JP2553213Y2 - 遠心ポンプの吐出側流路圧制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、いわゆるクリアランス制御方式の遠心ポン
プにおいて吐出側流路圧を制御する制御装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 例えば空調や給水等に用いるポンプにおいては、吐出
圧や、吐出側流路の末端等における液圧を所定の許容範
囲内で一定に制御する必要が生じることがある。

ところで、開放羽根車の羽根の開放端縁と壁体との間
隙の寸法を変化させることによりポンプの性能を変更す
るいわゆるクリアランス制御方式を利用して、流量が最
大から最小（零）まで変化しても、ポンプの吐出圧が予
め設定した設定値にほぼ維持されるようにした遠心ポン
プは、例えば特公昭63−8320号公報、特公平１−12959
号公報、特公平１−12960号公報、実開平１−91095号公
報等に記載されている。これらは、開放羽根車が固定さ
れた回動軸または開放羽根車の羽根の開放端縁に若干の
間隙をあけて対向する壁体を軸芯方向に移動させるシリ
ンダ装置を設け、絞り弁や減圧弁や電磁弁等の弁装置が
介装された配管によりシリンダ装置の変動圧室とポンプ
の吐出口とを接続し、吐出圧に応じて弁装置を制御して
吐出口と変動圧室とを連通させたり連通を遮断したりす
ることにより、回動軸または壁体を軸芯方向に移動させ
て、羽根の開放端縁と壁体との間隙の寸法を変化させ、
吐出圧をほぼ設定値に維持するものである。

［考案が解決しようとする課題］ 上記従来の構成では、シリンダ装置のピストンの移動
速度が速すぎるとポンプの吐出圧がハンチングを起こ
し、逆に、ピストンの移動速度が遅すぎると制御の応答
性が不充分になって吐出圧を許容範囲内に維持できな
い。このため弁装置の弁口の大きさを適当に調整して、
また減圧弁の場合は設定圧を適当に調整して、シリンダ
装置のピストンの移動速度を調整するのであるが、この
調整作業が困難であり、多くの時間と労力とを要すると
共に、調整不良により所期の制御動作を得られないこと
があった。この調整はポンプの設置時だけではなく、吐
出圧の設定値を変更する毎に行う必要があるので、度々
吐出圧を変更するような用途の場合、上記問題の解決が
特に重要になる。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本考案の遠心ポンプの吐出
側流路圧制御装置は、少なくとも１個の開放羽根車を有
する単段または多段の遠心ポンプにおいて、前記開放羽
根車の羽根の開放端縁に若干の間隙をあけて対向する環
状の壁体を、一端部がポンプケーシングの外部に突出し
かつ軸芯方向に移動可能に支持された移動軸の他端部に
取付け、回転運動を直線運動に変換する動力変換装置を
介して前記移動軸を軸芯方向に往復移動させる電動機
と、遠心ポンプの吐出側流路の所定箇所における液圧を
検出して前記電動機を制御する制御装置とを設け、上記
動力変換装置は、移動軸に軸方向一体移動可能に連結さ
れると共に回転方向に係止されたねじ軸と、該ねじ軸に
螺合すると共に回転可能かつ軸方向移動不能な筒体と、
該筒体を電動機に機械的に連動連結する回転伝達機構よ
りなり、前記液圧が設定値よりも若干大きい第１の所定
値以上になれば前記壁体を前記羽根の開放端縁との間隙
が大きくなる方向に移動させ、前記液圧が前記設定値よ
りも若干小さい第２の所定値以下になれば前記壁体を前
記羽根の開放端縁との間隙が小さくなる方向に移動させ
ることにより、前記液圧を常にほぼ設定値に維持する構
成としたものである。

また、本考案の別の遠心ポンプの吐出側流路圧制御装
置は、羽根の開放端縁が固定の壁体に若干の間隙をあけ
て対向する少なくとも１個の開放羽根車を有する単段ま
たは多段の遠心ポンプにおいて、前記開放羽根車が取付
けられた回動軸を回動自在に支持する軸受を、軸芯方向
に移動可能に支持された移動軸の他端部に取付け、回転
運動を直線運動に変換する動力変換装置を介して前記移
動軸を軸芯方向に往復移動させる電動機と、遠心ポンプ
の吐出側流路の所定箇所における液圧を検出して前記電
動機を制御する制御装置とを設け、上記動力変換装置
は、移動軸に軸方向一体移動可能に連結されると共に回
転方向に係止されたねじ軸と、該ねじ軸に螺合すると共
に回転可能かつ軸方向移動不能な筒体と、該筒体と電動
機と機械的に連動連結する回転伝達機構よりなり、前記
液圧が設定値よりも若干大きい第１の所定値以上になれ
ば前記開放羽根車を前記羽根の開放端縁と前記壁体との
間隙が大きくなる方向に移動させ、前記液圧が前記設定
値よりも若干小さい第２の所定値以下になれば前記開放
羽根車を前記羽根の開放端縁と前記壁体との間隙が小さ
くなる方向に移動させることにより、前記液圧を常にほ
ぼ設定値に維持する構成としたものである。

［作用］ 制御装置は、電動機を制御することにより動力変換装
置と移動軸とを介して、ポンプの吐出側流路の所定箇所
における液圧が第１の所定値以上になれば壁体または開
放羽根車を羽根の開放端縁と壁体との間隙が大きくなる
方向に移動させ、液圧が第２の所定値以下になれば壁体
または開放羽根車を羽根の開放端縁と壁体との間隙が小
さくなる方向に移動させる。これにより液圧が常にほぼ
設定値に維持される。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を第１図に基づいて説明す
る。

第１図は本考案の一実施例における吐出側流路圧制御
装置を備えた遠心ポンプの断面図で、ポンプケーシング
１は流入部２と流出部３とにより構成されており、流入
部２には液体を吸い込む吸込口2aが、また流出部３には
液体を吐出する吐出口3aが形成されている。ポンプケー
シング１の内部には、移動軸４の他端部と回動軸５の一
端部とが貫入しており、移動軸４と回動軸５とは軸芯が
互いに一致している。回動軸５の一端には複数の羽根6a
が円周方向所定間隔おきに突設された開放羽根車６がボ
ルト７により固定されている。回動軸５とポンプケーシ
ング１の流出部３との間には複数のシール部材８が介装
されており、流出部３にはシール部材８の抜け出しを阻
止するシール押さえ９が嵌合している。回動軸５は複数
の軸受10aを備えた軸受装置10により軸芯周りに回動自
在にかつ軸芯方向に移動不能に支持されている。なお図
示していないが、回動軸５の他端部は連結装置を介して
駆動軸に連結されており、駆動装置により軸芯周りに所
定速度で回転駆動される。移動軸４は、ポンプケーシン
グ１の外部に位置して中間部外周に雄ねじ12aが形成さ
れたねじ軸12と、ねじ軸12の他端にカップリング13を介
して一端が連結された軸体14とにより構成されており、
軸体14はポンプケーシング１の流入部２を摺動自在に貫
通している。軸体14の他端部外周にはほぼ円板状の壁体
15が複数の連結板16を介して固定されており、壁体15は
開放羽根車６の羽根6aの開放端縁6bに若干の間隙ａをあ
けて対向している。壁体15の内周縁には開放羽根車６側
とは反対側に突出する円筒状の筒状部15aが一体に突設
されており、連結板16は筒状部15aの内周と軸体14の外
周との間に円周方向所定間隔おきに配置されている。壁
体15の半径方向ほぼ中央部には開放羽根車６側とは反対
側に突出してポンプケーシング１の流入部２の他端部内
周に摺動自在に嵌合する円環状の環状部15bが一体に突
設されており、環状部15bにより流入部２の内部空間と
流出部３の内部空間とが区画されている。移動軸４のね
じ軸12の雄ねじ12aには筒体17の内周に形成された雌ね
じ17aが螺合しており、筒体17はポンプケーシング１の
流入部２に固定された軸受台18に取付けられた複数の軸
受19により軸芯周りに回動自在にかつ軸芯方向に移動不
能に支持されている。軸受台18には正逆回転可能なイン
ダクションモータやサーボモータあるいはステッピング
モータ等からなる電動機21が取付けられており、電動機
21の出力軸21aにはスプロケット22が固定されている。
筒体17の外周にはスプロケット23が固定されており、ス
プロケット22とスプロケット23とにわたって無端状のチ
ェーン24が装着されている。ねじ軸12および筒体17によ
り動力変換装置25が構成されており、電動機21の正逆回
転により移動軸４が軸芯方向に往復移動する。移動軸４
のねじ軸12の一端部には突片26が固定されており、突片
26の先端部は軸受台18に固定されたストッパ27の溝27a
に嵌合している。したがって移動軸４は突片26とストッ
パ27との当接により軸芯周りの回動を阻止され、軸芯方
向にのみ移動可能である。移動軸４の軸体14の一端部外
周にはほぼ円板状の係止部材28が嵌合固定されており、
係止部材28はポンプケーシング１の流入部２の一端に一
体に突設されたほぼ円筒状の突出部2bの先端に当接可能
である。すなわち係止部材28と突出部2bとの当接により
移動軸４の他端側（第１図では右側）への移動が規制さ
れ、係止部材28が突出部2bに当接した状態において開放
羽根車６の羽根6aの開放端縁6bと壁体15との間隙ａが最
小になる。ポンプケーシング１の流入部２の吸込口2aに
は吸込側配管29が接続され、流出部３の吐出口3aには吐
出側配管30が接続される。吐出側配管30はポンプケーシ
ング１の流出部３の吐出口3a部分と共に吐出側流路31を
構成しており、吐出口3aから吐出された液体は吐出側配
管30を通って図外の１または２以上の供給箇所に供給さ
れる。ポンプケーシング１の流出部３の吐出口3a付近に
は枝管32の一端が接続されており、枝管32の他端は圧力
発信器33に接続されている。圧力発信器33は枝管32を介
して導かれるポンプの吐出圧に応じた電圧の信号を出力
端から出力するもので、出力端は調節計34の入力端に電
気的に接続されている。調節計34は圧力発信器33からの
信号の電圧が設定値よりも若干大きい設定上限値まで上
昇すれば電動機21を正転させ、圧力発信器33からの信号
の電圧が設定値よりも若干小さい設定下限値まで低下す
れば電動機21を逆転させるもので、調節計34の出力端は
電動機21の入力端に電気的に接続されている。調節計34
には設定電圧調整部34aが設けられており、設定電圧調
整部34aを操作することにより設定値を変更できるよう
になされている。すなわち圧力発信器33と調節計34とに
より制御装置35が構成されており、制御装置35はポンプ
の吐出圧が設定値よりも若干大きい第１の所定値まで上
昇すれば電動機21を正転させ、ポンプの吐出圧が設定値
よりも若干小さい第２の所定値まで低下すれば電動機21
を逆転させる。なお移動軸４の軸体14とポンプケーシン
グ１の流入部２との間には複数のシール部材37が介装さ
れており、流入部２にはシール部材37の抜け出しを阻止
するシール押さえ38が嵌合している。

次に動作を説明する。回動軸５と一体に開放羽根車６
が回動することにより、吸込口2aから液体が吸い込ま
れ、吐出口3aから吐出される。いま、例えば流量が減少
してポンプの吐出圧が上昇すると、圧力発信器33の出力
電圧が上昇する。吐出圧が設定値よりも若干大きい第１
の所定値まで上昇すると、すなわち圧力発信器33の出力
電圧が設定電圧調整部34aにより調節計34に設定された
設定値よりも若干大きい値まで上昇すると、調節計34は
電動機21を正転させる。電動機21の出力軸21aの回動力
はスプロケット22とチェーン24とスプロケット23とを介
して筒体17に伝達され、筒体17がスプロケット23と一体
に軸芯周りに所定速度で正転する。ここで、筒体17の雌
ねじ17aは移動軸４のねじ軸12の雄ねじ12aと螺合してお
り、移動軸４は突片26とストッパ27との係合により軸芯
周りの回動を阻止されているので、筒体17の正転により
移動軸４が一端側（第１図では左側）に移動し、壁体15
が移動軸４と一体に移動する。したがって間隙ａの寸法
が大きくなり、ポンプの能力が低下して、吐出圧が低下
する。ポンプの吐出圧が第１の所定値を越えて低下する
と、すなわち圧力発信器33の出力電圧が設定値よりも若
干大きい値を越えて低下すると、調節計34は電動機21を
停止させる。なお調節計34は、設定電圧調整部34aによ
り設定された設定電圧を基準として、それよりも一定値
以上大きい電圧が入力されたときに電動機21を正転さ
せ、それよりも一定値以上小さい電圧が入力されたとき
に電動機21を逆転させるように設計されている。

逆に、例えば流量が増加してポンプの吐出圧が低下す
ると、圧力発信器33の出力電圧が低下する。吐出圧が第
２の所定値まで低下すると、すなわち圧力発信器33の出
力電圧が設定電圧調整部34aにより調節計34に設定され
た設定値よりも若干小さい値まで低下すると、調節計34
は電動機21を逆転させる。電動機21の出力軸21aの回動
力はスプロケット22とチェーン24とスプロケット23とを
介して筒体17に伝達され、筒体17がスプロケット23と一
体に軸芯周りに所定速度で逆転する。筒体17の逆転によ
り移動軸４が他端側（第１図では右側）に移動し、壁体
15が移動軸４と一体に移動する。したがって間隙ａの寸
法が小さくなり、ポンプの能力が上昇して、吐出圧が上
昇する。ポンプの吐出圧が第２の所定値を越えて上昇す
ると、すなわち圧力発信器33の出力電圧が設定値よりも
若干小さい値を越えて上昇すると、調節計34は電動機21
を停止させる。

このように、電動機21により動力変換装置25を介して
移動軸４を強制的に駆動するので、常に一定速度で壁体
15を移動させることができ、したがって弁装置を用いた
従来装置のように移動速度の調整作業が不要であること
から、調整作業に要する多くの時間と労力とを節約でき
ると共に、調整不良による動作不良をなくすことができ
る。この効果は液圧の設定値を変更しない用途の場合に
も勿論有効であるが、度々設定値を変更するような用途
の場合、その有用性は極めて顕著である。

［別の実施例］ 第２図は別の実施例を示しており、このように、開放
羽根車６の羽根6aの開放端縁6bをポンプケーシング１と
一体に形成された固定の壁体1aに対向させ、開放羽根車
６が取付けられた回動軸５を軸受40,41により回動自在
かつ軸芯方向移動可能に支持し、軸受40のアウターレー
ス40aを移動軸４に連結して、移動軸４により回動軸５
を介して開放羽根車６を軸芯方向に移動させることによ
り、羽根6aの開放端縁6bと壁体1aとの間隔を変化させる
ようにしてもよい。なおこの実施例では、第１図のスプ
ロケット22,23とチェーン24との代わりに、互いに噛合
する歯車42,43を用いている。また軸受40,41のアウター
レース40a,41aは内部支持体45,46により支持され、内部
支持体45,46は円筒状のスリーブメタルにより支持さ
れ、スリーブメタル47,48はポンプケーシング１に固定
された外部支持体49,50に摺動自在に支持されており、
外部支持体49,50とスリーブメタル47,48とを貫通して回
り止めピン51,52が設けられている。

第３図はさらに別の実施例を示しており、このよう
に、回動軸５に複数（この実施例では２個）の開放羽根
車６を取付けた多段の遠心ポンプにも本考案を適用でき
る。なお回動軸５を軸芯方向に移動させる機構は第２図
の実施例と全く同様である。

なお上記各実施例においては、ポンプの吐出圧を一定
に制御する例について説明したが、本考案はこのような
構成に限定されるものではなく、例えば圧力発信器33を
吐出側流路31の中間部あるいは末端部に設置し、吐出側
流路31の中間部あるいは末端部の液圧を一定に制御する
ように構成してもよい。また制御装置35として例えばマ
イクロコンピュータ等を用い、プログラムにより設定値
を適宜変化させることにより、吐出圧等をステップ状に
制御したり、あるいは管路２次抵抗曲線ないし直線近似
に沿う圧力値に制御したりすることもできる。

また上記各実施例においては、圧力発信器33と調節計
34とにより制御装置35を構成したが、本考案はこのよう
な構成に限定されるものではなく、例えば圧力発信器33
の代わりに開閉スイッチを内蔵した圧力検出器を用い、
圧力検出器により設定圧を検出するように構成してもよ
い。

また上記各実施例においては、いったん電動機21を作
動させた後、圧力発信器33による検出圧が第１の所定値
を越えて低下したとき、あるいは第２の所定値を越えて
上昇したときに電動機21を停止させるように構成した
が、本考案はこのような構成に限定されるものではな
く、例えば圧力発信器33による検出圧が設定値まで低下
あるいは上昇したときに電動機21を停止させるように構
成してもよい。

また上記実施例においては、動力変換装置25をねじ軸
12と筒体17とにより構成したが、本考案はこのような構
成に限定されるものではなく、動力変換装置25として例
えばクランク機構等のリンク機構やラック・ピニオン機
構やカム機構等を用いてもよい。

また上記実施例においては、例えばポンプケーシング
１を流入部２と流出部３とにより構成したり、移動軸４
をねじ軸12と軸体14とにより構成したが、本考案はこの
ような構成に限定されるものではなく、具体的な構造に
ついては各種の変形が可能である。

［考案の効果］ 以上説明したように本考案によれば、電動機により動
力変換装置を介して移動軸を強制的に駆動するので、常
に一定速度で壁体あるいは開放羽根車を移動させること
ができ、したがって弁装置を用いた従来装置のように移
動速度の調整作業が不要であることから、調整作業に要
する多くの時間と労力とを節約できると共に、調整不良
による動作不良をなくすことができる。この効果は液圧
の設定値を変更しない用途の場合にも勿論有効である
が、度々設定値を変更するような用途の場合、その有用
性は極めて顕著である。

また、次のような効果もある。

動力変換装置25は、ねじ軸12とこれに螺合する筒体17
よりなるねじ送り機構を備え、電動機21の回転を上記ね
じ送り機構を介して直線運動に変換して移動軸４に伝達
するようになっている。上記ねじ軸12は、移動軸４のポ
ンプケーシング外の軸方向一端部に連結され、移動軸４
に対し一体的に軸方向移動可能であるが、回転方向に係
止され、筒体17は軸方向移動不能かつ回転可能に備えら
れ、回転伝達機構を介して電動機21に連結しているので
ある。

このようにポンプケーシングの軸方向外方に、ねじ軸
12とこれに螺合する内周めねじ付き筒体17よりなるねじ
送り機構を配置していると、ポンプケーシング自体の周
囲をコンパクトに維持することができ、また、ねじ送り
機構自体はポンプ用の水に接触することがないので、特
に、精度のよい防水シール等は必要ない。

また、壁体15と一体的に軸方向に摺動するのは、移動
軸４及びねじ軸12等の軸状部材であり、また、ポンプケ
ーシング内の壁体15は、羽根車６の外径よりも小さい環
状部15bがケーシング内周面に摺接しているので、摺動
する部材全体として摺動抵抗を小さく抑えることがで
き、これにより制御モータ21を小型化し、コストを低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例における吐出側流路圧制御装
置を備えた遠心ポンプの断面図、第２図および第３図は
各々別の実施例における遠心ポンプの一部切欠正面図で
ある。 １……ポンプケーシング、1a,15……壁体、４……移動
軸、５……回動軸、６……開放羽根車、6a……羽根、6b
……開放端縁、21……電動機、25……動力変換装置、31
……吐出側流路、35……制御装置、40……軸受、ａ……
間隙

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１個の開放羽根車を有する単段
   または多段の遠心ポンプにおいて、前記開放羽根車の羽
   根の開放端縁に若干の間隙をあけて対向する環状の壁体
   であって、羽根車よりも外径が小さい環状部でもってポ
   ンプケーシング内周面に摺動自在に嵌合する壁体を、一
   端部がポンプケーシングの外部に突出しかつ軸芯方向に
   移動可能に支持された移動軸の他端部に取付け、回転運
   動を直線運動に変換する動力変換装置を介して前記移動
   軸を軸芯方向に往復移動させる電動機と、遠心ポンプの
   吐出側流路の所定箇所における液圧を検出して前記電動
   機を制御する制御装置とを設け、上記動力変換装置は、
   移動軸のポンプケーシング外の一端部に軸方向一体移動
   可能に連結されると共に回転方向に係止されたねじ軸
   と、該ねじ軸に螺合すると共に回転可能かつ軸方向移動
   不能な筒体と、該筒体を電動機に機械的に連動連結する
   回転伝達機構よりなり、前記液圧が設定値よりも若干大
   きい第１の所定値以上になれば前記壁体を前記羽根の開
   放端縁との間隙が大きくなる方向に移動させ、前記液圧
   が前記設定値よりも若干小さい第２の所定値以下になれ
   ば前記壁体を前記羽根の開放端縁との間隙が小さくなる
   方向に移動させることにより、前記液圧を常にほぼ設定
   値に維持する構成としたことを特徴とする遠心ポンプの
   吐出側流路圧制御装置。
2. 【請求項２】羽根の開放端縁が固定の壁体に若干の間隙
   をあけて対向する少なくとも１個の開放羽根車を有する
   単段または多段の遠心ポンプにおいて、前記開放羽根車
   は、羽根車よりも外径が小さくてポンプケーシング内周
   面に摺動自在に嵌合する環状部を有し、開放羽根車が取
   付けられた回動軸を回動自在に支持する軸受を、軸芯方
   向に移動可能に支持された移動軸の他端部に取付け、回
   転運動を直線運動に変換する動力変換装置を介して前記
   移動軸を軸芯方向に往復移動させる電動機と、遠心ポン
   プの吐出側流路の所定箇所における液圧を検出して前記
   電動機を制御する制御装置とを設け、上記動力変換装置
   は、移動軸のポンプケーシング外の一端部に軸方向一体
   移動可能に連結されると共に回転方向に係止されたねじ
   軸と、該ねじ軸に螺合すると共に回転可能かつ軸方向移
   動不能な筒体と、該筒体を電動機に機械的に連動連結す
   る回転伝達機構よりなり、前記液圧が設定値よりも若干
   大きい第１の所定値以上になれば前記開放羽根車を前記
   羽根の開放端縁と前記壁体との間隙が大きくなる方向に
   移動させ、前記液圧が前記設定値よりも若干小さい第２
   の所定値以下になれば前記開放羽根車を前記羽根の開放
   端縁と前記壁体との間隙が小さくなる方向に移動させる
   ことにより、前記液圧を常にほぼ設定値に維持する構成
   としたことを特徴とする遠心ポンプの吐出側流路圧制御
   装置。