JP2017031965A - 両吸込渦巻ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングの変形を抑制できる軽量な両吸込渦巻ポンプを提供する。【解決手段】両吸込渦巻ポンプは、水平方向に配置される回転軸１と、回転軸１に固定される羽根車と、羽根車を収容するケーシング３とを備える。ケーシング３は、流体をケーシング３の内部に吸い込むための吸込口６と、流体を外部に吐き出すための吐出口７とを有している。ケーシング３の内部には、吸込口６に連通する吸込室と、吐出口７に連通する吐出室とが形成されている。吸込室および吐出室を形成するケーシング３の湾曲部２０ｃ，２１ｂの外面には、リブ３０が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、両吸込渦巻ポンプに関する。

両吸込渦巻ポンプは、両吸込型の羽根車が固定される回転軸と、羽根車を収容して液体の流路を形成するケーシングとを備え、羽根車をケーシング内で回転させることにより液体をケーシング内で昇圧し、該昇圧された液体を吐出口から外部に吐き出す。

液体の圧力がケーシングに作用すると、ケーシングの一部に応力が集中し、ケーシングが変形することがある。ケーシングが変形すると、回転軸も変形し、回転軸とケーシングとの間の隙間を封止する軸封部から液体が漏れるおそれがある。さらに、回転軸と駆動装置とのカップリング部(接続部)の中心の狂い(心ズレ)による(強制)振動の増加と、これに伴うカップリングの破損などが生じるおそれがある。また、ケーシングの変形によって、ケーシングフランジの接合面間が離間する、いわゆる口開きが生じる場合がある。そのため、ケーシングの変形を一定以下にするための剛性がケーシングには要求される。

ところで、両吸込渦巻ポンプのケーシングの形状は複雑であるため、ケーシングは一般的に鋳造で製作されるが、ケーシングの面を構成する部分において肉厚を変更すると、鋳型製造時の湯流が不均一となり欠陥（湯まわり不良）が生じやすい。しかしながら、ケーシングの剛性を高めるために、ケーシング全体の肉厚を厚くすると、ケーシングの重量が増加してしまい、結果的に、両吸込渦巻ポンプ全体の重量が増加してしまう。

特開２０１４−２０６１４０号公報

そこで、本発明は、ケーシングの変形を抑制できる軽量な両吸込渦巻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、水平方向に配置される回転軸と、前記回転軸に固定される羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングとを備え、前記ケーシングは、流体を前記ケーシングの内部に吸い込むための吸込口と、前記流体を外部に吐き出すための吐出口とを有しており、前記ケーシングの内部には、前記吸込口に連通する吸込室と、前記吐出口に連通する吐出室とが形成されており、前記吸込室および前記吐出室を形成する前記ケーシングの湾曲部の外面には、リブが設けられていることを特徴とする両吸込渦巻ポンプである。

本発明の好ましい態様は、前記吸込室および前記吐出室は、上吸込室および上吐出室をそれぞれ含み、前記ケーシングは、前記上吸込室を形成する吸込ケーシング部と、前記上吐出室を形成する吐出ケーシング部とを備えており、前記リブは、前記吸込ケーシング部の外面および前記吐出ケーシング部の外面にわたって延びていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記リブは、前記リブの肉厚が前記ケーシングに近づくにつれて徐々に増大する形状を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記リブは第１のリブおよび第２のリブから構成されており、前記第１のリブおよび前記第２のリブは、前記回転軸の両側に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記リブは第１のリブおよび第２のリブから構成されており、前記第１のリブおよび前記第２のリブのうちの一方は、前記回転軸の上方に位置し、前記回転軸に沿って延びていることを特徴とする。

リブは、応力が集中しやすい曲率半径の小さな部分、すなわち、ケーシングの湾曲部の外面に設けられているため、ケーシングの変形を抑制することができる。さらに、リブを設けることにより、ケーシングの強度が補強されるので、ケーシングを薄くすることができ、両吸込渦巻ポンプを軽量化することができる。

本発明の一実施形態に係る両吸込渦巻ポンプを示す斜視図である。 両吸込渦巻ポンプの断面図である。 両吸込渦巻ポンプの上部ケーシングを外した状態を上から見た図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 リブの他の実施形態を示す断面図である。 リブの長さとリブの側面の勾配幅との関係を示す表である。 リブのさらに他の実施形態を示す図である。 リブのさらに他の実施形態を示す図である。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る両吸込渦巻ポンプを示す斜視図である。図２は、両吸込渦巻ポンプの断面図である。図３は、両吸込渦巻ポンプの上部ケーシングを外した状態を上から見た図である。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。

両吸込渦巻ポンプは、回転軸１と、回転軸１に固定される両吸込型の羽根車２と、羽根車２を収容して流体の流路を形成するケーシング３とを備えている。ケーシング３は渦巻き形状を有している。流体として、水や油などの液体や、空気などの気体を挙げることができる。ケーシング３は、羽根車２の回転中心となる回転軸１の中心を通る水平面で上下方向に分割される上部ケーシング３ａと下部ケーシング３ｂとを備えている。回転軸１は、上部ケーシング３ａおよび下部ケーシング３ｂに形成された軸支持部４０に支持されている。回転軸１と軸支持部４０との間の隙間は、軸封部１１によって封止されている。

下部ケーシング３ｂには、流体を吸い込むための吸込口６と、羽根車２によって昇圧された流体を吐き出すための吐出口７とが形成されている。吸込口６および吐出口７は回転軸１を基準として相反する方向を向いて、すなわち、回転軸１と直交する方向に互いに反対方向を向いて開口している。

図２に示すように、ケーシング３の内部には、回転軸１の軸方向の両側部に設けられる上吸込室４ａ，４ａおよび下吸込室４ｂ，４ｂと、ケーシング３の中央部に配置される上吐出室５ａおよび下吐出室５ｂが形成されている。上吐出室５ａは上吸込室４ａ，４ａの間に配置されており、下吐出室５ｂは下吸込室４ｂ，４ｂの間に配置されている。羽根車２は、吐出室５ａ，５ｂ内に配置されている。吸込室４ａ,４ｂは吸込口６に連通しており、吐出室５ａ,５ｂは吐出口７に連通している。

回転軸１の端部には図示しない駆動装置が接続されている。駆動装置によって回転軸１および回転軸１に固定される羽根車２が回転すると、流体は、吸込口６を通じてケーシング３内に吸い込まれる。流体は、回転軸１の長さ方向に拡がる楕円流路４ｄ(図４参照)を通過し、回転軸１の軸方向に配置される渦巻き状流路４ｅ，４ｅ（図２参照）に流れ込む。その後、流体は上吸込室４ａ，４ａを通過して、図２の黒色矢印で示すように、吐出室５ａ，５ｂ内の羽根車２内に、その中央部から流入する。

流体は、回転する羽根車２と遠心力との働きにより昇圧されて、羽根車２の半径方向外側の上吐出室５ａおよび下吐出室５ｂに吐き出される。昇圧された流体は、上吐出室５ａおよび下吐出室５ｂを流れ、吐出口７から吐き出される。

図１に示すように、上部ケーシング３ａの下部ケーシング３ｂとの接合面には外方に延びる上部フランジ８が形成されている。下部ケーシング３ｂの上部ケーシング３ａとの接合面には外方に延びる下部フランジ９が形成されている。上部フランジ８には複数の通孔（図示せず）が形成されており、下部フランジ９には締結具としての複数のねじ１０が螺合されるねじ穴（図示せず）が形成されている。上部フランジ８と下部フランジ９とを当接させた状態でねじ１０を通孔に挿入し、ねじ穴に螺合することによって、上部ケーシング３ａおよび下部ケーシング３ｂは互いに締結される。上部フランジ８と下部フランジ９との合わせ面には図示しないシール部材が配設され、上部ケーシング３ａと下部ケーシング３ｂとの間からの流体の漏れを防止している。

上部ケーシング３ａは、上吸込室４ａ，４ａを形成する吸込ケーシング部２０，２０と、上吐出室５ａを形成する吐出ケーシング部２１とを備えている。吐出ケーシング部２１は吸込ケーシング部２０，２０の間に位置しており、吐出ケーシング部２１の外面は吸込ケーシング部２０，２０の外面から外方に突出している。上吸込室４ａ，４ａおよび下吸込室４ｂ，４ｂは、羽根車２の両側に形成されている。羽根車２の一方の側に位置する上吸込室４ａおよび下吸込室４ｂは一方の側の吸込室４Ａを形成し、羽根車２の他方の側に位置する上吸込室４ａおよび下吸込室４ｂは他方の側の吸込室４Ｂを形成する。また、上吐出室５ａおよび下吐出室５ｂは、吐出室５を形成する。ケーシング３の内部（より具体的には、吸込室４Ａ，４Ｂ）は、高さ方向（図２の上下方向）に長く、幅方向（図２の左右方向）に短いことから、曲率半径が小さい上部ケーシング３ａの面外方向（図２の白抜き矢印α方向）への流体の力が大きくなる。そのため、流体の圧力が上部ケーシング３ａに作用すると、図２の白抜き矢印α方向の力が大きくなり、上部ケーシング３ａは面外方向に、つまり、白抜き矢印α方向に変形してしまう。

そこで、上部ケーシング３ａの変形を抑制するために、上部ケーシング３ａの外面には補強用のリブ３０が設けられている（図１参照）。リブ３０は、回転軸１の軸線ＡＸ方向に延びており、羽根車２の両側に配置された２つの吸込ケーシング部２０，２０の外面および吐出ケーシング部２１の外面にわたって延びている。リブ３０は、上部ケーシング３ａ、特に、上部ケーシング３ａの曲率半径の小さい部分、すなわち吸込ケーシング部２０の湾曲部２０ｃ，２０ｃの外面や吐出ケーシング２１の湾曲部２１ｂ，２１ｂの外面を覆うように回転軸１と平行に延びている。湾曲部２０ｃ，２０ｃは吸込ケーシング部２０，２０の側面２０ａ，２０ａと上面２０ｂ，２０ｂとを接続する曲率半径の小さい部分である。湾曲部２１ｂ，２１ｂは吐出ケーシング２１の側面２１ｃ，２１ｃと上面２１ａとを接続する曲率半径の小さい部分である。リブ３０は、吸込ケーシング部２０，２０の外面、すなわち、湾曲部２０ｃ，２０ｃの外面と上面２０ｂ，２０ｂとを含む外面、および吐出ケーシング部２１の外面全体、すなわち、側面２１ｃ，２１ｃ、湾曲部２１ｂ，２１ｂの外面、および上面２１ａにわたって設けられているため、上部ケーシング３ａの強度を高めることができる。したがって、上部ケーシング３ａが上方や側方など面外方向（図２の白抜き矢印α方向）に変形することを抑制することができる。なお、図２において、リブ３０の図示は省略されている。

本実施形態によれば、リブ３０が上部ケーシング３ａの変形を抑制できるので、上部ケーシング３ａを薄くすることが可能であり、結果的に、両吸込渦巻ポンプを軽量化することができる。さらに、上部ケーシング３ａの変形が抑制されるので、回転軸１の変形(曲げ変形やねじり変形など)を低減できる。

さらに、本実施形態によれば、リブ３０を設けることにより、軸封部１１からの流体の漏えいや、回転軸１と駆動装置とのカップリング部の芯狂いによる(強制)振動の増加に伴うカップリング部の破損、破壊などを抑制することができる。さらに、上部フランジ８および下部フランジ９の変形を抑制できるため、上部フランジ８と下部フランジ９との間の口開きを抑制することが可能である。

図５はリブ３０の他の実施形態を示す断面図である。図５に示すように、リブ３０は、リブ３０の肉厚が上部ケーシング３ａに近づくにつれて徐々に増大するような形状を有してもよい。リブ３０の側面３０ａ，３０ａは勾配を有している。上述したように、ケーシング３は鋳造で製作される。リブ３０の側面３０ａ，３０ａを傾斜させる、つまり、リブ３０に抜き勾配を設けることにより、上部ケーシング３ａ、特に、リブ３０を鋳型から容易に引き抜くことができる。

図６はリブ３０の長さＬとリブ３０の側面３０ａの勾配幅Ａとの関係を示す表である。図６に示すように、リブ３０の側面３０ａの勾配幅Ａは、リブ３０の長さＬに基づいて決定される。さらに、上部ケーシング３ａを鋳鉄から構成する場合と鋳鋼から構成する場合とで、勾配幅Ａの数値は異なる。図６に示す関係に基づいて、リブ３０の長さＬおよび勾配幅Ａの数値を決定してもよく、または、リブ３０の上端３０ｂでの肉厚と下端３０ｃでの肉厚との比を決定してもよい。

図７はリブ３０のさらに他の実施形態を示す図である。図７では、主要な要素のみが図示されている。図７に示すように、リブ３０は第１のリブ３５と第２のリブ３６とから構成されている。第１のリブ３５および第２のリブ３６は上部ケーシング３ａの外面に設けられており、回転軸１の両側に位置している。第１のリブ３５および第２のリブ３６は、回転軸１と平行に、かつ上部ケーシング３ａの外面にわたって延びている。より具体的には、第１のリブ３５および第２のリブ３６は、羽根車２の両側に配置された２つの吸込ケーシング部２０，２０のうちの一方から吐出ケーシング部２１および他方の吸込ケーシング部２０まで延びている。本実施形態では、２つのリブ３５，３６が設けられているため、上部ケーシング３ａの強度をさらに高めることができる。

図８はリブ３０のさらに他の実施形態を示す図である。図８では、主要な要素のみが図示されている。図８に示すように、第１のリブ３５および第２のリブ３６は、回転軸１と平行に延びている。より具体的には、第１のリブ３５および第２のリブ３６は、羽根車２の両側に配置された２つの吸込ケーシング部２０，２０のうちの一方から吐出ケーシング部２１および他方の吸込ケーシング部２０まで延びている。第１のリブ３５は回転軸１の上方（直上）に位置し、回転軸１に沿って延びている。第１のリブ３５の一端は比較的強度の高い軸支持部４０に接続されている。図示されていないが、第１のリブ３５の他端も軸支持部４０に接続されている。第１のリブ３５は、吸込ケーシング部２０，２０の湾曲部２０ｃ，２０ｃの外面および上面２０ｂ，２０ｂのみならず、吸込ケーシング部２０，２０の側面２０ａ，２０ａの全体にわたって延びているので、吸込ケーシング部２０，２０の側面２０ａ，２０ａの変形を防止することができる。図８において、第２のリブ３６は吸込口側に配置されているが、吐出口側に配置されてもよい。

図７および図８に示す例では、２つのリブ３５，３６が設けられているが、リブの数はこの例に限定されない。つまり、３つ以上のリブを設けてもよい。図７および図８に示す例においても、第１のリブ３５および第２のリブ３６は、リブ３５，３６の肉厚がケーシング３ａに近づくにつれて徐々に増大するような形状を有してもよい。

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 回転軸
２ 羽根車
３ ケーシング
３ａ 上部ケーシング
３ｂ 下部ケーシング
４Ａ 吸込室
４Ｂ 吸込室
４ａ 上吸込室
４ｂ 下吸込室
４ｄ 楕円流路
４ｅ 渦巻状流路
５ 吐出室
５ａ 上吐出室
５ｂ 下吐出室
６ 吸込口
７ 吐出口
８ 上部フランジ
９ 下部フランジ
１０ ねじ
１１ 軸封部
２０ 吸込ケーシング部
２０ａ 側面
２０ｂ 上面
２０ｃ 湾曲部
２１ 吐出ケーシング部
２１ａ 上面
２１ｂ 湾曲部
２１ｃ 側面
３０ リブ
３０ａ 側面
３０ｂ 上端
３０ｃ 下端
３５ 第１のリブ
３６ 第２のリブ
４０ 軸支持部

Claims (5)

1. 水平方向に配置される回転軸と、
   前記回転軸に固定される羽根車と、
   前記羽根車を収容するケーシングとを備え、
   前記ケーシングは、流体を前記ケーシングの内部に吸い込むための吸込口と、前記流体を外部に吐き出すための吐出口とを有しており、
   前記ケーシングの内部には、前記吸込口に連通する吸込室と、前記吐出口に連通する吐出室とが形成されており、
   前記吸込室および前記吐出室を形成する前記ケーシングの湾曲部の外面には、リブが設けられていることを特徴とする両吸込渦巻ポンプ。
2. 前記吸込室および前記吐出室は、上吸込室および上吐出室をそれぞれ含み、
   前記ケーシングは、前記上吸込室を形成する吸込ケーシング部と、前記上吐出室を形成する吐出ケーシング部とを備えており、
   前記リブは、前記吸込ケーシング部の外面および前記吐出ケーシング部の外面にわたって延びていることを特徴とする請求項１に記載の両吸込渦巻ポンプ。
3. 前記リブは、前記リブの肉厚が前記ケーシングに近づくにつれて徐々に増大する形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の両吸込渦巻ポンプ。
4. 前記リブは第１のリブおよび第２のリブから構成されており、
   前記第１のリブおよび前記第２のリブは、前記回転軸の両側に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の両吸込渦巻ポンプ。
5. 前記リブは第１のリブおよび第２のリブから構成されており、
   前記第１のリブおよび前記第２のリブのうちの一方は、前記回転軸の上方に位置し、前記回転軸に沿って延びていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の両吸込渦巻ポンプ。

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