JPS63263300A - キャビテーション耐性インデューサ - 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】 鼓１υＬ１ 本発明は、インデューサを使用する軸流及び遠心ポンプ
に関するものである０本発明は、キャビテーションの危
険性を低下させ且つ一層高い効率で一層広い範囲の流量
に渡って動作することの可能なインデューサを提供して
いる。

丈末伎先 一般的に、ポンプが広範囲の流れ能力に渡って動作し且
つ設計効率点で発生する流れの流体の最適流量を持つこ
とが要求される場合、ポンプが部分的負荷流れ領域で動
作される場合には、キャビテーションによってポンプの
部品は著しい摩耗を発生することがある。より大型のポ
ンプにおいては、キャビテーションの影響は一層強調さ
れ、且つキャビテーションに起因する摩耗は回転速度が
増加すると共に増加する。キャビテーションによって起
こされる摩耗を減少する試みは、部分負荷領域において
の動作期間を制限することを包含するが、このことは常
に実際的であるとは限らない。

キャビテーションに露呈される蓋然性のあるこれらの部
品に対して一層高度の耐摩耗性物質を使用すること、又
は耐摩耗性インサートを使用することが提案されている
。然し乍ら、これ゛らの技術は完全に効果的であるわけ
ではなく且つポンプの設計を複雑化させてしまう。

例えば遠心ポンプと関連してインデューサを使用するこ
とは、そうでない場合に可能であることと比較して一層
広範囲の流量に渡ってポンプが動作することを可能とす
る最も効果的な方法であることが分かっている。然し乍
ら、キャビテーション損失無しで更に一層広範囲な流量
に渡って大型のポンプを動作させることを可能とする改
良に対する必要性が存在している。このことは、例えば
、ポンプを介しての流量は電気の需要に適合させる為に
広範囲に変化させねばならなく且つポンプが最大２０年
稼働すべく設計されねばならない原子力発電所において
使用するポンプに対して特に言えることである。

■−カ 本発明は１以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、広範囲の流れ範囲に
渡って動作し且つそうでない場合にはそれを介して流れ
る液体から発生することのあるキャビテーション損傷を
最小とするか又は除去することの可能なインデューサを
提供することを目的とする。

本発明の別の目的とするところは、改良したシュラウド
付きインデューサを提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、広範囲の流量に
渡って動作し且つ高効率を維持することの可能なシュラ
ウド付きインデューサを提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、廉価で容易に製
造可能なシュラウド付きインデューサを提供することで
ある。

盪−双 本発明は、２相流体となることの可能な液体をポンプ動
作している間にキャビ参−ションによる損傷を最小とす
るか又は実質的に除去すると共に広範囲の流量に渡って
動作することが要求されるポンプに使用されるインデュ
ーサを提供している。

更に特定的な側面においては、本発明は、ポンプとイン
デューサとが広範囲の流れ範囲に渡って動作することが
要求され且つ２相流体となることの可能な液体をポンプ
動作するダウンストリームポンプに使用するシュラウド
付きインデューサの改良に関するものである。

広義的には、本発明のインデューサは、ポンプハウジン
グ内に回転自在に装着されているハブ、前記ハブから半
径方向外側へ延在する実質的に螺旋状の複数個のブレー
ド、前記実質的に螺旋状のブレードの外側周辺部を取り
囲んでおり且つその周りに延在する壁部材、を有してい
る。勿論、前記壁部材は前記ポンプハウジングの内側表
面とすることが可能であり、又は好適実施例によれば、
前記実質的に螺旋状のブレードの端部に固定されており
且つ前記外側周辺部の周りに延在するシュラウドを有す
るものである１本発明の特徴としては、隣接する対のブ
レードと、壁部材と、ハブとが実質的に矩形状の流路断
面を形成しており、その流路断面がインデューサのイン
レット即ち入口（吸入）側からディスチャージ即ち出口
（圧力）側へ減少していることである。広義には、該流
路断面は実質的に線形的に減少する。特に好適な実施例
によれば、該ハブの周りに等間隔に離隔して実質的に螺
旋状の４個のブレードが設けられており、且つ該ブレー
ドの各々は該ハブの外側周辺部の周りに約１８０°延在
している。

来皇叢 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。第１図を参照すると、典型的
なシュラウド付きインデューサを具備する遠心ポンプ組
立体１０が示されており、該組立体はハウジング１２を
有しており、駆動シャフト１４がハウジング１２内に延
在し且つ不図示の軸受によって回転自在に支持されてい
る。ハウジング１２内に位置されている遠心インペラ（
羽根車）１６が駆動シャフト１４に固定されており、該
シャフトから回転力を受は取り且つハウジング１２を介
して通過する流体に圧力上昇を与えている。シュラウド
付きインデューサ１８はシャフト１４のハブ端２０に固
着されており、インペラ１６に入る前に流体の圧力を増
加させている。

勿論、別法として、シュラウド付きインデューサ１８を
インペラ１６へ直接取付けることも可能である。インデ
ューサ１８は、少なくとも１個で好適には複数個のイン
デューサブレード２２を有しており、該ブレードは半径
方向外側へ延在すると共に実質的に円筒状のシュラウド
部材２４で終端している。図示した如く、シュラウド付
きインデューサ組立体１８は、ハウジング１２の内側表
面３０によって画定されている空洞２８内に位置されて
おり、その内側表面は、シュラウド無しのインデューサ
を使用した場合には、インデューサプレード２２の外側
周辺部の周りに延在する外部壁を虐成する。

第２図を参照すると１本発明の実施の為のインデューサ
の好適な形態の端面図を示している。特に、４個の等間
隔に離隔した実質的に螺旋状のブレードを持っており、
それらはハブ端部２０の外側周辺部の周りを約１８ｏ°
延在している。図示した如く、簡単化の為に、直線的な
半径方向に延在する傾斜していないブレードを示しであ
る。該ブレードの先端形状及び該インデューサの正面図
は、第３図に示した平面図における如く１本発明のもの
のみならず従来のインデューサにも適用することが可能
である。その場合においても、簡単化の為に、インデュ
ーサブレードは、簡単で直線的な一層ブレード角の場合
を示しである６本発明のインデューサは、流路形状及び
以下の図面において一層容易に見ることの可能なハブ輪
郭の点において、従来技術と異なっている。

第４図を参照すると１本発明に基づいて構成されたイン
デューサの流体通路の断面を示している。

理解される如く、ブレード及び通路の高さは流れの方向
において実質的にリニア即ち線形状に減少している。更
に、この同一の形状は、１つのブレードのブレード圧力
側と別のブレードの隣接するサクション（吸引）側との
間において通路内の任意の断面位置に適用することが可
能である。流れ長さ即ち流れ方向に沿ってのブレード高
さの減少が、基本的に線形的であり、選択したハブ直径
において通路入口及び出口近傍で滑らかな遷移を持って
いることが本発明の重要な側面である一０従来技術と本
発明との間の区別は、特に、第５図及び第７図（従来技
術）と第６図及び第８図（本発明）とに最も良く示され
ている。

理解される如く、従来技術のインデューサは、竿５図に
示した如く、軸非対称なハブを使用していた。このこと
は、流体通路断面を不規則的なものとさせ、第７図に示
した如く、ブレード圧力側（Ｐ）とハブとの間に急激に
減少する通路を持っており、且つサクション側の通路高
さは圧力側よりも一層短くなっている。

これと対照的に、本発明のインデューサは、多少不規則
的乃至は「ラチェット形状」のハブを使用している。こ
のハブ形状は、勿論、同等の従来のインデューサの軸非
対称ハブと比較して、幾分高い応力レベルとなる。然し
乍ら、この欠点は、一様な流体通路によって得られる利
点によって相殺される。第８図を参照すると１本発明に
基づいて構成されたインデューサの通路は規則的で矩形
形状をしており、ブレードのサクション側及び圧力側は
同一の高さを有している。従って、そこを介して通過す
る流体は、実質的に軸方向に流れ、従来技術のインデュ
ーサの場合に発生する場合がある逆流（二次流れ）を最
小とする０本発明のインデューサがそうでない場合より
もキャビテーション無しで一層広い範囲の流量に渡って
動作することを可能とするのは、第４図に示した如き一
様に減少する流路断面とすることによる。

本発明インデューサのインデューサ効率及びサクション
性能における向上は、簡単な効率の計算を参照すること
によって最も良く理解することが可能である。更に詳細
には、二次流れが実際の流れと理想化した軸対称流れの
間の差異として定義される場合、本発明の利点を定量的
に評価する為の計算を以下の経験的関係によって表すこ
とが可能である。

Ｃ＝（０，１１７８・Ｅ）”／（Ａ、Ｒ，（１−０，２
／Ａ、Ｒ，）”）　　（１）尚、　Ｅ＝カスケードの回
転角度 Ａ、Ｒ，＝通路縦横比（通路高さ／ブレード間隔）上式
（１）から、エネルギロス係数Ｃは通路縦横比に略逆比
例することが理解される。即ち、以下の如くに表すこと
が可能である。

Ｃ勾１／Ａ、Ｒ，＝ブレード間隔１通路高さ　　　（２
）最も高いロスは、ブレードサクション側上の境界層剥
離に関連している。上式（１）をサクション側領域に局
所的に適用することによって、本発明の利点は明らかと
なる。従来のインデューサと比較して、該ブレード（Ｓ
、第７図及び第８図）のサクション側に沿っての通路高
さは同一のブレード間隔において一層大きく、この臨界
的な領域（上式（２））において関連するエネルギロス
係数Ｃが減少している。該ロスはサクション側に沿って
の効果によって支配されるので、その結果は。

本発明のインデューサにとって、全体的な二次流れ損失
が減少され且つインデューサ効率は増加される。

与えられたヘッド及び流れ条件に対して、可及的に最高
の比速度のポンプは、最も小型で、軽量で且つ最も経済
的なものである。サクション性能が、この点に関しての
制限要因であることが最も多い。一般的に、開口を介し
て流体通路断面に渡って（第７図のブレード２２Ｂと２
２Ｃとの間の断面線Ａ、及び第８図におけるブレード２
２′Ｂと２２′Ｃとの間の断面線Ａ）インデューサ入口
領域における静圧を高く維持することによって得る改善
したサクション性能を得ることが可能である。

従来の通路と比較して、矩形のスロート形状は。

キャビテーションを発生させ易い低圧力高速流れが通常
発生するブレードサクション側領域において大きな面積
を持っている。この流路面積の局所的な増加は、流速を
局所的に遅滞化させると共に静圧を増加させ、それによ
って直接的に改善されたサクション性能が得られる。圧
力側（Ｐ）におけるブレード高さは両方のチャンネルに
対して同一であり且つハブ入口及びブレード先端直径に
よって設定される。

本発明のインデューサの別の利点は、従来技術と比較し
て、一層廉価に且つ一層容易に製造することが可能であ
るということである。特に、完全に機械加工される一体
構成のシュラウド付きインデューサの場合、流路の機械
加工は、３１ｆＪ常、該流路の入口端及び出口端の両方
から行なわれる。本発明に基づくインデューサの通路の
矩形形状は、一層大きな切削装置を使用することを許容
し、従って機械加工時間及びコストを著しく減少させて
いる。この矩形形状は、又、電極形状を簡単化させると
共に、例えば、ＥＤＭによる製造におけるフォーミング
操作を簡単化させる。

以上１本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが１本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。例えば、上述
した実施例はシュラウド付きインデューサに関するもの
であるが、その他に１例えば２−Ｄ通路構成の利点に関
して従来のシュラウド無しインデューサに適用すること
も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はシュラウド付きインデューサを持った遠心ポン
プの概略断面図、第２図は２−２面に沿って取ったイン
デューサの端面図、第３図はインデューサの展開図、第
４図は第３図の面４−４に沿って取った断面図、第５図
及び第６図は従来技術及び本発明の夫々に従って構成し
たインデューサの断面を示しており第２図の５＆６−５
＆６面に沿って取ったインデューサの断面図、第７図及
び第８図は夫々従来技術及び本発明に従って構成したイ
ンデューサを解しての流体流路を示した線Ａ、Ｂ、Ｃに
おける第３図の７＆８−７に８面に沿って取った説明図
、である。 （符号の説明） １０：シュラウド付きインデューサ遠心ポンプ１２：ハ
ウジング １４：駆動シャフト １６：インペラ（羽根車） １８：シュラウド付きインデューサ ２０：ハブ端部 ２２：インデユーサブレード ２４；シュラウド部材 ２８：キャビティ　（空洞） ３０：内側表面 特許出願人　　　　ロックウェル　インターナショナル
　コーポレーショ ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポンプ用のインデューサにおいて、前記インデュー
   サ及びポンプは２相流体となることの可能な液体をポン
   プし且つ広範囲の流量で動作することが必要とされてお
   り、前記インデューサは、ハブ、前記ハブから実質的に
   半径方向外側へ延在する複数個の実質的に螺旋状のブレ
   ード、前記螺旋状のブレードの外側周辺部を取り囲みか
   つその周りに延在する壁部材、を有しており、隣接する
   対のブレードと前記壁部材と前記ハブが実質的に矩形状
   の流路断面を形成しており、前記流路断面は前記インデ
   ューサの入口端から出口端へかけて減少していることを
   特徴とするインデューサ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記流体断面が線
   形的に減少していることを特徴とするインデューサ。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記ハブの周りに
   等間隔に離隔させて実質的に螺旋状の４個ブレードが設
   けられていることを特徴とするインデューサ。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記ブレードの各
   々は前記ハブの外側周辺部の周りに約１８０°延在して
   いることを特徴とするインデューサ。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記液体はアルカ
   リ金属であることを特徴とするインデューサ。 ６、特許請求の範囲第２項において、前記ハブの周りに
   等間隔に離隔させて実質的に螺旋状の４個ブレードが設
   けられていることを特徴とするインデューサ。 ７、特許請求の範囲第６項において、前記ブレードの各
   々が前記ハブの外側周辺部の周りに約１８０°が延在し
   ていることを特徴とするインデューサ。 ８、特許請求の範囲第７項において、前記液体がアルカ
   リ金属であることを特徴とするインデューサ。 ９、ダウンストリームポンプと共に使用するシュラウド
   付きインデューサにおいて、前記ポンプ及びインデュー
   サは広範囲の流れ範囲に渡って動作し且つ２相流体とな
   ることの可能な液体をポンプすることが要求されており
   、前記インデューサは、ハブ、半径方向に延在しており
   実質的に螺旋状の複数個のブレード、前記ブレードに固
   定されると共にそれらを取り巻いており且つ実質的に円
   筒状のシュラウドを有しており、前記ハブと隣接対のブ
   レードとシュラウドが矩形形状で且つ入口端から出口端
   へかけて断面積が減少する流体通路を形成していること
   を特徴とするシュラウド付きインデューサ。 １０、特許請求の範囲第９項において、前記断面流路面
   積が線形的に減少することを特徴とするシュラウド付き
   インデューサ。 １１、特許請求の範囲第９項において、前記ハブの周り
   に等間隔に離隔して実質的に螺旋状の４個のブレードが
   設けられていることを特徴とするシュラウド付きインデ
   ューサ。 １２、特許請求の範囲第９項において、前記ブレードの
   各々が前記ハブの外側周辺部の周りを約１８０°延在し
   ていることを特徴とするシュラウド付きインデューサ。 １３、特許請求の範囲第９項において、前記液体はアル
   カリ金属であることを特徴とするシュラウド付きインデ
   ューサ。 １４、特許請求の範囲第１０項において、前記ハブの周
   りに等間隔に離隔して実質的に螺旋状の４個のブレード
   が設けられていることを特徴とするシュラウド付きイン
   デューサ。 １５、特許請求の範囲第１４項において、前記ブレード
   の各々が前記ハブの外側周辺部の周りを約１８０°延在
   していることを特徴とするシュラウド付きインデューサ
   。 １６、特許請求の範囲第１５項において、前記液体はア
   ルカリ金属であることを特徴とするシュラウド付きイン
   デューサ。