JP2017044181A - 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、回転軸１と、回転軸１に固定される羽根車２と、羽根車２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４Ａ，４Ｂと、吐出口７に連通する吐出室５とが形成されている。吸込室４Ａ，４Ｂおよび吐出室５を形成するケーシング３の平面形状を有する部分または平面形状に近い部分には、高強度部材３０が設けられている。高強度部材３０は、ケーシング３の材料よりも強度の高い材料から構成されている。
【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、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平面形状を有する部分または平面形状に近い部分には、高強度部材が設けられており、前記高強度部材は、前記ケーシングの材料よりも強度の高い材料から構成さ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、前記高強度部材は、前記吸込ケーシング部の上面および側面、および前記吐出ケーシング部の上面および側面に設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記高強度部材は補強シート部材であり、前記補強シート部材は、繊維強化プラスチックまたは炭素繊維強化プラスチックから構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記高強度部材は補強シート部材であり、前記補強シート部材は、前記ケーシングの外面および／または内面に設けられていることを特徴とする。

高強度部材は、曲率の小さな部分、すなわち、ケーシングの平面形状を有する部分または平面形状に近い部分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、高強度部材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。 補強シート部材の他の実施形態を示す断面図である。

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。

吸込ケーシング部２０，２０の側面２０ａ，２０ａおよび上面２０ｂ，２０ｂは小さな曲率を有しており、平面形状または平面形状に近い形状である。そのため、流体の圧力が側面２０ａ，２０ａおよび上面２０ｂ，２０ｂに垂直に作用すると、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方向に変形するおそれがある。

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、高強度部材としての補強シート部材３０が設けられている（図１および図２参照）。補強シート部材３０は、回転軸１の軸線ＡＸに沿って延び、さらに羽根車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。補強シート部材３０は、上部ケーシング３ａ、特に、上部ケーシング３ａの曲率の小さい部分、すなわち吸込ケーシング部２０，２０の側面２０ａ，２０ａおよび上面２０ｂ，２０ｂや吐出ケーシング部２１の側面２１ｃ，２１ｃおよび上面２１ａに固定されている。換言すれば、補強シート部材３０は、上部ケーシング３ａの平面形状を有する部分または平面形状に近い部分に固定されている。

補強シート部材３０は、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の外面も覆っている。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り、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。

補強シート部材３０は、吸込ケーシング部２０，２０の外面、すなわち、側面２０ａ，２０ａ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、すなわち、側面２１ｃ，２１ｃと上面２１ａとを含む外面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。特に、本実施形態では、補強シート部材３０は、吸込ケーシング部２０，２０の外面全体および吐出ケーシング部２１の外面全体にわたって設けられているので、補強シート部材３０は上部ケーシング３ａの全体を補強することができ、上部ケーシング３ａ全体の変形を防止することができる。

補強シート部材（高強度部材）３０は、ケーシング３の材料、より具体的には、上部ケーシング３ａの材料よりも強度の高い材料から構成されている。例えば、補強シート部材３０は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から構成されたシート部材または炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）から構成されたシート部材である。

本実施形態によれば、補強シート部材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。特に、補強シート部材３０を繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などの比較的軽量なシート部材から構成することにより、より軽量な両吸込渦巻ポンプを提供することができる。さらに、補強シート部材３０は、複雑な形状を有するケーシングであっても容易に設けることができるので、容易にケーシング３の強度を補強することができる。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、補強シート部材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心狂いによる(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は補強シート部材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、補強シート部材３０は吸込ケーシング部２０，２０の内面全体、および吐出ケーシング部２１の内面全体にわたって延びている。より具体的には、補強シート部材３０は、吸込ケーシング部２０，２０の内側面２０ｄ，２０ｄおよび内上面２０ｅ，２０ｅや、吐出ケーシング部２１の内側面２１ｄ，２１ｄおよび内上面２１ｅを覆うように回転軸１に沿って延びている。このように、補強シート部材３０を吸込ケーシング部２０，２０の内面および吐出ケーシング部２１の内面に設けた場合も、先に述べた実施形態と同様の効果を奏することができる。

本実施形態では、上部ケーシング３ａの外面に補強シート部材３０を設ける代わりに、上部ケーシング３ａの内面に補強シート部材３０を設けているが、上部ケーシング３ａの外面および内面の両方に補強シート部材３０を設けてもよい。

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
２０ｄ 内側面
２０ｅ 内上面
２１ 吐出ケーシング部
２１ａ 上面
２１ｂ 湾曲部
２１ｃ 側面
２１ｄ 内側面
２１ｅ 内上面
３０ 補強シート部材（高強度部材）
４０ 軸支持部

Claims (4)

1. 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平面形状を有する部分または平面形状に近い部分には、高強度部材が設けられており、
   前記高強度部材は、前記ケーシングの材料よりも強度の高い材料から構成さ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、
   前記高強度部材は、前記吸込ケーシング部の上面および側面、および前記吐出ケーシング部の上面および側面に設けられ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. 前記高強度部材は補強シート部材であり、
   前記補強シート部材は、繊維強化プラスチックまたは炭素繊維強化プラスチックから構成され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. 前記高強度部材は補強シート部材であり、
   前記補強シート部材は、前記ケーシングの外面および／または内面に設けられ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。

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