JP2014214714A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】インペラとライナリングの接触を防止しつつ、両者の隙間を経由する流体の逆流を抑制するポンプを提供する。【解決手段】ポンプ１０は、回転軸に沿う方向から流体を吸い込み回転遠心力の働く方向に流体を吐き出すインペラ１２と、インペラ１２から吐き出される流体１１を内部スペース１３に案内するディフューザ１７と、一端が吸込ノズル１４に連結し他端がディフューザ１７に連結するライナリング１８と、ライナリング１８の内周に設けられ回転するインペラ１２に対してくさび効果を付与する構造を有するウェアリング１９と、インペラ１２の外周上側に設けられウェアリング１９に近接する部位及びディフューザ１７に近接する部位に流体が吸込ノズル１４の方向に向かう逆流を抑制するラビリンス構造２１（２１ａ，２１ｂ）が形成される円環板２２と、を備えている。【選択図】 図２

Description

本発明は、インペラを回転させて流体に運動エネルギーを付与するポンプに関する。

流体の移送手段として、流体をインペラの回転中心に向かって吸い込んで遠心力によってその半径方向に吐き出す遠心型ポンプが、広く利用されている。
この遠心型ポンプには、インペラにより昇圧された吐出側の流体が低圧の吸込側に逆流することを防止するライナリングが、設けられている。
このライナリングは、高速回転するインペラの側周面に非接触となるように近接配置されることにより、吐出側のスペースと吸込側のスペースとを分断している（例えば、特許文献１）。

米国特許第４８８６４３０号明細書

ところで、インペラを先端に固定したシャフトは軸受により支持されており、回転運動するインペラにはラジアル方向の振動が生じる。
この振動によるインペラとライナリングとの接触を回避するためには、両者の隙間を十分に大きく設定する必要がある。
しかし、このインペラとライナリングとの隙間が広がると、この隙間における流動抵抗が低下して逆流が生じ易くなり、吐出側のスペースと吸込側のスペースとの分断が不十分になる課題があった。

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、インペラとライナリングの接触を防止しつつ、両者の隙間を経由する流体の逆流を抑制するポンプを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るポンプにおいて、回転軸に沿う方向から流体を吸い込み回転遠心力の働く方向に前記流体を吐き出すインペラと、前記インペラを収容する内部スペースから前記回転軸に沿う方向に伸びる吸込ノズル及びこの内部スペースから前記回転軸と直交方向に伸びる吐出ノズルを有するハウジングと、前記インペラから吐き出される流体を前記内部スペースに案内するディフューザと、一端が前記吸込ノズルに連結し他端が前記ディフューザに連結するライナリングと、前記ライナリングの内周に設けられ回転する前記インペラに対してくさび効果を付与する構造を有するウェアリングと、前記インペラの外周上側に設けられ前記ウェアリングに近接する部位及び前記ディフューザに近接する部位に前記流体が前記吸込ノズルの方向に向かう逆流を抑制するラビリンス構造が形成される円環板と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態により、インペラとライナリングの接触を防止しつつ、両者の隙間を経由する流体の逆流を抑制するポンプが提供される。

本発明に係るポンプの実施形態を示す縦断面図。 図１に示すポンプの一点鎖線による囲み部分の部分断面図。 図２に示すポンプのＡ−Ａ断面を示す水平断面図。 図２に示すポンプのＡ−Ａ断面の他の実施例を示す水平断面図。 図２に示すポンプのＡ−Ａ断面の他の実施例を示す水平断面図。 図２に示すポンプのＡ−Ａ断面の他の実施例を示す水平断面図。 図２に示すポンプのＡ−Ａ断面の他の実施例を示す水平断面図。 ラビリンス構造を示す部分拡大図。 ラビリンス構造の他の実施例を示す部分拡大図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、実施形態に係るポンプ１０は、回転軸Ｚに沿う方向から流体１１を吸い込み回転遠心力の働く方向に流体１１を吐き出すインペラ１２と、このインペラ１２を収容する内部スペース１３から回転軸Ｚに沿う方向に伸びる吸込ノズル１４及びこの内部スペース１３から回転軸Ｚと直交方向に伸びる吐出ノズル１５を有するハウジング１６と、インペラ１２から吐き出される流体１１を内部スペース１３に案内するディフューザ１７と、一端が吸込ノズル１４に連結し他端がディフューザ１７に連結するライナリング１８と、図２に示すように、ライナリング１８の内周に設けられ回転するインペラ１２に対してくさび効果を付与する構造を有するウェアリング１９（図３〜図７参照）と、インペラ１２の外周上側に設けられウェアリング１９に近接する部位及びディフューザ１７に近接する部位に流体１１が吸込ノズル１４の方向に向かう逆流を抑制するラビリンス構造２１（２１ａ，２１ｂ）が形成される円環板２２と、を備えている。

ハウジング１６は、内部スペース１３を満たす流体１１が外部に漏洩しないような密閉構造を有しており、インペラ１２の回転により流体１１を吸込ノズル１４から吐出ノズル１５に送出させるものである。

インペラ１２は、放射状に配列する複数の翼（詳細図示略）が、回転軸Ｚの周りを周回することにより、流体１１に内部スペース１３へ向かう遠心力を付与し、これに引っ張られるかたちで吸込ノズル１４から流体１１が吸い込まれる。
インペラ１２は回転駆動部３３のシャフト３２の先端に設けられており、このシャフト３２は軸受３１によって回転軸（Ｚ軸）回りに回転自在に支持されている。

インペラ１２の側周上側には、複数の配列翼の端部を連結し流体１１がインペラ１２の内部を通過するための流路を規定する円環板２２が、設けられている。
流体１１は、この円環板２２の上部から入力し、その内側を通過する過程で遠心力が付与されて、その下部から出力される。
ディフューザ１７は、内部スペース１３に固定されており、一体回転するインペラ１２及び円環板２２の下部から吐き出される流体１１を、内部スペース１３に案内する。

ライナリング１８は、その内周面が円環板２２の外周面に近接するように配置され、一端が吸込ノズル１４に連結し、他端がディフューザ１７に連結する。
これにより、吸込ノズル１４に連通する内部スペース１３の部分と、吐出ノズル１５に連通する内部スペース１３の部分とが分断されて、吐出側の流体１１と吸込側の流体１１を分離することができる。

図２に示すように、ライナリング１８の内周には、ウェアリング１９が交換可能に設けられている。そして、図３〜図７に示すように、このウェアリング１９（１９ａ〜１９ｅ）の内周面には、回転するインペラ１２に対し、くさび効果を付与する構造２０（２０ａ〜２０ｅ）が形成されている。

図３に示される、くさび効果の付与構造２０ａ（２０）は、回転軸に直交する断面視において、ウェアリング１９ａ（１９）の内周面が、中心の異なる複数の円弧が周方向に不連続に連結したように形成されている。
このように、くさび効果の付与構造２０ａが形成されることにより、回転するインペラ１２と固定されたウェアリング１９ａとの隙間を周方向に流れる流体は、くさび形状の水膜を形成する。

このくさび形状の水膜により、隙間が大きい箇所よりも狭い箇所の圧力が大きくなるために、ウェアリング１９ａの周方向の複数箇所から回転軸方向に向かってインペラ１２を支持しようとする動圧軸受が形成される。
この動圧軸受により、インペラ１２に付与する振動力が大きくなっても、振動変位が抑制され、インペラ１２とウェアリング１９ａとの接触が防止される。
なおウェアリング１９ａは、ライナリング１８に対して交換可能に取り付けられているために、簡易的に安価に交換することができる。

図４に、他の実施例として示す、くさび効果の付与構造２０ｂ（２０）は、ウェアリング１９ｂ（１９）の内周面に、回転軸の方向に沿って延びる複数の円形溝が設けられることにより形成される。なお、図４において図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

図５に、他の実施例として示す、くさび効果の付与構造２０ｃ（２０）は、ウェアリング１９ｃ（１９）の内周面に、回転軸の方向に沿って延びる複数の矩形溝が設けられることにより形成さる。なお、図５において図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

図６に、他の実施例として示す、くさび効果の付与構造２０ｄ（２０）は、回転軸に直交する断面視において、ウェアリング１９ｄ（１９）の内周面が、楕円に形成されている。なお、図６において図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

図７に、他の実施例として示す、くさび効果の付与構造２０ｅ（２０）は、ウェアリング１９ｅ（１９）の内周面に、ピポット２３で支持される複数のパッド２４が設けられることにより形成される。なお、図７において図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

図７に示される実施例においては、パッド２４がピボット２３を支点にして可動するため、回転するインペラ１２と固定されたウェアリング１９との隙間を周方向に流れる流体は、くさび形状の水膜を形成することになる。

図２に戻って説明を続ける。
インペラ１２の外周上側に設けられている円環板２２には、ウェアリング１９に近接する部位及びディフューザ１７に近接する部位にインペラ１２から吐き出される流体１１の吸込ノズル１４方向への逆流を抑制するラビリンス構造２１（２１ａ，２１ｂ）が形成されている。

図３から図７に示されるように、インペラ１２とライナリング１８との隙間に動圧軸受が形成されると、この隙間に部分的に広い領域が必要となり、上方向の流動抵抗が小さくなってしまう。
しかし、図２に示すようなラビリンス構造２１（２１ａ，２１ｂ）が形成されていることにより、ライナリング１８の内周面と円環板２２の外周面との隙間の流動抵抗が大きくなる。
このため、この隙間をバイパスして円環板２２の下側から吐き出される流体１１が円環板２２の上側に逆流することが抑制される。

図８に拡大して示すように、ラビリンス構造２１は、ステップ状の断面を有する。
このような複雑な流路が形成されることにより、インペラに設けられた円環板２２とウェアリング１９（ディフューザ１７）との隙間を上方向に流れるバイパス流に対し、大きな流動抵抗を与える。

図９に、他の実施例として示す、ラビリンス構造２１は、三角状の断面を有する。なお、図９において図８と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

以上述べた少なくともひとつの実施形態のポンプによれば、くさび効果を付与する構造及びラビリンス構造を設けることにより、インペラとライナリングの接触を防止しつつ、両者の隙間を経由する流体の逆流を抑制することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…ポンプ、１１…流体、１２…インペラ、１３…内部スペース、１４…吸込ノズル、１５…吐出ノズル、１６…ハウジング、１７…ディフューザ、１８…ライナリング、１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ）…ウェアリング、２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）…くさび効果の付与構造、２１（２１ａ，２１ｂ）…ラビリンス構造、２２…円環板、２３…ピポット、２４…パッド、３１…軸受、３２…シャフト、３３…回転駆動部。

Claims (8)

1. 回転軸に沿う方向から流体を吸い込み回転遠心力の働く方向に前記流体を吐き出すインペラと、
   前記インペラを収容する内部スペースから前記回転軸に沿う方向に伸びる吸込ノズル及びこの内部スペースから前記回転軸と直交方向に伸びる吐出ノズルを有するハウジングと、
   前記インペラから吐き出される流体を前記内部スペースに案内するディフューザと、
   一端が前記吸込ノズルに連結し他端が前記ディフューザに連結するライナリングと、
   前記ライナリングの内周に設けられ、回転する前記インペラに対してくさび効果を付与する構造を有するウェアリングと、
   前記インペラの外周上側に設けられ、前記ウェアリングに近接する部位及び前記ディフューザに近接する部位に、前記流体が前記吸込ノズルの方向に向かう逆流を抑制するラビリンス構造が形成される円環板と、を備えることを特徴とするポンプ。
2. 前記くさび効果を付与する構造は、前記回転軸に直交する断面視において、前記ウェアリングの内周面が、中心の異なる複数の円弧が周方向に不連続に連結するように形成されることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
3. 前記くさび効果を付与する構造は、前記ウェアリングの内周面に、前記回転軸の方向に沿って延びる複数の円形溝が設けられることにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
4. 前記くさび効果を付与する構造は、前記ウェアリングの内周面に、前記回転軸の方向に沿って延びる複数の矩形溝が設けられることにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
5. 前記くさび効果を付与する構造は、前記回転軸に直交する断面視において、前記ウェアリングの内周面が、楕円に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
6. 前記くさび効果を付与する構造は、前記ウェアリングの内周面に、ピポットで支持される複数のパッドが設けられることにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
7. 前記ラビリンス構造は、ステップ状の断面を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のポンプ。
8. 前記ラビリンス構造は、三角状の断面を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のポンプ。

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