(57)【要約】【課題】同一回転軸に複数の羽根車を設けた多段遠心ポンプにおいて、案内羽根の流路構成改善により小形化、効率向上を図る。【解決手段】同一回転軸に複数の羽根車を設けた多段遠心ポンプにおいて、前段の羽根車出口と後段の羽根車入口を繋ぐ流路に案内羽根５を設け、案内羽根５は前後段の羽根車の間を仕切る主板１１を持ち、主板１１には前後の羽根車の外側に配置されるディフューザとしてのガイドベーン９と、ガイドベーン９と前後の羽根車入口を繋ぐ流路７にリターンベーン１０が円形翼列の配列で設けられている。ガイドベーン９の翼枚数はリターンベーン１０の翼枚数よりも多く設けられ、リターンベーン１０の翼枚数は該羽根車の翼枚数よりも多く設けられている。流路７は、翼列が存在しない自由流路であり、ガイドベーン９と羽根車によって生じた圧力脈動が干渉し、流れの混合が促進され、圧力脈動が抑えられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一回転軸により回転可能に並設された複数の羽根車、及び前段の前記羽根車の出口と後段の前記羽根車の入口を繋く流路を形成する単一又は複数枚の案内羽根を備え、
前記各案内羽根は、前段の前記羽根車と後段の前記羽根車との間を仕切る主板、前段の前記羽根車の出口の外側に前記回転軸と同心状に形成される環状領域に周方向に並ぶ翼列として前記主板に設けられたガイドベーン、及び前記主板に後段の前記羽根車側の側面領域において周方向に並ぶ弧状の翼列として設けられたリターンベーンを有しており、
前記ガイドベーンの隣合う翼間流路がディフューザに形成されている多段遠心ポンプにおいて、
前記ガイドベーンの翼列の翼枚数は前記リターンベーンの翼列の翼枚数よりも多く、前記環状領域と前記側面領域との間に翼列が存在しない自由流路領域が形成されている、
ことを特徴とする多段遠心ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の多段遠心ポンプにおいて、
前記自由流路領域は、前記主板の前記後段の前記羽根車側において、前記側面領域の径方向外側に形成されている、
ことを特徴とする多段遠心ポンプ。
【請求項３】
請求項１記載の多段遠心ポンプにおいて、
前記自由流路領域は、前記ガイドベーンの出口から、前記主板の径方向外端とポンプケーシング内面との間に残される隙間を通って、前記リターンベーンの入口に繋がって形成されている、
ことを特徴とする多段遠心ポンプ。
【請求項４】
請求項１記載の多段遠心ポンプにおいて、
前記自由流路領域は、前記主板の前記前段の前記羽根車側において、前記ガイドベーンの出口側に形成されている、
ことを特徴とする多段遠心ポンプ。
【請求項５】
請求項１記載の多段遠心ポンプにおいて、
前記案内羽根の前記主板には、前記前段の羽根車側と前記後段の羽根車側を繋ぎケーシング内面との間で三角形を形成する二辺切欠き状の開口部が形成されており、当該開口部の第一辺は前記主板が前記ガイドベーンの翼形と接続される接続稜線部分であり、第二辺は当該ガイドベーンの翼と前記ディフューザを形成する隣接する翼の翼端から当該ガイドベーンの前記接続稜線部分に降ろされた切欠き端縁部分である、
ことを特徴とする多段遠心ポンプ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の多段遠心ポンプにおいて、
前記リターンベーンの翼枚数は前記羽根車の羽根枚数と異なっている、
ことを特徴とする多段遠心ポンプ。
【請求項７】
請求項６に記載の多段遠心ポンプにおいて、
前記リターンベーン翼枚数と前記ガイドベーン翼枚数とは、前記リターンベーン翼枚数は前記羽根車羽根枚数より１つ多く、前記ガイドベーン翼枚数が前記羽根車羽根枚数との間及び前記リターンベーン翼枚数との間で公約数がない組み合わせである、
ことを特徴とする多段遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一回転軸により回転可能に並設された複数の羽根車、及び前段の羽根車の出口と後段の羽根車の入口を繋く流路を形成する単一又は複数枚の案内羽根を備える多段遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多段遠心ポンプの羽根車は回転軸方向から流体を吸込み、遠心方向に排出する。そのため、一軸多段の構成とした場合、前段の羽根車から遠心方向に流出した流体を、次段の羽根車の軸方向に向いた吸込口に導く流路が必要である。その流路には案内羽根が設けられることが多い。
【０００３】
ここで羽根車を設けることの目的は水に圧力エネルギーを与えることであるが、遠心羽根車の特性として、羽根車出口において速度エネルギーが尚も２〜３割を占めている。速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するため、多段遠心ポンプでは前段の羽根車から遠心方向に流出した流体を、次段の羽根車の軸方向に向いた吸込口に導く流路に接続させる通路として、遠心方向に流出した流体の流路を拡大させるディフューザが用いられる。
【０００４】
多段遠心ポンプのディフューザとして用いられる代表的なものは円形翼列ディフューザであり、ガイドベーンと呼ばれている。即ち、羽根車の外側に周方向に倒れた比較的長さの短い翼列が円周方向に並んで且つ渦巻き状に配設されており、径方向外側ほど流路断面積が拡大した複数の流路を形成している。また、ガイドベーンと次段の羽根車入口を繋ぐ戻り流路にはリターンベーンが設けられており、リターンベーンもまた、円形翼列形状をしているものが知られている（例：特許文献１参照）。リターンベーンは、それぞれの翼が径方向の外側と内側とに渡って長く延びる翼列が円周方向に並んで且つ渦巻き状に配置されている。
【０００５】
図８には、従来の案内羽根の構造が、その一部を拡大して示されている。案内羽根１５においては、主板２１の径方向外側に円形翼列として形成されているガイドベーン１９は、隣合うガイドベーン１９との間にディフューザ流路１６を形成している。主板２１の紙面裏側にはリターンベーン２０が形成されており、リターンベーン２０は主板２１の径方向最外側位置まで弧状に延びている。羽根車で送られた水を通すために、ガイドベーン１９、リターンベーン２０及び内ケーシング１２で囲まれる区域に案内羽根１５を横切る開口部２３（ハッチングで示す）が形成されている。開口部２３は、ガイドベーン１９及びリターンベーン２０によって開口広さが限られている。
【０００６】
また、ガイドベーンとリターンベーンは同一翼枚数で構成され、ガイドベーンとリターンベーンが一体で案内羽根が構成されているものが知られている（例：特許文献２参照）。これらの技術はポンプの水力性能が重視される大形ポンプに用いられている。一方、小型ポンプでは水力性能よりも小形化が重要視されることから、ケーシングと案内羽根で形成される流路をなくしたものが知られている（例：特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平２−３０１６９９号公報
【特許文献２】特許第３８７２４４７号公報
【特許文献３】特開２００４−１８３４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、小型ポンプにおいては、省エネの観点から水力性能の向上が求められると共に、マンション等の給水に使われることから、低振動、低騒音化が求められている。特に低振動化については、水流の圧力脈動を低減することが必要であり、主要因である羽根車羽根の後流の影響をできる限り小さくすることが必要である。
【０００８】
本発明の目的は、高効率でありながら小形で低振動・低騒音な多段遠心ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し上記目的を達成するため、この発明は、同一回転軸により回転可能に並設された複数の羽根車、及び前段の前記羽根車の出口と後段の前記羽根車の入口を繋く流路を形成する単一又は複数枚の案内羽根を備え、前記各案内羽根は、前段の前記羽車と後段の前記羽根車との間を仕切る主板、前段の前記羽根車の出口の外側に前記回転軸と同心状に形成される環状領域に周方向に並ぶ翼列として前記主板に設けられたガイドベーン、及び前記主板に後段の前記羽根車側の側面領域において周方向に並ぶ弧状の翼列として設けられたリターンベーンを有しており、前記ガイドベーンの隣合う翼間流路がディフューザに形成されている多段遠心ポンプにおいて、前記ガイドベーンの翼列の翼枚数は前記リターンベーンの翼列の翼枚数よりも多く、前記環状領域と前記側面領域との間に翼列が存在しない自由流路領域が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
この多段遠心ポンプによれば、ガイドベーンは円形翼列の配置によってディフューザを形成しており、リターンベーンも円形翼列に配置されており、ガイドベーンの翼枚数はリターンベーンの翼枚数よりも多く設けられている。設計値である弦節比、広がり角、ディフューザ長さが最適になるようガイドベーン翼枚数を決定でき、円形翼列で構成されるガイドベーンのディフューザ性能が改善される。また、振動の原因である水流の圧力脈動は羽根車の羽根後流の影響により生じているが、本発明では、ガイドベーンが配置される環状領域とリターンベーンが配置される側面領域との間に円形翼列がない自由流路領域が形成されることにより、ガイドベーンの翼列の後流と羽根車によって生じた圧力脈動が干渉し、流れの混合が促進されるので、圧力脈動が抑えられる。
【００１１】
上記多段遠心ポンプにおいて、前記自由流路領域を、前記主板の前記後段の前記羽根車側において、前記側面領域の径方向外側に形成することができる。また、前記自由流路領域を、前記主板の前記前段の前記羽根車側において、前記ガイドベーンの出口側に形成することができる。ガイドベーンとリターンベーンの間の円形翼列がない自由流路領域を、特に、主板の後段の羽根車側、即ち、案内羽根の主板のリターンベーン側に設ける場合には、自由流路領域を主板の前段の羽根車側に形成しないので、ガイドベーンのディフューザ長さを十分に確保することができ、ディフューザ性能を一層改善することができる。
また、自由流路領域は、前記ガイドベーンの出口から、前記主板の径方向外端とポンプケーシング内面との間に残される隙間を通って、前記リターンベーンの入口に繋がって形成することもできる。
【００１２】
上記多段遠心ポンプにおいて、前記案内羽根の前記主板には、前記前段の羽根車側と前記後段の羽根車側を繋ぎケーシング内面との間で三角形を形成する二辺切欠き状の開口部を形成し、当該開口部の第一辺を前記主板が前記ガイドベーンの翼形と接続される接続稜線部分とし、第二辺を当該ガイドベーンの翼と前記ディフューザを形成する隣接する翼の翼端から当該ガイドベーンの前記接続稜線部分に降ろされた切欠き端縁部分とすることができる。即ち、従来技術（特許文献３参照）のように三角形の第三辺がリターンベーンの翼形の一部で構成されるものに比べ三角形の開口部面積を大きくすることができるので水力損失を低減することができる。
【００１３】
上記多段遠心ポンプにおいて、前記リターンベーン翼枚数と前記ガイドベーン翼枚数とは、前記リターンベーン翼枚数は前記羽根車羽根枚数より１つ多く、前記ガイドベーン翼枚数が前記羽根車羽根枚数との間及び前記リターンベーン翼枚数との間で公約数がない組み合わせとすることができる。リターンベーン翼枚数を羽根車羽根枚数より１つ多くすることにより、リターンベーンの整流効果が向上されると共に、翼枚数が多くなるときの弊害である流路面積減少を最小限にし、水力性能を向上することができる。また、リターンベーン翼枚数と羽根車羽根枚数に公約数がない組合せとなるので、リターンベーン翼列の各々の後流が羽根車の羽根各々に同時に相対しないので羽根車への流体力の影響が緩和され振動を低減することができる。
【００１４】
上記多段遠心ポンプにおいて、ガイドベーン翼枚数と羽根車の羽根枚数に公約数がない組み合わせにすることで、羽根車の羽根各々の後流がガイドベーン翼列の各々に同時に相対しないのでガイドベーンへの流体力が緩和され振動を低減することができる。また、ガイドベーン翼枚数とリターンベーン翼枚数に公約数がない組み合わせにすることで、ガイドベーン翼列各々の後流がリターンベーン翼列各々に同時に相対しないのでリターンベーンへの流体力が緩和され、振動を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように本発明の多段遠心ポンプによれば、小形でありながらガイドベーンのディフューザ性能を改善でき、水力損失の少ない高効率ポンプが実現される。また、羽根車、ガイドベーン、リターンベーンに作用する流体力を緩和できると共に水流の圧力脈動も低減できるので、低振動なポンプが実現される。したがって、高効率、低振動、低騒音な多段遠心ポンプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の一実施例を備えた多段遠心ポンプの全体斜視図であり、図５は、図４に示した多段遠心ポンプの縦断面図である。
【００１７】
図４に示すように、多段遠心ポンプ１は、一側に設けた電力の供給を受けるモーター２によって駆動されるポンプであり、他端側の外ケーシング３に設けられた吸込口３１から取り入れた水を、外ケーシング３に上側に向いて形成された吐出口３２に圧力を以て吐出させるポンプである。
【００１８】
図５に示すように、多段遠心ポンプ１は、遠心羽根車４ａ、４ｂ、４ｃを同軸に設けた多段構造となっている。モーター２の出力によって羽根車４ａ、４ｂ、４ｃを回転させると、水は外ケーシング３の吸込口３１から流入し、１段目の羽根車４ａに流入する。１段目の羽根車４ａで昇圧された水の流れは、羽根車４ａの外側に設けられたガイドベーン流路６に向かって羽根車出口から、遠心方向に流出する。羽根車４ａから流出した流れは、案内羽根５のガイドベーン流路６、三角形の開口部１３、戻り流路７、リターンベーン流路８を通り、２段目の羽根車４ｂの吸込口に向かう。
【００１９】
図１は本発明による多段遠心ポンプに用いられる案内羽根をガイドベーン側から見た斜視図であり、図２は本発明による多段遠心ポンプに用いられる案内羽根をリターンベーン側から見た斜視図である。図３は、本発明の案内羽根を示し、三角形の開口部を表す図である。
【００２０】
案内羽根５は、前段の羽根車と後段の羽根車との間を仕切る主板１１と、主板１１の径方向外側に円形翼列の配列で設けられているガイドベーン９と、主板１１の次段の案内羽根側の側面領域に円形翼列の配列で設けられているリターンベーン１０とで構成されている。即ち、ガイドベーン９は、前段の羽根車の出口の外側に回転軸と同心状に形成される環状領域に周方向に並ぶ翼列として主板１１に設けられており、リターンベーン１０は、主板１１に後段の羽根車側の側面領域において周方向に並ぶ弧状の翼列として設けられている。
【００２１】
内ケーシング１２と前段の内ケーシングと後段の内ケーシングで案内羽根５を挟み込むように組み合せることにより、隣り合うガイドベーン９，９間にはガイドベーン流路６が形成され、主板１１を横切る開口として三角形の開口部１３が形成され、円形翼列がない自由流路領域としての戻り流路７が形成され、更に、隣り合うリターンベーン１０，１０間にはリターンベーン流路８が形成されている。
【００２２】
本発明では、ガイドベーン９の各々の翼は広がり角をもって配置されており、隣翼との間で形成されるガイドベーン流路６は水流方向に流路面積が拡大したディフューザとして形成されている。翼枚数が少なくなるとガイドベーン流路６の隣翼との間が大きくなって隣合う翼同士の重なりが少なくなるため、ディフューザ長さが短くなり性能が低下するが、本実施例では、翼枚数は１１枚に設定されており、十分なディフューザ長さが確保されている。
【００２３】
また、本発明の場合、図３に示すように、ガイドベーンに直交するように形成した主板１１には、前段の羽根車側と後段の羽根車側を繋ぎ内ケーシング１２との間で三角形を形成する二辺切欠き状の開口部１３が形成されている。開口部１３の第一辺は主板１１がガイドベーン９の翼形と接続される接続稜線部分１３ａであり、第二辺はガイドベーン９の翼とディフューザ流路６を形成する隣接する翼の翼端からガイドベーン９の接続稜線部分１３ａに降ろされた切欠き端縁部分１３ｂである。
【００２４】
開口部１３の面積については、リターンベーン１０によって制約されないので、図８に示す従来技術より大きくすることができる。したがって、主板１１のリターンベーン１０側に設けられ円形翼列がない戻り流路７への進入速度を従来技術よりも遅くすることができる。戻り流路７は、案内羽根５において水の流れが遠心方向から軸方向へと１８０度反転するため性能低下の原因となっており、戻り流路７への進入速度を従来技術よりも遅くすることで性能低下を低減させることができる。なお、主板１１の形状はガイドベーンの羽根形状の違いにより８０°〜１００°の間で形成することが望ましい。
【００２５】
また、本発明の場合、ガイドベーン流路６とリターンベーン流路８の間に円形翼列がない自由流路領域としての戻り流路７が設けられることにより、ガイドベーン９の翼列の後流と羽根車によって生じた圧力脈動が干渉し、流れの混合が促進されるので圧力脈動が小さくなり、振動低下、騒音低下に効果的である。自由流路領域が設けられない場合には、ガイドベーン９の翼列の後流と羽根車によって生じた圧力脈動はリターンベーン１０によって互いの干渉が阻害され、その結果、流れの混合が促進されず、圧力脈動が残る傾向がある。
【００２６】
更に、本発明の場合、リターンベーン１０の各々の翼は隣翼と水流方向に流路面積が縮小するリターンベーン流路８を形成し、次段羽根車入口へと水の流れを導くように配置されている。各々の翼が流れの旋回成分を小さくすることにより、次段羽根車入口における性能低下の影響を小さくすることができる。翼枚数を増やすと流れの旋回成分は小さくなるが、翼の厚さの合計が増加するためにリターンベーン流路８の出口面積が小さくなり、９０度方向転換する次段羽根車入口部において水の流れが増速し、水力性能が低下する。リターンベーン１０の翼枚数は次段羽根車羽根枚数より１つ多くするに留めることにより、リターンベーン１０の整流効果を上げると共に、翼枚数が多くなるときの弊害である流路面積減少を最小限にすることで水力性能が向上する。
【００２７】
また、本発明の場合、ガイドベーン９翼枚数と羽根車の羽根枚数に公約数がない組み合わせにすることで、羽根車の羽根各々の後流がガイドベーン９翼列の各々に同時に相対しないのでガイドベーン９への流体力が緩和され振動を低減することができる。また、ガイドベーン９翼枚数とリターンベーン１０翼枚数に公約数がない組み合わせにすることで、ガイドベーン９翼列各々の後流がリターンベーン１０の翼列各々に同時に相対しないのでリターンベーン１０への流体力が緩和され、振動を低減することができる。
【００２８】
翼列が存在しない自由流路領域については、図３に示す形態のものに代えて、図６において案内羽根５ａとして示すように、主板１１の前段の羽根車側において、ガイドベーン９の出口側に形成した領域７ａをすることができる。
更に、自由流路領域については、図７において案内羽根５ｂとして示すように、ガイドベーン９の出口から、主板１１の径方向外端と内ケーシング１２との間に残される隙間を通って、リターンベーン１０の入口に繋がった通路７ｂとして形成することもできる。この場合、案内羽根５ｂは、図示しないが、適宜の手段によってケーシング３に固定することができる。
【００２９】
本発明により案内羽根外径を小さくすることが可能となり、ガイドベーン９翼枚数を増やすことで同等性能維持と小形化が可能となる。また小形化により材料費が減少するのでコスト低減が可能となる。更に、本発明により、高効率、低振動、低騒音、低コストな多段遠心ポンプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による多段遠心ポンプに用いられる案内羽根の前段側斜視図である。
【図２】本発明による多段遠心ポンプに用いられる案内羽根の後段側斜視図である。
【図３】本発明による多段遠心ポンプに用いられる案内羽根に形成される開口部を表す図である。
【図４】本発明の多段遠心ポンプの斜視図である。
【図５】本発明による多段遠心ポンプの縦断面図である。
【図６】自由流路領域の別の例を示す図である。
【図７】自由流路領域の更に別の例を示す図である。
【図８】従来の多段遠心ポンプに用いられる案内羽根に形成される開口部を表す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…多段遠心ポンプ、２…モーター、３…外ケーシング、４…羽根車、５，５ａ，５ｂ…案内羽根、６…ガイドベーン流路、７，７ａ，７ｂ…戻り流路、８…リターンベーン流路、９…ガイドベーン、１０…リターンベーン、１１…主板、１２…内ケーシング、１３…三角形の開口部、１３ａ…接続稜線部分、１３ｂ…切欠き端縁部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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