JP2018040275A - ターボ式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で運搬性能を向上し得るターボ式ポンプを提供する。【解決手段】周方向に複数の羽根９を備えた羽根車２をケーシング１内で回転させ、入口側流路から羽根車２の中央部に向かって引き込んだ流体Ｆを羽根車２の外周へ押し出して出口側流路８から送り出すよう構成したターボ式ポンプに関し、羽根９として、主羽根９ａ同士の間に該主羽根９ａより短い中間羽根９ｂ，９ｃを２枚ずつ配する。【選択図】図２

Description

本発明は、ターボ式ポンプに関する。

従来、ケーシング内で羽根車を回転させて流体にエネルギーを与え、前記羽根車の中央部から流体を引き込んで径方向外側へ押し出すようにしたターボ式のポンプが広く利用されている（例えば、下記特許文献１参照）。

この種のターボ式ポンプにおいては、一般に、羽根１枚あたりが空間に占める割合が径方向外側に向かうにつれて小さくなり、流路断面積が反対に外側ほど大きくなるため、吐出圧を一定に保つことが難しい。また、ケーシング内の圧力差によるキャビテーションの発生といった問題もある。そこで、運搬性能の向上や耐キャビテーション対策のため、羽根車の外周部における主羽根同士の間の位置に、主羽根より短い中間羽根を備える場合がある（例えば、下記特許文献２参照）。

特開平０９−２８００４９号公報 特開平０８−２６１１９５号公報

上記特許文献２に記載のポンプの如く中間羽根を増設すれば、揚程にして１割〜２割前後の性能向上が見込めることが本願出願人の実施した試験により明らかとなっているが、当然のことながら、必ずしもこれがターボ式ポンプの羽根車として最良であるとは限らない。ターボ式ポンプには未だ種々の改良の余地が残されており、省エネルギー等の観点からも、性能面においてさらなる向上が望まれている。

本発明は、斯かる実情に鑑み、簡単な構成で運搬性能を向上し得るターボ式ポンプを提供しようとするものである。

本発明は、周方向に複数の羽根を備えた羽根車をケーシング内で回転させ、入口側流路から前記羽根車の中央部に向かって引き込んだ流体を前記羽根車の外周へ押し出して出口側流路から送り出すよう構成したターボ式ポンプであって、前記羽根として、主羽根同士の間に該主羽根より短い中間羽根を２枚ずつ配したことを特徴とするターボ式ポンプにかかるものである。

而して、このようにすれば、中間羽根を各主羽根間に１枚ずつ配した従来のターボ式ポンプと比較して揚程の値を向上させることができる。

本発明のターボ式ポンプにおいて、前記中間羽根は、前記羽根車の回転方向に関して前記主羽根の直後に位置する子羽根と、該子羽根の直後に位置し且つ該子羽根以下の長さを有する孫羽根とで構成されることが好ましく、このようにすれば、揚程の値を一層向上させることができる。

本発明のターボ式ポンプにおいて、前記主羽根の長さをＬ_０、前記子羽根の長さをＬ_１、前記孫羽根の長さをＬ_２とした場合に、Ｌ_０、Ｌ_１及びＬ_２が次の関係を満足することが好ましい。
Ｌ_２≦Ｌ_１＜Ｌ_０
０．５≦Ｌ_１／Ｌ_０＜１
０．０５≦Ｌ_２／Ｌ_０≦０．６６

本発明のターボ式ポンプにおいて、前記主羽根同士の周方向の距離をλ_０、前記子羽根と該子羽根の直前に位置する主羽根との間の周方向の距離をλ_１、前記孫羽根と該孫羽根の直前に位置する主羽根との間の周方向の距離をλ_２とした場合に、λ_０、λ_１及びλ_２が次の関係を満足することが好ましい。
λ_１＜λ_２＜λ_０
０．２５≦λ_１／λ_０≦０．５

本発明のターボ式ポンプにおいて、前記羽根車に対し備えられる前記主羽根の枚数は６枚以上９枚以下であることが好ましい。

本発明のターボ式ポンプによれば、簡単な構成で運搬性能を向上し得るという優れた効果を奏し得る。

ターボ式ポンプの形態の一例を説明する側断面図である。 本発明の実施によるターボ式ポンプの形態の一例（第一実施例）を説明する正断面図である。 本発明の第一参考例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第二参考例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第二実施例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第三実施例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第四実施例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第五実施例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第六実施例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第七実施例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第八実施例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第九実施例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第十実施例における羽根の配置を説明する模式図である。 本発明の第十一実施例における羽根の配置を説明する模式図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１、図２は本発明の実施によるターボ式ポンプの形態の一例（第一実施例）を示している。

ターボ式ポンプは、図１、図２に示す如く、ケーシング１内に羽根車２を回転可能に収容してなる。羽根車２の回転軸をなす軸３は、ケーシング１の背面１ａに一体に形成された軸ケース４に軸受５を介して支持されており、また、軸３とケーシング１の背面１ａとの間は、シール材６により封止されている。ケーシング１の正面１ｂには、羽根車２の中央部と対向するように入口側流路７が接続されており、また、ケーシング１の羽根車２の径方向外側には、該羽根車２の周囲を取り巻くように出口側流路８が接続されている。羽根車２には、周方向に複数の羽根９が羽根車２の径方向に対し所定の角度を有して備えられており、軸３への回転動力の入力により羽根車２が回転すると、これに伴い入口側流路７から羽根車２の中央部へ向かって引き込まれた流体Ｆが外周方向へ押し出され、出口側流路８から送り出されるようになっている。ここに示した例の場合、羽根車２の回転方向は図２に関して時計回りである。

そして、本第一実施例の場合、図２に示す如く、羽根９として、８枚の主羽根９ａに加え、該主羽根９ａよりも短い８枚の子羽根９ｂ、及び該子羽根９ｂと同じ長さかさらに短い８枚の孫羽根９ｃの２種類、合計１６枚の中間羽根を羽根車２に備えている。尚、本明細書中では、「羽根の長さ」とは、羽根車の回転面に沿った向きの長さを示すものとする。

８枚の主羽根９ａは、羽根車２の周方向に関して均等に、該羽根車２の周を８等分するように配置されている。また、中間羽根である子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃは、各主羽根９ａ同士の間にそれぞれ１枚ずつ備えられており、羽根車２の外周部における主羽根９ａ同士の間の流路を、２枚の中間羽根（子羽根９ｂと孫羽根９ｃ）により３等分するように配置されている。各子羽根９ｂは、羽根車２の回転方向に関して各主羽根９ａの直後に位置しており、さらに、各子羽根９ｂの直後に各孫羽根９ｃが位置している。つまり、各主羽根９ａ及び中間羽根９ｂ、９ｃの配置は、羽根車２の回転方向に関して前側から、主羽根９ａ、子羽根９ｂ、孫羽根９ｃ、さらに次の主羽根９ａ、子羽根９ｂ、孫羽根９ｃ……という順序である。

すなわち、主羽根９ａ同士の周方向における距離をλ_０とし、子羽根９ｂと該子羽根９ｂの直前に位置する主羽根９ａとの間の周方向の距離をλ_１、孫羽根９ｃと該孫羽根９ｃの直前に位置する主羽根９ａとの間の周方向の距離をλ_２とすると、本第一実施例の場合、
λ_１＝（１／３）λ_０
λ_２＝（２／３）λ_０
である。

また、本第一実施例の場合、子羽根９ｂの長さは、主羽根９ａの長さの３分の２であり、孫羽根９ｃの長さは、主羽根９ａの長さの３分の１である。すなわち、主羽根９ａの長さをＬ_０、子羽根９ｂの長さをＬ_１、孫羽根９ｃの長さをＬ_２とすると、
Ｌ_１＝（２／３）Ｌ_０
Ｌ_２＝（１／３）Ｌ_０
である。

以下、上記第一実施例のほか、本発明の各実施例について作用効果を説明する。

［実験１］
上述の第一実施例（図１、図２参照）のほか、中間羽根の枚数ないし配置の異なる２種類のターボ式ポンプを参考例とし、運搬性能を比較する実験を行った。

第一参考例のターボ式ポンプは、図３に示す如く、羽根車２に羽根９として８枚の主羽根９ａのみを備えている。該８枚の主羽根９ａは、羽根車２の周方向に関して均等に、該羽根車２の周を８等分するように配置されている。すなわち、従来の一般的なターボ式ポンプに相当する構成である。

第二参考例のターボ式ポンプは、図４に示す如く、羽根車２に羽根９として８枚の主羽根９ａ、及び８枚の中間羽根（子羽根）９ｂを備えている。８枚の主羽根９ａは、羽根車２の周方向に関して均等に、該羽根車２の周を８等分するように配置されている。中間羽根９ｂは、各主羽根９ａ同士の間に１枚ずつ配されており、羽根車２の外周部における主羽根９ａ同士の間の流路を、子羽根９ｂにより２等分するように配置されている。すなわち、上記特許文献２に記載の如き従来のターボ式ポンプに相当する構成である。子羽根９ｂの長さは主羽根９ａの２分の１である。

第一実施例、及び第一、第二参考例は、中間羽根の枚数ないし配置以外の仕様、すなわち羽根車２の径や主羽根９ａの長さや形状、ケーシング１の形状等といった諸条件は共通している。また、このことは後述する第二実施例以下に関しても同様であり、よって、以下では各参考例及び実施例においても必要に応じて図１及び図２をも参照しながら説明することとする。

本実験１では、第一実施例、及び第一、第二参考例による３種類のターボ式ポンプを、同じ回転数及び同じ流量（入口側流路７（図１参照）における流量）の条件下で回転させるシミュレーションを行い、揚程を計算した。

その結果、まず、８枚の主羽根９ａに加えて８枚の子羽根９ｂを備えた第二参考例（図４参照）では、８枚の主羽根９ａのみを備えた第一参考例（図３参照）と比較して、揚程に１４．２％の向上が確認された。そして、８枚の主羽根９ａに加え中間羽根として８枚の子羽根９ｂ及び８枚の孫羽根９ｃを備えた第一実施例（図２参照）では、第一参考例と比較して揚程が１９．４％向上した。すなわち、第二参考例における揚程の値を１００とすると、第一実施例および第一、第二参考例における揚程は下記表１に示す通りであった（尚、以下の実験においては、第二参考例における揚程の値を１００とし、これに対する相対値として各実施例における揚程を表示するものとする）。

このように、羽根車２に主羽根９ａのほか、中間羽根として子羽根９ｂに加え孫羽根９ｃをも配置することで（図３、図４及び図２参照）、運搬性能がさらに向上することが確認された。

［実験２］
次に、主羽根９ａに対する子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃの長さの影響を検証する実験を行った。この実験２では、主羽根９ａ及び子羽根９ｂ、孫羽根９ｃの枚数をそれぞれ６枚とし、且つ子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃの長さを種々変更したターボ式ポンプ（第二〜第五実施例、図５〜図８参照）についてシミュレーションを行い、揚程を計算した。

第二〜第五実施例においては、６枚の主羽根９ａが、羽根車２の周方向に関して均等に、該羽根車２の周を６等分するように配置されている。また、各中間羽根９ｂ、９ｃは、各主羽根９ａ同士の間にそれぞれ１枚ずつ備えられており、羽根車２の外周部における主羽根９ａ同士の間の流路を、子羽根９ｂと孫羽根９ｃにより３等分するように配置されている。すなわち、第二〜第五実施例においては、
λ_１＝（１／３）λ_０
λ_２＝（２／３）λ_０
である（図２参照）。

第二〜第五実施例において、子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃの長さＬ_１，Ｌ_２は上述の如く種々異なっており、第二実施例（図５参照）においては
Ｌ_１＝Ｌ_２＝（１／２）Ｌ_０
であり、第三実施例（図６参照）においては
Ｌ_１＝（２／３）Ｌ_０
Ｌ_２＝（１／３）Ｌ_０
である。また、第四実施例（図７参照）においては
Ｌ_１＝（２／３）Ｌ_０
Ｌ_２＝（１／１０）Ｌ_０
であり、第五実施例（図８参照）においては
Ｌ_１＝（１／５）Ｌ_０
Ｌ_２＝（１／１０）Ｌ_０
である（図２参照）。尚、第二〜第五実施例における主羽根９ａの長さＬ_０は、すべて上述の第一実施例における主羽根９ａの長さＬ_０に等しい（図２参照）。これは、後述する第六実施例以下の主羽根９ａについても同様である。

第二〜第五実施例における揚程は、下記表２に示す通りであった。

主羽根９ａの長さに対し、子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃがある程度長い第二及び第三実施例では、良好な運搬性能が確認された。ただし、子羽根９ｂと孫羽根９ｃの長さが等しい第二実施例と比較して、子羽根９ｂが孫羽根９ｃよりも長く設定されている第三実施例の方が高い揚程を示したことから、子羽根９ｂの長さは孫羽根９ｃの長さ以上に設定されることが好ましいと言える。

第四実施例では、子羽根９ｂは主羽根９ａに対し３分の２の長さを有しているが、孫羽根９ｃの長さは主羽根９ａの１０分の１である。このようにすると、第二、第三実施例ほどではないものの、上述の第二参考例（図４参照）と比較しても僅かに高い揚程が確認されているので、孫羽根９ｃはこの程度まで短くても運搬性能を向上させる効果が認められる。

第五実施例では、子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃを短くし、子羽根９ｂで主羽根９ａの５分の１、孫羽根９ｃで１０分の１としている。子羽根９ｂをここまで短くすると、第二参考例（図４参照）と比較して揚程の値は下がっており、子羽根９ｂによる揚程向上の効果が小さくなっていると言えるが、第一参考例（図３参照）と比較すれば十分に高い値である。

そのほか、種々の条件下にてシミュレーションを行った結果、主羽根９ａの長さＬ_０及び子羽根９ｂ、孫羽根９ｃの長さＬ_１，Ｌ_２は、互いに下記の関係を満たす場合に好適な運搬性能が得られることが判明した。
Ｌ_２≦Ｌ_１＜Ｌ_０
０．５≦Ｌ_１／Ｌ_０＜１
０．０５≦Ｌ_２／Ｌ_０≦０．６６

［実験３］
次に、羽根９同士の間隔が運搬性能に与える影響を検討する実験を行った。この実験３では、主羽根９ａ及び子羽根９ｂ、孫羽根９ｃの枚数をそれぞれ６枚とし、且つ主羽根９ａ、子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃ同士の間隔を種々変更したターボ式ポンプ（第六〜第八実施例、図９〜図１１参照）についてシミュレーションを行い、揚程を計算した。

第六〜第八実施例の場合、上述の第三実施例（図６参照）と同じく、子羽根９ｂの長さＬ_１は、主羽根９ａの長さＬ_０の３分の２であり、孫羽根９ｃの長さＬ_２は、主羽根９ａの長さＬ_０の３分の１である。すなわち、
Ｌ_１＝（２／３）Ｌ_０
Ｌ_２＝（１／３）Ｌ_０
である（図２参照）。

第六〜第八実施例において、回転方向前方の主羽根９ａに対する子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃの距離λ_１，λ_２は上述の如く種々異なっており、主羽根９ａ同士の距離をλ_０とすると、第六実施例（図９参照）においては
λ_１＝（１／６）λ_０
λ_２＝（１／３）λ_０
である。また、第七実施例（図１０参照）においては
λ_１＝（１／４）λ_０
λ_２＝（１／２）λ_０
であり、第八実施例（図１１参照）においては
λ_１＝（１／２）λ_０
λ_２＝（３／４）λ_０
である（図２参照）。尚、下記表３では第六〜第八実施例の比較対象として、第三実施例のデータも併せて表示している。

第六〜第八実施例のいずれにおいても良好な揚程の値が観察されたが、主羽根９ａに対し子羽根９ｂ、孫羽根９ｃを均等に配置した第三実施例と比較すると低下が見られた。つまり、子羽根９ｂや孫羽根９ｃはあまり主羽根９ａに近接させず、主羽根９ａ同士の間に極力均等に配置した方が良いと言える。そのほか、種々の条件下にてシミュレーションを行った結果、子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃは、それぞれ主羽根９ａ同士の距離λ_０に対し、前方に位置する主羽根９ａから以下の範囲の距離λ_１，λ_２を置いて配置されることが好ましいと判明した。
λ_１＜λ_２＜λ_０
０．２５≦λ_１／λ_０≦０．５

［実験４］
最後に、主羽根９ａ及び子羽根９ｂ、孫羽根９ｃの枚数としてはどの程度が好適かを検証する実験を行った。この実験４に用いた第九〜第十一実施例のターボ式ポンプ（図１２〜図１４参照）は、上記第一実施例（図２参照）及び第三実施例（図６参照）と同様、各主羽根９ａの間に子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃを備え、且つ各羽根９同士の長さ及び位置が
λ_１＝（１／３）λ_０
λ_２＝（２／３）λ_０
及び
Ｌ_１＝（２／３）Ｌ_０
Ｌ_２＝（１／３）Ｌ_０
の関係を満足するよう設定されているが（図２参照）、それぞれ羽根車２に備えた主羽根９ａ、子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃの枚数が異なっている。すなわち、上記第一実施例では主羽根９ａ、子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃを８枚ずつ、上記第二実施例では６枚ずつ備えているが、第九実施例（図１２参照）では各５枚、第十実施例（図１３参照）では各７枚、第十一実施例（図１４参照）では各９枚の主羽根９ａ、子羽根９ｂ及び孫羽根９ｃを羽根車２上に均等に配置している。

第一及び第三実施例も含む各実施例における揚程の値は下記表４に示す通りであった。

このように、羽根９の枚数が増えるほど運搬性能は向上する傾向が見られた。この実験４の結果に関する限り、主羽根９ａ（及び子羽根９ｂ、孫羽根９ｃ）の枚数は多いほど良く、羽根車２あたり６枚以上が特に好適であると言える。ただし、枚数が多すぎると羽根９自体の体積がポンプの容量を圧迫してしまうほか、中央部の入口側流路７（図１参照）付近における負圧が大きくなりすぎるため、ターボ式ポンプの性能上、好適と言える上限は９枚程度であろうと考えられる。

以上のように、上記各実施例においては、周方向に複数の羽根９を備えた羽根車２をケーシング１内で回転させ、入口側流路７から羽根車２の中央部に向かって引き込んだ流体Ｆを羽根車２の外周へ押し出して出口側流路８から送り出すよう構成したターボ式ポンプに関し、羽根９として、主羽根９ａ同士の間に該主羽根９ａより短い中間羽根９ｂ，９ｃを２枚ずつ配しているので、中間羽根を各主羽根間に１枚ずつ配した従来のターボ式ポンプと比較して揚程の値を向上させることができる。

また、上記各実施例において、中間羽根９ｂ，９ｃは、羽根車２の回転方向に関して主羽根９ａの直後に位置する子羽根９ｂと、該子羽根９ｂの直後に位置し且つ該子羽根９ｂ以下の長さを有する孫羽根９ｃとで構成されているので、揚程の値を一層向上させることができる。

したがって、上記各実施例によれば、簡単な構成で運搬性能を向上し得る。

尚、本発明のターボ式ポンプは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ ケーシング
２ 羽根車
８ 出口側流路
９ 羽根
９ａ 主羽根
９ｂ 中間羽根（子羽根）
９ｃ 中間羽根（孫羽根）
Ｆ 流体

Claims (5)

1. 周方向に複数の羽根を備えた羽根車をケーシング内で回転させ、入口側流路から前記羽根車の中央部に向かって引き込んだ流体を前記羽根車の外周へ押し出して出口側流路から送り出すよう構成したターボ式ポンプであって、
   前記羽根として、主羽根同士の間に該主羽根より短い中間羽根を２枚ずつ配したことを特徴とするターボ式ポンプ。
2. 前記中間羽根は、前記羽根車の回転方向に関して前記主羽根の直後に位置する子羽根と、該子羽根の直後に位置し且つ該子羽根以下の長さを有する孫羽根とで構成されることを特徴とする請求項１に記載のターボ式ポンプ。
3. 前記主羽根の長さをＬ_０、前記子羽根の長さをＬ_１、前記孫羽根の長さをＬ_２とした場合に、Ｌ_０、Ｌ_１及びＬ_２が次の関係を満足することを特徴とする請求項２に記載のターボ式ポンプ。
   Ｌ_２≦Ｌ_１＜Ｌ_０
   ０．５≦Ｌ_１／Ｌ_０＜１
   ０．０５≦Ｌ_２／Ｌ_０≦０．６６
4. 前記主羽根同士の周方向の距離をλ_０、前記子羽根と該子羽根の直前に位置する主羽根との間の周方向の距離をλ_１、前記孫羽根と該孫羽根の直前に位置する主羽根との間の周方向の距離をλ_２とした場合に、λ_０、λ_１及びλ_２が次の関係を満足することを特徴とする請求項２又は３に記載のターボ式ポンプ。
   λ_１＜λ_２＜λ_０
   ０．２５≦λ_１／λ_０≦０．５
5. 前記羽根車に対し備えられる前記主羽根の枚数が６枚以上９枚以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボ式ポンプ。

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