JP5074218B2 - 多段ポンプ - Google Patents

Description

本発明は多段ポンプに係り、特に外径の異なる複数の羽根車が同一ケーシングを共用して組み立てられる、給水ポンプ等に用いられる汎用多段ポンプに関する。

汎用多段ポンプは広い水量範囲に対応するため口径別に代表的なポンプが製造されている。また、各々の口径において広い揚程範囲に対応するため段数を変えて対応する。即ち、高揚程には段数を多くして対応する。更に、標準電動機の出力区分に対応するため、同一口径でも一つのケーシングに羽根車外径が異なる羽根車を組み合わせる場合がある。そのため、従来技術（例えば、特許文献１、２、３など）では羽根車シュラウドとケーシングの空間が大きくなっている。

特開平６−２８０７９４号公報 特許第３９６４６６４号公報 特開平６−２８０７９３号公報

近年、省エネルギーが求められていることから、ポンプについても従来以上の高効率化が求められている。多段ポンプを高効率化するためには、流路各部で発生する水力損失を低減しなければならない。そのためにこれまでは、主要部品である羽根車及び案内羽根の性能改善が実施されてきたが、汎用多段ポンプの場合、同一ケーシングに羽根車外径が異なる羽根車を組み合わせる場合があるため、羽根車から案内羽根に至るまでの流路の断面積により水力損失も大きいことが分かった。

特許文献１〜３に示される多段ポンプは、羽根車の出口から案内羽根（ガイドベーン）に至るまでの流路の断面積が大きく変化するため水力損失が大きくなっている。特許文献１、２に記載の多段ポンプを図３について説明する。図３において、原動機（図示せず）で駆動される主軸１に軸方向に羽根車２が取り付けられ、羽根車２の外側には案内羽根３が設けられている。案内羽根３は案内羽根側板４と合わせて内ケーシング５に保持されている。内ケーシング５は羽根車２との間にシール部材のライナリング７を備えている。羽根車２と案内羽根３と案内羽根側板４と内ケーシング５は一対で１段のポンプを構成しており、１段のポンプは主軸１を軸心として３段重ねられており、これを包み込むように外ケーシング６が設けられ、３段ポンプを構成している。

ポンプが運転されると羽根車２が回転して、吸込まれた水が太矢印のように羽根車２の中を通って羽根車２から流出し、流出した水は該ケーシング５内を外向きに通過し、案内羽根３に流入し、該案内羽根３にガイドされて流れの向きを内向きに変え、次段の羽根車２に流入する。上記水の流路について検討すると、流路に沿った流路面積が、羽根車の出口面積Ｓ１に比べ、羽根車２と案内羽根３の間の面積Ｓ２が大きくなっている。更に、案内羽根への入口面積Ｓ３は、Ｓ２に比べ小さくなる。このように水流の方向に流路面積が急拡大、旧縮小すると流速の変化が大きいために水力損失が発生し、また、羽根車２と案内羽根３の間の面積Ｓ２の部分から逆方向矢印のような漏れ流れが生じ、ポンプ効率を大幅に低下させる。

次に特許文献３に記載の多段ポンプを図４について説明する。図４では、吸込まれた水が太矢印のように羽根車２の中を通って羽根車２から流出し、流出した水は直接ケーシング５内を外向きに通過し、ケーシング５でガイドされて流れの向きを内向きに変えて戻り羽根９に入り、次段の羽根車２に流入する。水流（矢印）に沿った流路面積について見ると、羽根車の出口面積Ｓ１に比べ、羽根車２と案内羽根３の間の面積Ｓ２が大きくなっている。更に、案内羽根の入口面積Ｓ３はＳ２に比べ小さくなる。このように水流の方向に流路面積が急拡大、急縮小すると図３と同じく水力損失が発生し、ポンプ効率が大幅に低下する。

本発明の目的は、羽根車から案内羽根までの間に発生する水力損失を低減し、高効率な多段ポンプを提供することである。

そのため本発明は、原動機で駆動される主軸に複数の羽根車が取り付けられ、各々の該羽根車の外周側に案内羽根が設けられ、各々の該案内羽根を囲むようにケーシングが設けられており、該羽根車と該案内羽根と該ケーシングは一対で１段のポンプを構成し、該１段のポンプが該主軸に複数段取り付けられ、該複数段のポンプは軸方向に結合されており、該初段のポンプから水を吸込み、該水は該羽根車によって圧力エネルギーを与えられ、該羽根車を流出した該水は該ケーシング内を外向きに通過し、該案内羽根に流入し、該案内羽根にガイドされて流れの向きを内向きに変え、該次段の羽根車に流入する多段ポンプにおいて、該ケーシング内における該羽根車から該案内羽根までの流路を、該主軸にほぼ直角な平面に沿って設けた円板状部材で形成し、該円板状部材の内径が該羽根車の外径よりも小さいことを特徴とする。

また、原動機で駆動される主軸に複数の羽根車が取り付けられ、各々の該羽根車の外周側に案内羽根が設けられ、各々の該案内羽根を囲むようにケーシングが設けられており、該羽根車と該案内羽根と該ケーシングは一対で１段のポンプを構成し、該１段のポンプが該主軸に複数段取り付けられ、該複数段のポンプは軸方向に結合されており、該初段のポンプから水を吸込み、該水は該羽根車によって圧力エネルギーを与えられ、該羽根車を流出した該水は該ケーシング内を外向きに通過し、該案内羽根に流入し、該案内羽根にガイドされて流れの向きを内向きに変え、該次段の羽根車に流入する多段ポンプにおいて、該ケーシング内における該羽根車から該案内羽根までの流路に、該主軸にほぼ直角な平面に沿って設けたリング状の円板状部材で該羽根車を流出した水を該案内羽根に案内する案内路を形成し、該円板状部材の内径が該羽根車の外径よりも小さいことを特徴とする。

これにより、羽根車出口の流路面積と、ケーシングに囲まれ羽根車から案内羽根に至るまでの流路面積と、案内羽根入口の流路面積変化が緩やかになり、流速分布が改善され水力損失が低減する。

また、該案内羽根と該ケーシングの間に案内羽根側板を設け、該案内羽根側板の内側を円板状に半径方向内側に延長して該円板状部材を形成した。これにより、簡素な構造で羽根車出口流路、ケーシングに囲まれ羽根車から案内羽根に至るまでの流路、案内羽根入口の流路の面積変化を適正にすることができる。

また、該案内羽根側板の内側を円板状に内側に延長して形成した該円板状部材の内径が該羽根車の外径よりも小さくした。これにより、羽根車から流出した水は案内羽根側板にガイドされて、乱れることなく案内羽根に流入するので水力損失が低減する。

また、該円板状部材の内側部分が主軸先端へ向かって湾曲している。これにより、羽根車径が小さく羽根車出口の主板と側板の間隔が大きい羽根車を取り付けた場合でも、同一の案内羽根側板を用いて羽根車から流出した水の流れを乱すことなく案内羽根に流入させることができるので水力損失が低減する。

また、該円板状部材の内側と該羽根車の外側の重なり寸法が、該羽根車の羽根車出口における主板と側板の間隔の２割以上になるようにしている。これにより、羽根車と案内羽根側板のすき間を通過する漏れ流れが少なくなるので、水力損失を低減できる。

本発明は、原動機で駆動される主軸に複数の羽根車が取り付けられ、各々の該羽根車を囲むようにケーシングが設けられており、該ケーシングには該羽根車から流出した水を内向きにガイドする戻り羽根が設けられており、該羽根車と該ケーシングは一対で１段のポンプを構成し、該１段のポンプが該主軸に複数段取り付けられ、該複数段のポンプは軸方向に結合されており、該初段のポンプから水を吸込み、該水は該羽根車によって圧力エネルギーを与えられ、該羽根車を流出した該水は該ケーシング内を外向きに通過し、該内ケーシングの内壁で流れの向きを内向きに変え、該戻り羽根に流入し該次段の羽根車に流入する多段ポンプにおいて、該ケーシング内における該羽根車から該ケーシング内壁までの流路を、該主軸にほぼ直角な平面に沿って設けた円板状部材で形成し、該円板状部材の内径が該羽根車の外径よりも小さいことを特徴とする。これにより、案内羽根を持たないポンプでも羽根車から戻り羽根に至る流路の面積変化が緩やかになり水力損失が低減する。

また、該ケーシングの内壁の一部を該主軸へ向かって円板状に広げて該円板状部材を該ケーシングに設け、該円板状部材で該ケーシング内における該羽根車から該ケーシング内壁までの流路を分割した。これにより、これにより、案内羽根を持たないポンプでも羽根車から戻り羽根に至る流路の面積変化が緩やかになり水力損失が低減する。

本発明によれば多段ポンプにおいて、同一ケーシングに羽根車外径が異なる羽根車を組み合わせる場合でも、羽根車から案内羽根に至るまでの流路の水力損失を低減することができる。また、案内羽根を持たない多段ポンプでも羽根車から戻り羽根に至るまでの流路の水力損失を低減することができるので、多段ポンプの効率を高めることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明する。図１は実施例の多段ポンプの要部断面図で、主軸１の上半分を示す。主軸１に羽根車２が軸方向に複数個取り付けられ、羽根車２の外側には主軸１にほぼ直角に外側から主軸に向かって延びる案内羽根３が設けられている。案内羽根３は案内羽根側板４を有し、合わせて内ケーシング５内に取り付けられている。内ケーシング５は羽根車２との間にシール部材のライナリング７を備えている。羽根車２と案内羽根３と案内羽根側板４と内ケーシング５は一対で１段のポンプを構成しており、１段のポンプは主軸１を軸心として軸方向に３段重ねられており、これを包み込むように外ケーシング６が設けられ、３段ポンプを構成している。８は外ケーシング６の先端に接続された吸込みノズルのフランジである。なお、説明の都合上原動機は表示していない。

本実施例の案内羽根側板４は、その内壁の一部を軸１にほぼ直角な平面に沿って内側（軸１に向かって）に延長して形成されるリング状の円板状部材４ａが設けられている。円板状部材４ａは内側端４ｂが主軸１の先端１ａ側に湾曲した形状をしている。円板状部材４ａの内側端４ｂの内径は、羽根車２の外側端２ａの外径よりも小さくなっており、羽根車２との重なり部分の長さは、羽根車出口の主板２ｂと側板２ｃとの開口間隔の２割以上の同等寸法になっている。上記円板状部材４ａは、前述のように先端４ｂが主軸１の先端１ａ側に湾曲した形状をしているので、羽根車２の側板２ｃと僅かに離間した状態でその曲面に沿うように設けられる。

上記円板状部材４ａは、ケーシング内における羽根車２の出口から案内羽根３までの流路を分割している。換言すれば、上記流路に上記円板状部材４ａと案内羽根３とで挟まれる通路１２が形成され、羽根車２の出口から流出した水の案内流路１２となっている。上記構成は、各段のポンプについて同一となっている。

本実施例は上記案内流路を形成したことにより、羽根車の出口面積Ｓ１、羽根車２と案内羽根３の間の面積Ｓ２、案内羽根の入口面積Ｓ３の変化が、図３に示す従来技術に比べ緩やかになり、矢印方向の水の流れにおいて水力損失が極めて少なくなる。

さらに、本実施例では案内羽根側板４のリング状円板状部材４ａの内側端が羽根車と重なり部を形成しているので、羽根車出口からライナリング７を通って羽根車入口へ流れ出る漏れ流量を低減することができる。即ち、従来技術では図３に示すとおり漏れ流れは羽根車２の出口から自由に流れてライナリング７に達するので漏れ流量が多くなる。これに対し、本実施例では図１に示す通り、漏れ流れが羽根車２の出口からライナリング７に至るには、案内羽根側板４の円板状部材４ａと羽根車２の重なり部のすき間を通過しなければならないため、流れの向きを急変させなければならない。しかしながら、水流は慣性力により流れ方向を急変することはできないので、漏れ流量が大幅に低減する。

したがって、従来技術に比べ高効率の多段ポンプを提供できる。

図２は他の実施例の多段ポンプの要部断面図で、主軸１の上半分を示す。主軸１に軸方向に複数の羽根車２が取り付けられ、羽根車２は内ケーシング５に囲まれていて、内ケーシング５には戻り羽根９が設けられている。戻り羽根９は、次段のポンプの内ケーシング５に取付けられ。主軸１に方向に主軸にほぼ直角に延びている。羽根車２と内ケーシング５は一対で１段のポンプを構成しており、１段のポンプは主軸１を軸心として２段重ねられており、これを包み込むように外ケーシング６が設けられ、２段ポンプを構成している。

本実施例の内ケーシング５の内壁の内側にドーナツ形の部材１０が設けられている。そして、その内壁の一部を軸１にほぼ直角な平面に沿って内側（軸１に向かって）に延長して形成されるリング状の円板状部材１０ａが設けられている。円板状部材１０ａは内側端１０ｂが主軸１の先端１ａ側に湾曲した形状をしている。円板状部材１０ａの内側端１０ｂの内径は羽根車２の外側端２ａの外径よりも小さくなっており、羽根車２との重なり部分の長さは、羽根車出口の主板２ｂと側板２ｃと開口間隔の２割以上での同等寸法とになっている。上記円板状部材１０ａは、前述のように先端１０ｂが主軸１の先端１ａ側に湾曲した形状をしているので、羽根車２の側版２ｃと僅かに離間した状態でその曲面に沿うように設けられている。

上記円板状部材１０ａは、ケーシング内における羽根車２の出口から内ケーシング５までの流路を分割している。換言すれば、上記流路に上記円板状部材１０ａと戻り羽根９とで挟まれる通路１２が形成され、羽根車２の出口から流出した水の案内流路１２となっている。上記構成は、各段のポンプについて同一となっている。

本実施例は上記案内流路を形成したことにより、先の実施例と同様に羽根車の出口面積Ｓ１、羽根車２と案内羽根３の間の面積Ｓ２、案内羽根の入口面積Ｓ３の変化が、図４に示す従来技術に比べ緩やかになり、矢印方向の水の流れにおいて水力損失が極めて少なくなる。

さらに、本実施例では案内羽根側板４のリング状の円板状部材１０ａの内側端が羽根車と重なり部を形成しているので、先の実施例と同様に、羽根車出口からライナリング７を通って羽根車入口へ流れ出る漏れ流量を低減することができる。即ち、従来技術では図４に示すとおり漏れ流れは羽根車２の出口から自由に流れてライナリング７に達するので漏れ流量が多くなる。これに対し、本実施例では図２に示す通り、漏れ流れが羽根車２の出口からライナリング７に至るには、ドーナツ形の部材１０の円板状部材１０ａと羽根車２の重なり部のすき間を通過しなければならないため、流れの向きを急変させなければならない。しかしながら、水流は慣性力により流れ方向を急変することはできないので、漏れ流量が大幅に低減する。

したがって、従来技術に比べ高効率の多段ポンプを提供できる。

本発明の実施例の多段ポンプの断面図。 本発明の他の実施例の多段ポンプの断面図。 従来技術の多段ポンプの断面図。 他の従来技術の多段ポンプの断面図。

符号の説明

１…主軸、２…羽根車、３…案内羽根、４…案内羽根側板、４ａ…円板状部材、５…内ケーシング、６…外ケーシング、７…ライナリング、８…吸込ノズルのフランジ、９…戻り羽根、１０…内ケーシング部材、１０ａ…円板状部材、１２…案内流路。

Claims (7)

1. 原動機で駆動される主軸に複数の羽根車が取り付けられ、各々の該羽根車の外周側に案内羽根が設けられ、各々の該案内羽根を囲むようにケーシングが設けられており、該羽根車と該案内羽根と該ケーシングは一対で１段のポンプを構成し、該１段のポンプが該主軸に複数段取り付けられ、該複数段のポンプは軸方向に結合されており、該初段のポンプから水を吸込み、該水は該羽根車によって圧力エネルギーを与えられ、該羽根車を流出した該水は該ケーシング内を外向きに通過し、該案内羽根に流入し、該案内羽根にガイドされて流れの向きを内向きに変え、該次段の羽根車に流入する多段ポンプにおいて、
   該ケーシング内における該羽根車から該案内羽根までの流路を、該主軸にほぼ直角な平面に沿って設けた円板状部材で形成し、該円板状部材の内径が該羽根車の外径よりも小さいことを特徴とする多段ポンプ。
2. 原動機で駆動される主軸に複数の羽根車が取り付けられ、各々の該羽根車の外周側に案内羽根が設けられ、各々の該案内羽根を囲むようにケーシングが設けられており、該羽根車と該案内羽根と該ケーシングは一対で１段のポンプを構成し、該１段のポンプが該主軸に複数段取り付けられ、該複数段のポンプは軸方向に結合されており、該初段のポンプから水を吸込み、該水は該羽根車によって圧力エネルギーを与えられ、該羽根車を流出した該水は該ケーシング内を外向きに通過し、該案内羽根に流入し、該案内羽根にガイドされて流れの向きを内向きに変え、該次段の羽根車に流入する多段ポンプにおいて、
   該ケーシング内における該羽根車から該案内羽根までの流路に、該主軸にほぼ直角な平面に沿って設けたリング状の円板状部材を設けて該羽根車を流出した水を該案内羽根に案内する案内流路を形成し、該円板状部材の内径が該羽根車の外径よりも小さいことを特徴とする多段ポンプ。
3. 該案内羽根と該ケーシングの間に案内羽根側板を設け、該案内羽根側板の内側を円板状に半径方向内側に延長して該円板状部材を形成したことを特徴とする請求項１または２記載の多段ポンプ。
4. 該円板状部材の内側部分が羽根車における流入側へ向かって湾曲していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多段ポンプ。
5. 該円板状部材の内側と該羽根車の外側の重なり寸法が、該羽根車の羽根車出口における主板と側板の間隔の２割以上であること特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多段ポンプ。
6. 原動機で駆動される主軸に複数の羽根車が取り付けられ、各々の該羽根車を囲むようにケーシングが設けられており、該ケーシングには該羽根車から流出した水を内向きにガイドする戻り羽根が設けられており、該羽根車と該ケーシングは一対で１段のポンプを構成し、該１段のポンプが該主軸に複数段取り付けられ、該複数段のポンプは軸方向に結合されており、該初段のポンプから水を吸込み、該水は該羽根車によって圧力エネルギーを与えられ、該羽根車を流出した該水は該ケーシング内を外向きに通過し、該内ケーシングの内壁で流れの向きを内向きに変え、該戻り羽根に流入し該次段の羽根車に流入する多段ポンプにおいて、
   該ケーシング内における該羽根車から該ケーシング内壁までの流路を、該主軸にほぼ直角な平面に沿って設けた円板状部材で形成し、該円板状部材の内径が該羽根車の外径よりも小さいことを特徴とする多段ポンプ。
7. 該ケーシングの内壁の一部を該主軸へ向かって円板状に広げて該円板状部材を該ケーシングに設け、該円板状部材で該ケーシング内における該羽根車から該ケーシング内壁までの流路を形成したことを特徴とする請求項６記載の多段ポンプ。

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