JP2020033962A - Multistage centrifugal pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非圧縮性流体を扱う多段遠心ポンプに係る。 The present invention relates to a multi-stage centrifugal pump for handling incompressible fluid.
液体を移送する回転機械(以下、「ポンプ」という)は、発電、化学プロセス、下水道、上水道、など各種のプラントや設備に幅広く使用されている。図1は、典型的な多段遠心ポンプ1(JISハンドブック ポンプ 第1版 第74頁から引用)の断面図を示す。ポンプは、羽根車を装着した回転軸をケーシング内部に有し、この回転軸は、軸受により回転自由に支持されている。そして、ポンプは、吸込口から吸込まれた液体を、羽根車の回転により昇圧し、吐出口から吐出させる。ポンプ内部の流路において、固定部(ケーシング)と回転部(回転軸)との僅かな隙間は非接触でシールされ、昇圧された液体の低圧側への漏洩が少なくなるようにしている。これは、高圧側から低圧側への流体の漏洩が、ポンプ効率を低下させる大きな要因となるからである。 2. Description of the Related Art Rotary machines (hereinafter, referred to as "pumps") for transferring liquids are widely used in various plants and facilities such as power generation, chemical processes, sewage, and water supply. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a typical multi-stage centrifugal pump 1 (quoted from JIS Handbook Pump, 1st edition, page 74). The pump has a rotating shaft on which an impeller is mounted inside the casing, and the rotating shaft is rotatably supported by bearings. Then, the pump raises the pressure of the liquid sucked from the suction port by rotation of the impeller, and discharges the liquid from the discharge port. In the flow path inside the pump, a slight gap between the fixed part (casing) and the rotating part (rotary shaft) is sealed in a non-contact manner, so that leakage of the pressurized liquid to the low pressure side is reduced. This is because leakage of the fluid from the high pressure side to the low pressure side is a major factor in reducing the pump efficiency.
図1を参照して、ポンプの仕組みと流体の流れ漏洩箇所について説明する。この高圧ポンプは、図示しない電動機に連結されて回転する回転軸11と、回転軸11に嵌合されてこの回転軸11と共に回転する羽根車21a、21b、21cと、羽根車21a、21b、21cを収容するケーシング31と、主軸11がケーシング31を貫通する箇所に取り付けられて、ケーシング31内の液体がケーシング31と回転軸11の間から漏れないようにシールする軸封51a、51bとを備えている。この高圧ポンプを回転駆動するための電動機は、回転軸11の左端に嵌合されたカップリング13を介して連結される。
With reference to FIG. 1, a description will be given of a mechanism of the pump and a flow leakage point of the fluid. The high-pressure pump includes a rotating
回転軸11に締結された1段目羽根車21aは、回転軸11の回転に伴い回転し、吸込口33から流体をポンプ内へと導く。1段目羽根車21aにより昇圧された流体は、第1流路35aを通り、2段目羽根車21bへと導かれる。2段目羽根車21bによって昇圧された流体は、第2流路35bを通過し3段目羽根車21cへと導かれる。流体は3段目の羽根車21cで更に昇圧されて、吐出口37より吐出され、図示しない配管によって移送される。すなわち流体は、1段目羽根車21a、2段目羽根車21bそして3段目羽根車21cによって昇圧される。
The first stage impeller 21 a fastened to the rotating
各羽根車21a、21b、21cの吸込側と吐出側に生じる高圧側と低圧側の圧力差により、流体は、高圧側と低圧側の間に僅かな隙間があれば、高圧側から低圧側へ流れる。この流れは羽根車の作用により生じた高低圧力差を打ち消すように作用するので、漏洩である。このような漏洩は、図中の円で囲まれた部位、具体的には、羽根車入口部、羽根車と次の羽根車との間、最終羽根車出口とスラストバランス用低圧室(この室はポンプ入口圧とつながる)との間などの隙間で生じる。一般に、漏洩が大きいほどポンプ性能の低下に与える影響は大きい。この漏洩は、圧力差が大きい箇所ほど、回転軸中心から離れているほど、また、多段ポンプにおいては、羽根車の段数が多いほど、大きくなる。
Due to the pressure difference between the high pressure side and the low pressure side generated on the suction side and the discharge side of each of the
図2は、羽根車周辺の代表的な拡大図として、図1に示した羽根車21a、21b、21cの内の、1段目羽根車21aを示す。多段ポンプの羽根車周辺における流体の漏洩箇所は、主に、羽根車吸込口23の外周面とケーシング31aとの対向部位Xと、羽根車21aの背面の外周面とケーシング31bとの対向部位Yである。
FIG. 2 shows a first-
主軸11に嵌合された羽根車21aは、主軸11が回転すると同時に回転して、羽根車吸込口23から流体を吸込む。吸込まれた流体は、回転する羽根によってエネルギーを与えられ、流路内で高圧となり吐出される。吐出された高圧の流体は、ケーシング31の流
路を流れ次の2段目羽根車21bに移送される。
The
しかし、高圧側の吐出口25から流れ出る流体のごく一部は、対向部位X,Yに形成される隙間から、低圧側に流れ出る。流れ出た流体は漏洩流体でありポンプの効率を低下させる。 However, only a small part of the fluid flowing out of the discharge port 25 on the high pressure side flows out to the low pressure side from the gap formed in the opposed portions X and Y. The outflowing fluid is a leaking fluid and reduces the efficiency of the pump.
ポンプの効率を低下させないために、これら各対向部位X,Yには、非接触環状シール41、43が設置される。最も基本的な非接触環状シールとしては、シール内の固定部と回転部による流路が平行で平滑な面である二重円筒からなる平滑シールが知られている。また、平滑シールと比べて、漏洩量が少なくなるシール構造として、平行溝シール、ダンパーシール、ネジ溝シール等が知られている。
In order not to reduce the efficiency of the pump, non-contact
図3は、平行溝シールの部分断面図である。図4は、ハニカムパターンを有するダンパーシールの部分断面図である。図5は、ホールパターンを有するダンパーシールの部分断面図である。図6は、ネジ溝シールの部分断面図である。図3に示すように、平行溝シールにおいては、シール内流路の回転部(回転軸111)の外周面は平滑であるが、固定部の表面には、同心円状の溝が複数設けられる。この平行溝シール136では、シール内を流れる流体が溝を通過する際に発生する渦によるエネルギー損失や、流路の急拡大及び急縮小に伴う圧力損失等による影響が流体に与えられることにより、液体の漏洩量を低減することができる。
FIG. 3 is a partial sectional view of the parallel groove seal. FIG. 4 is a partial sectional view of a damper seal having a honeycomb pattern. FIG. 5 is a partial sectional view of a damper seal having a hole pattern. FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the thread groove seal. As shown in FIG. 3, in the parallel groove seal, the outer peripheral surface of the rotating portion (rotary shaft 111) of the flow passage in the seal is smooth, but a plurality of concentric grooves are provided on the surface of the fixed portion. In the
一方、ダンパーシールにおいては、図4及び図5に示すように、シール内流路の回転軸111の外周面は平滑であるが、固定部の表面に複数の凹凸部が設けられる。この凹凸の形状としては、図4に示すハニカムパターン137や図5に示すホールパターン138等が採用される。ハニカムパターン137のダンパーシールでは、シールの固定部の表面がハニカム構造であり、多数の六角形の凹部を有している。この凹凸面を流れる流体の圧力損失により、流体の漏洩が減少する。ホールパターン138のダンパーシールでは、シールの固定部の表面に多数の円形凹部を設け、この凹凸面を流れる流体の圧力損失により、流体の漏洩が減少する。
On the other hand, in the damper seal, as shown in FIGS. 4 and 5, the outer peripheral surface of the rotating
また、図6に示すネジ溝シールは、回転部及び固定部のいずれか、もしくは両方のシール部(図では、回転軸111)にネジ145を形成した構造を有する。このため、回転軸111が回転すると、回転方向によっては、ポンピング効果によって流体を高圧側に押し戻し、漏洩量を大きく減少させることができる。これは、ネジ溝シールの大きな利点である。特に水などの液体である非圧縮性流体に使用される場合に、その効果を特に発揮する。
The thread groove seal shown in FIG. 6 has a structure in which a
前述のように、非接触環状シールの技術において重要なことの一つは軸封特性である。ただし軸封特性の他に、振動特性も重要であり、軸封特性と振動特性との調和を図ることも重要な点である。しかし、前述で紹介したシール構造には、それぞれ一長一短があり、軸封特性が良ければ振動特性が悪かったり、逆に振動特性が良ければ軸封特性が悪かったりという特徴がある。 As mentioned above, one of the important things in the technology of the non-contact annular seal is the shaft sealing property. However, besides the shaft sealing characteristics, the vibration characteristics are also important, and it is also important to balance the shaft sealing characteristics and the vibration characteristics. However, each of the seal structures introduced above has advantages and disadvantages. If the shaft sealing characteristics are good, the vibration characteristics are bad, and if the vibration characteristics are good, the shaft sealing characteristics are bad.
平滑シールは、他の平行溝シール、ダンパーシール、ネジ溝シールに比べて、軸封性能は劣っており、漏洩量は多い。しかしながら、シール内の液膜により、剛性効果、減衰効果が生じるので、振動特性は他のシールに比べてよい。平行溝シールは、平滑シールに比べて軸封特性は優れているが、シール内液膜の剛性効果、減衰効果は期待できず、平滑シールに比べて振動特性が悪くなる。 The smooth seal is inferior in shaft sealing performance and leaks more than other parallel groove seals, damper seals, and thread groove seals. However, since the liquid film in the seal produces a rigidity effect and a damping effect, the vibration characteristics are better than those of other seals. Although the parallel groove seal has better shaft sealing characteristics than the smooth seal, the rigidity and damping effects of the liquid film in the seal cannot be expected, and the vibration characteristics are worse than the smooth seal.
ネジ溝シールは、軸回転の方向により高圧側に流体を押し返すため、平行溝シールより
さらに優れた軸封特性を有する。ただし、図6に示すように回転部にネジ145を形成した場合には、高圧側に流体を押し返すために流体に周方向の力が加わるので、不安定振動発生の大きな原因となり、ネジ溝シールは振動特性に関しては平行溝シールよりさらに大きなデメリットを持つ。一方、固定部にネジを成形した場合には、不安定振動が生じない。このため、ネジ溝シールは、使い方に注意が必要である。
The thread groove seal has a more excellent shaft sealing characteristic than the parallel groove seal because the fluid is pushed back to the high pressure side depending on the direction of shaft rotation. However, when the
ダンパーシールは、流路面の凹凸によるエネルギー損失が大きく、上述の平行溝シールやネジ溝シールと比較して振動の減衰効率が優れており、回転軸11の振動を安定化させる。しかし、軸封特性は際立って良いというわけではなく、平行溝シール、ネジ溝シールほどには期待できない。
The damper seal has a large energy loss due to the unevenness of the flow path surface, has a higher vibration damping efficiency than the above-described parallel groove seal and screw groove seal, and stabilizes the vibration of the rotating
以上のように、軸封特性や振動特性の異なる非接触環状シールが知られているが、平滑シールは構造が単純であるので、他のシールに比べ製造コストが最も安く、多段ポンプにおいては一般的に平滑シールが用いられている。しかしながら、その結果、多段ポンプでは漏れ量が多くなり、ポンプ性能の向上が妨げられている。一方で、多段ポンプに軸封特性の良い平行溝シールやネジ溝シールを用いた場合には、軸封性能は向上するが、比較的製造コストは高く、概ね振動特性が低下する。また、ダンパーシールの軸封特性と振動特性は平滑シールとねじ溝シールの中間に位置し、特に秀でたものではないににもかかわらず、ダンパーシールの製造コストは高い。そして、現時点では、軸封性能、振動性能、コストにおいて、より優れた非接触シールは製品化されていない。 As described above, non-contact annular seals with different shaft sealing characteristics and vibration characteristics are known.However, since the structure of a smooth seal is simple, the manufacturing cost is the lowest compared to other seals. In general, a smooth seal is used. However, as a result, the amount of leakage increases in the multi-stage pump, which hinders improvement in pump performance. On the other hand, when a parallel groove seal or a thread groove seal having good shaft sealing characteristics is used for the multi-stage pump, the shaft sealing performance is improved, but the manufacturing cost is relatively high, and the vibration characteristics are generally reduced. Further, the shaft sealing characteristics and the vibration characteristics of the damper seal are located between the smooth seal and the thread groove seal, and the manufacturing cost of the damper seal is high although it is not particularly excellent. At the present time, a non-contact seal having better shaft sealing performance, vibration performance, and cost has not been commercialized.
ところで、これまでの多段ポンプでは、回転体とケーシングの間の隙間部、すなわち羽根車入口部、羽根車と次の羽根車との間、最終羽根車出口とスラストバランス用低圧室との間などに、その隙間部の振動上の影響や漏れ量の影響の違いを考慮せずに、一律に同一の構造のシールを適用してきた。 By the way, in the conventional multi-stage pump, the gap between the rotating body and the casing, that is, the impeller inlet, between the impeller and the next impeller, between the final impeller outlet and the low-pressure chamber for thrust balance, and the like. In addition, the seal having the same structure has been applied uniformly without considering the difference in the influence of the clearance on the vibration and the influence of the leakage amount.
本発明の課題は、遠心多段ポンプにおいて、回転体とケーシングの間の隙間部ごとに適切な特性のシール構造を設け、それにより、従来に比べて、シールの加工コスト、振動性能、及びシール性能向上に基づくポンプ性能の3つの総合的な評価の向上を達成することである。 It is an object of the present invention to provide a centrifugal multi-stage pump in which a sealing structure having appropriate characteristics is provided for each gap between a rotating body and a casing, thereby making it possible to reduce the processing cost, vibration performance, and sealing performance of the seal as compared with the related art. Achieving three overall assessment improvements in pump performance based on the enhancement.
第1の形態によれば、回転軸と該回転軸に備えられた複数の羽根車を含む回転体と、前記回転体を囲繞するケーシングと、前記回転体と前記ケーシングとの対向部位の間隙をシールする非接触環状シールと、を備えた多段遠心ポンプが提供される。この多段遠心ポンプは、前記ケーシングと前記回転体とが対向する第一の対向部位と、第二の対向部位であって、前記第二の対向部位と前記回転軸との間の距離が前記第一の対向部位と前記回転軸との間の距離よりも小さい、第二の対向部位と、を有し、前記非接触環状シールは、前記第一の対向部位と前記第二の対向部位とに設けられ、前記第一の対向部位における非接触環状シールは、前記ケーシング側の漏れ流路面に設けられたネジ溝又は平行溝と、前記第一の対向部位の回転側の漏れ流路面に設けられた平滑な円筒面と、を備え、前記第二の対向部位における非接触環状シールは、前記ケーシング側の漏れ流路面及び前記回転側の漏れ流路面のそれぞれに設けられた、互いに平行である円筒面を備える。 According to the first aspect, a rotating body including a rotating shaft and a plurality of impellers provided on the rotating shaft, a casing surrounding the rotating body, and a gap between opposing portions of the rotating body and the casing are formed. And a non-contact annular seal to seal. In this multistage centrifugal pump, a first facing portion where the casing and the rotating body face each other, and a second facing portion, wherein a distance between the second facing portion and the rotating shaft is the first facing portion. A second opposing part, which is smaller than the distance between one opposing part and the rotating shaft, wherein the non-contact annular seal is provided between the first opposing part and the second opposing part. The non-contact annular seal provided at the first opposed portion is provided at a thread groove or a parallel groove provided at the leakage flow surface at the casing side, and at a rotating flow passage surface at the rotation side of the first opposed portion. A non-contact annular seal at the second opposing portion is provided on each of the casing-side leakage channel surface and the rotating-side leakage channel surface, and the cylinders are parallel to each other. Provide a surface.
第2の形態によれば、第1の形態において、前記第一の対向部位の非接触環状シールの漏れ流の入口圧力と出口圧力の差は、前記第二の対向部位の非接触環状シールの漏れ流の入口圧力と出口圧力の差よりも大きい。 According to the second aspect, in the first aspect, the difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the leakage flow of the non-contact annular seal at the first opposing portion is different from that of the non-contact annular seal at the second opposing portion. It is larger than the difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the leak flow.
第3の形態によれば、第1の形態又は第2の形態において、前記第一の対向部位は、前記羽根車の吸込口の外周部とそれに対向するケーシングにより構成される。 According to a third mode, in the first mode or the second mode, the first facing portion is constituted by an outer peripheral portion of the suction port of the impeller and a casing facing the outer peripheral portion.
第4の形態によれば、第1の形態から第3の形態のいずれかにおいて、前記第二の対向部位は、前記羽根車から吐出された流体が次段の羽根車の吸込口に入るまでの間に前記ケーシングに固定されたハブと、それに対向する前記回転軸により構成される。 According to the fourth aspect, in any one of the first to third aspects, the second opposing portion is provided until the fluid discharged from the impeller enters the suction port of the next stage impeller. Between the hub fixed to the casing and the rotating shaft facing the hub.
第1の形態から第4形態によれば、漏れ流量がポンプ効率に対して影響の大きい羽根車入口部に漏れ流量の小さいネジ溝または平行溝を設置し、漏れ流量がポンプ効率に対して影響の小さい、前段と後段の羽根車間のシールには、液膜剛性の高い平滑シールを設置することで、ポンプ主軸の軸振動低減を行う。このように、回転体とケーシングの隙間箇所ごとに、ポンプにおけるシールや振動の影響度を評価し、それに対応できる特性を備えたシール構造を選択するので、軸振動低減と漏れ低減というトレードオフ関係にある性能を両立させた多段遠心ポンプを提供することができる。 According to the first to fourth embodiments, a screw groove or a parallel groove having a small leakage flow rate is installed at the impeller inlet where the leakage flow rate has a large effect on the pump efficiency, and the leakage flow rate has an effect on the pump efficiency. The shaft vibration of the pump main shaft is reduced by installing a smooth seal having a high liquid film rigidity in the seal between the front and rear impellers having a small size. As described above, the degree of influence of the seal and vibration in the pump is evaluated for each gap between the rotating body and the casing, and a seal structure having characteristics capable of coping with the evaluation is selected. The present invention can provide a multistage centrifugal pump having both of the above-mentioned performances.
次に、図面を参照しながら、本願発明の一実施形態について説明する。なお、以下の説明はあくまでも実施形態を例示するものであり、本願発明の技術的範囲が以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下に説明する各構成要素は、単独或いは任意の組み合わせで、発明を構成することができる。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the following description is merely an example of the embodiment, and the technical scope of the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, the components described below can constitute the present invention alone or in any combination.
[ポンプの全体概要]
図1は、本実施形態に係る高圧ポンプ(多段遠心ポンプ)の断面図を示す。この断面図を参照して、高圧ポンプの構造と仕組について説明する。この高圧ポンプ1は、図示しない電動機に連結されて回転する主軸11と、回転軸11に固定されてこの回転軸11と共に回転する羽根車21a、21b、21cと、羽根車21a、21b、21cを収容するケーシング31と、回転軸11がケーシング31を貫通する箇所に取り付けられて、ケーシング31内の液体がケーシング31と回転軸11の間から漏れないようにシールする軸封51a、51bと、ケーシング31外部に延伸した回転軸11を支持する軸受Z,Z´を備えている。この高圧ポンプを回転駆動するための電動機は、回転軸11の左端に接続されたカップリング13を介して連結される。
[Overview of pump]
FIG. 1 is a sectional view of a high-pressure pump (multistage centrifugal pump) according to the present embodiment. With reference to this sectional view, the structure and mechanism of the high-pressure pump will be described. The high-
ケーシング31には、ケーシング31外から高圧ポンプ1内に水等の液体を供給する吸込口33と、高圧ポンプ1内で羽根車21a、21b、21cにより加圧された水等の液体をケーシング外に排出する吐出口37が備えられている。回転軸11に締結された1段目羽根車21aは、回転軸11の回転に伴い回転し、水等の液体は遠心力により加圧されて、羽根車21aの外周部から吐出され、第1流路35aを通り、2段目羽根車21bへと導かれる。1段目羽根車21aは連続的に水等液体を吐出すので、羽根車21aの中心部には、水等液体が吸込口33から導かれる。
The
同様に、2段目羽根車21bによって昇圧された流体は、第2流路35bを通過し3段目羽根車21cへと導かれる。流体は3段目の羽根車21cで更に昇圧されて、吐出口3
7より吐出され、図示しない配管によって移送される。すなわち流体は、1段目羽根車21a、2段目羽根車21b、そして3段目羽根車21cによって昇圧される。また、回転軸11は、軸受Z,Z´により支持されているが、軸受Zと軸受Z´の間では支持されていないので、回転軸11は、回転に伴い軸受Zと軸受Z´の間の中間地点ほど振幅が大きくなる振れ回りを生じる。
Similarly, the fluid pressurized by the second-stage impeller 21b passes through the
7 and transferred by a pipe (not shown). That is, the fluid is pressurized by the first-
各羽根車21a、21b、21cの吸込側と吐出側に生じる高圧側と低圧側の圧力差により、流体は、僅かな隙間があれば、高圧側から低圧側へ流れる。この流れは、羽根車の作用により生じた高低圧力差を打ち消すように作用するので、漏洩である。このような漏洩は、図中の円で囲まれた部位、具体的には、羽根車入口部、羽根車と次の羽根車との間、最終羽根車出口とスラストバランス用低圧室(この室はポンプ入口圧とつながる)との間などの隙間で生じる。一般に、漏洩が大きいほどポンプ性能に与える影響は大きい。この漏洩は、高低圧の圧力差が大きい箇所ほど、回転軸中心から離れているほど、また、多段ポンプにおいては、羽根車の段数が多いほど、大きくなる。
Due to the pressure difference between the high pressure side and the low pressure side generated on the suction side and the discharge side of each of the
図2は、羽根車周辺の拡大図として、図1に示した羽根車21a、21b、21cの内の1段目羽根車21aを便宜的に示す。すなわち、他の羽根車21b、21cにも同様な説明が適用される。多段ポンプ1の1段目羽根車21aの周辺における流体の漏洩箇所は主に、羽根車吸込口23の外周面とケーシング31aとの対向部位Xと、1段目羽根車21aの背面の外周面とケーシング31bとの対向部位Yである。対向部位Xの対向面は回転側がインペラリング41a、固定側がケーシングリング41bからなり、対向部位Yの対向面は回転側面43a、固定側面43bからなる。なお、対向部位Yには、固定側面43bとして、ケーシング31bの内面に円筒状のハブが設けられ得る。1段目羽根車21aは、羽根車21b,21cに対応するので、対向部位Xと対向部位Yは、多段ポンプ1内には複数箇所存在する。
FIG. 2 shows, for convenience, the
対向部位Xと対向部位Yを比べると、対向部位Xは対向部位Yに比べて回転軸11から径方向に離れた位置にある。そのため、対向部位Xの隙間の流路断面積は、対向部位Yの隙間の流路断面積に比べて大きい。また、対向部位Xの隙間を通過する流体の通過前後の圧力差は、対向部位Yの隙間を通過する流体の通過前後の圧力差に比べて大きい。すなわち、羽根車21aにより加圧された水等の液体が対向部位Xの隙間を通って漏洩することは、ポンプ性能により大きく影響するといえる。
Comparing the opposing part X and the opposing part Y, the opposing part X is located at a position radially farther from the
表1は、図1及び図2に示した多段ポンプ1を用いて、対向部位Xと対向部位Yのシール構成に関して振動性能、ポンプ性能、コストを指標とした総合評価を行ったものである。
比較例1では、対向部位X及び対向部位Yの対向面、すなわちインペラリング41a、ケーシングリング41b、回転側面43a、及び固定側面43b、が全て平滑な円筒面を有する。すなわち、対向部位X及び対向部位Yには、従来の一般的な平滑シールが設けられる。この場合の振動性能、ポンプ性能、コストを各々100としたとき、総合評価点は300点であった。
In Comparative Example 1, the opposing surfaces of the opposing portions X and Y, that is, the
比較例2では、対向部位X及び対向部位Yの対向面の回転側、すなわちインペラリング41a及び回転側面43aが平滑な円筒面であり、固定側、すなわちケーシングリング41b及び固定側面43bがネジ溝加工されている。言い換えれば、対向部位X及び対向部位Yには、固定側のみがネジ溝加工されたネジ溝シールが設けられる。この場合には、比較例1に比べ、ポンプ性能は向上するものの、液膜剛性が生じなくなる分だけ振動性能が低くなる。また、すべてのシール部分に溝加工をすることによるコストがかかる。このため、比較例1と変わらず、総合評価点は300であった。
In Comparative Example 2, the rotation side of the opposing surface of the opposing portion X and the opposing portion Y, that is, the
比較例3では、対向部位X及び対向部位Yの対向面の回転側、すなわちインペラリング41a及び回転側面43aが平滑な円筒面であり、固定側、すなわちケーシングリング41b及び固定側面43bが平行溝加工されている。すなわち、対向部位X及び対向部位Yには、固定側のみが平行溝加工された平行溝シールが設けられる。比較例3も比較例2と同じく、比較例1に比べポンプ性能は向上するものの、振動性能が低く、コストがかかる。このため、比較例1と変わらず、総合評価点は300点であった。
In Comparative Example 3, the rotation side of the opposing surface of the opposing portion X and the opposing portion Y, that is, the
実施例1では、対向部位Xの対向面の回転側、すなわちインペラリング41aが平滑な円筒面であり、固定側、すなわちケーシングリング41bがネジ溝加工されている。すなわち、対向部位Xには固定側のみがネジ溝加工されたネジ溝シールが設けられる。対向部位Yの回転側面43a及び固定側面43bは平滑な円筒面である。すなわち、対向部位Yには平滑シールが設けられる。なお、対向部位Xは対向部位Yに比べて、対向部位Yよりも回転軸から離れた位置にあり、隙間の流路断面積が大きく、かつ、隙間を通る流体の通過前後の圧力差が大きく、漏れ量が多い。実施例1によれば、相対的に漏れ量の多い対向部位Xでの漏れ量が低減し、もともと漏れ量が少ない対向部位Yは平滑な円筒面内に生じる液膜の液膜剛性効果により、振動を抑える働きをする。この場合の振動性能は比較例1に比べて若干下がるが、ポンプ性能は比較例1よりも高く、対向部位Xのケーシングリング41bにだけネジ溝加工をするのでコストは比較例3と同等であった。その結果、実施例1の総合評価点は315点であった。
In the first embodiment, the rotation side of the opposing surface of the opposing portion X, that is, the
実施例2では、対向部位Xの対向面の回転側、すなわちインペラリング41aが平滑な円筒面であり、固定側、すなわちケーシングリング41bが平行溝加工されている。すなわち、対向部位Xには固定側のみが平行溝加工された平行溝シールが設けられる。対向部位Yの回転側面43a及び固定側面43bは、平滑な円筒面である。すなわち、対向部位Yには平滑シールが設けられる。実施例2によれば、相対的に漏れ量の多い対向部位Xでの漏れ量が低減し、もともと漏れ量が少ない対向部位Yは平滑な円筒面内に生じる液膜の液膜剛性効果により、振動を抑える働きをする。この場合の振動性能は比較例1に比べて若干下がるが、ポンプ性能は比較例1よりも高く、対向部位Xのケーシングリング41bにだけ平行溝加工をするのでコストは比較例1よりも低い。その結果、実施例2の総合評価点は310点であった。
In the second embodiment, the rotating side of the opposing surface of the opposing portion X, that is, the
以上で説明したように、実施例1及び実施例2に係るシール構成を用いた多段ポンプ1は、比較例1から比較例3と比べて振動性能、ポンプ性能、コストの3点において総合的に良好な結果を有することがわかる。
As described above, the
実施例1又は実施例2では、対向部位Xにおいて、羽根車21aの外周に取り付けられるインペラリング41aと、それに対向してケーシングに取り付けられるケーシングリング41bとにより構成される非接触環状シールとして、シール性能の良好な構造のシール、すなわちネジ溝シール又は平行溝シール)が用いられる。具体的には、インペラリング41aに平滑な円筒面を設け、ケーシングリング41bにネジ溝又は平行溝を設ける。そして、対向部位Y、すなわち羽根車21aの背面の外周面とケーシング31bとの隙間は、対向部位Xに比較して、隙間の入口と出口の圧力差は比較的小さく、また隙間の流路断
面積も比較的小さい。このため、非接触環状シールを、軸封性能に劣る、漏れ流路面が平行である二重円筒からなる平滑シールとしても漏れによる影響は小さい。むしろ、平滑シールを対向部位Yに設けることで、シール内の液膜により、剛性効果、減衰効果が生じるという振動特性を発揮し、ポンプの回転軸の振れ回り等の振動を抑制する。このように適切なシールを適切に配置をすることで、それぞれのシールの長所を生かし、欠点を補いあうことで、全体としてポンプ性能の向上と、振動性能の向上が達成できる。
In the first embodiment or the second embodiment, at the opposing portion X, as a non-contact annular seal constituted by an
本発明は、ポンプなどの回転機械の非接触環状シールに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for the non-contact annular seal of rotary machines, such as a pump.
11 ポンプ主軸
21a 1段目羽根車
21b 2段目羽根車
21c 3段目羽根車
33 ポンプ吸込口
35a、35b、35c 流路
37 ポンプ吐出口
41 非接触シール
43 非接触シール
36 低圧側流路
45 ネジ溝シール
47 ダンパーシール(ホールパターン)
47 ダンパーシール(ハニカムパターン)
11 Pump
47 Damper seal (honeycomb pattern)
Claims (4)
前記回転体を囲繞するケーシングと、
前記回転体と前記ケーシングとの対向部位の間隙をシールする非接触環状シールと、を備えた多段遠心ポンプであって、
前記ケーシングと前記回転体とが対向する第一の対向部位と、
第二の対向部位であって、前記第二の対向部位と前記回転軸との間の距離が前記第一の対向部位と前記回転軸との間の距離よりも小さい、第二の対向部位と、を有し、
前記非接触環状シールは、前記第一の対向部位と前記第二の対向部位とに設けられ、
前記第一の対向部位における非接触環状シールは、前記ケーシング側の漏れ流路面に設けられたネジ溝又は平行溝と、前記第一の対向部位の回転側の漏れ流路面に設けられた平滑な円筒面と、を備え、
前記第二の対向部位における非接触環状シールは、前記ケーシング側の漏れ流路面及び前記回転側の漏れ流路面のそれぞれに設けられた、互いに平行である円筒面を備えたことを特徴とする、多段遠心ポンプ。 A rotating body including a rotating shaft and a plurality of impellers provided on the rotating shaft,
A casing surrounding the rotating body,
A non-contact annular seal that seals a gap between opposed parts of the rotating body and the casing, a multi-stage centrifugal pump,
A first facing portion where the casing and the rotating body face each other,
A second facing portion, wherein a distance between the second facing portion and the rotation axis is smaller than a distance between the first facing portion and the rotating shaft, a second facing portion; , And
The non-contact annular seal is provided at the first facing portion and the second facing portion,
The non-contact annular seal at the first opposed portion has a thread groove or a parallel groove provided on the casing-side leakage flow surface and a smooth groove provided on the rotating side leakage flow surface of the first opposed portion. And a cylindrical surface,
The non-contact annular seal in the second opposed portion is provided on each of the casing-side leakage flow path surface and the rotation-side leakage flow path surface, and includes cylindrical surfaces that are parallel to each other, Multistage centrifugal pump.
前記第一の対向部位の非接触環状シールの漏れ流の入口圧力と出口圧力の差は、前記第二の対向部位の非接触環状シールの漏れ流の入口圧力と出口圧力の差よりも大きいことを特徴とする、多段遠心ポンプ。 The multi-stage centrifugal pump according to claim 1,
The difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the leak flow of the non-contact annular seal at the first opposed portion is larger than the difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the leak flow of the non-contact annular seal at the second opposed portion. A multi-stage centrifugal pump.
前記第一の対向部位は、前記羽根車の吸込口の外周部とそれに対向するケーシングにより構成されることを特徴とする、多段遠心ポンプ。 The multi-stage centrifugal pump according to claim 1 or 2,
The multistage centrifugal pump, wherein the first opposing portion is constituted by an outer peripheral portion of a suction port of the impeller and a casing opposed thereto.
前記第二の対向部位は、前記羽根車から吐出された流体が次段の羽根車の吸込口に入るまでの間に前記ケーシングに固定されたハブと、それに対向する前記回転軸により構成されることを特徴とする、多段遠心ポンプ。 The multi-stage centrifugal pump according to any one of claims 1 to 3,
The second opposed portion is constituted by a hub fixed to the casing until the fluid discharged from the impeller enters the suction port of the next stage impeller, and the rotating shaft facing the hub. A multi-stage centrifugal pump, characterized in that:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018162483A JP2020033962A (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Multistage centrifugal pump |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2020033962A true JP2020033962A (en) | 2020-03-05 |
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Family Applications (1)
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JP2018162483A Pending JP2020033962A (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Multistage centrifugal pump |
Country Status (1)
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-
2018
- 2018-08-31 JP JP2018162483A patent/JP2020033962A/en active Pending
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