JPH01318790A - 多段ポンプの水返し羽根 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、給水等に用いる多段ポンプの水返し羽根に係
り、特に小水量域の特性の改善に好適な多段ポンプの水
返し羽根に関する。

〔従来の技術〕

ターボ形ポンプにおいて、特に高圧が要求される場合、
単一の回転軸に複数個の羽根車を装着した多段形のポン
プが用いられる。

第８図は従来の多段ポンプの主要部の断面図である。

この第８図に示す従来の多段ポンプでは、ポンプの両端
に配設された軸受（図示せず）で支持された回転軸１に
、複数個の羽根車２が装着されている。さらに、ケーシ
ング３内には羽根車２から流出した流れの動圧を静圧に
圧力回復するための案内羽根４と、案内羽根４から流出
した流れの動圧をさらに静圧に圧力回復するとともに、
この流れを次段の羽根車２ａに案内する水返し羽根５と
が配設され、これらでポンプ１段が構成されている。

この水返し羽根５は、それ自体の損失がポンプ性能に影
響するだけでなく、水返し羽根５から流出する流れの良
否により次段のポンプ性能が影響を受けるため、従来よ
り形状の改良が行われてきた０例えば、実公昭３９−２
８４１７号公報に記載のリターンガイドベーンのごとく
、流れを悪化させ、大きな損失の原因となる剥離を防ぐ
ため２羽根形状に工夫をこらしている。

しかし、高性能、小型化の要求が強くなるとともに、実
公昭３９−２８４１７号公報に記載のような羽根形状の
改良のみでは、広い流量範囲で流れの剥離を防止するこ
とが不可能となってきている。特に、高性能、小型化の
要求が強いこれらのポンプでは、実開昭５８−１７７５
９６号公報に記載のリターンベーンのごとく、剥離の生
じゃすい流路部がり部や羽根入口部に剥離防止用のリブ
を入れ、流れの改善を図っているものもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、これらの改良をもってしても、広い流量範囲で
は剥離を完全に防止することはできず、特に締切点まで
使用するポンプでは、剥離以外の要因でも小水量側のポ
ンプ特性が悪化し、運転の制御性が悪くなる問題があっ
た。すなわち、小水量域では、流れは羽根車２の羽根２
１に適正な角度で流入しないため、第４図に示すように
、羽根車入口で流れは吸込側に逆流２０１を生じる。こ
の逆流２０１は１羽根車２の回転方向の旋回速度成分を
持つが、この旋回エネルギーは羽根車２に流入する正流
２０２に授受されるため、逆流が発生すると羽根車２の
全揚程Ｈ（ｍ）は（１）式で示すように低下し、逆流２
０１が最も強くなる締切点側に全揚程が下がる左下がり
の揚程曲線となり、山高特性と呼ばれる不安定な特性を
生じることもある。

Ｈ＝　−（ｕ　ｚｖｕｚ　−＋１　ｘｖｕｔ）　　　　
　　　　・−＝（１）ここで、Ｕ：羽根車の周速度（ｍ
／ｓ）■ｕ＝絶対流れの旋回速度成分（ｍ／ｓ）ｇ：重
力加速度（ｍ／ｓ”） 添字１，２は、それぞれ羽根入口、出口を表し、（１）
式の右辺第２項目が羽根車入口に流入する旋回速度によ
る全揚程の低下分を示す。

このような揚程曲線の不安定特性は、羽根車入口に生じ
る逆流の持つ旋回エネルギーの正流への授受を抑制する
ことにより改善される。この目的で、実開昭５９−１９
６５９３号公報に記載されるように、戻り流路出口に旋
回を防止するスプリッタ翼を装着し、旋切点付近の揚程
曲線の改善を図った技術もある。

しかし、このような構造のものは、羽根車入口に生じる
逆流を拘束するだけのため１次に詳述するように、羽根
車入口流れの分布の原因となる水返し羽根出口の２次流
れを抑制することはできず、その結果羽根車入口流れの
逆流そのものの発生を遅らせることはできない。

本発明の目的は、ポンプ小水量域の揚程曲線の不安定性
の原因となる羽根車入口流れの逆流の発生を遅らせ、か
つこの逆流による旋回の影響を軽減し得る多段ポンプの
水返し羽根を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

多段ポンプ段間の流れは複雑であり、詳細な計測の結果
１羽根軍人口逆流あるいは小水量域の揚程変化に対して
、水返し羽根出口の流れが重要に関与していることが明
らかである。

第５図〜第７図は水返し羽根内の流れの説明図である。

その第５図に示すように、案内羽根４から水返し羽根５
へかけての曲がり流路部６では、主流４０１は流れの曲
率半径の大きい外側を流れ、水返し羽根５の入口では次
段側の側板部５１ｂ側に流入する。その結果、曲がり流
路部６の内側となる前側の側板部５１　ａでは、流れが
剥離しやすくなる。

一方、水返し羽根５では第６図の羽根間流路に示すよう
に、流れを周方向から軸方向に転向させるため、羽根の
凹面である圧力面５２ａでは圧力が高く、羽根の凸面で
ある負圧面５２ｂでは圧力が低くなり、前述の主流４０
１の速度分布の影響で、前側の側板部５１ａでは羽根の
圧力面５２ａから負圧面５２ｂに向かう流れ５０１を生
じ、逆に次段側の側板部５１ｂでは羽根の負圧面５２ｂ
から圧力面５２ａに向かう流れ５０２となる。

この流れの影響で、水返し羽根出口では第７図に示すよ
うに、外壁側５３ａでは羽根車の回転方向の、軸側５３
ｂでは反回転方向に向かう２次流れ５０３が生じる。こ
のため、羽根車入口流れの入射角は半径方向に分布がつ
き、−様流入の場合と比較して大水量側から入射角が大
きくなり１羽根軍人口流れも剥離しやすくなる。

したがって、水返し羽根出口で２次流れがある場合の方
が、羽根車入口逆流は大水量側から生じ、その結果小水
量域での揚程の低下も大きくなる。

水返し羽根５の前側の側板部５１ａで圧力面５２ａ側か
ら負圧面５２ｂ側へ向かう流れ５０１と、次段側の側板
部５１ｂで負圧面５２ｂ側から圧力面５２ａ側へ向かう
流れ５０２は、水返し羽根５の羽根重なり始め位置ａ付
近から生じ、かつ羽根間に大きな圧力差がある時には流
れが剥離しなくても常に生じる。

したがって、前記目的は水返し羽根の主羽根で形成され
る羽根間流路の羽根重なり始め位置付近から出口部にか
けて、主羽根の間に補助羽根を設けたことにより、達成
される。

〔作用〕

補助羽根は、主羽根で形成される羽根間流路を周方向に
分断するため、流路に垂直の２次流れ成分に対して抵抗
となり、水返し羽根の羽根入口型なり位置付近までに生
じた２次流れを、補助羽根と主羽根とで形成される羽根
間流路の始まり位置で消滅させることができる。

また、補助羽根と主羽根とで形成される羽根間流路では
、補助羽根により流路が２分割されることにより１羽根
間の圧力差が小さくなるため、２次流れの発達は少ない
。

さらに、羽根車入口から生じる逆流に対しては。

補助羽根は主羽根とともに逆流の持つ旋回速度成分を拘
束して旋回エネルギーを消費するため、正流が羽根車へ
持ち込む予旋回量を小さくすることができる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、水返し羽根を
含む多段ポンプの主要部の断面図、第２図は水返し羽根
の正面図である。

これら第１図および第２図に示す実施例において、従来
の技術と同一部分には同一の符号を付けて示し、これ以
上の説明を省略する。

第１図、第２図において、水返し羽根５の主羽根５２の
間には、主羽根５２で形成される羽根間流路すの羽根重
なり始め位ｊｌａから出口部にかけて、主羽根５２と羽
根角がほぼ同じ補助羽根５４が設けられている。

この構成により、水返し羽根入口で流路幅方向に流れが
片寄ったり、水返し羽根内の流れの転向が大きい場合で
も、以下に詳述するように、水返し羽根出口では著しい
２次流れが生じない。

すなわち、水返し羽根人口の流れに分布がある場合には
、流れは主羽根５２に対して適正な角度では流入しなく
なり、第５図〜第７図に示すように、特に曲がり流路部
６の内側となる前側の側板部５１ａでは子午面速度が小
さいため、羽根の圧力面５２ａ側から流れは流入し、圧
力面５２ａと負圧面５２ｂとの間で大きな圧力差を生じ
る。また、水返し羽根５内の流れの転向が大きい場合に
も、圧力面５２ａと負圧面５２ｂとの間の圧力差は大き
くなる。その結果、前側の側板部５１ａでは羽根の圧力
面５２ａから負圧面５２ｂに向かう流れ５０１が発生し
、逆に次段側の側板部５１ｂでは負圧面５２ｂから圧力
面５２ａに向かう流れ５０２となる。この２次流れは、
水返し羽根５内で流れが減速することにより境界層が発
達するため、水流側に向かって強くなり、かつ２次流れ
の生じる領域も中央側に及ぶ。

しかし１本発明のこの実施例による水返し羽根５では、
主羽根５２で形成される流路すの途中に補助羽根５４が
あるため、この補助羽根５４が流路すを周方向に分断し
て流路に垂直な２次流れ成分に対して抵抗となり、２次
流れは乱されて、補助羽根５４と主羽根５２とで新たに
形成される流路Ｃの始まり部で２次流れは消滅する。さ
らに、下流の流路Ｃでは流れの転向、減速のため、再び
前述の２次流れを生じるが、この流路Ｃでは補助羽根５
４で流路が２分されるため、羽根間の圧力差が小さくな
ること、また水返し羽根５の前半部で子午面流路幅方向
の流れの分布が一様化するため、流れ角と羽根角との著
しい不一致がなくなることにより、この流路Ｃでの２次
流れは大きくはならない。

なお、補助羽根５４の設置により、補助羽根５４での摩
擦損失が発生するが、この実施例では補助羽根５４は流
速が比較的遅くなる羽根重なり始め位Ｗａ以後に設けら
れているため、流れの剥離の防止を目的とするリブなど
のように、流速の速い個所に設ける場合と比較して、大
きな損失とはならない。

また、２次流れは補助羽根５４に乱されて衝突損失を生
じるが、羽根重なり始め位置ａ付近の２次流れは発生直
後のため、壁付近に限られることから、性能への影響は
小さい。

さらに、この補助羽根５４は羽根車２の入口から生じた
逆流２０１の旋回流を抑制する効果も持つ、すなわち、
多段ポンプでは回転軸１が水返し羽根５から羽根車２へ
かけての流路を貫通するため、水返し羽根５の出口径は
大きくなり１羽根間の流路幅は子午面の流路幅より広く
なる。したがって、水返し羽根入口から出口まで、同じ
羽根数である従来の水返し羽根では、逆流の持つ旋回速
度成分を十分拘束することはできないが、この実施例に
よる水返し羽根５では補助羽根５４が主羽根５２と同等
に旋回速度成分を低減するため、その旋回エネルギーに
よる小水量域の揚程の低下を防止できる。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、水返し羽根
の正面図である。

この第３図に示す実施例では、補助羽根５４と主羽根５
２とで形成される流路Ｃの長さＱを、全流路長さしの約
半分程度としている。

このように構成しているため、主羽根５２で構成される
流路すが長過ぎる場合のように、２次流れが流路中央付
近まで発達して、この２次流れを除くために大きな損失
を生じることもなく、逆に補助羽根５４と主羽根５２と
で形成される流路Ｃが長過ぎる場合のように、この流路
Ｃで再び強い２次流れを生じることもなく、小さな損失
で水返し羽根出口の２次流れを軽減することができる。

なお、補助羽根５４は前記実施例のごとく、主羽根５２
と同じ数に限定されることなく、主羽根５２より多くて
もよい。

また、補助羽根５４の羽根角および形状は土羽　１根５
２と一致する必要はないが、性能的には主羽根５２と同
一形状が望ましい。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明では、水返し羽根の主羽根で形成さ
れる羽根間流路の羽根重なり始め位置付近から出口部に
かけて、主羽根の間に補助羽根を設けているので、水返
し羽根の上流での流れの非一様性、あるいは水返し羽根
入口での減速の結果生じる２次流れを補助羽根により消
滅し、かつ補助羽根と主羽根とで形成される羽根間流路
での２次流れの発生を抑制して羽根車入口流れを一様化
し５羽根軍人口逆流の発生を遅らせることができる。ま
た、助補羽根は主羽根とともに羽根車入口逆流の持つ旋
回速度成分を拘束するため、旋回エネルギーの逆流から
正流への授受を阻むことができる。したがって、本発明
によれば、羽根車入口逆流による小水量側の揚程低下を
軽減でき、締切点までの全流量域で右下がりの安定な揚
程曲線を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すもので、水返し羽根を
含む多段ポンプの主要部の断面図、第２図は水返し羽根
の正面図、第３図は本発明の他の実施例を示すもので、
水返し羽根の正面図である。 第４図〜第７図は多段ポンプ内の流れの説明図で、第４
図は羽根車入口逆流の説明図、第５図は水返し羽根入口
の流れの説明図、第６図は水返し羽根内の流れの説明図
、第７図は水返し羽根出口の２次流れの説明図である。 第８図は従来の水返し羽根を備えた多段ポンプの主要部
の断面図である。 １・・・回転軸、２・・・羽根車、４・・・案内羽根、
５・・・水返し羽根、５１ａ・・・水返し羽根の前側の
側板部、５１ｂ・・・同じく次段側の側板部、５２・・
・水返し羽根の主羽根、５４・・・水返し羽根の補助羽
根、２０１・・・羽根車入口逆流、２０２・・・羽根車
入口正流、５０１・・・水返し羽根内の前側の側板部の
流れ、５０２・・・水返し羽根内の次段側の側板部の流
れ、５０３・・・水返し羽根出口の２次流れ、ａ・・・
水返し第　１　目 ／ １　回転軸 ２　・・・シイ＆車 、５２　・承返しイｑ半良の主１１肉４．５４′パ・腿
り丑影補Ｕｌイイ脹 ２０７・・逆−九 第　５　図 第　６　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ケーシング内に軸装した回転軸に、複数個の羽根車
   を装着し、ケーシング内に、前記羽根車から流出した流
   れの動圧を静圧に圧力回復する案内羽根と、この案内羽
   根から流出した流れの動圧をさらに静圧に圧力回復する
   とともに、この流れを次段の羽根車に案内する水返し羽
   根を配設した多段ポンプにおいて、前記水返し羽根の主
   羽根で形成される羽根間流路の羽根重なり始め位置付近
   から出口部にかけて、主羽根の間に補助羽根を設けたこ
   とを特徴とする多段ポンプの水返し羽根。