JP2009167990A - 遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で製造コストを低減した上で軸スラスト荷重を調整し、かつ羽根車の製作後であっても軸スラスト荷重の微調整をすること。
【解決手段】ケーシング１の内部に回転可能に配置された羽根車２を備え、羽根車の回転により該羽根車の軸線Ｓ方向前側からケーシングの内部に流体を取り込み、この流体を羽根車の径方向外側に圧送してケーシングの外部に送り出す遠心ポンプにおいて、前記羽根車は、軸線を中心とした円の外径を成して軸線方向後側に配置された後シュラウド２１と、軸線を中心とした円の外径を成して軸線方向前側に配置された前シュラウド２２と、後シュラウドと前シュラウドとの間に配置された羽根２３とを有し、後シュラウドが前シュラウドよりも外径を小さく形成してあり、羽根の外周端部が、後シュラウドの外周端から軸線に直交する径方向外側に延出されつつ前シュラウドの外径に至り設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、遠心ポンプに関するものである。

流体を圧送する遠心ポンプには、ケーシングと、該ケーシングの内部に回転可能に配置された羽根車と、該羽根車を回転させる駆動機構とを備え、駆動機構により羽根車を回転させ、羽根車の軸線方向前側からケーシングの内部の流路に流体を取り込み、この流体を羽根車の径方向外側に圧送してケーシングの外部に送り出すものが知られている。

この種の遠心ポンプにおいて、一般的な羽根車は、軸線方向後側に後シェラウドを有し、該後シェラウドの前面に羽根を備えたものがあるが、後シェラウドの前側よりも後側が高い圧力になる圧力差が生じて羽根車を前側に押す軸スラスト荷重が作用して遠心ポンプの作動不良を招来することになる。

このような軸スラスト荷重を低減するため、羽根の前側に前シュラウドを配置し、羽根車の前側に掛かる圧力を高くすることで軸スラスト荷重を小さくするクローズド羽根車が用いられている。ところが、このクローズド羽根車においても、完全に軸スラスト荷重を抑えることは難しく、この荷重を支持するスラスト軸受の信頼性、耐久性を悪化させる。

その他、軸スラスト荷重を調整するには、後シュラウドにつり合い穴を設けたり、羽根車の前後のケーシングの内部を外部配管で連結するつり合い管を設けたり、後シュラウドの後面に裏羽根を設けたり、羽根車の軸方向の前後側からケーシングの内部の流路に流体を取り込むように両吸込型にしたりすることが知られている。しかし、つり合い穴や、つり合い管は流体が穴や管から漏れて体積効率が低下し、また裏羽根は羽根車の回転に余分な動力が必要となるので流体の圧送効率が悪く、両吸込型は大幅な構造の変更が必要である。

なお、従来、例えば、特許文献１では、羽根車の前端部とケーシングとの間の流体の流れを絞り込む環状シール部を設けることで、この環状シール部よりも径方向外側の流体圧力を高く保持して羽根車の前端側に高い圧力状態を残存させ、羽根車を前側に押す軸スラスト荷重を減少させる遠心ポンプが示されている。

特開２００４−１１５２５号公報

しかしながら、特許文献１に示す遠心ポンプでは、ケーシングおよび羽根車の構造を設計変更するものであるため、例えば、羽根車を製作した後に、軸スラスト荷重の微調整を行うことが困難である。しかも、構造が複雑であるため製造コストが嵩む問題もある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、簡素な構成で製造コストを低減した上で軸スラスト荷重を調整し、かつ羽根車の製作後であっても軸スラスト荷重の微調整をすることのできる遠心ポンプを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の遠心ポンプでは、ケーシングと、該ケーシングの内部に回転可能に配置された羽根車とを備え、前記羽根車の回転により該羽根車の軸線方向前側から前記ケーシングの内部に流体を取り込み、この流体を前記羽根車の径方向外側に圧送して前記ケーシングの外部に送り出す遠心ポンプにおいて、前記羽根車は、前記軸線を中心とした円の外径を成して軸線方向後側に配置された後シュラウドと、前記軸線を中心とした円の外径を成して軸線方向前側に配置された前シュラウドと、前記後シュラウドと前記前シュラウドとの間に配置された羽根とを有し、前記後シュラウドが前記前シュラウドよりも外径を小さく形成されており、前記羽根の外周端部が、前記後シュラウドの外周端から前記軸線に直交する径方向外側に延出されつつ前記前シュラウドの外径に至り設けられたことを特徴とする。

この遠心ポンプは、後シュラウドの外径が前シュラウドの外径よりも小さく形成されていることにより、羽根車の軸線方向前側よりも後側が高い圧力になる圧力差を減少させるので、軸スラスト荷重を調整できる。しかも、後シュラウドを前シュラウドの外径より小さくする簡素な構成であるから製造コストを低減できる。さらに、後シュラウドの外径を切削することで軸スラスト荷重の調整を行えるので、羽根車の製作後であっても軸スラスト荷重を微調整できる。

しかも、この遠心ポンプは、羽根の外周端部が、後シュラウドの外周端から軸線に直交する径方向外側に延出されつつ前シュラウドの外径に至り設けられていることにより、羽根によって流体を前シュラウドの外径に至り圧送するので、軸スラスト荷重を調整した上で流体を圧送する能力の低下を防ぐ。

本発明によれば、簡素な構成で製造コストを低減した上で軸スラスト荷重を調整でき、かつ羽根車の製作後であっても軸スラスト荷重を微調整できる。

以下に、本発明に係る遠心ポンプの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例に係る遠心ポンプの概略図、図２は、図１に示す遠心ポンプに適用される羽根車を後側から視た概略図、図３および図４は、図１に示す遠心ポンプに適用される羽根車の斜視図である。

本発明の実施例に係る遠心ポンプは、図１に示すように、ケーシング１と、該ケーシング１の内部に回転可能に配置された羽根車２と、該羽根車２を回転させる駆動機構３とを備えている。

ケーシング１は、遠心ポンプの外筐を成し、その内部に羽根車２を回転可能に支持するものである。ケーシング１は、羽根車２の回転中心となる軸線Ｓ方向における前側に、流体を取り込むための吸込口１１が設けられている。また、ケーシング１は、軸線Ｓと直交する羽根車２の径方向外側の部位に、流体を送り出すための吐出口１２が設けられている。

羽根車２は、ケーシング１の内部に配置され、後シュラウド２１と、前シュラウド２２と、羽根（ベーン）２３と、回転軸２４とを有している。後シュラウド２１は、軸線Ｓを中心とした円の外径を成すように略円板状に形成され、羽根車２における軸線Ｓ方向後側に配置されている。前シュラウド２２は、軸線Ｓを中心とした円の外径を成すように略円板状に形成され、羽根車２における軸線Ｓ方向前側に配置されている。この前シュラウド２２は、その中心である軸線Ｓ上に流体を吸い込むための吸込口２２１が形成されている。羽根２３は、後シュラウド２１と前シュラウド２２との間に配置されている。この羽根２３は、前シュラウド２２の吸込口２２１を避けるように、中心側から前シュラウド２２の外周端に至って螺旋形の一部を成し、かつ、後シュラウド２１および前シュラウド２２の周方向に等間隔で複数（本実施例では４つ）配置されている。回転軸２４は、軸線Ｓを中心とした円柱形状に形成され、後シュラウド２１のさらに軸線Ｓ方向後側に配置されている。この回転軸２４は、軸線Ｓを中心に回転するように、不図示の軸受によりケーシング１に対して支持されている。

駆動機構３は、例えばモータを構成し、羽根車２の回転軸２４に接続されて、軸線Ｓを中心に該回転軸２４を回転駆動するものである。駆動機構３と回転軸２４との接続には、相互が直接連結された形態、あるいは磁石によって非接触で接続された形態がある。

上記構成の遠心ポンプは、駆動機構３により軸線Ｓを中心に羽根車２を回転させる。すると、羽根２３の作用により吸込口１１からケーシング１の内部に流体を取り込みつつ、吸込口２２１から後シュラウド２１と前シュラウド２２との間に送り、さらに、この流体を径方向外側に圧送して吐出口１２からケーシング１の外部に送り出す。

このような遠心ポンプにおいて、羽根車２は、図１〜図４に示すように、後シュラウド２１の外径Ｒ１が前シュラウド２２の外径Ｒ２よりも小さく形成されている。そして、羽根２３の外周端部が、後シュラウド２１の外周端から軸線Ｓに直交する径方向外側に延出され前シュラウド２２の外径Ｒ２に至り設けられている。

なお、羽根車２は、予め、後シュラウド２１の外径Ｒ１を前シュラウド２２の外径Ｒ２よりも小さくして製作してもよいが、後シュラウド２１と前シュラウド２２とを同じ外径で製作しておき、必要に応じて後シュラウド２１の外周端を切削してもよい。

このように構成された遠心ポンプは、後シュラウド２１の外径Ｒ１が前シュラウド２２の外径Ｒ２よりも小さく形成されていることにより、羽根車２の軸線Ｓ方向前側よりも後側が高い圧力になる圧力差を減少させるので、軸スラスト荷重を調整できる。しかも、後シュラウド２１を前シュラウド２２の外径より小さくする簡素な構成であるから製造コストを低減できる。さらに、後シュラウド２１の外径を切削することで軸スラスト荷重の調整を行えるので、羽根車２の製作後であっても軸スラスト荷重を微調整できる。

ここで、後シュラウド２１の外径Ｒ１が前シュラウド２２の外径Ｒ２よりも小さく形成されている本実施例の構成と、後シュラウド２１と前シュラウド２２とを同じ外径に形成されている比較例の構成とから軸スラスト荷重の調整について説明する。図５は、後シュラウドと前シュラウドとを同じ外径に形成した羽根車の比較例を示す概略図であり、図６は、本実施例の羽根車を示す概略図である。

まず、図５に示す比較例において、羽根車の＋ｘ方向（軸線Ｓ方向前側）に作用する力［Ｆ_＋Ｘ］を、下記数１に示す。

また、図５に示す比較例において、羽根車の−ｘ方向（軸線Ｓ方向後側）に作用する力［Ｆ_−Ｘ］を、下記数２に示す。

これら数１、数２から得られる軸スラスト力［Ｆ_（１）＝Ｆ_＋Ｘ−Ｆ_−Ｘ］は、通常、［Ｆ_＋Ｘ］と［Ｆ_−Ｘ］との関係が［Ｆ_＋Ｘ＜Ｆ_−Ｘ］であることから、［Ｆ_（１）＜０］であり、羽根車は、軸線Ｓ方向前側に押される。

一方、図６に示す本実施例において、羽根車の＋ｘ方向（軸線Ｓ方向前側）に作用する力［Ｆ_＋Ｘ］は、上記数１と同じである。

また、図６に示す本実施例において、羽根車の−ｘ方向（軸線Ｓ方向後側）に作用する力［Ｆ’_−Ｘ］を、下記数３に示す。

これら数１、数３から得られる軸スラスト力［Ｆ_（２）＝Ｆ_＋Ｘ−Ｆ’_−Ｘ］は、後シュラウドの外周端が削除された場合よりも、削除されていない場合の方が羽根車の−ｘ方向（軸線Ｓ方向後側）に作用する力が大きく、［Ｆ_−Ｘ＞Ｆ’_−Ｘ］であることから、［Ｆ_（１）＜Ｆ_（２）］であり、これを［Ｆ_（２）＝０］とするようにｒ_４を調整する。

このように、後シュラウド２１の外径Ｒ１を前シュラウド２２の外径Ｒ２よりも小さく形成することで、軸スラスト荷重が調整できることがわかる。

また、羽根２３の外周端部が、後シュラウド２１の外周端から軸線Ｓに直交する径方向外側に延出され、かつ前シュラウド２２の外径Ｒ２に至り設けられていることにより、流体を前シュラウド２２の外径Ｒ２に至り圧送するので、軸スラスト荷重を調整した上で流体を圧送する能力の低下を防ぐことが可能である。ここで、羽根２３の外周端が、後シュラウド２１の外周端から前シュラウド２２の外周端との間で斜めにカットされている場合、あるいは羽根２３の外周端が、前シュラウド２２の外周に至っていない場合では、羽根２３により流体を圧送する能力が低下するため、遠心ポンプの大型化、または羽根車２の回転数を増すことが必要になるので好ましくない。

以上のように、本発明に係る遠心ポンプは、簡素な構成で製造コストを低減した上で軸スラスト荷重を調整し、かつ羽根車の製作後であっても軸スラスト荷重の微調整をすることに適している。

本発明の実施例に係る遠心ポンプの概略図である。 図１に示す遠心ポンプに適用される羽根車を後側から視た概略図である。 図１に示す遠心ポンプに適用される羽根車の斜視図である。 図１に示す遠心ポンプに適用される羽根車の斜視図である。 後シュラウドと前シュラウドとを同じ外径に形成した羽根車の比較例を示す概略図である。 本実施例の羽根車を示す概略図である。

符号の説明

１ ケーシング
１１ 吸込口
１２ 吐出口
２ 羽根車
３ 駆動機構
２１ 後シュラウド
２２ 前シュラウド
２２１ 吸込口
２３ 羽根
２４ 回転軸
Ｒ１ 後シュラウドの外径
Ｒ２ 前シュラウドの外径
Ｓ 軸線

Claims (1)

1. ケーシングと、該ケーシングの内部に回転可能に配置された羽根車とを備え、前記羽根車の回転により該羽根車の軸線方向前側から前記ケーシングの内部に流体を取り込み、この流体を前記羽根車の径方向外側に圧送して前記ケーシングの外部に送り出す遠心ポンプにおいて、
   前記羽根車は、前記軸線を中心とした円の外径を成して軸線方向後側に配置された後シュラウドと、前記軸線を中心とした円の外径を成して軸線方向前側に配置された前シュラウドと、前記後シュラウドと前記前シュラウドとの間に配置された羽根とを有し、
   前記後シュラウドが前記前シュラウドよりも外径を小さく形成されており、
   前記羽根の外周端部が、前記後シュラウドの外周端から前記軸線に直交する径方向外側に延出されつつ前記前シュラウドの外径に至り設けられたことを特徴とする遠心ポンプ。

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