JP2012072696A - 遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ボリュート内の流体の流れを円滑にすることにより吐出効率を高めることができる遠心ポンプを提供する。
【解決手段】遠心ポンプ１５は、ケース２１内に羽根車２３が回転自在に設けられ、羽根車がケース内のボリュート２８で覆われ、羽根車を回転することによりボリュート内に吸い込んだ流体をボリュートに沿わせて送り出し、送り出した流体を吐出するものである。この遠心ポンプは、ボリュートの底部２８ｄに開口部２９を備え、開口部に蓋プレート５５が開閉自在に設けられ、羽根車の回転時に開口部を閉塞可能で、羽根車の停止時に開口部を開放可能な開閉構造体３０を備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、羽根車がボリュートで覆われ、羽根車を回転することによりボリュート内に吸い込んだ水などの流体をボリュートに沿わせて吐出する遠心ポンプに関する。

遠心ポンプは、ケース内にメカニカルシールなどを介して回転軸が回転自在に突出され、突出させた回転軸に羽根車が設けられている。羽根車は、回転軸にハブが設けられ、ハブに複数の羽根が設けられている。
この遠心ポンプを駆動する際には、自吸運転の呼び水作用でケース内に負圧を発生させ、発生させた負圧でケース内に水などの流体（以下、「流体」という）を吸い込む。
自吸運転で流体を吸い込むことにより定常運転で吸い込んだ流体を羽根車の遠心力で吐出する（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、遠心ポンプのなかには、ケース内にボリュートが収納され、ボリュートの内部に羽根車が設けられたものがある。
この遠心ポンプは、自吸運転の際にボリュートの内部に呼び流体（呼び水作用を奏する流体）を導入するために、ボリュートの底部に開口部が形成されている。

ボリュートの底部に開口部を形成することで、ケース内に供給した呼び流体を開口部を経てボリュートの内部に導入することができる。よって、羽根車を回転することによりボリュートの内部に負圧を発生させて、ボリュートの内部に流体を吸い込むことができる。
一方、遠心ポンプの運転を停止した際に、ボリュートの内部の流体をボリュートの底部の開口部から排出することができる。

特開２０００−２３０４９３号公報

ここで、従来の遠心ポンプは、定常運転において吸い込んだ流体をボリュートに沿わせて送り出し、送り出した流体を吐出ノズルから吐出する。
しかし、この遠心ポンプはボリュートの底部に開口部が形成されている。よって、定常運転において吸い込んだ流体をボリュートに沿わせて送り出す際に、ボリュートの底部に形成した開口部が流体の流れに対して抵抗となる。
このため、ボリュート内の流体の流れが底部の開口部で妨げられ、吐出効率を高める妨げになっていた。

本発明は、ボリュート内の流体の流れを円滑にすることにより吐出効率を高めることができる遠心ポンプを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ケース内に羽根車が回転自在に設けられ、前記羽根車が前記ケース内のボリュートで覆われ、前記羽根車を回転することにより前記ボリュート内に吸い込んだ流体をボリュートに沿わせて送り出し、送り出した流体を吐出する遠心ポンプにおいて、前記ボリュートの底部に開口部を備え、前記開口部に蓋体が開閉自在に設けられ、前記羽根車の回転時に前記開口部を閉塞可能で、前記羽根車の停止時に前記開口部を開放可能な開閉構造体を備えたことを特徴とする。

請求項２は、前記開閉構造体は、前記羽根車の停止時に前記開口部を開放する位置に前記蓋体を付勢する付勢手段を備え、前記羽根車の回転時に発生する前記流体の遠心力で、前記蓋体を前記付勢手段の付勢力に抗して前記開口部を閉塞する位置に保持可能としたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、ボリュートの底部に開口部を形成し、開口部に開閉構造体の蓋体を開閉自在に設けた。
この開閉構造体は、羽根車の回転時に開口部を蓋体で閉塞可能で、羽根車の停止時に開口部を開放可能とした。

このように、羽根車の回転時に開口部を蓋体で閉塞することで、定常運転においてボリュートの内部に吸い込んだ流体をボリュートに沿わせて送り出す際に、開口部が流体の流れに対して抵抗となることを抑えることができる。
このように、開口部が流体の流れに対して抵抗となることを防いで、ボリュート内の流体の流れを円滑にして吐出効率を高めることができる。

加えて、羽根車の回転時に開口部を蓋体で閉塞することで、定常運転においてボリュートを一層好ましい渦巻形状とすることができる。
これにより、ボリュート内の流体の流れを一層円滑にして吐出効率をさらに高めることができる。

請求項２に係る発明では、開閉構造体に付勢手段を備え、この付勢手段で羽根車の停止時に開口部を開放する位置に蓋体を付勢するようにした。
そして、羽根車の回転時に発生する流体の遠心力で、蓋体を付勢手段の付勢力に抗して開口部を閉塞する位置に保持可能とした。

よって、開閉構造体に付勢手段を備えるだけの簡単な構成で、羽根車の回転時に開口部を閉塞可能で、羽根車の停止時に開口部を開放可能とすることができる。
これにより、開閉構造体の簡素化を図るとともにコストを抑えることができる。

本発明に係る遠心ポンプを備えた遠心ポンプユニットを示す斜視図である。 図１の遠心ポンプを示す斜視図である。 図２の遠心ポンプにおいて羽根車およびボリュートの破断状態を示す斜視図である。 図２の遠心ポンプを示す断面図である。 本発明に係る遠心ポンプに備えた開閉構造体を示す斜視図である。 図４の６−６線断面図である。 図５の開閉構造体で開口部を閉塞した状態を示す斜視図である。 図６の開閉構造体で開口部を閉塞した状態を示す背面図である。 本発明に係るボリュートの開口部を自吸運転時に開放して定常運転時に閉塞する例を説明する図である。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

実施例に係る遠心ポンプ１５について説明する。
図１に示すように、遠心ポンプユニット１０は、略矩形体枠状に形成されたフレーム１１と、フレーム１１のベース１２に設けられたエンジン１３と、エンジン１３に設けられるとともにベース１２に設けられた遠心ポンプ１５とを備えている。

エンジン１３は、図４に示すように、クランクシャフト（回転軸）１８の端部１８ａが遠心ポンプ１５内に突出され、突出された端部１８ａが遠心ポンプ１５の羽根車２３に連結されている。
クランクシャフト１８は、端部１８ａの近傍部位１８ｂがメカニカルシール４１に回転自在に支持されている。

図２、図３に示すように、遠心ポンプ１５は、エンジン１３のシリンダブロック１７に蓋部材３６を介してボルト止めされたケース２１と、ケース２１の内部（ケース内）２２に設けられてクランクシャフト１８の端部１８ａに連結された羽根車２３と、羽根車２３を覆うボリュート２８と、ボリュート２８に設けられた開閉構造体３０とを備えている。

また、遠心ポンプ１５は、ケース２１の吸込口２１ａ（図４参照）に設けられた吸込ノズル３２と、ケース２１の吐出口２１ｂに設けられた吐出ノズル３３とを備えている。

図４に示すように、ケース２１は、蓋部材３６に対向するとともにケース２１の吸込口２１ａを有する吸込口側壁部３７と、吸込口側壁部３７の吸込口２１ａをボリュート２８の吸込口２８ｂに連通する連通路３１と、吸込口側壁部３７および蓋部材３６間の各上端部に設けられた頂部３８とを有する。
以下、ボリュート２８の吸込口２８ｂを「ボリュート吸込口」と略記する。

蓋部材３６は、クランクシャフト１８（端部１８ａの近傍部位１８ｂ）と同軸上に支持孔３６ａが形成され、支持孔３６ａにメカニカルシール４１が同軸上に支持され、メカニカルシール４１に端部１８ａの近傍部位１８ｂが回転自在に支持されている。
さらに、クランクシャフト１８の端部１８ａがメカニカルシール４１を介してケース２１の内部２２（具体的には、ボリュート２８の内部）に突出されている。

クランクシャフト１８（端部１８ａの近傍部位１８ｂ）はメカニカルシール４１を用いて回転自在に支持されている。
よって、ケース２１の内部２２の流体が、近傍部位１８ｂの支持部位から外部に漏れることをメカニカルシール４１で機械的に制限することができる。

ケース２１の内部２２に突出されたクランクシャフト１８の端部１８ａに羽根車２３が設けられている。
羽根車２３は、クランクシャフト１８の端部１８ａに設けられたハブ２４と、ハブ２４のうちのメカニカルシール４１の反対側の面（以下、「表面」という）２４ａに設けられた複数の羽根２５とを備えている。
なお、ハブ２４のうちのメカニカルシール４１側の面を、以下「裏面」２４ｂという。

この羽根車２３は、ケース２１の内部２２に収容されたボリュート２８で覆われている。
図５、図６に示すように、ボリュート２８は、渦巻形に形成されたケーシングであり、側壁２８ａにクランクシャフト１８に対して同軸上に吸込口２８ｂ（図４参照）を備え、上部に上向きに開口した吐出口２８ｃを備え、底部２８ｄに開口部２９を備えている。

開口部２９は、略楕円形状に形成され、ボリュート２８の内部から外部に向かうにつれて開口面積が徐々に小さくなるように内周縁２９ａがテーパ状に形成されている。

ボリュート２８内に収容された羽根車２３を矢印Ａ方向に回転させることにより、吸込口２８ｂ（図４参照）からボリュート２８内に流体が吸い込まれる。
ボリュート２８内に吸い込まれた流体がボリュート２８の内周壁２８ｅに沿って矢印Ｂの如く送り出され、送り出された流体が吐出口２８ｃから吐出される。
ボリュート２８の内周壁２８ｅに沿わせて流体を矢印Ｂの如く送り出すことにより、ボリュート２８の内周壁２８ｅに流体の遠心力が作用する。

このボリュート２８に開閉構造体３０を備えている。
開閉構造体３０は、ボリュート２８の底部２８ｄに設けられた支持部４４と、支持部４４にスイング移動（揺動）自在に設けられた蓋体４５と、蓋体４５を開放位置Ｐ１に保持する付勢手段４６とを備えている。

支持部４４は、ボリュート２８の底部２８ｄのうち、開口部２９の近傍から下方に向けて突出された一対の支持片５１と、一対の支持片５１間に蓋体４５をスイング移動自在（揺動自在）に支持する支持軸５２とを備えている。

蓋体４５は、開口部２９を開閉可能な略楕円形の蓋プレート５５と、蓋プレート５５に設けられた支持アーム５６とを備えている

蓋プレート５５は、板厚寸法がボリュート２８（底部２８ｄ）の板厚寸法と略同じ大きさに形成されている。
また、蓋プレート５５は、開口部２９より僅かに小さく形成されることで開口部２９内に嵌合可能なプレートである。
さらに、蓋プレート５５は、内面５５ａ側から表面５５ｂ側に向かうにつれて面積が徐々に小さくなるように外周縁５５ｃがテーパ状に形成されている。

蓋プレート５５を開口部２９に嵌合させた状態において、開口部２９を蓋プレート５５で塞ぐ（閉塞する）ことができる。
この状態において、蓋プレート５５の内面５５ａをボリュート２８の内周壁２８ｅと略面一に配置することができる。

ここで、開口部２９の内周縁２９ａがテーパ状に形成され、かつ、蓋プレート５５の外周縁５５ｃがテーパ状に形成されている。
これにより、蓋プレート５５の内面５５ａがボリュート２８の内周壁２８ｅと略面一に配置された状態において、蓋プレート５５が開口部２９からボリュート２８の外側に抜け出さないように保持される。

蓋プレート５５の上流側端部５５ｄから支持アーム５６が底部２８ｄの外側に向けて、かつ流体の流れに対して上流側に向けて突出されている。
支持アーム５６の基部５６ａが支持軸５２に回転自在に支持されている。

すなわち、支持軸５２（すなわち、支持部４４）は、蓋プレート５５の下流側端部５５ｅより流体の流れに対して上流側に設けられている。
換言すれば、ボリュート２８の内周壁２８ｅに沿って矢印Ｂの如く送り出される流体の流れに対して、蓋プレート５５の下流側端部５５ｅより上流側に支持部４４（すなわち、支持軸５２）が配設されている。

支持アーム５６を支持軸５２を軸にして矢印Ｃの如くスイング移動することにより、蓋プレート５５を矢印Ｄの如く開放位置Ｐ１および閉塞位置Ｐ２間でスイング移動することができる。
蓋プレート５５を開放位置Ｐ１に配置することで、開口部２９を開放することができる。また、蓋プレート５５を閉塞位置Ｐ２に配置することで、開口部２９を閉塞することができる。

支持アーム５６に付勢手段４６が設けられている。
付勢手段４６は、底部２８ｄに設けられた支持突片６１と、支持突片６１および支持アーム５６間に介在されたばね部材（圧縮ばね）６２とを備えている。
支持突片６１は、支持アーム５６に対して所定間隔をおいて設けられている。

ばね部材６２は、ボリュート２８の内周壁２８ｅに沿って流体が矢印Ｂの如く送り出される際に発生する遠心力Ｆより小さな付勢力（ばね力）を作用させる部材である。
すなわち、「ばね部材６２の付勢力」＜「遠心力Ｆ」の関係が成立している。

開閉構造体３０によれば、羽根車２３の停止時に、ばね部材６２の付勢力で蓋プレート５５を開放位置Ｐ１に保持（付勢）して開口部２９を開放することができる。
一方、図７、図８に示すように、羽根車２３が矢印Ａの如く回転することで流体による遠心力Ｆが発生する。

ここで、前述したように、支持部４４（すなわち、支持軸５２）は、ボリュート２８の内周壁２８ｅに沿って矢印Ｂの如く送り出される流体の流れに対して蓋プレート５５の下流側端部５５ｅより上流側に配設されている。

よって、羽根車２３の回転により発生する遠心力Ｆが蓋プレート５５の内面５５ａに作用する。
これにより、羽根車２３の回転により発生する遠心力Ｆで、蓋プレート５５をばね部材６２の付勢力に抗して閉塞位置Ｐ２に保持し、開口部２９を蓋プレート５５で閉塞できる。

以上説明したように、開閉構造体３０に付勢手段４６（ばね部材６２）を備え、ばね部材６２で羽根車２３の停止時に開口部２９を開放する開放位置Ｐ１に蓋プレート５５を付勢するようにした。
そして、羽根車２３の回転時に発生する流体の遠心力で、蓋プレート５５をばね部材６２の付勢力に抗して開口部２９を閉塞する閉塞位置Ｐ２に保持可能とした。

よって、開閉構造体３０に付勢手段４６（ばね部材６２）を備えるだけの簡単な構成で、羽根車２３の回転時に開口部２９を閉塞可能で、羽根車２３の停止時に開口部２９を開放可能とすることができる。
これにより、開閉構造体３０の簡素化を図るとともにコストを抑えることができる。

つぎに、ボリュート２８の開口部２９を自吸運転時に開放し、定常運転時に閉塞する例を図９に基づいて説明する。
図９（ａ）に示すように、自吸運転を開始する前は羽根車２３が停止している。羽根車２３が停止しているので、ボリュート２８の内周壁２８ｅに作用する遠心力が発生していない。

よって、羽根車２３の停止時には、蓋プレート５５をばね部材６２の付勢力で開口部２９の上方の開放位置Ｐ１に保持（付勢）することができる。
これにより、開口部２９が開放され、ケース２１の内部２２（図４参照）に供給した呼び流体（呼び水作用を奏する流体）を開口部２９を経てボリュート２８の内部に導入することができる。

図９（ｂ）に示すように、自吸運転で羽根車２３を矢印Ａの如く回転する。羽根車２３を回転することにより、ボリュート２８の内部に負圧を発生させて、ボリュート２８の内部に流体を吸い込むことができる。
自吸運転で流体を吸い込むことにより、定常運転でボリュート２８の内部に吸い込まれた流体をボリュート２８の内周壁２８ｅに沿って矢印Ｂの如く送り出す。
内周壁２８ｅに沿って送り出された流体が吐出口２８ｃから矢印Ｅの如く吐出される。

定常運転を開始して流体を矢印Ｂの如く送り出すことにより、ボリュート２８の内周壁２８ｅに流体の遠心力Ｆが作用する。
ボリュート２８の内周壁２８ｅに発生する遠心力Ｆで、蓋プレート５５をばね部材６２の付勢力に抗して矢印Ｆの如く閉塞位置Ｐ２にスイング移動することができる。
スイング移動した蓋プレート５５は閉塞位置Ｐ２に保持される。
これにより、開口部２９を蓋プレート５５で閉塞した状態に保つことができる。

このように、羽根車２３の回転時に開口部２９を蓋プレート５５で閉塞することで、定常運転においてボリュート２８の内部に吸い込んだ流体をボリュート２８の内周壁２８ｅに沿わせて送り出す際に、開口部２９が流体の流れに対して抵抗となることを抑えることができる。
このように、開口部２９が流体の流れに対して抵抗となることを防いで、ボリュート２８内の流体の流れを円滑にして吐出効率を高めることができる。

加えて、羽根車２３の回転時に開口部２９を蓋プレート５５で閉塞することで、定常運転においてボリュート２８を一層好ましい渦巻形状とすることができる。
これにより、ボリュート２８内の流体の流れを一層円滑にして吐出効率をさらに高めることができる。

ここで、定常運転を停止することにより、ボリュート２８の内周壁２８ｅに作用する遠心力Ｆが除去される。
よって、ばね部材６２の付勢力で蓋プレート５５を開放位置Ｐ１に保持（付勢）することができる。これにより、ボリュート２８の内部の流体を開口部２９からケース２１の内部２２に排出することができる。
ケース２１の内部２２に排出された流体は、ケース２１のプラグ６４（図３参照）を外すことによりケース２１の排出口６５からケース２１の外部に排出することができる。

なお、本発明に係る遠心ポンプは、前述した実施例に限定されるものではなく適宜変更、改良などが可能である。
例えば、前記実施例では、蓋体４５の蓋プレート５５として略楕円形の形状を例示したが、これに限らないで、円形、半円形、半楕円形や矩形などの他の形状を採用することも可能である。

また、前記実施例では、付勢手段４６にばね部材６２を用いた例について説明したが、これに限らないで、弾性ゴムなどの他の弾性部材を用いることも可能である。

さらに、前記実施例で示した遠心ポンプ１５、ケース２１、羽根車２３、ボリュート２８、開口部２９、開閉構造体３０、蓋体４５、付勢手段４６、蓋プレート５５およびばね部材６２などの形状や構成は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。

本発明は、羽根車がボリュートで覆われ、羽根車を回転することによりボリュート内に吸い込んだ流体をボリュートに沿わせて吐出する遠心ポンプへの適用に好適である。

１５…遠心ポンプ、２１…ケース、２３…羽根車、２８…ボリュート、２８ｄ…ボリュートの底部、２９…開口部、３０…開閉構造体、４５…蓋体、４６…付勢手段、５５…蓋プレート、６２…ばね部材、Ｐ１…開放位置（開口部を開放する位置）、Ｐ２…閉塞位置（開口部を閉塞する位置）。

Claims (2)

1. ケース内に羽根車が回転自在に設けられ、前記羽根車が前記ケース内のボリュートで覆われ、前記羽根車を回転することにより前記ボリュート内に吸い込んだ流体をボリュートに沿わせて送り出し、送り出した流体を吐出する遠心ポンプにおいて、
   前記ボリュートの底部に開口部を備え、
   前記開口部に蓋体が開閉自在に設けられ、前記羽根車の回転時に前記開口部を閉塞可能で、前記羽根車の停止時に前記開口部を開放可能な開閉構造体を備えたことを特徴とする遠心ポンプ。
2. 前記開閉構造体は、
   前記羽根車の停止時に前記開口部を開放する位置に前記蓋体を付勢する付勢手段を備え、
   前記羽根車の回転時に発生する前記流体の遠心力で、前記蓋体を前記付勢手段の付勢力に抗して前記開口部を閉塞する位置に保持可能としたことを特徴とする請求項１記載の遠心ポンプ。

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