JP2012154186A - 流体機械のバイパスエネルギ回収装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧損機構における圧損分の流体エネルギを有効活用して機器のトータル効率を向上させることができる流体機械のバイパスエネルギ回収装置を提供する。
【解決手段】主流路14の吐出口13側から分岐して吸込口12側に通じる内部バイパス用配管19を備えた多段遠心ポンプにおいて、前記内部バイパス用配管19に、圧損機構兼圧損エネルギ回収手段としてのパワージェネレータ20を介装した。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えばポンプ・水車等流体機械のバイパスエネルギ回収装置に関する。
一般に、ポンプ・水車等流体(液体)機械では、単段・多段を問わず、スラスト力バランスやミニフロー(低流量域)でのポンプ特性(不安定性や振動)をコントロールするため、主流路の高圧側から分岐して低圧側に通じるバイパス流路を設けているが、このバイパス流量をコントロールするのに、オリフィスや狭路により圧力損失(以下、圧損という)を与える方式を採用している。
例えば、特許文献1で開示された多段遠心ポンプにおいては、吐出側から吸込側へ向けたポンプ内部バイパス用穴を設けて、ポンプ流量を増加させることなくポンプ内部でのバイパス流量を増加させることで低流量域運転時の異常圧力脈動を低減するようにしている。即ち、ポンプ最少流量を増加させることによるプラントシステム側への悪影響をなくしているのである。
また、特許文献2で開示された多段遠心ポンプにおいては、インペラに作用する軸方向スラストをバランスさせるため、最終段のインペラの背側の高圧の液体をシール部で絞ることにより減圧してバランスディスクの高圧側室に導入し、この高圧側室の圧力を軸方向隙間により圧損を調節することで制御している。さらに、本特許文献2では、バランスディスクの高圧側に高圧側室内の液体を付勢してその圧力を上昇させる複数の羽根を設けている。
実開昭63−67693号公報 特開平11−82364号公報
このように、特許文献1及び2においては、主流路の高圧側から分岐して低圧側に通じるバイパス流路を流れるバイパス流量をコントロールする方法としてオリフィスや狭路により圧損を与える方式を採用しているが、減圧(圧損)分の流体エネルギは、従来、回収することなく無駄に失っていた。特に、特許文献2では、バランスディスクの高圧側に複数の羽根を設けて加圧するというエネルギ「供給」方式については開示されているが、そもそも捨てているエネルギを有効活用するという技術思想は一切開示されていない。
そこで、本発明は、圧損機構における減圧(圧損)分の流体エネルギを有効活用して機器のトータル効率を向上させることができる流体機械のバイパスエネルギ回収装置を提供することを目的とする。
斯かる目的を達成するための本発明に係る流体機械のバイパスエネルギ回収装置は、
主流路の高圧側から分岐して低圧側に通じるバイパス流路に圧損機構を備えた流体機械において、
前記バイパス流路に、前記圧損機構における圧損エネルギを回収するための圧損エネルギ回収手段を設けた、
ことを特徴とする。
また、
前記圧損エネルギ回収手段は、遠心ポンプの吐出側から吸込側へと通じる内部バイパス用配管に介装されたパワージェネレータである、
ことを特徴とする。
また、
前記圧損エネルギ回収手段は、遠心ポンプの吐出側から吸込側へと通じる内部バイパス用配管に配置されポンプ主軸に対し直接又はギアボックスを介して間接的に連繋されたハイドロタービンである、
ことを特徴とする。
また、
前記圧損エネルギ回収手段は、遠心ポンプにおけるバランスディスクの圧力調整部水路に設置したハイドロタービンである、
ことを特徴とする。
本発明に係るバイパスエネルギ回収装置によれば、圧損機構における圧損エネルギを圧損エネルギ回収手段により回収するようにしたので、圧損機構における圧損分の流体エネルギを有効活用して機器のトータル効率を向上させることができる。
本発明の実施例1を示すバイパスエネルギ回収装置を備えた多段遠心ポンプの流体流れ説明図である。 パワージェネレータの異なった具体例を示す各々の概略構成図である。 本発明の実施例2を示すバイパスエネルギ回収装置を備えた多段遠心ポンプの流体流れ説明図である。 本発明の実施例3を示すバイパスエネルギ回収装置を備えた多段遠心ポンプの流体流れ説明図である。 本発明の実施例4を示すバイパスエネルギ回収装置を備えた多段遠心ポンプの要部断面図である。
以下、本発明に係る流体機械のバイパスエネルギ回収装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
図1は本発明の実施例1を示すバイパスエネルギ回収装置を備えた多段遠心ポンプの流体流れ説明図、図2はパワージェネレータの異なった具体例を示す各々の概略構成図である。
図1に示すように、多段遠心ポンプの主軸10上には、中間(センター)ブシュ11を境に吸込口12側に1段から5段のインペラが固設されると共に吐出口13側に、1段から5段のインペラにおける内部流体の流れ方向とは反対の流れ方向となるように、6段から10段のインペラが固設される。
そして、吸込口12から1段→10段のインペラを経て吐出口13に至る流体の主流路14(これは、1段から5段のインペラ間の第1流路14aと6段から10段のインペラ間の第2流路14aとからなる)の他に、10段のインペラから5段のインペラへと内部流体を戻す戻り流路15が中間ブシュ11に形成されると共に、6段のインペラ手前からつり合いブシュ16に形成された戻り流路17を経て1段のインペラへ内部流体を戻すつり合い管(バイパス流路)18が設けられる。更に、前記主流路14における10段のインペラ下流側と1段のインペラ上流側とを結ぶ内部バイパス用配管(バイパス流路)19が設けられる。
前記内部バイパス用配管19に、圧損機構兼圧損エネルギ回収手段としてのパワージェネレータ20が介装される。このパワージェネレータ20としては、図2に示すように、フランシス型のランナー21aを備えた水車22aで発電機23aを駆動するもの(図2の(a))、プロペラ型のランナー21bを備えた水車22bで発電機23bを駆動するもの(図2の(b))やフランシス型のランナー21a(プロペラ型のランナー21bでも良い)を備えた二つの水車22aをタンデム等に繋いで発電機23aを駆動するもの(図2の(a))等を用いると好適である。
このように構成されるため、多段遠心ポンプの低流量域運転時には、先ず、プラントシステム側からポンプ流量Qが主流路14に対し給排される。そして、1段から5段のインペラ間の主流路14(第1流路14a)には、前記ポンプ流量Qに加えて戻り流路17及びつり合い管18からのバイパス流量q1と内部バイパス用配管19からのバイパス流量q3とが増加されて流れる。一方、6段から10段のインペラ間の主流路14(第2流路14b)には、前記ポンプ流量Qに加えて戻り流路15からのバイパス流量q2と内部バイパス用配管19からのバイパス流量q3とが増加されて流れる。
これにより、ポンプ流量Qを増加させることなくポンプ内部でのバイパス流量q1,q2,q3を増加させることで、1段から10段のインペラにおける実質的な流量増加が図られ、低流量域運転時の異常圧力脈動を効果的に低減させられる。即ち、ポンプ実質流量を増加させることによりプラントシステム側への悪影響をなくすことができるのである。また、戻り流路17及びつり合い管18からのバイパス流量q1により、1段から10段のインペラに作用する軸方向スラストをバランスさせられる。
そして、本実施例では、内部バイパス用配管19に圧損機構兼圧損エネルギ回収手段としてのパワージェネレータ20を介装したので、圧損機構における圧損エネルギをパワージェネレータ20により回収することができ、圧損機構における圧損分の流体エネルギを有効活用して多段遠心ポンプのトータル効率を向上させることができる。
図3Aは本発明の実施例2を示すバイパスエネルギ回収装置を備えた多段遠心ポンプの流体流れ説明図である。
これは、実施例1における内部バイパス用配管19に、フランシス型のランナー25a(プロペラ型のランナーでも良い)を備えたハイドロタービン(圧損機構兼圧損エネルギ回収手段)25を、主軸10に直接連携させて配置した例であり、その他の構成は図1と同様なので図1と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
これによれば、圧損機構における圧損エネルギをハイドロタービン25により軸動力として回収することができ、実施例1と同様の作用効果が得られる。
図3Bは本発明の実施例3を示すバイパスエネルギ回収装置を備えた多段遠心ポンプの流体流れ説明図である。
これは、実施例1における内部バイパス用配管19に、フランシス型のランナー25a(プロペラ型のランナーでも良い)を備えた例えば二つの(一つ以上であれば良い)ハイドロタービン(圧損機構兼圧損エネルギ回収手段)25を回転軸25b上にタンデムに繋いで配置し、この回転軸25bをギアボックス(変速機)26を介して主軸10に間接的に連携させた例であり、その他の構成は図1と同様なので図1と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
これによれば、圧損機構における圧損エネルギを例えば二つの(一つ以上であれば良い)ハイドロタービン(圧損機構兼圧損エネルギ回収手段)25により軸動力として回収することができ、実施例1と同様の作用効果が得られる。
図4は本発明の実施例4を示すバイパスエネルギ回収装置を備えた多段遠心ポンプの要部断面図である。
これは、中間ケーシング39と吐出ケーシング40内に横架された主軸30上に複数のインペラ31とこれらインペラ31に作用する軸方向スラストをバランスするためのバランスディスク32を固定してなる多段遠心ポンプにおいて、バランスディスク32のディスク隙間(圧力調整部水路:バイパス流路)35に圧損エネルギ回収手段としてのハイドロタービン(羽根車)38を設置した例である。
具体的には、多段遠心ポンプの運転時、ディスク隙間35手前の高圧側室34には最終段のインペラ31の背側からインペラ31によって圧力P1から圧力P2へ昇圧された液体がシール部33で圧力P3に減圧されて供給される。図示例では、バランスディスク32の高圧側に高圧側室34内の液体を付勢してその圧力P3を上昇させる複数の羽根37を設けているがこれは特に設けなくても良い。そして、この圧力P3の液体の一部はディスク隙間35を通りバランスディスク32の外周面のシール部36を流過することにより圧力P0に減圧されて低圧側室42内に入り、バランス管41を経て流出する。
これによって、インペラ31の背側の圧力P2によりインペラ31に作用する吸込側へのスラスト力が高圧側室34内の圧力P3によりバランスディスク32に作用する低圧側室42へのスラスト力とバランスさせられる。
そして、本実施例では、圧損機構を構成するディスク隙間35に圧損エネルギ回収手段としてのハイドロタービン38を設置したので、圧損機構における圧損エネルギをハイドロタービン38により軸動力として回収することができ、圧損機構における圧損分の流体エネルギを有効活用して多段遠心ポンプのトータル効率を向上させることができる。
尚、ハイドロタービン38のおける羽根は、軸動力を回収するため、ロータ側に単純に遠心方向へ取り付けるだけでは効果は得られないことから、傾けるか又は捩じられるかしてトルクを回収できる羽根角度にすることは言うまでもない。また、ディスク隙間35及びハイドロタービン38の構造は、図示例に限定されず、圧損機構と圧損エネルギ回収手段が達成されれば種々の構造変更が可能である。
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、パワージェネレータは、電気・動力など種類は問わない。
本発明に係る流体機械のバイパスエネルギ回収装置は、ポンプ・水車に限らず、圧縮機・タービン等の流体(空気)機械に適用すると好適である。
10 主軸
11 中間ブシュ
12 吸込口
13 吐出口
14 主流路
14a 第1流路
14b 第2流路
15 戻り流路
16 つり合いブシュ
17 戻り流路
18 つり合い管(バイパス流路)
19 内部バイパス用配管(バイパス流路)
20 パワージェネレータ(圧損機構兼圧損エネルギ回収手段)
21a フランシス型のランナー
21b プロペラ型のランナー
22a,22b 水車
23a,23b 発電機
25 ハイドロタービン(圧損機構兼圧損エネルギ回収手段)
25a フランシス型のランナー
26 ギアボックス(変速機)
30 主軸
31 インペラ
32 バランスディスク
33 シール部
34 高圧側室
35 ディスク隙間(圧損機構:バイパス流路)
36 シール部
37 羽根
38 ハイドロタービン(圧損エネルギ回収手段)
39 中間ケーシング
40 吐出ケーシング
41 バランス管
42 低圧側室

Claims (4)

  1. 主流路の高圧側から分岐して低圧側に通じるバイパス流路に圧損機構を備えた流体機械において、
    前記バイパス流路に、前記圧損機構における圧損エネルギを回収するための圧損エネルギ回収手段を設けた、
    ことを特徴とする流体機械のバイパスエネルギ回収装置。
  2. 前記圧損エネルギ回収手段は、遠心ポンプの吐出側から吸込側へと通じる内部バイパス用配管に介装されたパワージェネレータである、
    ことを特徴とする流体機械のバイパスエネルギ回収装置。
  3. 前記圧損エネルギ回収手段は、遠心ポンプの吐出側から吸込側へと通じる内部バイパス用配管に配置されポンプ主軸に対し直接又はギアボックスを介して間接的に連繋されたハイドロタービンである、
    ことを特徴とする流体機械のバイパスエネルギ回収装置。
  4. 前記圧損エネルギ回収手段は、遠心ポンプにおけるバランスディスクの圧力調整部水路に設置したハイドロタービンである、
    ことを特徴とする流体機械のバイパスエネルギ回収装置。
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