JP2005075064A - ウォータージェットポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】キャビテーションを低減させてポンプ効率の向上を図ることのできるウォータージェットポンプを提供する。
【解決手段】回転駆動されるインペラ３２が円筒状のハウジング３１内に設けられたウォータージェットポンプ３０において、インペラ３２の、ハウジング３１の内面３１ａ１と対向する外周面のエッジ部３２ｒにＲを付けることにより、インペラ外周面とハウジング内面３１ａ１との間をインペラ前面側に向けて通る水流の圧力変動を和らげてキャビテーションの発生を低減させポンプ効率を向上させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウォータージェットポンプ（以下単にジェットポンプともいう）に関する。より詳しくは、船舶の推進装置として用いられるジェットポンプに関し、特に、そのキャビテーション対策技術に関するものである。

従来のジェットポンプとして、回転駆動されるインペラが円筒状のハウジング内に設けられたものが知られている（例えば特許文献１〜２）。インペラが回転駆動されることでジェット水流が発生し、船舶が推進される。
この種のジェットポンプにおいては、ポンプ効率を向上させることが望まれるため、従来のジェットポンプでは、図７に示すように、インペラ１の外周面１ａとハウジング２の内面２ａとの間の隙間Ｃを極力狭くしてポンプ効率を向上させるべく、インペラ１の、ハウジング２の内面２ａと対向する外周面１ａは、その全面がハウジング内面２ａと平行になるように鋭く切削加工されていた。したがって、インペラ１のエッジ部１ｅにＲは設けられていなかった。
特開２００３−８９３９４号公報（要約、図３） 特開２００２−８７３８５号公報（要約、図１〜４）

従来のジェットポンプでは、図７に示すようにインペラ１の、ハウジング２の内面２ａと対向する外周面１ａ全面がハウジング内面２ａと平行になるように鋭く切削加工されていたため、インペラ１が回転駆動されると、インペラ１の背面側１ｂの高圧水Ｗが、インペラ１の外周面１ａとハウジング２の内面２ａとの間の狭い隙間Ｃに一気に入り込み、さらにこの狭い隙間Ｃから、低圧側であるインペラ１の前面側１ｆへと一気に押し出されるため、その大きな圧力変動によってキャビテーションが発生しやすく、その気泡がインペラ１の背面側に回り込むことにより、結果としてポンプ効率が低減するという課題があった。
なお、上記特許文献２のものでは、インペラ外周面において、インペラの背面側と前面側とを連通する連通部を設けることによりキャビテーションを低減させようとしているが、そのような連通部を設けると、その分だけポンプ効率が低減するという難点がある。
本発明の目的は、上記のような課題を解決し、キャビテーションを低減させてポンプ効率の向上を図ることのできるウォータージェットポンプを提供することにある。

本発明のウォータージェットポンプは、上記の目的を達成するため、回転駆動されるインペラが円筒状のハウジング内に設けられたウォータージェットポンプにおいて、前記インペラの、ハウジング内面と対向する外周面エッジ部にＲを付けたことを特徴とする。
望ましくは、前記インペラを前記ハウジング内に支持するインペラシャフトの軸受けを、アンギュラ軸受けで構成する。
また望ましくは、前記Ｒの大きさを０．５ｍｍ以下とする。

本発明のウォータージェットポンプによれば、インペラの、ハウジング内面と対向する外周面エッジ部にＲを付けてあるので、インペラが回転駆動され、インペラの背面側の高圧水が、インペラ外周面とハウジング内面との間の狭い隙間に入り込み、さらにこの狭い隙間から、低圧側であるインペラ前面側へと押し出される際の圧力変動が和らげられる。
このため、キャビテーションの発生が低減され、結果としてポンプ効率が向上することとなる。
しかも、キャビテーションの発生が低減される結果として、インペラ外周付近に生じるエロージョン（壊蝕）も抑制される。
また、前記インペラを前記ハウジング内に支持するインペラシャフトの軸受けを、アンギュラ軸受けで構成した場合には、軸受け部の外径を小さくできる。
したがって、ポンプ容量（ポンプ能力）を確保しつつインペラの外径を小さくすることによりインペラ外周面の周速を小さくでき、結果として、インペラ外周面のエッジ部にＲを付けてあることによる上記作用と相まってキャビテーションの発生を一層低減してポンプ効率を一層向上させることができる。
また、前記Ｒの大きさを０．５ｍｍ以下とすることにより、圧力漏れを防止しつつキャビテーションの発生を低減させ、ポンプ効率をより確実に向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るウォータージェットポンプの一実施の形態を用いた小型滑走艇の一例を示す一部切り欠き概略側面図、図２は同じく概略平面図である。

これらの図（主として図１）に示すように、この小型滑走艇１０は、鞍乗り型小型船舶であり、船体１１上のシート１２に乗員が座り、スロットルレバー付きの操舵ハンドル１３を握って操行可能である。
船体１１は、ハル１４とデッキ１５とを接合して内部に空間１６を形成した浮体構造となっている。空間１６内において、ハル１４上には、エンジン２０が搭載され、このエンジン２０で駆動される推進手段としてのウォータージェットポンプ３０がハル１４の後部に設けられている。

ジェットポンプ３０は、船底に開口した取水口１７から船体後端に開口した噴流口３１ｃ２およびディフレクタ３８に至る流路１８内に配置されたインペラ３２を有しており、インペラ３２の駆動用のシャフト（ドライブシャフト）２２がエンジン２０の出力軸２１にカプラ２３を介して連結されている。したがって、エンジン２０によりカプラ２３およびドライブシャフト２２を介してインペラ３２が回転駆動されると、取水口１７から取り入れられた水が噴流口３１ｃ２からディフレクタ３８を経て噴出され、これによって船体１１が推進される。エンジン２０の駆動回転数、すなわちジェットポンプ３０による推進力は、前記操作ハンドル１３のスロットルレバー１３ａ（図２参照）の回動操作によって操作される。ディフレクタ３８は、図示しない操作ワイヤーで操作ハンドル１３と連係されていて、ハンドル１３の操作で回動操作され、これによって船体１１の進路を変更することができる。

図３はジェットポンプ３０を示す断面図である。
この図に示すように、ジェットポンプ３０は、船体１１の底部に設けられた取水口１７（図１参照）に連通する流路１８を形成する円筒状のハウジング（ステータダクト）３１と、このハウジング３１内に配置されたインペラ３２と、ハウジング３１内に設けられたインペラの軸受け部３３と、この軸受け部３３の後端を塞ぐキャップ３４とを備えている。
ジェットポンプ３０は、ハウジング３１の前部に形成されたフランジ部３１ｄをハル１４に図示しないボルトで固定することによりハル１４に対して着脱可能に装着されている。

ハウジング３１は、インペラ収容部３１ａと、軸受け収容部３１ｂと、ノズル部３１ｃ（図１参照）とを有しており、インペラ収容部３１ａと軸受け収容部３１ｂとは一体に構成されている。軸受け収容部３１ｂ内に静翼３１ｂ１を介して前記軸受け部３３が一体的に形成されている。

インペラ３２は、そのボス部３２ａの前部が、ドライブシャフト２２の後端に形成されたスプライン２２ｂに係合しており、ドライブシャフト２２と一緒に回転する。このドライブシャフト２２は、その先端部が前述したように船体１１に搭載されたエンジン２０の出力軸２１にカプラ２３（図１）を介して連結されている。
一方、軸受け部３３には、インペラ３２のボス部３２ａの後部３２ｂを支持するインペラシャフト３５が前後の軸受け部材（図示のものはボールベアリング）６１，６２を介して回転可能（自転自在）に支持されている。インペラシャフト３５の先端には雄ネジ３５ａが形成されており、この雄ネジ３５ａがインペラ３２のボス部後部３２ｂに形成されている雌ネジと螺合していることによって、インペラ３２とインペラシャフト３５とが結合されている。
したがって、インペラ３２は、そのボス部３２ａの前部がシャフト２２に結合され、ボス部の後部３２ｂがインペラシャフト３５に結合されていて、これらシャフト２２およびインペラシャフト３５と一緒に回転する。
前述したようにドライブシャフト２２がエンジン２０で駆動されることでインペラ３２が回転駆動され、水流が後方Ｒへ噴出されることで船体１１が前方Ｆへ推進されるので、インペラシャフト３５に対してはこれを前方Ｆへ引っ張ろうとするスラスト力が作用する。
そこでこの実施の形態では、前後の軸受け部材６１，６２の内、インペラシャフト３５のスラスト力を受ける後側の軸受け部材６２を前側の軸受け部材６１に比べて大型の軸受け部材で構成してある。

インペラシャフト３５の外周にはカラー４０が装着されており、このカラー４０とハウジングの軸受け部３３との間には防水シール３７が設けられている。したがって、軸受け部３３とカラー４０との間から軸受け部３３内に水が侵入するということはない。
また、カラー４０は、防水シール４２を介してインペラ３２のボス部の後部３２ｂに連結されている。したがって、カラー４０とインペラ３２のボス部の後部３２ｂとの隙間Ｃ１からインペラシャフト３５の外周面に向かって水が侵入するということもない。
防水シール４２は、カラー４０の外周面に形成されたリング状の凹溝４１に装着されたＯリングで構成されている。

インペラのボス部３２ａ内には、インペラシャフト３５の前端３５ｂとドライブシャフト２２の後端２２ｃとの間において、ドライブシャフト後端２２ｃに対する緩衝体５０が設けられており、この緩衝体５０の外周部は、インペラシャフト３５をインペラのボス部３２ａに螺合させる際に、インペラシャフト３５側からドライブシャフト２２側に向けて空気が逃げる形状としてある。
具体的には、緩衝体５０はゴムで構成される。
緩衝体５０は、インペラのボス部３２ａにおけるネジ穴３２ｃとの嵌合部５１と、インペラのボス部３２ａの内周面に密着する大径部５３とを有しており、前記嵌合部５１の外周面から大径部５３の中途部まで至る空気逃がし溝５４が形成されている。
このような空気逃がし溝５４が形成されていると、インペラシャフト３５をインペラのボス部３２ａに螺合させる際に、インペラシャフトの前端３５ｂと緩衝体５０との間にある空気（あるいはグリース）が、インペラシャフト３５の螺合に伴って上記空気逃がし溝５４に案内され、この空気逃がし溝５４の先端部５５から上記大径部５３を多少変形させてドライブシャフト２２側に向けて逃げることとなる。ドライブシャフト２２とインペラシャフト３５とはスプラインで係合されているので、上記空気（あるいはグリース）はスプラインに沿って逃げることができる。
なお、インペラシャフト３５をインペラのボス部３２ａに螺合させた後は、緩衝体５０は、その大径部５３がインペラのボス部３２ａの内周面に密着することから、ドライブシャフト２２側からインペラシャフト３５側に侵入しようとする水を遮断する役割も果たす。

キャップ３４の前部には、前記軸受け部３３の後部への挿入部（筒状部）３４ｂが形成されているとともに、ネジ３６の挿入穴３４ｃが３つ（１つのみ図示）の形成されている。筒状の挿入部３４ｂには、Ｏリング３４ｅの装着溝３４ｂ１が形成されている。
したがって、キャップ３４は、筒状の挿入部３４ｂにＯリング３４ｅを装着してこの挿入部３４ｂを軸受け部３３の後部へ挿入（圧入）し、ネジ３６によって軸受け部３３の後部に装着される。
キャップが装着された状態では、軸受け部３３への水の侵入は上記Ｏリング３４ｅによって遮断される。
また、キャップ３４の軸受け部３３との当接面には、部分的な切り欠き３４ｄが３カ所（１つのみ図示）に形成されており、メンテナンス時には、上記ネジ３６を外し、この切り欠き３４ｄに工具（例えばドライバ）の先を差し込んでキャップ３４を容易に取り外すことができるようになっている。

キャップ３４を取り外した状態で、上述したインペラシャフト３５，前後の軸受け部材６１，６２、およびカラー４０は、一体となって軸受け部３３に対してその後方から組み込まれる。
より詳しく説明すると、軸受け部３３には、軸受け部材６１、６２を収容する円筒状の軸受け室３３ａが形成されており、この軸受け室３３ａの前部には第１の段部３３ｂが形成され、後部には第１の段部３３ｂよも大径の第２の段部３３ｃが形成されている。
一方、インペラシャフト３５の前部にはカラー４０および前側の軸受け部材６１が装着され、後部には後側の軸受け部材６２が装着される。なお、６３は前側の軸受け部材６１の止め輪、６４は後側の軸受け部材６２の止め輪である。
インペラシャフト３５の後部にはフランジ３５ｃが一体に形成されているので、インペラシャフト３５に対しては、予め（インペラシャフト３５等を軸受け部３３に組み込む前に）その前方側から、後側の軸受け部材６２，その止め輪６４，前側の軸受け部材６１のための止め輪６３，前側の軸受け部材６１，およびカラー４０の順でこれらをインペラシャフト３５に装着しておき、これらの組立体を、軸受け部３３に対して後方から装着する。
インペラシャフト３５の後端には、工具のための平面部３５ｄが形成されているので、これを利用して（平面部３５ｄに工具を係合させて）インペラシャフト３５を回転させ、その前部の雄ネジ３５ａをインペラ３２のボス部後部３２ｂに形成されている雌ネジと螺合させて締め付けることによって、上記インペラシャフト３５等からなる組立体が軸受け部３３に装着される。

装着された状態では、前側の軸受け部材６１は軸受け部３３内において第１の段部３３ｂと止め輪６３との間に位置するが、前側の軸受け部材６１のインナーレース６１ａと止め輪６３との間には隙間Ｃ２が形成されるようになっている。したがって、インペラシャフト３５に作用するインペラ３２からの引っ張り力（スラスト力）は、前側の軸受け部材６１には基本的に作用しない。
一方、後側の軸受け部材６２は、そのインナーレース６２ａの後部がインペラシャフト３５のフランジ３５ｃに当接し、アウターレース６２ｂの前部が第２の段部３３ｃに当接し、これらフランジ３５ｃと第２の段部３３ｃとで挟圧された状態となる。したがって、インペラシャフト３５に作用するインペラ３２からの引っ張り力（スラスト力）は、後側の軸受け部材６２に作用し、この後側の軸受け部材６２（したがって第２の段部３３ｃによって）によって受けられることとなる。
そこでこの実施の形態では前述したように、前後の軸受け部材６１，６２の内、インペラシャフト３５のスラスト力を受ける後側の軸受け部材６２を前側の軸受け部材６１に比べて大型の軸受け部材で構成してある。

図４にも示すように、インペラ３２の、ハウジング３１の内面３１ａ１と対向する外周面３２ｄのインペラ軸方向エッジ部にはＲを付けてある。そのＲ部を符号３２ｒで示す。

このようなウォータージェットポンプ３０によれば、インペラ３２の、ハウジング３１の内面３１ａ１と対向する外周面３２ｄのエッジ部（３２ｒ）にＲを付けてあるので、インペラ３２が回転駆動され、インペラ３２の背面側３２ｂの高圧水Ｗが、インペラ外周面３２ｄとハウジング内面３１ａ１との間の狭い隙間Ｃに入り込み、さらにこの狭い隙間Ｃから、低圧側であるインペラ前面側３２ｆへと押し出される際の圧力変動が和らげられる。
このため、キャビテーションの発生が低減され、結果としてポンプ効率が向上することとなる。
しかも、キャビテーションの発生が低減される結果として、インペラ３２の外周付近に生じるエロージョン（壊蝕）も抑制される。
前記Ｒの大きさは０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。
Ｒが０．５ｍｍ以上であると、インペラ３２の背面側３２ｂから前面側３２ｆへの圧力抜けが生じやすくなってしまう。一方、Ｒを設けないと、前述したようにキャビテーションが生じてしまう。
したがって、Ｒの大きさは、エッジをなくす程度（切削加工等でエッジ部に生じたバリを除去する程度）以上０．５ｍｍ以下とすることが望ましく、より望ましくは、０．３ｍｍ程度とする。
この実施の形態では、Ｒ＝０．３ｍｍ程度としてある。

図５，図６は、それぞれジェットポンプジェットポンプ３０のさらに好ましい実施の形態を示す断面図である。
これらの実施の形態が上述した実施の形態と異なる点は、インペラシャフト３５の支持構造にあり、その他の点に変わりはない。
前述したようにドライブシャフト２２がエンジン２０で駆動されることでインペラ３２が回転駆動され、水流が後方Ｒへ噴出されることで船体１１が前方Ｆへ推進されるので、インペラシャフト３５に対してはこれを前方Ｆへ引っ張ろうとするスラスト力が作用する。
そこでこれらの実施の形態では、インペラシャフト３５の軸受け部材を、アンギュラ玉軸受けで構成した。
図５に示すものは、複列のアンギュラ玉軸受け６５で構成し、このアンギュラ玉軸受け６５をインペラシャフト３５のフランジ３５ｃと軸受け部３３の段部３３ｂ１とで保持している。
図６に示すものは、２つの単列アンギュラ玉軸受け６６，６７で構成し、前側の軸受け６６については軸受け部３３の段部３３ｂ１とインペラシャフト３５の前側の段部３５ｆとで保持し、後ろ側の軸受け６７についてはインペラシャフト３５の後側の段部３５ｇと、軸受け部３３の後部に螺合された止めナット６８とで保持している。
これらの実施の形態のようにインペラシャフト３５をアンギュラ玉軸受けで構成することにより、軸受け部３３の外径を小さくできる。
したがって、ポンプ容量（ポンプ能力）を確保しつつインペラ３２の外径を小さくすることによりインペラ外周面３２ｄ（図４参照）の周速を小さくでき、結果として、インペラ外周面３２ｄのエッジ部（３２ｒ）にＲを付けてあることによる上記作用と相まってキャビテーションの発生を一層低減してポンプ効率を一層向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能である。

本発明に係るウォータージェットポンプの一実施の形態を用いた小型滑走艇の一例を示す一部切り欠き概略側面図。 同じく概略平面図。 ジェットポンプを示す断面図。 作用説明図（図３の部分拡大図）。 他の実施の形態の断面図。 他の実施の形態の断面図。 課題の説明図。

符号の説明

３０ ウォータージェットポンプ
３１ ハウジング
３１ａ１ ハウジング内面
３２ インペラ
３２ｄ 外周面
３２ｒ エッジ部

Claims (3)

1. 回転駆動されるインペラが円筒状のハウジング内に設けられたウォータージェットポンプにおいて、前記インペラの、ハウジング内面と対向する外周面のインペラ軸方向エッジ部にＲを付けたことを特徴とするウォータージェットポンプ。
2. 前記インペラを前記ハウジング内に支持するインペラシャフトの軸受けを、アンギュラ軸受けで構成したことを特徴とする請求項１記載のウォータージェットポンプ。
3. 前記Ｒの大きさを０．５ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１または２記載のウォータージェットポンプ。

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