(57)【要約】【課題】吸込部における水の流量の周方向における相違を抑制することを可能とするポンプを提供する。【解決手段】吸い込まれる水が通過する吸込管（１２２）と、前記吸込管（１２２）を通過する水の流れに沿って前記吸込管（１２２）内に設けられ、前記吸込管（１２２）を分割して複数の流路（１３）を形成する隔壁（５）と、回転シャフト（２）と、前記複数の流路（１３）からの水が流入し且つ前記回転シャフト（２）を中心にして回転可能な羽根車（３）と、を備えるポンプ（Ｐ）が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸い込まれる水が通過する吸込管と、
前記吸込管を通過する水の流れに沿って前記吸込管内に設けられ、前記吸込管を分割して複数の流路を形成する隔壁と、
回転シャフトと、
前記複数の流路からの水が流入し且つ前記回転シャフトを中心にして回転可能な羽根車と、を備えるポンプ。
【請求項２】
前記複数の流路からの水は、前記回転シャフトの周りから前記羽根車に流入し、
前記隔壁は、前記回転シャフトの周方向における流入量のばらつきを低減するように設けられる、請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記隔壁は、前記回転シャフトに近いほど密に設けられる、請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記複数の流路の少なくとも一部は、その断面が略正六角形である、請求項１乃至３のいずれかに記載のポンプ。
【請求項５】
前記吸込管と連通し、前記複数の流路からの水を前記羽根車に導くケーシング本体を備え、
前記隔壁は、少なくとも前記吸込管と前記ケーシング本体との接続部まで延びている、請求項１乃至４のいずれかに記載のポンプ。
【請求項６】
前記隔壁は、さらに前記ケーシング本体内まで延びている、請求項５に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプには羽根車が設けられており、図８の矢印Ｃに示すように、羽根車の水の吸込み口である吸込部ＩＮから流入した水が回転シャフトに沿って進んだ後に、矢印Ｄのように、羽根ＷＧにそって径方向に押し出され、矢印Ｅに示すように出口ＯＵＴから吐き出される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１７７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９に示すように、羽根車は回転シャフトを中心に回転しているため、羽根車の吸込部ＩＮにおける流体の接線速度ベクトルｕを有する。また、吸込部ＩＮにおける流体の絶対速度ベクトルｖは、接線速度ベクトルｕと吸込部ＩＮにおける羽根車から見た流体の相対速度ベクトルｗとを合成したものである。ここで、流体の絶対速度ベクトルｖは、静止座標系から見た速度ベクトルであり、実際のポンプ流量を表す。
【０００５】
ポンプ、特に両吸込みポンプでは、吸込部ＩＮにおけるポンプ流量すなわち絶対速度ベクトルｖが周方向で異なっている。羽根車は一定の速度で回転するため、接線速度ベクトルｕは周方向に一定であるから、相対速度ベクトルｗが周方向に異なっている。
【０００６】
ポンプ流量が大きい所では、相対速度ベクトルｗの接線速度ベクトルｕに対する角度である迎角δ（図９参照）が大きくなる。迎角δが大きくなると、羽根ＷＧ近傍における水の剥離によるキャビテーションの発生（例えば、振動あるいは潰食）及びポンプ効率の低下といった問題を引き起こす。ここで、潰食とは泡が潰れる瞬間の衝撃波で破壊されることである。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、吸込部における水の流量の周方向における相違を抑制することを可能とするポンプ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】
本発明の一態様によれば、吸い込まれる水が通過する吸込管と、前記吸込管を通過する水の流れに沿って前記吸込管内に設けられ、前記吸込管を分割して複数の流路を形成する隔壁と、回転シャフトと、前記複数の流路からの水が流入し且つ前記回転シャフトを中心にして回転可能な羽根車と、を備えるポンプが提供される。
吸込管内に隔壁を設けて流路を形成することで、羽根車に流入する水の流れを整えることができ、吸込部における水の流量の周方向における相違を抑制できる。
【０００９】
前記複数の流路からの水は、前記回転シャフトの周りから前記羽根車に流入し、前記隔壁は、前記回転シャフトの周方向における流入量のばらつきを低減するように設けられるのが望ましい。
【００１０】
前記隔壁は、前記回転シャフトに近いほど密に設けられるのが望ましい。
回転シャフトに近いところでは隔壁によって水流が弱まり、回転シャフトに近い位置に水が集中するのを抑えることができる。
【００１１】
前記複数の流路の少なくとも一部は、その断面が略正六角形であるのが望ましい。
これにより、それほど強度が高くない隔壁を用いることができる。
【００１２】
前記吸込管と連通し、前記複数の流路からの水を前記羽根車に導くケーシング本体を備え、前記隔壁は、少なくとも前記吸込管と前記ケーシング本体との接続部まで延びているのが望ましい。
これにより、乱れが少ない水をケーシング本体に導くことができる。
【００１３】
前記隔壁は、さらに前記ケーシング本体内まで延びているのがより望ましい。
これにより、乱れが少ない水を羽根車に導くことができる。
【発明の効果】
【００１４】
吸込管内に隔壁を設けることで、吸込部における水の流量の周方向における相違を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るポンプＰの斜視図。
【図２】図１のＦ−Ｆ’断面図。
【図３】ポンプＰの一部の斜視構造図。
【図４】流速のコンタマップ。
【図５】隔壁５の構造の一例を示す、図２のＡ−Ａ’断面図。
【図６】隔壁５の構造の別の例を示す、図２のＡ−Ａ’断面図。
【図７】隔壁５の構造のまた別の例を示す、図２のＡ−Ａ’断面図。
【図８】羽根車の一例を説明するための図。
【図９】吸込部における速度三角形を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るポンプＰの斜視図である。ポンプＰは一例として、単段の両吸込渦巻ポンプである。ポンプＰは、ケーシング１、回転シャフト２、ケーシング１内に設けられて回転シャフト２を軸として回転する羽根車（図１には不図示）などを備える。ケーシング１は、上部ケーシング１１と下部ケーシング１２とから構成され、回転シャフト２の軸心を通る水平面で分離可能に連結されている。また、下部ケーシング１２には吸込口１２ａ及び吐出口１２ｂが形成されており、ポンプＰは、吸込口１２ａから水を吸い込み、羽根車で昇圧して吐出口１２ｂから吐き出す。
【００１７】
図２は、図１のＦ−Ｆ’断面図である。また、図３は、ポンプＰの一部の斜視構造図である。下部ケーシング１２は、下部ケーシング本体１２１と、下部ケーシング本体１２１に連通しており吸込口１２ａから吸い込まれる水が通過する吸込管１２２と、吐出口１２ｂから吐き出される水が通過する吐出管１２３とを有する。吸込口１２ａからの水は吸込管１２２および下部ケーシング本体１２１によって羽根車３（図３）に導かれる。
【００１８】
また、回転シャフト２は吸込管１２２より上方に位置する。羽根車３は複数の羽根を有し、ケーシング１、より詳しくは下部ケーシング本体１２１及び上部ケーシング１１内に収容される。また、羽根車３は回転シャフト２に固定され、回転シャフト２を中心として回転可能である。更にポンプＰは、下部ケーシング本体１２１内に設けられ、羽根車３に流入する水の旋回を防止する旋回防止板４を備えてもよい。
【００１９】
そして、図２に示すように、回転シャフト２の周りに羽根車３に水が吸い込まれる吸込部ＩＮが形成されている。回転シャフト２における周方向のいずれの位置からも、均等な流量の水が羽根車３に吸い込まれるのが理想的である。そこで、本実施形態では、回転シャフト２の周方向のおける流入量のばらつきが低減されるよう、ポンプＰは吸込管１２２内に設けられた隔壁５を備える。
まずは、隔壁５がない場合に、均等な流量の水が吸い込まれないことを説明する。
【００２０】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、それぞれ１００％，４０％及び２５％流量のときの流速のコンタマップであり、回転シャフト２の周りに形成された吸込部ＩＮにおける回転シャフト２の軸線方向の流速分布を示している。図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、隔壁５を設けない場合、流速は周方向に沿って一様ではなく、またその流速分布も流量に応じて変化する。また、流量が多いほど、流速の周方向における相違が増加する傾向にある。流速が一様ではないと、流れ込む水の流量も一様ではない。そのようになる一因は、乱れた水流が吸込管１２２および下部ケーシング本体１２１を通って吸込部ＩＮに達するためである。
【００２１】
そこで、図２及び図３に示すように、本実施形態に係るポンプＰは吸込管１２２内に隔壁５を設け、水流を整える。隔壁５は吸込管１２２を通過する水の流れに沿って設けられ、吸込管１２２を分割して複数の流路１３を形成する。このような隔壁５は、例えば３Ｄプリンタによって作製可能である。
【００２２】
水流の乱れ成分を示すレイノルズ数Ｒｅは下記（１）式で表される。
Ｒｅ＝（ＤＶ）／ｖ  ・・・（１）
ここで、Ｄは流路幅、Ｖは流速（単位断面積当たりの流量）及びｖは動粘度である。隔壁５によって流路１３を形成することで流路幅Ｄが小さくなり、水流の乱れが減少する。その結果、回転シャフト２における周方向において、位置ごとの流量のばらつきが低減され、回転シャフト２の周りのいずれの位置からも均等に水が羽根車３に流入する。
【００２３】
水が流れる方向について、隔壁５は、少なくとも吸込管１２２と下部ケーシング本体１２１との接続部まで延びているのが望ましい。これにより、一様で乱れが少ない水流を下部ケーシング本体１２１に流入させることができる。また、隔壁５は下部ケーシング本体１２１の内部であって回転シャフト２の近傍にまで延びているのがより望ましい。これにより、一様で乱れが少ない水流を回転シャフト２まで（したがって羽根車３まで）導くことができる。
【００２４】
水が流れる方向と直交する方向、つまり吸込管１２２の断面方向については次の通りである。
【００２５】
図５は、隔壁５の構造の一例を示す、図２のＡ−Ａ’断面図である。図示のように、隔壁５を水平方向及び垂直方向に等間隔な格子状に設けてもよい。言い換えると、各流路１３の断面積が等しくなるようにしてもよい。隔壁５を設けることで、吸込管１２２が分割されて複数の経路１３が形成され、各経路を均等量の水が流れる。
【００２６】
図６は、隔壁５の構造の別の例を示す、図２のＡ−Ａ’断面図である。図示のように、回転シャフト２に近いほど隔壁５を密に、回転シャフト２から遠いほど隔壁５を粗に設けてもよい。言い換えると、回転シャフト２に近いほど流路１３の断面積を小さくし、回転シャフト２から遠いほど流路１３の断面積を大きくしてもよい。図２及び図３では、回転シャフト２は、垂直方向においては吸込管１２２の上方にあり、水平方向においては吸込管１２２の中央に位置することを前提としている。そのため、図６に示すように、吸込管１２２の中央上端が最も隔壁５が密（経路が小）に設けられ、左下及び右下ほど隔壁５が粗（経路が大）に設けられる。
【００２７】
隔壁５があると流路１３における水流が弱まる。そのため、回転シャフト２に近いほど隔壁５を密にすることで、回転シャフト２における吸込管１２２に近い位置に導かれる水が減り、水が集中して流れ込むのを抑えることができる。
【００２８】
図７は、隔壁５の構造のまた別の例を示す、図２のＡ−Ａ’断面図である。図示のように、各流路１３（の少なくとも一部）がほぼ正六角形となる、いわゆるハニカム構造の隔壁５を設けてもよい。これにより、それほど強度が高くない隔壁５で流路１３を形成することができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態では、吸込管１２２内に複数の流路１３を形成する隔壁５を設ける。そのため、水流を整えることができ、回転シャフト２における周方向における水の流量のばらつきを抑えることができる。
【００３０】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【００３１】
１  ケーシング
１１  上部ケーシング
１２  下部ケーシング
１２ａ  吸込口
１２ｂ  吐出口
１２１  下部ケーシング本体
１２２  吸込管
１２３  吐出管
１３  流路
２  回転シャフト
３  羽根車
４  旋回防止板
５  隔壁
【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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【図９】
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