JPH01100398A - 再生形ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、再生ポンプなとの片羽根用略円形状流体通路
を有する再生形ポンプに関する。

（従来の技術） 再生形ポンプとして、再生ポンプの一例を第２図および
第３図に示して説明する。

図において、１は羽根車で、この羽根車１は、中央の軸
孔２を有するボス部３と、外周の羽根基部４とからなり
、この羽根基部４の外周部片側に羽根５が設けられてい
る。この羽根５は、放射方向に沿って複数の羽根板６が
設けられているとともに、この複数の羽根板６の間に羽
根基部４の外径部７の方向および羽根基部４の側面４ａ
、　４ｂのうちの一方の側面４ａの方向に開口する羽根
溝８が設けられ、この羽Ｍ１溝８の底部９は側面４ｂの
最外径部から側面４ａの最外径部よりも内径側にずれた
位置に渡って形成されている。

また、１１はケーシングで、このケーシング１１の一側
には軸受箱１２が取付けられているとともに、もう−側
にはパツキンなどを介して密にカバー１３が取付けられ
ている。また、軸受箱１２には軸受１４によって回転軸
１５が回転自在に支持され、この回転軸１５の一端は軸
受箱１２の端面から突出し、図示しないモータなどが連
結されて回転駆動されるようになっており、一方、回転
＃Ａ１５の他端はケーシング１１とカバー１３との間に
形成された空間１６に進入し、前記羽根車１が固定され
ている。

また、ケーシング１１のカバー１３に対向する側面には
、羽根車１の羽根基部４がカバー１３との間に回動可能
に嵌合する凹部１７が設けられ、この凹部１７の外周部
に流体通路１８が環状に形成されている。この流体通路
１８は、一端に吸込口１９が連通ずるとともに他端に吐
出口２０が連通し、この吸込口１９と吐出口２０との間
に、その吸込口１９側の流体通路１８と吐出口２０側の
流体通路１８とを隔離する隔離部２１が羽根車１の外形
と略同−形状に設けられている。

なお、２２は空間１６内においてケーシング１１と回転
軸１５との間に介在してシールするメカニカルシールで
ある。

そして、羽根車１を回転させると、羽根車１の羽根溝８
内の流体は羽根車１の外周から流体通路１８に流出する
とともに、流体通路１８から羽根車１の側部を通じて羽
根溝８内に流入する。このとき、羽根車１の回転の遠心
力によって流体は圧力エネルギと速度エネルギを受け、
流体通路１８内で速度エネルギが圧力エネルギに変換さ
れる。このような作用がそれぞれの羽根溝８内で繰返さ
れて流体の圧力が高められ、吐出口２０を通じて吐出さ
れる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、再生ポンプで用いられる流体通路の断面形状
は、円形のものや矩形のものなど種々あり、断面略円形
状の流体通路の場合には、流体通路内での流体の二次流
れを防止できるため再生ポンプとしては比較的高い効率
が得られる。

しかし、流体通路を断面略円形状としても、この流体通
路の形状寸法すなわち流体通路とこの流体通路に嵌合す
る羽根車の羽根との嵌合関係によって効率が大きく変化
する。そして、この片羽根用断面略円形状の流体通路で
の最も高い効率が得られる最適形状寸法は見い出されて
いない。

本発明は、上述のような点に鑑み、片羽根用断面略円形
状の流体通路を有する再生形ポンプにおいて、流体通路
内での損失を最小化する考え方を元にして、最も高い効
率が得られる流体通路の最適形状寸法を設定することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、吸込口１９および吐出口２０に連通ずる環状
でかつ断面略円形状の流体通路１８を有するケーシング
１１と、このケーシング１１の流体通路１８内に外周部
片側に形成した羽根５を嵌合し回転によってその羽根５
が流体通路１８内を回転移動する羽根車１とからなる再
生形ポンプにおいて、前記流体通路１８の前記羽根車１
の外径よりも外径側の羽根出口側流路Ａと、流体通路１
８の羽根車１の外径よりも内径側でかつ羽根車１の側部
の羽根入口側流路Ｂとの断面積比Ａ／Ｂを０．６〜０．
９に設定したものである。

（作用） 本発明は、流体通路１８の羽根出口側流路△と羽根入口
側流路Ｂとの断面積比Ａ／Ｂを０．６〜０．９に設定す
ることにより、流体通路１８内での損失を最小化して高
効率を得る。

（実施例） 以下、本発明の再生形ポンプの一実施例の構成を説明す
る。

なお、再生形ポンプとしては第２図および第３図に示す
再生ポンプを例にとって説明する。

この再生ポンプの構成は、前述したように、ケーシング
１１内に回転軸１５を回転自在に支持し、この回転軸１
５の空間１６に進入する端部に羽根車１を固定する。こ
の羽根車１は、羽根基部４がケーシング１１とカバー１
３との間の凹部１７に回転自在に嵌合するとともに、羽
根５が流体通路１８内に進入嵌合する。

そして、ケーシング１１の流体通路１８は断面が真円形
に形成されており、このケーシング１１の流体通路１８
と羽根車１との嵌合関係は、第１図に示すように、羽根
車１の外径部７よりも外径側の通路領域ａ−ｂ−ｃで構
成される羽根出口側流路Ａの断面積と、羽根車１の外径
部７よりも内径側でかつ側部の通路領域ｃ−ｂ−ｄで構
成される羽根入口側流路Ｂの断面積の比Ａ／Ｂを０．６
〜０．９に設定しており、この設定値により高効率が得
られる。

次に、流体通路１８の断面積比Ａ／Ｂ＝０．６〜０．９
の設定理由について、流体通路１８内での損失を最小化
する考え方を元にして説明す金。

羽根車１の回転時での流体通路１８内の流体は、第４図
のように、羽根車１の羽根溝８内から羽根車１の外周を
通じて流体通路１８に流出するとともに、流体通路１８
から羽根車１の側部を通じて羽根溝８内に流入し、そし
て、この回旋運動を行ないながら羽根車１の円周方向（
紙面と直角方向）へと進み、ケーシング１１の吸込口１
９から吐出口２０に至るまでに羽根車１の羽根溝８内を
複数回通過して圧力が高められる。そして、良い効率を
得るためには、羽根車１より与えられるエネルギを最小
の損失で流体通路１８内で回収する必要があり、そのた
めには、羽根出口側速度ヘッド（Ｖｚ２／２０）、羽根
入口側速度ヘッド（ｖ１２／２り）を無理なく圧力ヘッ
ドに変換させる必要がある。

前記速度ヘッドの回収は、流体通路１８の形状寸法すな
わち流体通路１８とこの流体通路１８に嵌合する羽根車
１の羽根５との嵌合関係の適合性によると考えられ、こ
のことは、第５図のような断面矩形状の流体通路１８を
有する再生ポンプにおいて、羽根出口側寸法（ｂ１／ａ
２）の及ぼす影響が＋　　１　ａ２ （山崎憤三　日本機械学会論文　第３７巻２９９号（ｌ
ＩＯ和４和洋６年７月、　１３４０頁参照〕によって解
析されることでもわかる。しかし、この断面矩形状の流
体通路１８は隅部に二次流れが生じやすいため、隅部に
丸みをつけて断面略円形状とすることにより性能が向上
することがよく知られているが、その断面略円形状の場
合に最も高い効率が得られる最適形状寸法については分
っていない。

そこで、断面略円形状の流体通路１８における速度ヘッ
ドの回収のための最適形状寸法に必要とされる因子を推
測すると、第６図のように、前記断面矩形状の流体通路
１８と同様に羽根出口側寸法（ｂｔ／ａｚ）を勘案する
とともに、さらに羽根入口側寸法（ｂｚ／ａ１）の影響
を加味した（ｂ１／ａｚ　、ｂｚ　／ａ１）（またはθ
２．θ１）の組合わせによって与えられるものと考えら
れる。

従って、両者の組合わせに最適値を与えることによって
、高効率の実現が達成できる。

一方、前記（ｂ１／ａｚ　、ｂｚ　／ａ１）（またはθ
２．θ１）は平均速度を決定づけるとともに、面積の拡
大率（流速の減少率）をも言い表わしているため、これ
による損失は、第７図（水力機械工学便覧（コロナ社）
「水力機械工学便覧編集委員会」を参照）のような一般
の広がり管と類似した特性を有するものと考えられる。

すなわち、損失は の式で表わすことができ、このｆで表わせる抵抗値が少
ないほど損失は小さくなるが、第７図のように、抵抗ｆ
が小さい角度域は最も小さい角度の±２〜３°程度の範
囲であり、その角度域を過ぎると急激に抵抗ｆの値が高
くなる。従って、前記θ２．θ１は適正角よりも多くて
も少なくても損失が増加するため、適正角と路間等な小
さな損失が得られる範囲は適正角よりせいぜい±２〜３
゜の許容角の範囲内にある。

以上のことから、流体通路１８の形状は、羽根出口側寸
法および羽根入口側寸法（ｂ１／ａ２゜ｂｚ／ａｔ）に
特定の値を与えると特定の形状として定まるため、羽根
車１の外径部７で外径側と内径側とに２分される前記羽
根出口側流路Ａの断面積と羽根入口側流路Ｂ（７）Ｉｌ
ｉ面積との比Ａ／Ｂで代行することができ、このＡ／Ｂ
の値を種々に変化させた実験によって適正値を出すこと
ができる。

そして、実験には前記のような再生ポンプを使用し、締
切揚程比２倍、最大流ｍ比４倍の範囲で適正値を求めた
が、いずれの場合もＡ／Ｂ　＝０．７５の近辺を示し、
この値に前記許容陶土２．５°を加味すると、Ａ／Ｂ＝
　０．６〜０．９が得られた。

すなわち、実験結果の一例を第８図および第９図に示ず
。なお、第９図で行なった実験は第８図で行なった実験
の場合よりも締切揚程比１．７倍、最大流ｍ比３．８倍
にとっである。その結果、Ａ／Ｂ＝０．７５で最大効率
が１ｑられることが確認された。しかも、再生ポンプと
してはきわめて高い効率を示し、従来に比べて最高効率
比で約２０％程度増加させることができた。

続いて、前記許容角±２．５°　（Ａ／Ｂ＝　０．６〜
０．９）を越えた場合の実験を４°　（θ１−４°。

θ２＋４°で、Ａ／Ｂ＝　１．０５　）および６゜（θ
１＋６°、θ２−６°で、Ａ／Ｂ＝　０．５）の２通り
の設定で行なったところ、最高効率比でそれぞれ約１０
％および約２０％程度低減する結果となった。

また、許容角±２．５°　（Ａ／Ｂ＝　０．６〜０．９
）内では最大で約５％の低減にとどまることが確認され
た。

以上のように、流体通路１８の羽根出口側流路Ａと羽根
入口側流路Ｂとの断面積比Ａ／Ｂ−０，６〜０，９に設
定することによって、高効率な再生ポンプを得ることが
できる。

なお、流体通路１８の断面形状については、第１０図の
ように、羽根出口側流路Ａのａ−ｂ曲面の羽根車１に近
接する箇所を真円形の曲面３１よりも外径側に配設して
開口部を広くすることにより、曲面３１の場合の方が効
率の点ではよい結果が得られるが、ケーシング１１の流
体通路１８の製造を容易にすることができる。これらの
ように、流体通路１８は、Ａ／Ｂ＝０．６〜０．９の範
囲さえ満足すれば真円形以外の断面略円形状でもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、片羽根用略円形状流体通路を有する再
生形ポンプにおいて、流体通路の羽根車の外径よりも外
径側の羽根出口側流路Ａと、流体通路の羽根車の外径よ
りも内径側でかつ羽根車の側部の羽根入口側流路Ｂとの
断面積比Ａ／Ｂを０．６〜０，９に設定したことにより
、流体通路内での損失を最小化して高効率を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の再生形ポンプの一実施例を示す流体通
路の断面図、第２図は再生ポンプを示す第３図のＩＩ−
ＩＩ断面図、第３歯はその断面図、第４図ないし第６図
はそれぞれ流体通路の説明図、第７図は広がり管の特性
図、第８図および第９図はそれぞれ実験結果を示す性能
比較曲線図、第１０図は本発明の他の実施例を示す流体
通路の断面図である。 １・・羽根車、５・・羽根、１１・・ケーシング、１８
・・流体通路、１９・・吸込口、２０・・吐出口、Ａ・
・羽根出口側流路、Ｂ・・羽根入口側流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸込口および吐出口に連通する環状でかつ断面略
   円形状の流体通路を有するケーシングと、このケーシン
   グの流体通路内に外周部片側に形成した羽根を嵌合し回
   転によってその羽根が流体通路内を回転移動する羽根車
   とからなる再生形ポンプにおいて、 前記流体通路の前記羽根車の外径よりも外径側の羽根出
   口側流路Ａと、流体通路の羽根車の外径よりも内径側で
   かつ羽根車の側部の羽根入口側流路Ｂとの断面積比Ａ／
   Ｂを０．６〜０．９に設定したことを特徴とする再生形
   ポンプ。