(57)【要約】【課題】多段ディフューザポンプにおいて、吐出ノズルへの振動騒音を低減して、ポンプ全体の振動騒音を低減する。【解決手段】回転軸6に取り付けられた多段の羽根車5と、案内羽根4、戻り羽根2と、それらを覆う内ケーシング3と、この内ケーシング3の外周側に取り付けられた、吸込ノズル8と吐出ノズル7を有する外ケーシング1を備えた多段ディフューザポンプにおいて、吐出ノズル7を外ケーシング1の軸方向に対して、最終段の羽根車5a、案内羽4a、戻り羽根2aより上流側に取り付け、更に、周方向に対して、横向きに取り付けること。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられた多段の羽根車と、次段の羽根車へ流れを導くリターン流路を形成する内ケーシングと、前記内ケーシングの外周側を覆うものであって、吸込ノズルと吐出ノズルを有する外ケーシングを備えた多段ディフューザポンプにおいて、
前記吐出ノズルを、前記多段の羽根車の最終段より、軸方向において上流側の位置に設置したことを特徴とする多段ディフューザポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載された多段ディフューザポンプにおいて、
前記吐出ノズルを、前記外ケーシングの周方向に対して、前記外ケーシングを固定するためのベースと同じ角度位置又はその近傍に設置したことを特徴とする多段ディフューザポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載された多段ディフューザポンプにおいて、
前記吐出ノズルと前記ベースが一体化されていることを特徴とする多段ディフューザポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段ディフューザポンプの低騒音化手法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の技術であるボイラ給水ポンプに用いられる多段ディフューザポンプの断面図を示す。図１には、回転軸6に取り付けられた羽根車5、案内羽根4、戻り羽根2からなる段が５段、回転軸方向に配置され、内ケーシング3が、前記複数の段を覆うと共に次段の羽根車に流れを導き、更に、吐出ノズル7と吸込ノズル8を備えた外ケーシング1が前記内ケーシング3を覆う構造が示されている。
【０００３】
図１に示された多段のディフューザポンプにおいては、羽根車5の羽根枚数Ｚと羽根車5の回転数Ｎとの積の整数倍の流体加振力が内ケーシング3および外ケーシング1を加振し、その加振力によって外ケーシング1が振動し、その表面からの音響放射により、騒音を発生させている。すなわち、羽根車5の端縁から遠心方向に放出される流れは、羽根厚や羽根間の２次流れなどの影響により周方向に非一様の脈動流れとなるが、この流れが案内羽根4と干渉して周期的な圧力脈動を発生させる。これが流体加振力となり、内ケーシング3に伝わり、振動が生じて、この振動が外ケーシング1に固体伝搬され、外ケーシング1の表面から放射音となって放出されるので、騒音を発生するのである。
【０００４】
また、外ケーシング1には、吐出ノズル7と吸込ノズル8が取り付けられており、これらのノズルにおいて、ノズル内部の流体による加振と外ケーシング1からの固体伝搬による振動が共に伝搬して、それらの振動により、ノズルからも騒音が発生する。一般に、吐出ノズルには吐出配管が、吸込ノズル8には吸込配管がフランジ接続や溶接等により接続されるので、これらの配管類からも同様に騒音が発生する。
【０００５】
例えば、火力発電所に納入されるバーレルケーシング型多段タービンポンプであるボイラ給水ポンプの場合、吐出配管や吸込配管等の多くの配管が外ケーシング1に接続される。また、ポンプには、駆動機や変速機等の補機類も接続される。そのため、ポンプ周りの音場は、ポンプ本体も含めてこれらの配管や補機類から発生する騒音が合成されている。これらの中で、特に、吸込配管、吐出配管、ミニマムフロー配管などのプラント配管は、表面積が大きく、空中に張り巡らされているため、音の放射効率も高く、これらのプラント配管から発生する騒音は、音場への影響がポンプ本体以上に大きいと考えられる。それゆえ、ポンプ周りの騒音を低減するには、ポンプ本体に加えて配管類からの騒音を低減する必要がある。
【０００６】
昨今、上記の多段ディフューザポンプに対しては、環境規制、快適環境の追求といった見地から低騒音化が求められており、その方向の発明もなされている。
【０００７】
例えば、特許文献１は、ターボ流体機械において、吐出配管と吐出ノズルとの接続部付近に、リング状の減衰材を封入した空洞部を有する振動減衰装置、粒状の減衰材を封入した円筒状パイプ等の伝播減衰手段を設けることにより、外ケーシングから吐出配管への加振力や配管内部の流体の圧力脈動の伝播を減衰させる技術が開示されている。
【０００８】
また、案内羽根4の入口と羽根車5の出口の間隙を大きくして騒音を低減する方法、羽根車5の出口を３次元にスキューをつけて捻り、両者の干渉を緩和して振動騒音を低減する方法等も知られている。
【０００９】
しかしながら、これらの手法では、ポンプ周りの騒音を低減するには、満足な効果を得ることができなかった。
【００１０】
【特許文献１】特許第３２９９６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の従来技術では、リング状減衰材等のマスダンパの減衰機構を設置するため、部品点数が増加し、かつ、吐出配管自体の形状が大きくなるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記の問題を課題として、多段のディフューザポンプのケーシングから吐出ノズルへの振動伝搬を低減し、多段のディフューザポンプの表面及び配管からの騒音を低減する多段のディフューザポンプを提供することを主な目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、本発明に係る多段ディフューザポンプは、回転軸に取り付けられた多段の羽根車と、次段の羽根車へ流れを導くリターン流路を形成する内ケーシングと、前記内ケーシングの外周側を覆うものであって、吸込ノズルと吐出ノズルを有する外ケーシングを備えた多段ディフューザポンプにおいて、前記吐出ノズルを、前記多段の羽根車の最終段より、軸方向において上流側の位置に設置したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る多段ディフューザポンプは、前記吐出ノズルを、前記外ケーシングの周方向に対して、前記外ケーシングを固定するためのベースと同じ角度位置又はその近傍に設置したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る多段ディフューザポンプは、前記吐出ノズルと前記ベースが一体化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、外ケーシングに取り付けられる吐出ノズルの軸方向位置を多段ディフューザの最終段より上流側とすることにより、吐出ノズルのコーナでのはく離による流体加振力やキャビテーションによるエロージョン等を起こす危険性を低減し、ポンプの流体性能を向上する。
【００１７】
さらに、吐出ノズルの周方向の位置を、ケーシングを固定するベースと同方向とすることも可能とするので、吐出ノズルへの振動伝搬を低減し、多段ディフューザポンプ及び配管からの振動騒音を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の発明者は、加振力から振動・騒音の伝搬経路、騒音の放射までの振動騒音発生のメカニズムを検討して、本発明を実施するため最良の形態を得た。以下、その実施例を説明する。
【実施例１】
【００１９】
図２は、本発明の実施例１の多段ディフューザポンプの断面図を示す。実施例１では、図２が示すように、回転軸6に取り付けられた羽根車5、案内羽根4、戻り羽根2からなる段が５段、軸方向に配置されており、それらを内ケーシング3が覆い、更に、この内ケーシング3を吐出ノズル7と吸込ノズル8を備えた外ケーシング1が覆う構造の多段ディフューザポンプにおいて、吐出ノズル7は、前記の回転軸方向に対して、最終段の羽根車5a、案内羽根4a、戻り羽根2aより上流側に取り付けられている。これにより、内ケーシング3内で発生する旋回２次流れを曲げて吐出ノズル7へ流体を流すようにしている。
【００２０】
図３は、第１図に示された従来の多段ディフューザポンプの最終段近傍の拡大図であり、図４は本発明に係る多段ディフューザポンプの最終段近傍の拡大図である。黒色の矢印は、流体の流れを示す。図３に示す従来の構造においては、最終段の案内羽根4aから流出する流れが非常に高速となり、黒矢印で示すように、周囲の流れと比べて一方向のみの高速な流れが発生する。このような場合には、この高速の流れによって、吐出ノズル7のコーナ付近で剥離が生じ、騒音の元となる非定常の流体加振力が増加したり、キャビテーションを起こしたりする可能性がある。さらに、これが原因となって、エロージョンを生じたり、材料を破損したりする可能性がある。
【００２１】
これに対し、図４に示された本発明に係る多段ディフューザポンプでは、最終段の案内羽根5aからの流れは、黒矢印が示すように曲げられて、ある程度整流された状態で吐出ノズル7に流れる。すなわち、最終段からの高速の流れを、流路を曲げることにより減速させ、流速分布の不均一を低減することにより、吐出ノズル7に直接的に流す従来例における剥離に伴う流体加振力の発生やキャビテーション等を起こす危険性を低減できるため、ポンプの流体性能を向上することが可能となる。
【００２２】
また、図２、図４に示されたように、吐出ノズル7を最終段より上流側へ持ってくることにより、吐出ノズル7の外ケーシング1の周方向における取り付け角度位置の自由度が向上する。図５は、従来の多段ディフューザポンプの概略側面図を示すが、そこに図示されたように、従来の吐出ノズル位置では、固定用のベース9があるために、吐出ノズル7を、少なくとも固定用のベース9の位置を避けて取り付けなければならないという制限があった。
【００２３】
これに対し、図６の本発明の実施例１の多段ディフューザポンプの概略側面図が示すとおり、本発明のポンプでは、吐出ノズル位置が最終段より上流側にあるので、吐出ノズル7を、二つのベース9と干渉することなく、その間の周方向における任意の位置に取り付けることが可能となる。したがって、ポンプ周囲の状況に応じて、吐出ノズル7の取り付け角度を最適に変更できる。
【実施例２】
【００２４】
図７は、本発明の実施例２の多段ディフューザポンプの概略側面図を示す。実施例２は、上記の実施例１において、吐出ノズルの位置を、真横、すなわち、ベースの角度位置に取り付けたものである。図８は、実施例２の多段ディフューザポンプの概略正面図であって、図７の吐出ノズル側から軸方向に見た図である。
【００２５】
図９は、多段ディフューザポンプの外ケーシング1がベース9の位置で固定されている際の振動モードを誇張して示している。本発明の発明者は、図９に示されたベース9の位置で固定された多段ディフューザポンプにおいて、外ケーシング1のベース9の位置が節、上下が腹になるモード、つまり、ベース9の位置を節として上下方向に伸縮するようなモードで振動することを見出している。
【００２６】
本発明においては、吐出ノズル7を上方向だしから横方向だしにすることにより、振動の最も小さい部位で吐出ノズル7を取り付けられるため、吐出ノズル7への振動伝搬を小さくすることが可能となる。また、吐出ノズル7とベース9を一体化とすることにより、本ポンプ全体の剛性を向上することも可能となり、ポンプ全体の振動を低減することができる。したがって、ポンプ本体の振動騒音を低減できると共に、吐出ノズル7から先に取り付けられる配管への振動騒音の低減も可能となる。
【００２７】
図１０は、従来の多段ディフューザポンプの解析モデルを、図１１は、本発明の実施例２を用いた解析モデルを示す。従来の構造のモデルでは、吐出ノズル7は上だしで、その先に吐出配管10が接続され、途中で１回ベンドを使っている。これに対し、実施例２のモデルでは、吐出ノズル7を水平横だしとし、その先に吐出配管10が接続されており、吐出配管10を水平に展開するために、２回ベンドとなっている。
【００２８】
図１０、図１１に示されたモデルにおいて振動解析を実施した。拘束条件として、ベース9の位置と吐出配管の端部を固定している。従来のポンプの解析モデルと本発明のポンプの解析モデルとにおいて、吐出配管10に対し、入力の加振力として同じ振幅をそれぞれ与え、その入力に対する振幅を出力した。その結果に基づき、加振力の振幅AIに対する吐出配管の振幅AO、つまり、AO/AIを比較すれば、配管振動の低減効果を算出できる。
【００２９】
図１２は、上述のAO/AIを対数表示して音圧に換算したものであり、従来例のモデルと本発明のモデルの騒音レベルの差、つまり、騒音低減効果を示している。図１２によれば、本発明のモデルにすることにより、配管からの騒音が約７dB低減することが示されている。
【００３０】
従来例では、図９に示された上下方向の振動により、吐出配管10の水平部分を同じ上下方向、つまり、径方向に振動していたため、音の放射方向と振動方向が重なり騒音が大きくなっていたと考えられる。これに対し、本発明では、図９のモードの節の部分に吐出ノズル7が取付けられているので、吐出ノズル7への振動方向が横方向になり、吐出配管10の水平部分を横方向に振動させるため、音の放射方向と振動方向が90度ずれているため、音になりにくく、結果的に配管からの発生騒音を低減できたと考えられる。
【００３１】
なお、実施例２では、吐出ノズル7とベース9と同方向としているが、その近傍に設置して略同方向とするようにしてもよい。
【００３２】
なお、実施例２では、吐出ノズル7のみをベース9と同方向としているが、吸込ノズル8も、ベースと干渉しないように、ベース9と同方向又はその近傍に取り付けてもよい。また、吐出ノズル7と吸込ノズル8の方向は、同方向でも１８０度逆の方向の角度位置でもよいし、その位置の近傍の位置でもよい。
【００３３】
さらに、吐出ノズル7は、外ケーシング1の周方向に対してベース9と同方向、つまり、吐出ノズル7の中心がベース9と同一平面状にあることが望ましいが、ポンプを設置する設備等の制約により、そうすることが困難な場合には、吐出ノズル7の取り付け角度位置とベース9の取り付け角度位置との間に、ある程度の角度、例えば、１５度、３０度等を設けるようにしてもよい。
【００３４】
以上のように、本発明は、多段ディフューザポンプにおいて、吐出ノズル7の取付け位置を最終段より上流側に設置することにより、吐出ノズルのコーナ部位における剥離による流体加振力やキャビテーションによるエロージョン等を起こす危険性を低減するため、ポンプの流体性能を向上することが可能となる。
【００３５】
さらに、吐出ノズル7の取付け角度位置について、ベース9との干渉が避けられるので、取付け位置の自由度が増し、上方向だけでなく、横方向、下方向等の任意の位置に取付けることが可能となる。
【００３６】
さらに、吐出ノズル7の取付け位置の周方向の位置を、特に、ケーシングを固定するベース9と同方向、すなわち、横だしとすることにより、吐出ノズル7への振動伝搬を一層低減し、多段ディフューザポンプと吐出配管10からの振動騒音を一層低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の多段ディフューザポンプの断面図。
【図２】本発明の実施例１の多段ディフューザポンプの断面図。
【図３】従来の多段ディフューザポンプの最終段近傍の拡大図。
【図４】本発明の実施例１の多段ディフューザポンプの最終段近傍の拡大図。
【図５】従来の多段ディフューザポンプの概略側面図。
【図６】本発明の実施例１の多段ディフューザポンプの概略側面図。
【図７】本発明の実施例２の多段ディフューザポンプの概略側面図。
【図８】本発明の実施例２の多段ディフューザポンプの概略正面図。
【図９】多段ディフューザポンプの振動モード図。
【図１０】従来の多段ディフューザポンプの解析モデル図。
【図１１】本発明の実施例２の解析モデル図。
【図１２】本発明の実施例２による多段ディフューザポンプ解析モデルでの騒音低減効果を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・外ケーシング、２・・・戻り羽根、３・・・内ケーシング、４・・・案内羽根、５・・・羽根車、６・・・回転軸、７・・・吐出ノズル、８・・・吸込ノズル、９・・・ベース、１０・・・吐出配管
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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