JP5984133B2 - 渦巻きポンプ - Google Patents
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仕切板の先端部の形状に関する技術として、例えば、特許文献1には、回転するファン(羽根車)に形成される羽根(仕切板)の先端部をR形状にする遠心送風機(ポンプ)が開示されている。
そして、前記水平断面のキャンバーラインの前記先端部における接線と、前記基準線と、がなす角度として定義される入口角が、前記流入角の前記軸方向の変化に応じて前記軸方向に変化し、前記入口角の前記軸方向の変化に対応して、前記流路への前記仕切板の張り出し量が前記軸方向に変化しており、前記仕切板の前記軸方向の両端部よりも前記軸方向の中心で前記入口角が大きいことを特徴とする。
また、前記流入角の前記軸方向の変化に応じて、前記流路への前記仕切板の張り出し量が前記軸方向に変化しており、前記仕切板の厚みが前記軸方向に変化して、前記仕切板の張り出し量が前記軸方向に変化していることを特徴とする。
羽根2bは円盤部2dに、周方向に等しい間隔で回転軸2aの軸方向に立設するように形成され、流体FLは羽根2bの間を流通して周縁部2cから送出される。
羽根車2の周縁部2cから送出された流体FLは、吐き出し管3aまでボリュート4に案内されて流通し、吐き出し管3aから渦巻きポンプ1の外部に吐出される。
このような形状の仕切板5によって、ケーシング3には、羽根車2側(内側)を吐き出し管3aまで流体FLが流通する内側流路4bと、その外側を吐き出し管3aまで流体FLが流通する外側流路4aと、の2つの流路が仕切板5で仕切られて形成される。そして、ボリュート4は、2つの流路(外側流路4a、内側流路4b)で流体FLを吐き出し管3aまで案内する。
図4のグラフで示すように、区分した領域[1]〜[8]ごとに異なる全圧損失(Loss)が生じ、特に領域[3]、[7]で全圧損失が高くなる。このうち、領域[3]に生じる高い全圧損失は、主に、領域[3]に設けられた入側端5aによって生じている。
基準線L1は、基準面S1のキャンバーラインCLの入側端5aにおける接線であって基準面S1を含む平面上の直線、つまり、軸方向と直交する平面に平行な直線となる。なお、図5の(a)には、基準面S1を含む平面に投影した入口角度線L2も図示している。
以上のように入口角θinを定義すると、軸方向と直交する平面で仕切板5を切断した水平断面S2の形状が、根元端5Dから上端5Uまで基準面S1と同じ形状となる場合、軸方向の全ての位置で入口角θinは「0」となる。
流入角θLは、流体FLが基準線L1に対して外側流路4aの側を向く角度を「正」、流体FLが基準線L1に対して内側流路4bの側を向く角度を「負」とする。つまり、流入角θLが「正」のとき流体FLは仕切板5の入側端5aから外側流路4aに向かって流れ、流入角θLが「負」のとき流体FLは仕切板5の入側端5aから内側流路4bに向かって流れる。
なお、図5の(b)、(c)には、基準面S1を含む平面に投影した入口角度線L2と流入線L3も図示している。
このように、流体FLの入口角θinは、回転軸2a(図2参照)の軸方向に沿って変化する。
例えば、上端5Uから根元端5Dまで、入口角θinが「0」になるように仕切板5の形状を決定すると、流入角θLが「0」より大きくなる位置では入口角θinと流入角θLが一致しない。そして、入口角θinと流入角θLが一致しない位置では外側流路4aにおける入側端5aの近傍で流れの剥離が発生し、全圧損失が高くなってポンプ効率が低下する。
具体的に、「Z=n」の軸方向位置における水平断面S2のキャンバーラインCLの入側端5aにおける接線を基準面S1を含む平面に投影した入口角度線L2と、基準線L1が「θn」の角度で交差するように、「Z=n」の軸方向位置の水平断面S2が形成される仕切板5とする。
さらに、外側流路4aの側への張り出し量が軸方向に変化する仕切板5の形状とすれば、仕切板5の入側端5aにおける入口角θinを軸方向に変化させることができる。
ここでいう「張り出し量」は、仕切板5の水平断面S2が基準面S1よりも外側流路4a側に飛び出すように湾曲しているときの飛び出した量(長さ)を示す。
なお、例えば、図8の(b)から、外側流路4a側への張り出し量が多くなるほど入口角θinが大きくなることがわかる。
そしてこのような形状の仕切板5とすることによって、外側流路4aでの流れの剥離の発生を抑制でき、流れの剥離による高い全圧損失の発生を抑えることができてポンプ効率の低下を軽減できる。
このように、流入角θLが「0」より大きな軸方向位置で、流入角θLの軸方向の変化に対応するように外側流路4a側への張り出し量が変化する仕切板5の形状とする。
入口角度線L2が基準線L1に対して内側流路4bの側に傾斜し、仕切板5が内側流路4bの側に張り出して入口角θinが「負」となる。そして、「負」となる流入角θLと入口角θinを一致させることができる。
また、この場合は、流入角θLが「0」となる軸方向位置での仕切板5の水平断面S2を基準面S1とすればよい。
したがって、図9の(b)に示すように仕切板5の厚みT1を変えることによって入口角θinを様々に変更することができる。換言すると、仕切板5の厚みT1を調節することによって入口角θinを調節することができ、入口角θinを流体FLの流入角θLと一致させることができる。
そして、外側流路4aでの流れの剥離の発生を抑制でき、流れの剥離による高い全圧損失の発生を抑えることができてポンプ効率の低下を軽減できる。
2 羽根車
2a 回転軸
2b 羽根
2c 周縁部
2d 円盤部
3 ケーシング
4 ボリュート
4a 外側流路(流路)
4b 内側流路(流路)
5 仕切板
5a 入側端(先端部)
5D 根元端(軸方向の端部)
5U 上端(軸方向の端部)
CL キャンバーライン
FL 流体
L1 基準線
L2 入口角度線
L3 流入線
S1 基準面
S2 水平断面
T1 厚み
θin 入口角
θL 流入角
Claims (4)
- ケーシング内で回転する羽根車から送出される流体が当該ケーシング内を流通するための流路が、前記羽根車の回転軸の軸方向に立設する仕切板で少なくとも2つの流路に仕切られ、前記羽根車から送出された前記流体の流れが前記仕切板の先端部でそれぞれの前記流路に分流され、
前記先端部における前記流体の流れの方向を前記軸方向と直交する平面に投影した想像線と、
前記平面で前記仕切板を切断した水平断面のキャンバーラインの前記先端部における接線の1つである所定の基準線と、がなす角度を流入角とする渦巻きポンプであって、
前記水平断面のキャンバーラインの前記先端部における接線と、前記基準線と、がなす角度として定義される入口角が、前記流入角の前記軸方向の変化に応じて前記軸方向に変化し、
前記入口角の前記軸方向の変化に対応して、前記流路への前記仕切板の張り出し量が前記軸方向に変化しており、
前記仕切板の前記軸方向の両端部よりも前記軸方向の中心で前記入口角が大きいことを特徴とする渦巻きポンプ。 - ケーシング内で回転する羽根車から送出される流体が当該ケーシング内を流通するための流路が、前記羽根車の回転軸の軸方向に立設する仕切板で少なくとも2つの流路に仕切られ、前記羽根車から送出された前記流体の流れが前記仕切板の先端部でそれぞれの前記流路に分流され、
前記先端部における前記流体の流れの方向を前記軸方向と直交する平面に投影した想像線と、
前記平面で前記仕切板を切断した水平断面のキャンバーラインの前記先端部における接線の1つである所定の基準線と、がなす角度を流入角とする渦巻きポンプであって、
前記流入角の前記軸方向の変化に応じて、前記流路への前記仕切板の張り出し量が前記軸方向に変化しており、
前記仕切板の厚みが前記軸方向に変化して、前記仕切板の張り出し量が前記軸方向に変化していることを特徴とする渦巻きポンプ。 - 前記水平断面のキャンバーラインの前記先端部における接線と、前記基準線と、がなす角度として定義される入口角が、前記流入角の前記軸方向の変化に応じて前記軸方向に変化し、
前記入口角の前記軸方向の変化に対応して、前記流路への前記仕切板の張り出し量が前記軸方向に変化していることを特徴とする請求項2に記載の渦巻きポンプ。 - 前記仕切板の前記軸方向の端部よりも前記軸方向の中心で前記入口角が大きいことを特徴とする請求項3に記載の渦巻きポンプ。
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