JP2013213493A - 多段ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】中胴を小さくして製造コストを下げることができ、中胴同士を締結するための通しボルトを不要とし、さらには中胴を簡単に分解することができる多段ポンプを提供する。
【解決手段】本発明に係る多段ポンプは、複数段の羽根車２と、羽根車２を収容する複数段の中胴３Ａ〜３Ｄと、中胴３Ａ〜３Ｄを収容する中胴カバー２０と、中胴３Ａ〜３Ｄおよび中胴カバー２０を囲む外側ケーシング８と、中胴カバー２０を中胴３Ａ〜３Ｄに固定する固定機構２３，３１とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、液体を移送する多段ポンプに関し、特に液体を高圧で移送することができる高圧多段ポンプに関するものである。

液体を数ＭＰａ〜数十ＭＰａの高い圧力で移送することができるポンプとして、高圧多段ポンプがある。高圧多段ポンプは様々な用途に使用され、例えば、危険な液体を高い圧力で移送するために使用される。このようなポンプには、液体の高圧に耐え、かつ液体が外部に漏れないように、ケーシングの外側にさらにケーシングを設けた二重ケーシング構造が採用されている。

図１は、従来の高圧多段ポンプを示す断面図である。図１に示すように、高圧多段ポンプは、軸１に固定された複数の羽根車２を備えている。羽根車２を取り囲むように複数の中胴３が配置されている。各中胴３の内部にはガイドベーン５が配置されており、各段の羽根車２で昇圧された液体を次の段の羽根車２に導くようになっている。中胴３は、軸方向（軸１の延びる方向）に沿って重ね合わされており、これら中胴３は複数の通しボルト５０により互いに固定されている。さらにこれら中胴３を囲むように外側ケーシング８が配置されている。外側ケーシング８には液体の吸込口９および吐出口１０が設けられている。これら中胴３および外側ケーシング８により、二重ケーシング構造が構成されている。

軸１の端部は図示しない駆動機（例えばモータ）に連結され、この駆動機により羽根車２が回転するようになっている。羽根車２が回転すると、吸込口９から液体が吸い込まれて羽根車２に導かれ、各羽根車２によって順次昇圧される。中胴３と外側ケーシング８との間の空間は昇圧された液体で満たされ、吐出口１０から液体が排出される。このように、中胴３は、昇圧される途中の液体と昇圧された液体とを仕切る機能を有し、外側ケーシング８は、昇圧された液体の外部への漏洩を防止する機能を有する。

図２は、図１に示す高圧多段ポンプの一部を示す模式断面図である。図２に示すように、羽根車２の段数と同じ段数の中胴３Ａ〜３Ｄが重ね合わされている。各中胴とガイドベーン５との間には位置決めピン７が装着されており、この位置決めピン７により中胴３Ａ〜３Ｄとガイドベーン５との相対位置が固定されている。一段目の中胴３Ａの端面と外側ケーシング８との間にはガスケット１４が配置されている。最終段の中胴３Ｄに隣接してディフューザーリング１２が配置されており、このディフューザーリング１２の内部には、最終段の羽根車２を囲むようにディフューザー１３が形成されている。中胴３Ａ〜３Ｄとディフューザーリング１２は、複数の通しボルト５０（図２では１つの通しボルト５０のみを示す）により互いに締結されている。

しかしながら、図２に示す構造では、通しボルト５０用のねじ穴および貫通穴を中胴３Ａ〜３Ｄに形成しなければならないため、中胴３Ａ〜３Ｄ自体が大きくなり、ポンプ全体の重量が増すという欠点や、中胴３Ａ〜３Ｄの材料費が高くなるという欠点があった。

そこで、図３に示すように、通しボルト５０を中胴の外側に配置する構造が提案されている。この構造では、一段目の中胴３Ａとディフューザーリング１２にフランジ３ａ，１２ａを設け、このフランジ３ａ，１２ａに通しボルト用のねじ穴および貫通穴がそれぞれ形成されている。したがって、他の中胴３Ｂ〜３Ｄをより小さくすることができ、ポンプ重量が軽くなり、さらに中胴３Ｂ〜３Ｄの材料費も軽減することができる。しかしながら、通しボルト５０は、中胴３Ｂ〜３Ｄと外側ケーシング８の間の空間にあるため、この空間を満たす昇圧された液体の流れにより通しボルト５０が侵食されたり、流体振動により通しボルト５０が損傷することがあった。

図４は、中胴の他の締結構造を示す図であり、この構造では焼き嵌めが採用されている。焼き嵌めでは、隣接する２つの中胴のうちの一方を炉の中で高温に加熱して膨張させ、その嵌合部１５ａを大きくしておく。この状態で、低温の他方の中胴の嵌合部１５ｂを、膨張した中胴の嵌合部１５ａにすばやく挿入する。加熱された中胴の温度が下がるにしたがって、外側の嵌合部１５ａが内側の嵌合部１５ｂを締め付け、これにより隣接する２つの中胴が締結される。このような焼き嵌めを必要な段数だけ繰り返すことで多段の中胴３Ａ〜３Ｄが構成される。この焼き嵌め構造によれば、中胴３Ａ〜３Ｄの径が小さくできるとともに、外側ケーシング８の径も小さくすることができる。

しかしながら、焼き嵌めはそれを実施するための炉を必要とし、さらに、中胴を加熱するための費用と時間がかかる。このため、ポンプ全体の製造コストが上昇してしまう。しかも、ポンプが故障した場合、中胴を外すためには、バーナーなどの燃焼器を使用しなくてはならない。ポンプの設置現場によっては、火気の使用が許されないことがあり（例えば、化学工場など）、そのような設置現場では、燃焼器を使用することができない。このため、故障したポンプをその設置現場で修理することは不可能であり、ポンプを工場まで運搬しなければならなかった。

特開２００４−３６０６５３号公報 特開平９−８８８６４号公報

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、中胴を小さくして製造コストを下げることができ、中胴同士を締結するための通しボルトを不要とし、さらには中胴を簡単に分解することができる多段ポンプを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、複数段の羽根車と、前記羽根車を収容する複数段の中胴と、前記中胴を収容する中胴カバーと、前記中胴および前記中胴カバーを囲む外側ケーシングと、前記中胴カバーを前記中胴に固定する固定機構とを備えたことを特徴とする多段ポンプである。

本発明の好ましい態様は、前記中胴カバーは円筒形状であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記固定機構は、前記中胴カバーと前記中胴との相対位置を固定する第１の固定機構と、前記中胴同士の相対位置を固定する第２の固定機構とを備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の固定機構は、前記中胴カバーと一段目の中胴との相対位置を固定し、前記第２の固定機構は、最終段の中胴を軸方向に押圧することによって前記中胴同士を互いに締結することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第１の固定機構は、前記一段目の中胴に形成された第１のねじ穴と、該第１のねじ穴に螺合する第１のねじと、前記中胴カバーに形成され、前記第１のねじが通る通孔とを備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の固定機構は、前記一段目の中胴に形成された、テーパ嵌合面を有する第１のねじ穴と、前記テーパ嵌合面に嵌合するテーパ面を有し、前記第１のねじ穴に螺合する第１のねじと、前記中胴カバーに形成され、前記第１のねじが通る通孔とを備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の固定機構は、前記一段目の中胴に形成された突起部と、前記中胴カバーに形成され、前記突起部が係合する形状を有する係合部とを備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第２の固定機構は、前記中胴カバーに形成された第２のねじ穴と、前記最終段の中胴に隣接した押し付け部材と、前記第２のねじ穴に螺合し、かつ前記押し付け部材を前記最終段の中胴に押し付ける第２のねじとを備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記押し付け部材の内部にはディフューザーが形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の固定機構は、前記中胴カバーと最終段の中胴との相対位置を固定し、前記第２の固定機構は、一段目の中胴を軸方向に押圧することによって前記中胴同士を互いに締結することを特徴とする。

本発明によれば、複数段の中胴は中胴カバーに収容されるので、中胴同士を締結するための通しボルトが不要となる。したがって、中胴のサイズを小さくすることができ、ポンプ全体の軽量化および製造コストの低減を実現することができる。また、通しボルトを使用しないので、通しボルトが侵食するという問題が生じない。さらに、固定機構を解放するだけで簡単に中胴を分解することができるので、ポンプの設置現場でポンプの分解および修理を行うことができる。したがって、メンテナンス費用を低減することができる。

従来の高圧多段ポンプを示す断面図である。 図１に示す高圧多段ポンプの一部を示す模式断面図である。 従来の高圧多段ポンプの他の例を示す模式断面図である。 従来の高圧多段ポンプのさらに他の例を示す模式断面図である。 本発明の多段ポンプの一実施形態の一部を示す模式断面図である。 中胴および中胴カバーの組み立てを説明するための模式図である。 図７（ａ）は軸方向から見た中胴カバーを示す図であり、図７（ｂ）は中胴カバーの断面図である。 第１のねじとしてテーパ面を有するテーパねじを使用した例を示す断面図である。 図９（ａ）はテーパ面を有する第１のねじと、テーパ嵌合面を有する第１のねじ穴を示す図であり、図９（ｂ）は第１のねじ穴に第１のねじが螺合された状態を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る高圧多段ポンプの一部を示す模式断面図である。 図１１（ａ）は軸方向から見た中胴カバーを示す図であり、図１１（ｂ）は中胴カバーの断面図である。 図１２（ａ）は中胴カバーの係合部を示す上面図であり、図１２（ｂ）は係合部に係合した突起部を示す上面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係る多段ポンプの一部を示す模式断面図である。軸１、羽根車２、ガイドベーン５の構成は、図１乃至図４に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図５に示すように、羽根車２の段数と同じ段数の中胴３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが重ね合わされ、各中胴とガイドベーン５との間には位置決めピン７が装着されており、この位置決めピン７により中胴３Ａ〜３Ｄとガイドベーン５との相対位置が固定されている。最終段の中胴３Ｄに隣接してディフューザーリング１２が設けられている。このディフューザーリング１２の内部には、最終段の羽根車２を囲むようにディフューザー１３が形成されている。

本実施形態では、中胴３Ａ〜３Ｄを締結するための通しボルトは設けられておらず、代わりに中胴カバー２０が設けられている。この中胴カバー２０は、第１の固定機構２３および第２の固定機構３１によって中胴３Ａ〜３Ｄに固定されている。中胴カバー２０は円筒形状を有しており、中胴３Ａ〜３Ｄは中胴カバー２０に収容されている。中胴３Ａ〜３Ｄおよび中胴カバー２０を囲むように外側ケーシング８が設けられている。

軸１の端部は図示しない駆動機（例えばモータ）に連結され、この駆動機により羽根車２が回転するようになっている。羽根車２が回転すると、吸込口９から液体が吸い込まれて羽根車２に導かれ、各羽根車２によって順次昇圧される。中胴カバー２０と外側ケーシング８との間の空間は昇圧された液体で満たされ、吐出口１０から液体が排出される。

一段目の中胴３Ａの端面と外側ケーシング８との間には環状のガスケット１４が配置されている。羽根車２の回転によって昇圧された液体はディフューザーリング１２および中胴３Ａ〜３Ｄを吸込側に押圧し、これにより一段目の中胴３Ａの端面がガスケット１４を外側ケーシング８に押し付ける。このように、一段目の中胴３Ａと外側ケーシング８との間に挟まれたガスケット１４は、昇圧された液体が吸込側の領域に流れ込むことを防止するシールとして機能する。

図６は、中胴カバー２０の組み立てを説明するための模式図であり、図７（ａ）は中胴カバー２０をその軸方向から見た図であり、図７（ｂ）は中胴カバー２０の断面図である。１段目の中胴３Ａの外周面には、第１のねじ２４が螺合される複数の第１のねじ穴２６が形成されている。中胴カバー２０の周壁には、第１のねじ２４を通すための複数の通孔２５が形成されている。中胴カバー２０には、その周壁から半径方向内側に延びるフランジ部２１が形成されており、これらフランジ部２１には複数の第２のねじ穴３３が形成されている。複数の通孔２５は中胴カバー２０の一方の端部に位置しており、フランジ部２１および複数の第２のねじ穴３３は中胴カバー２０の他方の端部に位置している。

図６に示すように、軸１に沿って積み重ねられた中胴３Ａ〜３Ｄには、円筒状の中胴カバー２０が被せられる。この状態で、第１のねじ２４を通孔２５を通じて第１のねじ穴２６に挿入し、第１のねじ２４の頭部が通孔２５内に位置するまで第１のねじ２４を第１のねじ穴２６に螺合する。これにより、中胴カバー２０と一段目の中胴３Ａとの相対位置が固定される。このように、第１のねじ２４、第１のねじ穴２６、および通孔２５は、中胴カバー２０と中胴３Ａの相対位置を固定するための第１の固定機構２３を構成する。

さらに、ディフューザーリング１２を最終段の中胴３Ｄの側面に取り付け、この状態で、第２のねじ３２をディフューザーリング１２の通孔１２ａを通じて第２のねじ穴３３に挿入し、これら第２のねじ３２を締め付けることにより、ディフューザーリング１２で最終段の中胴３Ｄを軸方向に押し付ける。これにより、中胴３Ａ〜３Ｄは互いに締め付けられる。第２のねじ３２、ディフューザーリング１２の通孔１２ａ、および第２のねじ穴３３は軸１の軸方向に延びている。したがって、第２のねじ３２を締め付けることによって、ディフューザーリング１２は押し付け部材として最終段の中胴３Ｄを一段目の中胴３Ａに向かって押し付けることができる。その結果、中胴３Ａ〜３Ｄは互いに締め付けられる。すなわち、一段目の中胴３Ａとディフューザーリング１２との間に他の中胴３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが挟まれる。このように、第２のねじ３２、ディフューザーリング１２、および第２のねじ穴３３は、中胴３Ａ〜３Ｄの相対位置を固定するための第２の固定機構３１を構成する。

図８に示すように、第１のねじとしてテーパ面を有するねじ（テーパねじ）２４’を用いてもよい。この第１のねじ２４’について図９（ａ）および図９（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、第１のねじ２４’は、その頭部２４ａ’と雄ねじ部２４ｂ’との間に位置するテーパ面２４ｃ’を有している。第１のねじ穴２６’は、その上部にテーパ嵌合面（座ぐり）２６ａ’を有しており、このテーパ嵌合面２６ａ’の下に雌ねじ部２６ｂ’が形成されている。テーパ嵌合面２６ａ’は、テーパ面２４ｃ’の形状に対応する形状を有している。

図９（ｂ）に示すように、第１のねじ２４’が第１のねじ穴２６’にねじ込まれると、テーパ面２４ｃ’がテーパ嵌合面２６ａ’に嵌合する。このように、テーパ面２４ｃ’の全体がテーパ嵌合面２６ａ’に圧接されることにより、中胴カバー２０と一段目の中胴３Ａとの相対位置をより確実に固定することができる。これに加え、テーパ面２４ｃ’とテーパ嵌合面２６ａ’によって、軸１に沿って積み重ねられた中胴３Ａ〜３Ｄおよびディフューザーリング１２の重量を受けることができるので、強度面でも有利である。

回転する羽根車２によって昇圧された液体は、中胴カバー２０の外周面のみならず、その内周面にも接触するので、高圧の液体に起因した応力は中胴カバー２０にはほとんど生じない。したがって、中胴カバー２０には、耐圧部材としての大きな強度を持たせる必要はなく、中胴カバー２０を薄く形成することができる。さらに、ポンプ運転中は、昇圧された液体はディフューザーリング１２の後ろ側の領域を満たし、ディフューザーリング１２の背面を吸込側に向かって押し付けるので、中胴３Ａ〜３Ｄは液体の圧力によって互いに締め付けられる。したがって、第２のねじ３２によって中胴３Ａ〜３Ｄを強く締め付ける必要はない。また、中胴カバー２０には、昇圧された液体と同圧にするための貫通穴を設けてもよい。

中胴カバー２０およびディフューザーリング１２は、１３Ｃｒ合金、ステンレス鋼、Ｎｉ系合金、二相ステンレス鋼などの耐腐食性の高い金属または金属合金から製作される。ポンプの使用環境によっては炭素鋼で中胴カバー２０を形成してもよい。さらに、金属以外にも、セラミックを用いてもよく、またはカーボンファイバーなどの複合材料を用いてもよい。

本実施形態によれば、図２および図３で説明したような通しボルトが不要となるので、中胴３Ａ〜３Ｄのサイズを小さくすることができる。したがって、ポンプ全体の軽量化および製造コストの低減を実現することができる。また、通しボルトを使用しないので、通しボルトが侵食するという問題が生じない。さらに、第１のねじ２４または２４’および第２のねじ３２を外すだけで簡単に中胴３Ａ〜３Ｄを分解することができるので、ポンプの設置現場でポンプの分解および修理を行うことができる。したがって、ポンプのメンテナンス費用を低減することができる。

図１０は、本発明の他の実施形態に係る高圧多段ポンプの一部を示す模式断面図である。この実施形態では、中胴カバー２０と一段目の中胴とを固定するねじは設けられていなく、代わりに、第１の中胴３Ａの外周面に複数の突起部２７が設けられており、これら突起部２７が係合する形状を有する複数の係合部（切り欠き部）２８が中胴カバー２０に設けられている。この実施形態では、突起部２７および係合部２８により、中胴カバー２０と中胴３Ａの相対位置を固定する第１の固定機構２３が構成される。第２の固定機構３１は、上述の実施形態における第２の固定機構３１と同じである。

図１１（ａ）は軸方向から見た中胴カバー２０を示す図であり、図１１（ｂ）は中胴カバー２０の断面図である。図１２（ａ）は中胴カバー２０の係合部２８を示す上面図であり、図１２（ｂ）は係合部２８に係合した突起部２７を示す上面図である。係合部２８は、中胴カバー２０の縁部に形成されたＬ字型の切り欠き部である。この係合部２８は、中胴カバー２０の縁部から軸方向に延びる第１の切り欠き部２８ａと、この第１の切り欠き部２８ａから周方向に延びる第２の切り欠き部２８ｂとから基本的に構成されている。図１２（ｂ）に示すように、突起部２７は第２の切り欠き部２８ｂに係合するようになっている。

中胴カバー２０は次のようにして中胴３Ａに連結される。中胴カバー２０を軸方向に移動させ、突起部２７を第１の切り欠き部２８ａから係合部２８に導入する。さらに、中胴カバー２０全体をその軸心を中心として回転させることにより、図１２（ｂ）に示すように、突起部２７を第２の切り欠き部２８ｂに導入する。これにより、突起部２７と係合部２８とが係合する。その後、第２のねじ３２でディフューザーリング１２を最終段の中胴３Ｄに固定する。第２のねじ３２を締め付けると、ディフューザーリング１２が最終段の中胴３Ｄを軸方向に押圧し、これにより中胴３Ａ〜３Ｄが互いに締め付けられる。図１０に示す実施形態では、第１の固定機構２１としてねじは使用されていないので、部品点数の減少および分解修理の簡素化が実現できる。

図５乃至図１２に示す実施形態では、第１の固定機構２３により一段目の中胴３Ａと中胴カバー２０との相対位置が固定され、第２の固定機構３１により中胴３Ａ〜３Ｄの相対位置が固定されるが、他の実施形態として、第１の固定機構２３と第２の固定機構３１の位置を入れ替えて、第１の固定機構２３により最終段の中胴３Ｄと中胴カバー２０との相対位置を固定し、第２の固定機構３１により一段目の中胴３Ａを軸方向に押圧して中胴３Ａ〜３Ｄの相対位置を固定してもよい。

図５および図１０に示す実施形態は４段の羽根車を有する多段ポンプであるが、本発明はこれらの実施形態に限らず、多段の羽根車を有する多段ポンプに適用することが可能である。特に、本発明は、液体を高圧で移送する高圧多段ポンプに好適に適用することができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 軸
２ 羽根車
３Ａ〜３Ｄ 中胴
５ ガイドベーン
７ 位置決めピン
８ 外側ケーシング
９ 吸込口
１０ 吐出口
１２ ディフューザーリング（押し付け部材）
１３ ディフューザー
１４ ガスケット
１５ 嵌合部
２０ 中胴カバー
２１ フランジ部
２３ 第１の固定機構
２４，２４’ 第１のねじ
２５ 通孔
２６，２６’ 第１のねじ穴
２７ 突起部
２８ 係合部（切り欠き部）
３１ 第２の固定機構
３２ 第２のねじ
３３ 第２のねじ穴
５０ 通しボルト

Claims (10)

1. 複数段の羽根車と、
   前記羽根車を収容する複数段の中胴と、
   前記中胴を収容する中胴カバーと、
   前記中胴および前記中胴カバーを囲む外側ケーシングと、
   前記中胴カバーを前記中胴に固定する固定機構とを備えたことを特徴とする多段ポンプ。
2. 前記中胴カバーは円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の多段ポンプ。
3. 前記固定機構は、前記中胴カバーと前記中胴との相対位置を固定する第１の固定機構と、前記中胴同士の相対位置を固定する第２の固定機構とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の多段ポンプ。
4. 前記第１の固定機構は、前記中胴カバーと一段目の中胴との相対位置を固定し、前記第２の固定機構は、最終段の中胴を軸方向に押圧することによって前記中胴同士を互いに締結することを特徴とする請求項３に記載の多段ポンプ。
5. 前記第１の固定機構は、前記一段目の中胴に形成された第１のねじ穴と、該第１のねじ穴に螺合する第１のねじと、前記中胴カバーに形成され、前記第１のねじが通る通孔とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の多段ポンプ。
6. 前記第１の固定機構は、前記一段目の中胴に形成された、テーパ嵌合面を有する第１のねじ穴と、前記テーパ嵌合面に嵌合するテーパ面を有し、前記第１のねじ穴に螺合する第１のねじと、前記中胴カバーに形成され、前記第１のねじが通る通孔とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の多段ポンプ。
7. 前記第１の固定機構は、前記一段目の中胴に形成された突起部と、前記中胴カバーに形成され、前記突起部が係合する形状を有する係合部とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の多段ポンプ。
8. 前記第２の固定機構は、前記中胴カバーに形成された第２のねじ穴と、前記最終段の中胴に隣接した押し付け部材と、前記第２のねじ穴に螺合し、かつ前記押し付け部材を前記最終段の中胴に押し付ける第２のねじとを備えたことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の多段ポンプ。
9. 前記押し付け部材の内部にはディフューザーが形成されていることを特徴とする請求項８に記載の多段ポンプ。
10. 前記第１の固定機構は、前記中胴カバーと最終段の中胴との相対位置を固定し、前記第２の固定機構は、一段目の中胴を軸方向に押圧することによって前記中胴同士を互いに締結することを特徴とする請求項３に記載の多段ポンプ。

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