| 【発明の名称】 |
高比速度の斜流ポンプ |
| 【発明者】 |
【氏名】中村 裕樹
【氏名】上出 修博
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| 【要約】 |
【課題】コスト低減とともに所望の流量−揚程特性を実現可能な高比速度の斜流ポンプを提供する。
【解決手段】主軸のまわりを覆う内ケーシングと、この内ケーシングと略同心状に配置された外ケーシングと、前記主軸に連結され、前記外ケーシングに向かって、前記主軸の軸方向に対して斜めに延びる、前記軸方向を中心として回転可能な羽根車とを有し、この羽根車の上流側で、流体に該羽根車の回転方向と同じ方向の旋回流を発生させる旋回流発生手段を有する、高比速度の斜流ポンプにおいて、前記内ケーシングと前記外ケーシングとの間を流れる流体の流量に応じて、前記旋回流を制御するための旋回流制御手段をさらに有することを特徴とする斜流ポンプ。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】主軸のまわりを覆う内ケーシングと、この内ケーシングと略同心状に配置された外ケーシングと、前記主軸に連結され、前記外ケーシングに向かって、前記主軸の軸方向に対して斜めに延びる、前記軸方向を中心として回転可能な羽根車とを有し、この羽根車の上流側で、流体に該羽根車の回転方向と同じ方向の旋回流を発生させる旋回流発生手段を有する、高比速度の斜流ポンプにおいて、前記内ケーシングと前記外ケーシングとの間を流れる流体の流量に応じて、前記旋回流を制御するための旋回流制御手段をさらに有することを特徴とする斜流ポンプ。
【請求項２】前記旋回流発生手段は、前記外ケーシングから上流側に延びる吸い込みケーシングの内周壁に前記軸方向に延びる向きに配設された、先端が軸方向に対して斜めに屈曲可能な可変フラップからなり、前記旋回流制御手段は、低流量域において、前記可変フラップの前記先端を前記羽根車の回転方向と同じ方向に屈曲させることにより旋回流を発生し、高流量域において、前記可変フラップを前記軸方向に延びる向きに保持することにより旋回流を発生させないようにする請求項１に記載の斜流ポンプ。
【請求項３】前記旋回発生手段は、前記外ケーシングの外部で、前記羽根車の下流域と前記羽根車の上流域との間を連通する連通手段と、この連通手段に接続され、前記羽根車の回転方向と同じ方向にジェット流を発生させる噴射ノズルとからなり、前記旋回流制御手段は、前記連通手段に設けられた制御弁からなる請求項１または請求項２に記載の斜流ポンプ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高比速度の斜流ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、渦巻きポンプ、軸流ポンプと並んで、斜流ポンプが使用されている。この斜流ポンプは、渦巻きポンプ、軸流ポンプの間の特性を有し、高比速度及び低比速度のどちらにも適用可能である。特に、高比速度、たとえばＮs1000以上の斜流ポンプは、主に高揚程におけるポンプの小型を図る観点から用いられている。この在来の高比速度の斜流ポンプは、先端に吸い込みケーシングが連接した外ケーシングと、軸受けを介して内ケーシングに回転自在に支承された主軸と、この主軸の先端部に固定されたハブと、このハブの外周壁に複数枚の羽根車羽根とを備え、ハブと羽根車羽根とから羽根車が形成されている。
【０００３】このような構成によれば、流体は、主軸の回転による羽根の回転によって、吸い込みケーシングの開口から内ケーシングと外ケーシングとの間を軸方向に揚水される。
【０００４】図４は、このような在来の高比速度の斜流ポンプの特性図を示す。かかる斜流ポンプによれば、図４に示すように、締め切り点における必要動力が、設計点（図に示すように、通常効率最大点が選ばれる）におけるそれより大きいため（差ｄ参照）、締め切り点を基準として駆動機を選定せざるを得ない結果、設計点を基準とする場合に比べて駆動機が大容量化し、その結果コスト増大となった。
【０００５】このような問題を解決する斜流ポンプは、たとえば特開平11−182482号に開示されている。この斜流ポンプは、羽根車の入口部で流体に旋回流を発生させるための突出部材を有する。より詳細には、吸い込みケーシングの内周壁に周方向に間隔を隔てて複数の突出部材がそれぞれ、羽根車の回転方向に向いて設けられている。この突出部によれば、羽根車の入口部で流体に旋回流を発生し、以ってポンプの必要軸動力を低減し、その結果小容量の駆動機の採用が可能となる。
【０００６】しかしながら、この突出部材は、あらゆる流量域で旋回流を発生するところ、低流量域のみならず、常時旋回流れを発生させると、高流量域、特に設計点においてポンプ特性がこのような旋回流れによって、影響を受け、それによりたとえば、最高効率点が設計点からずれる等、所望の流量−揚程特性が得られないことがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、コスト低減とともに所望の流量−揚程特性を実現可能な高比速度の斜流ポンプを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、本発明の高比速度の斜流ポンプは、主軸のまわりを覆う内ケーシングと、この内ケーシングと略同心状に配置された外ケーシングと、前記主軸に連結され、前記外ケーシングに向かって、前記主軸の軸方向に対して斜めに延びる、前記軸方向を中心として回転可能な羽根車とを有し、この羽根車の上流側で、流体に該羽根車の回転方向と同じ方向の旋回流を発生させる旋回流発生手段を有する、高比速度の斜流ポンプにおいて、前記内ケーシングと前記外ケーシングとの間を流れる流体の流量に応じて、前記旋回流を制御するための旋回流制御手段をさらに有する構成としてある。
【０００９】また、前記旋回流発生手段は、前記外ケーシングから上流側に延びる吸い込みケーシングの内周壁に前記軸方向に延びる向きに配設された、先端が軸方向に対して斜めに屈曲可能な可変フラップからなり、前記旋回流制御手段は、低流量域において、前記可変フラップの前記先端を前記羽根車の回転方向と同じ方向に屈曲させることにより旋回流を発生し、高流量域において、前記可変フラップを前記軸方向に延びる向きに保持することにより旋回流を発生させないようにするのが好ましい。
【００１０】さらに、前記旋回発生手段は、前記外ケーシングの外部で、前記羽根車の下流域と前記羽根車の上流域との間を連通する連通手段と、この連通手段に接続され、前記羽根車の回転方向と同じ方向にジェット流を発生させる噴射ノズルとからなり、前記旋回流制御手段は、前記連通手段に設けられた制御弁からなるのでもよい。
【００１１】
【作用】本発明の高比速度の斜流ポンプによれば、旋回流制御手段を採用することによって、流体の流量に応じて旋回流を制御し、それにより所望の流量−揚程特性を実現することが可能となる。特に、低流量域において旋回流を発生させ、一方高流量域において旋回流を発生させないようにすることにより、軸動力の大きな大容量の駆動機を選定する必要をなくしつつ、設計点において所望の流量−揚程特性を得ることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１乃至図３を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【００１３】以下に、本発明の第１の実施の形態に係わる高比速度の斜流ポンプを説明する。図１は、発明の第1の実施の形態に係わる高比速度の斜流ポンプを示す図であり、（a）は、縦断面図、（b）は、A−A矢視断面図、（c）は、可変フラップ２８の拡大図である。図２は、本発明の高比速度の斜流ポンプの旋回流の変化に応じた特性図である。
【００１４】斜流ポンプは、主軸１２のまわりを覆う内ケーシング１４と、この内ケーシング１４と略同心状に配置された外ケーシング１６とを有し、この内ケーシング１４と外ケーシング１６との間に流体が流れる流路１８が形成されている。主軸１２は、軸受け（図示せず）を介して内ケーシング１４に回転自在に支承され、この主軸１２の先端部には、ハブ２０が固定されている。このハブ２０の外表面２２に周方向に所定間隔を隔てて複数枚の羽根車羽根２４が固定され、ハブ２０と羽根車羽根２４とによって、羽根車が構成されている。
【００１５】羽根車羽根２４の各々は、外ケーシング１６に向かって、主軸１２の軸方向に対して斜めに延び、軸方向を中心として回転可能にしてある。
【００１６】さらに、この羽根車の上流側で、流体に該羽根車の回転方向と同じ方向の旋回流を発生させる旋回流発生手段とともに、内ケーシング１４と外ケーシング１６との間を流れる流体の流量に応じて、旋回流を制御するための旋回流制御手段が設けられている。より詳細には、旋回流発生手段は、外ケーシング１６から上流側に延びる吸い込みケーシング２６の内周壁に軸方向に延びる向きに配設された、先端が軸方向に対して斜めに屈曲可能な可変フラップ２８からなる。
【００１７】この可変フラップ２８は、図1（b）に示すように、吸い込みケーシング２６の内周壁の周方向に等間隔を隔てて８基設けられている。図1（c）に示すように、可変フラップ２８の各々は、主軸１２の軸方向に沿って延びるように配置され、下流側可動部分３０と上流側固定部分３２とからなる。両部分３０、３２は、ピン止め等により連結され、吸い込みケーシング２６の外部に設けられた駆動部３４を通じて下流側可動部分３０が上流側固定部分３２に対して、軸方向に対して屈曲するようになっている。
【００１８】より具体的には、低流量域においては、図1（c）の右側に示すように、可変フラップ２８の下流側可動部分３０を羽根車の回転方向と同じ方向に屈曲させることにより旋回流を発生し、一方高流量域において、図1（c）の左側に示すように、可変フラップ２８を軸方向に延びる向きに保持することにより旋回流を発生させないようにしている。以上の構成の斜流ポンプの作用を、図1及び図２を参照しながら、以下に説明する。
【００１９】図１に示すように、吸い込みケーシング２６の下端開口を流体に沈めた状態で、主軸１２を駆動機（図示せず）により軸方向を中心にして回転させると、羽根車が軸方向を中心として、矢印の向きに回転し、それにより吸い込みケーシングの下端開口から流入する流体は、矢印の向きに吸い込まれ、軸方向に沿って内ケーシング１４と外ケーシング１６との間の流路１８内を上方に揚水される。
【００２０】このとき、低流量域においては、図１（c）の右に示すように、可変フラップ２８の下流側可動部３０を軸方向に対して羽根車の回転方向と同一方向に屈曲させることにより、矢印に示すように、流体に旋回流を発生させる。これにより、図２に示すように、ポンプの必要動力が低減し、設計点における必要動力との差dが低減する。
【００２１】一方、設計点においては、図１（c）の左に示すように、可変フラップ２８全体を軸方向に延びる向きに保持することにより、流体に上記のような旋回流が発生するのを防止する。これにより、設計点におけるポンプ特性への影響を回避することができる。
【００２２】図２によれば、旋回流の大きさが増大するにつれて、ポンプ特性である揚程特性及び入力特性は、実線から点線を経て一点鎖線のように変化する。すなわち、揚程特性及び入力特性ともに旋回流の大きさが増大するほど低下する傾向にある。このような傾向を利用して、旋回流を流量に応じて適宜制御することにより、所望の流量−揚程特性を実現することができる。
【００２３】以下に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係わる斜流ポンプを示す図であり、（a）は、縦断面図、（b）は、B−B矢視断面図である。以下の実施の形態においては、第1の実施の形態と同様な部分には、同様な参照番号を付すことにより、その説明は省略し、特徴的な部分について詳細に説明する。
【００２４】本実施の形態の特徴は、羽根車羽根２４の上流側と下流側とで発生する圧力差を利用して、旋回流を発生させる点にある。
【００２５】より詳細には、図３（a）に示すように、斜流ポンプ１００には、第1の実施の形態における可変フラップ２８の代替として、羽根車羽根２４の下流側の外ケーシング１６に設けられた下流側開口５０と羽根車羽根２４の上流側の外ケーシング１６に設けられた上流側開口５２とを接続する連通管５４が、外ケーシング１６の外部に設けられ、連通管５４の途中にオンオフ制御弁５６が付設されている。また、吸い込みケーシング２６の外部に、吸い込みケーシング２６を囲むように環状管５８が設けられ、この環状管５８は、図３（b）に示すように、連通管５４と連通する。この環状管５８は、その内周側に周方向に等間隔に設けられた噴射ノズル６０を8基有する。噴射ノズル６０の各々は、図３（b）に示すように、羽根車羽根２４の回転する向きに斜めに延びるように配置され、それにより羽根車羽根２４の回転方向と同じ方向に旋回流を発生させるようにしている。
【００２６】このような構成によれば、低流量域においては、制御弁５６を開状態とすることにより、環状管５８と羽根車羽根２４の下流側である出口部との間に圧力差が生じ、それによって連通管５４内を矢印の向きに流れが生じる。これにより、流体が噴射ノズル６０の各々から羽根車羽根２４の回転方向と同じ向きに噴射し、その結果羽根車羽根２４の入口部である上流側に流体の旋回流が生じ、これにより第1の実施の形態の場合と同様に、斜流ポンプ１００の必要動力を軽減し、以って、小容量の駆動機の選定が可能になる。
【００２７】さらに、第1の実施の形態の可変フラップ２８のようにポンプ内に可動部分３０を設けることを回避することができるので、長期間の運転の間、たとえばポンプ内の流れに異物混入のような事態を防止するとともに、仮に故障が生じたとしても、ポンプ１００自体を分解することなく修理することができる。
【００２８】本発明の実施の形態を詳細に説明したが、請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更、修正が可能である。例えば、本実施の形態では、吸い込みケーシング２６の周方向に設ける可変フラップ２８或いは噴射ノズル６０の数を8基としたが、それに限定されることなく、流量条件等に応じて適宜選択すればよい。
【００２９】さらに、可変フラップ２８と噴射ノズル６０とを組み合わせて用いてもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の高比速度の斜流ポンプによれば、流体の流量に応じて流体に発生する旋回流を制御することにより、コスト低減を図りつつ所望の流量−揚程特性を実現することが可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年６月１２日（２０００．６．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５９９５９
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 稔 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５５５９２（Ｐ２００１−３５５５９２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１７５７４１（Ｐ２０００−１７５７４１） |
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