JP2018105298A - 高効率二重吸引インペラ - Google Patents

Abstract

【課題】高効率二重吸引インペラを提供する。【解決手段】特に遠心ポンプおよび油圧動力回収タービンのための新たな二重吸引インペラであって、流路構成は、インペラの外径で互いに交差するブレード間チャネルを有し、それにより相当するブレードの数は、２つの単一の吸引インペラの結合によって得られる従来の構成と比較して２倍になる。【選択図】図９

Description

本開示は、高効率二重吸引インペラ、たとえば、遠心ポンプに使用され得る高効率二重吸引インペラに関する。

ラジアルフロー型ターボ機械装置は、特に、インペラと呼ばれる回転装置内の流体を加速（または減速）することによって、シャフト動力を運動エネルギーに変換する（逆もまた同様である）ように適合される。動力吸収機として使用される場合、インペラは、一般に、流体の圧力を上昇させるために、または配管系内の流体の流れを誘導するために使用される。

インペラは、ターボ機械内の装置であり、回転して流体とエネルギーを交換する。その最も簡単な実装形態では、インペラは、ハブプレートに装着された複数のブレードを備える。インペラブレードの形状および幾何学的形状は、ターボ機械の使用、定格、性能に応じて、多くの異なるタイプのものとすることができる。

ポンプの比速度ＮＳを、以下のように定義した：

式中、
ｎ＝回転数／分
Ｑ＝容積流量［ｍ³／ｈ］
Ｈ＝水頭差［ｍ］
低または中比速度値（たとえば、ＮＳ＜１６００）および二重吸引構成で設計された１０ｍ＾３／ｈを超える容量の遠心ポンプの場合、ヘッド対流量を安定してゼロ流に向かって連続的に上昇させるためには、ブレードの数が少ないインペラが必要である。この必要条件は、わずかな利用可能な流れで各々動作する、複数の遠心ポンプが並行して用いられる場合に特に重要である。さらに、低または中比速度値および中または高値の油圧ヘッド用に設計された大容量の遠心ポンプは、大きな直径および狭い出口幅を有するインペラを必要とする。二重吸引インペラは、通常、２つの単一の吸引インペラで構成されており、各インペラは、合計流量の半分を精緻化し、背中合わせの構成で配置される。

中心リブおよび互い違いのブレードが設けられたインペラを有する従来技術の遠心ポンプでは、インペラ出口幅ｂ２とインペラ直径Ｄ２との間の比は、０．０５より十分に小さくすることができる。この種のインペラは、不安定なヘッド対流量特性曲線を示すことがある。それに加えて、この種のインペラの別の欠点は、受け入れ可能なすべり係数値を維持するのに必要な低いブレード出口角（通常は１５°〜２０°）および対応する大きな全巻き角（通常は１２０°〜２７０°）にある。結果として、この種の従来技術のインペラの油圧効率は、典型的には、９５％より小さい。

さらに、この種のインペラに特有の低いブレード負荷（通常、１未満のヘッド係数「ｐｓｉ」に対応し、ｐｓｉは：

であり、
式中、
ｇ＝重力加速度［ｍ／ｓ＾２］
Ｈ＝水頭差［ｍ］
ｕ２＝インペラの周速［ｍ／ｓ］）
は、インペラの必要直径を増加させ、したがって、ヘッド係数が１より大きいインペラと比較して、ディスク摩擦損失を１％〜２％増加させる。

達成可能なヘッド係数は、従来の分割ブレードインペラを用いることによって増加させることができるが、この選択は、狭いｂ２／Ｄ２の問題およびヘッドカーブ安定性の不良を解決しない。さらに、従来の分割ブレードインペラの前縁の数が２倍になり、追加の油圧損失を生じさせる。

したがって、本発明の実施形態は、両方の入口から始まり、インペラ出口の中央軸を交差するブレード間にチャネルを有し、その結果、相当するブレード数は、２つの単一の吸引インペラの結合によって得られる従来の構成と比較して２倍になる二重吸引インペラに関する。

新たなインペラでは、相当するブレードの数を増加させることによってすべり係数を減少させることにより、インペラの直径を減少させることができ、したがって、前記インペラを設置するポンプのサイズおよび製造コストを低減する。

スプリッタブレードを設けた従来のインペラと比較して、新たなインペラの実施形態は、追加の前縁および対応する損失を導入しない。

低比速度のポンプの場合、インペラのブレード間チャネルの新たな形状は、水力直径が増加し、各チャネルの長さが減少し、従来のインペラと比較して油圧損失を減少させるようになっている。

さらに、インペラ直径の減少はまた、ディスク摩擦による損失の大幅な減少にもつながり、ポンプ効率全体を増加させる。

相当する従来技術のインペラと比較して、新たな二重吸引インペラに関連する利点および利益は、新たな二重吸引インペラの動作速度が低下するにつれて増加する。

新たな二重吸引インペラの主な用途は、遠心ポンプおよび油圧動力回収タービン内であり、特に、排他的ではないが、精製所、石油化学およびパイプライン用である。しかし、他の用途も可能であり、企図されている。

本発明の実施形態のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を解読するときに一層よく理解されるはずであり、図面を通じて、同様の符号は、同様の部分を表す。

従来技術の二重吸引インペラの子午断面図である。 従来技術の二重吸引インペラのブレード間チャネルの図である。 従来技術の二重吸引インペラの外径配置の詳細を示す図である。 新たな二重吸引インペラの一実施形態の断面の詳細を示す図である。 新たな二重吸引インペラの別の実施形態のブレード間チャネルの図である。 新たな二重吸引インペラの別の実施形態の外径配置の詳細を示す図である。 新たな二重吸引インペラの別の実施形態の第１の正面図である。 新たな二重吸引インペラの一実施形態の子午断面図である。 新たな二重吸引インペラの一実施形態の側面図である。

添付の図面を参照すると、例示的な実施形態によれば、本発明の実施形態は、特に遠心ポンプのための新たな二重吸引インペラに関し、流路構成は、インペラの外径で互いに交差するブレード間チャネルによって特徴付けられる。

一実施形態では、新たな二重吸引インペラは、両方の入口から始まり、インペラの外径で交差するブレード間にチャネルを備え、それにより相当するブレード数は、添付の図１、図２および図３に示すように、中央リブの２つの単一の吸引インペラに単に隣接することによって得られる従来の構成と比較して２倍になる。

より詳細には、添付の図４、図５、図６、図７、図８および図９を参照すると、新たな二重吸引インペラは、シュラウド付きインペラ１０を含む。シュラウド付きインペラ１０はさらに、管状中心孔１２に関連するハブ１１を含むことができる。管状中心孔１２は、一般にキーおよびキー溝で駆動接続されたインペラ駆動シャフトを受け入れるように適合することができる。

シュラウド付きインペラ１０は、１つの単一の部品またはアセンブリのいずれかで作製することができ、またはたとえば１つの左シュラウド、１つの右シュラウドおよび中央コアを備える、複数のアセンブリで作製することができる。

一実施形態では、新たなインペラは、１つの単一のアセンブリで作製され、ハブ１１はさらに、ハブ１１および一対の一体型シュラウド、左側シュラウド１４および右側シュラウド１５に一体的に取り付けられた複数のブレード１３を含む。一体型シュラウド１４、１５の各々には、インペラアイを構成する中心開口１６、３１が設けられる。インペラアイは、前記管状中心孔１２に隣接し、開口縁部半径を有する開口縁部１７と、開口リム半径を有する開口リム１８とを備える。

左側シュラウド１４は、本発明による二重吸引インペラの左側開口を画定し、右側シュラウド１５は、右側開口を画定する。

前記左側シュラウド１４の外側縁部および前記右側シュラウド１５の外側縁部は、幅１９と、中央平面２０とを有するインペラ出口を画定する。

より詳細には、前記複数のブレード１３の隣接するブレード１３の各対は、添付の図５で参照される複数のブレード間チャネルを画定する。前記ブレード間チャネルは、前記左側シュラウド１４と前記右側シュラウド１５の両方の中心開口内に位置した複数の入力開口を、前記インペラ出口に位置した複数の出力開口に接続するように適合される。

特に、添付の図４および図６を参照すると、前記ブレード間チャネルは、前記左側シュラウド１４の中心開口内に位置したそれぞれの入力開口２２を有する左側ブレード間チャネル２１と、前記右側シュラウド１５の中心開口内に位置したそれぞれの入力開口２５を有する右側ブレード間チャネル２４とを含む。

有利には、前記左側ブレード間チャネル２１および前記右側ブレード間チャネル２４は、前記インペラ出口の中央平面２０と交差するようになっており、それにより前記右側ブレード間チャネル２４の出力開口２６と整列して交互に配置された前記左側ブレード間チャネル２１の出力開口２３を、前記インペラ出口に配置する。

動作中、回転すると、流体は矢印２７、２８で示すように軸方向にインペラ内に引き込まれ、ハブ１１と前記左および右シュラウド１４、１５との間を通過する複数のブレード１３によって推進され、最終的には、矢印２９で示すように前記出口を通って半径方向に排出される。インペラは、軸方向入口と、周方向渦巻き形またはディフューザ出口通路とを有する適切なハウジング内に、矢印３０の方向に延びている。

本発明による二重吸引インペラでは、インペラ出口の中央軸の前記ブレード間チャネルによって交差部に接続された効果により、相当するブレード数は、２つの単一の吸引インペラの結合によって得られる従来の構成と比較して２倍になる。

添付の図２を参照すると、セクション３３は、従来技術のインペラのチャネルの入口に対応し、領域３２は、従来技術のインペラのチャネルの出口に対応する。

添付の図５を参照すると、セクション３５は、新たなインペラのチャネルの入口に対応し、領域３４は、新たなインペラのチャネルの出口に対応する。

先行技術の二重吸引インペラのブレード間チャネルを新たな二重吸引インペラのブレード間チャネルと比較すると、新たな二重吸引インペラのブレード間チャネルの出口領域３４は、従来技術のインペラのアスペクト比と比較して１に非常に近いアスペクト比を有する矩形形状を有することが明らかである。

最後に、新たな二重吸引インペラによってもたらされる利益には、とりわけ、すべり係数の減少および油圧損失の減少が含まれる。これらの減少は、約３％から４％の効率向上と、最終的には営業経費の削減および設備投資の削減につながり得る。

例示的な実施形態の上記の説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同一の参照番号は、同一または類似の要素を特定する。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

「一実施形態」または「実施形態」に対する明細書全体での参照は、実施形態に関連して記載されている特定の特徴、構造、または特性が、開示されている主題の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、明細書全体の様々な場所における句「一実施形態では」または「実施形態では」の出現は、必ずしも同一の実施形態を参照していない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせられてもよい。上記の詳細な説明は、特許請求される発明の範囲を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

Claims (7)

1. 管状中心孔（１２）に関連するハブ（１１）を備え、前記ハブ（１１）は、
   前記ハブ（１１）および左側シュラウド（１４）ならびに右側シュラウド（１５）に一体的に取り付けられた複数のブレード（１３）を備え、前記左側シュラウド（１４）および前記右側シュラウド（１５）には、前記管状中心孔（１２）に隣接する中心開口（１６、３１）が設けられ、前記左側シュラウド（１４）の外側縁部および前記右側シュラウド（１５）の外側縁部は、インペラ出口を画定し、前記インペラ出口は、幅（１９）と、中央平面（２０）とを有し、前記複数のブレード（１３）の隣接するブレード（１３）の各対は、前記左側シュラウド（１４）と前記右側シュラウド（１５）の両方の前記中心開口（１６、３１）内に位置した複数の入力開口（２２、２５）を、前記インペラ出口に位置した複数の出力開口（２３、２６）に接続するように適合された複数のブレード間チャネル（２１、２４）を画定し、前記ブレード間チャネル（２１、２４）は、前記左側シュラウド（１４）の前記中心開口（１６）内に位置したそれぞれの入力開口（２２）を有する左側ブレード間チャネル（２１）と、前記右側シュラウド（１５）の前記中心開口（３１）内に位置したそれぞれの入力開口（２５）を有する右側ブレード間チャネル（２４）と
   を備え、
   前記左側ブレード間チャネル（２１）および前記右側ブレード間チャネル（２４）は、前記インペラ出口の前記中央平面（２０）と交差し、それにより前記右側ブレード間チャネル（２４）の前記出力開口（２６）と整列して交互に配置された前記左側ブレード間チャネル（２１）の複数の出力開口（２３）を、前記インペラ出口に配置する、
   二重吸引インペラ。
2. 前記二重吸引インペラが、単一の部品で作製される、請求項１に記載の二重吸引インペラ。
3. 前記中心孔（１２）が、キーおよびキー溝で前記中心孔（１２）に駆動接続されたインペラ駆動シャフトを受け入れるように適合される、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の二重吸引インペラ。
4. 前記中心開口（１６、３１）が、開口縁部（１７）と、開口リム（１８）とを備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二重吸引インペラ。
5. 軸方向入口と、周方向渦巻き形またはディフューザ出口通路とを有する適切なハウジングをさらに備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二重吸引インペラ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二重吸引インペラを備える、遠心ポンプ。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二重吸引インペラを備える、油圧動力回収タービン。