JP2696048B2 - 吐出特性制御型遠心ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、ポンプケーシング内
に、軸方向の一方側が開放した羽根車と、その開放端縁
に対して軸方向の隙間を置いて対向する円板を備え、円
板を軸方向に移動して上記隙間を調整することにより、
吐出特性を制御する吐出特性制御型遠心ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種、制御方式を採用した遠心ポンプ
は、実開平１−９１０９５号に開示されている。図４は
上記従来技術の構造の一例を簡略化して示しており、多
数の遠心式の羽根１０４を有すると共に、軸方向一端
側、たとえば前端が開放した開放羽根車１０１と、上記
羽根１０４に対して軸方向の隙間Ｓを置いて対向する円
板１０３を備え、該円板１０３が固定されたスピンドル
１０２は、羽根車１０１の主軸１０６と同芯に配置され
ると共に、軸方向移動自在にポンプケーシングに支持さ
れ、サーボシリンダ１０９のピストン１０５に連結して
いる。該ピストン１０５は、シリンダ１０９内を第１圧
力室１０７と第２圧力室１０８の２室に区画している。
第１圧力室１０７の入口は、圧力応動弁１１０を介して
ポンプ吐出口１１１に接続し、反対側の第２圧力室１０
８の入口は、絞り１１２を介して吐出口１１１に接続
し、吐出圧力を導入するようになっている。また、両室
１０７，１０８の出口は、それぞれ絞り１２０，１２１
を介して、たとえば、ポンプの吸込口に接続している。

【０００３】圧力応動弁１１０は、吐出口１１１側の１
次圧力が高くなると、第１圧力室１０７側の２次圧力が
減少し、反対に、１次圧力が低くなると、２次圧力が高
くなるようになっている。

【０００４】吐出圧力が上昇し、第２圧力室１０８の圧
力が上昇した時、圧力応動弁１１０の２次圧が入る第１
圧力室１０７の圧力は大きく下降し、両圧力室１０７，
１０８間の差圧と、円板１０３の軸方向の推力との差に
より、ピストン１０５は前進し、隙間Ｓは大となり、そ
れにより吐出圧は下がって、設定値となって静止する。
吐出圧が低下した場合は、以上と逆に、第１圧力室１０
７は当初設定値より大きくなるため、第１圧力室１０７
の圧力と円板１０３の推力との合計と、第２圧力室１０
８との差により、ピストン１０５は大きな推力で後退
し、隙間Ｓを小さくし、それにより吐出圧は上昇し、設
定吐出圧となって静止する。なお、上記実開平１−９１
０９５号には、上述のような実施例の他に、圧力応動弁
１１０として、吐出口１１１側の１次圧力が高くなる
と、２次圧力も上昇し、反対に、１次圧力が低くなると
２次圧力も低下する構造のものを、図４の第２圧力室側
１０８に接続した構造も開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来構造
においては、シリンダ内に必ず２つの圧力室を形成しな
ければならないと共に、各圧力室用に絞りがそれぞれ必
要になり、また、第２圧力室に対する吐出圧力供給用の
配管が必要となる。

【０００６】本願発明の目的は、第２圧力室を実質上廃
止できるようにすることにより、構造の簡単化を図るこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本願発明は、ポンプケーシング１内に、軸方向の一方
側が開放した羽根車５と、その開放端縁に対して軸方向
の隙間を置いて対向すると共に軸方向に移動可能な円板
１２を備え、該円板１２の羽根車側とは反対側の空間を
環状部２６によって径方向外方の吐出側の高圧空間部
と、径方向内方の吸込側の低圧空間部に区画すると共
に、回転羽根１０の回転により常時隙間を閉塞する方向
に軸方向推力が発生するように環状部２６を位置させ、
上記軸方向推力に抗する軸方向力を外部から付与するこ
とにより、吐出特性を制御する吐出特性制御型遠心ポン
プにおいて、円板１２を、羽根車主軸３と同軸芯のスピ
ンドル１５に固定して、該スピンドル１５を軸方向移動
可能にポンプケーシング１に支持し、上記スピンドル１
５には、これと共に軸方向移動自在となるようにピスト
ン９を連結し、該ピストン９を軸方向移動自在にシリン
ダ８に嵌合することにより、シリンダ８内を変動圧室２
０と低圧室２１とに区画し、低圧室２１は、ポンプの低
圧部分あるいは大気に連通することにより、圧力制御さ
れない室とし、変動圧室２０の入口を、ポンプ吐出圧の
増加に応じて開度が大側へ調節されて吐出水を変動圧室
２０に導入する圧力応動弁２８を介してポンプ吐出部に
接続し、変動圧室２０の出口を、絞りを介してポンプ吸
込部に接続することにより、変動圧室２０の圧力が隙間
を開放する方向にピストン９を加圧する状態とし、ポン
プ吐出圧が圧力応動弁２８の設定値より高い時には、変
動圧室２０の圧力が推力に打ち勝って円板１２を隙間開
放側に移動し、吐出圧が設定値より低い時には、円板１
２の推力により隙間閉塞側に移動し、吐出圧が設定値の
時には、変動圧室の圧力と円板の推力が平衡して円板１
２が移動せず、吐出圧を設定値に維持するようにしてい
る。

【０００８】

【作用】ポンプの吐出圧が設定値よりも小さくなると、
圧力応動弁の開度が減少し、変動圧室の圧力が低くな
り、円板の隙間閉塞側への軸方向推力が変動圧室の圧力
に打ち勝って、スピンドル及び円板を隙間閉塞側に移動
し、これにより、ポンプの吐出圧力は上昇する。

【０００９】ポンプの吐出圧が設定値よりも大きくなる
と、圧力応動弁の開度が増大し、変動圧室の圧力が増大
するので、変動圧室の圧力が円板の軸方向推力に打ち勝
って、スピンドル及び円板を隙間開放側に移動し、これ
により、ポンプの吐出圧力は低下する。

【００１０】ポンプ吐出圧が設定値にある状態では、変
動圧室の圧力と円板の推力が平衡し、ピストンは移動せ
ず、スピンドル及び円板もそのままの軸方向位置に維持
され、隙間は変化せず、ポンプ吐出圧力は設定値あるい
はその近傍の値に維持される。

【００１１】

【実施例】図１は、本願発明を適用した吐出特性制御型
遠心ポンプであって、この図１において、ポンプケーシ
ング１の軸方向後方にブラケット２が結合され、該ブラ
ケット２に主軸３が回転自在、かつ、軸方向移動不能に
支持されている。主軸３の前端部のケーシング１内部分
に、羽根車５が固定され、主軸３の後端は電動モータ７
に連動連結している。

【００１２】羽根車５は、多数の遠心羽根１０が固定さ
れると共に前方に向かい開放しており、該羽根１０の前
端縁に対して隙間Ｓを置いて、前壁用の円板１２が対向
配置されている。

【００１３】円板１２は、吸水用通路１３を有する取付
ボス部１４を介してスピンドル１５に一体的に固定され
ており、吸水用通路１３は、吸込口１７と羽根車５の前
側内方空間部とを連通している。スピンドル１５は、主
軸３と同軸芯に配置されると共に、ケーシング１に軸受
メタル１８等を介して軸方向移動自在に支持されてい
る。

【００１４】ポンプケーシング１の前端にはシリンダ８
が固着され、該シリンダ８には、前後方向に移動自在に
ピストン９が嵌合すると共に、前記スピンドル１５の前
端部が突出し、スピンドル１５は、上記ピストン９に、
軸方向に一体的に移動するように連結されている。

【００１５】シリンダ８は、ピストン９を軸方向摺動自
在に嵌合することにより、後側の変動圧室２０と前側の
低圧室２１に区切られており、変動圧室２０の入口２３
は、圧力応動弁２８を有する圧力通路（配管）２９を経
てポンプの吐出口１９に接続し、ポンプ吐出水を減圧し
て変動圧室２０内に導入するようになっている。変動圧
室２０の出口２４は、絞り２５を有する出口通路（配
管）２７を経てポンプの低圧部（たとえば吸込口１７）
に接続している。前側の低圧室２１は、開口２２を介し
て大気圧力下に開放するか、鎖線にて示すように配管２
７を経てポンプ吸込口１７に接続する。

【００１６】図２において、円板１２は、運転中、円板
１２の前後に生じる水圧の差により、隙間Ｓを閉塞する
方向、即ち後方への軸方向の推力が発生するようになっ
ている。なお、このような推力に対して、円板１２の前
面には環状部２６が形成されており、これにより、上記
大きな推力（スラスト力）を低減して調整できる。すな
わち、円板１２の環状部２６の外方側の空間部は、ポン
プ吐出口に連通して高圧空間部となっており、内方側の
空間部は吸込口に連通して低圧空間部となっており、環
状部２６の径を大きくすると低圧空間部が広くなること
により、隙間を広げる方向の力が大きくなり、反対に環
状部２６の径を小さくすると、高圧空間部が広くなって
隙間を閉塞する方向の力が大きくなる。このことを考慮
して、回転中は常に隙間を閉塞する方向に推力がかかる
ように環状部２６の径を決定するのである。

【００１７】圧力応動弁２８の詳細を示す図３におい
て、圧力応動弁２８のケース３０は、上部ケース部分３
２と下部ケース部分３１の組立体であり、両ケース部分
３１，３２の接合部分にダイヤフラム３３の外周縁部が
保持されている。ダイヤフラム３３は、ケース３０の中
心線０ー０に対して概ね直角に位置しており、ケース３
０の内部を上下に区切っている。

【００１８】下部ケース部分３１には、圧力通路２９の
上流側部分に接続する入口３５と下流側部分に接続する
出口３６が形成されており、入口３５と出口３６は、下
部ケース部分３１の内部の入口側及び出口側の室に連通
している。これら両室は、下ケース部分３１に内部に設
けた隔壁３７により区切られており、隔壁３７に形成さ
れた弁口３８だけを介して連通している。

【００１９】弁口３８は、ケース３０の中心線０−０と
同芯に設けてあり、弁棒４０の上端は、ダイヤフラム３
３の下面中央部に固定した支持板４１に直結している。
弁棒４０の下端は弁体４２に連結している。

【００２０】弁体４２は、弁口３８に対して同芯かつ入
口３５側の位置に設けてある。上記弁口３８の周囲にお
いて、隔壁３７の上面には弁座４６が形成されており、
ダイヤフラム３３の中央部上面にはばね受け板５０が固
定されている。

【００２１】ばね受け板５０には、圧縮コイルばね５１
の下端が着座している。ばね５１は、ケース中心線０−
０と同芯に延びており、上端がばね受け５２に着座して
いる。ばね受け５２は、その外周の突起が上部ケース部
分３２の筒状内面に設けた溝に対して、回転不能かつ中
心線０−０と平行な方向に摺動自在の状態で嵌合してい
る。ばね受け５２の中央部にはねじ軸５３が螺合するね
じ孔が形成されている。ねじ軸５３の上端部は、上部ケ
ース部分３２の孔から上方に突出しており、その突出端
部に回転操作用のハンドル５５が取り付けてある。ま
た、上部ケース部分３２の内部かつばね受け５２の上方
において、ねじ軸５３にはストッパー５６が取り付けて
ある。

【００２２】上記構造によると、入口３５から供給され
た水圧が低下すると、ダイヤフラム３３はばね５１に押
されて下方へ移動し、それに伴って弁棒４０及び弁体４
２が下方へ移動し、弁口３８の開度が減少する。すなわ
ち、圧力応動弁２８は、閉塞状態あるいは開度減少状態
となる。

【００２３】入口３５から供給される水圧が増加する
と、その供給水圧によりダイヤフラム３３がばね５１の
弾性力に抗して押し上げられる。これにより、弁体４２
が押し上げられ、弁口３８の開度が増加する。

【００２４】入口３５からの供給水圧が所定の設定値で
ある場合、上記説明から明らかなように、弁体４２は、
弁口３８を、開度を減少させた状態で開放し、圧力応動
弁２８は、半開き状態となる。

【００２５】無論、ハンドル５５を操作してばね５１の
圧縮状態を変更することにより、上記供給水圧に対する
ダイヤフラム３３の移動特性、すなわち、圧力応動弁２
８の開閉特性を調整して、各種仕様に対応して設定値を
調整することができる。

【００２６】上記の各部の具体的な仕様は、圧力応動弁
２８の上記動作に関連して、各部が次のように作動する
ように設定してある。ポンプの吐出圧が設定値よりも小
さい値まで低下すると、圧力応動弁２８の開度が減少
し、変動圧室２０への圧力供給は停止または略停止に近
い状態となる。この状態では、変動圧室２０の圧力が下
降するので、円板１２の軸方向後方向きの推力が変動圧
室２０の圧力に打ち勝って、ピストン９、スピンドル１
５及び円板１２を後方に移動し、隙間Ｓを狭くする。こ
れにより、ポンプの吐出圧力は上昇する。

【００２７】ポンプの吐出圧が設定値よりも大きい値ま
で増加すると、圧力応動弁２８の開度が増大し、開放状
態あるいはそれに近い状態になり、変動圧室２０に、吐
出圧又は吐出圧力に近い圧力が供給される。この状態で
は、変動圧室２０の圧力が増大するので、変動圧室２０
の圧力が円板１２の後方への推力に打ち勝って、ピスト
ン９、スピンドル１５及び円板１２を前方に移動し、隙
間Ｓを広くする。これにより、ポンプの吐出圧力は低下
する。

【００２８】ポンプ吐出圧が設定値にある状態では、圧
力応動弁２８が半開状態となり、変動圧室２０へ比較的
低い圧力が供給される。この状態では、変動圧室２０の
前向きの圧力と円板１２の後向きの推力が平衡し、ピス
トン９は移動しない。そのためにスピンドル１５及び円
板１２もそのままの軸方向位置に維持され、隙間Ｓは変
化せず、ポンプ吐出圧力は設定値あるいはその近傍の値
に維持される。上述のように、ポンプ吐出圧は常に設定
値あるいはそれに近い値に維持される。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本願発明によると、 （１）運転中に、円板の前後に生じる水圧差によって生
じる円板の軸方向の推力と、ポンプ吐出水の圧力を利用
した変動圧室の圧力との平衡により、円板の軸方向位置
を調整するようにしているので、従来のように、シリン
ダ内の２室の圧力差と、円板の軸方向推力の３つの力に
より隙間調整する構造に比べて、変動圧室と反対側の室
の構造を、大気圧力下に開放したりしてきわめて簡単な
構造としたり、あるいは究極的には廃止することも可能
であり、構造が一層簡単になる。より詳しく説明すると
円板１２の背面の空間を環状部２６によって径方向の内
外に区画し、環状部２６の径を調整することにより、円
板１２に発生する軸方向推力が常時隙間を閉塞する方向
にかかるように設定しており、かかる要件を前提とし
て、低圧室２１はたとえば大気に連通することにより圧
力制御とは無関係の室とし、円板１２の推力に対抗する
軸方向の外力として、実質的にシリンダ８内の変動圧室
２０の圧力のみがかかるようにして、いわゆる１室制御
方式を採用している。したがって、圧力応動弁２８によ
り調節される変動圧室２０の圧力自体が、円板１２の軸
方向推力に対抗する軸方向力となり、ピストンを挟んだ
２室を共に加圧してその圧力差によりピストンを軸方向
の双方向に移動できるようにする２室制御方式に比べ、
圧力室（変動圧室）に供給する圧力が小さくて済み、同
等な吐出圧の条件下では、圧力応動弁の弁体と弁座の間
の弁隙間も小さく設定できる。このことから１次圧の変
化量に対して２次圧の変化量を大幅に増大させることが
でき、吐出圧の変化に従った変動圧室の圧力変化の応答
性が向上するのである。

【００３０】（２）変動圧室と反対側の部屋を簡略化あ
るいは省略できることに伴って、それに付随する絞り及
び配管も省略でき、一層構造の簡略化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明を適用した吐出特性制御型遠心ポン
プの縦断面図である。

【図２】 図１の羽根部分の拡大図である。

【図３】 圧力応動弁の縦断面拡大図である。

【図４】 従来例の簡略縦断面図である。

【符号の説明】

１ ポンプケーシング ５ 開放形羽根車 ８ シリンダ ９ ピストン １２ 円板 １５ スピンドル １７ 吸込口（吸込部） １９ 吐出口（吐出部） ２０ 変動圧室 ２５ 絞り ２８ 圧力応動弁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプケーシング（１）内に、軸方向の
   一方側が開放した羽根車（５）と、その開放端縁に対し
   て軸方向の隙間を置いて対向すると共に軸方向に移動可
   能な円板（１２）を備え、該円板（１２）の羽根車側と
   は反対側の空間を環状部（２６）によって径方向外方の
   吐出側の高圧空間部と、径方向内方の吸込側の低圧空間
   部に区画すると共に、回転羽根（１０）の回転により常
   時隙間を閉塞する方向に軸方向推力が発生するように環
   状部（２６）を位置させ、上記軸方向推力に抗する軸方
   向力を外部から付与することにより、吐出特性を制御す
   る吐出特性制御型遠心ポンプにおいて、円板（１２）
   を、羽根車主軸３と同軸芯のスピンドル（１５）に固定
   して、該スピンドル（１５）を軸方向移動可能にポンプ
   ケーシング（１）に支持し、上記スピンドル（１５）に
   は、これと共に軸方向移動自在となるようにピストン
   （９）を連結し、該ピストン（９）を軸方向移動自在に
   シリンダ（８）に嵌合することにより、シリンダ（８）
   内を変動圧室（２０）と低圧室（２１）とに区画し、低
   圧室（２１）は、ポンプの低圧部分あるいは大気に連通
   することにより、圧力制御されない室とし、変動圧室
   （２０）の入口を、ポンプ吐出圧の増加に応じて開度が
   大側へ調節されて吐出水を変動圧室（２０）に導入する
   圧力応動弁（２８）を介してポンプ吐出部に接続し、変
   動圧室（２０）の出口を、絞りを介してポンプ吸込部に
   接続することにより、変動圧室（２０）の圧力が隙間を
   開放する方向にピストン（９）を加圧する状態とし、ポ
   ンプ吐出圧が圧力応動弁（２８）の設定値より高い時に
   は、変動圧室（２０）の圧力が推力に打ち勝って円板
   （１２）を隙間開放側に移動し、吐出圧が設定値より低
   い時には、円板（１２）の推力により隙間閉塞側に移動
   し、吐出圧が設定値の時には、変動圧室の圧力と円板の
   推力が平衡して円板（１２）が移動せず、吐出圧を設定
   値に維持するようにしている。