JPS6336099A - 通気型シユラウド付インデユ−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】 本発明は、軸流ポンプ及び遠心ポンプに関するものであ
り、更に詳細には、シュラウド付インデューサーを使用
するポンプに関するものである。

本発明は、この種のポンプのシュラウドの外側周辺部に
おける流体流れの再循環から生ずるキャビテーション損
傷を避けるための一手段を提供するものである。

インデューサーにシュラウドをつければ、インデューサ
ーの羽根の先端またはその周辺における渦の生成、及び
、そのような渦に対応して生ずるインデューサー羽根の
キャビテーション損傷を妨げるということは、従来から
知られていた。しかし、シュラウドの使用は新たな問題
をもたらす。

すなわち、インデューサーの下流の流体部分（高圧排出
端部）が、シュラウドの外側周辺部付近で再循環して、
インデューサーのシュラウド及び羽根の上流部分（低圧
、入口端部）の主流に還流する傾向があるということで
ある。その再循環する高圧流体がシュラウドの背後から
現われるときに、渦が生じ、その渦が、インデューサー
の羽根の一層半径方向外側の入口端部と衝突する。これ
らの渦が、羽根とシュラウドとに衝突する部分に侵食を
起こして効率と構造一体性とをそこなうことになるが、
それでは、シュラウドをつけない場合の羽根の先端につ
いて前述したところと同じことになる。したがって、先
端の渦に関連する問題を避けようとしてシュラウドをつ
けたにもかかわらず。

シュラウドの前方乃至は入口端部において発生するポル
ティックス・シェディングすなわち渦の離脱に関連する
問題を生じてしまうことになるのである。

シュラウド付インデューサーの問題点を克服するための
試みとして、従来は、シュラウドの外側表面上に再循環
する流体の量を最小限にするために、インデューサー・
シュラウドの外側周辺部にラビリンス・シールを設ける
のが通常であった。

しかしラビリンス・シールは、流量を減少させるだけで
あって、それを除去するわけではない。また、ラビリン
ス・シールは、時の経過につれて損耗し、その効果を失
ないがちである。特に、シールが振動と熱過渡現象とに
よって、なにがしかの摺擦を加えられるようなポンプに
おいて、そうである。ラビリンス・シールを、たとえば
、はとんどシュラウドの長さいっばいに使うなど（米国
特許第２，９８４，１８９号参照）、もっと広範囲に使
用することが提案されている。しかし、そのような広範
囲の使用は、明らかに、非実用的であり、高価である。

米国特許第３，２２１，６６１号においては、入口部分
と周辺出口部分とを持ったハウジングを有する遠心ポン
プが説明されている。そのハウジング内には、１個のイ
ンペラーが回転可能に取りつけられ、さらに、シュラウ
ド部分が備わっている。このシュラウド部分は、入口部
分に隣接して円筒形となっており、また、周辺の出口部
分に隣接して末広形となっている。末端のインボリュー
ト部分は、シュラウド部分の内部に接続し、シュラウド
部分の末広形の部分に位置する。同特許はさらに、イン
ペラー羽根の方向にある入口部分に隣接するポンプ・ハ
ウジングに、シュラウド部分をバイパスして流体を導く
一手段を示している。

この装置の不利な点は、シュラウドの外側周辺部付近を
バイパスし、または再循環する流体はすべて、圧力が高
くなっており、しかもポンプの低圧部分に再び導かれる
ため、キャビテーションという問題の可能性を生ずるこ
とである。

米国特許第４．４４．９，８８８号は、フリー・スプー
ルのインデューサー・ポンプを示している。

このポンプは、ハウジング、流体を遠心的に外側に排出
するためにハウジング内で回転するようになっているイ
ンペラー、流体を取り入れてインペラー及びロータリー
・スプールに結合したロータリー・デイフユーザ−に通
すためのインデューサ一部分を有するロータリー・スプ
ール、を有する。

このデイフユーザ−は羽根に対して、また羽根の間に、
排出される流体の外部への流れに応答してスプールを回
転駆動させるための、デイフユーザ−人口でインペラー
周辺部の外側に位置する、駆動羽根を有している。この
装置の欠点は、その複雑さと、その製作にかかる費用で
ある。

シュラウドから発する渦に関連する問題を、除去できな
いまでも、相当程度減少させ、しかも高価で複雑な形態
を必要としないようなシュラウド付インデューサーを作
る方法は、明らかに、依然として需要がある。

本発明は、以上の点に鑑み、なされたものであって、上
述した如き欠点を解消し、シュラウドの外部表面上にお
ける流体の再循環によるキャビテーション損傷を、実質
的に最小限にするか、または除去するように改良された
５シュラウド付インデューサー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、多数のラビリ
ンス・シールを必要としないシュラウド付インデューサ
ー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、インデューサー・シュラウドの外側周辺部の
付近における流体の再循環により生ずる先端の渦及びポ
ルテックス・シエデイングすなわち渦の離脱によっても
、認識しうる程度のキャビテーション損傷を被ることの
ないシュラウド付インデューサー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、過度のコスト
をかけなくとも容易に製作することのできる、シュラウ
ド付インデューサーを提供することである。

上述の目的は、シュラウドの外部表面上に再循環する流
体から生ずる、損傷の原因となる渦及びキャビテーショ
ンを、最小限とし、または実質的に除去する、シュラウ
ド付インデューサーを提供する本発明によって達成され
る。概括すれば、本発明は、回転可能に装着したシュラ
ウド付インデューサーを受入するための軸方向に延在す
る空洞と、その空洞により相互接続された流体の入口及
び出口とを備えるハウジングを含むシュラウド付インデ
ューサー・ポンプを改良するものである。

このシュラウド付インデューサーは、上記の入口から上
記の排出口に向かって流体の動きを生じさせるための、
渦巻羽根を少なくとも一枚有する。

シュラウド付インデューサーのシュラウドは、空洞の内
側表面から離隔した外側表面を有し、これらの表面が、
流体の再循環が流れることのできる環状の空間を画定す
る。この改良は、そのような再循環の流れに伴う損傷及
び効率の低下を軽減し。

最小限にするための一手段を提供する。特に、本発明の
改良は、シュラウド周辺部に多数の通気口または開口部
を各々の位置を選択して設ける点、及び、流体のいかな
る再循環流れについても、その大部分を通気孔を通し流
体の主要な流れに混合してシュラウド付インデューサー
に戻すようにするために、通気孔が貫通して延在してい
る点にある。通気孔の数、位置及びサイズは、通常の作
動条件の下で、どの特定の孔に隣接する再循環流体にお
いでも、その圧力が、その点におけるシュラウド付イン
デューサーを通じて流れる流体の圧力を超えているよう
にして定める。この圧力の差によっていかなる流体流れ
についても環状の通路からインデューサーに入っていく
ように確保される。

孔のサイズ、数及び位置は、また、孔を通じての圧力低
下が、その際の流体流れの蒸発を生じさせるほどには大
きくないようにして定められる。

以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
について詳側に説明する。なお、図中同一の部品には同
一の参照番号を付しである。

第１図は、典型的な従来技術として、ハウジング１２を
含むシュラウド付インデューサー・ポンプの組立体１０
を示している。駆動シャフト１４が、ハウジング１２に
貫通して延在し、ベアリングにより回転しうるように支
持されている。インペラー１６は、ハウジング１２の内
部に位置し、ドライブシャフト１４からの回転力を受け
てハウジング１２を貫通する流体に圧力の上昇を与える
ために、駆動シャフト１４に固着しているシュラウド付
インデューサー１８は、流体がインペラー１６に流入す
る前にその流体の圧力を増加させるために、駆動シャフ
ト１４の末端部２０に固着している。もちろん、これに
代えて、シュラウド付インデューサー１８をインペラー
１６に直接取りつけることも可能である。インデューサ
ー組立体１８は、半径方向外側に向かって延在し実質的
しこ円筒形をなすシュラウド部材２４で終端するインデ
ューサー羽根を、少なくとも１枚、または望ましくは複
数枚、有する。

図示されているように、シュラウド付インデューサー組
立体１８は、ハウジング１２の内側表面３０によって画
定される空洞２８の内部に位置する。ハウジング１２の
内側表面３０及びインデューサー組立体１８の外側表面
３２の間には、再循環する流体が流れることができるよ
うに、環状空間３４が形成されている。従来、最循環流
体の流れを最小限にするためには、環状空間３４を通る
流体の流れを最小限にする目的でシュラウド２４の外側
表面３２の周囲にラビリンス・シールが設けられていた
。典型的には、ラビリンス・シール３Ｇは、半径方向内
側に向かって突出する複数の山部３８及びその間に位置
する谷部４ｏを有する。

動作について説明すると、典型的には電気モーターとさ
れる外部動力源（不図示）からシャフト１４を通じてト
ルクが与えられる。流体は、ポンプ組立体１０の入口４
２を通じて導入される。シュラウド付インデューサー組
立体１８は、流入する流体に圧力の上昇を与え、かつ、
インペラー１６のポンプ運動にとって望ましい旋回パタ
ーンを与える。インペラー１６は、流体の圧力をさらに
増大させて、その流体を出口渦巻室に排出し、出口４６
を介して、ポンプ１０から排出する。インデューサー組
立体１８を貫通する流体の一部、特に、シュラウド付イ
ンデューサー１８のすぐ下流の４８と指定された位置の
流体、またはその周辺の流体は、入口４２に流入する流
体よりも高圧であるため、環状空間３４内に入る傾向が
ある。この流体が入口４２に流入する流体よりも高圧で
あることにより、かつ、ポンプ・ハウジング１２の隣接
部分と相対的なシュラウド２４の外側表面３２の運動に
よって誘起されるポンプ運動の結果として、環状空間３
４における流体が全体に矢印５０の示す方向に流れる傾
向にある。本明細書において再循環流れと称するこの流
れが、本発明がなけ九ば、インデューサー羽根２２にキ
ャビテーション損傷を生じさせるものである。矢印５０
は。

軸方向のみの再循環流れを示しているが、シュラウドの
回転運動のために実質的な接線方向成分も存在すること
が認められるであろう。

この従来技術におけるシュラウド２４の回転は矢印５０
の示す再循環流れに対して実質的な接線方向成分を伝え
るので、その再循環流れは、従来技術におけるシュラウ
ド２４の入口端部から、強い渦５２を離脱させる傾向が
ある。この傾向は、再循環流九がシュラウド２４の入口
端部に到達する時には、主要な流入する流れと対向する
軸方向に流九でいるという事実によって、いっそう悪化
する。渦巻５２は、強力であり、かつ、インデューサー
羽根にきわめて接近して生じるため、この渦巻は、たと
えば羽根の領域５４に、直接衝突する。その直接的結果
のひとつとして、従来技術におけるインデューサー羽根
２２は、その領域６２において、ポンプの効率に影響を
与えるほど深刻なキャビテーション損傷を受けることが
あり、また実際、往々にして羽根２２の構造的一体性す
ら妥協せざるを得ないことがある。さらに、たとえシュ
ラウド２４が入口方向に向がって羽根を越えて延在する
場合であっても、その問題は解消されない。なぜなら、
シュラウド自体が損傷することがあるからである。

次に第２図すなわち本発明の好適実施例においては、従
来技術における前述の諸問題は、シュラウド２４に延在
する通気孔５６を複数個設けることによって避けられて
いる。シュラウド２４の周辺部のあたりに位置する通気
孔５６は、環状空間３４と、インデューサー組立体１８
を通じて流れる流体の主要な流れとの間の流＜Ｆの連絡
を行う。

通気孔５６の寸法及び数は、入口及び出口圧力、クリア
ランス等の関数であり、ポンプの動作中に予測される再
循環流体の量など多数のパラメーターに依存して変化す
る。しかし１通気孔の寸法及び数については、実質的に
すべての流れが環状空間３４からインデューサー組立体
１８の内部に向かうようにすることが肝要である。した
がって、環状空間３４における圧力が、その特定の位置
ににおけるインデューサー組立体の内部に存在する圧力
より低くなってしまうほどの数や流れ面積を設けるべき
ではない。また、通気孔Ｓ６の寸法及び数については、
最小限の量の流れのみが矢印５０に示すごとくシュラウ
ド２４を通過するように−すなわち、再循環する流体の
実質的に全部が通気孔５６を貫通すべきように一十分な
ものとすべきである。さらに１個々の通気孔の寸法及び
位置は１通気孔を貫通する流体の圧力低下が、蒸発また
はキャビテーションを生ずるほど大幅なものでないよう
にして、選択されるべきである。いがなる特定のシュラ
ウド付インデューサーについても。

通気孔の最適な寸法及び数を決定するために必要な計算
は、当業者であれば容易になしうる。

通気孔の位置については、特に重大ではないものの、特
定の位置が望ましい。たとえばラビリンス・シールが用
いられる場合には、通気孔５６は、シール３６の谷部４
０に対向して設けることが望ましい。

さらに、通気孔５６の好適な位置としては、羽根２２の
中間に各々の羽根から等距離の位置、または場合により
、羽根２２の入口端部（低圧部分）の方向に僅かに偏ら
せた位置、とすることも適当である。すべての場合にお
いて、通気孔は、シュラウド２４の下流周辺部の周囲に
位置することになろう。なぜなら、入口に隣接する環状
空間３４の中の流体が、ポンプ組立体１０を通じて流れ
る流体の主要な流れと実質的に同一の圧力を有するから
である。

以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
ではなく１本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種
々の変形が可能であることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術に従って構成されたシュラウド付イ
ンデューサーを有する遠心ポンプの横断側面の略図であ
る。 第２図は、本発明の好適実施例に従って構成されたシュ
ラウド付インデューサーを有する遠心ポンプの横断側面
の略図である。 （符号の説明） １ｏ：　ポンプ １２：　ハウジング ２４：　インデューサー・シュラウド ３４：　環状空間 ５６二　通気孔 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 〜 一〇 肖

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ハウジング内に回転可能に装着されたシュラウド付
   インデューサーを有するポンプにおいて、該シュラウド
   の外側周辺部と該ハウジングの隣接内側表面とで該ポン
   プの動作中において流体の再循環流れを搬送する環状空
   間を画定しており、前記再循環流れに関連する損傷を緩
   和するものであって、該インデューサー・シュラウドの
   外側周辺部のまわりに位置されており、かつ、それを貫
   通して延在する複数個の通気孔を有することを特徴とす
   るポンプ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記通気孔が前記
   インデューサーの高圧端部に隣接して位置させたことを
   特徴とするポンプ。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記インデューサ
   ーが、その入口端部及びそれと反対の端部がインペラー
   に隣接して終端している軸流インデューサーであること
   を特徴とするポンプ。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記インデューサ
   ーが複数個の羽根を有し、かつ、前記通気孔が羽根から
   実質的に等間隔に位置することを特徴とするポンプ。 ５、特許請求の範囲第３項において、前記インデューサ
   ーが複数個の羽根を有し、かつ、前記通気孔が羽根から
   実質的に等間隔に位置することを特徴とするポンプ。