JPH0275795A - 遠心ポンプ - 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、遠心ポンプに関するものであり、さらに詳し
くいえば、真っすぐに半径方向に伸びる羽根のついた羽
根車を備えた遠心ポンプに関するものである。この形式
の羽根車は、比較的小さい流量と高い揚程の汲上げ液を
必要とする用途において用いられる。

〔従来の技術〕

ソ連特許第９１８５６０号は、短い羽根によって分離さ
れた一連の長い羽根を備えた多数の半径方向に伸びる羽
根を有する半開放設計の遠心ポンプ羽根車を開示してい
る。短い羽根は、いくつかの異なるパターンで配列され
ている。この特許は、短い羽根の間の通路の断面積をそ
の長さ全体にわたって一定にする平行壁をそのような通
路に与えるように短い羽根にテーパをつけている。一般
に、本発明は、ポンプ通路をその長さに沿って一定断面
積にする概念を含まないが、これは、本発明で用いられ
る形式のポンプ羽根車である。

真っすぐな径向き羽根を完全密閉設計で、すなわち羽根
車の両面に側板金つけて作ることは、通常は、実際的で
ないが、その理由は、ポンプ通路が非常に小さくて、そ
れらを金属鋳造工程で作るのが困難になるからである。

一方、この形式の羽根構成を完全開放設計で作ることは
、短い羽根を支えるものが何もなく、長い羽根が弱くな
りすぎて動作中にかかる応力に耐えることができないか
ら実際的でない。従って、この形式の羽根車の設計者は
、普通は、半開放形で、すなわち、普通はハブ面である
片面にだけ側板金つけて羽根車を設計する。羽根車を半
開放形で設計することは、羽根車を鋳造し、汲み出され
る材料が羽根車通路を詰まらせる可能性のあるデプｌＪ
’を含む場合に、通路を使用中きれいに保つことをより
容易にする。

半開放設計のポンプ羽根車に関する一つの主な問題は、
汲み出した流体の圧力が羽根車のための軸受装置に望ま
しくないほど高い荷重をかける高い軸方向推力を羽根車
に加えることである。従来の設計者は、半開放設計の羽
根車にかかる軸方向推力を側板の外側面に加わる圧力を
減らすように圧力つり合わせ穴を側板につけることによ
って小さくした。つり合わせ穴は、普通は、圧力つり合
わせ穴を回転軸に近づけて置くと一般により有効なので
、羽根車の目の近くに羽根車通路への入口の半径方向に
内方に置かれ、つり合わせ大全通路の中に置くことは羽
根車の水力性能を不当に下げると信じられた。この理由
で、つり合わせ穴が羽根車のポンプ通路に通じているの
が普通である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、半開放設計の径向き羽根を有する改良
ポンプ羽根車を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、半開放設計で圧力つシ合わ
せ穴を配置した径向き羽根を有するポンプ羽根車で、圧
力つり合わせ穴がそのような羽根車の水力性能を同じ設
計のつシ合わせ穴のない羽根車に較べて大きくしたもの
を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、半開放設計の径向き羽根を
有し、圧力つシ合わせ穴を配置したポンプ羽根車であっ
て、前記圧力つり合わせ穴は大きな範囲の直径にわたっ
て直径を段々に小さくして、その直径範囲にわたってポ
ンプにおける水力性能を一様に保ちながら、つり合わせ
穴の一部分に段々に割り込んでそれらの部分をなくすこ
とができることになっているものを提供することである
。

本発明のもう一つの目的は、この形式のポンプにおいて
固有の高い軸方向推力荷重を総合ポンプ性能に悪い影響
をもたらすことなく小さくする半開放設計の径向き羽根
を有するポンプ羽根車を提供することである。

〔実施例〕

図面に示したポンプｌは、遠心ポンプであシ、産業にお
いて、垂直列形ポンプとして知られている。ポンプ１は
ケーシング本体含有するケーシング４、ケーシングカバ
ー６、吸込口通路７およびポンプ１を支持できるパイプ
ライン（図示なし）の離間した端に接続するのに適する
構成の吐出口通路８を備えている。ポンプ１には、ケー
シング本体５に形成され、吸込口通路７および吐出口通
路８に接続されたポンプ室１０の中で回転する遠心ポン
プ羽根車９がある。ポンプ羽根車９は、羽根車９から垂
直上方にケーシングカバー６を貫通して伸びる軸１１の
下端に取付けられ、ケーシングカバー６に取付けられた
シール１３によって囲まれている。

軸１１は、電気部ａｍとして示されている駆動機１５の
一部分であり、駆動機１５は、垂直に下方に伸びる軸１
１を取付けられ、軸１１ｔｌ−囲む取付は端板ｔ７’ｌ
備えている。取付に端板１７は、ポンプのケーシングカ
バー６と駆動機１５との間にある支持枠２０の上に載っ
て支持されている。

支持枠２０には、上リング２２と下リング２３との間に
伸びる数本の垂直脚がある。支持枠２０の下リング２５
は、ポンプ１のケーシングカバー６の上に位置してそれ
にボルト締めされ、上リング２２は、駆動機１５の端板
１７にボルト締めされ、その結果駆動機１５、支持枠２
０およびポンプ１を単一の剛体ユニットに一体化し、軸
１１がポンプケーシング５とシール１５の中で回転しな
がら、軸１１を正しく支持するための駆動機の軸受装置
をポンプが使用できるようにしている。

羽根車は、軸１１の縮小径部分２６を受ける軸方向穴を
含む中央ハブ２５を備え、軸部分２６およびハブ２５の
中の穴にある対応するキー溝にはめられる普通のキー２
７によって軸１１にキー止めされる。羽根車っけ、軸１
１の端にある対応するねじ付き穴にねじ結合されるねじ
付き部材をもった普通のポンプ・インデューサ・スクリ
ュー２８によって軸１１に保持されている。インデュー
サ・スクリュー２８は、吸込み流体が羽根車９に達する
前に吸込み流体に正圧力をかけるために吸込口通路Ｉの
拡大部分の中で回転する。インデューサ・スクリュー２
８は、吸込口通路７にかかる有効吸込ヘッド（ＮＰＳＨ
）が十分な場合に、普通の留め具によって置換えできる
。一般に、前述の構造は、従来からあるもので、そのよ
うな構造が発明の動作に必要な場合を除いては１本発明
のどの部分も形成しない。

羽根車９Ｆｉ、軸線５１の周りに回転し、ハブ２５と一
体でハブ２５から径方向に外方に伸びて羽根車９の軸線
３１から伸びる半径をもつ円形周辺号のついた側板３２
を備えている。第２図を見ると、羽根車の前面５５には
、軸方向に流れる吸込流体が羽根車の前面５５に最初に
出会う中央アイ領域３６および吸込流体が半径方向に外
方に流れるにつれて流体を軸方向から半径方向へ徐々に
方向を変える曲線状輪郭がある。一連の長い羽根５ｇが
羽根車の前面３５に一体に取付けられ、羽根車の軸線の
周りに角度的に同じ間隔で離され、半径線（第２図に９
本示しである）に沿って伸びている。

各長い羽根５８は、アイ領域５６のへシで始まる内側へ
９５９をもち、周辺５３の方へ半径方向に外方に伸びて
いる。各羽根５８の前へ、り１１０は、平らで、それが
直角平面から軸線３１へ半径方向に外方に小さな角度を
なして伸びるにつれて、側板３２の方へ傾けられている
。長い羽根３８のすべての前へ！１ｌｌｌＯは、頂点全
羽根車９の軸線５１上にもち、周辺５５の方へ半径方向
に伸びるにつれて側板う２の方へ末広がシになっている
仮想円錐の表面内にある。

１対の短い羽根３２が各列の隣接の長い羽根３８の間に
羽根車の前面５５に一体に取付けられ、半径線に沿って
伸び、相互および隣接の長い羽根３８から等間隔に離れ
ている。短い羽根１１２の内側へり４３は、長い羽根う
８の内側へり３つから半径方向に外方に十分な距離のと
ころにあって羽根車９の周辺５５まで外方へ伸びている
。短い羽根１＋２の前へ、６ｑｑは、長い羽根３ｇの前
へジヰＯの場合と同じ仮想円錐の表面内にある。長い羽
根および短い羽根の両方の前へすｌＩＯおよびｌ１４’
ｉこのような位置に置く一つの理由は、効率よくポンプ
で汲上げるためにはこれらのへ９がそれらのへ９に隣接
する壁に接近して回転しなければならないことである。

もう一つの理由は、ポンプの羽根車の寸法を変えて同じ
寸法の羽根車鋳造品を異なる寸法のポンプに使用できる
ようにするために平削り（工作機械によって切削）され
るように配置されていることである。本発明Ｉｆｉまた
さらにあとで説明する一連の異なる直径の羽根車９を与
えるために羽根車の周辺５３の機械加工を可能にする。

羽根車っけ、それには単一の側板３２しかないので、半
開放形である。この形の羽根車は、汲上げられた流体の
吐出口圧力が後面ＩＩ６に隣接した空間に流入し、羽根
車の前面３５に加わる圧力が密閉羽根（二つの側板をも
っている）をもった場合と同様な大きさの逆向き力を作
るに十分でないので、羽根車の後面＋４６に大きな推力
を生じさせる。この大きな推力を小さくする一つの方法
は、羽根車９に中央アイ領域３６に隣接して圧力つり合
せ穴４７をつけることである。後面１ｉ６に作用する圧
力流体は、穴１１７ｉ通って流れ、汲み上げられるとき
吸込流体に合流する。アイ領域５６に隣接する穴１１７
の適当な寸法法めと配置によって後面ｌＩ６に作用する
流体の圧力を小さくするのを助けながらポンプの効率を
不当に下がらない。

長い羽根５８を短い羽根ＩＩ２と一緒に用いることによ
って一連の半径方向に向いたポンプ通路５０ができる。

各列の長い羽根５８の間の領域は、セクタ５１として特
徴づけられ、各セクタ５１にある三つの通路をさらに先
通路５０Ａ、中間通路５０Ｂ、および後通路５００に分
割し、これらの名前を第２図および第４図の矢印によっ
て示される羽根車９の回転方向に従って選択した。

本発明は、側板５２の中で側板５２の通路５０と後面１
ｉ６との間に追加の小さな圧力っシ合せ穴５２を置くと
いう概念を含んでいる。これらの穴５２はさらに、圧力
のかかった流体が後面１１６に隣接した空間から流れて
通路５０に汲上げられている流体に合流できるようにし
、後面＋１６に作用する圧力を一層下げ、驚いたことに
、あとで説明するように、ポンプ動作の効率を増大する
。

第２図に見られるように、羽根車っけ、右廻り方向に回
転しており、汲上げた流体がアイ領域に入るとき、流体
が半径方向に外方に押し流され、そのことが羽根車の回
転と共同して流体の右回り渦巻きの合成運動を生じさせ
る。最初に流体は、二つの隣接する長い羽根３８の間の
セクタ５１に入り、第４図に矢印５４によって示されて
いるように、右回シに回転する羽根車に対して左へ渦巻
きし続ける。このようにして生じた流体の渦巻き運動に
よって、流体が後通路５ｏｃに入ｐ１次に、中間通路５
０Ｂに入って、々お少量の流体が先通路５ＯＡに入る。

先通路５ＯＡに流入する流体の量が少ないので、先通路
５ＯＡにある小さなつり合せ穴５２１ｄ、後面１ｉ６に
ある流体が他の二つの通路５０Ｂおよび５０Ｃにあるも
のより先通路５０Ａにある流体の量をより早く、すなわ
ち、アイ領域３６によシ近くで増大させるために、他の
二つの通１５０Ｂおよび５ｏｃＯ中の小さな穴５２より
アイ領域に近づけて置かれる。同様に、中間通路５０Ｂ
Ｋある小さなつυ合せ穴５２は、同じ理由で、すなわち
、穴５２全通って流れる流体が後通路５ｏｃにおけるよ
シ中開通路５０Ｂにおいて早く汲上げだ流体に合流する
ために後通路５ｏｃにある穴５２よりアイ領域５６に近
づけて置かれる。

各セクタ５１に４る小さな圧力つシ合せ穴５２は、さら
に−各通路５０にある穴が通路５１のそのセクタにある
大群にある他の穴５２に較べて軸線５１から異なる距離
にあって、通路５０に沿って等しい間隔をおいて各通路
に置かれている。

このように配置した一つの理由は、羽根車の側板３２の
後面４６にかかる圧力をもつと一様に緩和するために、
各セクタ５１内の羽根車９０半径に一様に沿って圧力つ
り合せ穴を分散させることである。もう一つの理由は、
羽根車周辺５３が後で説明する機械加工によって小さく
されるとき、圧力つり合せ穴５２が後面１１６ｔ−横切
って一様に分散され続けるようにすることである。

小さな圧力つり合せ穴５２のこの配置を定めるのに考慮
に入れるべきもう一つの要因は、羽根車の半径を小さく
するとき周辺５３においている同じ数の圧力つり合せ穴
５２全備えることを必要とすることである。第５図に示
された配置において、各セクタ５１は、周辺５うを縮小
するどの段階でも周辺に一つの小さな穴５２をもってい
る。これは、羽根車９の半径を各セクタ５１におけるア
イ領域う６に最も近い穴５２から始めて大きくするとき
、セクタ５１ごとに一つの穴５２が周辺３３に達するま
ですべての半径において作成される円の上に常にあるこ
とを意味する。

小さな穴５２がまるければ、どの半径においてでも作成
された円の上に１セクタごとに一つの穴を常にもつとい
うこの必要条件にかなうために通路５０の中に図示より
ずっと多い穴が存在することになろう。穴の数が少ない
ことは、穴がまるければ、羽根車の強さへの影響の度合
が少ないことを意味する。実際には、まるい穴を用いる
と羽根車９が危険になり、従って許容できなくなる点ま
で羽根車の強さを弱める可能性がある。このことのすべ
てから、細長い穴を用いることが本発明の特徴の一つで
あることが明らかになる。

まっすぐな半径方向に伸びる羽根をもつ遠心ポンプ羽根
車１１ｔ、通常は６００未満の範囲内にある比較的低い
比速度（下記の比速度に対する式を参照）をもっている
。この比較的低い比速度範囲は、それが高い揚程係数を
生ずることのできる比較的低流量のポンプであり、比較
的低い効率金もっていることを意味する。この形のポン
プは、比較的小量の汲上げ流体全汲上げながら高い揚程
を作ることを必要とする用途で用いられ、効率の高いこ
とが高い優先度でない。ポンプを設計することは１通常
は、ポンプにおいて望まれる異なる特性の間の妥協であ
り、一般に、本願のポンプが適用されるのは、高い揚程
を比較的低いポンプ価格で得ることがもつと重要な考慮
すべきものの一つであるときである。

この明細書の中で用いられる比速度に対する式よよえ＝
　ｌ　Ｏ８Ｎ／Ｑ／鹸い であり、と＼で Ｎ＝羽根車速度：毎分回転数（ｒｐｍ）Ｑ＝流量（−／
順） Ｈ＝揚程（ｍ） である。

本発明のポンプに対する一般的設計パラメータは、次の
ものを含んでいる。

速度　　５５５０ｒｐｍ 流量　　６０．６−１＋７３ｘｌｏ　　ｉｐｍ（１６〜
１２５ｊｌｐｍ）全揚程　７６．２〜２２１１６ｍ（２
５０〜７５０ｆｔ）最大吸込み圧力　　３５．２　Ｋｆ
ｆ／ｃｌＩｔ（５ＣＩＯｐＳｉ　）最大ケーシングワー
ク圧力　５２．６１４ｆ／ｅ肩（７２０ｐｓｉ）インデ
ューサなしＤ有効吸込ヘッド　Ｌ２２〜３．０５ｍ　（
ｕ〜１０　ｒ　ｔ）インデューサつきの有効吸込ヘッド
　０．６０９ｍ（２ｆｔ）ｄ品度　　　−５５，９〜２
６０℃（−６５〜５００ｐ）羽根車直径　　１５．２〜
３α５ｃＷＬ（０−１２ｉ　ｎ　）第５図は、垂直座標
が全展開揚程Ｔｈｍで測定し、水平座標は流量をｒｒ？
／ｍｉｎで測定したグラフである。

曲線５８は小さな圧力つり合わせ穴５２のない羽根車９
に対して一定速度でとったものであり、曲線５つは、小
さな圧力つり合せ穴５２を含む羽根車をもった同じポン
プで同じ一定速度でとったものである。曲線５９が曲線
５＆より高い揚程を同じ流量でもち、小さな圧力つり合
せ穴５２がポンプの揚程容量全総合ポンプ効率を失わず
に大きくすることを示し、これは意外なことであった。

第５図のグラフを作るのに用いられたポンプの仕様は、
各長い羽根が二つの短い羽根を伴っている２７枚の羽根
上もつ５０．５ＣＩ！Ｌ（１２インチ）羽根車を含み、
速度は、５５５０ｒｐｍで、ＮＦＳＨは１２２ｍで、イ
ンデューサを用いず、汲上げた流体は２６７℃の水であ
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って作られた羽根車を含むポンプ
の羽根車の軸に沿ってとったポンプの断面図。 第２図は、第１図の羽根車の表面図、 第５図は一半径方向に伸びる線５−３に沿ってとった第
２図の断面図。 第４図は、第２図の部分拡大図、 第５図は、本発明を用いたポンプと用いないポンプの水
力学的性能曲線の間の差を示すグラフである。 ４−一ケーシング、６−−ケーシングカバー、７一一吸
込ロ通路、８−−吐出口通路、９−一羽根車、１０−−
ポンプ室、１１−一軸、２５−−ハブ、う２−一側板、
５８−一長い羽根、＋１２−一短い羽根、５０−一通路
、ｌＩ７．５２−一圧力つり合せ穴。 ＦＩＧ、　Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸込口と吐出口との間に接続された羽根車室を含む
   遠心ポンプケーシングと、前記ケーシングに取付けられ
   、駆動されるように構成された軸と、前記羽根車室内に
   置かれ、中央ハブを備え、前記ハブで前記軸に取付けら
   れた羽根車と、前記ハブの軸線と軸方向に心の合つた円
   形周辺を有し、前記ハブに固定された円形側板とを備え
   、 前記羽根車が前記側板に固定されかつハブの周りに、等
   間隔に隔置された複数の比較的長い羽根と、半径方向に
   伸びて、各対の長い羽根の間に少なくとも１枚の短い羽
   根が置かれた状態で前記ハブの周りに隔置されている一
   連の短い羽根とを備え、各短い羽根の内側端は、隣接の
   長い羽根の内側端から半径方向に外方に置かれ、各対の
   隣接の長い羽根は、それらの間にハブから半径方向に外
   方に伸び、前記対の隣接の長い羽根の間に形成されて前
   記対の隣接の長い羽根の間に置かれた少なくとも１枚の
   短い羽根によつて少なくとも一方の側面で境界を作られ
   た複数の小通路に流入する単一の通路を形成し、一連の
   圧力つり合せ穴が前記側板の中に置かれ前記通路に通じ
   ていることを特徴とする遠心ポンプ。 ２、大多数の圧力つり合せ穴が小通路に通じていること
   をさらに特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。 ３、前記圧力つり合せ穴の断面が非円形であることをさ
   らに特徴とする請求項２に記載の遠心ポンプ。 ４、前記非円形圧力つり合せ穴の各々の長径が半径方向
   に伸びていることをさらに特徴とする請求項３に記載の
   遠心ポンプ。 ５、前記小通路の各々の中に前記小通路に沿つて半径方
   向に離間した位置に置かれた１列の圧力つり合せ穴があ
   ることをさらに特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ
   。 ６、各通路内の各列になつた前記圧力つり合せ穴は隣接
   穴間の間隔が事実上同じになつて置かれていることをさ
   らに特徴とする請求項５に記載の遠心ポンプ。 ７、前記ポンプは、ポンプ羽根車が所定の方向に回転す
   るように作られ、各対の長い羽根は、前記対の長い羽根
   の間の他の通路に対して前記羽根車の回転方向に関して
   先行する先通路を備え、前記先通路にある圧力つり合せ
   穴の列が前記対の長い羽根の間に置かれた他の通路内の
   圧力つり合せ穴の列より羽根車の軸線に半径方向に近い
   場所で始まることをさらに特徴とする請求項６に記載の
   遠心ポンプ。 ８、前記圧力つり合せ穴は各対の長い羽根の間の一つの
   圧力つり合せ穴だけが羽根車の周辺に通じるようにしな
   がら羽根車の周辺をより小さい直径に機械加工できる配
   置に前記通路に沿つて一様に位置づけされていることを
   特徴とする請求項７に記載の遠心ポンプ。 ９、吸込口と吐出口との間に接続された羽根車室を含む
   遠心ポンプケーシングと、前記ケーシングに取付けられ
   、駆動されるように構成された軸と、前記羽根車室内に
   置かれ、中央ハブを備え、前記ハブで前記軸に取付けら
   れた羽根車と、前記ハブの軸線と軸方向に心の合つた円
   形周辺を有し、前記ハブに固定された円形側板とを備え
   、 前記羽根車が前記側板に固定されかつハブ の周りに、等間隔に隔置された複数の比較的長い羽根と
   、半径方向に伸びて、各対の長い羽根の間に少なくとも
   ２枚の短い羽根が置かれた状態で前記ハブの周りに間隔
   をあけている一連の短い羽根とを備え、各短い羽根の内
   側端は、隣接の長い羽根の内側端から半径方向に外方に
   置かれ、各対の隣接の長い羽根は、それらの間にハブか
   ら半径方向に外方に伸び、前記対の隣接の長い羽根の間
   に形成されて前記対の隣接の長い羽根の間に置かれた少
   なくとも１枚の短い羽根によつて少なくとも一方の側面
   で境界を作られた３本の小通路に流入する単一の通路を
   形成し、一連の圧力つり合せ穴が前記側板の中に置かれ
   前記通路に通じていることを特徴とする遠心ポンプ。