JP2017172495A - ポンプ用ケーシング、ポンプ、および、ポンプ用ケーシングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】渦巻きポンプを最高効率点の流量よりも大きな流量で運転した場合に、舌部の表面側で生じる剥離を抑制する。
【解決手段】ボリュートと吐出口とが形成された渦巻きポンプ用ケーシングは、ボリュートの始点に形成された舌部を備えている。舌部は、舌部の吐出口に近い側の第１の面に形成された第１の開口と、吐出口に遠い側の第２の面に形成された第２の開口と、第１の開口と第２の開口とを略直線的に連通させる連通路と、を有している。第１の開口は、舌部の先端から第１の面に沿って吐出口に向かう方向において、第２の開口よりも吐出口側に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ用ケーシングに関する。

ボリュート（渦巻室）が形成された渦巻きポンプが知られている。かかる渦巻きポンプでは、ポンプ内の渦巻き状の流れを吐出口への流れと分離するために、ボリュートの始点（巻き始め）に舌部が形成される（例えば、下記の特許文献１）。吸込口から流入する液体は、羽根車を通ってボリュートを流通した後、ポンプ頂部に形成された吐出口から排出される。

特開２００５−０４２６５０号公報

上述した渦巻きポンプは、最高効率点の流量よりも大きな流量で運転すると、運動量の不均衡が発生し、特に舌部の表面側（吐出口側）において剥離が生じる。このような剥離が生じると、ポンプの揚程や効率が低下することになる。このようなことから、渦巻きポンプを最高効率点の流量よりも大きな流量で運転した場合に、舌部の表面側で生じる剥離を抑制することが望まれる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の第１の形態によれば、ボリュートと吐出口とが形成された渦巻きポンプ用ケーシングが提供される。この渦巻きポンプ用ケーシングは、ボリュートの始点に形成された舌部を備えている。舌部は、舌部の吐出口に近い側の第１の面に形成された第１の開口と、吐出口に遠い側の第２の面に形成された第２の開口と、第１の開口と第２の開口とを略直線的に連通させる連通路と、を有している。第１の開口は、舌部の先端から第１の面に沿って吐出口に向かう方向において、第２の開口よりも吐出口側に形成される。

かかる渦巻きポンプ用ケーシングによれば、第２の面側の流路を流れる液体の一部が、第２の開口、連通路および第１の開口を通って、第１の面側の流路に流れ込む。第１の開口は、舌部の先端から第１の面に沿って吐出口に向かう方向において、第２の開口よりも吐出口側に形成されているので、第１の開口から第１の面側の流路に流入する液体の流れは、第１の面側の流路の流れを阻害することなく、当該流路の流れと合流し、吐出口に向かう流れを第１の面付近に作り出す。これによって、流速分布の不均衡が改善される。したがって、ポンプを最高効率点の流量よりも大きな流量で運転した場合に、第１の面付近に生じる剥離を抑制することができる。

本発明の第２の形態によれば、ボリュートと吐出口とが形成された渦巻きポンプ用ケーシングが提供される。この渦巻きポンプ用ケーシングは、ボリュートの始点に形成された舌部を備える。舌部は、吐出口に近い側の第１の面と、吐出口に遠い側の第２の面と、を有する。舌部には、第２の面側の流路を流れる液体の一部が第１の面側の流路に流入するように、第１の面から第２の面まで貫通する貫通孔が形成されている。かかる渦巻きポン
プ用ケーシングによれば、第１の形態と同様の効果を奏する。

本発明の第３の形態によれば、第１または第２の形態の渦巻きポンプ用ケーシングを備えるポンプが提供される。かかるポンプによれば、第１の形態と同様の効果を奏する。

本発明の第３の形態によれば、第１または第２の形態の渦巻きポンプ用ケーシングの製造方法が提供される。この製造方法は、第１の開口と第２の開口と連通路とを有していない舌部を備える渦巻きポンプ用ケーシングを鋳造する鋳造工程と、鋳造工程の後に、吐出口から穿孔工具を挿入し、舌部を穿孔して、第１の開口と第２の開口と連通路とを形成する穿孔工程と、を備える。

かかる製造方法によれば、吐出口からドリルなどの穿孔工具を挿入して、第１の開口と第２の開口と連通路とを渦巻きポンプ用ケーシングに形成することができる。したがって、鋳造工程において中子を使用して第１の開口、第２の開口および連通路を形成する必要がないので、製造を容易に行うことができる。

本発明の一実施例としてのケーシングを使用した渦巻きポンプの概略構成を示す断面図である。 図１の領域Ａ１の拡大図である。 比較例としての渦巻きポンプの概略構成を示す断面図である。 図１のケーシングを使用した場合の液体の流れのシミュレーション結果である。 図３のケーシングを使用した場合の液体の流れのシミュレーション結果である。 図１のケーシングを製造する際の穿孔可能領域を示す説明図である。

図１は、本発明の一実施例としての片吸込み渦巻きポンプ２０（以下、単にポンプ２０と呼ぶ）の概略構成を示す断面図である。図示するように、ポンプ２０は、シャフト３０と、羽根車（図示省略）と、ケーシング５０と、を備えている。シャフト３０および羽根車は、ケーシング５０内に収容されている。シャフト３０の周りには、羽根車が取り付けられている。シャフト３０および羽根車は、ケーシング５０に対して偏心して配置されており、羽根車とケーシング５０との間には、ボリュート６１が形成されている。また、ケーシング５０の頂部には、吐出口５１が形成されている。また、ボリュート６１の終点には、ボリュート６１と吐出口５１とを接続するボリュート６２が形成されている。

ボリュート６１の始点（ボリュート６２の始点）すなわち巻き始めにおいて、ケーシング５０には、周方向に向けて突出する舌部７０が形成されている。舌部７０は、ボリュート６１での流れと、ボリュート６２での流れと、を分離するために設けられる。

かかるポンプ２０では、シャフト３０に連結されたモータ（図示省略）を駆動源として羽根車がシャフト３０とともに回転すると、液体が吸込口（別の断面に形成されているので、図１では図示されていない）から流入して、羽根車、ボリュート６１およびボリュート６２を順次通過して、ポンプ２０の頂部に設けられた吐出口５１から排出される。

図２は、図１に示す領域Ａ１の拡大図である。図示するように、舌部７０は、吐出口５１に近い側の第１の面７１と、吐出口５１に遠い側の第２の面７２と、を備えている。第１の面７１には、第１の開口７３が形成され、第２の面７２には、第２の開口７４が形成されている。また、舌部７０には、第１の開口７３と第２の開口７４とを略直線的に連通させる連通路７５が形成されている。つまり、連通路７５は、第１の面７１と第２の面７２との間を貫通している。実施例においては、第１の開口７３、第２の開口７４および連
通路７５は、それぞれ１つ形成されているが、これらの数は、複数であってもよい。

第１の開口７３は、舌部７０の舌部先端７６から第１の面７１に沿って吐出口５１に向かう方向Ｄ１において、第２の開口７４よりも吐出口５１側に形成されている。つまり、第２の開口７４の中心から第１の面７１へ垂線を引いた場合、この垂線と第１の面７１との交点は、方向Ｄ１において、第１の開口７３の中心よりも舌部先端７６側に位置している。

ポンプ２０を最高効率点の流量よりも大きな流量で運転する場合、ボリュート６１での圧力は、ボリュート６２での圧力よりも高くなる。このため、図２に示すように、ボリュート６１を流れる液体の流れＦ１の一部は、第２の開口７４から連通路７５に入り、第１の開口７３からボリュート６２に入る流れＦ３となり、ボリュート６２においてボリュート６２の流れＦ２と合流する。上述した第１の開口７３と第２の開口７４との位置関係によって、第１の開口７３からボリュート６２に流入する液体の流れＦ３は、ボリュート６２を流れる液体の流れＦ２と反対方向の成分を有していない。このため、第１の開口７３からボリュート６２に流入する液体の流れＦ３は、ボリュート６２での流れＦ２を阻害することなく、流れＦ２と合流する。その結果、第１の開口７３からボリュート６２に流入する液体の流れＦ３は、第１の面７１の付近において、流れＦ２と同じく吐出口５１に向かう流れを作り出し、ボリュート６２における流速分布の不均衡が改善される。したがって、ポンプ２０を最高効率点の流量よりも大きな流量で運転した場合に、第１の面７１の付近に生じる剥離を抑制することができる。

図３は、比較例としてのポンプ１２０の概略構成を示す断面図であり、図１に対応している。図３において、図１と同一の構成要素については、図１と同様の符号を付している。ポンプ１２０は、舌部７０に代えて、舌部１７０を備えている点のみがポンプ２０（図１）と異なっている。舌部１７０は、上述した第１の開口７３、第２の開口７４および連通路７５を有していない点のみが舌部７０（図２）と異なっている。つまり、舌部７０は、中実に形成されている。

図４は、本実施例としての図１のケーシング５０（つまり、舌部７０を備えるケーシング５０）を使用した場合の液体の流れのシミュレーション結果を示す図である。図５は、比較例としての図３のケーシング５０（つまり、舌部１７０を備えるケーシング５０）を使用した場合の液体の流れのシミュレーション結果を示す図である。図４，５において、矢印は、液体の流れの方向を示しており、矢印の大きさおよび長さは、流速の大きさを示している。つまり、図４，５において、液体の流れを示す矢印は、ベクトルとして示されている。

図４に示すように、本実施例のケーシング５０では、連通路７５を通って第１の開口７３から出る流れによって、第１の面７１の付近において、吐出口５１に向かう流れが形成されている。一方、図５に示すように、比較例としてのケーシング５０では、領域Ａ２に示されるように、舌部１７０のボリュート６２側の面の付近において、液体が逆流し、剥離が生じていることが確認される。このように、本実施例のポンプ２０によれば、図５に示されるような剥離を、図４に示されるように顕著に抑制することができる。

上述したケーシング５０は、以下のようにして製造することができる。まず、第１の開口７３、第２の開口７４および連通路７５が形成されていない舌部（つまり、図３に示した舌部１７０を有する）ケーシング５０が鋳造される。次いで、吐出口５１から穿孔工具（例えば、ドリル）が挿入され、舌部１７０が穿孔されて、第１の開口７３、第２の開口７４および連通路７５が形成される。これによって舌部７０を備えるケーシング５０が完成する。

図６は、図１のケーシング５０を製造する際の穿孔可能範囲を示す説明図である。図示するように、穿孔工具は、最も鉛直に近い角度で挿入する場合を表す線Ｌ１と、最も水平に近い角度で挿入する場合を表す線Ｌ２と、の間の角度で、吐出口５１から挿入することができる。また、このような角度で穿孔工具を挿入した場合、穿孔工具は、線Ｌ３と線Ｌ４との間の領域Ａ３の範囲に挿入可能となる。このため、上述したように舌部７０の舌部先端７６から第１の面７１に沿って吐出口５１に向かう方向Ｄ１において第１の開口７３が第２の開口７４よりも吐出口５１側に形成されるように舌部７０を穿孔することができる。

かかるケーシング５０の製造方法によれば、鋳造工程において中子を使用して第１の開口７３、第２の開口７４および連通路７５を形成する必要がないので、ケーシング５０の製造を容易に行うことができる。しかも、ポンプ２０の運転条件を決定した後に、第１の開口７３、第２の開口７４および連通路７５を形成することができる。具体的には、ポンプ２０を最高効率点の流量よりも大きな流量で運転させるか否かを検討し、ポンプ２０を最高効率点の流量よりも大きな流量で運転させると決定した場合にのみ、第１の開口７３、第２の開口７４および連通路７５を形成することができる。したがって、ポンプ２０の製造者は、ユーザの要望に効率的に対応することができる。ただし、ケーシング５０は、任意の方法によって製造されてもよく、例えば、鋳造時に第１の開口７３、第２の開口７４および連通路７５が形成されてもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。例えば、本発明は、実施例として例示した片吸込み渦巻きポンプとして実現することに限られず、舌部を備える任意の渦巻きポンプに適用可能である。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の組み合わせ、または、省略が可能である。

２０…遠心ポンプ
３０…シャフト
５０…ケーシング
５１…吐出口
６１，６２…ボリュート
７０…舌部
７１…第１の面
７２…第２の面
７３…第１の開口
７４…第２の開口
７５…連通路
７６…舌部先端

Claims (4)

1. ボリュートと吐出口とが形成された渦巻きポンプ用ケーシングであって、
   前記ボリュートの始点に形成された舌部を備え、
   前記舌部は、該舌部の前記吐出口に近い側の第１の面に形成された第１の開口と、前記吐出口に遠い側の第２の面に形成された第２の開口と、前記第１の開口と前記第２の開口とを略直線的に連通させる連通路と、を有し、
   前記第１の開口は、前記舌部の先端から前記第１の面に沿って前記吐出口に向かう方向において、前記第２の開口よりも前記吐出口側に形成された
   渦巻きポンプ用ケーシング。
2. ボリュートと吐出口とが形成された渦巻きポンプ用ケーシングであって、
   前記ボリュートの始点に形成された舌部を備え、
   前記舌部は、前記吐出口に近い側の第１の面と、前記吐出口に遠い側の第２の面と、を有し、
   前記舌部には、前記第２の面側の流路を流れる液体の一部が前記第１の面側の流路に流入するように、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する貫通孔が形成された
   渦巻きポンプ用ケーシング。
3. 渦巻きポンプであって、
   請求項１または請求項２に記載の渦巻きポンプ用ケーシングを備える
   渦巻きポンプ。
4. 請求項１または請求項２に記載の渦巻きポンプ用ケーシングの製造方法であって、
   前記第１の開口と前記第２の開口と前記連通路とを有していない前記舌部を備える前記渦巻きポンプ用ケーシングを鋳造する鋳造工程と、
   前記鋳造工程の後に、前記吐出口から穿孔工具を挿入し、前記舌部を穿孔して、前記第１の開口と前記第２の開口と前記連通路とを形成する穿孔工程と
   を備える渦巻きポンプ用ケーシングの製造方法。