JPH05263749A

JPH05263749A - ポンプ吐出し管

Info

Publication number: JPH05263749A
Application number: JP4065762A
Authority: JP
Inventors: Seiji Miura; 誠二三浦; Teiji Tanaka; 定司田中; Seiichi Tanabe; 誠一田辺; Kunio Takada; 国雄高田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1993-10-12

Abstract

(57)【要約】【目的】内周側と外周側との圧力差が小さく、二次流
れの発生を大幅に抑止した、効率のよいエルボ形のポン
プ吐出し管を提供する。【構成】吐出し管切断面１７におけるエルボ形吐出し
管１の内部面積と、入口側基準面１３と吐出し管切断面
１７とのなす角度θとの関係において、角度θが大きく
なるにつれて、上記内部面積が増加−減少−増加の経過
をたどり、角度θが２０〜５０度の範囲内において、上
記内部面積の変化曲線に極大値を有し、極大値のときの
上記内部面積が、吐出し管入口２の内部面積を基準とし
たときの１．３倍以上となるようにしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポンプ吐出し管に係り、
特にポンプ機場に設置される９０度のエルボ形のポンプ
吐出し管に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプ吐出し管の従来技術の例を、図６
〜図７を用いて説明する。

【０００３】図６は従来例のポンプの模式縦断面図、図
７は従来例のポンプ吐出し管を下から見た平面図であ
り、１はエルボ形吐出し管、２は吐出し管入口、３は吐
出し管出口、４は外周側、５は内周側、６は吐出し流
路、７は吐出し拡管、８は吐出し拡管入口、９は吐出し
拡管出口、１０は下流側吐出し流路、１８は前置案内羽
根、１９はポンプ羽根車、２０は案内羽根、２１はポン
プ主軸、２２は軸受機構、２３は駆動機、２４は吸込み
流路を示している。

【０００４】図６において、ポンプ内に入り込む流水
は、吸込み流路２４を形成し、前置案内羽根１８、ポン
プ羽根車１９及び案内羽根２０を通り、この間にエネル
ギーを得て、吐出し管入口２からエルボ形吐出し管１に
入り、次いで、吐出し管出口３から流出して吐出し拡管
７に入り、吐出し拡管出口９から目的の箇所に運ばれ
る。

【０００５】吐出し管出口３と吐出し拡管入口８とは接
続されており、エルボ形吐出し管１内では吐出し流路６
が、吐出し拡管７内では下流側吐出し流路１０が、それ
ぞれ形成される。また、吐出し流路６は、エルボ形吐出
し管１内で方向が９０度変換される。

【０００６】また、エルボ形吐出し管１は内周側５と外
周側４とを有し、ポンプ羽根車１９はポンプ主軸２１に
接続しており、ポンプ主軸２１は軸受機構２２で支持さ
れ、駆動機２３の動力により回転している。

【０００７】従来、ポンプの吸込み流路や吐出し流路の
高さや幅は、土木工事の面から制限を受け、この制限内
で設定されていた。

【０００８】図７に示すように、吐出し管入口２から吐
出し管出口３に至るエルボ形吐出し管１の両側面部は、
滑らかな曲線で構成されている。

【０００９】エルボ形吐出し管１は、流路が吐出し管入
口２と吐出し管出口３との間において急拡大するが、従
来のエルボ形吐出し管１の設計では、損失が増加しない
ことを重点に設計が行われている。

【００１０】なお、本発明に関連する技術は、例えば、
特公昭５０−７００号公報に開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来で
は、エルボ形吐出し管の流路が拡大しても圧力損失が増
加しないことを重点に設計が行われているが、流路の向
きの変換による損失については、評価手段が乏しく、不
明な点が多かった。なお、この項については、前出の図
６及び図７を引続き用いて説明する。

【００１２】本発明では、まず上記問題の解決の手掛か
りを得るために、３次元の有限要素法を用い、従来のエ
ルボ形吐出し管１の吐出し流路６について、ポテンシャ
ル解析を行った。この結果を図８に示す。

【００１３】図８には、従来のエルボ形吐出し管１の性
能を示している。なお、図８の横軸のθは、次の内容を
有している。

【００１４】すなわち、吐出し管入口２の中央点を通
り、中央点における流路の方向に直角な平面を入口側基
準面、吐出し管出口３の中央点を通り、この中央点にお
ける流路の方向に直角な平面を出口側基準面、入口側基
準面と出口側基準面との交線を基準線、基準線を通り、
エルボ形吐出し管１を切断する平面を吐出し管切断面と
それぞれ定義し、入口側基準面と吐出し管切断面とのな
す角度をθと設定した。一方、図８の縦軸のＣｐは、エ
ルボ形吐出し管１の内周側５又は外周側４の各壁面の圧
力係数である。

【００１５】Ｃｐは、エルボ形吐出し管１内のＣｐを求
める位置の静圧Ｐを、吐出し管入口２における平均静圧
Ｐｏと平均流速Ｖｏとを用いて無次元化したものであ
り、Ｃｐ＝２（Ｐ−Ｐｏ）／（ρＶｏ²）で表される式
により求められる。ここに、ρは流体の密度である。

【００１６】Ｃｐは静圧と同じ内容の意味を有してお
り、Ｃｐが小さくなれば流速が大きくなる。

【００１７】図８に示すように、従来では、内周側５の
Ｃｐが極端に小さく、外周側４と内周側５の各Ｃｐの差
△Ｃｐが大きい。このように、△Ｃｐが大きい場合は、
バランスのとれた流路が形成されず、圧力の大きい外周
側４から圧力の小さい内周側５へ向かう二次流れが多く
発生した。

【００１８】しかし、二次流れは本来不要なものであ
り、二次流れが発生した場合、内周側５の流路の阻害、
又は内周側５の流路に剥離が生じるなどにより損失が増
加し、これがポンプ全体の損失にも影響した。

【００１９】上述のように、従来の吐出し流路６では△
Ｃｐが大きく、二次流れが発生し、大きな損失が生じる
という問題があった。

【００２０】本発明の目的は、二次流れの発生を大幅に
抑止し、効率を大きく向上させたエルボ形のポンプ吐出
し管を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。

【００２２】（１）９０度のエルボ形であって、入口が
円形のポンプ吐出し管において、ポンプ吐出し管の入口
の中央点を通り、この中央点における流路の方向に直角
な平面を入口側基準面、ポンプ吐出し管の出口の中央点
を通り、この中央点における流路の方向に直角な平面を
出口側基準面、入口側基準面と出口側基準面との交線を
基準線、基準線を通り、ポンプ吐出し管を切断する平面
を吐出し管切断面、入口側基準面と吐出し管切断面との
なす角度をθとそれぞれ定義した場合、吐出し管切断面
におけるポンプ吐出し管の内部面積が、角度θが大きく
なるにつれて、増加した後、いったんは減少して、再び
増加し、内部面積に極大値を有すること。

【００２３】（２）（１）において、角度θが２０〜５
０度において、内部面積が極大値を有すること。

【００２４】（３）（１）又は（２）において、極大値
のときの内部面積が、ポンプ吐出し管の入口における内
部面積を基準としたときの１．３倍以上であること。

【００２５】（４）（１）、（２）又は（３）におい
て、ポンプ吐出し管が、平板曲げ加工部品の接合になる
こと。

【００２６】

【作用】エルボ形のポンプ吐出し管の各部内部面積、す
なわち流路断面積が一定のときの曲がり流路では、一般
に、流速は内周側では速く、外周側では遅い。

【００２７】すなわち、内周側では曲がりによる流速の
増加のために、図８に示したように、内周側のＣｐが低
下する。

【００２８】したがって、外周側と内周側の各Ｃｐの差
△Ｃｐを小さくし、二次流れの発生を防止する手段とし
て、内周側のＣｐの低下の抑止があげられる。

【００２９】本発明では、種々の形状の場合についてポ
テンシャル解析を実施した結果、角度θが２０〜５０度
において、流路断面積を広げた場合、内周側及び外周側
ともに流速が低下して、圧力が上昇し、特に内周側の圧
力の上昇率が大きいために、△Ｃｐが小さくなり、更
に、両側面部の流路幅を大きくして、流路断面積を広げ
た場合に、内周側のＣｐの低下が抑制されることがわか
った。

【００３０】通常、エルボ形のポンプ吐出し管の設計変
更をする場合、実際に変更可能なのは、両側面部の流路
幅だけであるが、このように設計変更が可能な範囲内に
おいて、内周側のＣｐの低下を抑止できることがわかっ
た。

【００３１】すなわち、本発明によるエルボ形のポンプ
吐出し管を用いた場合、内周側と外周側の各Ｃｐの差△
Ｃｐが小さくなり、外周側から内周側へ向かう二次流れ
の発生が抑止されるので、二次流れによる損失が減少
し、効率の良い吐出し流路が実現される。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図５により
説明する。図１は一実施例のポンプ吐出し管の側面図、
図２は図１のポンプ吐出し管を下から見た平面図、図３
は図１のポンプ吐出し管の各部内部面積の説明図、図４
は一実施例の性能の説明図、図５は他の実施例の模式側
面図であり、１１はポンプ主軸中心線、１２は入口中央
点の流路方向、１３は入口側基準面、１４は出口中央点
の流路方向、１５は出口側基準面、１６は基準線、１７
は吐出し管切断面であり、このほかは前出の符号であ
る。

【００３３】図１において、入口中央点の流路方向１２
はポンプ主軸中心線１１上にあり、入口側基準面１３は
入口中央点の流路方向１２に直角な面である。また、出
口中央点の流路方向１４は入口中央点の流路方向１２と
直交しており、出口側基準面１５は出口中央点の流路方
向１４に直角な面である。

【００３４】基準線１６は入口側基準面１３と出口側基
準面１５との交線であり、吐出し管切断面１７は基準線
１６を通るエルボ形吐出し管１の切断平面である。

【００３５】図１において、吐出し管切断面１７におけ
るエルボ形吐出し管１の内部面積（吐出し流路６の断面
積）は、角度θが増加するにつれて増加した後、いった
んは減少し、再び増加する。

【００３６】上記の内部面積を、上記の増加−減少−増
加のように変化させる手段は、図２に示すように、エル
ボ形吐出し管１内の両側面部の幅を拡げて行っている。

【００３７】図３は横軸に角度θを、縦軸に吐出し管切
断面１７におけるエルボ形吐出し管１の内部面積Ｓと、
吐出し管入口２の内部面積との比を、それぞれ採ってい
る。また、Ｄは吐出し管入口２の内径である。

【００３８】すなわち、吐出し管入口２から吐出し管出
口３までの角度θとの関係で示される内部面積Ｓの変化
曲線が極大値をもち、上記の極大値が角度θの２０〜５
０度の範囲内にあるようにしてある。

【００３９】更に、極大値のときの内部面積Ｓが、吐出
し管入口２の内部面積を基準としたときの１．３倍以上
となるようにしてある。

【００４０】図４に本実施例の内、外周側各壁面の圧力
係数Ｃｐの分布を示す。上記各壁面の圧力係数Ｃｐの差
△Ｃｐは、従来例（図８）の場合と比べて小さくなって
おり、二次流れによる損失を最低限に抑えることができ
る。

【００４１】上記の効果が特に大きいのは、角度θが２
０〜５０度の範囲内において、内部面積の変化曲線に極
大値がある場合であり、また、極大値のときの内部面積
Ｓが、吐出し管入口２の内部面積を基準としたときの
１．３倍以上の場合である。

【００４２】一般に、エルボ形吐出し管１の外周側４と
内周側５とも、流路方向を含む面上における曲率半径が
大きいほど損失が小さくなるが、この場合はエルボ形吐
出し管１の全体の高さが増加し、土木費の過剰な出費を
招くことになる。

【００４３】しかし、本発明によれば、曲率半径を大き
くせずに、優れた効果をもつエルボ形吐出し管１を構成
でき、土木費を低減できる。

【００４４】図５は本発明の他の実施例の場合であり、
この実施例のエルボ形吐出し管の側面図である。平板を
曲げ加工した後、つなぎ合わせてエルボ形吐出し管１を
構成したものであり、エルボ形吐出し管１の内部は、図
３に説明したものと同じである。この実施例の場合は加
工費が節減できる効果がある。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、特別な部品を付加する
ことなく、二次流れによる損失を大幅に低減でき、ポン
プの全体効率の向上に大きく寄与するエルボ形のポンプ
吐出し管を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のポンプ吐出し管の側面図で
ある。

【図２】図１のポンプ吐出し管を下から見た平面図であ
る。

【図３】図１のポンプ吐出し管の各部内部面積の説明図
である。

【図４】本発明の一実施例の性能の説明図である。

【図５】本発明の他の実施例の模式側面図である。

【図６】従来例のポンプの模式縦断面図である。

【図７】従来例のポンプ吐出し管を下から見た平面図で
ある。

【図８】従来例のポンプ吐出し管の性能の説明図であ
る。

【符号の説明】

１…エルボ形吐出し管、２…吐出し管入口、３…吐出し
管出口、１２…入口中央点の流路方向、１３…入口側基
準面、１４…出口中央点の流路方向、１５…出口側基準
面、１６…基準線、１７…吐出し管切断面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田国雄茨城県土浦市神立町603番地株式会社日立製作所土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】９０度のエルボ形であって、入口が円形
のポンプ吐出し管において、前記ポンプ吐出し管の入口
の中央点を通り、該中央点における流路の方向に直角な
平面を入口側基準面、前記ポンプ吐出し管の出口の中央
点を通り、該中央点における流路の方向に直角な平面を
出口側基準面、前記入口側基準面と前記出口側基準面と
の交線を基準線、該基準線を通り、前記ポンプ吐出し管
を切断する平面を吐出し管切断面、前記入口側基準面と
前記吐出し管切断面とのなす角度をθとそれぞれ定義し
た場合、前記吐出し管切断面における前記ポンプ吐出し
管の内部面積が、前記角度θが大きくなるにつれて、増
加した後、いったんは減少して、再び増加し、前記内部
面積に極大値を有することを特徴とするポンプ吐出し
管。
【請求項２】前記角度θが２０〜５０度において、前
記内部面積が極大値を有する請求項１記載のポンプ吐出
し管。
【請求項３】前記極大値のときの前記内部面積が、前
記ポンプ吐出し管の入口における前記内部面積を基準と
したときの１．３倍以上である請求項１又は２記載のポ
ンプ吐出し管。
【請求項４】前記ポンプ吐出し管が、平板曲げ加工部
品の接合になる請求項１、２又は３記載のポンプ吐出し
管。