JP4625887B2

JP4625887B2 - 遠心ポンプ

Info

Publication number: JP4625887B2
Application number: JP2008231493A
Authority: JP
Inventors: 宏和荒木
Original assignee: 宏和荒木
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2028-08-12
Also published as: JP2010043631A

Description

本発明は、流体と壁面との摩擦抵抗を減少させ、遠心ポンプの効率を向上させることによりポンプ性能を向上させることが可能となる。さらに、軸スラストを容易に計測できる遠心ポンプに関するものである。

管路を流れる流体の流速は、流体が接触する壁面との間に生じる摩擦抵抗により、壁面での流速は０で、中心軸上では最大となる速度分布（図５）である。そのため、従来の遠心ポンプは、流体と壁面との摩擦抵抗のため運動エネルギーの損失が大きかった。

遠心ポンプはケーシング内外の圧力差により揚水するため、ケーシング内を密閉し呼び水をおこない水を満たし、羽根車を連結した軸は機密性を持った軸受けに取り付け回転させるため、軸の回転は可能だが軸方向に移動させることはできなかった。

このため、軸スラストの計測は、ひずみゲージとコンピュータを使用し、複雑な計算式を用いて計算するなど大がかりであり、高校などの授業等において教室で実験できるものではなく、さらに軸スラストの値が変化する現象を目で見て確認することができなかった。
特開平９−１４４６９０公報

本発明が解決しようとする課題は、流体と壁面との間に生じる摩擦抵抗を減少させることにより運動エネルギーの損失を減少させ、遠心ポンプのポンプ効率を向上させることである。

また、本発明は、軸スラストを簡単な装置で計測し、軸スラストの変化する現象と値を計量器を用いて確認することができる遠心ポンプを提供することを課題とするものである。

問題を解決するための手段

本発明１は、吸込口と吐出口を有するケーシングと、ケーシング内に回転可能に軸支され一端は駆動手段の駆動モータ連結され、他端には羽根車が、中途には回転軸とは別に独立して自由に回転できる円錐あるいは円筒状の円筒が取付けられた、回転軸とからなることを特徴とする遠心ポンプである。

発明２は、発明１のケーシング内面に上記円錐あるいは円筒を囲むように円筒状の回転体を軸受けを用いて取り付けた。更に、発明３は、回転軸に軸スラストを計量できる計量器を取り付けた遠心ポンプである。

発明の効果

本発明によれば、流体と壁面との間に生じる摩擦抵抗を、回転体（壁面）が流体の流れと同方向に回転することにより低減させ、運動エネルギーの損失を低減し、遠心ポンプのポンプ効率を向上させることができる。

また、ケーシング内を密閉しなくても揚水が可能となり、回転軸を機密性を有する軸受けを使用してケーシング上部の開口部に取り付ける必要がないため、回転軸は回転しながら軸方向に移動することもできる。この機構により、ケーシング上部に設置した計量器を使用することにより、羽根車の形状、羽根枚数、羽根車の回転数を変化させたときの軸スラストを、簡単に計測できる遠心ポンプを提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。

図１は、本遠心ポンプの部分断面図であり、１は液体を揚水する遠心ポンプで、吸込口Ａ、吐出口Ｂを有するケーシング４と、ケーシング４内には、回転と軸方向の移動が可能な回転軸８があり、一端は駆動手段の駆動モータ２に連結され、他端には羽根車７が、中途には円錐状あるいは円筒状の円筒の回転体Ｂ６が設置されている。駆動モータ２は計量器３上に設置する。

ケーシング４内の回転体Ａ５の上部に軸支具である軸受け９と下部に軸支具である軸受け１０を介して、ケーシング４の内面と約５ｍｍの隙間を設けて回転体Ａ５を取り付ける。この機構により回転体Ａ５は自由に回転できる。

次に本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。ケーシング４の上部に計量器３を設置し、同計量器上に駆動手段の駆動モータ２を固定する。駆動モータ２は回転数を変化させることができる。同駆動モータ２に回転軸８を連結する。ケーシング上部には回転軸８の外径より少し大きい開口部が形成され、この開口部から回転軸８を通し、回転体Ｂ６に差し込む。

回転体押さえ１５は軸受けを介して円形状の物体が回転体Ｂ６が接触したときに回転体Ｂ６と共に回転し、ケーシング４内が液体で満たされたとき、回転体Ｂ６が浮力で浮き上がってケーシング４内部の上面に接触するのを防ぐ。

図４において、回転体Ｂ６の中心線の位置に管１１を挿入し固着する、このため回転体Ｂ６は密閉され内部に液体が入ることはない。管１１の内径は、回転軸８の外径より大きいため、回転軸８を中心にして自由に回転するとともに、軸方向にも移動できる。

回転軸８の他端に連結した羽根車７は、取り外し可能にするためナット１３、ナット１４にて締めつける。なお羽根車７は、羽根の形状、羽根の枚数の異なったものを準備し、羽根の形状と枚数と回転数が軸スラストにどのような影響があるのか計測できる。

回転体Ａ５は、回転体Ａ５の上部を軸受け９、回転体Ａ５の下部を軸受け１０を介してケーシング４の内面に設置し、自由に回転することができる。

遠心ポンプとして液体を揚水する方法（図２）は、ケーシング上部の開口部に気密性のある軸受け１７を設置し、回転軸８を軸受けに取り付ける。

次に、ケーシング内に液体を羽根車７以上まで入れる。駆動モータ２を使用し回転軸８と羽根車７を回転させると、吹込口Ａから吸込まれた流体は、回転体Ａ５と回転体Ｂ６の間を通って揚水され、吐出口Ｂから吐出される。液体は、渦巻き状に旋回しながら揚水され、回転体５と回転体６も液体の粘性のため流体の流れと同方向に回転するため、液体と回転体Ａ５と回転体Ｂ６の間に生じる摩擦抵抗が低減され、運動エネルギーの損失も低減される。（図６）

軸スラストの計測方法（図１）は、ケーシング内に液体を羽根車７の上部以上で回転体５が液体の浮力により浮く程度まで入れる。この時、計量器の荷重値を０に補正する。駆動モータ２を使用し回転軸８と羽根車７を回転させると、吹込口Ａから吸込まれた流体は、回転体Ａ５と回転体Ｂ６の間を通って揚水され、吐出口Ｂから吐出される。液体は、渦巻き状に旋回しながら揚水され、回転体５と回転体６も液体の粘性のため流体の流れと同方向に回転するため、液体と回転体Ａ５と回転体Ｂ６の間に生じる摩擦抵抗が低減され、運動エネルギーの損失が低減される。ケーシング上部に上記開口部１６があり、密閉されていない状態であっても揚水できる。この時、羽根車７は吸込口Ａ方向へ吸引され、軸スラストが発生する。羽根車７と連結した回転軸８を開口部１６を通し計量器２に連結しているため軸スラストを計測することができる。

産業上の利用分野

本発明に係る遠心ポンプは、物理教材用のみならず、会社や工場内、高粘度液体用のポンプ、若しくは排水路等の液体を吸い込む掃除などにも容易に用いることが可能となった。

本発明に係る遠心ポンプの軸スラストの計測実施例の断面図。本発明に係る遠心ポンプの実施例の断面図。本発明に係るケーシング内面に回転体Ａを取り付けた遠心ポンプの実施例の図。本発明に係る回転軸に円錐あるいは円筒状の円筒の回転体Ｂを取り付けた遠心ポンプの実施例を示す図。流体と固定した壁面との速度分布図である。流体と移動可能な壁面との速度分布図である。

符号の説明

１…遠心ポンプ
２…駆動モータ
３…計量器
４…ケーシング
５…回転体Ａ
６…回転体Ｂ
７…羽根車
８…回転軸
９…回転体Ａ上部保持用軸受け
１０…回転体Ａ下部保持用軸受け
１１…回転体Ｂの中心線の位置に固着させた管
１２…吸込口Ａ軸押さえ
１３…羽根車締めつけ用ナット
１４…羽根車締めつけ用ナット
１５…回転体Ｂ押さえ
１６…ケーシング上部の開口部
１７…ケーシング上部の回転軸軸受け
１８…回転軸と軸受けの締めつけ用ナット
１９…回転軸と軸受けの締めつけ用ナット

Claims

他端に羽根車側の吸込口Ａを、一端に吐出口Ｂを有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能で一端は駆動手段に連結され、他端には前記羽根車が、中途には円錐あるいは円筒の回転体Ｂが差し込まれた回転軸とからなることを特徴とする遠心ポンプ。
上記円錐あるいは円筒の回転体Ｂの外周面に隙間を有する如く、上記ケーシング内に円筒の回転体Ａを自由に回転できるように設置したことを特徴とする請求項１記載の遠心ポンプ。
上記回転軸に軸スラストを計量できる計量器を取り付けたことを特徴とする請求項１又は、請求項２に記載の遠心ポンプ。