JP2024067846A - ディフューザおよび遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】遠心ポンプの効率の低下を抑制しつつ、旋回失速の発生を抑制する。【解決手段】本発明に係るディフューザ７は、遠心ポンプ１の回転軸４の軸方向において、インペラ６と隣接して配置されるディフューザである。ディフューザは、流路形成部８４と、流路形成部の外周面８４ａに配置されて外周面と共にインペラから吐出された取扱液のディフューザ流路ＤＬを構成する複数のベーン９１～９８と、を備える。流路形成部の径方向視において、複数のベーンそれぞれは、正圧面９０ａと負圧面９０ｂとを備える。複数のベーンのうち、少なくとも１のベーンは、取扱液が流れる少なくとも１の内部流路９０ｆ～９０ｈを備える特定ベーンである。内部流路は、特定ベーンを貫通して配置されて、特定ベーンにおける上流側に位置する端部側に配置される流路入口９０ｉ～９０ｋと、負圧面に配置される流路出口９０ｍ～９０ｐと、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、ディフューザおよび遠心ポンプに関する。

遠心ポンプのインペラの吐出側には、インペラにより取扱液に与えられた速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するディフューザが取り付けられる場合がある。ディフューザは、インペラから吐出された取扱液を減速して、増圧するための複数のディフューザ流路を形成する複数のベーンを備える。ベーンの形状（すなわち、ディフューザ流路の形状）は、遠心ポンプの設計点に基づいて、設計されている。そのため、遠心ポンプが設計点よりも少ない流量で運転されると、ディフューザ流路内の取扱液の流れがベーン表面から剥離して、剥離が発生している領域の増大によりディフューザ流路の流れが滞る失速が発生する。失速は、ディフューザが備える全てのディフューザ流路に発生するのではなく、主に１つのディフューザ流路に発生する。その結果、遠心ポンプの中心軸線に対する取扱液の流れの対称性が崩れて、遠心ポンプに対して回転軸の径方向に作用する力が発生する。失速は、時間経過と共に回転軸の周方向に旋回するように、隣接するディフューザ流路へ伝播する。そのため、遠心ポンプに作用する力の向きが変化して、遠心ポンプに振動が発生する。このような現象は、旋回失速と称呼されている。

この旋回失速を防止するため、ベーンにスリットを形成して、ベーンの長手方向において、ベーンを２つに分割する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６－２６４９６号公報

特許文献１に開示された技術では、遠心ポンプの吐出流量が減少したとき、ベーンの強制整流力がスリットにより減少して、旋回失速の発生が抑制される。しかしながら、ベーンにスリットが形成されると、ベーンの一部が欠けることになり、ベーンによる増圧の機能が低下して、遠心ポンプの効率が僅かに低下する。近年、環境問題が取り沙汰されている中、遠心ポンプの効率の低下を抑制しつつ、旋回失速の発生を抑制する手法が望まれている。

本発明は、遠心ポンプの効率の低下を抑制しつつ、旋回失速の発生を抑制することを目的とする。

本発明の一実施態様におけるディフューザは、遠心ポンプの回転軸の軸方向において、インペラと隣接して配置されるディフューザであって、円筒状の流路形成部と、前記流路形成部の外周面に配置されて、前記外周面と共に、前記インペラから吐出された取扱液のディフューザ流路を構成する複数のベーンと、を備えて、前記流路形成部の径方向視において、複数の前記ベーンそれぞれは、凹面状の正圧面と、前記正圧面の反対側の面であり、凸面状の負圧面と、を備えて、複数の前記ベーンのうち、少なくとも１の前記ベーンは、前記取扱液が流れる少なくとも１の内部流路を備える特定ベーンであり、前記内部流路は、前記特定ベーンを貫通して配置されて、前記特定ベーンにおける前記取扱液の流れの上流側に位置する端部側に配置される流路入口と、前記負圧面に配置される流路出口と、を備える。

本発明の一実施態様における遠心ポンプは、モータと、前記モータにより回転する回転軸と、前記回転軸に取り付けられるインペラと、前記回転軸の軸方向において、前記インペラと隣接して配置される前述の実施態様に記載のディフューザと、を有してなる。

本発明によれば、遠心ポンプの効率の低下が抑制されつつ、旋回失速の発生が抑制される。

本発明に係る遠心ポンプの実施の形態を示す模式断面図である。 図１の遠心ポンプの部分模式拡大断面図である。 本発明に係るディフューザの実施の形態を示す斜視図である。 図３のディフューザの底面図である。 図３のディフューザの側面図である。 図３のディフューザの部分拡大斜視図である。 図５のディフューザのＡＡ線における部分拡大断面図である。 図３のディフューザにより形成されるディフューザ流路における取扱液の流れを説明する模式図であり、（ａ）は遠心ポンプが設計点で動作している状態を示す模式図であり、（ｂ）は遠心ポンプが設計点よりも小流量域で動作している状態を示す模式図である。 図１の遠心ポンプの効率の比較結果を示すグラフである。 本発明に係るディフューザの変形例を示す模式図であり、（ａ）は第１変形例を示す模式図であり、（ｂ）は第２変形例を示す模式図であり、（ｃ）は第３変形例を示す模式図である。

本発明に係るディフューザおよび遠心ポンプの実施の形態が、以下に説明される。以下の説明において、各図面は、適宜参照される。各図面において、同一の部材および要素については同一の符号が付されて、重複する説明は省略される。また、各要素の寸法比率は、説明の便宜上、誇張されている場合が有り、各図面に示されている比率に限定されない。

以下の説明において、本発明に係る遠心ポンプの一例として、液化ガスが貯蔵されている貯蔵タンクに取り付けられていて、液化ガスを貯蔵タンクから外部へ送液するサブマージドポンプが説明される。すなわち、サブマージドポンプは本発明に係る遠心ポンプの一例であり、液化ガスは本発明における取扱液の一例である。

以下の説明において、「下方」は重力方向であり、「上方」は下方の反対方向である。

●遠心ポンプ●
●遠心ポンプの構成
図１は、本発明に係る遠心ポンプの実施の形態を示す模式断面図である。
同図は、遠心ポンプ１の一部の断面の図示を省略している。

遠心ポンプ１は、貯蔵タンク（不図示。以下同じ。）内に貯蔵されている取扱液をポンプコラムＣ内へ吐出する。遠心ポンプ１は、貯蔵タンクの天井（不図示）から貯蔵タンク内に延設されているポンプコラムＣの下部に収容されていて、取扱液に浸漬されている。遠心ポンプ１の構成は、後述されるディフューザ７の構成を除き、公知のサブマージドポンプの構成と共通している。遠心ポンプ１は、外部筐体２、モータ３、回転軸４、２つの内部筐体５（１つは不図示。以下同じ。）、２つのインペラ６（１つは不図示。以下同じ。）、および２つのディフューザ７（１つは不図示。以下同じ。）を備える。すなわち、遠心ポンプ１は、２つのインペラ６を備える２段遠心ポンプである。つまり、内部筐体５、インペラ６、およびディフューザ７は１段目のポンプ部Ｍ１を構成していて、不図示の内部筐体、インペラ、およびディフューザは２段目のポンプ部（不図示。以下同じ。）を構成している。２段目のポンプ部は、１段目のポンプ部Ｍ１の上方に配置されている

外部筐体２は、モータ３、回転軸４、内部筐体５、インペラ６、およびディフューザ７を収容する。外部筐体２の形状は、上下方向に沿う略円筒状である。外部筐体２は、吸込口２１および吐出口（不図示。以下同じ。）を備える。外部筐体２の下端部は、縮径されていて、吸込口２１を形成している。

以下の説明において、「上流側」は外部筐体２内を流れる取扱液の流れにおける上流側であり、「下流側」は外部筐体２内を流れる取扱液の流れにおける下流側である。

モータ３は、所定の駆動電圧・駆動周波数で駆動して、インペラ６を回転させる。モータ３は、ロータ３１およびステータ３２を備える。モータ３は、回転軸４に取り付けられているロータ３１、およびロータ３１を回転させるステータ３２を備える公知のモータである。

回転軸４は、モータ３の回転により回転して、回転動力をインペラ６に伝達する。回転軸４の形状は、上下方向に沿う円柱状である。回転軸４の下部４ａは、モータ３から下方の内部筐体５内に向けて延出されている。

以下の説明において、「軸方向」は、回転軸４の軸心方向（上下方向）である。

図２は、遠心ポンプ１の部分模式拡大断面図である。

内部筐体５は、ディフューザ７を保持していて、ディフューザ７と共にインペラ６から吐出された取扱液が流れる流路を区画している。内部筐体５の形状は、上下方向に沿う円筒の上端が内側に折り返された略二重筒状である。すなわち、内部筐体５は、円筒状の外筒部５１、外筒部５１の内側に配置されている円筒状の内筒部５２、および外筒部５１の上端と内筒部５２の上端とに連結されているリング状の連結部５３を備える。内部筐体５は、外部筐体２に収容されていて、外部筐体２に取り付けられている。

インペラ６は、回転軸４の下部４ａに取り付けられていて、下方から吸い込んだ取扱液に速度エネルギーを与えて、取扱液を径方向の外方へ吐出する。インペラ６は、外部筐体２に収容されていて、軸方向において、吸込口２１の上方に隣接して配置されている。

●ディフューザの構成
図３は、本発明に係るディフューザ（ディフューザ７）の実施の形態を示す斜視図である。
図４は、ディフューザ７の底面図である。
図５は、ディフューザ７の側面図である。

ディフューザ７は、インペラ６から吐出された取扱液を減速して、増圧することにより、インペラ６により取扱液に与えられた速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する。ディフューザ７は、内部筐体５に取り付けられていて、軸方向において、インペラ６の上方に隣接して配置されている。すなわち、ディフューザ７は、いわゆるアキシャル型のディフューザである。ディフューザ７は、例えば、アルミニウム合金などの金属製である。ディフューザ７は、本体部８およびベーン部９を備える。

本体部８の形状は、有底円筒状である。本体部８は、底部８１、挿通孔８２、複数（例えば、４つ）の整流板８３（図２参照。以下同じ。）、および円筒部８４を備える。

以下の説明において、「径方向」は本体部８の直径（半径）に沿う方向であり、「周方向」は本体部８の円周に沿う方向である。

図２に示されるとおり、底部８１の形状は、略円板状である。底部８１の中央部は上方に向けて山状に突出していて、その中央には挿通孔８２が配置されている。底部８１の一部は上方に向けて板状に延出されていて、整流板８３を形成している。

底部８１の外縁部は、上方に向けて円筒状に延出されていて、円筒部８４を形成している。円筒部８４は、本発明における流路形成部の一例である。

ベーン９部は、８つのベーン９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８を備える。各ベーン９１～９８の構成は共通しているため、以下の説明において、各ベーン９１～９８が特に区別されないとき、各ベーン９１～９８および各ベーン９１～９８が備える各要素には、符号「９１～９８」に代えて符号「９０」が付されている。

周方向において、各ベーン９１～９８は、等角度間隔で円筒部８４の外周面８４ａに配置されている。各ベーン９１～９８は、外周面８４ａから径方向に向けて突出している。底面視において、ベーン９１～９８は、符号順に反時計回りに並んで配置されている。

図６は、ディフューザ７の部分拡大斜視図である。
図７は、ディフューザ７の図５のＡＡ線における部分拡大断面図である。
以下の説明において、図３～図５は、適宜参照される。

ベーン９０は、正圧面９０ａ、負圧面９０ｂ、第１端面９０ｃ、および３つの内部流路９０ｆ，９０ｇ，９０ｈを備える。ベーン９０の構成は、ベーン９０が内部流路９０ｆ～９０ｈを備えている点を除き、公知のディフューザが備えるベーンの構成と共通している。ベーン９０、すなわち、各ベーン９１～９８は、本発明における特定ベーンの一例である。

径方向視において、ベーン９０の形状は、円筒部８４の下端部から後端部まで延びている略円弧状の板状である。正圧面９０ａはベーン９０の上面であり、負圧面９０ｂはベーン９０の下面である。径方向視において、正圧面９０ａの形状は、凹面状である。負圧面９０ｂは正圧面９０ａの反対側の面であり、径方向視において、負圧面９０ｂの形状は正圧面９０ａに略沿う凸面状である。軸方向視（底面視）において、負圧面９０ｂは、負圧面９０ｂ側に隣り合うベーン９０の正圧面９０ａと対向している対向領域９０ｄ、および同正圧面９０ａと対向していない非対向領域９０ｅを備える。第１端面９０ｃは、ベーン９０における、上流側に位置する端面である。第１端面９０ｃは、径方向に平行な曲面である。第１端面９０ｃは、本発明における「上流側に位置する端部」の一例である。

内部流路９０ｆ～９０ｈは、ベーン９０に向けて流れている取扱液の一部を、負圧面９０ｂ側のディフューザ流路ＤＬに向けて流入させる流路である。径方向に沿う断面（横断面）視において、内部流路９０ｆ～９０ｈの断面形状は、円形状である。内部流路９０ｆ～９０ｈは、ベーン９０の長手方向に沿うように、第１端面９０ｃから負圧面９０ｂに向けてベーン９０を貫通して配置されている。すなわち、軸方向視において、内部流路９０ｆ～９０ｈの形状は、周方向に沿う円弧状である。径方向視において、内部流路９０ｆ～９０ｈの形状は、ベーン９０の形状に沿う略直線状である。径方向において、内部流路９０ｆ～９０ｈは、内側から外側に向けて、内部流路９０ｆ、内部流路９０ｇ、内部流路９０ｈの順に、等間隔に並んで配置されている。内部流路９０ｇは内部流路９０ｆよりも長く、内部流路９０ｈは内部流路９０ｇよりも長い。内部流路９０ｆ～９０ｈは、入口９０ｉ～９０ｋおよび出口９０ｍ～９０ｐを備える。

径方向において、内部流路９０ｆの入口９０ｉ、内部流路９０ｇの入口９０ｊ、および内部流路９０ｈの入口９０ｋは、第１端面９０ｃに等間隔で並んで配置されている。すなわち、入口９０ｉ～ｋは、ベーン９０における上流側に位置する端部側に配置されている。ベーン９０の長手方向（弧長方向）において、入口９０ｉ～９０ｋは、出口９０ｍ～９０ｐよりも上流側（第１端部９０ｃ側）に配置されている。入口９０ｉ～９０ｋは、本発明における流路入口の一例である。

ここで、「上流側に位置する端部側」は、第１端面９０ｃ、および正圧面９０ａのうち、ベーン９０の長手方向における中央部との対比において上流側の端部（すなわち、第１端面９０ｃ）により近い側を意味している。好ましくは、「上流側に位置する端部側」は、第１端面９０ｃ、および正圧面９０ａのうち、ベーン９０の長手方向における非対向領域９０ｅの中央部よりも上流側の端部に近い側を意味している。

径方向において、内部流路９０ｆの出口９０ｍ、内部流路９０ｇの出口９０ｎ、および内部流路９０ｈの出口９０ｐは、負圧面９０ｂに等間隔で並んで配置されている。ベーン９０の長手方向（弧長方向）において、出口９０ｍ～９０ｐは僅かにずれて配置されていて、出口９０ｎは出口９０ｍよりも僅かに下流側に配置されていて、出口９０ｐは出口９０ｎよりも僅かに下流側に配置されている。すなわち、ベーン９０の長手方向において、各出口９０ｍ～９０ｐは、異なる位置（略同じ位置）に配置されている。軸方向視（底面視）において、各出口９０ｍ～９０ｐは、非対向領域９０ｅにおける、対向領域９０ｄ側の端部に配置されている。換言すれば、軸方向視（底面視）において、各出口９０ｍ～９０ｐは、非対向領域９０ｅにおける、負圧面９０ｂ側に隣り合うベーン９０の第１端面９０ｃ側に配置されている。すなわち、例えば、ベーン９１において、各出口９１ｍ～９１ｐは、非対向領域９１ｅにおける、負圧面９１ｂ側に隣り合うベーン９２の第１端面９２ｃ側に配置されている。出口９０ｍ～９０ｐは、本発明における流路出口の一例である。

なお、本発明において、内部流路９０ｆ～９０ｈの数は、「３」に限定されない。すなわち、例えば、ベーン９０は、１つの内部流路のみを備えていてもよい。この場合、内部流路の大きさ（体積）は、各内部流路９０ｆ～９０ｈよりも大きく設定される。

また、本発明において、内部流路９０ｆ～９０ｈの断面形状は、円形状に限定されない。すなわち、例えば、内部流路９０ｆ～９０ｈの断面形状は、矩形状でもよい。

さらに、本発明において、内部流路９０ｆ～９０ｈそれぞれの断面形状は、同じでなくてもよい。

さらにまた、本発明において、軸方向視における内部流路９０ｆ～９０ｈの形状は、周方向に沿う円弧状に限定されない。すなわち、例えば、軸方向視における内部流路９０ｆ～９０ｈの形状は、直線状でもよい。この場合、内部流路９０ｆの一部は、円筒部８４に配置されていてもよい。

本体部８は、挿通孔８２に回転軸４の下部４ａが挿通された状態で、内部筐体５に取り付けられている。このとき、内部筐体５の外筒部５１は、円筒部８４の外周面８４ａに対向するように、円筒部８４に対して径方向の外方に配置されている。すなわち、周方向において、隣り合うベーン９０，９０の間の空間は、外筒部５１により覆われている。その結果、隣り合うベーン９０，９０それぞれの対向する正圧面９０ａおよび負圧面９０ｂ（対向領域９０ｄ）、外周面８４ａ、および外筒部５１は、インペラ６から吐出された取扱液を減速して、増圧するディフューザ流路ＤＬを形成している。換言すれば、ベーン９０は、内部筐体５および円筒部８４の外周面８４ａと共に、ディフューザ流路ＤＬを構成している。ベーン９０の長手方向において、ディフューザ流路ＤＬの入口ＤＬ１は、非対向領域９０ｅの下流端（対向領域９０ｄ側の端部）に位置している。ディフューザ流路ＤＬ内の取扱液の流れる方向に垂直な横断面積は、入口ＤＬ１において最も小さくて、下流側に向かうにつれて大きくなっている。

また、内部筐体５の連結部５３はベーン９０および円筒部８４の上方に配置されていて、径方向において、内部筐体５の内筒部５２は円筒部８４の内方に配置されている。その結果、内筒部５２、連結部５３、および円筒部８４は、ディフューザ流路ＤＬから流出した取扱液を円筒部８４の内側に導く流路を形成している。また、底部８１、整流板８３、および内筒部５２は、円筒部８４の内側に導かれた取扱液を２段目のポンプ部に導く流路を形成している。

２段目のポンプ部の構成は、１段目のポンプ部Ｍ１の構成と共通している。そのため、２段目のポンプ部を構成している不図示の内部筐体、インペラ、およびディフューザの説明は、省略される。

●遠心ポンプの動作
次に、遠心ポンプ１の動作が、以下に説明される。以下の説明において、図１～図７は、適宜参照される。

図８は、ディフューザ流路ＤＬにおける取扱液の流れを説明する模式図であり、（ａ）は遠心ポンプ１が設計点で動作している状態を示す模式図であり、（ｂ）は遠心ポンプ１が設計点よりも小流量域で動作している状態を示す模式図である。
同図は、ディフューザ７を周方向に沿って展開した状態を模式的に示している。

インペラ６に吸い込まれた取扱液は、インペラ６から径方向の外方に向けて吐出される。インペラ６から吐出された取扱液は、外部筐体２により上方へと流れの向きを変えられて、周方向に旋回しながらディフューザ流路ＤＬへ流入する。

遠心ポンプ１が設計点で動作しているとき、図８（ａ）に示されるとおり、ディフューザ流路ＤＬへ流入する取扱液の流入角度「α」は、ベーン９０の入口角度「β」に対して、設計上の適切な角度（例えば、α≒β：迎え角が数度となる範囲）に近くなるように調整されている。また、取扱液の一部（黒矢印）は、入口９０ｉ～９０ｋから内部流路９０ｆ～９０ｈにも流入して、出口９０ｍ～９０ｐから負圧面９０ｂ側のディフューザ流路ＤＬの入口ＤＬ１付近（直前）で、同ディフューザ流路ＤＬに流入する取扱液（白抜き矢印）に合流する。取扱液は、ディフューザ流路ＤＬを通過することにより減速されて、増圧される。図２に示されるとおり、ディフューザ流路ＤＬを通過した取扱液は、内筒部５２、連結部５３、底部８１、および円筒部８４により構成されている各流路に導かれて、２段目のポンプ部に導入される。２段目のポンプ部から吐出された取扱液は、吐出口からポンプコラムＣ内に吐出されて、ポンプコラムＣ内を上方へ向けて流れる。

前述のとおり、内部流路９０ｆ～９０ｈの入口９０ｉ～９０ｋは、第１端面９０ｃに配置されている。そのため、取扱液の一部は、第１端面９０ｃに衝突して、正圧面９０ａ側と負圧面９０ｂ側とに分けられると共に、内部流路９０ｆ～９０ｈに直接流入する。換言すれば、第１端面９０ｃに衝突する取扱液の一部は、流れの向きを大きく変えられることなく、内部流路９０ｆ～９０ｈに流入する。

また、入口９０ｉ～９０ｋはディフューザ流路ＤＬに開口していないため、ディフューザ流路ＤＬに流入した取扱液は他のディフューザ流路ＤＬに流れることなくディフューザ流路ＤＬを通過する。そのため、内部流路９０ｆ～９０ｈは、ベーン９０による増圧の機能に影響を与えない。したがって、遠心ポンプ１のポンプ効率は、内部流路またはスリットが形成されていない従来のベーンを備える遠心ポンプ（以下「従来ポンプＡ」という。）と略同等となり、ベーンにスリットが形成されている遠心ポンプ（以下「従来ポンプＢ」という）よりも向上する。

図９は、遠心ポンプ１の効率の比較結果を示すグラフである。
同図は、設計点で動作しているときの遠心ポンプ１の効率を示していて、比較対象として、従来ポンプＡ，Ｂの効率も示している。同図の縦軸は、従来ポンプＡの効率に対する比率を示している。同図に示されるとおり、遠心ポンプ１の効率は、従来ポンプＡと略同等であり、従来ポンプＢよりも向上している。

図８（ｂ）に戻る。
次に、遠心ポンプ１が設計点よりも小流量域で動作しているとき、ディフューザ流路ＤＬへ流入する取扱液の流入角度「α」は小さくなり、流入角度「α」とベーン９０の入口角度「β」との間の差異が大きくなる（迎え角が大きくなる）。その結果、ベーン９０の負圧面９０ｂに接している領域では、負圧面９０ｂにおける上流側の端部を起点として、取扱液の剥離が発生する。一般的に、迎え角が大きくなり、剥離が発生すると、剥離が発生している領域（以下「剥離領域ＰＡ」という。）は時間経過と共に増大する。このとき、剥離が発生しているディフューザ流路ＤＬにおける下流側では、剥離が発生しているディフューザ流路ＤＬに対して負圧面９０ｂ側のディフューザ流路ＤＬからの取扱液が逆流したかのような現象（灰色破線矢印）も発生している。その結果、最終的にはディフューザ流路ＤＬは、剥離領域ＰＡで塞がれて、ディフューザ流路ＤＬの流れが滞る失速が発生する。本実施の形態では、出口９０ｍ～９０ｐは、負圧面９０ｂのうち、ディフューザ流路ＤＬの入口ＤＬ１直前で剥離領域ＰＡに接する位置に配置されている。そのため、内部流路９０ｆ～９０ｈを通過した取扱液は、入口ＤＬ１直前で剥離領域ＰＡ内に流入して、剥離領域ＰＡ内で発生している取扱液の渦を整流して、剥離領域ＰＡ内の取扱液を負圧面９０ｂに沿って案内するように流れる。また、内部流路９０ｆ～９０ｈを通過した取扱液は、逆流を押し戻すように流れて、逆流の上流側への拡大を抑制する。その結果、剥離領域ＰＡの増大が抑制されて、剥離領域ＰＡの大きさは失速を発生させない程度（ディフューザ流路ＤＬを塞がない程度）の大きさに抑え込まれる。したがって、ディフューザ流路ＤＬは剥離領域ＰＡに塞がれず、旋回失速の発生は抑制される。特に、本実施の形態では、出口９０ｍ～９０ｐは、ディフューザ流路ＤＬにおいて最も狭い入口ＤＬ１付近に開口している。そのため、入口ＤＬ１付近で剥離領域ＰＡ内の渦が整流されて、入口ＤＬ１は剥離領域ＰＡに塞がれない。

●まとめ
以上説明した実施の形態によれば、ディフューザ７のベーン９０は、内部流路９０ｆ～９０ｈを備える。内部流路９０ｆ～９０ｈは、ベーン９０の長手方向に沿うようにベーン９０を貫通して配置されている。内部流路９０ｆ～９０ｈは、ベーン９０における上流側に位置する第１端面９０ｃに配置されている入口９０ｉ～９０ｋ、および負圧面９０ｂに配置されている出口９０ｍ～９０ｐを備える。

この構成によれば、内部流路９０ｆ～９０ｈを通過した取扱液は、負圧面９０ｂ側に配置されているディフューザ流路ＤＬに負圧面９０ｂから流入する。そのため、負圧面９０ｂで剥離が発生したとき、内部流路９０ｆ～９０ｈを通過した取扱液は剥離領域ＰＡ内に流入して、剥離領域ＰＡ内で発生している取扱液の渦を整流する。その結果、剥離領域ＰＡの増大が抑制されて、剥離領域ＰＡの大きさは失速を発生させない程度の大きさに抑え込まれる。したがって、旋回失速の発生は、抑制される。

また、ディフューザ流路ＤＬに流入した取扱液は、他のディフューザ流路ＤＬに流れることなくディフューザ流路ＤＬを通過する。したがって、内部流路９０ｆ～９０ｈは、ベーン９０の増圧の機能に影響を与えない。その結果、遠心ポンプ１の効率は、従来ポンプＡと略同等となり、従来ポンプＢよりも向上する。

このように、遠心ポンプ１では、効率の低下が抑制されつつ、旋回失速の発生が抑制されている。

また、以上説明した実施の形態によれば、入口９０ｉ～９０ｋは、ベーン９０における上流側の端面である第１端面９０ｃに配置されている。この構成によれば、第１端面９０ｃに衝突する取扱液の一部は、流れの向きを大きく変えられることなく、内部流路９０ｆ～９０ｈに流入する。また、取扱液は、他のディフューザ流路ＤＬではなく、ディフューザ７の上流側から直接、内部流路９０ｆ～９０ｈに流入する。そのため、ディフューザ流路ＤＬに流入した取扱液は、内部流路９０ｆ～９０ｈを介して他のディフューザ流路ＤＬに流れることなくディフューザ流路ＤＬを通過する。したがって、内部流路９０ｆ～９０ｈは、ディフューザ流路ＤＬ内に流入した取扱液の流れに影響を与えず、ディフューザ流路ＤＬの増圧の機能に影響を与えない。その結果、遠心ポンプ１の効率は従来ポンプＡと略同等となり、従来ポンプＢよりも向上する

さらに、以上説明した実施の形態によれば、出口９０ｍ～９０ｐは、負圧面９０ｂのうち、取扱液の負圧面９０ｂからの剥離が発生している領域（剥離領域ＰＡ）に接している位置に配置されている。この構成によれば、内部流路９０ｆ～９０ｈを通過した取扱液は、確実に剥離領域ＰＡ内に流入する。

さらにまた、以上説明した実施の形態によれば、負圧面９０ｂは、対向領域９０ｄおよび非対向領域９０ｅを備えている。軸方向視において、出口９０ｍ～９０ｐは、非対向領域９０ｅにおける、対向領域９０ｄ側の端部に配置されている。この構成によれば、出口９０ｍ～９０ｐは、負圧面９０ｂ側のディフューザ流路ＤＬの入口ＤＬ１付近に開口している。そのため、入口ＤＬ１付近で剥離領域ＰＡ内の渦が整流されて、入口ＤＬ１は剥離領域ＰＡに塞がれない。

さらにまた、以上説明した実施の形態によれば、ベーン部９が備える各ベーン９１～９８の全ては、内部流路９０ｆ～９０ｈを備える特定ベーンである。この構成によれば、複数のディフューザ流路ＤＬのうち、どのディフューザ流路ＤＬにおいて剥離が発生しても、剥離領域ＰＡは拡大されず、旋回失速の発生は抑制される。

さらにまた、以上説明した実施の形態によれば、ベーン９０の長手方向において、３つの内部流路９０ｆ～９０ｈそれぞれの出口９０ｍ～９０ｐは、異なる位置（略同じ位置）に並んで配置されている。この構成によれば、ベーン９０の高さ方向（径方向）において、出口９０ｍ～９０ｐが並んで配置されている。そのため、取扱液は、剥離領域ＰＡの下流側への拡大を遮断するかのように、剥離領域ＰＡ内へ流入する。したがって、出口９０ｍ～９０ｐ付近において、剥離領域ＰＡの下流側への拡大は、強く抑制される。

●変形例●
次に、ディフューザ７の変形例が、先に説明した実施の形態（以下「第１実施形態」という。）と異なる点を中心に、以下に説明される。以下の変形例の説明において、説明の便宜上、第１実施形態と同じ部材、および共通している機能を有する部材には、第１実施形態と同じ符号が付されている。以下の変形例において、図１～図８は、適宜参照される。

図１０は、ディフューザ７の変形例を示す模式図であり、（ａ）は第１変形例を示す模式図であり、（ｂ）は第２変形例を示す模式図であり、（ｃ）は第３変形例を示す模式図である。
同図（ａ）は、視認を容易にするため、内部流路９０ｆ～９０ｈそれぞれを１本の破線で示している。同図（ｃ）は、内部流路９０ｆ～９０ｈを破線で示している。

●第１変形例
図１０（ａ）に示されるとおり、第１変形例では、内部流路９０ｆ～９０ｈの出口９０ｍ～９０ｐの位置が第１実施形態と異なる。内部流路９０ｆ～９０ｈの出口９０ｍ～９０ｐは、ベーン９０の長手方向において、異なる位置（離れた位置）に配置されている。すなわち、例えば、ベーン９０の長手方向において、出口９０ｍは非対向領域９０ｅの略中央部に配置され、出口９０ｎは非対向領域９０ｅの対向領域９０ｄ側の端部に配置され、出口９０ｐは対向領域９０ｄの略中央部に配置されている。第１実施形態では、ベーン９０の長手方向において、３つの出口９０ｍ～９０ｐが略同じ位置に配置されているため、出口９０ｍ～９０ｐが配置されている位置では３つの内部流路９０ｆ～９０ｈを通過した取扱液がまとめて流入する。一方、第１変形例では、出口９０ｍが配置されている位置では１つの内部流路９０ｆを通過した取扱液のみが流入して、出口９０ｎが配置されている位置では１つの内部流路９０ｇを通過した取扱液のみが流入して、出口９０ｐが配置されている位置では１つの内部流路９０ｈを通過した取扱液のみが流入する。したがって、第１実施形態と比較して、出口９０ｍ～９０ｐが配置される位置ごとの取扱液の流入量は減少するが、ベーン９０の長手方向における３か所で、剥離領域ＰＡの渦が整流されて、剥離領域ＰＡの下流側への拡大が抑制される。

●第２変形例
図１０（ｂ）に示されるとおり、第２変形例では、内部流路９０ｆ～９０ｈの出口９０ｍ～９０ｐの位置が第１実施形態と異なる。内部流路９０ｆ～９０ｈの出口９０ｍ～９０ｐは、ベーン９０の長手方向において、同じ位置に配置されている。換言すれば、径方向において、出口９０ｍ～９０ｐは、同じ半径の仮想延長線上に配置されている。この構成では、第１実施形態と同様に、取扱液は、剥離領域ＰＡの下流側への拡大を遮断するかのように、剥離領域ＰＡ内へ流入する。したがって、出口９０ｍ～９０ｐ付近において、剥離領域ＰＡの下流側への拡大は、強く抑制される。

●第３変形例
図１０（ｃ）に示されるとおり、第３変形例では、内部流路９０ｆ～９０ｈの入口９０ｉ～９０ｋの位置が第１実施形態と異なる。入口９０ｉ～９０ｋは、正圧面９０ａにおける、上流側の端部であって、第１端面９０ｃに隣接する位置に配置されている。この構成では、ディフューザ流路ＤＬに流入した取扱液の極一部が内部流路９０ｆ～９０ｈに流入するため、遠心ポンプ１の効率は本実施の形態よりも僅かに低下し得るが、従来ポンプＢよりは向上する。

なお、第３変形例において、入口９０ｉ～９０ｋは、正圧面９０ａのうち、上流側の端部側に配置されて入ればよく、第１端面９０ｃに隣接していなくてもよい。具体的には、入口９０ｉ～９０ｋは、例えば、側方視において、内部流路９０ｆ～９０ｈと本体部８の底部８１との間の負圧面側の角度「β」が０°となるまでの範囲で、正圧面９０ａにおける第１端面９０ｃよりも上流側に配置されていてもよい。

●その他の実施形態●
なお、本発明において、遠心ポンプ１は、２段目のポンプ部を備えていなくてもよく、あるいは、３段目以上のポンプ部を備えていてもよい。

また、本発明において、内部流路９０ｆ～９０ｈの出口９０ｍ～９０ｐの位置は、剥離が発生しているとき、剥離領域ＰＡに接している位置であればよく、本実施の形態に限定されない。すなわち、例えば、出口９０ｍ～９０ｐは、非対向領域９０ｅにおける対向領域９０ｄ側の端部よりも上流側に配置されていてもよい。この場合、出口９０ｍ～９０ｐは、非対向領域９０ｅの中央よりも下流側に配置されているとよい。また、例えば、出口９０ｍ～９０ｐは、対向領域９０ｄに配置されていてもよい。この場合、出口９０ｍ～９０ｐは、対向領域９０ｄの中央よりも上流側に配置されているとよい。

さらに、本発明において、内部流路９０ｆ～９０ｈの出口９０ｍ～９０ｐは、ベーン９０の長手方向において、異なる位置（離れた位置）に配置されていてもよい。すなわち、例えば、第１変形例に示されるとおり、ベーン９０の長手方向において、出口９０ｍは非対向領域９０ｅの略中央部に配置されていて、出口９０ｎは非対向領域９０ｅの対向領域９０ｄ側の端部に配置されていて、出口９０ｐは対向領域９０ｄの略中央部に配置されていてもよい。

さらにまた、本発明において、第２変形例に示されるとおり、内部流路９０ｆ～９０ｈの出口９０ｍ～９０ｐは、ベーン９０の長手方向において、同じ位置に配置されていてもよい。

さらにまた、本発明において、内部流路９０ｆ～９０ｈの入口９０ｉ～９０ｋの位置は、ベーン９０における上流側の端部であればよく、第１端面９０ｃに限定されない。すなわち、例えば、入口９０ｉ～９０ｋは、第３変形例に示されるとおり、正圧面９０ａにおける上流側の端部に配置されていてもよい。また、例えば、入口９０ｉ～９０ｋは、同端部および第１端面９０ｃに亘って配置されていてもよい。

さらにまた、本発明において、内部流路９０ｆ～９０ｈそれぞれの大きさは、内部流路９０ｆ～９０ｈから流入した取扱液が剥離領域ＰＡの拡大を抑制可能な大きさであればよく、本実施の形態に限定されない。

さらにまた、本発明において、ディフューザ７は、内部流路９０ｆ～９０ｈを備えていないベーンを備えていてもよい。内部流路９０ｆ～９０ｈを備えていないベーンは、本発明における非特定ベーンの一例である。この場合、例えば、周方向において、特定ベーンおよび非特定ベーンは、交互に配置されていてもよい。また、例えば、ディフューザ７は、特定ベーンを１つ備えていてもよい。この構成では、旋回失速は発生し得るが、旋回失速が特定ベーンの負圧面９０ｂ側のディフューザ流路ＤＬに到達した時点で、旋回失速は消失する。

さらにまた、本発明において、ディフューザ流路ＤＬは、下流側において、正圧面９０ａ側および負圧面９０ｂ側の２つに分割されていてもよい。

さらにまた、本発明において、ディフューザ流路ＤＬは、下流側において、隣接するディフューザ流路ＤＬと合流していてもよい。

さらにまた、本発明において、非特定ベーンは、正圧面９０ａから負圧面９０ｂまで非特定ベーンを横断するように配置されていて、周方向に沿うスリットまたは溝を備えていてもよい。

●本発明の実施態様●
次に、以上説明した各実施形態から把握される本発明の実施態様について、各実施形態において記載された用語と符号とを援用しつつ、以下に記載する。

本発明の第１の実施態様は、遠心ポンプ（例えば、遠心ポンプ１）の回転軸（例えば、回転軸４）の軸方向において、インペラ（例えば、インペラ６）と隣接して配置されるディフューザ（例えば、ディフューザ７）であって、円筒状の流路形成部（例えば、円筒部８４）と、前記流路形成部の外周面（例えば、外周面８４ａ）に配置されて、前記外周面と共に、前記インペラから吐出された取扱液のディフューザ流路（例えば、ディフューザ流路ＤＬ）を構成する複数のベーン（例えば、ベーン９１～９８）と、を備えて、前記流路形成部の径方向視において、複数の前記ベーンそれぞれは、凹面状の正圧面（例えば、正圧面９０ａ）と、前記正圧面の反対側の面であり、凸面状の負圧面（例えば、負圧面９０ｂ）と、を備えて、複数の前記ベーンのうち、少なくとも１の前記ベーンは、前記取扱液が流れる少なくとも１の内部流路（例えば、内部流路９０ｆ～９０ｈ）を備える特定ベーンであり、前記内部流路は、前記特定ベーンを貫通して配置されて、前記特定ベーンにおける前記取扱液の流れの上流側に位置する端部側（例えば、第１端面９０ｃ）に配置される流路入口（例えば、入口９０ｉ～９０ｋ）と、前記負圧面に配置される流路出口（例えば、出口９０ｍ～９０ｐ）と、を備える、ディフューザである。
この構成によれば、遠心ポンプにおいて、効率の低下が抑制されつつ、旋回失速の発生が抑制される。

本発明の第２の実施態様は、第１の実施態様において、前記流路入口は、前記特定ベーンにおける前記流れの上流側に位置する端面（例えば、第１端面９０ｃ）に配置されるディフューザである。
この構成によれば、内部流路は、ディフューザ流路内に流入した取扱液の流れに影響を与えず、ディフューザ流路の増圧の機能に影響を与えない。

本発明の第３の実施態様は、第１の実施態様において、前記流路出口は、前記ディフューザ流路へ流れる前記取扱液の前記負圧面からの剥離が発生する領域に接する位置に配置されるディフューザである。
この構成によれば、内部流路を通過した取扱液は、確実に剥離領域内に流入する。

本発明の第４の実施態様は、第３の実施態様において、前記回転軸の軸方向視において、前記負圧面は、前記負圧面側に隣り合って配置される他の前記ベーンの前記正圧面と対向する対向領域（例えば、対向領域９０ｄ）と、他の前記ベーンの前記正圧面と対向しない非対向領域（例えば、非対向領域９０ｅ）と、を備えて、前記軸方向視において、前記流路出口は、前記非対向領域における、前記対向領域側の端部に配置されるディフューザである。
この構成によれば、ディフューザ流路の入口付近で剥離領域内の渦が整流されて、入口は剥離領域に塞がれない。

本発明の第５の実施態様は、第１乃至第４のいずれか１の実施態様において、複数の前記ベーンの全ては、前記特定ベーンであるディフューザである。
この構成によれば、どのディフューザ流路において剥離が発生しても、剥離領域は拡大されず、旋回失速の発生は抑制される。

本発明の第６の実施態様は、第１の実施態様において、前記特定ベーンは、複数の前記内部流路を備えて、前記特定ベーンの長手方向において、複数の前記内部流路それぞれの前記流路出口は、異なる位置に配置されるディフューザである。
この構成によれば、ベーンの長手方向における複数か所で、剥離領域の下流側への拡大が抑制される。

本発明の第７の実施態様は、第１の実施態様において、前記特定ベーンは、複数の前記内部流路を備えて、前記特定ベーンの長手方向において、複数の前記内部流路それぞれの前記流路出口は、同じ位置に並んで配置されるディフューザである。
この構成によれば、内部流路の出口付近において、剥離領域の下流側への拡大は、強く抑制される。

本発明の第８の実施態様は、モータ（例えば、モータ３）と、前記モータにより回転する回転軸（例えば、回転軸４）と、前記回転軸に取り付けられるインペラ（例えば、インペラ６）と、前記回転軸の軸方向において、前記インペラと隣接して配置される第１の実施態様のディフューザ（例えば、ディフューザ７）と、を有してなる、遠心ポンプ（例えば、遠心ポンプ１）である。
この構成によれば、遠心ポンプにおいて、効率の低下が抑制されつつ、旋回失速の発生が抑制される。

１ 遠心ポンプ
３ モータ
４ 回転軸
６ インペラ
７ ディフューザ
８４ 円筒部
９０ ベーン
９０ａ 正圧面
９０ｂ 負圧面
９０ｃ 第１端面（端部）
９０ｄ 対向領域
９０ｅ 非対向領域
９０ｆ 内部流路
９０ｇ 内部流路
９０ｈ 内部流路
９０ｉ 入口（流路入口）
９０ｊ 入口（流路入口）
９０ｋ 入口（流路入口）
９０ｍ 出口（流路出口）
９０ｎ 出口（流路出口）
９０ｐ 出口（流路出口）
９１ ベーン
９２ ベーン
９３ ベーン
９４ ベーン
９５ ベーン
９６ ベーン
９７ ベーン
９８ ベーン
ＤＬ ディフューザ流路
ＰＡ 剥離領域

本発明の一実施態様におけるディフューザは、遠心ポンプの回転軸の軸方向において、インペラと隣接して配置されるディフューザであって、円筒状の流路形成部と、前記流路形成部の外周面に配置されて、前記外周面と共に、前記インペラから吐出された取扱液のディフューザ流路を構成する複数のベーンと、を備えて、前記流路形成部の径方向視において、複数の前記ベーンそれぞれは、凹面状の正圧面と、前記正圧面の反対側の面であり、凸面状の負圧面と、を備えて、複数の前記ベーンのうち、少なくとも１の前記ベーンは、前記インペラから吐出されて前記ディフューザに流入した前記取扱液が流れる少なくとも１の内部流路を備える特定ベーンであり、前記内部流路は、前記特定ベーンを貫通して配置されて、前記特定ベーンにおける前記取扱液の流れの上流側に位置する端部側に配置される流路入口と、前記負圧面に配置される流路出口と、を備える。

Claims (8)

1. 遠心ポンプの回転軸の軸方向において、インペラと隣接して配置されるディフューザであって、
   円筒状の流路形成部と、
   前記流路形成部の外周面に配置されて、前記外周面と共に、前記インペラから吐出された取扱液のディフューザ流路を構成する複数のベーンと、
   を備えて、
   前記流路形成部の径方向視において、複数の前記ベーンそれぞれは、
   凹面状の正圧面と、
   前記正圧面の反対側の面であり、凸面状の負圧面と、
   を備えて、
   複数の前記ベーンのうち、少なくとも１の前記ベーンは、前記取扱液が流れる少なくとも１の内部流路を備える特定ベーンであり、
   前記内部流路は、
   前記特定ベーンを貫通して配置されて、
   前記特定ベーンにおける前記取扱液の流れの上流側に位置する端部側に配置される流路入口と、
   前記負圧面に配置される流路出口と、
   を備える、
   ディフューザ。
2. 前記流路入口は、前記特定ベーンにおける前記流れの上流側に位置する端面に配置される、
   請求項１に記載のディフューザ。
3. 前記流路出口は、前記ディフューザ流路へ流れる前記取扱液の前記負圧面からの剥離が発生する領域に接する位置に配置される、
   請求項１に記載のディフューザ。
4. 前記回転軸の軸方向視において、前記負圧面は、
   前記負圧面側に隣り合って配置される他の前記ベーンの前記正圧面と対向する対向領域と、
   他の前記ベーンの前記正圧面と対向しない非対向領域と、
   を備えて、
   前記軸方向視において、前記流路出口は、前記非対向領域における、前記対向領域側の端部に配置される、
   請求項３に記載のディフューザ。
5. 複数の前記ベーンの全ては、前記特定ベーンである、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のディフューザ。
6. 前記特定ベーンは、複数の前記内部流路を備えて、
   前記特定ベーンの長手方向において、複数の前記内部流路それぞれの前記流路出口は、異なる位置に配置される、
   請求項１に記載のディフューザ。
7. 前記特定ベーンは、複数の前記内部流路を備えて、
   前記特定ベーンの長手方向において、複数の前記内部流路それぞれの前記流路出口は、同じ位置に並んで配置される、
   請求項１に記載のディフューザ。
8. モータと、
   前記モータにより回転する回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられるインペラと、
   前記回転軸の軸方向において、前記インペラと隣接して配置される請求項１に記載のディフューザと、
   を有してなる、
   遠心ポンプ。

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