JP2008240655A - ポンプの羽根車構造 - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車の外周部から前面シュラウドとポンプケース間の隙間を通じて吸入口マウス部側に環流する流体の帰還経路を遮蔽しながら、羽根車のスムーズな回転動作を確保すること。
【解決手段】羽根車１４の外周部１４ａから前面シュラウド２０とポンプケース６間の隙間３０を通じて吸入口マウス２２内に環流する帰還経路Ｂの途中に遮蔽部材２５を設け、該遮蔽部材２５は、上記隙間３０に対向する対向面の一方に取り付けられる摺動部２６と、他方に取り付けられて摺動部２６に対して密着状態で摺接する摺接部２７と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構造に関するものである。

従来より、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１参照）。

ところで、この種の遠心ポンプ１では、例えば図６に示すように、羽根車１４と防水隔壁８との間の水路部６０や、前面シュラウド２０とケーシング壁面６ａとの間の隙間３０に存在する水は、本来のポンプ作用には関係しないが、羽根車１４が高速で回転するため、特に隙間３０に存在する水が流体の吸込力を阻害する要因となる。つまり、羽根１３，１３……の回転によって流体が外周方向Ａへ圧送される際に、吸入口マウス部２２付近が負圧となり、そのために外周方向Ａへ圧送された流体の一部が、図６（ｂ）のように羽根車１４の外周部１４ａから羽根車１４とポンプケース６間の隙間３０を通じて吸入口マウス部２２内に環流する所謂、帰還経路Ｂが形成され、これによって吸込口３から吸入口マウス部２２への流体の吸込が阻害されることとなり、結果、揚水性能及びポンプ効率を低下させるという問題が生じる。なお図６（ａ）中の２は本体ケース、３は吸込口、４は吐出口、８は防水隔壁、７はモータ部、９はロータ、１０はステータである。

そこで、上記特許文献１に示された従来例では、羽根車１４とポンプケース６のケーシング壁面６ａとの間の隙間３０を小さくすることで、隙間３０からの流体の逆流を極力防止しようとしているが、特にポンプの小型化を図る場合は隙間管理のみによって流体の環流防止を図ることは困難になるという問題があった。
特開２００５−４８６７５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、羽根車の外周部から吸入口マウス部側に環流する帰還経路を遮蔽しながら、羽根車のスムーズな回転動作を確保でき、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の向上が図られ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、上記前面シュラウド２０の吸入口マウス部２２がポンプケース６の吸込口３周囲に設けた環状凹部２３内に遊嵌状態で嵌入されてなるポンプの羽根車構造であって、上記羽根車１４の外周部１４ａから前面シュラウド２０とポンプケース６との隙間３０を通じて吸入口マウス部２２内に環流する帰還経路Ｂの途中に遮蔽部材２５を設け、該遮蔽部材２５は、上記隙間３０に対向する対向面の一方に取り付けられる摺動部２６と、他方に取り付けられて上記摺動部２６に対して密着状態で摺接する摺接部２７と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、羽根車１４の外周部１４ａから吸入口マウス部２２側に環流する帰還経路Ｂを遮蔽部材２５にて遮蔽できるため、たとえ吸入口マウス部２２付近に大きな負圧が発生しても、帰還経路Ｂを遮蔽することで、流体が環流する現象を防止できる。しかも帰還経路Ｂを遮蔽するために従来のように隙間管理が不要となるため、ポンプを小型化する際に上記隙間３０が狭くなることで羽根車１４とポンプケース６間に摩擦抵抗が発生する事態を回避できるなど、ポンプの小型化が容易となる。さらに、帰還経路Ｂを遮蔽する遮蔽部材２５は、摺動部２６と摺接部２７とが密着状態で摺接するものであるから、流体の環流を防止しながら羽根車１４のスムーズな回転動作を確保できるようになる。

また、上記遮蔽部材を構成する摺動部２６と摺接部２７が、吸入口マウス部２２とポンプケース６の環状凹部２３との対向面に固着されているのが好ましく、この場合、摺動部２６と摺接部２７とが軸受と軸受板として機能することにより、吸入口マウス部２２とポンプケース６の構造を殆ど変えることなく摺動部２６と摺接部２７とを容易に固着できるようになると共に、流体の環流を防止しながら、ポンプケース６の環状凹部２３に対する吸入口マウス部２２のスムーズな回転動作を確保できるようになる。

また、上記遮蔽部材を構成する摺動部２６と摺接部２７が、前面シュラウド２０の外縁部２０ａ側とポンプケース６のケーシング壁面６ａとの対向面に固着されているのが好ましく、この場合、前面シュラウド２０とポンプケース６のケーシング壁面６ａの構造を殆ど変えることなく摺動部２６と摺接部２７とを容易に取着できるようになると共に、流体の環流を防止しながら、ポンプケース６に対する前面シュラウド２０のスムーズな回転動作を容易に確保できるようになる。

本発明は、羽根車の前面シュラウドとポンプケース間の隙間を、流体環流防止機能と羽根車摺動機能とを有する遮蔽部材を用いて遮蔽したことにより、羽根車の外周部から吸入口マウス部内に環流する帰還経路を遮蔽しながら、羽根車のスムーズな回転動作を確保でき、結果、揚水性能及びポンプ効率の向上が図られると共に、従来のような隙間管理が不要となり、ポンプを小型化する場合でもポンプを小型化した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。

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。吸入口マウス部２２の口径は、吸込口３の出口部よりも大きく形成されている。

ここで本発明においては、図２に示すように、ポンプケース６の吸込口３側に、吸入口マウス部２２を遊嵌状態で嵌入するための環状凹部２３が凹設されている。この環状凹部２３の内側壁はスカート形状に垂下しており、その下端は吸入口マウス部２２の上端部よりも低い位置まで突出しており、吸入口マウス部２２の上端部が通水抵抗とならないようにしている。

一方、羽根車１４の前面シュラウド２０とポンプケース６との隙間３０の途中に、該隙間３０を遮蔽するための遮蔽部材２５が設けられている。本例の遮蔽部材２５は、流体環流防止機能と羽根車摺動機能とを有するものであり、前面シュラウド２０側に取り付けられる摺動部２６と、ポンプケース６側に取り付けられて上記摺動部２６に対して密着状態で摺接する摺接部２７とで構成されている。なお摺接部２７を前面シュラウド２０側に取り付け、摺動部２６をポンプケース６側に取り付けてもよい。図１、図２の例では、吸入口マウス部２２の軸方向Ｃの先端部に、吸入口マウス部２２と同心円状をした円筒形状の摺動部２６が取り付けられており、摺動部２６が吸入口マウス部２２の一部を構成している。一方、ポンプケース６の環状凹部２３の軸方向Ｃの奥端部に、摺動部２６と同心円状をした円板形状の摺接部２７が取り付けられている。摺動部２６は例えば、カーボンを含む樹脂からなり、摺接部２７は例えば、セラミックからなる。

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。

このとき、羽根１３，１３……の回転によって流体が外周方向Ａへ圧送される際に、吸入口マウス部２２付近が負圧となり、そのために外周方向Ａへ圧送された流体の一部が、羽根車１４の外周部１４ａから羽根車１４とポンプケース６間の隙間３０を逆流しようとするが、本発明では、前面シュラウド２０とポンプケース６間の隙間３０が流体環流防止機能と羽根車摺動機能とを有する遮蔽部材２５にて遮蔽されているため、たとえ吸入口マウス部２２付近に大きな負圧が発生しても、羽根車１４の外周部１４ａから上記隙間３０を通じて吸入口マウス部２２内に環流する帰還経路Ｂが遮蔽される。これにより、吸入口マウス部２２側へ流体が環流する現象を防止でき、結果、揚水性能及びポンプ効率が向上する。

しかも、帰還経路Ｂを遮蔽するために従来のような隙間３０の管理を行なう必要がないため、ポンプを小型化する際に、羽根車１４とポンプケース６との間に摩擦抵抗が発生することもなくなり、ポンプの小型化も容易となる。

また本例では、吸入口マウス部２２の一部を摺動部２６にて構成し、一方、ポンプケース６の環状凹部２３の一部を摺接部２７にて構成しているので、吸入口マウス部２２とポンプケース６の構造を殆ど変えることなく摺動部２６と摺接部２７とを容易に取着できるようになると共に、摺動部２６と摺接部２７とが軸方向Ｃに摺接する軸受と軸受板として機能するので、流体の環流を防止しながら、ポンプケース６に対する吸入口マウス部２２のスムーズな回転動作を容易に確保できる利点もある。

図３は図２の変形例であり、遮蔽部材２５を構成する摺動部２６と摺接部２７とが、吸入口マウス部２２の内面側とこれに対向するポンプケース６の環状凹部２３の内側壁との間の径方向Ｄの隙間部分に取り付けられている。摺動部２６及び摺接部２７の材質は図２と同様である。本例では、吸入口マウス部２２の内周面に凹設した環状凹所２２ｂ内に、吸入口マウス部２２と同心円状をした円筒形状の摺動部２６を固着することで、摺動部２６が吸入口マウス部２２の内周面の一部を構成するものであり、一方、ポンプケース６の環状凹部２３の内側に、摺動部２６と同心円状をした円板形状の摺接部２７を固着して、この摺接部２７を環状凹部２３の内側壁として用いるものである。なお摺接部２７を吸入口マウス部２２側に取り付け、摺動部２６をポンプケース６側に取り付けてもよい。しかして、吸入口マウス部２２とポンプケース６の構造を殆ど変えることなく摺動部２６と摺接部２７とを容易に取着できるようになると共に、摺動部２６と摺接部２７とが径方向Ｄに摺接する軸受と軸受板として機能するので、流体の環流を防止しながら、ポンプケース６に対する吸入口マウス部２２のスムーズな回転動作を容易に確保できる利点がある。

図４は更に他の実施形態であり、遮蔽部材２５を構成する摺動部２６と摺接部２７とが、前面シュラウド２０の外縁部２０ａとこれに対向するポンプケース６のケーシング壁面６ａとの間の軸方向Ｃの隙間部分に取り付けられている。なお摺動部２６及び摺接部２７の材質は図２、図３と同様である。本例では、前面シュラウド２０の外縁部２０ａの表面部分に、前面シュラウド２０の外縁部２０ａと同心円状をした円板形状の摺動部２６を固着している。この摺動部２６は隙間３０と略同じ厚みをしている。一方、ポンプケース６のケーシング壁面６ａに凹設した環状凹所６ｃ内に、摺動部２６と同心円状をした円板形状の摺接部２７が固着されており、この摺接部２７がケーシング壁面６ａの一部を構成している。なお摺接部２７を前面シュラウド２０側に取り付け、摺動部２６をケーシング壁面６ａ側に取り付けてもよい。しかして、前面シュラウド２０とポンプケース６のケーシング壁面６ａの構造を殆ど変えることなく摺動部２６と摺接部２７とを容易に取着できるようになると共に、摺動部２６と摺接部２７とが軸方向Ｃに摺接する軸受と軸受板として機能するので、流体の環流を防止しながら、ポンプケース６に対する吸入口マウス部２２のスムーズな回転動作を容易に確保できる利点がある。

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に遮蔽部材を付加した場合の断面図である。 同上の吸入口マウス部とポンプケースの環状凹部との隙間部分に同上の遮蔽部材を配置した場合の一例を説明する要部断面図である。 他の実施形態であり、同上の遮蔽部材を吸入口マウス部の内周面とポンプケースの環状凹部の内側壁との間に配置し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、同上の遮蔽部材を前面シュラウドの外縁部側の表面とポンプケースのケーシング壁面との間に配置し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。 （ａ）は従来の遠心ポンプの断面図であり、（ｂ）は帰還経路による弊害を説明する要部断面図である。

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
６ａ ケーシング壁面
７ モータ部
１３ 羽根
１４ 羽根車
１４ａ 羽根車の外周部
２０ 前面シュラウド
２０ａ 前面シュラウドの外縁部
２１ 後面シュラウド
２２ 吸入口マウス部
２３ 環状凹部
２５ 遮蔽部材
２６ 摺動部
２７ 摺接部
３０ 隙間
７０ 流体通路
Ａ 外周方向
Ｂ 帰還経路

Claims (3)

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、上記前面シュラウドの吸入口マウス部がポンプケースの吸込口周囲に設けた環状凹部内に遊嵌状態で嵌入されてなるポンプの羽根車構造であって、上記羽根車の外周部から羽根車とポンプケース間の隙間を通じて吸入口マウス部内に環流する帰還経路の途中に遮蔽部材を設け、該遮蔽部材は、羽根車とポンプケースとの対向面の一方に取り付けられる摺動部と、他方に取り付けられて上記摺動部に対して密着状態で摺接する摺接部と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. 上記遮蔽部材を構成する摺動部と摺接部とが、吸入口マウス部とポンプケースの環状凹部との対向面に固着されていることを特徴とする請求項１記載のポンプの羽根車構造。
3. 上記遮蔽部材を構成する摺動部と摺接部とが、前面シュラウドの外縁部側とポンプケースのケーシング壁面との対向面に固着されていることを特徴とする請求項１記載のポンプの羽根車構造。
   

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