JP2019056344A - 遠心ポンプ - Google Patents
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- F04D29/0416—Axial thrust balancing balancing pistons
Abstract
【課題】ポンプ効率を低下させることなく、軸方向推力を低下させることができる遠心ポンプを提供する。【解決手段】遠心ポンプは、回転軸1と、回転軸1に固定された羽根車5と、羽根車5を収容するケーシング7と、羽根車5の吸込側に配置された邪魔板55とを備える。羽根車5は、回転軸1に固定された主板35と、主板35に対向するシュラウド37と、主板35とシュラウド37との間に配置された複数の翼38とを備え、邪魔板55はシュラウド37の吸込側表面37aとケーシング7との間に形成された吸込側室54内に配置されている。【選択図】図2
Description
本発明は、遠心ポンプに関し、特に単段の羽根車または多段の羽根車を備えた遠心ポンプに関するものである。
遠心ポンプは、羽根車を回転させることで液体に遠心力を与え、液体を昇圧する。昇圧された液体の多くは、次段の羽根車に流入するか、または吐出口から吐き出されるが、昇圧された液体の一部は羽根車の主板裏側およびシュラウド裏側に流入する。羽根車の主板裏側とシュラウド裏側とでは、羽根車が液体の圧力を受ける面積の差異があるため、羽根車を吸込側に押す軸方向推力が発生する。
このような軸方向推力を羽根車が受けるので、羽根車が固定される回転軸は、大きな軸方向推力を受けることができるハイスラスト軸受によって支持されるか、または追加のスラスト軸受によって支持される。しかしながら、軸方向推力は軸受の摩耗を早め、軸受の寿命を短くする。特に、多段遠心ポンプでは、大きな軸方向推力が発生するため、軸受の寿命が短くなる傾向が大きい。
そこで、従来から、軸方向推力を低減させるいくつかの技術が提案されている。例えば、羽根車の主板に複数のバランスホールを設ける技術がある。羽根車の主板裏側に流入した液体は、バランスホールを通って羽根車内に流入する。その結果、羽根車の主板に作用する液体の圧力が低下し、軸方向推力が低減される。
しかしながら、バランスホールは、羽根車によって昇圧された液体の一部を吸込側に戻すため、ポンプ効率を低下させてしまう。そこで、ポンプ効率を低下させることなく、軸方向推力を低減させるために、図11に示すようなダブルライナー構造が採用されることがある。このダブルライナー構造は、羽根車100の液体入口101の周囲に配置された第1ライナーリング104と、羽根車100の背面側(主板側)に配置された第2ライナーリング105とを備える。第1ライナーリング104は、羽根車100のシュラウド110に形成された液体入口101と微小な隙間を介して配置され、第2ライナーリング105は、羽根車100の主板(吐出側板部材)111に形成された円環部112と微小な隙間を介して配置されている。バランスホール115は、主板111に形成されており、第2ライナーリング105よりも半径方向において内側に位置している。
このような位置に配置された第2ライナーリング105は、羽根車100によって昇圧された液体がバランスホール115に到達する量を低減することができる。結果として、バランスホール115を通じて羽根車100内に戻る液体の量を減らすことができる。
しかしながら、第2ライナーリング105はポンプの運転時間とともに徐々に摩耗するため、第2ライナーリング105の定期的な交換が必要となる。さらに、多段遠心ポンプでは、各羽根車100の吐出側には戻り羽根120が配置されるために、第2ライナーリング105を配置するのに十分な大きさのスペースがない場合もある。
そこで、本発明は、ポンプ効率を低下させることなく、軸方向推力を低下させることができる遠心ポンプを提供することを目的とする。
本発明の一態様は、回転軸と、前記回転軸に固定された羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングと、前記羽根車の吸込側に配置された邪魔板とを備え、前記羽根車は、前記回転軸に固定された主板と、前記主板に対向するシュラウドと、前記主板と前記シュラウドとの間に配置された複数の翼とを備え、前記邪魔板は、前記シュラウドの吸込側表面と前記ケーシングとの間に形成された吸込側室内に配置されていることを特徴とする遠心ポンプである。
本発明の好ましい態様は、前記邪魔板は、前記シュラウドの吸込側表面の外周部に近接して配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記邪魔板は、前記羽根車の半径方向に延びていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記邪魔板が複数設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記主板の外周部には、半径方向内側に窪んだ複数のトリムエッジが形成されており、前記翼の外側部位は、前記複数のトリムエッジのうちの隣り合う2つの間に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記主板の直径は前記シュラウドの直径と同じか、または小さいことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記羽根車および前記ケーシングのそれぞれは、プレス加工された金属板の組立体であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記邪魔板は、前記羽根車の半径方向に延びていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記邪魔板が複数設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記主板の外周部には、半径方向内側に窪んだ複数のトリムエッジが形成されており、前記翼の外側部位は、前記複数のトリムエッジのうちの隣り合う2つの間に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記主板の直径は前記シュラウドの直径と同じか、または小さいことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記羽根車および前記ケーシングのそれぞれは、プレス加工された金属板の組立体であることを特徴とする。
羽根車のシュラウドに接触する液体の旋回流は邪魔板によって止められ、液体の動圧は静圧に変換される。羽根車のシュラウドに加わる液体の圧力は増加し、結果として、羽根車を吸込側に押す軸方向推力を低下させることができる。本発明によれば、バランスホールを設けることは不要であるので、ポンプ効率を低下させることなく、軸方向推力を低下させることが可能である。
また、トリムエッジが形成された主板を有する羽根車は、一般的な羽根車に比べて、ポンプ効率を低下させることなく、主板に加わる液体の圧力を大きく減らすことが流体シミュレーションにより実証されている。よって、トリムエッジが形成された主板を有する羽根車は、軸方向推力をさらに低下させることができる。
また、トリムエッジが形成された主板を有する羽根車は、一般的な羽根車に比べて、ポンプ効率を低下させることなく、主板に加わる液体の圧力を大きく減らすことが流体シミュレーションにより実証されている。よって、トリムエッジが形成された主板を有する羽根車は、軸方向推力をさらに低下させることができる。
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1は、遠心ポンプの一実施形態を示す断面図である。
遠心ポンプは、回転軸1と、回転軸1に固定された複数の羽根車5と、羽根車5が収容されたケーシング7とを備えている。回転軸1は、電動モータ8に連結されている。電動モータ8により回転軸1が回転されると、羽根車5は回転軸1とともに回転される。
図1は、遠心ポンプの一実施形態を示す断面図である。
遠心ポンプは、回転軸1と、回転軸1に固定された複数の羽根車5と、羽根車5が収容されたケーシング7とを備えている。回転軸1は、電動モータ8に連結されている。電動モータ8により回転軸1が回転されると、羽根車5は回転軸1とともに回転される。
ケーシング7は、内ケーシング7Aと外ケーシング7Bとを備えている。内ケーシング7Aは外ケーシング7B内に配置されており、内ケーシング7Aの外面は外ケーシング7Bによって覆われている。内ケーシング7Aの吸込側開口は、吸込ポート10に連結されており、外ケーシング7Bの吐出側開口は吐出ポート11に連結されている。羽根車5の周囲にはディフューザ15が配置されており、さらにディフューザ15の吐出側には戻り羽根16が配置されている。
羽根車5の回転に伴い、液体は吸込ポート10を通じて羽根車5に吸い込まれる。羽根車5を回転させることで液体の速度および圧力が上昇し、さらに液体がディフューザ15を通過するときに液体の速度エネルギーは圧力に変換される。昇圧された液体は戻り羽根16によって次段の羽根車5に導かれ、さらに次段の羽根車5の回転よって昇圧される。最終段の羽根車5を出た液体は、内ケーシング7Aの端部に形成された複数の連通孔20を通じて外ケーシング7B内に流入する。液体は外ケーシング7Bの内面と内ケーシング7Aの外面との間に形成された流路21を通って吐出ポート11に向かい、吐出ポート11を通って遠心ポンプの外部に吐き出される。
ケーシング7の吐出側開口端はケーシングカバー9で塞がれている。ケーシングカバー9および回転軸1には、メカニカルシール25が固定されている。メカニカルシール25は、ケーシングカバー9と回転軸1との間の隙間を封止する軸シールである。羽根車5の回転によって昇圧された液体の漏洩は、メカニカルシール25によって防止される。
本実施形態では、羽根車5、内ケーシング7A、外ケーシング7Bのそれぞれは、プレス加工された金属板の組立体である。より具体的には、金属の板をプレス加工することにより、羽根車5、内ケーシング7A、外ケーシング7Bの各部品が成形され、これら部品を組み立てることで羽根車5、内ケーシング7A、外ケーシング7Bが形成される。金属板の材料として金属は、ステンレス鋼などの耐腐食性のある金属である。本実施形態に係る遠心ポンプは、複数の(図1では4つの)羽根車5を備えた多段遠心ポンプである。一実施形態では、遠心ポンプは、1つの羽根車5を備えた単段遠心ポンプであってもよい。
一実施形態では、羽根車5、内ケーシング7A、外ケーシング7Bは、プレス加工以外の製造方法、例えば鋳造で作成してもよい。この場合、羽根車5、内ケーシング7A、外ケーシング7Bの材料は、ねずみ鋳鉄(FC)、圧延鋼材(SS材)などを使用してもよい。
図2は、図1に示す遠心ポンプの一部を示す拡大断面図である。羽根車5は、回転軸1に固定された主板(吐出側板部材)35と、主板35に対向するシュラウド(吸込側板部材)37と、主板35とシュラウド37との間に配置された複数の翼38とを備えている。羽根車5の液体入口30はシュラウド37に形成されている。主板35は、その中央部に、回転軸1と羽根車5とを係合させるための係合部(ボス)45を有している。
図2に示すように、羽根車5の液体入口30の周囲には、羽根車5の回転によって昇圧された液体が吸込側に戻ることを防止するためのライナーリング31が配置されている。このライナーリング31は内ケーシング7Aに固定されている。羽根車5の液体入口30とライナーリング31との間には微小な隙間が形成されている。図11に示すダブルライナータイプの遠心ポンプとは異なり、羽根車5の主板側(背面側)には第2ライナーリングは設けられていない。このような、羽根車5のシュラウド側にのみライナーリングを持ち、羽根車5の主板側にはライナーリングを持たないタイプは、シングルライナータイプと呼ばれる。
図3は、羽根車5をその吸込側から見た図であり、図4は、羽根車5をその吐出側から見た図である。シュラウド(吸込側板部材)37は円形であり、その中心に液体入口30を有している。主板(吐出側板部材)35は、星型の形状を有している。主板35の直径は、シュラウド37の直径と同じか、または小さい。主板35の外周部には、半径方向内側に窪んだ複数のトリムエッジ42が形成されている。これらのトリムエッジ42は、羽根車5の中心の周りに等間隔に配列されている。翼38は、羽根車5の中心の周りに等間隔に配列されており、隣り合う翼38の間には液体の流路が形成される。各翼38の外側部位は、隣り合うトリムエッジ42の間に位置している。
主板35の係合部(ボス)45には、回転軸1が貫通する貫通孔48が形成されている。係合部45は、貫通孔48の一部を構成する複数のキー溝46を有している。これらのキー溝46は、羽根車5の中心の周りに等間隔で配列されている。各キー溝46は、回転軸1の表面に形成されているスプライン50に係合する形状を有している。スプライン50は、回転軸1の軸方向に延びるキーである。スプライン50はキー溝46に係合し、これにより回転軸1から羽根車5へのトルクの伝達が確実になされる。
図4に示す星型の主板35を有する羽根車5は、ポンプ効率を低下させることなく、軸方向推力を低下させることができることが、流体シミュレーションにより実証されている。図5は、本実施形態の羽根車5の回転によって液体が昇圧されているときに主板35に加わる液体の圧力の分布を示す模式図である。図5において、矢印の長さは圧力の大きさを表している。図5から分かるように、液体の圧力は主板35の全体に亘って均一に加わる。
図6は、図11に示す従来の羽根車100の回転によって液体が昇圧されているときに主板111に加わる液体の圧力の分布を示す模式図である。図6に示すように、主板111に加わる液体の圧力は、図5に示す液体の圧力よりも全体的に高い。加えて、羽根車100の外周よりも中心の方が液体の圧力は高くなる。
図5と図6の圧力分布の対比から分かるように、図5に示す本実施形態に係る羽根車5では、主板35の全体に加わる液体の圧力が低い。結果として、羽根車5に加わる軸方向推力を低下させることができる。
図2に戻り、羽根車5の吸込側には、複数の邪魔板55が配置されている。シュラウド37の吸込側表面37aとケーシング7(より具体的には内ケーシング7A)との間には吸込側室54が形成されており、上記複数の邪魔板55は吸込側室54内に配置されている。より具体的には、複数の邪魔板55は、シュラウド37の吸込側表面37aの外周部に隣接して配置されている。各邪魔板55は、シュラウド37の吸込側表面37aに対して垂直である。邪魔板55は、羽根車5の液体入口30の半径方向外側に位置し、かつ羽根車5の液体入口30と羽根車5の液体出口32との間に位置している。邪魔板55は、ステンレス鋼などの耐腐食性のある金属から構成されており、内ケーシング7Aに固定されている。
邪魔板55は、羽根車5のシュラウド37の吸込側表面37aに接触する液体の旋回流を止めるために設けられる。すなわち、羽根車5から吐き出された液体の一部は吸込側室54内に流入し、羽根車5の液体入口30の周りを旋回する旋回流を形成する。邪魔板55は、吸込側室54内の液体の旋回流を停止させて、液体の動圧を静圧に変換し、これによって羽根車5の吸込側(すなわちシュラウド37の吸込側表面37a)に加わる圧力を増加させる。その結果、羽根車5を吸込側に押す軸方向推力を低下させることができる。
図7は、図2に示す邪魔板55を羽根車5のシュラウド側の軸方向から見た図である。図7では羽根車5は模式的に描かれている。図7に示すように、本実施形態では、複数の邪魔板55が羽根車5の半径方向に延びている。これら邪魔板55は、羽根車5の液体入口30の周りに等間隔で配列されている。このように配置された邪魔板55は、羽根車5の吸込側で発生する液体の旋回流を止め、液体の速度エネルギーを圧力に変換することができる。
本実施形態では、軸方向から見た各邪魔板55は直線的に延びているが、邪魔板55の全体が羽根車5の半径方向に延びている限りにおいて、各邪魔板55の形状は特に限定されない。例えば、邪魔板55の全体が羽根車5の半径方向に延びていれば、各邪魔板55は湾曲してもよいし、または折れ曲がってもよい。また、本実施形態では複数の邪魔板55が配置されているが、液体の旋回流を止めることができるのであれば、1つの邪魔板55であってもよい。
図8は、羽根車5のシュラウド側での液体の流速分布を表すグラフであり、図9は、羽根車5のシュラウド側での液体の圧力分布を表すグラフである。図8では、縦軸は羽根車5の中心からの半径方向の距離を表し、横軸は液体の流速を表している。図9では、縦軸は羽根車5の中心からの半径方向の距離を表し、横軸は液体の圧力を表している。図8から分かるように、邪魔板55は、羽根車5のシュラウド側での液体の流速を低下させることができる。その結果、図9に示すように、羽根車5のシュラウド側での液体の圧力低下を抑えることができる。これらのグラフから、邪魔板55は軸方向推力の低下に効果的であることが分かる。
以上述べたように、邪魔板55は、図11に示すバランスホールを設けることなく、軸方向推力を低下させることが可能である。すなわち、本実施形態によれば、ポンプ効率を低下させることなく、軸方向推力を低下させることが可能である。
上述した邪魔板55は、図3および図4に示すトリムエッジ42を備えた羽根車5に限らず、トリムエッジ42を備えない羽根車にも適用することができる。図10は、トリムエッジ42を備えない羽根車5に邪魔板55を適用した一実施形態を示す図である。邪魔板55を配置することにより、図10に示す羽根車5の吸込側に加わる圧力が上昇し、結果として軸方向推力を低下させることができる。
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
5 羽根車
7 ケーシング
7A 内ケーシング
7B 外ケーシング
8 電動モータ
9 ケーシングカバー
10 吸込ポート
11 吐出ポート
15 ディフューザ
16 戻り羽根
20 連通孔
21 流路
25 メカニカルシール
30 液体入口
31 ライナーリング
32 液体出口
35 主板(吐出側板部材)
37 シュラウド(吸込側板部材)
38 翼
42 トリムエッジ
45 係合部(ボス)
46 キー溝
48 貫通孔
50 スプライン
54 吸込側室
55 邪魔板
5 羽根車
7 ケーシング
7A 内ケーシング
7B 外ケーシング
8 電動モータ
9 ケーシングカバー
10 吸込ポート
11 吐出ポート
15 ディフューザ
16 戻り羽根
20 連通孔
21 流路
25 メカニカルシール
30 液体入口
31 ライナーリング
32 液体出口
35 主板(吐出側板部材)
37 シュラウド(吸込側板部材)
38 翼
42 トリムエッジ
45 係合部(ボス)
46 キー溝
48 貫通孔
50 スプライン
54 吸込側室
55 邪魔板
Claims (7)
- 回転軸と、
前記回転軸に固定された羽根車と、
前記羽根車を収容するケーシングと、
前記羽根車の吸込側に配置された邪魔板とを備え、
前記羽根車は、
前記回転軸に固定された主板と、
前記主板に対向するシュラウドと、
前記主板と前記シュラウドとの間に配置された複数の翼とを備え、
前記邪魔板は、前記シュラウドの吸込側表面と前記ケーシングとの間に形成された吸込側室内に配置されていることを特徴とする遠心ポンプ。 - 前記邪魔板は、前記シュラウドの吸込側表面の外周部に近接して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心ポンプ。
- 前記邪魔板は、前記羽根車の半径方向に延びていることを特徴とする請求項1または2に記載の遠心ポンプ。
- 前記邪魔板が複数設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の遠心ポンプ。
- 前記主板の外周部には、半径方向内側に窪んだ複数のトリムエッジが形成されており、前記翼の外側部位は、前記複数のトリムエッジのうちの隣り合う2つの間に位置していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の遠心ポンプ。
- 前記主板の直径は前記シュラウドの直径と同じか、または小さいことを特徴とする請求項1に記載の遠心ポンプ。
- 前記羽根車および前記ケーシングのそれぞれは、プレス加工された金属板の組立体であ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遠心ポンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017182163A JP2019056344A (ja) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | 遠心ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017182163A JP2019056344A (ja) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | 遠心ポンプ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019056344A true JP2019056344A (ja) | 2019-04-11 |
Family
ID=66106200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017182163A Pending JP2019056344A (ja) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | 遠心ポンプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019056344A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021028479A (ja) * | 2019-08-09 | 2021-02-25 | 三菱重工業株式会社 | 原油採掘ポンプ |
-
2017
- 2017-09-22 JP JP2017182163A patent/JP2019056344A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021028479A (ja) * | 2019-08-09 | 2021-02-25 | 三菱重工業株式会社 | 原油採掘ポンプ |
JP7294942B2 (ja) | 2019-08-09 | 2023-06-20 | 三菱重工業株式会社 | 原油採掘ポンプ |
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