JP2016188619A - pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポンプに関する。 The present invention relates to a pump.
動圧軸受を使ってロータを回転可能に支持するポンプが知られている(特許文献1参照)。動圧軸受は、ロータとステータとの間の軸受隙間に潤滑液体の膜を形成する。 A pump that rotatably supports a rotor using a dynamic pressure bearing is known (see Patent Document 1). The hydrodynamic bearing forms a film of lubricating liquid in the bearing gap between the rotor and the stator.
動圧軸受は、ロータの単位時間当たりの回転数、軸受隙間の寸法、潤滑液体の粘度、及び軸受面積等のような様々な条件が満たされることによって成立する。すなわち、これらの条件の制約の下、動圧軸受が成立することとなる。そのため、例えばポンプの立ち上げ時においてロータの回転数が低い場合など、動圧軸受が成立しない条件ではロータとステータとが接触してしまう。 The hydrodynamic bearing is established by satisfying various conditions such as the number of rotations of the rotor per unit time, the size of the bearing gap, the viscosity of the lubricating liquid, and the bearing area. That is, the hydrodynamic bearing is established under the constraints of these conditions. For this reason, for example, when the rotational speed of the rotor is low at the time of starting up the pump, the rotor and the stator come into contact under conditions where the hydrodynamic bearing is not established.
本発明は、動圧軸受が成立しない条件においてもロータとステータとの接触を抑制してロータを回転可能に支持することができるポンプを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the pump which can support a rotor rotatably, suppressing the contact with a rotor and a stator on the conditions where a dynamic-pressure bearing is not materialized.
本発明は、回転軸の周囲に配置される外面を有する第1部材と、前記第1部材の周囲に配置される第2部材と、を備え、前記第1部材と前記第2部材とは相対回転可能であり、前記第2部材は、前記外面との間で軸受隙間を形成する第1内面と、潤滑液体が流入する前記軸受隙間の入口側において前記外面との間に前記軸受隙間の第1寸法よりも大きい第2寸法の入口側流路を形成する第2内面と、前記潤滑液体が流出する前記軸受隙間の出口側において前記外面との間に前記第1寸法よりも大きい第3寸法の出口側流路を形成する第3内面と、を有し、前記軸受隙間において前記回転軸と平行な軸方向に前記潤滑液体が流れるように、前記入口側流路の圧力を前記出口側流路の圧力よりも高くする、ポンプを提供する。 The present invention includes a first member having an outer surface disposed around a rotation shaft, and a second member disposed around the first member, wherein the first member and the second member are relatively The second member is rotatable, and the second member includes a first inner surface that forms a bearing gap with the outer surface, and an outer surface on the inlet side of the bearing gap into which lubricating liquid flows. A third dimension larger than the first dimension between a second inner surface forming an inlet-side flow path having a second dimension larger than one dimension and the outer surface on the outlet side of the bearing gap from which the lubricating liquid flows out. A third inner surface that forms an outlet-side flow path of the outlet-side flow path, and the pressure of the inlet-side flow path is adjusted so that the lubricating liquid flows in an axial direction parallel to the rotation axis in the bearing gap. A pump is provided that is higher than the pressure in the passage.
本発明によれば、第1部材及び第2部材の一方がロータであり他方がステータである場合において、軸受隙間の入口側流路と出口側流路とに圧力差を設けて、軸受隙間において軸方向に潤滑液体を流すことにより、第1部材と第2部材とが回転軸と直交する径方向に相対移動したとき、軸受隙間を元の第1寸法に戻そうとする復元力が発生する。復元力が発生することにより、第1部材と第2部材との接触が抑制される。この復元力は、第1部材と第2部材との相対的な回転数が低くても発生する。また、この復元力は、軸受隙間の第1寸法が大きくても発生する。また、この復元力は、潤滑液体の粘度に依存せずに発生する。このように、軸受隙間において軸方向に潤滑液体が流れるように入口側流路の圧力を出口側流路の圧力よりも高くすることによって、動圧軸受が成立しない条件(回転数、軸受隙間の寸法、及び粘度)においても、相対回転する第1部材と第2部材との接触が抑制される。 According to the present invention, when one of the first member and the second member is a rotor and the other is a stator, a pressure difference is provided between the inlet-side channel and the outlet-side channel of the bearing gap, By flowing the lubricating liquid in the axial direction, when the first member and the second member are relatively moved in the radial direction perpendicular to the rotation axis, a restoring force is generated to return the bearing gap to the original first dimension. . When the restoring force is generated, contact between the first member and the second member is suppressed. This restoring force is generated even when the relative rotational speed between the first member and the second member is low. Further, this restoring force is generated even if the first dimension of the bearing gap is large. Further, this restoring force is generated independently of the viscosity of the lubricating liquid. In this way, by setting the pressure on the inlet side flow path higher than the pressure on the outlet side flow path so that the lubricating liquid flows in the axial direction in the bearing gap, the conditions (dynamic speed, bearing gap Also in the dimension and the viscosity), the contact between the first member and the second member that rotate relative to each other is suppressed.
また、動圧軸受が成立する条件に比べて軸受隙間の第1寸法は大きくてよいので、第1部材の外面及び第2部材の内面に高い平滑度又は高い加工精度は要求されない。これにより、第1部材及び第2部材の加工上の制約が緩和される。 In addition, since the first dimension of the bearing gap may be larger than the condition for establishing the hydrodynamic bearing, high smoothness or high machining accuracy is not required for the outer surface of the first member and the inner surface of the second member. Thereby, restrictions on processing of the first member and the second member are eased.
本発明において、前記回転軸と直交する面内において前記外面及び前記第1内面は円形であり、前記第1寸法をCd、前記第1部材の直径をdとしたとき、
0.002 ≦ Cd/d ≦ 0.02
の条件を満足することが好ましい。
In the present invention, when the outer surface and the first inner surface are circular in a plane orthogonal to the rotation axis, when the first dimension is Cd and the diameter of the first member is d,
0.002 ≦ Cd / d ≦ 0.02
It is preferable to satisfy the following conditions.
第1部材を円柱状又は円筒状とし、第2部材と円筒状とすることにより、第1部材と第2部材とが径方向のどの方向に相対移動しても、一定の復元力を得ることができる。また、復元力を得るための要素としてCd/dがある。Cd/dは、第1部材の直径に対する軸受隙間の第1寸法の比率を意味する。Cd/dが0.002よりも小さい場合、軸受隙間が狭すぎてしまい、軸受隙間において軸方向に潤滑液体が円滑に流れなくなる可能性がある。その結果、復元力を十分に得られない可能性がある。一方、Cd/dが0.02よりも大きい場合、軸受隙間が広すぎてしまい、入口側流路と出口側流路との圧力差が十分に得られず、この場合においても、復元力を十分に得られない可能性がある。上述の条件を満足することにより、動圧軸受が成立しない条件においても、復元力が得られ、相対回転する第1部材と第2部材との接触が抑制される。 By making the first member columnar or cylindrical, and the second member and the cylindrical shape, a constant restoring force can be obtained regardless of the radial direction of the first member and the second member. Can do. Further, there is Cd / d as an element for obtaining a restoring force. Cd / d means the ratio of the first dimension of the bearing gap to the diameter of the first member. When Cd / d is smaller than 0.002, the bearing gap is too narrow, and the lubricating liquid may not smoothly flow in the axial direction in the bearing gap. As a result, there is a possibility that sufficient restoring force cannot be obtained. On the other hand, when Cd / d is larger than 0.02, the bearing gap is too wide, and a sufficient pressure difference between the inlet-side channel and the outlet-side channel cannot be obtained. It may not be obtained sufficiently. By satisfying the above-described conditions, a restoring force is obtained even under conditions where the hydrodynamic bearing is not established, and contact between the first member and the second member that rotate relative to each other is suppressed.
本発明において、前記潤滑液体として、搬送する作動液体を使用することが好ましい。潤滑液体としてポンプの作動液体を使用することにより、作動液体の供給系と潤滑液体の供給系とを別々に設けなくてよく、入口側流路と出口側流路との潤滑液体の圧力差を得るための外部高圧ポンプ又は配管類も不要となり、ポンプをシンプルな構造にすることができる。 In the present invention, it is preferable to use a working liquid to be conveyed as the lubricating liquid. By using the working liquid of the pump as the lubricating liquid, it is not necessary to provide the working liquid supply system and the lubricating liquid supply system separately, and the pressure difference of the lubricating liquid between the inlet side flow path and the outlet side flow path can be reduced. An external high-pressure pump or piping for obtaining is also unnecessary, and the pump can be made a simple structure.
本発明によれば、動圧軸受が成立しない条件においてもロータとステータとの接触を抑制してロータを回転可能に支持することができるポンプが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pump which can support a rotor rotatably by suppressing the contact with a rotor and a stator on the conditions where a dynamic pressure bearing is not materialized is provided.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. The components of the embodiments described below can be combined as appropriate. Some components may not be used.
<第1実施形態>
図1は、ポンプ100を示す断面図である。ポンプ100は、作動液体を搬送する磁気カップリングポンプである。ポンプ100は、密閉型の羽根車10と、回転軸AXを中心に羽根車10を回転可能に支持するポンプケーシング60とを備える。羽根車10はロータであり、ポンプケーシング60はステータである。羽根車10とポンプケーシング60との間に液体軸受1A,1Bが形成される。液体軸受1Aと液体軸受1Bとは、回転軸AXと平行な軸方向の異なる位置に形成される。液体軸受1A,1Bは、羽根車10とポンプケーシング60との間の軸受隙間2に潤滑液体の膜を形成する。液体軸受1A,1Bの潤滑液体として、ポンプ100の作動液体が使用される。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the
ポンプケーシング60は、作動液体を吸い込む吸込口6と、作動液体を吐出する吐出口7とを有する。吸込口6は、吸込ホースが接続される吸込ホース接続管部62に設けられる。吐出口7は、吐出ホースが接続される吐出ホース接続管部9に設けられる。
The
なお、以下の説明では、回転軸AXと平行な軸方向の吸込口6側を前側とし、その反対側を後側とする。また、回転軸AXと直交する径方向の回転軸AX側を内側とし、その反対側を外側とする。 In the following description, the suction port 6 side in the axial direction parallel to the rotation axis AX is the front side, and the opposite side is the rear side. The radial rotation axis AX side orthogonal to the rotation axis AX is defined as the inside, and the opposite side is defined as the outside.
羽根車10は、吸込口6と対向し作動液体が流入する羽根車入口12と、吐出口7と対向し作動液体が流出する羽根車出口13と、羽根車入口12と羽根車出口13とを接続する羽根車内部流路Prとを有する。
The
羽根車10は、複数の羽根11と、羽根11の前側を覆う前シュラウド20と、羽根11の後側を覆う後シュラウド40とを有する。羽根11の前後が前シュラウド20及び後シュラウド40で覆われることにより密閉型の羽根車10が形成される。
The
前シュラウド20は、入口筒部21と、羽根11の前側を覆う前側板部31とを有する。後シュラウド40は、羽根11の後側を覆う後側板部41と、複数の従動磁石19が設けられた軸部51とを有する。羽根車入口12は、入口筒部21に設けられる。羽根車出口13は、前側板部31と後側板部41との間に設けられる。複数の羽根11は、前側板部31と後側板部41との間に配置される。
The
羽根車内部流路Prは、入口筒部21の内側の空間、及び前側板部31と後側板部41との間の空間を含む。
The impeller internal flow path Pr includes a space inside the
軸部51に、羽根車内部流路Prと接続される貫通孔56が形成される。貫通孔56の後端部は、軸部51の後端面53とポンプケーシング60との間の空間と接続される。
A through-
入口筒部21の前端部に入口テーパ面24が形成される。入口筒部21の外周面22と入口テーパ面24との境界部に円弧面23が形成される。前側板部31の前面32の外側に前側板テーパ面33が形成される。後側板部41の後面42の外側に後側板テーパ面43が形成される。軸部51の後端面53の内側に軸テーパ面55が形成される。軸部51の外周面52と軸テーパ面55の境界部に円弧面54が形成される。
An inlet tapered
ポンプケーシング60は、前シュラウド20を覆うポンプ前ケーシング61と、後シュラウド40を覆うポンプ後ケーシング81とを有する。
The
ポンプ前ケーシング61は、吸込ホース接続管部62と、吸込ホース接続管部62の後端部と接続された拡径管部65と、拡径管部65の後端部と接続され、入口筒部21の周囲に配置される前軸受形成部67と、前軸受形成部67の後端部と接続され、前側板部31を覆う前ケーシング本体部71とを有する。
The
前ケーシング本体部71は、前軸受形成部67の後端部と接続され、前側板部31と対向する前面対向部72と、前面対向部72の外縁部と接続される前本体筒部75とを有する。
The front casing
前軸受形成部67の内周面68と前面対向部72の内面73とは、前ケース本体テーパ面74を介して接続される。入口筒部21の外周面22と前軸受形成部67の内周面68とは間隙Gc1を介して対向する。前側板部31の前面32と前面対向部72の内面73とは間隙Ga1を介して対向する。入口筒部21の外周面22と前面対向部72の前ケース本体テーパ面74とは間隙Ga1を介して対向する。拡径管部65の内面と入口筒部21の円弧面23とは間隙Gb1を介して対向する。前本体筒部75の内周面76と前側板部31の外周面とは間隙Grを介して対向する。
The inner
ポンプ後ケーシング81は、前ケーシング本体部71の後端部と接続され、後側板部41を覆う後ケーシング本体部91と、後ケーシング本体部91と接続され、軸部51の周囲に配置される後軸受形成部82と、後軸受形成部82の後端部と接続され、軸部51と対向する後壁板部85とを有する。
The pump
後ケーシング本体部91は、前ケーシング本体部71の後端部と接続された後本体筒部92と、後本体筒部92の後端部と接続され、後側板部41と対向する後面対向部95とを有する。
The rear casing
後側板部41の後面42と後面対向部95の内面96とは間隙Ga2を介して対向する。軸部51の外周面52と後軸受形成部82の内周面83とは間隙Gc2を介して対向する。後壁板部85の内面86と軸部51の後端面53とは間隙Gb2を介して対向する。
The
ポンプ駆動装置200は、出力軸211を有するモータ210と、カップ220と、カップ220に固定されている複数の駆動磁石219と、モータ210及びカップ220を覆う駆動装置ケーシング230とを備える。
The
カップ220は、炭素鋼で形成され、駆動磁石219のヨークとして機能する。カップ220は、カップ円筒部221と、カップ円筒部221と接続されるモータ接続部225とを有する。モータ210の出力軸211はモータ接続部225に固定される。カップ円筒部221に複数の駆動磁石219が固定される。駆動磁石219は永久磁石であり、Nd(ネオジウム)磁石である。
The
駆動装置ケーシング230は、ケーシング本体231と、ケーシング本体231と接続されるキャップ241とを有する。ケーシング本体231は、ケーシング円筒部232と、ケーシング円筒部232と接続されるケーシング底部235とを有する。モータ210は、ケーシング本体231の内側に配置され、ケーシング底部235に固定される。
The
キャップ241は、ポンプ後ケーシング81の後軸受形成部82及び後壁板部85が嵌まり込むポンプ嵌合部242と、ポンプ嵌合部242と接続されるポンプ受け部244と、ポンプ受け部244と接続され、ケーシング本体231の開口縁部と係合する係合部246とを有する。
The
次に、ポンプ100の動作について説明する。モータ210が作動し、出力軸211が回転すると、カップ220及び複数の駆動磁石219が回転する。駆動磁石219が回転すると、駆動磁石219と磁気結合されている従動磁石19は、駆動磁石219と一緒に回転軸AXを中心に回転する。駆動磁石219が回転すると、羽根車10は、従動磁石19と一緒に、ポンプケーシング60の内部で回転軸AXを中心に回転する。
Next, the operation of the
羽根車10が回転すると、吸込口6からポンプケーシング60の内部に作動液体が吸い込まれる。ポンプケーシング60の内部に吸い込まれた作動液体は、羽根車入口12から羽根車10の羽根車内部流路Prに流入する。羽根車内部流路Prに流入した作動液体は、回転する複数の羽根11から遠心力を受けて、羽根車出口13から流出した後、吐出口7から吐出される。
When the
羽根車出口13から流出した作動液体の一部は、前面対向部72の内面73及び前ケース本体テーパ面74と前側板部31の前面32との間隙Ga1に流入する。間隙Ga1に流入した作動液体は、前軸受形成部67の内周面68と入口筒部21の外周面22との間隙Gc1を流れた後、拡径管部65の内面66で規定される間隙Gb1を流れる。間隙Gb1の作動液体は、羽根車入口12から羽根車内部流路Prに流入する。
A part of the working liquid flowing out from the
また、羽根車出口13から流出した作動液体の他の一部は、後面対向部95の内面96と後側板部41の後面42との間隙Ga2に流入する。間隙Ga2に流入した作動液体は、後軸受形成部82の内周面83と軸部51の外周面52との間隙Gc2を流れた後、後壁板部85の内面86と軸部51の後端面53との間隙Gb2を流れる。間隙Gb2の作動液体は、貫通孔56を介して羽根車内部流路Prに流入する。
Further, the other part of the working liquid flowing out from the
外周面22と内周面68とは平行である。また、回転軸AXと直交する面内において、外周面22及び内周面68は円形である。外周面22及び内周面68は液体軸受面であり、外周面22と内周面68との間に液体軸受1Aが形成される。外周面22と内周面68との間隙Gc1は、軸受隙間2である。外周面22と内周面68との間の軸受隙間2を流れる作動液体は、液体軸受1Aの潤滑液体として機能する。
The outer
外周面52と内周面83とは平行である。また、回転軸AXと直交する面内において、外周面52及び内周面83は円形である。外周面52及び内周面83は液体軸受面であり、外周面52と内周面83との間に液体軸受1Bが形成される。外周面52と内周面83との間隙Gc2は、軸受隙間2である。外周面52と内周面83との間の軸受隙間2を流れる作動液体は、液体軸受1Bの潤滑液体として機能する。
The outer
本実施形態においては、液体軸受1A,1Bにおいて動圧軸受が成立しない条件でも、羽根車10とポンプケーシング60との接触が抑制され、羽根車10がポンプケーシング60で非接触支持されるように、液体軸受1A,1Bが最適化される。以下、最適化された液体軸受1Aについて説明する。なお、液体軸受1Bについても、液体軸受1Aと同様に最適化される。
In the present embodiment, the contact between the
図2は、液体軸受1Aを示す模式図である。液体軸受1Aは、回転軸AXの周囲に配置される外面である外周面22を有する羽根車10と、羽根車10の周囲に配置されるポンプケーシング60とを有する。羽根車10とポンプケーシング60とは相対回転可能である。羽根車10はロータとして機能する第1部材であり、ポンプケーシング60はステータとして機能する第2部材である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the liquid bearing 1A. 1 A of liquid bearings have the
ポンプケーシング60は、外周面22との間で軸受隙間2を形成する第1内面である内周面68と、潤滑液体が流入する軸受隙間2の入口側において外周面22との間に軸受隙間2の第1寸法Cdよりも大きい第2寸法Idの間隙Ga1を形成する第2内面である内面73と、潤滑液体が流出する軸受隙間2の出口側において外周面22との間に第1寸法Cdよりも大きい第3寸法Odの間隙Gb1を形成する第3内面である内面66とを有する。間隙Ga1は軸受隙間2の入口と接続される入口側流路であり、間隙Gb1は軸受隙間2の出口と接続される出口側流路である。
The
軸受隙間2を流れる潤滑液体として、ポンプ1の作動液体が使用される。作動液体として、気温20[℃]における粘度が1[cP]以上5[cP]以下の作動液体が使用される。作動液体として水が使用されてもよい。気温20[℃]における水の粘度は、1.002[cP]である。
The working liquid of the pump 1 is used as the lubricating liquid flowing through the
軸受隙間2において回転軸AXと平行な軸方向に潤滑液体が流れるように、間隙Ga1の圧力Paが間隙Gb1の圧力Pbよりも高くなっている。間隙Ga1には羽根車出口13からの圧力が高められた潤滑液体(作動液体)が流れ込み、間隙Ga1の圧力Paは間隙Gb1の圧力Pbよりも高くなる。また、間隙Ga1の第2寸法Idは、軸受隙間2の第1寸法Cdよりも大きいので、間隙Ga1の圧力Paを高めることができる。
The pressure Pa in the gap Ga1 is higher than the pressure Pb in the gap Gb1 so that the lubricating liquid flows in the axial direction parallel to the rotation axis AX in the
外周面22の断面は円形であり、内周面68は円筒面である。図2は、羽根車10の入口筒部21の回転軸AXとポンプケーシング60の前軸受形成部67の中心軸BXとが一致している状態を示す。また、内周面68との間で軸受隙間2を形成する入口筒部21は、直径が一定であるストレート部材である。
The outer
軸受隙間2の第1寸法をCd、羽根車10の入口円筒部21の直径をdとしたとき、
0.002 ≦ Cd/d ≦ 0.02 …(1)
の条件を満足する。
When the first dimension of the
0.002 ≦ Cd / d ≦ 0.02 (1)
Satisfy the conditions.
図2に示す状態では、回転軸AXと中心軸BXとは一致しており、外周面22の周囲の軸受隙間2の第1寸法Cdは一定である。また、図2に示すように、入口側から出口側までの軸受隙間2の圧力勾配は、外周面22の周方向において一様である。
In the state shown in FIG. 2, the rotation axis AX and the center axis BX coincide with each other, and the first dimension Cd of the
図3は、羽根車10の動作を示す模式図である。圧力Paが圧力Pbよりも大きく、軸受隙間2において軸方向に潤滑液体が流れている状態において、ポンプケーシング60に対して羽根車10が径方向に動いた場合、羽根車10を元の位置に戻そうとする復元力が発生する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the
例えば、図3に示すように、羽根車10が上方に移動し、ポンプケーシング60の中心軸BXと羽根車10の回転軸AXとがずれた場合、羽根車10の上側の軸受隙間2の第1寸法Cdは、羽根車10の下側の軸受隙間2の第1寸法Cdよりも小さくなる。その結果、羽根車10の下側の軸受隙間2における潤滑液体の流量が増し、図3に示すように、羽根車10の上側の軸受隙間2の圧力が、羽根車10の上側の軸受隙間2の圧力よりも大きくなる。羽根車10の上側の軸受隙間2と下側の軸受隙間2との圧力差が生じると、羽根車10を下方に移動させようとする力、すなわち、羽根車10を元の位置に戻そうとする復元力(回転軸AXを中心軸BXに一致させようとする力)が羽根車10に作用する。これにより、軸受隙間2の第1寸法Cdは元の値に戻り、外周面22の周囲において軸受隙間2の第1寸法Cdは一定となる。そのため、羽根車10とポンプケーシング60との接触が抑制される。
For example, as shown in FIG. 3, when the
この復元力は、羽根車10の回転数が低くても発生する。例えば、直径dが25mmで、第1寸法Cdが0.25mmであり、Cd/dが0.01である場合、動圧軸受を成立させてポンプケーシング60で羽根車10を非接触支持するためには、羽根車10を約15000[rpm]で回転させなければならない。本実施形態においては、軸受隙間2の入口側と出口側とに圧力差を設けて、軸受隙間2の軸方向に潤滑液体を流すことによって、Cd/dが0.01である場合、設計点の58%の回転数程度で羽根車10を回転すれば、上述の復元力により、ポンプケーシング60で羽根車10を非接触支持することができる。
This restoring force is generated even when the rotational speed of the
つまり、あるCd/dの関係を有するロータをステータで非接触支持しようとする場合、本実施形態に係る復元力を使えば、動圧軸受を使う場合に比べて、半分以下の回転数で回転させれば済む。 That is, when a rotor having a certain Cd / d relationship is to be supported in a non-contact manner by the stator, if the restoring force according to this embodiment is used, the rotation speed is less than half that when using a hydrodynamic bearing. You can do it.
また、この復元力は、軸受隙間2の第1寸法Cdが大きくても発生する。例えば、直径dが25[mm]の羽根車10を設計点の58%の回転数で回転させた状態で動圧軸受を成立させるために、従来は、第1寸法Cdを0.025[mm]程度とし、Cd/dを0.001程度にしないと成立しない。本実施形態においては、直径dが25[mm]のときに第1寸法Cdを0.25[mm]としても、羽根車10を設計点の58%の回転数で回転させることにより、ポンプケーシング60で羽根車10を非接触支持することができる。
Further, this restoring force is generated even if the first dimension Cd of the
つまり、ある直径dを有するロータをステータで非接触支持しようとする場合、本実施形態に係る復元力を使えば、動圧軸受を使う場合に比べて、軸受隙間2の第1寸法Cdを約10倍大きくすることができる。
That is, when the rotor having a certain diameter d is to be supported in a non-contact manner by the stator, the first dimension Cd of the
また、この復元力は、潤滑液体の粘度に依存せずに発生する。潤滑液体としてポンプ100の作動液体を使用する場合、その潤滑液体(作動液体)の粘度では動圧軸受を成立させることが困難な状況が発生する可能性がある。本実施形態に係る復元力を使えば、どのような粘度の作動液体を搬送しようとする場合でも、その作動液体を潤滑液体として使用することができる。
Further, this restoring force is generated independently of the viscosity of the lubricating liquid. When the working liquid of the
図4は、ポンプ100の評価試験の結果を示す図である。評価試験では、直径dが25[mm]、Cd/dが0.01であるロータ(羽根車10)及びステータ(ポンプケーシング60)を有するポンプ100を使用した。
FIG. 4 is a diagram showing the results of the evaluation test of the
評価試験では、ロータの回転数、潤滑液体の流量、及び圧力を変えつつ、ステータに対してロータを回転させた状態でレーザ変位計を使ってロータの位置を計測し、ステータとロータとが接触したか否かを計測した。図4は、ロータの各回転数における流量−揚程特性を示す。横軸は、軸受隙間2に流入する潤滑液体の流量である。縦軸は、ポンプ100の揚程であり、軸受隙間2の入口側と出口側との圧力差に相当する。
In the evaluation test, the position of the rotor is measured using a laser displacement meter while the rotor is rotated with respect to the stator while changing the rotational speed of the rotor, the flow rate of the lubricating liquid, and the pressure. It was measured whether or not. FIG. 4 shows the flow rate-head characteristics at each rotational speed of the rotor. The horizontal axis represents the flow rate of the lubricating liquid flowing into the
ポンプ100の設計点における流量及び揚程は100[%]である。ポンプ100の設計点における回転数を100[%]として、回転数を78[%]、68[%]、58[%]と変化させたときの、各回転数における流量−揚程特性を評価した。
The flow rate and the head at the design point of the
図4において、白丸「○」は、ロータがステータに非接触で支持されている運転点を示し、黒丸「●」は、ロータがステータに接触した運転点を示す。 In FIG. 4, white circles “◯” indicate operating points where the rotor is supported in a non-contact manner with the stator, and black circles “●” indicate operating points where the rotor contacts the stator.
回転数58[%]は設計最低回転数であり、設計点流量100[%]以下の流量において、ロータとステータとの接触は確認されなかった。一方、流量が上昇し、揚程(圧力差)が低下すると、ロータとステータとの接触が確認される。これより、入口側と出口側との圧力差が小さくなると、軸受隙間2における潤滑液体の軸方向の流れが弱まり、上述の復元力が得られないことが確認できる。
The rotational speed 58 [%] is the minimum design rotational speed, and contact between the rotor and the stator was not confirmed at a flow rate of the design point flow rate of 100 [%] or less. On the other hand, when the flow rate increases and the head (pressure difference) decreases, contact between the rotor and the stator is confirmed. Accordingly, it can be confirmed that when the pressure difference between the inlet side and the outlet side becomes small, the axial flow of the lubricating liquid in the
また、回転数68[%]、78[%]、及び100[%]においては、入口側と出口側との圧力差が十分であり、回転数の上昇に伴って動圧効果も得られてくるため、ロータとステータとの接触は確認されなかった。 In addition, at the rotational speeds of 68 [%], 78 [%], and 100 [%], the pressure difference between the inlet side and the outlet side is sufficient, and the dynamic pressure effect is obtained as the rotational speed increases. Therefore, contact between the rotor and the stator was not confirmed.
このように、ロータの回転数に依存することなく、(1)式の条件を満たすように軸受隙間2の第1寸法Cdが規定されれば、復元力を得ることが確認できた。
Thus, it was confirmed that if the first dimension Cd of the
また、Cd/dが0.01の場合のみならず、0.002の場合、及び0.02の場合においても、同様の傾向が得られることが確認できた。 Further, it was confirmed that the same tendency was obtained not only when Cd / d was 0.01 but also when 0.002 and 0.02.
以上説明したように、本実施形態によれば、軸受隙間2の入口側と出口側とに圧力差を設けて、軸受隙間2において軸方向に潤滑液体を流すことにより、動圧軸受が成立しない条件(ロータの回転数、軸受隙間の寸法、及び潤滑液体の粘度)においても、復元力を発生させることができ、この復元力により、ロータとステータとの接触を抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, a dynamic pressure bearing is not established by providing a pressure difference between the inlet side and the outlet side of the
この復元力により、ロータの回転数が低い状態でも、ロータとステータとの接触が抑制されるので、ポンプ100の立ち上げ時など、ロータの回転数が所定値よりも低い第1回転数範囲でも、ロータとステータとの接触が抑制される。また、ロータの回転数が所定値よりも高い第2回転数範囲になれば、ロータとステータとの間に働く潤滑液体の動圧により動圧軸受が成立し、ステータでロータを非接触で支持することができる。
This restoring force suppresses contact between the rotor and the stator even when the rotor rotation speed is low. Therefore, even when the
また、復元力を発生させる場合、動圧軸受が成立する条件に比べて軸受隙間2の第1寸法Cdは大きくてよいので、ロータの外面及びステータの内面に高い平滑度又は高い加工精度は要求されない。また、一般的な動圧軸受においてはロータに溝が設けられることがあるが、本実施形態においては、溝は不要である。これにより、ロータ及びステータの加工上の制約が緩和される。また、第1寸法Cdが大きくてもよいので、潤滑液体に異物が混入していても、軸受隙間2に異物が詰まることが抑制される。
Further, when the restoring force is generated, the first dimension Cd of the
また、本実施形態によれば、ポンプ100自身の発生圧を液体軸受1A,1Bに誘導し、2次流れを利用して静圧効果も得ている。従来の静圧軸受のようなリセル又はランドは不要である。また、液体軸受1A,1Bの潤滑液体としてポンプ100の作動液体を使用することにより、作動液体の供給系と潤滑液体の供給系とを別々に設ける構造に比べてシンプルな構造となり、入口側流路と出口側流路との潤滑液体の圧力差を得るための外部高圧ポンプ又は配管類も不要となる。
Further, according to the present embodiment, the generated pressure of the
<第2実施形態>
第2実施形態について説明する。図5は、ポンプ300の一例を示す模式図である。第1実施形態で説明したポンプ100は、円筒状のステータ(ポンプケーシング60)の内側にロータ(羽根車10)が設けられている構成であった。図5に示すポンプ300は、ステータ400の周囲に円筒状のロータ500が設けられている構造である。
Second Embodiment
A second embodiment will be described. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of the
図5に示すポンプ300は、作動液体を搬送する軸流ポンプである。ポンプ300は、回転軸AXの周囲に配置される外面401を有する第1部材であるステータ400と、ステータ400の周囲に配置される第2部材であるロータ500とを備えている。ステータ400及びロータ500は、羽根を有する。ステータ400とロータ500とは相対回転可能である。
The
ロータ500は、外面401との間で軸受隙間310を形成する第1内面501と、潤滑液体が流入する軸受隙間301の入口側において外面401との間に軸受隙間2の第1寸法Cdよりも大きい第2寸法Idの入口側流路Ga3を形成する第2内面502と、潤滑液体が流出する軸受隙間310の出口側において外面401との間に第1寸法Cdよりも大きい第3寸法Odの出口側流路Gb3を形成する第3内面503とを有する。潤滑液体としてポンプ300の作動液体が使用される。
The
ポンプ300は、軸受隙間310において回転軸AXと平行な軸方向に潤滑液体が流れるように、入口側流路Ga3の圧力Paを出口側流路Gb3の圧力Pbよりも高くする。
The
回転軸AXと直交する面内において外面401及び第1内面501は円形であり、軸受隙間310の第1寸法をCd、ステータ400の直径をdとしたとき、上述の(1)式の条件を満足する。
In the plane orthogonal to the rotation axis AX, the
ロータ500にはマグネット519が配置され、ポンプ300のハウジング360の外側にはモータコイル319が設けられている。モータコイル319に電流が流れると、マグネット519を有するロータ500が回転する。
A
また、ロータ500の軸方向端部には磁石520が設けられ、ステータ400には磁石503と対向する位置に磁石420が設けられる。磁石520と磁石420との吸引力又は反発力のバランスにより、ステータ400に対するロータ500の軸方向の相対位置が維持される。
A
このように、ステータ400の周囲にロータ500が配置されているタイプのポンプ300であっても、復元力により、ステータ400とロータ500との接触を抑制することができる。
Thus, even with the
なお、上述の各実施形態においては、ポンプは、磁気カップリングポンプでもよいし、キャンドモータポンプでもよいし、シールレスポンプでもよい。 In each of the above-described embodiments, the pump may be a magnetic coupling pump, a canned motor pump, or a sealless pump.
1A,1B 液体軸受、2 軸受隙間、6 吸込口、7 吐出口、9 吐出ホース接続管部、10 羽根車(第1部材)、11 羽根、12 羽根車入口、13 羽根車出口、19 従動磁石、20 前シュラウド、21 入口筒部、22 外周面(外面)、23 円弧面、24 入口テーパ面、31 前側板部、32 前面、33 前側板テーパ面、40 後シュラウド、41 後側板部、42 後面、43 後側板テーパ面、51 軸部、52 外周面、53 後端部、54 円弧面、55 軸テーパ面、56 貫通孔、60 ポンプケーシング(第2部材)、61 ポンプ前ケーシング、62 吸込ホース接続管部、65 拡径管部、66 内面(第3内面)、67 前軸受形成部、68 内周面(第1内面)、71 前ケーシング本体部、72 前面対向部、73 内面(第2内面)、74 前ケース本体テーパ面、75 前本体筒部、76 内周面、81 ポンプ後ケーシング、82 後軸受形成部、83 内周面(第1内面)、85 後壁板部、86 内面(第3内面)、91 後ケーシング本体部、92 後本体筒部、95 後面対向部、96 内面(第2内面)、100 ポンプ、200 ポンプ駆動装置、210 モータ、211 出力軸、219 駆動磁石、220 カップ、221 カップ円筒部、225 モータ接続部、230 駆動装置ケーシング、231 ケーシング本体、232 ケーシング円筒部、235 ケーシング底部、241 キャップ、242 ポンプ嵌合部、244 ポンプ受け部、246 係合部、300 ポンプ、310 軸受隙間、400 ステータ、420 磁石、500 ロータ、501 第1内面、502 第2内面、503 第3内面、519 マグネット、520 磁石、AX 回転軸、BX 中心軸、Cd 第1寸法、Id 第2寸法、Od 第3寸法、Ga1,Ga2 間隙(入口側流路)、Gb1,Gb2 間隙(出口側流路)、Gc1,Gc2 間隙、Pr 羽根車内部流路。 1A, 1B Liquid bearing, 2 Bearing gap, 6 Suction port, 7 Discharge port, 9 Discharge hose connection pipe section, 10 Impeller (first member), 11 Blade, 12 Impeller inlet, 13 Impeller exit, 19 Driven magnet , 20 front shroud, 21 inlet cylinder, 22 outer peripheral surface (outer surface), 23 arc surface, 24 inlet tapered surface, 31 front plate portion, 32 front surface, 33 front plate tapered surface, 40 rear shroud, 41 rear plate portion, 42 Rear surface, 43 Rear plate taper surface, 51 shaft portion, 52 outer peripheral surface, 53 rear end portion, 54 arc surface, 55 shaft taper surface, 56 through hole, 60 pump casing (second member), 61 pump front casing, 62 suction Hose connection pipe part, 65 expanded diameter pipe part, 66 inner surface (third inner surface), 67 front bearing forming part, 68 inner peripheral surface (first inner surface), 71 front casing body part, 72 front facing part, 3 inner surface (second inner surface), 74 front case main body taper surface, 75 front main body cylindrical portion, 76 inner peripheral surface, 81 pump rear casing, 82 rear bearing forming portion, 83 inner peripheral surface (first inner surface), 85 rear wall Plate portion, 86 inner surface (third inner surface), 91 rear casing main body portion, 92 rear main body cylinder portion, 95 rear surface facing portion, 96 inner surface (second inner surface), 100 pump, 200 pump driving device, 210 motor, 211 output shaft 219 Driving magnet, 220 cup, 221 cup cylindrical part, 225 motor connecting part, 230 driving device casing, 231 casing main body, 232 casing cylindrical part, 235 casing bottom part, 241 cap, 242 pump fitting part, 244 pump receiving part, 246 engaging part, 300 pump, 310 bearing clearance, 400 stator, 420 magnet, 500 low , 501 First inner surface, 502 Second inner surface, 503 Third inner surface, 519 magnet, 520 magnet, AX rotation axis, BX central axis, Cd first dimension, Id second dimension, Od third dimension, Ga1, Ga2 gap ( Inlet side flow path), Gb1, Gb2 gap (outlet side flow path), Gc1, Gc2 gap, Pr impeller internal flow path.
Claims (3)
前記第1部材の周囲に配置される第2部材と、
を備え、
前記第1部材と前記第2部材とは相対回転可能であり、
前記第2部材は、前記外面との間で軸受隙間を形成する第1内面と、潤滑液体が流入する前記軸受隙間の入口側において前記外面との間に前記軸受隙間の第1寸法よりも大きい第2寸法の入口側流路を形成する第2内面と、前記潤滑液体が流出する前記軸受隙間の出口側において前記外面との間に前記第1寸法よりも大きい第3寸法の出口側流路を形成する第3内面と、を有し、
前記軸受隙間において前記回転軸と平行な軸方向に前記潤滑液体が流れるように、前記入口側流路の圧力を前記出口側流路の圧力よりも高くする、
ポンプ。 A first member having an outer surface disposed around the rotation axis;
A second member disposed around the first member;
With
The first member and the second member are rotatable relative to each other;
The second member is larger than the first dimension of the bearing gap between the first inner surface forming a bearing gap with the outer surface and the outer surface on the inlet side of the bearing gap into which lubricating liquid flows. A third dimension outlet side channel larger than the first dimension between the second inner surface forming the second dimension inlet side channel and the outer surface on the outlet side of the bearing gap through which the lubricating liquid flows out. A third inner surface forming
In the bearing gap, the pressure in the inlet-side flow path is made higher than the pressure in the outlet-side flow path so that the lubricating liquid flows in an axial direction parallel to the rotation axis.
pump.
前記第1寸法をCd、前記第1部材の直径をdとしたとき、
0.002 ≦ Cd/d ≦ 0.02
の条件を満足する、
請求項1に記載のポンプ。 The outer surface and the first inner surface are circular in a plane orthogonal to the rotation axis,
When the first dimension is Cd and the diameter of the first member is d,
0.002 ≦ Cd / d ≦ 0.02
Satisfy the conditions of
The pump according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載のポンプ。 As the lubricating liquid, a working liquid to be transported is used.
The pump according to claim 1 or 2.
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