JP5164558B2 - Fluid machinery and pumps - Google Patents
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Description
本発明は流体機械およびポンプに関し、流体(海水、雨水、排水等)を扱うポンプや水車等の流体機械の羽根の製造技術に係り、鋳物製作していた羽根を鋼板部材等の板材で形成するものである。 The present invention relates to a fluid machine and a pump, and relates to a technology for manufacturing a blade of a fluid machine such as a pump or a water wheel for handling a fluid (seawater, rainwater, drainage, etc.). Is.
従来のポンプ装置の構成の一例として立軸斜流ポンプ装置を図6〜図8に示す。図6〜図8において、立軸斜流ポンプ装置1のポンプケーシング2は下端から順に吸込ベルマウス3、ボウル部4、揚水管5で構成され、上端にベンド管6を配置している。
As an example of the configuration of a conventional pump device, a vertical shaft mixed flow pump device is shown in FIGS. 6-8, the
ケーシング2の内部には回転軸7を挿通しており、回転軸7の下端に装着した羽根車8が吸込ベルマウス3およびボウル部4の内部に位置し、回転軸7を複数の軸受装置9が支持している。
A rotating
ボウル部4の内部には案内羽根10が配置してあり、案内羽根10は複数の翼13からなり、翼13はチップ側がボウル部4の外筒11に接合し、ボス側が内筒12に接合している。
A
羽根車やポンプケーシングは、ポンプ性能に影響する主要な部品であり、その羽根形状は3次元の複雑な曲面形状をなしている。
このため、従来においては、羽根車やポンプケーシングの案内羽根は鋳物製作しており、その製作フローは、図9に示すように、はじめに木型の模型を製作し、次に鋳型を製作して造形組立し、鋳型に溶湯を鋳込んで鋳物を鋳造し、離型した鋳物に砂落としショットブラストを施して斫りおよび清掃を行い、その後に熱処理を施して荒引加工及び検査を行うものであった。
The impeller and the pump casing are main components that affect the pump performance, and the shape of the blade is a three-dimensional complicated curved surface.
For this reason, in the past, guide blades of impellers and pump casings were manufactured by casting, and the manufacturing flow was as follows. First, a wooden model was manufactured, and then a mold was manufactured. Forming and assembling, casting molten metal into the mold, casting the casting, sand casting shot blasting to the released casting, grinding and cleaning, followed by heat treatment and roughing processing and inspection there were.
しかしながら、案内羽根は通常6〜10枚の翼を必要とし、その径が大きい場合には、鋳物コスト、加工コストが高くなる。また、鋳物製作では、製作的な問題から材質や口径範囲毎に肉厚を定めており、鋳造限界がある。このため過剰肉厚と成り易く、過剰品質、コストアップとなる。 However, the guide blade usually requires 6 to 10 blades, and when the diameter is large, the casting cost and the processing cost become high. Further, in casting production, the thickness is determined for each material and diameter range due to production problems, and there is a casting limit. For this reason, it becomes easy to become an excessive thickness, and it becomes an excessive quality and a cost increase.
このため、案内羽根を鋼板で製作して溶接により取り付けることが提案されている。
例えば、特許文献1では、羽根車の羽根出口における流出角度がハブ側からチップ側にかけて略同一であるとともに板金製の案内羽根が前後に複数に分割されて断面がそれぞれの半径で円弧状をなし互いに回転方にずらして取り付ける構成が開示されている。
For this reason, it has been proposed that the guide vanes are made of steel plates and attached by welding.
For example, in Patent Document 1, the outflow angle at the blade outlet of the impeller is substantially the same from the hub side to the tip side, and the sheet metal guide blades are divided into a plurality of front and rear parts so that the cross section has an arc shape with respective radii. A configuration in which they are attached while being shifted from each other in the rotational direction is disclosed.
また、特許文献2では、ハブ面に直交し回転軸に交叉する基準線を想定し、この基準線に直交させて複数の平行な平面を仮想し、これらの平面と羽根車羽根の交線を同一半径の円の円弧でしかもその円中心点が同一直線上にあるようにしてそれぞれに近似し、これらの近似円弧を周面に含み前記直線上に中心軸を有する楕円筒を仮想し、この楕円筒の前記近似円弧がある部分の周面を前記直線と平行な中心軸を有する円筒で近似し、この円筒の周面の一部を切り取って羽根車羽根とし、必要に応じて羽根車羽根の入口辺の入口角および出口辺の出口角を流体の流れ角と一致するように前記円筒の径と中心軸の方向を調整する構成が開示されている。他の先行技術文献としては特許文献3〜8がある。
ところで、鋳物製作に係る羽根形状(以下においては鋳物形状と称す)は3次元の複雑な曲線形状をなしているが、この鋳物形状をそのままに製缶化することは困難である。このために、上述した各特許文献1乃至8においては製缶するポンプケーシングの案内羽根を分割したり、羽根形状(以下においては製缶形状と称す)に種々の工夫を行っている。 By the way, a blade shape (hereinafter referred to as a cast shape) related to casting production has a three-dimensional complicated curved shape, but it is difficult to make a can as it is. For this reason, in each of the above-mentioned Patent Documents 1 to 8, the guide vanes of the pump casing to be made are divided, and various contrivances are made to the blade shape (hereinafter referred to as the can-making shape).
しかしながら、製缶によって理想的な三次元曲面を実現するためには、複雑な構造の金型等の型を必要とし、その製作コストが高くなる。そのため、これまでの製缶形状の案内羽根は、鋳物形状の案内羽根に比べて流体ロスが大きくなり、ポンプ性能が低下する要因となっている。 However, in order to realize an ideal three-dimensional curved surface by can manufacturing, a mold such as a mold having a complicated structure is required, and the manufacturing cost thereof is high. For this reason, the conventional can-shaped guide vanes have a larger fluid loss than the casting-shaped guide vanes, which is a factor in reducing the pump performance.
本発明は上記した課題を解決するものであり、製缶による成形性を考慮して羽根のメリディアン形状を簡略化し、かつ製缶化による流体機械性能の低下を抑制することができる流体機械およびポンプを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and a fluid machine and a pump capable of simplifying the meridian shape of a blade in consideration of moldability by can manufacturing and suppressing deterioration of fluid machine performance due to can manufacturing The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の流体機械は、ケーシング内に同軸心上に配置するボス部と、ボス部の軸心廻りに所定角度間隔で配置した複数の翼とを備え、翼は、板材を製缶により所定形状に形成してなり、かつボス側をボス部に接合して配設し、チップ側の翼端とボス側の翼端とにおいて同じ曲線形状に湾曲し、チップ側の翼面における羽根角度とボス側の翼面における羽根角度が同じである複数の異なる曲面の組み合わせからなる翼面形状をなすとともに、チップ側の入口部がボス側よりも流れ方向上流側へ所定長さに延びた形状をなし、かつ翼面の曲面形状の終端をなす基準点からこの基準点における接線方向に沿って平面状に伸長した形状をなすことを特徴とする。
本発明の流体機械は、ケーシング内に同軸心上に配置するボス部と、ボス部の軸心廻りに所定角度間隔で配置した複数の翼とを備え、翼は、板材を製缶により所定形状に形成してなり、かつボス側をボス部に接合して配設し、チップ側の翼端とボス側の翼端とにおいて同じ曲線形状に湾曲し、チップ側の翼面における羽根角度とボス側の翼面における羽根角度が同じである複数の異なる曲面の組み合わせからなる翼面形状をなすとともに、出口部の形状がチップ側とボス側における出口側の縁端をケーシング軸心方向において同じ位置に揃えた形状をなすことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a fluid machine of the present invention includes a boss portion disposed coaxially in a casing, and a plurality of blades disposed at predetermined angular intervals around the axis of the boss portion. The plate material is formed into a predetermined shape by a can, and the boss side is joined to the boss portion, and the tip side wing tip and the boss side wing tip are curved into the same curved shape, and the tip side A blade surface shape composed of a combination of a plurality of different curved surfaces having the same blade angle on the blade surface and the blade angle on the boss side, and the inlet side on the tip side is predetermined upstream of the boss side in the flow direction. A shape extending in a length is formed, and a shape extending in a planar shape along a tangential direction at the reference point is formed from a reference point that ends the curved surface shape of the blade surface .
The fluid machine of the present invention includes a boss portion arranged coaxially in the casing, and a plurality of blades arranged at predetermined angular intervals around the axis of the boss portion. The boss side is joined to the boss portion, and the tip side blade tip and the boss side blade tip are curved in the same curved shape, and the blade angle on the tip side blade surface and the boss The blade surface shape is a combination of a plurality of different curved surfaces with the same blade angle on the side blade surface, and the outlet portion has the same edge position on the tip side and the boss side in the casing axial direction. It is characterized in that it has a shape that is aligned with.
また、翼は、翼面形状が2つの曲率の異なる円柱面の組み合わせからなることを特徴とする。 Further, the wing is characterized in that the wing surface shape is a combination of two cylindrical surfaces having different curvatures .
本発明のポンプは、上述した流体機械であって、翼が回転羽根車の近傍に設けられる静置案内羽根の翼をなすことを特徴とする。 The pump according to the present invention is the fluid machine described above, wherein the blade is a blade of a stationary guide blade provided in the vicinity of the rotary impeller.
本発明のポンプは、上述した流体機械であって、翼がケーシング内で回転する回転羽根車の翼をなすことを特徴とする。 The pump of the present invention is the fluid machine described above, and is characterized in that the blades form the blades of a rotating impeller that rotates in a casing.
以上のように本発明によれば、翼がチップ側とボス側とで同じ曲線形状に湾曲した曲面形状の翼面を備え、三次元の3軸方向に変化する複雑な形状ではなく、二次元の2軸方向にのみ変化する形状をなすので、メリディアン形状(ポンプの軸心を含む断面形状)を簡略化し、製缶化において容易な成形性を実現し、型の簡略化もしくは不要化を図って安価に製作することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the wing has a curved wing surface curved in the same curved shape on the tip side and the boss side, and is not a complicated shape changing in a three-dimensional three-axis direction. Therefore, the meridian shape (cross-sectional shape including the shaft center of the pump) is simplified, easy moldability is achieved in making cans, and the mold is simplified or unnecessary. And can be manufactured at low cost.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態においては、先に図8に示した立軸斜流ポンプの案内羽根に本発明を適用する場合について説明し、同様の構成要素には同符号を付して説明を省略する。なお、本発明は立軸斜流ポンプの案内羽根に限らず、流体(海水、雨水、排水等)を扱う流体機械の回転羽根の製造に適用可能である。また、水車の案内羽根やランナにも適用できる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the case where the present invention is applied to the guide blades of the vertical shaft mixed flow pump shown in FIG. 8 will be described previously, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. In addition, this invention is applicable not only to the guide blade of a vertical axis diagonal flow pump but to manufacture of the rotary blade of the fluid machine which handles fluids (seawater, rainwater, drainage, etc.). It can also be applied to the guide vanes and runners of water wheels.
図1〜図3は本実施の形態に係る鋼板等の板材からなる案内羽根を示すものである。図1〜図3において、案内羽根21はポンプケーシング(ケーシングの一例)2のボウル部4の外筒22と内筒23の間に配設した複数の翼24からなり、翼24はチップ側が外筒22に溶接で接合し、ボス側が内筒23に溶接で接合している。
1 to 3 show a guide blade made of a plate material such as a steel plate according to the present embodiment. In FIG. 1 to FIG. 3, the
本実施の形態に係る案内羽根21は、その製缶による成形性を考慮してメリディアン形状(ポンプの軸心を含む断面形状)を簡略化している。また、ポンプケーシング2のボウル部4をなす外筒22と内筒23は、上部円錐部22a、23a、円筒部22b、23b、下部円錐部22c、23cからなり、これらの部材についても鋼板等の板材を製缶により所定形状に形成して、ポンプケーシング2の軸心方向において曲線形状を無くした形状をなす。
The
さらに、図5と図6において、本実施の形態における製缶化した案内羽根と従来の鋳物製作の案内羽根とを比較して示すように、メリディアン形状における流体ロス、動圧回収を考慮して、翼24は出口部の形状がチップ側とボス側における出口側の縁端をポンプ軸心方向において同じ位置に揃えた形状をなし、出口側の縁端がポンプケーシング2の軸心と直交する方向に沿った直線形状をなし、ここでは上部円錐部22a、23a、円筒部22b、23bの境を含む平面上に出口側の縁端がある。この結果、ボウル部4の短面化設計が可能となった。
Further, in FIG. 5 and FIG. 6, in consideration of fluid loss and dynamic pressure recovery in the Meridian shape, as shown by comparing the guide vanes made in the present embodiment with the guide vanes of conventional casting production. The
図3において(a)は翼のボス側における翼断面を示し、(b)は翼のチップ側における翼断面を示している。図中において破線は従来の鋳物製作に係る案内羽根の翼断面を示している。 3A shows a blade section on the boss side of the blade, and FIG. 3B shows a blade section on the tip side of the blade. In the figure, the broken line indicates a blade section of a guide blade according to conventional casting production.
図3に示すように、翼24は、外筒22および内筒23の円筒部22b、23b、下部円錐部22c、23cに対応する区間において、翼面形状が2つの曲率Ra、Rbの異なる円柱面をなす曲面24a、24bを接合点Pでつなぎ合わせて形成したものであり、外筒22に接合するチップ側の翼端と内筒23に接合するボス側の翼端とが同じ曲率Ra、Rbの曲線形状に湾曲して、チップ側の翼面における羽根角度とボス側の翼面における羽根角度が同じ翼面形状をなす。しかしながら、翼面の曲面形状は、2つの曲率Ra、Rbの異なる円柱面の組み合わせに限らず、円柱面、放物線柱面、楕円柱面等の2つの曲率や種類が異なる曲面24a、24bを接合点Pでつなぎ組み合わせて形成することも当然に可能である。
As shown in FIG. 3, the
比較として示すように、従来の鋳物製作に係る案内羽根の翼断面は、チップ側とボス側において形状が相違している。
このように、翼24がチップ側とボス側とで同じ曲率の曲線形状に湾曲した曲面形状の翼面をなすことで、翼24は三次元の3軸方向に変化する複雑な形状ではなく、二次元の2軸方向にのみ変化する形状をなすので、製缶化において容易な成形性を実現し、型の簡略化を図って安価に製作することが可能となった。
As shown as a comparison, the blade cross section of the guide vane according to the conventional casting production is different in shape on the tip side and the boss side.
In this way, the
また、翼24が2つの曲率Ra、Rbの異なる曲面を組み合わせた形状をなすことで、設計パラメータを設定した設計思想を構築できる。つまり、曲率を変化させることで、異なる定格のポンプを容易に設計できる。さらに、翼24の全体を1つの曲面で形成する場合に比べて、ポンプ性能の低下を抑制できる。また、案内羽根を分割した場合よりも性能の低下を抑制でき、施工性も向上する。
In addition, the design concept in which the design parameters are set can be constructed by forming the
図1〜図2に示すように、翼24は、入口部の形状がボウル部4の内筒23の下部円錐部23cよりも下方へ、つまり流れ方向上流側へ所定長さに延びた形状をなし、かつ翼面の曲面形状の終端をなす基準点からこの基準点における接線方向に沿って平面状に伸長した形状をなす。この翼24の入口部における平面状の翼面24cの羽根角度は、遠心力による周方向速度成分の大きいチップ側の翼面における羽根角度を基準としてチップ側とボス側とで同じ羽根入口角度に設定している。各翼24の位置はボス側の内筒23を基準として設定している。
As shown in FIGS. 1 to 2, the
上述したように、翼24の入口部における平面状の翼面の羽根角度を設定することで、流れによるチップ側の迎え角による影響を小さくできる。ボス側ではチップ側に比べて若干迎え角があるが、乖離.等の性能への影響はないものと推量できる。これは表1に示す解析結果および図4に示す速度ベクトル図より明らかである。
As described above, by setting the blade angle of the planar blade surface at the inlet portion of the
上記実施例では、2つの円柱曲面を接合した例で説明したが、3つ以上の曲面を組み合わせても良いし、円柱面と放物線柱面の組み合わせであっても良い。なお、ここで用いる曲面とは曲率≒0の平面をも含む概念である。 In the said Example, although demonstrated by the example which joined two cylindrical curved surfaces, three or more curved surfaces may be combined and the combination of a cylindrical surface and a parabolic column surface may be sufficient. In addition, the curved surface used here is a concept including a plane with curvature ≈0.
1 立軸斜流ポンプ装置
2 ポンプケーシング(ケーシングの一例)
3 吸込ベルマウス
4 ボウル部
5 揚水管
6 ベンド管
7 回転軸
8 羽根車
9 軸受装置
10 案内羽根
11 外筒
12 内筒
13 翼
21 案内羽根
22 外筒
22a、23a 上部円錐部
22b、23b 円筒部
22c、23c 下部円錐部
23 内筒
24 翼
24a、24b 曲面
24c 平面状の翼面
P 接合点
1 Vertical shaft mixed
DESCRIPTION OF
Claims (5)
翼は、板材を製缶により所定形状に形成してなり、かつボス側をボス部に接合して配設し、チップ側の翼端とボス側の翼端とにおいて同じ曲線形状に湾曲し、チップ側の翼面における羽根角度とボス側の翼面における羽根角度が同じである複数の異なる曲面の組み合わせからなる翼面形状をなすとともに、チップ側の入口部がボス側よりも流れ方向上流側へ所定長さに延びた形状をなし、かつ翼面の曲面形状の終端をなす基準点からこの基準点における接線方向に沿って平面状に伸長した形状をなすことを特徴とする流体機械。 A boss portion arranged coaxially in the casing, and a plurality of wings arranged at predetermined angular intervals around the axis of the boss portion,
The wing is formed by forming a plate material into a predetermined shape by making a can, and the boss side is joined to the boss portion, and is curved in the same curved shape at the tip side wing tip and the boss side wing tip, The blade surface shape is a combination of a plurality of different curved surfaces with the same blade angle on the tip-side blade surface and the blade angle on the boss-side blade surface , and the tip-side inlet is upstream in the flow direction from the boss side. A fluid machine characterized by having a shape extending to a predetermined length and having a shape extending flatly from a reference point that terminates the curved surface shape of the blade surface along a tangential direction at the reference point .
翼は、板材を製缶により所定形状に形成してなり、かつボス側をボス部に接合して配設し、チップ側の翼端とボス側の翼端とにおいて同じ曲線形状に湾曲し、チップ側の翼面における羽根角度とボス側の翼面における羽根角度が同じである複数の異なる曲面の組み合わせからなる翼面形状をなすとともに、出口部の形状がチップ側とボス側における出口側の縁端をケーシング軸心方向において同じ位置に揃えた形状をなすことを特徴とする流体機械。 A boss portion arranged coaxially in the casing, and a plurality of wings arranged at predetermined angular intervals around the axis of the boss portion,
The wing is formed by forming a plate material into a predetermined shape by making a can, and the boss side is joined to the boss portion, and is curved in the same curved shape at the tip side wing tip and the boss side wing tip, The blade surface shape is a combination of a plurality of different curved surfaces where the blade angle on the tip side blade surface and the blade angle on the boss side blade surface are the same, and the shape of the outlet portion is on the outlet side on the tip side and the boss side. A fluid machine having a shape in which edges are aligned at the same position in a casing axial direction .
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