JP2008522093A - Pump for positive pressure liquid - Google Patents
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Abstract
インペラ24を収容するポンプ室18を有する正圧液体用ポンプであって、インペラ24は、当該インペラ24の軸方向位置を規定する非回転支持部材48に対して軸方向に偏心している。シャフト42は、マグネットカップリング56,62を介して駆動シャフト64に連結することができる。The pump for positive pressure liquid has a pump chamber 18 that houses the impeller 24, and the impeller 24 is eccentric in the axial direction with respect to the non-rotating support member 48 that defines the axial position of the impeller 24. The shaft 42 can be connected to the drive shaft 64 via magnet couplings 56 and 62.
Description
本発明は、インペラを収容するポンプ室を有する正圧液体用ポンプに関する。 The present invention relates to a positive pressure liquid pump having a pump chamber that houses an impeller.
液体を沸点以上の温度で吸引すると、液体の蒸発を阻止するためには高圧を維持する必要がある。したがって、たとえば120℃の温水に用いられるポンプは、圧力損失がないものとして、たとえば0.25MPa(2.5bar)で操作しなければならない。10℃温度が上昇すると圧力を約0.1MPa増加させる必要がある。 When the liquid is sucked at a temperature higher than the boiling point, it is necessary to maintain a high pressure in order to prevent the liquid from evaporating. Therefore, for example, a pump used for hot water at 120 ° C. must be operated at 0.25 MPa (2.5 bar), assuming that there is no pressure loss. When the temperature rises by 10 ° C., it is necessary to increase the pressure by about 0.1 MPa.
インペラタイプのポンプの場合、ポンプ操作中にこのような高圧を維持するためには、インペラとこれに隣接するポンプ室の壁面との間の隙間に小さな許容誤差を設けておく必要がある。この遊びが1/10mm増加すると、たとえば圧力は0.1MPa減少する。他方、フローティング状態で支持されたシャフトに設けられるインペラの摩損を抑制するためには、一定の小さな隙間が必要とされる。 In the case of an impeller type pump, in order to maintain such a high pressure during pump operation, it is necessary to provide a small tolerance in the gap between the impeller and the wall surface of the pump chamber adjacent to the impeller. When this play increases by 1/10 mm, for example, the pressure decreases by 0.1 MPa. On the other hand, in order to suppress wear of the impeller provided on the shaft supported in a floating state, a certain small gap is required.
本発明の目的は、液体を吸引する際の摩損が小さく、同時に高圧が維持できる上述したタイプのポンプを提供することである。 It is an object of the present invention to provide a pump of the type described above that is less friable when sucking liquid and at the same time maintains a high pressure.
本発明によれば、上記目的は、インペラが、当該インペラの軸方向位置を規定する非回転支持部材に対して軸方向に偏心したポンプによって達成される。インペラの軸方向の位置は支持部材によって決定されるので、ポンプ室とインペラの寸法は互いにきわめて高精度で適合されることになり、その結果、インペラとポンプ室の壁面との間の空隙がきわめて小さく維持される。したがって、たとえば温水を高温かつこれに相当する高圧で吸引するためのポンプとして最適である。 According to the present invention, the above object is achieved by a pump in which the impeller is eccentric in the axial direction with respect to the non-rotating support member that defines the axial position of the impeller. Since the axial position of the impeller is determined by the support member, the dimensions of the pump chamber and the impeller are adapted to each other with very high accuracy, so that the gap between the impeller and the wall of the pump chamber is very high. Keep small. Therefore, for example, it is optimal as a pump for sucking hot water at a high temperature and a high pressure corresponding thereto.
本発明のさらなる改変例および有用例は従属項に示されている。 Further modifications and useful examples of the invention are indicated in the dependent claims.
インペラは、支持部材に対して軸方向に偏心されたシャフトに固定して設けられていることが好ましい。これにより、シャフトと支持部材との間の摺動回転動作が小半径上で生じ、その結果、摩擦抵抗が減少する。さらに摩擦を減少させるために、シャフトと支持部材はセラミック材から構成することが好ましい。 The impeller is preferably provided fixed to a shaft eccentric in the axial direction with respect to the support member. As a result, a sliding rotation operation between the shaft and the support member occurs on the small radius, and as a result, the frictional resistance is reduced. In order to further reduce friction, the shaft and the support member are preferably made of a ceramic material.
シャフトは、少なくとも一つのラジアルスライドベアリングに支持されていることが好ましい。これにより、インペラの半径方向の位置は高精度で決定されることになる。動摩擦力を減少させるために、シャフトとスライドベアリングはセラミック材から構成することが好ましい。シャフトはベアリングに移動可能に支持されているので、支持部材に対してシャフトとインペラを軸方向に偏心させることができる。 The shaft is preferably supported by at least one radial slide bearing. Thereby, the position of the impeller in the radial direction is determined with high accuracy. In order to reduce the dynamic friction force, the shaft and the slide bearing are preferably made of a ceramic material. Since the shaft is movably supported by the bearing, the shaft and the impeller can be eccentric in the axial direction with respect to the support member.
支持部材および少なくとも一つのスライドベアリングは、ポンプが作動中に、吸引された液体によって洗浄されることが好ましい。 The support member and the at least one slide bearing are preferably cleaned by aspirated liquid while the pump is in operation.
少なくとも一つのスライドベアリングを洗い流すための、ポンプ室の壁面を通る洗浄通路が、ポンプ室の圧力側部分を、スライドベアリングの上に位置する部分に連通させることが好ましい。このようにして、スライドベアリングは吸引された液体によって確実に洗浄される。 A washing passage through the wall of the pump chamber for washing away at least one slide bearing preferably communicates the pressure side portion of the pump chamber with the portion located above the slide bearing. In this way, the slide bearing is reliably cleaned by the sucked liquid.
好ましい実施形態として、少なくとも一つのスライドベアリングを洗い流すための洗浄通路が、シャフトを軸方向に通過する通路で構成されている。この通路は、ポンプ室の壁面に形成された洗浄通路に付加してもよい。 As a preferred embodiment, the washing passage for washing away at least one slide bearing is constituted by a passage that passes through the shaft in the axial direction. This passage may be added to a cleaning passage formed in the wall surface of the pump chamber.
本発明の洗浄通路により、インペラが水平軸方向に回転する場合だけでなく、吊り下げられた位置、すなわちインペラが垂直軸方向に回転する場合も動作させることができる。 The cleaning passage of the present invention can be operated not only when the impeller rotates in the horizontal axis direction, but also when the impeller rotates, that is, when the impeller rotates in the vertical axis direction.
インペラとポンプ室との間の半径方向の遊びは、1/10mm以下であることが好ましい。これは、インペラとポンプ室の壁面との間の平均距離が5/100mmに相当する。この遊びは、平均間隔が0.025mmに相当する5/100mm以下であることが特に好ましい。 The play in the radial direction between the impeller and the pump chamber is preferably 1/10 mm or less. This corresponds to an average distance of 5/100 mm between the impeller and the wall surface of the pump chamber. This play is particularly preferably 5/100 mm or less corresponding to an average interval of 0.025 mm.
インペラの何れの面についても、インペラとポンプ室との間の軸方向間隔は、1/10mm以下であることが好ましい。この間隔は、好ましくは5/100mm以下、特に好ましくは3/100mm以下である。 As for any surface of the impeller, the axial interval between the impeller and the pump chamber is preferably 1/10 mm or less. This interval is preferably 5/100 mm or less, particularly preferably 3/100 mm or less.
本発明に係るポンプに許容される温度と圧力は、回転部分においてシールを省略することでさらに増加させることができる。本発明のさらに改変例によれば、シャフトは、マグネットカップリングを介して、ドライブシャフトに接続され、マグネットカップリングの第1の接続部材は、シャフトに接続され、マグネットカップリングの第2の接続部材はドライブシャフトに接続され、シャフトを収容する部分およびポンプ室に対してポンプの駆動側部分をシールする壁面は、第1および第2の接続部材間の空隙を通過している。 The temperature and pressure allowed for the pump according to the invention can be further increased by omitting the seal in the rotating part. According to a further modification of the invention, the shaft is connected to the drive shaft via a magnet coupling, the first connection member of the magnet coupling is connected to the shaft, and the second connection of the magnet coupling. The member is connected to the drive shaft, and the wall that seals the drive side portion of the pump relative to the pump housing and the portion that houses the shaft passes through the gap between the first and second connection members.
マグネットカップリングを利用することで、マグネットカップリングの間隙において第1および第2の接続部材間の接触が生じないので、回転部分のシールは省略することができる。これにより、ポンプは、たとえば0.6から0.65MPaといった圧力範囲で作動することができ、その結果、たとえば160℃の温水が吸引できる。このような温度で、たとえば従来のゴム製シールを用いることはできない。 By utilizing the magnet coupling, the contact between the first and second connecting members does not occur in the gap of the magnet coupling, so that the sealing of the rotating portion can be omitted. As a result, the pump can operate in a pressure range of 0.6 to 0.65 MPa, for example, and as a result, for example, hot water at 160 ° C. can be sucked. At such temperatures, for example, conventional rubber seals cannot be used.
第1の接続部材および第2の接続部材は、マグネットカップリングがシャフトを支持部材に対して軸方向に推進させるような相対的位置に設けられていることが好ましい。これにより、マグネットカップリングは2つの作用を奏する。一つは、閉塞する壁面によって、吸引された液体を含むポンプの部分をシールすることができ、その結果、回転部分にシールを設ける必要がなくなる。もう一つは、インペラとシャフトは、それぞれ支持部材に対して軸方向に確実に偏心される。 It is preferable that the first connection member and the second connection member are provided at relative positions such that the magnet coupling propels the shaft in the axial direction with respect to the support member. Thereby, the magnet coupling has two actions. For one thing, the blocking wall can seal the portion of the pump containing the aspirated liquid, so that there is no need to provide a seal on the rotating portion. The other is that the impeller and the shaft are reliably eccentric in the axial direction with respect to the support member.
本発明の他の実施形態において、シャフトは、圧縮スプリングによって支持部材に対して軸方向に偏心されている。また圧縮スプリングは、マグネットカップリングを設けた際に用いてもよい。 In another embodiment of the invention, the shaft is eccentric in the axial direction with respect to the support member by a compression spring. The compression spring may be used when a magnet coupling is provided.
本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1はマグネットカップリングを有するポンプの第1実施形態を示す部分断面図、図2はスリップリングシールと圧縮スプリングを有するポンプの第2実施形態を示す部分断面図である。 FIG. 1 is a partial sectional view showing a first embodiment of a pump having a magnetic coupling, and FIG. 2 is a partial sectional view showing a second embodiment of a pump having a slip ring seal and a compression spring.
図1に示すポンプは、実質的に円筒状のケーシング10を有し、その下端に媒介部材12が取り付けられ、この媒介部材にヘッド部材14が取り付けられている。これらの部材は、ヘッド部材14を貫通するボルト16の手段によってケーシング10にしっかりとネジ締めされている。媒介部材12とヘッド部材14内には、ポンプ室18が形成され、このポンプ室18は、媒介部材12とヘッド部材14との間へ、遮断リングの形で延在するとともに、図示しない吸引管の吸引通路と排出管22の排出通路20とを連通させる。図1に示す断面図において、媒介部材12に形成された排出管22は、図面の背後に位置する一方で、図示しない吸引通路はヘッド部材14に形成され、図面の前面に位置する。
The pump shown in FIG. 1 has a substantially
ポンプ室18は、ディスク状中央部分26と、この中央部分26の上下に設けられたインペラブレード28,30とを有するインペラ24を収容する。中央部分26とインペラブレード28,30はそれぞれインペラ24の外周部分で半径方向に延在している。中央部分26の上部、すなわち排出通路20側に設けられたブレード28は、中央部分26の下部に設けられたブレード30に比べ、インペラ24の回転方向の後方側へ僅かに移動して形成されている。ブレード28は、インペラ24の上面32に向かって軸方向上側へ延在している。ブレード30は、インペラ24の下面34に向かって軸方向下側へ延在している。ポンプ室18の半径方向の内側において、上面32は媒介部材12に形成された壁面に近接し、たとえば2/100mmの間隙が形成されているのに対し、下面34はヘッド部材14に形成された壁面に近接し、たとえば3/100mmの間隙が形成されている。
The
インペラ24のブレード28,30と中央部分26は、インペラ24の直線的な外周縁36に向かって半径方向外側へ延在している。排出通路20のポンプ室18の終端部と吸引通路のポンプ室18の始端部との間において、外周縁36は、たとえばヘッド部材14によって形成される壁面から僅か0.025mmの横方向の隙間を有する。インペラ24と周囲の壁面との間の小さな横方向かつ軸方向の隙間により、ポンプはきわめて高圧を維持することができる。
The
インペラ24は、スリーブ形突起38の手段および許容または波形リング40の手段によって、セラミック材で形成されたシャフト42に固定されている。インペラ24の下部に、シャフト42が、波形リング46によってヘッド部材14に固定されたスライドベアリング44に支持されている。スライドベアリング44は、シリコンカーボネイトなどのセラミック材で形成されている。
The
シャフト42は、その下端部において、たとえばタングステンカーボネイトの貫通ディスクによって形成されたセラミック支持部材48上に、摺動可能に支持されている。
The
シャフト42は、インペラ24の上部において、波形リング54によって媒介部材12に固定された別のスライドベアリング52に案内される。
The
マグネットカップリングの第1のカップリング部材56は、波形リング58によりシャフト42の上端部に固定されている。第1のカップリング部材56は、シャフト42の端部の周囲で環状に延在し、マグネットカップリングの第2のカップリング部材62の環状フランジ60によって、間隔をもって取り囲まれている。第2のカップリング部材62は、固定されたベアリング66によってケーシング10に支持された駆動シャフト64の下端部に固定されている。駆動シャフト64は、ポンプのモータによって駆動される。
The
隔壁缶68は、カップリング部材56,62の間に形成された鉢状の中空空間に設けられ、第1のカップリング部材56とフランジ60との間に形成された環状空隙70の領域に、きわめて薄い壁面を有する。
The partition can 68 is provided in a bowl-shaped hollow space formed between the
隔壁缶68は、たとえばVA鋼のような非磁性材料で形成された壁面を構成する。隔壁缶68は、シールリング72によって媒介部材12に対してシールされ、媒介部材12は、シールリング74によってヘッド部材14に対してシールされる。このようにして、ポンプ室18を包囲し、吸引通路および排出通路20の部分だけが開放した、閉塞された中空空間が形成される。
The partition can 68 constitutes a wall surface made of a nonmagnetic material such as VA steel. The septum can 68 is sealed to the
第1のカップリング部材56に設けられたマグネット部材76は、環状空隙70の部分において、フランジ60に設けられたマグネット部材78に対向して設けられている。これらは、駆動シャフト64からシャフト42、ひいてはインペラ24へ、駆動トルクを磁気的に伝達する。マグネット部材76,78は、これらがシャフト42に軸方向の力を及ぼすように、相対的に軸方向にオフセットされている。この力は支持部材48に対してシャフト42に作用しかつ偏心する。このようにして、ヘッド部材14および媒介部材12に対するインペラ24の軸方向の位置が、正確に決定され、その結果、きわめて小さな軸方向の隙間であるにも拘らず、インペラ24とこれらの部材との間に何らの接触も生じない。この理由により、ポンプはきわめて小さい摩損で作動することになる。
The
洗浄通路80は、ポンプ室18の排出側端部の近くから始まり、媒介部材12を上方へ通過してカップリング部材56の領域で開口する。この洗浄通路80は、当該洗浄通路内への流入を制限すべくその下端部においてテーパ状とされた直線状の孔により構成されている。
The
液体を、洗浄通路80を通過させて上方へ流す目的は、スライドベアリング52を洗浄するためである。さらに、この液体は、シャフト42の軸方向の通孔である通路82を通ってシャフト42の下端部へ導かれ、ここにおいて液体が、一連とされてスライドベアリング44を洗浄するために設けられた溝84を通過して、横方向へ排出される。
The purpose of flowing the liquid upward through the
図2に示す本発明の実施形態は、特にマグネットカップリングを備えていないという点で図1に示す実施形態と相違する。類似する構成には類似する符号を付す。 The embodiment of the present invention shown in FIG. 2 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that no magnet coupling is provided. Similar components are denoted by similar reference numerals.
インペラ24は、波形リング40によってシャフト86に固定され、シャフト86は、その下端部においてスライドベアリング44に支持され、図1に示す車夫と42と同様に支持部材48に支持されている。しかしながら、シャフト86は、その上端部において縮径され、媒介部材12の孔88を貫通し、タペットスリーブ90によって駆動シャフト64に連結されている。シャフト86と孔88との間の空隙は、シール面94においてスリップリングシール92によりシールされている。スリーブ部材96を介して、スリップリングシール92は、その下端部がシャフト86の肩部に支持された圧縮スプリング98により、シール面94に対して上方へ押圧されている。
The
シャフト86はタペットスリーブ90内で滑動可能に案内されるので、スリップリングシール92,スリーブ部材96,スライドベアリング44および圧縮スプリング98は、同時に、支持部材48に対して下方へ、シャフトを押す。このようにして、第1実施形態と同様、ヘッド部材14および媒介部材12に対するインペラ24の正確な軸方向の位置が決定される。
Since the
そのうえ、インペラ24とポンプ室18の隣接した壁面との間の小さな隙間は、既述したように、インペラ24の正確な軸方向および半径方向の位置によって形成されることになる。これにより、回転シャフト86にスリップリングシールを用いることなく、ポンプはきわめて小さな摩損で動作し、きわめて高温かつ高圧の吸引液体でも動作することができる。したがって、たとえば120〜130℃の範囲の温水を吸引することができる。
In addition, the small gap between the
スライドベアリング44を洗浄すべく、横断孔100がスリーブ状突起38とインペラ24の上のシャフト86に設けられ、この横断孔は、シャフト86の軸方向孔により形成された通路102内へ開口し、スライドベアリングの洗浄用液体は、媒介部材12の上部からシャフト86の下端へ向かって供給され、ここで溝84を介して排出される。
In order to clean the
排出および洗浄通路104は、スリップリングシール92のほぼ下端の高さ位置で、ヘッド部材12の上端部から排出通路20へ向かって延在し、排出管22に形成されたウェブ106を通過する。
The discharge and cleaning
以上述べたポンプの実施形態においては、ヘッド部材14とケーシング10の構造は特に限定されず、また駆動シャフト64についても同様である。それぞれの実施形態において、媒介部材12,ヘッド部材14,インペラ24およびシャフト42,86は、それぞれ保守目的に応じて代替可能である。さらに、一方の実施形態に係るポンプの下端部を他方に置き換えてもよい。交換部品がポンプの上部に装着される駆動ラインは、常に吸引液体の外側に位置する。
In the embodiment of the pump described above, the structures of the
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