特許 5930800 ディフューザポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5930800

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】ディフューザポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20160526BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/44 D

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-78475(P2012-78475)

(22)【出願日】2012年3月30日

(65)【公開番号】特開2013-209883(P2013-209883A)

(43)【公開日】2013年10月10日

【審査請求日】2014年9月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】特許業務法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 靖志

(72)【発明者】

【氏名】細見 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】永岡 圭介

(72)【発明者】

【氏名】柳田 浩貴

【審査官】 尾崎 和寛

(56)【参考文献】

【文献】 特公平０５−０１１２３８（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングとケーシング内に回転可能に配置する羽根車と流体の流れ方向で羽根車の下流側に、かつ羽根車の回転軸心周りに配置する複数の案内羽根を有し、前記複数の案内羽根で構成されるディフューザを備え、ディフューザの隣り合う案内羽根および側壁により形成される流路が入口側のノズル部と出口側のディフューザ部からなり、
ノズル部の流路は流路入口での流路断面積に対する流路途中位置での流路断面積の面積比率が１未満で、ディフューザ部の流路は流路途中位置での流路断面積に対する流路出口での流路断面積の面積比率が１を超えることを特徴とするディフューザポンプ。

【請求項2】

ディフューザの案内羽根は、流路断面積が流れ方向に向かって縮小するノズル部に対応するノズル形成部と、流路断面積が流れ方向に向かって拡大するディフューザ部に対応するディフューザ形成部を有し、ノズル形成部は案内羽根のキャンバー線と羽根車の回転軸心を中心として前記キャンバー線と交わる円周の接線とのなす案内羽根角度が案内羽根入口部で最大となり、かつ以後案内羽根角度が漸減する形状をなすことを特徴とする請求項１に記載のディフューザポンプ。

【請求項3】

ディフューザのノズル形成部は、案内羽根入口部での案内羽根角度が、羽根車出口を出て案内羽根入口に向けて流れる流体の流れ方向に対して６°−３６°の差を有することを特徴とする請求項２に記載のディフューザポンプ。

【請求項4】

ディフューザのノズル形成部の案内羽根入口部は羽根車の出口側外周からギャップを隔てた位置にあり、ギャップは羽根車の出口側外周の半径の４．５％−１２％であることを特徴とする請求項２または３に記載の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、ディフューザポンプのポンプ効率を高める技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のポンプとして、特許文献１に記載するものがある。これは、羽根車と、羽根車の径方向外側に設置されたディフューザとを備えるターボ形流体機械であり、ディフューザ羽根は羽根車の周方向に所定間隔を介して複数設置され、弦節比が１．０以下のものである。そして、ディフューザ羽根のキャンバー線とディフューザの周方向とがなす角を羽根角度βとするとき、ディフューザ羽根は、その前縁側から後縁側に向かって羽根角度βが単調減少する逆ぞり部を有するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２５２４２４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、物体の表面上を流れてきた流体が物体表面から剥離する現象が知られている。これは、物体回りを流れる流体の主流に対して物体表面上の流速は次第に遅くなり、ついには運動量が減少し、下流の圧力の高いところに向かって流れることができなくなるためである。

【0005】

この剥離は物体のまわりの流れのうち、物体に非常に近い薄い境界層で生じ、圧力が急激に上昇する場合に、圧力と摩擦力に起因して起こる。
このため、従来の複数の案内羽根を円形翼列に配置して構成されるディフューザを持つディフューザポンプにおいては、減速流れとなる案内羽根表面上において境界層の剥離が起こり易く、それに伴う渦の発生や流れの乱れを生じることによって圧力回収が阻害されるためポンプ効率が低下する要因となっていた。

【0006】

本発明は上記した課題を解決するものであり、ディフューザの案内羽根における流体の剥離を抑制してポンプ効率を高めることができるディフューザ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】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のディフューザポンプは、ケーシングとケーシング内に回転可能に配置する羽根車と流体の流れ方向で羽根車の下流側に、かつ羽根車の回転軸心周りに配置する複数の案内羽根を有し、前記複数の案内羽根で構成されるディフューザを備え、ディフューザの隣り合う案内羽根および側壁により形成される流路が入口側のノズル部と出口側のディフューザ部からなり、ノズル部の流路は流路入口での流路断面積に対する流路途中位置での流路断面積の面積比率が１未満で、ディフューザ部の流路は流路出口での流路断面積に対する流路途中位置での面積比率が１を超えることを特徴とする。

【0008】

ここで、ノズル部とは流路断面積が流れ方向に向かって縮小する流路を意味し、ディフューザ部とは流路断面積が流れ方向に向かって拡大する流路を意味する。
本発明のディフューザポンプにおいて、ディフューザの案内羽根は、流路断面積が流れ方向に向かって縮小するノズル部に対応するノズル形成部と、流路断面積が流れ方向に向かって拡大するディフューザ部に対応するディフューザ形成部を有し、ノズル形成部は案内羽根のキャンバー線と羽根車の回転軸心を中心として前記キャンバー線と交わる円周の接線とのなす案内羽根角度が案内羽根入口部で最大となり、かつ以後案内羽根角度が漸減する形状をなすことを特徴とする。

【0009】

本発明のディフューザポンプにおいて、ディフューザのノズル形成部は、案内羽根入口部での案内羽根角度が、羽根車出口を出て案内羽根入口に向けて流れる流体の流れ方向に対して６°−３６°の差を有することを特徴とする。

【0010】

本発明のディフューザポンプにおいて、ディフューザのノズル形成部の案内羽根入口部は羽根車の出口側外周からギャップを隔てた位置にあり、ギャップは羽根車の出口側外周の半径の４．５％−１２％であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

以上のように本発明によれば、案内羽根の相互間に形成する流路は、案内羽根のノズル形成部に対応する入口側のノズル部において流体流れの方向に流路断面積が減少し、羽根車によって供給される流体はノズル部において増速し、増速した流体が案内羽根のディフューザ形成部に対応する出口側のディフューザ部に流入する。出口側のディフューザ部は流体流れの方向に流路断面積が増大するので、ディフューザ部において減速して静圧に変えられる。

【0012】

このように、案内羽根のディフューザ形成部に対応するディフューザ部に流入する流体はその流速が案内羽根のノズル形成部に対応するノズル部で増速されたものであることで案内羽根のディフューザ形成部の表面から境界層が離れる剥離の発生が抑制され、圧力回収を阻害する渦の発生や流れの乱れを抑制し、水流の内部損失を減少させることで、ポンプ効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態におけるディフューザポンプを示す断面図

【図2】同ディフューザポンプの要部を示す模式図

【図3】同ディフューザポンプの案内羽根角β、ギャップＬ、流入角α_１、案内羽根入口角度β_１を示す模式図

【図4】解析１における案内羽根の形状を示す模式図

【図5】解析２における案内羽根の形状を示す模式図

【図6】解析３における案内羽根の形状を示す模式図

【図7】解析１の結果を示すグラフ図

【図8】解析２の結果を示すグラフ図

【図9】解析３の結果を示すグラフ図

【図10】解析３の結果を示すグラフ図

【図11】案内羽根の入口半径ｒ_１と案内羽根の出口半径ｒ_２と案内羽根角度β_１、β_２、β_ｎの関係を示す図

【図12】(ａ)から(ｄ)は、それぞれ案内羽根の子午面形状を示す図

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態では、図１に示すように、一重胴輪切型の横軸多段ポンプ１を例に本発明のディフューザポンプを説明するが、羽根車の吐出し側に複数の案内羽根を有するディフューザを持つ形式のポンプであれば、立軸ポンプでも、また、バレル形や水平割形の多段ポンプや単段ポンプにおいても本発明は実現できる。

【0015】

多段ポンプ１は、ポンプケーシング２に吸込口３と吐出口４を有しており、ポンプケーシング２の内部に回転軸５と一体的に回転する複数の羽根車６ａ〜６ｃを回転軸５の軸心方向に多段に備えている。

【0016】

ポンプケーシング２は軸に垂直の分割構造をなし、回転軸５の軸心方向の一側に位置して吸込口３を有する吸込ケーシング７と、回転軸５の軸心方向の一側に位置して吐出口４を有する吐出ケーシング８と、吸込ケーシング７と吐出ケーシング８との間に回転軸５の軸心方向に多段に配設した複数の輪切型の中間ケーシング９ａ、９ｂとからなり、各中間ケーシング９ａ、９ｂと吐出ケーシング８が内部にそれぞれ羽根車６ａ〜６ｃを収納している。

【0017】

固定手段１１は、各ケーシング７、８、９ａ、９ｂを回転軸５の軸心方向に締め付けて固定するもので、複数の固定ボルト１２とナット１３からなり、各固定ボルト１２が吸込ケーシング７と吐出ケーシング８を回転軸５の軸心方向へ貫通し、各固定ボルト１２の両端部にそれぞれナット１３が螺合している。

【0018】

この構成により、固定手段１１は吸込ケーシング７と吐出ケーシング８を連結することで、吸込ケーシング７と吐出ケーシング８の間に配置した中間ケーシング９ａ、９ｂを一体的に連結固定している。

【0019】

回転軸５はポンプケーシング２を貫通しており、軸封部１４に配置したパッキン等のシール材１５が回転軸５とポンプケーシング２の間をシールしている。
各羽根車６ａ〜６ｃは回転軸５の径方向の外側に位置する流出口１６と回転軸５の径方向の内側に位置する流入口１７とを有している。吸込ケーシング７は、その内部に水等の流体１８を吸込口３から初段の羽根車６ａの流入口１７へ導く吸込流路１９を有しており、吸込流路１９は回転軸５の外周を取り囲むように円環状もしくは渦巻状をなす。

【0020】

各中間ケーシング９ａ、９ｂは、流体１８を各羽根車６ａ、６ｂの流出口１６から次段の各羽根車６ｂ、６ｃの流入口１７へ導く中間流路２０を内部に有しており、中間流路２０は、各羽根車６ａ、６ｂの流出口１６の外側に形成された円環状の案内羽根部２１ａ、２１ｂを有している。吐出ケーシングは、最終段の案内羽根部２１ｃと吐出流路２２を内部に有しており、吐出流路２２は、最終段の案内羽根部２１ｃを通過した流体１８を吐出口４に導く流路であり、回転軸５の軸心周りに旋回する方向に円環状もしくは渦巻状をなす。

【0021】

各案内羽根部２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、円環状をなす側板２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの上に一体的に形成した複数の案内羽根２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃをそれぞれ有しており、側板２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは案内羽根２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃの回転軸心方向の両側に側壁を形成している。

【0022】

図２に示すように、複数の案内羽根２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃは羽根車６ａ、６ｂ、６ｃの流体１８の流れ方向の下流側で羽根車６ａ、６ｂ、６ｃの回転軸心周りに配置してあり、側板２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの側壁と案内羽根２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃとによって案内羽根２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃの相互間に形成する流路は入口側のノズル部２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃと出口側のディフューザ部２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃを有している。

【0023】

入口側のノズル部２１２ａは入口から流体１８の流れ方向に流路断面積が減少して最小流路断面積のスロートに至る流路形状を有し、出口側のディフューザ部２１３ａはスロートから流体１８の流れ方向に流路断面積が増大して出口に至る流路形状を有する。

【0024】

案内羽根２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃは、ノズル部２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃに対応するノズル形成部２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃとディフューザ部２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃに対応するディフューザ形成部２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃを有している。

【0025】

ここで、図１１および図１２を参照して、流路断面積の比率について更に記述する。一般的に円環状のディフューザの場合、流れが入口から出口まで案内羽根に沿って一様に流れるものとして、入口に対する出口の面積比率Ａ_２１は、案内羽根の肉厚を考慮しない場合、下式で表すことができる。
Ａ_２１＝（ｂ_２ｒ_２ｓｉｎβ_２）／（ｂ_１ｒ_１ｓｉｎβ_１）
ここで、ｂ_１：案内羽根入口で側壁間の流路幅、ｂ_２：案内羽根出口での側壁間の流路幅、β_１：案内羽根入口での案内羽根角度、β_２：案内羽根出口での案内羽根角度、ｒ_１：案内羽根入口半径、ｒ_２：案内羽根出口半径
同様に羽根の途中位置のｒ_ｎ、ｂ_ｎ、β_ｎにおいては入口に対するｎ位置での面積比率Ａ_ｎ１を下式で表すことができる。
Ａ_ｎ１＝（ｂ_ｎｒ_ｎｓｉｎβ_ｎ）／（ｂ_１ｒ_１ｓｉｎβ_１）
ｎ位置に対する出口での面積比率Ａ_２ｎは下式で表すことができる。
Ａ_２ｎ＝（ｂ_２ｒ_２ｓｉｎβ_２）／（ｂ_ｎｒ_ｎｓｉｎβ_ｎ）
ノズル部を形成し、その後ディフューザ部を形成するには、Ａ_ｎ１＜１、Ａ_２ｎ＞１となる必要がある。

【0026】

ここで、常にＡ_ｎ１＜１、Ａ_２ｎ＞１を実現するには、半径の関係は構造上必ずｒ_１＜ｒ_ｎ、ｒ_ｎ＜ｒ_２となるため、ｂ_１≧ｂ_ｎ、ｂ_ｎ≦ｂ_２もしくはβ_１≧β_ｎ、β_ｎ≦β_２を条件とするか、両者を組み合わせる必要がある。

【0027】

ここで、ディフューザの子午面形状は、図１２(ａ)から(ｄ)に示す形状が規定できる。なお、子午面とは羽根車や案内羽根形状を回転軸と半径方向軸とで表示した面をいう。
この条件１から図１２(ｃ)、(ｄ)の場合は、βに関係なくノズル部とディフューザ部を形成することもできるが、一般的なディフューザの形状である図１２(ａ)、(ｂ)の場合にノズル部とディフューザ部を形成するには、β_１≧β_ｎ、β_ｎ≦β_２とする必要がある。以後の説明においては、図１２(ａ)、(ｂ)の形状を想定して記述する。

【0028】

図３に示すように、案内羽根２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃは案内羽根入口部が羽根車６ａ、６ｂ、６ｃの出口側外周から一定距離のギャップＬを隔てた位置にある。ノズル形成部２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃは案内羽根２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃのキャンバー線Ａと羽根車６ａ、６ｂ、６ｃの回転軸心を中心としてキャンバー線Ａと交わる円周Ｂの接線とのなす案内羽根角度βが案内羽根入口部で最大となり、かつ以後流れ方向下流に向かって案内羽根角度βが漸減する形状をなす。

【0029】

羽根車６ａ〜６ｃから流出して案内羽根２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃに流入する流れの角度α_１は、流量により変化するものであり、α_１は設計流量により算出される流入角度の値としてこの後の記述において使用する。

【0030】

算出過程は省略するが、ギャップＬ間では、流れの子午面に沿った面方向速度は半径比と流路幅比で減速し、旋回方向速度は流れが自由渦と仮定し、半径比で減速するものとして案内羽根入口における流入角度を定義し、設計流量により求まる流入角度をα_１とする。

【0031】

以下においてギャップＬはギャップ率Ｌ％として説明する。ここで、ギャップ率Ｌ％とは羽根車出口半径ｒ_０に対するギャップＬの比率、つまりＬ％≒（Ｌ／ｒ_０）×１００として定義する。案内羽根角度βとギャップ率Ｌ％の適値については後述する。

【0032】

上記した構成により、回転軸５と一体に回転する各羽根車６ａ〜６ｃが吸込口３からポンプケーシング２内に流体１８を吸い込み、流体１８が吸込流路１９を通り、初段の羽根車６ａに流入口１７から流入し、流出口１６から流出する。

【0033】

初段の羽根車６ａから流出した流体１８は、初段の案内羽根部２１ａの案内羽根２１１ａの相互間の流路に流入し、案内羽根２１ａのノズル形成部２１４ａに対応する入口側のノズル部２１２ａを通って案内羽根２１ａのディフューザ形成部２１５ａに対応する出口側のディフューザ部２１３ａへ流入する。

【0034】

この際に、案内羽根２１ａのノズル形成部２１４ａに対応する入口側のノズル部２１２ａでは流体１８の流れ方向に案内羽根角度が漸減して流路断面積が減少するので、羽根車６ａによって供給される流体１８はノズル部２１２ａにおいて増速し、スロート部を経由して増速した流体１８が案内羽根２１ａのディフューザ形成部２１５ａに対応する出口側のディフューザ部２１３ａに流入する。

【0035】

出口側のディフューザ部２１３ａは流体１８の流れ方向に流路断面積が増大するので、流体１８はディフューザ部２１３ａにおいて減速して増圧される。
このように、ディフューザ部２１３ａに流入する流体１８はその流速がノズル部２１２ａで増速されたものであることで、ディフューザ部２１２ａにおいて案内羽根２１１ａの表面から境界層が離れる剥離の発生が抑制され、または流れ方向の下流に剥離が遅れることで、圧力回収を阻害する渦の発生や流れの乱れを抑制し、水流の内部損失を減少させ、ポンプ効率を高めることができる。

【0036】

初段の案内羽根部２１ａのディフューザ部２１３ａから流出する流体１８は、中間流路２０を流れた後、次段の羽根車６ｂを通って次段の案内羽根部２１ｂに流入する。ここでも、流体１８はノズル部２１２ｂにおいて増速し、増速した流体１８が出口側のディフューザ部２１３ｂに流入することで、境界層の剥離を抑制、または剥離を遅らせつつ昇圧されて流れ出る。

【0037】

その後、流体１８は、最終段の羽根車６ｃおよび最終段の案内羽根部２１ｃを経て、前段の案内羽根部２１ａ、２１ｂと同様にして昇圧された後に吐出流路２２を流れて吐出口４から吐出される。

【0038】

以下に、案内羽根入口部での案内羽根角度βとギャップ率Ｌ％の適値について説明する。ここでは、初段の案内羽根部２１ａについて説明するが、他の案内羽根部２１ｂ、２１ｃについても同様であり、その説明は省略する。
（解析１）
図４に示すように、案内羽根２１１ａの案内羽根入口部での案内羽根角度βが異なる複数の案内羽根部２１ａを供試とし、ディフューザポンプを異なる流量で流体解析を実施し、ポンプ効率を計算した。供試の各案内羽根２１１ａはギャップ率Ｌ％を４．５％で一定として案内羽根入口部での案内羽根角度β_１を変化させたものである。以下において案内羽根角度β_１の変化は案内羽根入口角度差（β_１−α_１）として表示する。また、ポンプ効率はβ_１＝α_１である供試１の設計点効率に対する比として表した効率比率として表示する。

【0039】

図７および表１にその結果を示す。

【0040】

【表1】

設計流量の９０％の計算では、供試３の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が１１．８°である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が最も良い１．００７７となる。また、供試１の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が０°である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が１．０００９となり、供試６の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が４５．４°である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が０．９８８４となり、ともに供試３に比べて効率比率が低下した。

【0041】

設計流量の１１０％の計算では、供試５の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が２７．３°である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が最も良い１．００７１となる。また、供試１の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が０°である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が０．９７３０となり、供試６の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が４５．４°である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が０．９９７８となり、ともに供試５に比べて効率比率が低下した。

【0042】

設計流量の計算では、供試４の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が１９．８°である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が最も良い１．０１０６となる。また、供試１の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が０°である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が１．００００となり、供試６の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が４５．４°である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が０．９９６９となり、ともに供試４に比べて効率比率が低下した。

【0043】

よって案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が過小でも過大でも効率比率が低下することが分かる。この結果から平均で効率比率１．００２０以上となる供試２−４の案内羽根２１１ａの案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）の値は概ね６−３６°が適値と判断した。

【0044】

つまり、案内羽根入口での案内羽根入口角度差（β_１-α_１）を６−３６°としてノズル部を形成すると効率が向上する良いディフューザを形成することができる。
（解析２）
図５に示すように、案内羽根２１１ａのギャップＬが異なる複数の案内羽根部２１ａを供試とし、ディフューザポンプを異なる流量で流体解析を実施し、ポンプ効率を計算した。供試の各案内羽根２１１ａは案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）を３１．５°としてギャップ率Ｌ％を変化させたものである。

【0045】

図８および表２にその結果を示す。

【0046】

【表2】

設計流量の９０％の計算では、供試９の案内羽根入口部でのギャップ率Ｌ％が８．１％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が最も良い１．０１３５となる。また、供試７の案内羽根入口部でのギャップ率Ｌ％が４．５％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が１．０００７となり、供試１０の案内羽根入口部でのギャップ率Ｌ％が１０％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が１．０１００となり、ともに供試９に比べて効率比率が低下した。

【0047】

設計流量の１１０％の計算では、供試１０の案内羽根入口部でのギャップ率Ｌ％が１０％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が最も良い１．００９８となる。また、他の供試７−９の案内羽根入口部でのギャップ率Ｌ％が４．５−８．１％である案内羽根２１１ａのときにも、効率比率が１．００２０以上となった。

【0048】

設計流量の計算では、供試１０の案内羽根入口部でのギャップ率Ｌ％が１０％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が最も良い１．０１５６となる。また、他の供試７−９の案内羽根入口部でのギャップ率Ｌ％が４．５−８．１％である案内羽根２１１ａのときにも、効率比率が１．００２０以上となった。

【0049】

この結果から平均で効率比率１．００２０以上となる供試７−１０の案内羽根２１１ａの案内羽根入口部でのギャップ率Ｌ％の値は概ね４．５−１０％が適値と判断した。
つまり、ノズル部を有するディフューザにおいて、ギャップ率Ｌ％を４．５−１０％とすると効率が向上する良いディフューザを形成することができる。
（解析３）
図６に示すように、案内羽根２１１ａの案内羽根角βとギャップ率Ｌ％が異なる複数の案内羽根部２１ａを供試とし、ディフューザポンプを異なる流量で流体解析を実施し、ポンプ効率を計算した。供試の各案内羽根２１１ａは案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）とギャップ率Ｌ％を変化させたものである。

【0050】

図９、１０および表３にその結果を示す。

【0051】

【表3】

設計流量の９０％の計算では、供試１５の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が２９．１°でギャップ率Ｌ％が８．１％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が最も良い１．０１７９となる。また、供試１１の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が０°でギャップ率Ｌ％が４．５％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が１．０００９となり、効率比率が低下した。また、他の供試１２−１４、１６−１７の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が６．２−３５．９でギャップ率Ｌ％が４．５−１２％である案内羽根２１１ａのときにも、効率比率が１．００２０以上となった。

【0052】

設計流量の１１０％の計算では、供試１７の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が３５．９°でギャップ率Ｌ％が１２％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が最も良い１．０１２９となる。また、供試１１の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が０°でギャップ率Ｌ％が４．５％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が０．９７３０となり、効率比率が低下した。また、他の供試１２−１６の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が６．２−３５．９でギャップ率Ｌ％が４．５−１２％である案内羽根２１１ａのときにも、効率比率が１．００２０以上となった。

【0053】

設計流量の計算では、供試１６の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が３２．１°でギャップ率Ｌ％が１０％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が最も良い１．０１９１となる。また、供試１１の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が０°でギャップ率Ｌ％が４．５％である案内羽根２１１ａのときに、効率比率が１．００００となり、効率比率が低下した。また、他の供試１２−１７の案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）が６．２−３５．９でギャップ率Ｌ％が４．５−１２％である案内羽根２１１ａのときにも、効率比率が１．００２０以上となった。

【0054】

この結果から平均で効率比率１．００２０以上となる供試１２−１７の案内羽根２１１ａの案内羽根入口部での案内羽根入口角度差（β_１−α_１）の値は概ね６−３６°で、ギャップ率Ｌ％の値は概ね４．５−１２％が適値と判断した。

【0055】

つまり、案内羽根入口での案内羽根入口角度差（β_１-α_１）を６−３６°としてノズル部を形成し、さらに、ギャップ率Ｌ％を４．５−１２％とすると効率がさらに向上するより良いディフューザを形成することができる。

【0056】

上述の解析結果から本発明では、ディフューザのノズル部を案内羽根入口での案内羽根入口角度差（β_１-α_１）の値を概ね６−３６°で形成することが効率の点からして適値であり、羽根車出口を出て案内羽根入口に向けて流れる流体１８の流れ方向に対して６−３６°の差を有するものである。

【0057】

これはノズル部２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを形成する上で、（β_１−α_１）をこの範囲とすることで、案内羽根での剥離の抑制を期待でき、高いポンプ効率を維持できることを示す。

【0058】

また、ノズル部を有するディフューザでは、案内羽根入口でのギャップ率Ｌ％の値を概ね４．５−１２％とすることが効率の点からして適値である。
これは、ギャップ率Ｌ％が変化することで、流速の減速に伴って案内羽根入口での流体の流入角度α_１も変化するが、その変化範囲であっても高いポンプ効率を維持できることを示す。

【0059】

さらに、ディフューザのノズル部を案内羽根入口での案内羽根入口角度差（β_１-α_１）の値を概ね６−３６°で形成し、案内羽根入口でのギャップ率Ｌ％の値を概ね４．５−１２％とすることが効率の点からよりよい組合せである。

【0060】

なお、上述の実施例では、図１２（ａ）、（ｂ）をもとに説明したが、図１２（ｃ）、（ｄ）の形状でノズル部とディフューザ部を形成しても良い。

【符号の説明】

【0061】

１ 多段ポンプ
２ ポンプケーシング
３ 吸込口
４ 吐出口
５ 回転軸
６ａ〜６ｃ 羽根車
７ 吸込ケーシング
８ 吐出ケーシング
９ａ、９ｂ 中間ケーシング
１１ 固定手段
１２ 固定ボルト
１３ ナット
１４ 軸封部
１５ シール材
１６ 流出口
１７ 流入口
１８ 流体
１９ 吸込流路
２０ 中間流路
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 案内羽根部
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ 側板
２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ 案内羽根
２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ ノズル部
２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ ディフューザ部
２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ ノズル形成部
２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ ディフューザ形成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】