JP4844341B2 - 多段ディフューザポンプ - Google Patents

Description

本発明は、多段ディフューザポンプに係り、特に案内羽根の流路と戻り羽根の流路とを仕切る円板状仕切りを備えた多段ディフューザポンプに好適なものである。

多段ディフューザポンプの振動騒音を低減するための手法として、ケーシングに作用する流体加振力を低減することが挙げられる。流体加振力を低減する方法として、羽根車の出口と案内羽根の入口との間隙を大きくして振動騒音を低減する手法（従来技術１）や、羽根車出口を３次元にスキューをつけてひねり、案内羽根と羽根車との干渉を緩和して振動騒音を低減する手法（従来技術２）が知られている。

また、流体加振力を低減するための別の手法として、特開平５−１４１２０号公報（特許文献１）に開示されているように、羽根車の羽根ピッチをずらして振動騒音を低減する手法がある（従来技術３）。

特公平５−１４１２０号公報

しかし、上記従来技術１、２では、多段ディフューザポンプを振動させるもととなる流体加振力を低減させるものであり、振動騒音の低減を大きく図ろうとすると、ポンプ効率が低下してしまうという問題があった。即ち、従来技術１で、案内羽根の入口と羽根車の出口との間隙を大きくすると、振動騒音を低減することができるが、ポンプ効率が低下するおそれがあった。また、従来技術２で、羽根車出口を３次元にスキューをつけ過ぎると、ポンプ効率が低下するおそれがあった。

また、従来技術３では、多段ディフューザポンプを振動させるもととなる半径方向の流体加振力を低減させるものであり、軸方向の流体加振力の低減については配慮されていない。

本発明の発明者らは、多段ディフューザポンプの流体構造連成解析を行ったところ、騒音に最も影響があるのは、半径方向の流体加振力ではなく、軸方向の流体加振力であるということが分かった。即ち、羽根車５の外周端面開口から外方に流出される流体に乱流が発生し、この乱流が案内羽根６と戻り羽根７に挟まれた円板状仕切り９を覆うように流れることによって、この円板状仕切り９を境として軸方向に不均一な圧力差が発生し、この不均一な圧力差によって円板状仕切り９に対する軸方向の大きな流体加振力が発生することが分かった。

しかし、従来の一般的な多段ディフューザポンプでは、側板と案内羽根と円板状仕切りと戻り羽根とを一体に成形して羽根組み立て品を構成し、この羽根組み立て品の芯を出すため、この羽根組み立て体の側板と円筒ケーシングとを接合していた。このため、円板状仕切りが円筒ケーシングに対して軸方向に拘束され、円板状仕切りに発生する軸方向の大きな流体加振力が円筒ケーシングに直接伝達され、円筒ケーシングを振動させて大きな騒音が発生していた。

本発明の目的は、ポンプ効率を低減することなく、騒音を低減することが可能な多段ディフューザポンプを提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、回転軸に軸方向に多段に装着された羽根車と、
前記羽根車への流路を形成する円筒ケーシングと、前記羽根車の外周から流出される流体を外方に案内する案内羽根と、前記案内羽根の外周から流出される流体を内周側に導く戻り羽根と、前記案内羽根の流路と前記戻り羽根の流路とを仕切る円板状仕切りと、を備えた多段ディフューザポンプにおいて、前記円筒ケーシングは前記羽根車の各段に対応して複数に分割され、前記分割された円筒ケーシングと前記戻り羽根と前記案内羽根とは一体に形成されたケーシング組み立て品で構成され、前記円板状仕切りは前記ケーシング組み立て品の間に独立して軸方向に微小隙間を有して設置されている構成にしたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記分割された円筒ケーシングは円筒壁と仕切り壁とを有し、前記戻り羽根及び前記案内羽根は前記分割された円筒ケーシングの仕切り壁の両側に一体に形成され、前記円板状仕切りは、隣接するケーシング組み立て品の一方の前記戻り羽根と他方の前記案内羽根との間に独立して軸方向に微小隙間を有して設置されていること。
（２）前記円板状仕切りの周方向の回転を阻止する手段を備えたこと。
（３）前記円板状仕切りの径方向の移動を阻止する手段を備えたこと。
（４）前記円板状仕切りの周方向の回転を阻止する手段及び前記円板状仕切りの径方向の移動を阻止する手段は、前記分割された円筒ケーシングの円筒壁の内周面に周方向に複数形成した係合突起と、前記円板状仕切りの外周縁部に複数形成した係合溝とを、周方向及び径方向に移動不可で且つ軸方向に移動可能とするように係合して構成されていること。
（５）前記係合突起は前記分割された円筒ケーシングの円筒壁と前記戻り羽根の外周端部と一体に連結するように形成されていること。
（６）少なくとも一組の羽根車の周方向取り付け位置の位相が前後で０．４７ピッチ以上０．５３ピッチ以下の範囲内でずれていること。

本発明によれば、ポンプ効率を低減することなく、騒音を低減することが可能な多段ディフューザポンプを提供できる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態で用いる同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の多段ディフューザポンプ５０を図１から図４を用いて説明する。図１は本発明の第１実施形態の多段ディフューザポンプ５０の縦断面図、図２は図１の要部の拡大図、図１の多段ディフューザポンプ５０のケーシング組み立て品６０と円板状仕切り９との関係を示す分解斜視図、図４は図１の多段ディフューザポンプ５０の騒音レベルの低減効果を表す図である。

本実施形態の多段ディフューザポンプ５０は、外側円筒ケーシング１、回転軸４、羽根車５、内側円筒ケーシング８、側板１０、案内羽根６、戻り羽根７、円板状仕切り９及び係合突起１１などを備えて構成されている。

外側円筒ケーシング１は、多段ディフューザポンプ５０の吸込み流路２及び吐出し流路３とを形成している。吸込み流路２は１段目の羽根車５の吸込み側に連通され、吐出し流路３は最終段の羽根車５の吐出し側に連通されている。回転軸４は、外側円筒ケーシング１内に水平に配置されると共に、回転自在に支持されている。本実施形態の多段ディフューザポンプ５０は横型ポンプである。

羽根車５は回転軸４に軸方向に多段に装着されている。図示例では、羽根車５は５段に設置されているが、それよりも多くても少なくても本発明は適用可能である。羽根車５は、流体を中央開口から吸込んで外周端面開口から半径方向の外方に流出するように構成されている。

内側円筒ケーシング８は、羽根車５と外側ケーシング１との間に配置されて羽根車５への吸込み流路及び吐出し流路を形成するものであり、羽根車５の各段に対応して軸方向に多段に分割されている。分割された内側円筒ケーシング８は円筒壁８１と仕切り壁８２とを有している。

案内羽根６は、円板状仕切り９と側板１０との間に位置して、羽根車５の外周から流出される流体を外方に案内するものである。この案内羽根６は、羽根車５の外周外方に延びると共に、回転軸４及び羽根車５に同心となるように設置されている。この案内羽根６の外径は、内側円筒ケーシング８の円筒壁８１の内径より小径となっている。

側板１０は、内側円筒ケーシング８の仕切り壁８２と案内羽根６との間に設置され、羽根車５の外周から流出される流体を外方へ導くためのものである。

戻り羽根７は、内側円筒ケーシング８の仕切り壁８２と円板状仕切り９と間に位置して、案内羽根６の外周から流出される流体を次段の羽根車５の吸込み側に導くものである。この戻り羽根７は、案内羽根６及び羽根車５の裏側（次段の羽根車側）に位置して外周側から内周側に延びると共に、回転軸４、羽根車５及び案内羽根６に同心となるように設置されている。この戻り羽根７の外径は、内側円筒ケーシング８の円筒壁８１の内径より小径となっている。図示例では、案内羽根６及び戻り羽根７が共に７枚の例であるが、これらが７枚より多くても少なくても本発明は適用可能である。

内側円筒ケーシング８、側板１０、案内羽根６、戻り羽根７及び係合突起１１は、鋳物などで一体に形成されてケーシング組み立て品６０を構成している。側板１０は内側円筒ケーシング８の仕切り壁８２の一側に一体に形成され、この案内羽根６は側板１０に一体に形成されている。戻り羽根７は内側円筒ケーシング８の仕切り壁８２の他側に一体に形成されている。換言すれば、案内羽根６及び戻り羽根７は、内側円筒ケーシング８の仕切り壁８２の両側に位置して一体に形成されている。一体構成とすることによって、内側円筒ケーシング８の仕切り壁８２の強度向上を図りつつ、側板１０、案内羽根６及び戻り羽根の芯出しの精度を向上することができる。

ケーシング組み立て品６０は、側板１０の外周面に内側円筒ケーシング８の円筒壁８１の内周面を嵌合することにより、軸方向に連結されて設置されている。これによって、内側円筒ケーシング８の芯出し精度を向上することができる。

円板状仕切り９は、案内羽根６の流路と戻り羽根７の流路とを仕切るものであり、内側円筒ケーシング８に対して軸方向に微小範囲で移動可能に設置されている。即ち、この円板状仕切り８は、各ケーシング組み立て品６０の間に独立して軸方向に微小隙間を有して、具体的には、隣接するケーシング組み立て品６０の一方の戻り羽根７と他方の案内羽根６との間に独立して軸方向に微小隙間を有して設置されている。

この円板状仕切り９の外径は内側円筒ケーシング８の円筒壁８１の内径より小径となっており、案内羽根６の外周外方の空間と戻り羽根７の外周外方の空間とが円板状仕切り９の外周外方の空間を介して連通されている。これによって、羽根車５から流出された流体は、円板状仕切り９の一側の面に沿って外方へ流れ、連通部を通った後に、円板状仕切り９の他側の面に沿って内方へ流れる。

内側円筒ケーシング８の円筒壁８１の内周面には周方向に係合突起１１が複数形成され、円板状仕切り９の外周縁部には係合突起１１の外形に合致した内形の係合溝１２が複数形成されている。係合突起１１と係合溝１２とは、周方向及び径方向の移動を不可とすると共に軸方向に移動可能とするように係合され、円板状仕切り９の周方向の回転を阻止する手段及び径方向の移動を阻止する手段を構成している。

係合突起１１は内側円筒ケーシング８の円筒壁８１と戻り羽根６の外周端部とを一体に連結するように形成されている。これによって、係合突起１１及び案内羽根６の強度を高めることができる。

係る構成の多段ディフューザポンプ５０を運転すると、流体は、外側円筒ケーシング１の吸込み流路２及び内側円筒ケーシング８の吸込み側を通って１段目の羽根車５の中央開口に吸込まれ、羽根車５の外周端面開口から案内羽根６に流出される。流出された流体は、円板状仕切り９の一側の面に沿って案内羽根６の流路を外方へ流れ、内側円筒ケーシング８の円筒壁８１と円板状仕切り９と間の連通部を通った後に、円板状仕切り９の他側の面に沿って戻り羽根７の流路を内方へ流れる。戻り羽根７の流路を流れた流体は、２段目の羽根車５の中央開口から羽根車５に吸込まれ、以下同様の動作が各段で図２の矢印に示すように行われた後、外側円筒ケーシング１の吐出し流路３から吐出される。

従来技術の欄で説明したように、羽根車５の外周端面開口から外方に流出される流体に乱流が発生し、この乱流が案内羽根６と戻り羽根７に挟まれた円板状仕切り９を覆うように流れることによって、この円板状仕切り９を境として軸方向に不均一な圧力差が発生し、この不均一な圧力差によって円板状仕切り９に対する軸方向の大きな流体加振力が発生する。

本実施形態では、円板状仕切り９が内側円筒ケーシング８に対して軸方向に微小範囲で移動可能に設置されているので、円板状仕切り９に対する軸方向の流体加振力を円板状仕切り９の軸方向の移動で吸収することができる。これによって、軸方向の流体加振力が内側円筒ケーシング８に直接伝わることなく、内側円筒ケーシング８の軸方向の振動が抑えられ、騒音を低減することができる。

本実施形態の多段ディフューザポンプ５０の振動解析を行い、騒音レベルの低減効果を評価した結果について図４を参照しながら説明する。図４の横軸は多段ディフューザポンプ５０における騒音レベルが卓越する周波数を表している。Ｎはポンプ回転周波数，Ｚはポンプ羽根枚数である。ＮＺ周波数では逆に騒音レベルが若干増えてしまうが、その他の周波数成分では騒音レベルが大幅に減少しており，トータルで騒音レベルが大幅に減少しているのが分かる。

また、本実施形態のように円板状仕切り９を独立して移動可能としても、案内羽根６と内側円筒ケーシング８とを固定した関係に維持しているので、羽根車５の外周端面と案内羽根６の内周端面との隙間を狭くすることが可能であり、十分なポンプ効率を確保することができる。

多段ディフューザポンプ５０の運転時に円板状仕切り９が周方向に回転すると、案内羽根６及び戻り羽根７の流路に影響を与え、ポンプの性能を劣化させる可能性がある。本実施形態では、円板状仕切り９の周方向の回転を阻止する手段を簡単な構成で備えているので、コストアップを抑制しつつポンプの性能を確保することができる。

また、多段ディフューザポンプ５０の運転時に円板状仕切り９が径方向に動くと、円板状仕切り９と羽根車５との間の摺動部の隙間が増大して漏れ損失が増え、ポンプ性能が劣化する可能性がある。本実施形態では、円板状仕切り９の半径方向の移動を阻止する手段を簡単な構成で備えているので、コストアップを抑制しつつポンプの性能を確保することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の多段ディフューザポンプ５０について説明する。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第２実施形態では、第１実施形態に加えて更に軸方向の流体加振力を低減するために、少なくとも一組の羽根車５の周方向取り付け位置の位相を前後で０．４７ピッチ以上０．５３ピッチ以下の範囲内でずらしたものである。これによって、図５に示すように軸方向の流体加振力をさらに低減できる。この低減方法は、ポンプの容量、回転数に無関係でありであり、多段ディフューザポンプに適用可能である。

本発明の第１実施形態の多段ディフューザポンプの縦断面図である。 図１の要部の拡大図である。 図１の多段ディフューザポンプのケーシング組み立て品と円板状仕切りとの関係を示す分解斜視図である。 図１の多段ディフューザポンプの騒音レベルの低減効果を表す図である。 本発明の第２実施形態の多段ディフューザポンプの軸方向の流体加振力の特性図である。

符号の説明

１…外側円筒ケーシング、２…吸込み流路、３…吐出し流路、４…回転軸、５…羽根車、６…案内羽根、７…戻り羽根、８…内側円筒ケーシング、９…円板状仕切り、１０…側板、１１…係合突起、１２…係合溝、５０…多段ディフューザポンプ、６０…ケーシング組み立て品、８１…円筒壁、８２…仕切り壁。

Claims (7)

1. 回転軸に軸方向に多段に装着された羽根車と、
   前記羽根車への流路を形成する円筒ケーシングと、
   前記羽根車の外周から流出される流体を外方に案内する案内羽根と、
   前記案内羽根の外周から流出される流体を内周側に導く戻り羽根と、
   前記案内羽根の流路と前記戻り羽根の流路とを仕切る円板状仕切りと、を備えた多段ディフューザポンプにおいて、
   前記円筒ケーシングは前記羽根車の各段に対応して複数に分割され、
   前記分割された円筒ケーシングと前記戻り羽根と前記案内羽根とは一体に形成されたケーシング組み立て品で構成され、
   前記円板状仕切りは前記ケーシング組み立て品の間に独立して軸方向に微小隙間を有して設置されている
   ことを特徴とする多段ディフューザポンプ。
2. 請求項１において、前記分割された円筒ケーシングは円筒壁と仕切り壁とを有し、前記戻り羽根及び前記案内羽根は前記分割された円筒ケーシングの仕切り壁の両側に一体に形成され、前記円板状仕切りは、隣接するケーシング組み立て品の一方の前記戻り羽根と他方の前記案内羽根との間に独立して軸方向に微小隙間を有して設置されていることを特徴とする多段ディフューザポンプ。
3. 請求項２において、前記円板状仕切りの周方向の回転を阻止する手段を備えたことを特徴とする多段ディフューザポンプ。
4. 請求項３において、前記円板状仕切りの径方向の移動を阻止する手段を備えたことを特徴とする多段ディフューザポンプ。
5. 請求項４において、前記円板状仕切りの周方向の回転を阻止する手段及び前記円板状仕切りの径方向の移動を阻止する手段は、前記分割された円筒ケーシングの円筒壁の内周面に周方向に複数形成した係合突起と、前記円板状仕切りの外周縁部に複数形成した係合溝とを、周方向及び径方向に移動不可で且つ軸方向に移動可能とするように係合して構成されていることを特徴とする多段ディフューザポンプ。
6. 請求項５において、前記係合突起は前記分割された円筒ケーシングの円筒壁と前記戻り羽根の外周端部と一体に連結するように形成されていることを特徴とする多段ディフューザポンプ。
7. 請求項１において、少なくとも一組の羽根車の周方向取り付け位置の位相が前後で０．４７ピッチ以上０．５３ピッチ以下の範囲内でずれていることを特徴とする多段ディフューザポンプ。

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