JPH0772554B2 - 電磁流体用複合機械式ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半径流ポンプの上流に軸流ポンプを設けて、
軸流ポンプにて流体を予備的に増速してから半径流ポン
プに流入する複合機械式ポンプに関し、更に詳しくは、
軸流ポンプの内部の流体のキャビテーションを低減した
複合機械式ポンプに関する。

（従来の技術） 高速増殖炉は、冷却材として液体ナトリウムが用いられ
ており、液体ナトリウムを給送させるポンプが設置され
ている。このポンプとして、電磁ポンプと機械式ポンプ
とがある。

電磁ポンプは、ポンプ効率が悪く、稼動コスト高いの
で、大容量ポンプには不適当である。

また、機械式ポンプは、キャビテーションが発生するた
めに回転速度ひいては吸込み圧に限界があり、大容量と
すると大形化してしまう問題があった。

キャビテーションとは、液体ナトリウムの速度が大きく
なって圧力低下が生じ、液体ナトリウムの中に含まれて
いる気体が無数の気泡となって現れる現象をいう。この
気泡は、液体ナトリウムの流速が減じて圧力が増加した
個所で破壊し、その時に生じる衝撃によりインペラを侵
食する。また、この気泡は、ポンプ効率の低下の原因と
もなる。

一方、半径流の機械式ポンプの上流に軸流ポンプを設け
たインデュサー形式の複合機械式ポンプも公知である。
（実開昭62−183098号公報参照）公知の複合機械式ポン
プでは、軸流ポンプは、半径流ポンプの流体吸込口に設
けた筒状のインデューサーシュラウドと、このインデュ
ーサーシュラウドの内部に設けられた回転自在のインデ
ューサーロータとから構成されている。

このインデューサー形式の複合機械式ポンプは、半径流
機械式ポンプの吸込口に流入する前の流体を軸流ポンプ
のインデューサーロータによって予備的に速度上昇させ
ることによって、全体として流体の速度を上昇させ、以
って機械式ポンプの小形化、高性能化を達成せんとする
ものである。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このインデューサー形式の複合機械式ポンプ
においても、従来の機械式ポンプと同様に、キャビテー
ションが発生するという問題があった。

即ち、インデューサー形式の複合機械式ポンプにおいて
も、ポンプの容量を大きくするためにインデューサーロ
ータの回転数を上げると、キャビテーションが発生して
しまう。

このため、インデューサー形式の複合機械式ポンプで
も、従来、インデューサーのない機械式ポンプと同様
に、キャビテーションの生じない程度の回転速度でポン
プを運転させていた。このことは、インデューサー形式
の複合機械式ポンプにおいても、従来の機械式ポンプと
同様に、ポンプの小形化、高性能化に限界があったこと
を意味している。

本発明は、前記従来技術の各問題点を解決するものであ
る。即ち、本発明の目的は、インデューサーを有する形
式の複合機械式ポンプにおいて、キャビテーションを発
生を抑制し、以って小形で容量の大きい電磁流体用複合
機械式ポンプを提供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するため、本発明の電磁流体用複合機械
式ポンプは、インデューサーシュラウドをインデューサ
ーロータと一体的に回転自在且つ磁石からなるマグネテ
ィックシュラウドとして構成し、流体として電磁流体を
用いて成るものである。

（作用） インデューサーローターとマグネティックシュラウドと
が共に回転し、インデューサーローターの機械的駆動と
マグネティックシュラウドによる電磁作用とが磁性流体
に加えられる。回転するインデューサーロータによる旋
回流は、マグネティックシュラウドの内部の中心から外
側にいくほど速いのに対して、回転するマグネティック
シュラウドによる電磁流体の旋回流は中心から外側にい
くほど遅い。したがって、両方の旋回流を複合すると、
軸流ポンプの内部の液体の流速分布が平均化される。こ
のように、部分的に高速化することがないので、全体と
して高い平均流速となり、更にキャビテーションも防止
される。

（実施例） 以下、本発明の電磁流体用複合機械式ポンプの実施例を
図を参照して説明する。

第１図に本発明の電磁流体用複合機械式ポンプの一実施
例が示されている。この実施例のポンプ１は、高速増殖
炉の冷却系に設置される液体ナトリウム給送用のもので
ある。このポンプ１は、半径流のポンプと軸流のポンプ
との複合構造として構成されている。

このポンプ１は、ケーシング１と、このケーシング１の
内部に回転自在に設けられ図示しない駆動源に接続され
たシャフト５と、このシャフト５の下端に取り付けられ
半径流ポンプを構成するメインインペラ６と、このメイ
ンインペラ６の吸込口を通って下方に延びるインデュー
サーロータ７と、このインデューサーロータ７の周囲を
覆ってメインインペラ６の下方に固定された磁石からな
る筒状のマグネティックシュラウド８と、このマグネテ
ィックシュラウド８の下端に開口した液体ナトリウム流
入用の流体吸込口３と、ケーシング１の側面に形成され
メインインペラ６から液体ナトリウムを吐き出するため
の吐出口４とを備えてなっている。

ここで、メインインペラ６は、半径流ポンプを構成して
いる。

他方、インデューサーロータ７とマグネティックシュラ
ウド８は、軸流ポンプを構成している。インデューサー
ロータ７は、液体ナトリウムに対して機械的駆動による
力を与えるものであり、マグネティックシュラウド８
は、電磁ポンプ作用を与えるものである。マグネティッ
クシュラウド８は、回転すると電磁作用によって液体ナ
トリウムに力の与える回転式電磁ポンプの機能を有す
る。

また、本実施例のメインインペラ６とインデューサーロ
ータ７とマグネティックシュラウド８とは、シャフト５
の駆動力によって、一体的に回転するように設けられて
いる。つまり、１つの駆動源で全体のポンプ制御が可能
である。

また、マグネティックシュラウド８は、本実施例ではフ
ェライト系金属などの永久磁石自体からなるが、永久磁
石を別体のシュラウドに固定してもよく、さらに永久磁
石に代えて電磁石を設ける構造としてもよい。マグネテ
ィックシュラウド８は、インデューサーロータ７の回転
によりキャビテーションが発生することを防止するため
のものである。この作用については、次の作用説明で詳
しく述べるものとする。

以上のように構成された電磁流体用複合機械式ポンプに
よると、次のように、キャビテーション発生を防止す
る。

図示しない駆動源によって回転するシャフト５によっ
て、メインインペラ６とインデューサーロータ７とマグ
ネティックシュラウド８とが一体的に回転する。する
と、メインインペラ６およびインデューサーロータ７の
機械的駆動力によって液体ナトリウムが吸込口３から吸
い込まれて、マグネティックシュラウド８の中を上昇し
た後、メインインペラ６によって吐出口４から吐き出さ
れる。

本発明では、この作用にマグネチックシュラウド８によ
る電磁ポンプ作用が付加されて、インデューサーロータ
ー７の機械的駆動力によるキャビテーション発生が防止
される。

この作用を第３図を参照して説明する。

まず、第３図（ａ）には、マグネティックシュラウド８
（実際は磁石は取り付けられていない）が静止され、イ
ンデューサーロータ７のみが回転する場合が示されてい
る。これは、従来のインデューサー形式の複合機械式ポ
ンプに相当する。この場合のマグネティックシュラウド
８の内部の液体ナトリウムの旋回流の速度分布が矢印で
示されている。その速度分布は、インデューサーロータ
７の中心で小さく、外周にいくほど大きくなる。したが
って、回転数を増大させると、流速の大きい外周部にキ
ャビテーションが発生しやすくなる。このことから、外
周部でキャビテーションが発生しない程度に回転数を抑
制せざるをえず、ポンプ容量にも制限がある。

一方、第３図（ｂ）には、インデューサーロータが無
く、マグネティックシュラウド８のみが回転するとした
場合が示されている。この場合、マグネティックシュラ
ウド８が回転することにより、マグネティックシュラウ
ド８の磁気と磁性流体たる液体ナトリウムとの間に電磁
誘導作用が生じ、それによってマグネティックシュラウ
ド８の回転方向と同一の旋回流が生じる。マグネティッ
クシュラウド８による磁束密度は、中心にいくほど大き
いので、この電磁誘導作用による旋回流も中心にいくほ
ど強くなる。

このように、インデューサーロータ７による流速分布
は、中心から外側にいくほど増大するのに対して、マグ
ネティックシュラウド８による速度分布は、中心から外
側に行くほど減少している。つまり、それらは、互いに
逆の速度分布を引き起こしている。

本発明によると、このインデューサーロータ７による作
用と、マグネティックシュラウド８による作用とが複合
したものとなるので、第３図（ｃ）に示すように、マグ
ネティックシュラウド８の内部での流速分布が均一化さ
れる。部分的に高速化することがないので、全体として
高い平均流速を得ることができる。したがって、キャビ
テーションの発生を防止しつつ、ポンプ容量を増大させ
ることができる。

インデューサーロータ７の回転速度が大きくなるほど、
キャビテーションが発生しやすくなるが、本実施例で
は、マグネティックシュラウド７も同時に回転して、キ
ャビテーション抑制効果も比例して大きくなっている。
理想的には、インデューサーロータ７の回転数を上げて
もキャビテーションは発生しない。

尚、本発明は、上述の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形例が実施可能である。

例えば、上述の実施例ではマグネティックシュラウド８
をメインインペラ６と同じシャフト５によって回転させ
るようにしているが、マグネティックシュラウド８をシ
ャフト５ではなく別個の駆動力によって回転させるよう
にしてもよい。

さらに、使用される液体ナトリウムに限定されるもので
はなく、磁性流体ならよい。

（発明の効果） 以上説明した本発明の電磁流体用複合機械式ポンプは、
インデューサーロータの周囲に設けられたマグネティッ
クシュラウドを回転されることによってインデューサー
ロータの機械的駆動とマグネティックシュラウドによる
電磁作用とが磁性流体に加えられる。回転するインデュ
ーサーロータによる旋回流がマグネティックシュラウド
の内部の中心から外側にいくほど速いのに対して、回転
するマグネティックシュラウドによる旋回流が外側から
中心にいくほど速いので、両方の旋回流を複合すると、
軸流ポンプの内部の液体の流速分布を平均化できる。こ
のため、流速が部分的に高速化することがなく、全体と
して高い平均流速を得ることができるので、キャビテー
ションの発生を防止しつつ、吸い込み圧を上昇させて、
ポンプ容量を増大させることができる。それと同時に、
キャビテーションの発生を防止するので、ポンプの長寿
命化に寄与するものである。

また、従来のインデューサー形式の複合機械式ポンプに
材料変更を加えるだけであり、大きな設計変更が必要で
ないので、従来装置に簡単に採用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電磁流体用複合機械式ポンプの一実
施例の縦断面図である。 第２図は、第１図の要部の拡大図である。 第３図は第１図の実施例の作用の説明図であり、（ａ）
はマグネティックシュラウドを静止してインデューサー
ロータだけを回転させた場合、（ｂ）はインデューサー
ロータがなくてマグネティックシュラウドだけを回転さ
せた場合、（ｃ）はインデューサーロータとマグネティ
ックシュラウドとを一体に回転させた場合を示してい
る。 1:ポンプ、5:シャフト、6:メインインペラ、 7:インデューサーロータ、8:マグネティックシュラウド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半径流の機械式ポンプの流体吸込口に筒状
   のインデューサーシュラウドを設け、該インデュサーシ
   ュラウドの内部にインデューサーロータを回転自在に設
   け、該インデューサーロータ及びインデューサーシュラ
   ウドによって軸流機械式ポンプを構成して流体の速度を
   予備的に上昇させたインデューサー形式の複合機械式ポ
   ンプにおいて、 前記インデューサーシュラウドをインデューサーロータ
   と一体的に回転自在且つ磁石からなるマグネティックシ
   ュラウドとして構成し、流体として電磁流体を用いてな
   ることを特徴とする電磁流体用複合機械式ポンプ。