JP2010196680A - 両吸込ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】様々な形の両吸込渦巻きポンプに、製缶構造を可能にして、安価に両吸込渦巻ポンプおよびそれに用いる羽根車を実現する。
【解決手段】両吸込ポンプは、回転軸１と、この回転軸に取付けた両吸込型の遠心羽根車２と、この両吸込型の遠心羽根車を収容し、渦巻状に形成された吸込ケーシング部と吐出ケーシング部２００とを有するケーシングとを備える。遠心羽根車は、左右一対の側板１２０と、両端部が各側板に固定され周方向に間隔を置いて配置された複数枚の羽根１００と、各羽根の左右方向中間部で内径側を固定する中央主板１１０とを有する。各羽根は、外周端部から中央主板までの部分ＡＡを、側板への固定端部間を一体にして回転軸に実質的に平行に線曲げ成形し、中央主板位置から羽根入口部までの左右に分かれた部分ＡＢを、金型で個別に型曲げ成形した組合せ成形で製作されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸込口が２個形成された両吸込ポンプに係り、特に遠心羽根車を有する両吸込ポンプに関する。

両吸込渦巻ポンプの例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載のポンプでは、羽根車の加工性と加工精度とを両立させるために、鏡面構造の１対の片吸込遠心羽根車を溶接構造または鋳物構造で作成し、この一対の羽根車をリングを挟んで背面対向させている。

一方、流体機械の羽根をいわゆる製缶化することが、特許文献２に記載されている。この公報では、流体を駆動しまたは流体により駆動される流体機械の羽根を、専用の成形型を使用することなく板状素材から成形するために、羽根面を構成する曲面の形状を単数の円錐面または複数の円錐面の群、もしくはこれらに近似した曲面で構成している。

特開２００７−２９１８６２号公報 特開２００２−２２７６０３号公報

上記特許文献１に記載の両吸込渦巻ポンプでは、加工精度をも考慮すると、溶接構造とすることができるのは羽根車の羽根形状が溶接に適した形状でかつ機械加工が可能な場合に限られる。したがって、多くの場合は、一対の片吸込羽根車を鏡面構造にして、鋳物で製造せざるを得ない。このように鋳物で製造すると、木型の個数が増える。それとともに、加工精度を確保するために、所定形状に形成したゲージを基準にして、対を成す羽根車を手仕上げで仕上げるという熟練技術が必要になるとともに加工工数が増大する。

羽根車の製缶化を推し進めるために有効な特許文献２に記載の技術では、羽根面をいくつかの円錐面やこれらを近似した曲面としている。この羽根を両吸込ポンプに適用しようとする場合には、以下のような困難が発生する。両吸込ポンプでは、左右の羽根車の羽根の周方向位置、すなわち位相を合わせるものと位相を異ならせるものとがある。位相を同じとする最も一般的な場合には、性能を優先して羽根厚さが薄く形成されていることもあり、羽根が湾曲していると、溶接熱により熱変形を生じやすい。特に、羽根車出口部の形状は、流体性能に寄与する度合いが高いので、この部分の溶接処理工数が増加する。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、様々な形の両吸込ポンプに、製缶構造を可能にすることにある。本発明の他の目的は、製缶構造を採用したことにより、安価に両吸込渦巻ポンプおよびそれに用いる羽根車を実現することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、回転軸と、この回転軸に取付けた両吸込型の遠心羽根車と、この両吸込型の遠心羽根車を収容し、渦巻状に形成された吸込ケーシング部と吐出ケーシング部とを有するケーシングと、を備えた両吸込ポンプにおいて、遠心羽根車は、左右一対の側板と、両端部が各側板に固定され周方向に間隔を置いて配置された複数枚の羽根と、各羽根の左右方向中間部で内径側を固定する中央主板とを有し、各羽根は、外周端部から中央主板までの部分を、側板への固定端部間を一体にして回転軸に実質的に平行に線曲げ成形し、中央主板位置から羽根入口部までの左右に分かれた部分を、個別に線曲げ成形した組合せ成形で製作されていることにある。

そしてこの特徴において、中央主板を、回転軸に貫挿する円筒型部材と、この円筒型部材の外周位置に取付けた円盤型部材と、この円盤型部材の両側部に傾斜部を有して取付けた円錐型部材とで構成してもよく、中央主板を回転軸に貫挿する円筒型部材と、この円筒型部材の外周位置に取付けた一対の円錐型部材とで構成し、この一対の円錐部材の外周部同士を溶接し、さらに左右に分かれ線曲げした部分の端部をこの円錐部材に溶接してもよい。

また上記特徴において、羽根車が比速度５００以上の高比速度羽根車のときに、羽根車の各羽根が、外周端部から前記中央主板までの部分を、側板への固定端部間を一体にして回転軸に実質的に平行に線曲げ成形した後、この線曲げした範囲を、側板への固定端部間の実質的に中央部で羽根圧力面側から線押して成形してもよい。

本発明によれば、両吸込み渦巻きポンプが備える羽根車の羽根形状を曲げ加工の組み合わせで実現したので羽根車の製缶化が可能になり、安価で信頼性の高い両吸込渦巻ポンプが得られる。

本発明に係る両吸込渦巻ポンプの一実施例の図であって、羽根車部の子午面断面図。 図１に示した両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車の図であって、種々の中央主板部形状を示す子午面断面図。 図１に示した両吸込渦巻ポンプの羽根車形状を説明する図。 図１に示した両吸込渦巻ポンプの羽根車形状を説明する図。 両吸込ポンプの羽根車における比速度の影響を説明する図。

以下、本発明に係る両吸込渦巻ポンプ３０のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図１は、両吸込渦巻ポンプ３０の一実施例について、主要部を子午断面で示した図である。中央部に回転軸１が、この回転軸に鏡面対象に形成された羽根車２が固定して取付けられている。羽根車２の外周側をケーシングが覆っており、ケーシングの一部は吐出しケーシング部２００を、図示しない他の一部は吸込みケーシング部を形成している。羽根車２の羽根１００は製缶品であり、側板１２０に溶接により取付けられている。羽根１００は、鋼板材を成形して製作される。以下に、鋼板材を成形する主たる手法である線曲げ成形と型曲げ成形を説明する。

線曲げ成形の際には、汎用の２次元曲げ用の押し治具と、この押し治具に対して所定の角度を有するように配置した２本の直線状の支え治具を用いる。素材を保持具で保持し、素材の一方の面の所定位置（押し位置）に対し、押し治具を押し付ける。素材の押し治具が押し付けられる面の反対面には、押し位置を挟むように支え治具が配置されているので、素材は押し位置で押す方向に変形する。素材の押し位置を逐次変えていけば、部分的な円錐面が接続された曲面が形成される。

型曲げ成形では、例えば所望の３次元の羽根面を、その羽根面の３次元形状そのものに対応する専用の金型を製作する。そして、この金型を直接素材に押し当てて、プレス成形する。金型は、羽根の表側と裏側に応じて対に製作するのが一般的である。以下に述べる実施例では、これらの成形法を羽根の成形に用いている。

両吸込渦巻ポンプ３０に用いる羽根車２は、子午面断面形状が中央部で突き出た山形になっている中央主板１１０を有している。この中央主板１１０に跨って鏡面対称形状の羽根１００を複数枚周方向にほぼ等間隔に配置し、中央主板１１０に溶接により取付ける。羽根１００の端部であって中央主板１１０に取付けられる側と反対端部は、外側板１２０に溶接で取付けられている。外側板１２０は、ベル状に形成されている。ここで、各羽根１００の外周側は、羽根車２の回転方向の後方側に湾曲している。

このような両吸込渦巻ポンプの羽根１００を製作するときは、羽根１００の素材として鋼板等の板材を選択し、この板材に対して羽根形状に合わせた板取り加工を施す。その際、加工後の羽根１００の大きさに相当する形状に対して、その周りに掴み代の余裕を含ませた板取りとする。

図１に示すように、羽根１００は吸込み端側から中央主板１１０に溶接される部分までは左右に分かれて形成された部分ＡＢを有しているが、中央主板１１０が尽きるところから吐出側までは左右一体の部分ＡＡとなっている。そこで、左右両側の羽根１００を一体にした板取り材を製作し、羽根出口部から中央主板１１０付近までの左右の両羽根が連結している部分ＡＡでは、左右同時に線曲げする。その際、羽根車２として仕上げたときに吐出側近傍になるところでは、回転軸１に対して平行な位置で複数個所線曲げ成形する。

中央主板１１０の最大径部位置から羽根車入口部までは、左右２方向に分かれて広がった羽根素材を片側ずつ金型でプレス成形する。後側の加工においては、羽根素材を反転させて、同一の金型を使用して加工する。すなわち、羽根車の吸込み側に位置する部分では、型曲げ成形となっている。

このように、線曲げ成形の組合せ加工としたので、鏡面対象の両吸込型羽根車の羽根を、精度よく製缶加工可能になる。特に、ポンプ性能への影響が大きい羽根出口部において、左右両側の羽根同士を直接突合せ溶接する必要がなく、溶接による羽根変形が発生しない。また、溶接に要する工数を低減でき、短期間に安価で信頼性の高い両吸込渦巻ポンプが得られる。

さらに本実施例によれば、羽根素材を板取りする際に、掴み代の他に側板１２０側に羽根１００の端部を延ばして拡張羽根としておけば、異なる仕様のポンプ羽根車にも対応させることが可能になる。例えば、異なる仕様の要求があったときに、ポンプの仕様を検討し、既存の羽根の形状を延長した拡張羽根またはその変形を利用できる場合には、既存の線曲げを拡大した板取部まで適用すればよい。さらに、拡大した部分には、型曲げ等を適用すれば、さらに拡張性が向上する。

本発明に係る両吸込渦巻ポンプ３０の他の実施例を、図２の子午面断面図を用いて説明する。図２に示した両吸込渦巻ポンプ３０では、図１に示した両吸込渦巻ポンプ３０の中央主板１１０の代わりに、種々の形状の部材を用いている。同図（ａ）では、中央主板部１１０ｘが図１の中央主板１１０とその外形が近似するように、製缶構造化している。

すなわち、回転軸に貫挿され両軸端側の外径部を斜めに切り落とした形状の円筒型部材１１０ａの軸方向中央部に、中央主板１１０の外径部を近似する形状の円盤型部材１１０ｂを取付けている。さらに、円筒型部材１１０ａと円盤型部材１１０ｂとを、円錐面で接続して、両吸込渦巻ポンプ３０の中央主板１１０側（円盤型部材１１０ｂ側）に滑らかな流路を形成示している。従来の鋳造品の羽根車では、中央主板が肉厚部を有する自由曲面形状であったが、本実施例では円筒型部材１１０ａと円盤型部材１１０ｂと円錐型部材１１０ｃとをそれぞれ溶接して中央主板部１１０ｘを構成している。

このように本実施例では、中央主板部１１０ｘを子午面断面で直線化した形状（円錐形状）にしたので、中央主板部の製作性が向上する。また、中央主板部に羽根１００を溶接するときは、接合面が単純化した形状となるので、溶接性を改善できる。なお、羽根車２の吸込み側である中央主板部１１０ｘ付近の流れは、側板１２０と中央主板部１１０ｘとが形成する曲がり流路内の流れであり、その流路では凹側（外周側）の流れになるので、流路形状を理想的なラッパ型曲面を円錐面で近似しても、剥離の発生の状況もほとんど変化しない。したがってポンプ性能に対する影響も小さくて済む。

図２（ｂ）および図２（ｃ）は、図２（ａ）の変形例であり、羽根車２を同図（ａ）で示した羽根車よりも軽量化したものである。図２（ｂ）に示す羽根車においては、円盤型部材１１０ｂの内径端部を、回転軸１に貫挿させる円筒型部材１１０ａの外周、すなわち円筒部材１１０ａとの固定位置までは延ばさず、左右の円錐型部材１１０ｃ接続するのに必要な長さまで拡大している。これにより、羽根車２の軽量化が図られるとともに、溶接箇所を低減できる。また、円錐部材１１０ｃを円盤型部材１１０ｂを介して接続しているので、左右の円錐部材１１０ｃの位置ずれが起こしにくく、鏡面対称の精度を高く保つことができる。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示した羽根車２よりもさらに羽根車２の軽量化を図ったもので、左右の円錐部材１１０ｃ同士を直接溶接することにより、円盤型部材１１０ｂを不要としたものである。本変形例によれば、円錐部材１１０ｃ同士を溶接するので、溶接時の位置決めが少し難しくなるが、溶接箇所が減ったことおよび部材も減らすことが可能になり、羽根車加工の工数を低減し、安価な羽根車が得られる。

ところで、ポンプの羽根車２の形状は、比速度によりその子午面断面形状が特徴的に変化する。図５に、代表的な比速度Ｎｓ（＝ＮＱ^１／２／Ｈ^３／４；Ｎ：回転速度（ｒｐｍ）、Ｑ：流量（ｍ^３／ｍｉｎ）、Ｈ：ヘッド（ｍ））における羽根車２の子午面断面形状を示す。同図（ａ）は、比速度Ｎｓが１５０の場合であり、羽根車２の出口幅が相対的に狭く、羽根車２の出口半径と羽根車２の入口半径の比が大きい。すなわち、羽根車２の入口半径が相対的に小径になっている。

これに対し、同図（ｂ）（Ｎｓ＝４００）、同図（ｃ）（Ｎｓ＝７００）と比速度が大きくなるに連れ、出口幅が相対的に広くなり、羽根車２の出口半径と羽根車２の入口半径の比が小さくなる。また、両吸込渦巻ポンプの羽根車２に必要となる中央主板１１０の半径位置も、比速度が大きくなるに連れ、相対的に外径側に移動する。

つまり、比速度が４００以下の低中比速度では、羽根車２の出口幅が相対的に狭く羽根車２の外周から中央主板１１０の外径端が相対的に離れたところに位置する。そして、羽根車２の外周側であって羽根１００を直線線素で形成できる範囲が、広くなる。一方、比速度が５００を超える高比速度になると、羽根車２の出口幅が相対的に広くなり、中央主板１１０の外径端が羽根車２の外周部に近くなる。直線線素で羽根１００を形成できる範囲が狭くなり、羽根車２の外周部近傍から内側の部分は、ほぼ全体的に３次元形状となる。

このように比速度により羽根車２の形状が異なるので、図１に示した加工法を用いるのは、Ｎｓ＝４００程度以下の低中比速度の羽根車２に適している。これに対して、Ｎｓ＝５００程度以上の高比速度の羽根車では、羽根１００を直線線素で構成するのが困難になる部分が多くなるので、他の方法で製造するのが望ましい。この方法を、図３および図４を用いて説明する。

これら両図において、（ａ）図は羽根車２の羽根１００の正面図であり、（ｂ）図は羽根１００と中央主板１１０の子午面断面図である。先ず、図３（ａ）に示すように、羽根車２の出口（外周部）から中央主板１１０の外径位置までの範囲ＡＲ２について、左右両方向を一体にした羽根を一体のまま、回転軸１に平行な線を折り曲げ基準位置にして、線曲げ成形する。その後、図４（ａ）に示すように、線曲げ成形した羽根１００の部分だけ、左右両羽根の鏡面対称軸である中央線Ｙ方向に線押し加工する。この線押し加工においては、羽根圧力面側から線押しを行う。

さらに、中央主板１１０の外径端から羽根車２の入口端部までは、図１に示した実施例と同様に、羽根１００の左右両方向に分かれた部分ＡＲ１を、それぞれ予め成形した型を用いて型曲げする。その際裏返して羽根素材を成形型に位置させれば、鏡面対称形状に羽根１００を形成できることは上述したとおりである。これにより、所望の羽根１００が得られる。

本実施例によれば、高比速度の羽根車であって直線線素部が少ない羽根を有する羽根車であっても、製缶加工が可能になり、羽根車を鋳物で成形する必要がなくなる。これにより、両吸込渦巻ポンプの羽根車の製作工数と製作に要する時間を低減でき、製作に要する費用も低減できる。

１…回転軸、２…羽根車、３０…両吸込渦巻ポンプ、１００…羽根、１１０…中央主板、１２０…側板、２００…吐出しケーシング、２０１…ケーシングリング。

Claims (4)

1. 回転軸と、この回転軸に取付けた両吸込型の遠心羽根車と、この両吸込型の遠心羽根車を収容し、渦巻状に形成された吸込ケーシング部と吐出ケーシング部とを有するケーシングと、を備えた両吸込ポンプにおいて、
   前記遠心羽根車は、左右一対の側板と、両端部が各側板に固定され周方向に間隔を置いて配置された複数枚の羽根と、各羽根の左右方向中間部で内径側を固定する中央主板とを有し、各羽根は、外周端部から前記中央主板までの部分を、側板への固定端部間を一体にして回転軸に実質的に平行に線曲げ成形し、中央主板位置から羽根入口部までの左右に分かれた部分を個別に型曲げ成形した組合せ成形で製作されていることを特徴とする両吸込ポンプ。
2. 前記中央主板を、回転軸に貫挿する円筒型部材と、この円筒型部材の外周位置に取付けた円盤型部材と、この円盤型部材の両側部に傾斜部を有して取付けた円錐型部材とで構成したことを特徴とする請求項１に記載の両吸込ポンプ。
3. 前記中央主板を、回転軸に貫挿する円筒型部材と、この円筒型部材の外周位置に取付けた一対の円錐型部材とで構成し、この一対の円錐部材の外周部同士を溶接し、さらに前記左右に分かれた線曲げした部分の端部をこの円錐部材に溶接したことを特徴とする請求項１に記載の両吸込ポンプ。
4. 前記羽根車が比速度５００以上の高比速度羽根車であり、この羽根車の各羽根が、外周端部から前記中央主板までの部分を、側板への固定端部間を一体にして回転軸に実質的に平行に線曲げ成形した後、この線曲げした範囲を、側板への固定端部間の実質的に中央部で羽根圧力面側から線押して成形されていることを特徴とする請求項１に記載の両吸込ポンプ。

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