JP4593962B2 - 遠心ポンプ、及び遠心ポンプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、遠心ポンプに係り、特に羽根車やケーシングなどの構成部品を板金で製造する遠心ポンプ、及び遠心ポンプ製造方法に関するものである。

一般に、遠心ポンプでは、流体が持つ速度エネルギーを効率良く圧力エネルギーに変換させるために、羽根車から出た流体を減速させて圧力を回復させる機構が必要とされる。また、複数の羽根車が直列に配置された多段式遠心ポンプでは、前段の羽根車から次段の羽根車まで流体を導くための機構が必要とされる。

そこで、多段式遠心ポンプでは、流体を減速させ、且つ、流体を次段の羽根車に導くための機構として、ガイドベーンが広く採用されている。このガイドベーンは、羽根車を出た流体を減速させるディフューザー流路と、このディフューザー流路を通過した流体を次段の羽根車に導く戻り流路とから基本的に構成される。（例えば、特許文献１参照）。

上述したディフューザー流路及び戻り流路をガイドベーンは、複雑な形状を有しているため、樹脂製のガイドベーン又は鋳造により形成された金属製のガイドベーンが採用されている。このような構成を有するガイドベーンによれば、流体を羽根車の開口部まで導くための滑らかな流路が形成されるため、良好な性能が得られる。

しかしながら、上記のように樹脂製のガイドベーンを用いた場合、流体の性質によってガイドベーンが腐食されてしまい、ポンプが取り扱うことができる流体が限定されるという問題があった。また、ポンプを汚水の移送に使用した場合、汚水に含まれる砂などの混入物によってガイドベーンが摩耗するという問題も生じていた。一方、鋳物のガイドベーンを用いた場合は、上述した腐食や摩耗の問題は解決されるが、製造コストが上昇するという問題が生じていた。

また、上記のような問題を解決するため遠心ポンプにおいて、回転する羽根車から出た流体を減速させるディフューザ部と、該ディフューザ部を通過した流体を吐出側に導くリターンベーンと、ディフューザ部及びリターンベーンが固定される主板を板金製としたものが提案されている（特願２００２−３４７７７２号）。
実公平６−４０９５８号公報

上記ディフューザ部、リターンベーン、ディフューザ部及びリターンベーンが固定される主板を板金製とした遠心ポンプは、耐腐食性、耐摩耗性に優れ、流体を高効率で昇圧できるという作用効果を有するが、本願発明はこの作用効果に加え、更にポンプ性能を向上させることができる遠心ポンプ、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、羽根車を回転させることで流体を昇圧する遠心ポンプであって、羽根車から出た流体を減速させるディフューザ部と、該ディフューザ部を通過した流体を吐出側に導くリターンベーンと、該ディフューザ部及び該リターンベーンが固定される主板と、該ディフューザ部と該リターンベーンとの間の中間流路に生じる段差をうめる構造物を備え、ディフューザ部とリターンベーンと主板と段差をうめる構造物を全て板金製とすると共に、ディフューザ部と前記リターンベーンと中間流路とで流路を形成し、該流路は隣接する他の流路と隔離され連続した一体型流路として構成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の遠心ポンプにおいて、一体型流路はディフューザ部を構成する板金とリターンベーンを構成する板金と主板と段差をうめる構造物を構成する板金とを溶接して形成されていること特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の遠心ポンプにおいて、段差をうめる構造物が、１枚の板金製カバープレートであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の遠心ポンプにおいて、カバープレートとリターンベーンは、外周部で互いに噛み合っていて該カバープレートの動きを拘束していることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、羽根車を回転させることで流体を昇圧する遠心ポンプの製造方法であって、羽根車から出た流体を減速させるディフューザ部と、該ディフューザ部を通過した流体を吐出側に導くリターンベーンと、該ディフューザ部及び該リターンベーンが固定される主板と、該ディフューザ部と該リターンベーンの間の中間流路に生じる段差をうめるカバープレートを備え、ディフューザ部と前記リターンベーンと主板とカバープレートとは全てが板金から作られ、これら部品の組立てはこれら部品を組立てた姿勢の状態とし、全て同一方向からのレーザによる貫通溶接により一体化し、ディフューザ部とリターンベーンと中間流路とで流路を形成し、該流路は隣接する他の流路と隔離され連続した一体型流路としたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
・ディフューザ部とリターンベーンの間の中間流路に生じる段差が解消され、流路の流体に対する抵抗が小さくロスが少なくなり、効率のよい遠心ポンプを提供できる。
・また、ディフューザ部とリターンベーンと主板と段差をうめる構造物を全て板金製とするので、該板金にステンレス鋼板等を用いることで、耐腐食性、耐摩耗性に優れた遠心ポンプを提供できる。
・また、ディフューザ部とリターンベーンと中間流路で形成される流路を一体型流路とするので、効率のよい遠心ポンプを提供できる。

請求項５に記載の発明によれば、ディフューザ部、リターンベーン、主板、ディフューザ部と該リターンベーンの間の中間流路に生じる段差をうめるカバープレートを備え、これら部品の全てが板金から作られ、該これら部品の組立てはこれら部品を組立てた姿勢の状態とし、全て同一方向からのレーザによる貫通溶接により一体化し、ディフューザ部とリターンベーンと中間流路で形成される流路を一体型流路としたので、上記のような耐腐食性、耐摩耗性に優れた遠心ポンプを一工程で製造できる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。図１は本発明に係る遠心ポンプのガイドベーンを構成する部品の構成例を示す図であり、図２及び図３はガイドベーンの全体構成を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側断面図、図３は外観斜視図である。図示するように、ガイドベーン１０は、ディフューザ流路１５を形成するディフューザ部１１と、戻り流路１６を形成する複数のリターンベーン１４と、ディフューザ部１１及びリターンベーン１４が固定される主板１２とを備えている。

更にディフューザ部１１は、ディフューザ流路１５毎に分割されており、主板１２に溶接にて固定されている。リターンベーン１４も戻り流路１６毎に分割され、主板１２に溶接にて固定されている。これらの部品構成では、図１に示すように主板１２の段差１７が流路内に残ってしまうので、リターンベーン１４と主板１２の間には段差１７を滑らかにする一体部品のカバープレート１３を追加している。

カバープレート１３は図１に示すように、１枚の板金で作られている。これにより、ガイドベーン１０の組立て体は容易で且つ、戻り流路１６は滑らかになっている。カバープレート１３は図８に示すように、主板１２とリターンベーン１４の間にカバープレート１３が挿入された状態で、主板１２の側からのノズル２０を用いたレーザ溶接による貫通溶接で３つの部材を同一工程で溶接一体化している。また、図１に示すように、リターンベーン１４とカバープレート部１３には噛合い部１８、１９が設けらており、溶接が終った時に、図３に示すように、噛合い部１９でカバープレート１３が押えられ、カバープレート部１３の外周部の動きが拘束されるようになっている。

上記のようにガイドベーン１０は、ディフューザ流路１５を形成するディフューザ部１１と、戻り流路１６を形成する複数のリターンベーン１４と、ディフューザ部１１とリターンベーン１４を固定する主板１２と、及びリターンベーン１４と主板１２の間に介在するカバープレート１３を備え、矢印Ａに示すように、回転する羽根車（図示せず）から出た流体は、ディフューザ流路１５を通って方向転換し戻り流路１６に流入し、吐出側（吐出口又は次段の羽根車）に導かれる。

図４及び図５はガイドベーン１０の組立方法を説明するための図で、図４は組立ての際の溶接方向を平面から見た図で、図５は側面から見た図である。図示するように、主板１２にディフューザ部１１、カバープレート１３、リターンベーン１４をレーザ溶接にて固定する。図４の矢印Ｂは溶接方向を示し、レーザ溶接（例えば、ＹＡＧレーザ溶接）は紙面表側から行なう。

図４の溶接部Ｌ１では図６に示すように、主板１２とリターンベーン１４とディフューザ部１１をディフューザ部１１の側からのノズル２０を用いたレーザ溶接による貫通溶接で３つの部材を同時に溶接している。また溶接部Ｌ２では図７に示すように、主板１２とディフューザ部１１をディフューザ部１１の側からのノズル２０を用いたレーザ溶接による貫通溶接で２つの部材を同時に溶接している。溶接部Ｌ３では図８に示すように、主板１２とリターンベーン１４の間にカバープレート１３を介在させてディフューザ部１１の側からのノズル２０を用いたレーザ溶接による貫通溶接で３つの部材を同時に溶接している。

図９は上記構成のガイドベーン１０を用いる多段式遠心ポンプの要部を示す断面図である。図９に示すように、本多段式遠心ポンプ５０は複数の羽根車５１を収容するケーシング５２と、羽根車５１が固定される回転自在な回転軸５３とを備えている。ケーシング５２は、複数のケーシング分割体５２Ａから構成されている。これらのケーシング分割体５２Ａの接合部にはＯ−リング５４が使用されている。

羽根車５１は、回転軸５３上に等間隔に配置され、回転軸５３と一体的に回転するようになっている。それぞれの羽根車５１の開口部５１ａは、同一方向を向いて回転軸５３上に直列に配置されている。回転軸５３は、図示しない電動機に連結されており、この電動機により回転軸５３を介して羽根車５１が回転駆動される。なお、羽根車５１及びケーシング５２は、いずれもステンレスなどの板金（鋼鈑）にて製作されている。

本多段式遠心ポンプ５０は、複数のガイドベーン５６を備えている。このガイドベーン５６は上記構成のガイドベーン１０と同じ構成で、それぞれのガイドベーン５６は、ディフューザ流路を形成するディフューザ部５７と、戻り流路を形成する複数のリターンベーン５８と、ディフューザ部５７及びリターンベーン５８が固定される主板５９とを備えている。また、図示は省略するが、リターンベーン５８と主板５９の間には上記と同様、段差を滑らかにするカバープレートが設けられている。また、それぞれのガイドベーン５６は、ケーシング５２の内周面に固定され、各羽根車５１の外周及び背面（吐出側）に接近した位置に配置されている。

リターンベーン５８の背面側（吐出側）には、戻り流路の一部を構成する環状の第１の隔壁６０が固定されている。この第１の隔壁６０には、径の小さな第１の通孔６０ａが形成されている。また、第１の隔壁６０の吐出側には、環状の第２の隔壁６１が設けられており、第１の隔壁６０と第２の隔壁６１との間には、空間６２が形成されている。この第２の隔壁６１には、上述した第１の通孔６０ａと略同じ径を有する第２の通孔６１ａが形成されている。本実施形態例では第１の隔壁６０及び第２の隔壁６１は、いずれもステンレス等の板金から形成されている。なお、ここでは、延長されたケーシング５２の部位が第２の隔壁６１を構成している。

上記のように構成される多段式遠心ポンプにおいて、電動機により羽根車５１が回転駆動されると、流体は、図９に示す矢印Ｄの方向から開口部５１ａを介して羽根車５１に導入される。羽根車５１に導入された流体は、回転する羽根車５１により昇圧され、羽根車５１の外周からガイドベーン５６に向けて吐出される。ガイドベーン５６に導かれた流体は、このガイドベーン５６内を矢印Ｅの方向に流れる。この時、流体はディフューザ部５７を通過することによって減速され、流体の持つ速度エネルギーが圧力エネルギーに効率良く変換される。ディフューザ部５７を通過した流体は、リターンベーン５８によって次段の羽根車５１の開口部５１ａに導入される。このようにして、流体は、各段の羽根車５１によって順次昇圧され、更に各ディフューザ部５７によって圧力が回収され後、図示しない吐出口から吐出される。

上述したように、流体は各段の羽根車５１によって順次昇圧されるため、圧力の異なる流体は、第１の隔壁６０及び第２の隔壁６１によって高圧側と低圧側に仕切られている。本実施形態例に係る多段式遠心ポンプでは、ケーシング５２内の流体が高圧側から低圧側に漏洩してしまうことを防止するため、フローティング型のライナーリング６３が設けられている。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

本発明に係る遠心ポンプのガイドベーンを構成する部品の構成例である。 本発明に係る遠心ポンプのガイドベーン構成を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側断面図である。 本発明に係る遠心ポンプのガイドベーンの構成を示す外観斜視図である。 本発明に係る遠心ポンプのガイドベーンの溶接組立を説明する平面図である。 本発明に係る遠心ポンプのガイドベーンの溶接組立を説明する側面図である。 ディフューザ部とリターンベーンと主板の溶接例を示す図である。 ディフューザ部と主板の溶接例を示す図である。 主板とガイドベーンとリターンベーンの溶接例を示す図である。 本発明に係る多段式遠心ポンプの要部構成例を示す図である

符号の説明

１０ ガイドベーン
１１ ディフューザ部
１２ 主板
１３ カバープレート
１４ リターンベーン
１５ ディフューザ流路
１６ 戻り流路
１７ 段差
１８ 噛合い部
１９ 噛合い部
２０ ノズル
５０ 多段式遠心ポンプ
５１ 羽根車
５２ ケーシング
５３ 回転軸
５４ Ｏ−リング
５６ ガイドベーン
５７ ディフューザ部
５８ リターンベーン
５９ 主板
６０ 第１の隔壁
６１ 第２の隔壁
６２ 空間
６３ ライナーリング

Claims (5)

1. 羽根車を回転させることで流体を昇圧する遠心ポンプであって、
   前記羽根車から出た流体を減速させるディフューザ部と、該ディフューザ部を通過した流体を吐出側に導くリターンベーンと、該ディフューザ部及び該リターンベーンが固定される主板と、該ディフューザ部と該リターンベーンとの間の中間流路に生じる段差をうめる構造物を備え、前記ディフューザ部と前記リターンベーンと前記主板と前記段差をうめる構造物を全て板金製とすると共に、前記ディフューザ部と前記リターンベーンと前記中間流路とで流路を形成し、該流路は隣接する他の流路と隔離され連続した一体型流路として構成されていることを特徴とする遠心ポンプ。
2. 請求項１に記載の遠心ポンプにおいて、
   前記一体型流路は前記ディフューザ部を構成する板金と前記リターンベーンを構成する板金と前記主板と前記段差をうめる構造物を構成する板金とを溶接して形成されていること特徴とする遠心ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載の遠心ポンプにおいて、
   前記段差をうめる構造物が、１枚の板金製カバープレートであることを特徴とする遠心ポンプ。
4. 請求項３に記載の遠心ポンプにおいて、
   前記カバープレートと前記リターンベーンは、外周部で互いに噛み合っていて該カバープレートの動きを拘束していることを特徴とする遠心ポンプ。
5. 羽根車を回転させることで流体を昇圧する遠心ポンプの製造方法であって、
   前記羽根車から出た流体を減速させるディフューザ部と、該ディフューザ部を通過した流体を吐出側に導くリターンベーンと、該ディフューザ部及び該リターンベーンが固定される主板と、該ディフューザ部と該リターンベーンの間の中間流路に生じる段差をうめるカバープレートを備え、前記ディフューザ部と前記リターンベーンと前記主板と前記カバープレートとは全てが板金から作られ、
   これら部品の組立てはこれら部品を組立てた姿勢の状態とし、全て同一方向からのレーザによる貫通溶接により一体化し、前記ディフューザ部と前記リターンベーンと前記中間流路とで流路を形成し、該流路は隣接する他の流路と隔離され連続した一体型流路としたことを特徴とする遠心ポンプの製造方法。

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