JP3771794B2

JP3771794B2 - Centrifugal pump

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Publication number: JP3771794B2
Application number: JP2000338117A
Authority: JP
Inventors: 真丈前川; 裕川田; 隆信小室; 和芳宮川; 直幸北島; 毅竹内; 康晴山本; 揚小西
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2020-11-06
Also published as: JP2002081398A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遠心ポンプに関し、特にはその静止流路形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は典型的な高圧多段遠心ポンプの全体の断面図である。流体は吸込口から入り、各段の羽根車１を順次通過する毎に、単段羽根車揚程分昇圧され吐出口より高圧状態で流出する。
図１８（Ａ）は図１７のXVIIIA-XVIIIA 面に沿って見た、ある１つの段のポンプの断面図であって、羽根車１の周りに、基部２ａと基部２ａから延伸する舌部２ｂから成る固定案内羽根２が部分的にオーバーラップするように、周方向に３個所（但し固定案内羽根は１乃至複数箇所でも良い）、所定のピッチで配設されている。隣接する２つの固定案内羽根２の内の上流側の固定案内羽根２の、詳細にはその基部２ａの、内側面３と、下流側の固定案内羽根２の、詳細にはその舌部２ｂの外側面４で静止流路５が構成される。羽根車１から流出した流体は、舌部２ｂの舌端部６の先端の舌端６ａで画成される入口８から静止流路５内に入り、静止流路５おいて、減速し、速度エネルギーから圧力エネルギーに変換され次の段の羽根車入口に導かれる。
図１８の（Ｂ）は、図１８の（Ａ）の線XVIIIB-XVIIIB線に沿って見た断面である。
【０００３】
なお、特許請求の範囲を含め、本明細書に説明において、舌部、舌端部および舌端という用語を使用するが、舌部２ｂは固定案内羽根２の基部２ａから舌の様に延伸している部材全体を意味し、舌端部６はその先端部分を意味し、舌端６ａは、舌端部６の最先端を意味する。
【０００４】
上記のような、高圧ポンプのプラント配管系統内において、小流量運転を行った場合に、配管系統内の圧力脈動振幅が増加し、激しい振動が発生することがある。
これは、図１９の（Ａ）に示すようなポンプの、いわゆる、Ｑ−Ｈ特性（静特性を意味する）の右上がりの不安定域近傍で運転することによるサージング等の不安定現象、もしくは、配管系流体柱の固有振動数と連成した自励振動現象等であることが明らかになってきている。
【０００５】
従来は、こうしたトラブルの対策として、ポンプ運転点の下限を上げたり、配管系の変更により流体柱の固有振動数を変える等が行なわれてきたが後者は、系統変更が困難な場合が多く、その効果も不確さが残るため多くの場合前者の対策がなされている。一方、ポンプ運転点の下限（ミニマムフロー）の増加策は、必要以上の流量を送水するため、プラントシステムとしてのエネルギー損失につながったりバイパス流路等余分な配管が必要となる場合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ポンプ特性の不安定性そのものを低減することが望まれており、本発明はかかる状況に鑑み、ポンプ特性の安定性を向上することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
さて、本願出願人は、実験によって、定格点流量運転時では図２０（Ａ）に示すスムーズな流況を示すものが、図１９における低流量の不安定域（右上がり領域）のポンプ運転条件では、図２０の（Ｂ）に示すように渦を発生していることを確認した。
そして、この渦が拡大・発達して圧損が増加して、抵抗が不安定となり、その結果、ポンプの特性が不安定になるものと考えられる。
そこで、本発明では、上記知見に基づき以下のようにして、ポンプの安定性を向上する。
【０００８】
請求項１の発明によれば、回転駆動される羽根車の外側に軸方向に離間して形成された一対の軸方向側壁の間に、舌部を有する１個乃至複数の固定案内羽根を架橋配置し、固定案内羽根の内側面と固定案内羽根の外側面で静止流路を形成して成る遠心ポンプにおいて、
低流量時に固定案内羽根の舌端の近傍の径方向外側の領域に発生する渦を抑制するために、固定案内羽根の舌端の近傍の径方向外側の領域に渦発生抑制手段を設けたことを特徴とする遠心ポンプが提供される。
このように構成した遠心ポンプでは低流量時、渦発生抑制手段により渦発生が抑制されるので、ポンプ特性の安定性が向上する。
請求項２の発明では、固定案内羽根の舌端位置における静止流路の入口の径をＡとしたときに、舌端から上流側に長さＡの位置から下流側に長さ２Ａの位置までの区間の、固定案内羽根よりも径方向外側の領域に、渦発生抑制手段が設けられる。
【０００９】
請求項３の発明では、渦発生抑制手段が、軸方向側壁に設けられた、部分流量時の高い静圧領域と低い静圧領域とを結ぶ、１つ以上の再循環流路とされ、再循環流路を通る流れにより渦の発生が抑制される。
請求項４の発明では、特に、再循環流路が、軸方向側壁の壁面に形成した溝であって、該溝が部分流量時の強い静圧勾配に沿って形成されており、請求項５の発明では、特に、再循環流路が、渦発生領域の軸方向側壁の壁面に入口を有し、該入口より内側の壁面に出口を有する、軸方向側壁の内部に形成されたトンネル状の流路とされる。
【００１０】
請求項６の発明では、渦発生抑制手段が渦発生領域の上流部分の静止流路内に配設した１つ以上の渦撹乱板とされ、渦撹乱板によって渦の成長が抑制される。
請求項７の発明では、特に、渦撹乱板は、長手方向の軸線が定格点流量運転時に渦が発生しないように定格点流量運転時の流れ方向に略沿うように設置されている。
請求項８の発明では、渦発生抑制手段が渦発生領域の壁面に設けた１つ以上の突起又は凹凸とされ、突起又は凹凸により渦の発達が抑制される。
【００１１】
請求項９の発明では、渦発生抑制手段が、後流側が流路断面積が大きくなるように、周方向において略舌端の位置において、静止流路を形成する上流側の固定案内羽根の内側面、および、または、軸方向側壁面に設けた段差とされ、段差により渦の発達が抑制される。
【００１２】
請求項１０の発明では、複数の固定案内羽根を有していて、渦発生抑制手段が、静止流路を形成する上流側の固定案内羽根を貫通し該上流側の固定案内羽根の外側面に設けた開口と内側面に設けた開口の間を連通する連通穴であって、該連通穴の内側面の開口が周方向において下流側の固定案内羽根の舌端の位置にあるように形成されていて、連通穴の外側面開口から内側面開口へ流体が流れ渦の発達が抑制される。
【００１３】
請求項１１の発明では、複数の固定案内羽根を有していて、渦発生抑制手段が、静止流路を形成する前記外側面を提供する周方向において下流側の固定案内羽根の舌部の舌端部分の外側面に設けた開口と内側面に設けた開口の間を連通する連通穴とされ、連通穴の内側面開口から外側面開口へ流体が流れ渦の発達が抑制される。
【００１４】
請求項１２の発明では、遠心ポンプが、前段のポンプの静止流路の外側出口から、後段のポンプの羽根車室に伸びる戻り流路を有する多段遠心ポンプであって、複数の固定案内羽根を有し、
渦発生抑制手段が、前段のポンプの静止流路の後段側の軸方向側壁面の周方向において舌端の近傍の位置に設けた開口と、ポンプの戻り流路を形成する壁面に設けた開口を連通する連通穴とされ、連通穴のポンプの戻り流路を形成する壁面に設けた開口から前段のポンプの静止流路の後段側の軸方向側壁面の周方向において舌端の近傍の位置に設けた開口へ流体が流れ渦の発生が抑制される。
【００１５】
請求項１３の発明では、複数の固定案内羽根を有し、渦発生抑制手段が、静止流路を流れる流体が静止流路を形成する下流側の固定案内羽根の舌部の外面の舌端の直後流部分で剥離しないようにする剥離防止手段とされ、流体の剥離が防止されて渦の発生が抑制される。
請求項１４の発明では、特に、剥離防止手段が、静止流路を形成する前記外側面を提供する周方向において下流側の固定案内羽根の外側面を周方向において下流側の舌部の舌端から所定の区間にわたり滑らかに内側に凹ませた凹部とされ、請求項１５の発明では、特に、剥離防止手段が、さらに、前記凹部に対向するように、静止流路を形成する上流側の固定案内羽根の内側面を内側に滑らかに突出させた凸部を含むようにされている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。初めに第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、静止流路の軸方向の側壁に１つ以上の再循環流路を設けて再循環流路に沿う流体の流れを発生して渦の発生を抑制するものである。
図１がこの第１の実施形態における再循環流路を説明する図であって、（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、（Ｂ）は図１のIB-IB 面に沿って見た断面図、（Ｃ）は図１の（Ａ）のIC-IC 面に沿って見た断面図である。
【００１７】
従来技術に関し、図１８に示したように、羽根車１の外側に軸方向に離間して形成されている一対の軸方向側壁７ａ，７ｂの間に、１乃至複数の固定案内羽根２が架橋配置されていて、固定案内羽根２の内の、上流側の固定案内羽根２の内側面３と下流側の固定案内羽根２の外側面４の間に静止流路５が形成されていて、下流側の固定案内羽根２の舌部２ｂの舌端６ａの付近の軸方向の一対の側壁７ａ，７ｂに、それぞれ、上流側の固定案内羽根２の内側面３で規定される外側端部と羽根車１の直外側の内側端部を結ぶように、放射方向とθの角度を成して、矩形断面の溝状の再循環流路１０が２本形成されている。
【００１８】
ここで、再循環流路１０を配設する領域について詳述する。図２は、再循環流路１０を設けない場合の渦の発生する領域を示す図であって、静止流路５の入口８のポート直径をＡとすると、舌端６ａから上流側にＡ、下流側に２Ａの範囲に、外周壁側から梨地表示したような幅で発生する。そこで、再循環流路１０は図２に示す渦発生領域を通過するように配設されている。
【００１９】
次に、再循環流路１０は放射方向とθの角度をなしている理由について説明する。図３には、再循環流路１０を設けない場合の当該部分の静圧分布（等静圧線）が示されている。再循環流路１０の内周側への流れは図３に示される静圧分布における静圧勾配によって生ずるので、再循環流路１０はこの勾配の強い方向に沿うように、等静圧線にほぼ直交する方向に傾斜されている。すなわち、θは等静圧線に直交する方向の放射線からの角度であり、概ね５度以上とされる。なお、図３の静圧流路３内に小さい文字で示されているのは静圧の大きさである。
【００２０】
第１の実施形態は上記のように構成され、その結果、図４に白抜きの矢印で示すように渦発生部の流体が再循環流路１０に沿って、内周側まで流れ去り、渦の形成が弱められ、安定したポンプ性能が得られる。
図５は、第１の実施形態の再循環流路によるポンプ特性の安定性を再循環流路の無い従来技術と比較したものであって、（Ａ）が従来技術の場合、（Ｂ）が本発明の第１の実施形態の場合である。
【００２１】
図５の（Ａ），（Ｂ）において、
横軸はポンプ流量の無次元値Ｑ／（Ｄ²・ｕ）
縦軸はポンプの揚程の無次元値ｇＨ／ｕ²、
ただし、
Ｑ：ポンプ吐出流量（ｌ／ｓ）、
Ｄ：羽根車出口径（ｍ）、
ｕ：出口周速（ｍ／ｓ）、
Ｈ：ポンプ揚程（ｍ）、
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ²）、
である。
図５の（Ａ）と（Ｂ）を比較すると、再循環流路無しの従来技術（Ａ）に対して再循環流路有りの本発明（Ｂ）は不安定な右上がり勾配が弱くなり、ポンプ特性の安定性が向上している。
【００２２】
図６は再循環流路１０の溝断面形状の変形例であって、図６の（Ａ）は断面が円形のもの、図６の（Ｂ）は断面が台形のもの、図６の（Ｃ）は断面が三角形のものである。
【００２３】
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態が再循環流路１０が矩形断面の溝であるのに対して、穿孔したトンネル状の再循環流路２０としたものである。
図７の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）がこの第２の実施形態における再循環流路を説明する図であって、（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、（Ｂ）は図１のVIIB-VIIB 面に沿って見た断面図、（Ｃ）は図１の（Ａ）のVIIC-VIIC 面に沿って見た断面図である。
トンネル状再循環流路２０の入口２１は、図２に示した渦発生領域内に設けられ、出口２２は図７の（Ｂ）に示されるように羽根車１出口付近の前シュラウド１Ｆ側及び後シュラウド１Ｒ側それぞれに設けられている。
【００２４】
この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様、円孔のトンネル型の再循環流路２０の入口部の渦発生領域の流体は、静圧が高いため再循環流路２０を通って内周側へ流出する。この吸い込み作用により不安定性の原因となる渦が減衰し、ポンプ特性が安定化する。そして、第１の実施形態に比して、流路壁に入口穴が存在するだけであり静止流路における定格点流量運転時の流れの乱れが少なく効率低下が抑制できる。
【００２５】
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は渦発生領域の上流部分に渦攪乱板を設けたものである。図８の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）がこの第３の実施形態における渦攪乱板を説明する図であって、（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、（Ｂ）は図８のVIIIB-VIIIB 面に沿って見た断面図である。
渦撹乱板３０は、図８の（Ａ）に示されるように舌端６ａより若干上流側の位置において、（Ｂ）に示されているように一対の軸方向側壁７ａ，７ｂを結ぶように架橋配置されている。なお、渦撹乱板３０の断面形状は他に図８の（Ｃ）、（Ｄ）に示すような翼形、菱形等の流線形を呈しておればどのような形状でもよい。
【００２６】
第３の実施形態では、上記のように不安定性の原因となる渦発生領域の上流部分に渦撹乱板３０が設置され、図９に示されるように高速で羽根車側へ曲がる主流との干渉によって、渦形成領域が大きく乱され、安定した渦の発達が阻害される。これによりポンプ特性が安定化する。
一方、定格点流量運転時は、主流流れが渦撹乱板とほぼ平行であり、（平行になる様に設置する）流れの乱れを生じない。よって効率低下もほとんどない。
【００２７】
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は渦発生領域の壁面に渦攪乱突起を設けたものである。図１０の（Ａ），（Ｂ）がこの第４の実施形態における渦攪乱突起を説明する図であって、（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、（Ｂ）は図１０のXB-XB 面に沿って見た断面図である。
渦撹乱突起４０は、図１０の（Ａ）に示されるように、周方向で下流側の固定案内羽根２の舌部２ｂの舌端６ａの位置、および、その直上流、直下流において、（Ｂ）に示されるように静止流路５の外周壁面、すなわち上流側の固定案内羽根２の内側面３、軸方向の両側壁７ａ，７ｂの壁面のそれぞれに設置されている。
【００２８】
不安定性の原因となる渦発生領域の壁面に渦撹乱突起４０を設置することにより、渦撹乱突起４０の周りの流れに乱れが生じ渦の発達が阻害され、ポンプ特性が安定化する。渦撹乱突起４０の大きさを考慮することで定格流量運転時の効率低下を最小限に抑えることができる。
なお、突起の形状は図１０の（Ｂ）のような四角錐型の他、円錐型、弾頭型、デルタ翼型、さらにはランダムな凹凸でもかまわない。
【００２９】
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は静止流路５内、詳細には入口８、すなわち周方向において下流側の固定案内羽根の舌部２ｂの舌端６ａの位置に、段差５０を設けたものである。図１１の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）がこの第５の実施形態における段差５０を説明する図であって、（Ａ）は静止流路５の外周側壁面、すなわち上流側の固定案内羽根２の内側面３、に段差を設けた場合、（Ｂ）は流路の軸方向の側壁７ａ，７ｂに段差を設けた場合を示し、（Ｃ）は図１１の（Ｂ）のXIC-XIC 面に沿って見た断面図である。
【００３０】
第５の実施形態は上記のように構成され、従来技術では固定案内羽根２の舌端部６に生じていた渦は、段差５０の後ろ側で発生するようになる。それと共に、旋回逆流してきた流れ（図中矢印）が段差に衝突して乱れるので、渦の安定した発達が抑制され、ポンプの性能が安定する。
【００３１】
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は静止流路５を形成する上流側の固定案内羽根２に連通路を設けたものである。図１２の（Ａ），（Ｂ）がこの第６の実施形態を説明する図であって、（Ａ）は軸に直角な平面で切った断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXIIB-XIIB面に沿って見た断面図である。図示されるように、静止流路５を形成する上流側の固定案内羽根２の外側面４に設けた外側開口６０ａと内側面３に設けた内側開口６０ｂを連通する円形断面の連通路６０が形成されている。
【００３２】
第６の実施形態は上記のように構成されていて、外側開口６０ａの圧力が、内側開口６０ｂの圧力よりも高いので、外側開口６０ａから内側開口６０ｂに向かって流体の一部が流れ、静止流路５の入口９の近傍における渦の発生が抑制される。
したがって、内側開口６０ｂは、渦発生領域、好ましくは、流れ方向において、静止流路５を形成する下流側の固定案内羽根２の舌端６ａの近傍の位置に配設し、吹出す流体が図２の渦発生領域を通過する必要があるが、外側開口６０ａは圧力が高いので必ずしも図示の位置にある必要はない。
図１２の（Ｂ）は、管通路６０が側壁７ａと側壁７ｂの間の全幅にわたる長方形断面を有する変形例を示している。
【００３３】
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は静止流路５を形成する下流側の固定案内羽根２の舌端部に連通路を設けたものである。図１３の（Ａ），（Ｂ）がこの第７の実施形態を説明する図であって、図１３の（Ａ）が連通路を通る軸に直角な平面で切った断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXIIIB-XIIIB面に沿って見た断面図である。図示されるように、静止流路５を形成する下流側の固定案内羽根２の舌部２ｂの舌端部６に、その外側開口７０ａと内側開口７０ｂを連通する円形断面の連通路７０が形成されている。
【００３４】
第７の実施形態は上記のように構成されていて、舌部２ｂの外側の流れよりも羽根車１に近い内側の流れの方が速度が大きく、外側開口７０ａにおける静圧が、内側開口７０ｂにおける静圧よりも高いので、外側開口７０ａから内側開口７０ｂに向かって液体の一部が流れ、静止流路５の入口９の近傍における渦の発生が抑制される。外周壁側開口７０ａの位置は、第１の実施の形態に関して説明したように静止流路５の入口８のポート径をＡとすると、舌端部６の先端から２Ａ程度の範囲内にあることが必要である。
図１３の（Ｂ）は、貫通路７０が側壁７ａと側壁７ｂの全幅にわたる長方形断面を有する変形例を示している。
【００３５】
次に、第８の実施の形態について説明する。この第８の実施の形態は、遠心ポンプが、前段のポンプの静止流路の外端から、後段のポンプの羽根車室に伸びる戻り流路を有する多段遠心ポンプの場合に適用されるものである。図１４の（Ａ），（Ｂ）が第８の実施の形態を説明する図であって、図１４の（Ａ）が軸に直角な平面で切った断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXIVB-XIVB面に沿って見た断面図である。
【００３６】
図１４の（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、舌端部の先端の近傍の前段のポンプの静止流路の後段側の軸方向側壁７ｂに開口８０ａを有し、後段のポンプへの戻り流路９を形成する壁面９ａに開口８０ｂを有する連通路８０を備えている。第８の実施形態は上記のように構成されていて、開口８０ｂにおける静圧は静止流路５の出口の静圧と略同じであって開口８０ａにおける静圧よりも高いので、連通路８０を通って戻り流路９から静止流路７へ向かって流体の一部が流れ、静止流路５の入口８の近傍における渦の発生が抑制される。
【００３７】
次に、第９の実施の形態について説明する。この第９の実施の形態は、静止流路に流入した流体が舌部の外側表面から剥離するのを防止するようにしたものである。図１５が第９の実施の形態を説明する図であって、静止流路５を形成する下流側の固定案内羽根２の舌部２ｂの外側面４の舌端部６の直下流の部分に内側に向けて滑らかに凹ませた凹部９０を形成ものである。第９の実施の形態はこのように構成されているので入口ポート９から静止流路５に流入した流体は舌部２ｂの外側面４に押し付けられるように流れ、外側面４から剥離せずに流れることができ、渦の発生が抑制される。
なお、凹部９０は、第１の実施の形態に関して説明したように静止流路５の入口ポートの径をＡとすると、舌端部６の先端から３Ａ程度の範囲内にあることが好ましい。
【００３８】
次に、第９の実施の形態の変形例について説明する。図１６が、この第９の実施の形態の変形例を説明する図であって、同図に示されるように、この第９の実施の形態の変形例は、第９の実施の形態における凹部９０に加えて、これに対向する上流側の固定案内羽根２の基部２ａの内側面３に、内側に滑らかに突出する凸部９１を形成したものである。第９の実施の形態の変形例はこのように構成されているので入口ポート９から静止流路５に流入した流体は、さらに強く舌部２ａの外面４に押し付けられ、より確実に渦の発生が抑制される。
【００３９】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、回転駆動される羽根車の外側に軸方向に離間して形成された一対の軸方向側壁の間に、舌部を有する１個乃至複数の固定案内羽根を架橋配置し、固定案内羽根の内側面と固定案内羽根の外側面で静止流路を形成して成る遠心ポンプにおいて、静止流路の実験的に確認された低流量時の渦発生領域、またはその近傍に、渦の発生を抑制する渦発生抑制手段が設けられ、渦発生抑制手段によって低流量時の渦の発生が抑制されてポンプは低流量でも安定して作動しポンプの安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の再循環流路を説明する図であって、
（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、
（Ｂ）は図１の（Ａ）のIB-IB 面に沿って見た断面図、
（Ｃ）は図１の（Ａ）のIC-IC 面に沿って見た断面図、である。
【図２】低流量時の静止流路内の渦の発生領域を説明する図である。
【図３】低流量時の静止流路内の静圧分布を示す図である。
【図４】第１の実施形態における再循環流路の作用、効果を説明する図である。
【図５】第１の実施形態によるポンプ特性の安定性の向上を比較説明する図で、
（Ａ）は従来技術の場合を示し、
（Ｂ）は第１の実施形態の場合を示している。
【図６】再循環流路の溝の形状の他の例を示す図であって、
（Ａ）は断面が円形のもの、
（Ｂ）は断面が台形のもの、
（Ｃ）は断面が三角形のもの、である。
【図７】第２の実施形態のトンネル状の再循環流路を説明する図であって、
（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、
（Ｂ）は図７の（Ａ）のVIIB-VIIB 面に沿って見た断面図、
（Ｃ）は図７の（Ａ）のVIIC-VIIC 面に沿って見た断面図、である。
【図８】第３の実施形態の渦撹乱板を説明する図であって、
（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、
（Ｂ）は図８の（Ａ）のVIII-VIII 面に沿って見た断面図、
（Ｃ）は別の渦攪乱板の断面図、
（Ｄ）は別の渦攪乱板の断面図、である。
【図９】渦撹乱板による作用、効果を説明する図である。
【図１０】第４の実施形態の渦撹乱突起を説明する図であって、
（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、
（Ｂ）は図１０の（Ａ）のXB-XB 面に沿って見た断面図、である。
【図１１】第５の実施形態の段差を説明する図であって、
（Ａ）は段差を外周壁に設けた場合の回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、
（Ｂ）は段差を軸方向の両側の壁に設けた場合の回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、
（Ｃ）は図１１の（Ｂ）のXIC-XIC 面に沿って見た断面図、である。
【図１２】第６の実施形態の連通路を説明する図であって、
（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、
（Ｂ）は図１３の（Ａ）のXIIB-XIIB 面に沿って見た断面図、
（Ｃ）は別の断面形状の連通路の断面図、である。
【図１３】第７の実施形態の連通路を説明する図であって、
（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、
（Ｂ）は図１３の（Ａ）のXIIIB-XIIIB 面に沿って見た断面図である。
【図１４】第８の実施形態の連通路を説明する図であって、
（Ａ）は回転軸に直角な平面に沿って見た断面図、
（Ｂ）は図１４の（Ａ）のXIVB-XIVB 面に沿って見た断面図である。
【図１５】第９の実施形態の凹部を説明する図である。
【図１６】第９の実施の形態の変形例における凹部および凸部を説明する図である。
【図１７】本発明が適用される多段遠心ポンプの断面図である。
【図１８】（Ａ）図１７のXVIIIA-XVIIIA 面に沿って見た断面図である。
（Ｂ）図１７の（Ａ）のXVIIIB-XVIIIB 面に沿って見た断面図である。
【図１９】ポンプ特性を説明する図である。
【図２０】（Ａ）従来技術において渦の発生していない時の流れを説明する図である。
（Ｂ）従来技術において渦の発生している時の流れを説明する図である。
【符号の説明】
１…羽根車
２…固定案内羽根
２ａ…基部
２ｂ…舌部
３…（固定案内羽根の）内側面
４…（固定案内羽根の）外側面
５…静止流路
６…舌端部
６ａ…舌端
７ａ，７ｂ…側壁
８…（静止流路の）入口
９…戻り流路
１０…（溝型）再循環流路
２０…（トンネル型）再循環流路
３０…渦攪乱板
４０…渦攪乱突起
５０…段差
６０…連通路
７０…連通路
８０…連通路
９０…凹部
９１…凸部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a centrifugal pump, and more particularly to its static channel shape.
[0002]
[Prior art]
FIG. 17 is an overall cross-sectional view of a typical high-pressure multistage centrifugal pump. Each time the fluid enters from the suction port and sequentially passes through each stage of the impeller 1, the pressure is increased by a single stage impeller head and flows out from the discharge port in a high pressure state.
FIG. 18A is a cross-sectional view of a pump of one stage as viewed along the plane XVIIIA-XVIIIA in FIG. 17, and includes a base 2 a and a tongue 2 b extending from the base 2 a around the impeller 1. The fixed guide vanes 2 made of are arranged at three predetermined positions in the circumferential direction (however, one or a plurality of fixed guide vanes may be provided) at a predetermined pitch. Of the two adjacent fixed guide vanes 2, the upstream fixed guide vane 2, specifically the inner surface 3 of the base portion 2 a, and the downstream fixed guide vane 2, specifically, the tongue portion 2 b of the tongue portion 2 b. A stationary flow path 5 is constituted by the outer side surface 4. The fluid flowing out from the impeller 1 enters the stationary flow path 5 from the inlet 8 defined by the tongue end 6a at the tip of the tongue end 6 of the tongue 2b, decelerates in the stationary flow path 5, and is decelerated. It is converted from energy to pressure energy and led to the next stage impeller inlet.
FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line XVIIIB-XVIIIB in FIG.
[0003]
In addition, in the description in this specification including the claims, the terms tongue, tongue end, and tongue end are used. The tongue 2b extends from the base 2a of the fixed guide blade 2 like a tongue. The tongue end 6 means the tip portion thereof, and the tongue end 6 a means the foremost end of the tongue end portion 6.
[0004]
When the small flow rate operation is performed in the plant piping system of the high-pressure pump as described above, the pressure pulsation amplitude in the piping system increases, and intense vibration may occur.
This is because of an unstable phenomenon such as surging caused by operating in the vicinity of the so-called QH characteristic (meaning static characteristic) of the pump as shown in FIG. It has become clear that this is a self-excited vibration phenomenon coupled with the natural frequency of the piping system fluid column.
[0005]
Conventionally, as a countermeasure for such troubles, the lower limit of the pump operating point has been raised, or the natural frequency of the fluid column has been changed by changing the piping system, but the latter is often difficult to change the system, Since the effect remains uncertain, the former measure is often taken. On the other hand, a measure for increasing the lower limit (minimum flow) of the pump operating point may lead to energy loss as a plant system or require extra piping such as a bypass flow path because water flows more than necessary.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, it is desired to reduce the instability of the pump characteristic itself, and the present invention has an object to improve the stability of the pump characteristic in view of such a situation.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The applicant of the present application has shown through experiments that the smooth flow condition shown in FIG. 20 (A) during rated point flow operation is the pump operation condition in the low flow unstable region (upward region) in FIG. Then, it was confirmed that a vortex was generated as shown in FIG.
And this eddy expands and develops, pressure loss increases, resistance becomes unstable, and as a result, it is thought that the characteristic of a pump becomes unstable.
Therefore, in the present invention, the stability of the pump is improved as follows based on the above knowledge.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, one or more fixed guide vanes having a tongue portion are bridged between a pair of axial side walls formed on the outer side of the rotationally driven impeller and spaced apart in the axial direction. In a centrifugal pump that is arranged and forms a stationary flow path on the inner surface of the fixed guide blade and the outer surface of the fixed guide blade,
In order to suppress the vortex generated in the radially outer region near the tongue end of the fixed guide vane when the flow rate is low, the vortex generation suppressing means is provided in the radially outer region near the tongue end of the fixed guide blade. A centrifugal pump is provided.
In the centrifugal pump configured as described above, since the vortex generation is suppressed by the vortex generation suppressing means at a low flow rate, the stability of the pump characteristics is improved.
In the invention of claim 2, when the diameter of the inlet of the stationary flow path at the tongue end position of the fixed guide vane is A, from the position of the length A on the upstream side to the position of the length 2A on the downstream side from the tongue end. The vortex generation suppressing means is provided in a region radially outside of the fixed guide vanes in the section.
[0009]
In the invention of claim 3 , the vortex generation suppressing means is one or more recirculation flow paths provided on the axial side wall that connect the high static pressure region and the low static pressure region at the partial flow rate, The generation of vortices is suppressed by the flow through the circulation channel.
In the invention of claim 4, in particular, the recirculation passage, a groove formed on the wall surface of the axial side walls are formed by the groove is along the strong static pressure gradient in the partial flow, claim 5 In this invention, in particular, the recirculation flow path has a tunnel-like shape formed inside the axial side wall having an inlet on the wall surface of the axial side wall of the vortex generating region and an outlet on the wall surface inside the inlet. It is a flow path.
[0010]
In the invention of claim 6 , the vortex generation suppressing means is one or more vortex disturbing plates disposed in the stationary flow path upstream of the vortex generating region, and vortex growth is suppressed by the vortex disturbing plate.
In the seventh aspect of the invention, in particular, the vortex disturbing plate is installed so that the longitudinal axis substantially follows the flow direction during the rated point flow operation so that no vortex is generated during the rated point flow operation.
In the invention of claim 8 , the vortex generation suppressing means is one or more protrusions or irregularities provided on the wall surface of the vortex generation region, and the development of vortices is suppressed by the protrusions or irregularities.
[0011]
In the ninth aspect of the invention, the vortex generation suppressing means includes a fixed guide vane on the upstream side that forms a stationary flow path at a position substantially at the end of the tongue in the circumferential direction so that the cross-sectional area of the flow path is increased on the wake side. The step is provided on the side surface and / or the axial side wall surface, and the development of the vortex is suppressed by the step.
[0012]
In a tenth aspect of the present invention, a plurality of fixed guide vanes are provided, and the vortex generation suppressing means passes through the upstream fixed guide vanes forming the stationary flow path and is formed on the outer surface of the upstream fixed guide vanes. A communication hole that communicates between the provided opening and the opening provided on the inner surface, and is formed such that the opening on the inner surface of the communication hole is positioned at the tongue end of the fixed guide vane on the downstream side in the circumferential direction. Thus, the fluid flows from the outer surface opening of the communication hole to the inner surface opening, and the development of vortices is suppressed.
[0013]
In the invention of claim 11 , the tongue of the tongue portion of the fixed guide vane on the downstream side in the circumferential direction has a plurality of fixed guide vanes, and the vortex generation suppressing means provides the outer surface forming the stationary flow path. A communication hole communicates between the opening provided on the outer side surface of the end portion and the opening provided on the inner side surface, so that fluid flows from the inner side surface opening to the outer side surface opening of the communication hole, and vortex development is suppressed.
[0014]
In a twelfth aspect of the invention, the centrifugal pump is a multistage centrifugal pump having a return flow path extending from an outer outlet of a stationary flow path of the front stage pump to an impeller chamber of the rear stage pump, wherein a plurality of fixed guide vanes are provided. Have
The vortex generation suppressing means has an opening provided at a position near the tongue end in the circumferential direction of the axial side wall surface on the rear stage side of the stationary flow path of the preceding pump, and an opening provided on the wall surface forming the return flow path of the pump A position in the vicinity of the tongue end in the circumferential direction of the axial side wall surface of the rear stage of the stationary flow path of the preceding stage pump from the opening provided on the wall surface forming the return flow path of the pump of the communication hole. The fluid flows to the opening provided in the vortex and the generation of vortices is suppressed.
[0015]
In a thirteenth aspect of the present invention, the vortex generation suppressing means has a plurality of fixed guide vanes, and the vortex generation suppressing means has a tongue end on the outer surface of the tongue portion of the fixed guide vane on the downstream side where the fluid flowing in the static flow channel forms the static flow channel. Immediately after that, it is a separation preventing means for preventing separation at the flow portion, and separation of the fluid is prevented and generation of vortex is suppressed.
In the invention of claim 14 , in particular, the peeling prevention means provides the outer surface of the stationary guide vane downstream in the circumferential direction providing the outer surface forming the stationary flow path, and the tongue end of the tongue portion downstream in the circumferential direction. In the invention of claim 15 , in particular, the peeling preventing means further fixes the upstream side forming a stationary flow path so as to face the recess. A convex portion is formed so that the inner side surface of the guide vane protrudes smoothly inward.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, the first embodiment will be described. In the first embodiment, one or more recirculation flow paths are provided on the axial side wall of a static flow path to generate a fluid flow along the recirculation flow path to suppress the generation of vortices.
1A and 1B are diagrams for explaining a recirculation flow path in the first embodiment, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis, and FIG. 1B is an IB-IB in FIG. A sectional view taken along the plane, (C) is a sectional view seen along the IC-IC plane of FIG.
[0017]
With respect to the prior art, as shown in FIG. 18, one or more fixed guide vanes 2 are bridged between a pair of axial side walls 7 a and 7 b formed on the outside of the impeller 1 so as to be separated from each other in the axial direction. The stationary flow path 5 is formed between the inner side surface 3 of the upstream fixed guide vane 2 and the outer side surface 4 of the downstream fixed guide vane 2 in the fixed guide vane 2. An outer end defined by the inner side surface 3 of the upstream fixed guide vane 2 and the vane on the pair of axial side walls 7a and 7b in the vicinity of the tongue end 6a of the tongue 2b of the side fixed guide vane 2 Two groove-shaped recirculation flow paths 10 having a rectangular cross section are formed at an angle of θ with the radial direction so as to connect the inner end of the vehicle 1 directly outside.
[0018]
Here, the area | region which arrange | positions the recirculation flow path 10 is explained in full detail. FIG. 2 is a diagram showing a region where vortices are generated when the recirculation flow path 10 is not provided, and assuming that the port diameter of the inlet 8 of the static flow path 5 is A, A, It occurs in the range of 2A on the downstream side, with a width as shown on the matte surface from the outer peripheral wall side. Therefore, the recirculation flow path 10 is disposed so as to pass through the vortex generation region shown in FIG.
[0019]
Next, the reason why the recirculation flow path 10 forms an angle θ with the radial direction will be described. FIG. 3 shows the static pressure distribution (isostatic pressure line) of the portion when the recirculation flow path 10 is not provided. Since the flow toward the inner peripheral side of the recirculation flow path 10 is caused by the static pressure gradient in the static pressure distribution shown in FIG. 3, the recirculation flow path 10 is placed on an isostatic line so as to follow the direction in which the gradient is strong. It is inclined in a direction that is substantially orthogonal. That is, θ is an angle from the radiation in a direction orthogonal to the isostatic line, and is approximately 5 degrees or more. In addition, what is shown by the small character in the static pressure flow path 3 of FIG. 3 is the magnitude | size of a static pressure.
[0020]
The first embodiment is configured as described above. As a result, as shown by the white arrow in FIG. 4, the fluid in the vortex generating part flows away to the inner peripheral side along the recirculation flow path 10, and the vortex Formation is reduced, and stable pump performance is obtained.
FIG. 5 is a comparison of the stability of the pump characteristics by the recirculation flow path of the first embodiment with the prior art without the recirculation flow path. When (A) is the prior art, (B) is This is the case of the first embodiment of the present invention.
[0021]
In (A) and (B) of FIG.
The horizontal axis is the dimensionless value of the pump flow rate Q / (D ² · u)
The vertical axis is the dimensionless value of pump head gH / u ² ,
However,
Q: Pump discharge flow rate (l / s),
D: Impeller exit diameter (m),
u: Exit peripheral speed (m / s),
H: Pump head (m),
g: gravitational acceleration (m / s ^2),
It is.
When comparing (A) and (B) in FIG. 5, the present invention (B) with the recirculation flow path becomes weaker than the prior art (A) without the recirculation flow path, The stability of pump characteristics is improved.
[0022]
6 is a modification of the groove cross-sectional shape of the recirculation flow path 10. FIG. 6A shows a circular cross section, FIG. 6B shows a trapezoidal cross section, and FIG. ) Has a triangular cross section.
[0023]
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, the recirculation flow path 10 is a groove having a rectangular cross section in the first embodiment, but a perforated tunnel-like recirculation flow path 20 is used.
(A), (B), and (C) of FIG. 7 are diagrams for explaining the recirculation flow path in the second embodiment, and (A) is a cross section viewed along a plane perpendicular to the rotation axis. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the VIIB-VIIB plane of FIG. 1, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the VIIC-VIIC plane of FIG.
The inlet 21 of the tunnel-like recirculation flow path 20 is provided in the vortex generating region shown in FIG. 2, and the outlet 22 is arranged on the front shroud 1F side near the outlet of the impeller 1 as shown in FIG. It is provided on each of the rear shrouds 1R.
[0024]
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the fluid in the vortex generation region at the inlet of the circular tunnel-type recirculation channel 20 has a high static pressure, and therefore the recirculation channel 20 is not used. It flows out to the inner circumference side. This suction action attenuates the vortex causing instability and stabilizes the pump characteristics. As compared with the first embodiment, only the inlet hole is present in the flow path wall, and there is little disturbance in the flow at the rated point flow rate operation in the stationary flow path, and the efficiency reduction can be suppressed.
[0025]
Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, a vortex disturbing plate is provided in the upstream portion of the vortex generation region. 8A, 8B, and 8C are views for explaining the vortex disturbing plate in the third embodiment, and FIG. 8A is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis. (B) is sectional drawing seen along the VIIIB-VIIIB surface of FIG.
As shown in FIG. 8A, the vortex disturbing plate 30 connects the pair of axial side walls 7a and 7b as shown in FIG. 8B at a position slightly upstream from the tongue end 6a. Cross-linked arrangement. The cross-sectional shape of the vortex disturbing plate 30 may be any shape as long as it has a streamlined shape such as an airfoil or rhombus as shown in FIGS.
[0026]
In the third embodiment, the vortex disturbing plate 30 is installed in the upstream portion of the vortex generation region that causes instability as described above, and interference with the mainstream that bends toward the impeller at high speed as shown in FIG. As a result, the vortex formation region is greatly disturbed, and the development of stable vortices is hindered. This stabilizes the pump characteristics.
On the other hand, during the rated point flow rate operation, the main flow is almost parallel to the vortex disturbing plate, and the flow is not disturbed (installed so as to be parallel). Therefore, there is almost no decrease in efficiency.
[0027]
Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, vortex disturbance protrusions are provided on the wall surface of the vortex generation region. FIGS. 10A and 10B are views for explaining the vortex disturbing projection in the fourth embodiment, wherein FIG. 10A is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis, and FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the XB-XB plane of FIG.
As shown in FIG. 10A, the vortex disturbance protrusion 40 is positioned at the position of the tongue end 6a of the tongue portion 2b of the stationary guide vane 2 on the downstream side in the circumferential direction, and immediately upstream and immediately downstream thereof ( As shown in B), it is installed on the outer peripheral wall surface of the stationary flow path 5, that is, on the inner surface 3 of the fixed guide vane 2 on the upstream side and the wall surfaces of both side walls 7a and 7b in the axial direction.
[0028]
By installing the vortex disturbing protrusion 40 on the wall surface of the vortex generating region that causes instability, the flow around the vortex disturbing protrusion 40 is disturbed, the vortex development is inhibited, and the pump characteristics are stabilized. Considering the size of the vortex disturbance protrusion 40, the efficiency reduction during the rated flow operation can be minimized.
The shape of the protrusion may be a conical shape, a warhead shape, a delta wing shape, or even a random unevenness in addition to the quadrangular pyramid shape as shown in FIG.
[0029]
Next, a fifth embodiment will be described. In the fifth embodiment, a step 50 is provided in the stationary flow path 5, specifically, at the inlet 8, that is, at the position of the tongue end 6a of the tongue 2b of the fixed guide vane on the downstream side in the circumferential direction. (A), (B), and (C) of FIG. 11 are diagrams for explaining the step 50 in the fifth embodiment, and (A) is the outer peripheral side wall surface of the stationary flow path 5, that is, the upstream side fixing. When a step is provided on the inner side surface 3 of the guide vane 2, (B) shows a case where a step is provided on the axial side walls 7a, 7b of the flow path, and (C) shows an XIC in FIG. It is sectional drawing seen along the -XIC plane.
[0030]
The fifth embodiment is configured as described above, and the vortex generated in the tongue end portion 6 of the fixed guide vane 2 in the prior art is generated behind the step 50. At the same time, the flow that has swirled back (arrow in the figure) collides with the step and is disturbed, so that stable development of the vortex is suppressed and the performance of the pump is stabilized.
[0031]
Next, a sixth embodiment will be described. In the sixth embodiment, a communication path is provided in the upstream fixed guide blade 2 that forms the stationary flow path 5. 12A and 12B are views for explaining the sixth embodiment, wherein FIG. 12A is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axis, and FIG. It is sectional drawing seen along the XIIB-XIIB surface. As shown in the drawing, there is a communication passage 60 having a circular cross section that communicates an outer opening 60 a provided on the outer surface 4 of the upstream fixed guide blade 2 that forms the stationary flow path 5 and an inner opening 60 b provided on the inner surface 3. Is formed.
[0032]
The sixth embodiment is configured as described above. Since the pressure of the outer opening 60a is higher than the pressure of the inner opening 60b, a part of the fluid flows from the outer opening 60a toward the inner opening 60b, and is stationary. The generation of vortices in the vicinity of the inlet 9 of the flow path 5 is suppressed.
Accordingly, the inner opening 60b is disposed at a position near the tongue end 6a of the stationary guide vane 2 on the downstream side forming the stationary flow path 5 in the vortex generation region, preferably in the flow direction, and the fluid to be blown out is illustrated in FIG. Although it is necessary to pass through the two vortex generation regions, the outer opening 60a does not necessarily have to be in the position shown in the drawing because the pressure is high.
FIG. 12B shows a modification in which the pipe passage 60 has a rectangular cross section extending over the entire width between the side wall 7a and the side wall 7b.
[0033]
Next, a seventh embodiment will be described. In the seventh embodiment, a communication path is provided at the tongue end portion of the downstream fixed guide vane 2 forming the stationary flow path 5. FIGS. 13A and 13B are views for explaining the seventh embodiment, and FIG. 13A is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axis passing through the communication path. B) is a cross-sectional view taken along the XIIIB-XIIIB plane of (A). As shown in the figure, a communication passage 70 having a circular cross section that connects the outer opening 70 a and the inner opening 70 b is formed at the tongue end 6 of the tongue 2 b of the downstream fixed guide vane 2 that forms the stationary flow path 5. Has been.
[0034]
The seventh embodiment is configured as described above, and the inner flow closer to the impeller 1 has a higher speed than the flow outside the tongue 2b, and the static pressure in the outer opening 70a is greater than the inner opening 70b. Therefore, a part of the liquid flows from the outer opening 70a toward the inner opening 70b, and the generation of vortices in the vicinity of the inlet 9 of the stationary flow path 5 is suppressed. The position of the outer peripheral wall side opening 70a is within a range of about 2A from the tip of the tongue end portion 6 when the port diameter of the inlet 8 of the stationary flow path 5 is A as described in connection with the first embodiment. is required.
FIG. 13B shows a modification in which the through passage 70 has a rectangular cross section extending over the entire width of the side wall 7a and the side wall 7b.
[0035]
Next, an eighth embodiment will be described. The eighth embodiment is applied to the case where the centrifugal pump is a multistage centrifugal pump having a return flow path extending from the outer end of the stationary flow path of the front stage pump to the impeller chamber of the rear stage pump. is there. 14A and 14B are views for explaining the eighth embodiment, wherein FIG. 14A is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axis, and FIG. It is sectional drawing seen along the XIVB-XIVB surface of A).
[0036]
As shown in FIGS. 14A and 14B, an opening 80a is provided in the axial side wall 7b on the rear stage side of the stationary flow path of the front stage pump in the vicinity of the tip of the tongue end portion, to the rear stage pump. A communication passage 80 having an opening 80b is provided in a wall surface 9a that forms the return flow path 9 of the first return flow path 9. The eighth embodiment is configured as described above, and the static pressure at the opening 80b is substantially the same as the static pressure at the outlet of the static flow path 5, and is higher than the static pressure at the opening 80a. A part of the fluid flows from the return channel 9 to the stationary channel 7 through, and the generation of vortices in the vicinity of the inlet 8 of the stationary channel 5 is suppressed.
[0037]
Next, a ninth embodiment will be described. In the ninth embodiment, the fluid that has flowed into the stationary flow path is prevented from peeling off from the outer surface of the tongue. FIG. 15 is a view for explaining the ninth embodiment, in a portion immediately downstream of the tongue end portion 6 of the outer surface 4 of the tongue portion 2b of the downstream fixed guide blade 2 forming the stationary flow path 5. A recess 90 that is smoothly recessed toward the inside is formed. Since the ninth embodiment is configured as described above, the fluid flowing into the stationary flow path 5 from the inlet port 9 flows so as to be pressed against the outer surface 4 of the tongue 2b, and does not peel from the outer surface 4. It can flow and the generation of vortices is suppressed.
The concave portion 90 is preferably within a range of about 3 A from the tip of the tongue end portion 6 when the diameter of the inlet port of the stationary flow path 5 is A as described in connection with the first embodiment.
[0038]
Next, a modification of the ninth embodiment will be described. FIG. 16 is a diagram for explaining a modification of the ninth embodiment. As shown in FIG. 16, the modification of the ninth embodiment is a recess in the ninth embodiment. In addition to 90, a convex portion 91 that protrudes smoothly inward is formed on the inner side surface 3 of the base portion 2a of the upstream fixed guide vane 2 facing this. Since the modification of the ninth embodiment is configured as described above, the fluid flowing into the stationary flow path 5 from the inlet port 9 is pressed more strongly against the outer surface 4 of the tongue 2a, and the vortex is more reliably generated. Is suppressed.
[0039]
【The invention's effect】
According to the invention described in each claim, one or more fixed guide vanes having a tongue portion between a pair of axial side walls formed on the outer side of the rotationally driven impeller and spaced apart in the axial direction. In a centrifugal pump in which a stationary flow path is formed by the inner side surface of the fixed guide vane and the outer side surface of the fixed guide vane, a vortex generation region at a low flow rate experimentally confirmed in the static flow path, or In the vicinity there is a vortex generation suppression means that suppresses the generation of vortices. The vortex generation suppression means suppresses the generation of vortices at low flow rates, and the pump operates stably even at low flow rates, improving the stability of the pump. To do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a recirculation flow path according to a first embodiment;
(A) is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis,
(B) is a cross-sectional view taken along the IB-IB plane in FIG.
(C) is sectional drawing seen along the IC-IC surface of (A) of FIG.
FIG. 2 is a diagram for explaining a vortex generation region in a stationary flow path at a low flow rate.
FIG. 3 is a diagram showing a static pressure distribution in a stationary flow path at a low flow rate.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation and effect of a recirculation flow path in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram for comparing the improvement in stability of pump characteristics according to the first embodiment,
(A) shows the case of the prior art,
(B) shows the case of the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing another example of the shape of the groove of the recirculation flow path,
(A) has a circular cross section,
(B) has a trapezoidal cross section,
(C) has a triangular cross section.
FIG. 7 is a diagram for explaining a tunnel-like recirculation flow path according to a second embodiment;
(A) is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis,
(B) is a cross-sectional view taken along the VIIB-VIIB plane of FIG.
(C) is sectional drawing seen along the VIIC-VIIC surface of (A) of FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating a vortex disturbing plate according to a third embodiment,
(A) is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis,
(B) is a cross-sectional view taken along the VIII-VIII plane of FIG.
(C) is a cross-sectional view of another vortex plate,
(D) is sectional drawing of another vortex disturbance board.
FIG. 9 is a diagram for explaining the action and effect of the vortex disturbing plate.
FIG. 10 is a diagram illustrating a vortex disturbing protrusion of a fourth embodiment,
(A) is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis,
FIG. 11B is a sectional view taken along the XB-XB plane in FIG.
FIG. 11 is a diagram illustrating a step according to a fifth embodiment,
(A) is a cross-sectional view seen along a plane perpendicular to the rotation axis when a step is provided on the outer peripheral wall;
(B) is a cross-sectional view seen along a plane perpendicular to the rotation axis when steps are provided on both walls in the axial direction;
(C) is sectional drawing seen along the XIC-XIC plane of (B) of FIG.
FIG. 12 is a diagram illustrating a communication path according to a sixth embodiment,
(A) is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis,
(B) is a cross-sectional view taken along the XIIB-XIIB plane in FIG.
(C) is sectional drawing of the communicating path of another cross-sectional shape.
FIG. 13 is a diagram illustrating a communication path according to a seventh embodiment,
(A) is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis,
FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the XIIIB-XIIIB plane of FIG.
FIG. 14 is a diagram illustrating a communication path according to an eighth embodiment,
(A) is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the rotation axis,
FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the XIVB-XIVB plane in FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating a recess according to a ninth embodiment.
FIG. 16 is a diagram illustrating a concave portion and a convex portion in a modified example of the ninth embodiment.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a multistage centrifugal pump to which the present invention is applied.
18A is a cross-sectional view taken along the XVIIIA-XVIIIA plane of FIG.
(B) It is sectional drawing seen along the XVIIIB-XVIIIB surface of (A) of FIG.
FIG. 19 is a diagram illustrating pump characteristics.
FIG. 20A is a diagram illustrating a flow when vortices are not generated in the prior art.
(B) It is a figure explaining the flow when the vortex has generate | occur | produced in the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Impeller 2 ... Fixed guide vane 2a ... Base 2b ... Tongue part 3 ... Inner side surface (of fixed guide vane) 4 ... Outer side surface (of fixed guide vane) 5 ... Static flow path 6 ... Tongue end 6a ... Tongue end 7a, 7b ... side wall 8 ... (stationary flow path) inlet 9 ... return flow path 10 ... (groove type) recirculation flow path 20 ... (tunnel type) recirculation flow path 30 ... vortex disturbance plate 40 ... vortex disturbance protrusion 50 ... Step 60 ... Communication passage 70 ... Communication passage 80 ... Communication passage 90 ... Concave portion 91 ... Convex portion

Claims

One or a plurality of fixed guide vanes having tongues are bridged and arranged between a pair of axial side walls formed on the outer side of the rotationally driven impeller so as to be separated from each other in the axial direction. And a centrifugal pump in which a stationary flow path is formed on the outer surface of the fixed guide vane,
In order to suppress the vortex generated in the radially outer region near the tongue end of the fixed guide vane when the flow rate is low, the vortex generation suppressing means is provided in the radially outer region near the tongue end of the fixed guide blade. Centrifugal pump characterized by

When the diameter of the inlet of the stationary flow path at the tongue end position of the fixed guide vane is A, the fixed guide vane in the section from the length A position upstream from the tongue end to the length 2A position downstream. 2. The centrifugal pump according to claim 1, wherein a vortex generation suppressing means is provided in a radially outer region.

Vortex generating suppression means, disposed axially side walls, connecting the high static pressure region in the partial flow and low static pressure regions, claim 1, characterized in that one or more is a recirculation channel or 2. The centrifugal pump according to 2 .

Recirculation flow path, a groove formed on the wall surface of the axial sidewall, centrifugation of claim 3 grooves are formed along the strong static pressure gradient in the partial flow, characterized in that pump.

The recirculation flow path is a tunnel-shaped flow path formed inside the axial side wall having an inlet on the wall surface of the axial side wall of the vortex generation region and an outlet on the wall surface inside the inlet. The centrifugal pump according to claim 3 , wherein

The centrifugal pump according to claim 1 or 2 , wherein the vortex generation suppressing means is one or more vortex disturbing plates disposed in a stationary flow path upstream of the vortex generation region.

The centrifugal separator according to claim 6 , wherein the vortex disturbing plate is installed so that a longitudinal axis thereof is substantially along a flow direction at the rated point flow rate operation so that no vortex is generated at the rated point flow rate operation. pump.

The centrifugal pump according to claim 1 or 2 , wherein the vortex generation suppressing means is one or more protrusions or irregularities provided on a wall surface of the vortex generation region.

The vortex generation suppressing means has an inner surface and / or shaft on the upstream fixed guide vane that forms a stationary flow path at a position substantially at the end of the tongue in the circumferential direction so that the flow path cross-sectional area increases on the wake side. a step provided on the direction wall, a centrifugal pump according to claim 1 or 2, characterized in that.

The vortex generation suppressing means has a plurality of fixed guide vanes, and is provided on an inner surface and an opening provided on an outer surface of the upstream fixed guide vane through the upstream fixed guide vane forming the stationary flow path. A communication hole that communicates between the openings, the opening on the inner surface of the communication hole being located at the tongue end of the fixed guide vane on the downstream side in the circumferential direction that provides the outer surface that forms the stationary flow path centrifugal pump according to claim 1 or 2 as being formed, it is characterized.

An opening provided on the outer surface of the tongue end portion of the tongue portion of the fixed guide vane on the downstream side in the circumferential direction, which has a plurality of fixed guide vanes, and the vortex generation suppressing means provides the outer surface forming the stationary flow path 3. The centrifugal pump according to claim 1, wherein the centrifugal pump is a communication hole that communicates between the first and second openings provided on the inner surface.

The centrifugal pump is a multi-stage centrifugal pump having a return flow path extending from the outer outlet of the stationary flow path of the front stage pump to the impeller chamber of the rear stage pump, and having a plurality of fixed guide vanes,
The vortex generation suppressing means has an opening provided at a position near the tongue end in the circumferential direction of the axial side wall surface on the rear stage side of the stationary flow path of the preceding pump, and an opening provided on the wall surface forming the return flow path of the pump centrifugal pump according to claim 1 or 2, characterized in that a communication hole that communicates, characterized in that the.

The vortex generation suppressing means has a plurality of fixed guide vanes, and the fluid flowing through the stationary flow path provides the outer surface of the stationary guide vane on the downstream side in the circumferential direction that provides the outer surface forming the stationary flow path. The centrifugal pump according to claim 1 or 2 , wherein the centrifugal pump is a separation preventing means for preventing separation at a portion immediately after the tongue end.

A recess in which the outer surface of the downstream fixed guide vane is smoothly recessed inward from the tongue end of the tongue portion in the circumferential direction in the circumferential direction in which the peeling prevention means provides the outer surface forming the stationary flow path in the circumferential direction. The centrifugal pump according to claim 13 , wherein

Peel preventing means further so as to face the recess claim, characterized in that it comprises a protruding portion of the inner surface of the fixed guide blades on the upstream side was smoothly protrudes inward to form the stationary channel 14 Centrifugal pump described in 1.