JP3025295B2 - Turbo-type pump - Google Patents

Turbo-type pump

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JP3025295B2
JP3025295B2 JP27465690A JP27465690A JP3025295B2 JP 3025295 B2 JP3025295 B2 JP 3025295B2 JP 27465690 A JP27465690 A JP 27465690A JP 27465690 A JP27465690 A JP 27465690A JP 3025295 B2 JP3025295 B2 JP 3025295B2
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    • F04D29/426Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/4293Details of fluid inlet or outlet

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、ターボ形ポンプに関し、特に、流体を送るためのロータ(インペラ)を磁気的作用により非接触で支持し、回転させることによりポンプ作用を行なわせるようなターボ形ポンプに関するものである。 [DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION] [FIELD OF INDUSTRIAL This invention relates to a turbo pump, particularly a pump by the rotor (impeller) for sending fluid supported in a non-contact manner by magnetic action, rotates it relates turbo-type pump, such as to perform the action.

[発明の背景技術] 本願の出願人は、特願平2−22849号において、流体の澱みを少なくするために、インペラの軸をなくし、インペラ本体を非制御式磁気軸受と制御式磁気軸受とにより、ケーシング内の所定位置に保持するようにしたクリーンポンプを提案した。 [BACKGROUND OF THE INVENTION Applicants of the present application, in Japanese Patent Application No. Hei 2-22849, in order to reduce the stagnation of fluid, eliminating the shaft of the impeller, the impeller body and uncontrolled magnetic bearing a control type magnetic bearing the proposed clean pump so as to retain in position in the casing. このポンプには、第5図に示すように、インペラ31の外周部に流体の速度エネルギを圧力エネルギに変換するために流体の通路断面積が次第に広くなった1つの渦巻室32が設けられている。 The pump, as shown in FIG. 5, the one volute 32 cross-sectional area of ​​the fluid becomes gradually wider is provided for converting the speed energy of the fluid to the outer periphery of the impeller 31 into pressure energy there. インペラ Impeller
31が回転すると、流体は吸入口33から吸入され渦巻室32 When 31 rotates, fluid is sucked from the suction port 33 volute 32
を経て、吐出口34から吐出される。 Through, it is discharged from the discharge port 34.

[発明が解決しようとする課題] この発明の背景となるポンプでは、上述のごとく、インペラのまわりに1つの渦巻室が設けられているので、 [Invention Problems to be Solved] In a pump as a background of the present invention, as described above, since one of the spiral chambers are provided around the impeller,
渦巻室内でインペラが回転すると、インペラに半径方向の偏荷重が作用する。 When the impeller spiral chamber rotates, eccentric load in the radial direction acts on the impeller. この偏荷重が小さければ、磁束の剪断力の作用により、インペラは中心軸のまわりに安定して回転するが、偏荷重が大きくなると、非制御式磁気軸受は半径方向、軸方向とも支持剛性が低いため、インペラの回転軸が偏荷重の佐用によって移動し、回転が不安定になりインペラがケーシングの内壁に接触するおそれがあった。 In this unbalanced load is small, by the action of shearing forces of the magnetic flux, the impeller is rotated stably around the central axis, the eccentric load is increased, the non-controlled magnetic bearing is radial, with axial support stiffness low since, moved by a Tasuku axes of rotation offset load of the impeller, rotation becomes unstable impeller there is a risk of contact with the inner wall of the casing.

それゆえに、この発明の主たる目的は、流体を送るためのインペラ等の回転体に偏荷重が作用しないようにしたターボ形ポンプを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a turbo-type pump eccentric load to the rotary body of the impeller or the like for sending a fluid is prevented from acting.

[課題を解決するための手段] この発明は、流体を送るためのロータと、該ロータを内蔵し、かつ流体の吸入口および吐出口を有し、渦巻室を持つ非磁性材料からなるハウジングと、該ハウジング外に設けられた回転駆動手段と、ハウジングを介してロータと回転駆動手段とを磁気的にカップリングするためのカップリング手段とを備え、さらに、ロータの端面に配置された磁性部材と、該磁性部材に対向するようにしてハウジングに取付けられた電磁石とを含む制御式磁気軸受とを備えたターボ形ポンプであり、上記ロータは、 [Means for Solving the Problems] The present invention includes a housing and a rotor for sending fluid, incorporating the rotor and having an inlet and outlet of fluids, made of a nonmagnetic material having a volute a rotation driving means provided outside the housing, and a coupling means for magnetically coupling the and rotary drive means rotor through the housing, further, a magnetic member disposed on the end face of the rotor When a turbo-type pump and a controlled magnetic bearing so as to face the magnetic member and a magnet attached to the housing, the rotor,
上記回転駆動手段によって一方の面に作用する磁気力と、上記制御式磁気軸受によって他方の面に与えられる磁気力とによって、釣り合わせた状態で上記ハウジングから非接触で支持され、上記渦巻室は複数個設けられ、 A magnetic force acting on one side by the rotation drive means, by the magnetic force applied to the other surface by the control type magnetic bearing, is supported in a non-contact from the housing in a state of balance, the swirl chamber a plurality provided,
渦巻室の個数をn個とすると、各渦巻室はロータの回転軸を中心として互いに360゜/nの角度をなすように配置されている。 When the number of the spiral chamber is n, each swirl chamber is arranged at an angle of 360 ° / n from one another about the axis of rotation of the rotor.

[作用] この発明では、渦巻室が複数個設けられ、かつ各渦巻室が流体を送るためのロータの回転軸を中心として対称に配置されているため、ロータに偏荷重が作用することがなく、ロータは安定して回転することができる。 [Operation] In the present invention, the volute is provided with a plurality, and for each swirl chamber is arranged symmetrically around the rotation axis of the rotor to feed the fluid, without acts unbalanced load on the rotor , the rotor can rotate stably. また、ロータは制御式磁気軸受によってハウジングから非接触で支持されているため、非制御式磁気軸受のみによって支持されている場合に比べて、ロータの軸方向の支持剛性を高くすることが可能となり、仮にロータに軸方向の荷重が加わった場合でも、ロータは安定して回転し続けることが可能となる。 The rotor because it is supported in a non-contact from the housing by a control type magnetic bearing, as compared when it is supported only by the uncontrolled magnetic bearing, it becomes possible to increase the supporting rigidity in the axial direction of the rotor , even if the axial load is applied to the rotor, the rotor is allowed to continue to rotate stably.

[発明の実施例] 第1図はこの発明の一実施例のターボ形ポンプの渦巻室の構造を模式的に示す断面図である。 EXAMPLE OF THE INVENTION FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a swirl chamber of the turbo-type pump in one embodiment of the present invention schematically. 第1図において、インペラ1の外周に対称的に設けられた2つの渦巻室21,22には、それぞれ吐出口3,4が設けられる。 In Figure 1, the two spiral chambers 21 and 22 which are provided symmetrically on the outer periphery of the impeller 1, respectively discharge ports 3 and 4 is provided. 吐出口 The discharge port
3,4はインペラ1の中心軸に対して対称的に配置されている。 3 and 4 are symmetrically arranged with respect to the central axis of the impeller 1. また、インペラ1の中心軸の位置には、吸入口5 Also, the position of the center axis of the impeller 1, a suction port 5
が設けられる。 It is provided. インペラ1が回転すると、流体は吸入口5から吸入され、流路の断面積が次第に広くなった渦巻室21,22を通り、吐出口3および4から吐出されるようになっている。 When the impeller 1 rotates, fluid is sucked from the suction port 5, through the volute 21, 22 cross-sectional area of ​​the flow path becomes gradually wider, it has to be discharged from the discharge port 3 and 4.

第1図では、2つの渦巻室が設けられているが、渦巻室は3個以上設けられていてもよい。 In Figure 1, two spiral chambers are provided, swirl chamber may be provided three or more. その場合には、n In that case, n
個の各渦巻室は互いに360度/nの角度をなすように設けられる。 Each swirl chamber of pieces are provided at an angle of from each other 360 degrees / n.

一方、第2図に示すように2つの渦巻室23,24を形成し、渦巻室の出口で合流させるようにすると、外観はスマートになる。 On the other hand, as shown in FIG. 2 form two spiral chambers 23 and 24, when so as to merge at the outlet of the swirl chamber, the appearance is smart. 第1の渦巻室23と第2の渦巻室24は同一形状であり、インペラに作用する力はバランスしている。 A first volute 23 second volute 24 is the same shape, the force acting on the impeller is balanced. 第2の渦巻室24は、P点において吐出口側にのびる流路25に接続されており、その出口において第1の渦巻室23に合流するようになっている。 Second swirl chamber 24 is connected to the flow path 25 extending on the discharge port side at point P, so as to join the first volute 23 at its outlet. 流路25は、渦巻室の最大流路断面積よりも大きな断面積を有するようにし、 The channel 25, so as to have a larger cross-sectional area than the maximum flow path cross-sectional area of ​​the swirl chamber,
流路抵抗が小さくなるようにしている。 Flow resistance is to be smaller.

吐出口や渦巻室が上記のような形態を有しているため、外部からの磁気的作用により非接触で支持されているインペラに働く半径方向の力が釣合うので、インペラの回転軸の位置が移動することなく、インペラは安定して回転する。 Since the discharge port and spiral chamber has a form as described above, since the radial forces acting on the impeller which is supported in a non-contact manner by magnetic action from the outside are balanced, the position of the axis of rotation of the impeller There without moving, the impeller rotates stably. 従って、インペラを軸支する必要は全くなくなる。 Therefore, completely eliminates the need for supporting the impeller.

第3図はこの発明の一実施例のターボ形ポンプの構成を示す断面図である。 Figure 3 is a sectional view showing a configuration of a turbo-type pump of one embodiment of the present invention. 第3図において、ポンプ10のケーシング11内には、インペラ1が設けられる。 In FIG. 3, the casing 11 of the pump 10, the impeller 1 is provided. ケーシング casing
11は非磁性部材からなる。 11 made of a nonmagnetic member. インペラ1は、非制御式磁気軸受を構成する永久磁石12を有する非磁性部材13と、制御式磁気軸受のロータに相当する軟鉄部材14がリベットなどで結合されてつくられている。 The impeller 1 is provided with a non-magnetic member 13 having a permanent magnet 12 constituting the non-controlled magnetic bearing, soft iron member 14 corresponding to a rotor of the controlled magnetic bearing is made are coupled such with rivets. また、この軟鉄部材 In addition, the soft iron member
14は表面処理され、錆などが生じないように考慮されている。 14 is a surface treatment, it is contemplated that do not occur rust. 永久磁石12はインペラ1の円周方向に分割されており、互いに隣接する磁石の磁界の方向が逆方向となるように着磁されている。 The permanent magnet 12 is divided in the circumferential direction of the impeller 1, and is magnetized so that the direction of the magnetic field of the adjacent magnets are opposite each other. インペラ1の永久磁石12を有する側に対向するようにして、ケーシング11外部には軸15 So as to face the side having the permanent magnets 12 of the impeller 1, the casing 11 the shaft 15 to the outside
に軸支されたロータ16が設けられる。 Rotor 16 which is rotatably supported is provided. ロータ16は図示しないモータにより駆動され、軸15を中心軸として回転する。 The rotor 16 is driven by a motor (not shown) to rotate the shaft 15 as the center axis. ロータ16には、インペラ1の永久磁石12に対向し、 The rotor 16 is opposed to the permanent magnets 12 of the impeller 1,
かつ吸引力が作用するようにインペラ側と同数の永久磁石17が取付けられている。 And suction force is impeller side and the same number of permanent magnets 17 is attached to act.

一方、インペラ1の軟鉄部材14を有する側に対向するようにして、ケーシング11には、永久磁石12,17の吸引力と釣合って、インペラ1をケーシング11の中心に保持するように作用する電磁石18が取付けられる。 On the other hand, so as to face the side having the soft iron member 14 of the impeller 1, the casing 11 is balanced with the attraction force of the permanent magnets 12 and 17, acts to hold the impeller 1 to the center of the casing 11 electromagnet 18 is attached. 電磁石18 Electromagnet 18
は、たとえば4個設けられる。 It is provided four, for example. 電磁石間には、位置センサ(図示せず)が設けられる。 Between the electromagnet, a position sensor (not shown) is provided. この位置センサにより、 This position sensor,
電磁石18と軟鉄部材14との隙間の間隔が検知され、この検出力はコイル19に与えられる電力を制御する制御部(図示せず)にフィードバックされる。 Width of the gap between the electromagnet 18 and the soft iron member 14 is detected, the detection force is fed back to the control unit for controlling the power applied to the coil 19 (not shown). これにより、インペラの軸方向の位置制御が行なわれ、インペラ1はケーシング11の中心に保持される。 Accordingly, position control of the axial direction of the impeller is performed, the impeller 1 is held in the center of the casing 11.

インペラ1に重力等により半径方向の力が作用しても、永久磁石12および永久磁石17間の磁束の剪断力および電磁石18と軟鉄部材14との間の磁束(第3図に破線で示す)の剪断力が作用するため、インペラ1はケーシング11の中心に保持される。 Even acts radial force by gravity or the like to the impeller 1, (indicated by a broken line in FIG. 3) the magnetic flux between the shear force and the electromagnet 18 and the soft iron member 14 of the magnetic flux between the permanent magnets 12 and the permanent magnet 17 since the shear is applied, the impeller 1 is held in the center of the casing 11.

このようにして、磁気的に支持された状態で、ロータ In this way, in a state of being magnetically supported rotor
16が回転すると、永久磁石12と永久磁石17が磁気カップリングを構成し、インペラ1が回転し、流体は吸入口20 When 16 is rotated, the permanent magnet 12 and the permanent magnets 17 constitute a magnetic coupling, the impeller 1 rotates, the fluid inlet 20
から吸入され、吐出口へ送られる。 It is sucked from and sent to the discharge port. 渦巻室および吐出口は第1図で示したように設けられているので、インペラ1に偏荷重が作用することはない。 Since the volute and the discharge port is provided as shown in FIG. 1, unbalanced load does not act on the impeller 1.

また、流入口中心部の流れ26は中心軸方向の力を有するが、流れが半径方向のみとなるように整流ガイド27が設けられているので、インペラには流れによる軸方向力は作用しない。 Although having a flow 26 in the central axis direction force inlet center, since the rectifying guides 27 such that the flow is only radial direction is provided, does not act the axial force due to the flow in the impeller.

インペラ1はケーシング11の薄壁によって、完全に外部から隔離されているため、ポンプ流入口からの流体に外部から異物が入ることは皆無であり、ポンプ10から吐出される流体はクリーンな状態を保持する。 The thin wall of the impeller 1 is casing 11, because it is completely isolated from the outside, the foreign matter enters from the outside into the fluid from the pump inlet is none, the fluid discharged from the pump 10 to clean Hold.

第4図には、参考例として、吐出口が円周の360゜にわたって開放された渦巻室のないターボ形ポンプが示されている。 The fourth figure, as a reference example, the discharge port is shown a turbo pump without opened volute 360 ​​° of the circumference. 第4図に示すポンプでは、渦巻室がないので、流れの対称性は満たされている。 In the pump shown in FIG. 4, since there is no swirl chamber, the symmetry of the flow are met. このポンプは流体を撹拌する機能を有している。 The pump has a function of stirring the fluid.

[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、複数個の渦巻室が流体を送るためのロータ(インペラ)の回転軸を中心として対称に配置されているので、ロータに偏荷重が作用することがなく、ロータは安定して回転することができる。 Thus [Effect of the Invention] According to the present invention, since a plurality of spiral chamber is disposed symmetrically about an axis of rotation of the rotor (impeller) for sending fluid, unbalanced load on the rotor without acting, the rotor can rotate stably. また、ロータは制御式磁気軸受によってハウジングから非接触で支持されているため、非制御式磁気軸受のみによって支持されている場合に比べて、ロータの軸方向の支持剛性を高くすることが可能となり、仮にロータに軸方向の荷重が加わった場合でも、ロータは安定して回転を続けることが可能となる。 The rotor because it is supported in a non-contact from the housing by a control type magnetic bearing, as compared when it is supported only by the uncontrolled magnetic bearing, it becomes possible to increase the supporting rigidity in the axial direction of the rotor , even if the axial load is applied to the rotor, the rotor it is possible to continue to rotate stably.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図はこの発明の一実施例のターボ形ポンプの渦巻室の構造を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a swirl chamber of the turbo-type pump in one embodiment of the present invention schematically. 第2図はこの発明の一実施例としてのターボ形ポンプの渦巻室の形状の一例を示す断面図である。 Figure 2 is a sectional view showing an example of the shape of the spiral chamber of the turbo-type pump as an embodiment of the present invention. 第3図はこの発明の一実施例としてのターボ形ポンプの構成を示す断面図である。 Figure 3 is a sectional view showing a configuration of a turbo-type pump as an embodiment of the present invention. 第4 4th
図は参考例としてのターボ形ポンプを示す断面図である。 Figure is a cross-sectional view showing a turbo-type pump as a reference example. 第5図はこの発明の背景となるターボ形ポンプにおける渦巻室の構造を模式的に示す断面図である。 FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a swirl chamber in the turbo pump as a background of the present invention schematically. 図において、1はインペラ、3および4は吐出口、5および20は吸入口、11はケーシング、12および17は永久磁石、14は軟鉄部材、16はロータ、18は電磁石、21,22,23 In the figure, 1 is an impeller, 3 and 4 the discharge port, 5 and 20 are inlet, 11 casing, 12 and 17 are permanent magnets, 14 is a soft iron member 16 is a rotor, 18 is an electromagnet, 21, 22, 23
および24は渦巻室を示す。 And 24 shows a swirl chamber.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−289291(JP,A) 実開 昭48−91503(JP,U) 実開 昭56−90496(JP,U) 実開 昭63−75583(JP,U) 実開 昭54−117672(JP,U) ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (56) references Patent Sho 63-289291 (JP, a) JitsuHiraku Akira 48-91503 (JP, U) JitsuHiraku Akira 56-90496 (JP, U) JitsuHiraku Akira 63- 75583 (JP, U) JitsuHiraku Akira 54-117672 (JP, U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】液体を送るためのロータと、 前記ロータを内蔵し、かつ液体の流入口および吐出口を有し、渦巻室を持つ非磁性材料からなるハウジングと、 前記ハウジング外に設けられた回転駆動手段と、 前記ハウジングを介して前記ロータと前記回転駆動手段とを磁気的にカップリングするためのカップリング手段と、 前記ロータの端面に配置された磁性部材と、前記磁性部材に対向するようにして前記ハウジングに取付けられた電磁石とを含む、制御式磁気軸受と を備えたターボ形ポンプであって、 前記ロータは、前記回転駆動手段によって前記ロータの一方の面に作用する磁気力と、前記制御式磁気軸受によって前記ロータの他方の面に与えられる磁気力とによって、釣り合わせた状態で前記ハウジングから非接触で支持され、 前記 1. A rotor for sending liquid, incorporating the rotor and having an inlet and outlet of the liquid, a housing made of a nonmagnetic material having a swirl chamber, provided outside the housing a rotation driving means, and coupling means for magnetically coupling with the rotary drive means and said rotor through said housing, and a magnetic member disposed on the end face of the rotor, facing the magnetic member manner including an electromagnet attached to the housing, a turbo pump with a control type magnetic bearing, the rotor includes a magnetic force acting on one surface of the rotor by the rotation drive means , by the magnetic force applied to the other surface of the rotor by the controlled magnetic bearing, is supported in a state of mated without contact from said housing, said 渦巻室は、複数個設けられ、前記渦巻室の個数をn Swirl chamber, provided with a plurality, the number of the volute n
    個とすると、各渦巻室は前記ロータの回転軸を中心として互いに360゜/nの角度をなすように配置されたことを特徴とする、ターボ形ポンプ。 When pieces, each swirl chamber, characterized in that it is disposed at an angle of 360 ° / n from one another about the axis of rotation of the rotor, turbo pump.
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