JPS6394099A - シュラウド付きインデューサポンプ - 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】 １に立夏 本発明は、遠心ポンプに関するものであって、更に詳細
には、遠心ポンプに使用するシュラウド付きインデュー
サに関するものである。本発明は、更に詳細には、イン
デューサのシュラウドの周りの流体の再循環流れから通
常発生することのあるキャビテーション損傷を排除する
ことを目的としている。

従】ＵＪ肛 そうでなければシュラウドの無いインデューサへシュラ
ウドを付加することによって、インデューサプレードの
先端又はその周りにおける渦の発生を阻止し、従って渦
に関連するインデューサのキャビテーション損傷を回避
することが可能であることが分かっている。然し乍ら、
シュラウドを付加することはそれ自身の問題を発生させ
、即ちインデューサの下流側の流体の一部がシュラウド
の外側周辺部の周りを再循環する傾向となり且つインデ
ューサプレードの丁度上流側の主流に再流入するという
問題である。再循環する流体がシュラウドの前端又は下
流端の後ろ側から現れると、それは屡々渦を剥離させ、
その渦がインデューサプレードの更に半径方向外側の部
分上に直接的に衝突する。これらの渦は、ブレードの疲
労した部分に侵食性作用を発生させ、且つ究極的に、イ
ンデューサが効率及びシュラウド無しインデューサとし
ての構造的一体性において同様の損失を蒙ることとなる
。従って、ブレード先端の渦と関連する問題を回避する
為にシュラウドを使用することは、シュラウドの前端で
の渦の剥離に関連する問題と妥協されねばならない。

シュラウド付きインデューサの周りの再循環流れに関連
する問題を解消する為の種々の試みがなされてきている
。例えば、シュラウド上方の再循環流れを最小とする為
に、インデューサシュラウドの外側周辺部の周りにラビ
リングシールを位置させている。然し乍ら、ラビリング
シールがいかに良いものであったとしても、シール上方
を通過する幾分かの流体の流れは常に存在し、それが前
述した渦の開運を発生する。更に、時間が経つと共に、
ラビリングシールはその封止効果性を損失する傾向とな
り、特に、振動及び熱力学的現象がシールに色々な程度
の摺擦を経験させるポンプにおいてそのことが言える。

米国特許第２，９８４゜１８９号に提案されている如く
、再循環流れを最小へ減少させる為に広範囲なラビリン
スシールを使用することが可能である。然し乍ら、この
様な広範囲なシールの使用は実際的ではなく且つコスト
高である。シュラウドから派生する渦に関連する問題を
解消する為に、シュラウド付きインデューサの構成に関
して種々のその他の方法が提案されている。然し乍ら、
そのいずれもが、効果的なものではなく且つコストの面
から実際的なものではない。

目　　　的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、シュラウドの周りの
流体の再循環から発生するキャビテーション損傷を回避
するシュラウド付き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、広範囲にラ
ビリンスシールを使用することを必要としないシュラウ
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、先端の渦からか又はシュラ
ウド付きインデューサの周りに再循環される流体によっ
て剥離される渦のいずれかからの認識し得る程度のキャ
ビテーション損傷を蒙ることのないシュラウド付きイン
デューサポンプ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、インレット流れパターンの乱れ
を最小に抑えつつシュラウドの周りの再循環する流体を
インレット内に再導入させることが可能なシュラウド付
きインデューサポンプを提供することである。

λ−双 本発明は、シュラウドによって円周方向に取り囲まれて
いる少なくとも１つの螺旋ブレードを具備するシュラウ
ド付きインデューサを持ったポンプにおける改良を有し
ている。インデューサはハウジング内に回転可能に装着
されている。典型的に、ハウジングは、流体インレット
と流体アウトレットとを持っており、且つシュラウドの
外側周辺部とハウジングの隣接表面とによって画定され
る環状空間が設けられており、それがポンプの動作中に
シュラウド上方の流体の再循環流れを搬送する。本発明
は、この様な再循環流れに関連するキャビテーション損
傷を緩和する為の改良を提供している。その改良は、前
記シュラウドの上流端に隣接して位置された第１シール
手段と、市記シュラウドの下流端に隣接して位置された
第２シール手段と、前記第１及び第２シール手段の間に
おいて前記環状空間と流体連結を与える前記ハウジング
内の通路と少なくとも１つの流体透過性壁部分を持った
混合ゾーンを具備するディフューザ手段と、前記シール
手段の中間で前記シュラウドの外側表面上に位置されて
おり流体流れを前記ディフューザ手段内へ指向させる分
流手段とを有している。

本発明の好適実施例に拠れば、流体透過性壁部分は、前
記ハウジング内の回収ゾーン内に包囲されており、且つ
前記ポンプ内へ流れる流体内へ再循環流れを再導入する
為の手段が設けられている。

災五史 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、本発明の好適実施例に基づいて構
成されたシュラウド付きインデューサポンプ１０の基本
的な構成要素を概略示している。

本発明ポンプは、ハウジング１２を有しており、該ハウ
ジング１２内にはブレード１６を具備した回転可能なロ
ータ１４が設けられている。実質的に円筒状のシュラウ
ド部材１８がブレード１６の外側端部に取付けられてお
り、且つブレード１６及びロータ１４を取り囲んでいる
。図示した如く、シュラウド部材１８は、ハウジング１
２の凹設部分２０内に延在している。ラビリンスシール
手段２２はシュラウド１８の上流端に隣接して設けられ
ており、且つ下流ラビリンスシール手段２４はシュラウ
ド１８の下流端に隣接して設けられている。シール手段
２２及び２４の目的は、勿論、シュラウド１８の外側表
面とハウジング１２の隣接する内側表面とによって画定
される凹設部分２゜内の環状通路を介してシュラウド１
８の周りを通常流れる再循環流体の流れを最小とするこ
とである。

シール手段２２及び２４の中間には、シール手段２２及
び２４の間の空間と混合室２８との間に流体連結を与え
るハウジング１２内の通路を有する羽根無しディフュー
ザが設けられている。混合室２８は壁３０によって画定
されている。少なくとも壁３０の一部は流体透過性物質
から形成されている。図示した好適実施例においては、
混合室２８及び壁３０はハウジング１２内の流れ回収ゾ
ーン３２内に閉じ込められている。流体回収ゾーン３２
は、流体注入ポート３４を介して、ハウジング１２のイ
ンレットに隣接する区域へ戻る流体連結を与えている。

動作に付いて説明すると、外部駆動源（不図示）からロ
ータ１４ヘトルクが付与される。ハウジング１２のイン
レットを介して流体が導入されると、ブレード１６は圧
力上昇を流入してくる流体及び例えば遠心ポンプのイン
ペラのポンプ動作に取って好適な旋回パターンへ印加さ
せる。旋回パターンは流体の圧力を更に増加させ且つそ
れをハウジング１２のアウトレット内へ排出させる。流
体を通過させるブレード１６の一部、特にブレード１６
の丁度下流側部分、はシュラウド１８の外側周辺部とハ
ウジング１２内の凹所２０の隣接部分との間に画定され
る環状空間に進入する傾向となる。

この流体はインレットでの流入する流体よりも一層圧力
が高く、且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１８の外側周辺部の運動によってポンプ動
作が誘起されるので、環状空間２０内の流体は、インレ
ットの大略の方向において左へ逆流する傾向となる。こ
の流れは、本明細書においては、シュラウド上方の再循
環流れと呼んでおり、それは、本発明が無かった場合に
は、従来のシュラウド付きインデューサにおいて発生し
ていた様なインデューサブレード１６にキャビテーショ
ン損傷を発生させる。更に、この再循環流れは、シュラ
ウドの回転運動に起因して、実質的に接線方向乃至は旋
回速度成分を有している。

本発明及び従来技術のシュラウドの両方のシュラウドの
回転が再循環流れに実質的に接線方向の速度成分を与え
るので、再循環流れはシュラウドのインレット端から強
い渦を剥離させる傾向となる。この傾向は、再循環流れ
がシュラウドのインレット端に到着すると流入する主流
と対抗する軸方向に流れるという事実によって更に悪化
される。

シュラウド１８の上流端に隣接して発生された渦は強力
であり且つインデューサプレード１６に極めて近接して
発生するので、それらの渦はブレードの上流端に直接的
に衝突する。その結果、従来技術のインデューサプレー
ドはその上流端において厳しいキャビテーション損傷を
蒙っており、その結果ポンプ効率が影響を受け又ブレー
ドの構造的一体性がＪｌ々妥協されている。

本発明は、シュラウドの外側周辺部とハウジングの隣接
表面とによって画定される環状空間を画定する環状凹所
２０をハウジング１２内に設けることによって、従来技
術の前述した問題を回避している。シュラウドの上流部
分及び下流部分に隣接するラビリンスシール手段２２及
び２４は、夫々、再循環流れを最小とすべく機能する。

シール手段２４を通り抜けるいかなる再循環流れも分流
器２５によってディフューザ２６内に指向される。

図示した如く、ディフューザ２６はその全長に渡って一
様な断面流れを与える様に見える。然し乍ら、理解すべ
きことであるが、ディフューザ２６は凹所２０の外側円
周の周りに延在しており、従って、それを通過する流体
は半径方向に増加する断面流れ面積を見ることとなる。

ディフューザ２６の目的は、再循環流れの速度を減少さ
せ且つ対応する圧力現象を発生させ、従って出口端にお
ける流体の圧力は入口端における圧力よりも実質的に低
く、従ってシール２４を通過する流体の実質的に全てが
ディフューザ２６を介して半径方向外側へ流れることを
確保することである。然し乍ら。

この圧力降下はあまり大きすぎてはならず、それはシー
ル２２に隣接するインレット圧力よりも低くなければな
らない。そうでないと、流体がシール手段２２の周りを
リークし且つインデューサをバイパスして効率に対応す
る損失を発生させる傾向となる。

再循環流体は羽根無しディフューザ２６を介して通過し
且つ流体透過性壁３０によって画定される室２８内に進
入する。壁３０は本発明の基本的な特徴を構成している
。特に、流体透過性壁は、それを介して通過する流体か
ら実質的に全ての接線方向速度成分を除去すべく機能す
る。ｕ３０が形成されている物質は、それがポンプ動作
されるべき流体と適合性がある限り、特に臨界的なもの
ではない。典型的に、該壁は粉末全屈を焼結させて透過
性物質を形成することによって形成することが可能であ
る。更に、同様の有孔性セラミック物質も使用すること
が可能である。好適には、選択した物質は少なくとも９
０％の有孔度を持つものであり、即ちそれはベースとな
る物質の密度の１０％未満の密度を持っており、その残
りは空洞空間である。明らかに、この物質を介して直接
的な流れ経路は存在すべきではない。むしろ、全ての流
れが方向が変化する曲がりくねった流れ経路を流れ、こ
の有孔性壁から流出する流体は単一の速度成分を持つ様
にいかなる接線方向速度成分をも取り除かれるべきであ
る。

孔の寸法は、それが流体の流れを実質的に禁止する程度
に小さくなく又は流体中に存在することのあるいずれか
の汚染物で容易に閉塞される程に小さくない限り、特に
臨界的なものではない。最大孔寸法は、流体の境界層厚
さよりも小さく選択される。好適な孔寸法は以下の式に
よって計算することが可能である。

孔寸法＝０．９２４ｘＤ”　Ｘ（ＲｐＭ／Ｖ）−”’上
記式はインチ単位での孔寸法を与える式であるが、次式
はミクロン単位での孔寸法を与える。

孔寸法＝　２３４７０　Ｘ　Ｄ’　”　Ｘ　（ＲＰＭ／
Ｖ）−’　５上記式において、Ｄ＝インデューサシュラ
ウドの直径（インチ）、ＲＰＭ＝インデューサ回転速度
（毎分回転数）、■＝ポンプ流体動粘性度（ｆｔ”／秒
）である。

図示した実施例において、流体透過性壁３０における混
合室は、ハウジング１２内に位置されている流体回収ゾ
ーン３２内に位置されている。壁３０を介して通過する
流体は、今や接線方向速度成分は全て除去されており、
回収され且つインデューサプレード１６に近づく流体に
再導入される。

好適には、該流体は、インレット流体のそれと対応する
軸方向速度成分を与える角度の付いた注入ポートを介し
て再導入される。

以上、本発明を再循環流体に関して広範囲に説明したが
、当業者等に明らかな如く、水、原子炉における冷却剤
用に使用される液体金属、及びリアクシボンエンジンに
使用される推進剤に対して更に特定的に指向されるもの
である。勿論、本発明の特に好適な適用は、可変推力レ
ベルで動作するロケットエンジンに使用する場合である
。本発明は、キャビテーションを発生すること無しにポ
ンプが一層広い回転速度及び圧力範囲に渡って動作する
ことを可能としている。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
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。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は、本発明の好適実施例に基づいて構成され
たシュラウド付きインデューサを持った遠心ポンプの一
部の概略断面図である。 （符号の説明） １０：インデューサポンプ １２：ハウジング １６：ブレード １８：シュラウド部材 ２０：凹所 ２２．２４：シール手段 ２８：混合室 ３０：壁 ３２：回収ゾーン 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、シュラウドによって円周方向に取り囲まれた少なく
   とも１個の螺旋ブレードを具備するシュラウド付きイン
   デューサを持ったポンプにおいて、前記インデューサ及
   びブレードはハウジング内に回転可能に装着されており
   、前記ハウジングは流体インレット及び流体アウトレッ
   トを持っており、前記シュラウドの外側周辺部と前記ハ
   ウジングの隣接する表面とによって画定される環状空間
   が本ポンプの動作中に前記シュラウド上方の再循環流体
   流れを搬送し、前記再循環流れに関連するキャビテーシ
   ョン損傷を緩和させる構成を有しており、前記構成が、
   前記シュラウドの上流端に隣接する前記環状空間内に位
   置されている第１シール手段と、前記第１シール手段の
   下流側に隣接して前記環状空間内に位置されている第２
   シール手段と、前記第１及び第２シール手段の中間にお
   いて前記環状空間内に開口する１つの端部開口を持った
   前記ハウジング内の流体通路を有する羽根無しディフュ
   ーザ手段と、前記通路の別の端部と流体連結している混
   合室であって前記混合室からの唯一の流体アウトレット
   を形成する少なくとも１つの流体透過性壁部分を持った
   混合室と、前記第１及び第２シール手段の中間で前記シ
   ュラウドの外側周辺部上に位置されており再循環流体流
   れを前記ディフューザ手段内へ指向させる分流手段とを
   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、前記第１及び第２
   シール手段がラビリングシールを有していることを特徴
   とするポンプ。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記流体透過性壁
   部分が少なくとも９０％の有孔度を持った物質から形成
   されてい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、前記流体透過性壁
   部分は、０．９２４Ｄ＾０＾．＾６×（ＲＰＭ／Ｖ）＾
   −＾０＾．＾２と等しい平均孔寸法を持っており、Ｄは
   インデューサシュラウドの直径（インチ）であり、ＲＰ
   Ｍはインデューサの回転速度（毎分回転数）であり、且
   つりはポンプの流体動粘性率（ｆｔ＾２／秒）である。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記流体透過性壁
   部分は前記ハウジング内の回収室内に包囲されており、
   且つ前記回収室は前記ポンプ内に再循環流れを再導入す
   る為の注入ポートを有していることを特徴とするポンプ
   。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記羽根無しディ
   フューザ手段は再循環流れを受け取るべく角度を付けて
   配設されていることを特徴とするポンプ。 ７、特許請求の範囲第１項において、前記分流手段が前
   記第１及び第２シール手段の中間で前記環状空間内に開
   口し前記羽根無しディフューザ手段の端部に隣接して位
   置されていることを特徴とするポンプ。 ８、特許請求の範囲第２項において、前記流体透過性壁
   部分は少なくとも９０％の有孔度を持った物質から形成
   されていることを特徴とするポンプ。 ９、特許請求の範囲第８項において、前記流体透過性壁
   部分は、０．９２４Ｄ＾０＾．＾６×（ＲＰＭ／Ｖ）＾
   −＾０＾．＾２と等しい平均孔寸法を持っており、Ｄは
   インデューサシュラウドの直径（インチ）であり、ＲＰ
   Ｍはインデューサの回転速度（毎分回転数）であり、且
   つＶはポンプの流体動粘性率（ｆｔ＾２／秒）である。 １０、特許請求の範囲第９項において、前記流体透過性
   壁部分は前記ハウジング内の回収室内に包囲されており
   、且つ前記回収室は前記ポンプ内に再循環流れを再導入
   させる為の注入ポートを有していることを特徴とするポ
   ンプ。 １１、特許請求の範囲第１０項において、前記羽根無し
   ディフューザ手段は再循環流れを受け取る為に角度を付
   けて配設されていることを特徴とするポンプ。 １２、特許請求の範囲第１１項において、前記分流手段
   は前記第１及び第２シール手段の中間において前記環状
   空間内に開口する前記羽根無しディフューザ手段の端部
   に隣接して位置されていることを特徴とするポンプ。