JP2016518551A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ポンプ装置、さらに具体的には、磁気カップリングポンプ装置であって、ポンプ装置（１）内のポンプハウジング（２）によって形成された内部チャンバ（１１）と、密閉チャンバ（１２）をポンプハウジング（２）によって形成された内部チャンバ（１１）に対して気密封止する閉込シェル（１０）と、回転軸（Ａ）を中心として回転するように駆動可能になっているインペラシャフト（１３）と、インペラシャフト（１３）の一端に取り付けられたインペラ（１６）と、インペラシャフト（１３）の他端に取付けられたインナーロータ（１７）と、チャンバ（１２）内に取り付けられた補助インペラ（２０）と、インナーロータ（１７）と協働するアウターロータ（２６）とを備える、ポンプ装置に関する。本発明によれば、補助インペラ（２０）は、インナーロータ（１７）に固定されている。

Description

本発明は、ポンプ装置、特に、磁気カップリングポンプ装置であって、ポンプ装置のポンプケーシングによって形成された内部空間と、閉込缶であって、前記閉込缶によって包囲されたチャンバをポンプケーシングによって形成された内部空間に対して気密封止している、閉込缶と、回転軸を中心として回転するように駆動可能になっているインペラシャフトと、インペラシャフトの一端に配置されたインペラと、インペラシャフトの他端に配置されたインナーロータと、チャンバ内に配置された補助インペラと、インナーロータと相互作用するアウターロータとを備える、ポンプ装置に関する。

特許文献１は、補助インペラを有する前記形式の磁気カップリングポンプ装置を開示している。この補助インペラは、ディスク状構造を有しており、半径方向孔を備えている。しかし、前記実施形態は、その効率に関して、不十分なインペラ形態、すなわち、不十分な送達形態をなしており、ポンプ装置の全効率を低下させることになる。さらに、該補助インペラを製造するために、かなりの経費が必要である。

独国特許出願公開第２７５４８４０Ａ１号明細書

本発明の目的は、作製が容易であり、改良された効率をもたらす強制潤滑流れ駆動部を有する磁気カップリングポンプ装置を提供することにある。

本発明の目的は、補助インペラがインナーロータに固定されていることによって、達成されることになる。

補助インペラは、その開いた側において、閉込缶の基部の方を向くインナーロータの面側に固定されているので、作製が極めて容易なオープンインペラに対してクローズド式インペラの利点を利用することができる。さらに、インペラは、ハブを有していないので、組立および分解が容易である。

一改良例では、閉込缶は、開いた側および開いた側の反対に位置してドーム状基部によって閉鎖された側を備える本体を有しており、補助インペラは、後シュラウドを有しており、該後シュラウドの閉込缶の基部の方を向く外面は、ドーム形状を有している。

後シュラウドの外面のドーム形状が閉込缶の基部のドーム形状に実質的に対応しているという事実によって、閉込缶のドーム状基部が通常跨っているデッドスペースが充填され、これによって、磁気カップリングに必要などのような追加的な軸方向構造空間も必要としないことになる。さらに、閉込缶の耐圧強度が不要に低減されないことになる。

補助インペラの流体吸込領域に入るときの媒体流れの誘導を改良するために、理想的には、放物面状起立部が後シュラウドの中心に設けられている。

さらなる改良例では、後シュラウド上において、補助インペラのベーンおよび対応するインペラ通路を形成する多数の隆起部が、起立部から半径方向に離間して形成されるようになっている。

さらなる改良例では、インペラ通路は、ランパント３中心アーチと同様の形状を有する通路基部を有することが提案されている。これによって、流れの誘導が改良されることになる。

本発明のさらなる改良例では、ベーンの後シュラウドから逸れた上側は、通路吸込縁の近くに段を有するようになっている。この段は、インナーロータに固定される補助インペラの正確な位置合わせのための当接肩および心出し部として機能するものである。

簡単かつ安価な製造のために、インペラシャフトおよびインナーロータは、補助インペラの後シュラウドの反対側に位置するカバーシュラウドを構成している。

さらに有利な改良例では、ベーンを形成している隆起部において、外側面から段に近い点まで半径方向に延在するさらなるインペラ通路が形成されている。

媒体流れの誘導を改良するために、さらなるインペラ通路は、通路基部を有しており、該通路基部は、少なくとも部分的に、後シュラウドの外面のドーム形状に実質的に対応するドーム形状を有している。

本発明によれば、インペラシャフトは、補助インペラの流体吸込領域に接続された軸方向通路を有している。

本発明に関して、さらなる実施形態では、インナーロータにおいて、補助インペラのさらなるインペラ通路内に通じる流体通路が設けられることが提案されている。

以下、図面に示されている例示的実施形態について、さらに詳細に説明する。

本発明による補助インペラを有する磁気カップリグポンプ装置の縦断面を示す図である。 図１に対して９０°回転させた面における図１に示されているのと同様の磁気カップリングポンプ装置の縦断面を示す図である。 図１に対応する補助インペラを拡大して示す図である。 図３に示されている補助インペラの詳細な三次元図である。 本発明による補助インペラのさらなる実施形態の詳細な三次元図である。 図５に示されている本発明による補助インペラを有する磁気カップリングポンプ装置の縦断面を示す図である。 図６に対してインナーロータを４５°回転させた図６に示されているのと同様の磁気カップリングポンプ装置の縦断面を示す図である。 図６に対して９０°回転させた面における図６に示されているのと同様の磁気カップリングポンプ装置の縦断面を示す図である。

図１，２は、磁気カップリングポンプ装置の形態にあるポンプ装置１を示している。ポンプ装置１は、遠心ポンプの多部品ポンプケーシング２を有している。ポンプケーシング２は、渦巻ケーシングの形態にある流体圧ケーシング３、ケーシングカバー４、軸受キャリアケージ５、軸受キャリア６、および軸受カバー７を備えている。

流体圧ケーシング３は、送達媒体の吸入のための入口開口８を有すると共に、送達媒体の排出のための出口開口９を有している。ケーシングカバー４は、入口開口８の反対側に位置する流体圧ケーシング３の側に配置されている。軸受キャリアケージ５は、流体圧ケーシング３から逸れたケーシングカバー４の側に固定されている。軸受キャリア６は、ケーシングカバー４の反対側に位置する軸受キャリアケージ５の側に取り付けられている。軸受カバー７は、軸受キャリアケージ５から逸れた軸受キャリア６の側に固定されている。

閉込缶１０が、流体圧ケーシング３から逸れたケーシングカバー４の側に固定されており、前記閉込缶は、ポンプケーシング２によって、具体的には、ケーシングカバー４、軸受キャリアケージ５、および軸受キャリア６によって画定された内部空間１１内に少なくとも部分的に延在している。閉込缶１０は、前記閉込缶およびケーシングカバー４によって閉鎖されたチャンバ１２を内部空間１１に対して気密封止している。

回転軸Ａを中心として回転可能なインペラシャフト１３が、流体圧ケーシング３およびケーシングカバー４によって画定された流通チャンバ１４から、ケーシングカバー４に設けられた開口１５を通って、チャンバ１２内に延在している。

インペラ１６が、インペラシャフト１３の（流通チャンバ１４内に位置する）シャフト端に固定されており、チャンバ１２内に位置するインナーロータ１７が、反対側のシャフト端に配置されている。この反対側のシャフト端は、拡径された２つのシャフト区域１３ａ，１３ｂを有している。インナーロータ１７は、多数の磁石１８を備えている。これらの磁石１８は、閉込缶１０の方を向くインナーロータ１７の側に配置されている。補助インペラ２０が、ネジ１９または他の適切な固定手段によって、インナーロータ１７に固定されている。

インペラ１６とインナーロータ１７との間に、軸受配列２１が配置されている。軸受配列２１は、インペラシャフト１３に操作可能に接続されており、回転軸Ａを中心として回転するように駆動可能になっている。

図示されていない駆動モータ、好ましくは、電動モータが、駆動シャフト２２を駆動するようになっている。回転軸Ａを中心として駆動可能になっている駆動シャフト２２は、インペラシャフト１３と実質的に同心に配置されている。駆動シャフト２２は、軸受カバー７および軸受キャリア６を通って、軸受キャリアケージ５内に少なくとも部分的に延在している。駆動シャフト２２は、軸受キャリア６内に収容された２つのボール軸受２３，２４内に取り付けられている。駆動シャフト２２の自由端には、多数の磁石２５を保持するアウターロータ２６が配置されている。磁石２５は、閉込缶１０の方を向くアウターロータ２６の側に配置されている。アウターロータ２６は、閉込缶１０を少なくとも部分的に覆って延在しており、回転するアウターロータ２６が磁気力によってインナーロータ１７、従って、インペラシャフト１３およびインペラ１６を回転させるように、インナーロータ１７と相互作用するようになっている。

図３に拡大して示されている閉込缶１０は、実質的に円筒状の本体２７を有している。本体２７は、ケーシングカバー４の方を向く側が開いており、開いた側の反対に位置する側がドーム状基部２８によって閉鎖されている。開いた側において、リング状取付けフランジ２９が配置されている。リング状取付けフランジ２９は、本体２７と一体に形成されているか、または溶接または他の適切な固定手段または装置、例えば、ネジ、リベット、などによって、本体２７に固定されている。取付けフランジ２９は、回転軸Ａと平行に延在する多数の孔３０を有しており、該孔を通って、ネジ３１がケーシングカバー４の対応するネジ孔にねじ込まれるようになっている。閉込缶１０の基部２８は、実質的に球欠状の球状キャップ領域３２と、本体２７と球状キャップ領域３２との間の移行部をなす外側リム領域３３と、によって形成されている。

図３，４から分かるように、補助インペラ２０は、後シュラウド３４を有している。後シュラウド３４の閉込缶１０の基部２８の方を向く外面は、ドーム形状を有している。後シュラウド３４の外面のドーム形状は、閉込缶１０の基部２８のドーム形状に実質的に対応している。後シュラウド３４の中心において、放物面状起立部３５が、流体吸込領域３６内に設けられている。さらに、多数の隆起部が、起立部３５から半径方向に離間して後シュラウド３４上に形成されている。これらの隆起部は、起立部３５の方を向く通路吸込縁３８を有するベーン３７と、補助インペラ２０の対応するインペラ通路３９と、を形成している。起立部３５は、補助インペラ２０のインペラ通路３９に入るときの媒体流れの誘導を改良するものである。図示されている例示的実施形態では、ベーン３７は、流体吸込領域３６から補助インペラ２０の外側面４０に湾曲して延在している。インペラ通路３９は、通路基部４１を有しており、該通路基部は、後シュラウド３４の外面のドーム形状に実質的に対応するドーム形状を有している。インペラ通路３９の通路基部４１は、図示されている縦断面において、図６に示されているようなランパント３中心アーチ（rampant three-center arch）と同様の形状を有している。インペラ通路３９は、流体吸込領域３６において第１の幅Ｗ１を有しており、外側面４０において第２の幅Ｗ２を有しており、第２の幅Ｗ２は、第１の幅Ｗ１よりも大きいかまたは第１の幅Ｗ１に少なくとも対応している。

ベーン３７の後シュラウド３４から逸れた上側は、通路吸込縁３８の近くに段４２を有している。段４２は、インナーロータ１７に固定される補助インペラ２０の当接肩および心出し部として機能するものである。後シュラウド３４の反対側に位置してベーン３７間に形成されるインペラ通路３９を閉鎖するカバーシュラウドが省かれているが、その理由は、インペラシャフト１３およびインナーロータ１７が補助インペラ２０のカバーシュラウドを構成しているからである。補助インペラ２０は、そのセミオープン構造に起因して、鋳造および機械加工による製造が容易である。具体的には、離型が容易であることによって、鋳造が容易であり、インペラ通路のフライス切削が容易であることによって、機械加工が容易である。

段４２から半径方向外方に離間して、取付孔４３が設けられている。取付孔４３は、後シュラウド３４およびベーン３７を貫通しており、該取付孔を通して、ネジ１９が、閉込缶１０の基部２８の方を向くインナーロータ１７の側に形成されたネジ孔４４内にねじ込まれるようになっている。従って、補助インペラ２０は、その開いた側が閉込缶１０の基部２８の方を向くインナーロータ１７の面側に固定されることになる。通路吸込縁３８の反対側に位置する側において、各ベーン３７は、好ましくは、少なくとも１つの凹部４５を有している。これによって、付加的な圧力増大が生じることになる。

図２に示されているように、ケーシングカバー４に、少なくとも１つの通路開口４６が設けられており、軸受配列２１を固定する軸受リングキャリア４７に、少なくとも１つの半径方向通路開口４８が設けられている。通路開口４８は、フランジ状領域４９を貫通している。フランジ状領域４９によって、回転軸Ａに対して同軸に位置してチャンバ１２内に延在する軸受リングキャリア４７は、（図示されていない）ネジ接続部によって、ケーシングカバー４に固定されている。通路開口４６，４８は、流通チャンバ１４を軸受リングキャリア４７の内部領域５０に接続している。

従って、軸受配列２１の冷却および潤滑のために、送達媒体は、流通チャンバ１４から引き出され、通路開口４６，４８によって、軸受配列２１に供給されることになる。少なくとも１つの半径方向孔５１を介して、送達媒体は、内部領域５０から軸方向通路５２内に送達されるようになっている。軸方向通路５２は、軸受配列２１によって包囲されたインペラシャフト１３の領域からチャンバ１２内に位置するインペラシャフト１３の端まで、従って、補助インペラ２０まで延在している。従って、軸方向通路５２は、補助インペラ２０の流体吸込領域３６に接続されていることになる。必要に応じて、インペラシャフト１３に形成された軸方向通路５２に同じように接続される少なくとも１つのさらなる半径方向孔５３が形成されていてもよい。補助インペラ２０は、冷却および潤滑に用いられる媒体を半径方向外方にチャンバ１２内に送達し、該チャンバから、前記媒体は、フランジ状領域４９に形成された多数の軸方向通路開口５４およびケーシングカバー４に形成された通路開口５５を介して、流通チャンバ１４内に戻ることになる。前記通路開口５４，５５は、図１に示されている。

図５−８は、本発明のさらなる例示的実施形態を示している。図５に詳細に説明されている補助インペラ２０は、ベーン３７を有している。ベーン３７は、後シュラウド３４の隆起部分に形成されており、流体吸込領域３６から半径方向外方に延在するインペラ通路３９を画定している。図示されている例示的実施形態では、ベーン３７は、流体吸込領域３６から補助インペラ２０の外側面４０に直線的に延在している。インペラ通路３９は、流体吸込領域３６において第１の幅Ｗ１を有しており、外側面４０において第２の幅Ｗ２を有しており、第２の幅Ｗ２は、第１の幅Ｗ１よりも大きいかまたは第１の幅Ｗ１に少なくとも対応している。

さらなるインペラ通路５６が、ベーン３７を形成する隆起部分内に形成されている。さらなるインペラ通路５６は、同じように実質的に直線的に、すなわち、湾曲することなくまたは著しく湾曲することなく、外側面４０から段４２に近い点まで半径方向に延在している。該さらなるインペラ通路は、後シュラウド３４の外面のドーム形状に実質的に対応するドーム形状を少なくとも部分的に有する通路基部５７を有している。縦断面に示されているように、インペラ通路５６の通路基部５７は、図７に示されているように、ランパント３中心アーチと同様の形状を有している。インペラ通路５６は、段４２に隣接する領域から外側面４０に向かって広くなっており、前記インペラ通路は、流体吸込領域５６ａにおいて第１の幅Ｗ３を有しており、外側面４０において第２の幅Ｗ４を有しており、第２の幅Ｗ４は、第１の幅Ｗ３よりも大きいかまたは第１の幅Ｗ３に少なくとも対応している。

図６−８は、図５に示されている補助インペラ２０を備えるポンプ装置１を示している。ここで、図６，７は、図１に対応している。図８は、図２に対応している。図６から分かるように、少なくとも１つの半径方向孔５３が、図１、２に示されているものよりも短い軸方向通路５２内に繋がっている。さらに、軸受リングキャリア４７は、回転軸Ａと平行に延在する流体通路５８を有している。該流体通路は、軸受リングキャリア４７の内部領域５０を閉込缶１０およびケーシングカバー４によって密閉されたチャンバ１２に接続している。

図７は、インナーロータ１７を回転軸Ａを中心として４５°回転させた状態にある図６に示されているポンプ装置１を示している。インナーロータ１７に、流体通路５９が設けられている。該流体通路は、回転軸Ａから軸受リングキャリア４７の流体通路５８と略同一の半径距離を隔てて、配置されており、従って、少なくとも図示されている位置において、前記流体通路５８と実質的に真っ直ぐに並んでいる。流体通路５９は、（閉込缶１０の基部２８の方を向くインナーロータ１７の面側に配置された）補助インペラ２０のインペラ通路５６内に通じている。

軸受配列２１の冷却および循環のために、送達媒体は、図８に示されているように、流通チャンバ１４から引き出され、ハウジングカバー４の少なくとも１つの通路開口４６を介して、および軸受リングキャリア４７のフランジ状領域４９の少なくとも１つの通路開口４８を介して、軸受配列２１に供給されるようになっている。少なくとも１つの半径方向孔５３を介して、送達媒体は、軸受リングキャリア４７の内部領域５０から軸方向通路５２および補助インペラ２０内に送達される。インペラ通路３９を介して、補助インペラ２０は、冷却および潤滑に用いられた媒体を半径方向外方にチャンバ１２内に送達することになる。

同時に、図７に示されているように、流通チャンバ１４から引き出された送達媒体は、軸受リングキャリア４７の内部領域５０から、インナーロータ１７に形成された流体通路５９を介して補助インペラ２０のインペラ通路５６内に送達され、次いで、半径方向外方にチャンバ１２内に送達されることになる。

チャンバ１２から、媒体は、ケーシングカバー４に形成された（図６，７に示されている）少なくとも１つの通路回路５５を介して、流通チャンバ１４内に戻されることになる。

図示されている例示的実施形態では、補助インペラ２０は、インペラ通路３９またはインペラ通路３９およびインペラ通路５６のいずれかを有するものとして示されている。しかし、補助インペラ２０がインペラ通路５６のみを備えていてもよいことは、自明であろう。

１ ポンプ装置
２ ポンプケーシング
３ 流体圧ケーシング
４ ケーシングカバー
５ 軸受キャリアケージ
６ 軸受キャリア
７ 軸受カバー
８ 入口開口
９ 出口開口
１０ 閉込缶
１１ 内部空間
１２ チャンバ
１３ インペラシャフト
１３ａ シャフト区域
１３ｂ シャフト区域
１４ 流通チャンバ
１５ 開口
１６ インペラ
１７ インナーロータ
１８ 磁石
１９ ネジ
２０ 補助インペラ
２１ 軸受配列
２２ 駆動シャフト
２３ ボール軸受
２４ ボール軸受
２５ 磁石
２６ アウターロータ
２７ 本体
２８ 基部
２９ 取付けフランジ
３０ 孔
３１ ネジ
３２ 球状キャップ領域
３３ リム領域
３４ 後シュラウド
３５ 起立部
３６ 流体吸込領域
３７ ベーン
３８ 通路吸込縁
３９ インペラ通路
４０ 外側面
４１ 通路基部
４２ 段
４３ 取付孔
４４ ネジ孔
４５ 凹部
４６ 通路開口
４７ 軸受リングキャリア
４８ 通路開口
４９ フランジ状領域
５０ 内部領域
５１ 半径方向孔
５２ 軸方向通路
５３ 半径方向孔
５４ 通路開口
５５ 通路開口
５６ インペラ通路
５７ 通路基部
５８ 流体通路
５９ 流体通路

Ａ 回転軸

Claims (12)

1. ポンプ装置、特に、磁気カップリングポンプ装置であって、前記ポンプ装置のポンプケーシングによって形成された内部空間と、閉込缶であって、前記閉込缶によって包囲されたチャンバを前記ポンプケーシングによって形成された前記内部空間に対して気密封止している、閉込缶と、回転軸を中心として回転するように駆動可能になっているインペラシャフトと、前記インペラシャフトの一端に配置されたインペラと、前記インペラシャフトの他端に配置されたインナーロータと、前記チャンバ内に配置された補助インペラと、前記インナーロータと相互作用するアウターロータとを備える、ポンプ装置であり、
   前記補助インペラ（２０）が、前記イナーロータ（１７）に固定されていることを特徴とする、ポンプ装置。
2. 前記閉込缶（１０）は、開いた側および前記開いた側の反対に位置してドーム状基部（２８）によって閉鎖された側を備える本体（２７）を有しており、前記補助インペラ（２０）は、後シュラウド（３４）を有しており、該後シュラウドの前記閉込缶（１０）の前記基部（２８）の方を向く外面は、ドーム形状を有していることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記後シュラウド（３４）の前記外面の前記ドーム形状は、前記閉込缶（１０）の前記基部（２８）の前記ドーム形状に実質的に対応していることを特徴とする、請求項２に記載のポンプ装置。
4. 前記後シュラウド（３４）の中心に、放物面状起立部（３５）が設けられていることを特徴とする、請求項２−３の１つに記載のポンプ装置。
5. 前記後シュラウド（３４）上において、前記補助インペラ（２０）のベーン（３７）および対応するインペラ通路（３９）を形成する多数の隆起部が、前記起立部（３５）から半径方向に離間して形成されていることを特徴とする、請求項２〜４の１つに記載のポンプ装置。
6. 前記インペラ通路（３９）は、ランパント３中心アーチと同様の形状を有する通路基部（４１）を有していることを特徴とする、請求項５に記載のポンプ装置。
7. 前記ベーン（３７）の前記後シュラウド（３４）から逸れた上側は、前記通路吸込縁（３８）の近くに段（４２）を有していることを特徴とする、請求項２〜６の１つに記載のポンプ装置。
8. 前記インペラシャフト（１３）および前記インナーロータ（１７）は、前記補助インペラ（２０）の前記後シュラウド（３４）の反対側に位置するカバーシュラウドを構成するようになっていることを特徴とする、請求項２〜７の１つに記載のポンプ装置。
9. 前記ベーン（３７）を形成している前記隆起部において、前記外側面（４０）から前記段（４２）に近い点まで半径方向に延在するさらなるインペラ通路（５６）が形成されていることを特徴とする、請求項５〜８の１つに記載のポンプ装置。
10. 前記さらなるインペラ通路（５６）は、通路基部（５７）を有しており、該通路基部は、少なくとも部分的に、前記後シュラウド（３４）の前記外面の前記ドーム形状に実質的に対応するドーム形状を有していることを特徴とする、請求項９に記載のポンプ装置。
11. 前記インペラシャフト（１３）は、前記補助インペラ（２０）の前記流体吸込領域（３６）に接続された軸方向通路（５２）を有していることを特徴とする、請求項１〜１０の１つに記載のポンプ装置。
12. 前記インナーロータ（１７）において、前記補助インペラ（２０）の前記さらなるインペラ通路（５６）内に通じる流体通路（５９）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１１の１つに記載のポンプ装置。

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