JP7488120B2 - Cavitation suppression device and centrifugal pump - Google Patents
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Description
本発明は、ポンプ内部におけるキャビテーションの発生を抑制する装置に関する。また、本発明はそのようなキャビテーション抑制装置を備えた渦巻ポンプに関する。 The present invention relates to a device for suppressing the occurrence of cavitation inside a pump. The present invention also relates to a centrifugal pump equipped with such a cavitation suppression device.
渦巻ポンプは、液体(例えば、水)を輸送するための流体機械であり、羽根車が固定される回転軸と、羽根車入口への液体の導入および羽根車出口からの液体を出口方向に変換させる流路を形成するケーシングとを備えている。渦巻ポンプは、羽根車をケーシング内で回転させることにより液体をケーシング内で昇圧し、昇圧された液体を吐出し口から外部に吐き出す。 A centrifugal pump is a fluid machine for transporting liquid (e.g., water) and includes a rotating shaft to which an impeller is fixed, and a casing that forms a flow path for introducing liquid into the impeller inlet and redirecting the liquid from the impeller outlet in the outlet direction. A centrifugal pump pressurizes the liquid within the casing by rotating the impeller within the casing, and expels the pressurized liquid from a discharge port to the outside.
渦巻ポンプでは、液体の流れを羽根車に導くための舌部が羽根車の入口付近(吸込流路の出口付近)に設けられることがある。このような舌部は、例えば板状の形状を有しており、ケーシングの内面から羽根車の径方向内側に向けて突出している。(特許文献1参照)ポンプに吸い込まれた液体は、旋回しながら羽根車の入口に吸い込まれる。羽根車の入口に接近した液体は、舌部に衝突することによって流れ方向を羽根車の入口に向かう方向に変えられる。その結果、液体はスムーズに羽根車に導かれる。 In a centrifugal pump, a tongue portion for guiding the flow of liquid to the impeller may be provided near the inlet of the impeller (near the outlet of the suction flow passage). Such a tongue portion may have, for example, a plate-like shape, and protrude from the inner surface of the casing toward the inside of the impeller in the radial direction (see Patent Document 1). Liquid sucked into the pump is sucked into the inlet of the impeller while swirling. When the liquid approaches the inlet of the impeller, it collides with the tongue portion, causing the flow direction to be changed toward the inlet of the impeller. As a result, the liquid is smoothly guided to the impeller.
液体が舌部に衝突することによって、舌部の周りでの液体が減速し、羽根車の入口に入る液体の流速が不均一になる。従来の渦巻ポンプでは、この液体の流速の不均一に起因して舌部の先端からキャビテーションが発生したり、液体の流れが乱れることがあった。このようなキャビテーションは、ポンプの運転中の騒音や、羽根車の損傷の原因となり、ポンプ性能を低下させる一因となっていた。また、液体の流れが乱れることは、キャビテーションの発生や、ポンプ性能を低下させる一因となっていた。 When the liquid collides with the tongue, the liquid slows down around the tongue, causing the flow rate of the liquid entering the impeller inlet to become uneven. In conventional centrifugal pumps, this uneven flow rate of the liquid can cause cavitation at the tip of the tongue or turbulence in the flow of the liquid. This cavitation can cause noise while the pump is running and damage to the impeller, and is one of the factors that reduce pump performance. Furthermore, turbulence in the flow of the liquid can cause cavitation and reduce pump performance.
そこで本発明は、液体を羽根車に導きつつ、液体の均一な流れを形成し、かつキャビテーションの発生を抑制することができるキャビテーション抑制装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このようなキャビテーション抑制装置を備えた渦巻ポンプを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a cavitation suppression device that can guide liquid to an impeller, form a uniform flow of the liquid, and suppress the occurrence of cavitation. Another aim of the present invention is to provide a centrifugal pump equipped with such a cavitation suppression device.
一態様では、回転軸と、前記回転軸に固定された羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングとを備えた渦巻ポンプの吸込みボリュートの内面に固定されるキャビテーション抑制装置であって、前記吸込みボリュートの内面側から前記羽根車の径方向内側に向けて突出した舌部を備え、前記舌部の先端縁は、前記回転軸に垂直な第1方向から見たときに前記羽根車に向かって前記回転軸から遠ざかる方向に傾いており、かつ前記回転軸および前記第1方向の両方に垂直な第2方向から見たときに前記羽根車に向かって前記第1方向に傾いている、キャビテーション抑制装置が提供される。 In one aspect, a cavitation suppression device is provided that is fixed to the inner surface of a suction volute of a volute pump that includes a rotating shaft, an impeller fixed to the rotating shaft, and a casing that houses the impeller, and that includes a tongue that protrudes from the inner surface of the suction volute toward the inside of the impeller in the radial direction, and the tip edge of the tongue is inclined in a direction away from the rotating shaft toward the impeller when viewed from a first direction perpendicular to the rotating shaft, and is inclined in the first direction toward the impeller when viewed from a second direction perpendicular to both the rotating shaft and the first direction.
一態様では、回転軸と、前記回転軸に固定された羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングを備え、前記ケーシングは、吸込み口に連通する吸込みボリュートを有し、前記吸込みボリュートの内面には、キャビテーション抑制装置が設けられており、前記キャビテーション抑制装置は、前記吸込みボリュートの内面側から前記羽根車の径方向内側に向けて突出した舌部を備え、前記舌部の先端縁は、前記回転軸に垂直な第1方向から見たときに前記羽根車に向かって前記回転軸から遠ざかる方向に傾いており、かつ前記回転軸および前記第1方向の両方に垂直な第2方向から見たときに前記羽根車に向かって前記第1方向に傾いている、渦巻ポンプが提供される。 In one aspect, a volute pump is provided that includes a rotating shaft, an impeller fixed to the rotating shaft, and a casing that houses the impeller, the casing having a suction volute that communicates with a suction port, and a cavitation suppression device on the inner surface of the suction volute, the cavitation suppression device having a tongue that protrudes from the inner surface of the suction volute toward the radial inside of the impeller, the tip edge of the tongue being inclined in a direction away from the rotating shaft toward the impeller when viewed from a first direction perpendicular to the rotating shaft, and being inclined in the first direction toward the impeller when viewed from a second direction perpendicular to both the rotating shaft and the first direction.
一態様では、前記キャビテーション抑制装置は、前記吸込みボリュートの内面に着脱可能に取り付けられている。
一態様では、前記渦巻ポンプは、両吸込渦巻ポンプであって、前記キャビテーション抑制装置は、前記羽根車を挟んで前記吸込みボリュートの内面の両側に設けられている。
In one aspect, the cavitation suppression device is removably attached to an inner surface of the suction volute.
In one embodiment, the volute pump is a double suction volute pump, and the cavitation suppression devices are provided on both sides of the inner surface of the suction volute, sandwiching the impeller.
舌部は、羽根車の流入口における液体の均一な流れを形成し、流入口における液体の速度分布や旋回角度分布の均一性を改善することができる。結果として、キャビテーション抑制装置は、キャビテーションの発生を抑制し、ポンプ性能を向上させることができる。また、キャビテーション抑制装置は、舌部による流れの減速現象を緩和し、圧力損失を低減し、かつより均一な液体の流れを羽根車に形成し、ポンプ効率を向上させることもできる。 The tongue portion can form a uniform flow of liquid at the inlet of the impeller and improve the uniformity of the velocity distribution and swirl angle distribution of the liquid at the inlet. As a result, the cavitation suppression device can suppress the occurrence of cavitation and improve pump performance. The cavitation suppression device can also mitigate the flow deceleration phenomenon caused by the tongue portion, reduce pressure loss, and form a more uniform flow of liquid in the impeller, improving pump efficiency.
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は渦巻ポンプの一実施形態を示す縦断面図であり、図2は渦巻ポンプの一実施形態を示す水平断面図である。図1および図2に示すように、渦巻ポンプは、回転軸1と、回転軸1に固定された羽根車2と、羽根車2を収容して液体の流路を形成するケーシング3と、ケーシング3に固定された複数の脚部5を備えている。図1には1つの脚部5のみが図示されている。図1に示すように、羽根車2は、2つの流入口2aと、1つの液体出口2bを具備した両吸込型羽根車である。2つの流入口2aは羽根車2の両側にあり、互いに反対方向を向いている。液体出口2bは羽根車2の外周部に位置している。本実施形態の渦巻ポンプは、両吸込型羽根車を備えた両吸込渦巻ポンプである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment of a volute pump, and FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view showing an embodiment of a volute pump. As shown in FIGS. 1 and 2, the volute pump includes a
ケーシング3は渦巻き形状を有している。ケーシング3は、回転軸1の中心軸線AXを通る水平面で分割された上ケーシング3aと下ケーシング3bとを備えている。複数の脚部5は、下ケーシング3bの底部に接続されている。下ケーシング3bは、液体の吸込み口6と、羽根車2によって昇圧された液体を吐き出す吐出し口7とを有している。吸込み口6および吐出し口7は互いに反対方向を向いている。
The
図1に示すように、回転軸1は、ケーシング3の両側に配置された複数の軸受10によって回転可能に支持されている。回転軸1とケーシング3との間の隙間は、複数の軸シール装置11によって封止されている。軸シール装置11は、例えばメカニカルシールである。図2では軸受10および軸シール装置11の図示は省略されている。
As shown in FIG. 1, the rotating
上ケーシング3aおよび下ケーシング3bは、吸込み口6に連通する吸込みボリュート20を有している。吸込みボリュート20は、吸込み口6から羽根車2の2つの流入口2aまで延びている。上ケーシング3aおよび下ケーシング3bは、吐出し口7に連通する吐出しボリュート22をさらに有している。吐出しボリュート22は、羽根車2の液体出口2bから吐出し口7まで延びている。
The
回転軸1は図示しない原動機(電動機または内燃機関など)に接続されている。原動機によって回転軸1および羽根車2が回転すると、液体は、吸込み口6を通じてケーシング3内に吸い込まれる。液体は、吸込みボリュート20を通って羽根車2の流入口2aに流入し、羽根車2の回転に伴って羽根車2の液体出口2bから吐出しボリュート22に吐き出される。液体は吐出しボリュート22を流れて吐出し口7から吐き出される。
The rotating
図2に示すように、渦巻ポンプは、吸込みボリュート20を通った液体を羽根車2の流入口2aに導くための2つのキャビテーション抑制装置30をさらに備えている。キャビテーション抑制装置30は、吸込みボリュート20の内面に設けられている。具体的には、2つのキャビテーション抑制装置30は、吸込みボリュート20の出口に設けられており、流入口2aに近接している。2つのキャビテーション抑制装置30は、羽根車2を挟んで吸込みボリュート20の内面の両側に設けられている。
As shown in FIG. 2, the volute pump further includes two
図3は、図1の渦巻ポンプから回転軸1を取り除いた図であり、図4は、キャビテーション抑制装置30の拡大図であり、図5は、図3のB-B線断面図であり、図6は図3のC-C線断面図である。図4では、回転軸1の図示は省略されている。図2乃至図6に示すように、キャビテーション抑制装置30は、吸込みボリュート20の内面に接触する基部32と、吸込みボリュート20の内面側から羽根車2の径方向内側に向けて突出した舌部34とを備えている。具体的には、舌部34は、基部32から羽根車2の径方向内側に向けて突出している。吸込みボリュート20を通った液体が舌部34に衝突すると、液体の流れ方向が羽根車2の流入口2aに向かう方向に変えられる。本実施形態では、基部32と舌部34は一体に形成されている。
3 is a view of the volute pump of FIG. 1 with the
図2に示すように、下ケーシング3bは、ねじ孔40を有している。図5および図6に示すように、基部32は、ねじ孔40にねじ込まれた複数のボルト41によって下ケーシング3bに固定されている。図5および図6には、1つのボルト41のみが図示されている。基部32がボルト41によって下ケーシング3bに固定されることで、キャビテーション抑制装置30は、吸込みボリュート20の内面に固定される。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、舌部34の先端縁34aは、回転軸1に垂直な第1方向から見たときに羽根車2に向かって回転軸1から遠ざかる方向に傾いている。本実施形態では、上記第1方向は、下向きの方向である。図2、図5、および図6に示すように、先端縁34aの位置は、回転軸1の軸方向において羽根車2に向かうにつれて羽根車2の径方向外側に移動する(図5および図6では回転軸1は図示せず)。
As shown in FIG. 2, the
舌部34の先端縁34aを、回転軸1に垂直な第1方向から見たときに羽根車2に向かって回転軸1から遠ざかる方向に傾けることで、流入口2aに近い領域、すなわちキャビテーション等が起こりやすい領域では、液体と舌部34との衝突範囲を小さくすることができる。結果として、キャビテーションの発生や、液体の流れの乱れにより生じた渦を抑制することができる。一方、流入口2aから離れた領域、すなわちキャビテーション等が起こりにくい領域では、液体と舌部34との衝突範囲を十分に確保することができる。液体と舌部34との衝突範囲を十分に確保することで、効率よく液体に旋回をつけた状態で、液体を羽根車2に流入させることができる。結果として、キャビテーション抑制装置30は、液体を羽根車2の流入口2aに導きつつ、設計した旋回をつけることおよびより均一な液体の流れを羽根車に形成することができ、減速による圧力損失を低減し、かつキャビテーションの発生等を抑制することができる。
By inclining the
本実施形態では、舌部34の先端縁34aの一部は、回転軸1の軸方向から見たときに羽根車2の流入口2aの内側に位置しているが、一実施形態では、先端縁34aは、回転軸1の軸方向から見たときに羽根車2の流入口2aの外側に位置していてもよい。
In this embodiment, a portion of the
図3に示すように、舌部34の先端縁34aは、回転軸1および上記第1方向の両方に垂直な第2方向から見たときに羽根車2に向かって第1方向にさらに傾いている。本実施形態では、第2方向は、図3に示す渦巻ポンプの縦断面に垂直な方向である。舌部34の先端縁34aを、回転軸1および第1方向の両方に垂直な第2方向から見たときに羽根車2に向かって第1方向に傾けることで、渦巻き形状を有するケーシング3からの旋回付きの流れをスムーズに流入口2aに導くことができる。結果として、舌部34と液体の衝突による液体の流れの乱れを緩和させることができる。
As shown in FIG. 3, the
したがって、キャビテーション抑制装置30は、キャビテーションの発生を抑制することができ、かつ流入口2aにおける液体の均一な流れを形成し、流入口2aにおける液体の速度分布や旋回角度分布の均一性を改善することができる。
Therefore, the
図7は、羽根車2に流入する液体の速度ベクトルを示す図である。ここで液体の旋回角度とは、羽根車2が図7に示す矢印の方向に回転しているときの、周方向における液体の速度ベクトルVtと、ベクトルV1とが成す角度αのことである。図7のベクトルVmは、羽根車2の翼2dへの流入方向における液体の速度ベクトルである。ベクトルV1は、ベクトルVmと、ベクトルVtとの合成ベクトルであり、静止座標系から見た液体の絶対速度を表す速度ベクトルである。
Figure 7 is a diagram showing the velocity vector of the liquid flowing into the
流入口2aにおける液体の速度分布や旋回角度分布の均一性を改善することによって、流入口2aから羽根車2の各翼2dに与える角運動量が均一になり、流入口2aの旋回角度と翼2d先端角度の一致性を確保することによって、キャビテーションの発生を抑制することができる。結果として、キャビテーション抑制装置30は、キャビテーションの発生を抑制し、ポンプ性能を向上させることができる。
By improving the uniformity of the liquid velocity distribution and swirl angle distribution at the
図8(a)は、キャビテーション抑制装置30を備えた渦巻ポンプの羽根車2の流入口2aにおける液体の旋回角度の分布を示す図であり、図8(b)は、板状の形状を有する従来の舌部を備えた渦巻ポンプの羽根車100の流入口100aにおける液体の旋回角度の分布を示す図である。羽根車2と羽根車100は同一の構造を有している。図8(a)および図8(b)は、流体解析シミュレーションによる結果を示している。図8(a)および図8(b)に示すように、キャビテーション抑制装置30を備えた渦巻ポンプは、従来の渦巻ポンプよりも、羽根車2の流入口2aにおける液体の旋回角度の分布の均一性を改善することができることをシミュレーション結果は示している。
Figure 8(a) is a diagram showing the distribution of the swirl angle of the liquid at the
図9(a)は、キャビテーション抑制装置30を備えた渦巻ポンプの羽根車2の流入口2aにおける液体の速度分布を示す図であり、図9(b)は、板状の形状を有する従来の舌部を備えた渦巻ポンプの羽根車100の流入口100aにおける液体の速度分布を示す図である。図9(a)および図9(b)は、流体解析シミュレーションによる結果を示している。図9(a)および図9(b)に示すように、キャビテーション抑制装置30を備えた渦巻ポンプは、従来の渦巻ポンプよりも、羽根車2の流入口2aにおける液体の速度分布の均一性を改善することができることをシミュレーション結果は示している。
Figure 9(a) is a diagram showing the liquid velocity distribution at the
本実施形態のキャビテーション抑制装置30は、吸込みボリュート20の内面に着脱可能に取り付けられている。キャビテーション抑制装置30の着脱可能な構成は、舌部34の設計変更への対応や、キャビテーション抑制装置30のメンテナンスを容易にする。一実施形態では、キャビテーション抑制装置30は、吸込みボリュート20と一体に形成されていてもよい。
The
本実施形態の渦巻ポンプは、両吸込型羽根車を備えた両吸込渦巻ポンプであるが、本実施形態のキャビテーション抑制装置30は、片吸込渦巻ポンプにも適用することができる。一実施形態では、本実施形態のキャビテーション抑制装置30は、回転軸1が縦方向に延びている渦巻ポンプにも適用することができる。
The volute pump of this embodiment is a double-suction volute pump equipped with a double-suction impeller, but the
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The above-described embodiments have been described for the purpose of enabling a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains to practice the present invention. Various modifications of the above-described embodiments would naturally be possible for a person skilled in the art, and the technical ideas of the present invention may also be applied to other embodiments. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be interpreted in the broadest scope in accordance with the technical ideas defined by the scope of the claims.
1 回転軸
2 羽根車
3 ケーシング
5 脚部
6 吸込み口
7 吐出し口
10 軸受
11 軸シール装置
20 吸込みボリュート
22 吐出しボリュート
30 キャビテーション抑制装置
32 基部
34 舌部
34a 先端縁
40 ねじ孔
41 ボルト
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
前記吸込みボリュートの内面側から前記羽根車の径方向内側に向けて突出した舌部を備え、
前記舌部の先端縁は、前記回転軸に垂直な第1方向から見たときに前記羽根車に向かって前記回転軸から遠ざかる方向に傾いており、かつ前記回転軸および前記第1方向の両方に垂直な第2方向から見たときに前記羽根車に向かって前記第1方向に傾いており、
前記先端縁は、前記回転軸の軸方向から見たときに前記羽根車の流入口の外側に位置している、キャビテーション抑制装置。 A cavitation suppression device fixed to an inner surface of a suction volute of a centrifugal pump including a rotating shaft, an impeller fixed to the rotating shaft, and a casing that houses the impeller,
a tongue portion protruding from an inner surface side of the suction volute toward a radially inner side of the impeller,
a tip edge of the tongue portion is inclined in a direction away from the rotation shaft toward the impeller when viewed from a first direction perpendicular to the rotation shaft, and is inclined in the first direction toward the impeller when viewed from a second direction perpendicular to both the rotation shaft and the first direction ,
A cavitation suppression device , wherein the tip edge is located outside the inlet of the impeller when viewed in the axial direction of the rotating shaft .
前記回転軸に固定された羽根車と、
前記羽根車を収容するケーシングを備え、
前記ケーシングは、吸込み口に連通する吸込みボリュートを有し、
前記吸込みボリュートの内面には、キャビテーション抑制装置が設けられており、
前記キャビテーション抑制装置は、前記吸込みボリュートの内面側から前記羽根車の径方向内側に向けて突出した舌部を備え、
前記舌部の先端縁は、前記回転軸に垂直な第1方向から見たときに前記羽根車に向かって前記回転軸から遠ざかる方向に傾いており、かつ前記回転軸および前記第1方向の両方に垂直な第2方向から見たときに前記羽根車に向かって前記第1方向に傾いており、
前記先端縁は、前記回転軸の軸方向から見たときに前記羽根車の流入口の外側に位置している、渦巻ポンプ。 A rotation axis;
An impeller fixed to the rotating shaft;
A casing that houses the impeller is provided.
The casing has a suction volute communicating with a suction port,
A cavitation suppression device is provided on the inner surface of the suction volute,
The cavitation suppression device includes a tongue portion protruding from an inner surface side of the suction volute toward a radially inner side of the impeller,
a tip edge of the tongue portion is inclined in a direction away from the rotation shaft toward the impeller when viewed from a first direction perpendicular to the rotation shaft, and is inclined in the first direction toward the impeller when viewed from a second direction perpendicular to both the rotation shaft and the first direction ,
A centrifugal pump , wherein the tip edge is located outside the inlet of the impeller when viewed in the axial direction of the rotating shaft .
前記キャビテーション抑制装置は、前記羽根車を挟んで前記吸込みボリュートの内面の両側に設けられている、請求項2または3に記載の渦巻ポンプ。 The volute pump is a double suction volute pump,
4. The volute pump according to claim 2, wherein the cavitation suppression devices are provided on both sides of the inner surface of the suction volute, with the impeller in between.
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