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JP5287329B2 - Pump impeller - Google Patents
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JP5287329B2 - Pump impeller - Google Patents

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Description

本発明はシュラウド内に収められたポンプインペラに関する。   The present invention relates to a pump impeller housed in a shroud.

ポンプは、シュラウド内に固定され回転軸を中心に回転するインペラによって、入口から流入する作動流体に旋回エネルギーを与え、その旋回エネルギーをインペラ下流に設置した案内羽根によって圧力に変換するものである。インペラ上の動翼(インペラ翼)は、駆動源(モータ等)と連動するシャフトにハブを介して固定されており、シャフトと一体となって回転する。通常、インペラ翼における前縁部及び後縁部の形状は、ハブ側からシュラウド側に至るまで、シャフトの中心(回転軸)から径方向の外側に延ばした仮想直線に沿うように概ね直線状に形成されている。すなわち、前縁部及び後縁部におけるハブ側端部とシュラウド側端部の回転軸周りの角度方向位置はそれぞれほぼ同じになっている。また、インペラ翼における径方向の外側端部はチップと呼ばれており、そのチップ部とシュラウドとの間には隙間が空いている(特許文献1等参照)。   The pump gives swirling energy to the working fluid flowing from the inlet by an impeller that is fixed in the shroud and rotates about a rotation shaft, and converts the swirling energy into pressure by guide vanes installed downstream of the impeller. A moving blade (impeller blade) on the impeller is fixed to a shaft interlocked with a drive source (motor or the like) via a hub, and rotates integrally with the shaft. In general, the shape of the leading edge and the trailing edge of the impeller blade is generally linear from the hub side to the shroud side so as to follow a virtual straight line extending radially outward from the shaft center (rotating shaft). Is formed. That is, the angular direction positions around the rotation axis of the hub side end portion and the shroud side end portion at the front edge portion and the rear edge portion are substantially the same. Further, the radially outer end portion of the impeller blade is called a tip, and there is a gap between the tip portion and the shroud (see Patent Document 1, etc.).

特開平5−272491号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-272491

ところで、ポンプに求められる重要な性能は効率である。ポンプの効率は、インペラの動力と流体が受け取るエネルギーの比率であり、可能な限り高いほうが望ましい。インペラを駆動する動力の一部は、流体内で発生する渦や摩擦によって熱として散逸しエネルギー損失となる。効率の高いポンプを得るためには、この流体内で発生するエネルギー損失を小さくすることが有効である。   By the way, an important performance required for a pump is efficiency. The efficiency of the pump is the ratio of the impeller power and the energy received by the fluid, and is preferably as high as possible. Part of the power that drives the impeller is dissipated as heat due to vortices and friction generated in the fluid, resulting in energy loss. In order to obtain a highly efficient pump, it is effective to reduce the energy loss generated in the fluid.

エネルギー損失の大きな要因の1つに「漏れ流れ」の発生がある。漏れ流れとは、先述のインペラ翼におけるチップ部とシュラウドとの隙間に生じる流れであり、その流れの持つエネルギーはすべて損失になる。したがって、この漏れ流れを可能な限り少なくすれば、効率の高いポンプを得ることができる。漏れ流れを低減する方策としては、チップ部とシュラウドの間に生じる隙間を狭くする方法があるが、機械組み立て精度の問題から限界がある。   One of the major causes of energy loss is the occurrence of “leakage flow”. The leakage flow is a flow generated in the gap between the tip portion and the shroud in the impeller blade described above, and all the energy of the flow is lost. Therefore, if this leakage flow is reduced as much as possible, a highly efficient pump can be obtained. As a measure for reducing the leakage flow, there is a method of narrowing a gap generated between the tip portion and the shroud, but there is a limit due to a problem of machine assembly accuracy.

本発明の目的は、チップ部で生じる漏れ流れが少ないポンプインペラを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a pump impeller with less leakage flow generated at a tip portion.

(1)本発明は、上記目的を達成するために、シュラウドの内側に設けられ、回転軸を中心に回転するハブと、このハブの外周に複数取り付けられ、前記ハブとともに回転するインペラ翼とを備え、前記インペラ翼は、チップ部の近傍において、作動流体の流通方向における上流側に屈曲しており、前記チップ部は、前記インペラ翼の屈曲部から前記ハブ側に位置する部分と比較して、作動流体の流通方向における上流側に位置しており、前記インペラ翼における前記屈曲部から前記チップ部までの翼断面の反りは、前記屈曲部からハブ側の部分の翼断面の反りと比較して、相対的に小さいものとする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention includes a hub that is provided inside a shroud and that rotates around a rotation shaft, and an impeller blade that is attached to the outer periphery of the hub and rotates together with the hub. The impeller blade is bent upstream in the flow direction of the working fluid in the vicinity of the tip portion, and the tip portion is compared with the portion located on the hub side from the bent portion of the impeller blade. The blade section warpage of the impeller blade from the bent portion to the tip portion is compared with the blade section warpage of the portion on the hub side from the bent portion. And relatively small .

(2)上記(1)において、好ましくは、前記インペラ翼におけるチップ部の前縁側は、前記回転軸の回転方向に向かって突出しているものとする。   (2) In the above (1), preferably, the front edge side of the tip portion of the impeller blade protrudes in the rotation direction of the rotation shaft.

)上記(1)又は(2)において、好ましくは、前記屈曲部は、前記インペラ翼において、チップ径の80%以上の領域に形成されているものとする。 ( 3 ) In the above (1) or (2) , preferably, the bent portion is formed in a region of 80% or more of the tip diameter in the impeller blade.

)上記(1)から()いずれかにおいて、好ましくは、前記インペラ翼を前記屈曲部を基準に屈曲させる角度は30度以上であるものとする。 ( 4 ) In any one of the above (1) to ( 3 ), preferably, the angle at which the impeller blade is bent with respect to the bent portion is 30 degrees or more.

)上記(2)において、好ましくは、前記チップ部の前縁側は、前記屈曲部の前縁側を中心として、前記回転軸の回転方向に向かって30度以上回転した位置に突出しているものとする。 ( 5 ) In the above (2), preferably, the front edge side of the tip portion protrudes at a position rotated by 30 degrees or more in the rotation direction of the rotary shaft with the front edge side of the bent portion as the center. And

本発明によれば、チップ部での漏れ流れを低減することができるので、ポンプインペラの効率を向上することができる。   According to the present invention, since the leakage flow at the tip portion can be reduced, the efficiency of the pump impeller can be improved.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態に係るポンプの全体図であり、図2は本発明の実施の形態に係るポンプを回転軸2を含む平面に投影した図(回転方向投影図)である。なお、図2では、回転軸2を円筒座標のz軸にとり、ポンプ回転方向を角度方向(θ方向)にとり、回転軸2からの距離を半径方向(r方向)にとって表現している。   FIG. 1 is an overall view of a pump according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram (rotational direction projection diagram) in which a pump according to an embodiment of the present invention is projected onto a plane including a rotating shaft 2. In FIG. 2, the rotation axis 2 is expressed as the z-axis of cylindrical coordinates, the pump rotation direction is expressed as the angular direction (θ direction), and the distance from the rotation axis 2 is expressed as the radial direction (r direction).

これらの図に示すポンプは、円筒状のケーシング8と、ケーシング8内に収納され回転軸2を中心に回転するシャフト4と、ポンプ入口から流入する作動流体にエネルギーを与えるポンプインペラ(以下、単に「インペラ」と称することがある)20と、インペラ20からの流体の旋回エネルギーを圧力に変換する案内羽根10と、インペラ20及び案内羽根10を外側から覆って環状流路を形成するシュラウド7を備えている。   The pump shown in these drawings includes a cylindrical casing 8, a shaft 4 that is housed in the casing 8 and rotates around the rotary shaft 2, and a pump impeller (hereinafter simply referred to as “pump impeller”) that applies energy to the working fluid flowing from the pump inlet. (Sometimes referred to as an “impeller”) 20, a guide blade 10 that converts the swirling energy of the fluid from the impeller 20 into pressure, and a shroud 7 that covers the impeller 20 and the guide blade 10 from the outside to form an annular flow path. I have.

インペラ20は、ハブ5と、インペラ翼9を備えている。ハブ5は、シャフト4に固定されており、シュラウド7の内側で回転軸2を中心に回転する。本実施の形態のハブ5は、後述の図3に示す矢印3の方向(すなわち、図3における左回り方向)に回転する。シャフト4はモータ等の駆動源と連動しており、インペラ20はシャフト4と一体となって回転する。インペラ翼9は、ハブ3の外周に複数取り付けられており、ポンプ入口側から流入する作動流体を翼間に導く。インペラ翼9における径方向の外側端部(すなわち、外周縁)はチップ部6と呼ばれる。チップ部6はシュラウド7と対向しており、チップ部6とシュラウド7の間には隙間が形成されている。   The impeller 20 includes a hub 5 and impeller blades 9. The hub 5 is fixed to the shaft 4 and rotates around the rotation shaft 2 inside the shroud 7. The hub 5 of the present embodiment rotates in the direction of an arrow 3 shown in FIG. 3 described later (that is, the counterclockwise direction in FIG. 3). The shaft 4 is interlocked with a drive source such as a motor, and the impeller 20 rotates integrally with the shaft 4. A plurality of impeller blades 9 are attached to the outer periphery of the hub 3 and guide the working fluid flowing from the pump inlet side between the blades. The radially outer end (that is, the outer peripheral edge) of the impeller blade 9 is referred to as a tip portion 6. The tip portion 6 faces the shroud 7, and a gap is formed between the tip portion 6 and the shroud 7.

案内羽根10は、インペラ20の下流側において、シュラウド7とケーシング8の間に架け渡された複数の羽根である。そのためインペラ20のようには回転しない。   The guide blades 10 are a plurality of blades bridged between the shroud 7 and the casing 8 on the downstream side of the impeller 20. Therefore, it does not rotate like the impeller 20.

ここで本実施の形態に係るインペラ20について詳しく説明する。
図3は本発明の実施の形態に係るインペラの上面図であり、図4は本発明の実施の形態に係るインペラを回転軸2を含む平面で切断した断面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付し説明は省略する(後の図も同様とする)。
Here, the impeller 20 according to the present embodiment will be described in detail.
FIG. 3 is a top view of the impeller according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the impeller according to the embodiment of the present invention cut along a plane including the rotating shaft 2. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the previous figure, and description is abbreviate | omitted (the following figure is also the same).

これらの図において、シュラウド7に平行な3つの円錐の側面(円錐面)を考え、ハブ5に最も近い円錐面をSAとし、チップ部6を通過しシュラウド7に最も近い円錐面をSCとし、SAとSCの中間に位置しチップ部6の近傍の円錐面をSBとする。すなわち、図3において、円錐面SAは、円錐面SAとSBの径の差dR_ABと、円錐面SBとSCの径の差dR_BCとが等しくなるように定義されている。   In these drawings, the side surfaces of three cones (conical surfaces) parallel to the shroud 7 are considered, and the conical surface closest to the hub 5 is SA, the conical surface passing through the tip portion 6 and closest to the shroud 7 is SC, A conical surface located in the middle of SA and SC and in the vicinity of the tip portion 6 is defined as SB. That is, in FIG. 3, the conical surface SA is defined such that the difference dR_AB between the conical surfaces SA and SB and the difference dR_BC between the conical surfaces SB and SC are equal.

また、ここでは、インペラ翼9における翼縁であって、流路の上流側(ポンプ入口側)の翼縁を前縁11とし、流路の下流側(案内羽根10側)の翼縁を後縁12とする。さら、相対的に高い圧力が作用する下流側の翼面(図4における下側の翼面)を正圧面91とし、相対的に低い圧力が作用する上流側の翼面(図4における上側の翼面)を負圧面92とする。   Here, the blade edge of the impeller blade 9 is the blade edge on the upstream side (pump inlet side) of the flow path as the leading edge 11 and the blade edge on the downstream side of the flow path (guide blade 10 side) is the rear edge. Let it be edge 12. Furthermore, the downstream blade surface (lower blade surface in FIG. 4) on which a relatively high pressure acts is a positive pressure surface 91, and the upstream blade surface (upper side in FIG. 4) on which a relatively low pressure acts. The blade surface) is a suction surface 92.

本実施の形態のインペラ翼9は、図4に示すように、円錐面SBとの交線において屈曲している。ここでは、円錐面SBとインペラ翼9の交線を屈曲部25とする。インペラ翼9は、屈曲部25において作動流体の流通方向1における上流側に屈曲しており、チップ部6は、図4に示すように、屈曲部25からハブ5側に位置する部分と比較して、作動流体の流通方向1における上流側に位置している。詳細は後述するが、このようにインペラ翼9を屈曲させると、チップ部6における漏れ流れを低減することができる。   As shown in FIG. 4, the impeller blade 9 of the present embodiment is bent at the intersection line with the conical surface SB. Here, the intersecting line between the conical surface SB and the impeller blade 9 is a bent portion 25. The impeller blade 9 is bent upstream in the flow direction 1 of the working fluid at the bent portion 25, and the tip portion 6 is compared with the portion located on the hub 5 side from the bent portion 25 as shown in FIG. And located upstream in the flow direction 1 of the working fluid. Although details will be described later, when the impeller blade 9 is bent in this manner, the leakage flow in the tip portion 6 can be reduced.

ここで、回転軸2からチップ部6までの径方向距離をチップ径Rとすると、円錐面SBをチップ径SPの80%以上の領域に設定することが好ましい。すなわち、回転軸2から円錐面SBまでの径方向距離をRsbとすると、「Rsb≧0.8R」が成立するように円錐面SBを設定することが好ましい。このように円錐面SB、すなわち屈曲部25を設定すると、翼面全体のエネルギー変換効率が低下することを抑制することができる。   Here, when the radial distance from the rotating shaft 2 to the tip portion 6 is the tip diameter R, it is preferable to set the conical surface SB in an area of 80% or more of the tip diameter SP. That is, when the radial distance from the rotation shaft 2 to the conical surface SB is Rsb, the conical surface SB is preferably set so that “Rsb ≧ 0.8R” is satisfied. When the conical surface SB, that is, the bent portion 25 is set in this way, it is possible to suppress a decrease in energy conversion efficiency of the entire blade surface.

また、インペラ翼9を、屈曲部25を基準として作動流体の流通方向1における上流側に屈曲させる角度(PX(図4参照))は、30度以上にすることが好ましい。これをより詳細に説明すると、図3のように回転軸2を含む平面SPを定義し、この平面SPと円錐面SA,SB,SCがインペラ翼9の負圧面92上で交差する点をそれぞれ点PA,PB,PCしたとき、点PAと点PBを結ぶ直線と点PBと点PCを結ぶ直線とがなす角PX(図4参照)が30度以上になるようにインペラ翼9を屈曲させることが好ましい。このようにインペラ翼9を屈曲させると、漏れ流れの発生をより効果的に低減することができるからである。   The angle (PX (see FIG. 4)) at which the impeller blade 9 is bent upstream in the flow direction 1 of the working fluid with respect to the bent portion 25 is preferably 30 degrees or more. This will be described in more detail. A plane SP including the rotation axis 2 is defined as shown in FIG. 3, and points where the plane SP and the conical surfaces SA, SB, SC intersect on the suction surface 92 of the impeller blade 9 are respectively defined. When the points PA, PB and PC are taken, the impeller blade 9 is bent so that an angle PX (see FIG. 4) formed by a straight line connecting the point PA and the point PB and a straight line connecting the point PB and the point PC is 30 degrees or more. It is preferable. This is because if the impeller blades 9 are bent in this way, the occurrence of leakage flow can be more effectively reduced.

ところで、本実施の形態のインペラ翼9におけるチップ部6の前縁11側は、図3に示すように、回転軸2の回転方向(θ方向)3に向かって突出している。すなわち、インペラ翼9の前縁11には、チップ部6が回転軸2の回転方向3に向かって突出した突出部26が設けられている。詳細は後述するが、このようにインペラ翼9を突出させると、チップ部6における漏れ流れを低減することができる。   By the way, the front edge 11 side of the tip portion 6 of the impeller blade 9 of the present embodiment protrudes in the rotation direction (θ direction) 3 of the rotating shaft 2 as shown in FIG. That is, the front edge 11 of the impeller blade 9 is provided with a protruding portion 26 in which the tip portion 6 protrudes in the rotation direction 3 of the rotating shaft 2. Although details will be described later, when the impeller blades 9 are protruded in this manner, the leakage flow in the tip portion 6 can be reduced.

ここで、チップ部6の前縁11側(HC)は、屈曲部25の前縁11側(HB)を中心として、回転軸2の回転方向3に向かって30度以上回転させた位置に設けることが好ましい。これをより詳細に説明すると、図3に示すように、円錐面SA,SB,SCが前縁11と交差する点をそれぞれ点HA,HB,HCとしたとき、点HAと点HBを結ぶ直線と、点HBと点HCを結ぶ直線とがなす角HXが30度以上になるように突出部26を形成することが好ましい。このようにインペラ翼9を屈曲させると、漏れ流れの発生をより効果的に低減することができる。   Here, the front edge 11 side (HC) of the tip portion 6 is provided at a position rotated about 30 degrees toward the rotation direction 3 of the rotary shaft 2 around the front edge 11 side (HB) of the bent portion 25. It is preferable. This will be described in more detail. As shown in FIG. 3, when the points where the conical surfaces SA, SB and SC intersect with the leading edge 11 are points HA, HB and HC, respectively, straight lines connecting the points HA and HB. It is preferable to form the protruding portion 26 so that an angle HX formed by the straight line connecting the point HB and the point HC is 30 degrees or more. If the impeller blades 9 are bent in this way, the occurrence of leakage flow can be more effectively reduced.

また、インペラ翼9における屈曲部25からチップ部6までの翼断面の反りは、屈曲部25からハブ5側の部分の翼断面の反りと比較して、相対的に小さくすることが好ましい。すなわち、本実施の形態のインペラ翼9では、チップ部6に近い円錐面SBから径方向外側(シュラウド7側)の領域では反りの弱い翼断面を使用し、円錐面SBから径方向内側(ハブ5側)の領域では反りの強い翼断面を使用している。このように翼断面を構成すると、インペラ翼9の大部分を占める円錐面SBより内側の領域のエネルギー変換効率を高く維持しながら、チップ部6での漏れ流れを低減することができる。下記においてこの点について説明する。   Further, it is preferable that the warpage of the blade cross section from the bent portion 25 to the tip portion 6 in the impeller blade 9 is relatively smaller than the warpage of the blade cross section of the portion on the hub 5 side from the bent portion 25. That is, in the impeller blade 9 of the present embodiment, a blade section having a weak warpage is used in the region radially outward (on the shroud 7 side) from the conical surface SB close to the tip portion 6, and radially inward (hub) from the conical surface SB. In the region on the 5th side, a blade section with strong warpage is used. If the blade cross section is configured in this way, the leakage flow at the tip portion 6 can be reduced while maintaining high energy conversion efficiency in the region inside the conical surface SB occupying most of the impeller blade 9. This point will be described below.

図5はインペラ翼9の周方向における断面形状を示す図、すなわち、シュラウド7に平行な円錐面でインペラ翼9を切断した断面図である。図5(a)は円錐面SBにおけるインペラ翼9の翼断面図であり、図5(b)は円錐面SCにおけるインペラ翼9の翼断面図である。また、図6は図5に示した翼断面上の圧力分布図である。図6では、縦軸に圧力をとり、横軸に翼面上の前縁11からの位置をとっている。図6において、実線で示した圧力分布は図5(a)に示した翼断面のもので、破線で示した圧力分布は図5(b)に示した翼断面のものである。   FIG. 5 is a view showing a cross-sectional shape of the impeller blade 9 in the circumferential direction, that is, a cross-sectional view of the impeller blade 9 cut along a conical surface parallel to the shroud 7. FIG. 5A is a blade cross-sectional view of the impeller blade 9 at the conical surface SB, and FIG. 5B is a blade cross-sectional view of the impeller blade 9 at the conical surface SC. FIG. 6 is a pressure distribution diagram on the blade cross section shown in FIG. In FIG. 6, the vertical axis represents pressure and the horizontal axis represents the position from the leading edge 11 on the blade surface. In FIG. 6, the pressure distribution indicated by the solid line is that of the blade cross section shown in FIG. 5A, and the pressure distribution indicated by the broken line is that of the blade cross section shown in FIG.

一般に、作動流体が動翼(インペラ翼)の周りを流れると、その翼面には揚力による圧力差が発生し、その圧力差によって作動流体はエネルギーを受け取る。正圧面と負圧面との圧力差が翼負荷となり、翼負荷は流体に与えるエネルギーの強さを表す。   In general, when a working fluid flows around a moving blade (impeller blade), a pressure difference due to lift is generated on the blade surface, and the working fluid receives energy by the pressure difference. The pressure difference between the pressure surface and the suction surface becomes the blade load, and the blade load represents the strength of energy given to the fluid.

図5(a)のように翼の反り21が大きいと、発生する揚力が大きくなり、翼負荷32(図6参照)も大きくなる。一方、図5(b)のように反り23が小さいと、発生する揚力も小さくなり、翼負荷35(図6参照)も小さくなる。インペラ翼9のチップ部6では、この翼面間に生じる圧力差(翼面圧力差)が原因で、圧力の高い正圧面91側から圧力の低い負圧面92側へ向かって漏れ流れが生じる。そのため、漏れ流れを低減する観点からは、翼面圧力差は小さい方が良い。   When the blade warp 21 is large as shown in FIG. 5A, the lift force generated increases and the blade load 32 (see FIG. 6) also increases. On the other hand, when the warp 23 is small as shown in FIG. 5B, the generated lift is also reduced, and the blade load 35 (see FIG. 6) is also reduced. In the tip portion 6 of the impeller blade 9, due to the pressure difference (blade surface pressure difference) generated between the blade surfaces, leakage flows from the high pressure surface 91 side to the low pressure surface 92 side. Therefore, from the viewpoint of reducing the leakage flow, it is better that the blade surface pressure difference is small.

ところで、翼設計の観点からみると、回転軸2からの距離が遠いチップ部6側ほどインペラ周速が大きくなるので、チップ部6側で翼面圧力差を大きくするとエネルギー変換効率が高くなる。したがって、エネルギー変換効率を向上させてポンプ効率を向上させる観点からは、チップ部6に近い部分ほど翼面圧力差を大きくしたい。ところが、チップ部6における翼面圧力差を大きくすると、上記のように漏れ流れが増大するので、効率低下を招くおそれがある。   By the way, from the viewpoint of blade design, since the impeller peripheral speed increases toward the tip portion 6 side farther from the rotating shaft 2, increasing the blade surface pressure difference on the tip portion 6 side increases energy conversion efficiency. Therefore, from the viewpoint of improving the energy conversion efficiency and improving the pump efficiency, it is desirable to increase the blade surface pressure difference closer to the tip portion 6. However, when the blade surface pressure difference in the tip portion 6 is increased, the leakage flow increases as described above, which may cause a reduction in efficiency.

そこで、本実施の形態では、上記のように、チップ部6に近い円錐面SBから径方向外側の領域では反りの弱い翼断面を使用し、円錐面SBから径方向内側の領域では反りの強い翼断面を使用している。このように翼断面を形成すると、ハブ5からチップ部6近傍に至る領域では翼面圧力差を大きくしてエネルギー変換効率を高めることができ、チップ部6の近傍では翼面圧力差を小さくして漏れ流れを抑制できるので、ポンプ全体としての高い効率を実現することができる。   Therefore, in the present embodiment, as described above, a blade section having a weak warp is used in a region radially outward from the conical surface SB close to the tip portion 6, and a warp is strong in a region radially inward from the conical surface SB. The wing cross section is used. If the blade cross section is formed in this way, the blade surface pressure difference can be increased in the region from the hub 5 to the vicinity of the tip portion 6 to increase the energy conversion efficiency, and the blade surface pressure difference can be reduced in the vicinity of the tip portion 6. As a result, the leakage flow can be suppressed, and the high efficiency of the entire pump can be realized.

ここで上記のように構成される本実施の形態のインペラの作用・効果を、従来技術と比較しながら説明する。   Here, the operation and effect of the impeller of the present embodiment configured as described above will be described in comparison with the prior art.

図7は従来技術に係るインペラを回転軸を含む平面で切断した断面図である。
この図において、点PA,PB,PCは円錐面SA,SB,SCと翼負圧面との交点である。この図に示すインペラ翼は、円錐面SBから径方向外側の領域では反りの弱い翼断面を使用し、円錐面SBから径方向内側の領域では反りの強い翼断面を使用しているものとするが、本実施の形態と異なり円錐面SBでは屈曲していない。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an impeller according to the prior art cut along a plane including a rotation axis.
In this figure, points PA, PB, PC are intersections of the conical surfaces SA, SB, SC and the blade suction surface. The impeller blade shown in this figure uses a weakly warped blade cross section in a region radially outward from the conical surface SB and uses a highly warped blade cross section in a region radially inward from the conical surface SB. However, unlike the present embodiment, the conical surface SB is not bent.

このように構成した従来技術では、チップ部近傍の翼断面の反りをたとえ弱くしたとしても、翼面圧力差は縮小せず漏れ流れを低減することは難しい。これは反りの弱い領域が反りの強い領域よりも相対的に小さく、作動流体に与える圧力の影響も小さくなってしまうためである。すなわち、図7において、円錐面SBから径方向内側は翼断面の反りが相対的に強いため、点PBの圧力は図6に示したように低くなる。しかし、その点PBにおける圧力が、チップ部6近傍の反りを弱くしたことで発揮される圧力差低減効果を上回ってしまい、点PCの圧力をも低下させてしまうからである。   In the conventional technology configured as described above, even if the warpage of the blade section near the tip portion is weakened, it is difficult to reduce the leakage flow without reducing the blade surface pressure difference. This is because the region where the warp is weak is relatively smaller than the region where the warp is strong, and the effect of pressure on the working fluid is also reduced. That is, in FIG. 7, since the warpage of the blade cross section is relatively strong on the radially inner side from the conical surface SB, the pressure at the point PB becomes low as shown in FIG. However, this is because the pressure at the point PB exceeds the pressure difference reducing effect exhibited by weakening the warpage in the vicinity of the tip portion 6, and the pressure at the point PC is also lowered.

これに対して、本実施の形態にかかるインペラ翼9は、チップ部6の近傍において、作動流体の流通方向1における上流側に屈曲しており、そのチップ部6を、屈曲部25からハブ5側に位置する部分と比較して、作動流体の流通方向1における上流側に位置させている。このようにインペラ翼9を形成すると、チップ部6側の点PCは、負圧面92上に位置する点PBからではなく、より距離の近い点PBUからの圧力の影響を受けやすくなる。   On the other hand, the impeller blade 9 according to the present embodiment is bent upstream in the flow direction 1 of the working fluid in the vicinity of the tip portion 6, and the tip portion 6 is bent from the bent portion 25 to the hub 5. Compared with the portion located on the side, the fluid is located on the upstream side in the flow direction 1 of the working fluid. When the impeller blades 9 are formed in this way, the point PC on the tip portion 6 side is more susceptible to pressure from a point PBU closer to the distance than the point PB located on the negative pressure surface 92.

一般的に、負圧面92から上流側に遠ざかるにつれて作動流体の圧力は高くなる。そのため、円錐面SB上において点PBよりも上流側に位置する点PBUの圧力は、点PBの圧力よりも高くなる。これにより、本実施の形態における点PCの圧力は、従来技術の点PCの圧力よりも高くなるので、チップ部6における翼面圧力差が低減され、漏れ流れを低減することができる。したがって、本実施の形態によれば、チップ部6での漏れ流れを低減することができるので、ポンプインペラの効率を向上することができる。   In general, the pressure of the working fluid increases as the distance from the suction surface 92 increases. Therefore, the pressure at the point PBU located upstream of the point PB on the conical surface SB is higher than the pressure at the point PB. Thereby, since the pressure of the point PC in this Embodiment becomes higher than the pressure of the point PC of a prior art, the blade surface pressure difference in the tip part 6 is reduced, and a leak flow can be reduced. Therefore, according to the present embodiment, the leakage flow at the tip portion 6 can be reduced, so that the efficiency of the pump impeller can be improved.

ところで、本実施の形態に係るインペラ翼9は、上記の構成に加えて突出部26を備えている。次に、この効果について従来技術と比較しながら下記で説明する。   By the way, the impeller blade 9 according to the present embodiment includes a protruding portion 26 in addition to the above configuration. Next, this effect will be described below in comparison with the prior art.

図8は従来技術に係るインペラの上面図である。
この図において、点HA,HB,HCは、円錐面SA,SB,SCと前縁11の交点であり、点HB2,HC2は、円錐面SB,SC上の点であって点HB,HCの下流に位置する点である。漏れ流れに影響を与える点HC2の圧力は高い方が望ましいが、ここでも、点HB2の低い圧力に影響され、点HC2の圧力は点HB2の圧力近くまで低下してしまうので、漏れ流れを低減することが難しい。これは前縁11における点HB,HCについても同様である。
FIG. 8 is a top view of an impeller according to the prior art.
In this figure, points HA, HB, and HC are the intersections of the conical surfaces SA, SB, and SC and the leading edge 11, and points HB2 and HC2 are points on the conical surfaces SB and SC that are points of the points HB and HC. It is a point located downstream. Although it is desirable that the pressure at the point HC2 that affects the leakage flow is high, it is also affected by the low pressure at the point HB2, and the pressure at the point HC2 drops to near the pressure at the point HB2, thus reducing the leakage flow. Difficult to do. The same applies to the points HB and HC at the leading edge 11.

これに対して、本実施の形態に係るインペラ翼9におけるチップ部6の前縁11側は、回転軸2の回転方向に向かって突出している。このようにインペラ翼9を形成すると、チップ部6側の点HC2の圧力は、従来技術のような下流側の点HB2からではなく、より距離の近い点HBからの圧力の影響を受けやすくなる。一般に、図7で説明したように、負圧面92では、前縁11に近づくほど圧力が高くなるので、点HBの圧力は点HB2の圧力よりも高くなる。これにより、本実施の形態における点HCの圧力は、従来技術よりも高くなるので、チップ部6における翼面圧力差が低減され、漏れ流れを低減することができる。したがって、本実施の形態のように屈曲部25に加えて突出部26を設ければ、漏れ流れをさらに低減できるので、ポンプインペラの効率をさらに向上させることができる。   On the other hand, the front edge 11 side of the tip portion 6 in the impeller blade 9 according to the present embodiment protrudes in the rotation direction of the rotating shaft 2. When the impeller blade 9 is formed in this way, the pressure at the point HC2 on the tip portion 6 side is not easily influenced by the pressure from the point HB closer than the downstream point HB2 as in the prior art. . In general, as described with reference to FIG. 7, the pressure on the negative pressure surface 92 increases as it approaches the front edge 11, so that the pressure at the point HB is higher than the pressure at the point HB <b> 2. Thereby, since the pressure of the point HC in this Embodiment becomes higher than a prior art, the blade surface pressure difference in the tip part 6 is reduced, and a leak flow can be reduced. Therefore, if the protruding portion 26 is provided in addition to the bent portion 25 as in the present embodiment, the leakage flow can be further reduced, so that the efficiency of the pump impeller can be further improved.

なお、上記の説明では、屈曲部25と突出部26の双方を備えるインペラ翼9について説明したが、このいずれか一方を設ければチップ部6における漏れ流れが低減するので、ポンプインペラの効率を向上させることができる。   In the above description, the impeller blade 9 including both the bent portion 25 and the protruding portion 26 has been described. However, if any one of them is provided, the leakage flow in the tip portion 6 is reduced, so that the efficiency of the pump impeller is reduced. Can be improved.

本発明の実施の形態に係るポンプの全体図。1 is an overall view of a pump according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るポンプを回転軸を含む平面に投影した図。The figure which projected the pump which concerns on embodiment of this invention on the plane containing a rotating shaft. 本発明の実施の形態に係るインペラの上面図。The top view of the impeller which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るインペラを回転軸を含む平面で切断した断面図。Sectional drawing which cut | disconnected the impeller which concerns on embodiment of this invention by the plane containing a rotating shaft. 本発明の実施の形態におけるインペラ翼の周方向における断面形状を示す図。The figure which shows the cross-sectional shape in the circumferential direction of the impeller blade in embodiment of this invention. 図5に示した翼断面上の圧力分布図。FIG. 6 is a pressure distribution diagram on a blade cross section shown in FIG. 5. 従来技術に係るインペラを回転軸を含む平面で切断した断面図。Sectional drawing which cut | disconnected the impeller which concerns on a prior art by the plane containing a rotating shaft. 従来技術に係るインペラの上面図。The top view of the impeller which concerns on a prior art.

1 ポンプ入口から流入する流れの方向
2 ポンプ回転軸(回転軸)
3 ポンプ回転方向
4 シャフト
5 ハブ
6 チップ
7 シュラウド
8 ケーシング
9 インペラ
10 案内羽根
11 翼前縁(前縁)
12 翼後縁(後縁)
20 反りの強いインペラ翼断面形状
21 反りの強いインペラ翼の反り量
22 反りの弱いインペラ翼断面形状
23 反りの弱いインペラ翼の反り量
25 屈曲部
26 突出部
30 反りの強いインペラ翼の正圧面上圧力分布
31 反りの強いインペラ翼の負圧面上圧力分布
32 反りの強いインペラ翼の正圧面・負圧面間圧力差
33 反りの弱いインペラ翼の正圧面上圧力分布
34 反りの弱いインペラ翼の負圧面上圧力分布
35 反りの弱いインペラ翼の正圧面・負圧面間圧力差
91 正圧面
92 負圧面
SA,SB,SC シュラウド面に平行な円錐面
SP ポンプ回転軸を含む平面
PA 翼負圧面、SA面、SP面の交点
PB 翼負圧面、SB面、SP面の交点
PC 翼負圧面、SC面、SP面の交点
PX 点PAと点PBを結ぶ直線と、点PBと点PCを結ぶ直線のなす角度
PBU SB面上において、点PBの上流側にある点
HA 翼前縁とSA面との交点
HB 翼前縁とSB面との交点
HC 翼前縁とSC面との交点
HX 点HAと点HBを結ぶ直線と、点HBと点HCを結ぶ直線のなす角度
HB2 翼負圧面とSB面の交線上で、翼前縁より下流側にある点
HC2 翼負圧面とSC面の交線上で、翼前縁より下流側にある点
R チップ径
Rsb ポンプ回転軸からSB面までの径方向距離
1 Direction of flow flowing in from pump inlet 2 Pump rotation shaft (rotation shaft)
3 Pump rotation direction 4 Shaft 5 Hub 6 Tip 7 Shroud 8 Casing 9 Impeller 10 Guide vane 11 Blade leading edge (front edge)
12 Wing trailing edge
20 Impeller blade cross-sectional shape with strong warp 21 Warp amount of impeller blade with strong warp 22 Impeller blade cross-sectional shape with weak warp 23 Warp amount of impeller blade with weak warp 25 Bending portion 26 Protruding portion 30 On the pressure surface of an impeller blade with strong warp Pressure distribution 31 Pressure distribution on the suction surface of the impeller blade with strong warpage 32 Pressure difference between the pressure surface and suction surface of the impeller blade with strong warpage 33 Pressure distribution on the pressure surface of the impeller blade with weak warpage 34 Pressure surface of the impeller blade with weak warpage Upper pressure distribution 35 Pressure difference between pressure surface and suction surface of impeller blade with weak warpage 91 Pressure surface 92 Pressure surface SA, SB, SC Conical surface SP parallel to shroud surface Plane PA including pump rotation axis Blade surface, SA surface , SP plane intersection PB Blade negative pressure surface, SB plane, SP plane intersection PC Blade negative pressure surface, SC plane, SP plane intersection PX Connect a line connecting point PA and point PB with point PB and point PC The point HA on the upstream side of the point PB on the angle PBU SB plane formed by the straight line HA The intersection of the blade leading edge and the SA plane HB The intersection of the blade leading edge and the SB plane HC The intersection HX of the blade leading edge and the SC plane Angle HB2 between the straight line connecting HA and point HB and the straight line connecting point HB and point HC Point HC2 Point HC2 on the downstream side of the blade leading edge on the intersection line of the blade suction surface and the SC surface Point on the line downstream of the blade leading edge R Tip diameter Rsb Radial distance from the pump rotation axis to the SB surface

Claims (5)

シュラウドの内側に設けられ、回転軸を中心に回転するハブと、
このハブの外周に複数取り付けられ、前記ハブとともに回転するインペラ翼とを備え、
前記インペラ翼は、チップ部の近傍において、作動流体の流通方向における上流側に屈曲しており、
前記チップ部は、前記インペラ翼の屈曲部から前記ハブ側に位置する部分と比較して、作動流体の流通方向における上流側に位置しており、
前記インペラ翼における前記屈曲部から前記チップ部までの翼断面の反りは、前記屈曲部からハブ側の部分の翼断面の反りと比較して、相対的に小さいことを特徴とするポンプインペラ。
A hub that is provided inside the shroud and rotates about a rotation axis;
A plurality of impeller blades attached to the outer periphery of the hub and rotating together with the hub;
The impeller blade is bent upstream in the flow direction of the working fluid in the vicinity of the tip portion,
The tip portion is located on the upstream side in the flow direction of the working fluid, compared to the portion located on the hub side from the bent portion of the impeller blade ,
A pump impeller characterized in that a warp of a blade section from the bent portion to the tip portion in the impeller blade is relatively small as compared to a warp of a blade section of a portion on the hub side from the bent portion .
請求項1記載のポンプインペラにおいて、
前記インペラ翼におけるチップ部の前縁側は、前記回転軸の回転方向に向かって突出していることを特徴とするポンプインペラ。
The pump impeller according to claim 1,
A pump impeller characterized in that a front edge side of a tip portion of the impeller blade protrudes in a rotating direction of the rotating shaft.
請求項1又は2に記載のポンプインペラにおいて、
前記屈曲部は、前記インペラ翼において、チップ径の80%以上の領域に形成されていることを特徴とするポンプインペラ。
The pump impeller according to claim 1 or 2 ,
The pump impeller characterized in that the bent portion is formed in an area of 80% or more of the tip diameter in the impeller blade.
請求項1から3のいずれかに記載のポンプインペラにおいて、
前記インペラ翼を前記屈曲部を基準に屈曲させる角度は30度以上であることを特徴とするポンプインペラ。
The pump impeller according to any one of claims 1 to 3 ,
The pump impeller characterized in that an angle at which the impeller blade is bent with respect to the bent portion is 30 degrees or more.
請求項2記載のポンプインペラにおいて、
前記チップ部の前縁側は、前記屈曲部の前縁側を中心として、前記回転軸の回転方向に向かって30度以上回転した位置に突出していることを特徴とするポンプインペラ。
The pump impeller according to claim 2,
The pump impeller characterized in that the front edge side of the tip part protrudes at a position rotated about 30 degrees or more in the rotation direction of the rotary shaft with the front edge side of the bent part as the center.
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