JP2016518552A - ポンプ装置およびポンプ装置用閉込シェルを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ポンプ装置、さらに詳細には、磁気カップリングポンプ装置であって、ポンプ装置（１）のポンプハウジング（２）によって形成された内部空間（１１）と、長手方向中心軸（Ｂ）を有する閉込シェル（１０）であって、密閉されたチャンバ（１２）をポンプハウジング（２）によって形成された内部空間（１１）に対して気密封止している、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）の他端に取り付けられたインナーロータ（１７）と、駆動シャフト（２０）上に取り付けられたアウターロータ（２４）であって、インナーロータ（１７）と協働するようになっている、アウターロータ（２４）と、を備え、閉込シェル（１０）は、チャンバ（１２）内に延在する少なくとも１つの凹み（３１）を備える基部（２６）を有している、ポンプ装置に関する。本発明によれば、少なくとも１つの凹み（３１）は、閉込シェル（１０）の長手方向中心軸（Ｂ）に対して半径方向に離間して配置されている。また、本発明は、ポンプ装置、さらに詳細には、磁気カップリングポンプ装置用閉込シェルを製造するための方法であって、閉込シェル（１０）は、深絞りプロセスまたは鋳造プロセスによって製造されるようになっており、閉込缶（１０）の長手方向中心軸（Ｂ）に対して半径方向に離間して配置される少なくとも１つの凹み（３１）が基部（２６）に作製されるようになっている、方法に関する。

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、長手方向中心軸を有する閉込缶であって、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、駆動シャフト上に配置されたアウターロータであって、インナーロータと相互作用するようになっている、アウターロータと、を備え、閉込缶は、チャンバ内に突出する少なくとも１つのビードを備える基部を有している、ポンプ装置に関する。また、本発明は、ポンプ装置の閉込缶を製造するための方法に関する。

このようなポンプの場合、回転磁界が、インナーロータとアウターロータとの間に位置する金属製の閉込缶に渦電流を引き起こすことになる。前記静止して配置された閉込缶は、ケーシングカバーおよびそのポンプケーシングと共に耐圧ポンプ部分を形成しており、これによって、前記筐体内に位置するインナーロータは、常に送達媒体と接触することになる。渦電流およびそれに付随する蒸発点に達する媒体の連続的な加熱を低減させるために、第１に、高電気抵抗を有する材料から標準的に作製される金属製閉込缶の使用が挙げられる。特に高価なニッケル基合金（ハステロイ）は、この目的に対してすでにその評価が定まっている。第２に、熱損失を冷却流れによって散逸させることが挙げられる。主送達流れからバイパスとして分岐された前記流れは、チャンバ内の圧力分布に起因して、インナーロータの外径側に送られ、半径方向内方に向かってインナーロータと閉込缶基部との間に流れ、インペラシャフトに達し、次いで、前記インペラシャフトの中空孔を介して主流体圧系に戻ることになる。インナーロータの回転およびその結果として送達媒体のバイパス流れに生じる渦流の生成に起因して、インナーロータ外径側とインペラシャフトの中空孔の（回転軸に対して同軸に位置する）入口との間に著しい圧力勾配が生じる。これによって、冷却流れの流速、従って、熱散逸が制限されることになる。送達媒体における渦流を妨げるかまたは崩壊させる効果を有する幾何学的形状を静止閉込缶基部に組み入れることによって、渦流を阻止または制限し、これによって、ロータチャンバの慣性温度を送達媒体の蒸気圧曲線未満の対応するレベルに維持することができる。

特許文献１は、閉込缶の基部に設けられたビードによって送達媒体における渦流現象の生成を低減させることが意図されている磁気カップリングポンプを開示している。ビードを有していない基部の耐圧に最適な幾何学的形態または形状は、負荷時における凸楕円状基部の拡張性または変形能に基づいている。しかし、これは、中心に設けられた硬直作用をもたらすビードに起因して、妨げられることになる。その結果、ビード領域の閉込缶材料の応力が増大する。ビードを有していない凸楕円形状に対して、同一の肉厚または同一の出発材料厚みの場合、開示されているビード輪郭によって、略４０％の圧縮強度しか得られない。従って、さらなる材料を用いなければ、同等の圧縮強度が得られず、これに付随して、コストがさらに掛かることになる。

独国実用新案登録第９１００５１５Ｕ１号明細書

本発明の目的は、閉込缶内の送達媒体における渦流の生成を、閉込缶の安定性を低減させることなく、大きく低減させるポンプ装置を提供することにある。

本発明の目的は、少なくとも１つのビードが、閉込缶の長手方向中心軸に対して半径方向に離間して配置され、閉込缶のビード外縁と長手方向中心軸との間隔に対する閉込缶の内径の比率が、１．３から１．６の範囲内にあるようにすることによって、達成されることになる。

閉込缶のビード外縁と長手方向中心軸との間隔に対する閉込缶の内径の比率は、好ましくは、１．３８から１．５７の範囲内にある。

閉込缶の長手方向中心軸に対するビード内縁の間隔は、有利には、１／７×（閉込缶内径）^Ｙの式を用いて計算されるようになっており、Ｙは、好ましくは、略１．１４から１．１７の範囲内にある。

ビード外縁の半径に対する閉込缶の内径の比率または長手方向中心軸に対するビード内縁の間隔をこのように特定することによって、閉込缶基部の軸方向拡張性または変形能が維持され、これによって、耐圧能力がビードを有していない同一肉厚の閉込缶基部に対して約９０−９５％に維持されることになる。

本発明の好ましい実施において、好ましくは深絞りまたは鋳造による閉込缶の高圧縮強度を得るために、閉込缶の基部は、実質的に球欠状の球状キャップ領域と、本体と球状キャップ領域との間の移行領域をなすリム領域と、から形成されている。

本発明によれば、インナーロータとビード基部との間の最適な間隔を得るために、ビード基部は、球状キャップ領域からリム領域への移行部が位置する面と実質的に平行に位置する面内に延在している。仮想面は、閉込缶の長手方向中心軸と実質的に直交して位置している。

ここで、特定の改良例では、ビード基部の領域における閉込缶の内壁は、球状キャップ領域からリム領域への移行部と同様の面内に実質的に位置するようになっている。

代替的な改良例では、ビード基部は、球状キャップ領域と平行に延在するように形成されている。

渦流生成の低減に関する良好な操作モードは、ビード基部の領域において、インナーロータの（閉込缶の基部の方を向く）面側に対する閉込缶の内壁の最大間隔が略２０ｍｍである場合に、達成されることになる。

渦流生成をさらに低減させるために、ビード基部の領域において、インナーロータの面側に対する閉込缶の内壁の最大間隔（Ｘ）が略１０ｍｍであることが好ましい。

機械的応力は、球状キャップ領域からビード領域への移行部において最大であり、鋭利な縁の移行部は、渦流生成を防ぐために最も効果的であるので、本発明によれば、球状キャップ領域とビード壁の各々との間の移行部は、該ビード壁からビード基部への移行部よりも大きい半径を有するようになっている。これによって、同時に、閉込缶によって密閉されたチャンバ内において外方に作用する圧力を特に効果的に、すなわち低応力で吸収することができる。

もし少なくとも１つのビードがリム領域に近い点まで半径方向に延在しているかまたはリム領域まで半径方向に延在しているなら、閉込缶によって密閉されたチャンバ内に生じる渦流（具体的には、インナーロータの最大周速の領域内、すなわち、回転しているインナーロータの外径に近い領域において最も顕著に生じる渦流）が効果的に低減されることになる。

本発明による方法によれば、閉込缶は、深絞りプロセスまたは鋳造プロセスによって製造されるようになっており、少なくとも１つのビードが基部に作製され、該ビードは、閉込缶の長手方向中心軸に対して半径方向に離間して配置されるようになっている。

以下、図面に示されている本発明の例示的実施形態について、さらに詳細に説明する。

本発明による閉込缶であって、その基部にビードを有する閉込缶を備え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。 本発明による閉込缶の縦断面を拡大して示す図である。 本発明による閉込缶を三次元的に示す図である。 ビードの異なる実施形態を備える本発明による閉込缶の縦断面を示す図である。 ビードのさらなる実施形態を備える本発明の閉込缶を三次元的に示す図である。

図１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を有しており、該ポンプケーシングは、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。

好ましくは深絞りまたは鋳造によって製造される閉込缶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になっているインペラシャフト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。

インペラ１６とインナーロータ１７との間に、軸受配列１９が配置されている。軸受配列１９は、インペラシャフト１３に操作可能に接続され、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２０を駆動するようになっている。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駆動シャフト２０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２０は、軸受カバー７および軸受キャリア６を通って延在し、軸受キャリア６内に収容された２つのボール軸受２１，２２内に取り付けられている。駆動シャフト２０の自由端には、多数の磁石２３を保持するアウターロータ２４が配置されている。磁石２３は、閉込缶１０の方を向くアウターロータ２４の側に配置されている。アウターロータ２４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２４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２，３に拡大して示されている閉込缶１０は、図１に示されている回転軸Ａに対して実質的に同軸に配置された長手方向中心軸Ｂを有する実質的に円筒状の本体２５を有している。本体２５は、片側が開いており、開いた側の反対に位置する側がドーム状基部２８によって閉じている。開いた側には、リング状取付けフランジ２７が配置されている。取付けフランジ２７は、本体２５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２５に接続されている。

取付けフランジ２７は、長手方向中心軸Ｂと平行に延在する多数の孔２８を有しており、該孔内に、ネジ（図示せず）が通され、図１に示されているように、ケーシングカバー４の対応するネジ付き孔内にねじ込まれるようになっている。

基部２６は、実質的に球欠状の球状キャップ領域２９と、本体２５と球状キャップ領域２９との間の移行領域をなす外側リム領域３０と、によって形成されている。球状キャップ領域２９に、チャンバ１２内に突出する多数のビード３１が設けられている。ビード３１は、ビード基部３２およびビード壁３３を有している。ビード３１は、長手方向中心軸Ｂの近くに配置されたビード内縁３１ａと、長手方向中心軸Ｂから遠く離れて配置されたビード内縁３１ｂと、を有している。チャンバ１２は、長手方向中心軸Ｂの近くにおいて最大軸方向長さを有している。閉込缶１０のビード外縁３１ｂと長手方向中心軸Ｂとの間隔Ａ_Ｓａに対する閉込缶１０の内径ｒ_ｉｓの比率は、１．３から１．６の範囲内、好ましくは、１．３８から１．５７の範囲内にある。

閉込缶１０の長手方向中心軸Ｂに対するビード内縁３１ａの間隔Ａ_ｓｉは、１／７＊（閉込缶内径）^Ｙの式によって規定されており、Ｙは、好ましくは、略１．１４から１．１７の範囲内にある。

閉込缶１０は、深絞りまたは鋳造によって製造されるようになっており、この製造において、少なくとも１つのビード３１が基部２６に作製され、該ビードは、閉込缶１０の長手方向中心軸Ｂに対して半径方向に離間して配置されるようになっている。閉込缶を深絞りによって製造する場合、ビード３１は、深絞りプロセス中に、型押しによって、基部２６に作製されるようになっている。

閉込缶１０の長手方向中心軸Ｂに対して半径方向に離間して配置されるビード３１は、リム領域３０に近い点まで半径方向に延在しているか、またはリム領域３０まで半径方向に延在している。

図２から分かるように、ビード基部３２は、球状キャップ領域２９からリム領域３０への移行部に対応する面と実質的に平行の面内に延在している。具体的には、ビード基部３２の領域における閉込缶１０の内壁３４は、球状キャップ領域２９からリム領域３０への移行部と同様の（長手方向中心軸Ｂと直交する方向に延在する）仮想面内に実質的に位置している。代替的に、図４に示されているように、閉込缶１０のビード基部３２は、球状キャップ領域２９と平行に延在するように形成されていてもよい。この場合、ビード基部３２の一部は、長手方向中心軸Ｂから垂直に延在してリム領域３０に達する面に沿って延在している。図１に示されているように、ビード基部３２の領域において、インナーロータ１７の（閉込缶１０の基部２６の方を向く）面側３５に対する閉込缶１０の内壁３４の最大間隔Ｘは、略２０ｍｍである。ビード基部３２の領域において、インナーロータ１７の面側３５に対する閉込缶１０の内壁３４の最大間隔Ｘが略１０ｍｍであることが好ましい。

球状キャップ領域２９とビード壁３３との間の移行部は、ビード壁３３からビード基部３２への移行部よりも大きい半径を有している。

図１−４に示されているビード３１は、実質的にスタジアム状の幾何学的形状を有している。代替的に、前記ビードは、どのような他の所望の幾何学的形状を有していてもよい。例えば、ビード３１は、プリズム状、立方形態、または球状形態であってもよいし、または同様の切頭形状またはそれらの組合せから形成されていてもよいし、または図５に示されているように、インナーロータに向かう方向においてドーム状になるビード基部３２を有していてもよい。

１ ポンプ装置
２ 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 軸受配列
２０ 駆動シャフト
２１ ボール軸受
２２ ボール軸受
２３ 磁石
２４ アウターロータ
２５ 本体
２６ 基部
２７ 取付けフランジ
２８ 孔
２９ 球状キャップ領域
３０ リム領域
３１ ビード
３１ａ ビード内縁
３１ｂ ビード外縁
３２ ビード基部
３３ ビード壁
３４ 内壁
３５ インナーロータの面側
Ａ 回転軸
Ｂ 長手方向中心軸
ｒ_ｉｓ 閉込缶の内径ｒ_ｉｓ
Ａ_ｓａ ビード外縁と長手方向中心軸との間の間隔
Ａ_ｓｉ ビード内縁と長手方向中心軸との間の間隔

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、長手方向中心軸を有する閉込缶であって、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、駆動シャフト上に配置されたアウターロータであって、前記インナーロータと相互作用するようになっている、アウターロータと、を備え、前記閉込缶は、前記チャンバ内に突出する少なくとも１つのビードを備える基部を有している、ポンプ装置において、
   前記少なくとも１つのビード（３１）は、前記閉込缶（１０）の前記長手方向中心軸（Ｂ）に対して半径方向に離間して配置されており、前記閉込缶（１０）のビード外縁（３１ｂ）と長手方向中心軸（Ｂ）との間隔（Ａ_ｓａ）に対する前記閉込缶（１０）の内径（ｒ_ｉｓ）の比率は、１．３から１．６の範囲内にあることを特徴とする、ポンプ装置。
2. 前記閉込缶（１０）のビード外縁（３１ｂ）と長手方向中心軸（Ｂ）との間隔（Ａ_ｓａ）に対する前記閉込缶（１０）の内径（ｒ_ｉｓ）の前記比率は、１．３８から１．５７の範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記閉込缶（１０）の前記長手方向中心軸（Ｂ）に対する前記ビード内縁（３１ａ）の間隔は、１／７×（閉込缶内径）^Ｙの式を用いて計算されるようになっており、Ｙは、略１．１４から１．１７の範囲内にあることを特徴とする、請求項１または２に記載のポンプ装置。
4. 前記基部（２６）は、実質的に球欠状の球状キャップ領域（２９）と、本体（２５）と前記球状キャップ領域（２９）との間の移行領域をなすリム領域（３０）と、から形成されていることを特徴とする、請求項１−３の１つに記載のポンプ装置。
5. 前記少なくとも１つのビード（３１）は、ビード基部（３２）およびビード壁（３３）を有しており、前記ビード基部（３２）は、前記球状キャップ領域（２９）から前記リム領域（３０）への移行部が位置する面と実質的に平行に位置する面内に延在していることを特徴とする、請求項１−４の１つに記載のポンプ装置。
6. 前記ビード基部（３２）の領域における前記閉込缶（１０）の前記内壁（３４）は、前記球状キャップ領域（２９）から前記リム領域（３０）への移行部と同一の面内に実質的に位置していることを特徴とする、請求項１−５の１つに記載のポンプ装置。
7. 前記ビード基部（３２）は、前記球状キャップ領域（２９）と平行に延在するように形成されていることを特徴とする、請求項１−５の１つに記載のポンプ装置。
8. 前記ビード基部（３２）の領域において、前記インナーロータ（１７）の前記面側（３５）に対する前記閉込缶（１０）の前記内壁（３４）の最大間隔（Ｘ）は、略２０ｍｍであることを特徴とする、請求項１−７の１つに記載のポンプ装置。
9. 前記ビード基部（３２）の領域において、前記インナーロータの前記面側（３５）に対する前記閉込缶（１０）の前記内壁（３４）の最大間隔（Ｘ）は、略１０ｍｍであることを特徴とする、請求項１−７の１つに記載のポンプ装置。
10. 前記球状キャップ領域（２９）と前記ビード壁（３３）の各々との間の移行部は、前記ビード壁（３３）から前記ビード基部（３２）への移行部よりも大きい半径を有していることを特徴とする、請求項１―９の１つに記載のポンプ装置。
11. 前記少なくとも１つのビード（３１）は、前記リム領域（３０）に近い点まで半径方向に延在しているか、または該リム領域まで半径方向に延在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. 請求項１−１１の１つに記載のポンプ装置、特に、磁気カップリングポンプ装置の閉込缶を製造するための方法であって、前記閉込缶（１０）は、深絞りプロセスまたは鋳造プロセスによって製造されるようになっており、少なくとも１つのビード（３１）が前記基部（２６）に作製され、該ビードは、前記閉込缶（１０）の前記長手方向中心軸（Ｂ）に対して半径方向に離間して配置されるようになっていることを特徴とする、方法。
    

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