JP4310572B2 - 渦巻ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小流量で高揚程が得られるように、比速度を大幅に小さくした低比速度の渦巻ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
小流量で高揚程が必要とされる場合に、一般的には比速度の小さな遠心ポンプが採用される。この遠心ポンプの１つであるクローズド型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例を図１０および図１１を参照して説明する。図１０は、クローズド型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例の断面図である。図１１は、図１０のＡ−Ａ矢視断面図である。
【０００３】
図１０および図１１に示す従来の渦巻ポンプ１０は、渦巻室１２を有するポンプケーシング１４内で、羽根車１６が図示しない電動機に駆動連結されたポンプ軸１８に固定されて回転駆動されるように配設される。羽根車１６は、前面シュラウド２０と後面シュラウド２２の間に板状の羽根車羽根２４，２４…が固定配設されたクローズド型である。羽根車羽根２４，２４…は、中心側から外周端側に向けて回転方向と逆方向に湾曲して設けられる。また、羽根車１６の中心側が、ポンプケーシング１４のポンプ吸込口２６に対向して配設される。さらに、ポンプケーシング１４と羽根車１６との隙間を調整するために、ライナリング２８，２８…が設けられる。
【０００４】
かかる従来の渦巻ポンプ１０が運転されると、羽根車羽根２４，２４…の間に形成された流路３０，３０…内の液体が遠心力により速度エネルギーが与えられて渦巻室１２側に送られ、渦巻室１２内で圧力エネルギーに変換されて吐出口３２から吐き出される。そして、流路３０，３０…内の液体が渦巻室１２側に移動されるのに伴い、ポンプ吸込口２６から羽根車１６の中心側より液体が流路３０，３０…内に流入する。
【０００５】
ここで、ポンプ吸込口１２に対して渦巻室１２内の圧力が高く、羽根車１６とポンプケーシング１４の隙間で漏れ流れを生ずる虞がある。そこで、ライナリング２８，２８…により隙間寸法の調整がなされて、漏れ流れを軽減するように工夫されている。
【０００６】
また、遠心ポンプの１つであるセミオープン型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例を図１２を参照して説明する。図１２は、セミオープン型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例の断面図である。図１２において、図１０および図１１と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【０００７】
図１２に示す従来の渦巻ポンプ３４は、羽根車３６が、前面シュラウド２０が設けられておらず、後面シュラウド２２に羽根車羽根２４，２４…が突設されている。そこで、羽根車３６とポンプケーシング１４との隙間は、ライナリング２８，２８で調整し、羽根車羽根２４，２４…の前端とポンプケーシング１４との隙間は、寸法精度良く組み立てることで調整される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、遠心ポンプの羽根車の相以性は（１）式で定義される比速度Ｎｓで表され、相以形の羽根車はその寸法の大小に係わらず一定のＮｓの値を示す。
Ｎｓ＝Ｎ×Ｑ１ / ２／Ｈ３ / ４ ……（１）
ここで、Ｎ：回転数 （ｒｐｍ）
Ｑ：吐出流量（ｍ３／ｍｉｎ）
Ｈ：全揚程（ｍ） である。
【０００９】
（１）式から明らかなように、全揚程Ｈを高く設定するには、比速度Ｎｓが小さければ良い。また、吐出流量Ｑが少ないほど、比速度Ｎｓも小さくなる。さらに、回転数Ｎが一定であれば、吐出流量Ｑは羽根車の流路の出口断面積に比例し、全揚程Ｈは羽根車外径の円周方向速度の２乗に比例し、軸動力は羽根車の回転数Ｎの３乗に比例することが知られている。そこで、従来の遠心ポンプでは、軸動力や羽根車外径などを考慮して実用的な羽根車を設計すると、比速度Ｎｓは約８０程度が経験的に下限であり、８０を下回る比速度Ｎｓでは実用的な遠心ポンプの実現が困難であった。
【００１０】
そこで、遠心ポンプにより小流量で高揚程の比速度Ｎｓが小さいポンプの実現が困難であるという理由から、従来の小流量で高揚程のポンプとして、ピストンやプランジャを使用した往復動型やギアやベーンやスクリュー等を使用する回転型などの容積型ポンプが多く採用されている。しかし、これらの容積型ポンプは、振動や騒音が著しく、その対策のための付帯設備が必要となり、ポンプ装置全体の小型化が困難であるとともに設備費が嵩むという異なる問題がある。
【００１１】
そこで、小流量で高揚程のポンプを遠心ポンプで実現させるために、渦巻ポンプの動力効率をより向上させることが考えられる。そこで、図１０に示すごとく、ライナリング２８，２８…により、ポンプケーシング１４の高圧部の渦巻室１２から低圧部のポンプ吸込口２６側への漏れ流れを極力防止するように工夫されている。しかるに、現実的には充分に漏れ流れを防止することはできていない。
【００１２】
この漏れ流れを防止するために、ライナリング２８，２８…に代えて、スパイラル状溝により動圧軸受を形成し、羽根車１６とポンプケーシング１４の間の隙間を調整する技術が、特開２００２−１３８９９０号公報で提案されている。
【００１３】
この公報の提案技術は、羽根車の前面とこの面に対向するポンプケーシングの内壁面に、複数のスパイラル状溝（スパイラルグループ）が設けられ、羽根車の回転によりスパイラル状溝内の液体が外周縁から内周側へ移動しようとするが、スパイラル状溝が内周側の途中までしか設けられていないために、行き場を失った液体による圧力（動圧）が羽根車とポンプケーシングの間を分離させるように作用する。そこで、羽根車とポンプケーシングの間に極めて僅かな隙間が形成され、摩擦抵抗損失を減少させるとともに、動圧により漏れ流れが確実に防止できる。
【００１４】
上記提案技術は、漏れ流れは確実に防止できるが、小流量で高揚程のポンプとして必ずしも充分でない。なぜならば、クローズド型の羽根車を用いるために、２枚の円板状のシュラウドが回転することで、液体とシュラウドとの間の摩擦抵抗損失が大きく、それだけ軸動力が増大してポンプ効率が低下する。このシュラウドによる摩擦抵抗損失は、円板直径の５乗に比例して増大することが知られている。
【００１５】
この摩擦抵抗損失を少なくするには、図１２に示すごとく、セミオープン型の羽根車を用いてシュラウドの枚数を減らせば良い。しかし、シュラウドの枚数を減らすことは、羽根車羽根とポンプケーシングの間の隙間による漏れ流れを防止することが困難であり、動力効率が低下して実用化し得ない。
【００１６】
本発明は、上述のごとき従来技術の事情に鑑みてなされたもので、摩擦抵抗損失が少なくしかも漏れ流れを防止でき、少流量で高揚程のポンプとして好適な渦巻ポンプを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の渦巻ポンプは、円板状で鏡面研磨された前面に中心部から外周端に渡り略放射状に複数の流路溝を刻設してセミオープン型の羽根車を形成し、渦巻ポンプケーシング内に前記羽根車をその前記中心部を前記渦巻ポンプケーシングのポンプ吸込口に臨ませしかも前記羽根車の前記前面を前記渦巻ポンプケーシングの鏡面研磨された内壁面に近接対向して配設し、また前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在で回転駆動するように配設し、前記前面または前記内壁面の少なくともいずれか一方に前記羽根車の回転駆動で動圧軸受を形成するスパイラル状溝を刻設して構成されている。
【００１８】
また、前記流路溝が、中心側では放射状方向から前記羽根車の回転方向と逆方向に湾曲し、外周側では放射状方向から前記羽根車の回転方向と同方向に湾曲して形成しても良い。
【００１９】
そして、前記羽根車の円板状の外形を、前記流路溝が刻設される外周縁部で大きく、前記流路溝が刻設されない外周縁部で小さく形成することもできる。
【００２０】
さらに、２重の筒状のモータケーシングにより水密構造で形成される環状空間部にモータ固定子を配設し、前記モータケーシングで形成される円柱状空間部の中心に固定軸を配設し、前記固定軸にモータ回転子を回転自在に配設し、前記モータ回転子に前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在に駆動連結して配設し、前記渦巻ポンプケーシングを前記モータケーシングに水密的に連結接合して構成することも可能である。
【００２１】
また、２重の筒状のモータケーシングにより水密構造で形成される環状空間部にモータ固定子を配設し、前記モータケーシングで形成される円柱状空間部の中心に回転軸を回転自在に配設し、前記回転軸にモータ回転子を固定し、前記回転軸に前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在に駆動連結して配設し、前記渦巻ポンプケーシングを前記モータケーシングに水密的に連結接合して構成することも可能である。
【００２２】
そしてまた、２重の筒状の仕切壁とロータケーシングにより水密構造で形成される環状空間部に周方向に永久磁石を配設した第１のロータを電動機で回転駆動自在に配設し、前記仕切壁で形成される円柱状空間部の内側に周方向に永久磁石を配設した第２のロータを回転自在に配設し、前記第２のロータに前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在に駆動連結して配設し、前記渦巻ポンプケーシングを前記仕切壁または前記ロータケーシングに水密的に連結結合して構成することも可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図４を参照して説明する。図１は、本発明の渦巻ポンプの第１実施例の断面図である。図２は、本発明の渦巻ポンプの羽根車の前面を示す図である。図３は、図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。図４は、本発明の渦巻ポンプのポンプ特性図である。
【００２４】
まず、本発明の第１実施例の渦巻ポンプ５０の最大の特徴とする羽根車４０の構造につき説明する。円板状の羽根車４０の前面４２は鏡面研磨され、その前面に中心部から外周端に渡り、略放射状で略均等分割位置に例えば４本の流路溝４４，４４…が刻設される。この流路溝４４，４４…は中心側では放射状方向から羽根車４０の回転方向と逆方向に湾曲して入口角が１３゜とされ、外周側では放射状方向から回転方向と同方向に湾曲して出口角が１１０゜とされ、中心側と外周側とが円滑な曲線形状に連結されている。そして、流路溝４４，４４…は、平均で４．５ｍｍの幅と２ｍｍの深さに刻設され、流路断面積が極めて小さく設定される。かかる構成の羽根車４０は、一種のセミオープン型の羽根車である。さらに、羽根車４０の前面４２の外周側で流路溝４４，４４…が刻設されていない部分に、多数のスパイラル状溝４６，４６…（スパイラルグループ）が深さ２０μｍで刻設される。これらのスパイラル状溝４６，４６…は、外周端縁まで刻設され、その外周側で回転方向と同方向に傾斜し、内周側は途中までしか設けられていない。なお、羽根車４０の中心部には、透孔４８が穿設される。
【００２５】
続いて、本発明の第１実施例の渦巻ポンプ５０の全体の構造につき説明する。筒状の外モータケーシング５２内に筒状の内モータケーシング５４が水密的に連結接合されて配設され、２重の筒状により水密構造に形成される環状空間部５６にモータ固定子５８が配設される。そして、内モータケーシング５４の内側に形成される円柱状空間部６０の中心に固定軸６２が配設される。この固定軸６２に軸受６４，６４によりモータ回転子６６が回転自在に配設される。このモータ回転子６６の前面側に、羽根車４０の後面側が嵌合し、しかもピン６８，６８…よりモータ回転子６６に対して羽根車４０が回転軸回りに相対回転しないように駆動連結されるとともに回転軸方向に僅かに移動自在に配設される。そして、回転軸方向の相対移動により摺接する接合面にＯリング６８が設けられて、モータ回転子６６と羽根車４０が水密的に連結される。さらに、羽根車４０の前面４２を覆うようにポンプケーシング７０が内モータケーシング５４に水密的に連結接合される。このポンプケーシング７０には、羽根車４０の外周縁側に渦巻室７２が設けられるとともに、中心部にポンプ吸込口７４が穿設される。そして、ポンプケーシング７０の羽根車４０の前面４２に対向する内壁面は、鏡面研磨がなされる。さらに、固定軸６２の後端は、内モータケーシング５４に支持され、前端には軸支時部材７６が嵌合連接され、この軸支時部材７６がポンプケーシング７０ポンプ吸込口７４に放射状に配設された板状のリブ７８，７８…により支持固定される。
【００２６】
かかる構成において、羽根車４０は、モータ回転子６６の適宜な段差により回転軸方向の後方への移動が規制され、ポンプケーシング７０の内壁面により前方への移動が規制される。この羽根車４０の前面４２とポンプケーシング７０の内壁面の隙間ｇは、例えば羽根車４０が最も後方へ移動した状態の最大で０．５ｍｍに設定される。そして、モータ回転子６６の駆動回転にともない羽根車４０が回転され、流路溝４４，４４…内の液体が遠心力でポンプケーシング７０の渦巻室７２に移動するとともにポンプ吸込口７４から液体が流路溝４４，４４…に吸い込まれる。このポンプ作用により、羽根車４０にポンプケーシング７０の内壁面に当接する前方方向の力が作用する。そして、羽根車４０の前面４２に設けたスパイラル状溝４６，４６…により、羽根車４０をポンプケーシング７０の内壁面から離す後方方向の力が軸受動力として作用する。そこで、この２つの力が均衡する隙間ｇで羽根車４０の前面４２がポンプケーシング７０の内壁面に対向する。もって、隙間ｇは一例として１０μｍと極めて僅かであり、漏れ流れに対する流路抵抗が大きく、渦巻室７２の高圧の液体がポンプ吸込口７４の低圧側に漏れることがない。また、スパイラル状溝４６，４６…に生ずる高い軸受動圧が隙間ｇの漏れ流れを阻止する。そこで、ポンプ効率が著しく向上し得る。
【００２７】
また、羽根車４０は、セミオープン型の１枚の円板状であり、クローズド型の羽根車のごとく２枚のシュラウドを設けたものに比較して、液体との摩擦抵抗損失が少なく、それだけ軸動力を軽減でき、この観点からポンプ効率を向上させ得る。
【００２８】
そして、羽根車４０に刻設された流路溝４４，４４…の断面積は僅かであり、実施例のごとく４本の流路溝４４，４４…の合計流路断面積は、従来の羽根車の流路断面積に比較して極めて小さく、吐出流量Ｑは少ない。そこで、（１）式に示されるごとく、比速度Ｎｓが大幅に小さなものとなる。
【００２９】
さらに、流路溝４４，４４…は、その中心側で羽根車４０の回転方向と逆方向に湾曲して形成されるので、ポンプ吸込口７４から液体の吸い込みが従来同様に良好である。ところで、羽根出口角の違いによる吐出し流量と全揚程との関係において、出口角を９０゜より大きく、すなわち放射状方向から回転方向と同方向に湾曲させることで、吐出し流量の増加に伴い全揚程も増大することが知られている。そこで、流路溝４４，４４…は、その外周側では回転方向と同方向に湾曲して形成することにより、少ない軸動力で高い全揚程が得られる。
【００３０】
本発明の第１実施例の渦巻ポンプ５０にあっては、上述のごとく漏れ流れの阻止や摩擦抵抗損失の軽減により、軸動力を減少させてポンプ効率を向上させるとともに、流路溝４４，４４…の流路断面積を極めて僅かとすることで、吐出量流Ｑを少なくして大幅に比速度Ｎｓを低減させ、さらに流路溝４４，４４…の出口角を９０゜以上の１１０゜に設定して高揚程Ｈを得ている。羽根車４０の外径を９０ｍｍとしたモデルポンプにより性能試験を行ったところ、図４に実線で示すポンプ性能曲線が得られた。そして、最高効率点における比速度Ｎｓは、５４であった。このことから、本発明の渦巻ポンプ５０は、従来の遠心ポンプの実用化し得る比速度Ｎｓの下限とされる８０を大きく下回る結果が確認された。
【００３１】
次に、図５を参照して羽根車の他の実施例を説明する。図５は、本発明の渦巻ポンプに用いる羽根車の他の実施例の前面を示す図である。図５において、図２と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００３２】
図５に示す羽根車８０の特徴は、流路溝４４，４４…が刻設される部分の外周縁部の径Ｄ１が大きく、流路溝４４，４４…が刻設されない部分の外周縁部の径Ｄ２が小さく形成されたことにある。
【００３３】
これは、円板摩擦抵抗損失は、円板直径の５乗に比例して増大し、これにより必要な軸動力も増大することから、流路溝４４，４４…の刻設されない部分の径Ｄ２を小さくすることで、円板摩擦抵抗損失の低減を図り、必要な軸動力を低下させ、もってポンプ効率を高めるようにしたものである。なお、流路溝４４，４４…が刻設される部分の径Ｄ１は、図２と同じとすることで、図２の実施例と同じ全揚程Ｈを得るようになされている。羽根車８０の径Ｄ１を９０ｍｍとし径Ｄ２を８０ｍｍとしたモデルポンプにより性能試験を行ったところ、図４に破線で示すポンプ性能曲線が得られた。そして、最高効率点における比速度Ｎｓは５１であった。
【００３４】
また、図６および図７を参照して羽根車の別の実施例を説明する。図６は、本発明の渦巻ポンプに用いる羽根車の別の実施例の前面を示す図である。図７は、図６の羽根車の前面に対向するポンプケーシングの内壁面を示す図である。
【００３５】
図６に示す別の実施例の羽根車８２は、鏡面研磨された前面４２に、図２に示す実施例と同様に、流路溝４４，４４…は設けられるが、スパイラル状溝４６，４６…は設けられていない。なお、中心部には、透孔４８が穿設される。そして、この羽根車８２に対向するポンプケーシング７０の内壁面は、図７に示すごとく、鏡面研磨された面にスパイラル状溝８４，８４…が刻設される。これらのスパイラル状溝８４，８４…は、羽根車８２の回転に伴い回転しようとする液体が湾曲した溝により外周縁側から中心側へ移動し、途中で移動が阻止されることで動圧が発生するように形成されれば良い。なお、図７のごとく、ポンプケーシング７０の内壁面に直接に刻設しても良いが、スパイラル状溝８４，８４…を刻設した平板をポンプケーシング７０の内壁面に適宜に固定配設しても良い。そして、羽根車とポンプケーシング７０の間に動圧を発生させるスパイラル状溝は、羽根車とポンプケーシング７０のいずれか一方に刻設されるものに限られず、相方に刻設されても良い。
【００３６】
さらに、本発明の第２実施例を図８を参照して説明する。図８は、本発明の渦巻ポンプの第２実施例の断面図である。図８において、図１ないし図３と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００３７】
図８に示す本発明の第２実施例の渦巻ポンプ８６で、図１に示す本発明の第１実施例の渦巻ポンプ５０と相違するところは、以下の通りである。まず、内モータケーシング５４の内側に形成される円柱状空間部６０の中心には、回転軸８８が配設され、その後端部が軸受９０を介して内モータケーシング５４に回転自在に支持される。そして、この回転軸８８にモータ回転子６６が固定される。さらに、回転軸８８の前端部に羽根車４０がキー９２により回転軸回りに相対回転しないように駆動連結されるとともに回転軸方向に僅かに移動自在に配設される。なお、回転軸８８に設けた段差部９４により羽根車４０の後方への移動が規制され、また回転軸８８と羽根車４０の回転軸方向への相対移動により摺接する接合面にはＯリング６８が設けられて、回転軸８８と羽根車４０が水密的に連結される。さらに、羽根車４０の前面４２を覆うようにポンプケーシング７０が内モータケーシング５４に水密的に連結結合される。そして、回転軸８８の前端部は、ポンプ吸込口７４にリブ７８，７８…により支持固定される軸受９６に回転自在に支承される。羽根車４０の前面とポンプケーシング７０の円壁面の隙間ｇは、羽根車４０の回転軸方向の移動で０〜０．５ｍｍの範囲で変動するように設定される。
【００３８】
かかる構成の図８に示す第２実施例の渦巻ポンプ８６は、図１に示す第１実施例の渦巻ポンプ５０と同様なポンプ性能特性が得られる。そして、第１と第２実施例の渦巻ポンプ５０，８６は、いずれもキャンドモータポンプであり、ポンプ全体が極めてコンパクトの構成できる。
【００３９】
またさらに、本発明の第３実施例を図９を参照して説明する。図９は、本発明の渦巻ポンプの第３実施例の一部切り欠き断面図である。図９において、図１ないし図３および図８と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００４０】
図９に示す本発明の第３実施例の渦巻ポンプ９８は、モータ１００にロータケーシング１０２を介して仕切壁１０４が水密的に連結接合され、ロータケーシング１０２と仕切壁１０４により形成される環状のロータ室１０６に、周方向に永久磁石１０８，１０８…が複数配設された第１のロータ１１０が設けられ、モータ１００のモータ出力軸１１２に駆動連結される。また、仕切壁１０４の内側に形成される円筒状空間部１１４の中心に固定軸６２が配設され、その一端が仕切壁１０４に固定される。この固定軸６２には、軸受６４，６４により、周方向に永久磁石１１６，１１６…が複数配設された第２のロータ１１８が回転自在に配設される。この第２のロータ１１８の前面側に、羽根車４０が適宜に回転軸回りの相対回転しないように駆動連結されるとともに回転軸方向に僅かに移動自在に配設される。なお、羽根車４０と第２のロータ１１８の回転軸方向の摺接面は、Ｏリングなどにより適宜に水密的に接合される。さらに、羽根車４０の前面４２を覆うようにポンプケーシング７０が仕切壁１０４に水密的に連結接合される。そして、固定軸６２の他端は、ポンプケーシング７０のポンプ吸込口７４に放射状に配設された板状のリブ７８，７８…に支持される軸支持部材７６に固定される。羽根車４０の前面４２とポンプケーシング７０の内壁面との間の隙間ｇは、羽根車４０の軸方向移動により例えば０〜１．０ｍｍとなるように設定される。
【００４１】
かかる構成の図９に示す第３実施例の渦巻ポンプ９８は、モータ１００の駆動回転で第１のロータ１１０が回転し、第１のロータ１１０の永久磁石１０８，１０８…と第２のロータ１１８の永久磁石１１６，１１６…の磁気吸引力により、第２のロータ１１８が回転駆動され、もって羽根車４０が駆動回転される。そして、羽根車４０が配設されるポンプ部と第１のロータ１１０が配設されるロータ室１０６が仕切壁１０４で水密的に分離させるので、第１のロータ１１０から羽根車４０への動力伝達機構をシールレスに構成でき、ポンプ部からロータ室１０６に液が漏れて侵入するようなことがなく、腐食性液体からモータ１００を確実に保護することができる。
【００４２】
なお、上記実施例において、流路溝４４，４４…は、４本に限られず、複数本が円周均等分割位置に適宜に刻設されれば良く、溝の幅と深さは、所望の吐出流量Ｑに応じて適宜に設定すれば良い。また、上記実施例ではより高い全揚程Ｈを得ることを目的として、流路溝４４，４４…を外周側では放射状方向から羽根車４０の回転方向と同方向に湾曲させ、すなわち出口角を９０゜以上に設定しているが、これに限られず、流路溝４４，４４…を外周側で放射状方向、すなわち出口角を９０゜や、放射状方向から羽根車４０の回転方向と同方向に湾曲、すなわち出口角を９０゜以下としても良い。そして、上記実施例では流路溝４４，４４…の出口角を１１０゜として高い揚程Ｈが得られているが、この出口角は実験などにより選択されれば良く、最大でも１６０゜程度と推測される。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の渦巻ポンプは構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【００４４】
請求項１記載の渦巻ポンプにあっては、羽根車をセミオープン型とすることで液体との摩擦抵抗損失を軽減し、また羽根車の前面とポンプケーシングの間をスパイラル状溝による動圧軸受として隙間の調整を行うことで高圧側から低圧側への液体の漏れ流れを確実に阻止し、軸動力を軽減してポンプ効率を向上させることができる。そして、羽根車の前面に流路溝を刻設して液体の流路としているので、従来の渦巻ポンプに比較して流路断面積が極めて小さく、それだけ吐出流量Ｑが少ない。もって、比速度Ｎｓの小さい渦巻ポンプを実現できた。
【００４５】
請求項２記載の渦巻ポンプにあっては、流路溝を外周側で放射状方向から羽根車の回転方向と同方向に湾曲させるので、出口角が９０゜以上となり、高い揚程Ｈが得られる。もって、小流量で高揚程のポンプとして好適である。
【００４６】
請求項３記載の渦巻ポンプにあっては、流路溝が刻設される外周縁部の外径が大きいので、高揚程が得られる。そして、流路溝が刻設されていない外周縁部の外径が小さくされるので摩擦抵抗損失を軽減でき、ポンプ効率の向上が図れる。
【００４７】
請求項４および５記載の渦巻ポンプは、キャンドモータポンプが形成され、ポンプ全体としてコンパクトに構成できる。
【００４８】
請求項６記載の渦巻ポンプは、ポンプ部とロータ室を仕切壁で水密的に分離し、第１のロータの駆動回転を磁気吸引力で羽根車に動力伝達するので、ポンプ部からロータ室に液体が漏れて侵入することがない。そこで、腐食性液体等に対してモータを確実に保持することができ、機械的信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の渦巻ポンプの第１実施例の断面図である。
【図２】本発明の渦巻ポンプの羽根車の前面を示す図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】本発明の渦巻ポンプのポンプ特性図である。
【図５】本発明の渦巻ポンプに用いる羽根車の他の実施例の前面を示す図である。
【図６】本発明の渦巻ポンプに用いる羽根車の別の実施例の前面を示す図である。
【図７】図６の羽根車の前面に対向するポンプケーシングの内壁面を示す図である。
【図８】本発明の渦巻ポンプの第２実施例の断面図である。
【図９】本発明の渦巻ポンプの第３実施例の一部切り欠き断面図である。
【図１０】クローズド型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例の断面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１２】セミオープン型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例の断面図である。
【符号の説明】
１０，３４，５０，８６，９８ 渦巻ポンプ
１２，７２ 渦巻室
１４，７０ ポンプケーシング
１６，３６，４０，８０，８２ 羽根車
２６，７４ ポンプ吸込口
４２ 前面
４４ 流路溝
４６，８４ スパイラル状溝
４８ 透孔
５２ 外モータケーシング
５４ 内モータケーシング
５６ 環状空間部
５８ モータ固定子
６０，１１４ 円柱状空間部
６２ 固定軸
６４，９０，９６ 軸受
６６ モータ回転子
６８ ピン
７６ 軸支持部材
７８ リブ
８８ 回転軸
９２ キー
９４ 段差部
１００ モータ
１０２ ロータケーシング
１０４ 仕切壁
１０６ ロータ室
１０８，１１６ 永久磁石
１１０ 第１のロータ
１１２ モータ出力軸
１１８ 第２のロータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、小流量で高揚程が得られるように、比速度を大幅に小さくした低比速度の渦巻ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
小流量で高揚程が必要とされる場合に、一般的には比速度の小さな遠心ポンプが採用される。この遠心ポンプの１つであるクローズド型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例を図１０および図１１を参照して説明する。図１０は、クローズド型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例の断面図である。図１１は、図１０のＡ−Ａ矢視断面図である。
【０００３】
図１０および図１１に示す従来の渦巻ポンプ１０は、渦巻室１２を有するポンプケーシング１４内で、羽根車１６が図示しない電動機に駆動連結されたポンプ軸１８に固定されて回転駆動されるように配設される。羽根車１６は、前面シュラウド２０と後面シュラウド２２の間に板状の羽根車羽根２４，２４…が固定配設されたクローズド型である。羽根車羽根２４，２４…は、中心側から外周端側に向けて回転方向と逆方向に湾曲して設けられる。また、羽根車１６の中心側が、ポンプケーシング１４のポンプ吸込口２６に対向して配設される。さらに、ポンプケーシング１４と羽根車１６との隙間を調整するために、ライナリング２８，２８…が設けられる。
【０００４】
かかる従来の渦巻ポンプ１０が運転されると、羽根車羽根２４，２４…の間に形成された流路３０，３０…内の液体が遠心力により速度エネルギーが与えられて渦巻室１２側に送られ、渦巻室１２内で圧力エネルギーに変換されて吐出口３２から吐き出される。そして、流路３０，３０…内の液体が渦巻室１２側に移動されるのに伴い、ポンプ吸込口２６から羽根車１６の中心側より液体が流路３０，３０…内に流入する。
【０００５】
ここで、ポンプ吸込口１２に対して渦巻室１２内の圧力が高く、羽根車１６とポンプケーシング１４の隙間で漏れ流れを生ずる虞がある。そこで、ライナリング２８，２８…により隙間寸法の調整がなされて、漏れ流れを軽減するように工夫されている。
【０００６】
また、遠心ポンプの１つであるセミオープン型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例を図１２を参照して説明する。図１２は、セミオープン型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例の断面図である。図１２において、図１０および図１１と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【０００７】
図１２に示す従来の渦巻ポンプ３４は、羽根車３６が、前面シュラウド２０が設けられておらず、後面シュラウド２２に羽根車羽根２４，２４…が突設されている。そこで、羽根車３６とポンプケーシング１４との隙間は、ライナリング２８，２８で調整し、羽根車羽根２４，２４…の前端とポンプケーシング１４との隙間は、寸法精度良く組み立てることで調整される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、遠心ポンプの羽根車の相以性は（１）式で定義される比速度Ｎｓで表され、相以形の羽根車はその寸法の大小に係わらず一定のＮｓの値を示す。
Ｎｓ＝Ｎ×Ｑ１ / ２／Ｈ３ / ４ ……（１）
ここで、Ｎ：回転数 （ｒｐｍ）
Ｑ：吐出流量（ｍ３／ｍｉｎ）
Ｈ：全揚程（ｍ） である。
【０００９】
（１）式から明らかなように、全揚程Ｈを高く設定するには、比速度Ｎｓが小さければ良い。また、吐出流量Ｑが少ないほど、比速度Ｎｓも小さくなる。さらに、回転数Ｎが一定であれば、吐出流量Ｑは羽根車の流路の出口断面積に比例し、全揚程Ｈは羽根車外径の円周方向速度の２乗に比例し、軸動力は羽根車の回転数Ｎの３乗に比例することが知られている。そこで、従来の遠心ポンプでは、軸動力や羽根車外径などを考慮して実用的な羽根車を設計すると、比速度Ｎｓは約８０程度が経験的に下限であり、８０を下回る比速度Ｎｓでは実用的な遠心ポンプの実現が困難であった。
【００１０】
そこで、遠心ポンプにより小流量で高揚程の比速度Ｎｓが小さいポンプの実現が困難であるという理由から、従来の小流量で高揚程のポンプとして、ピストンやプランジャを使用した往復動型やギアやベーンやスクリュー等を使用する回転型などの容積型ポンプが多く採用されている。しかし、これらの容積型ポンプは、振動や騒音が著しく、その対策のための付帯設備が必要となり、ポンプ装置全体の小型化が困難であるとともに設備費が嵩むという異なる問題がある。
【００１１】
そこで、小流量で高揚程のポンプを遠心ポンプで実現させるために、渦巻ポンプの動力効率をより向上させることが考えられる。そこで、図１０に示すごとく、ライナリング２８，２８…により、ポンプケーシング１４の高圧部の渦巻室１２から低圧部のポンプ吸込口２６側への漏れ流れを極力防止するように工夫されている。しかるに、現実的には充分に漏れ流れを防止することはできていない。
【００１２】
この漏れ流れを防止するために、ライナリング２８，２８…に代えて、スパイラル状溝により動圧軸受を形成し、羽根車１６とポンプケーシング１４の間の隙間を調整する技術が、特開２００２−１３８９９０号公報で提案されている。
【００１３】
この公報の提案技術は、羽根車の前面とこの面に対向するポンプケーシングの内壁面に、複数のスパイラル状溝（スパイラルグループ）が設けられ、羽根車の回転によりスパイラル状溝内の液体が外周縁から内周側へ移動しようとするが、スパイラル状溝が内周側の途中までしか設けられていないために、行き場を失った液体による圧力（動圧）が羽根車とポンプケーシングの間を分離させるように作用する。そこで、羽根車とポンプケーシングの間に極めて僅かな隙間が形成され、摩擦抵抗損失を減少させるとともに、動圧により漏れ流れが確実に防止できる。
【００１４】
上記提案技術は、漏れ流れは確実に防止できるが、小流量で高揚程のポンプとして必ずしも充分でない。なぜならば、クローズド型の羽根車を用いるために、２枚の円板状のシュラウドが回転することで、液体とシュラウドとの間の摩擦抵抗損失が大きく、それだけ軸動力が増大してポンプ効率が低下する。このシュラウドによる摩擦抵抗損失は、円板直径の５乗に比例して増大することが知られている。
【００１５】
この摩擦抵抗損失を少なくするには、図１２に示すごとく、セミオープン型の羽根車を用いてシュラウドの枚数を減らせば良い。しかし、シュラウドの枚数を減らすことは、羽根車羽根とポンプケーシングの間の隙間による漏れ流れを防止することが困難であり、動力効率が低下して実用化し得ない。
【００１６】
本発明は、上述のごとき従来技術の事情に鑑みてなされたもので、摩擦抵抗損失が少なくしかも漏れ流れを防止でき、少流量で高揚程のポンプとして好適な渦巻ポンプを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の渦巻ポンプは、円板状で鏡面研磨された前面に中心部から外周端に渡り略放射状に複数の流路溝を刻設してセミオープン型の羽根車を形成し、渦巻ポンプケーシング内に前記羽根車をその前記中心部を前記渦巻ポンプケーシングのポンプ吸込口に臨ませしかも前記羽根車の前記前面を前記渦巻ポンプケーシングの鏡面研磨された内壁面に近接対向して配設し、また前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在で回転駆動するように配設し、前記前面または前記内壁面の少なくともいずれか一方に前記羽根車の回転駆動で動圧軸受を形成するスパイラル状溝を刻設して構成されている。
【００１８】
また、前記流路溝が、中心側では放射状方向から前記羽根車の回転方向と逆方向に湾曲し、外周側では放射状方向から前記羽根車の回転方向と同方向に湾曲して形成しても良い。
【００１９】
そして、前記羽根車の円板状の外形を、前記流路溝が刻設される外周縁部で大きく、前記流路溝が刻設されない外周縁部で小さく形成することもできる。
【００２０】
さらに、２重の筒状のモータケーシングにより水密構造で形成される環状空間部にモータ固定子を配設し、前記モータケーシングで形成される円柱状空間部の中心に固定軸を配設し、前記固定軸にモータ回転子を回転自在に配設し、前記モータ回転子に前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在に駆動連結して配設し、前記渦巻ポンプケーシングを前記モータケーシングに水密的に連結接合して構成することも可能である。
【００２１】
また、２重の筒状のモータケーシングにより水密構造で形成される環状空間部にモータ固定子を配設し、前記モータケーシングで形成される円柱状空間部の中心に回転軸を回転自在に配設し、前記回転軸にモータ回転子を固定し、前記回転軸に前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在に駆動連結して配設し、前記渦巻ポンプケーシングを前記モータケーシングに水密的に連結接合して構成することも可能である。
【００２２】
そしてまた、２重の筒状の仕切壁とロータケーシングにより水密構造で形成される環状空間部に周方向に永久磁石を配設した第１のロータを電動機で回転駆動自在に配設し、前記仕切壁で形成される円柱状空間部の内側に周方向に永久磁石を配設した第２のロータを回転自在に配設し、前記第２のロータに前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在に駆動連結して配設し、前記渦巻ポンプケーシングを前記仕切壁または前記ロータケーシングに水密的に連結結合して構成することも可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図４を参照して説明する。図１は、本発明の渦巻ポンプの第１実施例の断面図である。図２は、本発明の渦巻ポンプの羽根車の前面を示す図である。図３は、図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。図４は、本発明の渦巻ポンプのポンプ特性図である。
【００２４】
まず、本発明の第１実施例の渦巻ポンプ５０の最大の特徴とする羽根車４０の構造につき説明する。円板状の羽根車４０の前面４２は鏡面研磨され、その前面に中心部から外周端に渡り、略放射状で略均等分割位置に例えば４本の流路溝４４，４４…が刻設される。この流路溝４４，４４…は中心側では放射状方向から羽根車４０の回転方向と逆方向に湾曲して入口角が１３゜とされ、外周側では放射状方向から回転方向と同方向に湾曲して出口角が１１０゜とされ、中心側と外周側とが円滑な曲線形状に連結されている。そして、流路溝４４，４４…は、平均で４．５ｍｍの幅と２ｍｍの深さに刻設され、流路断面積が極めて小さく設定される。かかる構成の羽根車４０は、一種のセミオープン型の羽根車である。さらに、羽根車４０の前面４２の外周側で流路溝４４，４４…が刻設されていない部分に、多数のスパイラル状溝４６，４６…（スパイラルグループ）が深さ２０μｍで刻設される。これらのスパイラル状溝４６，４６…は、外周端縁まで刻設され、その外周側で回転方向と同方向に傾斜し、内周側は途中までしか設けられていない。なお、羽根車４０の中心部には、透孔４８が穿設される。
【００２５】
続いて、本発明の第１実施例の渦巻ポンプ５０の全体の構造につき説明する。筒状の外モータケーシング５２内に筒状の内モータケーシング５４が水密的に連結接合されて配設され、２重の筒状により水密構造に形成される環状空間部５６にモータ固定子５８が配設される。そして、内モータケーシング５４の内側に形成される円柱状空間部６０の中心に固定軸６２が配設される。この固定軸６２に軸受６４，６４によりモータ回転子６６が回転自在に配設される。このモータ回転子６６の前面側に、羽根車４０の後面側が嵌合し、しかもピン６８，６８…よりモータ回転子６６に対して羽根車４０が回転軸回りに相対回転しないように駆動連結されるとともに回転軸方向に僅かに移動自在に配設される。そして、回転軸方向の相対移動により摺接する接合面にＯリング６８が設けられて、モータ回転子６６と羽根車４０が水密的に連結される。さらに、羽根車４０の前面４２を覆うようにポンプケーシング７０が内モータケーシング５４に水密的に連結接合される。このポンプケーシング７０には、羽根車４０の外周縁側に渦巻室７２が設けられるとともに、中心部にポンプ吸込口７４が穿設される。そして、ポンプケーシング７０の羽根車４０の前面４２に対向する内壁面は、鏡面研磨がなされる。さらに、固定軸６２の後端は、内モータケーシング５４に支持され、前端には軸支時部材７６が嵌合連接され、この軸支時部材７６がポンプケーシング７０ポンプ吸込口７４に放射状に配設された板状のリブ７８，７８…により支持固定される。
【００２６】
かかる構成において、羽根車４０は、モータ回転子６６の適宜な段差により回転軸方向の後方への移動が規制され、ポンプケーシング７０の内壁面により前方への移動が規制される。この羽根車４０の前面４２とポンプケーシング７０の内壁面の隙間ｇは、例えば羽根車４０が最も後方へ移動した状態の最大で０．５ｍｍに設定される。そして、モータ回転子６６の駆動回転にともない羽根車４０が回転され、流路溝４４，４４…内の液体が遠心力でポンプケーシング７０の渦巻室７２に移動するとともにポンプ吸込口７４から液体が流路溝４４，４４…に吸い込まれる。このポンプ作用により、羽根車４０にポンプケーシング７０の内壁面に当接する前方方向の力が作用する。そして、羽根車４０の前面４２に設けたスパイラル状溝４６，４６…により、羽根車４０をポンプケーシング７０の内壁面から離す後方方向の力が軸受動力として作用する。そこで、この２つの力が均衡する隙間ｇで羽根車４０の前面４２がポンプケーシング７０の内壁面に対向する。もって、隙間ｇは一例として１０μｍと極めて僅かであり、漏れ流れに対する流路抵抗が大きく、渦巻室７２の高圧の液体がポンプ吸込口７４の低圧側に漏れることがない。また、スパイラル状溝４６，４６…に生ずる高い軸受動圧が隙間ｇの漏れ流れを阻止する。そこで、ポンプ効率が著しく向上し得る。
【００２７】
また、羽根車４０は、セミオープン型の１枚の円板状であり、クローズド型の羽根車のごとく２枚のシュラウドを設けたものに比較して、液体との摩擦抵抗損失が少なく、それだけ軸動力を軽減でき、この観点からポンプ効率を向上させ得る。
【００２８】
そして、羽根車４０に刻設された流路溝４４，４４…の断面積は僅かであり、実施例のごとく４本の流路溝４４，４４…の合計流路断面積は、従来の羽根車の流路断面積に比較して極めて小さく、吐出流量Ｑは少ない。そこで、（１）式に示されるごとく、比速度Ｎｓが大幅に小さなものとなる。
【００２９】
さらに、流路溝４４，４４…は、その中心側で羽根車４０の回転方向と逆方向に湾曲して形成されるので、ポンプ吸込口７４から液体の吸い込みが従来同様に良好である。ところで、羽根出口角の違いによる吐出し流量と全揚程との関係において、出口角を９０゜より大きく、すなわち放射状方向から回転方向と同方向に湾曲させることで、吐出し流量の増加に伴い全揚程も増大することが知られている。そこで、流路溝４４，４４…は、その外周側では回転方向と同方向に湾曲して形成することにより、少ない軸動力で高い全揚程が得られる。
【００３０】
本発明の第１実施例の渦巻ポンプ５０にあっては、上述のごとく漏れ流れの阻止や摩擦抵抗損失の軽減により、軸動力を減少させてポンプ効率を向上させるとともに、流路溝４４，４４…の流路断面積を極めて僅かとすることで、吐出量流Ｑを少なくして大幅に比速度Ｎｓを低減させ、さらに流路溝４４，４４…の出口角を９０゜以上の１１０゜に設定して高揚程Ｈを得ている。羽根車４０の外径を９０ｍｍとしたモデルポンプにより性能試験を行ったところ、図４に実線で示すポンプ性能曲線が得られた。そして、最高効率点における比速度Ｎｓは、５４であった。このことから、本発明の渦巻ポンプ５０は、従来の遠心ポンプの実用化し得る比速度Ｎｓの下限とされる８０を大きく下回る結果が確認された。
【００３１】
次に、図５を参照して羽根車の他の実施例を説明する。図５は、本発明の渦巻ポンプに用いる羽根車の他の実施例の前面を示す図である。図５において、図２と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００３２】
図５に示す羽根車８０の特徴は、流路溝４４，４４…が刻設される部分の外周縁部の径Ｄ１が大きく、流路溝４４，４４…が刻設されない部分の外周縁部の径Ｄ２が小さく形成されたことにある。
【００３３】
これは、円板摩擦抵抗損失は、円板直径の５乗に比例して増大し、これにより必要な軸動力も増大することから、流路溝４４，４４…の刻設されない部分の径Ｄ２を小さくすることで、円板摩擦抵抗損失の低減を図り、必要な軸動力を低下させ、もってポンプ効率を高めるようにしたものである。なお、流路溝４４，４４…が刻設される部分の径Ｄ１は、図２と同じとすることで、図２の実施例と同じ全揚程Ｈを得るようになされている。羽根車８０の径Ｄ１を９０ｍｍとし径Ｄ２を８０ｍｍとしたモデルポンプにより性能試験を行ったところ、図４に破線で示すポンプ性能曲線が得られた。そして、最高効率点における比速度Ｎｓは５１であった。
【００３４】
また、図６および図７を参照して羽根車の別の実施例を説明する。図６は、本発明の渦巻ポンプに用いる羽根車の別の実施例の前面を示す図である。図７は、図６の羽根車の前面に対向するポンプケーシングの内壁面を示す図である。
【００３５】
図６に示す別の実施例の羽根車８２は、鏡面研磨された前面４２に、図２に示す実施例と同様に、流路溝４４，４４…は設けられるが、スパイラル状溝４６，４６…は設けられていない。なお、中心部には、透孔４８が穿設される。そして、この羽根車８２に対向するポンプケーシング７０の内壁面は、図７に示すごとく、鏡面研磨された面にスパイラル状溝８４，８４…が刻設される。これらのスパイラル状溝８４，８４…は、羽根車８２の回転に伴い回転しようとする液体が湾曲した溝により外周縁側から中心側へ移動し、途中で移動が阻止されることで動圧が発生するように形成されれば良い。なお、図７のごとく、ポンプケーシング７０の内壁面に直接に刻設しても良いが、スパイラル状溝８４，８４…を刻設した平板をポンプケーシング７０の内壁面に適宜に固定配設しても良い。そして、羽根車とポンプケーシング７０の間に動圧を発生させるスパイラル状溝は、羽根車とポンプケーシング７０のいずれか一方に刻設されるものに限られず、相方に刻設されても良い。
【００３６】
さらに、本発明の第２実施例を図８を参照して説明する。図８は、本発明の渦巻ポンプの第２実施例の断面図である。図８において、図１ないし図３と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００３７】
図８に示す本発明の第２実施例の渦巻ポンプ８６で、図１に示す本発明の第１実施例の渦巻ポンプ５０と相違するところは、以下の通りである。まず、内モータケーシング５４の内側に形成される円柱状空間部６０の中心には、回転軸８８が配設され、その後端部が軸受９０を介して内モータケーシング５４に回転自在に支持される。そして、この回転軸８８にモータ回転子６６が固定される。さらに、回転軸８８の前端部に羽根車４０がキー９２により回転軸回りに相対回転しないように駆動連結されるとともに回転軸方向に僅かに移動自在に配設される。なお、回転軸８８に設けた段差部９４により羽根車４０の後方への移動が規制され、また回転軸８８と羽根車４０の回転軸方向への相対移動により摺接する接合面にはＯリング６８が設けられて、回転軸８８と羽根車４０が水密的に連結される。さらに、羽根車４０の前面４２を覆うようにポンプケーシング７０が内モータケーシング５４に水密的に連結結合される。そして、回転軸８８の前端部は、ポンプ吸込口７４にリブ７８，７８…により支持固定される軸受９６に回転自在に支承される。羽根車４０の前面とポンプケーシング７０の円壁面の隙間ｇは、羽根車４０の回転軸方向の移動で０〜０．５ｍｍの範囲で変動するように設定される。
【００３８】
かかる構成の図８に示す第２実施例の渦巻ポンプ８６は、図１に示す第１実施例の渦巻ポンプ５０と同様なポンプ性能特性が得られる。そして、第１と第２実施例の渦巻ポンプ５０，８６は、いずれもキャンドモータポンプであり、ポンプ全体が極めてコンパクトの構成できる。
【００３９】
またさらに、本発明の第３実施例を図９を参照して説明する。図９は、本発明の渦巻ポンプの第３実施例の一部切り欠き断面図である。図９において、図１ないし図３および図８と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００４０】
図９に示す本発明の第３実施例の渦巻ポンプ９８は、モータ１００にロータケーシング１０２を介して仕切壁１０４が水密的に連結接合され、ロータケーシング１０２と仕切壁１０４により形成される環状のロータ室１０６に、周方向に永久磁石１０８，１０８…が複数配設された第１のロータ１１０が設けられ、モータ１００のモータ出力軸１１２に駆動連結される。また、仕切壁１０４の内側に形成される円筒状空間部１１４の中心に固定軸６２が配設され、その一端が仕切壁１０４に固定される。この固定軸６２には、軸受６４，６４により、周方向に永久磁石１１６，１１６…が複数配設された第２のロータ１１８が回転自在に配設される。この第２のロータ１１８の前面側に、羽根車４０が適宜に回転軸回りの相対回転しないように駆動連結されるとともに回転軸方向に僅かに移動自在に配設される。なお、羽根車４０と第２のロータ１１８の回転軸方向の摺接面は、Ｏリングなどにより適宜に水密的に接合される。さらに、羽根車４０の前面４２を覆うようにポンプケーシング７０が仕切壁１０４に水密的に連結接合される。そして、固定軸６２の他端は、ポンプケーシング７０のポンプ吸込口７４に放射状に配設された板状のリブ７８，７８…に支持される軸支持部材７６に固定される。羽根車４０の前面４２とポンプケーシング７０の内壁面との間の隙間ｇは、羽根車４０の軸方向移動により例えば０〜１．０ｍｍとなるように設定される。
【００４１】
かかる構成の図９に示す第３実施例の渦巻ポンプ９８は、モータ１００の駆動回転で第１のロータ１１０が回転し、第１のロータ１１０の永久磁石１０８，１０８…と第２のロータ１１８の永久磁石１１６，１１６…の磁気吸引力により、第２のロータ１１８が回転駆動され、もって羽根車４０が駆動回転される。そして、羽根車４０が配設されるポンプ部と第１のロータ１１０が配設されるロータ室１０６が仕切壁１０４で水密的に分離させるので、第１のロータ１１０から羽根車４０への動力伝達機構をシールレスに構成でき、ポンプ部からロータ室１０６に液が漏れて侵入するようなことがなく、腐食性液体からモータ１００を確実に保護することができる。
【００４２】
なお、上記実施例において、流路溝４４，４４…は、４本に限られず、複数本が円周均等分割位置に適宜に刻設されれば良く、溝の幅と深さは、所望の吐出流量Ｑに応じて適宜に設定すれば良い。また、上記実施例ではより高い全揚程Ｈを得ることを目的として、流路溝４４，４４…を外周側では放射状方向から羽根車４０の回転方向と同方向に湾曲させ、すなわち出口角を９０゜以上に設定しているが、これに限られず、流路溝４４，４４…を外周側で放射状方向、すなわち出口角を９０゜や、放射状方向から羽根車４０の回転方向と同方向に湾曲、すなわち出口角を９０゜以下としても良い。そして、上記実施例では流路溝４４，４４…の出口角を１１０゜として高い揚程Ｈが得られているが、この出口角は実験などにより選択されれば良く、最大でも１６０゜程度と推測される。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の渦巻ポンプは構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【００４４】
請求項１記載の渦巻ポンプにあっては、羽根車をセミオープン型とすることで液体との摩擦抵抗損失を軽減し、また羽根車の前面とポンプケーシングの間をスパイラル状溝による動圧軸受として隙間の調整を行うことで高圧側から低圧側への液体の漏れ流れを確実に阻止し、軸動力を軽減してポンプ効率を向上させることができる。そして、羽根車の前面に流路溝を刻設して液体の流路としているので、従来の渦巻ポンプに比較して流路断面積が極めて小さく、それだけ吐出流量Ｑが少ない。もって、比速度Ｎｓの小さい渦巻ポンプを実現できた。
【００４５】
請求項２記載の渦巻ポンプにあっては、流路溝を外周側で放射状方向から羽根車の回転方向と同方向に湾曲させるので、出口角が９０゜以上となり、高い揚程Ｈが得られる。もって、小流量で高揚程のポンプとして好適である。
【００４６】
請求項３記載の渦巻ポンプにあっては、流路溝が刻設される外周縁部の外径が大きいので、高揚程が得られる。そして、流路溝が刻設されていない外周縁部の外径が小さくされるので摩擦抵抗損失を軽減でき、ポンプ効率の向上が図れる。
【００４７】
請求項４および５記載の渦巻ポンプは、キャンドモータポンプが形成され、ポンプ全体としてコンパクトに構成できる。
【００４８】
請求項６記載の渦巻ポンプは、ポンプ部とロータ室を仕切壁で水密的に分離し、第１のロータの駆動回転を磁気吸引力で羽根車に動力伝達するので、ポンプ部からロータ室に液体が漏れて侵入することがない。そこで、腐食性液体等に対してモータを確実に保持することができ、機械的信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の渦巻ポンプの第１実施例の断面図である。
【図２】本発明の渦巻ポンプの羽根車の前面を示す図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】本発明の渦巻ポンプのポンプ特性図である。
【図５】本発明の渦巻ポンプに用いる羽根車の他の実施例の前面を示す図である。
【図６】本発明の渦巻ポンプに用いる羽根車の別の実施例の前面を示す図である。
【図７】図６の羽根車の前面に対向するポンプケーシングの内壁面を示す図である。
【図８】本発明の渦巻ポンプの第２実施例の断面図である。
【図９】本発明の渦巻ポンプの第３実施例の一部切り欠き断面図である。
【図１０】クローズド型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例の断面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１２】セミオープン型の羽根車を有する渦巻ポンプの従来例の断面図である。
【符号の説明】
１０，３４，５０，８６，９８ 渦巻ポンプ
１２，７２ 渦巻室
１４，７０ ポンプケーシング
１６，３６，４０，８０，８２ 羽根車
２６，７４ ポンプ吸込口
４２ 前面
４４ 流路溝
４６，８４ スパイラル状溝
４８ 透孔
５２ 外モータケーシング
５４ 内モータケーシング
５６ 環状空間部
５８ モータ固定子
６０，１１４ 円柱状空間部
６２ 固定軸
６４，９０，９６ 軸受
６６ モータ回転子
６８ ピン
７６ 軸支持部材
７８ リブ
８８ 回転軸
９２ キー
９４ 段差部
１００ モータ
１０２ ロータケーシング
１０４ 仕切壁
１０６ ロータ室
１０８，１１６ 永久磁石
１１０ 第１のロータ
１１２ モータ出力軸
１１８ 第２のロータ
Claims (6)
- 円板状で鏡面研磨された前面に中心部から外周端に渡り略放射状に複数の流路溝を刻設してセミオープン型の羽根車を形成し、渦巻ポンプケーシング内に前記羽根車をその前記中心部を前記渦巻ポンプケーシングのポンプ吸込口に臨ませしかも前記羽根車の前記前面を前記渦巻ポンプケーシングの鏡面研磨された内壁面に近接対向して配設し、また前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在で回転駆動するように配設し、前記前面または前記内壁面の少なくともいずれか一方に前記羽根車の回転駆動で動圧軸受を形成するスパイラル状溝を刻設して構成したことを特徴とする渦巻ポンプ。
- 請求項１記載の渦巻ポンプにおいて、前記流路溝が、中心側では放射状方向から前記羽根車の回転方向と逆方向に湾曲し、外周側では放射状方向から前記羽根車の回転方向と同方向に湾曲して形成したことを特徴とする渦巻ポンプ。
- 請求項１または２記載の渦巻ポンプにおいて、前記羽根車の円板状の外形を、前記流路溝が刻設される外周縁部で大きく、前記流路溝が刻設されない外周縁部で小さく形成したことを特徴とする渦巻ポンプ。
- 請求項１ないし３記載のいずれかの渦巻ポンプにおいて、２重の筒状のモータケーシングにより水密構造で形成される環状空間部にモータ固定子を配設し、前記モータケーシングで形成される円柱状空間部の中心に固定軸を配設し、前記固定軸にモータ回転子を回転自在に配設し、前記モータ回転子に前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在に駆動連結して配設し、前記渦巻ポンプケーシングを前記モータケーシングに水密的に連結接合して構成したことを特徴とする渦巻ポンプ。
- 請求項１ないし３記載のいずれかの渦巻ポンプにおいて、２重の筒状のモータケーシングにより水密構造で形成される環状空間部にモータ固定子を配設し、前記モータケーシングで形成される円柱状空間部の中心に回転軸を回転自在に配設し、前記回転軸にモータ回転子を固定し、前記回転軸に前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在に駆動連結して配設し、前記渦巻ポンプケーシングを前記モータケーシングに水密的に連結接合して構成したことを特徴とする渦巻ポンプ。
- 請求項１ないし３記載のいずれかの渦巻ポンプにおいて、２重の筒状の仕切壁とロータケーシングにより水密構造で形成される環状空間部に周方向に永久磁石を配設した第１のロータを電動機で回転駆動自在に配設し、前記仕切壁で形成される円柱状空間部の内側に周方向に永久磁石を配設した第２のロータを回転自在に配設し、前記第２のロータに前記羽根車を回転軸方向に僅かな範囲で移動自在に駆動連結して配設し、前記渦巻ポンプケーシングを前記仕切壁または前記ロータケーシングに水密的に連結接合して構成したことを特徴とする渦巻ポンプ。
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