(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記流体機械と前記圧損エネルギ回収手段が別軸であり、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６３−６７６９３号公報
【特許文献２】特開平１１−８２３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
前記流体機械と前記圧損エネルギ回収手段が別軸であり、
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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。
【図２】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３Ａ】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。
【図３Ｂ】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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【実施例１】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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１４ｂ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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【実施例２】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【実施例３】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【実施例４】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
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。
【符号の説明】
【００３６】
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
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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