JP3156268U - 自吸式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】騒音やエネルギー消費の少ない、サニタリープラントに好適な自己吸水式ポンプを提供する。【解決手段】ヘリカルインデューサ28内に流入した気液混合液は、ヘリカルインデューサ翼28dの回転に伴う遠心力の作用で分離されて液相が外周部、気相が内周部を占め、そうして気体はヘリカルインデューサ28の翼28d間に封じ込まれて液封され吸込み側へ逆流することなくインペラ26へコンベヤ的に圧送され、気液混相の揚液は、インペラ26でケーシング22の渦室へ飛ばされ、ケーシング22の渦室を循環する気液混合の揚液は、気相分がケーシング22上部の吐出口22bから排出され、液体のみがケーシング22最下部から取り出される。このようにして、液相のみが配管からエジェクターノズル30へ、さらにヘリカルインデューサ28へと循環する。以上のサイクルを繰り返すことで、ポンプ吸込み管内の気相を吐出側へ排出する自吸作用を発生させる。【選択図】図１

Description

この考案は自吸式ポンプに関するもので、より詳しくは、食品プラント・医薬プラント等に使用される自吸式サニタリーポンプに関する。

従来、食品プラントに使用される自吸式ポンプは、ポンプ内に封入した液が運転すると羽根車の中心部に三日月状の空洞ができ、その空洞の容積変化すなわち吸入・膨張・圧縮・排気のサイクルを回転運動で発生させて送液するものであった（非特許文献１参照）。

また、特許文献１には、自吸式ポンプではないが、インペラの前段にインデューサ翼を供えたインデューサ付き液体ポンプにおいて、インデューサ翼の入側部分にインデューサ翼の外周部へ向けて、インデューサ出口液体の一部を噴出させるノズルを設けることが記載されている。これにより、インデューサ翼外周側の逆流が防止されて流れが安定化され、かつ、インデューサ翼外周側の静圧が回復してキャビテーションの緩和が図れ、その結果としてキャビテーションによる流体振動の発生が大幅に抑制されるようになるというものである。

特開平１０−１８９９４号公報（段落００１３〜００１８、００３４、００３５、図３） 井上寛、サニタリー自吸式ポンプについて、配管と装置、VOL. 32、NO.5、平成４年５月１日、株式会社三幸企画発行、pp.39〜42

特許文献１に記載されているインデューサ付き液体ポンプは、吸込み性能向上のため、具体的にはより大きなキャビテーション抑制効果を得ることができるように、インデューサを取り付けたものである。実際、開示してあるインデューサ翼はいずれも軸流タイプである。したがって、この考案が対象としている自吸式ポンプとは基本的構成が相違している。

非特許文献１に記載されている従来の自吸式ポンプは次のような問題点があった。すなわち、室内設置が多い食品プラントでは、運転時の騒音が非常に高く、周辺の作業環境に悪影響を及ぼす。また、ポンプ効率が低いため、エネルギーの消費が多く、不経済である。ポンプ効率が低いのは、回転するインペラから得られる遠心力はケーシング内に封じられて揚液を圧送するエネルギーには変換されないためである。
騒音についてより詳しく述べるならば次のとおりである。自吸式ポンプにとって、吸込み管内の気相を吸入・排出することが必須である。従来の自吸式ポンプは上で述べたとおりインペラが１回転する間に吸込〜圧縮〜排出の容積変化（ピストン運動）をすることでポンプの自吸作用を発生させるものである。このとき、圧縮された揚液（または気体）の一部が吐出口に圧送されず吸入側へ転送されると、その揚液（または気体）が急激に膨張するため、騒音（爆発音）が発生する。さらに、高速で回転すると連続的爆発音となる。

この考案の課題は上述の問題点を除去して、騒音やエネルギー消費の少ない、サニタリープラントに好適な自己吸水式ポンプを提供することにある。

この考案の自吸式ポンプは、請求項１に記載したように、ケーシングの内部に形成した渦室内にインペラを収容し、前記インペラの吸込み側にヘリカルインデューサを配置したものにおいて、前記ヘリカルインデューサ側に向けて開口させた噴射孔を有する噴射室をもったエジェクターノズルを前記ケーシングの吸込み口に配置し、前記ケーシングの最下部の渦室から取り出した高圧液を前記噴射室に導入して前記噴射孔から噴射するようにしたことを特徴とするものである。

この考案の自吸式ポンプは、請求項２に記載したように、次のように作用する。
（１）停止時は、ケーシング内の揚液が下半分に溜まり、上半分は気体相になっている。
（２）起動するとその揚液は、インペラの遠心力でケーシングの内壁に沿って環状になり、渦室を循環する。
（３）ケーシング渦室を循環する揚液は、ケーシングの最下部から取り出して噴射室へ圧送される。
（４）噴射室内の揚液は、噴射孔から高速でヘリカルインデューサの入口部へ噴射される。
（５）この際、ポンプ吸込み口付近の気体も同時に吸い込まれ、ヘリカルインデューサへ流入する。
（６）ヘリカルインデューサ内に流入した気液混合液は、ヘリカルインデューサ翼の遠心力で液相が外周部、気相が内周部に分離される。
（７）ヘリカルインデューサの翼と翼の間に封じ込まれた気体は、液封され吸込み側へ逆流することなく、インペラへコンベヤ的に圧送される。
（８）気液混合の揚液は、インペラでケーシング渦室へ飛ばされる。
（９）ケーシング渦室を循環する気液混合の揚液は、気相分がケーシング上部の吐出口から排出され、液体がケーシング最下部の排出孔から圧送され、気液が分離する。
以上のサイクルを繰り返すことで、ポンプ吸込み管内の気相を吐出側へ排出する自吸作用を発生させる。

例えば食品プラントにおいてタンクを洗浄する場合、洗浄液はタンク上部より噴射され、タンク内壁に沿って下部に落ちる。この洗浄液がタンク底部に溜まらないように気液混合状態の洗浄液をポンプで吸出する必要がある。この考案の自吸式ポンプを使用することにより、ポンプケーシング内に封入された液は、インペラの遠心力でケーシング渦室へ飛ばされる。渦室で循環する液の含有気体は上部吐出口へ押し出され、液体は最下部の排出孔から導管を通して噴射室へ、さらに噴射孔から高速で噴射され、ヘリカルインデューサの外周部を通過して羽根車の中心部に流入する。この際、噴射孔付近は真空状態になり、ポンプ吸込み口より気体を同時に吸込み、ヘリカルインデューサが気体混合液をインペラへ円滑に圧送する。この工程を繰り返すことにより、自吸作用を発生させることができる。

さらに満液状態になると、ヘリカルインデューサで液体のみをインペラ中心部へ押し込むことになり、その結果、ＮＰＳＨ値が低くて吸込み性能が良くなる。また、ポンプ効率の低下もなく、本来の軸動力の範囲で使用できる。

この考案によれば、運転時の騒音が高くなく、ポンプ効率の著しい低下もないため、エネルギーの省資源化が図れる。また、停止時は、ケーシングに取り付けた排出孔より残液を完全に回収できるため、機内の洗浄性と殺菌性に優れ、清潔である。

実施例を示すポンプ本体部分の拡大断面図である。 自吸式ポンプの縦断面図である。 図２の自吸式ポンプの側面図である。

以下、図面に従ってこの考案の実施の形態を説明する。
図１、図２、図３に示す自吸式ポンプは、ポンプ本体２０とモータ１０を一体化させたものである。モータ１０はベース１８上に設置してあり、モータカバー１６で全体を覆ってある。ベース１８はプラントの床面等にレベル調整可能に、かつ、移動可能に、設置してある。なお、図示してあるのはモータ１０の主軸１２が水平に延在する横軸ポンプの例である。

ポンプ本体２０は、ケーシング２２とケースカバー２４とで、内部にインペラ（羽根車）２６を収容するための渦室を形成している。渦室は文字どおり渦巻き状で、インペラの回転に伴って軸心部分が低圧、外周側が高圧となる。その渦室の配置に対応して、ケーシング２２は、インペラ２６と同軸状の吸込口２２ａと、高圧部と連通した吐出口２２ｂを備えている。

モータ１０の主軸１２の端部にインペラ２６が固定してある。常法により、インペラ２６と主軸１２とはトルク伝達可能に結合される。図面はキー１２ａによる場合の例である。インペラ２６にはバランスホールと呼ばれる貫通孔２６ａが設けてある。これは、スタッフィングボックス２４ａ内の封液を対流させて洗浄性を高め、また、運転中のインペラ２６に作用するスラスト荷重を緩和する、といった役割を果たす。

インペラ２６よりもさらに吸込み側にヘリカルインデューサ２８が配置してある。ヘリカルインデューサ２８は、軸状のボス部２８ａと、ボス部２８ａの外周に形成したらせん状の翼部２８ｄとからなる。ボス部２８ａの一方の端部にはめねじ孔２８ｂが形成してあり、他方の端部には六角袋ナット状の部分２８ｃが形成してある。ヘリカルインデューサ２８はインペラ２６を主軸１２に固定するためのナットを兼ねる。すなわち、主軸１２の軸端をインペラ２６の軸孔に挿入してそこから突出した主軸１２のおねじ部１２ｂにボス部２８ａのめねじ孔２８ｂをねじ込み、六角袋ナット部分２８ｃに工具を掛けて回して締め付けることにより、インペラ２６を主軸１２上に締結することができる。

ヘリカルインデューサ２８の翼部２８ｄは、ケーシング２２の吸込み口２２ａの内周面との間に微小なすきまを形成する程度の外径を有している。翼部２８ｄは少なくとも一条のらせん溝を形成し、揚液の気相分を吸込み側からインペラの吸込み口へ向けて、逆流させることなく送り込む作用をする。このような作用が得られる限り、らせん溝の数は特に限定するものではないが、例えば三条のらせん溝とすることができる。ヘリカルインデューサ２８が回転することによってインペラ２６の吸込み口部分の圧力が高まり、その結果、ＮＰＳＨが低くなり、また、キャビテーション防止にも役立つ。

ケーシング２２の吸込み側で、ヘリカルインデューサ２８よりも上流側に、エジェクターノズル３０が設けてある。ケーシング２２の吸込み口２２ａの端部に設けたフランジと、エジェクターノズル３０の外筒に設けたフランジを、Ｏリングを介在させて突き合わせた状態で、図３から分かるように二つ割りのクランプで締め付けて固定してある。エジェクターノズル３０部分は全体として円筒形状であるが、ケーシング２２に近い側は二重構造になっている。すなわち、内筒３２と外筒３４があって、両者間に環状の空間すなわち噴射室３６が形成されている。噴射室３６は、吸込み側（図の左側）では閉じており、その反対側（図の右側）では開口している。符号３８で指してある開口すなわち噴射孔は、全周にわたって連続している環状の開口とするほか、円周方向に所定の間隔で配列した多数の独立した貫通孔の形態であってもよい。いずれにしても、噴射孔３８はヘリカルインデューサ２８の外周に向けてある。

エジェクターノズル３０の噴射室３６は、配管４０によって、渦室の高圧側と連通させてある。より詳しく述べるならば、渦室の、ケーシング２２の最下部に位置する部分に配管４０を接続する。これは、気相と分離した液相のみを取り出すためである。したがって、ポンプの運転中、ケーシング２２の高圧側から配管４０を通じて高圧液が噴射室３６に供給され、そしてその高圧液は、噴射孔３８からヘリカルインデューサ２８の外周に向かって高圧で噴射される。

ケーシング２２とケースカバー２４はブラケット１４を介してモータ１０と結合してある。ケースカバー２４はモータ１０の主軸１２を貫通させるとともにその部分の軸封をするためのスタッフィングボックス２４ａを有する。ケースカバー２４のスタッフィングボックス２４ａにはシールカバー４２が取り付けてあり、そのシールカバー４２の内周にはリップシール４４が取り付けてある。リップシール４４はオイルシールとも呼ばれ、周知のとおり、内周のシールリップを主軸１２の外周面に摺接させてシール作用を発揮する。スタッフィングボックス２４ａ内で、インペラ２６のボス部とケースカバー２４との間にメカニカルシール４６が配置してある。メカニカルシール４６の詳細は周知のとおりであるためここでは詳細な説明は省略する。

上述の実施例の自吸式ポンプの作用は次のとおりである。
（１）停止時は、揚液がケーシング２２内の下半分に溜まり、ケーシング２２の上半分は気相になっている。
（２）起動するとその揚液は、インペラ２６の回転に伴う遠心力の作用でケーシング２２の内壁に沿って環状になり、渦室を循環する。
（３）ケーシング渦室を循環する揚液は、最下部の排出孔から配管４０を通じてエジェクターノズル３０の噴射室３６へ圧送される。
（４）噴射室３６内の揚液は、噴射孔３８から高速でヘリカルインデューサ２８の入口部へ噴射される。
（５）この際、ポンプ吸込み口付近の気体も同時に吸い込まれ、ヘリカルインデューサ２８へ流入する。
（６）ヘリカルインデューサ２８内に流入した気液混合液は、ヘリカルインデューサ２８翼２８ｄの回転に伴う遠心力の作用で、液相が外周部、気相が内周部に分離される。さらに、エジェクターノズル３０の噴射孔３８からヘリカルインデューサ２８の翼２８ｄの外周に向けて噴射されるため、翼２８ｄの外周から気体が逆流する心配がない。
（７）このようにして、ヘリカルインデューサ２８の翼２８ｄと翼２８ｄの間に封じ込まれた気体は、液封され吸込み側へ逆流することなく、インペラ２６へコンベヤ的に圧送される。
（８）気液混合の揚液は、インペラ２６でケーシング２２の渦室へ飛ばされる。
（９）ケーシング２２の渦室を循環する気液混合の揚液は、気相分がケーシング２２上部の吐出口２２ｂから排出され、液体のみがケーシング２２最下部から取り出され、気液分離が行われる。このようにして、液相のみが配管４０からエジェクターノズル３０へ、さらにヘリカルインデューサ２８へと循環する。
以上のサイクルを繰り返すことで、ポンプ吸込み管内の気相を吐出側へ排出する自吸作用を発生させる。

１０ モータ
１２ 主軸
１２ａ キー
１２ｂ おねじ部
１４ ブラケット
１６ モータカバー
１８ ベース
２０ ポンプ本体
２２ ケーシング
２４ ケースカバー
２６ インペラ
２６ａ 貫通孔（バランスホール）
２８ ヘリカルインデューサ
２８ａ ボス部
２８ｂ めねじ孔
２８ｃ 六角袋ナット部
２８ｄ 翼
３０ エジェクターノズル
３２ 内筒
３４ 外筒
３６ 噴射室
３８ 噴射孔
４０ 配管
４２ シールカバー
４４ リップシール
４６ メカニカルシール

Claims (2)

1. ケーシングの内部に形成した渦室内にインペラを収容し、前記インペラの吸込み側にヘリカルインデューサを配置したものにおいて、前記ヘリカルインデューサ側に向けて開口させた噴射孔を有する噴射室をもったエジェクターノズルを前記ケーシングの吸込み口に配置し、前記ケーシングの最下部の渦室から取り出した高圧液を前記噴射室に導入して前記噴射孔から噴射するようにしたことを特徴とする請求項１の自吸式ポンプ。
2. 停止時は、揚液がケーシング内の下半分に溜まり、ケーシングの上半分は気相になっており、
   起動するとその揚液は、インペラの回転に伴う遠心力の作用でケーシングの内壁に沿って環状になり、渦室を循環し、
   ケーシング渦室を循環する揚液は、最下部の排出孔から配管を通じて噴射室へ圧送され、
   噴射室の揚液は、噴射孔から高速でヘリカルインデューサの入口部へ噴射され、
   この際、ポンプ吸込み口付近の気体も同時に吸い込まれ、ヘリカルインデューサへ流入し、
   ヘリカルインデューサ内に流入した気液混合液は、ヘリカルインデューサ翼の回転に伴う遠心力の作用で、液相が外周部、気相が内周部に分離され、
   ヘリカルインデューサの翼と翼の間に封じ込まれた気体は、液封され吸込み側へ逆流することなく、インペラへコンベヤ的に圧送され、
   気液混合の揚液は、インペラでケーシングの渦室へ飛ばされ、
   ケーシングの渦室を循環する気液混合の揚液は、気相分がケーシング上部の吐出口から排出され、液体のみがケーシング最下部から取り出され、気液分離が行われ、
   このようにして、液相のみが配管からエジェクターノズルへ、さらにヘリカルインデューサへと循環し、
   以上のサイクルを繰り返すことで、ポンプ吸込み管内の気相を吐出側へ排出する自吸作用を発生させるようにしたことを特徴とする、請求項１の自吸式ポンプ。

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