JP3319815B2 - 渦流ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小容量高揚程のポンプ
特性を有する小型ポンプである渦流ポンプに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】小容量高揚程のポンプ特性を有するポン
プとして、従来から渦流ポンプが知られている。この渦
流ポンプは、構造が簡単であるとともに堅牢であること
から、従来から家庭用揚水ポンプを始め、種々の目的に
応じて広く用いられている。このような小容量高揚程の
渦流ポンプは、一般には図６および図７に模式的に示す
ような構造を有している。図６および図７において、こ
の渦流ポンプ１は、ケーシング２内に収容された羽根車
３を備えており、この羽根車３はケーシング２に回転可
能に支持された回転軸４に固定されていて、ケーシング
２内で回転可能とされている。羽根車３の外周縁部の両
側面には、所定数の扇形の溝５,５,…が周方向に所定の
間隔を置いて環状に形成されており、したがって羽根車
３は渦流型羽根車となっている。

【０００３】ケーシング２内には、ケーシング２の隔壁
６により仕切られたほぼ環状の流体通路７が溝５,５,…
含むような幅で形成されている。この流体通路７の一端
部には入口ポート７ａが形成されているとともに、流体
通路７の他端部には出口ポート７ｂが形成されている。
そして、入口ポート７ａには吸込通路８が接続されてい
るとともに、出口ポート７ｂには吐出通路９が接続され
ている。その場合、吸込通路８および吐出通路９は、羽
根車３の外周縁の外側に設けられている。

【０００４】このような構成をした渦流ポンプ１におい
ては、羽根車３が図７において矢印で示す反時計方向に
回転することにより、流体が矢印Ａ方向、すなわち羽根
車３の外周縁の外側から吸込通路８および入口ポート７
ａを通して流体通路７内に吸い込まれる。流体通路７内
に吸い込まれた流体は、溝５内に流入し、溝５とともに
反時計方向に回転する。このため、溝５内の流体は遠心
力によって外側に向かって放出されるようになり、放出
の際の流体の運動エネルギにより流体通路７内の流体の
圧力が次第に上昇する。そして、圧力の上昇した流体が
出口ポート７ｂを通って吐出通路９から矢印Ｂ方向に吐
出される。このとき、溝５内の流体が溝５から外側に放
出されたあとに、流体通路７内の流体が再び溝５内に流
入するので、図６に示すように流体は各溝５において渦
Ｃを巻きながら流体通路７内を入口ポート７ａから出口
ポート７ｂまで搬送されるようになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この渦流ポ
ンプ１においては、効率が低く、高々３５％程度の効率
しか得られないという問題がある。そこで、渦流ポンプ
１の性能を向上する一つの要素として、葛西泰二郎、生
井武文、妹尾泰利、「ウェスコポンプの研究（第１
報）」（機械学会論文集 １７巻 ５６号 昭和２６年 発
行）の論文により、次のことが指摘されている。

【０００６】すなわち、従来の渦流ポンプ１において
は、流体通路７内の流体との圧力分布は、流体通路７の
入口ポート７ａ領域付近において流体の圧力が最も低下
する分布となっている。このことから、渦流ポンプ１の
入口が流体の圧力の低下に大きく影響していることがわ
かり、したがって入口の改良が渦流ポンプ１の性能を向
上させる重要な要素の一つとなっている。

【０００７】そこで、この入口の改良について従来から
種々の研究が行われてきているが、いまだポンプ性能を
大幅に向上させることはできないのが現状である。

【０００８】このように渦流ポンプ１の効率が低いの
で、従来の渦流ポンプ１は小型ポンプのみに限定されて
用いられ、その結果渦流ポンプの用途は例えば前述のよ
うな家庭用揚水ポンプ等の特殊な用途に限定され、渦流
ポンプが一般産業用として広く用いることはできないと
いう問題がある。

【０００９】一方、近年揚程のより一層高いポンプが要
求されてきている。このような要求に応えるためには、
羽根車の外周速度を、要求される高い揚程に見合うよう
により一層高速にすることが考えられる。しかしなが
ら、前述の論文によって指摘されているように、羽根車
の外周速度をより一層高速にすると、入口に影響による
キャビテーションや流量の限界等により、ポンプ効率が
更に一層低下してしまう。したがって、羽根車の外周速
度を単純に高速にすることは、あまり現実的でない。

【００１０】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、効率を更に一層向上でき
るとともに、揚程をより一層高くできる簡単な構造の渦
流ポンプを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は、ケーシングと、このケーシン
グ内に回転可能に収容され、外周縁部に環状に配設され
た多数の溝を有する渦流型羽根車と、前記ケーシング内
の前記多数の溝の位置に形成されているとともに前記ケ
ーシングの隔壁によって一部が仕切られ、流体が一端部
に形成された入口ポートから他端部に形成された出口ポ
ートへ搬送されるほぼ環状の流体通路と、前記入口ポー
トに接続される吸込通路と、前記出口ポートに接続され
る吐出通路とを備えている渦流ポンプにおいて、前記入
口ポートが前記溝の側方に位置して設けられており、前
記吸込通路が前記流体通路の前記入口ポートに、前記渦
流型羽根車の前記外周縁部より内側から前記渦流型羽根
車の回転方向に巻き回されて径方向かつ回転方向に接続
されていることを特徴としている。

【００１２】また請求項２の発明は、前記吸込通路の上
流側に遠心型羽根車が配設されて、上流側の前記遠心型
羽根車と下流側の前記渦流型羽根車とからなる二段構造
の羽根車が形成されており、更に前記遠心型羽根車の入
口側に接続された遠心型羽根車側吸込通路が設けられて
いるとともに、前記遠心型羽根車の出口側に接続され
た、一段目の前記遠心型羽根車から二段目の前記渦流型
羽根車への通路が設けられ、この通路はその径方向幅が
内側から外側に向かいかつ前記遠心型羽根車の回転方向
に向かって次第に大きくなるように渦巻状に形成されて
いるとともに、前記流体通路の前記入口ポートに接続さ
れる前記吸込通路がこの通路に連続するようにして形成
されていることを特徴としている。

【００１３】

【作用】このように構成された請求項１の発明の渦流ポ
ンプにおいては、吸込通路を通って吸い込まれてくる流
体が、渦流型羽根車の外周縁部より内側から渦流型羽根
車の回転方向に巻き回して流体通路内で渦流型羽根車の
溝の側方に径方向かつ回転方向に沿って流入するので、
図５に示す特性曲線が得られるようになる。この特性曲
線から明らかなように、本発明による渦流ポンプの効率
は、従来の渦流ポンプの効率に比し大幅に向上するよう
になる。しかも、ポンプの揚程が従来の渦流ポンプに比
べてより一層高くなる。

【００１４】また、請求項１の発明においては、渦流ポ
ンプの吸込通路のみが、従来の渦流ポンプに対して変更
されるので、構造が簡単であるばかりでなく、変更にと
もなう製造コストの上昇が抑制される。

【００１５】更に、請求項２の発明においては、渦流ポ
ンプは一段目の遠心型羽根車と二段目の渦流型羽根車と
の２段構造の渦流ポンプとして構成され、しかも遠心型
羽根車から吐出されかつ吸込通路を通って吸い込まれて
くる流体が、渦流型羽根車の外周縁部より内側から渦流
型羽根車の回転方向に巻き回して流体通路内で渦流型羽
根車の溝の側方に流入するようになる。したがって、遠
心型羽根車によって高速かつ高圧にされた流体が、渦流
型羽根車の溝がある流体通路に効率よく吸い込まれるよ
うになる。その結果、請求項２の発明の渦流ポンプは、
図５に示す効率の特性曲線が請求項１の発明のポンプよ
り更に向上するようになる。しかも、遠心ポンプの有す
る低ＮＰＳＨ特性に基づいてポンプが高速で運転可能と
なるので、揚程もより一層高くなる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の一実施例を部分的に切り欠いて示
す正面図、図２は図１の左側面図である。なお、前述の
従来の渦流ポンプの構成要素と対応する構成要素には同
じ符号を付すことにより、その詳細な説明は省略する。

【００１７】図１および図２に示すように、本実施例の
渦流ポンプ１においては、流体通路７の入口ポート７ａ
が渦流型羽根車３の溝５の側方で、流体通路７の周方向
に沿って円弧状に形成されている。そして、吸込通路８
がこの入口ポート７ａに、溝５が形成されている渦流型
羽根車３の外周縁部より内側、すなわち回転軸４側から
矢印で示す渦流型羽根車３の回転方向に巻き回されて径
方向にかつ回転方向に接続されている。本実施例の渦流
ポンプの他の構成は、前述の図６および図７に示す従来
の渦流ポンプ１と同じである。

【００１８】このように構成された本実施例の渦流ポン
プ１では、渦流型羽根車３が反時計方向に回転すると、
吸込通路８を通って吸い込まれてくる流体は、渦流型羽
根車３の外周縁部より内側、すなわち回転軸４側から渦
流型羽根車３の回転方向に巻き回されて入口ポート７ａ
から流体通路７内で渦流型羽根車３の溝５の側方へ径方
向かつ回転方向に流入するようになる。

【００１９】図３は、本発明の他の実施例を示し、正面
からみた、図４のIIIーIII線に沿う断面図、図４は、図
３のIVーIV線に沿う断面図である。なお、前述の従来の
渦流ポンプの構成要素と対応する構成要素には同じ符号
を付すことにより、その詳細な説明は省略する。

【００２０】図３および図４に示すように、本実施例に
おいては渦流ポンプ１の渦流型羽根車３の回転軸４に、
遠心ポンプ１０の遠心型羽根車１１が渦流型羽根車３の
吸込通路８の上流側に位置して固定されている。したが
って、渦流型羽根車３と遠心型羽根車１１とは一緒に図
４において同じ反時計方向に回転するようになる。この
遠心型羽根車１１は、従来の一般的な遠心ポンプの遠心
型羽根車から構成することができる。

【００２１】遠心ポンプ１０の遠心ポンプ用吸込通路１
２が、回転軸４と同軸上に軸方向に延設されている。ま
た、遠心ポンプ１０の遠心ポンプ用流体通路１３が、遠
心型羽根車１３の外周縁のまわりを１周して形成されて
いる。その場合、図４から明らかなようにこの遠心ポン
プ用流体通路１３は、径方向幅が内側から外側に向かい
かつ遠心型羽根車１１の回転方向、すなわち図４に矢印
で示す反時計方向に向かって次第に大きくなるように渦
巻状に形成されている。

【００２２】遠心ポンプ用流体通路１３の終端と渦流ポ
ンプ１の流体通路７の入口ポート７ａとを連通する通路
１４が、遠心ポンプ用流体通路１３の渦巻状形状に連続
するようにして形成されている。この通路１４は、溝５
が形成されている渦流型羽根車３の外周縁部より内側、
すなわち回転軸４側から渦流型羽根車３および遠心型羽
根車１１の回転方向に巻き回されて、入口ポート７ａに
径方向かつ回転方向に接続されている。したがって、こ
の通路１４は、渦流ポンプ１の吸込通路８となってい
る。このように本実施例のポンプは、一段目の遠心型羽
根車１１と二段目の渦流型羽根車３との２段構造の渦流
ポンプとして構成されている。

【００２３】この渦流ポンプ１においては、回転軸４が
回転して渦流型羽根車３と遠心型羽根車１１とが回転す
ると、流体が矢印Ｄ方向から遠心ポンプ用吸込通路１２
を通って吸い込まれる。吸い込まれた流体は遠心羽根車
１１によって高速、高圧にされながら、流体通路１３を
通って通路１４から渦流ポンプ１の方へ搬送される。遠
心ポンプ１０から通路１４を通って搬送される流体、す
なわち渦流ポンプ１の吸込通路８を通って吸い込まれる
高速、高圧の流体は、前述の実施例と同様に渦流型羽根
車３の外周縁部より内側、すなわち回転軸４側から渦流
型羽根車３の回転方向に巻き回されて、入口ポート７ａ
から流体通路７内に流入する。

【００２４】図５は、前述の二つの実施例の渦流ポンプ
１の性能試験を行った結果、得られた特性曲線である。
図５において、四角は前述の図１および図２に示す第１
実施例に相当する渦流ポンプの特性曲線であり、丸は前
述の図３および図４に示す第２実施例に相当する二段構
造の渦流ポンプの特性曲線である。その場合、第１実施
例に相当する渦流ポンプ１として、図３および図４に示
す第２実施例のポンプにおいて遠心型羽根車１１を削除
して得られるポンプを用いた。なお、比較するために従
来の渦流ポンプの特性曲線も同じ図中に三角で示した。

【００２５】試験用の羽根車として、渦流羽根車３の直
径Ｄが８６mm、厚みｂが６mm、全溝数１２０、遠心形羽
根車１１の直径Ｄが６５mm、入口径ｄが２３mm、出口幅
ｂが６.５mm、羽根数１２（小羽根数９）のものを用い
た。ポンプ回転数は３,３５０r.p.mと設定した。

【００２６】図５から明らかなように、本発明の第１実
施例のポンプの効率ηは、従来の渦流ポンプの効率ηよ
り大幅に高い効率ηが得られ、本発明の第２実施例のポ
ンプの効率ηは第１実施例のポンプの効率ηよりさらに
高い効率ηが得られた。また、揚程Ｈも、効率と同様に
第１実施例のポンプの揚程Ｈが、従来の渦流ポンプの揚
程Ｈより大幅に高い揚程Ｈが得られ、第２実施例のポン
プの揚程Ｈが第１実施例のポンプの揚程Ｈよりさらに高
い揚程Ｈが得られた。更に、必要とする動力Ｐは二つの
実施例の渦流ポンプとも従来の渦流ポンプに比べてほぼ
同じかやや低い結果が得られた。なお、従来の渦流ポン
プの水量Ｑの低い部分については測定が正確にできない
ので、図示していない。

【００２７】これらの特性曲線から、本発明の渦流ポン
プによれば、従来の渦流ポンプに比べてほぼ同じ動力で
効率ηおよび揚程Ｈをともに大幅に向上させることがで
きるようになる。

【００２８】このように本発明による渦流ポンプの効率
が大幅に向上する理由は必ずしも明確ではないが、次の
ようなことが考えられる。すなわち、図１および図２に
おいて、吸込通路８から流体通路７内に流入する流体の
流れは、径方向内側から外側に向かう向きの流れの成分
と渦流型羽根車３の回転方向の流れの成分とから構成さ
れるようになる。したがって、吸込通路８から流体通路
７内に流入する流体の流れは溝５内の流体の流れに近い
ものとなり、流体のこれら二つの流れが激しく衝突する
ようなことはなくなる。その結果、流体通路７の入口ポ
ート７ａ領域付近において低圧部が発生しなくなり、渦
流ポンプ１の吐出圧が上昇する。これにより、渦流ポン
プ１の効率が大幅に上昇するとともに、揚程もより一層
高くなる。

【００２９】本発明による第１および第２実施例の渦流
ポンプは、効率および揚程とも高くなる他、次の効果が
得られる。すなわち、第１実施例の渦流ポンプでは、渦
流ポンプ１の吸込通路８のみを、従来の渦流ポンプに対
して変更するだけでよいので、構造が簡単であり、コス
トがほとんどアップしない。また、第２実施例の渦流ポ
ンプでは、遠心ポンプ１０によって高速かつ高圧にされ
た流体が渦流ポンプ１に吸い込まれるようになるため、
吐出圧を更に一層高くでき、ポンプ効率を更に一層向上
できる。

【００３０】なお、前述の実施例では、渦流型羽根車３
の回転軸４に遠心型羽根車１１を固定するようにしてい
るが、渦流型羽根車３の回転軸を渦流型羽根車３の回転
軸４とは別個に設けて、渦流型羽根車３と遠心型羽根車
１１とを互いに独立して回転制御するようにしてもよ
い。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明の渦流ポンプによれば、吸込通路を通って吸い
込まれてくる流体を、渦流型羽根車の外周縁部より内側
から渦流型羽根車の回転方向に巻き回して流体通路内で
渦流型羽根車の溝の側方に径方向かつ回転方向に流入さ
せているので、図５に示すような特性曲線が得られる。
したがって、ポンプの効率を大幅に上昇させることがで
きるとともに、ポンプの揚程をより一層高くすることが
できる。

【００３２】そのうえ、請求項１の発明によれば、ポン
プの吸込通路のみを、従来の渦流ポンプに対して変更す
るだけでよいので、構造が簡単であるばかりでなく、変
更にともなう製造コストの上昇を抑制できる。

【００３３】また、請求項２の発明によれば、一段目の
遠心型羽根車と二段目の渦流型羽根車とからなる２段構
造の渦流ポンプとして構成し、しかも遠心型羽根車から
吐出されかつ吸込通路を通って吸い込まれてくる流体
を、渦流型羽根車の外周縁部より内側から渦流型羽根車
の回転方向に巻き回して流体通路内で渦流型羽根車の溝
の側方に径方向かつ回転方向に流入させているので、ポ
ンプの吐出圧をより一層高めることができ、ポンプの効
率を更に一層向上することができる。しかも、遠心ポン
プの有する低ＮＰＳＨ特性に基づいてポンプを高速で運
転することができるので、揚程もより一層高くすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる渦流ポンプの一実施例を部分
的に切り欠いて示す正面図である。

【図２】 図１に示す実施例を部分的に切り欠いて示す
左側面図である。

【図３】 本発明の他の実施例を示す、図４におけるII
I−III線に沿う断面図である。

【図４】 図３におけるIV−IV線に沿う断面図である。

【図５】 本発明および従来の渦流ポンプの特性曲線を
示す図である。

【図６】 従来の渦流ポンプを部分的に切り欠いて示す
正面図である。

【図７】 図６に示す従来の渦流ポンプを部分的に切り
欠いて示す左側面図である。

【符号の説明】

１…渦流ポンプ、２…ケーシング、３…渦流型羽根車、
４…回転軸、５…溝、６…隔壁、７…流体通路、７ａ…
入口ポート、７ｂ…出口ポート、８…吸込通路、９…吐
出通路、１０…遠心ポンプ、１１…遠心型羽根車、１２
…遠心ポンプ用吸込通路、１３…遠心ポンプ用流体通
路、１４…通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−145395（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−9107（ＪＰ，Ａ) 実公 昭43−11166（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭39−12730（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 5/00 F04D 13/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングと、このケーシング内に回転
   可能に収容され、外周縁部に環状に配設された多数の溝
   を有する渦流型羽根車と、前記ケーシング内の前記多数
   の溝の位置に形成されているとともに前記ケーシングの
   隔壁によって一部が仕切られ、流体が一端部に形成され
   た入口ポートから他端部に形成された出口ポートへ搬送
   されるほぼ環状の流体通路と、前記入口ポートに接続さ
   れる吸込通路と、前記出口ポートに接続される吐出通路
   とを備えている渦流ポンプにおいて、 前記入口ポートが前記溝の側方に位置して設けられてお
   り、 前記吸込通路が前記流体通路の前記入口ポートに、前記
   渦流型羽根車の前記外周縁部より内側から前記渦流型羽
   根車の回転方向に巻き回されて径方向かつ回転方向に接
   続されていることを特徴とする渦流ポンプ。
2. 【請求項２】 前記吸込通路の上流側に遠心型羽根車が
   配設されて、上流側の前記遠心型羽根車と下流側の前記
   渦流型羽根車とからなる二段構造の羽根車が形成されて
   おり、更に前記遠心型羽根車の入口側に接続された遠心
   型羽根車側吸込通路が設けられているとともに、前記遠
   心型羽根車の出口側に接続された、一段目の前記遠心型
   羽根車から二段目の前記渦流型羽根車への通路が設けら
   れ、この通路はその径方向幅が内側から外側に向かいかつ前
   記遠心型羽根車の回転方向に向かって次第に大きくなる
   ように渦巻状に形成されているとともに、 前記流体通路
   の前記入口ポートに接続される前記吸込通路がこの通路
   に連続するようにして形成されていることを特徴とする
   請求項１記載の渦流ポンプ。