JPH06123298A - 高揚程ポンプ - Google Patents

高揚程ポンプ

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JPH06123298A
JPH06123298A JP27180092A JP27180092A JPH06123298A JP H06123298 A JPH06123298 A JP H06123298A JP 27180092 A JP27180092 A JP 27180092A JP 27180092 A JP27180092 A JP 27180092A JP H06123298 A JPH06123298 A JP H06123298A
Authority
JP
Japan
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impeller
lift pump
pump
suction
blade
Prior art date
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Pending
Application number
JP27180092A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomoyoshi Okamura
共由 岡村
Kunio Takada
国雄 高田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06123298A publication Critical patent/JPH06123298A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 羽根車の回転数を増大せず小形化を図ること
にある。 【構成】 吸込流路1のボリュート形状は、ボリュート
出口1aすなわち羽根車入口において羽根車の回転方向
と逆の方向の旋回成分を持つ流れが得られるように形成
されている。すなわち、吸込ボリュートの半径Rは羽根
車の回転方向に巻角θをとるとき、従来の吸込ボリュー
ト形状はθが増大するに従ってRは小さくなるが、本発
明は逆に大きくなるように形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主としてボイラ給水ポ
ンプ、プロセスポンプに使われる多段の高揚程ポンプに
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高揚程ポンプの小形化は、ポンプ
回転速度を高めて高速化することにより実現されてい
る。
【0003】図14はポンプの比速度Nsと比直径Dsの
関係を示す図表である。
【0004】本図表から明らかなように次式で定義され
る比速度Nsと比直径Dsは、ポンプの仕様である吐出量
Qと全揚程Hが一定として与えられたとき、比速度Ns
が大なるほど比直径Dsは小さくなる。すなわち回転数
nを大きくして小形化を図っている。
【0005】
【数式1】
【0006】ここに、 n:回転数 rpm Q:吐出量 m3/min H:全揚程 m D:羽根車外径 m である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ポンプを高速化すると
羽根車入口における流速が大となり、キャビテーション
が発生し性能が低下する。また、キャビテーションが発
生した状態で運転を続けると、キャビテーションエロー
ジョンが発生し、ポンプが損傷する。一方、流体騒音は
羽根車周速の6〜8乗に比例するため、ポンプを高速化
すると騒音が大きくなり環境への影響が問題になる。
【0008】高速化することなく同一の羽根車周速でポ
ンプ揚程を大きくするには、羽根車羽根の出口角を通常
の20度前後より大きな60〜90度とすることにより
理論上達成される。しかし、このような設計を行うとポ
ンプのQ−H特性は低流量域で不安定になる。
【0009】本発明の目的は、羽根車の回転数を増大せ
ず小形化を図ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的は、羽根車の回
転と逆方向に吸入液体を予旋回させる吸込流路を有する
ことにより達成される。
【0011】上記目的は、吸込流路の側壁の方向を羽根
車入口の羽根と同方向に形成したことにより達成され
る。
【0012】上記目的は、案内羽根出口の方向を羽根車
入口の羽根と同じ方向に形成したことにより達成され
る。
【0013】上記目的は、羽根車の回転方向にとるボリ
ュート巻角の増加に従って吸込流路壁の羽根車軸からの
半径距離が増加するように形成したことにより達成され
る。上記目的は、複数段からなる高揚程ポンプにおい
て、2段目以降の段に予旋回させる吸込流路を設けたこ
とにより達成される。
【0014】上記目的は、羽根車の前段に該羽根車と互
いに逆回転するインデューサを設けたことにより達成さ
れる。
【0015】上記目的は、羽根車の外周側で主羽根と主
羽根の中間に該主羽根より短く、かつ羽根角の延長線が
回転方向側の主羽根前縁と交差するように設定したこと
により達成される。
【0016】上記目的は、前記羽根車の出口角を60〜
90度とし、かつ該羽根車の下流に軸方向流路幅可変の
吐出ディフューザを設けたことにより達成される。
【0017】吸入側と吐出側との差圧を検出し該差圧信
号に応じて前記吐出ディフューザの軸方向流路幅を制御
する制御装置を設けたことにより達成される。
【0018】
【作用】上記構成によれば、羽根車入口においてボリュ
ート形吸込流路や前置案内羽根等の手段により予め吸入
液体を羽根車と逆方向に旋回させると、羽根車入口にお
ける角運動量が増加するからポンプの理論揚程が増大
し、同一揚程を得るための羽根車外径を小さくでき小形
化が達成される。
【0019】その理論的な根拠を次に説明する。
【0020】ポンプの理論揚程Hthは数式(3)で表さ
れ、羽根車入口の絶対流速の周方向成分Cu1が負すなわ
ち羽根車の回転方向と逆方向の場合には、羽根車の回転
方向と同方向の予旋回がある場合(Cu1>0)、あるい
は予旋回がない場合(Cu1=0)に比べ同じ外周速U2
でも理論揚程は高くなる。
【0021】 Hth=(U2Cu2−U1Cu1)/g………………………………………(3) ここに、Hthはポンプの理論揚程、U2は羽根車出口周
速、Cu2は羽根車出口の絶対流速の周方向成分、U1
羽根車入口周速、Cu1は羽根車入口の絶対流速の周方向
成分である。
【0022】小流量時にポンプの差圧が小さくなるの
で、差圧を検出して羽根車下流の吐出流路幅が小さくな
るように制御すると、案内羽根への流入角は設計点とほ
ぼ同じとなり案内羽根での剥離が防止されるので、ポン
プのQ−H特性は小流量時でも安定な特性となる。
【0023】羽根車下流の吐出流路として羽根無ディフ
ューザを適用した場合も、小流量時に差圧を検出して羽
根車下流の吐出流路幅が小さくなるように制御すると、
半径方向速度成分が大きくなり羽根無ディフューザ内で
の剥離が抑制され安定なQ−H特性が得られる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。
【0025】第1実施例 図1は本発明の第1実施例の吸込流路を示す正面図であ
る。
【0026】図2は本発明の第1実施例のポンプ縦断面
図である。
【0027】本実施例のポンプはボリュート形の吸込流
路1、羽根車2、駆動軸3及び吐出ケーシング4から構
成されている。吸込流路1のボリュート形状は通常の吸
込ボリュートではなく、ボリュート出口1aすなわち羽
根車入口において羽根車の回転方向と逆の方向の旋回成
分を持つ流れが得られるように形成されている。すなわ
ち、吸込ボリュートの半径Rは羽根車の回転方向に巻角
θをとるとき、θが増大するに従ってRも大きくなるよ
うに形成されている。従来の吸込ボリュート形状は、θ
が増大するに従ってRは小さくなるように形成されてお
り逆の形状である。吐出ケーシング4は通常の吐出ケー
シングと同様な形状である。
【0028】図3は本発明の第1実施例の速度三角形で
ある。
【0029】このような構成のポンプの羽根車入口及び
出口の速度三角形は図3(a)及び(b)のようにな
る。すなわち、入口においては、羽根車の回転速度と逆
方向の旋回速度成分Cu1が生成され、数式(3)におけ
る右辺第2項が正となり、ポンプの理論揚程は通常の同
方向の予旋回がない場合より ΔHth=U1Cu1/g……………………………………………………(4) ΔHthだけ増大することになる。従って、本実施例によ
れば、従来の予旋回のないポンプと同一、羽根車外径及
び回転速度でも、従来ポンプの全揚程より高い全揚程が
得られる。全揚程及び回転数を一定にすると、小さな羽
根車外径で所要の全揚程が得られ、ポンプの小形化が達
成される。
【0030】第2実施例 図4は本発明の第2実施例のポンプ縦断面図である。
【0031】図5は図4のB−B断面図である。
【0032】図6は図4のC−C断面図である。
【0033】本実施例は、3段ポンプの各段の吸込流路
に適用したものである。1段目の吸込流路1はセミボリ
ュート形で、吸込流路1の出口すなわち羽根車2の入口
2aにおいて羽根車の回転方向と逆方向の予旋回成分を
持つ流れ5が得られるようにボリュート形状は形成され
ている。1段目の羽根車2及びディフューザ6はその吸
込流れに適合するように羽根入口角をはじめとして羽根
形状は形成されている。ステージ7は通常の多段ポンプ
と同様な羽根無流路である。
【0034】水返し流路8は、図6に示すように軸3の
回転方向と逆方向の予旋回成分15aを持つ次段への吸
込流れ15を生成するように水返し羽根8a,8bなど
の羽根形状は形成されている。このとき予旋回成分15
aは1段目の予旋回5aより大きくなるよう設定されて
いる。2段目の羽根車9及びディフューザ10は上述の
吸込流れ15に適合した形状に形成されている。ステー
ジ11及び水返し流路12は1段目と同じである。3段
目の羽根車13及びディフューザ14は2段目と同じで
ある。3段目の出口には吐出ケーシング4が設けられて
いる。
【0035】このような構成のポンプにおいて各段の理
論揚程は数式(3)で表され、上述の実施例と同様にポ
ンプの小形化が達成される。1段目の逆予旋回量は2段
目以降のそれより小さく設定されている。従って、次式
で表せられる羽根車入口の相対流速W1は、1段目の方
が2段目より小さくなる。その結果、1段目の羽根車入
口相対速度は、逆予旋回のない通常の羽根車に比べキャ
ビテーション性能の低下は僅少で大きな問題とならな
い。
【0036】
【数式2】
【0037】ここに、U1:羽根車入口の周速度、C
u1:羽根車入口の絶対流速の周方向成分、Cm1:羽根車
入口の子午面流速である。
【0038】第3実施例 図7は本発明の第3実施例のポンプ縦断面図である。
【0039】本図に示すように、主羽根車2の前方には
軸流羽根型のインデューサ16が設けられている。イン
デューサ16は、主羽根車2と互いに逆回転し主羽根車
2を駆動する中空軸3内を貫通する軸17により駆動さ
れる。これらの軸3及び軸17は図示せざる遊星歯車変
速機などを介して原動機により駆動される。
【0040】図8は本発明の第3実施例の速度三角形で
ある。
【0041】このような構成においては、インデューサ
16の出口流れC2は旋回成分Cu2を持つ。この旋回成
分Cu2は主羽根車の入口における周速度U3と逆方向で
あり、主羽根車に対しては逆予旋回として作用する。従
って、ポンプの理論揚程は数式(3)で表され前述の実
施例と同様にポンプの小形化が達成される。この場合イ
ンデューサ16が設置されるとキャビテーション性能の
大幅な向上が得られることもあり、それによる小形化と
逆予旋回による小形化とが併用されるため、かなり大幅
な小形化が達成される。
【0042】第4実施例 図9は本発明の第4実施例のポンプ縦断面図である。
【0043】図10は本発明の第4実施例のポンプ縦断
面図である。
【0044】図11は本発明の第4実施例の羽根車正面
図である。
【0045】吸込流路1には上述の実施例と同様に羽根
車入口に逆予旋回を生成するように流路は形成されてい
る。羽根車2は図11に示すように羽根出口角β62が6
0〜90度と通常の羽根出口角に比べ大幅に大きな値に
なるよう設定されている。ディフューザの流路幅10a
は、ピストン形の油圧アクチュエータ19と油圧源およ
び信号制御装置からなる制御装置18により駆動され
る。また、制御装置18はポンプの吐出ケーシング4と
吸込流路1の差圧ΔPを検出してディフューザの流路幅
10aを制御する。
【0046】このような構成においてポンプの理論揚程
Hthを次式で表す。
【0047】 Hth=(U2 2ーU2Cu2/tanβ2ーU1Cu1)/g……………………(6) ここに、β2は羽根車出口の相対速度の周方向となす角
度であり、近似的に羽根出口角β62に等しい。従って、
羽根出口角β62が大なるとき、数式(6)の右辺第2項
は小となるので理論揚程Hthは大となり、同一羽根車径
で高揚程化を図ることができる。一方、このように羽根
出口角β62に大きな値を適用すると、ポンプのQ−H特
性には小流量域において不安定部が現われる。このよう
な小流量域において、図9から図10に示すようにディ
フューザの流路幅10aを小さく制御すると、ディフュ
ーザにおける子午面方向の流速の低下がなくなり、ディ
フューザへの迎え角が設計点付近の値に保持でき、ディ
フューザにおける剥離が抑制され、剥離に伴うQ−H特
性の不安定が解消される。
【0048】第5実施例 図12は本発明の第5実施例の羽根車正面図である。
【0049】図13は本発明の第5実施例の羽根車正面
図である。
【0050】本図に示すように、主羽根2aと主羽根2
aの間には、主羽根2aよりも短く、且つその入口角は
同じ回転半径位置における主羽根2aの羽根の角度より
図12に示すようにΔβiだけ大きく設定してある中間
羽根2bが設けられている。このような羽根形状を持つ
羽根車の小流量域では、中間羽根2bにおいて剥離が発
生し、図13に示すように中間羽根2bと主羽根2aと
の間に剥離渦20が発生し中間羽根2bの右側流路を閉
塞する。そのため、主流は左側流路を安定して流れる流
れ21となり、羽根車内における不安定な流れが解消す
る。
【0051】以上述べたように、本実施例によれば羽根
車の理論揚程を羽根車の回転数を上げることなく増大さ
せることができ、その結果、ポンプの小形化を達成する
ことができる。また、同一全揚程に対しては、ポンプ速
度を低減でき、騒音、脈動圧の低減を図ることができ
る。
【0052】
【発明の効果】本発明によれば、吸込流路に予め吸入液
体を羽根車と逆方向に旋回させる手段を設けることによ
り、羽根車入口における角運動量が増大しそれによりポ
ンプの理論揚程が増大し、同一揚程を得るための羽根車
外径を小さくすることが出来るから小形化を達成する効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の吸込流路を示す正面図で
ある。
【図2】本発明の第1実施例のポンプ縦断面図である。
【図3】本発明の第1実施例の速度三角形である。
【図4】本発明の第2実施例のポンプ縦断面図である。
【図5】図4のB−B断面図である。
【図6】図4のC−C断面図である。
【図7】本発明の第3実施例のポンプ縦断面図である。
【図8】本発明の第3実施例の速度三角形である。
【図9】本発明の第4実施例のポンプ縦断面図である。
【図10】本発明の第4実施例のポンプ縦断面図であ
る。
【図11】本発明の第4実施例の羽根車正面図である。
【図12】本発明の第5実施例の羽根車正面図である。
【図13】本発明の第5実施例の羽根車正面図である。
【図14】一般的なポンプの比速度Nsと比直径Dsの関
係を示す図表である。
【符号の説明】
1 吸込流路 2 羽根車 3 駆動軸 4 吐出ケーシング 5 羽根車入口絶対流速 6 ディフューザ 7 ステージ 8 水返し流路 9 2段目羽根車 10 2段目ディフューザ 11 2段目ステージ 12 2段目水返し流路 13 3段目羽根車 14 3段目ディフューザ 15 2段目羽根車入口絶対流速 16 インデューサ 17 インデューサ駆動軸 18 制御装置 19 油圧アクチュエータ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 羽根車の回転と逆方向に吸入液体を予旋
    回させる吸込流路を有することを特徴とする高揚程ポン
    プ。
  2. 【請求項2】 吸込流路の側壁の方向を羽根車入口の羽
    根と同方向に形成したことを特徴とする高揚程ポンプ。
  3. 【請求項3】 案内羽根出口の方向を羽根車入口の羽根
    と同じ方向に形成したことを特徴とする高揚程ポンプ。
  4. 【請求項4】 羽根車の回転方向にとるボリュート巻角
    の増加に従って吸込流路壁の羽根車軸からの半径距離が
    増加するように形成したことを特徴とする高揚程ポン
    プ。
  5. 【請求項5】 複数段からなる高揚程ポンプにおいて、
    2段目以降の段に請求項1から請求項4のうち何れかの
    請求項に記載の吸込流路を設けたことを特徴とする高揚
    程ポンプ。
  6. 【請求項6】 羽根車の前段に該羽根車と互いに逆回転
    するインデューサを設けたことを特徴とする高揚程ポン
    プ。
  7. 【請求項7】 前記羽根車の外周側で主羽根と主羽根の
    中間に該主羽根より短く、かつ羽根角の延長線が回転方
    向側の主羽根前縁と交差するように設定したことを特徴
    とする請求項1から請求項6のうち何れかの請求項に記
    載の高揚程ポンプ。
  8. 【請求項8】 前記羽根車の出口角を60〜90度と
    し、かつ該羽根車の下流に軸方向流路幅可変の吐出ディ
    フューザを設けたことを特徴とする請求項1から請求項
    6のうち何れかの請求項に記載の高揚程ポンプ。
  9. 【請求項9】 吸入側と吐出側との差圧を検出し該差圧
    信号に応じて前記吐出ディフューザの軸方向流路幅を制
    御する制御装置を設けたことを特徴とする請求項8に記
    載の高揚程ポンプ。
JP27180092A 1992-10-09 1992-10-09 高揚程ポンプ Pending JPH06123298A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1247991A1 (en) * 2001-04-05 2002-10-09 Hitachi, Ltd. Centrifugal pump
JP2010065528A (ja) * 2008-09-08 2010-03-25 Nidec Shibaura Corp ポンプ
WO2015136861A1 (ja) * 2014-03-12 2015-09-17 株式会社デンソー 冷却システム
WO2019220579A1 (ja) * 2018-05-16 2019-11-21 三相電機株式会社 多段ポンプ

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