JP3979061B2

JP3979061B2 - Movable blade pump

Info

Publication number: JP3979061B2
Application number: JP2001337630A
Authority: JP
Inventors: 一郎原田; 臣吾木村; 康弘井上; 裕福島
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2021-11-02
Also published as: JP2003139090A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、羽根の翼角を任意に変えることができる可動翼ポンプに係わり、例えば、排水機場に備えられる排水ポンプや揚水ポンプ等に好適な可動翼ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
可動翼ポンプは、回転軸に固定された羽根車において、例えばポンプ効率の向上等を目的として羽根の翼角を可変な構造としたものである。
【０００３】
このような可動翼ポンプの一例として、例えば、特開平８−６１２９３号公報に記載のように、略鉛直方向に配置した回転軸と、この回転軸の下端部に固定されたハブ及び翼角が可変となるようにハブに設けた複数の羽根を備えた羽根車と、ハブの上方側を覆うように設けたヘッドカバーと、ヘッドカバーと回転軸とのシールを行う軸封装置とを備えたものがある。
【０００４】
この従来技術では、羽根車の羽根は、中空のポンプ駆動軸の内部に配設され軸方向に変位可能なロッドと連結され、ステム軸の回りに回動可能な構造となっており、ロッドを軸方向に変位させることで、複数枚の羽根の翼角の大きさを適宜設定できるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
【０００６】
すなわち、上記従来技術では、羽根車のハブ内に羽根の翼角を可変とするための機構を内蔵しており、羽根車背面（言い換えればハブの回転軸側の面）とヘッドカバーとが近接した構造となる。この場合、羽根車背面とヘッドカバーとの間には、略円盤状あるいは略逆お椀状等の比較的狭い空間が形成されることとなり、羽根車の回転に伴って、この空間内に径方向中央側から外周側に向かって増大する（言い換えれば径方向外周側から径方向中央側に向かって減少する）圧力勾配が発生する。このときの径方向外周側と中央側との圧力差は、羽根車の回転速度や、当該空間の径方向寸法等に応じて決まる。
【０００７】
一方、ポンプの羽根車吐出し側流路の圧力は吸い込み側流路よりもポンプ揚程分だけ高圧となるが、例えば、排水機場に備えられる排水ポンプや揚水ポンプ等、比較的低揚程にて運転されるポンプの場合、羽根車吐き出し側流路における圧力は、大気圧に対してそれほど高くならない場合がある。このとき、上述した羽根車背面とヘッドカバーとの間の空間の外周側は羽根車吐き出し側流路に連通しておりその圧力に等しくなっていることから、ポンプの各部寸法や運転条件によっては、上述の圧力勾配によって、上記空間の径方向内周側の圧力が大気圧よりも低く（負圧）となる可能性がある。この場合、軸封装置の下端側（接液部）は上記空間の径方向内周側に連通しており負圧となることから、軸封装置の上端側から空気が流入して軸封装置の摺動部分（軸封部）が乾き状態（ドライ状態）となり、健全性を維持するのが困難となる可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、低揚程運転時においても、軸封装置の摺動部分の負圧に起因する不具合を確実に防止し、健全性を維持できる可動翼ポンプを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、回転軸と、この回転軸まわりのシールを行う軸封装置と、前記回転軸に固定され、翼角が可変となるように設けられた複数の羽根を備えた羽根車とを有する可動翼ポンプにおいて、前記軸封装置の羽根車側部分と前記羽根車の背面部分との間に圧力制御用の複数の空間を設け、前記複数の空間のうち前記軸封装置側の第１空間を、静止体側に設けた第１連通路を介し前記羽根車の吐き出し側流路に連通させるとともに、前記複数の空間のうち前記羽根車側の第２空間を、静止体側に設けた第２連通路を介し前記羽根車の吸い込み側流路に連通させる。
【００１０】
本発明においては、軸封装置側の第１空間を羽根車の吐き出し側流路に連通させることにより、羽根車の吐き出し側流路からの高圧水を常時第１空間に導入することができる。したがって、低揚程運転であるかどうか、あるいは羽根車背面とヘッドカバーとの間の空間に生じる圧力差の大小に係わらず、軸封装置の第１空間に臨む羽根車側接液部を常時大気に対し正圧に保つことができるので、従来構造のように軸封装置の摺動部分が乾き状態となり健全性が損なわれるのを確実に防止することができる。
【００１１】
またこのとき、単に第１空間に高圧水を導入するだけでは、高圧水の一部が羽根車背面とヘッドカバーとの間の空間に流入しこの空間内を径方向中央側から外周側に向かって流れる結果、羽根車をポンプ吸込側に押し付けるスラスト力を増大させ、ポンプ軸推力の増大を招き、好ましくない。そこで本発明においては、羽根車側に第２空間を設け、この第２空間を羽根車の吸い込み側流路に連通させる。これにより、第１空間からの高圧水をこの第２空間より羽根車の吸い込み側流路へと逃がすとともに、上記空間内に径方向外周側から中央側へ向かう流れを生じさせることができる。したがって、上記のような羽根車をポンプ吸込側に押し付けるスラスト力の増大を防止し、ポンプ軸推力を低減することができる。
【００１２】
以上のように、本発明によれば、軸封装置羽根車側接液部と羽根車背面との間を高圧側の第１空間及び低圧側の第２空間によって圧力的に分離するので、軸封装置の摺動部分の負圧に起因する不具合を防止でき、さらにポンプ軸推力を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の立軸可動翼渦巻斜流ポンプの一実施形態の全体構造を表す縦断面図であり、図２は図１中Ａ部の部分拡大縦断面図である。
【００１６】
これら図１及び図２において、本実施形態による立軸可動翼渦巻斜流ポンプ１は、この種のものとして公知の駆動機２と、この駆動機２の回転軸であり略鉛直方向に配置した主軸３と、この主軸３の下端部に固定された羽根車４と、この羽根車４の上方側に設けたヘッドカバー５と、このヘッドカバー５と前記主軸３とのシールを行う軸封装置６と、この軸封装置６の下方側接液部分６ａと前記羽根車４の上方側背面部分４ａとの間に設けられ、圧力制御用の第１空間７及び第２空間８とを有する。
【００１７】
羽根車４は、複数の羽根４ｂと、これら羽根４ｂの翼角を可変とする公知の可動翼機構（図示せず）を内蔵したハブ４ｃとで構成され、このとき羽根車４の上方側背面部分４ａは略円盤形状となりヘッドカバー５に接近した位置にある。
【００１８】
ヘッドカバー５の上方側には、主軸３を収納する略円筒状中空のベアリングカバー９が取り付けられ、ヘッドカバー５の下方側には羽根車４を収納するケーシング１０が取り付けられている。このケーシング１０の下部には下方へ向かって若干拡径する略円筒状のサクションパイプ１１が取り付けられている。そして、ボルト１２によりベアリングカバ−９とヘッドカバー５とケーシング１０とが互いに締結固定され、ボルト１３によりケーシング１０とサクションパイプ１１とが互いに締結固定されている。
【００１９】
また主軸３は、ベアリングカバー９の径方向中心側に設けた、例えばスラスト軸受１４、ラジアル軸受１５ａ，１５ｂにより回転自在に設けられている。
【００２０】
サクションパイプ１１の内周側には吸い込み側流路１６が構成され、ケーシング１０内部には吐き出し側流路１７が構成されている。
【００２１】
また、上記した軸封装置６側（図２中上方側）の第１空間７と羽根車４側（図２中下方側）の第２空間８の間にはブッシュ１８ａを、また第２空間８と羽根車背面部分４ａの間にはブッシュ１８ｂを設けており、それぞれ主軸３との隙間に流れの抵抗を生じさせて漏れ量を抑制するようになっている。そして、上方側の第１空間７は注水管１９を介して吐き出し側流路１７に連通させ、下方側の第２空間８は排水管２０を介して吸い込み側流路１６に連通させることによって、第１空間７及び第２空間８を圧力制御する（詳細は後述）ようになっている。
【００２３】
次に、本実施形態の動作を以下に説明する。
【００２４】
上記本発明の立軸可動翼渦巻斜流ポンプ１において、例えば排水機場等で排水に使用される場合には、駆動機２を駆動し、主軸３を回転させる。これにより、羽根車４が回転し、水をポンプ吸込側のサクションパイプ１１より吸い込み、吸い込み側流路１６を経て加圧し、加圧された水は吐き出し側流路１７を経てケーシング１０の吐出口（図示せず）より吐き出される。
【００２５】
このような動作における本実施形態の作用を説明するための第１の比較例による立軸可動翼渦巻斜流ポンプの軸封装置近傍の構造を表す部分拡大縦断面図を図３に示す。この比較例は前述の特開平８−６１２９３号公報にほぼ相当するものである。上記本発明の実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２６】
この図３において、上記したように羽根車背面部分４ａは略円盤形状となりヘッドカバー５に接近した位置にある。このとき、羽根車４の回転時に生じる羽根車背面部分４ａとヘッドカバー５との間の空間における流れは、例えば「遠心形ターボ機械の軸スラストに関する研究」（黒川、豊倉、機械学会論文集４１巻３４６号（昭５０−６）Ｐ１７５３〜１７６２）等に記載のように、一般的に容器内で回転する円板に沿う流れに置き換えて考えることができる。その詳細を図４により説明する。
【００２７】
図４は、略円筒状容器内で回転する円板に沿う流れの実験モデルの構造を表す縦断面図である。この図４において、実験モデル２１は、上面を構成する固定壁２２ａと側面及び底面を構成する円筒壁２２ｂとを備えた略円筒状容器２２と、この略円筒状容器２２内の径方向中心部に取り付けた回転軸である軸２３と、この軸２３に固定した円板２４とから構成されている。
【００２８】
このような構成において、円筒状容器２２内で回転する円板２４に沿う流れは、軸２３の回転角速度ωの１／２の角速度で回転する強制渦として捉えることができ、円板上面２４ａの径方向中心部では、径方向外周部を境界にして強制渦の動圧分の圧力低下を生じる。略円筒状容器２２内の漏れ流れが無く、円板上面２４ａと固定壁２２ａとの間に径方向の貫流が無い（後述にて説明）条件では、円板上面２４ａの流体周速度ｕ（ｕ＝Ｋｒω）は円板２４の周速度の０．３〜０．４倍（すなわち、Ｋ＝０．３〜０．４）となり、下記の式（１）より円板上面２４ａの径方向中心部における圧力低下値ΔＰが求められる。
【００２９】
−ΔＰ＝Ｐ−Ｐ_０＝（１／２）Ｃ_ｐρｒ_０ ^２ω^２（１）
ΔＰ：円板中心部の圧力低下値、Ｐ：円板中心部の圧力、
Ｐ_０：円板外周部の圧力、Ｃ_ｐ：圧力係数、ρ：流体密度、
ｒ_０：円板外周部半径、ω：円板の回転角速度
ここで、この実験モデル２１を構成する固定壁２２ａは上記比較例のヘッドカバー５に、軸２３は上記比較例の主軸３に、円板上面２４ａは上記比較例の羽根車背面部分４ａにそれぞれ相当する。このため、図３において、羽根車４の回転時に生じる羽根車背面部分４ａとヘッドカバー５との間の空間における流れは、主軸３の回転速度ωの１／２の角速度で回転する強制渦として捉えることができ、羽根車背面部分４ａの径方向中心部では、径方向外周部を境界にして強制渦の動圧分の圧力低下を生じることとなる。このとき、式（１）より求められる羽根車背面部分４ａの径方向中心部における圧力低下値ΔＰは、ポンプの設計条件、構造、仕様、運転条件等により異なるが、大きくなると例えば８ｍＡｑ程度となる場合もある。したがって、比較的低揚程にて運転される、例えば運転点における全揚程が３〜４ｍＡｑ程度の排水ポンプ等においては、羽根車背面部分４ａの径方向外周部が吐き出し側流路１７に連通しておりその圧力は大気圧に対してそれほど高くならないから、前述した圧力低下値ΔＰが大きくなって、羽根車背面部分４ａの径方向中心部は大気圧より低い負圧となる可能性がある。よって、羽根車背面部分４ａの径方向中心部に連通するこの軸封装置接液部分６ａも負圧となることから、軸封装置接液部分６ａの反対側（図中上方）から空気が流入して軸封装置６の摺動部分が乾き状態となり、軸封装置６及び主軸３の健全性が損なわれる事を防止するのが困難となる可能性があるので好ましくない。
【００３０】
次に、第２の比較例として、前記したヘッドカバー５の下端部分に複数のリブ２５を設けた立軸可動翼渦巻斜流ポンプの軸封装置近傍の構造を表す部分拡大縦断面図を図５に示し、図５中Ａ−Ａ断面による横断面図を図６に示す。これら図５及び図６において、上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３１】
図５及び図６において、この比較例ではヘッドカバー５の下端部分に複数のリブ２５を設けている。これにより、羽根車背面部分４ａとヘッドカバー５との間の空間に生じる前述した強制渦を抑制し、羽根車背面部分４ａの径方向中心部の圧力降下を防止できるようになっている。しかしながら、この場合以下のような別の懸念が生じる。
【００３２】
すなわち、前述の、例えば「遠心形ターボ機械の軸スラストに関する研究」（黒川、豊倉、機械学会論文集４１巻３４６号（昭５０−６）Ｐ１７５３〜１７６２）等に記載のように、先の実験モデル２１にて、回転する円板上面２４ａと固定壁２２ａとの間に径方向中心側へ向かう貫流が重畳すると、円板上面２４ａの径方向中心部の圧力をさらに低下させる効果があり、逆に径方向外周側へ向かう貫流が重畳すると円板上面２４ａの径方向中心部の圧力を上昇させる効果があることが既に知らされている。したがって、本比較例のようにリブ２５を設けると強制渦を抑制するかわりに羽根車背面部分４ａとヘッドカバー５との間に径方向外周側へ向かう貫流が生じるため、羽根車背面部分４ａの中心部の圧力を上昇させ、羽根車４を主軸３と反対側に押し付けるスラスト力を増大させる。特に、羽根車４は可動翼機構を内蔵しており通常のポンプのようにバランスホールを設けることが困難であることから、この傾向が顕著となる。
【００３３】
次に、第３の比較例として、軸封装置６の下方側接液部分６ａに注水するようにした立軸可動翼渦巻斜流ポンプの軸封装置近傍の構造を表す部分拡大縦断面図を図７に示す。図７において、上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３４】
図７において、この比較例では、軸封装置６の下方側接液部分６ａと羽根車４の上方側背面部分４ａとの間に圧力制御用の第１空間７を設け、この第１空間７に外部給水源２６より圧力水を注水し、これにより上記第２の比較例同様に羽根車背面部分４ａの径方向中心部の圧力降下を防止できるようになっている。
【００３５】
しかしながら、この場合、軸封装置接液部６ａを正圧に保つためには十分な量と圧力を持つ外部給水源２６が必要となり、ポンプ周辺機器の大型化を招くので好ましくない。
【００３６】
また、第１空間７に導入する高圧水の一部が羽根車背面部分４ａとヘッドカバー５との間の空間に流入し、この空間内を径方向中心側から外周側に向かって流れる。前述の第２の比較例において説明したように、この径方向外周側へ向かう貫流は、羽根車背面部分４ａの径方向中心部の圧力を上昇させる効果を生じる。よって、羽根車４を主軸３と反対側に押し付けるスラスト力を増大させ、ポンプ軸推力の増大を招くので好ましくない。
【００３７】
これに対し、上記本発明の一実施形態においては、まず、軸封装置接液部分６ａ側の第１空間７を吐き出し側流路１７に注水管１９を介し連通させることにより、吐き出し側流路１７からの高圧水を常時第１空間７に導入することができる。したがって、低揚程運転であるかどうか、あるいは羽根車背面部分４ａとヘッドカバー５との間の空間に生じる圧力低下の数値の大きさに係わらず、軸封装置６の第１空間７に臨む軸封装置接液部６ａを常時大気圧に対し正圧に保つことができるので、従来構造のように軸封装置６の摺動部分が乾き状態となり健全性が損なわれるのを確実に防止することができる。
【００３８】
上記本発明の一実施形態においては、第１空間７の羽根車４側に第２空間８を設け、この第２空間８を吸い込み側流路１６に排水管２０を介し連通させる。これにより、第１空間７からの高圧水をこの第２空間８より吸い込み側流路１６へと逃がすとともに、羽根車背面部分４ａとヘッドカバー５との間の空間内に径方向中心側へ向かう貫流を生じさせることができる。この径方向中心側へ向かう貫流は、前述のように羽根車背面部分４ａの径方向中心部の圧力を低下させる効果を生じるので、羽根車４を主軸３と反対側に押し付けるスラスト力の増大を防止し、ポンプ軸推力を低減することができる。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、軸封装置接液部分６ａと羽根車背面部分４ａとの間を高圧側の第１空間７及び低圧側の第２空間８によって圧力的に分離するので、軸封装置６の摺動部分の負圧に起因する不具合を防止でき、さらにポンプ軸推力を低減することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、低揚程運転時においても、軸封装置の摺動部分の負圧に起因する不具合を確実に防止し、健全性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の立軸可動翼渦巻斜流ポンプの一実施形態の全体構造を表す縦断面図である。
【図２】図１中Ａ部の部分拡大縦断面図である。
【図３】本発明の第１の比較例による立軸可動翼渦巻斜流ポンプの軸封装置近傍の構造を表す部分拡大縦断面図である。
【図４】略円筒状容器内で回転する円板に沿う流れの実験モデルの構造を表す縦断面図である。
【図５】本発明の第２の比較例による立軸可動翼渦巻斜流ポンプの軸封装置近傍の構造を表す部分拡大縦断面図である。
【図６】図５中Ａ−Ａ断面による横断面図である。
【図７】本発明の第３の比較例による立軸可動翼渦巻斜流ポンプの軸封装置近傍の構造を表す部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１立軸可動翼渦巻斜流ポンプ
３主軸（回転軸）
４羽根車
４ａ羽根車の背面部分
４ｂ羽根車の羽根
４ｃ羽根車のハブ
５ヘッドカバー
６軸封装置
６ａ軸封装置の下方側接液部分（羽根車側部分）
７第１空間（圧力制御用の空間）
８第２空間（圧力制御用の空間）
１６吸い込み側流路（ポンプ低圧部）
１７吐き出し側流路（ポンプ高圧部）
１９注水管
２０排水管 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a movable blade pump capable of arbitrarily changing the blade angle of a blade, and relates to a movable blade pump suitable for, for example, a drainage pump or a pumping pump provided in a drainage station.
[0002]
[Prior art]
The movable blade pump has a structure in which the blade angle of the blade is variable in the impeller fixed to the rotating shaft, for example, for the purpose of improving the pump efficiency.
[0003]
As an example of such a movable blade pump, for example, as described in JP-A-8-61293, a rotating shaft arranged in a substantially vertical direction, and a hub and blade angle fixed to the lower end portion of the rotating shaft are provided. An impeller having a plurality of blades provided on the hub so as to be variable, a head cover provided so as to cover the upper side of the hub, and a shaft seal device for sealing the head cover and the rotating shaft. is there.
[0004]
In this prior art, the blades of the impeller are arranged inside a hollow pump drive shaft and connected to a rod that can be displaced in the axial direction, and have a structure that can rotate around the stem shaft. By displacing in the axial direction, the blade angle of the plurality of blades can be set as appropriate.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
[0006]
That is, in the above prior art, a mechanism for making the blade angle of the blades variable is incorporated in the hub of the impeller, and the rear surface of the impeller (in other words, the surface on the rotating shaft side of the hub) and the head cover are close to each other. It becomes a structure. In this case, a relatively narrow space such as a substantially disk shape or a substantially inverted bowl shape is formed between the rear surface of the impeller and the head cover, and the radial center is formed in this space as the impeller rotates. A pressure gradient that increases from the side toward the outer peripheral side (in other words, decreases from the radial outer peripheral side toward the radial central side) is generated. The pressure difference between the radially outer peripheral side and the central side at this time is determined according to the rotational speed of the impeller, the radial dimension of the space, and the like.
[0007]
On the other hand, the pressure of the pump impeller discharge side flow path is higher than the suction side flow path by the pump head, but it operates at a relatively low head, for example, a drainage pump or a water pump provided in the drainage station. In the case of a pump, the pressure in the impeller discharge side flow path may not be so high with respect to atmospheric pressure. At this time, since the outer peripheral side of the space between the rear surface of the impeller and the head cover described above communicates with the impeller discharge side flow path and is equal to the pressure thereof, depending on the dimensions and operating conditions of each part of the pump, Due to the pressure gradient described above, the pressure on the radially inner peripheral side of the space may be lower than the atmospheric pressure (negative pressure). In this case, since the lower end side (wetted part) of the shaft seal device communicates with the radially inner peripheral side of the space and becomes negative pressure, air flows from the upper end side of the shaft seal device and the shaft seal device The sliding portion (shaft seal portion) becomes dry (dry) and it may be difficult to maintain soundness.
[0008]
An object of the present invention is to provide a movable blade pump that can reliably prevent a malfunction caused by a negative pressure of a sliding portion of a shaft seal device and maintain soundness even during a low head operation.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention is provided with a rotating shaft, a shaft sealing device that seals around the rotating shaft, and a blade angle that is fixed to the rotating shaft and is variable. in adjustable vane pump having an impeller having a plurality of blades, a plurality of spaces for pressure control between the rear portion of the impeller-side portion of the shaft sealing device impeller provided, said plurality of spaces the first space of the sac Chi before Kijikufu apparatus, together to communicate with the discharge side passage of the impeller through the first communication passage provided in the stationary body side, of the impeller side of the plurality of spaces The second space communicates with the suction-side flow path of the impeller through a second communication path provided on the stationary body side .
[0010]
In the present invention, it is possible to introduce the first space of the shaft sealing apparatus by communicating the discharge side flow passage of the blades vehicles, high-pressure water from the discharge side flow passage of the impeller always first space . Therefore, the impeller side wetted part facing the first space of the shaft seal device is always kept in the atmosphere regardless of whether it is a low head operation or the pressure difference generated in the space between the rear face of the impeller and the head cover. On the other hand, since the positive pressure can be maintained, it is possible to reliably prevent the sliding portion of the shaft seal device from being dried and sacrificing the soundness as in the conventional structure.
[0011]
At this time, if high-pressure water is simply introduced into the first space, a part of the high-pressure water flows into the space between the rear surface of the impeller and the head cover, and the inside of the space moves from the radial center to the outer periphery. As a result of the flow, the thrust force pressing the impeller toward the pump suction side is increased, leading to an increase in pump shaft thrust, which is not preferable. Therefore, in the present invention, a second space provided on the impeller side, communicates the second space to the suction side passage of the blades vehicles. Thereby, the high-pressure water from the first space can escape from the second space to the suction-side flow path of the impeller , and a flow from the radially outer side toward the center can be generated in the space. Accordingly, it is possible to prevent an increase in thrust force that presses the impeller as described above against the pump suction side, and to reduce pump shaft thrust.
[0012]
As described above, according to the present invention, the shaft seal device impeller side wetted part and the impeller back surface are pressure-separated by the high pressure side first space and the low pressure side second space. Problems caused by the negative pressure of the sliding portion of the sealing device can be prevented, and the pump shaft thrust can be reduced.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an overall structure of an embodiment of a vertical axis movable blade spiral mixed flow pump of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged longitudinal sectional view of a portion A in FIG.
[0016]
1 and 2, the vertical axis movable blade spiral mixed flow pump 1 according to the present embodiment is a known driving machine 2 of this type, and a main shaft disposed in a substantially vertical direction as a rotating shaft of the driving machine 2. 3, an impeller 4 fixed to the lower end portion of the main shaft 3, a head cover 5 provided on the upper side of the impeller 4, a shaft seal device 6 that seals the head cover 5 and the main shaft 3, A first space 7 and a second space 8 for pressure control are provided between the lower liquid contact portion 6 a of the shaft seal device 6 and the upper rear surface portion 4 a of the impeller 4.
[0017]
The impeller 4 is composed of a plurality of blades 4b and a hub 4c incorporating a known movable blade mechanism (not shown) in which the blade angle of these blades 4b is variable. The portion 4 a has a substantially disk shape and is located close to the head cover 5.
[0018]
A substantially cylindrical hollow bearing cover 9 that houses the main shaft 3 is attached to the upper side of the head cover 5, and a casing 10 that houses the impeller 4 is attached to the lower side of the head cover 5. A substantially cylindrical suction pipe 11 having a slightly larger diameter downward is attached to the lower part of the casing 10. The bearing cover 9, the head cover 5, and the casing 10 are fastened and fixed to each other by the bolts 12, and the casing 10 and the suction pipe 11 are fastened and fixed to each other by the bolts 13.
[0019]
The main shaft 3 is rotatably provided by, for example, a thrust bearing 14 and radial bearings 15 a and 15 b provided on the radial center side of the bearing cover 9.
[0020]
A suction-side flow path 16 is configured on the inner peripheral side of the suction pipe 11, and a discharge-side flow path 17 is configured in the casing 10.
[0021]
A bush 18a is provided between the first space 7 on the shaft seal device 6 side (upper side in FIG. 2) and the second space 8 on the impeller 4 side (lower side in FIG. 2). Bush 18b is provided between 8 and impeller back surface portion 4a, and flow resistance is generated in the gap between main shaft 3 and the amount of leakage is suppressed. Then, the first space 7 of the upper side is communicated with the out-side channel 17-out ejection via the water injection tube 19, communicating with the lateral passage 16 and the second space 8 of the lower side narrowing have suction via the drain pipe 20 By doing so, pressure control is performed on the first space 7 and the second space 8 (details will be described later).
[0023]
Next, the operation of this embodiment will be described below.
[0024]
In the above-described vertical axis movable blade spiral mixed flow pump 1 of the present invention, for example, when used for drainage at a drainage station or the like, the drive unit 2 is driven and the main shaft 3 is rotated. As a result, the impeller 4 rotates, sucks water from the suction pipe 11 on the pump suction side, pressurizes it through the suction side flow path 16, and the pressurized water passes through the discharge side flow path 17 and discharges the casing 10. (Not shown).
[0025]
FIG. 3 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing the structure in the vicinity of the shaft seal device of the vertical axis movable blade spiral mixed flow pump according to the first comparative example for explaining the operation of the present embodiment in such an operation. This comparative example substantially corresponds to the above-mentioned JP-A-8-61293. Portions equivalent to those of the embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
[0026]
In FIG. 3, as described above, the impeller back surface portion 4 a has a substantially disk shape and is located close to the head cover 5. At this time, the flow in the space between the impeller back surface portion 4a and the head cover 5 generated when the impeller 4 rotates is, for example, “Study on axial thrust of centrifugal turbomachine” (Kurokawa, Toyokukura, Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 41) 346 (Sho 50-6) P1753-1762) and the like, it can be considered that the flow is generally along a disc rotating in a container. The details will be described with reference to FIG.
[0027]
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the structure of an experimental model of a flow along a disc rotating in a substantially cylindrical container. In FIG. 4, an experimental model 21 includes a substantially cylindrical container 22 having a fixed wall 22 a that constitutes an upper surface and a cylindrical wall 22 b that constitutes a side surface and a bottom surface, and a radial center portion in the substantially cylindrical container 22. The shaft 23 is a rotating shaft attached to the shaft 23, and a disk 24 fixed to the shaft 23.
[0028]
In such a configuration, the flow along the disk 24 rotating in the cylindrical container 22 can be regarded as a forced vortex rotating at an angular velocity that is ½ of the rotational angular velocity ω of the shaft 23, and At the radial center, a pressure drop corresponding to the dynamic pressure of the forced vortex occurs at the radial outer periphery. Under the condition that there is no leakage flow in the substantially cylindrical container 22 and there is no radial flow between the disk upper surface 24a and the fixed wall 22a (described later), the fluid peripheral velocity u (u) of the disk upper surface 24a = Krω) is 0.3 to 0.4 times the peripheral speed of the disk 24 (that is, K = 0.3 to 0.4), and the radial center of the disk upper surface 24a is expressed by the following equation (1). The pressure drop value ΔP at is obtained.
[0029]
−ΔP = P−P ₀ = (1/2) C _p ρr ₀ ² ω ² (1)
ΔP: pressure drop value at the center of the disk, P: pressure at the center of the disk,
P ₀ : pressure on the outer periphery of the disc, C _p : pressure coefficient, ρ: fluid density,
r ₀ : disc outer peripheral radius, ω: rotational angular velocity of the disc Here, the fixed wall 22a constituting the experimental model 21 is a circle on the head cover 5 of the comparative example, and the shaft 23 is a main shaft 3 of the comparative example. The plate upper surface 24a corresponds to the impeller back surface portion 4a of the comparative example. For this reason, in FIG. 3, the flow in the space between the impeller back surface portion 4 a and the head cover 5 that occurs when the impeller 4 rotates is regarded as a forced vortex that rotates at an angular velocity that is ½ of the rotational speed ω of the main shaft 3. In the central portion in the radial direction of the impeller back surface portion 4a, a pressure drop corresponding to the dynamic pressure of the forced vortex occurs at the outer peripheral portion in the radial direction as a boundary. At this time, the pressure drop value ΔP at the radial center portion of the impeller back surface portion 4a obtained from the equation (1) varies depending on the pump design conditions, structure, specifications, operating conditions, etc., but becomes larger, for example, about 8 mAq. In some cases. Accordingly, in a drainage pump or the like that is operated at a relatively low head, for example, the total head at the operating point is about 3 to 4 mAq, the radially outer peripheral portion of the impeller back surface portion 4a communicates with the discharge-side flow path 17. Since the pressure does not become so high with respect to the atmospheric pressure, the pressure drop value ΔP described above becomes large, and the central portion in the radial direction of the impeller back surface portion 4a may become a negative pressure lower than the atmospheric pressure. Therefore, since the shaft seal device wetted part 6a communicating with the radial center of the impeller back surface part 4a also has a negative pressure, air flows from the opposite side (upper side in the figure) of the shaft seal device wetted part 6a. Then, the sliding portion of the shaft seal device 6 is in a dry state, and it may be difficult to prevent the soundness of the shaft seal device 6 and the main shaft 3 from being impaired.
[0030]
Next, as a second comparative example, FIG. 5 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing a structure in the vicinity of the shaft seal device of the vertical shaft movable blade spiral mixed flow pump in which a plurality of ribs 25 are provided at the lower end portion of the head cover 5 described above. FIG. 6 shows a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5 and 6, the same reference numerals are given to the same parts as those in the above embodiment, and the description will be omitted as appropriate.
[0031]
5 and 6, in this comparative example, a plurality of ribs 25 are provided at the lower end portion of the head cover 5. Thereby, the above-mentioned forced vortex generated in the space between the impeller back portion 4a and the head cover 5 is suppressed, and a pressure drop at the radial center of the impeller back portion 4a can be prevented. However, in this case, another concern arises as follows.
[0032]
That is, as described in, for example, the above-mentioned “Research on axial thrust of centrifugal turbomachines” (Kurokawa, Toyohkura, Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 41, No. 346 (Akira 50-6) P1753-1762), In the model 21, when a flow through toward the radial center is superimposed between the rotating disk upper surface 24a and the fixed wall 22a, there is an effect of further reducing the pressure at the radial center of the disk upper surface 24a. It has already been known that if a through-flow toward the radially outer peripheral side is superimposed on this, there is an effect of increasing the pressure in the central portion in the radial direction of the disk upper surface 24a. Therefore, when the rib 25 is provided as in the present comparative example, instead of suppressing the forced vortex, a through-flow is generated between the impeller back surface portion 4a and the head cover 5 toward the radially outer peripheral side. The thrust of the part is increased and the thrust force that presses the impeller 4 to the opposite side of the main shaft 3 is increased. In particular, since the impeller 4 has a built-in movable blade mechanism and it is difficult to provide a balance hole like a normal pump, this tendency becomes remarkable.
[0033]
Next, as a third comparative example, a partially enlarged longitudinal sectional view showing a structure in the vicinity of the shaft seal device of the vertical shaft movable blade spiral mixed flow pump configured to inject water into the lower side wetted portion 6a of the shaft seal device 6 is shown. 7 shows. In FIG. 7, parts that are the same as in the above embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.
[0034]
In FIG. 7, in this comparative example, a first space 7 for pressure control is provided between the lower liquid contact portion 6 a of the shaft seal device 6 and the upper rear surface portion 4 a of the impeller 4. Thus, pressure water is injected from the external water supply source 26, so that a pressure drop at the central portion in the radial direction of the impeller back surface portion 4a can be prevented as in the second comparative example.
[0035]
However, in this case, an external water supply source 26 having a sufficient amount and pressure is required to keep the shaft seal device wetted part 6a at a positive pressure, which is not preferable because the peripheral equipment of the pump is increased in size.
[0036]
A part of the high-pressure water introduced into the first space 7 flows into the space between the impeller back surface portion 4a and the head cover 5, and flows in this space from the radial center side toward the outer peripheral side. As described in the second comparative example described above, this through flow toward the radially outer peripheral side has an effect of increasing the pressure in the radial center of the impeller back surface portion 4a. Therefore, the thrust force that presses the impeller 4 to the opposite side of the main shaft 3 is increased, which increases the pump shaft thrust, which is not preferable.
[0037]
In contrast, in one embodiment of the present invention, firstly, by communicating via the water injection tube 19 to the shaft seal device wetted portion 6a side first space 7-discharge-out-out side flow path 17 of discharge side High-pressure water from the flow path 17 can be constantly introduced into the first space 7. Therefore, the shaft seal facing the first space 7 of the shaft seal device 6 regardless of whether it is a low head operation or the magnitude of the numerical value of the pressure drop generated in the space between the impeller back portion 4 a and the head cover 5. Since the device wetted part 6a can always be maintained at a positive pressure with respect to the atmospheric pressure, it is possible to reliably prevent the sliding portion of the shaft seal device 6 from being dried and sacrificing the soundness as in the conventional structure. it can.
[0038]
In the above-described embodiment of the present invention, the second space 8 provided on the impeller 4 side of the first space 7, communicates through a drain pipe 20 to the second space 8 to the side passage 16 narrowing have intake. As a result, the high-pressure water from the first space 7 escapes from the second space 8 to the suction-side flow path 16 and flows into the space between the impeller back surface portion 4a and the head cover 5 toward the radial center. Can be generated. This through-flow toward the center in the radial direction has the effect of reducing the pressure at the center in the radial direction of the impeller back surface portion 4a as described above, and therefore increases the thrust force that presses the impeller 4 against the opposite side of the main shaft 3. And pump shaft thrust can be reduced.
[0039]
As described above, according to the present embodiment, the shaft seal device wetted portion 6a and the impeller back surface portion 4a are pressure-separated by the first space 7 on the high pressure side and the second space 8 on the low pressure side. Therefore, the malfunction resulting from the negative pressure of the sliding part of the shaft seal device 6 can be prevented, and the pump shaft thrust can be further reduced.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, even during the low head operation, problems due to the negative pressure of the sliding portion of the shaft seal device can be reliably prevented and the soundness can be maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an overall structure of an embodiment of a vertical axis movable blade spiral mixed flow pump of the present invention.
2 is a partially enlarged longitudinal sectional view of a portion A in FIG.
FIG. 3 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing a structure in the vicinity of a shaft seal device of a vertical shaft movable blade spiral mixed flow pump according to a first comparative example of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the structure of an experimental model of a flow along a disk rotating in a substantially cylindrical container.
FIG. 5 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing the structure in the vicinity of a shaft seal device of a vertical shaft movable blade spiral mixed flow pump according to a second comparative example of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG.
FIG. 7 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing a structure in the vicinity of a shaft seal device of a vertical shaft movable blade spiral mixed flow pump according to a third comparative example of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Vertical axis movable blade spiral mixed flow pump 3 Main shaft (rotary shaft)
4 Impeller 4a Impeller back surface portion 4b Impeller blade 4c Impeller hub 5 Head cover 6 Shaft seal device 6a Lower side wetted portion of shaft seal device (impeller side portion)
7 1st space (space for pressure control)
8 Second space (pressure control space)
16 Suction side passage (pump low pressure part)
17 Discharge side flow path (pump high pressure part)
19 Water injection pipe 20 Drain pipe

Claims

In a movable blade pump having a rotating shaft, a shaft seal device that seals around the rotating shaft, and an impeller that is fixed to the rotating shaft and includes a plurality of blades provided so that the blade angle is variable ,
A plurality of pressure control spaces are provided between the impeller side portion of the shaft seal device and the rear portion of the impeller,
The first space of the plurality of spatial sac Chi before Kijikufu apparatus, together to communicate with the discharge side flow passage of the impeller through the first communication passage provided in the stationary side, wherein among the plurality of spaces A movable blade pump characterized in that a second space on an impeller side is communicated with a suction side flow path of the impeller through a second communication path provided on a stationary body side .