JP5684390B2 - ポンプ部材設計 - Google Patents

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Description

本開示は、ポンプ部材に関し、より詳細には、ポンプ部材のための設計方法に関する。
流体ポンプは、軸流ポンプおよび遠心流ポンプを含む。従来の設計の慣行では一般に、キャビテーションにより若干の不安定性が誘発されながらも必要とされる吸引性能が達成される。先端隙間の増加、ケーシング処理、および先端渦抑制などの通常の従来の設計慣行では、キャビテーションにより誘発される不安定性を最小限に抑える成功の可能性は制限されており、しばしば吸引性能が低下する結果となる。
ブレード前縁の展開図。 ポンプ部材設計ののど部厚みおよびキャビティ高さの関連技術のグラフ図。 本願の１つの非限定的な実施例によるポンプ部材前縁設計方法のグラフ図。
当業者には、開示された非限定的な実施例についての以下の詳細な説明からさまざまな特徴が明らかとなるであろう。詳細な説明に付随する図面は、上記のように簡単に説明可能である。
図１を参照すると、ポンプ部材、インデューサ（ｉｎｄｕｃｅｒ）、およびインペラのブレード２０の概略図が示される。キャビテーションは、静圧が流体の蒸気圧の値より低い値に低下すると、ポンプ部材上で生じる。流体力学において多くの種類のキャビテーションが生じることが知られている。
式（１）、
φ＝Ｃm／Ｕ＝ｔａｎ（β−α） （１）
に示される流れ係数φによって、入口子午線速度Ｃm、ブレード速さＵ、ブレード角β、および入射角αの関係が定義される。
本願で開示される設計思想は、入射角を従属変数とみなす従来のプロセスとは反対に、ブレード角βの値を、本質的に入射角を独立変数とする入射角αの関数とするものである。Ｓｔｒｉｐｌｉｎｇ（１９６２）、Ｊａｐｉｋｓｅ（２００１）、およびＨａｓｈｉｍｏｔｏ（１９９７）に与えられている情報は、ブレード角βおよび入射角αを選択する従来の設計慣行を代表するものである。参照することによって本願に含まれる。
従来のポンプ部材の設計方法は一般に、正の先端入射角を用いる。シュラウドのないポンプ部材では、この正の先端入射角は、先端隙間と組み合わされて、ポンプ部材の上流に進行することができる先端渦を生成する。この上流への流れは、しばしば逆流と呼ばれる。逆流強度および流量は、先端入射角および先端隙間によって決定される。逆流強度および流量があるレベルに到達すると、逆流は、隣接するポンプ部材ブレードと相互作用することになり、キャビテーション不安定性が生成されることになる。キャビテーション不安定性のモード形状は、逆流および隣接するブレード相互作用の協同によって決定される。
ハブから先端までのポンプ部材の最大のど部ブレード厚みは一般に、半径の一次関数となる（図２）。最小および最大ブレード厚みは、構造上の要求によって決定される。従来のポンプ部材の設計プロセスでは、半径（ｒ）にブレード角（β）の正接を掛けたものを定数に等しくなるように維持することによってブレード前縁角が定義される。この設計方法によって、キャビティ体積は、ブレード体積よりかなり大きいものとなる（図２）。これによって、キャビテーションにより誘発される不安定性が生じる。この欠点を解消するために、代替のブレード前縁角分布が必要とされる。
ブレード前縁角分布を定義する新規な方法は、ポンプ部材前縁のブレード角および結果として得られる入射角が調整される必要がある（図３）。ポンプ部材は、ハブのすぐ近くの第１のセクションおよび先端のすぐ近くの第２のセクションを有するブレードを備える。キャビティ高さ分布は、選択された入射角分布に基づく。選択されたブレード厚み分布は、構造上の要求に基づく。結果として得られるキャビティ高さ分布は、第１のセクションおよび第２のセクションにおいてブレード厚みと一致し、ブレードに沿ってブレード厚みより大きくなっている。すなわち、ハブ（ｈｕｂ）および先端（ｔｉｐ）における入射角（αh）、（αt）は、キャビティ高さが第１のセクションハブおよび第２のセクション先端のブレード厚みと一致するように選択される。
この方法によって、キャビティ体積は、従来のポンプ部材のキャビティ体積よりかなり小さくなり、ブレード体積に大幅に近接する。キャビティ体積の低減によって、キャビテーションポンプ部材の不安定性が低減される。さらに、この方法によって、優秀な吸引性能が実現された。

Claims (1)

  1. ハブのすぐ近くの第１のセクションおよび先端のすぐ近くの第２のセクションを有するブレードと、
    選択された入射角分布と、
    構造上の要求に基づく選択されたブレード厚み分布と、
    選択された入射角分布に基づくキャビティ高さ分布と、
    を備え、結果として得られるキャビティ高さ分布は、第１のセクションおよび第２のセクションにおいてブレード厚みと一致し、第１のセクションおよび第２のセクションの間のブレードに沿ってブレード厚みより大きくなっていることを特徴とするポンプ部材。
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