JPH0216399A - 多段ポンプ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多段ポンプに関し、特に汎用ポンプなど小形ポ
ンプに好適なケーシング内の静止流路に係わるものであ
る。

〔従来の技術〕

従来の多段ポンプは、羽根車から流出する流体の動圧成
分を静圧に回復するための案内羽根を羽根車の出口側に
設け、更に流体を次段羽根車に滑らかに案内する水返し
羽根を別に設けていた。しかし、このような構成では構
造が観雑になるばかりでなく、案内羽根で十分な圧力回
復を得るためには、外径、流路幅の異なる羽根車毎に羽
根車の出口形状に適合するような人口形状を持つ案内羽
ａ！が必要となるため、製品価格が高価となる。また、
案内羽根入口には前段羽根車から流出した直後の流体が
流入するが、案内羽根入口付近では十分減衰していない
ため、羽根車の回転に伴って周期的に流体の流れが変動
し、騒音、圧力脈動などの問題を生ずる。

このため小形、低価格を要求される汎用ポンプでは、実
開昭５５−１３５１９６号公報に開示されているように
、案内羽根を取除いた構造としたシ、また、■音を低減
させるために、特公昭６１−１４３６０　　号公報に開
示されているように、羽根車から離れた軸方向流路に細
流案内羽根を設けたものもあるが、案内羽根を取除いた
ものの方が、価格的に有利である。この案内羽根を持た
ないものについて更に第９区、第１０図（ａｌ　（ｂｌ
にても詳しく説明する。

すなわち、図において、１は回転軸で、該回転軸１には
複数個の羽根車２が固定されている。そして、該羽根車
２の各々の間には羽根車２から流出した流体を次段の羽
根車の吸込み側に案内する水返し羽根３が配設されてい
る。４は円筒状のケーシングで前記羽根車２および水返
し羽根３を格納している。前記水返し羽根３は側板３ａ
、３Ｃおよびブレード３ｂとからなり、一体に形成され
ている。そして、側板３ｃは前記ケーシング４の側面４
１に固定されておシ、側板３ａと側面４１とにより羽根
車２の出口側に流路６を形成し、ケーシング４の円筒状
の壁の内面４２との間に環状流路７を形成している。８
は側板３ａと３ｃとの間に形成された羽根３ｂ間へ流体
を導く水返し羽根流路である。５はマウスリングで前記
側面４１の内径部と羽根車２との間に設けられている。

９は段間シール部である。

該従来機の低流量域における運転では、羽根車２から流
出する流体の流れは、第１０図（ａｌに示す子午面速度
Ｖｍと比較して周方向速度Ｖｕが著しく大きくなること
が分っている。従って、水返し羽根ブレード３ｂの入口
では速度Ｖの流体は水返し羽根ブレード３ｂに対して周
方向から流入してブレード凹面３１　ｂに衝突し、一部
の流体は水返し羽根内に流入できず外向きの流れｅを形
成する。この流れは水返し羽根の入口で半径方向外向き
となるだけでなく、第１０図（ｂ）に示すように軸方向
にも水返し羽根ブレード３ｂをａｂ込む流れｆとなシ、
環状流路７から流れ込む正流すと衝突して損失の原因と
なる。更に流量が減少すると流れｆは羽根車の出口流路
６内にまで流れ込み羽根車出口流路６内の流れａを乱す
。図中Ｃは水返し羽根流路８内の流れを示し、ｄは次段
羽根車への流れを示す。

この結果、低流量域では２次流れや渦が発生しやすくな
り、動圧の静圧への圧力回復は得られにくくなシ、低流
量域での全揚程が低下する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術の細流案内羽根を設けたものには、騒音、
圧力脈動の低減には効果があるものの、ポンプの構成要
素としては牛径方向に案内羽根を設けたものと本質的に
は変らないため依然として価格の点では改善されず、更
に軸方向寸法が長くなるため段数の多い多段ポンプでは
大形になシネ利である。

また、一般に汎用ポンプは全流量域で運転されることが
多′いことから、吐出し量増大による軸動力のオーバー
ロードの防止および低流量域運転時の全揚程の変化が大
きい特性を制御性の点から要求される。しかし、羽根車
が同一の場合、ポンプ全揚程は羽根車出口での流体がも
つ動圧成分の静圧への回復量によυ決まるが、案内羽根
を持たないものは流路面積に対して流量の少なくなる低
流量域では２次流れや渦が発生しやすくなって、動圧の
静圧への圧力回復は得られにくくなり、低流量域での全
揚程が低下すると言う問題があった。

このことは羽根車出口後の流路が広いポンプでも同じこ
とが言え、流路が広くなれば更に著しい２次流れや渦が
発生しやすくなる。

不発明の目的は、価格的に有利な案内羽根を持たない多
段ポンプの低流量域の性能を改善することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記目的は、ケーシング内に羽根車を複数段配設し、各
段の羽根車の間に、流体が外周から内周に向かって流れ
るように案内する水返し羽根を設け、上記の水返し羽根
は１対の平行な側板の間に複数枚のブレードを設けたも
のである多段ポンプにおいて、 前記１対の側板の内、上流側の羽根車に対向する側板の
外径を、該側板とブレードとの接合部の外径よりも大き
くすることによって達成される。

〔作　用〕

水返し羽根の１対の側板の内、上流側に対向する側板の
外径を、ブレードとの接合部の外径よりも大きくしたこ
とにより、羽根車の出口からケーング内壁面と水返し羽
根側板外径によシ形成される環状流路内径までの区間が
長くなるばかりでなく、水返し羽根入口部から流体が環
状流路部へ逆流することがなくなる。従って、羽根車出
口から環状流路内径部までの区間では、十分な圧力回復
機能を発揮することができる。この結果、羽根車出口か
ら流出した流体の動圧成分の静圧への圧力回復が大きく
なり、ポンプ全揚程は増加する。

〔実施例〕

以下、不発明の一実施例を第１図乃至第２図により詳細
に説明する。

図において従来図と同一部分は同一の符号で表わし、そ
の説明を省略しである。水返し羽根１０３の側板１０３
ａ　　の外径Ｄ１はブレード１０３ｂの外径Ｄｒよりも
大きく形成されている。また、羽根車２の出口から環状
流路７までの距離Ｌ１は従来機の距離ＬＯ（第９図）よ
りも大きくしである。従って、羽根車２の出口から水返
し羽根１０３の半径方向の先端までの出口流路６は従来
機のものよりも長く形成される。なお、ブレード１０３
ｂの外径は軸方向に一定の場合だけでなく破線で示すよ
うに傾斜して、側板１０３Ｃ側の羽根部分は逆にブレー
ド１０３ｂの外径の方が側板１０３＆の外径よりも大き
くてもよい。

次にその作用を述べる。

図示してない駆動装置によって回転軸１を回転させると
、該回転軸１に固定されている複数個の羽根車２が同時
に回転し、流体はエネルギーを与えられ羽根車の出口流
路６、環状流路７、水返し羽根流路８内を矢印１１−＋
１）−４０−＋ｄの方向に流れて次段羽根車内へ流入す
る。この流体の流れがｂからＣに移るとき、低流量域の
運転時には、流体は前述第１０図（ａ）で述べたように
ブレード凹面３１　ｂに衝突し、一部の流体は水返し羽
根内に流入できず外向きの流れｅを形成するが、この流
れｅは側板１０３ａにより叱正されるので流れａに影響
を与えることはない。

このように、水返し羽根１０３を越えて出口流路６内に
逆流がないと出口流路６内の流れａの旋回速度成分は半
径方向にほぼ自由渦形の分布となる。

これによシ出ロ流路６はベーンレスデイフユーザ部とし
て圧力回復機能を十分発揮し、子午面速度Ｖｍと比較し
て周方向速度がＶｕが大きい低流量域では、側板１０３
ａの半径方向への延長による摩擦損失の増加、あるいは
環状流路７から水返し羽根ブレード１０３ｂの入口にか
けての曲シ損失、流路の拡大損失の増加よりも大きな圧
力回復が得られるためポンプ全揚程は増加する。

この実験結果を第２図に示す。図はポンプの吐出し量Ｑ
と全揚程Ｈとの関係を示すもので、図の実線２００は水
返し羽根の側板１０３ａの外径Ｄｌを適度に大きくした
場合、破線３００はケーシング４の壁面４２近くまで大
きくした場合を示す。また、鎖線４００は従来機の水返
し羽根の場合の性能である。

図から明らかなように、本実施例では、設計点Ｐよりも
吐出しｆｌＱが少ない低流量域では吐出し量Ｑが少なく
なるにしたがって全揚程Ｈが増加している。＃に締切点
での全揚程は水返し羽根の側板外径に比例して大きくな
ることがわかる。また、ピトー管などによる羽根車２の
出口後の流体流れの測定結果では、羽根車２の出口流路
６から環状流路７内までの流れは、羽根車２の回転方向
の旋回流れと羽根車２から流出した外向き流れの組合わ
せの比較的安定した流れであることを確認している。ま
た、この流れは羽根車２の出口後の流路幅が出口幅と比
較して著しく広くなると、羽根車２の出口後の流路の両
端でケーシングから内向きに向う２次流れが増大するも
ののパターンは変化せず比較的少ない損失で静圧を回復
しておシ、こノ流しバベーンレスデイフユーザ内の流れ
に近いことも確認した。

次に環状流路７内においては、流れは低流量域で周方向
に著しく非一様となる。すなわち、低流量域では半径方
向内向き成分と比較して周方向成分の大きい流れが水返
し羽根に流入するため、流れは水返し羽根の羽根圧力側
面側に衝突し、その一部は水返し羽根内に流入すること
ができずに半径方向と軸方向に逆流して羽根の外側を回
り込む流れとなる。しかし、側板１０３＆の外径Ｄ１が
水返し羽根ブレード１０３ｂの外径Ｄｒより大きく形成
されているので、逆流はなく正流を乱すことはない。

上記したように、不実施例によれば羽根車２のの出口流
路６と水返し羽根流路８とを隔離する水返し羽根１０３
の側板１０３ａの外径Ｄｉをブレード１０３ｂの外径Ｄ
ｒよりも大きくしたので、羽根車２から環状流路７まで
の区間が長くなシ、更に水返し羽根ブレード１０３ｂの
入口流れとブレード１０３ｂとの不一致によシ生ずる逆
流の影響を受けない。従って、羽根車２の出口流路６を
ベーンレスデイフユーザ部として十分な機能を発揮させ
ることができるため、特に周方向の流速が大きくなる低
流量域での全揚程が増加し、安価で高性能なポンプを提
供することができる。更に水返し羽根の側板外径を大き
くして、環状流路７内における子午面流速を他の静止流
路よ）速くなるように構成した場合には、水返し羽根２
の側板部分のみの変更で吐出ｔ１比速度の異なる羽根車
に対しても好適な水返し羽根を形成することができる。

これによシ、仕様に応じて種々の羽根車を使い分けるこ
とができるので、低価格が要求される汎用ポンプ用とし
て好適である。

第３図は他の実施例を示すものである。羽根車Ｉは鋼板
をプレス成型した羽根車部材四、ハおよび複数枚の羽根
田とを溶接などによシ接続固定されるとともに、回転軸
ｌに挿入されるボス２１とも溶接固定されて一体に形成
されている。また、水返し羽根刃も鋼板をプレス成型し
た側板３０３ａ、３０３ｃ　、ブレード３０３ｂおよび
筒３０２を溶接固定して形成されている。この実施例に
よれば鋼板の肉厚は鋳造品と比較して薄くできるため軽
量化がはかれる。一方、羽根車間の上流側、下流側のそ
れぞれの水返し羽根間の側板３０３ｍ、３０３ｃおよび
ケーシング４によシ形成される出口流路６は広く形成さ
れるので、図示ｇのように２次流れが形成されるが、羽
根車出口付近では流れａに沿って流れるため、第１０図
に示す逆流ｆのように主流ａの流れを乱すことはない。

第４図、第５図は更に実施例を示すものである。

これは共に水返し羽根の側板とケーシングを調板溶接構
造として一体化したものである。すなわち、第４図は側
板４０３ｃをその段のケーシング４５と一体化し、第５
図は側板４０３ｅと次段のケーシング４６とを一体化し
た例である。この例によれば構造は更に簡単になり軽量
化がはかれる。また、側板３０３ａは第６図に示すよう
に楕円形状としており、短径Ｄｄは水返し羽根の羽根外
径Ｄｒとほぼ同寸法である。また、この例ではケーシン
グ４５．４６を鋼板薄板で構成しているため、各ケーシ
ング段間のシール部９は小形ポンプの場合には構造的に
水返し羽根の羽根外径近くとなり、シール部９の内径Ｄ
８が側板３０３　ｍの外径Ｄｉよシ小さくなる場合があ
る。このような場合においても、上記のように側板を楕
円状に形成すれば側板をブレードの外径よりも大きくす
ることができる。すなわち、第４図の場合には側板３０
３ａとブレード３０３ｂとの溶接時に側板３０３＆の長
径Ｄａ方向を回転軸に対して傾けることにより組込みが
可能である。また、第５図の場合には各段の組立て時に
前述と同じ方法で組込むことができる。また側板３０３
ａは第７図に示すように円板の両端を切取った形状にす
ることも可能であシ、要するに第６図のＤｄに相当する
部分が水返し羽根の羽根外径Ｄｒ程度となる形状であれ
ば前述の場合と同様に組立てが可能である。そして、第
６図、第７図に示したような側板形状の場合には短径部
が図の左右に位置するように配設することが望ましい。

このように配置すれば側板の一部に水返し羽根のブレー
ド外径とほぼ等しい個所がある場合でも水返し羽根の入
口で羽根を回シ込む逆流とは離れた位置となるため、逆
流が羽根車の出口流れと干渉することはなく、高性能が
得られる。

第８図は更に他の実施例を示すものである。

１０は締付バンドでケーシング４６の外側を締付けるよ
うにしてボルトで固定している。また、環状流路７の流
路面積Ａ７を羽根草加の出口流路６の流路面積Ａ６およ
び水返し羽根の羽根３０３ｂの入口面積Ａｒよりも小さ
くなるように側板３０３ｍの外径Ｄ１を設定している。

ここで、Ａ６＝πＤ１・Ｂｉ Ａ７＝π／　４　（Ｄ”ｍ　−Ｄ’ｉ　）Ａｒ＝Ｂ　　
−Ｂｂ　　−Ｚｒ Ｚｒは水返し羽根の羽根数 Ｂ１は側板３０３ａと４０３ａ間の羽根車出口部の幅 Ｂは水返し羽根部の軸方向幅 Ｂｂは水返し羽根の入口部のブレード間幅上記したよう
に、本発明の多段ポンプは側板を延長しているので子午
面流路は環状流路７のところで最も速くなる。従って、
従来のベーンレスデイフユーザ付ポンプの場合の羽根車
出口流路、あるいは案内羽根のない多段ポンプの場合の
水返し羽根入口流路の代りに、静止流路の中では環状流
路がポンプ性能に支配的な個所となり、環状流路７の面
積Ａ７を変更することにより、ポンプの’ｉｉＪ’性曲
線を変更することが可能となる。この結果、設計流量あ
るいは組合わせて使用する羽根車に応じた設計変更個所
は水返し羽根の側板外径のみでよくなるため、鋳造、鋼
板溶接のいずれの製作方法で製作する場合でも、水返し
羽根のブレードなどの主要部品を共用化することが可能
となり、羽根車毎に案内羽根あるいは水返し羽根全体を
設計する従来のポンプと比較して大幅な原価低減が可能
となる。

以上詳細に説明したように、これらの実施例によれば羽
根車の出口流路と水返し羽根流路とを隔離する水返し羽
根の側板の外径を水返し羽根のブレードの外径よジも大
さくしたので、羽根車出口から環状流路までの区間が長
くなり、更に水返し羽根の入口での流体流入角度と羽根
角度との不一致によシ生ずる逆流の影響を受けないよう
にできる。従って、羽根車の出口流路をべ弐ンレスディ
フユーザ部として十分な機能を発揮させることができる
。特に周方向流速が相対的に大きくなる低流量域の全揚
程が増加し、安価で高性能な多段ポンプを提供すること
ができる。更に水返し羽根の側板の外径を大゛きくして
、環状流路における子午面流速を他の静止流路よりも速
くなるように構成すれば水返し羽根の側板の外径のみの
変更で吐出量、比速度の異なる羽根車に対しても好適な
水返し羽根を形成することができるため、仕様に応じて
種々の羽根車を使い分け、かつ低価格が要求される汎用
ポンプに適用することができる。

〔発明の効果〕

不発明によれば、流体の逆流の影響がないので、低流量
域での全揚程が増加する。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発明の一実施例の多段ポンプの主要部の断面
図、第２図は特性曲線図、第３図は他の実施例の多段ポ
ンプの主要部の断面図、第４図、第５図は水返し羽根の
断面図、第６図、第７図は水返し羽根の平面図、第８図
（ａｌは更に他の実施例の多段ポンプの主要部の断面図
、第８図（ｂｌは水返し羽根の平面図、第９図は従来機
の多段ポンプの主要部の断面図、第１０図（ａｌ　（ｂ
ｌは従来機の水返し羽根の場合の流れ展開図である。 １・・・回転軸、２・・・羽根車、４・・・ケーシング
、５・・・マウスリング、６・・・出口流路、７・・・
環状流路、８・・・水返し羽根流路、９・・・段間シー
ル部、１０・・・締付バンド、１０３ａ〜１０３ｃ・・
・水返し羽根、１０３ａ。 １０３ｃ・・・側板、１０３ｂ・・・ブレード。 代理人　弁理士　　秋　季　正　実 ／ ７０づり、１０：５Ｃ 側板 ／θ５ｂ・・−フ”し−Ｆ 見づに １−回転軸 ２θ 羽狼参 ４−ケージ〉７ 二５０−・フ遂乙：ｐ１７７ｋ。 拓２因 ２ρ６ づθθ、・−神ｑヒ旦月の李シた」紅ヂ乾４θθ 凝処機の４＋性凹代 ｔ４Ｊ ケージ：、−γ ｖｏｊａ、３θｊご 便ｊ佼 ｊθ５ｂ・＝　フ“し−ト 第８２Ｃノ） 発 フ 凶 １−　匣ｖｔ岸由　２−コ）Ｂリ−ｊ−ｙＶｉＬ１手有
ｋ　　）ｔｌ、５ｃ４−ケーンンγ　５−マウスリング
　６−　　ヒロ斌Ｊ６８−リｂζヒ塘しＲシ タリ４７　　づｂ−フ゛ムード ７−Ｊｉ状ｉ発 め１０口（α） 第！θ目Ｃノ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケーシング内に羽根車を複数段配列し、各段の羽根
   車の間に、流体が外周から内周に向かつて流れるように
   案内する水返し羽根を設け、上記の水返し羽根は１対の
   平行な側板の間に複数枚のブレードを設けたものである
   多段ポンプにおいて、 前記１対の側板の内、「上流側の羽根車に対向する側板
   の外径」を、「該側板とブレードとの接合部の外径」よ
   りも大きくしたことを特徴とする多段ポンプ。 ２、側板の形状が楕円状であつて、楕円の短径を水返し
   羽根ブレードの外径とほぼ等しくしたものである特許請
   求の範囲第１項記載の多段ポンプ。 ３、楕円状側板の短径部を水返し羽根ブレードの中央と
   した特許請求の範囲第２項記載の多段ポンプ。 ４、ケーシングの内径と側板の外径との間に形成される
   環状の流路面積を、羽根車出口後の流路面積および水返
   し羽根入口面積よりも小さくした特許請求の範囲第１項
   記載の多段ポンプ。 ５、羽根車および水返し羽根が鋼板プレス成型されたも
   のである特許請求の範囲第１項記載の多段ポンプ。 ６、ケーシングと水返し羽根の側板とが鋼板溶接にて一
   体化されたものである特許請求の範囲第１項記載の多段
   ポンプ。