JP3547019B2

JP3547019B2 - Turbine driven pump

Info

Publication number: JP3547019B2
Application number: JP19669894A
Authority: JP
Inventors: 徹雄深沢; 忠元陳; 文雄仲川
Original assignee: Pacific Machinery and Engineering Co Ltd; Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Pacific Machinery and Engineering Co Ltd; Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1994-08-22
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JPH07229499A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、タービン羽根車の回転駆動によりポンプ羽根車が回転されるようになっているタービン駆動ポンプに関し、特にタービン羽根車の作動流体として液体、気体あるいは液体と気体との混合相等の中間体からなる流体を使用可能であるとともに、ポンプ羽根車の搬送流体として同様に液体、気体あるいは液体と気体との混合相等の中間体からなる流体を搬送可能であるタービン駆動ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、タービン駆動による流体ポンプとしては、流体として気体を扱うターボチャージャがよく知られている。このターボチャージャは、航空機のジェットエンジンの発達と共に発展し、最近では自動車における燃料供給のためのターボチャージャとしても多く利用されている。
【０００３】
このようなターボチャージャの従来の一般的な例として、実公平４−１５９５６号公報に開示されたターボチャージャがある。図１８に示すように、このターボチャージャａは、ポンプケーシング（公報ではタービンハウジングと記載されている）ｂ内に回転自在に配設されたポンプ羽根車ｃと、ポンプ羽根車ｃの回転軸ｄに固定されるとともに、タービンハウジングｅ内に回転自在に配設されたタービン羽根車ｆとを備えている。そして、スクロール部ｇから導入されるエンジン（不図示）の排気ガスによってタービン羽根車ｆが回転駆動し、このタービン羽根車ｆが回転駆動により回転軸ｄを介してポンプ羽根車ｃが回転する。このポンプ羽根車ｃの回転により、空気がポンプハウジングｂの入口部ｈから吸引され、ポンプハウジングｂのスクロール部ｉを通ってエンジンの方へ送給されるようになる。エンジンの排気ガスは、タービン羽根車ｆを回転駆動した後はタービンハウジングｅの出口部ｊから排出される。
これにより、エンジン出力が増大すると共に排気効率が向上し、更にはエンジンの高速化が可能となる。
【０００４】
ところで、一般にこのようなターボチャージャを始めとする、タービン駆動による流体ポンプにおいては、その高速化が図られなければ、システムの効率を向上させることはできなく、システムにタービン駆動による流体ポンプを設けた意味がなくなる。前述のターボチャージャのような従来のタービン駆動による流体ポンプは、いずれも扱う流体が気体であるため高速化に伴う特に問題となるような現象が生じない。したがって、扱う流体が気体である場合、タービン駆動による流体ポンプの高速化は比較的簡単に可能であり、従来、種々多くのタービン駆動による流体ポンプが開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、近年、液体あるいは液体と気体との混合相からなる中間体を搬送しなければならないような場合が多々生じており、このため、このような液体あるいは中間体を搬送できるようなタービン駆動による流体ポンプが必要となっている。
【０００６】
しかしながら、流体として液体を扱うような場合には、タービン駆動による流体ポンプが高速になってくると、気体と異なり、その高速化に伴って液体特有のキャビテーション現象が発生し易くなる。このキャビテーション現象のため、液体を扱うタービン駆動による流体ポンプにおいては、タービンおよびポンプの高速化を簡単には図ることができない。
【０００７】
液体をタービン作動流体として用いたタービン駆動ポンプとして、従来、地下１，５００〜３，０００ｍの深さの地熱井戸から１７７〜３３１℃の温度範囲にある高温度プラインを汲み出すための深井戸ポンプが、特開昭５１ー９１００３号公報において提案されている。
【０００８】
この深井戸ポンプは、地下１，５００〜３，０００ｍというきわめて深い場所から高温度プラインという特殊の物質を汲み上げるという特殊の目的に使用されるものであり、したがってポンプ出力をあげるためにタービンが多段構造とされている。
【０００９】
しかしながら、このようにタービンを多段構造にすると、構造が複雑であるばかりでなく、システムが大型になり、しかもコストが高いものとなる。更にこのようなことから、ポンプの回転速度を高速に設定することは難しく、仮にある程度高速に設定できたとしても、液体特有のキャビテーション現象が発生してしまうという問題がある。
このようなことから、現在では液体または中間体を扱う、簡単な構造でかつ安価なタービン駆動による汎用的な流体ポンプはいまだ実用化されていない。
【００１０】
また、従来のタービン駆動による流体ポンプでは、タービンを駆動する作動流体とポンプによって搬送する搬送流体とが完全に分離されかつ両流体の間は完全にシールされており、したがって両流体どうしは互いに何ら関係するものではなかった。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、扱う流体が、気体はもちろん液体あるいは液体と気体との混合相からなる中間体であってもより一層の高速化および高効率化を図ることができ、しかも簡単な構造でかつ安価なタービン駆動ポンプを提供することである。
【００１２】
また本発明の他の目的は、タービン側の作動流体としてポンプ側の搬送流体に関係する流体を用いるようにして、搬送流体に作動流体を混合させながら、搬送流体を搬送することのできるタービン駆動ポンプを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、請求項１の発明にかかるタービン駆動ポンプは、ポンプケーシング内に回転自在に配設されたポンプ羽根車と、タービンケーシング内に回転自在にかつ前記ポンプ羽根車と同軸に配設されたタービン羽根車とを少なくとも備え、前記タービン羽根車の回転駆動により前記ポンプ羽根車が回転されるようになっているタービン駆動ポンプにおいて、前記ポンプ羽根車が、回転軸に嵌合されるボスに連なるシュラウドの子午面形状を凹形の円弧状回転面とし、羽根入口縁が取り付くボスシュラウドを回転軸にほぼ平行な円筒状に形成し、前記羽根入口縁をこのボスシュラウド面からなめらかに連続させて上流側へ大きく張り出させ、前記ポンプケーシング側の羽根入口縁を前記回転軸に対してほぼ直角に延設し、円筒状の前記ボスシュラウドに取り付く羽根入口縁とポンプケーシング側羽根入口縁の間を上流側に凸形をなす円弧状のなめらかな曲線によって結んで羽根入口縁を形成し、この羽根の入口角をボスシュラウド側入口縁でほぼ０゜に、かつこのボスシュラウド側入口縁からポンプケーシング側入口縁に向かって徐々に大きくなるように設定し、かつボスシュラウド側とポンプケーシング側との間の羽根入口角をなめらかに変化させた形状の羽根入口を有し、前記羽根形状の羽根入口から羽根出口端までなめらかな曲線で結んで形成した羽根を備えており、前記タービン羽根車が、回転軸に嵌合されるボスに連なるシュラウドの子午面形状を凹形の円弧状回転面とし、羽根出口縁が取り付くボスシュラウドを回転軸にほぼ平行な円筒状に形成し、羽根出口縁をこのボスシュラウド面からなめらかに連続させて下流側へ大きく張り出させ、前記タービンケーシング側の羽根出口縁を前記回転軸に対してほぼ直角に延設し、円筒状の前記ボスシュラウドに取り付く羽根出口縁とタービンケーシング側羽根出口縁との間を下流側に凸形をなす円弧状のなめらかな曲線によって結んで羽根出口縁を形成し、この羽根の出口角をボスシュラウド側出口縁でほぼ０゜に、かつこのボスシュラウド側出口縁からタービンケーシング側出口縁に向かって徐々に大きくなるように設定し、かつボスシュラウド側とタービンケーシング側との間の羽根出口角を滑らかに変化させた形状の羽根出口を有し、羽根入口から前記羽根形状の羽根出口端までなめらかな曲線で結んで形成した羽根を備えていることを特徴としている。
【００１４】
また請求項２の発明は、前記ポンプの羽根の入口角が前記ポンプケーシング側入口縁でほぼ従来の設計で計算される角度に設定されるとともに、前記タービンの羽根の出口角が前記タービンケーシング側出口縁でほぼ従来の設計で計算される角度に設定されていることを特徴としている。
【００１５】
更に請求項３の発明は、前記ポンプ羽根車の前記羽根入口形状および前記タービン羽根車の前記羽根出口形状が、それぞれ比速度の組合せに関係なく、常に一定形状とされていることを特徴としている。
更に請求項４の発明は、ポンプ側の作動流体が、液体、気体およびそれらの混合相からなる中間体のいずれかであり、またタービン側の作動流体は、液体、気体およびそれらの混合相からなる中間体のいずれかであることを特徴としている。
【００１６】
更に請求項５の発明は、タービン側の作動流体の一部がポンプ入口側に流動するための通路が設けられていることを特徴としている。
更に請求項６の発明は、前記通路が、タービン入口通路の前記羽根入口縁近傍とポンプ入口通路の前記羽根入口縁近傍とを連通する通路であることを特徴としている。
【００１７】
更に請求項７の発明が、前記通路が、前記タービンケーシングおよび前記ポンプケーシング内に設けられていることを特徴としている。
更に請求項８の発明は、前記通路が、一端がタービン出口通路に接続されているとともに他端がポンプ入口近傍に開口する通路であることを特徴としている。
【００１８】
更に請求項９の発明は、前記通路が所定本数設けられていることを特徴としている。
更に請求項１０の発明が、前記通路の他端に、前記ポンプケーシングの入口通路と同心状に配設された環状通路が接続されているとともに、この環状通路にポンプ入口近傍に開口する所定数の孔が穿設されていることを特徴としている。
【００１９】
更に請求項１１の発明は、ポンプ側の前記搬送流体は高濃度の液体でかつ薄めて使用する液体であり、また前記タービン側の作動流体は前記高濃度の液体を薄めるための液体であることを特徴としている。
更に請求項１２の発明は、前記通路を流動する前記作動流体の一部が、その流量が前記搬送流体である高濃度の液体を直接使用可能な適正濃度となるように設定されていることを特徴としている。
【００２６】
【作用】
このように構成された請求項１ないし４の発明にかかるタービン駆動ポンプにおいては、タービン羽根車羽根出口角をボスシュラウド側出口縁でほぼ０゜に設定しているので、羽根のボスシュラウドつけ根部分近傍の作動流体の流れを効率よく羽根外へ導くことができ、これにより羽根出口のボスシュラウド側部分での作動流体の流れが均一となり、羽根出口部分の羽根全域にわたって、作動流体が抵抗なく流出するようになる。また、羽根出口縁のボスシュラウド側部分を下流側の方へ大きく張り出させているとともに、ケーシング側部分を回転軸にほぼ直角に形成し、更にこれらの両部分の間を下流側に凸形となるように円弧状のなめらかな曲線で形成しているので、羽根出口での流路面積が広く確保される。これにより、羽根出口において作動流体が効率よく流れるようになる。したがって、タービンにおけるキャビテーション特性およびタービン効率が向上する。
【００２７】
一方、ポンプ羽根車の羽根入口角をボスシュラウド側入口縁でほぼ０゜に設定しているので、羽根のボスシュラウドつけ根部分近傍の作動流体の流れを効率よく羽根内へ導くことができ、これにより羽根入口のボスシュラウド側部分での作動流体の流れが均一となり、羽根入口部分の羽根全域にわたって、作動流体が有効に作用するようになる。また、羽根入口縁のボスシュラウド側部分を上流側の方へ大きく張り出しているとともに、ケーシング側部分を回転軸にほぼ直角に形成し、更にこれらの両部分の間を上流側に凸形となるように円弧状のなめらかな曲線で形成しているので、羽根入口での流路面積が広く確保される。これにより、羽根入口において搬送流体が効果的に流れるようになる。したがって、ポンプにおけるキャビテーション特性およびポンプ効率が向上する。このように、タービン羽根車のタービン特性、ポンプ羽根車のポンプ特性、およびこれら羽根車のキャビテーション特性が向上することから、本発明のタービン駆動ポンプのポンプ特性およびキャビテーション特性も、大きく向上する。
【００２８】
また、請求項１ないし４の発明によるポンプは比較的大きな流量を効率よく搬送できるようになり、これによりポンプを小型に形成しても流量を確保できるので、タービン駆動ポンプの高速小型化が可能となる。その場合、キャビテーション特性が向上することにより、扱う作動流体あるいは搬送流体が、気体はもちろん液体あるいは液体と気体との混合相からなる中間体であってもより一層の高速化が可能となる。
【００２９】
更に、請求項５ないし１２の発明によるタービン駆動ポンプにおいては、タービン作動流体側からポンプ搬送流体側に通ずる通路を設けているので、タービン側の作動流体の少なくとも一部が通路を通してポンプ入口側に流動し、ポンプ入口側の搬送流体と混合するようになる。そして、作動流体の少なくとも一部が混合した搬送流体がタービン駆動ポンプによって搬送されるようになる。これにより、搬送流体が他の流体と混合されて使用されるような場合、タービンの作動流体としてこの他の流体を用いることにより、タービン駆動ポンプを単に駆動するだけで、他の流体の少なくとも一部と混合されて直接使用可能な搬送流体が搬送されるようになる。
【００３０】
また本発明においては、流体が高濃度あるいは高粘度のため、遠心力を利用したポンプでは従来不可能であった搬送流体の場合には、作動流体の一部を混合して希釈することにより搬送流体をポンプにより容易に搬送できるようになる。特に、搬送流体が例えば濃縮果汁等の搬送が困難な高濃度の液体でかつ薄めてもよい液体である場合は、タービンの作動流体として例えば高濃度の液体を薄める飲用適の清水等の薄め液を用いることにより、本発明のポンプを単に駆動するだけで、直接使用可能な適正な濃度の搬送流体が容易に搬送されるようになる。
【００３１】
このように請求項５ないし１２の発明によれば、流体の混合、流体の希釈、および流体の濃度調整を、流体の搬送と同時に一プロセスで一挙に行うことができるようになる。したがって、搬送流体と他の流体との混合、希釈、および濃度調整の工程を特別に設ける必要がなくなり、作業工数およびコストを大幅に削減できる。

【００３２】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明にかかるタービン駆動ポンプの一実施例の断面図である。
図１に示すように、本実施例におけるタービン駆動ポンプ１は、メインタービンケーシング２内に回転自在に配設されたタービン羽根車３と、メインポンプケーシング４内に回転自在に配設されたポンプ羽根車５と、メインタービンケーシング２とメインポンプケーシング４との境界部に回転自在に支承され、一方の端部にタービン羽根車３が固定されるとともに他方の端部にポンプ羽根車５が固定された回転軸６とを備えている。なお、図１においてはメインタービンケーシング２とメインポンプケーシング４とは一体に形成されているが、これらは別体に形成されてもよいので、便宜上メインタービンケーシングとメインポンプケーシングとの参照符号を異ならせて記載する。
【００３３】
メインタービンケーシング２には、タービン羽根車３を回転するための水や油、ガスまたはそれらの混合相等の作動流体が流れるタービン入口通路７が、スクロール状にかつタービン羽根車３の羽根入口３ａに連通するように設けられているとともに、サブタービンケーシング８が設けられている。サブタービンケーシング８は、タービン羽根車３と協働して羽根入口３ａに流入する作動流体をタービン羽根車３の羽根出口３ｂへ案内流動させるとともに、更に作動流体をサブタービンケーシング８の出口８ａへ案内させるようになっている。
【００３４】
メインポンプケーシング４には、ポンプ羽根車５によって搬送される水、油、果汁等の搬送流体が流れるポンプ出口通路９が、スクロール状にかつポンプ羽根車５の羽根出口５ａに連通するように設けられているとともに、サブポンプケーシング１０が設けられている。サブポンプケーシング１０は、搬送される流体をサブポンプケーシング１０の入口１０ａから案内させるとともに、更にポンプ羽根車５と協働して羽根入口５ｂに流入する搬送流体をポンプ羽根車５の羽根出口５ａへ案内流動させるようになっている。
【００３５】
図２はこの実施例に用いられているタービン羽根車３の矢印Ｘ方向から見た図、図３は図２におけるＡＯＥ線に沿う断面図、図４、図５および図６はそれぞれ図２におけるＢＯ線、ＣＯ線およびＤＯ線に沿う断面図である。
【００３６】
図２および図３に示すように、タービン羽根車３の中央のボス部３ｃに、回転軸６に嵌合される貫通孔３ｄが軸方向に貫通して穿設されている。また、このボス部３ｃの外周面には３枚の羽根３ｅ，３ｅ，３ｅが形成されている。更に、ボス部３ｃにはシュラウド３ｆが連続して形成されているとともに、このシュラウド３ｆの子午面形状が凹形の円弧状回転面として形成されている。そして、シュラウド３ｆの羽根出口縁３ｅ_１が固設されている部分のボスシュラウド３ｆ_１が回転軸線Ｏにほぼ平行に形成されている。
【００３７】
羽根出口縁３ｅ_１のボスシュラウド３ｆ_１側部分３ｅ_２がボスシュラウド３ｆ_１になめらかに連続しかつ下流側へ大きく張り出すようにして形成されている。また、羽根出口縁３ｅ_１の羽根出口チップ側部分、すなわちケーシング８側部分３ｅ_３が、回転軸線Ｏに対しほぼ直角になるように形成されている。更に、羽根出口縁３ｅ_１は、ケーシング８側部分３ｅ_３とボスシュラウド３ｆ_１側部分３ｅ_２との間を下流側に凸形となるように連続した円弧状のなめらかな曲線によって形成されている。この羽根出口縁３ｅ_１の出口角は、羽根出口縁３ｅ_１のボスシュラウド３ｆ_１側部分３ｅ_２でほぼ０゜に設定されているとともに、ボスシュラウド３ｆ_１側部分３ｅ_２から羽根出口縁３ｅ_１のケーシング８側部分３ｅ_３に向かって徐々に大きくなるように設定されている。すなわち、従来のタービンの羽根出口角は、回転中心軸Ｏで９０゜となるようにボス径側で急激に大きくなる、図７に破線で示すような曲線で変化するように設定されているが、本実施例では、羽根出口３ｂにおける羽根出口角は、図７に実線で示すようにボス径ｒ_ｏｂではほぼ０゜に設定されているとともに、このボス径ｒ_ｏｂから羽根出口径ｒ_ｏｏに向かって徐々に大きくなるように、したがって破線で示す従来の曲線とは逆の勾配の曲線で変化するように設定されている。なお図示の例では、羽根出口縁３ｅ_１の出口角は羽根出口縁３ｅ_１のケーシング８側部分３ｅ_３でほぼ従来の設計で一般的に計算される角度に設定されているが、これに限定されることなく、従来の設計で一般的に計算される角度より大きくあるいは小さく設定されてもよい。更に、ボスシュラウド３ｆ_１側部分３ｅ_２とケーシング８側部分３ｅ_３との間の出口角は、なめらかに変化するように設定されている。そして、羽根入口３ａからこのような羽根出口３ｂまでをなめらかな曲線で結ぶことにより、タービン羽根３ｅが形成されている。
【００３８】
図８はこの実施例に用いられているポンプ羽根車５の矢印Ｙ方向から見た図、図９は図８におけるＡＯＥ線に沿う断面図である。このポンプ羽根車５は前述のタービン羽根車３とまったく同じ形状に形成されている。その場合、ポンプ羽根車５においては、流体の流れがタービン羽根車３と逆であるので、タービン羽根車３の入口側がポンプ羽根車５の出口側に、またタービン羽根車３の出口側がポンプ羽根車５の入口側にそれぞれなっている。そこで、ポンプ羽根車５の各構成要素の符号を、タービン羽根車３の対応する構成要素の符号の「３」を「５」に置き換えて表記する。したがって、５ａが羽根出口、５ｂが羽根入口、５ｃがボス部、５ｄが貫通孔、５ｅがポンプ羽根、５ｅ_１が羽根入口縁、５ｅ_２が羽根入口縁５ｅ_１のボスシュラウド５ｆ_１側部分、５ｅ_３が羽根入口縁５ｅ_１のケーシング１０側部分、５ｅ_４が羽根出口縁、５ｆがシュラウド、５ｆ_１がボスシュラウドである。
【００３９】
そして、羽根入口縁５ｅ_１が固設されているボスシュラウド５ｆ_１が回転軸線Ｏにほぼ平行に形成され、羽根入口縁５ｅ_１のボスシュラウド５ｆ_１側部分５ｅ_２がボスシュラウド５ｆ_１になめらかに連続しかつ上流側へ大きく張り出すようにして形成されている。また、羽根入口縁５ｅ_１のケーシング１０側部分５ｅ_３が、回転軸線Ｏに対しほぼ直角になるように形成されている。更に、羽根入口縁５ｅ_１は、ケーシング１０側部分５ｅ_３とボスシュラウド５ｆ_１側部分３ｅ_２との間を上流側に凸形となるように連続した円弧状のなめらかな曲線によって形成されている。この羽根入口縁５ｅ_１の入口角は、羽根入口縁５ｅ_１のボスシュラウド５ｆ_１側部分５ｅ_２でほぼ０゜に設定されているとともに、羽根入口縁５ｅ_１のケーシング１０側部分５ｅ_３でほぼ従来の設計で一般的に計算される角度に設定されている。更に、ボスシュラウド５ｆ_１側部分５ｅ_２とケーシング１０側部分５ｅ_３との間の入口角は、なめらかに変化するように設定されている。
【００４０】
その他のポンプ羽根車５の構成も、タービン羽根車３と同じであるので、その説明は省略するとともに、図８においてＢＯ線、ＣＯ線およびＤＯ線沿うポンプ羽根車５の断面形状は、それぞれ図４、図５および図６に示すタービン羽根車３の断面形状と同じである。
【００４１】
ところで、従来のポンプの羽根入口角は、回転中心軸Ｏで９０゜となるようにボス径側で急激に大きくなるように、すなわち図１０に破線で示すような曲線で変化するように設定されている。これに対して、本実施例では、羽根入口５ｂにおける羽根入口角は、図１０に実線で示すように羽根入口径ｒ_ｉｏでは従来設計により設定される羽根入口角と同じに設定され、かつボス径ｒ_ｉｂではほぼ０゜に設定されているとともに、これら羽根入口径ｒ_ｉｏとボス径ｒ_ｉｂとの間の羽根入口角が、破線で示す従来の曲線とは逆の勾配の曲線で変化するように設定されている。
【００４２】
このように構成された本実施例のタービン駆動ポンプにおいては、タービン入口通路７から水や油等の液体または液体と気体との混合相からなる中間体の作動流体がタービン羽根車３に導入されると、この作動流体は、羽根入口３ａからタービン羽根３ｅに衝突するとともに、タービン羽根３ｅおよびサブタービンケーシング８に案内されて羽根出口３ｂへ流れ、更にサブタービンケーシング８の出口８ａから流出する。このとき、タービン羽根３ｅは作動流体から力を加えられるので、タービン羽根車３は図２において時計方向αに回転する。
【００４３】
タービン羽根車３のα方向の回転により、回転軸６を介してポンプ羽根車５が図８において反時計方向βに回転する。このポンプ羽根車５のβ方向の回転により、水、油、果汁等の液体または液体と気体との混合相からなる中間体の搬送流体がサブポンプケーシング１０の入口１０ａから吸い込まれて羽根入口５ｂに流入し、羽根入口５ｂからポンプ羽根５ｅに送られかつこのポンプ羽根５ｅおよびサブポンプケーシング１０に案内されて羽根出口５ａへ流れ、更にポンプ出口通路９を通って吐出される。
【００４４】
タービン羽根車３の羽根出口角が本実施例のように設定されていると、流体がタービン羽根車３を流れるとき、羽根３ｅのボスシュラウドつけ根部分近傍の作動流体の流れは抵抗なくなめらかに羽根外へ導かれるようになる。これにより、羽根出口３ｂのボスシュラウド３ｆ_１側部分での作動流体の流れが均一となり、羽根出口３ｂ部分の羽根全域（ボスシュラウド側からケーシング側まで）にわたって、作動流体が有効に作用するようになる。また、本実施例では、羽根出口縁３ｅ_１のボスシュラウド側部分３ｅ_２が下流側の方へ大きく張り出されているとともに、ケーシング側部分３ｅ_３が回転軸Ｏにほぼ直角に形成され、更にこれらの両部分３ｅ_２，３ｅ_３の間が下流側に凸形となるように円弧状のなめらかな曲線で形成されている。このように羽根出口縁３ｅ_１が形成されることにより、羽根出口３ｂでの流路面積が広く確保される。これにより、羽根出口３ｂにおいて作動流体が効率よく流れるようになる。したがって、キャビテーションが生じ難くなり、タービンにおけるキャビテーション特性を向上させることができるとともに作動流体のエネルギのロスが少なくなり、タービン効率を向上させることができるようになる。そして、このようにキャビテーション特性およびタービン効率が向上することにより、タービン羽根車３をより一層高速で回転させることが可能となる。
【００４５】
一方、ポンプ羽根車５の羽根入口角が本実施例のように設定されていると、流体がポンプ羽根車５を流れるとき、羽根５ｅのボスシュラウドつけ根部分近傍の流れがそぎ取られるようにして効率よく羽根内へ導かれるようになる。これにより、羽根入口５ｂのボスシュラウド５ｆ_１側部分での流れが均一となり、羽根入口５ｂ部分の羽根全域（ボスシュラウド側からケーシング側まで）にわたって、羽根が有効に作用するようになる。また、本実施例では、羽根入口縁５ｅ_１のボスシュラウド側部分５ｅ_２が上流側の方へ大きく張り出されているとともに、ケーシング側部分５ｅ_３が回転軸Ｏにほぼ直角に形成され、更にこれらの両部分５ｅ_２，５ｅ_３の間が上流側に凸形となるように円弧状のなめらかな曲線で形成されている。このように羽根入口縁５ｅ_１が形成されることにより、羽根入口５ｂでの流路面積が広く確保される。これにより、羽根入口５ｂにおいて搬送流体が効果的に流れるようになる。したがって、ポンプにおけるキャビテーション特性およびポンプ特性を向上させることができるようになる。そして、このようにキャビテーション特性およびポンプ特性が向上することにより、ポンプ羽根車５をより一層高速で回転させることが可能となる。
【００４６】
このように、タービン羽根車３のタービン特性、ポンプ羽根車５のポンプ特性、およびこれら羽根車３，５のキャビテーション特性が向上することから、本実施例のタービン駆動ポンプのポンプ特性およびキャビテーション特性も、大きく向上するようになる。
【００４７】
図１１に、作動流体を水とした場合の本発明のタービン駆動ポンプの揚程およびシステム効率（ポンプ効率×タービン効率）の試験結果を示す。
図１１において、○は本発明のタービン駆動ポンプの回転数が１３，９００〜１６６００ｒｐｍの場合、△はポンプの回転数が８，０００〜１０，０００ｒｐｍの場合、□はポンプの回転数が５，９００〜７，０００ｒｐｍの場合を示している。本試験に使用した本発明のポンプのタービン羽根車３およびポンプ羽根車５は、ともに外径５２ｍｍ、出口径（または入口径）３５ｍｍ、および入口幅（または出口幅）７ｍｍである。試験条件としてのポンプ吸込み条件は、＋１ｍの水頭の押込みの流れ、またタービン出口は自然流下に設定されている。
【００４８】
図１１から明らかなように、本発明によるポンプは、高速回転することにより極めて大きなポンプ揚程Ｈ（ｍ）が得られることがわかる。しかも、このように高速回転しても、システム効率η（％）の最高点はほとんど低下することはなく、高効率が保持されることがわかる。更に、タービン作動点があまり変動しないことがわかった。このようにタービン作動点が変化しないことにより、タービン羽根車３に導入する作動流体の流量および圧力の制御が簡単になる。
【００４９】
したがって、本発明によるポンプは比較的大きな流量を効率よく搬送できるようになり、これによりポンプを小型に形成しても流量を確保できるので、タービン駆動ポンプの高速小型化が可能となる。その場合、キャビテーション特性が向上することにより、扱う作動流体あるいは搬送流体が、気体はもちろん液体あるいは液体と気体との混合相からなる中間体であってもより一層の高速化が可能となる。
【００５０】
更に、各羽根車３，５のチップ側形状は、図３および図９に破線で示すように羽根入口から羽根出口を結ぶ直線形状に形成することができるが、本実施例のように羽根車シュラウドにならった凹形の円弧状に形成することにより、直線形状と同等の流量ー圧力特性を得ることができる。これにより、ポンプでは羽根車を回転させるトルクを低減できるので、またタービンでは同水量で圧力を低減できるので、タービン効率およびポンプ効率をより一層向上させることができる。しかも、このように羽根車３，５のチップ側形状を円弧状に形成することにより、入口から出口にかけてシールラインが長くとれるので、タービン容積効率、タービン効率、ポンプ容積効率、およびポンプ効率をより一層向上させることができる。
【００５１】
なお、前述の実施例においては、タービン羽根車３およびポンプ羽根車５の羽根３ｅ，５ｅをともに３枚設けるものとしているが、本発明は他の任意の枚数設けることもできるとともに、タービン羽根車３の羽根３ｅおよびポンプ羽根車５の羽根５ｅを互いに異なる枚数設けることもできる。
【００５２】
また、ポンプ羽根車５の羽根入口形状およびタービン羽根車３の羽根出口形状が、それぞれ比速度の組合せに関係なく、常に一定形状にすることができる。
【００５３】
更に、扱う流体が気体または気体と液体との混合相からなる中間体のような場合には、例えば図２および図８に二点鎖線で示すようにタービン羽根車３の各羽根３ｅの間に適宜枚数の部分羽根１１を、あるいはポンプ羽根車５の各羽根５ｅの間に部分羽根１２をそれぞれ設けることにより、効率を向上させることができる。その場合、扱う流体が気体である場合ほど、羽根３ｅ，５ｅ間の部分羽根１１，１２の枚数を多くすることが望ましい。
【００５４】
更に、メインタービンケーシング２とメインポンプケーシング４とが別体に形成される場合は、サブタービンケーシング８およびサブポンプケーシング１０を省略することもできる。
【００５５】
図１２は、本発明にかかるタービン駆動ポンプの一応用例を示す断面図、図１３は図１２の応用例の右側面図である。なお、前述の実施例と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
図１２に示すように、本応用例は、タービン入口通路７の羽根入口３ａ近傍とポンプ入口通路１３の羽根入口縁５ｅ_１近傍とを、タービンケーシング２に穿設された通路孔１４、回転軸６を回転可能に支持する軸受１５に穿設された通路孔１６、回転軸６に穿設された通路孔１７、およびタービン羽根車３とポンプ羽根車５と回転軸６とを一体的に連結する回転部締付ボルト１８に穿設された通路孔１９を通して連通している。回転軸６を支持する軸受１５は、タービンケーシング２およびポンプケーシング４に支持されているとともに、図１３に示すようにこれら両ケーシング２，４は環状のクランプリング２０により分解可能にクランプされている。他の構成は図１に示す応用例と同じである。
【００５７】
なお、通路孔１４および通路孔１６は、それぞれタービンケーシング２および軸受１５に周方向に複数設けることもできる。この場合には、複数の通路孔１４および通路孔１６を、回転軸６の通路孔１７の直前に位置して軸受１５に形成された環状溝１６ａに連通するようにすればよい。
【００５８】
このように構成された本応用例においては、図１４に示すように、まず本発明のタービン駆動ポンプ１を搬送流体貯槽２１内の搬送流体内に浸漬させた後、タービン駆動時に作動流体貯槽２２内の作動流体を作動流体給送用ポンプ２３により作動流体供給通路２４を通してタービン入口通路７に供給する。これにより、前述のようにタービン入口通路７に流入してきた作動流体がタービン羽根入口３ａから流入しかつタービン羽根出口３ｂから流出することにより、タービン羽根車３が回転駆動する。タービン羽根出口３ｂから流出する作業を終えた作動流体はタービン出口通路２５から流出し、更に作動流体戻り通路２６を通って再び作動流体貯槽２２内に戻る。このとき、タービン入口通路７内の作動流体の圧力がポンプ入口通路１３内の搬送流体圧力より高くなっているので、タービン入口通路７に流入してきた作動流体の一部が通路孔１４，１６，１７，１９を通ってポンプ入口通路１３の羽根入口縁５ｅ_１近傍に流出し、ポンプ入口通路１３内に浸入している搬送流体と混合する。
【００５９】
そして、このタービン羽根車３の回転駆動により、駆動ピン２７，２７、回転軸６、および駆動ピン２８，２８を介してポンプ羽根車５が回転し、作動流体の一部が混合した搬送混合流体がポンプ羽根入口縁５ｅ_１から流入しかつポンプ羽根出口縁５ａから流出しポンプ出口通路９を通って吐出され、更に搬送流体吐出通路２９を通って搬送混合流体貯槽３０内に貯えられる。
【００６０】
このように本応用例においては、タービン駆動ポンプ１はタービンを作動する前の作動流体の一部が混合された搬送流体を吸込みかつ吐出するようになる。すなわち、本応用例においては、流体の混合、流体の希釈、および流体の濃度調整を、流体の搬送と同時に一プロセスで一挙に行うことができるようになる。したがって、搬送流体と他の流体との混合、希釈、および濃度調整の工程を特別に設ける必要がなくなり、作業工数およびコストを大幅に削減できる。
【００６１】
なお、前述の実施例では、タービン作動流体として液体または液体と気体との混合相からなる中間体を用い、ポンプ搬送流体として液体または液体と気体との混合相からなる中間体を用いるものとしているが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、流体を混合する場合は、タービン作動流体として、ポンプ搬送流体と混合したい流体を用いればよく、流体としては前述の実施例の液体または液体と気体との混合相からなる中間体の他に、気体を用いることができる。その場合、タービン作動流体とポンプ搬送流体とに種類が同じ流体の組合せ、すなわち種類が液体なら液体どうし、気体なら気体どうし、あるいは中間体なら中間体どうしの組合せを用いることができるし、またタービン作動流体とポンプ搬送流体とに、タービン作動流体が液体であるならポンプ搬送流体に気体または中間体を用いる組合せあるいはその逆の組合せ等の種類が異なる流体の組合せを用いることもできる。これらの組合せは、ポンプによる搬送流体の種類に応じて自由に設定することができる。
【００６２】
また混合する比率は搬送流体の搬送流量に応じて混合する作動流体の流量を調節することにより行うことができ、その場合搬送流体の搬送流量あるいは搬送流体の混合比率を連続的に検知し、その検知結果に応じて作動流体の流量を調節することにより、連続的に一定比率の混合を行うことができるようになる。しかも、タービン駆動ポンプの場合は、特に作動流体の圧力が搬送流体の圧力よりも大であるので混合比率が制約されることはなく、したがって混合比率は必要に応じて適宜設定できる。
【００６３】
また希釈や濃度調整を行う場合は、搬送流体に対して作動流体の搬送流体への流入量を調節することにより行われるが、その調節方法は搬送流体の搬送流量と搬送流体の濃度とを検知しながら、その検知結果に基づいて作動流体の流入量を調節するようにする。
【００６４】
例えば、一例として濃縮果汁を搬送流体としたとき、タービン作動流体には飲用適の水を用いるようにする。いま、濃縮果汁が５倍の濃度の濃縮オレンジ果汁であるとすると、果汁原液の濃度（すなわち１倍の濃度）に希釈調整するには、搬送流体の４倍量の作動流体としての飲用適の水を、例えば図１２において、通路孔１４，１６，１７，１９を経てポンプ羽根入口５ｂ側に流動させて濃縮オレンジ果汁に流入させればよい。そして、例えばポンプ出口通路９にオレンジ果汁濃度とオレンジ果汁の流量を測定する計器を取り付け、この計器により検知した濃度と流量とに基づいて演算し、その演算結果に基づいて濃縮オレンジ果汁に流入する水の量を調節する。このようにして、濃縮オレンジ果汁を一定濃度に調整して搬送する場合、混合、希釈および濃度調整の３つの処理が瞬時にかつ搬送と同時に一挙に行われるようになる。
【００６５】
このようなポンプ搬送流体として、液体の場合は、例えば食品用ではオレンジ、パイナップル、りんご（アップル）、マンゴ、グレープ、グレープフルーツ等の果実から得られる果汁およびこれらの混合果汁やこれらの濃縮液、セロリ、ニンジン、トマト等の野菜から得られる野菜汁やこれらの濃縮液、乳、脱脂乳、生クリーム、発酵乳、ホエー等の液状乳製品やこれらの濃縮液があり、これらの食品用の液体を希釈するタービン作動流体としては、飲用適の水を用いることができる。
【００６６】
更に、作動流体と搬送流体とが両者とも、液体を主とする流体の場合は、両者を混合して乳化させることも可能である。この場合、例えば搬送流体が油脂や脂肪を主とするものであるときは、作動流体を飲用適の水にして混合して乳化させる。また、このときに乳化剤が必要であるときは、いずれかまたは両方の流体に乳化剤を添加する。その場合、乳化剤が親水性のものであるときは水に添加し、反対に親油性のものであるときは油脂や脂肪に添加する。得られた乳化物の脂肪分や油分、水分は前記したように自由に調節できる。また、得られた乳化物を油中水型にするか、水中油型にするかは、乳化の形態によって決定される。一般的に連続相が水であれば水中油型になり、油脂や脂肪が連続相であれば油中水型になる。油脂や脂肪には、牛脂、豚脂、魚油、ラード、なたね油、大豆油、コーン油、サフラワー油、ゴマ油、ヒマワリ油、パーム油、パーム核油、椰子油、椿油等やこれらの混合油、加工油が用いられる。両者の流体の温度調節はそれぞれ自由にできるから、熱可塑性のものであれば乳化後冷却することにより乳クリームや、合成クリーム、マーガリン、ショートニング、各種油脂加工品、油脂調製品を製造することもできる。
【００６７】
その他、作動流体および搬送流体としては、醸造用では、乳酸発酵やアルコール発酵等による各種の発酵液、アルコール含有液等が例示でき、医薬用としては液状栄養剤等の各種輸液、生理活性物質、液状薬剤等の各種薬液があり、また化学用では、窒素ガス、炭酸ガス、酸素ガス、水素ガス等の各種単体ガスあるいはこれらの混合ガス、塩素・臭素等の各種ハロゲンガス、有機・無機の酸・アルカリ液、その他の有機・無機の各種液状化合物が例示できる。
【００６８】
そして、各種の液体・気体・中間体を目的に応じて種々の割合で用いて、所望の濃度の流体を形成しかつ搬送することができる。また、特に化学薬剤の場合は、本実施例のタービン駆動ポンプを用いて化学反応も併せて行うこともできるようになる。
【００６９】
図１５は、本発明にかかるタービン駆動ポンプの他の応用例を示す正面図、図１６は図１５の下面図である。なお、前述の実施例と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、その詳細な説明は省略する。
【００７０】
前述の図１２に示す応用例では、タービン入口通路７の羽根入口３ａ近傍とポンプ入口通路１３の羽根入口縁５ｅ_１近傍とを連通しているが、本応用例では、図１５に示すようにタービン出口通路２５を、通路３１を通してポンプ入口通路１３の入口近傍の外部Ａに開口するようにしている。図１６に示すように通路３１は周方向に３本ほぼ等間隔に設けられている。なお、これらの通路３１は３本に限定されることはなく、１本以上所定数設けることができる。他の構成は図１に示す実施例と同じである。
【００７１】
このように構成された本応用例においては、図１４に示す前述の応用例の場合と同様に、まず本発明のタービン駆動ポンプ１を搬送流体貯槽２１内の搬送流体内に浸漬させた後、タービン駆動時に作動流体をポンプ２３によりタービン入口通路７に供給するとともにタービン出口通路２５から流出させることにより、タービン羽根車３（図１５には不図示）が回転駆動する。このとき、タービン出口通路２５内の作動流体の圧力が外部Ａの圧力より高くなっているので、タービン出口通路２５に流出してきた、タービン羽根車３を回転駆動した後の作動流体の一部が通路３１を通って外部Ａに流出し、ポンプ入口通路１３の入口近傍にある搬送流体貯槽２１内の搬送流体と混合する。
【００７２】
そして、前述と同様にタービン羽根車３の回転駆動によりポンプ羽根車５（図１５には不図示）が回転し、作動流体の一部が混合した搬送混合流体がポンプ入口通路１３内に吸い込まれるとともに、ポンプ出口通路９を通って吐出され、更に搬送流体吐出通路２９を通って搬送混合流体貯槽３０内に貯えられる。
【００７３】
このように本応用例においては、タービン駆動ポンプ１はタービン羽根車３の回転駆動後の作動流体の一部が混合された搬送流体を吐出するようになる。
【００７４】
この応用例でも前述の応用例とほぼ同じ効果を得ることができるとともに、本応用例では、タービン羽根車３を回転駆動した後の作動流体の一部を搬送流体に混合するようにしているので、タービン効率をほとんど低下させることなく、ポンプ１を駆動することができるようになる。
【００７５】
図１７は、本発明にかかるタービン駆動ポンプの更に他の応用例を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は環状通路の下面図である。なお、前述の実施例と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
前述の図１５および図１６に示す応用例では、タービン出口通路２５に連通する通路３１をポンプ入口通路１３の入口近傍の外部Ａに開口させているが、本応用例では、図１７（ａ）および（ｂ）に示すようにタービン出口通路２５に連通する通路３１の先端に環状通路３２を接続している。この環状通路３２はポンプ入口通路１３と同心状に配設されているとともに、環状通路３２の下面には外部に開口する孔３３が６個周方向にほぼ等間隔に穿設されている。これらの孔３３は６個に限定されることはなく、１個以上所望の数だけ設けることができるとともに、環状通路３２の内外周側面や上面等の他の場所に設けることもできる。他の構成は図１５および図１６に示す応用例と同じである。
【００７７】
このように構成された本応用例においては、前述の応用例の場合と同様に、ポンプ１を搬送流体貯槽２１内の搬送流体内に浸漬させた後のタービン回転駆動時、タービン出口通路２５に流出してきた作動流体の一部が通路３１を通って環状通路３２に流入し、更に環状通路３２から各孔３３を通って外部Ａに流出し、ポンプ入口通路１３の入口近傍にある搬送流体貯槽２１内の搬送流体と混合する。その場合、環状通路３２すなわち孔３３がポンプ入口通路１３と同心状に配設されているので、各孔３３を通って流出する作動流体の一部は、ポンプ入口通路１３の入口付近で搬送流体により均一に混合し、その混合搬送流体がポンプ入口通路１３内に吸い込まれるようになる。
【００７８】
なお、タービン搬送流体の少なくとも一部をポンプ搬送流体に流入させかつこの搬送流体と混合させて、その搬送流体をポンプにより搬送することに関しては、前述の図２ないし図８に示すタービン羽根車３の羽根形状およびポンプ羽根車５の羽根形状からなるタービン駆動ポンプが最も適しているが、従来からあるタービン羽根車の羽根形状および従来からあるポンプ羽根車の羽根形状からなるタービン駆動ポンプにも本発明を適用することができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のタービン駆動ポンプによれば、タービン羽根車のタービン特性、ポンプ羽根車のポンプ特性、およびこれら羽根車のキャビテーション特性が向上するので、本発明のタービン駆動ポンプのポンプ特性およびキャビテーション特性を大きく向上させることができる。
【００８０】
また、本発明によるポンプは比較的大きな流量を効率よく搬送できるようになり、これによりポンプを小型に形成しても流量を確保できるので、タービン駆動ポンプの高速小型化が可能となる。その場合、キャビテーション特性が向上することにより、扱う作動流体あるいは搬送流体が、気体はもちろん液体あるいは液体と気体との混合相からなる中間体であってもより一層の高速化が可能となる。
更に、羽根形状を本発明のように単に形成するだけで高速小型化が可能となるので、構造がきわめて簡単になる。
【００８１】
更に、本発明の構成では、ポンプ側の搬送流体の密度が小さくなるほどポンプ回転数（ポンプ回転量）が自然に上昇するようになるので、タービンの作動流体を替えることなく、中間体でも揚液できるようになる。したがって、ポンプの制御が簡単であるとともにシステムの構造が簡単になる。
【００８２】
更に本発明によれば、駆動時にタービンの作動流体の一部が混合した搬送流体をポンプにより搬送するようにしているので、搬送流体が他の流体と混合されて使用されるような場合、タービンの作動流体としてこの他の流体を用いることにより、本発明のポンプを単に駆動するだけで、他の流体と混合されて直接使用可能な搬送流体を搬送することができる。しかも、高濃度あるいは高粘度の流体等のポンプによる搬送が困難な搬送流体の場合には、作動流体の一部を混合して希釈することにより搬送流体をポンプにより容易に搬送できるようになる。特に、搬送流体が例えば濃縮果汁等の高濃度の液体でかつ薄めて使用する液体である場合は、タービンの作動流体として例えば高濃度の液体を薄める飲用適の水等の薄め液を用いることにより、本発明のポンプを単に駆動するだけで、直接使用可能な適正な濃度の搬送流体が搬送されるようになる。このように本発明によれば、流体の混合、流体の希釈、および流体の濃度調整を、流体の搬送と同時に一プロセスで一挙に行うことができるようになる。したがって、搬送流体と他の流体との混合、希釈、および濃度調整の工程を特別に設ける必要がなくなり、作業工数およびコストを大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるタービン駆動ポンプの一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す実施例のタービン羽根車の矢印Ｘ方向から見た図である。
【図３】図２におけるＡＯＥ線に沿う断面図である。
【図４】図２におけるＢＯ線に沿う断面図である。
【図５】図２におけるＣＯ線に沿う断面図である。
【図６】図２におけるＤＯ線に沿う断面図である。
【図７】図１に示す実施例のタービン羽根車の羽根出口形状を説明する図である。
【図８】図１に示す実施例のポンプ羽根車の矢印Ｙ方向から見た図である。
【図９】図８におけるＡＯＥ線に沿う断面図である。
【図１０】図１に示す実施例のポンプ羽根車の羽根入口形状を説明する図である。
【図１１】本発明にかかるタービン駆動ポンプの揚程および効率についての試験結果を示す図である。
【図１２】本発明にかかるタービン駆動ポンプの一応用例を示す断面図である。
【図１３】図１２の応用例の右側面図である。
【図１４】図１２の応用例のタービン駆動ポンプの使用状態を説明する図である。
【図１５】本発明にかかるタービン駆動ポンプの他の応用例を部分的に断面をとって示す図である。
【図１６】図１５に示す応用例の下面図である。
【図１７】本発明にかかるタービン駆動ポンプの更に他の応用例を部分的に示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は（ａ）において下方から見た環状通路を示す図である。
【図１８】従来のタービン駆動ポンプの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…タービン駆動ポンプ、２…メインタービンケーシング、３…タービン羽根車、３ａ…タービン羽根入口、３ｂ…タービン羽根出口、３ｃ…タービンのボス部、３ｄ…貫通孔、３ｅ…タービンの羽根、３ｅ_１…タービン羽根出口縁、３ｅ_２…タービン羽根出口縁のボスシュラウド側部分、３ｅ_３…タービン羽根出口縁のケーシング側部分、３ｆ…タービンのシュラウド、４…メインポンプケーシング、５…ポンプ羽根車、５ａ…ポンプ羽根出口、５ｂ…ポンプ羽根入口、５ｃ…ポンプのボス部、５ｄ…貫通孔、５ｅ…ポンプの羽根、５ｅ_１…ポンプ羽根入口縁、５ｅ_２…ポンプ羽根入口縁のボスシュラウド側部分、５ｅ_３…ポンプ羽根入口縁のケーシング側部分、５ｆ…ポンプのシュラウド、６…回転軸、７…タービン入口通路、８…サブタービンケーシング、９…ポンプ出口通路、１０…サブポンプケーシング、１１…タービンの部分羽根、１２…ポンプの部分羽根、１３…ポンプ入口通路、１４，１６，１７，１９…通路孔、１５…軸受、１６ａ…環状溝、１８…回転部締付ボルト、２０…クランプリング、２１…搬送流体貯槽、２２…作動流体貯槽、２３…作動流体給送用ポンプ、２４…作動流体供給通路、２５…タービン出口通路、２６…作動流体戻り通路、２７，２８…駆動ピン、２９…搬送流体吐出通路、３０…搬送混合流体貯槽、３１…通路、３２…環状通路、３３…孔[0001]
[Industrial applications]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbine drive pump in which a pump impeller is rotated by rotation of a turbine impeller, and in particular, an intermediate such as a liquid, a gas, or a mixed phase of a liquid and a gas as a working fluid of the turbine impeller. The present invention relates to a turbine driven pump that can use a fluid consisting of an intermediate such as a liquid, a gas, or a mixed phase of a liquid and a gas as a carrier fluid for a pump impeller.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a fluid pump driven by a turbine, a turbocharger that handles gas as a fluid is well known. This turbocharger has evolved with the development of jet engines in aircraft, and has recently been frequently used as a turbocharger for supplying fuel to automobiles.
[0003]
As a conventional general example of such a turbocharger, there is a turbocharger disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 4-15956. As shown in FIG. 18, the turbocharger a includes a pump impeller c rotatably disposed in a pump casing (described as a turbine housing in the publication) b, and a rotating shaft d of the pump impeller c. And a turbine impeller f rotatably disposed in the turbine housing e. Then, the turbine impeller f is rotationally driven by exhaust gas of an engine (not shown) introduced from the scroll portion g, and the pump impeller c is rotated via the rotation shaft d by the rotational drive of the turbine impeller f. By the rotation of the pump impeller c, air is sucked from the inlet part h of the pump housing b and is supplied to the engine through the scroll part i of the pump housing b. The exhaust gas of the engine is exhausted from the outlet j of the turbine housing e after rotating the turbine impeller f.
As a result, the engine output is increased, the exhaust efficiency is improved, and the speed of the engine can be increased.
[0004]
By the way, in general, in a turbo-driven fluid pump such as a turbocharger, the efficiency of the system cannot be improved unless the speed is increased, and a turbine-driven fluid pump is provided in the system. Meaningless. Conventional fluid pumps driven by a turbine, such as the turbocharger described above, do not cause any particularly problematic problems associated with high speed operation because the fluid to be handled is gas. Therefore, when the fluid to be handled is a gas, it is relatively easy to increase the speed of the fluid pump driven by the turbine, and various fluid pumps driven by the turbine have been developed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In contrast, in recent years, in many cases, it has been necessary to transport an intermediate composed of a liquid or a mixed phase of a liquid and a gas. A fluid pump driven by a turbine is required.
[0006]
However, when a liquid is used as a fluid, if the speed of the fluid pump driven by the turbine increases, unlike a gas, a cavitation phenomenon peculiar to the liquid tends to occur with the increase in the speed. Because of this cavitation phenomenon, it is not easy to increase the speed of the turbine and the pump in a turbine driven fluid pump that handles liquid.
[0007]
Conventionally, as a turbine drive pump using a liquid as a turbine working fluid, a deep well pump for pumping a high temperature pipeline in a temperature range of 177 to 331 ° C. from a geothermal well having a depth of 1,500 to 3,000 m underground. Has been proposed in JP-A-51-91003.
[0008]
This deep well pump is used for a special purpose of pumping a special substance called a high temperature pipeline from a very deep place of 1,500 to 3,000 m underground. Therefore, a multi-stage turbine is used to increase the pump output. It has a structure.
[0009]
However, such a multi-stage structure of the turbine not only complicates the structure, but also increases the size of the system and increases the cost. Furthermore, it is difficult to set the rotation speed of the pump to a high speed because of the above. Even if the rotation speed can be set to a relatively high speed, there is a problem that a cavitation phenomenon peculiar to the liquid occurs.
For these reasons, a general-purpose fluid pump that handles a liquid or intermediate and has a simple structure and is driven by an inexpensive turbine has not yet been put into practical use.
[0010]
Also, in a conventional turbine-driven fluid pump, the working fluid that drives the turbine and the carrier fluid that is carried by the pump are completely separated from each other, and the two fluids are completely sealed. It was not relevant.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a purpose thereof is to further increase the speed even if the fluid to be handled is not only a gas but also an intermediate composed of a liquid or a mixed phase of a liquid and a gas. Another object of the present invention is to provide an inexpensive turbine-driven pump that can achieve high efficiency and has a simple structure.
[0012]
Further, another object of the present invention is to use a fluid related to a pump-side carrier fluid as a turbine-side working fluid, so that a turbine drive capable of transporting a carrier fluid while mixing the carrier fluid with the working fluid. Is to provide a pump.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a turbine drive pump according to the invention of claim 1 includes a pump impeller rotatably disposed in a pump casing, and a pump impeller rotatably disposed in a turbine casing. A turbine impeller provided at least with a coaxially disposed turbine impeller, wherein the pump impeller is configured to be rotated by rotational driving of the turbine impeller. The meridional surface of the shroud connected to the boss to be combined is a concave arc-shaped rotating surface, the boss shroud to which the blade inlet edge is attached is formed in a cylindrical shape substantially parallel to the rotation axis, and the blade inlet edge is formed on the boss shroud surface. From the pump casing, the blade inlet edge of the pump casing side extends substantially at right angles to the rotation axis, and The blade inlet edge attached to the boss-shaped shroud and the pump casing-side blade inlet edge are connected by an arc-shaped smooth curve that is convex on the upstream side to form a blade inlet edge. The blade entrance angle between the boss shroud side and the pump casing side is set to approximately 0 ° at the shroud side entrance edge, and gradually increases from the boss shroud side entrance edge toward the pump casing side entrance edge. And a blade formed by connecting the blade-shaped blade inlet to the blade outlet end with a smooth curve from the blade-shaped blade inlet. The meridional shape of the shroud connected to the boss to be made is a concave arc-shaped rotating surface, and the boss shroud to which the blade outlet edge is attached is formed in a cylindrical shape substantially parallel to the rotation axis, The root outlet edge is smoothly continued from the boss shroud surface and greatly protrudes to the downstream side, and the blade outlet edge on the turbine casing side extends substantially at right angles to the rotation axis, thereby forming the cylindrical boss shroud. A blade outlet edge is formed by connecting the blade outlet edge attached to the turbine casing side blade outlet edge with a smooth arc-shaped curve that is convex toward the downstream side, and the blade outlet angle is set to the boss shroud side outlet edge. To approximately 0 ° and gradually increase from the boss shroud-side outlet edge toward the turbine casing-side outlet edge, and smoothly change the blade outlet angle between the boss shroud side and the turbine casing side. Characterized by having a blade outlet formed in a curved shape, and having a blade formed by connecting with a smooth curve from the blade inlet to the blade-shaped blade outlet end. And
[0014]
The invention according to claim 2 is characterized in that the inlet angle of the blades of the pump is set to an angle calculated by a conventional design at the inlet edge on the pump casing side, and the outlet angle of the blades of the turbine is set on the turbine casing side. It is characterized in that it is set at an angle at the exit edge substantially calculated by a conventional design.
[0015]
Further, the invention according to claim 3 is characterized in that the blade inlet shape of the pump impeller and the blade outlet shape of the turbine impeller are always constant irrespective of the combination of specific speeds. .
Further, in the invention according to claim 4, the working fluid on the pump side is any one of intermediates composed of liquid, gas and a mixed phase thereof, and the working fluid on the turbine side is formed of liquid, gas and mixed phase thereof. Characterized in that it is any of the following intermediates:
[0016]
Further, the invention according to claim 5 is characterized in that a passage for allowing a part of the working fluid on the turbine side to flow to the pump inlet side is provided.
Further, the invention according to claim 6 is characterized in that the passage is a passage communicating between the vicinity of the blade inlet edge of the turbine inlet passage and the vicinity of the blade inlet edge of the pump inlet passage.
[0017]
Further, the invention of claim 7 is characterized in that the passage is provided in the turbine casing and the pump casing.
The invention according to claim 8 is characterized in that the passage is a passage having one end connected to the turbine outlet passage and the other end opening near the pump inlet.
[0018]
Further, the invention of claim 9 is characterized in that a predetermined number of the passages are provided.
The invention according to claim 10 is characterized in that the other end of the passage is connected to an annular passage arranged concentrically with the inlet passage of the pump casing, and the annular passage has a predetermined number of openings near the pump inlet. Characterized by the fact that a hole is provided.
[0019]
Furthermore, the invention of claim 11 is that the carrier fluid on the pump side is a high-concentration liquid and is a liquid to be used diluted, and the working fluid on the turbine side is a liquid for diluting the high-concentration liquid. It is characterized by.
Further, the invention according to claim 12 is that a part of the working fluid flowing through the passage is set to have an appropriate concentration at which the flow rate thereof can directly use a high-concentration liquid as the carrier fluid. Features.
[0026]
[Action]
In the turbine drive pump according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, the exit angle of the turbine impeller blade is set to approximately 0 ° at the boss shroud-side exit edge. The flow of the working fluid in the vicinity can be efficiently guided to the outside of the blade, whereby the flow of the working fluid at the boss shroud side portion of the blade outlet becomes uniform, and the working fluid flows out without resistance over the entire blade at the blade outlet portion. I will do it. In addition, the boss shroud side portion of the blade outlet edge is greatly extended toward the downstream side, and the casing side portion is formed substantially at right angles to the rotation axis, and furthermore, the space between these two portions is convex toward the downstream side. Therefore, a wide flow path area at the blade outlet is secured. This allows the working fluid to efficiently flow at the blade outlet. Therefore, cavitation characteristics and turbine efficiency in the turbine are improved.
[0027]
On the other hand, since the blade inlet angle of the pump impeller is set to substantially 0 ° at the boss shroud-side inlet edge, the flow of the working fluid near the boss shroud base portion of the blade can be efficiently guided into the blade. Thereby, the flow of the working fluid at the boss shroud side portion of the blade inlet becomes uniform, and the working fluid works effectively over the entire blade at the blade inlet portion. In addition, the boss shroud-side portion of the blade inlet edge is greatly extended toward the upstream side, and the casing-side portion is formed substantially at right angles to the rotation shaft, and the space between these two portions is convex toward the upstream side. As described above, the flow path area at the blade inlet is widened because of the formation of the arc-shaped smooth curve. This allows the carrier fluid to flow effectively at the blade inlet. Therefore, cavitation characteristics and pump efficiency of the pump are improved. As described above, since the turbine characteristics of the turbine impeller, the pump characteristics of the pump impeller, and the cavitation characteristics of these impellers are improved, the pump characteristics and cavitation characteristics of the turbine drive pump of the present invention are also greatly improved.
[0028]
In addition, the pump according to the first to fourth aspects of the present invention can efficiently convey a relatively large flow rate, so that the flow rate can be ensured even if the pump is formed small, so that the turbine drive pump can be downsized at high speed. It becomes. In this case, the cavitation characteristics are improved, so that even higher speed can be achieved even when the working fluid or carrier fluid to be handled is not only a gas but also an intermediate composed of a liquid or a mixed phase of a liquid and a gas.
[0029]
Furthermore, in the turbine drive pump according to the fifth to twelfth aspects of the present invention, since the passage communicating from the turbine working fluid side to the pump carrier fluid side is provided, at least a part of the turbine side working fluid passes through the passage to the pump inlet side. It flows and mixes with the carrier fluid on the pump inlet side. Then, the carrier fluid in which at least a part of the working fluid is mixed is transported by the turbine drive pump. Accordingly, in a case where the carrier fluid is used by being mixed with another fluid, by simply using the other fluid as the working fluid of the turbine, the turbine drive pump is simply driven, and at least one of the other fluids is used. The transport fluid that can be directly used by being mixed with the section is transported.
[0030]
Further, in the present invention, in the case of a carrier fluid which has not been conventionally possible with a pump using centrifugal force due to a high concentration or a high viscosity of the fluid, the carrier is conveyed by mixing and diluting a part of the working fluid. The fluid can be easily transported by the pump. In particular, when the carrier fluid is a high-concentration liquid that is difficult to convey such as concentrated juice, and a liquid that may be diluted, for example, a thinning liquid such as potable fresh water that dilutes the high-concentration liquid as the working fluid of the turbine By simply using the pump, it is possible to easily transport a directly usable transport fluid of an appropriate concentration simply by driving the pump of the present invention.
[0031]
As described above, according to the fifth to twelfth aspects of the present invention, the mixing of the fluid, the dilution of the fluid, and the adjustment of the concentration of the fluid can be performed at once at the same time as the transport of the fluid. Therefore, it is not necessary to provide special steps for mixing, diluting, and adjusting the concentration of the transport fluid with another fluid, and the number of operations and costs can be greatly reduced.

[0032]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view of one embodiment of a turbine drive pump according to the present invention.
As shown in FIG. 1, a turbine drive pump 1 according to the present embodiment includes a turbine impeller 3 rotatably disposed in a main turbine casing 2 and a pump rotatably disposed in a main pump casing 4. The impeller 5 is rotatably supported at the boundary between the main turbine casing 2 and the main pump casing 4, and the turbine impeller 3 is fixed to one end and the pump impeller 5 is fixed to the other end. And a rotating shaft 6. In FIG. 1, the main turbine casing 2 and the main pump casing 4 are formed integrally, but they may be formed separately. Described differently.
[0033]
In the main turbine casing 2, a turbine inlet passage 7 through which a working fluid such as water, oil, gas, or a mixed phase thereof for rotating the turbine impeller 3 flows is provided in a scroll shape at the blade inlet 3 a of the turbine impeller 3. The sub-turbine casing 8 is provided so as to communicate with the sub-turbine. The sub-turbine casing 8 cooperates with the turbine impeller 3 to guide the working fluid flowing into the blade inlet 3 a to the blade outlet 3 b of the turbine impeller 3, and furthermore, the working fluid to the outlet 8 a of the sub-turbine casing 8. It is designed to guide you.
[0034]
In the main pump casing 4, a pump outlet passage 9 through which a carrier fluid such as water, oil, and juice conveyed by the pump impeller 5 flows is provided in a scroll shape and communicates with the blade outlet 5 a of the pump impeller 5. And a sub-pump casing 10 is provided. The sub-pump casing 10 guides the fluid to be conveyed from the inlet 10a of the sub-pump casing 10 and further cooperates with the pump impeller 5 to transfer the carrier fluid flowing into the blade inlet 5b to the blade outlet 5a of the pump impeller 5. Guide to flow.
[0035]
FIG. 2 is a view of the turbine impeller 3 used in this embodiment as viewed from the direction of arrow X, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AOE in FIG. 2, and FIGS. It is sectional drawing which follows a BO line, a CO line, and a DO line.
[0036]
As shown in FIGS. 2 and 3, a through hole 3 d to be fitted to the rotating shaft 6 is formed in the center boss portion 3 c of the turbine impeller 3 so as to penetrate in the axial direction. Further, three blades 3e, 3e, 3e are formed on the outer peripheral surface of the boss 3c. Further, the shroud 3f is formed continuously on the boss portion 3c, and the meridional surface of the shroud 3f is formed as a concave arc-shaped rotating surface. And the blade outlet edge 3e of the shroud 3f ₁ Boss shroud 3f at the part where is fixed ₁ Are formed substantially parallel to the rotation axis O.
[0037]
Blade exit edge 3e ₁ Boss shroud 3f ₁ Side part 3e ₂ Is boss shroud 3f ₁ It is formed so as to be smoothly continuous and greatly projecting downstream. In addition, the blade outlet edge 3e ₁ Of the blade outlet tip side, that is, the casing 8 side portion 3e ₃ Are formed so as to be substantially perpendicular to the rotation axis O. Further, the blade outlet edge 3e ₁ Is the casing 8 side portion 3e ₃ And boss shroud 3f ₁ Side part 3e ₂ Is formed by a continuous arc-shaped smooth curve so as to be convex toward the downstream side. This blade exit edge 3e ₁ The exit angle of the blade exit edge 3e ₁ Boss shroud 3f ₁ Side part 3e ₂ And the boss shroud 3f ₁ Side part 3e ₂ From the blade exit edge 3e ₁ Of the casing 8 side 3e ₃ It is set to gradually increase toward. In other words, the blade exit angle of the conventional turbine is set to be a curve as shown by a broken line in FIG. In this embodiment, the blade outlet angle at the blade outlet 3b is the boss diameter r as shown by the solid line in FIG. _ob Is set to almost 0 °, and this boss diameter r _ob To blade outlet diameter r _oo Is set so as to gradually increase toward, and thus change with a curve having a gradient opposite to the conventional curve shown by the broken line. In the illustrated example, the blade outlet edge 3e ₁ Exit angle is blade exit edge 3e ₁ Of the casing 8 side 3e ₃ Is set to an angle generally calculated in a conventional design, but is not limited to this, and may be set to be larger or smaller than an angle generally calculated in a conventional design. Furthermore, boss shroud 3f ₁ Side part 3e ₂ And casing 8 side part 3e ₃ Is set so as to change smoothly. Then, a turbine blade 3e is formed by connecting a smooth curve from the blade inlet 3a to the blade outlet 3b.
[0038]
FIG. 8 is a view of the pump impeller 5 used in this embodiment as viewed from the direction of arrow Y, and FIG. 9 is a cross-sectional view along the AOE line in FIG. This pump impeller 5 is formed in exactly the same shape as the turbine impeller 3 described above. In this case, in the pump impeller 5, since the flow of the fluid is opposite to that of the turbine impeller 3, the inlet side of the turbine impeller 3 is on the outlet side of the pump impeller 5, and the outlet side of the turbine impeller 3 is on the pump impeller side. It is located at the entrance side of car 5. Therefore, the reference numerals of the components of the pump impeller 5 are represented by replacing “3” of the reference numerals of the corresponding components of the turbine impeller 3 with “5”. Therefore, 5a is the blade outlet, 5b is the blade inlet, 5c is the boss, 5d is the through hole, 5e is the pump blade, 5e ₁ Is the blade entrance edge, 5e ₂ Is the blade entrance edge 5e ₁ Boss shroud 5f ₁ Side part, 5e ₃ Is the blade entrance edge 5e ₁ 5e of the casing 10 side ₄ Is the blade exit edge, 5f is the shroud, 5f ₁ Is the boss shroud.
[0039]
And the blade entrance edge 5e ₁ Boss shroud 5f where is fixed ₁ Are formed substantially parallel to the rotation axis O, and the blade inlet edge 5e ₁ Boss shroud 5f ₁ Side part 5e ₂ Is boss shroud 5f ₁ It is formed so as to be smoothly continuous and greatly projecting to the upstream side. In addition, the blade entrance edge 5e ₁ Of the casing 10 side 5e ₃ Are formed so as to be substantially perpendicular to the rotation axis O. Further, the blade entrance edge 5e ₁ Is the casing 10 side portion 5e ₃ And boss shroud 5f ₁ Side part 3e ₂ Is formed by a continuous arc-shaped smooth curve so as to be convex toward the upstream side. This blade entrance edge 5e ₁ The entrance angle of the blade is the blade entrance edge 5e. ₁ Boss shroud 5f ₁ Side part 5e ₂ At about 0 ° and the blade inlet edge 5e ₁ Of the casing 10 side 5e ₃ Is set to an angle generally calculated by a conventional design. Furthermore, boss shroud 5f ₁ Side part 5e ₂ And casing 10 side part 5e ₃ Is set so as to smoothly change.
[0040]
The other configuration of the pump impeller 5 is the same as that of the turbine impeller 3, and therefore the description thereof is omitted, and the cross-sectional shapes of the pump impeller 5 along the BO line, the CO line, and the DO line in FIG. 4, the sectional shape of the turbine impeller 3 shown in FIGS. 5 and 6 is the same.
[0041]
By the way, the blade inlet angle of the conventional pump is set so as to increase sharply on the boss diameter side so as to be 90 ° on the rotation center axis O, that is, to change with a curve shown by a broken line in FIG. ing. On the other hand, in the present embodiment, the blade entrance angle at the blade entrance 5b is the blade entrance diameter r as shown by the solid line in FIG. _io Is set to be the same as the blade entrance angle set by the conventional design, and the boss diameter r _ib Is set to almost 0 °, and these blade inlet diameters r _io And boss diameter r _ib Is set to change with a curve having a gradient opposite to the conventional curve shown by the broken line.
[0042]
In the thus-configured turbine drive pump of the present embodiment, an intermediate working fluid composed of a liquid such as water or oil or a mixed phase of liquid and gas is introduced into the turbine impeller 3 from the turbine inlet passage 7. Then, the working fluid collides with the turbine blade 3e from the blade inlet 3a, is guided by the turbine blade 3e and the sub turbine casing 8, flows to the blade outlet 3b, and further flows out from the outlet 8a of the sub turbine casing 8. At this time, since a force is applied to the turbine blade 3e from the working fluid, the turbine impeller 3 rotates clockwise α in FIG.
[0043]
The rotation of the turbine impeller 3 in the α direction causes the pump impeller 5 to rotate in the counterclockwise direction β in FIG. Due to the rotation of the pump impeller 5 in the β direction, the intermediate carrier fluid composed of a liquid such as water, oil, fruit juice or a mixed phase of liquid and gas is sucked from the inlet 10a of the sub-pump casing 10 and the blade inlet 5b And is sent from the blade inlet 5b to the pump blade 5e, guided by the pump blade 5e and the sub-pump casing 10, flows to the blade outlet 5a, and further discharged through the pump outlet passage 9.
[0044]
When the blade outlet angle of the turbine impeller 3 is set as in the present embodiment, when the fluid flows through the turbine impeller 3, the flow of the working fluid near the boss shroud root portion of the blade 3e is smoothly performed without resistance. You will be led outside. As a result, the boss shroud 3f at the blade outlet 3b ₁ The flow of the working fluid at the side portion becomes uniform, and the working fluid works effectively over the entire blade (from the boss shroud side to the casing side) at the blade outlet 3b. In the present embodiment, the blade outlet edge 3e ₁ Boss shroud side part 3e ₂ Is greatly extended toward the downstream side, and the casing side portion 3e ₃ Are formed substantially at right angles to the rotation axis O. ₂ , 3e ₃ The space between them is formed by a smooth arc-shaped curve so that the space between them becomes convex on the downstream side. Thus, the blade outlet edge 3e ₁ Is formed, a large flow passage area at the blade outlet 3b is ensured. This allows the working fluid to efficiently flow at the blade outlet 3b. Therefore, cavitation hardly occurs, the cavitation characteristics of the turbine can be improved, the energy loss of the working fluid is reduced, and the turbine efficiency can be improved. By improving the cavitation characteristics and the turbine efficiency as described above, the turbine impeller 3 can be rotated at a higher speed.
[0045]
On the other hand, when the blade inlet angle of the pump impeller 5 is set as in the present embodiment, when the fluid flows through the pump impeller 5, the flow near the boss shroud root portion of the blade 5e is removed. It will be efficiently guided into the blade. As a result, the boss shroud 5f at the blade inlet 5b ₁ The flow at the side portion becomes uniform, and the blades effectively work over the entire blade region (from the boss shroud side to the casing side) at the blade inlet 5b. In the present embodiment, the blade entrance edge 5e ₁ Boss shroud side part 5e ₂ Is greatly extended toward the upstream side, and the casing side portion 5e ₃ Are formed substantially at right angles to the rotation axis O. ₂ , 5e ₃ It is formed by a smooth arc-shaped curve so that the space between them becomes convex on the upstream side. Thus, the blade entrance edge 5e ₁ Is formed, a large flow passage area at the blade inlet 5b is ensured. This allows the carrier fluid to flow effectively at the blade inlet 5b. Therefore, cavitation characteristics and pump characteristics of the pump can be improved. By improving the cavitation characteristics and the pump characteristics as described above, the pump impeller 5 can be rotated at a higher speed.
[0046]
As described above, since the turbine characteristics of the turbine impeller 3, the pump characteristics of the pump impeller 5, and the cavitation characteristics of the impellers 3 and 5 are improved, the pump characteristics and the cavitation characteristics of the turbine drive pump of this embodiment are also improved. , Greatly improved.
[0047]
FIG. 11 shows the test results of the head and system efficiency (pump efficiency × turbine efficiency) of the turbine driven pump of the present invention when the working fluid is water.
In FIG. 11, ○ indicates that the rotation speed of the turbine drive pump of the present invention is 13,900 to 16600 rpm, Δ indicates that the rotation speed of the pump is 8,000 to 10,000 rpm, and □ indicates that the rotation speed of the pump is 5, The case of 900 to 7,000 rpm is shown. Both the turbine impeller 3 and the pump impeller 5 of the pump of the present invention used in this test have an outer diameter of 52 mm, an outlet diameter (or inlet diameter) of 35 mm, and an inlet width (or outlet width) of 7 mm. The pump suction conditions as the test conditions are set such that the flow of the water head is pushed by +1 m, and the turbine outlet is set to flow naturally.
[0048]
As is clear from FIG. 11, the pump according to the present invention can obtain an extremely large pump head H (m) by rotating at high speed. Moreover, even at such a high-speed rotation, the highest point of the system efficiency η (%) hardly decreases, and it can be seen that the high efficiency is maintained. Furthermore, it was found that the turbine operating point did not vary much. Since the turbine operating point does not change, control of the flow rate and pressure of the working fluid introduced into the turbine impeller 3 is simplified.
[0049]
Therefore, the pump according to the present invention can efficiently convey a relatively large flow rate, so that the flow rate can be ensured even if the pump is formed in a small size, so that the turbine driven pump can be downsized at high speed. In this case, the cavitation characteristics are improved, so that even higher speed can be achieved even when the working fluid or carrier fluid to be handled is not only a gas but also an intermediate composed of a liquid or a mixed phase of a liquid and a gas.
[0050]
Further, the tip side shape of each of the impellers 3 and 5 can be formed in a straight line shape connecting the blade inlet to the blade outlet as shown by a broken line in FIGS. 3 and 9. By forming a concave arc shape following the shroud, a flow-pressure characteristic equivalent to a linear shape can be obtained. As a result, the torque for rotating the impeller of the pump can be reduced, and the pressure of the turbine can be reduced with the same amount of water, so that the turbine efficiency and the pump efficiency can be further improved. Moreover, by forming the tip side shape of the impellers 3 and 5 in an arc shape in this manner, a long seal line can be taken from the inlet to the outlet, so that the turbine volume efficiency, the turbine efficiency, the pump volume efficiency, and the pump efficiency can be further improved. It can be further improved.
[0051]
In the above-described embodiment, three blades 3e, 5e of the turbine impeller 3 and the pump impeller 5 are provided. However, the present invention can provide another arbitrary number of turbine impellers. The number of blades 3e of the third blade and the number of blades 5e of the pump impeller 5 may be different from each other.
[0052]
Further, the blade inlet shape of the pump impeller 5 and the blade outlet shape of the turbine impeller 3 can always be made constant regardless of the combination of the specific velocities.
[0053]
Further, in the case where the fluid to be handled is an intermediate composed of a gas or a mixed phase of a gas and a liquid, for example, as shown by a two-dot chain line in FIGS. 2 and 8, between each blade 3e of the turbine impeller 3. By providing an appropriate number of partial blades 11 or providing the partial blades 12 between the respective blades 5e of the pump impeller 5, the efficiency can be improved. In this case, it is desirable to increase the number of partial blades 11 and 12 between the blades 3e and 5e as the fluid to be handled is a gas.
[0054]
Further, when the main turbine casing 2 and the main pump casing 4 are formed separately, the sub-turbine casing 8 and the sub-pump casing 10 can be omitted.
[0055]
FIG. 12 is a sectional view showing an application example of the turbine drive pump according to the present invention, and FIG. 13 is a right side view of the application example of FIG. The same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
[0056]
As shown in FIG. 12, the present application example is the vicinity of the blade inlet 3 a of the turbine inlet passage 7 and the blade inlet edge 5 e of the pump inlet passage 13. ₁ A passage hole 14 formed in the turbine casing 2, a passage hole 16 formed in a bearing 15 that rotatably supports the rotating shaft 6, a passage hole 17 formed in the rotating shaft 6, and a turbine The impeller 3, the pump impeller 5, and the rotating shaft 6 are connected to each other through a passage hole 19 formed in a rotating part tightening bolt 18 that integrally connects the rotating shaft 6 with the impeller 3. A bearing 15 for supporting the rotating shaft 6 is supported by the turbine casing 2 and the pump casing 4, and the casings 2 and 4 are clamped so as to be disassembled by an annular clamp ring 20 as shown in FIG. . Other configurations are the same as those of the application example shown in FIG.
[0057]
A plurality of passage holes 14 and passage holes 16 may be provided in the turbine casing 2 and the bearing 15 in the circumferential direction, respectively. In this case, the plurality of passage holes 14 and passage holes 16 may be connected to an annular groove 16 a formed in bearing 15 immediately before passage hole 17 of rotating shaft 6.
[0058]
In this application example configured as described above, as shown in FIG. 14, first, the turbine drive pump 1 of the present invention is immersed in the carrier fluid in the carrier fluid reservoir 21, and then the working fluid reservoir 22 is driven when the turbine is driven. The working fluid inside is supplied to the turbine inlet passage 7 through the working fluid supply passage 24 by the working fluid supply pump 23. As a result, the working fluid flowing into the turbine inlet passage 7 flows in from the turbine blade inlet 3a and flows out from the turbine blade outlet 3b as described above, whereby the turbine impeller 3 is rotationally driven. The working fluid that has finished the work flowing out of the turbine blade outlet 3b flows out of the turbine outlet passage 25, and further returns to the working fluid storage tank 22 through the working fluid return passage 26. At this time, since the pressure of the working fluid in the turbine inlet passage 7 is higher than the pressure of the carrier fluid in the pump inlet passage 13, a part of the working fluid flowing into the turbine inlet passage 7 is partially removed from the passage holes 14, 16,. 17 and 19, the blade inlet edge 5e of the pump inlet passage 13 ₁ It flows out near and mixes with the carrier fluid that has entered the pump inlet passage 13.
[0059]
The rotation of the turbine impeller 3 causes the pump impeller 5 to rotate via the drive pins 27, 27, the rotating shaft 6, and the drive pins 28, 28. Is the pump blade inlet edge 5e ₁ And discharged from the pump blade outlet edge 5a through the pump outlet passage 9 and further stored in the transport mixed fluid storage tank 30 through the transport fluid discharge passage 29.
[0060]
As described above, in this application example, the turbine drive pump 1 sucks and discharges the carrier fluid in which a part of the working fluid before operating the turbine is mixed. That is, in this application example, the mixing of the fluid, the dilution of the fluid, and the adjustment of the concentration of the fluid can be performed all at once at the same time as the transport of the fluid. Therefore, it is not necessary to provide special steps for mixing, diluting, and adjusting the concentration of the transport fluid with another fluid, and the number of operations and costs can be greatly reduced.
[0061]
In the above-described embodiment, an intermediate composed of a liquid or a mixed phase of a liquid and a gas is used as the turbine working fluid, and an intermediate composed of a liquid or a mixed phase of a liquid and a gas is used as the pumping fluid. However, the present invention is not limited to these. For example, when mixing a fluid, a fluid to be mixed with the pump carrier fluid may be used as the turbine working fluid. As the fluid, in addition to the liquid or the intermediate composed of a mixed phase of liquid and gas of the above-described embodiment, , Gas can be used. In this case, a combination of the same type of fluid for the turbine working fluid and the pumping fluid, that is, a combination of liquids if the type is liquid, a combination of gases if the gas, or a combination of intermediates if the intermediate, and the turbine If the turbine working fluid is a liquid, a combination of different types of fluids such as a combination using a gas or an intermediate as the pumping fluid or vice versa may be used as the working fluid and the pumping fluid. These combinations can be freely set according to the type of the fluid transported by the pump.
[0062]
The mixing ratio can be adjusted by adjusting the flow rate of the working fluid to be mixed according to the transfer flow rate of the transfer fluid.In this case, the transfer flow rate of the transfer fluid or the mixing ratio of the transfer fluid is continuously detected, and By adjusting the flow rate of the working fluid according to the detection result, it becomes possible to continuously perform mixing at a constant ratio. In addition, in the case of a turbine drive pump, the mixing ratio is not restricted because the pressure of the working fluid is higher than the pressure of the carrier fluid. Therefore, the mixing ratio can be appropriately set as needed.
[0063]
In addition, when performing dilution or concentration adjustment, the amount of working fluid flowing into the carrier fluid is adjusted with respect to the carrier fluid. The adjustment method detects the carrier flow rate and carrier fluid concentration. Meanwhile, the inflow amount of the working fluid is adjusted based on the detection result.
[0064]
For example, when concentrated fruit juice is used as a carrier fluid, potable water is used as the turbine working fluid. Now, assuming that the concentrated juice is a five-fold concentration of orange juice, in order to adjust the dilution to the concentration of the undiluted juice (ie, one-fold concentration), it is suitable for drinking as a working fluid of four times the amount of the carrier fluid. For example, in FIG. 12, water may be caused to flow to the pump blade inlet 5b side through the passage holes 14, 16, 17, and 19 to flow into the concentrated orange juice. Then, for example, a meter for measuring the orange juice concentration and the flow rate of the orange juice is attached to the pump outlet passage 9, and a calculation is performed based on the concentration and the flow rate detected by the meter, and the juice flows into the concentrated orange juice based on the calculation result. Adjust the amount of water. In this way, when the concentrated orange juice is adjusted to a constant concentration and transported, the three processes of mixing, dilution, and concentration adjustment are performed instantaneously and simultaneously with the transportation.
[0065]
As such a pumping fluid, in the case of a liquid, for example, juices obtained from fruits such as orange, pineapple, apple (apple), mango, grape, grapefruit and the like, and mixed juices thereof, concentrated liquids, and celery for foods There are vegetable juices and their concentrated liquids obtained from vegetables such as carrots and tomatoes, liquid milk products such as milk, skim milk, fresh cream, fermented milk and whey and their concentrated liquids. Drinkable water can be used as the turbine working fluid to be diluted.
[0066]
Further, when both the working fluid and the carrier fluid are fluids mainly composed of liquid, it is also possible to mix and emulsify both. In this case, for example, when the carrier fluid is mainly composed of fats and oils, the working fluid is made into drinkable water, mixed and emulsified. If an emulsifier is required at this time, the emulsifier is added to one or both of the fluids. In that case, when the emulsifier is hydrophilic, it is added to water, and when it is lipophilic, it is added to oils and fats. The fat content, oil content, and water content of the obtained emulsion can be freely adjusted as described above. Whether the obtained emulsion is a water-in-oil type or an oil-in-water type is determined by the form of the emulsification. In general, when the continuous phase is water, the oil-in-water type is used, and when the fats and oils and fats are the continuous phase, the oil-in-water type is used. Oils and fats include beef tallow, lard, fish oil, lard, rapeseed oil, soybean oil, corn oil, safflower oil, sesame oil, sunflower oil, palm oil, palm kernel oil, coconut oil, camellia oil, etc. Processing oil is used. Since the temperature of both fluids can be freely adjusted, it is also possible to manufacture milk cream, synthetic cream, margarine, shortening, processed oils and fats, and oil and fat preparations by thermoplastic emulsification and cooling. it can.
[0067]
In addition, as the working fluid and the carrier fluid, for brewing, various fermentation liquids such as lactic acid fermentation and alcohol fermentation, alcohol-containing liquids and the like can be exemplified, and for medicine, various infusions such as liquid nutrients, physiologically active substances, There are various chemical liquids such as liquid drugs, and for chemical use, various simple gases such as nitrogen gas, carbon dioxide gas, oxygen gas, hydrogen gas or mixed gas thereof, various halogen gases such as chlorine and bromine, organic and inorganic acids -Examples include alkali liquids and various other organic and inorganic liquid compounds.
[0068]
Then, by using various liquids, gases, and intermediates at various ratios according to the purpose, a fluid having a desired concentration can be formed and transported. Particularly, in the case of a chemical agent, a chemical reaction can also be performed by using the turbine drive pump of this embodiment.
[0069]
FIG. 15 is a front view showing another application example of the turbine drive pump according to the present invention, and FIG. 16 is a bottom view of FIG. The same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
[0070]
In the application example shown in FIG. 12, the vicinity of the blade inlet 3a of the turbine inlet passage 7 and the blade inlet edge 5e of the pump inlet passage 13 ₁ In this application example, the turbine outlet passage 25 is opened to the outside A near the inlet of the pump inlet passage 13 through the passage 31 as shown in FIG. As shown in FIG. 16, three passages 31 are provided at substantially equal intervals in the circumferential direction. The number of the passages 31 is not limited to three, and one or more predetermined passages can be provided. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIG.
[0071]
In the present application example configured as described above, similarly to the above-described application example illustrated in FIG. 14, first, the turbine drive pump 1 of the present invention is immersed in the carrier fluid in the carrier fluid storage tank 21. When the turbine is driven, the working fluid is supplied to the turbine inlet passage 7 by the pump 23 and flows out from the turbine outlet passage 25, whereby the turbine impeller 3 (not shown in FIG. 15) is rotationally driven. At this time, since the pressure of the working fluid in the turbine outlet passage 25 is higher than the pressure of the outside A, a part of the working fluid that has flowed out into the turbine outlet passage 25 and has been rotationally driven by the turbine impeller 3 is partially removed. It flows out to the outside A through the passage 31 and mixes with the carrier fluid in the carrier fluid storage tank 21 near the inlet of the pump inlet passage 13.
[0072]
Then, as described above, the pump impeller 5 (not shown in FIG. 15) is rotated by the rotational drive of the turbine impeller 3, and the transport mixed fluid in which a part of the working fluid is mixed is sucked into the pump inlet passage 13. At the same time, the fluid is discharged through the pump outlet passage 9 and further stored in the transport mixed fluid storage tank 30 through the transport fluid discharge passage 29.
[0073]
As described above, in this application example, the turbine drive pump 1 discharges the carrier fluid in which a part of the working fluid after the rotation of the turbine impeller 3 is mixed.
[0074]
In this application example, almost the same effects as those of the above application example can be obtained, and in this application example, a part of the working fluid after rotationally driving the turbine impeller 3 is mixed with the carrier fluid. Thus, the pump 1 can be driven with almost no reduction in turbine efficiency.
[0075]
FIGS. 17A and 17B show still another application example of the turbine drive pump according to the present invention, wherein FIG. 17A is a front view thereof, and FIG. 17B is a bottom view of an annular passage. The same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
[0076]
In the application example shown in FIGS. 15 and 16 described above, the passage 31 communicating with the turbine outlet passage 25 is opened to the outside A near the inlet of the pump inlet passage 13, but in this application example, FIG. As shown in (b), an annular passage 32 is connected to an end of a passage 31 communicating with the turbine outlet passage 25. The annular passage 32 is arranged concentrically with the pump inlet passage 13, and has six holes 33 opened to the outside at substantially equal intervals in the circumferential direction on the lower surface of the annular passage 32. The number of the holes 33 is not limited to six, and one or more holes can be provided in a desired number. Alternatively, the holes 33 can be provided in other places such as the inner and outer peripheral side surfaces and the upper surface of the annular passage 32. Other configurations are the same as those of the application example shown in FIGS.
[0077]
In this application example configured as described above, similarly to the above-described application example, when the turbine 1 is driven to rotate after the pump 1 is immersed in the carrier fluid in the carrier fluid storage tank 21, the pump outlet passage 25 A part of the working fluid that has flowed out flows into the annular passage 32 through the passage 31, further flows out of the annular passage 32 to the outside A through each hole 33, and is located near the inlet of the pump inlet passage 13. Mix with the carrier fluid in 21. In this case, since the annular passage 32, that is, the hole 33 is disposed concentrically with the pump inlet passage 13, a part of the working fluid flowing out through each hole 33 is conveyed by the carrier fluid near the inlet of the pump inlet passage 13. And the mixed carrier fluid is sucked into the pump inlet passage 13.
[0078]
It should be noted that at least a part of the turbine carrier fluid is caused to flow into the pump carrier fluid and mixed with the carrier fluid, and the carrier fluid is carried by the pump with respect to the turbine impeller 3 shown in FIGS. The turbine drive pump having the blade shape of the conventional pump impeller and the turbine drive pump having the blade shape of the conventional turbine impeller and the conventional pump impeller are most suitable. The invention can be applied.
[0079]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the turbine drive pump of the present invention, the turbine characteristics of the turbine impeller, the pump characteristics of the pump impeller, and the cavitation characteristics of these impellers are improved. The pump characteristics and cavitation characteristics of the pump can be greatly improved.
[0080]
In addition, the pump according to the present invention can efficiently convey a relatively large flow rate, whereby the flow rate can be ensured even if the pump is formed small, so that the turbine drive pump can be downsized at high speed. In this case, the cavitation characteristics are improved, so that even higher speed can be achieved even when the working fluid or carrier fluid to be handled is not only a gas but also an intermediate composed of a liquid or a mixed phase of a liquid and a gas.
Further, since the high-speed miniaturization can be achieved simply by forming the blade shape as in the present invention, the structure becomes extremely simple.
[0081]
Further, in the configuration of the present invention, the pump rotation speed (pump rotation amount) naturally rises as the density of the carrier fluid on the pump side decreases, so that the pumping of the intermediate fluid can be performed without changing the working fluid of the turbine. become able to. Therefore, the control of the pump is simple and the structure of the system is simple.
[0082]
Further, according to the present invention, the carrier fluid in which a part of the working fluid of the turbine is mixed is driven by the pump at the time of driving. Therefore, when the carrier fluid is used by being mixed with another fluid, the turbine is used. By using this other fluid as the working fluid, it is possible to carry a directly usable carrier fluid mixed with the other fluid by simply driving the pump of the present invention. In addition, in the case of a transport fluid that is difficult to transport a high-concentration or high-viscosity fluid by a pump, the transport fluid can be easily transported by the pump by mixing and diluting a part of the working fluid. In particular, when the carrier fluid is a high-concentration liquid such as concentrated juice and a liquid to be used by diluting, for example, by using a diluting liquid such as potable water for diluting the high-concentration liquid as the working fluid of the turbine. By simply driving the pump of the present invention, an appropriate concentration of transport fluid that can be used directly can be transported. As described above, according to the present invention, the mixing of the fluid, the dilution of the fluid, and the adjustment of the concentration of the fluid can be performed in one process simultaneously with the transport of the fluid. Therefore, it is not necessary to provide special steps for mixing, diluting, and adjusting the concentration of the transport fluid with another fluid, and the number of operations and costs can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a turbine drive pump according to the present invention.
FIG. 2 is a view of the turbine impeller of the embodiment shown in FIG. 1 as viewed from an arrow X direction.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AOE in FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view taken along the line BO in FIG. 2;
FIG. 5 is a sectional view taken along the line CO in FIG. 2;
FIG. 6 is a sectional view taken along the line DO in FIG. 2;
FIG. 7 is a view for explaining a blade outlet shape of the turbine impeller of the embodiment shown in FIG. 1;
8 is a view of the pump impeller of the embodiment shown in FIG. 1 as seen from the direction of arrow Y.
9 is a sectional view taken along the line AOE in FIG.
FIG. 10 is a view for explaining a blade inlet shape of the pump impeller of the embodiment shown in FIG. 1;
FIG. 11 is a diagram showing test results on the head and efficiency of the turbine drive pump according to the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing one application example of the turbine drive pump according to the present invention.
FIG. 13 is a right side view of the application example of FIG.
FIG. 14 is a diagram illustrating a use state of the turbine drive pump of the application example of FIG.
FIG. 15 is a diagram partially showing a cross section of another application example of the turbine drive pump according to the present invention.
16 is a bottom view of the application example shown in FIG.
FIGS. 17A and 17B partially show still another application example of the turbine drive pump according to the present invention, wherein FIG. 17A is a front view thereof, and FIG. 17B is a view showing an annular passage viewed from below in FIG. .
FIG. 18 is a sectional view showing an example of a conventional turbine drive pump.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbine drive pump, 2 ... Main turbine casing, 3 ... Turbine impeller, 3a ... Turbine blade inlet, 3b ... Turbine blade outlet, 3c ... Turbine boss part, 3d ... Through hole, 3e ... Turbine blade, 3e ₁ … Turbine blade outlet edge, 3e ₂ ... Boss shroud side portion of turbine blade outlet edge, 3e ₃ ... Casing-side portion of turbine blade outlet edge, 3f. Turbine shroud, 4 ... Main pump casing, 5 ... Pump impeller, 5a ... Pump blade outlet, 5b ... Pump blade inlet, 5c ... Pump boss, 5d ... Penetration Hole, 5e ... Pump blade, 5e ₁ ... Pump blade inlet edge, 5e ₂ ... Boss shroud side of pump blade inlet edge, 5e ₃ ... Casing-side portion of pump blade inlet edge, 5f Pump shroud, 6 rotating shaft, 7 turbine inlet passage, 8 sub turbine casing, 9 pump outlet passage, 10 sub pump casing, 11 turbine portion Blades, 12: partial blades of the pump, 13: pump inlet passage, 14, 16, 17, 19: passage hole, 15: bearing, 16a: annular groove, 18: rotating part tightening bolt, 20: clamp ring, 21 ... Carrier fluid storage tank, 22 ... Working fluid storage tank, 23 ... Working fluid supply pump, 24 ... Working fluid supply passage, 25 ... Turbine outlet passage, 26 ... Working fluid return passage, 27,28 ... Drive pin, 29 ... Carrier fluid Discharge passage, 30: transport mixed fluid storage tank, 31: passage, 32: annular passage, 33: hole

Claims

A pump impeller rotatably disposed in the pump casing; and a turbine impeller rotatably disposed in the turbine casing and coaxial with the pump impeller, and rotationally driving the turbine impeller. In the turbine drive pump wherein the pump impeller is rotated by
In the pump impeller, the meridional surface of the shroud connected to the boss fitted to the rotating shaft is a concave arcuate rotating surface, and the boss shroud to which the blade inlet edge is attached is formed in a cylindrical shape substantially parallel to the rotating shaft. The blade inlet edge is smoothly continued from the boss shroud surface and greatly protrudes to the upstream side, and the blade inlet edge on the pump casing side extends substantially at right angles to the rotation axis, and the cylindrical shape is formed. The blade inlet edge attached to the boss shroud and the pump casing side blade inlet edge are connected by an arc-shaped smooth curve that forms a convex shape on the upstream side to form a blade inlet edge. The angle is set to approximately 0 ° at the edge, and gradually increases from the boss shroud-side inlet edge toward the pump casing-side inlet edge. Has a blade inlet of smoothly altered so shape the blade inlet angle between the ring side, provided with a blade which is formed by connecting in a smooth curve from the blade inlet of the blade shape to the blade outlet end,
In the turbine impeller, the meridional surface of the shroud connected to the boss fitted to the rotating shaft is a concave arc-shaped rotating surface, and the boss shroud to which the blade outlet edge is attached is formed in a cylindrical shape substantially parallel to the rotating shaft. The blade outlet edge is smoothly continued from the boss shroud surface and is greatly extended to the downstream side, and the blade outlet edge on the turbine casing side is extended substantially at right angles to the rotation axis, and the cylindrical boss is formed. The blade outlet edge attached to the shroud and the turbine casing-side blade outlet edge are connected by a smooth arc-shaped curve that forms a convex shape on the downstream side to form a blade outlet edge, and the outlet angle of this blade is set to the boss shroud side outlet. The boss shroud side is set to be approximately 0 ° and gradually increases from the boss shroud side outlet edge toward the turbine casing side outlet edge. A blade outlet having a shape in which the blade outlet angle between the blade and the casing side is smoothly changed, and a blade formed by connecting the blade inlet with a smooth curve from the blade inlet to the blade-shaped blade outlet end. Features a turbine driven pump.

The inlet angle of the pump blade is set to an angle calculated by the conventional design at the pump casing-side inlet edge, and the outlet angle of the turbine blade is set at the turbine casing-side outlet edge by the substantially conventional design. The turbine driven pump according to claim 1, wherein the angle is set to a calculated angle.

The turbine driven pump according to claim 1, wherein the blade inlet shape of the pump impeller and the blade outlet shape of the turbine impeller are always constant regardless of a combination of specific velocities. .

The carrier fluid on the pump side is any of intermediates composed of liquid, gas and their mixed phases, and the working fluid on the turbine side is any of intermediates composed of liquid, gas and their mixed phases. The turbine driven pump according to claim 1 or 2, wherein:

The turbine drive pump according to any one of claims 1 to 3, wherein a passage for allowing a part of the working fluid on the turbine side to flow to the pump inlet side is provided.

The turbine drive pump according to claim 5, wherein the passage is a passage that communicates a vicinity of the blade inlet edge of a turbine inlet passage with a vicinity of the blade inlet edge of a pump inlet passage.

The turbine drive pump according to claim 5, wherein the passage is provided in the turbine casing and the pump casing.

The turbine drive pump according to claim 5, wherein the passage is a passage having one end connected to the turbine outlet passage and the other end opening near the pump inlet.

The turbine drive pump according to claim 8, wherein a predetermined number of the passages are provided.

The other end of the passage is connected to an annular passage concentrically arranged with the inlet passage of the pump casing, and a predetermined number of holes are opened in the annular passage near the pump inlet. The turbine-driven pump according to claim 8, wherein:

6. The pump according to claim 5, wherein the carrier fluid is a high-concentration liquid and is a liquid used for dilution, and the working fluid on the turbine side is a liquid for thinning the high-concentration liquid. Turbine driven pump.

12. The method according to claim 11, wherein a part of the working fluid flowing through the passage has a flow rate set to an appropriate concentration at which a high-concentration liquid as the carrier fluid can be directly used. Turbine driven pump.