特開 2024-176717 ポンプケーシング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176717

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】ポンプケーシング

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20241212BHJP

【ＦＩ】

F04D29/44 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095477

(22)【出願日】2023-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】陳 思詠

(72)【発明者】

【氏名】清水 駿助

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 啓悦

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA03

3H130AB42

3H130AB58

3H130AC01

3H130BA66A

3H130BA68A

3H130CA02

3H130CA06

3H130CA21

3H130DA02Z

3H130EA06A

3H130EA07A

3H130EB00A

3H130EB04A

3H130EB05A

(57)【要約】

【課題】液体の圧力損失を低減し、羽根車への流入流速の均一性を確保することにより、ポンプ効率および吸込性能を向上させることができるポンプケーシングが提供される。
【解決手段】ポンプケーシング３は、液体流路４を有している。液体流路４は、第１流路空間ＦＳ１と、第２流路空間ＦＳ２と、を有している。第１流路空間ＦＳ１は、第１流路空間ＦＳ１の断面積が小さくなる形状を有している。第２流路空間ＦＳ２は、第２流路空間ＦＳ２の断面積が大きくなる形状を有している。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

羽根車を収容するポンプケーシングであって、
前記ポンプケーシングは、その内部に形成された液体流路を有しており、
前記液体流路における巻き角度の角度範囲を第１角度範囲および第２角度範囲に分割したとき、前記液体流路は、
前記第１角度範囲に対応する第１流路空間と、
前記第２角度範囲に対応し、かつ前記第１流路空間に接続された第２流路空間と、を有しており、
前記第１流路空間は、前記第１流路空間の始端から前記第２流路空間に向かって、前記第１流路空間の断面積が小さくなる形状を有しており、
前記第２流路空間は、前記第１流路空間との境界から前記第２流路空間の終端に向かって、前記第２流路空間の断面積が大きくなる形状を有している、ポンプケーシング。

【請求項2】

前記第１流路空間は、前記第１流路空間の始端から前記第２流路空間に向かって、曲率半径が小さくなる第１外側湾曲輪郭を有しており、
前記第２流路空間は、前記第１流路空間との境界から前記第２流路空間の終端に向かって、曲率半径が大きくなる第２外側湾曲輪郭を有している、請求項１に記載のポンプケーシング。

【請求項3】

前記第１流路空間は、前記第１流路空間の始端から前記第２流路空間に向かって、曲率半径が小さくなる第１内側湾曲輪郭を有しており、
前記第２流路空間は、前記第１流路空間との境界から前記第２流路空間の終端に向かって、曲率半径が大きくなる第２内側湾曲輪郭を有している、請求項１に記載のポンプケーシング。

【請求項4】

前記第１流路空間は、前記第１流路空間の始端から前記第２流路空間に向かって、高さが小さくなる第１断面高さを有しており、
前記第２流路空間は、前記第１流路空間との境界から前記第２流路空間の終端に向かって、高さが大きくなる第２断面高さを有している、請求項１に記載のポンプケーシング。

【請求項5】

前記第１流路空間および前記第２流路空間のそれぞれは、前記巻き角度に応じて変化する断面積を有しており、
前記第２流路空間の断面積の変化を示す曲線の傾きは、前記第１流路空間の断面積の変化を示す曲線の傾きよりも大きい、請求項１に記載のポンプケーシング。

【請求項6】

前記巻き角度の基準角度における前記第１流路空間の断面積は、前記液体流路の入口口径の面積よりも大きい、請求項１に記載のポンプケーシング。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプケーシングに関する。

【背景技術】

【0002】

ポンプは、液体（例えば、水）を輸送するための流体機械である。ポンプは、羽根車と、羽根車を収容するポンプケーシングと、を備えている。ポンプは、羽根車の回転により、ポンプケーシングに吸い込まれた液体を昇圧し、昇圧した液体をポンプケーシングの吐出口から吐き出すように構成されている。

【0003】

一般的に、ポンプケーシングは、その内部に吸い込まれた液体の流れ方向を転向し、旋回流を形成する舌部を有している（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。ポンプケーシング内の液体が舌部に衝突すると、液体の圧力損失が生じる。結果として、流路の局部における液体の流速が低下し、液体の流れが緩やかになり、液体の流れ方向は転向される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－１２１５４１号公報

【特許文献2】特開２０２１－１９５８８７号公報

【特許文献3】特開平３－２９００９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、液体の、舌部との衝突に起因して液体の圧力損失が生じると、液体の流速均一性が低下し、液体の流れが急に曲げられ、液体がポンプケーシングの壁面から剥離したり、液体の流路渦が発生するおそれがある。さらには、液体の流れ欠損また液体の圧力損失による局部の圧力低下に起因してキャビテーションが生じるおそれもある。このように、液体の、舌部との衝突に起因して液体の圧力損失が生じると、様々な問題が生じ、ポンプ効率および吸込性能が低下するおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、液体の圧力損失を低減し、羽根車への流入流速の均一性を確保することにより、ポンプ効率および吸込性能を向上させることができるポンプケーシング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】

一態様では、羽根車を収容するポンプケーシングが提供される。前記ポンプケーシングは、その内部に形成された液体流路を有しており、前記液体流路における巻き角度の角度範囲を第１角度範囲および第２角度範囲に分割したとき、前記液体流路は、前記第１角度範囲に対応する第１流路空間と、前記第２角度範囲に対応し、かつ前記第１流路空間に接続された第２流路空間と、を有しており、前記第１流路空間は、前記第１流路空間の始端から前記第２流路空間に向かって、前記第１流路空間の断面積が小さくなる形状を有しており、前記第２流路空間は、前記第１流路空間との境界から前記第２流路空間の終端に向かって、前記第２流路空間の断面積が大きくなる形状を有している。

【0008】

一態様では、前記第１流路空間は、前記第１流路空間の始端から前記第２流路空間に向かって、曲率半径が小さくなる第１外側湾曲輪郭を有しており、前記第２流路空間は、前記第１流路空間との境界から前記第２流路空間の終端に向かって、曲率半径が大きくなる第２外側湾曲輪郭を有している。
一態様では、前記第１流路空間は、前記第１流路空間の始端から前記第２流路空間に向かって、曲率半径が小さくなる第１内側湾曲輪郭を有しており、前記第２流路空間は、前記第１流路空間との境界から前記第２流路空間の終端に向かって、曲率半径が大きくなる第２内側湾曲輪郭を有している。
一態様では、前記第１流路空間は、前記第１流路空間の始端から前記第２流路空間に向かって、高さが小さくなる第１断面高さを有しており、前記第２流路空間は、前記第１流路空間との境界から前記第２流路空間の終端に向かって、高さが大きくなる第２断面高さを有している。

【0009】

一態様では、前記第１流路空間および前記第２流路空間のそれぞれは、前記巻き角度に応じて変化する断面積を有しており、前記第２流路空間の断面積の変化を示す曲線の傾きは、前記第１流路空間の断面積の変化を示す曲線の傾きよりも大きい。
一態様では、前記巻き角度の基準角度における前記第１流路空間の断面積は、前記液体流路の入口口径の面積よりも大きい。

【発明の効果】

【0010】

第１流路空間および第２流路空間を有する液体流路は、緩やかな液体の旋回流を形成して、液体の流れ方向をスムーズに転向させる形状を有している。したがって、ポンプケーシングは、舌部を省略することができる。結果として、ポンプケーシングは、液体の圧力損失を低減して、ポンプ効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】両吸込ポンプの一実施形態を示す斜視図である。

【図2】図１に示す両吸込ポンプの縦断面図である。

【図3】両吸込ポンプの上部ケーシングを外した状態を上から見た図である。

【図4】図３のＡ－Ａ線断面図である。

【図5】本実施形態に係るポンプケーシングの内部構造の一部分を示す図である。

【図6】比較例に係るポンプケーシングの内部構造の一部分を示す図である。

【図7】液体流路の全体を示す斜視図である。

【図8】図８（ａ）は液体流路における巻き角度を示す図であり、図８（ｂ）は巻き角度と液体流路の断面積との関係を示すグラフであり、図８（ｃ）は巻き角度と液体流路を流れる液体の流速との関係を示すグラフである。

【図9】図９（ａ）は巻き角度に対応する液体流路の断面積ごとに液体流路で生じる圧力損失の大きさおよび流線を解析した結果を示す図であり、図９（ｂ）は羽根車に流入する液体の流速の大きさを示す図であり、図９（ｃ）は羽根車に生じるキャビテーション領域を示す図である。

【図10】図１０（ａ）乃至図１０（ｇ）は、巻き角度に対応する液体流路の断面形状を示す図である。

【図11】図１１（ａ）は巻き角度に対応する液体流路の断面積ごとに液体流路で生じる圧力損失の大きさおよび流線を解析した結果を示す図であり、図１１（ｂ）は羽根車に流入する液体の流速の大きさを示す図であり、図１１（ｃ）は羽根車に生じるキャビテーション領域を示す図である。

【図12】液体流路の断面輪郭（外側湾曲輪郭、内側湾曲輪郭）および断面高さを示す図である。

【図13】図１３（ａ）は巻き角度と液体流路の断面高さとの関係を示す図であり、図１３（ｂ）は巻き角度と外側湾曲輪郭との関係を示す図であり、図１３（ｃ）は巻き角度と内側湾曲輪郭との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。以下で説明する複数の実施形態において、特に説明しない一実施形態の構成は、他の実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

【0013】

図１は、両吸込ポンプの一実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す両吸込ポンプの縦断面図である。図３は、両吸込ポンプの上部ケーシングを外した状態を上から見た図である。図４は、図３のＡ－Ａ線断面図である。

【0014】

両吸込ポンプＰ１は、回転軸１と、回転軸１に固定される両吸込型の羽根車２と、羽根車２を収容するポンプケーシング３と、を備えている。ポンプケーシング３は、渦巻き形状を有しており、その内部に形成された液体流路４を有している。

【0015】

ポンプケーシング３は、羽根車２の回転中心となる回転軸１の中心軸線ＣＬを通る水平面で上下方向に分割される上部ケーシング３ａおよび下部ケーシング３ｂを備えている。回転軸１は、上部ケーシング３ａおよび下部ケーシング３ｂに形成された軸支持部４０，４０に支持されている。回転軸１と軸支持部４０，４０との間の隙間は、軸封部１１，１１によって封止されている。

【0016】

ポンプケーシング３は、液体を吸い込む吸込口６と、羽根車２によって昇圧された液体を吐き出す吐出口７と、を有している。吸込口６および吐出口７は、下部ケーシング３ｂに形成されている。吸込口６および吐出口７は、回転軸１と直交する方向において、互いに反対方向を向いて開口している。

【0017】

図２乃至図４に示すように、液体流路４は、羽根車２の両側に配置された上側渦巻き流路４ａ，４ａおよび下側渦巻き流路４ｂ，４ｂと、下側渦巻き流路４ｂ，４ｂに接続された楕円流路４ｄ，４ｄと、を有している。

【0018】

ポンプケーシング３は、その中央部分に配置された上側吐出流路５ａおよび下側吐出流路５ｂを有している。上側吐出流路５ａは上側渦巻き流路４ａ，４ａの間に配置されており、下側吐出流路５ｂは下側渦巻き流路４ｂ，４ｂの間に配置されている。羽根車２は、上側吐出流路５ａおよび下側吐出流路５ｂの内部に配置されている。

【0019】

回転軸１の端部には、駆動装置（図示しない）が接続されている。駆動装置が駆動すると、回転軸１とともに羽根車２が回転し、液体は、吸込口６を通じて、ポンプケーシング３の内部に吸い込まれる。

【0020】

吸込口６を通じてポンプケーシング３に吸い込まれた液体は、楕円流路４ｄ，４ｄ（図４参照）を通過し、下側渦巻き流路４ｂ，４ｂ（図２および図３参照）に流れ込む。その後、液体は、上側渦巻き流路４ａ，４ａに流れ込む。上側渦巻き流路４ａ，４ａに流れ込んだ液体は、上側渦巻き流路４ａ，４ａを通過して、羽根車２に流入する（図２の矢印参照）。

【0021】

液体は、回転する羽根車２と遠心力との働きにより昇圧されて、羽根車２の半径方向外側の上側吐出流路５ａおよび下側吐出流路５ｂに吐き出される。その後、液体は、上側吐出流路５ａおよび下側吐出流路５ｂを流れ、吐出口７から吐き出される。

【0022】

図１に示すように、ポンプケーシング３は、上部ケーシング３ａの、下部ケーシング３ｂとの接合面に形成された上部フランジ８と、下部ケーシング３ｂの、上部ケーシング３ａとの接合面に形成された下部フランジ９と、を有している。

【0023】

上部フランジ８および下部フランジ９のそれぞれは、締結具としての複数のボルト１０が挿入されるボルト穴（図示しない）を有している。各ボルト１０をボルト穴に挿入して、締め付けることにより、上部ケーシング３ａおよび下部ケーシング３ｂは互いに締結される。

【0024】

上部ケーシング３ａは、上側渦巻き流路４ａ，４ａを形成する吸込ケーシング部２０，２０と、上側吐出流路５ａを形成する吐出ケーシング部２１と、を有している。吐出ケーシング部２１は、吸込ケーシング部２０，２０の間に配置されている。

【0025】

図５は、本実施形態に係るポンプケーシングの内部構造の一部分を示す図である。図６は、比較例に係るポンプケーシングの内部構造の一部分を示す図である。図５および図６の比較結果から明らかなように、比較例では、ポンプケーシングは、液体の流れを羽根車に導くための舌部を有する一方で、本実施形態では、ポンプケーシング３は、舌部を有していない。

【0026】

舌部を形成することにより、液体の、舌部との衝突に起因して液体の圧力損失が生じてしまう。液体の圧力損失が生じると、ポンプ効率が低下するおそれがある。本実施形態に係るポンプケーシング３は、舌部を形成する代わりに、特徴的な形状を有する液体流路４を有している。したがって、ポンプケーシング３は、液体の圧力損失を低減して、ポンプ効率を向上させることができる。以下、液体流路４の形状について、図面を参照して説明する。

【0027】

図７は、液体流路の全体を示す斜視図である。図７に示すように、液体流路４は、その液体入口４ｃから羽根車２まで延びる渦巻き形状を有している。液体入口４ｃを通過した液体は、外側流れ４Ｘと、内側流れ４Ｙと、に分岐して、羽根車２まで流れる。外側流れ４Ｘおよび内側流れ４Ｙにおける合流点Ｐは、比較例における舌部が存在する位置に相当する。外側流れ４Ｘおよび内側流れ４Ｙは合流点Ｐで合流し、合流した液体は羽根車２に流入する。

【0028】

図８（ａ）は液体流路における巻き角度を示す図であり、図８（ｂ）は巻き角度と液体流路の断面積との関係を示すグラフであり、図８（ｃ）は巻き角度と液体流路を流れる液体の流速との関係を示すグラフである。

【0029】

図８（ｂ）では、横軸は巻き角度を示しており、縦軸は液体流路４の断面積を液体流路４の液体入口４ｃの面積で除算した比率値（断面積比率値）を示している。断面積比率値は、無次元量である。図８（ｃ）では、横軸は巻き角度を示しており、縦軸は外側流れ４Ｘを流れる液体の流速を液体入口４ｃにおける液体の流速で除算した比率値（流速比率値）を示している。流速比率値は、無次元量である。

【0030】

図９（ａ）は巻き角度に対応する液体流路の断面積ごとに液体流路で生じる圧力損失の大きさおよび流線を解析した結果を示す図であり、図９（ｂ）は羽根車に流入する液体の流速の大きさを示す図であり、図９（ｃ）は羽根車に生じるキャビテーション領域を示す図である。

【0031】

図１０（ａ）乃至図１０（ｇ）は、巻き角度に対応する液体流路の断面形状の大きさを示す図である。

【0032】

図８（ａ）に示すように、回転軸１の中心軸線ＣＬを中心とした液体流路４の回転角度を巻き角度と定義する。このような巻き角度において、中心軸線ＣＬと直交する下方に延びる鉛直線上の角度を基準角度（０度）に決定した場合、巻き角度は、反時計回りに大きくなる。

【0033】

図８（ａ）では、０度から２７０度までの角度範囲における巻き角度が示されている。巻き角度の角度範囲を第１角度範囲および第２角度範囲に分割したとき、液体流路４は、第１角度範囲に対応する第１流路空間ＦＳ１と、第２角度範囲に対応する第２流路空間ＦＳ２と、を有している。第２流路空間ＦＳ２は、第１流路空間ＦＳ１に接続されている。図８（ａ）に示す実施形態では、第１角度範囲は０度から２２５度までの範囲であり、第２角度範囲は２２５度から２７０度までの範囲である。

【0034】

図８（ｂ）、図９（ａ）、および図１０（ａ）乃至図１０（ｆ）に示すように、第１流路空間ＦＳ１は、第１流路空間ＦＳ１の始端（すなわち、巻き角度０度）から第２流路空間ＦＳ２に向かって、第１流路空間ＦＳ１の断面積が徐々に小さくなる形状を有している。より具体的には、巻き角度４５度における断面積ＡＲ２は、巻き角度０度における断面積ＡＲ１よりも小さい（ＡＲ２＜ＡＲ１）。巻き角度９０度における断面積ＡＲ３は、巻き角度４５度における断面積ＡＲ２よりも小さい（ＡＲ３＜ＡＲ２）。

【0035】

同様に、巻き角度１３５度における断面積ＡＲ４は、巻き角度９０度における断面積ＡＲ３よりも小さい（ＡＲ４＜ＡＲ３）。巻き角度１８０度における断面積ＡＲ５は、巻き角度１３５度における断面積ＡＲ４よりも小さい（ＡＲ５＜ＡＲ４）。巻き角度２２５度における断面積ＡＲ６は、巻き角度１８０度における断面積ＡＲ５よりも小さい（ＡＲ６＜ＡＲ５）。

【0036】

このように、第１流路空間ＦＳ１は、その断面積が断面積ＡＲ１から断面積ＡＲ６に向かって徐々に小さくなる形状を有している。その一方で、第２流路空間ＦＳ２は、第１流路空間ＦＳ１との境界（すなわち、巻き角度２２５度）から第２流路空間ＦＳ２の終端（すなわち、巻き角度２７０度）に向かって、第２流路空間ＦＳ２の断面積が大きくなる形状を有している。

【0037】

より具体的には、図９（ａ）、図１０（ｆ）および図１０（ｇ）に示すように、巻き角度２７０度における断面積ＡＲ７は、巻き角度２２５度における断面積ＡＲ６よりも大きい（ＡＲ７＞ＡＲ６）。このように、第２流路空間ＦＳ２は、その断面積が断面積ＡＲ６から断面積ＡＲ７に向かって徐々に大きくなる形状を有している。

【0038】

本実施形態では、第１流路空間ＦＳ１および第２流路空間ＦＳ２のそれぞれは、巻き角度に応じて変化する断面積を有している。第１流路空間ＦＳ１の断面積は、巻き角度が大きくなるとともに徐々に小さくなっている。第１流路空間ＦＳ１と第２流路空間ＦＳ２との境界の断面積は、最も小さい。第２流路空間ＦＳ２の断面積は、巻き角度が大きくなるとともに徐々に大きくなっている。

【0039】

図８（ｂ）に示すように、第２流路空間ＦＳ２の断面積の変化を示す曲線の傾きＳＬ２は、第１流路空間ＦＳ１の断面積の変化を示す曲線の傾きＳＬ１よりも大きい。言い換えれば、傾きＳＬ２を示す数値（絶対値）は、傾きＳＬ１を示す数値（絶対値）よりも大きい。傾きＳＬ２は、傾きＳＬ１の１～１．５倍の範囲内であることが好ましい。

【0040】

傾きＳＬ２が傾きＳＬ１の１．５倍を超えると、第２流路空間ＦＳ２の断面積の変化率が大きくなり、液体の流れ抵抗が大きくなり、液体の流れの剥離が起こり、圧力損失が大きくなるおそれがある。圧力損失の増大により、ポンプ性能低下のおそれがある。また、流路の局部の圧力低下によるキャビテーションの発生リスクが増加し、吸込性能の低下につながる。

【0041】

液体流路４を流れる液体の流速は、液体流路４の断面積の大きさに依存している。ここで、液体の流速は、流路の断面と垂直な方向の速度成分の値として求められる。断面積が大きければ、液体の流速は小さくなり、逆に、断面積が小さければ、液体の流速は大きくなる。図８（ｃ）に示すように、液体流路４を流れる液体の流速（より具体的には、外側流れ４Ｘを流れる液体の流速）は、徐々に大きくなり、やがて、緩やかになる（図８（ｃ）参照）。図８（ｃ）に示すグラフでは、液体流路４を流れる液体の流速分布は、比較例における速度分布と比較して、全体的に均一になっている。

【0042】

本実施形態によれば、第１流路空間ＦＳ１および第２流路空間ＦＳ２を有する液体流路４は、緩やかな液体の流れを形成することができるため、舌部を設けることなく、液体の流れ方向はスムーズに転向される。液体の流れ方向をスムーズに転向することにより、液体流路４を流れる液体は、圧力損失の発生を最大限に抑制することができ、流速の均一性を高める液体を羽根車２に流入させる（図９（ｂ）参照）。

【0043】

さらに、このような液体の流入により、羽根車２に対して、圧力欠損の発生領域を最低限に抑え、キャビテーションの発生を抑制することができる（図９（ｃ）参照）。キャビテーションの発生を抑制することにより、ポンプＰ１の吸込性能を向上させることができる。

【0044】

このように、ポンプケーシング３は、液体流路４を形成することにより、舌部（図６参照）を省略することができる。結果として、ポンプケーシング３は、液体の圧力損失を低減して、ポンプＰ１のポンプ効率を向上させることができる。

【0045】

さらに、舌部を有していないポンプケーシング３は、以下の効果を奏することができる。ポンプケーシング３は、一般的に鋳造で製造される。舌部は薄肉形状を有しているため、鋳型に金属を流し込む工程において、金属が舌部に十分に流し込まれず、成型不良に起因する欠陥が生じるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、ポンプケーシング３は、舌部を有していないため、成型不良に起因する欠陥は生じない。

【0046】

図８（ｂ）に示すように、比較例では、巻き角度０度における断面積比率値はほぼ１である一方で、本実施形態では、巻き角度０度における断面積比率値は、およそ１．５である。言い換えれば、巻き角度の基準角度における第１流路空間ＦＳ１の断面積は、液体流路４の液体入口４ｃの断面積（すなわち、液体流路４の入口口径の面積）よりも大きい。その一方で、比較例では、巻き角度の基準角度における流路空間の断面積は、液体流路４の入口口径の面積とほぼ同じである。

【0047】

このように、巻き角度０度において、本実施形態の断面積比率値は、比較例の断面積比率値よりも大きい。また、巻き角度０度における断面積比率値は、巻き角度０度からの外側流れ４Ｘを流れる液体の流速が羽根車２への流入流速より僅かに小さい値を求めるように決定される。

【0048】

一実施形態では、巻き角度０度における断面積比率値は、１．２～１．６であってもよい。巻き角度４５度における断面積比率値はおよそ０．７であり、比較例では、巻き角度４５度における断面積比率値はおよそ０．６である。

【0049】

本実施形態では、巻き角度０度における断面積比率値は、比較例における断面積比率値よりも大きい。図８（ａ）に示すように、巻き角度０度から巻き角度４５度までの流れ方向における距離は、他の角度範囲の距離より長い。このような構成により、巻き角度０度から巻き角度４５度までの角度範囲において、流れる液体が緩やかに減速しつつ流れ方向を転向させることができる。

【0050】

このように、巻き角度０度から巻き角度４５度における液体流路の流速が比較例より小さくなっても、顕著に大きな圧力損失は生じない。また、本実施形態では、舌部が設けられていないため、流れと舌部の衝突は生じない。図８（ｃ）に示すように、巻き角度４５度以降における外側流れ４Ｘを流れる液体の流速は、ほぼ均等になり、比較例より均一な流速分布を得ることができる。流れ方向に対する速度勾配が比較例より小さいため、結果として、液体流路４の全体に発生する圧力損失を比較的小さくすることができる。

【0051】

図１１（ａ）は巻き角度に対応する液体流路の断面積ごとに液体流路で生じる圧力損失の大きさおよび流線を解析した結果を示す図であり、図１１（ｂ）は羽根車に流入する液体の流速の大きさを示す図であり、図１１（ｃ）は羽根車に生じるキャビテーション領域を示す図である。図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）は、比較例におけるポンプの解析結果を示している。

【0052】

図９（ａ）乃至図９（ｃ）および図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）の比較から明らかなように、比較例では、液体流路に発生する圧力損失が比較的大きく、羽根車に流入する液体の流速も比較的大きくなっている。したがって、比較例では、羽根車に生じるキャビテーション領域も比較的大きくなっている。

【0053】

このように、本実施形態によれば、液体流路４は、特徴的な形状（すなわち、外側流れ４Ｘの流れ方向において、液体流路４の断面積が徐々に小さくなり、液体流路４の途中で液体流路４の断面積が徐々に大きくなる）を有している。したがって、液体流路４を流れる液体の流速を制御することができる。このような流速の制御により、液体の流れ方向をスムーズに転向することができる。

【0054】

図１２は、液体流路の断面輪郭（外側湾曲輪郭、内側湾曲輪郭）および断面高さを示す図である。図１３（ａ）は巻き角度と液体流路の断面高さとの関係を示す図であり、図１３（ｂ）は巻き角度と外側湾曲輪郭との関係を示す図であり、図１３（ｃ）は巻き角度と内側湾曲輪郭との関係を示す図である。

【0055】

図１３（ａ）では、横軸は巻き角度を示しており、縦軸は断面高さを液体流路４の液体入口４ｃの直径で除算した比率値（断面高さ比率値）を示している。断面高さは、液体流路４の断面における高さ方向の長さを示している。断面高さ比率値は、無次元量である。

【0056】

図１３（ｂ）では、横軸は巻き角度を示しており、縦軸は外側湾曲輪郭を液体入口４ｃの直径で除算した比率値（外側湾曲輪郭比率値）を示している。外側湾曲輪郭は、液体流路４の断面における外側の断面輪郭の曲率半径（または曲率）を示している。外側湾曲輪郭比率値は、無次元量である。

【0057】

図１３（ｃ）では、横軸は巻き角度を示しており、縦軸は内側湾曲輪郭を液体入口４ｃの直径で除算した比率値（内側湾曲輪郭比率値）を示している。内側湾曲輪郭は、液体流路４の断面における内側の断面輪郭の曲率半径（または曲率）を示している。内側湾曲輪郭比率値は、無次元量である。

【0058】

図１２に示すように、液体流路４は、その断面高さＳｈを有している。第１流路空間ＦＳ１の断面高さを第１断面高さと定義し、第２流路空間ＦＳ２の断面高さを第２断面高さと定義する。この場合、図１３（ａ）に示すように、第１流路空間ＦＳ１は、第１流路空間ＦＳ１の始端（すなわち、巻き角度０度）から第２流路空間ＦＳ２に向かって、高さが小さくなる第１断面高さを有している。第２流路空間ＦＳ２は、第１流路空間ＦＳ１との境界から第２流路空間ＦＳ２の終端に向かって、高さが大きくなる第２断面高さを有している。

【0059】

図１２に示すように、液体流路４は、回転軸１から離間した位置に配置された外側湾曲輪郭Ｒ１と、回転軸１側に配置された内側湾曲輪郭Ｒ２と、を有している。外側湾曲輪郭Ｒ１は、第１流路空間ＦＳ１における第１外側湾曲輪郭と、第２流路空間ＦＳ２における第２外側湾曲輪郭と、を有している。同様に、内側湾曲輪郭Ｒ２は、第１流路空間ＦＳ１における第１内側湾曲輪郭と、第２流路空間ＦＳ２における第２内側湾曲輪郭と、を有している。

【0060】

図１３（ｂ）に示すように、第１流路空間ＦＳ１の第１外側湾曲輪郭は、第１流路空間ＦＳ１の始端から第２流路空間ＦＳ２に向かって、曲率半径が小さくなる（すなわち、曲率が大きくなる）形状を有している。より具体的には、第１外側湾曲輪郭の曲率半径は、巻き角度０度から１３５度まではほぼ一定であり、巻き角度１３５度から２２５度までは徐々に小さくなっている（図１３（ｂ）参照）。

【0061】

図１３（ｂ）に示すように、第２流路空間ＦＳ２の第２外側湾曲輪郭は、第１流路空間ＦＳ１との境界から第２流路空間ＦＳ２の終端に向かって、曲率半径が徐々に大きくなる（すなわち、曲率が小さくなる）形状を有している。

【0062】

図１３（ｃ）に示すように、第１流路空間ＦＳ１の第１内側湾曲輪郭は、第１流路空間ＦＳ１の始端（すなわち、巻き角度０度）から第２流路空間ＦＳ２に向かって、曲率半径が小さくなる（すなわち、曲率が大きくなる）形状を有している。第２流路空間ＦＳ２の第２内側湾曲輪郭は、第１流路空間ＦＳ１との境界から第２流路空間ＦＳ２の終端に向かって、曲率半径が徐々に大きくなる（すなわち、曲率が小さくなる）形状を有している。

【0063】

図１３（ａ）および図１３（ｃ）に示す比較例では、液体流路の断面高さおよび内側湾曲輪郭の曲率半径は、巻き角度に応じて、ほとんど変化しておらず、液体流路の外側湾曲輪郭の曲率半径は、巻き角度に応じて、徐々に小さくなっている。このように、比較例としてのポンプケーシングは、２次元的に変化する液体流路を有している。

【0064】

その一方で、本実施形態では、外側湾曲輪郭Ｒ１の曲率半径の変化を示す曲線、内側湾曲輪郭Ｒ２の曲率半径の変化を示す曲線、および断面高さＳｈの変化を示す曲線のいずれも、液体流路４の断面積の変化を示す曲線と同様の曲線を描いている。このように、本実施形態では、ポンプケーシング３は、巻き角度に応じて３次元的に変化する液体流路４を有している。

【0065】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0066】

１ 回転軸
２ 羽根車
３ ポンプケーシング
３ａ 上部ケーシング
３ｂ 下部ケーシング
４ 液体流路
４ａ 上側渦巻き流路
４ｂ 下側渦巻き流路
４ｃ 液体入口
４ｄ 楕円流路
５ａ 上側吐出流路
５ｂ 下側吐出流路
６ 吸込口
７ 吐出口
８ 上部フランジ
９ 下部フランジ
１０ ボルト
１１ 軸封部
２０ 吸込ケーシング部
２１ 吐出ケーシング部
Ｐ１ 両吸込ポンプ
ＣＬ 中心軸線
４Ｘ 外側流れ
４Ｙ 内側流れ
Ｐ 合流点
ＦＳ１ 第１流路空間
ＦＳ２ 第２流路空間
ＡＲ１～ＡＲ７ 断面積
ＳＬ１ 傾き
ＳＬ２ 傾き
Ｓｈ 断面高さ
Ｒ１ 外側湾曲輪郭
Ｒ２ 内側湾曲輪郭

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】