JP3537349B2 - スラストバランス装置 - Google Patents
スラストバランス装置Info
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- JP3537349B2 JP3537349B2 JP10093299A JP10093299A JP3537349B2 JP 3537349 B2 JP3537349 B2 JP 3537349B2 JP 10093299 A JP10093299 A JP 10093299A JP 10093299 A JP10093299 A JP 10093299A JP 3537349 B2 JP3537349 B2 JP 3537349B2
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- Japan
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- impeller
- thrust balance
- thrust
- peripheral surface
- fluid
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Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/18—Rotors
- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
- F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
- F04D29/2266—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures for sealing or thrust balance
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
- F04D29/041—Axial thrust balancing
- F04D29/0416—Axial thrust balancing balancing pistons
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はスラストバランス
装置に関し、更に詳しくは、例えばキャンドモータポン
プにおけるスラストバランス特性を格段に向上させるこ
とのできるスラストバランス装置に関する。
装置に関し、更に詳しくは、例えばキャンドモータポン
プにおけるスラストバランス特性を格段に向上させるこ
とのできるスラストバランス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、キ
ャンドモータポンプは、回転軸と、この回転軸に装着さ
れたインペラとを有する。このキャンドモータポンプに
おいては、回転軸方向に開口する吸引口から吸引された
流体が、回転するインペラの遠心力により、半径方向に
開口する吐出口から、吐出される。回転軸方向に吸引口
が開口しているので、インペラには、スラスト方向に力
が加わる。したがって、原始的なキャンドモータポンプ
においては、インペラがこのインペラを装填するチャン
バーの内壁に押しつけられてインペラの回転に支障を来
す。したがって、近年のキャンドモータポンプは殆ど全
てと言って良い位にスラストバランス機構を備えてい
る。
ャンドモータポンプは、回転軸と、この回転軸に装着さ
れたインペラとを有する。このキャンドモータポンプに
おいては、回転軸方向に開口する吸引口から吸引された
流体が、回転するインペラの遠心力により、半径方向に
開口する吐出口から、吐出される。回転軸方向に吸引口
が開口しているので、インペラには、スラスト方向に力
が加わる。したがって、原始的なキャンドモータポンプ
においては、インペラがこのインペラを装填するチャン
バーの内壁に押しつけられてインペラの回転に支障を来
す。したがって、近年のキャンドモータポンプは殆ど全
てと言って良い位にスラストバランス機構を備えてい
る。
【０００３】このスラストバランス機構は、吸引する流
体により発生するスラスト方向の圧力によるインペラの
回転障害を防止する機構である。通常、このスラストバ
ランス機構は、(1) バランスホールを備えたインペラ
の裏面に環状に形成された円筒体を、ケーシングに設け
られれた円筒状内周面を有する凹陥部に挿入することに
より、前記円筒体の外周面と前記凹陥部の円筒状内周面
との間隙により形成される固定オリフィスと、(2) 前
記円筒体の底面と、この円筒体の内周面と、前記円筒体
の内部空間に臨むようにケーシングに突出形成された第
１突出部の、前記底面から所定の間隔を有して向かう面
と、前記第１突出部よりも更に突出形成され、回転軸を
囲繞する環状の第２突出部の外周面とで形成されるスラ
ストバランス室と、(3) 前記第２突出部のインペラの
裏面に向かう先端面とインペラの裏面とで形成される可
変オリフィスとを有する。
体により発生するスラスト方向の圧力によるインペラの
回転障害を防止する機構である。通常、このスラストバ
ランス機構は、(1) バランスホールを備えたインペラ
の裏面に環状に形成された円筒体を、ケーシングに設け
られれた円筒状内周面を有する凹陥部に挿入することに
より、前記円筒体の外周面と前記凹陥部の円筒状内周面
との間隙により形成される固定オリフィスと、(2) 前
記円筒体の底面と、この円筒体の内周面と、前記円筒体
の内部空間に臨むようにケーシングに突出形成された第
１突出部の、前記底面から所定の間隔を有して向かう面
と、前記第１突出部よりも更に突出形成され、回転軸を
囲繞する環状の第２突出部の外周面とで形成されるスラ
ストバランス室と、(3) 前記第２突出部のインペラの
裏面に向かう先端面とインペラの裏面とで形成される可
変オリフィスとを有する。
【０００４】このスラストバランス機構においては、イ
ンペラを回転することによりその遠心力により流体がラ
ジアル方向に吐出されて行くのであるが、遠心方向に吐
出される流体の一部が前記固定オリフィスを通じてスラ
ストバランス室に流入する。スラストバランス室に流入
した流体は、可変オリフィスを通じてスラストバランス
室外に流出し、スラストバランス室から流出した流体は
バランスホールを通過して、吐出される流体に合流す
る。
ンペラを回転することによりその遠心力により流体がラ
ジアル方向に吐出されて行くのであるが、遠心方向に吐
出される流体の一部が前記固定オリフィスを通じてスラ
ストバランス室に流入する。スラストバランス室に流入
した流体は、可変オリフィスを通じてスラストバランス
室外に流出し、スラストバランス室から流出した流体は
バランスホールを通過して、吐出される流体に合流す
る。
【０００５】もし、吸引吐出される流体の圧力が高まる
と、インペラがスラスト方向に向かう圧力を受けて、イ
ンペラの裏面がその裏面の向かうケーシング面に接近す
る。ところが、流体の圧力により、固定オリフィスを通
過する流体の流量も増加してスラストバランス室内の流
体圧力が高まる。そうすると、スラストバランス室内に
おける流体圧力の増加により、インペラの裏面が向かう
ケーシングからインペラが遠ざかるようにインペラに圧
力がかかる。尚、この圧力を自立力と称することがあ
る。このスラストバランス室内の流体圧力によりインペ
ラが、吸引吐出される流体の圧力に抗して、移動する。
と、インペラがスラスト方向に向かう圧力を受けて、イ
ンペラの裏面がその裏面の向かうケーシング面に接近す
る。ところが、流体の圧力により、固定オリフィスを通
過する流体の流量も増加してスラストバランス室内の流
体圧力が高まる。そうすると、スラストバランス室内に
おける流体圧力の増加により、インペラの裏面が向かう
ケーシングからインペラが遠ざかるようにインペラに圧
力がかかる。尚、この圧力を自立力と称することがあ
る。このスラストバランス室内の流体圧力によりインペ
ラが、吸引吐出される流体の圧力に抗して、移動する。
【０００６】このようにしてインペラがその裏面の向か
うケーシングから遠ざかるように移動すると、換言する
と、インペラが、その裏面の向かうケーシング面から離
れるように位置をずらすと、可変オリフィスの間隙が増
大して、流体圧力の高まった流体がこの可変オリフィス
から急速に流出してしまう。その結果、スラストバラン
ス室内の流体圧力が低下し、吸引吐出する流体によるイ
ンペラに加わるスラスト方向圧力がスラストバランス室
内の流体圧力よりも大きくなる。スラスト方向圧力によ
ってインペラが、その裏面の向かうケーシング面に向か
ってその位置をずらす。
うケーシングから遠ざかるように移動すると、換言する
と、インペラが、その裏面の向かうケーシング面から離
れるように位置をずらすと、可変オリフィスの間隙が増
大して、流体圧力の高まった流体がこの可変オリフィス
から急速に流出してしまう。その結果、スラストバラン
ス室内の流体圧力が低下し、吸引吐出する流体によるイ
ンペラに加わるスラスト方向圧力がスラストバランス室
内の流体圧力よりも大きくなる。スラスト方向圧力によ
ってインペラが、その裏面の向かうケーシング面に向か
ってその位置をずらす。
【０００７】上述したように、固定オリフィスの間隙及
び可変オリフィスの間隙、さらにはスラストバランス室
の容積に応じて、スラストバランス室内の圧力と吸引吐
出する流体の圧力とがバランスするように、インペラが
その位置を可変し、スラスト方向における回転軸のバラ
ンスが図られている。
び可変オリフィスの間隙、さらにはスラストバランス室
の容積に応じて、スラストバランス室内の圧力と吸引吐
出する流体の圧力とがバランスするように、インペラが
その位置を可変し、スラスト方向における回転軸のバラ
ンスが図られている。
【０００８】しかしながら、従来のこのような構造を有
するスラストバランス装置においては、スラストバラン
ス室に注目した場合、インペラの裏面は回転面であり、
このインペラに向かうケーシング面は固定面である。し
たがって、このスラストバランス室に流入した流体は、
インペラの回転による角運動エネルギーを受けて、イン
ペラの回転と共に回転をする。スラストバランス室内で
流体がインペラと共に回転することによる流路抵抗が極
めて大きくなる。
するスラストバランス装置においては、スラストバラン
ス室に注目した場合、インペラの裏面は回転面であり、
このインペラに向かうケーシング面は固定面である。し
たがって、このスラストバランス室に流入した流体は、
インペラの回転による角運動エネルギーを受けて、イン
ペラの回転と共に回転をする。スラストバランス室内で
流体がインペラと共に回転することによる流路抵抗が極
めて大きくなる。
【０００９】回転面と固定面との間に挟まれた流体の流
路抵抗は、回転面と共に回転する流体の周速の二乗に比
例する。したがって、インペラの回転数が極めて大きい
高速ポンプにおいて、或いは高速ポンプでなくても、固
定面と回転面との間隙に存在する流体の量が多くなっ
て、その結果として回転する流体の周速が大きくなるよ
うな大型のポンプにおいては、スラストバランス室にお
ける流体の流路抵抗が大きくなってスラストバランスを
適正に維持することができないと言う問題があった。
路抵抗は、回転面と共に回転する流体の周速の二乗に比
例する。したがって、インペラの回転数が極めて大きい
高速ポンプにおいて、或いは高速ポンプでなくても、固
定面と回転面との間隙に存在する流体の量が多くなっ
て、その結果として回転する流体の周速が大きくなるよ
うな大型のポンプにおいては、スラストバランス室にお
ける流体の流路抵抗が大きくなってスラストバランスを
適正に維持することができないと言う問題があった。
【００１０】このような問題を解消するために、スラス
トバランス室における固定面に、均圧穴或いは減圧穴と
称されるバイパスを設ける工夫もなされていたが、流路
抵抗を下げてスラストバランスを適正に保持するには至
っていない。というのは、前記バイパスを設けることに
より、自立力を増大させることができても、スラストバ
ランス室内の流体の角運動量を劇的に減少させるには至
っていないからである。
トバランス室における固定面に、均圧穴或いは減圧穴と
称されるバイパスを設ける工夫もなされていたが、流路
抵抗を下げてスラストバランスを適正に保持するには至
っていない。というのは、前記バイパスを設けることに
より、自立力を増大させることができても、スラストバ
ランス室内の流体の角運動量を劇的に減少させるには至
っていないからである。
【００１１】この発明の目的は、スラストバランス特性
に優れたスラストバランス装置を提供することにある。
に優れたスラストバランス装置を提供することにある。
【００１２】この発明の目的は、ポンプの吐出量を大き
くしてもスラストバランス特性が良好なスラストバラン
ス装置を提供することにある。
くしてもスラストバランス特性が良好なスラストバラン
ス装置を提供することにある。
【００１３】この発明の目的は、高速回転するインペラ
を有するポンプであっても、スラストバランス特性が良
好なスラストバランス装置を提供することにある。
を有するポンプであっても、スラストバランス特性が良
好なスラストバランス装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段は、(1) バランスホールを備え、かつ回転軸に装
着されたインペラの裏面に環状に形成された円筒体を、
ケーシングに設けられた円筒状内周面を有する凹陥部に
挿入することにより、前記円筒体の外周面と前記凹陥部
の円筒状内周面との間隙により形成される固定オリフィ
スと、(2) 前記円筒体の底面と、この円筒体の内周面
と、前記円筒体の内部空間に臨むようにケーシングに突
出形成された第１突出部の、前記底面から所定の間隔を
有して向かう面と、前記第１突出部よりも更に突出形成
され、回転軸を囲繞する環状の第２突出部の外周面とで
形成されるスラストバランス室と、(3) 前記第２突出
部のインペラの裏面に向かう先端面とインペラの裏面と
で形成される可変オリフィスと、(4) 前記回転軸を囲
繞するように前記第１突出部に形成された環状溝と、
(5) 前記環状溝と前記凹陥部とに連通する均圧部とを
備えてなることを特徴とするスラストバランス装置であ
る。前記スラストバランス装置の好ましい態様として
は、前記請求項１における均圧部のその軸線に直交する
方向での断面積の総和、及び前記請求項１における環状
溝の前記第１突出部における開口面積が前記バランスホ
ールの開口面積の総和よりも大きくなるように形成され
てなるスラストバランス装置を挙げることができる。
の手段は、(1) バランスホールを備え、かつ回転軸に装
着されたインペラの裏面に環状に形成された円筒体を、
ケーシングに設けられた円筒状内周面を有する凹陥部に
挿入することにより、前記円筒体の外周面と前記凹陥部
の円筒状内周面との間隙により形成される固定オリフィ
スと、(2) 前記円筒体の底面と、この円筒体の内周面
と、前記円筒体の内部空間に臨むようにケーシングに突
出形成された第１突出部の、前記底面から所定の間隔を
有して向かう面と、前記第１突出部よりも更に突出形成
され、回転軸を囲繞する環状の第２突出部の外周面とで
形成されるスラストバランス室と、(3) 前記第２突出
部のインペラの裏面に向かう先端面とインペラの裏面と
で形成される可変オリフィスと、(4) 前記回転軸を囲
繞するように前記第１突出部に形成された環状溝と、
(5) 前記環状溝と前記凹陥部とに連通する均圧部とを
備えてなることを特徴とするスラストバランス装置であ
る。前記スラストバランス装置の好ましい態様として
は、前記請求項１における均圧部のその軸線に直交する
方向での断面積の総和、及び前記請求項１における環状
溝の前記第１突出部における開口面積が前記バランスホ
ールの開口面積の総和よりも大きくなるように形成され
てなるスラストバランス装置を挙げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】（具体的説明）
−例１−
この例１は、本願請求項１に記載されたスラストバラン
ス装置の一例である。図１は、例１のスラストバランス
装置を組み込んだ遠心ポンプを示す半切断面図である。
ス装置の一例である。図１は、例１のスラストバランス
装置を組み込んだ遠心ポンプを示す半切断面図である。
【００１６】図１に示されるように、この発明の一例で
あるスラストバランス装置を組み込んだ遠心ポンプ１
は、ケーシング２とライナディスク３とを備え、このケ
ーシング２とライナディスク３とで形成されるポンプ室
４内に、回転軸５に装着されたインペラ６を備えてな
る。
あるスラストバランス装置を組み込んだ遠心ポンプ１
は、ケーシング２とライナディスク３とを備え、このケ
ーシング２とライナディスク３とで形成されるポンプ室
４内に、回転軸５に装着されたインペラ６を備えてな
る。
【００１７】この遠心ポンプ１の吸引口は、図１には示
されていないが、インペラ６の軸方向に向かう場所に形
成される。この吸引口からポンプ室４迄は、回転軸５の
軸線と同じ軸線を有する円筒状の案内路７が存在する。
前記インペラ６は、軸線方向から見て円形をなす基台８
を有する。このインペラ６は、回転軸５の回転により回
転し、案内路７から導入された流体を遠心方向に吐出す
る。したがって、この遠心ポンプ１においては、インペ
ラ６における遠心方向において、ケーシング２に吐出口
が設けられている。
されていないが、インペラ６の軸方向に向かう場所に形
成される。この吸引口からポンプ室４迄は、回転軸５の
軸線と同じ軸線を有する円筒状の案内路７が存在する。
前記インペラ６は、軸線方向から見て円形をなす基台８
を有する。このインペラ６は、回転軸５の回転により回
転し、案内路７から導入された流体を遠心方向に吐出す
る。したがって、この遠心ポンプ１においては、インペ
ラ６における遠心方向において、ケーシング２に吐出口
が設けられている。
【００１８】この発明におけるスラストバランス装置に
おいては、インペラ６の一部をなす前記基台８の裏面、
すなわちライナディスク３に向かう面に、円筒体９がラ
イナディスク３に向けて突出するように形成されてい
る。この基台８には、更に、回転軸５寄りに基台８の裏
面から案内路７側の面に迄貫通するバランスホール１０
が開設されている。
おいては、インペラ６の一部をなす前記基台８の裏面、
すなわちライナディスク３に向かう面に、円筒体９がラ
イナディスク３に向けて突出するように形成されてい
る。この基台８には、更に、回転軸５寄りに基台８の裏
面から案内路７側の面に迄貫通するバランスホール１０
が開設されている。
【００１９】ライナディスク３の前記基台８に向かう面
には、前記円筒体９の直径よりも僅かに大きな内径を有
する円筒状内周面を有する凹陥部１１が形成される。こ
の凹陥部１１に前記円筒体９が挿入される。挿入された
円筒体９の外周面とこの凹陥部１１の内周面とでわずか
な間隙が形成される。この間隙が、固定オリフィス１２
である。
には、前記円筒体９の直径よりも僅かに大きな内径を有
する円筒状内周面を有する凹陥部１１が形成される。こ
の凹陥部１１に前記円筒体９が挿入される。挿入された
円筒体９の外周面とこの凹陥部１１の内周面とでわずか
な間隙が形成される。この間隙が、固定オリフィス１２
である。
【００２０】前記凹陥部１１には、前記円筒体９の内側
であって、インペラ６の裏側面に向かって突出する円盤
状の第１突出部１３が形成され、更にこの第１突出部１
３の内側であって、回転軸５寄りに形成され、前記イン
ペラ６の裏側面に前記第１突出部１３よりも更に近接す
る環状端面を有する第２突出部１４が形成される。第１
突出部１３の前記円筒体９の底面に向かう端面は環状を
なす。この凹陥部１１に前記円筒体９を挿入した場合、
この第１突出部１３の外周面と円筒体９の内周面とに
は、所定の間隙が形成される。この間隙は前記固定オリ
フィス１２における間隙よりも遙かに大きな寸法に設定
される。また、この第２突出部１４の環状端面も、軸方
向から見ると環状をなす。
であって、インペラ６の裏側面に向かって突出する円盤
状の第１突出部１３が形成され、更にこの第１突出部１
３の内側であって、回転軸５寄りに形成され、前記イン
ペラ６の裏側面に前記第１突出部１３よりも更に近接す
る環状端面を有する第２突出部１４が形成される。第１
突出部１３の前記円筒体９の底面に向かう端面は環状を
なす。この凹陥部１１に前記円筒体９を挿入した場合、
この第１突出部１３の外周面と円筒体９の内周面とに
は、所定の間隙が形成される。この間隙は前記固定オリ
フィス１２における間隙よりも遙かに大きな寸法に設定
される。また、この第２突出部１４の環状端面も、軸方
向から見ると環状をなす。
【００２１】スラストバランス室１５が、第１突出部１
３の環状端面（この面は固定面でもある。）と、前記円
筒体９の底面（この面はインペラの裏面であり、また、
回転面でもある。）とで挟まれた空間として形成され
る。
３の環状端面（この面は固定面でもある。）と、前記円
筒体９の底面（この面はインペラの裏面であり、また、
回転面でもある。）とで挟まれた空間として形成され
る。
【００２２】第２突出部１４の環状端面と円筒体９の底
面すなわち基台８の裏面との間隙が、可変オリフィス１
６を形成する。
面すなわち基台８の裏面との間隙が、可変オリフィス１
６を形成する。
【００２３】前記第１突出部１３の第２突出部１４寄り
には、回転軸５を中心とする環状溝１７が形成される。
この環状溝１７は、第１突出部１３の環状端面に開口す
る開口部と、回転軸５の軸線と同じ軸線を中心とする円
筒体９の外周面である内側内周面と、回転軸５の軸線と
同じ軸線を中心とする円筒体９の内周面である外側内周
面とで囲繞される溝空間を有する。この溝空間は、回転
軸５を中心とする環状の空間である。なお、縦断面図で
ある図１においては、内側内周面における縦断面端縁線
と外側内周面における縦断面端縁線とが平行に表れる。
には、回転軸５を中心とする環状溝１７が形成される。
この環状溝１７は、第１突出部１３の環状端面に開口す
る開口部と、回転軸５の軸線と同じ軸線を中心とする円
筒体９の外周面である内側内周面と、回転軸５の軸線と
同じ軸線を中心とする円筒体９の内周面である外側内周
面とで囲繞される溝空間を有する。この溝空間は、回転
軸５を中心とする環状の空間である。なお、縦断面図で
ある図１においては、内側内周面における縦断面端縁線
と外側内周面における縦断面端縁線とが平行に表れる。
【００２４】均圧部１８が、前記第１突出部１３の外周
面から前記環状溝１７まで貫通する貫通孔として形成さ
れる。この均圧部１８は、前記環状溝１７と凹陥部１１
とに連通する。この貫通孔である均圧部１８は、この第
１突出部１３に１２個設けられている。この均圧部のそ
の軸線に直交する方向での断面は円形であり、したがっ
て、この均圧部は円筒形の内部空間を有する。
面から前記環状溝１７まで貫通する貫通孔として形成さ
れる。この均圧部１８は、前記環状溝１７と凹陥部１１
とに連通する。この貫通孔である均圧部１８は、この第
１突出部１３に１２個設けられている。この均圧部のそ
の軸線に直交する方向での断面は円形であり、したがっ
て、この均圧部は円筒形の内部空間を有する。
【００２５】次に以上構成の遠心ポンプ１及びスラスト
バランス装置の作用について説明する。
バランス装置の作用について説明する。
【００２６】回転軸５が回転するとインペラ６も回転す
る。吸引口から導入された流体は案内路７を経てポンプ
室４に流入する。ポンプ室４内ではインペラ６が回転し
ているので、その遠心力により吐出口に放流される。こ
れは通常の遠心ポンプ１の作用である。
る。吸引口から導入された流体は案内路７を経てポンプ
室４に流入する。ポンプ室４内ではインペラ６が回転し
ているので、その遠心力により吐出口に放流される。こ
れは通常の遠心ポンプ１の作用である。
【００２７】ポンプ室４内の流体の一部は、前記固定オ
リフィス１２を通じてスラストバランス室１５に流入
し、可変オリフィス１６を通過し、バランスホール１０
を抜けてインペラ６の表側に戻る。
リフィス１２を通じてスラストバランス室１５に流入
し、可変オリフィス１６を通過し、バランスホール１０
を抜けてインペラ６の表側に戻る。
【００２８】もしもインペラ６側の吐出圧力が高まった
場合には、その吐出圧力によりインペラ６がライナディ
スク３側に近接移動する。すると、可変オリフィス１６
の間隙がそれまでよりも更に狭くなり、この可変オリフ
ィス１６から流出する流体の流量が低下する。一方、可
変オリフィス１６の間隙が小さくなっても固定オリフィ
ス１２の間隙は依然として変わらないのでスラストバラ
ンス室１５内に流体が流入し続ける。スラストバランス
室１５内に流体が流入し続ける一方、吐出圧力の高まり
により可変オリフィス１６の間隙が小さくなって可変オ
リフィス１６から抜け出る流体の流量が制限される。そ
の結果、スラストバランス室１５内の流体の圧力が高ま
り、ついにはスラストバランス室１５の流体圧力が吐出
圧力よりも高くなる。
場合には、その吐出圧力によりインペラ６がライナディ
スク３側に近接移動する。すると、可変オリフィス１６
の間隙がそれまでよりも更に狭くなり、この可変オリフ
ィス１６から流出する流体の流量が低下する。一方、可
変オリフィス１６の間隙が小さくなっても固定オリフィ
ス１２の間隙は依然として変わらないのでスラストバラ
ンス室１５内に流体が流入し続ける。スラストバランス
室１５内に流体が流入し続ける一方、吐出圧力の高まり
により可変オリフィス１６の間隙が小さくなって可変オ
リフィス１６から抜け出る流体の流量が制限される。そ
の結果、スラストバランス室１５内の流体の圧力が高ま
り、ついにはスラストバランス室１５の流体圧力が吐出
圧力よりも高くなる。
【００２９】スラストバランス室１５の流体圧力が吐出
圧力よりも高くなると、凹陥部１１から円筒体９が抜け
出る方向にインペラ６が移動する。インペラ６の移動に
より、可変オリフィス１６の間隙が広がる。可変オリフ
ィス１６の間隙が広がるとスラストバランス室１５内の
流体が可変オリフィス１６から抜け出る量が多くなり、
スラストバランス室１５内の流体量が減少し、結果とし
て、スラストバランス室１５内の流体圧力とインペラ６
側の吐出圧力とが釣り合ったところで、インペラ６の移
動が停止する。
圧力よりも高くなると、凹陥部１１から円筒体９が抜け
出る方向にインペラ６が移動する。インペラ６の移動に
より、可変オリフィス１６の間隙が広がる。可変オリフ
ィス１６の間隙が広がるとスラストバランス室１５内の
流体が可変オリフィス１６から抜け出る量が多くなり、
スラストバランス室１５内の流体量が減少し、結果とし
て、スラストバランス室１５内の流体圧力とインペラ６
側の吐出圧力とが釣り合ったところで、インペラ６の移
動が停止する。
【００３０】ところで、スラストバランス室１５内に存
在する流体それ自身は、インペラ６の回転に伴って回転
する。スラストバランス室１５内で回転する流体は角運
動量を有し、流路抵抗を生じさせる。この流路抵抗が大
きいと、可変オリフィス１６の間隙が増大しても、スラ
ストバランス室１５内の流体が迅速に可変オリフィス１
６から流出しないと言う問題が残る。
在する流体それ自身は、インペラ６の回転に伴って回転
する。スラストバランス室１５内で回転する流体は角運
動量を有し、流路抵抗を生じさせる。この流路抵抗が大
きいと、可変オリフィス１６の間隙が増大しても、スラ
ストバランス室１５内の流体が迅速に可変オリフィス１
６から流出しないと言う問題が残る。
【００３１】この発明の目的は、流体の角運動量による
流路抵抗を減少させることにある。したがって、この発
明の例においては、環状溝１７及び均圧部１８を設けて
いる。この均圧部１８から環状溝１７を通じてスラスト
バランス室１５内に、角運動量を有していない流体が流
入し、角運動量を持つ流れと混合することにより、スラ
ストバランス室１５内における流体の角運動量が劇的に
減少する。したがって、スラストバランス室１５内の流
体の角運動量による流路抵抗が減少することにより、ス
ラストバランス室１５内の流体が迅速かつ円滑に可変オ
リフィス１６を通って流出する。
流路抵抗を減少させることにある。したがって、この発
明の例においては、環状溝１７及び均圧部１８を設けて
いる。この均圧部１８から環状溝１７を通じてスラスト
バランス室１５内に、角運動量を有していない流体が流
入し、角運動量を持つ流れと混合することにより、スラ
ストバランス室１５内における流体の角運動量が劇的に
減少する。したがって、スラストバランス室１５内の流
体の角運動量による流路抵抗が減少することにより、ス
ラストバランス室１５内の流体が迅速かつ円滑に可変オ
リフィス１６を通って流出する。
【００３２】均圧部１８及び環状溝１７を有するポンプ
と、均圧部１８しか有していないポンプとにおける回転
軸５のスラストバランスについて、コンピュータを使用
したシミュレーション結果によると、均圧部１８しか有
していないポンプにおける可変オリフィス１６での流体
流出量は２９０リットル／ｍｉｎであり、インペラ６の
背面における流体圧力（スラストバランス室１５内の圧
力）は２３６３Ｎ（２４１ｋｇｆ）であったところ、均
圧部１８及び環状溝１７を有するポンプにおける可変オ
リフィス１６での流体流出量は３０１リットル／ｍｉｎ
であり、インペラ６の背面における流体圧力は２１５７
Ｎ（２２０ｋｇｆ）であり、劇的に減少した。なお、計
算するにあたって、採用されたポンプの仕様は、ＳＵＣ
１２５Ａ、ＤＩＳ１００Ａ、２００ｍ3／ｈ×３２ｍ×
２９００ｒｐｍ、インペラ径φ１９０である。
と、均圧部１８しか有していないポンプとにおける回転
軸５のスラストバランスについて、コンピュータを使用
したシミュレーション結果によると、均圧部１８しか有
していないポンプにおける可変オリフィス１６での流体
流出量は２９０リットル／ｍｉｎであり、インペラ６の
背面における流体圧力（スラストバランス室１５内の圧
力）は２３６３Ｎ（２４１ｋｇｆ）であったところ、均
圧部１８及び環状溝１７を有するポンプにおける可変オ
リフィス１６での流体流出量は３０１リットル／ｍｉｎ
であり、インペラ６の背面における流体圧力は２１５７
Ｎ（２２０ｋｇｆ）であり、劇的に減少した。なお、計
算するにあたって、採用されたポンプの仕様は、ＳＵＣ
１２５Ａ、ＤＩＳ１００Ａ、２００ｍ3／ｈ×３２ｍ×
２９００ｒｐｍ、インペラ径φ１９０である。
【００３３】−例１の変形例−
本願請求項１に記載の構成においては、環状溝１７は、
前記回転軸５を囲繞するように前記第１突出部１３に形
成されている限り、その溝空間がどのようであっても良
い。例えば、図２に示されるように、環状溝１７は、第
１突出部１３の環状端面に開口する開口部と、回転軸５
の軸線と同じ軸線を中心とする円筒体９の外周面に相当
する内側内周面と、回転軸５の軸線と同じ軸線を中心と
する円錐体の内周面に相当する外側内周面とで囲繞され
る溝空間を有していてもよい。この場合、図２で示され
る縦断面図においては、この溝空間の縦断面がくさび型
に表れる。また、他の例としての環状溝１７は、第１突
出部１３の環状端面に開口する開口部と、回転軸５の軸
線と同じ軸線を中心とする円錐体の外周面に相当する内
側内周面と、回転軸５の軸線と同じ軸線を中心とする円
筒体９の内周面に相当する外側内周面とで囲繞される溝
空間を有していてもよい。この場合、図３で示される縦
断面図においては、この溝空間の縦断面がくさび型に表
れる。さらに他の例としての環状溝１７は、第１突出部
１３の環状端面に開口する開口部と、回転軸５の軸線と
同じ軸線を中心とする円錐体の外周面に相当する内側内
周面と、回転軸５の軸線と同じ軸線を中心とする円錐体
の内周面に相当する外側内周面とで囲繞される溝空間を
有していてもよい。
前記回転軸５を囲繞するように前記第１突出部１３に形
成されている限り、その溝空間がどのようであっても良
い。例えば、図２に示されるように、環状溝１７は、第
１突出部１３の環状端面に開口する開口部と、回転軸５
の軸線と同じ軸線を中心とする円筒体９の外周面に相当
する内側内周面と、回転軸５の軸線と同じ軸線を中心と
する円錐体の内周面に相当する外側内周面とで囲繞され
る溝空間を有していてもよい。この場合、図２で示され
る縦断面図においては、この溝空間の縦断面がくさび型
に表れる。また、他の例としての環状溝１７は、第１突
出部１３の環状端面に開口する開口部と、回転軸５の軸
線と同じ軸線を中心とする円錐体の外周面に相当する内
側内周面と、回転軸５の軸線と同じ軸線を中心とする円
筒体９の内周面に相当する外側内周面とで囲繞される溝
空間を有していてもよい。この場合、図３で示される縦
断面図においては、この溝空間の縦断面がくさび型に表
れる。さらに他の例としての環状溝１７は、第１突出部
１３の環状端面に開口する開口部と、回転軸５の軸線と
同じ軸線を中心とする円錐体の外周面に相当する内側内
周面と、回転軸５の軸線と同じ軸線を中心とする円錐体
の内周面に相当する外側内周面とで囲繞される溝空間を
有していてもよい。
【００３４】どのような溝空間を有する環状溝１７であ
っても、均圧部１８におけるその軸線に直交する方向で
の断面積、具体的には円形断面積の総和Ａ｛Ａはｎ×
（π／４）×ｄ1 2で計算される。ただし、ｎは均圧部１
８の数を示す。｝が、環状溝１７の開口面積Ｂ｛Ｂは
（π／４）×（Ｄ2 2−Ｄ3 2）で計算される。｝と同じ
か、それよりも小さい（すなわち、Ａ≦Ｂ）ことが、基
本的に好ましい。
っても、均圧部１８におけるその軸線に直交する方向で
の断面積、具体的には円形断面積の総和Ａ｛Ａはｎ×
（π／４）×ｄ1 2で計算される。ただし、ｎは均圧部１
８の数を示す。｝が、環状溝１７の開口面積Ｂ｛Ｂは
（π／４）×（Ｄ2 2−Ｄ3 2）で計算される。｝と同じ
か、それよりも小さい（すなわち、Ａ≦Ｂ）ことが、基
本的に好ましい。
【００３５】更に、前記均圧部１８における前記円形断
面積の総和Ａ、及び前記環状溝１７の開口面積Ｂの何れ
も、バランスホール１０の基台８における開口面積の総
和よりも大きくなるように形成されたスラストバランス
装置は、スラストバランス特性が特に良好であるから好
ましい。
面積の総和Ａ、及び前記環状溝１７の開口面積Ｂの何れ
も、バランスホール１０の基台８における開口面積の総
和よりも大きくなるように形成されたスラストバランス
装置は、スラストバランス特性が特に良好であるから好
ましい。
【００３６】均圧部１８の数は特に制限がない。
【００３７】
【実施例】（実施例１）キャンドモータポンプ（形式
名：ＨＮ２５Ｅ）に、図１に示される構造を有するスラ
ストバランス装置を設けた例につき、吐出流量を１０〜
１４０ｍ3／ｈｒの範囲で変化させて、スラストバラン
ス室１５内の流体圧力とインペラ６側の吐出圧力との
差、即ち残留スラストを測定した。
名：ＨＮ２５Ｅ）に、図１に示される構造を有するスラ
ストバランス装置を設けた例につき、吐出流量を１０〜
１４０ｍ3／ｈｒの範囲で変化させて、スラストバラン
ス室１５内の流体圧力とインペラ６側の吐出圧力との
差、即ち残留スラストを測定した。
【００３８】前記キャンドモータポンプにおけるスラス
トバランス装置においては、前記均圧部１８における前
記円形断面積の総和Ａ、及び前記環状溝１７における開
口面積Ｂの何れもが、バランスホール１０の基台８にお
ける開口面積の総和よりも大きくなるように形成され、
更に均圧部１８の円形断面積の総和Ａが、環状溝１７の
前記開口面積Ｂよりも小さくなるように形成された。前
記キャンドモータポンプは５０Ｈｚの交流で回転させ
た。結果を図５に示す。
トバランス装置においては、前記均圧部１８における前
記円形断面積の総和Ａ、及び前記環状溝１７における開
口面積Ｂの何れもが、バランスホール１０の基台８にお
ける開口面積の総和よりも大きくなるように形成され、
更に均圧部１８の円形断面積の総和Ａが、環状溝１７の
前記開口面積Ｂよりも小さくなるように形成された。前
記キャンドモータポンプは５０Ｈｚの交流で回転させ
た。結果を図５に示す。
【００３９】図５に示されるように、前記キャンドモー
タポンプでは、１０〜１４０ｍ3／ｈｒの範囲の吐出流
量においては、残留スラストは殆ど零であり、スラスト
バランス室１５内の流体圧力とインペラ６側の吐出圧力
とがほぼ釣り合っていた。
タポンプでは、１０〜１４０ｍ3／ｈｒの範囲の吐出流
量においては、残留スラストは殆ど零であり、スラスト
バランス室１５内の流体圧力とインペラ６側の吐出圧力
とがほぼ釣り合っていた。
【００４０】（比較例１）環状溝１７及び均圧部１８の
何れも設けなかった以外は実施例１と同様の構造を有す
るキャンドモータポンプ（形式名：ＨＮ２５Ｅ−Ｆ４）
について、実施例１と同一の条件下、及び同一の範囲の
吐出流量において、残留スラストを測定した。結果を図
５に示す。
何れも設けなかった以外は実施例１と同様の構造を有す
るキャンドモータポンプ（形式名：ＨＮ２５Ｅ−Ｆ４）
について、実施例１と同一の条件下、及び同一の範囲の
吐出流量において、残留スラストを測定した。結果を図
５に示す。
【００４１】図５に示されるように、前記キャンドモー
タポンプにおいては、スラストバランス室１５からイン
ペラ６に向かって、最大約７０ｋｇｆの残留スラストが
生じた。
タポンプにおいては、スラストバランス室１５からイン
ペラ６に向かって、最大約７０ｋｇｆの残留スラストが
生じた。
【発明の効果】この発明によると、スラストバランス特
性に優れたスラストバランス装置を提供することができ
る。
性に優れたスラストバランス装置を提供することができ
る。
【００４２】この発明によると、ポンプの吐出量を大き
くしてもスラストバランス特性が良好なスラストバラン
ス装置を提供するができる。
くしてもスラストバランス特性が良好なスラストバラン
ス装置を提供するができる。
【００４３】この発明によると、高速回転するインペラ
を有するポンプであっても、スラストバランス特性が良
好なスラストバランス装置を提供することができる。
を有するポンプであっても、スラストバランス特性が良
好なスラストバランス装置を提供することができる。
【図１】図１は、この発明の一例を示す縦断面図であ
る。
る。
【図２】図２は、この発明の他の例を示す縦断面図であ
る。
る。
【図３】図３は、この発明の他の例を示す縦断面図であ
る。
る。
【図４】図４は、この発明の他の例を示す縦断面図であ
る。
る。
【図５】図５は、図１に示されたスラストバランス装置
を備える遠心ポンプの一例であるキャンドモータポン
プ、及び前記スラストバランス装置を備えない以外は前
記キャンドモータポンプと同様のキャンドモータポンプ
について、吐出流量を変化させたときの残留スラストの
変化を示す折れ線グラフである。
を備える遠心ポンプの一例であるキャンドモータポン
プ、及び前記スラストバランス装置を備えない以外は前
記キャンドモータポンプと同様のキャンドモータポンプ
について、吐出流量を変化させたときの残留スラストの
変化を示す折れ線グラフである。
１・・・遠心ポンプ、２・・・ケーシング、３・・・ラ
イナディスク、４・・・ポンプ室、５・・・回転軸、６
・・・インペラ、７・・・案内路、８・・・基台、９・
・・円筒体、１０・・・バランスホール、１１・・・凹
陥部、１２・・・固定オリフィス、１３・・・第１突出
部、１４・・・第２突出部、１５・・・スラストバラン
ス室、１６・・・可変オリフィス、１７・・・環状溝、
１８・・・均圧部。
イナディスク、４・・・ポンプ室、５・・・回転軸、６
・・・インペラ、７・・・案内路、８・・・基台、９・
・・円筒体、１０・・・バランスホール、１１・・・凹
陥部、１２・・・固定オリフィス、１３・・・第１突出
部、１４・・・第２突出部、１５・・・スラストバラン
ス室、１６・・・可変オリフィス、１７・・・環状溝、
１８・・・均圧部。
Claims (2)
- 【請求項１】 バランスホールを備え、かつ回転軸に装
着されたインペラの裏面に環状に形成された円筒体を、
ケーシングに設けられた円筒状内周面を有する凹陥部に
挿入することにより、前記円筒体の外周面と前記凹陥部
の円筒状内周面との間隙により形成される固定オリフィ
スと、 前記円筒体の底面と、この円筒体の内周面と、前記円筒
体の内部空間に臨むようにケーシングに突出形成された
第１突出部の、前記底面から所定の間隔を有して向かう
面と、前記第１突出部よりも更に突出形成され、回転軸
を囲繞する環状の第２突出部の外周面とで形成されるス
ラストバランス室と、 前記第２突出部のインペラの裏面に向かう先端面とイン
ペラの裏面とで形成される可変オリフィスと、 前記回転軸を囲繞するように前記第１突出部に形成され
た環状溝と、 前記環状溝と前記凹陥部とに連通する均圧部とを備えて
なることを特徴とするスラストバランス装置。 - 【請求項２】 前記請求項１における均圧部のその軸線
に直交する方向での断面積の総和、及び前記請求項１に
おける環状溝の前記第１突出部における開口面積は、い
ずれも前記請求項１におけるインペラが備えるバランス
ホールの開口面積の総和よりも大きくなるように形成さ
れてなる前記請求項１に記載のスラストバランス装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10093299A JP3537349B2 (ja) | 1998-04-20 | 1999-04-08 | スラストバランス装置 |
| US09/295,162 US6193462B1 (en) | 1998-04-08 | 1999-04-20 | Thrust balance device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10972098 | 1998-04-20 | ||
| JP10-109720 | 1998-04-20 | ||
| JP10093299A JP3537349B2 (ja) | 1998-04-20 | 1999-04-08 | スラストバランス装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000009081A JP2000009081A (ja) | 2000-01-11 |
| JP3537349B2 true JP3537349B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=26441871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10093299A Expired - Lifetime JP3537349B2 (ja) | 1998-04-08 | 1999-04-08 | スラストバランス装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6193462B1 (ja) |
| JP (1) | JP3537349B2 (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7047914B2 (en) * | 2001-02-15 | 2006-05-23 | Litens Automotive | Internal combustion engine combination with direct camshaft driven coolant pump |
| DE102004051399A1 (de) * | 2004-10-21 | 2006-04-27 | Siemens Ag | Kreiselpumpe |
| DE602006019310D1 (de) * | 2005-09-19 | 2011-02-10 | Ingersoll Rand Co | Antriebsrad für einen radialverdichter |
| US20070063449A1 (en) * | 2005-09-19 | 2007-03-22 | Ingersoll-Rand Company | Stationary seal ring for a centrifugal compressor |
| ES2346566T3 (es) * | 2005-09-19 | 2010-10-18 | Ingersoll-Rand Company | Compresor centrifugo que incluye un sistema de juntas. |
| EP1780376A1 (de) * | 2005-10-31 | 2007-05-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Dampfturbine |
| FR2910080B1 (fr) * | 2006-12-19 | 2009-03-20 | Snecma Sa | Pompe avec un dispositif elastique sur un roulement |
| US7775758B2 (en) | 2007-02-14 | 2010-08-17 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Impeller rear cavity thrust adjustor |
| IT1392143B1 (it) * | 2008-09-15 | 2012-02-22 | Pompe Garbarino S P A | Pompa centrifuga multistadio con tamburo di bilanciamento idraulico a trafilamento controllato. |
| DE102008062584A1 (de) * | 2008-12-16 | 2010-06-17 | Ksb Aktiengesellschaft | Reduzierbare Entlastungsöffnung |
| US8858157B2 (en) * | 2009-01-09 | 2014-10-14 | Sulzer Pumpen Ag | Centrifugal pump having an apparatus for the removal of particles |
| US8221070B2 (en) * | 2009-03-25 | 2012-07-17 | Woodward, Inc. | Centrifugal impeller with controlled force balance |
| US8753515B2 (en) | 2009-12-05 | 2014-06-17 | Home Dialysis Plus, Ltd. | Dialysis system with ultrafiltration control |
| US8501009B2 (en) | 2010-06-07 | 2013-08-06 | State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University | Fluid purification system |
| US9377027B2 (en) * | 2011-08-11 | 2016-06-28 | Itt Manufacturing Enterprises Llc. | Vertical double-suction pump having beneficial axial thrust |
| WO2013052680A2 (en) | 2011-10-07 | 2013-04-11 | Home Dialysis Plus, Ltd. | Heat exchange fluid purification for dialysis system |
| DE102011119881A1 (de) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Daimler Ag | Aufladeeinrichtung für eine Brennstoffzelle, insbesondere eines Kraftwagens |
| US20130195627A1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Jorn A. Glahn | Thrust balance system for gas turbine engine |
| US9677562B2 (en) | 2014-01-17 | 2017-06-13 | Baker Hughes Incorporated | Stepped balance ring for a submersible well pump |
| US20150314055A1 (en) | 2014-04-29 | 2015-11-05 | Michael Edward HOGARD | Dialysis system and methods |
| TWI725016B (zh) * | 2015-03-20 | 2021-04-21 | 日商荏原製作所股份有限公司 | 用於離心式泵浦之葉輪 |
| WO2016160016A1 (en) * | 2015-04-02 | 2016-10-06 | Schlumberger Canada Limited | Balance chambers in electric submersible pumps |
| ITUA20163303A1 (it) * | 2016-05-10 | 2017-11-10 | Ind Saleri Italo Spa | Gruppo pompa ad azionamento elettrico ed azionamento meccanico con girante supportata |
| EP3500317B1 (en) | 2016-08-19 | 2022-02-23 | Outset Medical, Inc. | Peritoneal dialysis system and methods |
| JP6805003B2 (ja) * | 2017-01-26 | 2020-12-23 | 株式会社荏原製作所 | 羽根車及びポンプ |
| JP7074442B2 (ja) * | 2017-09-15 | 2022-05-24 | 三菱重工コンプレッサ株式会社 | 圧縮機 |
| RU2667562C1 (ru) * | 2017-11-02 | 2018-09-21 | Акционерное общество "Новомет-Пермь" | Ступень многоступенчатого погружного центробежного насоса |
| JP7161341B2 (ja) * | 2018-08-21 | 2022-10-26 | 株式会社酉島製作所 | 片吸込ポンプ |
| CN112762006B (zh) * | 2021-01-20 | 2022-09-09 | 浙江理工大学 | 一种平衡孔状态可调的离心泵叶轮 |
| CN115596684A (zh) * | 2022-12-01 | 2023-01-13 | 中国核动力研究设计院（Cn） | 压气机、超临界二氧化碳循环系统和压气机压力控制方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4938641B1 (ja) * | 1970-08-06 | 1974-10-19 | ||
| JPS4830102A (ja) * | 1971-08-21 | 1973-04-20 | ||
| JP3380297B2 (ja) | 1993-07-26 | 2003-02-24 | 日機装株式会社 | スラストバランス機構 |
| JPH0942190A (ja) | 1995-07-28 | 1997-02-10 | Nikkiso Co Ltd | キャンドモータポンプのスラストバランス機構 |
| JPH1068396A (ja) | 1996-08-27 | 1998-03-10 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | ターボポンプ |
-
1999
- 1999-04-08 JP JP10093299A patent/JP3537349B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1999-04-20 US US09/295,162 patent/US6193462B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6193462B1 (en) | 2001-02-27 |
| JP2000009081A (ja) | 2000-01-11 |
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