JP2008240651A - ポンプの羽根車構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、吸入口マウス部内の通水抵抗の低減を防止でき、低コストで揚水性能及びポンプ効率の向上が図られると共に、ポンプを小型化する場合でもポンプ性能を向上させること。
【解決手段】吸入口マウス部２２の内周面２２ａに、その回転方向Ｅに間隔をあけて複数個の溝４０を設け、該溝４０は、回転方向Ｅと直交方向に延びた縦溝４０Ａ、或いは、回転方向Ｅ前方に向かってＶ字形状に開いた横Ｖ字溝４０Ｂのいずれかで構成されているポンプの羽根車構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプの羽根車構造に関し、詳しくは例えば液体を圧送する遠心ポンプに用いられる羽根車の吸入口マウス部の構造に関するものである。

従来から、水を吸い込むための吸込口と、水を排出する吐出口とを有するポンプケースと、本体ケースと、ポンプケースと本体ケースとの間に設けられた防水隔壁とを有し、羽根車から突出する吸入口マウス部をポンプケースの吸込口側に遊嵌状態で嵌入し、モータによって羽根車を回転させて、吸入口マウス部から羽根車内部に水を吸い込み、羽根車の外周方向に設けた吐出口から排出するようにした遠心ポンプが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

ところで、この種の遠心ポンプでは、回転する複数の羽根により遠心力が付与されて、吸込口から羽根車の中心に位置する円筒形状の吸入口マウス部を通って羽根車内の流体通路に吸入され、さらに羽根車の外周方向へ圧送されて吐出口から吐出されるものであるが、流体が円筒形状の吸入口マウス部内を通過する過程において、吸入口マウス部の口径が小さい場合は圧力損失が生じやすくなる。特にポンプを小型化する場合は、吸入口マウス部の口径が小さくなり、このため吸入口マウス部内の通水抵抗が増大して、流体のエネルギー損失が大きくなり、流体速度の低下により揚水性能及びポンプ効率が低下する要因となる。
特開２００５−４８６７５号公報 特開平８−６８３９４号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、簡単な構造で、吸入口マウス部内の通水抵抗の低減を防止でき、低コストで揚水性能及びポンプ効率の向上が図られると共に、ポンプを小型化する場合でもポンプ性能を容易に向上させることができるポンプの羽根車構造を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するために本発明は、流体を吸排する羽根車１４を内蔵したポンプ部５と、ポンプ部５を収納すると共に流体の吸込口３と吐出口４とを備えたポンプケース６と、羽根車１４を回転駆動するモータ部７とを備え、上記羽根車１４は、中央部に円筒状の吸入口マウス部２２が突設された前面シュラウド２０と、前面シュラウド２０に対向する後面シュラウド２１と、両シュラウド２０，２１間に設けられてその中心側から外周側に向けて放射状に延設された複数の羽根１３，１３……とを具備したポンプの羽根車構造であって、上記吸入口マウス部２２の内周面２２ａに、その回転方向Ｅに間隔をあけて複数個の溝４０を設け、該溝４０は、回転方向Ｅと直交方向に延びた縦溝４０Ａ、或いは、回転方向Ｅ前方に向かってＶ字形状に開いた横Ｖ字溝４０Ｂのいずれかで構成されていることを特徴としている。

このような構成とすることで、吸入口マウス部２２内を流体が通過する過程で、吸入口マウス部２２の内周面２２ａに設けた縦溝４０Ａ、或いは横Ｖ字溝４０Ｂの回転によって圧力が発生して、吸入口マウス部２２から羽根車１４内へ流入する流体が増圧されるようになり、これにより吸入口マウス部２２内の通水抵抗が低減されて流体のエネルギー損失を抑えることができる。従って、吸入口マウス部２２の口径を小さくした場合でも、ポンプ性能を容易に向上させることができる。

また本発明は、上記吸入口マウス部の内周面に、吸入口マウス部２２の回転方向Ｅに間隔をあけて複数個のディンプル４０Ｃを分散して凹設したことを特徴としている。

このような構成とすることで、吸入口マウス部２２内を流体が通過する過程で、吸入口マウス部２２の内周面２２ａに設けた複数個のディンプル４０Ｃの回転によって、吸入口マウス部２２の内周面２２ａの境界層が乱流となり、これにより吸入口マウス部２２内の通水抵抗が低減されて流体のエネルギー損失を抑えることができる。従って、吸入口マウス部２２の口径を小さくした場合でも、ポンプ性能を容易に向上させることができる。

本発明は、羽根車の吸入口マウス部の内周面に、その回転方向に縦溝或いは横Ｖ字溝からなる溝を複数設けただけの簡単な構造で、吸入口マウス部の通水抵抗の低減を防止でき、低コストで揚水性能及びポンプ効率の向上が図られると共に、ポンプを小型化する場合でもポンプ性能を容易に向上させることができるものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

図５は、遠心ポンプ１を利用した冷却循環装置の一例であり、リザーブタンク５０内の流体（冷媒）は遠心ポンプ１によって冷却器５２へ送られて、発熱部品５３の熱を奪うことで温度が上昇し、その後、放熱器５４へ送られて冷やされ、温度が低下した状態で配管５１を通ってリザーブタンク５０へ戻される。このような冷却循環装置は遠心ポンプ１により流体を循環させて発熱部品５３を冷却するものである。

図１は本実施形態の遠心ポンプ１の一例を示しており、本体ケース２の上端には、流体を吸排するポンプ部５を内蔵するポンプケース６が配置されている。ポンプケース６には、吸込口３と吐出口４とが設けられ、吸込口３は図５のリザーブタンク５０の出側に配管接続され、吐出口４は図５の冷却器５２の入側に配管接続されている。ポンプケース６は例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のプラスチックやステンレス等の金属で構成されている。

本体ケース２内には、ポンプ部５の駆動源となるモータ部７が収納されている。本体ケース２内には防水隔壁８が設けられ、例えばアルミニウム等の金属や耐熱性プラスチック等で構成される。

上記モータ部７は、磁界を発生させる円筒形状のステータ１０と、そのステータ１０を制御する制御部１１と、ステータ１０及び制御部１１の露出を防ぐ蓋１２とを備えている。ステータ１０及び制御部１１は防水隔壁８の外側に配置されており、制御部１１は例えばトランスやトランジスタ等の電子部品を備えている。

一方、ポンプ部５には、流体を吸排するための羽根車１４が内蔵されている。

羽根車１４は、例えばＰＰＳ等のプラスチック等で構成され、円板状の前面シュラウド２０と後面シュラウド２１とが複数の羽根（インペラ）１３，１３……を介して溶着されたものであり、羽根１３，１３……間の空間が流体通路７０となっている。

上記複数の羽根１３，１３……は、後面シュラウド２１の中心側から外周側に向けて放射状に延設されている。本例の各羽根１３，１３……は、中心側から外周側に向かうほど羽根車の回転方向Ｅに対して後傾するように湾曲している。

後面シュラウド２１の中心側には小径筒部２１ｂが突設され、この小径筒部２１ｂの内側に焼成カーボン或いはモールドカーボンからなる円筒状の軸受１５が嵌入されており、軸受１５の内側に円柱形状の軸１６が挿入されている。この軸１６は例えばステンレス等の金属で構成され、軸１６の先端部がポンプケース６の軸支持部６ｂに回動自在に遊挿され、軸１６の後端部が防水隔壁８の底部中央側に嵌着されており、この軸１６が羽根車１４が回転中心となっている。

上記羽根車１４の軸受１５の両端には、セラミック等からなる中空円板形状の軸受板１７，１８が摺接しており、羽根車１４の回転により生じるスラスト荷重を軸受板１７，１８にて受け止めるようにしている。

上記後面シュラウド２１の外周側には、羽根車１４の中心と同心円状の大径筒部２１ａが突設され、大径筒部２１ａの外周側に円筒形状のロータ９が一体に取り付けられている。このロータ９は防水隔壁８を挟んでモータ部７のステータ１０と対向配置されている。ロータ９の外面には永久磁石が固定されており、上記ステータ１０が発生させた磁界によりロータ９が回転駆動され、ロータ９と一体の後面シュラウド２１が回転することで、羽根車１４全体が回転駆動する仕組みとなっている。なお図中の６１は後面シュラウド２１の内周側に設けた通水口であり、羽根車１４と防水隔壁８間の水路部６０の水を羽根車１４の流体通路７０に戻すようにしている。

上記羽根車１４の前面シュラウド２０の中心側には、ポンプケース６の吸込口３側に向けて突出する円筒状の吸入口マウス部２２が設けられている。この吸入口マウス部２２はポンプケース６に設けた環状凹部２３内に遊嵌自在に嵌入されている。

ここで本発明においては、上記羽根車１４の中心側に配置される吸入口マウス部２２の内周面２２ａに、その回転方向Ｅに間隔をあけて複数個の溝４０を設けてある。本例の溝４０は、図２に示すように、吸入口マウス部２２の回転方向Ｅと直交方向に延びた複数のの縦溝４０Ａで構成されている。この縦溝４０Ａは、吸入口マウス部２２内を流体が通過する過程で流体を増圧して、吸入口マウス部２２内の通水抵抗を低減する作用を付与するものであり、本例では各縦溝４０Ａの上端部が、吸入口マウス部２２の内周面２２ａの上端部に開放され、縦溝４０Ａの下端部が吸入口マウス部２２の内周面２２ａの下端部付近まで達している。なお縦溝４０Ａの数やピッチは特に限定されず、適宜設計変更自在である。

次に動作を説明する。制御部１１によりステータ１０に制御電流が印加されると、ステータ１０が磁界を発生させ、この磁界によりロータ９が回転駆動する。ロータ９が回転駆動すると、ロータ９と一体化された羽根車１４が回転駆動する。これにより吸込口３から流体が吸い込まれて、吸入口マウス部２２を通って羽根車１４内の流体通路７０に吸入されると共に回転する複数の羽根１３，１３……により外周方向Ａに向かう遠心力が付与されて、吐出口４から吐出される。

しかして、流体が吸入口マウス部２２内を通過する過程において、吸入口マウス部２２の口径が小さいと、圧力損失が生じやすくなるが、本発明では、吸入口マウス部２２の内周面２２ａに設けた複数の縦溝４０Ａが周方向に回転することで圧力が発生して、吸入口マウス部２２から羽根車１４内へ流入する流体が増圧されるようになり、これにより吸入口マウス部２２内の通水抵抗が低減されて流体のエネルギー損失を抑えることができるので、揚水性能及びポンプ効率の向上が図られる。しかも、吸入口マウス部２２の内周面２２ａに縦溝４０Ａを形成するだけの簡単な構造で、吸入口マウス部２２の通水抵抗を低減できるので、低コストで揚水性能及びポンプ効率の向上が図られると共に、ポンプを小型化する場合でもポンプ性能を向上させることができるものである。

図３は図２の縦溝４０Ａに代えて、吸入口マウス部２２の内周面２２ａにその回転方向Ｅ前方に向かってＶ字形状に開いた横Ｖ字溝４０Ｂを形成した場合の一例を示している。この横Ｖ字溝４０Ｂは、吸入口マウス部２２内を流体が通過する過程で、流体を増圧して、吸入口マウス部２２内の通水抵抗を低減する作用を付与するものであり、本例では、横Ｖ字溝４０Ｂの一端が吸入口マウス部２２の内周面２２ａの上端部に開放され、横Ｖ字溝４０Ｂの他端が吸入口マウス部２２の内周面２２ａの下端部付近で開放されている。なお横Ｖ字溝４０Ｂの深さ、大きさや数、ピッチは特に限定されず、適宜設計変更自在である。しかして、回転方向Ｅ前方に開いた複数の横Ｖ字溝４０Ｂが周方向に回転することで圧力が発生して、吸入口マウス部２２から羽根車１４内へ流入する流体が増圧されるようになり、これにより吸入口マウス部２２内の通水抵抗が低減されて流体のエネルギー損失を抑えることができるので、揚水性能及びポンプ効率の向上が図られる。しかも、吸入口マウス部２２の内周面２２ａに横Ｖ字溝４０Ｂを形成するだけの簡単な構造で、吸入口マウス部２２の通水抵抗を低減できるので、低コストで揚水性能及びポンプ効率の向上が図られると共に、ポンプを小型化する場合でもポンプ性能を向上させることができるものである。

図４は、上記溝４０に代えて、吸入口マウス部２２の内周面２２ａにその回転方向Ｅに分散させて複数のディンプル４０Ｃを形成した場合の一例を示している。このディンプル４０Ｃは、吸入口マウス部２２内を流体が通過する過程で、吸入口マウス部２２の内周面２２ａの境界層を乱流に変えることで、吸入口マウス部２２内の通水抵抗を低減する作用を付与するものであり、本例では、縦横にそれぞれ複数のディンプル４０Ｃが設けられている。なおディンプル４０Ｃの数やピッチは特に限定されず、適宜設計変更自在である。しかして、吸入口マウス部２２から羽根車１４内へ流体が流入する際に、吸入口マウス部２２の内周面に分散して複数設けたディンプル４０Ｃが回転することにより、吸入口マウス部２２内周面の境界層が乱流となることで、吸入口マウス部２２内の通水抵抗が低減されて流体のエネルギー損失を抑えることができるので、揚水性能及びポンプ効率の向上が図られる。しかも、吸入口マウス部２２の内周面２２ａにディンプル４０Ｃを分散形成するだけの簡単な構造で、吸入口マウス部２２の通水抵抗を低減できるので、低コストで揚水性能及びポンプ効率の向上が図られると共に、ポンプを小型化する場合でもポンプ性能を向上させることができるものである。

本発明の羽根車は、遠心ポンプに限らず、遠心送風機の分野にも広く適用可能である。

本発明の一実施形態に用いる遠心ポンプの吸入口マウス部の内周面に縦溝を設けた場合の断面図である。 同上の吸入口マウス部付近の要部断面図である。 他の実施形態であり、同上の吸入口マウス部の内周面に横Ｖ字溝を設けた場合の一例を説明する要部断面図である。 更に他の実施形態であり、同上の吸入口マウス部の内周面に複数のディンプルを設けた場合の一例を説明する要部断面図である。 同上の遠心ポンプを利用した冷却循環装置の説明図である。

符号の説明

１ 遠心ポンプ
３ 吸込口
４ 吐出口
５ ポンプ部
６ ポンプケース
７ モータ部
１３ 羽根
１４ 羽根車
２０ 前面シュラウド
２１ 後面シュラウド
２２ 吸入口マウス部
４０ 溝
４０Ａ 縦溝
４０Ｂ 横Ｖ字溝
４０Ｃ ディンプル

Claims (2)

1. 流体を吸排する羽根車を内蔵したポンプ部と、ポンプ部を収納すると共に流体の吸込口と吐出口とを備えたポンプケースと、羽根車を回転駆動するモータ部とを備え、上記羽根車は、中央部に円筒状の吸入口マウス部が突設された前面シュラウドと、前面シュラウドに対向する後面シュラウドと、両シュラウド間に設けられてその中心側から外周側に向けて放射状に延設された複数の羽根とを具備したポンプの羽根車構造であって、上記吸入口マウス部の内周面に、その回転方向に間隔をあけて複数個の溝を設け、該溝は、回転方向と直交方向に延びた縦溝、或いは、回転方向前方に向かってＶ字形状に開いた横Ｖ字溝のいずれかで構成されていることを特徴とするポンプの羽根車構造。
2. 流体を吸排する羽根車を内蔵したポンプ部と、ポンプ部を収納すると共に流体の吸込口と吐出口とを備えたポンプケースと、羽根車を回転駆動するモータ部とを備え、上記羽根車は、中央部に円筒状の吸入口マウス部が突設された前面シュラウドと、前面シュラウドに対向する後面シュラウドと、両シュラウド間に設けられてその中心側から外周側に向けて放射状に延設された複数の羽根とを具備したポンプの羽根車構造であって、上記吸入口マウス部の内周面に、その回転方向に間隔をあけて複数個のディンプルを分散して凹設したことを特徴とするポンプの羽根車構造。

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