(57)【要約】  内面（９）を有する軸方向に延在する管状のポンプハウジング（８）と、包絡面（１１）を有する軸方向に延在するポンプコア（１０）であって、ポンプコア（１０）の少なくとも１つの軸方向の部分区分が上記ポンプハウジング（８）に収容されており、ハブ（１６）と少なくとも１つの翼（１７）とを有するプロペラ（１５）を備えるポンプコア（１０）と、上流に位置される前縁（１９）と下流に位置される後縁（２０）とを備え、かつ周方向に前進面（ＰＳ）と後進面（ＳＳ）とを備える少なくとも１つの案内羽根（１８）であって、ポンプハウジング（８）の内面（９）とポンプコア（１０）の包絡面（１１）との間に延在する少なくとも１つの案内羽根（１８）とを備える、液体を圧送するためのプロペラポンプ（３）。上記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前縁（１９）で、案内羽根（１８）の後進面（ＳＳ）とポンプコア（１０）の包絡面（１１）との間の接続角度（α）が９０度よりも大きい。【選択図】図２
2016523341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面（９）を有する軸方向に延在する管状のポンプハウジング（８）と、
包絡面（１１）を有する軸方向に延在するポンプコア（１０）であって、前記ポンプコア（１０）の少なくとも１つの軸方向部分の区分が前記ポンプハウジング（８）に収容されており、ハブ（１６）と少なくとも１つの翼（１７）とを有するプロペラ（１５）を備えるポンプコア（１０）と、
上流に位置される前縁（１９）と下流に位置される後縁（２０）とを備え、かつ周方向に前進面（ＰＳ）と後進面（ＳＳ）とを備える少なくとも１つの案内羽根（１８）であって、前記ポンプハウジング（８）の前記内面（９）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）との間に延在する少なくとも１つの案内羽根（１８）とを備える、液体を圧送するためのプロペラポンプ（３）において、
前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記前縁（１９）で、前記案内羽根（１８）の前記後進面（ＳＳ）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）との間の接続角度（α）が９０度よりも大きいことを特徴とする、プロペラポンプ（３）。
【請求項２】
前記ポンプコア（１０）が前記プロペラ（１５）の下流で最大直径（ｄｍａｘ）を呈し、前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記前縁（１９）が、前記ポンプコア（１０）が最大直径（ｄｍａｘ）を有する横断面より下流の位置で前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）に接続する、請求項１に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項３】
前記案内羽根（１８）の前記後進面（ＳＳ）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）との間の前記接続角度（α）が前記案内羽根（１８）の前記前縁（１９）で１２０度よりも大きく、好ましくは約１３５度である、請求項１または２に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項４】
前記案内羽根（１８）の前記後進面（ＳＳ）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）との間の前記接続角度（α）が前記案内羽根（１８）の全軸長に沿って９０度よりも大きい、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項５】
前記案内羽根（１８）の前記後進面（ＳＳ）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）との間の前記接続角度（α）が前記案内羽根（１８）の全軸長に沿って１２０度よりも大きい、請求項４に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項６】
前記プロペラポンプ（３）が、前記ポンプハウジング（８）の入口開口（１２）から前記ポンプハウジング（８）の出口開口（１３）に延在する、軸方向に延在する流路（１４）であって、径方向に前記ポンプハウジング（８）の前記内面（９）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）によりそれぞれ画定される流路（１４）を備え、前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記前縁（１９）の範囲では前記流路（１４）の断面積（Ａ１）が前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記後縁（２０）の範囲での前記流路（１４）の断面積（Ａ２）以下であり、かつ前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記後縁（２０）の範囲では前記流路（１４）の前記断面積（Ａ２）が前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記前縁（１９）の範囲での前記流路（１４）の前記断面積（Ａ１）の１．２倍よりも小さい、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項７】
前記ポンプコア（１０）と前記ポンプハウジング（８）が同心円状に配置される、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項８】
前記プロペラ（１５）が５つの翼（１７）を備え、前記プロペラポンプ（３）が９つの案内羽根（１８）を備える、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のプロペラポンプ（３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して液体を圧送するためのプロペラポンプに関し、詳細には流入する液体流動がプロペラポンプの回転軸と平行に吸入され、かつ液体がプロペラポンプのプロペラを上記回転軸に対して斜めに離れ、その角度が０度よりも大きく９０度よりも小さく、通例は約４５度である半軸流ポンプまたは斜流ポンプに関する。さらに、プロペラの回転はプロペラを離れる液体流動に周方向の成分を呈示させる。そのようなプロペラポンプのための通例の適用分野は、比較的低い圧力を有する大量の液体を輸送することである。
【０００２】
本発明は、内面を有する軸方向に延在する管状のポンプハウジングと、包絡面を有する軸方向に延在するポンプコアであって、ポンプコアの少なくとも１つの軸方向部分の区分が上記ポンプハウジングに収容されており、ハブと少なくとも１つの翼とを有するプロペラを備えるポンプコアと、上流に位置される前縁と下流に位置される後縁とを備え、かつ周方向に前進面と後進面とを備える少なくとも１つの案内羽根であって、ポンプハウジングの内面とポンプコアの包絡面との間に延在する少なくとも１つの案内羽根を備えるプロペラポンプに関する。
【背景技術】
【０００３】
そのようなプロペラポンプの一区分では、案内羽根を有するいわゆるディフューザが見受けられ、これは液体がプロペラポンプのプロペラを離れた後に液体流の流動の偏向ならびに圧力回復が起こるプロペラポンプの一区分である。より正確には、ディフューザおよび案内羽根の機能は、ディフューザからの、プロペラポンプの回転軸と主に平行である出力液体流を得る目的で、プロペラポンプのプロペラを離れる液体流を回転方向にならびに径−軸方向に偏向／経路変更することである。構造面では、これはとりわけ、プロペラを離れる、径方向外側に部分的に向けられる液体流を軸方向液体流に偏向するために、ポンプコアはプロペラの下流に凸形状を有することを意味する。
【０００４】
凸曲面の直径がもはや増加するのではなく、一定にまたはわずかな減少に変わるとき、負の圧力勾配が、ポンプコアの包絡面と平行に上流に向けられかつポンプコアの包絡面に隣接して提供される。このいわゆる負の軸方向の圧力勾配は、凸曲面の曲率半径が軸方向に見て増加し始める、すなわち一定になり始めるときに増加し、これはポンプコアの包絡面に最も近い境界層も下流方向に増加することを含意する。境界層は相当に低減される速度、さらに最終的には後方に向けられる速度、すなわち逆流動／流を呈する。負の軸方向の圧力勾配が逆流が発生するほど大きくなることを回避するために、凸曲面の曲率半径を十分に大きくすることが知られている。しかしながら、これはプロペラポンプの軸長が増加するという不利点を含意し、これはおよそ１〜２ｍの直径とおよそ３〜４ｍの軸長を有する大型のプロペラポンプの場合に最も顕著である。
【０００５】
さらには、案内羽根の後進面がポンプコアの包絡面と交わる範囲は、剥離、すなわち逆流動の出現を余計に受けやすい。これは第一に、ポンプコアの包絡面に沿う境界層が、案内羽根の凸後進面の曲率半径が軸方向に見て増加し始める領域で案内羽根の後進面に存在するような境界層に加えられることに依存し、これは要するに、さらに増加される逆流動の危険性およびそれによる大きな損失に至る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、先行技術のプロペラポンプの上述の不利点および欠点を防ぐこと、および改良されたプロペラポンプを提供することを目指す。本発明の主たる目的は、案内羽根の後進面がポンプコアの包絡面と交わる範囲で見受けられる全境界層を減少させることにより案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の範囲で剥離を排除する、導入部によって定められる種類の改良されたプロペラポンプを提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、ポンプコアの凸曲面の曲率半径が減少されるようにされ、それにより液体流を径−軸方向に偏向するためにより短い軸方向距離を必要とすればよいおかげで、その軸長が減少され得るプロペラポンプを提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、ポンプコアの包絡面が軸方向に見て案内羽根通路で非常に大きいまたはゼロの曲率半径を有するプロペラポンプを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、回転方向の偏向が径−軸方向の偏向と同じ場所で起こらないプロペラポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、少なくとも主たる目的は、導入部によって定められ、また独立請求項に定められる特徴を有するプロペラポンプによって達成される。本発明の好ましい実施形態が従属請求項にさらに定められる。
【００１１】
本発明によれば、導入部によって定められる種類のプロペラポンプが、上記少なくとも１つの案内羽根の前縁で、案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の接続角度（α）が９０°よりも大きいことを特徴として提供される。
【００１２】
それゆえ、本発明は、９０°よりも大きい案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の接続角度を提供することにより、境界層を減少させかつ案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の範囲で線運動量を増加させる、内側に向けられる径方向の圧力勾配が得られ、それによりこの範囲で剥離を排除するという理解に基づく。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、ポンプコアはプロペラの下流で最大直径（ｄｍａｘ）を呈し、上記少なくとも１つの案内羽根の前縁が、ポンプコアが最大直径を有する横断面の下流の点でポンプコアの包絡面に接続する。これは、径−軸方向の偏向の下流で生じる回転方向の偏向の結果として剥離の危険性が相当に減少することを含意する。
【００１４】
好ましい実施形態によれば、案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の接続角度（α）は案内羽根の全軸長に沿って９０°よりも大きく、これは剥離の危険性をさらに減少させる。
【００１５】
好ましくは、プロペラポンプは軸方向に延在する流路を備え、上記少なくとも１つの案内羽根の前縁の範囲では上記流路の断面積（Ａ１）が上記少なくとも１つの案内羽根の後縁の範囲での上記流路の断面積（Ａ２）以下であり、かつ上記少なくとも１つの案内羽根の後縁の範囲では上記流路の断面積（Ａ２）が上記少なくとも１つの案内羽根の前縁の範囲での上記流路の断面積（Ａ１）の１．２倍よりも小さい。これは、流路の拡大／面積増加が案内羽根が配置される軸方向の区分で小さいことの結果としてのさらに減少される剥離の危険性に至る。
【００１６】
本発明のさらなる利点および特徴はその他の従属請求項にならびに以下の好ましい実施形態の詳細な説明に見出される。
【００１７】
本発明の上述のならびにその他の特徴および利点のより完全な理解は以下の好ましい実施形態の詳細な説明から、添付図面を参照しつつ明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】プロペラポンプ設備の概略側断面図である。
【図２】本発明に係るプロペラポンプの概略側断面図である。
【図３】管状のポンプハウジングが取外された、本発明に係るプロペラポンプの下方からの概略斜視図である。
【図４】図３に係るプロペラポンプの上方からの概略斜視図である。
【図５】案内羽根の前縁を図示する、横断面で下流方向に取られる本発明に係るプロペラポンプの断面図の例示である。
【図６】プロペラポンプ設備の側断面図の例示である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
前置きとして図１を参照すると、全体が１で示されるプロペラポンプ設備が図示される。プロペラポンプ設備１は、１つまたは複数の区分を有するケーシングチューブ２と、上記ケーシングチューブ２の下端に配置される、全体が３で示される本発明に係るプロペラポンプと、ケーシングチューブ２の下端に接続される入口ファンネル４と、ケーシングチューブ２の上端に配置される出口５と、駆動ユニット６とを備える。図示される実施形態では、駆動ユニット６はプロペラポンプ３からある距離をおいて位置されてケーシングチューブ２の外側に置かれ、さらに軸方向に延在する駆動軸７によってプロペラポンプ３に接続されるが、しかしながら、駆動ユニット６は適切なプロペラポンプ３に配置されてよいことが言及されるべきである。
【００２０】
ここで図２〜４も参照すると、本発明に係るプロペラポンプ３が図示される。プロペラポンプ３は半軸流ポンプまたは斜流ポンプとしても知られ、内面９を有する軸方向に延在する管状のポンプハウジング８と、包絡面１１を有する、全体が１０で示される軸方向に延在するポンプコアとを備える。ポンプコア１０の少なくとも１つの軸方向の下位区分は上記ポンプハウジング８により囲まれ、好ましくは、ポンプハウジング８とポンプコア１０は互いに関して同心円状に配置される。駆動ユニット６はポンプコア１０に配置されてよいことが言及されるべきである。図３および４では、ポンプハウジング８は明示の目的で取外される。
【００２１】
ポンプハウジング８は上流に位置される入口１２と下流に位置される出口１３とを備え、プロペラポンプ３が、入口開口１２から出口開口１３に延在する、軸方向に延在する流路１４を備え、流路１４はポンプハウジング８の内面９とポンプコア１０の包絡面１１によりそれぞれ径方向に画定される。ポンプコア１０は、ハブコーン１６と上記ハブコーン１６から突出する少なくとも１つの翼１７とを有するプロペラ１５を備える。ポンプコア１０の包絡面１１は部分的に上記ハブコーン１６の外側から成ることが明示されるべきである。プロペラ１５のハブコーン１６は駆動軸７の下端に接続され、さらに駆動ユニット６により上記駆動軸７を介して回転駆動される。プロペラ１５の回転方向は図３および４では矢印Ｒにより例示される。
【００２２】
図に示される実施形態では、プロペラ１５は５つの翼１７を備え、これらはハブコーン１６に沿って等距離に分布される。しかしながら、プロペラ１５は別の数の翼１７を備えてよく、プロペラ翼の数は、たとえば性能要件の仕様に基づいて、プロペラポンプ３が運転中であるときに共振が原因の振動を回避したいという要望に基づいて、またプロペラ１５の釣合せに基づいて選択される。
【００２３】
プロペラポンプ３は少なくとも１つの案内羽根１８をさらに備え、これは上流に位置される前縁１９と下流に位置される後縁２０とを有し、かつ回転方向に前進面（換言すれば、圧力面）（ＰＳ）と後進面（換言すれば、負圧面）（ＳＳ）とを備える（図５を参照）。図に示される実施形態では、プロペラポンプ３は９つの案内羽根１８を備え、これらはポンプコア１０の包絡面１１に沿って等距離に分布される。しかしながら、プロペラポンプ３は別の数の案内羽根１８を備えてよく、プロペラ１５が偶数の翼１７を備える場合は、プロペラポンプ３が運転中であるときに共振を回避するために奇数が好ましく、また共振が原因の振動問題を回避するためにプロペラ１５の翼１７の数の倍数ではないのが好ましい。上記少なくとも１つの案内羽根１８は、軸方向に見て、後進面（ＳＳ）が凸形状を有し、前進面（ＰＳ）が凹形状を有する弧状である。つまり、案内羽根の弦はその前進面（ＰＳ）に置かれる。案内羽根１８の後縁２０の接線は好ましくは軸方向に延在する。図示される実施形態では、すべての案内羽根１８は一様であり、すべての案内羽根１８の前縁１９は１つの同じ幾何学的横断面に配置される。代替の実施形態（図示せず）では、プロペラポンプ３は回転方向に見て交互に配置される異なる種類の案内羽根を備えてよく、この案内羽根の組は異なる強度の弧状／曲率半径を有するかつ／または軸方向に互いに変位して配置されてよい。
【００２４】
上記少なくとも１つの案内羽根１８はポンプハウジング８の内面９とポンプコア１０の包絡面１１との間に延在し、好ましくは上記少なくとも１つの案内羽根１８はポンプコア１０の包絡面１１に接続され、さらにより好ましくは上記少なくとも１つの案内羽根１８はポンプハウジング８の内面９に接続される。これは、ポンプコア１０がその位置をポンプハウジング８に関して保証するために他の支柱などを必要としないことを含意する。好ましくは、すべての案内羽根１８はポンプコア１０とポンプハウジング８に接続される。
【００２５】
ここで図５も参照すると、プロペラポンプ３の断面の一部が概略的に図示され、ポンプハウジング８、ポンプコア１０の包絡面１１、および案内羽根１８の前縁１９が見られる。
【００２６】
上記少なくとも１つの案内羽根１８の前縁１９で、案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプコア１０の包絡面１１との間の接続角度（α）が９０°よりも大きいことが本発明のための中核である。上記接続角度は好ましくは１２０°よりも大きく、最も好ましくはおよそ１３５°である。図５に描かれるのは錯角（α）であることに留意されたい。案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプコア１０の包絡面１１との間の９０°よりも大きい接続角度（α）を案内羽根１８の前縁１９で使用することにより、境界層を減少させかつ案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の範囲で線運動量を増加させる、径方向内側に向けられる圧力勾配が得られ、それにより剥離の出現がこの範囲で排除される。
【００２７】
上記少なくとも１つの案内羽根１８の前縁１９で、案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプハウジング８の内面９との間の接続角度（β）が９０°よりも大きいことがさらに好まれ、上記接続角度は好ましくは１２０°よりも大きい。図５に描かれるのは錯角（β）であることに留意されたい。
【００２８】
案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプコア１０の包絡面１１との間の接続角度（α）が案内羽根１８の全軸長に沿って９０°よりも大きいことが好まれ、上記接続角度（α）は好ましくは案内羽根１８の全軸長に沿って１２０°よりも大きい。案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプコア１０の包絡面１１との間の９０°よりも大きい接続角度（α）を全案内羽根１８の軸長に沿って使用することにより、境界層を減少させかつ案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の範囲で線運動量を増加させる、内側に向けられる径方向の圧力勾配が得られ、それにより剥離の出現がこの範囲で排除される。代替の実施形態では、案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプコア１０の包絡面１１との間の接続角度（α）は案内羽根１８の全軸長の少なくとも２／３に沿って、案内羽根１８の前縁１９から見て９０°よりも大きく、好ましくは１２０よりも大きい。
【００２９】
ここで図６も参照すると、破断プロペラポンプ３の一部が概略的に図示される。
【００３０】
好ましい実施形態によれば、ポンプコア１０はプロペラ１５の下流でまたはプロペラ１５に直接接続して最大直径（ｄｍａｘ）を呈する。さらには、上記少なくとも１つの案内羽根１８の前縁１９は、ポンプコア１０が最大直径（ｄｍａｘ）を有する横断面の下流の位置でポンプコア１０の包絡面１１に接続される。これは、径−軸方向の液体流動の偏向が本質的にプロペラ１５の翼１７の後縁と案内羽根１８の前縁１９との間で、すなわち案内羽根１８によってまたは案内羽根１８の前縁１９からその後縁２０に延在するいわゆる案内羽根通路で起こされる回転方向の偏向の上流で起こることを含意する。いわゆる案内羽根通路の構造は、液体流動を径−軸方向に偏向するために特別な考慮が与えられる必要なしに寸法設定／設計され得るが、というのはそれは案内羽根通路の上流で、ポンプコア１０の包絡面１１の、軸方向に見て小さい曲率半径によって既に対処されているためであり、それによって案内羽根１８は軸方向に見てより小さな曲率半径で形成され得、それにより軸方向により短い案内羽根通路が得られる。案内羽根のより小さい曲率半径は案内羽根の軸方向に投影される弦がより短くなることを含意する。これは、液体が上記少なくとも１つの案内羽根１８に到達するときには包絡面１１の曲率半径は全体的にまたは部分的に一定になっているので、ポンプコア１０の包絡面１１の曲率半径により生成される負の圧力勾配は案内羽根１８の後進面（ＳＳ）の負の圧力勾配とは相互作用しないという事実による。
【００３１】
対応関係が、ポンプコア１０が最大直径（ｄｍａｘ）を呈する範囲でのポンプコア１０の包絡面１１の構造に当てはまる。つまり、ポンプコア１０は、液体流動／流がどのように案内羽根通路の構造により影響されるかに関して特別な考慮が与えられる必要なしに寸法設定／設計され得、したがってポンプコア１０の包絡面１１はポンプコア１０が最大直径（ｄｍａｘ）を呈する範囲でより小さな曲率半径で形成され得、それによりプロペラポンプ３が軸方向により短い伸長を有して得られる。
【００３２】
好ましい実施形態によれば、上記少なくとも１つの案内羽根１８の前縁１９の範囲では、ポンプハウジング８の入口開口１２からポンプハウジング８の出口開口１３に延在する上記流路１４の断面積（Ａ１）が上記少なくとも１つの案内羽根１８の後縁２０の範囲での上記流路１４の断面積（Ａ２）以下である。さらには上記少なくとも１つの案内羽根１８の後縁２０の範囲では、上記流路１４の断面積（Ａ２）が上記少なくとも１つの案内羽根１８の前縁１９の範囲での上記流路１４の断面積（Ａ１）の１．２倍よりも小さい。これは案内羽根通路での流路１４の小さいまたはゼロの拡張を含意し、それにより上記少なくとも１つの案内羽根１８は軸方向に見てさらにより小さな曲率半径で形成され得、すなわちより短い軸方向に投影される弦で形成され得る。
発明の実行可能な変更
【００３３】
本発明は、主に例示および例証目的を有する、上に説明され図面に図示される実施形態のみに限定されない。本特許出願は本明細書に説明される好ましい実施形態のすべての修正および変形を包含するものと意図され、それゆえ本発明は添付の特許請求の範囲の文言により定められ、機器は添付の特許請求の範囲内のすべての種類の方法で変更されてよい。
【００３４】
また、上に、下に、上の、下のなどの用語についての／関するすべての情報は、機器を図に従って配向させ、参照事項が適切に読まれ得るように図面を配向させて解釈／読取されるべきであることが指摘されるべきである。それゆえそのような用語は図示される実施形態では相互関係を示すのみであり、本発明の機器に別の構造／設計が与えられれば、その関係は変更されることがある。
【００３５】
また、特定の実施形態からの特徴が別の実施形態からの特徴と組合されてよいことが明示的に述べられていなくとも、組合せが可能であれば、その組合せは明白と見なされるべきであることが指摘されるべきである。
【図１】
2016523341.tif 000003
【図２】
2016523341.tif 000004
【図３】
2016523341.tif 000005
【図４】
2016523341.tif 000006
【図５】
2016523341.tif 000007
【図６】
2016523341.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月9日(2014.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面（９）を有する軸方向に延在する管状のポンプハウジング（８）と、
包絡面（１１）を有する軸方向に延在するポンプコア（１０）であって、前記ポンプコア（１０）の少なくとも１つの軸方向部分の区分が前記ポンプハウジング（８）に収容されており、ハブ（１６）と少なくとも１つの翼（１７）とを有するプロペラ（１５）を備えるポンプコア（１０）と、
上流に位置される前縁（１９）と下流に位置される後縁（２０）とを備え、かつ周方向に前進面（ＰＳ）と後進面（ＳＳ）とを備える少なくとも１つの案内羽根（１８）であって、前記ポンプハウジング（８）の前記内面（９）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）との間に延在する少なくとも１つの案内羽根（１８）とを備える、液体を圧送するためのプロペラポンプ（３）において、
前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記前縁（１９）で、前記案内羽根（１８）の前記後進面（ＳＳ）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）との間の接続角度（α）が９０度よりも大きく、
前記ポンプコア（１０）が前記プロペラ（１５）の下流で最大直径（ｄｍａｘ）を呈し、前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記前縁（１９）が、前記ポンプコア（１０）が最大直径（ｄｍａｘ）を有する横断面より下流の位置で前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）に接続することを特徴とする、プロペラポンプ（３）。
【請求項２】
前記案内羽根（１８）の前記後進面（ＳＳ）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）との間の前記接続角度（α）が前記案内羽根（１８）の前記前縁（１９）で１２０度よりも大きく、好ましくは約１３５度である、請求項１に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項３】
前記案内羽根（１８）の前記後進面（ＳＳ）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）との間の前記接続角度（α）が前記案内羽根（１８）の全軸長に沿って９０度よりも大きい、請求項１または２に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項４】
前記案内羽根（１８）の前記後進面（ＳＳ）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）との間の前記接続角度（α）が前記案内羽根（１８）の全軸長に沿って１２０度よりも大きい、請求項３に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項５】
前記プロペラポンプ（３）が、前記ポンプハウジング（８）の入口開口（１２）から前記ポンプハウジング（８）の出口開口（１３）に延在する、軸方向に延在する流路（１４）であって、径方向に前記ポンプハウジング（８）の前記内面（９）と前記ポンプコア（１０）の前記包絡面（１１）によりそれぞれ画定される流路（１４）を備え、前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記前縁（１９）の範囲では前記流路（１４）の断面積（Ａ１）が前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記後縁（２０）の範囲での前記流路（１４）の断面積（Ａ２）以下であり、かつ前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記後縁（２０）の範囲では前記流路（１４）の前記断面積（Ａ２）が前記少なくとも１つの案内羽根（１８）の前記前縁（１９）の範囲での前記流路（１４）の前記断面積（Ａ１）の１．２倍よりも小さい、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項６】
前記ポンプコア（１０）と前記ポンプハウジング（８）が同心円状に配置される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロペラポンプ（３）。
【請求項７】
前記プロペラ（１５）が５つの翼（１７）を備え、前記プロペラポンプ（３）が９つの案内羽根（１８）を備える、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプロペラポンプ（３）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して液体を圧送するためのプロペラポンプに関し、詳細には流入する液体流動がプロペラポンプの回転軸と平行に吸入され、かつ液体がプロペラポンプのプロペラを上記回転軸に対して斜めに離れ、その角度が０度よりも大きく９０度よりも小さく、通例は約４５度である半軸流ポンプまたは斜流ポンプに関する。さらに、プロペラの回転はプロペラを離れる液体流動に周方向の成分を呈示させる。そのようなプロペラポンプのための通例の適用分野は、比較的低い圧力を有する大量の液体を輸送することである。
【０００２】
本発明は、内面を有する軸方向に延在する管状のポンプハウジングと、包絡面を有する軸方向に延在するポンプコアであって、ポンプコアの少なくとも１つの軸方向部分の区分が上記ポンプハウジングに収容されており、ハブと少なくとも１つの翼とを有するプロペラを備えるポンプコアと、上流に位置される前縁と下流に位置される後縁とを備え、かつ周方向に前進面と後進面とを備える少なくとも１つの案内羽根であって、ポンプハウジングの内面とポンプコアの包絡面との間に延在する少なくとも１つの案内羽根を備えるプロペラポンプに関する。
【背景技術】
【０００３】
そのようなプロペラポンプの一区分では、案内羽根を有するいわゆるディフューザが見受けられ、これは液体がプロペラポンプのプロペラを離れた後に液体流の流動の偏向ならびに圧力回復が起こるプロペラポンプの一区分である。より正確には、ディフューザおよび案内羽根の機能は、ディフューザからの、プロペラポンプの回転軸と主に平行である出力液体流を得る目的で、プロペラポンプのプロペラを離れる液体流を回転方向にならびに径−軸方向に偏向／経路変更することである。構造面では、これはとりわけ、プロペラを離れる、径方向外側に部分的に向けられる液体流を軸方向液体流に偏向するために、ポンプコアはプロペラの下流に凸形状を有することを意味する。
【０００４】
凸曲面の直径がもはや増加するのではなく、一定にまたはわずかな減少に変わるとき、負の圧力勾配が、ポンプコアの包絡面と平行に上流に向けられかつポンプコアの包絡面に隣接して提供される。このいわゆる負の軸方向の圧力勾配は、凸曲面の曲率半径が軸方向に見て増加し始める、すなわち一定になり始めるときに増加し、これはポンプコアの包絡面に最も近い境界層も下流方向に増加することを含意する。境界層は相当に低減される速度、さらに最終的には後方に向けられる速度、すなわち逆流動／流を呈する。負の軸方向の圧力勾配が逆流が発生するほど大きくなることを回避するために、凸曲面の曲率半径を十分に大きくすることが知られている。しかしながら、これはプロペラポンプの軸長が増加するという不利点を含意し、これはおよそ１〜２ｍの直径とおよそ３〜４ｍの軸長を有する大型のプロペラポンプの場合に最も顕著である。
【０００５】
さらには、案内羽根の後進面がポンプコアの包絡面と交わる範囲は、剥離、すなわち逆流動の出現を余計に受けやすい。これは第一に、ポンプコアの包絡面に沿う境界層が、案内羽根の凸後進面の曲率半径が軸方向に見て増加し始める領域で案内羽根の後進面に存在するような境界層に加えられることに依存し、これは要するに、さらに増加される逆流動の危険性およびそれによる大きな損失に至る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、先行技術のプロペラポンプの上述の不利点および欠点を防ぐこと、および改良されたプロペラポンプを提供することを目指す。本発明の主たる目的は、案内羽根の後進面がポンプコアの包絡面と交わる範囲で見受けられる全境界層を減少させることにより案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の範囲で剥離を排除する、導入部によって定められる種類の改良されたプロペラポンプを提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、ポンプコアの凸曲面の曲率半径が減少されるようにされ、それにより液体流を径−軸方向に偏向するためにより短い軸方向距離を必要とすればよいおかげで、その軸長が減少され得るプロペラポンプを提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、ポンプコアの包絡面が軸方向に見て案内羽根通路で非常に大きいまたはゼロの曲率半径を有するプロペラポンプを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、回転方向の偏向が径−軸方向の偏向と同じ場所で起こらないプロペラポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、少なくとも主たる目的は、導入部によって定められ、また独立請求項に定められる特徴を有するプロペラポンプによって達成される。本発明の好ましい実施形態が従属請求項にさらに定められる。
【００１１】
本発明によれば、導入部によって定められる種類のプロペラポンプが、ポンプコアはプロペラの下流で最大直径（ｄｍａｘ）を呈し、上記少なくとも１つの案内羽根の前縁が、ポンプコアが最大直径を有する横断面より下流の位置でポンプコアの包絡面に接続することを特徴として提供される。
【００１２】
それゆえ、本発明は、９０°よりも大きい案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の接続角度を提供することにより、境界層を減少させかつ案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の範囲で線運動量を増加させる、内側に向けられる径方向の圧力勾配が得られ、それによりこの範囲で剥離を排除するという理解に基づく。案内羽根の前縁とポンプコアの包絡面との間の接続位置は、径−軸方向の偏向の下流で生じる回転方向の偏向の結果として剥離の危険性が相当に減少することを含意する。
【００１３】
好ましい実施形態によれば、案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の接続角度（α）は案内羽根の全軸長に沿って９０°よりも大きく、これは剥離の危険性をさらに減少させる。
【００１４】
好ましくは、プロペラポンプは軸方向に延在する流路を備え、上記少なくとも１つの案内羽根の前縁の範囲では上記流路の断面積（Ａ１）が上記少なくとも１つの案内羽根の後縁の範囲での上記流路の断面積（Ａ２）以下であり、かつ上記少なくとも１つの案内羽根の後縁の範囲では上記流路の断面積（Ａ２）が上記少なくとも１つの案内羽根の前縁の範囲での上記流路の断面積（Ａ１）の１．２倍よりも小さい。これは、流路の拡大／面積増加が案内羽根が配置される軸方向の区分で小さいことの結果としてのさらに減少される剥離の危険性に至る。
【００１５】
本発明のさらなる利点および特徴はその他の従属請求項にならびに以下の好ましい実施形態の詳細な説明に見出される。
【００１６】
先行技術のさらなる説明
国際公開第２０１３／０９０５００号は、液体を圧送するプロペラポンプを開示する。このプロペラポンプは、プロペラを有する軸方向に延在するポンプコアを収容する、軸方向に延在する管状のポンプハウジングを備える。少なくとも１つの案内羽根がポンプコアとポンプハウジングとの間で延在する。案内羽根の前縁で、案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の接続角度（α）は９０度よりも大きい。
【００１７】
本発明の上述のならびにその他の特徴および利点のより完全な理解は以下の好ましい実施形態の詳細な説明から、添付図面を参照しつつ明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】プロペラポンプ設備の概略側断面図である。
【図２】本発明に係るプロペラポンプの概略側断面図である。
【図３】管状のポンプハウジングが取外された、本発明に係るプロペラポンプの下方からの概略斜視図である。
【図４】図３に係るプロペラポンプの上方からの概略斜視図である。
【図５】案内羽根の前縁を図示する、横断面で下流方向に取られる本発明に係るプロペラポンプの断面図の例示である。
【図６】プロペラポンプ設備の側断面図の例示である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
前置きとして図１を参照すると、全体が１で示されるプロペラポンプ設備が図示される。プロペラポンプ設備１は、１つまたは複数の区分を有するケーシングチューブ２と、上記ケーシングチューブ２の下端に配置される、全体が３で示される本発明に係るプロペラポンプと、ケーシングチューブ２の下端に接続される入口ファンネル４と、ケーシングチューブ２の上端に配置される出口５と、駆動ユニット６とを備える。図示される実施形態では、駆動ユニット６はプロペラポンプ３からある距離をおいて位置されてケーシングチューブ２の外側に置かれ、さらに軸方向に延在する駆動軸７によってプロペラポンプ３に接続されるが、しかしながら、駆動ユニット６は適切なプロペラポンプ３に配置されてよいことが言及されるべきである。
【００２０】
ここで図２〜４も参照すると、本発明に係るプロペラポンプ３が図示される。プロペラポンプ３は半軸流ポンプまたは斜流ポンプとしても知られ、内面９を有する軸方向に延在する管状のポンプハウジング８と、包絡面１１を有する、全体が１０で示される軸方向に延在するポンプコアとを備える。ポンプコア１０の少なくとも１つの軸方向の下位区分は上記ポンプハウジング８により囲まれ、好ましくは、ポンプハウジング８とポンプコア１０は互いに関して同心円状に配置される。駆動ユニット６はポンプコア１０に配置されてよいことが言及されるべきである。図３および４では、ポンプハウジング８は明示の目的で取外される。
【００２１】
ポンプハウジング８は上流に位置される入口１２と下流に位置される出口１３とを備え、プロペラポンプ３が、入口開口１２から出口開口１３に延在する、軸方向に延在する流路１４を備え、流路１４はポンプハウジング８の内面９とポンプコア１０の包絡面１１によりそれぞれ径方向に画定される。ポンプコア１０は、ハブコーン１６と上記ハブコーン１６から突出する少なくとも１つの翼１７とを有するプロペラ１５を備える。ポンプコア１０の包絡面１１は部分的に上記ハブコーン１６の外側から成ることが明示されるべきである。プロペラ１５のハブコーン１６は駆動軸７の下端に接続され、さらに駆動ユニット６により上記駆動軸７を介して回転駆動される。プロペラ１５の回転方向は図３および４では矢印Ｒにより例示される。
【００２２】
図に示される実施形態では、プロペラ１５は５つの翼１７を備え、これらはハブコーン１６に沿って等距離に分布される。しかしながら、プロペラ１５は別の数の翼１７を備えてよく、プロペラ翼の数は、たとえば性能要件の仕様に基づいて、プロペラポンプ３が運転中であるときに共振が原因の振動を回避したいという要望に基づいて、またプロペラ１５の釣合せに基づいて選択される。
【００２３】
プロペラポンプ３は少なくとも１つの案内羽根１８をさらに備え、これは上流に位置される前縁１９と下流に位置される後縁２０とを有し、かつ回転方向に前進面（換言すれば、圧力面）（ＰＳ）と後進面（換言すれば、負圧面）（ＳＳ）とを備える（図５を参照）。図に示される実施形態では、プロペラポンプ３は９つの案内羽根１８を備え、これらはポンプコア１０の包絡面１１に沿って等距離に分布される。しかしながら、プロペラポンプ３は別の数の案内羽根１８を備えてよく、プロペラ１５が偶数の翼１７を備える場合は、プロペラポンプ３が運転中であるときに共振を回避するために奇数が好ましく、また共振が原因の振動問題を回避するためにプロペラ１５の翼１７の数の倍数ではないのが好ましい。上記少なくとも１つの案内羽根１８は、軸方向に見て、後進面（ＳＳ）が凸形状を有し、前進面（ＰＳ）が凹形状を有する弧状である。つまり、案内羽根の弦はその前進面（ＰＳ）に置かれる。案内羽根１８の後縁２０の接線は好ましくは軸方向に延在する。図示される実施形態では、すべての案内羽根１８は一様であり、すべての案内羽根１８の前縁１９は１つの同じ幾何学的横断面に配置される。代替の実施形態（図示せず）では、プロペラポンプ３は回転方向に見て交互に配置される異なる種類の案内羽根を備えてよく、この案内羽根の組は異なる強度の弧状／曲率半径を有するかつ／または軸方向に互いに変位して配置されてよい。
【００２４】
上記少なくとも１つの案内羽根１８はポンプハウジング８の内面９とポンプコア１０の包絡面１１との間に延在し、好ましくは上記少なくとも１つの案内羽根１８はポンプコア１０の包絡面１１に接続され、さらにより好ましくは上記少なくとも１つの案内羽根１８はポンプハウジング８の内面９に接続される。これは、ポンプコア１０がその位置をポンプハウジング８に関して保証するために他の支柱などを必要としないことを含意する。好ましくは、すべての案内羽根１８はポンプコア１０とポンプハウジング８に接続される。
【００２５】
ここで図５も参照すると、プロペラポンプ３の断面の一部が概略的に図示され、ポンプハウジング８、ポンプコア１０の包絡面１１、および案内羽根１８の前縁１９が見られる。
【００２６】
上記少なくとも１つの案内羽根１８の前縁１９で、案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプコア１０の包絡面１１との間の接続角度（α）が９０°よりも大きいことが本発明のための中核である。上記接続角度は好ましくは１２０°よりも大きく、最も好ましくはおよそ１３５°である。図５に描かれるのは錯角（α）であることに留意されたい。案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプコア１０の包絡面１１との間の９０°よりも大きい接続角度（α）を案内羽根１８の前縁１９で使用することにより、境界層を減少させかつ案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の範囲で線運動量を増加させる、径方向内側に向けられる圧力勾配が得られ、それにより剥離の出現がこの範囲で排除される。
【００２７】
上記少なくとも１つの案内羽根１８の前縁１９で、案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプハウジング８の内面９との間の接続角度（β）が９０°よりも大きいことがさらに好まれ、上記接続角度は好ましくは１２０°よりも大きい。図５に描かれるのは錯角（β）であることに留意されたい。
【００２８】
案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプコア１０の包絡面１１との間の接続角度（α）が案内羽根１８の全軸長に沿って９０°よりも大きいことが好まれ、上記接続角度（α）は好ましくは案内羽根１８の全軸長に沿って１２０°よりも大きい。案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプコア１０の包絡面１１との間の９０°よりも大きい接続角度（α）を全案内羽根１８の軸長に沿って使用することにより、境界層を減少させかつ案内羽根の後進面とポンプコアの包絡面との間の範囲で線運動量を増加させる、内側に向けられる径方向の圧力勾配が得られ、それにより剥離の出現がこの範囲で排除される。代替の実施形態では、案内羽根１８の後進面（ＳＳ）とポンプコア１０の包絡面１１との間の接続角度（α）は案内羽根１８の全軸長の少なくとも２／３に沿って、案内羽根１８の前縁１９から見て９０°よりも大きく、好ましくは１２０よりも大きい。
【００２９】
ここで図６も参照すると、破断プロペラポンプ３の一部が概略的に図示される。
【００３０】
好ましい実施形態によれば、ポンプコア１０はプロペラ１５の下流でまたはプロペラ１５に直接接続して最大直径（ｄｍａｘ）を呈する。さらには、上記少なくとも１つの案内羽根１８の前縁１９は、ポンプコア１０が最大直径（ｄｍａｘ）を有する横断面の下流の位置でポンプコア１０の包絡面１１に接続される。これは、径−軸方向の液体流動の偏向が本質的にプロペラ１５の翼１７の後縁と案内羽根１８の前縁１９との間で、すなわち案内羽根１８によってまたは案内羽根１８の前縁１９からその後縁２０に延在するいわゆる案内羽根通路で起こされる回転方向の偏向の上流で起こることを含意する。いわゆる案内羽根通路の構造は、液体流動を径−軸方向に偏向するために特別な考慮が与えられる必要なしに寸法設定／設計され得るが、というのはそれは案内羽根通路の上流で、ポンプコア１０の包絡面１１の、軸方向に見て小さい曲率半径によって既に対処されているためであり、それによって案内羽根１８は軸方向に見てより小さな曲率半径で形成され得、それにより軸方向により短い案内羽根通路が得られる。案内羽根のより小さい曲率半径は案内羽根の軸方向に投影される弦がより短くなることを含意する。これは、液体が上記少なくとも１つの案内羽根１８に到達するときには包絡面１１の曲率半径は全体的にまたは部分的に一定になっているので、ポンプコア１０の包絡面１１の曲率半径により生成される負の圧力勾配は案内羽根１８の後進面（ＳＳ）の負の圧力勾配とは相互作用しないという事実による。
【００３１】
対応関係が、ポンプコア１０が最大直径（ｄｍａｘ）を呈する範囲でのポンプコア１０の包絡面１１の構造に当てはまる。つまり、ポンプコア１０は、液体流動／流がどのように案内羽根通路の構造により影響されるかに関して特別な考慮が与えられる必要なしに寸法設定／設計され得、したがってポンプコア１０の包絡面１１はポンプコア１０が最大直径（ｄｍａｘ）を呈する範囲でより小さな曲率半径で形成され得、それによりプロペラポンプ３が軸方向により短い伸長を有して得られる。
【００３２】
好ましい実施形態によれば、上記少なくとも１つの案内羽根１８の前縁１９の範囲では、ポンプハウジング８の入口開口１２からポンプハウジング８の出口開口１３に延在する上記流路１４の断面積（Ａ１）が上記少なくとも１つの案内羽根１８の後縁２０の範囲での上記流路１４の断面積（Ａ２）以下である。さらには上記少なくとも１つの案内羽根１８の後縁２０の範囲では、上記流路１４の断面積（Ａ２）が上記少なくとも１つの案内羽根１８の前縁１９の範囲での上記流路１４の断面積（Ａ１）の１．２倍よりも小さい。これは案内羽根通路での流路１４の小さいまたはゼロの拡張を含意し、それにより上記少なくとも１つの案内羽根１８は軸方向に見てさらにより小さな曲率半径で形成され得、すなわちより短い軸方向に投影される弦で形成され得る。
発明の実行可能な変更
【００３３】
本発明は、主に例示および例証目的を有する、上に説明され図面に図示される実施形態のみに限定されない。本特許出願は本明細書に説明される好ましい実施形態のすべての修正および変形を包含するものと意図され、それゆえ本発明は添付の特許請求の範囲の文言により定められ、機器は添付の特許請求の範囲内のすべての種類の方法で変更されてよい。
【００３４】
また、上に、下に、上の、下のなどの用語についての／関するすべての情報は、機器を図に従って配向させ、参照事項が適切に読まれ得るように図面を配向させて解釈／読取されるべきであることが指摘されるべきである。それゆえそのような用語は図示される実施形態では相互関係を示すのみであり、本発明の機器に別の構造／設計が与えられれば、その関係は変更されることがある。
【００３５】
また、特定の実施形態からの特徴が別の実施形態からの特徴と組合されてよいことが明示的に述べられていなくとも、組合せが可能であれば、その組合せは明白と見なされるべきであることが指摘されるべきである。
【国際調査報告】
2016523341.tif 000009
2016523341.tif 000010