JP3202111U

JP3202111U - 自吸ポンプ

Info

Publication number: JP3202111U
Application number: JP2015005671U
Authority: JP
Inventors: 山本　晃; 晃山本; 寛井上
Original assignee: サニタリーエンジニアリング株式会社
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2025-10-19

Abstract

【課題】騒音や振動、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吸ポンプを提供する。【解決手段】自吸ポンプは、内部に渦室１０ａを形成した渦巻ケーシング１０と、渦室１０ａの吸込側に配置したサブケーシング１６と、渦室１０ａの内部に収容したインペラ２０と、サブケーシング１６の内部に収容したスクリューホイール２２とを具備し、サブケーシング１６の横断面を、直径方向に対向した位置に中心を有する楕円又は長円形状とする。スクリューホイール２２の吸込み側に補助羽根２２ｃを設ける。【選択図】図１

Description

この考案は、揚液用のインペラ（羽根車）が呼び水用も行うことができるようにした構造の自吸ポンプに関し、より詳しくは、限定する趣旨ではないが、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ポンプは、容積変化又は偏心したケーシングと、放射状に複数枚の羽根を有したインペラを備え、インペラが回転するとケーシング内に封入された液（呼び水）がケーシングの内壁に沿って旋回し、インペラの中心部には三日月状の空洞ができる。その空洞部の気体は、放射状の羽で区切られ、分割される。分割された一つの容積は、１回転するごとに膨張・圧縮の容積変化を起こす。したがって、膨張の始まり側と圧縮の最終部に開口部を設けると、吸入・膨張・圧縮・排出のサイクルを回転運転で行い、自吸作用及びポンプ作用を発揮する（非特許文献１参照）。

実用新案登録第３１９１３６２号公報

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

従来の自吸ポンプの構造には次のような問題点がある。

圧縮された気体が急激に膨張するため、騒音が発生し、インペラが高速で回転すると連続的に高い爆発音となる。室内設置が多い食品プラントでは、運転時の騒音が高いと周辺の作業環境に悪影響を及ぼす。

回転するインペラから付加された遠心力は、揚液を圧送するエネルギーには変換されないため、ポンプ効率が低い。そのため、エネルギーの消費が高く、不経済である。

ケーシング内を旋回する封液の水圧によるインペラ及びシャフトへのラジアル荷重が円周方向で均等でないため、アンバランスなラジアル荷重が振動の原因となり、機械的寿命を短くする。

この考案の課題は上述の問題点を除去して、騒音や振動、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吸ポンプを提供することにある。

この考案の自吸ポンプは、内部に渦室を形成した渦巻ケーシングと、前記渦室の吸込側には配置したサブケーシングと、前記渦室の内部に収容したインペラと、前記サブケーシングの内部に収容したスクリューホイールとを具備し、前記サブケーシングの横断面を、直径方向に対向した位置に中心を有する楕円又は長円形状とし、かつ、前記スクリューホイールの吸込み側に補助羽根を設けたことを特徴とするものである。

封液リングの内側に形成される空洞部が直径方向に対向した２カ所に位置するため、吸気量が倍増し、自吸性が高まる。また、減圧によるシャフトへのラジアル荷重がバランスし、振動の要因がなくなる。さらに、スクリューの巻き数が半減し、小型軽量化が実現する。

スクリューホイールの吸込み側に補助羽根を設けたことにより、吸込み側の液量が少量あるいは空状態であっても、自吸作用が継続的に維持される。

この考案によれば、運転時の騒音が高くなく、作業環境が良好になる。しかも、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、振動が少なく、長寿命化が期待できる。

この考案は、本出願人の先の考案（特許文献１）の改良にあたる。すなわち、先の考案の場合、スクリューホイールは、吸込み側に一定以上の液量を必要とする。例えば、吸込み側水平管の管径５０％以上の残液が必要である。吸込み側の液量が少ないときには、サブケーシングの内壁全体に液が均一に流入しないため、理想的な封液リングが形成されず、自吸作用が安定しない。

そこで、スクリューホイールの吸込み側に補助羽根を設けることにより、吸込み管の液量が少量であっても、補助羽根によって掻き取られ、その遠心力でサブケーシング内へ圧送され、理想的な封液リングが形成される。吸込み管の液量が空状態であっても、リサイクル管から戻された液が補助羽根の遠心力でサブケーシング内へ圧送され、封液リングが形成される。

このようにして、この考案によれば、吸込み側の液量が少量あるいは空状態であっても、自吸作用が継続的に維持される。

考案の実施の形態を説明するための自吸ポンプの縦断面図である。図１の自吸ポンプの横断面図である。

以下、添付図面に従ってこの考案の実施の形態を説明する。

図１に示す自吸ポンプは、遠心ポンプの一種であって、主要な構成要素として、渦巻ケーシング１０と、サブケーシング１６と、インペラ２０と、スクリューホイール２２を備えている。

渦巻ケーシング１０は、内部にインペラ２０を収容するための渦室１０ａを形成している。渦室１０ａは文字どおり渦巻き状で、インペラ２０の回転に伴い、軸心部が低圧、外周部が高圧となる。その渦室１０ａの圧力分布に対応して、渦巻ケーシング１０は、インペラ２０と同軸状の吸込口１０ｂと、高圧部と連通した半径方向の吐出口１０ｃを備えており、インペラ２０が回転すると、吸込口１０ｂから液が吸い込まれ、吐出口１０ｃから吐出される。

渦巻ケーシング１０は、ケーシング本体１２とケーシングカバー１４とからなり、ブラケット３０を介して電動機その他の駆動装置Ｍと結合してある。ケーシングカバー１４はスタッフィングボックス１４ａを有し、渦巻ケーシング１０とシャフト２４との間の軸封を行うためのメカニカルシール２８がスタッフィングボックス１４ａ内部に設置してある。メカニカルシール２８は、スタッフィングボックス１４ａ側に取り付けた固定環と、インペラ２０のボスに取り付けた回転環を、弾性的に押し付けた状態で相対回転させるようにした密封装置である。メカニカルシール２８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。なお、メカニカルシールに代えてグランドパッキンを採用することも可能である。

インペラ２０はシャフト２４に取り付けてあり、シャフト２４は駆動装置Ｍによって回転駆動される。常法により、インペラ２０とシャフト２４とはトルク伝達可能に結合される。図１はキーによる場合の例である。インペラ２０にはバランスホールと呼ばれる貫通孔２０ａが設けてある。これは、スタッフィングボックス１４ａ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２０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。

スクリューホイール２２は、インペラ２０よりも上流側に位置している。インペラ２０とスクリューホイール２２は、それぞれのボス部をシャフト２４とはめ合わせ、シャフト２４の先端のおねじに袋ナットを締め付けることによって、シャフト２４上で位置決めされ、固定される。図２から分かるように、スクリューホイール２２は円筒形状のボス２２ａの外周にらせん状の羽根２２ｂを形成したものである。スクリューホイール２２はサブケーシング１６内に収容されている。

サブケーシング１６は、クランプ２６を用いて、渦巻ケーシング１０の吸込口１０ｂ部分に着脱可能に取り付けてある。サブケーシング１６の横断面すなわち、中心軸線に対して垂直な断面は、楕円又は長円形状である。図２は２列円筒形すなわち２つの円筒（それぞれ中心を符号Ｏ_１、Ｏ_２で示す）を横に並べた形状を例示したものであるが、縦に並べることもできる。なお、サブケーシング１６に関する限り、図１は図２のＩ−Ｉ線に沿う断面を示す。

スクリューホイール２２の羽根２２ｂは、サブケーシング１６の内周面１６ａ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。羽根２２ｂは少なくとも１条のらせん状で、揚液の気相分を吸込み側から吸込口１０ｂ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、羽根２２ｂの数又はらせんの条数は特に限定するものではないが、図１は３条のらせんとした例である。スクリューホイール２２が回転することによって吸込口１０ｂ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。

渦巻ケーシング１０の渦室１０ａの最下部とサブケーシング１６の最下部に、それぞれ、貫通孔１０ｄ、１６ｂが設けてあり、これらの貫通孔１ｄ、１６ｂをリサイクル管１８によって接続してある。図示は省略したが、必要に応じて、リサイクル管１８の延長上にドレン弁を取り付けてもよく、また、リサイクル管１８の管路上に制御弁を取り付けてもよい。

渦室１０ａの最下部はスクリューホイール２２の上流側よりも十分に高圧であり、しかも、気相と分離した液相のみが存在する。したがって、ポンプの運転中、高圧液が、渦巻ケーシング１０の高圧側からリサイクル管１８を通じて、スクリューホイール２２の上流側で、スクリューホイール２２の外周に戻される。

スクリューホイール２２の吸込み側面に、溶接その他の適当な固定手段により、補助羽根２２ｃが取り付けてある。図２は３枚の補助羽根２２ｃを等間隔に配置した例であるが、補助羽根２２ｃの枚数や各補助羽根２２ｃの形状は任意である。

補助羽根２２ｃは、吸込み側の液量が少量あるいは空状態であっても、自吸作用が継続的に維持されるように作用する。すなわち、吸込み側、具体的にはサブケーシング１６と接続する吸込み管（図示せず）内の液量が少量であっても、補助羽根２２ｃによって掻き取られ、その遠心力でサブケーシング１６内へ圧送され、理想的な封液リングが形成される。吸込み管内の液量が空状態であっても、リサイクル管１８から戻された液が補助羽根２２ｃの遠心力でサブケーシング１６内へ圧送され、封液リングが形成される。

述べたような構成からなる実施の形態のポンプは、衛生的で自吸作用を発生するサニタリーポンプである。また、ポンプの内部構造は、液溜まりがなく、滑らかに仕上げられた表面とし、洗浄性を良好にするものとする。

ポンプを始動する前には、渦巻ケーシング１０内を液で満たす、すなわち、呼び水をすることが必要である。

ポンプの始動において、サブケーシング１６と渦巻ケーシング１０の内部に封入された液（呼び水）は、起動すると、サブケーシング１６内ではスクリューホイール２２の回転に伴う遠心力でサブケーシング１６の内壁に沿って旋回し、図２に模式的に示すように楕円又は長円形状の封液リングＡを形成する。

封液リングＡが楕円又は長円形状であること、及び、スクリューホイール２２のボス２２ａの外周面が円筒形状であることから、両者の間に、三日月状の空洞Ｂが、直径方向に対向する円周方向の２カ所に形成される。この空洞Ｂ部分の気体は、回転するスクリューホイール２２の羽根２２ｂによって掻き取られ、密閉された状態でインペラ２０内へ押し込まれる。

渦巻ケーシング１０内では、スクリューホイール２２によって押し込まれた気体が、呼び水と混合され、インペラ２０の回転に伴う遠心力で渦室１０ａへ飛ばされる。そして、気体混合液が渦室１０ａを旋回するうち、気体は外径側の吐出口１０ｃへ向けて押し出され、液体は最下部の貫通孔１０ｄからリサイクル管１８を通してサブケーシング１６へ圧送され、このようにして気液が分離する。

リサイクル管１８を通してサブケーシング１６へ戻された液は、自吸作用を発生させる封液リングＡの形状を維持するために必要な水量を自動的に補給することになる。

このようなサイクル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。なお、満液状態の運転においては、スクリューホイール２２のポンプ作用により、液をインペラ２０内へ押し込むことになり、ポンプの吸込み性能（耐キャビテーション性）が良く、液流れの急激な変化がなく、ポンプ効率の著しい低下がない。

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。

停止時は、揚液が渦巻ケーシング１０内の下部に溜まり、渦巻ケーシング１０の上部は気相になっている。

起動すると、その揚液は、インペラ２０の回転に伴う遠心力の作用で渦巻ケーシング１０の内壁に沿って環状になり、渦室１０ａを循環する。

渦巻ケーシング１０の渦室１０ａを循環する揚液は、最下部の貫通孔１０ｄからリサイクル管１８を通じてサブケーシング１６内へ圧送され、高速でスクリューホイール２２の入口側へ戻される。その際、吸込口１０ｂ付近の気体も同時に吸い込まれ、スクリューホイール２２へ流入する。

スクリューホイール２２内に流入した気体混合液は、スクリューホイール２２の羽根２２ｂの回転に伴う遠心力で、液相が外周部、気相が内周部に分離される。さらに、リサイクル管１８からスクリューホイール２２の羽根２２ｂの外周に向けて噴射されるため、羽根２２ｂの外周から気体が逆流する心配がない。

このようにして、スクリューホイール２２の羽根２２ｂと羽根２２ｂ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２０へコンベヤ的に圧送される。

気液混合の揚液は、インペラ２０で渦巻ケーシング１０の渦室１０ａへ飛ばされる。渦巻ケーシング１０の渦室１０ａを循環する気液混合の揚液は、気相が渦巻ケーシング１０上部の吐出口１０ｃから排出され、液相が渦室１０ａの最下部の貫通孔１０ｄから取り出され、気液分離が行われる。このようにして、液相のみがリサイクル管１８からスクリューホイール２２へと循環する。

以上のサイクルを繰り返すことで、ポンプ吸込み側の気相を吐出側へ排出する自吸作用を発生させる。

すでに述べたとおり、補助羽根２２ｃは、吸込み側の液量が少量あるいは空状態であっても、自吸作用が継続的に維持されるように作用する。言い換えれば、吸込み側に十分な液量があるときは、補助羽根２２ｃの役割は相対的に後退する。

上述の実施例の効果を要約して列記するならば次のとおりである。

実施例の自吸ポンプは、内部に渦室１０ａを形成した渦巻ケーシング１０と、渦室１０ａの吸込み側に配置したサブケーシング１６と、渦室１０ａの内部に収容したインペラ２０と、サブケーシング１６の内部に収容したスクリューホイール２２とを具備し、サブケーシング１６の横断面を、直径方向に対向した位置に中心を有する楕円又は長円形状としたものである。

そして、渦巻ケーシング１０の最下部（１０ｄ）とサブケーシング１６の最下部（１６ｂ）とをリサイクル管１８で接続することにより、渦室１０ａ内の高圧の液をスクリューホイール２２の上流側に戻し、ポンプ吸込側の気相を吐出側へ排出する自吸作用を発生させる。

スクリューホイール２２の吸込み側に補助羽根２２ｃを設けたことにより、吸込み側の液量が少量あるいは空状態であっても、自吸作用が継続的に維持される。

また、停止時は、リサイクル管１８を取り外すことにより、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、清潔かつ衛生的である。したがって、とりわけサニタリーポンプに好適である。

リサイクル管１８にドレン弁を装着することにより、ポンプ内の残液をすべて回収することができる。したがって、雑菌繁殖の要因となるポンプ内での液溜まりを常態化させないため、清潔かつ衛生的である。これも、サニタリーポンプとして有利な点である。

リサイクル管１８に制御弁を取り付けることで、吸気運転のときにはサブケーシング１６へ戻される水量を調整し、満液運転のときには弁を全閉にして液循環を制限することにより、ポンプ効率を高めることができる。

サブケーシング１６を渦巻ケーシング１０に対して着脱可能に取り付けることにより、ポンプの分解、組立てが容易となり、メンテナンスや洗浄作業の能率向上に寄与する。

以上、この考案の実施の形態を説明したが、この考案は、ここに述べ、かつ、図示した実施の形態に限らず、実用新案登録請求の範囲を逸脱することなく種々の改変を加えて実施をすることができることは言うまでもない。

１０渦巻ケーシング
１０ａ渦室
１０ｂ吸込口
１０ｃ吐出口
１０ｄ貫通孔
１２ケーシング本体
１４ケーシングカバー
１６サブケーシング
１６ａ内周面
１６ｂ貫通孔
１８リサイクル管
２０インペラ
２０ａバランスホール
２２スクリューホイール
２２ａボス
２２ｂ羽根
２２ｃ補助羽根
２４シャフト
２６クランプ
２８メカニカルシール
３０ブラケット
Ａ封液リング
Ｂ空洞
Ｍ駆動装置
Ｏ_１、Ｏ_２中心

Claims

内部に渦室を形成した渦巻ケーシングと、
前記渦室の吸込側に配置したサブケーシングと、
前記渦室の内部に収容したインペラと、
前記サブケーシングの内部に収容したスクリューホイールと
を具備し、前記サブケーシングの横断面を、直径方向に対向した位置に中心を有する楕円又は長円形状とし、かつ、前記スクリューホイールの吸込み側に補助羽根を設けたことを特徴とする自吸ポンプ。
前記渦巻ケーシングの最下部と前記サブケーシングの最下部とをリサイクル管で連結した請求項１の自吸ポンプ。
前記リサイクル管にドレン弁を装着した請求項２の自吸ポンプ。
前記リサイクル管に制御弁を取り付けた請求項２又は３の自吸ポンプ。
前記サブケーシングを前記渦巻ケーシングに対して着脱可能に取り付けた請求項１から４のいずれか１項の自吸ポンプ。