JP2004060470A - 加圧遠心ポンプの気体等の混入構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】流体と気体等をキャビテーションを防止し混合排出すると共に、運転停止時等にポンプ室内の気体残留を抑制することができる加圧遠心ポンプの気体等の混入構造を提供する。
【解決手段】吸入口２と吐出口３を有するドラム状のケース４内に、複数の羽根１９を放射状に形成した羽根車５と、羽根車５に対向し吸入口２側から羽根１９側に向けて収束する圧縮室３３を形成した加圧面３６と、羽根１９の側面に近接して羽根室２７内の流体の漏出を防止する加圧仕切り壁３５を形成した加圧部１６を対設し、吸入口２から吸入した流体を羽根車５と加圧部１６で形成されるポンプ室９内で加圧し吐出口３から吐出する加圧遠心ポンプで、前記吐出口３側の流体圧の増大によって気体を吸入口２内に供給する気体供給装置６を設けた気体等の混入構造にしている。
【選択図】 図３
【解決手段】吸入口２と吐出口３を有するドラム状のケース４内に、複数の羽根１９を放射状に形成した羽根車５と、羽根車５に対向し吸入口２側から羽根１９側に向けて収束する圧縮室３３を形成した加圧面３６と、羽根１９の側面に近接して羽根室２７内の流体の漏出を防止する加圧仕切り壁３５を形成した加圧部１６を対設し、吸入口２から吸入した流体を羽根車５と加圧部１６で形成されるポンプ室９内で加圧し吐出口３から吐出する加圧遠心ポンプで、前記吐出口３側の流体圧の増大によって気体を吸入口２内に供給する気体供給装置６を設けた気体等の混入構造にしている。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプケース内で羽根車を回転させ気体と液体等を吸入・吐出する加圧遠心ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エアー或いは水，油等の液体の吸入，吐出を行う遠心ポンプは、液体をケース内で羽根車によって単に加速回転させて吐出するだけなので、流量に対して吐出流体の流体圧を増大させることが困難であり、これを改善できる加圧遠心ポンプを、本願出願人は特開２００２ー８９４７７号公報で示されるように提案した。
この公報で示される加圧遠心ポンプは、吸入口と吐出口を有するドラム状のケース内で、複数の羽根を放射状に形成した羽根車に対向せしめ、吸入口側から羽根側に向けて収束した圧縮室を形成する加圧面と、羽根の側面に近接して羽根室内の流体の漏出を防止する加圧仕切り壁を形成した加圧部を設け、吸入口から吸入した流体を羽根車と加圧部で形成されるポンプ室内で加圧し、吐出口から吐出する構成になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のような構成による遠心ポンプで、例えば吸入口側から水を吸い込み、この水に空気を供給しポンプ室内で加圧混合させて、吐出口の吐出管から空気混入流体（空気混入水）を吐出し、例えば頑固な付着物や汚れのある魚網等の被洗浄物を洗浄する場合に、この遠心ポンプは液体中に供給した空気の気泡が大きいために均一に混合されないこと、及びキャビテーションが発生し易い等の欠点がある。
【０００４】
また上記公報で示される加圧遠心ポンプで空気の混入を試みたところ、空気はポンプ室内で小さな気泡になって攪拌混合され、洗浄作業等を高性能に行うことができると共に、溶存酸素量を増大できることが認められたが、空気がポンプ室内で圧縮されながら持ち回りされることによる騒音等の発生があった。
そして何れのポンプも、例えば吐出管に連結されるホース並びにノズル等の吐出管路系統の抵抗等の条件とは別途に、運転初期から停止時における羽根車の回転変動に伴う流体圧の変化によって、流体中に空気を供給するタイミングや量を誤ると気体混入流体の吐出性能が低下し、そのコントロールが煩雑になる等の課題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記従来の問題点を解消するために本発明による加圧遠心ポンプの気体等の混入構造は、第１に、吸入口２と吐出口３を有するドラム状のケース４内に、複数の羽根１９を放射状に形成した羽根車５と、羽根車５に対向し吸入口２側から羽根１９側に向けて収束する圧縮室３３を形成した加圧面３６と、羽根１９の側面に近接して羽根室２７内の流体の漏出を防止する加圧仕切り壁３５を形成した加圧部１６を対設し、吸入口２から吸入した流体を羽根車５と加圧部１６で形成されるポンプ室９内で加圧し吐出口３から吐出する加圧遠心ポンプにおいて、前記吐出口３側の流体圧の増大によって気体等を吸入口２内に供給する気体供給装置６を設けたことを特徴としている。
【０００６】
第２に、吐出口３に接続される吐出管２０に、ポンプ室９内の流体圧を高める絞り部７０を設けたことを特徴としている。
【０００７】
第３に、吐出管２０に、ポンプ室９内の設定値以上の流体圧の増大を防止するリリーフバルブ７５を設けたことを特徴としている。
【０００８】
第４に、吸入口２から加圧仕切り壁３５に至る加圧面３６の中途部に、部分的な急傾斜面からなり流体及び気体等を羽根１９側に急速に変向流動させる変向加圧面３９を形成したことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４において符号１は、本発明に係わる気体等の混入構造を備えた加圧遠心型のポンプであり、吸入口２と吐出口３を有したドラム型のケース４と、該ケース４内で回転可能に軸支された羽根車５と、ケース４内に空気等の気体を供給する気体供給装置６等からなる。
このポンプ１は、ポンプ軸７の一側を原動機側から駆動して羽根車５を図２の矢印方向に回転させ、水，油等の任意な液体と、空気他任意な気体或いはこれらに加えて薬剤等の粉体類を前記液体と共に吸入口２側からケース４内のポンプ室９に吸入し、液体中に気体等を攪拌混合しながら加圧付勢し吐出口３から吐出する。
【００１０】
以下各部の詳細な構成及び作用等について詳述する。尚、この実施形態では流体を水とし、混入する気体は空気として説明する。
先ず、図示例のケース４は、吸入口２を有する加圧ケース４ａと、吐出口３を有する羽根車ケース４ｂとを左右一対として分割形成してなり、両者の接合部及び対向部にリング状のシール部材１０並びに後述する耐磨耗性部材１１を介装して組付け、取付ネジ等の固定具１３で複数箇所を締着することにより、気密構造のポンプ室９を構成している。
【００１１】
羽根車ケース４ｂは、円盤状の側壁１５の外周に羽根車５と後述する加圧ケース４ａの加圧部１６を内嵌する巾の周壁１７を一体的に形成し、周壁１７は吐出口３を羽根車５の羽根巾に対向する所定部位に複数の羽根１９，１９・・に跨がる所定の長さに穿設している。この吐出口３には流体の吐出方向に湾曲し収束指向させた吐出管２０を一体的に設けている。
【００１２】
また側壁１５の外側にはポンプ軸７を支持する支持部２１，２２を一体的に連結している。支持部２２は左右の軸受部（ベアリング）２３によってポンプ軸７をポンプ室９の中心部に位置させて軸支している。２３ａは軸受部２３の側面に設けたシール板であり、２３ｂはメカニカルシールであり、２４は漏水排出用のドレン孔である。
ポンプ軸７はポンプ室９内の軸端に、複数の羽根１９を放射方向に同心円内に突設した羽根車５を、取付ネジ及びナット等からなる取付部２５によって着脱可能に取付固定している。このとき羽根板２６側は側壁１５に近接させ、羽根１９は周壁１７と小隙を有して近接させている。
【００１３】
羽根車５は、図２，図５で示すようにポンプ軸７への取付け部材を兼ねる円筒状のボス部２７ａの一側に、円盤状の羽根側壁となる羽根板２６を一体的に形成し、このボス部２７ａ及び羽根板２６から、各放射状の羽根１９を所定間隔毎に突出させて、各羽根１９の間に流体を内包させる羽根室２７を形成している。
そして、羽根車５に放射状に設けられる羽根１９の形状は、羽根車回転方向上流側（以下上流側という）に向けて略直線状面で後退傾斜させていると共に、加圧ケース４ａ側になる側端を基部側よりも羽根車回転方向下流側（以下下流側という）に向けて掬い角を有するように先行させて偏寄した形状にしている。
【００１４】
これにより、羽根車５の回転に伴う流体の吸い込みを吸入口２から掻込み易くしていると共に、羽根室２７内での流体の回転保持を確実にし、且つこれが吐出口３部位に至るとき、羽根室２７内の流体を後退傾斜させた羽根形状によって遠心力を加えながら押し出し付勢をし、流体の放射方向への加圧吐出を流体圧を高めて効率よく行なう。
また羽根車５は羽根車ケース４ｂに装着した際に、ボス部２７ａ及び羽根１９の側端を略同高さに形成しており、上記ボス部２７ａの端面は後述する加圧ケース４ａの中心部に形成した平坦面状の仕切壁２９の端面と近接状態にし、両者間に耐磨耗性部材１１を介装しシールドしている。２６ａは羽根板２６の適所に穿設した複数の通し孔であり、この通し孔２６ａを介し羽根室２７内の流体をメカニカルシール２３ｂ側に流通可能にしている。
【００１５】
次に図３〜図５を参照し加圧ケース４ａについて説明する（注：図５はポンプの圧縮室３３と羽根１９との関係を示す展開模式図で、吐出管２０とガイド部材５０はポンプ軸側に９０°倒伏させた状態で示されている。）。この加圧ケース４ａは、吸入管３０を有するケース蓋部３１と加圧部１６とを一体的に形成し、羽根車５を組付けた羽根車ケース４ｂの開口部に加圧部１６を嵌挿した状態で、ケース蓋部３１と周壁１７を固定具１３で締着することによってケース４を閉鎖するようにしている。
これにより、加圧部１６と羽根車５との間に、流体を吸入口２から大きな抵抗を伴うことなく吸入し、吸入した流体を加圧しながら、羽根車５を介し吐出口３から吐出するポンプ室（加圧室）９を形成する。
【００１６】
即ち、図５で示すようにポンプ室９は、上流始端部において吸入口２に接続され、流体の吸入を促進させる吸入室３２と、その下流終端側を構成して流体の加圧を行う圧縮室３３とからなり、また圧縮室３３の終端と吸入室３２の始端部との間に、羽根室２７内の流体の漏出を防止し、吸入室３２と圧縮室３３を仕切る加圧仕切り壁３５を設け、前記仕切壁２９と同一面をなす平坦面状に形成し設けている。
これにより、羽根車５のボス部２７ａの端面側にある仕切壁２９周りには、吸入室３２と圧縮室３３及び加圧仕切り壁３５を一連に形成している。
【００１７】
加圧部１６の内端面には、吸入口２側から加圧仕切り壁３５に至る範囲に加圧面３６を形成し、該加圧面３６は羽根車５の回転方向下流側に向けて後述する形状の斜面に形成され、ポンプ室９に吸入室３２側から徐々に羽根車５の羽根１９の端面に漸次近接して圧縮室３３を収束形成する。
これにより、吸入口２側から流体をポンプ室９内に吸入し、各羽根室２７内に保持する流体を、複数の羽根１９によって圧縮室３３を介し徐々に加圧しながら回転方向に加速吐出させる。
【００１８】
圧縮室３３は、加圧仕切り壁３５の始端部に位置する圧縮終了点３７まで形成しており、これにより吸入室３２から回転方向下流側に加速されて流出する流体を、加圧面３６に沿わせて羽根室２７内に誘導し、ポンプ室９内において急激な圧縮抵抗等を伴うことなく加圧し、吐出口３から加圧流体を押し出す。
【００１９】
そして、図２，図４，図５で示すように加圧面３６は、吸入口２から加圧仕切り壁３５に至る中途部に、流体及び気体を羽根１９側に向けて急速に収束案内させるより急傾斜からなる段状断面の変向加圧面３９を形成し、該変向加圧面３９と加圧仕切り壁３５との間に楔状断面に収束する第２加圧面３６ａを形成している。
図示例の変向加圧面３９は圧縮終了点３７の上流側で吐出口３の始端部側に位置させることにより、圧縮室３３内の流体を中途から急速に吐出口３側に送るので、ポンプ室９内で吐出口３が位置する部位の、流体の吐出による圧力の低下を防止し、流体の吐出及び気体供給装置６を介して供給される空気の加圧排出を円滑に行い、また混入空気による騒音の発生とキャビテーションの発生等を抑制する。
【００２０】
即ち、変向加圧面３９は、仕切壁２９側から外側に向け羽根車回転方向上流側に後退傾斜する斜面とし、加圧面３６を放射方向に横断している。
また図５で示すように変向加圧面３９は、周方向断面形状を回転方向下流側に指向する斜面或いは滑らかなアール面にし、加圧面３６から羽根１９の端面側に向け昇り勾配状に突出形成することにより、加圧面３６と第２加圧面３６ａを滑らかに接続している。
【００２１】
この構成により、吸入口２から供給された流体は、収束する圧縮室３３内で羽根１９に掻き回されながら加圧面３６に沿って順次加圧されながら羽根室２７内に導かれて加圧下で渦流にされ、混入された空気（気泡）の微細化が促進されて下流側に流動する。
そして、下流側に移行する流体及び空気の気泡は、上記変向加圧面３９の形状によって加圧面３６の中途部で衝撃的な接当抵抗を生じることなく、羽根１９側に向けてスムースに変向流動して羽根室２７内にスムースに誘導される。
【００２２】
従って、加圧面３６に沿って圧縮終了点３７まで流れようとする気泡は、加圧面３６の中途部から離れて変向された流体中に小さな気泡になって混入した状態で、羽根室２７内に強制的且つ速やかに流入し、この後は羽根１９側に近接した第２加圧面３６ａによって吐出口３側に送り込まれ、その結果気泡が圧縮終了点３７以後加圧仕切り壁３５と羽根１９の端面との間に多量に流れ込むことによる騒音の発生や、気泡の破裂等による羽根１９の損耗等を防止する。
【００２３】
尚、この際図５で示すように、変向加圧面３９は吐出口３に対面し上流側に設けることが、気泡を効率よく吐出する上で望ましい。
また気体供給装置６から供給された空気は、ポンプ室９内で長く滞留して持ち回しされることなく一回転毎に吐出口３から排出されるので、ポンプ１内での空気との混合及び吐出性能が向上すると共にキャビテーションも防止することができる。
【００２４】
次に加圧仕切り壁３５について説明する。この加圧仕切り壁３５は、複数の羽根１９に近接する側で平坦面の終端を、薄肉に延長させた延長加圧仕切り壁３５ａを形成している。この延長加圧仕切り壁３５ａは図２，図５で示すように、側面視で吸入室３２の始端に位置し、吸入口２の中途部迄を覆う長さに徐々に先鋭に形成し、延長加圧仕切り壁３５ａの裏側を滑らかなアール状の吸入案内面として吸入室３２の始端側に絞り状の供給口を形成している。
この構成により圧縮室３３側の長さを短くすることなく、加圧仕切り壁３５の面積をできるだけ拡大させて、流体圧の圧力維持をより確実に行うと共に、吸い込み効率を向上させる。
【００２５】
また加圧面３６の始端部側の上記吸入案内面と対向する面は、その下流側に比してやや急傾斜の吸入案内面３６ｂに形成し、流体を羽根車５の回転方向下流側に向けて吸入初期の抵抗を低減させ効率よく吸い込むようにしている。
また図２で示すように吸入口２は、羽根車５の回転方向に沿った長軸の楕円形状とすることにより、流体の吸入量の促進と吸入抵抗の低減を図っている。
【００２６】
これによれば、相隣合う後退傾斜の羽根１９で放射方向に拡開状に形成される羽根室２７は、内部の流体が加圧面３６によって順次内周側に向けて徐々に加圧されるので、流体は急激に加圧されることなく羽根車５に対する加圧衝撃負荷を抑制すると共に、羽根室２７内の流体全体の加圧の促進と保持を行い、流体が吐出口３に至るとき最高圧力に高め、遠心押出作用と相挨って勢いよく多量に吐出することができる。
また圧縮室３３は、複数の羽根室２７に跨がって近接する平坦面状の加圧仕切り壁３５を連続的に形成し、該加圧仕切り壁３５で圧縮終了後の複数の羽根室２７を塞ぎ流体の漏出を防止するので、圧縮室３３側の圧力を維持させてその吐出を確実に行う。尚、参考迄に圧縮室３３の要部の断面形状を図８において模式的に図示する。
【００２７】
次に、羽根車ケース４ｂの吐出口３について説明する。この吐出口３は圧縮室３３の終端部側、即ち変向加圧面３９と第２加圧面３６ａ及び加圧仕切り壁３５に対向する位置で、羽根車ケース４ｂの周壁１７に長孔状に開口している。
そして、吐出口３はその長さ方向の中途部適所に流体の吐出案内を行うガイド部材５０を設けている。この加圧部１６は流体の種類或いは、羽根１９の枚数並びに形状等によるポンプ特性に適応させて流体抵抗を低減した、例えば湾曲形状で設けることにより、流体を上流側のものから乱流を防止しながら順次スムースに整流状態で下流側に誘導し、周壁１７の外周に着脱可能に取付固定した吐出管２０から機外に吐出するようにしている。
【００２８】
次に図３，図６を参照し気体供給装置６について説明する。この気体供給装置６は、図６で示す構成の吸気供給バルブ具５１の吸気室５２を供給管５３を介し吸入管３０に連結し、供給制御室５５を制御管５６を介し吐出管２０に連結している。
上記供給制御室５５と吸気室５２はバルブ本体５７内に設け、両者を仕切壁５９によって上下に区画形成している。
供給制御室５５は、円盤状のピストン部６０とピン状のバルブ部６１で一体的に形成したバルブ６２を上下作動可能に内装している。
【００２９】
そして供給制御室５５は、ピストン部６０の上方に形成される補助供給制御室５５ａを導管６３を介し機外と連通させ、内装したスプリング６５によってバルブ６２を下方に向けて押圧付勢している。
上記バルブ６２のバルブ部６１は、仕切壁５９の中心部にスライド可能に挿通し、機外に通ずる導管（給気口）６６を有する吸気室５２内において、下端部に形成した先鋭部（バルブ面）で、供給管５３内に形成される通孔（バルブ孔）６３の入口を開閉可能に閉鎖している。
【００３０】
この構成によりポンプ１の運転に伴い流体が吐出口３から吐出され、流体の吐出圧を制御管５６を介して供給制御室５５内に伝えられ、これがスプリング６５で設定された制御圧力よりも高くなると、流体圧をピストン部６０が受けてスプリング６５に抗しバルブ６２を上動する。このバルブ６２の上動によってバルブ部６１が供給管５３を開くと、導管６６を介し吸気室５２から気体（空気）を、吸い込み方向に流れている吸入口２内の流体中に供給し混入する。（図５）
【００３１】
また供給制御室５５内の流体圧が上記設定圧より低い場合に、スプリング６５の付勢力によってバルブ６２は気体供給停止状態に復帰するので、ポンプ室９内の流体圧が低い運転時、例えば運転初期や吸入口側系統の詰まりにより流量が少ない場合等に、気体を供給しないので流体圧の速やかな上昇を妨げない。
またポンプ１の運転停止時に流体圧の低下に伴い気体の供給を自動的に停止するので、ポンプ１内の気体残留に起因する始動不良や種々の劣損を防止できる。
【００３２】
また図２，図３で示すように吐出管２０は、前記制御管５６を連結する流体圧検知孔６７の流体吐出方向下流側に絞り部７０を設置し、該絞り部７０によって吐出管２０内に吐出抵抗を予め付与し、特に運転初期において、ポンプ室９内の流体圧の上昇を速やかに行うことができるようにしている。
即ち、図示例の絞り部７０は吐出管２０の内周面でリング状に突出する突起条に形成しており、この絞り部７０の突出量を調節操作具７１の操作によって変更可能とする吐出圧設定構造７２にしている。
【００３３】
従って、絞り部７０の突出量を大きくした場合には、羽根車５の駆動回転初期において吐出管２０側で吐出抵抗を付与し、ポンプ室９内の流体圧を速やかに高めるので、流体圧を前記流体圧検知孔６７及び制御管５６を介して供給制御室５５に伝えることができ、供給制御室５５の内圧を高めてバルブ６２を上動させバルブ孔６３を開き、機外の空気を導管６６及び吸気室５２並びにバルブ孔６３を介して吸入管３０内に供給する。
【００３４】
これにより、例えば吐出管２０に連結されるホース並びにノズル等の吐出管路系統の抵抗等の条件とは別途に、ポンプ１は運転初期から気体を流体に混入した状態で安定よく吐出することができるから、気体混入流体を用いた各種の洗浄や処理作業を高性能に行うことができる。
尚、図示例の絞り部７０は吐出圧設定構造７２によって吐出管２０の内周面の突出量を変更可能にしたが、絞り部７０は吐出管２０内の通路を局部的に狭める突起物を固定状態で設けることもできる。
【００３５】
また吐出口３には図７で示す構成のリリーフバルブ７５を設け、ポンプ室９内で過大な圧力の発生による無理やトラブルを防止するようにしている。
即ち、リリーフバルブ７５は、開閉可能に閉鎖されたバルブ本体７６内に仕切壁７７を設け、その上下に圧力検知室７８を区画形成し、両室は仕切壁７７に穿設した通孔８０を介して連通している。
また圧力検知室７８は吸入管３０にバイパス管７９ａを介して接続する排出管７９を備え、円盤状のピストン部８１とピン状の下部を先鋭にしたバルブ部８２からなるバルブ８３を上下作動可能に設け、バルブ部８２の下部に形成した先鋭部で、バルブ本体７６に設けた排出管８４の排出孔８５を開閉可能に閉鎖している。
【００３６】
そして、導管８６を介し機外に通ずる補助圧力検知室７８ａ内にスプリング８７を設け、該スプリング８７によってバルブ部８３を下方に向けて押圧付勢している。このリリーフバルブ７５は上記排出管８４を介して吐出口３に接続した吐出管２０の取付孔２０ａに着脱可能に取付固定している。
この構成によってリリーフバルブ７５は、ポンプ室９内の圧力がスプリング８７で設定された値より大きくなると、吸入口２内の圧力が排出孔８５を介してバルブ部６１に伝わりスプリング８７に抗してバルブ８３を押し上げ、排出孔８５を開放し通孔８０，圧力検知室７８，排出管７９を介し、流体の一部をバイパス管７９ａから吸入管３０に返流して排出する。
【００３７】
これにより、流体圧の設定値以上の上昇を防止し空気の混入を行い易くすると共に、ポンプ室９内の羽根車５やシール部並びにメタル部等に過大な負荷を掛けることを防止する。またポンプ室９内の圧力が所定圧力より低下すると、スプリング８７が再びバルブ８３を下動してバルブ部６１によって排出孔８５を閉鎖するので、ポンプ１の定常運転を安定的に行う。
また吐出口３に連結されるホース系統の過負荷や例えば絞り部７０の操作ミスがあったような場合でも、ホースや羽根車５の破損等のトラブルを未然に防止することができる。
【００３８】
次に、上記のように構成したポンプ１の使用態様並びに作用等について説明する。先ず、駆動源により羽根車５を回転駆動すると、各羽根１９が吸入口２から流体を羽根室２７内に掻き込んで吸い込むと共に、各羽根室２７に流体を収容した状態で持ち回り連続的にポンプ室９内に至らせる。
ここで圧縮室３３内の流体は、加圧面３６に沿って加圧され羽根室２７内に圧力を高めながら入り込むことになり、次いで加圧仕切り壁３５に至ると、羽根室２７内の流体は最高圧にされた状態で吐出口３に至り、加圧面３６の形状及び羽根１９の回転による押し出し力と遠心力を付加されて送り出される。
【００３９】
このとき、圧縮室３３の終端に設けた加圧仕切り壁３５は複数の羽根室２７に跨がる長さにしていると共に、該加圧仕切り壁３５に延長させた延長加圧仕切り壁３５ａを設け、且つ吐出口３を吸入口２の回転方向上流側において複数の羽根室２７に跨がる長孔状に形成しているので、羽根車５は複数の羽根室２７内に加圧流体を収容保持でき、これを長孔状の吐出口３から同時に吐出するから、簡潔な構成を以て流量及び流圧を共に高くして吐出することができる。
【００４０】
また羽根車５は羽根１９をボス部２７ａと羽根板２６とから放射方向に後退傾斜させて一体的に突設し、相隣なる羽根１９間で形成される羽根室２７の側面と周面を開放させ、且つ吐出口３を羽根室２７に対向する羽根車ケース４ｂの周壁１７に形成しているので、ポンプ室９内で流体を各羽根室２７内に確実に収容させて回転方向の加圧を促進し、遠心力によって吐出口３から流体の吐出を円滑に行う。尚、この際図５で示すように、羽根１９は回転方向と対向する面（表側）に所定の角度に掬い角を設けて、その基部側の肉厚を先端側より厚くすると共に、羽根裏側基部に大きなアール面を形成することが望ましく、これにより羽根１９の強度と流体の排出性能をより向上できる。
【００４１】
このようなポンプ１において、吐出口３側の流体圧の増大によって気体を吸入口２内に供給する気体供給装置６を設けた混入構造にしているので、ポンプ１が運転されて流体が吐出口３から吐出され流体の吐出圧が増大すると、気体供給装置６によって空気を自動的に吐出口３側に供給し流体中に混入する。そして、流体圧が低下すると気体供給装置６は空気の供給を停止するので、ポンプ室９内の流体圧が低い運転時に、空気混入に伴う流体圧のさらなる低下を防止すると共に、ポンプ１の運転停止時にも気体の供給を自動的に停止するので、ポンプ室９内の気体残留を抑制することができる。
【００４２】
このようなポンプ１において、羽根車５と加圧部１６で形成されるポンプ室９内の流体圧を高める絞り部７０を吐出管２０に設けたことにより、絞り部７０は吐出管２０内で流体に吐出抵抗を付与するので、ホース系統に流体を充填することによって得られる吐出抵抗に大きく依存することなく、運転初期におけるポンプ室９内の流体圧の上昇を速やかに行い、気体供給装置６による空気の混入を流体の吐出初期から円滑に行うことができる。
【００４３】
さらに、吐出管２０に流体圧の設定値以上の増大を防止するリリーフバルブ７５を設けたことにより、ポンプ室９は流体圧が設定値以上の上昇を防止されて略一定に維持されるから、気体供給装置６による空気の混入をスムースに行うことができる。
また流体圧が所定値より低下するとリリーフバルブ７５を閉鎖し、流体圧の上昇を促しポンプ１の定常運転を円滑に行うと共に、気体供給装置６の上記絞り部７０の操作ミスがあった場合にも、ポンプ室９内の過大な流体圧の増大を防止し羽根車５等のトラブルを防止する。
【００４４】
そして、ポンプ１は上記のような構成の混入構造によって供給した空気を、収束する圧縮室３３内で羽根１９に掻き回されながら渦流となり加圧面３６に沿って順次加圧される流体中に混入するので、吸入口２側から大きな気泡状態で供給された空気は、流体の加圧と渦流によって砕かれながら微細な気泡状態になって流体中に均一に混入され勢いよく吐出されるから、従来のポンプに空気を混入した場合に比べ、多量の空気を混入した運転を安定的に行うことができる。
従って、空気混入流体による洗浄処理や曝気作用を伴うような浄水処理他各種の処理を高性能に行うことができる。
【００４５】
また吸入口２から加圧仕切り壁３５に至る加圧面３６の中途部に、流体及び気体等を羽根１９側に変向移行させる変向加圧面３９を形成したポンプ１は、下流側に移行する流体及び空気を加圧面３６の中途部で、羽根１９側に向けて変向移行させ羽根室２７内に誘導し、吐出口３からこの部の圧力低下を伴うことなく吐出するので、空気が加圧仕切り壁３５と羽根１９間に多量に流れ込むことによる境界での激しい掻き回しを抑制し、騒音の発生やポンプ効率の低下を防止することができる。
【００４６】
このような変向加圧面３９を加圧面３６に形成したポンプ１は、体積比で流体中に約３０％程度の空気混入或いはそれ以上の空気混入の可能性を確認することができた。またこのポンプ１で多量の空気を混入した場合、流体と微細気泡による泡状流体を連続的に吐出することができ、これを用いた各種の処理を促進できると認められた。
そして上記空気の混入構造を備えたポンプ１は、大気中の空気を混入する場合の実施形態について説明したが、空気に限定することなく各種のガス体又はこれらと粉粒体を混入してもよく、また薬液や消化液，養液等の液体を供給し混入することもでき、利便性を有しその用途分野を拡大することができる。
【００４７】
次に、図９，図１０を参照し本発明の別実施形態に係わるポンプ１について説明する。尚、上記実施形態のものと同様な構成については説明を省略する。
このポンプ１は上記実施形態のものと同様にケース４内に軸支した羽根車５に対し、対となる吸入口２と加圧部１６と吐出口３等からなる一連の圧縮室３３を複数対に対向させて設置することにより、単一の羽根車５による流体の吸い込み及び排出を簡単な構成を以て多量に行うと共に、気体供給装置６の設置により流体中に気体を混入し排出するようにしている。
【００４８】
即ち、図示例のポンプ１は上記一連の圧縮室３３を複数室（２室）備え、各吸入口２と吐出口３を上下又は左右の回転対称位置に２つ分を形成したもの示す。図９で示されるように加圧ケース４ａは、上下対称位置に吸入管３０を有する吸入口２を形成し、羽根車５に対向する半周範囲に一連の圧縮室３３を形成する吸入口２と加圧面３６と変向加圧面３９と第２加圧面３６ａと加圧仕切り壁３５等からなる加圧部１６を設けている。尚、図示例では各吸入口２に接続される２つの吸入管３０は１つの吸入管３０から分岐したものを示している。
【００４９】
一方羽根車ケース４ｂは、その上下対称位置で吐出管２０を有する吐出口３を、上記２つの加圧部１６が備える各変向加圧面３９の部位に対向させて穿設形成している。そして、一方の吐出口３側に設けられ吐出方向に開口される吐出管２０の基部に対し、他方の吐出口３に設けた吐出管２０を吐出方向に延長させて一体的に接続した構成にしている。
【００５０】
これにより、２つの吸入口２から吸入された流体は、ポンプ室９内で対称形状に形成された圧縮室３３及び加圧部１６を介し、各吐出口３から前記実施形態のものと同様に加圧排出され、各吐出口３から排出される流体は吐出管２０で合流されて排出される。
このポンプ１によれば、単一な羽根車５に吸入口２及び吐出口３を有する複数の圧縮室３３及び加圧部１６を設けることにより、１台のポンプ１内に複数のポンプ室９を簡潔で廉価な構成で製作できる等の特徴がある。
【００５１】
このようなポンプ１において、吸入管３０及び吐出管２０には前記実施形態のものと同様な構成を以て、気体供給装置６の吸気供給バルブ具５１並びにリリーフバルブ７５と絞り部７０を設けている。
従って上記ポンプ１によれば、気体供給装置６を介して吸入管３０内に供給された気体は、各ポンプ室９内で流体中に混入され、気体混合流体を吐出口３で合流させて多量に排出することができる。
【００５２】
尚、図示例ではポンプ１内に２つのポンプ室９を形成したが、羽根車５の径を大きく変更することにより、それ以上の数のポンプ室９を簡単に製作することができると共に、各ポンプ室９の性能を自由に設定することができる。また各ポンプ室９が有する吸入口２並びに吐出口３には、それぞれ単独な吸入管３０と吐出管２０を設けることもでき、この場合には１台のポンプ１によって複数箇所から流体を吸い込み且つ複数箇所に流体の吐出を行うことができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成した加圧遠心ポンプの気体等の混入構造にしているので、次のような効果を奏する。
気体供給装置が吐出口側の流体圧によって気体等を吸入口を介しポンプ室内に供給し、流体圧の低下に伴い気体等の供給を停止するので、キャビテーションを防止し流体と気体等との混合を促進して排出すると共に、運転停止時等にポンプ室内の気体残留を抑制することができる。
【００５４】
また吐出管に設けた絞り部によって、ポンプ室内の流体に吐出抵抗を簡単に付与することができ、運転初期におけるポンプ室内の流体圧の上昇を速やかに行い、気体供給装置による気体の混入を流体の吐出初期から行う。
【００５５】
吐出管に設けたリリーフバルブは、ポンプ室内の設定値以上の流体圧の増大を防止し気体の混入を行い易くすると共に、ホースや羽根車等のトラブルを防止することができる。
【００５６】
また吸入口から加圧仕切り壁に至る加圧面の中途部において、流体及び気体等を変向加圧面によって羽根側に変向流動させるので、圧力低下を伴うことなく両者を混合させ吐出口から吐出する。また供給した気体をポンプ室内で持ち回ることなく排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気体等の混入構造を備えた加圧遠心ポンプの正面図である。
【図２】図１のポンプを一部破断して示す左側面図である。
【図３】図１のポンプ室内の構成を示す断面図である。
【図４】図１のケース構造を示す斜視図である。
【図５】ポンプ室の構成を展開して示す展開断面図である。
【図６】気体供給装置の吸気供給バルブ具の構成を示す断面図である。
【図７】リリーフバルブの構成を示す断面図である。
【図８】圧縮室の要部の構成を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は図４のＡーＡ線断面図、（Ｂ）は図４のＢーＢ線断面図、（Ｃ）は図４のＣーＣ線断面図である。
【図９】別実施形態に係わる加圧遠心ポンプと、その気体等の混入構造を示す正面図である。
【図１０】図９のケース構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ポンプ（加圧遠心ポンプ）
２ 吸入口
３ 吐出口
４ ケース
４ａ 加圧ケース
４ｂ 羽根車ケース
５ 羽根車
６ 気体供給装置
９ ポンプ室
１６ 加圧部
１９ 羽根
２０ 吐出管
３０ 吸入管
３３ 圧縮室
３５ 加圧仕切り壁
３６ 加圧面
３６ａ 第２加圧面
３７ 羽根室
３９ 変向加圧面
５１ 吸気供給バルブ具
７５ リリーフバルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプケース内で羽根車を回転させ気体と液体等を吸入・吐出する加圧遠心ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エアー或いは水，油等の液体の吸入，吐出を行う遠心ポンプは、液体をケース内で羽根車によって単に加速回転させて吐出するだけなので、流量に対して吐出流体の流体圧を増大させることが困難であり、これを改善できる加圧遠心ポンプを、本願出願人は特開２００２ー８９４７７号公報で示されるように提案した。
この公報で示される加圧遠心ポンプは、吸入口と吐出口を有するドラム状のケース内で、複数の羽根を放射状に形成した羽根車に対向せしめ、吸入口側から羽根側に向けて収束した圧縮室を形成する加圧面と、羽根の側面に近接して羽根室内の流体の漏出を防止する加圧仕切り壁を形成した加圧部を設け、吸入口から吸入した流体を羽根車と加圧部で形成されるポンプ室内で加圧し、吐出口から吐出する構成になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のような構成による遠心ポンプで、例えば吸入口側から水を吸い込み、この水に空気を供給しポンプ室内で加圧混合させて、吐出口の吐出管から空気混入流体（空気混入水）を吐出し、例えば頑固な付着物や汚れのある魚網等の被洗浄物を洗浄する場合に、この遠心ポンプは液体中に供給した空気の気泡が大きいために均一に混合されないこと、及びキャビテーションが発生し易い等の欠点がある。
【０００４】
また上記公報で示される加圧遠心ポンプで空気の混入を試みたところ、空気はポンプ室内で小さな気泡になって攪拌混合され、洗浄作業等を高性能に行うことができると共に、溶存酸素量を増大できることが認められたが、空気がポンプ室内で圧縮されながら持ち回りされることによる騒音等の発生があった。
そして何れのポンプも、例えば吐出管に連結されるホース並びにノズル等の吐出管路系統の抵抗等の条件とは別途に、運転初期から停止時における羽根車の回転変動に伴う流体圧の変化によって、流体中に空気を供給するタイミングや量を誤ると気体混入流体の吐出性能が低下し、そのコントロールが煩雑になる等の課題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記従来の問題点を解消するために本発明による加圧遠心ポンプの気体等の混入構造は、第１に、吸入口２と吐出口３を有するドラム状のケース４内に、複数の羽根１９を放射状に形成した羽根車５と、羽根車５に対向し吸入口２側から羽根１９側に向けて収束する圧縮室３３を形成した加圧面３６と、羽根１９の側面に近接して羽根室２７内の流体の漏出を防止する加圧仕切り壁３５を形成した加圧部１６を対設し、吸入口２から吸入した流体を羽根車５と加圧部１６で形成されるポンプ室９内で加圧し吐出口３から吐出する加圧遠心ポンプにおいて、前記吐出口３側の流体圧の増大によって気体等を吸入口２内に供給する気体供給装置６を設けたことを特徴としている。
【０００６】
第２に、吐出口３に接続される吐出管２０に、ポンプ室９内の流体圧を高める絞り部７０を設けたことを特徴としている。
【０００７】
第３に、吐出管２０に、ポンプ室９内の設定値以上の流体圧の増大を防止するリリーフバルブ７５を設けたことを特徴としている。
【０００８】
第４に、吸入口２から加圧仕切り壁３５に至る加圧面３６の中途部に、部分的な急傾斜面からなり流体及び気体等を羽根１９側に急速に変向流動させる変向加圧面３９を形成したことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４において符号１は、本発明に係わる気体等の混入構造を備えた加圧遠心型のポンプであり、吸入口２と吐出口３を有したドラム型のケース４と、該ケース４内で回転可能に軸支された羽根車５と、ケース４内に空気等の気体を供給する気体供給装置６等からなる。
このポンプ１は、ポンプ軸７の一側を原動機側から駆動して羽根車５を図２の矢印方向に回転させ、水，油等の任意な液体と、空気他任意な気体或いはこれらに加えて薬剤等の粉体類を前記液体と共に吸入口２側からケース４内のポンプ室９に吸入し、液体中に気体等を攪拌混合しながら加圧付勢し吐出口３から吐出する。
【００１０】
以下各部の詳細な構成及び作用等について詳述する。尚、この実施形態では流体を水とし、混入する気体は空気として説明する。
先ず、図示例のケース４は、吸入口２を有する加圧ケース４ａと、吐出口３を有する羽根車ケース４ｂとを左右一対として分割形成してなり、両者の接合部及び対向部にリング状のシール部材１０並びに後述する耐磨耗性部材１１を介装して組付け、取付ネジ等の固定具１３で複数箇所を締着することにより、気密構造のポンプ室９を構成している。
【００１１】
羽根車ケース４ｂは、円盤状の側壁１５の外周に羽根車５と後述する加圧ケース４ａの加圧部１６を内嵌する巾の周壁１７を一体的に形成し、周壁１７は吐出口３を羽根車５の羽根巾に対向する所定部位に複数の羽根１９，１９・・に跨がる所定の長さに穿設している。この吐出口３には流体の吐出方向に湾曲し収束指向させた吐出管２０を一体的に設けている。
【００１２】
また側壁１５の外側にはポンプ軸７を支持する支持部２１，２２を一体的に連結している。支持部２２は左右の軸受部（ベアリング）２３によってポンプ軸７をポンプ室９の中心部に位置させて軸支している。２３ａは軸受部２３の側面に設けたシール板であり、２３ｂはメカニカルシールであり、２４は漏水排出用のドレン孔である。
ポンプ軸７はポンプ室９内の軸端に、複数の羽根１９を放射方向に同心円内に突設した羽根車５を、取付ネジ及びナット等からなる取付部２５によって着脱可能に取付固定している。このとき羽根板２６側は側壁１５に近接させ、羽根１９は周壁１７と小隙を有して近接させている。
【００１３】
羽根車５は、図２，図５で示すようにポンプ軸７への取付け部材を兼ねる円筒状のボス部２７ａの一側に、円盤状の羽根側壁となる羽根板２６を一体的に形成し、このボス部２７ａ及び羽根板２６から、各放射状の羽根１９を所定間隔毎に突出させて、各羽根１９の間に流体を内包させる羽根室２７を形成している。
そして、羽根車５に放射状に設けられる羽根１９の形状は、羽根車回転方向上流側（以下上流側という）に向けて略直線状面で後退傾斜させていると共に、加圧ケース４ａ側になる側端を基部側よりも羽根車回転方向下流側（以下下流側という）に向けて掬い角を有するように先行させて偏寄した形状にしている。
【００１４】
これにより、羽根車５の回転に伴う流体の吸い込みを吸入口２から掻込み易くしていると共に、羽根室２７内での流体の回転保持を確実にし、且つこれが吐出口３部位に至るとき、羽根室２７内の流体を後退傾斜させた羽根形状によって遠心力を加えながら押し出し付勢をし、流体の放射方向への加圧吐出を流体圧を高めて効率よく行なう。
また羽根車５は羽根車ケース４ｂに装着した際に、ボス部２７ａ及び羽根１９の側端を略同高さに形成しており、上記ボス部２７ａの端面は後述する加圧ケース４ａの中心部に形成した平坦面状の仕切壁２９の端面と近接状態にし、両者間に耐磨耗性部材１１を介装しシールドしている。２６ａは羽根板２６の適所に穿設した複数の通し孔であり、この通し孔２６ａを介し羽根室２７内の流体をメカニカルシール２３ｂ側に流通可能にしている。
【００１５】
次に図３〜図５を参照し加圧ケース４ａについて説明する（注：図５はポンプの圧縮室３３と羽根１９との関係を示す展開模式図で、吐出管２０とガイド部材５０はポンプ軸側に９０°倒伏させた状態で示されている。）。この加圧ケース４ａは、吸入管３０を有するケース蓋部３１と加圧部１６とを一体的に形成し、羽根車５を組付けた羽根車ケース４ｂの開口部に加圧部１６を嵌挿した状態で、ケース蓋部３１と周壁１７を固定具１３で締着することによってケース４を閉鎖するようにしている。
これにより、加圧部１６と羽根車５との間に、流体を吸入口２から大きな抵抗を伴うことなく吸入し、吸入した流体を加圧しながら、羽根車５を介し吐出口３から吐出するポンプ室（加圧室）９を形成する。
【００１６】
即ち、図５で示すようにポンプ室９は、上流始端部において吸入口２に接続され、流体の吸入を促進させる吸入室３２と、その下流終端側を構成して流体の加圧を行う圧縮室３３とからなり、また圧縮室３３の終端と吸入室３２の始端部との間に、羽根室２７内の流体の漏出を防止し、吸入室３２と圧縮室３３を仕切る加圧仕切り壁３５を設け、前記仕切壁２９と同一面をなす平坦面状に形成し設けている。
これにより、羽根車５のボス部２７ａの端面側にある仕切壁２９周りには、吸入室３２と圧縮室３３及び加圧仕切り壁３５を一連に形成している。
【００１７】
加圧部１６の内端面には、吸入口２側から加圧仕切り壁３５に至る範囲に加圧面３６を形成し、該加圧面３６は羽根車５の回転方向下流側に向けて後述する形状の斜面に形成され、ポンプ室９に吸入室３２側から徐々に羽根車５の羽根１９の端面に漸次近接して圧縮室３３を収束形成する。
これにより、吸入口２側から流体をポンプ室９内に吸入し、各羽根室２７内に保持する流体を、複数の羽根１９によって圧縮室３３を介し徐々に加圧しながら回転方向に加速吐出させる。
【００１８】
圧縮室３３は、加圧仕切り壁３５の始端部に位置する圧縮終了点３７まで形成しており、これにより吸入室３２から回転方向下流側に加速されて流出する流体を、加圧面３６に沿わせて羽根室２７内に誘導し、ポンプ室９内において急激な圧縮抵抗等を伴うことなく加圧し、吐出口３から加圧流体を押し出す。
【００１９】
そして、図２，図４，図５で示すように加圧面３６は、吸入口２から加圧仕切り壁３５に至る中途部に、流体及び気体を羽根１９側に向けて急速に収束案内させるより急傾斜からなる段状断面の変向加圧面３９を形成し、該変向加圧面３９と加圧仕切り壁３５との間に楔状断面に収束する第２加圧面３６ａを形成している。
図示例の変向加圧面３９は圧縮終了点３７の上流側で吐出口３の始端部側に位置させることにより、圧縮室３３内の流体を中途から急速に吐出口３側に送るので、ポンプ室９内で吐出口３が位置する部位の、流体の吐出による圧力の低下を防止し、流体の吐出及び気体供給装置６を介して供給される空気の加圧排出を円滑に行い、また混入空気による騒音の発生とキャビテーションの発生等を抑制する。
【００２０】
即ち、変向加圧面３９は、仕切壁２９側から外側に向け羽根車回転方向上流側に後退傾斜する斜面とし、加圧面３６を放射方向に横断している。
また図５で示すように変向加圧面３９は、周方向断面形状を回転方向下流側に指向する斜面或いは滑らかなアール面にし、加圧面３６から羽根１９の端面側に向け昇り勾配状に突出形成することにより、加圧面３６と第２加圧面３６ａを滑らかに接続している。
【００２１】
この構成により、吸入口２から供給された流体は、収束する圧縮室３３内で羽根１９に掻き回されながら加圧面３６に沿って順次加圧されながら羽根室２７内に導かれて加圧下で渦流にされ、混入された空気（気泡）の微細化が促進されて下流側に流動する。
そして、下流側に移行する流体及び空気の気泡は、上記変向加圧面３９の形状によって加圧面３６の中途部で衝撃的な接当抵抗を生じることなく、羽根１９側に向けてスムースに変向流動して羽根室２７内にスムースに誘導される。
【００２２】
従って、加圧面３６に沿って圧縮終了点３７まで流れようとする気泡は、加圧面３６の中途部から離れて変向された流体中に小さな気泡になって混入した状態で、羽根室２７内に強制的且つ速やかに流入し、この後は羽根１９側に近接した第２加圧面３６ａによって吐出口３側に送り込まれ、その結果気泡が圧縮終了点３７以後加圧仕切り壁３５と羽根１９の端面との間に多量に流れ込むことによる騒音の発生や、気泡の破裂等による羽根１９の損耗等を防止する。
【００２３】
尚、この際図５で示すように、変向加圧面３９は吐出口３に対面し上流側に設けることが、気泡を効率よく吐出する上で望ましい。
また気体供給装置６から供給された空気は、ポンプ室９内で長く滞留して持ち回しされることなく一回転毎に吐出口３から排出されるので、ポンプ１内での空気との混合及び吐出性能が向上すると共にキャビテーションも防止することができる。
【００２４】
次に加圧仕切り壁３５について説明する。この加圧仕切り壁３５は、複数の羽根１９に近接する側で平坦面の終端を、薄肉に延長させた延長加圧仕切り壁３５ａを形成している。この延長加圧仕切り壁３５ａは図２，図５で示すように、側面視で吸入室３２の始端に位置し、吸入口２の中途部迄を覆う長さに徐々に先鋭に形成し、延長加圧仕切り壁３５ａの裏側を滑らかなアール状の吸入案内面として吸入室３２の始端側に絞り状の供給口を形成している。
この構成により圧縮室３３側の長さを短くすることなく、加圧仕切り壁３５の面積をできるだけ拡大させて、流体圧の圧力維持をより確実に行うと共に、吸い込み効率を向上させる。
【００２５】
また加圧面３６の始端部側の上記吸入案内面と対向する面は、その下流側に比してやや急傾斜の吸入案内面３６ｂに形成し、流体を羽根車５の回転方向下流側に向けて吸入初期の抵抗を低減させ効率よく吸い込むようにしている。
また図２で示すように吸入口２は、羽根車５の回転方向に沿った長軸の楕円形状とすることにより、流体の吸入量の促進と吸入抵抗の低減を図っている。
【００２６】
これによれば、相隣合う後退傾斜の羽根１９で放射方向に拡開状に形成される羽根室２７は、内部の流体が加圧面３６によって順次内周側に向けて徐々に加圧されるので、流体は急激に加圧されることなく羽根車５に対する加圧衝撃負荷を抑制すると共に、羽根室２７内の流体全体の加圧の促進と保持を行い、流体が吐出口３に至るとき最高圧力に高め、遠心押出作用と相挨って勢いよく多量に吐出することができる。
また圧縮室３３は、複数の羽根室２７に跨がって近接する平坦面状の加圧仕切り壁３５を連続的に形成し、該加圧仕切り壁３５で圧縮終了後の複数の羽根室２７を塞ぎ流体の漏出を防止するので、圧縮室３３側の圧力を維持させてその吐出を確実に行う。尚、参考迄に圧縮室３３の要部の断面形状を図８において模式的に図示する。
【００２７】
次に、羽根車ケース４ｂの吐出口３について説明する。この吐出口３は圧縮室３３の終端部側、即ち変向加圧面３９と第２加圧面３６ａ及び加圧仕切り壁３５に対向する位置で、羽根車ケース４ｂの周壁１７に長孔状に開口している。
そして、吐出口３はその長さ方向の中途部適所に流体の吐出案内を行うガイド部材５０を設けている。この加圧部１６は流体の種類或いは、羽根１９の枚数並びに形状等によるポンプ特性に適応させて流体抵抗を低減した、例えば湾曲形状で設けることにより、流体を上流側のものから乱流を防止しながら順次スムースに整流状態で下流側に誘導し、周壁１７の外周に着脱可能に取付固定した吐出管２０から機外に吐出するようにしている。
【００２８】
次に図３，図６を参照し気体供給装置６について説明する。この気体供給装置６は、図６で示す構成の吸気供給バルブ具５１の吸気室５２を供給管５３を介し吸入管３０に連結し、供給制御室５５を制御管５６を介し吐出管２０に連結している。
上記供給制御室５５と吸気室５２はバルブ本体５７内に設け、両者を仕切壁５９によって上下に区画形成している。
供給制御室５５は、円盤状のピストン部６０とピン状のバルブ部６１で一体的に形成したバルブ６２を上下作動可能に内装している。
【００２９】
そして供給制御室５５は、ピストン部６０の上方に形成される補助供給制御室５５ａを導管６３を介し機外と連通させ、内装したスプリング６５によってバルブ６２を下方に向けて押圧付勢している。
上記バルブ６２のバルブ部６１は、仕切壁５９の中心部にスライド可能に挿通し、機外に通ずる導管（給気口）６６を有する吸気室５２内において、下端部に形成した先鋭部（バルブ面）で、供給管５３内に形成される通孔（バルブ孔）６３の入口を開閉可能に閉鎖している。
【００３０】
この構成によりポンプ１の運転に伴い流体が吐出口３から吐出され、流体の吐出圧を制御管５６を介して供給制御室５５内に伝えられ、これがスプリング６５で設定された制御圧力よりも高くなると、流体圧をピストン部６０が受けてスプリング６５に抗しバルブ６２を上動する。このバルブ６２の上動によってバルブ部６１が供給管５３を開くと、導管６６を介し吸気室５２から気体（空気）を、吸い込み方向に流れている吸入口２内の流体中に供給し混入する。（図５）
【００３１】
また供給制御室５５内の流体圧が上記設定圧より低い場合に、スプリング６５の付勢力によってバルブ６２は気体供給停止状態に復帰するので、ポンプ室９内の流体圧が低い運転時、例えば運転初期や吸入口側系統の詰まりにより流量が少ない場合等に、気体を供給しないので流体圧の速やかな上昇を妨げない。
またポンプ１の運転停止時に流体圧の低下に伴い気体の供給を自動的に停止するので、ポンプ１内の気体残留に起因する始動不良や種々の劣損を防止できる。
【００３２】
また図２，図３で示すように吐出管２０は、前記制御管５６を連結する流体圧検知孔６７の流体吐出方向下流側に絞り部７０を設置し、該絞り部７０によって吐出管２０内に吐出抵抗を予め付与し、特に運転初期において、ポンプ室９内の流体圧の上昇を速やかに行うことができるようにしている。
即ち、図示例の絞り部７０は吐出管２０の内周面でリング状に突出する突起条に形成しており、この絞り部７０の突出量を調節操作具７１の操作によって変更可能とする吐出圧設定構造７２にしている。
【００３３】
従って、絞り部７０の突出量を大きくした場合には、羽根車５の駆動回転初期において吐出管２０側で吐出抵抗を付与し、ポンプ室９内の流体圧を速やかに高めるので、流体圧を前記流体圧検知孔６７及び制御管５６を介して供給制御室５５に伝えることができ、供給制御室５５の内圧を高めてバルブ６２を上動させバルブ孔６３を開き、機外の空気を導管６６及び吸気室５２並びにバルブ孔６３を介して吸入管３０内に供給する。
【００３４】
これにより、例えば吐出管２０に連結されるホース並びにノズル等の吐出管路系統の抵抗等の条件とは別途に、ポンプ１は運転初期から気体を流体に混入した状態で安定よく吐出することができるから、気体混入流体を用いた各種の洗浄や処理作業を高性能に行うことができる。
尚、図示例の絞り部７０は吐出圧設定構造７２によって吐出管２０の内周面の突出量を変更可能にしたが、絞り部７０は吐出管２０内の通路を局部的に狭める突起物を固定状態で設けることもできる。
【００３５】
また吐出口３には図７で示す構成のリリーフバルブ７５を設け、ポンプ室９内で過大な圧力の発生による無理やトラブルを防止するようにしている。
即ち、リリーフバルブ７５は、開閉可能に閉鎖されたバルブ本体７６内に仕切壁７７を設け、その上下に圧力検知室７８を区画形成し、両室は仕切壁７７に穿設した通孔８０を介して連通している。
また圧力検知室７８は吸入管３０にバイパス管７９ａを介して接続する排出管７９を備え、円盤状のピストン部８１とピン状の下部を先鋭にしたバルブ部８２からなるバルブ８３を上下作動可能に設け、バルブ部８２の下部に形成した先鋭部で、バルブ本体７６に設けた排出管８４の排出孔８５を開閉可能に閉鎖している。
【００３６】
そして、導管８６を介し機外に通ずる補助圧力検知室７８ａ内にスプリング８７を設け、該スプリング８７によってバルブ部８３を下方に向けて押圧付勢している。このリリーフバルブ７５は上記排出管８４を介して吐出口３に接続した吐出管２０の取付孔２０ａに着脱可能に取付固定している。
この構成によってリリーフバルブ７５は、ポンプ室９内の圧力がスプリング８７で設定された値より大きくなると、吸入口２内の圧力が排出孔８５を介してバルブ部６１に伝わりスプリング８７に抗してバルブ８３を押し上げ、排出孔８５を開放し通孔８０，圧力検知室７８，排出管７９を介し、流体の一部をバイパス管７９ａから吸入管３０に返流して排出する。
【００３７】
これにより、流体圧の設定値以上の上昇を防止し空気の混入を行い易くすると共に、ポンプ室９内の羽根車５やシール部並びにメタル部等に過大な負荷を掛けることを防止する。またポンプ室９内の圧力が所定圧力より低下すると、スプリング８７が再びバルブ８３を下動してバルブ部６１によって排出孔８５を閉鎖するので、ポンプ１の定常運転を安定的に行う。
また吐出口３に連結されるホース系統の過負荷や例えば絞り部７０の操作ミスがあったような場合でも、ホースや羽根車５の破損等のトラブルを未然に防止することができる。
【００３８】
次に、上記のように構成したポンプ１の使用態様並びに作用等について説明する。先ず、駆動源により羽根車５を回転駆動すると、各羽根１９が吸入口２から流体を羽根室２７内に掻き込んで吸い込むと共に、各羽根室２７に流体を収容した状態で持ち回り連続的にポンプ室９内に至らせる。
ここで圧縮室３３内の流体は、加圧面３６に沿って加圧され羽根室２７内に圧力を高めながら入り込むことになり、次いで加圧仕切り壁３５に至ると、羽根室２７内の流体は最高圧にされた状態で吐出口３に至り、加圧面３６の形状及び羽根１９の回転による押し出し力と遠心力を付加されて送り出される。
【００３９】
このとき、圧縮室３３の終端に設けた加圧仕切り壁３５は複数の羽根室２７に跨がる長さにしていると共に、該加圧仕切り壁３５に延長させた延長加圧仕切り壁３５ａを設け、且つ吐出口３を吸入口２の回転方向上流側において複数の羽根室２７に跨がる長孔状に形成しているので、羽根車５は複数の羽根室２７内に加圧流体を収容保持でき、これを長孔状の吐出口３から同時に吐出するから、簡潔な構成を以て流量及び流圧を共に高くして吐出することができる。
【００４０】
また羽根車５は羽根１９をボス部２７ａと羽根板２６とから放射方向に後退傾斜させて一体的に突設し、相隣なる羽根１９間で形成される羽根室２７の側面と周面を開放させ、且つ吐出口３を羽根室２７に対向する羽根車ケース４ｂの周壁１７に形成しているので、ポンプ室９内で流体を各羽根室２７内に確実に収容させて回転方向の加圧を促進し、遠心力によって吐出口３から流体の吐出を円滑に行う。尚、この際図５で示すように、羽根１９は回転方向と対向する面（表側）に所定の角度に掬い角を設けて、その基部側の肉厚を先端側より厚くすると共に、羽根裏側基部に大きなアール面を形成することが望ましく、これにより羽根１９の強度と流体の排出性能をより向上できる。
【００４１】
このようなポンプ１において、吐出口３側の流体圧の増大によって気体を吸入口２内に供給する気体供給装置６を設けた混入構造にしているので、ポンプ１が運転されて流体が吐出口３から吐出され流体の吐出圧が増大すると、気体供給装置６によって空気を自動的に吐出口３側に供給し流体中に混入する。そして、流体圧が低下すると気体供給装置６は空気の供給を停止するので、ポンプ室９内の流体圧が低い運転時に、空気混入に伴う流体圧のさらなる低下を防止すると共に、ポンプ１の運転停止時にも気体の供給を自動的に停止するので、ポンプ室９内の気体残留を抑制することができる。
【００４２】
このようなポンプ１において、羽根車５と加圧部１６で形成されるポンプ室９内の流体圧を高める絞り部７０を吐出管２０に設けたことにより、絞り部７０は吐出管２０内で流体に吐出抵抗を付与するので、ホース系統に流体を充填することによって得られる吐出抵抗に大きく依存することなく、運転初期におけるポンプ室９内の流体圧の上昇を速やかに行い、気体供給装置６による空気の混入を流体の吐出初期から円滑に行うことができる。
【００４３】
さらに、吐出管２０に流体圧の設定値以上の増大を防止するリリーフバルブ７５を設けたことにより、ポンプ室９は流体圧が設定値以上の上昇を防止されて略一定に維持されるから、気体供給装置６による空気の混入をスムースに行うことができる。
また流体圧が所定値より低下するとリリーフバルブ７５を閉鎖し、流体圧の上昇を促しポンプ１の定常運転を円滑に行うと共に、気体供給装置６の上記絞り部７０の操作ミスがあった場合にも、ポンプ室９内の過大な流体圧の増大を防止し羽根車５等のトラブルを防止する。
【００４４】
そして、ポンプ１は上記のような構成の混入構造によって供給した空気を、収束する圧縮室３３内で羽根１９に掻き回されながら渦流となり加圧面３６に沿って順次加圧される流体中に混入するので、吸入口２側から大きな気泡状態で供給された空気は、流体の加圧と渦流によって砕かれながら微細な気泡状態になって流体中に均一に混入され勢いよく吐出されるから、従来のポンプに空気を混入した場合に比べ、多量の空気を混入した運転を安定的に行うことができる。
従って、空気混入流体による洗浄処理や曝気作用を伴うような浄水処理他各種の処理を高性能に行うことができる。
【００４５】
また吸入口２から加圧仕切り壁３５に至る加圧面３６の中途部に、流体及び気体等を羽根１９側に変向移行させる変向加圧面３９を形成したポンプ１は、下流側に移行する流体及び空気を加圧面３６の中途部で、羽根１９側に向けて変向移行させ羽根室２７内に誘導し、吐出口３からこの部の圧力低下を伴うことなく吐出するので、空気が加圧仕切り壁３５と羽根１９間に多量に流れ込むことによる境界での激しい掻き回しを抑制し、騒音の発生やポンプ効率の低下を防止することができる。
【００４６】
このような変向加圧面３９を加圧面３６に形成したポンプ１は、体積比で流体中に約３０％程度の空気混入或いはそれ以上の空気混入の可能性を確認することができた。またこのポンプ１で多量の空気を混入した場合、流体と微細気泡による泡状流体を連続的に吐出することができ、これを用いた各種の処理を促進できると認められた。
そして上記空気の混入構造を備えたポンプ１は、大気中の空気を混入する場合の実施形態について説明したが、空気に限定することなく各種のガス体又はこれらと粉粒体を混入してもよく、また薬液や消化液，養液等の液体を供給し混入することもでき、利便性を有しその用途分野を拡大することができる。
【００４７】
次に、図９，図１０を参照し本発明の別実施形態に係わるポンプ１について説明する。尚、上記実施形態のものと同様な構成については説明を省略する。
このポンプ１は上記実施形態のものと同様にケース４内に軸支した羽根車５に対し、対となる吸入口２と加圧部１６と吐出口３等からなる一連の圧縮室３３を複数対に対向させて設置することにより、単一の羽根車５による流体の吸い込み及び排出を簡単な構成を以て多量に行うと共に、気体供給装置６の設置により流体中に気体を混入し排出するようにしている。
【００４８】
即ち、図示例のポンプ１は上記一連の圧縮室３３を複数室（２室）備え、各吸入口２と吐出口３を上下又は左右の回転対称位置に２つ分を形成したもの示す。図９で示されるように加圧ケース４ａは、上下対称位置に吸入管３０を有する吸入口２を形成し、羽根車５に対向する半周範囲に一連の圧縮室３３を形成する吸入口２と加圧面３６と変向加圧面３９と第２加圧面３６ａと加圧仕切り壁３５等からなる加圧部１６を設けている。尚、図示例では各吸入口２に接続される２つの吸入管３０は１つの吸入管３０から分岐したものを示している。
【００４９】
一方羽根車ケース４ｂは、その上下対称位置で吐出管２０を有する吐出口３を、上記２つの加圧部１６が備える各変向加圧面３９の部位に対向させて穿設形成している。そして、一方の吐出口３側に設けられ吐出方向に開口される吐出管２０の基部に対し、他方の吐出口３に設けた吐出管２０を吐出方向に延長させて一体的に接続した構成にしている。
【００５０】
これにより、２つの吸入口２から吸入された流体は、ポンプ室９内で対称形状に形成された圧縮室３３及び加圧部１６を介し、各吐出口３から前記実施形態のものと同様に加圧排出され、各吐出口３から排出される流体は吐出管２０で合流されて排出される。
このポンプ１によれば、単一な羽根車５に吸入口２及び吐出口３を有する複数の圧縮室３３及び加圧部１６を設けることにより、１台のポンプ１内に複数のポンプ室９を簡潔で廉価な構成で製作できる等の特徴がある。
【００５１】
このようなポンプ１において、吸入管３０及び吐出管２０には前記実施形態のものと同様な構成を以て、気体供給装置６の吸気供給バルブ具５１並びにリリーフバルブ７５と絞り部７０を設けている。
従って上記ポンプ１によれば、気体供給装置６を介して吸入管３０内に供給された気体は、各ポンプ室９内で流体中に混入され、気体混合流体を吐出口３で合流させて多量に排出することができる。
【００５２】
尚、図示例ではポンプ１内に２つのポンプ室９を形成したが、羽根車５の径を大きく変更することにより、それ以上の数のポンプ室９を簡単に製作することができると共に、各ポンプ室９の性能を自由に設定することができる。また各ポンプ室９が有する吸入口２並びに吐出口３には、それぞれ単独な吸入管３０と吐出管２０を設けることもでき、この場合には１台のポンプ１によって複数箇所から流体を吸い込み且つ複数箇所に流体の吐出を行うことができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成した加圧遠心ポンプの気体等の混入構造にしているので、次のような効果を奏する。
気体供給装置が吐出口側の流体圧によって気体等を吸入口を介しポンプ室内に供給し、流体圧の低下に伴い気体等の供給を停止するので、キャビテーションを防止し流体と気体等との混合を促進して排出すると共に、運転停止時等にポンプ室内の気体残留を抑制することができる。
【００５４】
また吐出管に設けた絞り部によって、ポンプ室内の流体に吐出抵抗を簡単に付与することができ、運転初期におけるポンプ室内の流体圧の上昇を速やかに行い、気体供給装置による気体の混入を流体の吐出初期から行う。
【００５５】
吐出管に設けたリリーフバルブは、ポンプ室内の設定値以上の流体圧の増大を防止し気体の混入を行い易くすると共に、ホースや羽根車等のトラブルを防止することができる。
【００５６】
また吸入口から加圧仕切り壁に至る加圧面の中途部において、流体及び気体等を変向加圧面によって羽根側に変向流動させるので、圧力低下を伴うことなく両者を混合させ吐出口から吐出する。また供給した気体をポンプ室内で持ち回ることなく排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気体等の混入構造を備えた加圧遠心ポンプの正面図である。
【図２】図１のポンプを一部破断して示す左側面図である。
【図３】図１のポンプ室内の構成を示す断面図である。
【図４】図１のケース構造を示す斜視図である。
【図５】ポンプ室の構成を展開して示す展開断面図である。
【図６】気体供給装置の吸気供給バルブ具の構成を示す断面図である。
【図７】リリーフバルブの構成を示す断面図である。
【図８】圧縮室の要部の構成を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は図４のＡーＡ線断面図、（Ｂ）は図４のＢーＢ線断面図、（Ｃ）は図４のＣーＣ線断面図である。
【図９】別実施形態に係わる加圧遠心ポンプと、その気体等の混入構造を示す正面図である。
【図１０】図９のケース構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ポンプ（加圧遠心ポンプ）
２ 吸入口
３ 吐出口
４ ケース
４ａ 加圧ケース
４ｂ 羽根車ケース
５ 羽根車
６ 気体供給装置
９ ポンプ室
１６ 加圧部
１９ 羽根
２０ 吐出管
３０ 吸入管
３３ 圧縮室
３５ 加圧仕切り壁
３６ 加圧面
３６ａ 第２加圧面
３７ 羽根室
３９ 変向加圧面
５１ 吸気供給バルブ具
７５ リリーフバルブ
Claims (4)
- 吸入口（２）と吐出口（３）を有するドラム状のケース（４）内に、複数の羽根（１９）を放射状に形成した羽根車（５）と、羽根車（５）に対向し吸入口（２）側から羽根（１９）側に向けて収束する圧縮室（３３）を形成した加圧面（３６）と、羽根（１９）の側面に近接して羽根室（２７）内の流体の漏出を防止する加圧仕切り壁（３５）を形成した加圧部（１６）を対設し、吸入口（２）から吸入した流体を羽根車（５）と加圧部（１６）で形成されるポンプ室（９）内で加圧し吐出口（３）から吐出する加圧遠心ポンプにおいて、前記吐出口（３）側の流体圧の増大によって気体を吸入口（２）内に供給する気体供給装置（６）を設けた加圧遠心ポンプの気体等の混入構造。
- 吐出口（３）に接続される吐出管（２０）に、ポンプ室（９）内の流体圧を高める絞り部（７０）を設けた請求項１の加圧遠心ポンプの気体等の混入構造。
- 吐出管（２０）に、ポンプ室（９）内の設定値以上の流体圧の増大を防止するリリーフバルブ（７５）を設けた請求項１又は２の加圧遠心ポンプの気体等の混入構造。
- 吸入口（２）から加圧仕切り壁（３５）に至る加圧面（３６）の中途部に、部分的な急傾斜面からなり流体及び気体等を羽根（１９）側に急速に変向流動させる変向加圧面（３９）を形成した請求項１又は２又は３の加圧遠心ポンプの気体等の混入構造。
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