に配置されたインペラ１２０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型化すると共に高効率化できるタービンポンプ及びポンプ用ケーシングに関する。

住居用の給水に用いられるポンプとして、渦巻ポンプ（遠心ポンプ）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。渦巻ポンプは、ポンプケーシング内に軸支されたインペラを有し、このインペラの周囲に設けられたインボリュート形状の渦巻室を備えている。インボリュート形状とは、インボリュート巻き始め位置を基点として吐出口に向けて徐々に流路断面積が増加する形状である。

このような渦巻ポンプでは、インペラの軸方向から流入した水に対し、回転するインペラを通過する過程で遠心力によって圧力及び速度のエネルギを与え、インペラの遠心方向端部から渦巻室に吐出する。渦巻室に導かれた水は、インペラから吐出した水と合流しながら、流路断面積をインペラの円周に沿って徐々に増加する流路に沿って流れ、最終的にポンプ吐出口に導かれて外部に吐出される。渦巻ポンプでは、インペラの外側にインボリュート形状の渦巻室があるため、外形が大きくなるという短所を有している。

このため、高層建築物については、より高効率に運転可能で、高圧力で水を吐出することができるタービンポンプが用いられることがある。タービンポンプは、ポンプケーシング内に軸支されたインペラを有し、このインペラの周囲に設けられた流路断面積がインペラの円周に沿って等しいケーシングを備え、このケーシングに固定され、インペラの外周に対向する位置に複数のガイドベーンが設けられている。

このようなタービンポンプでは、インペラの軸方向から流入した水に対し、回転するインペラを通過する過程で遠心力によって圧力及び速度のエネルギを与え、インペラの遠心方向端部からガイドベーン相互の隙間を通ってケーシング内部に吐出する。各ガイドベーンを通過した水は、他のガイドベーンを通過した水を合流して、最終的にポンプ吐出口に導かれて外部に吐出される。

特開２００６−１５２８４９号公報

上述したタービンポンプにおいては、次のような問題があった。すなわち、ガイドベーンとケーシング内壁間の距離を小さくすると、流路断面積が小さくなり、摩擦損失等の無駄な損失が発生し、性能が低下する。一方、ガイドベーンとケーシング内壁間の距離を大きくすると、ケーシングが大型化し、その分だけ高さ寸法が大きくなり、小型化できないという問題があった。

そこで本発明は、ポンプケーシングの流路断面積を十分に確保して高効率化を図りつつ、高さ寸法を抑えることができるタービンポンプ及びポンプ用ケーシングを提供することを提供することを目的とする。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のタービンポンプ及びポンプ用ケーシングは次のように構成されている。

中心部に設けられた吸込口と、ポンプの回転軸方向に徐々に流路断面積を拡大させながら外周部に設けられた吐出口に流体を導くインボリュート形状の流路を有する渦巻室と、この渦巻室の内周側であって前記吐出口の外周側に設けられ、円周方向に沿って配設された複数のガイドベーンとを有するポンプ用ケーシングと、このポンプ用ケーシングの中心部に設けられ、前記ガイドベーンの内側に配置されたインペラとを備えている。

中心部に設けられた吸込口と、ポンプの回転軸方向に徐々に流路断面積を拡大させながら外周部に設けられた吐出口に流体を導くインボリュート形状の流路を有する渦巻室と、この渦巻室の内周側であって前記吐出口の外周側に設けられ、円周方向に沿って配設された複数のガイドベーンとを備えている。

本発明によれば、流路断面積を十分に確保して高効率化を図りつつ、高さ寸法を抑えることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るタービンポンプを示す説明図。 同タービンポンプを構成するポンプ用ケーシングを示す正面図。 同ポンプ用ケーシングを示す背面図。 同ポンプ用ケーシングを示す縦断面図。 同ポンプ用ケーシングを示す横断面図。 同ポンプ用ケーシングの要部を示す縦断面図。 同ポンプ用ケーシングの要部を示す縦断面図。 同ポンプ用ケーシングの要部を示す縦断面図。 同ポンプ用ケーシングの要部を示す縦断面図。 同ポンプ用ケーシングの要部を示す断面図。 同ポンプ用ケーシングを示す上面図。

図１は本発明の一実施形態に係るタービンポンプ１０を示す説明図、図２はタービンポンプ１０を構成するポンプ用ケーシング２０を示す正面図、図３はポンプ用ケーシング２０を示す背面図、図４はポンプ用ケーシング２０を示す縦断面図、図５はポンプ用ケーシング２０を示す横断面図、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図６Ｄはポンプ用ケーシングの要部を示す縦断面図である。

図１に示すように、タービンポンプ１０は、その軸方向を水平方向とする渦巻形状のポンプ用ケーシング２０と、このポンプ用ケーシング２０の中心部に同軸的に配置された回転部１００とを備えている。ポンプ用ケーシング２０は、上部をインボリュート巻き始め位置とし、その位置を基点として円周方向に沿って下部に達し、さらに上部近傍まで徐々に流路断面積を増加させて開放する形状である。

ポンプ用ケーシング２０は、インボリュート形状を有する渦巻室３０と、この渦巻室３０の中央部分に設けられた吸込部４０と、渦巻室３０の上部に設けられた吐出部５０と、渦巻室３０の開口部を閉塞する閉塞部６０と、この閉塞部６０に設けられた６枚のガイドベーン７０とを備えている。

渦巻室３０は、インボリュート巻き始め位置を基点ａとして後述するインペラ１２０の回転方向に沿って吸込室側ケーシング４０と内径が同一であり（図６Ａ参照）、徐々に外径が大きくなり（δ１＜δ２＜δ３）、流路断面積が増加する形状である。図５におけるａ−ｘ線、ｂ−ｘ線、ｃ−ｘ線、ｄ−ｘ線で切断した断面が、それぞれ図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄに対応している。渦巻室３０の基点である位置ａから位置ｄにかけて漸次内径が拡大する形状となっており、流路断面積が大きくなっている。なお、図１中二点鎖線Ｍ１〜Ｍ４で示すように、基点ａに近い側から流路断面積が大きくなっている。

渦巻室３０において、渦巻室３０の基点ａと後述する吐出流路５１の基点との分岐点を舌部３１と称する。

吸込部４０は、中央に吸込口４１が形成され、この吸込口４１から外径が渦巻室３０より小さく、かつ、軸方向の所定位置における内径が一定の吸込側ケーシング４２を備えている（図８参照）。吸込側ケーシング４２においては流路断面積を大きくする必要が無く、また軽量化を図るためインボリュート形状ではない。

吐出部５０は、渦巻室３０から分岐し、周方向から上方向に向けて形成された吐出流路５１と、この吐出流路５１の末端に位置する吐出口５２とを備えている。吐出流路５１は、図７に示すように、漸次内径が小さく形成されている（漸次絞り形状）。図７及び図８とを比較して説明すると、図８中二点鎖線ｅ−ｅ線、ｆ−ｆ線、ｇ−ｇ線、ｈ−ｈ線、ｉ−ｉ線と、図７におけるｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉの各位置が対応している。

このように形成された理由は、上述したように渦巻室３０の流路断面積が大きくなっているため、そのままの内径では従来のタービンポンプの吐出口径より大きくなり、吐出パイプ等との接続が不具合が生ずるためである。

閉塞部６０は、渦巻室３０に着脱自在に取り付けられる平板状の蓋部６１を備えている。この蓋部６１の渦巻室３０側には、ガイドベーン７０が一体的に取り付けられている。ガイドベーン７０の断面形状は、翼型であり、インペラ１２０によって周方向に付勢された水流を周方向への流れに変換する機能を有している。

ガイドベーン７０のうち、吐出口５２に最も近くに設けられたガイドベーン７０の、渦巻室３０側の面に沿った接線Ｐは、吐出口５２への分岐となる舌部３１より吐出口５２側に設けられ、インペラ１２０側の面に沿った接線Ｑは、舌部３１より渦巻室３０の基端側に設けられている。このような構成とした理由は、インペラ１２０から流出されて渦巻室３０内の基点付近を流れる水の体積を減らすためである。すなわち、接線Ｐが舌部３１より基点ａ側に寄っていると、渦巻室３０で加速された水の一部が舌部３１で分岐して基点ａ側に流れ込み、流量が増える。基点ａ付近を流れる水量が多くなると、それに応じて流路断面積を大きくする必要がある。しかしながら、流路断面積が大きくなると、位置ｃにおける高さ寸法を大きくする必要があり、ポンプ用ケーシング２０全体として高さ寸法が大きくなる。したがって、基点ａ付近を流れる水量を予め少なくために、接線Ｐは吐出口５２側に設ける必要がある。

回転部１００は、電動機に取り付けられる軸部１１０と、この軸部１１０に取り付けられ渦巻室３０内に位置するインペラ１２０と、軸部１１０に取り付けられ吸込側ケーシング４２内に位置する前段インペラ１３０と、インペラ１２０と前段インペラ１３０との間に配置され、前段インペラ１３０によって加速された水流をインペラ１２０の中央側に案内する流路１４０とを備えている。

このように構成されたタービンポンプ１０では、次のようにして吸込口４１から流入した吐出口５２に圧力を加えて吐出する。すなわち、電動機によって軸部１１０が回転すると、前段インペラ１３０の作用によって、吸込口４１から水が吸い込まれ、遠心力で吸込側ケーシング４２内に導入され、流路１４０を通ってさらに、インペラ１２０の中央部に供給される。インペラ１２０の作用により、水流はさらに加速されてインペラ１２０の外周側に押し出される。押し出された水流は、ガイドベーン７０によって周方向の水流に変換され、渦巻室３０に流出される。基点ａ付近で流出された水流は、他のガイドベーン７０から流出された水流と合流し、流量を増しながら周方向に流れる。この時、渦巻室３０の流路断面積は流量に応じた断面積を有しているため、圧力分布が最小限に抑えられながら流れる。したがって、振動や騒音を最小限に抑えることができ、ポンプ効率を高められる。

渦巻室３０を流れた水流は、吐出流路５１を通り、吐出口５２から外部に吐出される。吐出口５２に最も近いガイドベーン７０の渦巻室３０側の接線Ｐは吐出口５２側に向かっているため、渦巻室３０を巡った水量が再度渦巻室３０の基点ａに戻る量は最小限に抑え得られている。

このように本実施形態に係るタービンポンプ１０及びポンプ用ケーシング２０によれば、流路断面積を十分に確保して高効率化を図りつつ、高さ寸法を抑えることが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、ガイドベーンを６つ用いてものについて説明したが、複数であればこの数に限られない。また、インペラを二段としたが、一段でも三段以上でも良い。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

１０…タービンポンプ、２０…ポンプ用ケーシング、３０…渦巻室、４０…吸込部、４１…吸込口、４２…吸込側ケーシング、５０…吐出部、５１…吐出流路、５２…吐出口、６０…閉塞部、６１…蓋部、７０…ガイドベーン、１００…回転部、１１０…軸部、１２０…インペラ、１３０…前段インペラ、１４０…流路。

Claims (5)

1. 中心部に設けられた吸込口と、ポンプの回転軸方向に徐々に流路断面積を拡大させながら外周部に設けられた吐出口に流体を導くインボリュート形状の流路を有する渦巻室と、この渦巻室の内周側であって前記吐出口の外周側に設けられ、円周方向に沿って配設された複数のガイドベーンとを有するポンプ用ケーシングと、
   このポンプ用ケーシングの中心部に設けられ、前記ガイドベーンの内側に配置されたインペラと、を備えていることを特徴とするタービンポンプ。
2. 前記流路から上記吐出口にかけて、その流路断面積が徐々に変化する形状となっていることを特徴とする請求項１に記載のタービンポンプ。
3. 前記ガイドベーンのうち、前記吐出口に最も近いガイドベーンの前記渦巻室側の面に沿った接線は、前記吐出口への分岐となる舌部より前記吐出口側に設けられ、前記インペラ側の面に沿った接線は、前記舌部より前記渦巻室の基端側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のタービンポンプ。
4. 前記ポンプ用ケーシングは、前記吸込口を形成する吸込側ケーシングと、この吸込側ケーシングに同軸的に、かつ、軸方向に隣接して配置された吐出側ケーシングとを有し、
   前記吸込側ケーシングの内径よりも前記吐出側ケーシングの内径が同一又は大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載のタービンポンプ。
5. 中心部に設けられた吸込口と、
   ポンプの回転軸方向に徐々に流路断面積を拡大させながら外周部に設けられた吐出口に流体を導くインボリュート形状の流路を有する渦巻室と、
   この渦巻室の内周側であって前記吐出口の外周側に設けられ、円周方向に沿って配設された複数のガイドベーンと、を有するポンプ用ケーシング。