JP2020076323A - 戻り羽根組立体および多段ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流体エネルギーの損失を低減させることができる戻り羽根組立体を提供する。【解決手段】戻り羽根組立体１２は、羽根車から吐き出された液体を次段の羽根車の流体入口まで導くための装置である。戻り羽根組立体１２は、中央に形成された通孔３１を有する案内プレート３０と、案内プレート３０に固定された複数の戻り羽根２８とを備える。複数の戻り羽根２８は、通孔３１の周りに配列されている。隣り合う２つの戻り羽根２８の間を延びる案内プレート３０の縁部３０ｃの少なくとも一部は、隣り合う２つの戻り羽根２８の外端２８ａよりも半径方向内側に位置している。【選択図】図３

Description

本発明は、ポンプに使用される戻り羽根組立体に関し、特に羽根車から流出した液体を次段の羽根車に導くための戻り羽根を備えた装置に関する。また、本発明は、そのような戻り羽根組立体を備えた多段ポンプに関する。

多段ポンプは、流体に運動エネルギーを付与するための複数の羽根車を備える。各段の羽根車の裏側には戻り羽根が配置されており、羽根車の外周から吐き出された流体は、戻り羽根によって次段の羽根車に導かれる。通常、羽根車と戻り羽根との間には、ディフューザーが配置される。ディフューザーは、流体の速度エネルギーを圧力に変換する機能を有するとともに、流体の流れを整える機能も有する。しかしながら、ディフューザーを設けると、羽根車間の軸方向の距離が長くなり、かつポンプの製造コストが増大する。

そこで、ディフューザーを持たない多段ポンプが提案されている。このタイプの多段ポンプでは、羽根車の外周から吐き出された流体は、直接戻り羽根に流入し、戻り羽根によって次段の羽根車に導かれる。ディフューザーを持たない多段ポンプは、羽根車間の軸方向の距離を短くすることができるので、ポンプの全体のサイズを小さくすることができる。

特開２０１２−２１９６３２号公報

しかしながら、羽根車から吐き出された流体は、一旦自由流れとなり、この自由流れが戻り羽根に流入するとき、戻り羽根と羽根車との間に配置された案内プレートに衝突する。このような流体の流れの衝突は、流体の動圧を静圧に変換し、流体エネルギーの損失を生じさせる。結果として、流体の圧力は、目標とする圧力まで到達できないことがある。上述したディフューザーは、流体を戻り羽根に案内することができるので、このような流体エネルギーの損失を防ぐことができるが、上述の通り、ディフューザーは製造コストの上昇を伴う。

そこで、本発明は、流体エネルギーの損失を低減させることができる戻り羽根組立体を提供する。また、本発明は、そのような戻り羽根を備えたポンプを提供する。

一態様では、羽根車から吐き出された液体を次段の羽根車の流体入口まで導くための戻り羽根組立体であって、中央に形成された通孔を有する案内プレートと、前記案内プレートに固定された複数の戻り羽根とを備え、前記複数の戻り羽根は、前記通孔の周りに配列されており、隣り合う２つの戻り羽根の間を延びる前記案内プレートの縁部の少なくとも一部は、前記隣り合う２つの戻り羽根の外端よりも半径方向内側に位置している、戻り羽根組立体が提供される。

一態様では、前記案内プレートの縁部の前記少なくとも一部は、前記案内プレートの内側に窪んだ窪み部である。
一態様では、前記窪み部は、前記隣り合う２つの戻り羽根の間の液体の流れ方向に窪んだ形状を有している。
一態様では、前記案内プレートは円板から構成されており、前記案内プレートの半径は、前記案内プレートの中心から前記戻り羽根の外端までの距離よりも短い。

一態様では、回転軸と、前記回転軸に固定された複数の羽根車と、前記複数の羽根車の裏側にそれぞれ配置された複数の戻り羽根組立体と、前記複数の羽根車および前記複数の戻り羽根組立体を収容するケーシングを備え、前記複数の戻り羽根組立体のそれぞれは、上記戻り羽根組立体である、ポンプが提供される。
一態様では、前記羽根車の周囲には、環状の流路が形成されている。

本発明によれば、案内プレートの縁部の少なくとも一部は、隣り合う２つの戻り羽根の外端よりも半径方向内側に位置している。このような形状の案内プレートによれば、羽根車の外周から吐き出された液体が案内プレートの外周部に衝突する面積が少なくなる。結果として、流体エネルギーの損失を低減させることができる。さらに、このような戻り羽根を備えたポンプは、液体を目標とする圧力まで昇圧することができる。

ポンプ装置の一実施形態を示す断面図である。 図１に示す羽根車と戻り羽根組立体の拡大図である。 図１に示す戻り羽根組立体の一実施形態を示す上面図である。 図３に示す戻り羽根組立体の斜視図である。 戻り羽根組立体の他の実施形態を示す上面図である。 図５に示す戻り羽根組立体の斜視図である。 戻り羽根組立体のさらに他の実施形態を示す上面図である。 図７に示す戻り羽根組立体の斜視図である。 戻り羽根組立体のさらに他の実施形態を示す上面図である。 図９に示す戻り羽根組立体の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、ポンプ装置の一実施形態を示す断面図である。図１に示すポンプ装置は、ポンプ１と、ポンプ１を駆動するための電動機２を備えている。ポンプ１は、回転軸３と、回転軸３に固定された複数の羽根車５と、羽根車５が収容されたケーシング７とを備えている。回転軸３は、電動機２に連結されている。電動機２により回転軸３が回転されると、羽根車５は回転軸３とともに回転される。

ケーシング７は、内ケーシング７Ａと外ケーシング７Ｂとを備えている。内ケーシング７Ａは外ケーシング７Ｂ内に配置されており、内ケーシング７Ａの外面は外ケーシング７Ｂによって覆われている。内ケーシング７Ａの吸込側開口は、吸込ポート８に連結されており、外ケーシング７Ｂの吐出側開口は吐出ポート９に連結されている。羽根車５の裏側（吐出し側）には戻り羽根組立体１２が配置されている。戻り羽根組立体１２は、羽根車５と同じ数だけ設けられている。すなわち、各戻り羽根組立体１２は、各羽根車５の裏側に配置されている。

羽根車５の回転に伴い、液体は吸込ポート８を通じて羽根車５に吸い込まれる。羽根車５の外周から流出した液体は、戻り羽根組立体１２によって次段の羽根車５に導かれる。最終段の羽根車５を出た液体は、内ケーシング７Ａの端部に形成された複数の連通孔１５を通じて外ケーシング７Ｂ内に流入する。液体は外ケーシング７Ｂの内面と内ケーシング７Ａの外面との間に形成された流路１７を通って吐出ポート９に向かい、吐出ポート９を通ってポンプ装置の外部に吐き出される。

ケーシング７の吐出側開口端はケーシングカバー１８で塞がれている。ケーシングカバー１８には、メカニカルシール２０が固定されている。メカニカルシール２０は、ケーシングカバー１８と回転軸３との間の隙間を封止する軸シールである。羽根車５の回転によって昇圧された液体の漏洩は、メカニカルシール２０によって防止される。

本実施形態では、羽根車５、内ケーシング７Ａ、外ケーシング７Ｂのそれぞれは、プレス加工された金属板の組立体である。より具体的には、金属の板をプレス加工することにより、羽根車５、内ケーシング７Ａ、外ケーシング７Ｂの各部品が成形され、これら部品を組み立てることで羽根車５、内ケーシング７Ａ、外ケーシング７Ｂが形成される。金属板の材料として金属は、ステンレス鋼などの耐腐食性のある金属である。本実施形態に係るポンプ１は、複数の羽根車５を備えた多段ポンプである。

図２は、図１に示す羽根車５および戻り羽根組立体１２の拡大図である。羽根車５は回転軸３に固定され、回転軸３とともに回転する。戻り羽根組立体１２は、保持部材２５に保持された静止翼である。保持部材２５は、内ケーシング７Ａの隔壁７Ｃに固定されており、隔壁７Ｃは、内ケーシング７Ａの内周面から回転軸３に向かって延びている。一実施形態では、保持部材２５を省略し、戻り羽根組立体１２を隔壁７Ｃに直接固定してもよい。

戻り羽根組立体１２は、回転軸３の周りに配列された複数の戻り羽根２８と、これら戻り羽根２８が固定された案内プレート３０を備えている。案内プレート３０は、その中央に通孔３１を有している。回転軸３は通孔３１を通って延びている。戻り羽根２８の一方の縁は、保持部材２５に固定されており、戻り羽根２８の他方の縁は、案内プレート３０の裏面３０ａに固定されている。案内プレート３０の表側の面３０ｂは、羽根車５の裏面に対向して配置されている。

羽根車５と、その裏側に配置された戻り羽根組立体１２との間には、ディフューザーは配置されていない。すなわち、羽根車５の周囲には、環状の流路３５が形成されており、液体は羽根車５の外周から環状の流路３５内に吐き出される。環状の流路３５は、羽根車５の半径方向外側に位置しており、案内プレート３０の外周に沿って延びている。羽根車５の外周から吐き出された液体は、環状の流路３５内を旋回し、そして戻り羽根組立体１２に流入する。液体は、戻り羽根組立体１２をその中心に向かって流れ、次段の羽根車５に流入する。本実施形態では、羽根車５と戻り羽根組立体１２との間にディフューザーがないので、ポンプ１の全体の軸方向の長さを短くすることができる。

図３は、戻り羽根組立体１２の上面図であり、図４は、戻り羽根組立体１２の斜視図である。複数の戻り羽根２８は、案内プレート３０の通孔３１の周りに等間隔で配列されている。これら戻り羽根２８は放射状に延び、各戻り羽根２８は湾曲している。案内プレート３０および戻り羽根２８は、プレス加工された金属板から構成されている。戻り羽根２８は溶接によって案内プレート３０に固定されている。ただし、案内プレート３０および戻り羽根２８の材料は本実施形態に限定されない。一実施形態では、案内プレート３０および戻り羽根２８は、樹脂から形成された一体構造体であってもよい。

戻り羽根２８の間には、液体を次段の羽根車５に導くための戻り流路３７が形成されている。液体は、戻り流路３７を戻り羽根組立体１２の中心に向かって流れる。案内プレート３０は、戻り羽根２８とともに、戻り流路３７を流れる液体を次段の羽根車５に案内する機能を有する。

隣り合う２つの戻り羽根２８の間を延びる案内プレート３０の縁部３０ｃの一部は、上記隣り合う２つの戻り羽根２８の外端２８ａよりも半径方向内側に位置している。より具体的には、上記隣り合う２つの戻り羽根２８の間を延びる案内プレート３０の縁部３０ｃの一部は、窪み部４０から構成されている。すなわち、案内プレート３０は複数の窪み部４０を有しており、これら窪み部４０と戻り羽根２８は、交互に配列されている。窪み部４０，４０の間に位置する案内プレート３０の縁部３０ｃは、円弧部から構成されてもよい。この場合、戻り羽根２８の外端２８ａは、上記円弧部（その端部を含む）に接触してもよい。

複数の窪み部４０は、案内プレート３０の外周部に等間隔に形成されている。各窪み部４０は、隣り合う２つの戻り羽根２８の間の液体の流れ方向に窪んだ形状を有している。窪み部４０は、戻り流路３７の入口に位置している。窪み部４０は、回転する羽根車５の外周から吐き出された液体が、案内プレート３０に衝突することを防止するために設けられている。

液体は、回転する羽根車５の外周から吐き出されて環状の流路３５に流入し、そして戻り羽根２８の間に形成されている戻り流路３７に流入する。本実施形態によれば、案内プレート３０の縁部３０ｃの一部は、隣り合う２つの戻り羽根２８の外端２８ａよりも半径方向内側に位置している。より具体的には、案内プレート３０は、戻り羽根２８の間に位置する複数の窪み部４０を有している。このような形状の案内プレート３０によれば、羽根車５の外周から吐き出された液体が案内プレート３０の外周部に衝突する面積が少なくなる。結果として、流体エネルギーの損失を低減させることができる。さらに、このような戻り羽根２８を備えたポンプ１は、液体を目標とする圧力まで昇圧することができる。さらに、本実施形態によれば、案内プレート３０の縁部３０ｃに窪み部４０を設けるだけの簡単な設計変更によって、戻り羽根組立体１２の構成を実現することができる。

本実施形態の窪み部４０は、湾曲した形状（Ｕ字形状）を有しているが、窪み部４０の最適な形状および大きさは、ポンプ１の運転条件および／または羽根車５の形状に依存して変わりうる。図５および図６は、戻り羽根組立体１２の他の実施形態を示す図であり、図７および図８は、戻り羽根組立体１２のさらに他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図３および図４に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図５乃至図８に示す実施形態においても、案内プレート３０は、複数の戻り羽根２８の間に位置する複数の窪み部４０を有している。複数の窪み部４０は、案内プレート３０の外周部に等間隔に形成されている。図５および図６に示す実施形態の窪み部４０は、湾曲した形状（Ｕ字形状）を有しているが、図７および図８に示す実施形態の窪み部４０は、Ｖ字型の形状を有している。窪み部４０，４０の間に位置する案内プレート３０の縁部３０ｃは、円弧部から構成されてもよい。この場合、戻り羽根２８の外端２８ａは、上記円弧部（その端部を含む）に接触してもよい。

図９および図１０は、戻り羽根組立体１２のさらに他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図３および図４に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。案内プレート３０は円板から構成されている。案内プレート３０の半径Ｒ１は、案内プレート３０の中心から戻り羽根２８の外端２８ａまでの距離Ｒ２よりも短い。隣り合う２つの戻り羽根２８の間を延びる案内プレート３０の縁部３０ｃの全体は、上記隣り合う２つの戻り羽根２８の外端２８ａよりも半径方向内側に位置している。言い換えれば、戻り羽根２８は、案内プレート３０から半径方向外側に突出している。この実施形態に係る戻り羽根組立体１２も、上述の実施形態と同じ効果および作用を奏することができる。

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 ポンプ
２ 電動機
３ 回転軸
５ 羽根車
７ ケーシング
７Ａ 内ケーシング
７Ｂ 外ケーシング
７Ｃ 隔壁
８ 吸込ポート
９ 吐出ポート
１２ 戻り羽根組立体
１５ 連通孔
１８ ケーシングカバー
２０ メカニカルシール
２５ 保持部材
２８ 戻り羽根
３０ 案内プレート
３１ 通孔
３５ 環状の流路
３７ 戻り流路
４０ 窪み部

Claims (6)

1. 羽根車から吐き出された液体を次段の羽根車の流体入口まで導くための戻り羽根組立体であって、
   中央に形成された通孔を有する案内プレートと、
   前記案内プレートに固定された複数の戻り羽根とを備え、
   前記複数の戻り羽根は、前記通孔の周りに配列されており、
   隣り合う２つの戻り羽根の間を延びる前記案内プレートの縁部の少なくとも一部は、前記隣り合う２つの戻り羽根の外端よりも半径方向内側に位置している、戻り羽根組立体。
2. 前記案内プレートの縁部の前記少なくとも一部は、前記案内プレートの内側に窪んだ窪み部である、請求項１に記載の戻り羽根組立体。
3. 前記窪み部は、前記隣り合う２つの戻り羽根の間の液体の流れ方向に窪んだ形状を有している、請求項２に記載の戻り羽根組立体。
4. 前記案内プレートは円板から構成されており、前記案内プレートの半径は、前記案内プレートの中心から前記戻り羽根の外端までの距離よりも短い、請求項１に記載の戻り羽根組立体。
5. 回転軸と、
   前記回転軸に固定された複数の羽根車と、
   前記複数の羽根車の裏側にそれぞれ配置された複数の戻り羽根組立体と、
   前記複数の羽根車および前記複数の戻り羽根組立体を収容するケーシングを備え、
   前記複数の戻り羽根組立体のそれぞれは、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の戻り羽根組立体である、ポンプ。
6. 前記羽根車の周囲には、環状の流路が形成されている、請求項５に記載のポンプ。

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