JP2008019752A - 多段ディフューザポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシング内に軸装した回転軸に装着された多段の羽根車に対して、前記ケーシングに配設された多段の案内羽根ディフューザと戻り羽根流路を有する多段ディフューザポンプにおいて、ケーシングに働く流体加振力を低減して、ポンプの振動騒音を低減するためのポンプ構造を提供することを目的とする。
【解決手段】ケーシング内に軸装した回転軸に装着された多段の羽根車に対して、前記ケーシングに配設された多段の案内羽根ディフューザと戻り羽根流路を有する多段ディフューザポンプにおいて、同じ形状同じ羽根枚数を用いている前後２段の組み合わせの羽根車において、少なくとも一組の羽根車の周方向取り付け位置の位相を前後で０.４７ ピッチ以上０.５３ ピッチ以下ずらす。これによりケーシングに働く軸方向の流体加振力が低減して、ポンプの振動騒音を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多段ディフューザポンプに関するものである。

多段ディフューザポンプの振動騒音を低減するために、案内羽根ディフューザ等の入口と羽根車の出口の間隙を大きくして振動騒音を低減する方法や、羽根車出口を３次元にスキューをつけてひねり、両者の干渉を緩和して振動騒音を低減する手法が知られている。

特許文献１では、振動騒音を低減するための羽根車と案内羽根の取り付け方法として以下の式を提案している。

特開平５−１４１２０号公報

しかしながら上記従来技術の第１，第２の手段では多段ディフューザポンプの効率や他の特性を悪化させる難点があり、それらの特性を考慮すると大きな効果は期待できず実用性に乏しいという問題点がある。

また、第３の手段はディフューザに働く半径方向の流体加振力を低減する方法であり、ポンプ騒音に最も影響を与える軸方向の流体加振力の低減については言及されていない。

本発明の目的は、振動騒音を低減した多段ディフューザポンプを提供することにある。

上記目的は、ケーシング内に回転支持された回転軸と、この回転軸に装着された多段の羽根車と、この多段の羽根車に対して前記ケーシング内の円板に設けられた多段の案内羽根と戻り羽根とを有する多段ディフューザポンプにおいて、前記羽根車は同じ形状と同じ羽根枚数を有して前後２段組み合わせたものであって、少なくとも一組の羽根車の周方向取り付け位置の位相が前後で０.５ピッチずれていることにより達成される。

また上記目的は、前記羽根車の周方向取り付け位置の位相が前後で０.４７ ピッチ以上０.５３ピッチ以下ずれていることにより達成される。

また上記目的は、前記羽根の枚数が偶数枚であることにより達成される。

また上記目的は、前記羽根の枚数が奇数枚であることにより達成される。

また上記目的は、前記円板に設けられた羽根の位相を一致させたことにより達成される。

本発明によれば、振動騒音を低減した多段ディフューザポンプを提供できる。

ところで、多段ディフューザポンプにおいて半径方向の流体加振力については上述の特許文献１を例に説明したように対策がなされていたが、当時は軸方向の流体加振力について考え至っていなかった。

本発明の発明者らは騒音の原因についてさらに追及していった結果、この度軸方向の流体加振力が影響していることが分かった。

軸方向の流体加振力発生メカニズムについて図３を使って簡単に説明する。
図３は多段ディフューザポンプの断面図である。
図３において、１は多段ディフューザポンプである。この多段ディフューザポンプ１の内部には回転軸４に羽根車６が固定されている。７は案内羽根である。８ａは円板８に設けられた戻り羽根である。これら羽根車６，案内羽根７，戻り羽根８ａがひとつのセットとなって複数段軸方向に配置されている。これらがケーシング９で覆われている。

そして、羽根車６の端縁から遠心方向に放出される流体は端縁近辺で乱流が発生する。この乱流によって流体は円板８を覆うように流れることによってこの円板を境として軸方向に大小の圧力差が発生してしまう。この圧力差によって円板８が軸方向に振動するため、この振動がケーシング９に伝播して騒音となってしまうことが分かった。

さらに説明すると、ケーシング９に作用する軸方向の流体加振力は、羽根車６の羽根枚数Ｚと羽根車６ａにおける回転周波数Ｎの積の整数倍ｍＮＺ（ｍ＝１，２，３，４，・・・・）の成分のみが選択的に大きくなることが理論計算及び実験により確認されている。このケーシング９に作用する流体加振力がケーシング９を軸方向に振動させてしまうことから多段ディフューザポンプの騒音発生の原因となっている。

これに対して多段ディフューザポンプ１の振動騒音を低減するために、戻り羽根８ａの入口と羽根車６ａの出口の間隙を大きくして振動騒音を低減する方法や、羽根車６ａ出口を３次元にスキューを付けて捻り、両者の干渉を緩和して振動騒音を低減する手法が知られている。

しかしながら、この種の手法では満足な効果を得ることができなかった。そこで本発明の発明者らが振動騒音低減について種々検討した結果、以下のような実施例を得た。

ケーシング内に軸装した回転軸に装着された多段の羽根車に対して、前記ケーシングに配設された多段の案内羽根と戻り羽根を有する多段ディフューザポンプの実施例について説明する。

図１は、本発明の一実施例を備えた羽根車の正面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ′断面図である。
図３は、組立てられた多段ディフューザポンプの断面図である。
図１，図２において、本実施例では羽根車６の枚数が７枚の場合を表しており、羽根車６はある段における状態である。破線で示した羽根車６ａは羽根車６の次の段の羽根車に位置を表している。２はシュラウド、３はハブ、４は回転軸である。

図３において、羽根車６，案内羽根７，戻り羽根８ａからなる段が複数軸方向に配置されており、それらをケーシング９の内部に収納されている。

図４は多段ディフューザポンプのポンプ部分を平面的に表した概念図である。
図４において、９は多段ディフューザポンプ１の外郭を形成するケーシングである。図４で表した多段ディフューザポンプ１は羽根車６，案内羽根７，戻り羽根８ａによって構成されたポンプが６段で構成されている。ケーシング９には案内羽根７と戻り羽根８ａが所定の間隔で取り付けられている。

それぞれの段の羽根車６，案内羽根７，戻り羽根８ａの羽根形状と羽根枚数は同じであり、それぞれの段の案内羽根７と戻り羽根８ａの周方向の取り付け位置は全段で同じである。

上記多段ディフューザポンプにおいては、図２に示すようにある段の羽根車６に対して、その直後の段の羽根車６ａ（破線で示す）における周方向の取り付け位置位相が０.５ ピッチずれている。

例えば図４に示すように、Ｊ＝１段目の羽根車に対してＪ＝２段目の羽根車における周方向取り付け位置位相を０.５ ピッチずらしている。これにより、Ｊ＝１段目の案内羽根７及び戻り羽根８ａ側板に働く軸方向の流体加振力とＪ＝２段目の案内羽根及び戻り羽根の側板に働く流体加振力の位相が１８０度ずれるのでＪ＝１段目とＪ＝２段目の軸方向の流体加振力が相殺されることになる。

図５は図３に示す多段ディフューザポンプの流体解析結果から、Ｊ＝１段目の案内羽根７及び戻り羽根８ａの側板に働く軸方向の流体加振力の２ＮＺ成分及びＪ＝２段目の案内羽根及び戻り羽根の側板に働く軸方向の流体加振力２ＮＺ成分の時間変化を求めた結果を表している。
図５によれば、実線で示す流体加振力と破線で示す流体加振力のように位相が１８０度ずれており、軸方向の流体加振力が相殺されているのがわかる。これによりケーシング９に伝わる軸方向の流体加振力が低減され、それによってケーシング９の軸方向の振動が低減されるため多段ディフューザポンプの振動騒音の低減が達成できる。

ここで、少なくとも一組の羽根車６の位相が前後で０.５ ピッチずれていれば騒音低減効果は得られる。即ち、図４のＪ＝１，２、Ｊ＝３，４、Ｊ＝５，６のうちの少なくとも一組の組み合わせにおいて、羽根車の周方向取り付け位置の位相が０.５ ピッチずれていれば、騒音低減効果が得られる。また当然、全ての組み合わせで羽根車の周方向取り付け位置の位相が前後で０.５ピッチずれていても騒音低減効果は得られる。

ここでそれぞれの組の周方向取り付け位置位相は任意であっても騒音低減効果は得られる。例えば、図４の偶数段目の羽根車（Ｊ＝２，４，６）の周方向の取り付け位置の位相がその直前の奇数段目の羽根車（Ｊ＝１，３，５）に対して０.５ ピッチずれている場合、各組み合わせの奇数段目（Ｊ＝１，３，５）の羽根車の位相は任意であって構わない。

図６は上記羽根車取り付け法を適用した５段で羽根枚数が７枚の多段ディフューザポンプにおいて、構造解析を行うことによって得られた、ケーシング９周りの音圧レベルを表している。
図６に示すように、周波数が５ＮＺより大きい成分の音圧レベルは無視できる値であるため表示していない。白四角は偶数段目（Ｊ＝２，４）の羽根車をそれぞれその直前の奇数段目（Ｊ＝１，３）に対して、位相を９０度ずらして取り付けている。本方法により
ＮＺ周波数の音圧レベルが位相を９０度ずらした場合に対して６１％、２ＮＺ周波数の音圧レベルが３１％、３ＮＺ周波数の音圧レベルが１７％、４ＮＺ周波数の音圧レベルが
１６％、５ＮＺ周波数の音圧レベルが５３％低減する。

ケーシング内に軸装した回転軸に装着された多段の羽根車に対して、前記ケーシングに配設された多段の案内羽根と戻り羽根を有する多段ディフューザポンプの実施例について説明する。

図７は、位相のずれと、前後の２段の案内羽根と戻り羽根の側板に作用する周波数が
ＮＺ，２ＮＺ，３ＮＺ，４ＮＺ，５ＮＺの軸方向流体加振力を合成した流体加振力の振幅値の関係を示しており、図５で示した流体解析結果から得られた結果である。位相のずれが全くない０ピッチまたは１ピッチのとき流体加振力の振幅値は低減せず、位相のずれが０.５ピッチのとき最も低減する。

通常、それぞれの羽根車の位相関係を考慮せずに羽根車を取り付けた場合の軸方向流体加振力は図７に示す平均値程度まで低減される。十分なポンプ騒音低減効果を得るためには、上記軸方向流体加振力の平均値を半分以上減らすことが妥当であると考える。よって図７より十分なポンプ騒音低減効果が得られる位相のずれは０.４７ピッチ以上０.５３ピッチ以下である。

図８は、本発明の一実施例を備えた羽根車１５，１６の一実施例であり、前後２段の組み合わせの羽根車において、少なくとも一組の羽根車周方向取り付け位置の位相を前後で０.４７ピッチ以上０.５３ピッチ以下ずらす。

上記羽根車の取り付け法により、実施例１と同様に、ケーシングの軸方向流体加振力を低減でき、ケーシングの軸方向振動を低減できて、ポンプの騒音を低減することができる。

ここで実施例１と同様に、少なくとも一組の羽根車の位相が前後で０.４７ ピッチ以上０.５３ ピッチ以下ずれていれば騒音低減効果は得られる。また当然、全ての組み合わせが前後で０.４７ピッチ以上０.５３ピッチ以下ずれていても騒音低減効果は得られる。

ここで実施例１と同様に、それぞれの組の周方向取り付け位置位相は任意であっても騒音低減効果は得られる。

以上ごとく、本発明は同じ形状かつ同じ羽根枚数を用いている前後２段の組み合わせの羽根車において、少なくとも一組の羽根車周方向取り付け位置の位相を前後で０.４７ ピッチ以上０.５３ ピッチ以下ずらすことによって騒音低減を図った多段ディフューザポンプを実現できたものである。

また、ケーシングに作用数する周波数がｍＮＺ（ｍ＝１，２，３，４，・・・・）の軸方向の流体加振力を低減することができるはかりでなく、流体加振力が引き起こすケーシングの軸方向の振動を低減できるため騒音低減を図った多段ディフューザポンプを実現できたものである。

以上のごとく本発明は、
１．ケーシング内に回転支持された回転軸と、この回転軸に装着された多段の羽根車と、この多段の羽根車に対して前記ケーシング内の円板に設けられた多段の案内羽根と戻り羽根とを有する多段ディフューザポンプにおいて、前記羽根車は同じ形状と同じ羽根枚数を有して前後２段組み合わせたものであって、少なくとも一組の羽根車の周方向取り付け位置の位相が前後で０.５ピッチずらしたものである。
２．前記羽根車の周方向取り付け位置の位相が前後で０.４７ピッチ以上０.５３ピッチ以下ずらしたものである。
３．前記羽根の枚数が偶数枚としたものである。
４．前記羽根の枚数が奇数枚としたものである。
５．前記円板に設けられた羽根の位相を一致させたものである。

第１の実施例を備えた多段ディフューザポンプの断面図である。 図１のＡ−Ａ′断面図である。 多段ディフューザポンプの構造を示す断面図である。 多段ディフューザポンプの構造を説明する概念図である。 案内羽根と戻り羽根に作用する流体加振力の時間変化を示すグラフ図である。 多段ディフューザポンプの騒音の音圧レベルを示すグラフ図である。 本発明による多段ディフューザポンプの第２の実施例を示すグラフ図である。 他の実施例を備えた図２相当図である。

符号の説明

１…多段ディフューザポンプ、２…シュラウド、３…ハブ、４…回転軸、５，６…羽根車、７…案内羽根、８…円板、８ａ…戻り羽根、９…ケーシング。

Claims (5)

1. ケーシング内に回転支持された回転軸と、この回転軸に装着された多段の羽根車と、この多段の羽根車に対して前記ケーシング内の円板に設けられた多段の案内羽根と戻り羽根とを有する多段ディフューザポンプにおいて、
   前記羽根車は同じ形状と同じ羽根枚数を有して前後２段組み合わせたものであって、少なくとも一組の羽根車の周方向取り付け位置の位相が前後で０.５ ピッチずれていることを特徴とする多段ディフューザポンプ。
2. 請求項１記載の多段ディフューザポンプにおいて、
   前記羽根車の周方向取り付け位置の位相が前後で０.４７ピッチ以上０.５３ピッチ以下ずれていることを特徴とする多段ディフューザポンプ。
3. 請求項１記載の多段ディフューザポンプにおいて、
   前記羽根の枚数が偶数枚であることを特徴とする多段ディフューザポンプ。
4. 請求項１記載の多段ディフューザポンプにおいて、
   前記羽根の枚数が奇数枚であることを特徴とする多段ディフューザポンプ。
5. 請求項１記載の多段ディフューザポンプにおいて、
   前記円板に設けられた羽根の位相を一致させたことを特徴とする多段ディフューザポンプ。

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