JP2010031808A - ポンプ用ケーシング及びそれを備えたポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ用ケーシング４として、吐出流路４５の湾曲部分の曲率半径を可及的に大きくして、その湾曲部分における圧力損失の増大を抑制する。
【解決手段】第１及び第２ケーシング４１，４２は、接合面４１３，４２３と、渦形室形成部４１１，４２１及び吐出流路形成部４１２．４２２と、を含んで構成される。吐出流路４５の湾曲は、第１ケーシング４１と第２ケーシング４２との間で連続して、同じ曲率半径で湾曲している。第１及び第２ケーシング４１，４２はそれぞれ、成形型を用いて成形されると共に、第１ケーシング４１の吐出流路形成部４１２の区画壁には、吐出開口４５ａを横切るような途中位置に、成形型の抜き勾配の方向を切り替える切替部４１４が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプ用ケーシング及びそれを備えたポンプに関する。

従来より、例えば特許文献１に開示されているように、遠心ポンプにおいて羽根車を収容するケーシングとして、樹脂製のケーシングが知られており、こうした樹脂製のケーシングは、半割状の上側ケーシングと下側ケーシングとを互いに接合することによって、羽根車が収容される渦形室と、この渦形室に連通する吐出流路とが、その内部に区画形成されることになる。ここで、吐出流路は、横断面円形状に形成されていると共に、渦形室から水平方向に延びた後に湾曲して、上向きに開口する吐出開口に至るように構成されている。
特開２００１−２３４８８４号公報

ところでこうした樹脂製の上側ケーシング及び下側ケーシングはそれぞれ、成形型を用いて成形されることになるため、その抜き勾配の関係上、内部に形成される流路形状が制約を受ける場合がある。そうした流路形状の制約によって所望の流路形状とすることができない場合には、例えば圧力損失等が増大してしまい、その分、ポンプ効率が犠牲になってしまうという問題がある。

例えば前記特許文献１に開示されているケーシングにおいては、流路の横断面形状が円形状であることから、上側ケーシングの吐出開口部分では、その流路を区画する区画壁を吐出開口から鉛直下向きに真っ直ぐに延ばさなければ成形型を抜くことができない。このため、吐出開口に繋がる吐出流路の湾曲部分は、上側ケーシングには形成することができず、下側ケーシングにのみ形成されることになる。その結果、吐出流路の湾曲部分の曲率半径が小さくなってしまう。従って、前記特許文献１に開示されている従来のケーシングでは、湾曲部分の曲率半径を小さくしなければならないという製造上の制約によって、圧力損失が増大してしまうことになるのである。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ポンプ用ケーシングとして、吐出流路の湾曲部分の曲率半径を可及的に大きくして、その湾曲部分における圧力損失の増大を抑制することにある。

本発明の一側面によると、ポンプ用ケーシングは、第１及び第２ケーシングを互いに接合することにより、その内部に羽根車を収容する渦形室と、当該渦形室に連通する断面略円形状の吐出流路と、が区画形成されるポンプ用ケーシングである。

前記第１及び第２ケーシングはそれぞれ、前記羽根車の回転軸方向を向いた接合面と、当該接合面に囲まれて開口すると共に前記渦形室を形成するための区画壁を有する渦形室形成部及び前記吐出流路を形成する区画壁を有する吐出流路形成部と、を含んで構成され、前記第１及び第２ケーシングの接合面同士を互いに当接させて当該第１及び第２ケーシングを接合することによって、前記渦形室形成部の開口同士が前記回転軸方向に合わさって前記渦形室が区画形成されると共に、前記吐出流路形成部の開口同士が前記回転軸方向に合わさって前記吐出流路が区画形成され、前記吐出流路は、前記渦形室から前記回転軸方向に直交する方向に延びた後に湾曲して、前記第１ケーシングの前記接合面とは反対側で前記回転軸方向を向いて開口した吐出開口に至り、前記吐出流路の湾曲は、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの間で連続して、同じ曲率半径で湾曲しており、前記第１及び第２ケーシングはそれぞれ、成形型を用いて成形されると共に、前記第１ケーシングの吐出流路形成部の区画壁には、前記吐出開口を横切るような途中位置に、前記成形型の抜き勾配の方向を切り替える切替部が設けられている。

この構成によると、吐出流路の湾曲を、第１及び第２ケーシングとの間で連続させて同じ曲率半径で湾曲するようにし、その曲率半径を比較的大きくしたとしても、第１ケーシングの吐出流路形成部に切替部を設けて、成形型の抜き勾配の方向を切り替えるようにしているため、第１ケーシングを成形型を用いて成形することが実現する。

そうして、湾曲部分の曲率半径を比較的大きくすることによって、吐出流路における圧力損失の増大が抑制されるため、このケーシングを備えたポンプの効率が向上する。

前記切替部は、前記接合面とは反対側の前記吐出開口の径を拡大させるように、前記第１ケーシングの前記吐出流路形成部の区画壁に設けた段部によって構成されている、としてもよい。

また、前記切替部は、前記接合面側の前記吐出流路の幅を縮小させるように、前記第１ケーシングの前記吐出流路形成部の区画壁に設けた突起によって構成されている、としてもよい。

本発明の別の側面によると、ポンプは、前記ポンプ用ケーシングと、前記ポンプ用ケーシングに収容される羽根車と、前記羽根車を回転駆動させる駆動源と、を備えている。

前述したようにケーシングの吐出流路における湾曲部分の曲率半径を比較的大きくすることができるため、この構成のポンプは、吐出流路における圧力損失の増大を抑制して、ポンプ効率が向上する。

以上説明したように、本発明によると、第１ケーシングと第２ケーシングとの間で連続して同じ曲率半径で湾曲するように吐出流路の湾曲を設定して、第１ケーシングの吐出流路形成部の吐出開口付近の区画壁において湾曲する部分を設けたとしても、第１ケーシングの吐出流路形成部に抜き勾配の方向を切り替える切替部を設けることによって、第１ケーシングを成形型を用いて成形することが可能になる。従って、前記湾曲部分の曲率半径を大きくすることが実現して、吐出流路における圧力損失の増大の抑制及びそれに伴うポンプ効率の向上を達成することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るポンプケーシング４を備えた水中ポンプ１を示している。この水中ポンプ１は、ポンプケーシング４内に収容された羽根車６を有するポンプ部２１と、該羽根車６を駆動するモータ３を有するモータ部２２と、を備えている。水中ポンプ１は、オイルケーシング２３を挟んだ下側にポンプ部２１を、その上側にモータ部２２をそれぞれ配置することによって、ポンプ部２１及びモータ部２２が上下方向に並んで配置されて構成されている。尚、この水中ポンプ１は、後述するヘッドカバー３４やポンプケーシング４が、所定の樹脂材料によって形成された軽量タイプとなっている。

モータ部２２は、ステータ３１及びロータ３２からなる前記モータ３と、該モータ３のステータ３１を覆うステータケーシング３３と、ステータケーシング３３の上端に取り付けられるヘッドカバー３４と、を備えている。モータ３の回転軸３５は、上下方向に延びて配設されている。

ステータケーシング３３は、両端開口の略円筒型に形成されている。ステータケーシング３３の上端開口は、モータカバー３６によって閉塞されており、このモータカバー３６の下面には、回転軸３５の上端部を回転可能に支持する軸受３５ａが取り付けられている。

ヘッドカバー３４は、ステータケーシング３３の上端に対して取り付けられている。ヘッドカバー３４は、上壁と、この上壁の周縁部から下方に延びてステータケーシング３３の上端部に固定される周壁とを含み、横断面形状が逆Ｕ字状に形成されている。これによってヘッドカバー３４は、その内部に、前記モータカバー３６と共に各種の電気部品を収容するための収容空間３４ａを形成するようになっている。ヘッドカバー３４の上壁には、モータ３に給電する給電ケーブルが挿通されるケーブルブーツが貫通して取り付けられていると共に、その上面の中央部には、ハンドル３４ｂが形成されている。

このヘッドカバー３４は、周方向に所定の間隔を開けて配置された複数のボルト３７（図例では一つのみ示す）によって、オイルケーシング２３に対し固定されている。つまり、ヘッドカバー３４の周縁部に形成された貫通孔を通過した前記ボルト３７は、前記モータカバー３６を貫通すると共に、ステータケーシング３３の内周面に沿って下向きに延びて、オイルケーシング２３の周縁部に対して螺合している。こうして、この水中ポンプ１では、上下方向に延びる長尺のボルト３７によって、ヘッドカバー３４、ステータケーシング３３、及びモータカバー３６のそれぞれをオイルケーシング２３に対して一度に固定するようにしており、これによって、この水中ポンプ１では、部品点数の低減化及び組み立て工数の低減化が図られている。

オイルケーシング２３は、ステータケーシング３３の下端に取り付けられており、このオイルケーシング２３によってステータケーシング３３の下端開口が閉塞されている。

オイルケーシング２３は、その下側にポンプケーシング４が取り付けられることによって、このポンプケーシング４と共に、潤滑油が充填される油室５３を区画形成するケーシングであって、モータ３の回転軸３５が内挿される貫通孔が形成されていると共に、その上面には、回転軸３５の中間部を回転可能に支持する軸受３５ｂが取り付けられている。

オイルケーシング２３及びポンプケーシング４によって区画形成される油室５３内では、回転軸３５がメカニカルシール５１によって軸封されていると共に、メカニカルシール５１の外周囲の略全周を囲む環状壁５２が設けられている。

ポンプ部２１は、モータ３の回転軸３５の下端に取り付けられた羽根車６を備えると共に、ポンプケーシング４を備えている。

この水中ポンプ１は遠心ポンプであり、そのポンプケーシング４は、オイルケーシング２３と共に油室５３を区画形成する上側の第１ポンプケーシング４１と下側の第２ポンプケーシング４２とが、溶着により一体化されることで構成されている。このように第１ポンプケーシング４１と第２ポンプケーシング４２とを溶着により一体化することで、例えばボルト・ナットの締結手段により２つのポンプケーシングを一体化する場合に必要となるフランジが不要となり、水中ポンプ１の小型化が実現する。

ポンプケーシング４の上部には、回転軸３５が内挿される貫通孔が形成されていると共に、その内部に羽根車６を収容する渦形室４３が形成されている。

また、ポンプケーシング４の下部は、下方に向かって開口しており、この開口に対して、羽根車６の下端部であるウェアリング部を支持するための開口４４ａを有するライナリング４４が取り付けられている。

一方、ポンプケーシング４の側部には、水平方向に延びて側方に突出すると共に、上向きに湾曲する吐出流路４５が一体に形成されている。この吐出流路４５は、渦形室４３に連通していると共に、その下流側で上向きに湾曲していて、その下流端には鉛直上向きに開口する吐出開口４５ａが形成されている。吐出開口４５ａは、図示省略の排出管に連結されることになる。尚、このポンプケーシング４の構成の詳細は後述する。

そうして、ポンプケーシング４の下部には、下向きに延びる４つの脚部４６（図１では３つのみ示す）が所定の配置で配設されており、この各脚部４６の下端は、スタンド７に対して取付固定されている。

スタンド７は、合成樹脂製の本体部７１と、この本体部７１の下側を覆うゴム製のカバー７２とを備えて構成されており、本体部７１には、前記各脚部４６の下端が内挿されてビス止めされる差込部７３が上向きに突出して一体に形成されている。各脚部４６の下面と差込部７３との間には、制振ゴム又は制振鋼板７４が介設されており、これにより、このスタンド７は、前記カバー７２による水中ポンプ１の設置位置のずれを防止する機能と、前記制振ゴム又は制振鋼板７４による水中ポンプ１駆動時の制振機能との双方の機能を果たすことになる。

羽根車６は、本実施形態では、略円筒形状を有するノンクロッグ型の羽根車であって、その筒軸と回転軸３５とが同軸となるように、回転軸３５の下端に対して固定されている。

羽根車６は、略円筒状を有しており、その下端面には、下向きに開口する入口６０１が形成されている一方、その周面における所定の位置には、側方に向かって開口する出口６０２が形成されている。そうして、羽根車６の内部には筒軸方向に延びる内部流路６０３が形成されており、この内部流路６０３によって入口６０１と出口６０２とが互いに繋がっている。

羽根車６の外周面には、径方向の内方に窪んだ外部流路６０４が形成されている。この外部流路６０４は、筒軸方向に延びる流路ではなく、その流路中心は羽根車６の筒軸と直交する直交面上に位置している。外部流路６０４は、出口６０２において内部流路６０３の下流側と連続していて、羽根車６のおおよそ１周の長さにわたって周回している。

この外部流路６０４は羽根６０５によって区画されている。この羽根６０５は、いわゆる半径流形の一枚羽根（遠心羽根）であり、この遠心羽根６０５によって、外部流路６０４内の水が昇圧されて外周側（径方向外側）に吐出される。尚、羽根６０５は、その内周側において、内部流路６０３を区画することにもなる。

羽根車６において外部流路６０４よりも上側には、全周にわたって径方向の外方に突出した第１フランジ部６８１が形成されている。また、外部流路６０４よりも下側には、同じく全周にわたって径方向の外方に突出した第２フランジ部６８２が形成されている。第２フランジ部６８２は、羽根車６における、入口６０１が形成された下側部分と、出口６０２が形成された上側部分とを上下に仕切っている。すなわち、この羽根車６は、入口６０１と出口６０２との間が第２フランジ部６８２で仕切られたクローズドタイプの羽根車である。

そうして、第１フランジ部６８１よりも上側である羽根車６の上端面には、その中心位置に、モータ３の回転軸３５が内挿されて固定される取付孔が形成された軸支持部が上方に突出して形成されている。また、羽根車６において第２フランジ部６８２よりも下側には、前記ポンプケーシング４の開口４４ａ内に内挿されるウェアリング部が、下方に向かって突出するように形成されている。

次に、本実施形態に係る水中ポンプにおいて最も特徴的なポンプケーシング４の構成についてさらに詳細に説明する。ポンプケーシング４を構成する第１ポンプケーシング４１と第２ポンプケーシング４２とは、前述したように、それぞれ回転軸３５の方向（つまり、上下方向）に半割状に構成されている。第１ポンプケーシング４１は、渦形室４３を構成する区画壁を有しかつ、下向きに開口する渦形室形成部４１１と、吐出流路４５を構成する区画壁を有しかつ、下向きに開口する吐出流路形成部４１２と、を含んで構成されている一方、第２ポンプケーシング４２は、渦形室４３を構成する区画壁を有しかつ、上向きに開口する渦形室形成部４２１と、吐出流路４５を構成する区画壁を有しかつ、上向きに開口する吐出流路形成部４２２と、を含んで構成されている。第１及び第２ポンプケーシング４１，４２のそれぞれにおいては、渦形室形成部４１１，４２１の開口と吐出流路形成部４１２，４２２の開口とを囲むように、回転軸３５の方向を向いた接合面４１３，４２３が設けられている。

そうして、第１及び第２ポンプケーシング４１，４２の接合面４１３，４２３同士が互いに当接するように両ケーシング４１，４２を接合することによって、渦形室形成部４１１，４２１の開口同士が合わさって、渦形室４３が区画形成されると共に、吐出流路形成部４１２，４２２の開口同士が合わさって、吐出流路４５が区画形成されるようになっている。

ここで、吐出流路４５は、その横断面が円形状に設定されており、これによって第１及び第２ポンプケーシング４１，４２における吐出流路形成部４１２，４２２の区画壁は、円弧状に湾曲して形成されている（図２等参照）。また、吐出流路４５は、前述したように、水平方向に延びた後に、その下流側で上向きに湾曲して、その下流端が鉛直上向きの吐出開口４５ａとされており、これによって第１ポンプケーシング４１には、接合面４１３とは反対側に、吐出開口４５ａが形成されている。

この吐出流路４５の湾曲は、図１において顕著に示されるように、その上流側から下流側に向かって、第２ポンプケーシング４２から第１ポンプケーシング４１にかけて連続してかつ、同じ曲率半径で湾曲しており、これによって、吐出流路４５は、比較的大きな曲率半径で湾曲するように構成されている。このように、吐出流路４５における湾曲の曲率半径を大きくすることによって、吐出流路４５における圧力損失の増大を抑制し、ポンプ効率の向上を図るようにしている。

一方で、第１ポンプケーシング４１における吐出開口４５ａの近傍における吐出流路形成部の区画壁を湾曲させることに伴い、図２に一点鎖線で示すように、その流路断面を円形状のままに設定したのでは、吐出開口４５ａの側の縁と、接合面４１３の開口側の縁とが、上下方向に重なるようになる。このことは、第１ポンプケーシングを、成形型を用いて成形しようとしたときに、成形型が抜けなくなることを意味する。

そこで、この実施形態では、第１ポンプケーシング４１の吐出開口４５ａを横切るような途中位置に、成形型の抜き勾配の方向を切り替える切替部を設けている。この切替部は、図１，２に示すように、吐出開口４５ａの径を拡大させるように、第１ポンプケーシング４１の吐出流路形成部４１２の区画壁に対して、鉛直方向に延びるように設けた段部４１４によって構成されている。こうした段部４１４からなる切替部を設けることによって、図２に示すように、吐出開口４５ａの側の縁と接合面４１３の開口側の縁との重なりが解消されることになる。

これによって、例えば図４に一例を示すように、上方向に開く成形型８１と、下方向に開く成形型８２とを用いて第１ポンプケーシング４１を成形する場合に、その２つの成形型８１，８２が互いに当接する当接面８１１，８２１を、前記段部４１４に相当する位置に設定することによって（図２の二点鎖線参照）、２つの成形型８１，８２をそれぞれ開くことが可能になり、その結果、第１ポンプケーシング４１の成形が実現する。

尚、図３に示すように、切替部は、接合面４１３側の吐出流路４５の幅を縮小させるように、第１ポンプケーシング４１の吐出流路形成部４１２の区画壁に設けた突起４１５によって構成してもよい。このようにしても、前記と同様に、２つの成形型をそれぞれ開くことが可能になるから、第１ポンプケーシング４１の成形が実現する。但し、このような突起は、吐出流路４５の壁面から内方に突出することになるため、流路抵抗となり得る。これに対し、図２に示す段部４１４は流路抵抗とはなり難いため、流体の流れに対する影響が小さい点でより好ましい。

尚、前記段部と突起とを組み合わせるようにしてもよい。つまり、図１に示す上下方向の途中位置よりも上側（吐出開口４５ａ側）は、吐出開口４５ａの径が拡大するような段部とし、その途中位置よりも下側（接合面側）は突起となるようにしてもよい。

尚、吐出流路４５は、横断面円形状に限らず、例えば楕円形状にしてもよい。

また、本発明に係るポンプの羽根車は、一枚羽根のノンクロッグ型羽根車に限定されるものではない。同様に、そのケーシングの形状も羽根車に応じて適宜設定すればよい。

また、本発明に係るポンプは、水中ポンプに限定されるものではなく、陸上ポンプとしてもよい。

以上説明したように、本発明は、ポンプ用ケーシング及びそれを備えたポンプとして有用である。

本発明の実施形態に係るポンプ用ケーシングを備えた水中ポンプの断面図である。 第１ポンプケーシングの吐出開口部分を拡大して示す平面図である。 図２とは異なる構成の第１ポンプケーシングの吐出開口部分を拡大して示す平面図である。 第１ポンプケーシングの吐出流路部分を拡大して、成形型と共に示す断面説明図である。

符号の説明

１ 水中ポンプ
３ モータ（駆動源）
４ ポンプケーシング
４１ 第１ポンプケーシング（第１ケーシング）
４１１ 渦形室形成部
４１２ 吐出流路形成部
４１３ 接合面
４１４ 段部（切替部）
４１５ 突起（切替部）
４２ 第２ポンプケーシング（第２ケーシング）
４２１ 渦形室形成部
４２２ 吐出流路形成部
４２３ 接合面
４３ 渦形室
４５ 吐出流路
４５ａ吐出開口
６ 羽根車

Claims (4)

1. 第１及び第２ケーシングを互いに接合することにより、その内部に羽根車を収容する渦形室と、当該渦形室に連通する断面略円形状の吐出流路と、が区画形成されるポンプ用ケーシングであって、
   前記第１及び第２ケーシングはそれぞれ、前記羽根車の回転軸方向を向いた接合面と、当該接合面に囲まれて開口すると共に前記渦形室を形成するための区画壁を有する渦形室形成部及び前記吐出流路を形成する区画壁を有する吐出流路形成部と、を含んで構成され、前記第１及び第２ケーシングの接合面同士を互いに当接させて当該第１及び第２ケーシングを接合することによって、前記渦形室形成部の開口同士が前記回転軸方向に合わさって前記渦形室が区画形成されると共に、前記吐出流路形成部の開口同士が前記回転軸方向に合わさって前記吐出流路が区画形成され、
   前記吐出流路は、前記渦形室から前記回転軸方向に直交する方向に延びた後に湾曲して、前記第１ケーシングの前記接合面とは反対側で前記回転軸方向を向いて開口した吐出開口に至り、
   前記吐出流路の湾曲は、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの間で連続して、同じ曲率半径で湾曲しており、
   前記第１及び第２ケーシングはそれぞれ、成形型を用いて成形されると共に、前記第１ケーシングの吐出流路形成部の区画壁には、前記吐出開口を横切るような途中位置に、前記成形型の抜き勾配の方向を切り替える切替部が設けられているポンプ用ケーシング。
2. 請求項１に記載のポンプ用ケーシングにおいて、
   前記切替部は、前記接合面とは反対側の前記吐出開口の径を拡大させるように、前記第１ケーシングの前記吐出流路形成部の区画壁に設けた段部によって構成されているポンプ用ケーシング。
3. 請求項１に記載のポンプ用ケーシングにおいて、
   前記切替部は、前記接合面側の前記吐出流路の幅を縮小させるように、前記第１ケーシングの前記吐出流路形成部の区画壁に設けた突起によって構成されているポンプ用ケーシング。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のポンプ用ケーシングと、
   前記ポンプ用ケーシングに収容される羽根車と、
   前記羽根車を回転駆動させる駆動源と、を備えているポンプ。

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