JPS6333000B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ａ 産業上の利用分野 本発明はうず巻ポンプに用いるインペラー、と
くにうず巻ポンプに用いるラジアル構造あるいは
半軸流構造のインペラーにおけるベーンの形状に
関する。

ｂ 従来の技術および解決しようとする問題点 最近のラジアル構造あるいは半軸流構造のイン
ペラー（以下ラジアルあるい半軸流インペラーと
いう）をもつうず巻ポンプは、種々の理由により
比較的高回転速度で作動されている。その結果、
インペラーの入口ａにおいて流体の増速流が生
じ、ベーンｂの入口端部の領域にキヤビテーシヨ
ンが生じ、それによつて発生した気泡が破裂し、
ベーンの材料に急速にかつ著しい浸食が生じる。
多くの場合、この浸食は顕著であつてポンプの作
用が完全に破壊されてしまうこともあつた。

この種のインペラーにおけるベーンの吸込み側
におけるキヤビテーシヨンに基因する浸食を減少
させ、除去するために、従来、インペラーの入口
ａにおける流れの状態を改善する方法、例えば大
型ブースターポンプをうず巻ポンプの前流に連結
して用いること、影響を受ける領域中に冷却水を
噴射して揚液の温度を低下させ、蒸気圧を低下さ
せて気泡の発生を防ぐなどの方法が提案されてい
る。しかし、このような公知方法によると、ポン
プを用いたり、冷却水の噴射手段が必要なので、
著しくコスト高を招くという欠点があつた。

また、ラジアルあるいは半軸流インペラーのベ
ーンの吸込側および圧力側を平らにすることによ
つて尖つた入口端部にすることが提案されてい
る。しかしながら、この方法によると、NPSH
（有効吸込ヘツド）値は改善されるがベーンの吸
込み側における初期に発生するキヤビテーシヨン
について、むしろマイナスの効果をもたらすかあ
るいは殆んど無視しうる効果しか得られない。

ｃ 問題点を解決するための手段 本発明は、上述の欠点を解消しようとするもの
で、その要旨は、インペラーの軸心を中心とする
円周上にベーンの吸込側の先端部が接するように
して、複数枚のベーンを配設してなるラジアル構
造または半軸流構造のうず巻ポンプのインペラー
において、ベーンの吸込側の先端部内面を直線状
の平面に形成し、かつ該直線状平面が、ベーンの
先端部が上記円周に接する位置に引かれた円周接
線に対して、0゜〜5゜の角度βsをなすように形成
し、上記直線状平面の長さｌをインペラーの大き
さに従つて３mmないしベーンのピツチｔに等しい
長さにし、上記直線状平面がベーンの他の部分に
曲面をなして連続して移行しており、かつ直線状
平面の領域Ｂを他方のベーンの先端部からの最短
距離位置Ｐ点付近あるいはその前で終らせたこと
を特徴とするうず巻ポンプ用インペラーにある。

また、好ましい実施態様は元のベーンの先端部
における厚さｓに対応するベーン先端部における
曲率半径ｒの割合（ｒ／ｓ）が0.04〜0.50である上 記記載のうず巻ポンプ用インペラーにある。

また、好ましい実施態様は、ベーンピツチｔに
対するベーン先端部における曲率半径ｒの割合
（ｒ／ｔ）が0.0035〜0.04である上記記載のうず巻ポ ンプ用インペラーにある。

さらに、好ましい実施態様は、元のベーンの先
端部における厚さｓに対するベーン先端部におけ
る曲率半径ｒの割合（ｒ／ｓ）が0.04〜0.50であり、 ベーンピツチｔに対するベーン先端部における半
径ｒの割合（ｒ／ｔ）が0.0035〜0.04である上記記 載のうず巻ポンプ用インペラーにある。

上記角度βsはそれが0゜〜5゜のとき目的とする効
果を得ることができる。これは実験上認められ
た。また、２枚のベーンの最短距離間隔αの大小
はNPSH値に大きな影響をもつている。そこで
該NPSH値に影響が及ぶことを避けるためには、
ベーンの直線状平面の領域Ｂ（図面参照）を他方
のベーンの先端部からの最短距離位置Ｐ点付近あ
るいはその前で終らせる必要がある。

角度βsが0゜以下に負の方向に大であるとき、接
線５の延長線は上記Ｐ点をはるかに越えてしま
い、最短距離間隔αが極めて小さくなる。また角
度βsが5°以上に正の方向に大であるとき、領域Ｂ
を設けた効果が失なわれ、キヤビテーシヨンに基
因する浸食を減少または除去させることはできな
い。

また上記直線状平面の長さｌを３mm以下にし、
またはベーンのピツチｔに等しい長さ以上にする
と、目的とする効果を得ることはできない。長さ
ｌがベーンのピツチｔよりも大きいときは、図中
の最短距離間隔αが狭くなり、ベーン通路内で流
動の干渉が生じ、NPSH値にとつて好ましくな
い。

長さｌは、インペラーの入口ａの大きさ（通
常、直径が100mm〜400mm）に関係なく３mmないし
ベーンのピツチｔに等しい長さの範囲で選ぶ。

また、角度βsを0゜〜5゜とし、長さｌを３mmない
しピツチｔに等しい長さにすることは、これらの
条件を同時に満たすことが必要で、どちらを欠い
ても、本発明の目的とする効果は得られない。

また元のベーンの先端部における厚さｓに対す
るベーン先端部における曲率半径ｒの割合（ｒ／ｓ） が0.04〜0.50であると、目的とする効果を効率よ
く得られる。

さらにベーン・ピツチｔに対するベーン先端部
における曲率半径ｒの割合（Ｎ／ｔ）が0.0035〜 0.04であると、目的とする効果を効率よく得られ
る。

本発明において、上記数値限定は実験による効
果の確認によつてなされたもので、上記範囲を越
えると、好ましい効果を得られない。

上記の実験は、うず巻ポンプのインペラーの前
面のプレートをはずし、その代わりにプレキシガ
ラス挿入物を置いて、ポンプ内部が観察できるよ
うにし、ストロボスコープを用いて回転するイン
ペラーが静止してみえるようにした。この状態
で、うず巻ポンプを回転させ、キヤビテーシヨン
による発泡の状態を観察した。実験は、インペラ
ーのベーンの吸込側に本発明の条件を満たす直線
状平面を設けたベーンと、設けないベーンについ
て行なわれた。

インペラーにおける最短距離間隔α、円周４の
大きさ、ベーン１の大きさ、形状、枚数、回転速
度などの諸条件は、すべて同一とし、直線状平面
のみを変えた。

その結果、上記数値限定による効果が確認され
た。

なお、本明細書おける直線とは、幾何学的に完
全な直線のみでなく、ほんの僅かに弯曲した線を
も含むいわゆる実質的にみて直線という意味であ
る。

ｄ 作用 ラジアルあるいは半軸流インペラーをもつうず
巻ポンプの作動時にベーンの入口端部の領域にお
いてベーンの吸込み側に向けて流れる流体の圧力
は、インペラーの入口ａにおける圧力よりも相当
小さい。そして、ベーンの吸込側における圧力が
送られる流体の気化圧力と等しい数値になるまで
にまで低下することがある。

この圧力低下によつて気泡が生じ、該気泡が破
裂し、ベーンの吸込側における材料に急速なかつ
顕著な浸食を生ぜしめる 本発明のベーンにおいては、ベーンに平面２が
形成されているため、これに沿つて生じる圧力低
下は殆ど無視しうるまで少くなる。とくに、第１
図に示すごとき慣用のラジアルあるいは半軸流イ
ンペラーにおけるベーンの対応する位置に沿つて
生ずる圧力低下と比較すると、その差は顕著であ
る。

事実、本発明のインペラーによれば、インペラ
ーの入口ａにおける給水圧力が、慣用のインペラ
ーのベーンの吸込み側におけるキヤビテーシヨン
を避けるために必要な給水圧力の1/3にまでに減
少したときに、はじめて気泡が発生した。このよ
うに本発明のポンプでは給水圧力を低くすること
ができ、ブースタポンプを大幅に小型にするか、
またはそれを完全になくすことができる。

ｅ 実施例 図示のものは、うず巻ポンプ用のラジアル・イ
ンペラーにおける多数枚のベーンのうち２つのベ
ーン１を示す。ベーンのアウトラインは実線で示
されている。

ベーン１の入口端部１ａは、その中心がインペ
ラーの軸心（図示せず）上にある円周４に接して
配設されている。ｔは隣接する２つのベーン１，
１の入口端部１ａの間の円周４に沿つた距離、す
なわちベーン・ピツチを示す。

ベーン１の吸込側は、入口端部１ａに連なり、
それに隣接して形成された直線状をなす平面２に
よつて形成された、長さｌの内側部分をもつ。ｓ
は慣用のベーンの入口側における厚さを示し、２
ａは各ベーン１の圧力側を形成する凸面を示す。

本発明のベーンの凸面２ａは、吸込側が凹面
２′によつて形成されている慣用のベーンの圧力
側における凸面と同一形状をなしている。

図示された慣用のベーン（凹面２′をもつ）は、
多くの慣用のベーンの１つに過ぎないが、これ
を、僅かの工程によつて本発明によるベーン１に
変えることができる。すなわち入口端部１ａに隣
接する領域Ａから材料を除去し、領域Ａに隣接し
ている領域Ｂに材料を付け加えることによつて平
面２に変えることができる。

直線状の平面２と、入口端部１ａが円周４に接
する点における接線５との角度βsは０〜5゜であ
る。βsが0゜であり、ｔがｌに等しいといつた極端
な場合は、除いてもよい。

各ベーン１の入口端部１ａにおける凸面の曲率
半径ｒは（ｒ／ｓ）が0.04と0.50の間にあるように 選ばれ、（ｒ／ｔ）は0.0035と0.04の間にあるように 選ばれる。

曲率ｒをもつ凸面は直線状の平面２に向けてゆ
るやかな曲面を介して結合される。各ベーン１の
吸込側の後側部は、直線状の平面２に、ゆるやか
な曲面３をもつて結合されている。長さｌは平面
２が曲面３の内側に結合する点と入口端部１ａと
の間の長さである。

ｆ 効果 本発明のインペラーを備えたうず巻ポンプは、
例えばキヤビテーシヨンによる損傷を伴うことな
く60000時間の運転が可能であり、給水圧力を低
くしてもキヤビテーシヨンが発生しないので、比
較的小さいブースターポンプを用いて十分に作動
させることができ、多くの場合、ブースターポン
プを取り除くことができた。それによつてうず巻
ポンプが用いられるシステムの建設費用および保
守費用を減ずることができた。

本発明のインペラーによれば、従来のうず巻ポ
ンプの入口における付属装置のための支出を減少
させるか、全くこれを無くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、慣用のうず巻ポンプを概念的に示す
断面立面図、第２図は本発明によるうず巻ポンプ
のインペラーのゾーンを、インペラーの軸方向か
らみた平面部分図である。 １……ベーン、１ａ……入口端部、２……直線
状をなす平面、２′……慣用のベーンの凹面、２
ａ……ベーンの凸面、３……曲面、４……円周、
５……接線、６……ベーンの内側面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インペラーの軸心を中心とする円周上にベー
   ンの吸込側の先端部が接するようにして、複数枚
   のベーンを配設してなるラジアル構造または半軸
   流構造のうず巻ポンプのインペラーにおいて、ベ
   ーンの吸込側の先端部内面を直線状の平面に形成
   し、かつ該直線状平面が、ベーンの先端部が上記
   円周に接する位置に引かれた円周接線に対して、
   0゜〜5゜の角度βsをなすように形成し、上記直線状
   平面の長さｌをインペラーの大きさに従つて３mm
   ないしベーンのピツチｔに等しい長さにし、上記
   直線状平面がベーンの他の部分に曲面をなして連
   続して移行しており、かつ直線状平面の領域Ｂを
   他方のベーンの先端部からの最短距離位置Ｐ点付
   近あるいはその前で終らせたことを特徴とするう
   ず巻ポンプ用インペラー。 ２ 元のベーンの先端部における厚さｓに対する
   ベーン先端部における曲率半径ｒの割合（ｒ／
   ｓ）が0.04〜0.50である特許請求の範囲第１項記
   載のうず巻ポンプ用インペラー。 ３ ベーンピツチｔに対するベーン先端部におけ
   る曲率半径ｒの割合（ｒ／ｔ）が0.0035〜0.04で
   ある特許請求の範囲第１項のうず巻ポンプ用イン
   ペラー。 ４ 元のベーンの先端部における厚さｓに対する
   ベーン先端部における半径ｒの割合（ｒ／ｓ）が
   0.04〜0.50であり、ベーンピツチｔに対するベー
   ン先端部における曲率半径ｒの割合（ｒ／ｔ）が
   0.0035〜0.04である特許請求の範囲第１項記載の
   うず巻ポンプ用インペラー。