(57)【要約】  遠心ポンプ用羽根車は、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を備える。一枚羽根の前縁の巻角を０としかつ後縁の巻角を１としたときの、当該一枚羽根の巻角の増大に対する、一枚羽根の圧力面の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値となると共に、一枚羽根の巻角の増大に対する、一枚羽根の翼型中心線の、羽根車中心からの半径の増分が、前記所定の巻角範囲において負の値となる。
2014049665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を備え、
前記一枚羽根の前縁の巻角を０としかつ後縁の巻角を１としたときの、当該一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の圧力面の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値となると共に、
前記一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の翼型中心線の、羽根車中心からの半径の増分が、前記所定の巻角範囲において負の値となる遠心ポンプ用羽根車。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心ポンプ用羽根車において、
前記圧力面の半径の増分、及び、翼型中心線の半径の増分はそれぞれ、０．３に相当する巻角位置において負の値になる遠心ポンプ用羽根車。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の遠心ポンプ用羽根車において、
前記圧力面の半径は、０．４以上０．６以下に相当する巻角範囲内で極小値になる遠心ポンプ用羽根車。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の遠心ポンプ用羽根車において、
前記圧力面の半径は、０以上０．２以下に相当する巻角範囲内で極大値になる遠心ポンプ用羽根車。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の遠心ポンプ用羽根車において、
前記一枚羽根の翼厚は、０．３に相当する巻角位置よりも前縁側で最大になる遠心ポンプ用羽根車。
【請求項６】
羽根車と、当該羽根車を駆動する駆動源と、を備え、
前記羽根車は、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を有し、
前記一枚羽根の前縁の巻角を０としかつ後縁の巻角を１としたときの、当該一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の圧力面の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値となると共に、
前記一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の翼型中心線の、羽根車中心からの半径の増分が、前記所定の巻角範囲において負の値となる遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、遠心ポンプ用羽根車及び遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、汚水等の搬送に好適な遠心ポンプ用の羽根車として、一枚羽根を有する羽根車が知られている。一枚羽根を有する羽根車は、夾雑物等の固形物を含んだ汚水等においても詰まりが生じ難いという利点がある。しかしながら、一枚羽根の羽根車は、回転中心軸に対して非回転対称な形状になる。このため、一枚羽根の羽根車は、静的アンバランス及び動的アンバランスが大きくなりやすい（尚、以下においては、静的アンバランス及び動的アンバランスを総称して機械的アンバランスという場合がある）。【０００３】
特許文献１には、３６０°以上の巻角に設定された一枚羽根を有する遠心ポンプ用羽根車において、一枚羽根の翼厚を適宜調整することによって、羽根車の静的アンバランスを小さくすることが記載されている。【０００４】
一方、特許文献２には、羽根車のバランシングに係る技術ではないが、一枚羽根を有する遠心ポンプ用羽根車において、６０〜１５０°から１８０°の巻角範囲においては、圧力面の翼角（翼の表面の接線とその表面における羽根車と同心円の接線との間の角度）を０°に設定することが記載されている。この羽根車は、圧力面側に生じる逆流領域を小さくして、ポンプ効率を向上させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５０−４０３号公報
【特許文献２】特開平１１−６４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載しているように、羽根車の静的アンバランスを小さくしたとしても、偶アンバランスによって動的アンバランスが現れる場合がある。特に通過粒径（流路を通過することができる球の最大直径）を拡大するために、一枚羽根の巻角を３６０°未満に設定し、それによって羽根出口をできるだけ大きくしたような羽根車では、周方向の一部領域には羽根が形成されないため、静的アンバランスが大きくなると共に、動的アンバランスも大きくなり、それらを小さくすることは一般的に困難である。【０００７】
また、例えば特許文献１、２に記載されているような前面シュラウド及び後面シュラウドの双方を設けたクローズド型の羽根車では、一枚羽根の巻角が３６０°未満であっても、前面及び後面シュラウドの少なくとも一方に肉盛りや肉抜きをしたり、錘を取り付けたりすることによって、静的及び動的アンバランスを小さくすることが可能である。しかしながら、錘等を取り付けることは、羽根車の重量を増加させるという別の不都合を招く。また、シュラウドに肉盛りや肉抜きを設けることは、その表面を極端な凹凸形状にしてしまい、羽根車が液中で回転するときに余分な仕事をするという流体的な悪影響を羽根車に与え、羽根車の性能を低下させる場合がある。このことは、ポンプの動力を増加させるといった問題も招く。さらに、後面シュラウドのみを設けたセミオープン型の羽根車においては、前面シュラウドが存在しないから、前述したクローズド型の羽根車についてのバランシング手法を、そのまま適用することはできない。【０００８】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、一枚羽根を有する遠心ポンプ用羽根車において、羽根車の性能低下を抑えつつ、機械的アンバランスを小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来、こうした遠心ポンプ用羽根車の一枚羽根の設計において、所望のポンプ特性を実現するには、一枚羽根の圧力面の、羽根車中心からの半径、及び、羽根の翼型中心線（圧力面と負圧面との中点を羽根の前縁から後縁まで結んだ線）の、羽根車中心からの半径のそれぞれを、巻角が増大するに従って一様に増大させる（少なくとも減少させない）ことが技術常識であった。つまり、羽根車の一枚羽根は、巻角が増大するに従って、羽根車の径方向の内方から外方に向かって一様に延びていくべきであり、羽根の前縁から後縁に至る途中の部分が径方向の外方から内方に変位するような羽根形状は、連続的な形状ではないから、ポンプ特性を大幅に悪化させると考えられていた。【００１０】
これに対し、本願発明者等が検討したところ、羽根車の一枚羽根は、巻角の増大に対して、羽根車の径方向の内方から外方に向かって一様に延びずに、途中の部分が径方向の外方から内方に変位するような羽根形状であっても、所望のポンプ特性を確保し得ることが判明した。その一方で、一枚羽根の前縁から後縁に至るまでの途中において、羽根の位置を径方向の外方から内方に変位するようにしたときには、羽根車の重心が中心側にずれると共に、羽根車の回転時には、当該部分に働く遠心力が小さくなる。このことは、３６０°未満の巻角に設定される一枚羽根を備えた羽根車の静的アンバランス及び動的アンバランスのそれぞれを小さくする上で有利に活用することができる。【００１１】
ここに開示する技術は、従来の技術常識に反して、一枚羽根の形状を、その巻角の増大に対して、圧力面の半径が減少する部分を有すると共に、羽根の翼形中心線の半径も減少する部分を有する形状とすることによって、所望のポンプ特性を達成しつつ、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を備える羽根車の機械的アンバランスを小さくするようにしたものである。【００１２】
具体的にここに開示する技術は、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を備える遠心ポンプ用羽根車に係る。【００１３】
この羽根車は、前記一枚羽根の前縁の巻角を０としかつ後縁の巻角を１としたときの、当該一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の圧力面の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値となると共に、前記一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の翼型中心線の、羽根車中心からの半径の増分が、前記所定の巻角範囲において負の値となる。【００１４】
この構成の一枚羽根は、巻角の増大に対して、圧力面の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値になる。これによって、圧力面の径方向位置は、一枚羽根の前縁から後縁に至るまでの間で一様に増大せず、所定の巻角範囲において径方向の外方から内方へと変位する。つまり、所定の巻角範囲における圧力面の径方向位置は、その巻角範囲よりも前縁側における圧力面の径方向位置よりも相対的に、径方向の内方に位置する。【００１５】
また、前記構成の一枚羽根は、巻角の増大に対して、翼型中心線の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値になる。つまり、翼型中心線の径方向位置もまた、一枚羽根の前縁から後縁に至るまでの間で一様に増大せず、前記と同じ所定の巻角範囲において、径方向の外方から内方へと変位する。これによって、所定の巻角範囲における翼型中心線の径方向位置は、その巻角範囲よりも前縁側における翼型中心線の径方向位置よりも相対的に、径方向の内方に位置する。【００１６】
このような圧力面の径方向位置に関する規定、及び、翼型中心線の径方向位置に関する規定によって、前記構成の一枚羽根は、その前縁から後縁に至るまでの途中において、前縁側における羽根の径方向位置よりも相対的に、径方向の内方に位置する部分（以下、内方変位部分）を有することになる。つまり、翼型中心線は、一枚羽根の質量位置を代表するパラメータということができるため、羽根車の機械的アンバランスに関しては、羽根の位置を表すことになり得る。【００１７】
内方変位部分は、その部分の質量位置が羽根車の中心側にずれるから、羽根車の重心の調整に用いることができる。つまり、静的アンバランスを小さくする上で有利に活用することができる。また、内方変位部分は、羽根車が回転したときに当該部分に働く遠心力を小さくし、その遠心力は、羽根車のシュラウドに対して軸方向にずれて作用するため、動的アンバランスを小さくする上でも有利に活用することができる。【００１８】
さらに、圧力面の径方向位置が径方向の内方に位置することに伴い、内方変位部分における羽根の翼厚を相対的に薄くすれば、その部分の質量が減るから、前述した静的アンバランス及び動的アンバランスを小さくする効果を、より一層有効に発揮することができる。つまり、羽根車の機械的アンバランスがさらに小さくなり得る。【００１９】
前記構成の羽根車は、一枚羽根の巻角が３６０°未満に設定されているため、羽根出口が大きくなって通過粒径が大に設定される一方で、羽根車における周方向の一部領域（つまり、羽根出口に対応する領域）には羽根が存在しないため、静的アンバランス及び動的アンバランスが大きくなる。しかしながら、前述したように一枚羽根の圧力面及び翼型中心線を規定することによって内方変位部分を設けることは、羽根車の機械的アンバランスを小さくし、その結果、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を有する羽根車において、所定レベルの機械的バランスを達成し得る。【００２０】
一方で、一枚羽根の前縁から後縁までの間の途中に内方変位部分を設けたとしても、前述したように、ポンプ特性の悪化は抑制されるから、所望のポンプ特性が確保される。【００２１】
また、前記の構成は、一枚羽根の形状を工夫することによって、機械的アンバランスを小さくするようにしているから、例えばシュラウドに肉盛りや錘を取り付けるという従来のバランシング手法とは異なり、液中で羽根車が回転したときに、流体的な悪影響が羽根車に与えられることが回避される。さらに、バランシングにシュラウドを利用しないことは、後面シュラウドのみを有するセミオープン型の羽根車に適している。この技術はまた、前面及び後面シュラウドを有するクローズド型の羽根車に適用することも可能である。尚、セミオープン型の羽根車及びクローズド型の羽根車において、前記の構成に加えて、シュラウドに肉盛り及び肉抜きを設けたり、錘を取り付けたりすることも可能である。こうすることでさらに高いレベルの機械的バランスが達成し得る。また、前述の通り、一枚羽根の形状の工夫により機械的アンバランスを小さくした上で、液中での回転時に羽根車に作用する流体力を相殺するためのアンバランス質量を、シュラウドに設けることも可能である。【００２２】
前記圧力面の半径の増分、及び、翼型中心線の半径の増分はそれぞれ、０．３に相当する巻角位置において負の値になる、としてもよい。【００２３】
この構成は、本願発明者らが、機械的アンバランスの釣り合いと所望のポンプ特性の実現とを両立し得る様々な羽根車を設計した結果として得られた、一枚羽根の最適形状に係る。つまり、一枚羽根において０．３よりも巻角が小さい領域、言い換えると一枚羽根の前縁付近においては、圧力面の半径及び翼型中心線の半径が極大値になるようにするのに対し、一枚羽根において０．３よりも巻角が大きい領域、言い換えると一枚羽根の中間部分においては、圧力面の半径及び翼型中心線の半径が極小値になるようにすることが好ましい。こうすることで、０．３に相当する巻角位置においては、圧力面の半径の増分、及び、翼型中心線の半径の増分はそれぞれ負の値になる、
前記圧力面の半径は、０．４以上０．６以下に相当する巻角範囲内で極小値になる、としてもよい。【００２４】
０．４〜０．６の巻角範囲は、一枚羽根の前縁と後縁とのおおよそ中央部に相当するが、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を備えた羽根車においては、羽根車中心を挟んで、羽根出口とは逆側の領域に概ね相当する。つまり、羽根車の周方向において、羽根が存在せずに質量が相対的に小さくなる領域に対し、羽根車中心を挟んだ逆側の領域では、圧力面の半径を極小値にする。このことによって、当該逆側の領域における一枚羽根の位置は径方向の内方に位置すると共に、翼厚が比較的薄くなって質量を小さくし得る。その結果、羽根車の静的アンバランス及び動的アンバランスを小さくする上で有利になる。【００２５】
また、圧力面の半径を極小値とした巻角位置よりも後縁側では、圧力面の半径を、巻角の増大に対して一様に増大させればよい。こうすることで、一枚羽根の後縁側は、揚程及びポンプ効率の向上に有利になり、前述した内方変位部分を設けたとしても、所望のポンプ特性を達成することが可能になる。【００２６】
前記圧力面の半径は、０以上０．２以下に相当する巻角範囲内で極大値になる、としてもよい。尚、０に相当する巻角位置は、一枚羽根の前縁位置に対応し、その前縁位置における圧力面の半径が極大値になることは、負圧面の半径の増分がマイナスにならない限り、圧力面と負圧面とが羽根の前縁位置において互いにつながらずに、離れているような羽根形状であることを意味する。【００２７】
圧力面の半径を、一枚羽根の前縁又は前縁付近において極大とすることは、当該部分における翼厚を分厚くして、その質量を大きくする。３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を有する羽根車において、羽根の前縁付近は、羽根が存在しない羽根出口に隣接した領域となる。従って、前縁付近の質量を増やすことは、羽根車の機械的アンバランスを小さくする上で有利になる。【００２８】
尚、羽根車の羽根出口に隣接する領域の質量を増大する上では、一枚羽根の後縁付近の翼厚を分厚くすることも考えられるが、そうしてしまうと、羽根出口を狭くすることになり得る。すなわち、圧力面の半径を、一枚羽根の前縁付近において極大にすることは、通過粒径を大に設定しつつも、羽根車の機械的アンバランスを小さくし得る。【００２９】
前記一枚羽根の翼厚は、０．３に相当する巻角位置よりも前縁側で最大になる、としてもよい。【００３０】
前述の通り、前縁付近の翼厚を分厚くすることは、通過粒径を大に設定しつつ、羽根車の機械的アンバランスを小さくする上で有利になる。【００３１】
ここに開示する別の技術は、羽根車と、前記羽根車を駆動する駆動源とを備えた遠心ポンプに係る。【００３２】
この遠心ポンプにおいて、前記羽根車は、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を有し、前記一枚羽根の前縁の巻角を０としかつ後縁の巻角を１としたときの、当該一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の圧力面の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値となると共に、前記一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の翼型中心線の、羽根車中心からの半径の増分が、前記所定の巻角範囲において負の値となる
前述したように、この構成の羽根車は、機械的アンバランスが小さいため、遠心ポンプに取り付けた際には、所望のポンプ特性を確保しながら、ポンプの振動及び騒音の低減が図られる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、前記の遠心ポンプ用羽根車によると、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を備える遠心ポンプ用羽根車として、性能低下を抑えつつも、機械的アンバランスが小さくなる。このため、この遠心ポンプ用羽根車を備えた遠心ポンプによると、所望のポンプ特性を確保しながら、ポンプの振動及び騒音が低減し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、遠心ポンプの縦断面図である。
【図２】図２は、遠心ポンプ用羽根車を後面シュラウド側から視た斜視図である。
【図３】図３は、遠心ポンプ用羽根車を羽根側から視た斜視図である。
【図４】図４は、遠心ポンプ用羽根車の側面図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図６は、実施例に係る羽根車の、巻角と圧力面の半径との関係を示す図である。
【図７】図７は、実施例に係る羽根車の、巻角と翼型中心線の半径との関係を示す図である。
【図８】図８は、実施例の羽根車の羽根形状と、従来例の羽根車の羽根形状とを比較する図である。
【図９】図９は、図８に示す実施例の羽根車と比較例の羽根車とのそれぞれについて、巻角と圧力面の半径との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、図８に示す実施例の羽根車と比較例の羽根車とのそれぞれについて巻角と翼型中心線の半径との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例の羽根車を取り付けた遠心ポンプと、比較例の羽根車を取り付けた遠心ポンプとのポンプ特性を比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、遠心ポンプ用羽根車及び遠心ポンプを図面に基づいて説明する。尚、以下の実施形態の説明は、例示である。図１は、遠心ポンプ用羽根車２を備えた遠心ポンプ１を示している。この遠心ポンプ１は、汚水処理用の水中ポンプである。遠心ポンプ１は、羽根車２と、羽根車２を覆うケーシング１１と、羽根車２を回転させる密閉型の水中モータ１２とを備えている。
【００３６】
水中モータ１２は、ステータ１３及びロータ１４からなるモータ１５と、モータ１５を覆うモータケーシング１６とを備えている。モータ１５の駆動軸１７は、ロータ１４の中心に固定されている。上部軸受１８及び下部軸受１９は、上下方向に延びる駆動軸１７を回転自在に支持する。駆動軸１７の下端部には、羽根車２が取り付けられている。駆動軸１７は、モータ１５の回転駆動力を羽根車２に伝達する。
【００３７】
ケーシング１１は、その内部に、羽根車２を覆う渦形室１１０を有している。渦形室１１０は、横断面視で半円状に湾曲した側壁によって区画されている。吸込口１１１が、ケーシング１１の下端に形成されている。一方、吐出部１１２は、ケーシング１１の側部から側方に突出するように、ケーシング１１と一体に形成されている。吐出部１１２は、渦形室１１０に連通していると共に、側方に向かって開口する吐出口１１３を有している。
【００３８】
羽根車２は、図２〜５に示すように、セミオープンタイプの羽根車である。つまり、この羽根車２は、略円盤形状に形成された後面シュラウド２１と、この後面シュラウド２１に立設する一枚羽根（以下、単に羽根という場合がある）２２とを有している。シュラウド２１は、その中心位置にハブ２３を有している。駆動軸１７の下端部は、このハブ２３に内挿されて固定される。羽根車２は、モータ１５によって回転駆動されることにより、吸込口１１１を通じて水を吸い込むと共に、吐出部１１２の吐出口１１３を通じて、水を吐き出す。
【００３９】
羽根２２は、後面シュラウド２１のシュラウド面２１０に対して鉛直となるように、後面シュラウド２１に立設している。羽根２２は、図３、５に示すように、羽根車２の径方向内方から外方に向かって、おおよそ渦巻状となるように配設されており、その後縁は、羽根車２（言い換えると後面シュラウド２１）の外周縁付近に位置している。羽根２２の巻角は、３６０°未満に設定されており、これによって、羽根車２の周方向領域において、羽根２２が形成されていない羽根出口２４は、比較的大きい幅Ｃに設定されている。また、羽根２２の高さｂも、羽根出口２４の幅Ｃと同様に、比較的高く設定されており（図４参照）、これによって、この羽根車２は、比較的大きい通過粒径を確保している。
【００４０】
次に、図５と、図６、７とを参照しながら、羽根車２が備える一枚羽根２２の形状について詳細に説明する。図６は、一枚羽根２２の圧力面２２１の形状特性を示す図であり、一枚羽根２２の巻角を、前縁から後縁までの全体角度で無次元化したパラメータ、言い換えると一枚羽根の巻角位置に係る「巻角パラメータ」を横軸とし、一枚羽根２２の圧力面２２１の、羽根車中心からの半径ｒｐ（図５も参照）を、圧力面２２１の最大半径で無次元化したパラメータ、言い換えると圧力面２２１の形状に係る「圧力面パラメータ」を縦軸としている。圧力面パラメータは、最大が１．０となる。巻角パラメータは最小が０．０（つまり前縁）で、最大が１．０（つまり後縁）となる（図５も参照。尚、図５に示す０、０．２〜０．６、１の各数値は巻角パラメータを示している）。
【００４１】
図７は、一枚羽根２２の翼型中心線、つまり、図５に破線で示すように、圧力面２２１と負圧面２２２との中点を前縁から後縁まで結んだ線の形状特性を示す図である。図７は、図６と同様に巻角パラメータを横軸とし、一枚羽根２２の翼型中心線の、羽根車中心からの半径ｒｍ（図５も参照）を、当該翼型中心線の最大半径で無次元化した中心線パラメータを縦軸としている。中心線パラメータは、最大が１．０となる。
【００４２】
図６、７における実施例Ａ〜実施例Ｄは、羽根２２の高さｂ及び羽根出口２４の幅Ｃを共に一定にすることによって通過粒径を一定にしつつも、その羽根車２の形状が異なり、具体的には羽根高さｂとシュラウド径Ｄの比ｂ／Ｄが異なる（図４を参照）。実施例Ａはｂ／Ｄが最大で、以下、実施例Ｂ、実施例Ｃ、実施例Ｄの順で、ｂ／Ｄは小さくなる。言い換えると実施例Ａは、羽根高さｂに対してシュラウド径Ｄが小さく、羽根車２の形状が比較的縦長であるのに対し、実施例Ｄは、羽根高さｂに対してシュラウド径Ｄが大きく、羽根車２の形状が比較的横長（扁平）である。また、実施例Ａ〜実施例Ｄにおいて、羽根出口２４の幅Ｃが同じであるため、羽根２２の巻角（つまり、前縁から後縁までの巻き角度）は、シュラウド径Ｄが小さい実施例Ａが最小で、シュラウド径Ｄが大きい実施例Ｄが最大となる。
【００４３】
先ず図６に示すように、実施例Ａ〜実施例Ｄのいずれの羽根車２の一枚羽根２２も、巻角の増大に対して、圧力面２２１の半径ｒｐは一様に増加せず、半径ｒｐの増分が負の値となる、言い換えると、図６のグラフにおいて右下がりになる巻角領域が存在している。具体的には、実施例Ａ〜実施例Ｄに共通して、約０．２〜０．４の巻角範囲では、圧力面２２１の半径ｒｐの増分が負の値になる（言い換えると、約０．１〜０．６の巻角範囲内に、圧力面２２１の半径ｒｐの増分が負の値になる部分が含まれる）。
【００４４】
圧力面２２１の形状を、より詳細に検討すると、実施例Ａ〜実施例Ｄに共通して、圧力面２２１の半径ｒｐは、０．５前後の巻角位置において、言い換えると０．４〜０．６に相当する巻角範囲内で極小値となる。一方で、圧力面２２１の半径ｒｐは、実施例Ａ〜実施例Ｄに共通して、０．１前後の巻角位置において、言い換えると０〜０．２に相当する巻角範囲内で極大値になる。このように極小値及び極大値をとる結果として、圧力面２２１の半径ｒｐの増分は、実施例Ａ〜実施例Ｄのいずれについても、０．３に相当する巻角位置で負の値となる。
【００４５】
そうして０．４〜０．６の巻角範囲内において極小値となった後、圧力面２２１の半径ｒｐは、巻角の増大に対して、一様に増大している。
【００４６】
次に、図７を参照すると、翼型中心線の特性も、図６に示す圧力面２２１の特性とほぼ同じである。つまり、実施例Ａ〜実施例Ｄのいずれの羽根車２の一枚羽根２２も、巻角の増大に対して、翼型中心線の半径ｒｍは一様に増加せず、半径ｒｍの増分が負の値となる巻角領域が存在している。具体的には、実施例Ａ〜実施例Ｄに共通して、約０．２〜０．４の巻角範囲では、翼型中心線の半径ｒｍの増分が負の値になる。
【００４７】
また、実施例Ａ〜実施例Ｄに共通して、翼型中心線の半径ｒｍは、０．５前後の巻角位置において極小値となる。つまり、翼型中心線の半径ｒｍも、０．４〜０．６に相当する巻角範囲内で極小値となる。また、実施例Ａ〜実施例Ｄに共通して、０．１前後の巻角位置において、翼型中心線の半径ｒｍは極大値となる。つまり、翼型中心線の半径ｒｍも、０〜０．２に相当する巻角範囲内で極大値となる。こうして、翼型中心線の半径ｒｍの増分は、実施例Ａ〜実施例Ｄのいずれについても、０．３に相当する巻角位置で負の値となる。
【００４８】
また、０．４〜０．６の巻角範囲内において極小値となった後、翼型中心線の半径ｒｍは、巻角の増大に対して、一様に増大している。
【００４９】
尚、一枚羽根２２の負圧面２２２の形状は、図５に示すように、通過粒径を確保するために、その前縁側、より具体的には、０〜０．６程度の巻角範囲においては、羽根車２の中心軸を中心とした直径ｂ相当の円弧によって負圧面２２２が構成されている。また、０．６付近の巻角位置よりも後縁側においては、負圧面２２２の半径は、圧力面２２１の半径ｒｐと同様に、巻角の増大に対して一様に増大する。
【００５０】
図６、７に示すような、圧力面２２１及び翼型中心線の特性を有する一枚羽根２２は、負圧面２２２の径が一定であることと相俟って、図５に例示するように、０．５前後の巻角位置に相当する部分が、その部分の前縁側よりも径方向の内方に位置するようになりかつ、その翼厚も局所的に薄くなる。当該部分（内方変位部分という）は、羽根車２においては、比較的大きい羽根出口２４に対して、羽根車２の中心軸を挟んだ逆側に相当する。つまり、羽根車２における羽根２２が存在しない領域とは逆側において、羽根２２を径方向の内方に位置付けると共に、その翼厚を薄くして質量を小さくすることになるから、羽根車２の重心を、羽根車２の中心に近付けることが可能になる。また、羽根車２が回転したときには、その内方変位部分に働く遠心力は小さくなる。こうして、実施例Ａ〜実施例Ｄの羽根車２は、静的アンバランス及び動的アンバランスが小さくなる。
【００５１】
また、圧力面２２１の径の極大値が前縁付近に設定されている一方で、負圧面２２２の径は一定であるから、図５に示すように、一枚羽根２２の翼厚はその前縁付近で、具体的には０．３に相当する巻角位置よりも前縁側で最大に設定されている。このことは、羽根２２が存在しない羽根出口２４の近傍に、比較的大きな質量を配置することに相当するから、羽根車２の静的アンバランス及び動的アンバランスを小さくする上で有利になる。また、前縁付近では、径方向の外方に翼厚を分厚くすることが可能であるから羽根出口２４は狭くならない。このことは、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根２２を有する羽根車２において、通過粒径を大に設定することと、羽根車２の機械的アンバランスを小さくすることとを両立させる。
【００５２】
このように、一枚羽根２２の形状を工夫することによって、羽根車２の機械的アンバランスを小さくすることは、例えば後面シュラウド２１に肉盛りや錘を取り付けるという従来のバランシング手法とは異なり、羽根車２に流体的な悪影響を与え難い。つまり、ポンプ性能の低下抑制と羽根車２の機械的アンバランスを小さくすることとが両立する。羽根車２の軽量化は、それを取り付けた遠心ポンプ１における動力低減に有利になると共に、ポンプ駆動時の振動や騒音の低減に有利になる。また、このような前面シュラウドを備えていないセミオープン型の羽根車２は、羽根車２の重心位置を、図１において比較的高い位置、言い換えると下部軸受１９に近い位置にすることが可能になる。このこともまた、ポンプ駆動時の振動や騒音の低減に有利になる。シュラウドを利用せずに機械的アンバランスを小さくする手法は、セミオープン型の羽根車２において特に、有効である。
【００５３】
尚、羽根車２において、図２に示すように、後面シュラウド２１の裏面に肉抜部２５を設けてもよい。また、図示は省略するが、後面シュラウド２１に肉盛部や錘を取り付けてもよい。こうすることで、羽根車２の機械的アンバランスをさらに小さくすることが実現し得る。
【００５４】
次に、図８〜１１を参照しながら、実施例Ｅに係る羽根車２を取り付けた遠心ポンプ１と、従来例に係る羽根車を取り付けた遠心ポンプとのポンプ特性を比較する。図８は、実施例Ｅに係る羽根車の一枚羽根２２（実線）と従来例に係る羽根車の一枚羽根（破線）との形状を比較している。実施例Ｅに係る羽根車２と従来例に係る羽根車は、羽根の巻き角度が若干異なるものの、羽根外径、前縁部半径、及び、後縁部半径を互いに一致させている。一方で、実施例Ｅに係る羽根車２の一枚羽根２２は、図９、１０に実線で示すように、所定の巻角領域において、圧力面２２１の半径及び翼型中心線の半径の増分が、巻角の増大に対して負の値をとる。つまり、圧力面２２１の半径及び翼型中心線の半径はそれぞれ、０〜０．２の巻角範囲において極大値をとり、０．４〜０．６の巻角範囲において極小値をとる。また、その翼厚は、前縁付近において最大である（図８も参照）。
【００５５】
これに対し、従来例に係る羽根車の一枚羽根は、圧力面の半径及び翼型中心線の半径の増分は負の値をとらない。つまり、図９に破線で示すように、圧力面の半径は、前縁から後縁に至るまで、前縁付近において増大率は変化するものの、巻角の増大に従って一様に増大している。翼型中心線の半径もまた、図１０に破線で示すように、前縁から後縁に至るまで、その途中で増大率は変化するものの、巻角の増大に従って一様に増大している。
【００５６】
従って、実施例Ｅに係る羽根車２は、前述したように、３６０°未満の巻角に設定される一枚羽根２２に起因する機械的アンバランスを効果的に抑制して、羽根車２の機械的アンバランスは、従来例に係る羽根車と比較して小さくなる。
【００５７】
図１１は、図８〜１０に示した、実施例Ｅに係る羽根車２を取り付けた遠心ポンプ１と、従来例に係る羽根車を取り付けた遠心ポンプとのポンプ特性、つまり、流量係数φに対する、揚程係数ψ、ポンプ効率η及び動力係数τをそれぞれ比較する図である。図１１によれば、実施例Ｅに係る遠心ポンプ１は、従来例に係る遠心ポンプと比較して、動力が高くなるものの、同一流量で比較したときに、揚程及びポンプ効率は、従来例よりも高くなっている。
【００５８】
前述した各実施例の羽根車２では、一枚羽根２２の前縁側において内方変位部分を設けるものの、その内方変位部分を設けることに伴う揚程の低下やポンプ効率の低下は、あったとしても僅かであり、一枚羽根２２の後縁側が、従来の羽根車と同様に巻角が増大するに従って、径方向の内方から外方に向かって一様に延びていることによって、揚程及びポンプ効率を高めていると考えられる。
【００５９】
従って、実施例に係る羽根車２を取り付けた遠心ポンプ１は、羽根車２の機械的アンバランスが小さいことで振動や騒音の発生を抑制しながら、所望のポンプ特性を確保することを可能にする。また、機械的アンバランスが小さい、実施例の羽根車２に対して、流体力を相殺するアンバランス質量を設ければ、ポンプ特性のさらなる向上が期待できる。
【００６０】
尚、前記の説明では、後面シュラウド２１のみを備えたセミオープン型の羽根車２を例に、ここに開示する技術について説明をしたが、この技術は、前面シュラウド及び後面シュラウドの双方を備えたクローズド型の羽根車に適用することも可能である。クローズド型の羽根車においては、前述したように一枚羽根の形状を工夫する他にも、前面及び後面の少なくとも一方のシュラウドに対して、肉抜部や肉盛部を設けたり、錘を取り付けたりしてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  遠心ポンプ
１５  モータ（駆動源）
２  羽根車
２２  一枚羽根
【図１】
2014049665.tif 000003
【図２】
2014049665.tif 000004
【図３】
2014049665.tif 000005
【図４】
2014049665.tif 000006
【図５】
2014049665.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014049665.tif 000009
【図８】
2014049665.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2014049665.tif 000012
【図１１】
2014049665.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月28日(2016.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この羽根車は、前記一枚羽根の圧力面と翼型中心線とは共に、前記一枚羽根の前縁部から後縁部まで連続しており、前記一枚羽根の前縁の巻角を０としかつ後縁の巻角を１としたときの、当該一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の前記圧力面の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値となると共に、前記一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の前記翼型中心線の、羽根車中心からの半径の増分が、前記所定の巻角範囲において負の値となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
この遠心ポンプにおいて、前記羽根車は、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を有し、前記一枚羽根の圧力面と翼型中心線とは共に、前記一枚羽根の前縁部から後縁部まで連続しており、前記一枚羽根の前縁の巻角を０としかつ後縁の巻角を１としたときの、当該一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の前記圧力面の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値となると共に、前記一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の前記翼型中心線の、羽根車中心からの半径の増分が、前記所定の巻角範囲において負の値となる。
前述したように、この構成の羽根車は、機械的アンバランスが小さいため、遠心ポンプに取り付けた際には、所望のポンプ特性を確保しながら、ポンプの振動及び騒音の低減が図られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を備え、
前記一枚羽根の圧力面と翼型中心線とは共に、前記一枚羽根の前縁部から後縁部まで連続しており、
前記一枚羽根の前縁の巻角を０としかつ後縁の巻角を１としたときの、当該一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の前記圧力面の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値となると共に、
前記一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の前記翼型中心線の、羽根車中心からの半径の増分が、前記所定の巻角範囲において負の値となる遠心ポンプ用羽根車。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
羽根車と、当該羽根車を駆動する駆動源と、を備え、
前記羽根車は、３６０°未満の巻角に設定された一枚羽根を有し、
前記一枚羽根の圧力面と翼型中心線とは共に、前記一枚羽根の前縁部から後縁部まで連続しており、
前記一枚羽根の前縁の巻角を０としかつ後縁の巻角を１としたときの、当該一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の前記圧力面の、羽根車中心からの半径の増分が、所定の巻角範囲において負の値となると共に、
前記一枚羽根の巻角の増大に対する、前記一枚羽根の前記翼型中心線の、羽根車中心からの半径の増分が、前記所定の巻角範囲において負の値となる遠心ポンプ。
【国際調査報告】
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