WO2013069418A1 - ピットバーレル型ポンプおよびその組込み方法 - Google Patents

ピットバーレル型ポンプおよびその組込み方法 Download PDF

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pit
pump
suction port
vortex generation
barrel
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Inventor
井上　康弘
原田　一郎
Original Assignee
株式会社日立プラントテクノロジー
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/426—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/4273—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps suction eyes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/445—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/448—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps bladed diffusers

Definitions

  • the present invention relates to a pit barrel type pump in which a vertical shaft pump is housed in an airtight pit and a method for incorporating the pit barrel type pump.
  • Patent Document 1 An example of a conventional pit barrel type pump is described in Patent Document 1.
  • a suction port is formed on the upper side surface of a bottomed cylindrical pit barrel having an open ceiling. Then, the vertical shaft pump is suspended from the upper opening of the pit barrel.
  • a flange is provided in the discharge pipe portion of the vertical shaft pump, and the inside of the pit barrel is kept airtight by closing the opening of the pit barrel.
  • the fluid sucked from the suction port of the pit barrel descends between the inner wall surface of the pit and the outer peripheral surface of the vertical pump suspended inside the pit, and reaches the bottom of the pit. It flows into the pump from the outer periphery of the pump suction port.
  • the fluid whose direction of flow is changed by about 180 degrees at the pump suction port is sucked vertically upward by the rotational force of the pump impeller, and is discharged to the discharge pipe through the impeller and the diffuser.
  • Patent Documents 2 to 4 describe that a turning prevention means is provided in the suction port of the vertical shaft pump.
  • the vertical shaft described in Patent Document 2 is equipped with a suction vortex preventing member located at the lower end of the pump in order to prevent suction vortex.
  • the suction vortex prevention member includes an annular upper frame portion, a plurality of support portions extending vertically downward from the upper frame portion, a lower frame portion provided at a lower end of the support portion, and a predetermined support at a lower portion of the suction bell in the mounted state. And a baffle plate extending toward the axial center of the suction bell.
  • a sub-flow channel forming body that forms a sub-channel between the outer peripheral surface of the suction portion and the outer periphery of the suction portion having a suction port installed in the open channel is substantially provided. They are arranged concentrically. Further, in the vertical shaft pump of Patent Document 4, a rectifying plate device provided with a rectifying plate that rectifies water flowing into the suction bell mouth is provided on the bottom surface of the suction water tank below the tip of the suction bell mouth, and the suction bell device is provided with the suction bell device. The mouse is fixed.
  • the suction vortex prevention means of the vertical shaft pumps described in Patent Documents 2 to 4 are considered to be effective means for preventing the generation of suction vortices.
  • the pumps described in these publications do not contain a vertical shaft pump in a pit that is configured to be completely airtight, and a sufficient liquid storage part is formed in an open channel or in a lateral direction. It is a pit structure.
  • the inflow direction to the vertical pump does not change by approximately 180 degrees at the pump suction section, and in many cases, the flow changes only by 90 degrees.
  • the size in the width direction of the vortex preventing means provided at the pump suction port is not limited, and can be formed with a sufficient width. That is, in the vertical shaft pumps described in these publications, it is not sufficiently considered that the vortex preventing means is stored in a limited space such as a pit. In pit barrel type pumps, there is a demand for downsizing of the pits, and it is necessary to prevent the generation of a flow that is unstable or decreases in efficiency due to downsizing of the pits.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a suction vortex prevention means in which the pit barrel type pump does not cause downsizing and performance degradation of the pit barrel. Another object of the present invention is to realize a suction vortex preventing means that is excellent in downsizing and maintainability of a pit barrel in a pit barrel type pump.
  • a feature of the present invention that achieves the above object is that, in a pit barrel type pump in which a vertical pump is suspended and accommodated in a barrel type pit, the vertical pump sucks a working fluid, and a pump suction port provided at a lower end portion thereof.
  • a vortex generation prevention device is attached to the pump suction port, and the outer diameters of the pump suction port and the vortex generation prevention device are made smaller than the maximum outer diameter of the diffuser to prevent the vortex generation together with the vertical shaft from the pit.
  • the device can be removed, and the vortex generation preventing device includes a base member and a plurality of plate-like members arranged on the outer peripheral side of the base member at intervals in the circumferential direction. And a blanking is obtained by integrating the pump suction port and the vortex prevention apparatus by fixing the plurality of ribs to the pump suction port.
  • the base member of the vortex generation prevention device is preferably formed by combining a flat plate or a flat plate formed in a tapered shape with a member formed in a circular plate or a cone shape.
  • the pit may be made of reinforced plastic, the pit is formed in a bottomed cylindrical shape, and the bottom surface in contact with the pit of the vortex generation prevention device is formed with a curved surface with the outer peripheral portion warped upward. May be.
  • Another feature of the present invention for achieving the above object is to form a recess for accommodating a barrel-type pit having a flange formed at the upper end portion on the ground surface, and then hold the barrel-type pit in the recess.
  • a vertical shaft pump is accommodated in the pit by bringing a flange formed on the vertical pump into contact with a flange of the pit, the vertical pump is suspended, and the vertical pump accommodated in the pit has the above characteristics. Is.
  • the turning prevention means having a smaller diameter than the pump outer diameter is fixed to the pump suction port.
  • Suction vortex prevention means that does not cause downsizing and performance degradation can be obtained.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the pit barrel type pump shown in FIG.
  • FIG. 4 is a transverse cross-sectional view of the pit barrel type pump shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 10 of the pit barrel type pump shown in FIG. 5.
  • the longitudinal cross-sectional view of the further another Example of the pit barrel type pump which concerns on this invention.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a pit barrel type pump 50 according to the present invention.
  • the pit barrel type pump 50 is used, for example, as a brine circulation pump in a multi-stage flash type seawater desalination plant.
  • the interior of the barrel pit 1 is filled with fluid.
  • An example of this seawater desalination pump is described in Non-Patent Document 1, which has a diameter of 900 mm, a design point flow rate of 137.2 m 3 / min, a lift of 21.5 m, and a required power of 670 kW.
  • a pit suction port 9 for supplying hydraulic fluid (water or seawater) to the pit 1 is provided at the upper side of the barrel type pit 1 formed in a bottomed cylindrical shape. It is formed substantially perpendicular to the axis of the pit 1.
  • pit 1 is made of stainless steel, other highly corrosion-resistant metals, or reinforced plastics typified by GFRP mixed with FRP or glass fiber. Corrosion resistance and pressure strength Is secured.
  • the pit 1 since the pit 1 becomes airtight when the pump 50 is operated, it has a shape corresponding to the pressure vessel. Therefore, the bottom of the pit 1 has a shape that bulges downward like a mirror plate. In many cases, the upper end portion of the pit 1 is installed on the ground surface or below. After pit 1 is buried in the ground, the surroundings are buried with concrete or the like.
  • the vertical shaft pump 8 is accommodated in the pit 1.
  • the vertical shaft pump 8 has a discharge pipe 12 in which a bent pipe part 12b is formed on an upper part of a straight part 12a extending vertically.
  • the bent pipe part 12b has a pipe extending in the horizontal direction. It is connected.
  • a flange 12 c is attached below the bent pipe portion 12 b of the discharge pipe 12 and is bolted to a flange 1 a provided at the upper end of the pit 1. Thereby, the vertical shaft pump 8 is suspended in the pit 1 in an airtight manner.
  • the pump suction port 2 located at the lower end of the vertical shaft pump 8 has a bell mouth shape that forms a reduced flow path.
  • an impeller casing 6 a and a diffuser casing 7 a are provided in order, and the diffuser casing 7 a is connected to the straight portion 12 a of the discharge pipe 12.
  • the rotary shaft 5 extends in the vertical direction through the discharge pipe 12, and the upper portion of the rotary shaft 5 is rotatably supported by an upper bearing 14 provided on the outer upper side of the bent pipe portion 12 b of the discharge pipe 12. .
  • a shaft seal device 13 is attached between the bent pipe portion 12 b and the upper bearing 14. The shaft seal device 13 seals the working fluid of the vertical shaft pump 8 from leaking to the outside.
  • the upper end of the rotating shaft 5 is connected to a prime mover (not shown).
  • a mixed flow impeller 6 provided with a plurality of blades at intervals in the circumferential direction is attached to the lower end portion of the rotating shaft 5, and is fixed to the rotating shaft 5 with a nut 5a.
  • a diffuser 7 is disposed on the back side of the impeller 6, and a lower bearing 15 is held on the inner peripheral portion of the diffuser 7 on the boss side.
  • the lower bearing 15 supports the rotating shaft 5 together with the upper bearing 14 so as to be rotatable.
  • the vortex generation preventing device 4 is provided in the suction port 2 formed in a bell mouth shape.
  • 1 includes a cone-shaped member (base member) 4a having a trumpet-shaped cross section and a plurality (eight in the figure) on the outer peripheral portion of the cone-shaped member 4a.
  • plate-like ribs 3 arranged at almost equal intervals.
  • the rib 3 is provided in order to form a flow path to the suction port 2 and to hold the cone-like member 4 a in the suction port 2.
  • the rib 3 and the inlet 2 and the rib 3 and the cone-like member 4a are welded or bolted to each other.
  • the pit barrel type pump 50 configured as described above will be described below.
  • the fluid sucked as the flow Fa from the suction port 9 of the pit 1 located at the upper part of the pit 1 formed in the barrel type wraps around the linear portion 12 a of the vertical shaft pump 8.
  • the flows Fc and Fd are vertically downward from the suction port 9 of the pit 1 to the suction port 2 of the pump 8 between the inner wall surface of the pit 1 and the outer peripheral surface of the vertical pump 8.
  • the impeller 6 is driven by a motor (not shown) connected to the main shaft 5. And energy is given to the water which is the working fluid sucked from the suction port 2 of the vertical shaft pump 8 by the rotation of the impeller 6, and the pressure of the fluid is increased.
  • the diffuser 7 is a stationary flow path and rectifies the circumferential swirl component of the flow imparted to the fluid by the impeller 6 in the axial direction to recover the pressure.
  • the vortex generation preventing device 4 is provided at the lowermost part of the pit 1. Is provided.
  • a cone-shaped vortex generation prevention device 4 is attached instead of the rotation prevention plate.
  • the pressure of the fluid at the suction port 9 of the pit 1 is equal to or lower than atmospheric pressure. Furthermore, the depth of the pit 1 tends to be shallow in order to reduce the cost of civil engineering and pit 1 production. Therefore, the pump pushing pressure in the vicinity of the suction port 2 of the pump 8 is low, and the pump 8 is used under the condition that cavitation generated in the underwater vortex and the impeller is likely to occur as compared with a general pump having a free surface in contact with the atmosphere. Therefore, the vortex generation prevention device 4 installed at the suction port 2 of the pump 8 prevents the generation of the underwater vortex and uniformly prevents the flow of the fluid flowing down from the upper part of the pit 1. It is required to guide to the impeller 6.
  • the material of the barrel-type pit 1 a reinforced plastic represented by GFRP mixed with stainless steel, other metals, FRP or glass fiber is used.
  • the pit 1 is made of reinforced plastic.
  • the suction port 2 and the vortex generation prevention device 4 are integrated by fastening the vortex generation prevention device 4 with the rib 3 below the suction port 2 of the vertical shaft pump 8. In this way, the vertical shaft pump 8 with the vortex generation preventing device 4 can be suspended from the upper side in the pit 1.
  • the suction port 2 is provided with ribs 3 in which a plurality of cone-shaped members 4a for preventing vortex generation are arranged in the circumferential direction below the suction port 2 of the pump 8 suspended from the upper part of the pit 1. It is integrated with. Since the vertical shaft pump 8 has such a configuration, the outermost diameter ⁇ d 0 of the suction port 2 is larger than the outermost diameter ⁇ d 3 of the diffuser 7 so as not to hinder the flow of fluid from above the pit 2. It is desirable to make it smaller.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the vortex generation preventing device 4 integrated with the suction port 2 and the rib 3 of the vertical shaft pump 8.
  • FIG. 2 is a view taken along section line 10 of FIG.
  • the cone-shaped vortex generation preventing device 4 is disposed concentrically with the pump suction port 2. Since the cone-shaped vortex generator 4 is installed below the suction port 2 of the pump 8, it is possible to suppress a rapid acceleration flow that is locally generated at the suction port 2 of the pump 8. As a result, generation of underwater vortices can be prevented.
  • the rotating shaft 5 of the pump 8 is connected to the vortex generating preventing device. If the shaft end of the rotary shaft 5 is rotationally supported by a bearing that extends to the cone-shaped member 4a and is held by the cone-shaped member 4a, the amount of overhang can be reduced.
  • the vortex generation prevention device it is not necessary to attach a vortex generation prevention device to the bottom side of the barrel type pit, it becomes possible to design with priority on the pit manufacturability, and the pit production cost can be reduced.
  • the vortex generation prevention device can be attached to the bottom of the pit by welding, so that the shape can be changed, but the pit production and maintenance are not good.
  • the pit is manufactured with reinforced plastic or the like, it is difficult to change the shape of the pit by modifying the pit itself, resulting in a change in strength and the manufacturing cost increases. In this embodiment, however, the pit itself is not changed. Because there is no, it is rich in manufacturability and economy.
  • the vortex generation preventing device 4 since the vortex generation preventing device 4 is arranged between the pit 1 and the suction port 2 of the pump 8, the impeller inlet backflow accompanied by cavitation generated during operation in the partial flow rate region of the pump is generated. It is possible to prevent the pit 1 from being damaged. Even if the vortex generation preventing device 4 is damaged, if the suspended pump 8 is pulled up, the vortex generation preventing device 4 can be taken out at the same time as the pump 8 is pulled up. become.
  • the vortex generation prevention device 4 can be easily taken out, so that handling is easier than when the vortex generation prevention device is fixedly installed on the bottom surface of the pit. Becomes easier. Furthermore, according to this embodiment, when the pump suspended in the pit is updated, the vortex generation preventing device can be designed without considering the shape of the bottom of the pit, so that the existing pit 1 can be used. The time and cost required for renewing the pump can be suppressed.
  • FIGS. 3 is a longitudinal sectional view of the pit barrel type pump 50
  • FIG. 4 is a transverse sectional view taken along a sectional line 10 in FIG.
  • the present embodiment is different from the above embodiment in that it is not a cone-shaped vortex generation prevention device, but a rotation prevention plate 11 combined in a cross shape is attached to a circular flat plate (base member) 4c to be used for the vortex generation prevention device 4b. There is that. Since the underwater vortex is generated due to a decrease in pressure at the swirling center of the swirling flow, the swirling flow near the suction port 2 of the pump 8 is suppressed by providing the swirl prevention plate 11 shown in FIG.
  • the anti-rotation plate 11 is a combination of four plates of height h and length L / 2 in a cross shape. Each swivel prevention plate 11 is tapered in the height direction so that the flow is sucked into the impeller 6 more smoothly.
  • the pit bottom can be designed with priority on manufacturability in the pit barrel type pump. Further, damage to the bottom of the pit can be prevented, and maintenance and shape change of the vortex generation preventing device can be facilitated. Furthermore, when the pump is updated, the existing pit can be easily used.
  • FIGS. 5 is a longitudinal sectional view of the pit barrel type pump 50
  • FIG. 6 is a transverse sectional view taken along a sectional line 10 in FIG.
  • a structure in which a swirl prevention plate 11b for further suppressing swirl flow is added to the cone-like member 4a of the vortex generation preventing apparatus 4 of the embodiment shown in FIG. Others are the same as the embodiment shown in FIG.
  • the rotation preventing plate 11b has a height h, a thickness t, and a length L in the outer diameter direction when combined with the cone-shaped member 4a.
  • the pit bottom As in the embodiment shown in FIG. 1, it is possible to design the pit bottom with priority on manufacturability. Further, damage to the bottom of the pit can be prevented, and maintenance and shape change of the vortex generation preventing device can be facilitated. Furthermore, the existing pit 1 can be easily used when the pump is updated.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the pit barrel type pump 50.
  • the shape of the pit 1a is different from the embodiment shown in FIG. Conventionally, considering the pressure resistance of the pit 1, the bottom surface 1b of the pit 1 has a shape bulging outward like the end plate of the pressure vessel.
  • the plane 1d It is also possible to make it. That is, this is the case where the pit is thick, the stress applied to the pit is small, and the like. In this way, the productivity of the pit and the productivity of the pit peripheral part are improved.
  • the bottom surface of the pit 1a has a flat bottomed cylindrical shape, a corner is formed at the lower corner of the pit 1a, which may cause stagnation of the flow. Since these cause the generation of the suction vortex, in this embodiment, the bottom surface side outer peripheral portion 4g of the cone-like member 4f constituting the vortex generation preventing device 4 has a curved shape bent upward. Further, the outer diameter ⁇ dv cone-shaped member 4f, are larger than the outer diameter .phi.d 0 of the suction port 2b of the pump 8. Others are the same as the embodiment shown in FIG.
  • the shape of the bottom of the cone-shaped member 4a shown in FIG. 1 has a curvature, and the fluid flowing down from the upper part of the pit 1a can be more smoothly guided to the suction port 2b of the pump 8. Furthermore, the outermost diameter part of the suction port 2b of the pump 8 is also curved upward so that the flow flowing from the upper side of the pit 1a into the suction port 2b of the pump 8 becomes smoother. Regardless of the shape of the bottom of the pit, it is possible to control the flow so that the flow is smoothly guided to the suction port 2b of the pump 8, and the generation of underwater vortices can be prevented. As a result, since the flow which flows in into the suction inlet 2b from the upper part of the pit 1a can be controlled, the loss which generate
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the pit barrel type pump 50.
  • the present embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 7 only in the shape of the suction port 2d of the vertical shaft pump 8.
  • the outer peripheral side of the suction port 2a is warped upward, and the flows Fe and Ff are smoothly guided to the suction port 2a.
  • the recess 2c formed on the outer peripheral side of the suction port 2d is covered with the member 2f.
  • the outer peripheral portion of the suction port 2d becomes substantially cylindrical shape having an outer diameter .phi.d 5, are gone constriction.
  • the structure is such that the loss due to the expansion and contraction of the flow path between the lower flange surface of the diffuser 7 and the upper portion of the suction port 2d of the pump 8 is reduced, but the maximum diameter of the suction port 2 of the pump 8 is reduced. If the diameter is the same as or smaller than the maximum diameter of the diffuser 7, the same effect as described above can be obtained.
  • the anti-swivel device is integrally provided at the suction port of the pump, and the maximum diameter of the pump is the maximum diameter of the diffuser part, so that the flow formed between the outer periphery of the pump and the inner periphery of the pit
  • the space can be defined by the size of the pump, and there is no need to change the inner diameter of the pit according to the anti-turning device. That is, once the pump specifications are determined, the pit specifications can be determined and the pits can be downsized.
  • the example which manufactured the pit with the reinforced plastic was demonstrated in the said Example, as above-mentioned, what is excellent in corrosion resistance, such as stainless steel, other metals, GFRP which mixed FRP and glass fiber, etc.
  • the present invention can also be applied to pits made of various materials. Further, when the surface treatment or the like can be performed even if the corrosion resistance is not so much, when using in an environment where the corrosion resistance is not required, of course, other materials may be used and the present invention can be applied.

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Abstract

　ピットバーレル型ポンプが、ピットの小型化と性能低下を生じない吸込み渦防止手段を有する。立軸ポンプは、作動流体を吸込むため下端部に設けたポンプ吸込口と、吸込口に隣り合い回転軸に取り付けた羽根車と、羽根車の下流側に配置され羽根車で旋回成分を付与された作動流体を昇圧する案内羽根とを備える。ポンプ吸込口の下側に、渦発生防止装置を付設した。ポンプ吸込口および渦発生防止装置の外径φｄ０を案内羽根の最大外径φｄ３よりも小径とし、ピットから立軸ポンプとともに渦発生防止装置を取り出し可能にした。

Description

ピットバーレル型ポンプおよびその組込み方法
　本発明は、気密に構成したピット内に立軸ポンプを収容したピットバーレル型ポンプおよびその組込み方法に関する。
　従来のピットバーレル型ポンプの例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載のポンプでは、天井部が開放された有底円筒形状のピットバーレルの上部側面に、吸込口が形成されている。そしてピットバーレルの上部開口部から立軸ポンプが吊り下げられる。立軸ポンプの吐出管部にはフランジが設けられており、このフランジがピットバーレルの開口部を閉止することにより、ピットバーレル内部は気密に保たれる。
　このように構成されたピットバーレルポンプでは、ピットバーレルの吸込口から吸込まれた流体は、ピットの内壁面とピット内部に吊り下げられた立軸ポンプの外周面との間を下降し、ピット底部に位置するポンプ吸込口の外周部からポンプ内部に流れ込む。ポンプ吸込口でほぼ１８０度流れ方向が変えられた流体は、ポンプ羽根車の回転力により鉛直上方へ吸い込まれ、羽根車およびディフューザを経て、吐出し配管へ排出される。
　ところで、ピットバーレル型ポンプでも使用される立軸ポンプでは、水中渦による振動および騒音の発生を抑制することが重要な課題となっている。この課題を解決するために、特許文献２ないし特許文献４には、立軸ポンプの吸込口に旋回防止手段を設けることが記載されている。
　すなわち、特許文献２に記載の立軸ポンプでは吸込み渦を防止するために、ポンプの下端に位置する吸込み渦防止部材を装着している。吸込み渦防止部材は、環状の上枠部と、上枠部から鉛直下向きに延びる複数の支持部と、支持部の下端に設けた下枠部と、装着状態で吸込みベルの下部において所定の支持部から吸込みベルの軸心に向けて延びる邪魔板とを有している。
　また、特許文献３に記載の立軸ポンプでは、開水路に設置される吸込口を有する吸込部の外周に、吸込部の外周面との間に副流路を形成する副流路形成体をほぼ同心状に配置している。さらに、特許文献４の立軸ポンプでは、吸込ベルマウスの先端下方の吸込水槽底面に、吸込ベルマウスに流入する水を整流する整流板を具備する整流板装置を設け、この整流板装置に吸込みベルマウスを固定している。
特開平７－３２４７００号公報 特開２０１０－１９０１８４号公報 特開２００２－１５５８９８号公報 特開２００２－１４７３８３号公報
中野智樹、「海水淡水化装置用ブライン再循環ポンプ」、ターボ機会協会第９１回セミナー　ポンプの新技術動向　パンフレット、平成２２年３月２４日、ターボ機械協会
　上記特許文献１に記載のピットバーレル型ポンプにおいては、立軸ポンプと流入水との干渉や、主軸の回転数と立軸ポンプの固有振動数の一致による共振現象による振動・騒音の発生を防止するために、ピットバーレルの壁面に突起を、ポンプにこの突起に当接するアームを設け、アームのたわみ反力でポンプの揚水管の振動を抑制している。しかしながら、この特許文献１に記載のポンプでは、ピットバーレル内部を下降しポンプ吸込管から吸込まれる流れに発生する吸込み渦を防止することについては、考慮されていない。
　一方、特許文献２ないし特許文献４に記載の立軸ポンプの吸込み渦防止手段は、それぞれ吸込み渦の発生を防止するためには有効な手段であると考えられる。しかしながら、これらの公報に記載のポンプは、ピットバーレル型ポンプと異なり、すべて気密に構成されたピット内に立軸ポンプが収容されたものではなく、開水路や横方向に十分な貯液部が形成されるピット構造である。その結果、立軸ポンプへの流入方向が、ポンプ吸込み部でほぼ１８０度変化するものではなく、多くの場合、９０度程度の流れの変化に過ぎない。
　したがって、ポンプ吸込み口に設ける渦防止手段の幅方向の大きさに制限は無く、十分な幅を有して形成することが可能になっている。すなわち、これら公報に記載の立軸ポンプでは、渦防止手段をピットのような限られた空間に収納することについては、十分には考慮されていない。ピットバーレル型ポンプでは、ピットの小型化も要望されており、ピットの小型化に伴う不安定または効率が低下する流れの発生を防止する必要もある。
　本発明は上記従来技術における不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、ピットバーレル型ポンプが、ピットバーレルの小型化と性能低下を生じない吸込み渦防止手段を有することにある。本発明の他の目的は、ピットバーレル型ポンプにおいて、ピットバーレルの小型化とメンテナンス性に富む吸込み渦防止手段を実現することにある。
　上記目的を達成する本発明の特徴は、バーレル型のピット内部に立軸ポンプを吊り下げ収容したピットバーレル型ポンプにおいて、前記立軸ポンプは作動流体を吸込むため下端部に設けたポンプ吸込口と、この吸込口に隣り合い回転軸に取り付けられた羽根車と、羽根車の下流側に配置され羽根車で旋回成分を付与された作動流体を昇圧するディフューザとを備え、前記ポンプ吸込口の下側であってこのポンプ吸込口に渦発生防止装置を付設し、前記ポンプ吸込口および前記渦発生防止装置の外径を前記ディフューザの最大外径よりも小径として前記ピットから前記立軸ポンプとともに前記渦発生防止装置を取り出し可能にし、前記渦発生防止装置は、ベース部材と、このベース部材の外周側に周方向に間隔を置いて配置した複数の板状のリブとを有し、前記複数のリブを前記ポンプ吸込口に固定することにより前記渦発生防止装置と前記ポンプ吸込口を一体化したものである。
　そしてこの特徴において、前記渦発生防止装置のベース部材は、平板またはテーパ状に形成された平板を円板またはコーン状に形成した部材と組み合わせて形成されることが望ましい。
　また上記特徴において、前記ピットが、強化プラスティック製であってもよく、前記ピットを有底円筒状に形成し、前記渦発生防止装置のピットに接する底面を外周部が上に反った曲面で形成してもよい。
　上記目的を達成するための本発明の他の特徴は、上端部にフランジが形成されたバーレル型のピットを収納する凹部を地表面に形成した後バーレル型のピットをこの凹部に保持し、前記ピットのフランジに立軸ポンプに形成したフランジを当接させて立軸ポンプを前記ピット内に収容するとともに前記立軸ポンプを吊り下げ状態にし、前記ピット内部に収容する前記立軸ポンプを上記特徴のものとしたものである。
　本発明によれば、ピットバーレル内部に立軸ポンプを吊り下げて使用されるピットバーレル型ポンプにおいて、ポンプ外径よりも小径の旋回防止手段をポンプ吸込口に固定して設けたので、ピットバーレルの小型化と性能低下を生じない吸込み渦防止手段が得られる。また、ピットバーレルの小型化とメンテナンス性に富む吸込み渦防止手段を実現できる。
本発明に係るピットバーレル型ポンプの一実施例の縦断面図。 図１に示したピットバーレル型ポンプのライン１０部における横断面図。 本発明に係るピットバーレル型ポンプの他の実施例の縦断面図。 図３に示したピットバーレル型ポンプのライン１０部における横断面図。 本発明に係るピットバーレル型ポンプのさらに他の実施例の縦断面図。 図５に示したピットバーレル型ポンプのライン１０部における横断面図。 本発明に係るピットバーレル型ポンプのさらに他の実施例の縦断面図。 本発明に係るピットバーレル型ポンプのさらに他の実施例の縦断面図。
　以下、本発明に係るピットバーレル型ポンプのいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。
　図１に、本発明に係るピットバーレル型ポンプ５０の一実施例を、縦断面図で示す。本ピットバーレル型ポンプ５０は、例えば多段フラッシュ型の海水淡水化プラントにおいて、ブライン循環用ポンプとして使用されるものである。バーレル型ピット１の内部は流体で充満されている。この海水淡水化用ポンプの例が、非特許文献１に記載されており、その大きさは、口径９００ｍｍ、設計点流量１３７．２ｍ３／ｍｉｎ、揚程２１．５ｍ、必要動力６７０ｋＷとなっている。
　本実施例に示したピットバーレル型ポンプ５０では、有底円筒状に形成されたバーレル型のピット１の側面上部に、このピット１に作動液（水や海水）を供給するピット吸込口９がピット１の軸にほぼ直角に形成されている。ピット１は、海水淡水化用途等を考慮して、ステンレス鋼やその他の耐食性の高い金属、またはＦＲＰ、ガラス繊維を混入したＧＦＲＰに代表される強化プラスティック等で製作されており、耐食性と耐圧強度を確保している。
　すなわち、ピット１はポンプ５０運転時に気密になるので、圧力容器に準じた形状である。そのため、ピット１の底部は、鏡板のように下方に膨らんだ形状となっている。なお、ピット１の上端部は、地表面またはそれ以下の位置に設置される場合が多い。ピット１は地中に埋められた後、周囲をコンクリート等で埋設されている。
　ピット１内には、立軸ポンプ８が収容されている。立軸ポンプ８は、鉛直に延びた直線部１２ａの上部に曲がり管部１２ｂが形成された吐出配管１２を有しており、図示を省略したが曲がり管部１２ｂには、水平方向に延びる配管が接続されている。吐出配管１２の曲がり管部１２ｂの下方には、フランジ１２ｃが取り付けられており、ピット１の上端に設けたフランジ１ａとボルト締結されている。これにより、立軸ポンプ８は、ピット１内に気密に吊り下げられる。
　立軸ポンプ８の下端部に位置するポンプ吸込口２は、縮小流路を形成するベルマウス形状となっている。吸込口２の上方には、羽根車ケーシング６ａ、ディフューザケーシング７ａが順に設けられており、ディフューザケーシング７ａは吐出配管１２の直線部１２ａに連接している。
　吐出配管１２を貫通して、回転軸５が鉛直方向に延びており、回転軸５の上部は吐出配管１２の曲がり管部１２ｂの外側上方に付設した上部軸受１４で回転自在に支持されている。曲がり管部１２ｂと上部軸受１４間には、軸封装置１３が取り付けられている。軸封装置１３は、立軸ポンプ８の作動流体が外部に漏洩するのを封止している。回転軸５の上端部は、図示を省略した原動機に接続されている。
　回転軸５の下端部には、周方向に間隔を置いて複数枚の羽根が設けられた斜流羽根車６が取り付けられており、ナット５ａで回転軸５に固定されている。羽根車６の背面側には、ディフューザ７が配置されており、ディフューザ７のボス側の内周部には下部軸受１５が保持されている。下部軸受１５は、上部軸受１４とともに回転軸５を回転自在に支持する。
　ここで本発明の特徴として、ベルマウス形に形成した吸込口２に、渦発生防止装置４を設けている。図１に示した立軸ポンプ８の渦発生防止装置４は、断面ラッパ形状のコーン状部材(ベース部材)４ａと、このコーン状部材４ａの外周部に複数個（図では８個）、周方向にほぼ等間隔で配置された板状のリブ３とを有している。リブ３は、吸込口２への流路を形成するため、およびコーン状部材４ａを吸込口２に保持するために設けられている。リブ３と吸込口２、およびリブ３とコーン状部材４ａとは、それぞれ溶接もしくはボルト締結されている。
　このように構成したピットバーレル型ポンプ５０の動作等について、以下に説明する。ピットバーレル型ポンプ５０において、バーレル型に形成されたピット１の上部に位置するピット１の吸込口９から流れＦａとして吸込まれた流体は、立軸ポンプ８の直線部１２ａの周囲部に回りこんだ流れＦｂとともに、ピット１の内壁面と立軸ポンプ８の外周面との間をピット１の吸込口９からポンプ８の吸込口２へ向かう鉛直下方の流れＦｃ、Ｆｄとなる。
　そして、ピット１の下部に位置する立軸ポンプ８の吸込口２に導かれる流れＦｅ、Ｆｆを形成する。縮小流路を形成するベルマウス形状の吸込口２に到達した流れは、羽根車６の回転により鉛直上方へ導かれ、羽根車６、次いでディフューザ７を経て、吐出し流路への流れＦｊとなって、ピットバーレル型ポンプ５０外へ排出される。
　羽根車６は、主軸５に接続された図示しない原動機により駆動される。そして、立軸ポンプ８の吸込口２から吸い込まれた作動流体である水に、羽根車６の回転によりエネルギーを付与し、流体を昇圧する。ディフューザ７は静止流路であり、羽根車６が流体に与えた流れの周方向旋回成分を軸方向に整流し、圧力回復させる。
　ポンプ８の吸込口２の下部に位置するピット１の最下部から、ポンプ８の吸込口２に向かって発生する水中渦の発生を抑制するために、ピット１の最下部に渦発生防止装置４を設ける。本実施例では、旋回防止板の代わりにコーン状の渦発生防止装置４を取り付けている。
　ところで、ブライン循環用ポンプの場合、ピット１の吸込口９での流体の圧力は、大気圧以下である。さらに、土木施工、ピット１の製作のコスト低減のため、ピット１の深さが浅くなる傾向にある。そのため、ポンプ８の吸込口２近傍のポンプ押し込み圧力は低く、大気に接する自由表面を有する一般的なポンプと比べて、水中渦や羽根車に生じるキャビテーションが発生しやすい条件で使用される。そこで、ポンプ８の吸込口２に設置される渦発生防止装置４には、水中渦の発生を防止し、ピット１の上部から流下してくる流体の流れを妨げることなく、均一にポンプ８の羽根車６に導くことが求められる。
　また、バーレル型のピット１の材料には、ステンレス鋼やその他の金属、ＦＲＰやガラス繊維を混入したＧＦＲＰに代表される強化プラスティックが用いられる。本実施例では、強化プラスティックでピット１を製作している。この場合には、渦発生を防止するためのコーン状の渦発生防止装置４をピット１に取り付けるまたはピット１に一体成形するのは困難になる。そこで立軸ポンプ８の吸込口２の下方に、渦発生防止装置４をリブ３を用いて締結することにより、吸込口２と渦発生防止装置４を一体化している。このようにすることにより、渦発生防止装置４付き立軸型ポンプ８をピット１の内部に上方から吊り下げ設置することが可能になる。
　従来は、吊り下げられたポンプ８の吸込口２の下方であってピット１側に、渦発生防止用旋回防止板やコーン状の渦発生防止装置を取り付けていた。本実施例によれば、ピット１の上部から吊り下げ設置したポンプ８の吸込口２の下側に、渦発生防止用のコーン状部材４ａを、周方向に複数配置したリブ３で吸込口２と一体化している。立軸ポンプ８をこのような構成としているので、吸込口２の最外径φｄ０は、ピット２の上方からの流体の流れを妨げることが無いように、ディフューザ７の最外径φｄ３よりも小さくすることが望ましい。
　図２に、立軸ポンプ８の吸込口２とリブ３で一体化した渦発生防止装置４を、横断面図で示す。図２は、図１の断面線１０に沿う図である。コーン状の渦発生防止装置４は、ポンプ吸込口２と同心位置に配置されている。コーン状の渦発生装置４を、ポンプ８の吸込口２の下側に設置したので、ポンプ８の吸込口２で局所的に発生する急激な増速流れを抑制することができる。その結果、水中渦の発生を防止できる。なお、コーン状の渦発生防止装置４を用いたことにより、多段に構成された立軸ポンプ８の回転軸５のオーバーハング量が増大する場合には、ポンプ８の回転軸５を渦発生防止装置４のコーン状部材４ａにまで延在させ、コーン状部材４ａに保持した軸受で回転軸５の軸端を回転支持すれば、オーバーハング量を低減できる。
　本実施例によれば、バーレル型ピットの底部側に渦発生防止装置を取り付ける必要が無く、ピットの製作性を優先させた設計が可能になり、ピットの製作コストを低減できる。従来は、金属材料でピットを製作した場合には、渦発生防止装置を溶接でピット底部に取り付けることができるので、形状変更は可能であるが、ピットの製作性およびメンテナンス性はよくなかった。さらに、ピットを強化プラスティック等で製作すると、ピット自体を追加工する等の形状変更は強度変化をもたらし困難であるとともに製作コストが高くなるが、本実施例ではピット自体には何等の変更を加えないので、製作性および経済性に富む。
　また、本実施例によれば、ピット１とポンプ８の吸込口２の間に渦発生防止装置４を配置したので、ポンプの部分流量域での運転時に発生するキャビテーションを伴う羽根車入口逆流が、ピット１に損傷を与えることを防止できる。仮に渦発生防止装置４に損傷が生じても、吊り下げ設置したポンプ８を引き上げれば、ポンプ８の引き上げと同時に渦発生防止装置４も取り出せるので、渦発生防止装置の損傷部のメンテナンスが容易になる。
　さらに、渦発生防止装置４の形状を変更する必要が生じても、渦発生防止装置４を簡単に取り出せるので、ピットの底面に渦発生防止装置が固定設置されている場合と比較して、ハンドリングが容易になる。さらにまた、本実施例によれば、ピット内に吊り下げ設置したポンプを更新する際に、ピットの底部の形状を考慮せずに渦発生防止装置を設計できるので、既存のピット１を流用でき、ポンプの更新に掛かる時間やコストを抑制できる。
　本発明に係るピットバーレル型ポンプの他の実施例を、図３および図４を用いて説明する。図３は、ピットバーレル型ポンプ５０の縦断面図であり、図４は図３の断面線１０に沿う横断面図である。本実施例が上記実施例と異なるのは、コーン状の渦発生防止装置ではなく、十字に組み合わせた旋回防止板１１を円形の平板(ベース部材)４ｃに取り付けて、渦発生防止装置４ｂに用いたことにある。水中渦は、旋回流れの旋回中心で圧力が低下することに起因して発生するので、図３に示した旋回防止板１１を設けると、ポンプ８の吸込口２付近での旋回流れが抑制される。これにより、水中渦の発生を防止する。旋回防止板１１は、高さｈ、長さＬ／２の板４枚を十字型に組み合わせている。なお、流れがよりスムーズに羽根車６に吸込まれるよう、各旋回防止板１１は高さ方向にテーパ状に形成されている。
　本実施例においても、上記実施例と同様に、ピットバーレル型ポンプにおいて、製作性優先させたピット底部の設計が可能になる。また、ピット底部の損傷を防止でき、かつ渦発生防止装置のメンテナンスや形状変更が容易になる。さらに、ポンプの更新時に、既存のピットの流用が容易となる。
　本発明に係るピットバーレル型ポンプのさらに他の実施例を、図５および図６を用いて説明する。図５は、ピットバーレル型ポンプ５０の縦断面図であり、図６は図５の断面線１０に沿う横断面図である。本実施例では、図１に示した実施例の渦発生防止装置４のコーン状部材４ａに、さらに旋回流れを抑制する旋回防止板１１ｂを付加した構造としている。その他は、図１に示した実施例と同一である。旋回防止板１１ｂは、高さｈ、厚さｔ、コーン状部材４ａと組み合わせたときに外径方向の長さがＬとなっている。このような形状としたので、ポンプ吸込口で局所的に発生する急激な増速流れを抑制することができる。また、吸込口２の軸心部で発生しやすい旋回流れを抑制することが可能となり、より水中渦の発生を防止する効果が得られる。
　本実施例によれば、図１に示した実施例の場合と同様に、製作性を優先させたピット底部の設計が可能になる。また、ピット底部の損傷を防止でき、かつ渦発生防止装置のメンテナンスや形状変更が容易になる。さらに、ポンプの更新時に既存のピット１の流用が容易になる。
　本発明に係るピットバーレル型ポンプ５０のさらに他の実施例を、図７を用いて説明する。図７は、ピットバーレル型ポンプ５０の縦断面図である。本実施例では図１に示した実施例と、ピット１ａの形状が異なっている。従来、ピット１の耐圧性を考慮してピット１の底面１ｂは圧力容器の鏡板のように外側に膨らんだ形状となっていたが、他の手段で耐圧性が保障されるときは、平面１ｄ状にすることも可能である。すなわち、ピットの厚さが厚い、ピットに加わる応力が少ない等の場合である。このようにすれば、ピットの製作性およびピット周囲部の製作性が向上する。
　ピット１ａが底面が平板の有底円筒状となったので、ピット１ａの下隅に角部が形成され、流れの淀みが発生するおそれがある。これらは吸込み渦発生の要因となるので、本実施例では、渦発生防止装置４を構成するコーン状部材４ｆの底面側外周部４ｇを、上方に曲がった曲面形状としている。さらに、コーン状部材４ｆの外径φｄｖを、ポンプ８の吸込口２ｂの外径φｄ０よりも大径にしている。その他は、図１に示した実施例と同様である。
　本実施例によれば、図１に示したコーン状部材４ａの底部形状が曲率を持ち、ピット１ａの上部から流下する流体をより滑らかにポンプ８の吸込口２ｂに導くことができる。さらに、ピット１ａの上方からポンプ８の吸込口２ｂへ流入する流れがより滑らかになるように、ポンプ８の吸込口２ｂの最外径部も上方に曲がった曲面としている。ピットの底部の形状に関わらず、ポンプ８の吸込口２ｂへ流れが滑らかに導かれるように制御することが可能となり、水中渦の発生を防止できる。ひいては、ピット１ａの上部から吸込口２ｂへ流入する流れを制御できるので、ポンプ８の吸込部で発生する損失を低減できる。
　本発明に係るピットバーレル型ポンプ５０のさらに他の実施例を、図８を用いて説明する。図８は、ピットバーレル型ポンプ５０の縦断面図である。本実施例は、図７に示した実施例と立軸ポンプ８の吸込口２ｄの形状のみ相違している。図７の実施例では、吸込口２ａの外周側を上方に反らせて流れＦｅ、Ｆｆを滑らかに吸込口２ａに導いていた。本実施例では流れＦｅ、Ｆｆをさらに滑らかに吸込口２ｄへ導くために、吸込口２ｄの外周側に形成される凹み部２ｃを、部材２ｆで覆っている。これにより、吸込口２ｄの外周部は外径φｄ５のほぼ円筒形状となり、くびれ部がなくなっている。
　ピット１ａの上方からポンプ８の吸込口２ｄへ向かって流体が下方へ流れるときに、ピット１ａの上方から流入した流体はディフューザ７の外周（外径φｄ３部）を通過する際に、縮流となる。ポンプ８の外周部とピット１ａの内周部との間に形成される空間は、ディフューザ７の最大径部を経ると次第に増大し、ポンプの吸込口２の最小径φｄ５部から再び縮小流路に転じる。そして、ポンプ８の吸込口２端部で極小流路面積となる。このような拡大および縮小を繰り返す流路を流体が流通すると、流れの損失が増加する。
　この不具合を解消するために、ピット１ａの内部における流路断面積の変化を小さくして、ポンプ８の吸込口２ｄの最大径φｄ０部を上方へ延長し、流路断面積の変化に伴う流路損失の低減を図っている。本実施例によれば、ピット１ａの内部で発生する損失を低減しポンプ８の流体効率の低下を防止できる。さらに、渦の発生を防止することができる。
　なお、本実施例では、ディフューザ７のフランジ面下部からポンプ８の吸込口２ｄの上部間での流路の拡大および縮小による損失を低減する構造としたが、ポンプ８の吸込口２の最大径をディフューザ７の最大径と同じかそれよりも小さくすれば、上記と同様の効果が得られる。
　上記各実施例に記載のように、ポンプの吸込口に旋回防止装置を一体的に設け、ポンプの最大径をディフューザ部の最大径としているので、ポンプ外周とピット内周間に形成される流れ空間はポンプの大きさで規定でき、ピットの内径を旋回防止装置に応じて変更する必要がない。すなわち、ポンプ仕様が決まれば、ピットの仕様決定できピットを小型化できる。
　なお、上記実施例ではピットを強化プラスティックで製作した例を説明したが、上述したとおり、ステンレス鋼やその他の金属、ＦＲＰやガラス繊維を混入したＧＦＲＰ等、耐食性に優れるものであれば、どのような材料でできたピットにも本発明は適用できる。また、耐食性がそれほど無くとも表面処理等がきる場合、耐食性を要求されない環境で使用する場合は、もちろん他の材料でもかまわず、本発明を適用できる。
１、１ａ…ピット、１ｂ、１ｄ…底面、２、２ａ、２ｂ、２ｄ…（ポンプ）吸込口、２ｃ…凹み部、２ｆ…円筒部、３…リブ、４…渦発生防止装置、４ａ、４ｆ…コーン状部材、４ｃ…円板部材、４ｇ…外周部、５…回転軸、６…羽根車、７…ディフューザ、８…立軸ポンプ、９…（ピット）吸込口、１０…断面位置、１１、１１ｂ…旋回防止板、５０…ピットバーレル型ポンプ、ｄ０…吸込口外径、ｄ３…案内羽外径、ｄ５…吸込み最小径、ｄｖ…渦発生防止装置外径、Ｆａ～Ｆｊ…流れ。

Claims (5)

  1. 　バーレル型のピット内部に立軸ポンプを吊り下げ収容したピットバーレル型ポンプにおいて、
    　前記立軸ポンプは作動流体を吸込むため下端部に設けた縮小流路を形成するベルマウス形状のポンプ吸込口と、この吸込口に隣り合い回転軸に取り付けられた羽根車と、羽根車の下流側に配置され羽根車で旋回成分を付与された作動流体を昇圧するディフューザとを備え、前記ポンプ吸込口の下側であってこのポンプ吸込口に渦発生防止装置を付設し、前記ポンプ吸込口および前記渦発生防止装置の外径を前記ディフューザの最大外径よりも小径として前記ピットから前記立軸ポンプとともに前記渦発生防止装置を取り出し可能にし、前記渦発生防止装置は、ベース部材とこのベース部材の外周側に周方向にほぼ等しい間隔を置いて配置した板状の複数のリブとを有し、前記複数のリブを前記ポンプ吸込口に固定することにより前記渦発生防止装置と前記ポンプ吸込口を一体化したことを特徴とするピットバーレル型ポンプ。
  2. 　前記渦発生防止装置の前記ベース部材を、平板またはテーパ状に形成された平板を円板またはコーン状に形成した部材と組み合わせて形成したことを特徴とする請求項１に記載のピットバーレル型ポンプ。
  3. 　前記ピットが、強化プラスティック製であることを特徴とする請求項１または２に記載のピットバーレル型ポンプ。
  4. 　前記ピットを有底円筒状に形成し、前記渦発生防止装置のピットに接する底面を外周部が上に反った曲面で形成したことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載のピットバーレル型ポンプ。
  5. 　上端部にフランジが形成されたバーレル型のピットを収納する凹部を地表面に形成した後バーレル型のピットをこの凹部に保持し、前記ピットのフランジに立軸ポンプに形成したフランジを当接させて立軸ポンプを前記ピット内に収容するとともに前記立軸ポンプを吊り下げ状態で収容し、前記立軸ポンプを請求項１ないし４のいずれかに記載の立軸ポンプとしたことを特徴とするピットバーレル型ポンプの組込み方法。
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