JP3802572B2 - 吸込案内装置を有するターボ形ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、軸方向供給流路と羽根車に前置された吸込（入口）案内装置とを有するターボ形ポンプであって、その吸込案内装置が複数の剛性案内羽根を有しており、これらの案内羽根が羽根車に向けられた側に羽根車の回転方向に、または回転方向とは反対に向いているそれぞれ１つのエッジを有している形式のものに関する。
軸方向供給流路を有するターボ形ポンプは、第１の羽根車に前置された吸込案内装置を有することが多い。吸込案内装置の役割は、搬送液体から場合によって存在する旋回を取り除き、その結果吸込案内装置の背後で軸方向流れが存在するように働くことである。
吸込案内装置は、供給流路の外周に均一に配設された複数の案内羽根から成ることができる。案内羽根は供給流路の軸線上で互いに結合されて、星形または十字形を形成することができる。
ＤＥ４７１１４９およびＤＥ６４９６６８により公知の吸込案内装置では、特別の流入条件に適合し、または特別の流入条件を生ぜしめるために、羽根が羽根車の回転方向に、または回転方向と反対に湾曲していることができる。この湾曲は弓形であり、それぞれ一定の延在長さで羽根の全半径方向延長にわたって延びている。この際に、湾曲部は羽根と比較してわずかな軸方向延在長さしか有していない。
７枚の羽根を装備してかなり複雑であった上記の吸込案内装置とは反対に、今日では吸込十字、すなわち４枚の羽根しか有していない吸込案内装置が好まれている。しかし、それ自体あまり複雑でないこの装置は、ポンプ特性曲線から読み取れる不安定性をほとんど低減しないという、軸方向に流入する遠心ポンプに固有の短所を有している。それゆえ本発明の課題は、冒頭で述べた形式のターボ形ポンプでそのような低減を達成して、搬送条件を全体として改良することである。
この課題を解決するために本発明では、回転方向に、または回転方向とは反対に向いているエッジが、案内羽根に成形され、供給流路の壁の領域に配置されている旋回羽根によって形成されており、この旋回羽根が案内羽根より短い半径方向延在長さを有しているようにした。
実験の結果、案内羽根に成形された旋回羽根を有する本発明の構成により、大きい運転範囲内で流体機械の効率が高められることが判った。このことは特に、案内羽根と旋回羽根との間の吸込角が負の場合には、すなわち旋回羽根が羽根車の回転方向とは反対に向いている場合に該当する。
一般に、吸込角は油圧方式に依存していると言える。その吸込角は測定に基づいて求めることができる。すなわち、吸込角はすべての操作点でポンプ特性曲線に対する種々の影響を達成するために計画的に決めることができる。
旋回羽根の作用は壁に向かって増大する。それゆえ、壁に向かって旋回羽根の軸方向延在長さを拡大することが推奨される。旋回羽根を形成する際に、斜辺が羽根車に向いたエッジを形成している直角三角形の形状から出発すると有利である。
軸方向供給流路におけるほぼ一次元的な流れは、供給流路もしくは吸込ノズルの壁の領域で旋回羽根により三次元的な旋回性流れに転換される。この転換はすべての負荷点でより良好な効率を生ぜしめ、ポンプの不安定性を低減する。特に隙間流および再循環流の運動エネルギーが供給流に再び供給される。つまり、エネルギーが回収されるのである。たとえば過負荷において流量が増すと前旋回が増す。
さらに、旋回羽根によって羽根車の手前の再循環の開始が比較的小さい流量に向かって移動する。これによりポンプの運転特性にとって危険なヒステリシス領域がポンプ特性曲線上で大幅に左方向に移動し、このことがポンプの使用限界を著しく拡大する。
本発明による吸込案内装置によって達成される供給流の変化は、騒音限界が著しく左方向に移動するので、電力を節約し、かつ利用率を高める操作点調整をもたらす。このほかに、本発明の構成により羽根車における流出が改善されるので、二次流動および案内羽根の背後におけるはく離が低減される。
本発明の別の構成として、単数または複数の案内羽根が、それぞれ羽根車とは反対に向けられた側で形状および大きさの点で旋回羽根に類似した誘導羽根を支持していることが提案される。このような誘導羽根により流れ案内がさらに改善される。
それ自体公知のように、案内羽根が十字形または星形に配置されていると、本発明は単純な手段で実現できる。
以下に、本発明を実施例に基づき詳しく説明する。図１は、本発明によるターボ形ポンプの部分断面図を示しており、図２は、本発明による形式の吸込案内装置の斜視図を示しており、図３は、２つの取付け可能性を示した成形された旋回羽根を有する案内羽根の側面図を示しており、図４は、図３の案内羽根の平面図を示しており、図５は成形された旋回羽根と誘導羽根とを有する案内羽根の側面図を示している。
図１に示されたターボ形ポンプは、前置された吸込ノズル（入口ノズル）２を有するケーシング１を有している。軸３上には羽根車４が配置されている。流れ方向の終端部は吐出し部５を形成している。
羽根車４の手前に、主として４枚の案内羽根６からなる、吸込ノズル２内で剛性的に固定された旋回十字が設けられている。案内羽根６にはそれぞれ１つの誘導羽根７と旋回羽根８が成形されている。軸３および羽根車４の回転は、回転方向表示符号９に一致している。ケーシング１の内部および吐出し部５の出口に記入された矢印付き線１０により、吐出し媒体の流れの推移が示されている。
案内羽根６の中線と羽根車４の前端部との間隔を示す寸法Ｓに注目されたい。ポンプの種類、特に羽根車の形態に依存する寸法Ｓは、たとえば実験を利用して、吸込案内装置が流動に、ひいてはポンプ特性曲線に最適な影響を与えるように求められる。
図２に示された旋回十字に基づき、案内羽根６、誘導羽根７および旋回羽根８の相互の関係が理解できる。ここでは旋回羽根８の当接方向に対する可能な角度範囲が＋γと−γの間で示されている。正の角度＋γは羽根車４の回転方向に向いている。負の角度−γは案内羽根６を羽根車４の回転方向と反対に向けさせる。両方向は計画的に用いるとポンプ特性に所望の影響を与えることができる。
案内羽根６の数は、ポンプの形態と独特の特性によって決まる。この数を求めることは、当該ポンプ業者の専門知識の範囲に属している。
案内羽根６に対する旋回羽根８の当接に対する可能な角度範囲をより判りやすくするために、図３および図４ではこれらがさらに見やすく示されている。これらの図から、羽根厚さＤも明らかである。
その他の寸法およびそれらの相互の関係を、図５から見て取れる。たとえば案内羽根６は高さＨＬを有し、誘導羽根７は高さＨＶを有し、旋回羽根８の高さはＨＤで表されている。ＬＬは案内羽根６の長さである。ＬＶによって誘導羽根７の長さが表され、ＬＤによって旋回羽根８の長さが表される。案内羽根６、誘導羽根７および旋回羽根８の長さと高さは、特性曲線に対する最適な影響を引き起こすように設計されている。
いずれも吸込ノズル２および羽根車４の軸線に対して平行に延びている誘導羽根７と案内羽根６は、供給流に対して補整作用を及ぼす。角度γで当接された旋回羽根８は羽根車４に対する相対的な供給流方向を変える。羽根車４の回転方向の、または回転方向とは反対の所望の旋回が生じる。
旋回羽根８は吸込ノズル２の壁の領域でその最大の影響を発揮する。羽根車の手前で再循環が生じると、吸込案内装置により強さが減じられる。総じて、摩擦損失を少なくするために、吸込案内装置の表面はできるだけ小さく、かつ水力学的に滑らかに形成すべきである。基本的には誘導装置の羽根６、７および８は凹凸を付けて形成することもできる。

Claims (5)

1. 軸方向供給流路と羽根車に前置された吸込案内装置とを有するターボ形ポンプであって、吸込案内装置が複数の剛性案内羽根を有しており、これらの案内羽根が羽根車に向けられた側に羽根車の回転方向に、または回転方向とは反対に向いているそれぞれ１つのエッジを有している形式のものにおいて、
   回転方向に、または回転方向とは反対に向いているエッジが、案内羽根に成形され、供給流路の壁の領域に配置されている旋回羽根によって形成されており、この旋回羽根が案内羽根より短い半径方向延在長さを有していることを特徴とする、ターボ形ポンプ。
2. 旋回羽根が直角三角形の出口形状を有しており、この直角三角形の斜辺が羽根車に向いたエッジを形成している、請求項１記載のターボ形ポンプ。
3. 単数または複数の案内羽根が、それぞれ羽根車とは反対に向けられた側で形状および大きさの点で旋回羽根に類似した誘導羽根を支持している、請求項１または２記載のターボ形ポンプ。
4. 案内羽根が十字形に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のターボ形ポンプ。
5. 案内羽根が星形に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のターボ形ポンプ。

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