JP4959424B2 - Pump device - Google Patents
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Description
本発明は、クローズド型のインペラの片面に固定された金属製円筒ロータを回転磁界発生装置で間接的に駆動することによってロータおよびインペラをインペラケーシング内で非接触状態に保持して回転させる機構を備えたポンプ装置に関する。 The present invention provides a mechanism for rotating a rotor and an impeller in a non-contact state in an impeller casing by indirectly driving a metal cylindrical rotor fixed to one side of a closed impeller with a rotating magnetic field generator. It is related with the provided pump apparatus.
ノンシール構造で液体中に軸がなく、インペラを液体中に浮かせた状態で回転させる機構を有するポンプ装置については、従来、様々な種類のものが出願されている。これらのポンプ装置に発生するトラブルとしては、ロータとキャン(ロータと回転磁界発生装置とを隔てる隔壁)との接触に起因するものが多い。このようなトラブルを回避するため、インペラケーシング内のインペラよりも外周領域に、インペラの回転軌跡と平行な円弧状の隔壁を設け、隔壁の片端部をインペラケーシングの一部に開設された吐出口の内側開口に臨ませて配置し、隔壁の他端部を吐出口と対向する位置に配置したポンプ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Various types of pump devices having a non-seal structure and a mechanism for rotating the impeller in a state where the impeller is floated in the liquid have been filed. Many of the troubles that occur in these pump devices are caused by contact between the rotor and the can (a partition wall separating the rotor and the rotating magnetic field generator). In order to avoid such troubles, an arc-shaped partition parallel to the rotation trajectory of the impeller is provided in the outer peripheral region than the impeller in the impeller casing, and one end of the partition is opened at a part of the impeller casing. A pump device has been proposed in which the other end of the partition wall is disposed at a position facing the discharge port (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1記載のポンプ装置によれば、吐出口に臨む位置の液圧と、吐出の対向位置の液圧とが殆ど同等となり、回転中のインペラが吐出口方向へ引き寄せられる現象がなくなるため、ロータとキャンとの間、インペラとケーシングとの間の接触、摺動がなくなり、これらの接触、摺動に起因するトラブルを防止することができる。 According to the pump device described in Patent Document 1, the hydraulic pressure at the position facing the discharge port is almost equal to the hydraulic pressure at the opposite position of the discharge, and the phenomenon that the rotating impeller is drawn toward the discharge port is eliminated. Contact and sliding between the rotor and the can and between the impeller and the casing are eliminated, and troubles caused by these contact and sliding can be prevented.
特許文献1記載のポンプ装置において、回転中のインペラが、何らかの原因により、回転軸心に沿って片方へ移動すると、インペラの片方の側面とインペラケーシング内側面との隙間が縮小するとともに、同インペラの他方の側面とインペラケーシング内側面との隙間が拡大するため、拡大した方の隙間の液体流量が増大する。流量が増大すると動圧も増大して、拡大した隙間をさらに拡げようとするため、インペラはさらに片方へ移動し、ロータとキャンとの間およびインペラとインペラケーシングとが接触したり、摺動したりすることがある。 In the pump device described in Patent Document 1, when the rotating impeller moves to one side along the rotational axis for some reason, the gap between one side surface of the impeller and the inner side surface of the impeller casing is reduced, and the impeller Since the gap between the other side surface and the inner side surface of the impeller casing is enlarged, the liquid flow rate in the enlarged gap is increased. As the flow rate increases, the dynamic pressure also increases, so that the expanded gap is further expanded, so that the impeller further moves to one side, and the impeller and the impeller casing contact or slide between the rotor and the can. Sometimes.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ロータおよびインペラとこれらを包囲するケーシングとの間の接触、摺動が発生しないポンプ装置を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a pump device in which contact and sliding between a rotor and an impeller and a casing surrounding them do not occur.
本発明のポンプ装置は、クローズド型のインペラの駆動側面にその回転軸心と同軸上に固定された金属製の円筒状ロータを隔壁を隔てて配置された回転磁界発生装置で間接駆動してロータおよびインペラをケーシング内で非接触状態に保持して回転させる機構を備えた、片吸込、上方吐出および片側駆動方式の横置型のポンプ装置において、
前記インペラの二つの側面のそれぞれの外周に沿って拡径方向に突出した突条部を設け、前記インペラの側面とそれぞれ対向する前記インペラケーシング内側面における前記突条部よりも外周領域にそれぞれの前記突条部を包囲する環状壁を設け、
前記インペラの回転軸心方向の移動に伴って前記側面と前記インペラケーシング内側面とが接近、離隔すると互いに離隔、接近する流量調整面を、前記側面の突条部と前記環状壁の対向部分にそれぞれ設けたことを特徴とする。
In the pump device of the present invention, a rotor made by indirectly driving a metal cylindrical rotor fixed on the drive side surface of a closed-type impeller coaxially with its rotational axis by a rotating magnetic field generator arranged with a partition wall therebetween. In the horizontal type pump device of the single suction, the upper discharge and the one side drive system, equipped with a mechanism for holding and rotating the impeller in a non-contact state in the casing,
Protruding ridges projecting in the diameter-expanding direction along the outer circumferences of the two side surfaces of the impeller are provided, and the rim portions on the inner side surfaces of the impeller casing respectively opposed to the side surfaces of the impeller are arranged in the outer peripheral regions. Providing an annular wall surrounding the ridge,
As the impeller moves in the rotational axis direction, when the side surface and the inner surface of the impeller casing approach and separate from each other, a flow rate adjustment surface that is separated from each other and approaches is provided on the projecting portion of the side surface and the opposed portion of the annular wall. Each is provided.
このような構成とすれば、回転中のインペラが回転軸心に沿って一方へ移動し、インペラの片方の側面とインペラケーシング内側面とが接近すると、前記片方の側面の突条部と環状壁との対向部分にそれぞれ設けられた流量調整面が互いに離隔するとともに、他方の側面の突条部と環状壁との対向部分にそれぞれ設けられた流量調整面が互いに接近する。このため、互いに接近した前記片方の側面とインペラケーシング内側面との間の流量が増大して動圧も増大し、互いに離隔した前記他方の側面とインペラケーシング内側面との間の流量は減少して動圧も減少する。 With such a configuration, when the rotating impeller moves to one side along the rotation axis and the one side surface of the impeller and the inner side surface of the impeller casing approach each other, the protruding portion and the annular wall on the one side surface The flow rate adjusting surfaces respectively provided at the facing portions are spaced apart from each other, and the flow rate adjusting surfaces provided at the facing portions between the protrusions on the other side surface and the annular wall approach each other. For this reason, the flow rate between the one side surface close to each other and the inner side surface of the impeller casing is increased and the dynamic pressure is increased, and the flow rate between the other side surface and the impeller casing inner side surface which are separated from each other is decreased. The dynamic pressure also decreases.
従って、回転軸心に沿って一方へ移動したインペラは前述した二つの側面における動圧の変化により、インペラの二つの側面における動圧が互いに等しくなる位置、即ち、インペラの二つの側面とインペラケーシング内側面との隙間がそれぞれ互いに等しくなる位置へ復帰する。このようなインペラ復帰機能は、インペラが回転軸心に沿っていずれの方向へ移動した場合にも生じるため、回転中のインペラを常に所定位置に保持することができる。このため、ロータおよびインペラとこれらを包囲するケーシングとの間の接触、摺動が発生しない。 Therefore, the impeller moved to one side along the rotation axis is located at the position where the dynamic pressures on the two side surfaces of the impeller are equal to each other due to the change in the dynamic pressure on the two side surfaces, that is, the two side surfaces of the impeller and the impeller casing. It returns to a position where the gaps with the inner surface are equal to each other. Such an impeller return function occurs even when the impeller moves in any direction along the rotation axis, so that the rotating impeller can always be held at a predetermined position. For this reason, contact and sliding between the rotor and the impeller and the casing surrounding them do not occur.
一方、回転中のインペラが回転軸心に沿って一方へ移動し、インペラの片方の側面とインペラケーシング内側面とが接近し、互いに離隔した流量調整面の間への液体流入量が極端に増大すると、インペラが他方の側面方向へ激しく移動することがある。そこで、前記環状壁の内周領域と外周領域とを連通する貫通孔を当該環状壁に設けることが望ましい。このような構成とすれば、互いに離隔した流量調整面の間への液体流入量が緩和されるため、インペラを緩やかに移動させることができる。 On the other hand, the rotating impeller moves to one side along the rotation axis, the one side surface of the impeller approaches the inner side surface of the impeller casing, and the amount of liquid inflow between the flow rate adjustment surfaces that are separated from each other extremely increases. Then, the impeller may move violently toward the other side surface. Therefore, it is desirable to provide a through hole in the annular wall that communicates the inner peripheral region and the outer peripheral region of the annular wall. With such a configuration, the amount of liquid inflow between the flow rate adjustment surfaces that are separated from each other is reduced, so that the impeller can be moved gently.
本発明により、ロータおよびインペラとこれらを包囲するケーシングとの間の接触、摺動が発生しないポンプ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a pump device in which contact and sliding between the rotor and the impeller and the casing surrounding them do not occur.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の実施の形態であるポンプ装置の断面図、図2は図1に示すポンプ装置の一部切欠分解図、図3は図1におけるX1−Y1線断面図、図4はケーシング内に隔壁のない従来形式のポンプ装置におけるケーシング内の液体の挙動を示す図、図5は図4に示すポンプ装置におけるインペラ、ロータと、ケーシング、キャンとの接触状態を示す図、図6は図1に示すポンプ装置におけるケーシング内の液体の挙動を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a sectional view of a pump device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partially cutaway exploded view of the pump device shown in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line X1-Y1 in FIG. FIG. 5 is a diagram showing the behavior of the liquid in the casing in the conventional pump device without a partition wall, FIG. 5 is a diagram showing the contact state of the impeller, rotor, casing, and can in the pump device shown in FIG. It is a figure which shows the behavior of the liquid in the casing in the pump apparatus shown in FIG.
図1に示すポンプ装置40の仕様は以下の通りである。外部よりの吸込管の口径(吸込口26の口径)φ32mm、吐出管の口径(吐出口27の口径)φ20mmである。インペラ20の材質はPVCであり、その外径は80mmであり、吸込孔20aの口径φ32mmであり、インペラ羽根数は5枚である。ロータ30は厚さ3mmのアルミニウム製円筒体で形成され、その露出面には厚さ200μmのテフロン(登録商標)がコーティングされている。キャン38は厚さ2mmの二重円筒構造であり、内キャン31および外キャン32で構成されている。内キャン31、外キャン32とロータ30との隙間はそれぞれ2mmとなっている。主ケーシング21は二重壁構造であり、通液幅10mmである。
The specifications of the
回転磁界発生装置を構成する外磁石33および内磁石34の個数は内外磁石33,34共に4Pであり、その材質はネオジ磁石である。駆動モータ37は3φ,200Vタイプで、その出力は0.4kWである。楔形傾斜面B1〜B8は楔用液体を取り込むための凹溝25−3と交互に合計8面形成され、それぞれの楔形傾斜面B1〜B8(図8参照)の傾斜角度θ=2度である。また、ポンプ装置は、その吐出量50l/minであり、揚程8mであり、ポンプ効率24%である。
The number of the
図1,図2に示すように、ポンプ装置40において、インペラケーシング21は、隔壁23−1およびケーシング主板23を吸い込み側のケーシング側板21−1,キャン側のケーシング側板21−2で挟持することによって形成され、これらの部材を締め付けボルト28で締め付けることによって固定されている。インペラケーシング21内にインペラ20が配置され、このインペラ20の片面(駆動側面)にその回転軸心と同軸上にアルミニウム製のロータ30が固定されている。締め付けボルト28を緩めて取り外せば、インペラ20およびロータ30は簡単に取り出したり、元の場所へ配置したりすることができる。ロータ30は非磁性電気良導体であるアルミニウム製の中空円筒体であり、その露出面にはテフロン(登録商標)樹脂がコーティングされている。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the
インペラ20およびロータ30(以下、「回転部分」と記す。)は、ケーシング21およびキャン38(内キャン31,外キャン32)内において自由に回転し得るように配置されている。キャン38(内キャン31,外キャン32)は、非磁性高電気抵抗の材質で作られた二重円筒構造であり、内キャン31の底部(インペラ20寄りの部分)は閉塞され、他方部分(駆動モータ37寄りの部分)は内キャン31および外キャン32が互いに接合された閉鎖形状となっている。
The
内キャン31の内側および外キャン32の外側には隙間を置いてそれぞれ外磁石33、内磁石34が複数組配置されている。これらの外磁石33、内磁石34は、それぞれ外磁石用ヨーク33−1,内磁石用ヨーク34−1からなる二重円筒体形状の磁石ホルダ35に取り付けられている。そして、この磁石ホルダ35の軸心部分が、ホルダ連結軸36を介して駆動モータ37の出力軸(図示せず)に連結されている。
A plurality of sets of
ここで、図3を参照して、内磁石34、外磁石33の配置状態について説明する。図3に示すように、内磁石用ヨーク34−1に取り付けられた内磁石34と、外磁石用ヨーク33−1に取り付けられた外磁石33の相対向する面は互いに異極であり、複数の内磁石34、外磁石33におけるそれぞれの各相隣れる面の磁性も互いに異なるように配置している。これらの内磁石34および外磁石33は、磁石ホルダ35の軸心に固定されたホルダ連結軸36を介して一つの駆動モータ37で同時に回転駆動される。
Here, with reference to FIG. 3, the arrangement | positioning state of the
このように、磁石ホルダ35とともに内磁石34および外磁石33を回転させることにより、内磁石34と外磁石33との間には回転磁界が発生し、内磁石34と外磁石33との間の磁束がロータ30と交差して、ロータ30に誘導電流を発生させ、ロータ30に回転力および反発力を発生させる。そして、これらの回転力および反発力がインペラ20の回転駆動力となる。
Thus, by rotating the
ロータ30はインペラ20の片面(駆動側面)のみに取り付けられているため、インペラ20およびロータ30を含む回転部分の重心点はインペラ20のロータ30寄りの部分に位置することとなり、インペラ20が左右に振れるおそれがある。これを防ぐため、インペラ20の駆動面(ロータ30が取り付けられている面)の反対側に位置する吸込側面を構成するインペラ側板20−1に、ロータ30と反対側へ突出した円筒状のバランス用筒体20−3を設けている。バランス用筒体20−3はインペラ20の回転軸心と同軸上に設けられ、このバランス用筒体20−3と対向する吸込側ケーシング側板21−1内側面にバランス用筒体20−3の先端側が収容される円形の凹溝21aが形成されている。
Since the
このようなバランス用筒体20−3および凹溝21aを設けたことにより、回転中のバランス用筒体20−3と凹溝21aとの隙間に存在する液体によりラジアル方向の楔効果が生じるため、バランス用筒体20−3は凹溝21a内壁に接触することなく、凹溝21a内に安定保持された状態で回転する。従って、ロータ30とキャン38との隙間で生じている楔効果と、このバランス用筒体20−3と凹溝21aと30隙間で生じている楔効果とが相俟って、回転中のインペラ20およびロータ30の安定性がさらに向上する。このため、インペラ20とインペラケーシング21およびロータ30とキャン38との接触、摺動がなくなり、これらの接触、摺動に起因する故障を防止することができる。本実施形態において、バランス用筒体20−3の内径および外径は、ロータ30の内径および外径と同等としたところ、インペラ20およびロータ30の安定性は優れたものとなった。
By providing such a balancing cylinder 20-3 and the
また、図2および後述する図6に示すように、インペラ20にその回転軸心と同軸上に貫通した吸込孔20aを開設し、インペラ20の吸込側面と対向するケーシング側板21−1内面に吸込孔20aと同軸上に開設された流体吸込口26の周縁部に、吸込孔20a内へ突出した補助吸入筒21−1−1(図1参照。)を設けている。補助吸入筒21−1−1を設けたことにより、インペラ20の回転開始時あるいは回転中に、インペラ20内に吸い込まれた流体によって発生するインペラ20のスラスト方向の移動を緩和することができる。このため、インペラ20の回転開始時および回転中のインペラ20とインペラケーシング21との接触、摺動を防止することができる。
Further, as shown in FIG. 2 and FIG. 6 to be described later, the
さらに、インペラ20の駆動側面と対向するケーシング側板21内面の中央部分(内キャン31の底部)に、吸込孔20a内へ突出した流入液調整ボス31−1を設けている。このような流入液調整ボス31−1を設けたことにより、前述と同様、インペラ20の回転開始時あるいは回転中にインペラ20内に吸い込まれた流体によって発生するインペラ20のスラスト方向の移動を緩和することができる。このため、インペラ20の回転開始時および回転中のインペラ20とインペラケーシング21との接触、摺動を防止することができる。
Further, an inflow liquid adjusting boss 31-1 protruding into the
また、流入液調整ボス31−1の先端面には、頂点部分がインペラ20の回転軸心上に位置し、その裾野部分が滑らかに広がった円錐形状の突出部31−1aを設けている。このような突出部31−1aを設けたことにより、インペラ20の回転軸心に沿って吸込孔20aに流入する液体を、突出部31−1aの外周面に沿って放射方向へ均等に分散誘導することが可能となる。このため、インペラ20のスラスト方向の移動が緩和され、回転開始時および回転中のインペラ20の安定性をさらに向上させることができる。
Further, a conical protrusion 31-1a having a vertex portion located on the rotational axis of the
ここで、図4はケーシング内に隔壁のない従来形式のポンプ装置の一部を示す断面図であり、吐出口27が上方にある場合のポンプインペラ20とインペラケーシング21との関係を示している。図4において、インペラ20の中心点をφ1とすると、インペラ20が回転し、突出口27から液体の吐出が始まると、インペラケーシング21内における吐出口27に臨む位置の液圧P1は、吸込口26を挟んだ対称位置における液圧P2より低くなる。このとき、インペラケーシング23内にて非接触状態にあるインペラ20は、液圧P1と液圧P2との圧力差により、図5に示すように、上方に押し上げられ、ロータ30が内キャン31および外キャン32に当たり、インペラ20およびロータ30は傾いたまま回転することとなる。このとき、ロータ30と内キャン31,外キャン32とはQ1,Q2の部分で接触し、インペラ20と吸込側ケーシング側板21−1およびキャン側ケーシング側板21−2とはQ3,Q4の部分で接触する。このような接触によって発生する摺動が単なる反発力不足によるものであれば、ロータ30と、内キャン31および外キャン32とが全面的に摺動する筈である。しかしながら、このような接触、摺動が部分的にしか起こっていないことを考慮すれば、単なる反発力不足とはいえない。
Here, FIG. 4 is a sectional view showing a part of a conventional pump device having no partition in the casing, and shows the relationship between the
そこで、前述した接触、摺動現象を解決するため、本実施形態のポンプ装置40においては、図6に示すような構造を採用している。図6に示すように、インペラケーシング21内のインペラ20よりも外周領域に、この外周領域を外周側と内周側に区画するためインペラ20の回転軌跡と平行な円弧状の隔壁23−1を設け、隔壁23−1の片端部23−1aをケーシング21の上端部に開設された吐出口27の内側開口に臨ませて配置し、隔壁23−1の他端部23−1bを吐出口27と対向する位置付近に配置している。
Therefore, in order to solve the contact and sliding phenomenon described above, the
これにより、隔壁23−1と外壁23−2とによって円弧状の二重壁が形成され、これらの二重壁と対向する位置に円弧状の閉鎖壁23−5が配置された構造となる。そして、隔壁23−1の片端部23−1aおよび他端部23−1bと、閉鎖壁23−5との間にはそれぞれインペラ20の外周領域と連通する吐出孔23−3,23−4が開設され、その周方向の広さが略同じとなっている。下方の吐出孔23−4を通過した液体流は隔壁23−1と外壁23−2との間の吐出液通路24を流動し、吐出口27に臨む位置において、上方の吐出孔23−3を通過した液体流と合流する。
Thus, an arc-shaped double wall is formed by the partition wall 23-1 and the outer wall 23-2, and an arc-shaped closing wall 23-5 is arranged at a position facing these double walls. And between the one end part 23-1a and the other end part 23-1b of the partition 23-1, and the closing wall 23-5, the discharge holes 23-3 and 23-4 respectively connected with the outer peripheral area | region of the
このように、ケーシング21内のインペラ20よりも外周領域に円弧状の隔壁23−1を設け、その片端部23−1aを吐出口27の内側開口に臨ませて配置し、他端部23−1bを吐出口27と対向する位置付近に配置すると、吐出孔23−3における液圧P3≒吐出孔23−4における液圧P4となる。従って、インペラ20は回転軸心からずれることなく正常位置にて回転し、回転部分の傾きも発生せず、図4,図5に示す従来のポンプ装置で発生していたロータ20と内キャン31、外キャン32との接触、摺動現象、インペラ20の傾きによるケーシング21との接触、摺動現象をなくすことができた。また、図7に示すように、吐出孔23−3,23−4は、インペラ側板20−1,20−2の外周に位置するようにそれぞれ一対ずつ開設されているため、インペラ20の外周領域の液体流はそれぞれ一対の吐出孔23−3,23−4に分かれて流入する。このため、回転中のインペラ20のブレが減少し、極めて安定した回転状態を得ることができる。
As described above, the arc-shaped partition wall 23-1 is provided in the outer peripheral region of the
一方、本実施形態のポンプ装置40においては、インペラ20にスラスト力(回転軸心方向の力=ホルダ連結軸36の軸方向の力)が発生し、この大きさは、ポンプの揚程、吐出量によって変化する。このようなスラスト力により、インペラ20は左右に傾くため、そのままではケーシング21と摺動することがある。これを防止するため、ポンプ装置40では、図1に示すように、インペラ側板20−1,20−2と対向するケーシング側板21−1,21−2にそれぞれ楔面部25−1,25−2を設けている。楔面部25−1,25−2は、後述する図8に示すように、インペラ20の回転軸心を中心に放射状に形成された8本の凹溝25−3と、これらの凹溝25−3によって区画された8つの領域にそれぞれインペラ回転方向Rに沿って上り勾配をなすように形成された楔形傾斜面B1〜B8とによって構成されている。
On the other hand, in the
このような楔面部25−1,25−2を設ければ、前記スラスト力などによりインペラ20がケーシング側板21−1,21−2に近づいたときに、このインペラ20と楔面部25−1,25−2との隙間に流入した液体による楔効果が生じるため、両者の接触を防ぐことができる。
If the wedge surface portions 25-1 and 25-2 are provided, when the
ここで、図7〜図9を参照して、楔効果について詳しく説明する。図7は図1に示すポンプ装置の一部拡大図、図8は図7におけるX2−Y2線矢視図であり、図9はインペラ側板20−1(20−2)と楔面部25−1(25−2)との関係を示す図である。 Here, the wedge effect will be described in detail with reference to FIGS. 7 is a partially enlarged view of the pump device shown in FIG. 1, FIG. 8 is a view taken along the line X2-Y2 in FIG. 7, and FIG. 9 is a view of the impeller side plate 20-1 (20-2) and the wedge surface portion 25-1. It is a figure which shows the relationship with (25-2).
図7,図8に示すように、ケーシング側板21−2の楔面部25−2は複数の凹溝25−3によって複数の楔形傾斜面B1〜B8で区画されている。図8において、複数の枝線を付した円弧状の矢線39は楔形傾斜面B1〜B8の上り勾配を表し、Rはインペラ20の回転方向を表し、Wは楔形傾斜面B1〜B8に入ってきた液体の流動方向を表している。図9において、θは楔形傾斜面B1〜B8の傾斜角度を表し、g1,g2はケーシング側板21−2の楔面部25−1(25−2)と、インペラ側板20−1(20−2)との隙間を表している。
As shown in FIGS. 7 and 8, the wedge surface portion 25-2 of the casing side plate 21-2 is partitioned by a plurality of wedge-shaped inclined surfaces B1 to B8 by a plurality of concave grooves 25-3. In FIG. 8, an
楔面部25−1(25−2)によって生じる反発力FAは、概略、下記のように表される。液体の粘度、楔面部25−1(25−2)への液体の流入速度(本実施形態ではインペラ20の回転数に比例すると仮定する。)が一定ならば、
FA∝(b2×L×n)/g1 2
(b:楔形傾斜面の幅、L:楔形傾斜面の長さ、n:楔形傾斜面の数)
と表すことができる。ここで、g2は楔形傾斜面B1〜B8への流入口側の隙間であり、g1は流出側の隙間であり、g2/g1=2〜4の値が通常であり、これにより、Lおよびθが決まってくる。以上より、インペラ20の外径が小さいと、楔面部25−1(25−2)と対向し得る面積(b×L)が狭くなり、楔効果は減少することとなるが、特に、幅bが狭くなると大きく減少する傾向がある。
The repulsive force FA generated by the wedge surface portion 25-1 (25-2) is roughly expressed as follows. If the viscosity of the liquid and the inflow speed of the liquid into the wedge surface portion 25-1 (25-2) (in this embodiment, it is assumed to be proportional to the rotational speed of the impeller 20) are constant,
FA∝ (b 2 × L × n) / g 1 2
(B: width of wedge-shaped inclined surface, L: length of wedge-shaped inclined surface, n: number of wedge-shaped inclined surfaces)
It can be expressed as. Here, g 2 is a gap on the inlet side to the wedge-shaped inclined surfaces B1 to B8, g 1 is a gap on the outflow side, and a value of g 2 / g 1 = 2 to 4 is normal. , L and θ are determined. From the above, when the outer diameter of the
このような楔効果の減少への対策として、インペラ20の外径が小さいときには、インペラ20の羽根はそのままにして、インペラ20の側板のみを大きくし、対向するケーシング側板21−1,21−2の楔面部25−1,25−2も拡げることが望ましい。すなわち、図8に示すように、インペラ20を構成するインペラ側板20−1,20−2の外周に延長部分20−1−1,20−2−1を設けるとともに、これに対向するケーシング側板21−1,21−2の楔面部25−1,25−2も拡大することにより、必要とする楔効果を確保することができる。
As a countermeasure against the reduction of the wedge effect, when the outer diameter of the
ポンプ装置40において液体中で金属を使用せねばならないはロータ30のみである。ロータ30は腐蝕(含電蝕)防止のため、その露出面(液体との接触面)を樹脂などで十分にコーティングまたはライニングを施す必要があるが、コーティングなどを施したロータ30をインペラ20に取り付けるとき、ネジ、ビスなどで直接取り付けず、間接的に取り付けるべきである。即ち、図10に示すように、インペラ20に対してロータ30をビス30−2で直接取り付けず、樹脂で作った取り付け用補助板30−1を介して取り付けることが望ましい。これは、ロータ30にビス孔をあけた場合、ビス孔の内部を完全にコーティングすることは困難であり、ビス孔内部にコーティング不良の部分があると、これが電蝕の原因になるからである。
In the
本実施形態のポンプ装置40が、起動から全速運転に至るまでの間に、ロータ30が回転磁界装置(外磁石33、内磁石34、磁石ホルダ35)から受ける回転力、反発力および楔効果によるキャン38とロータ30間の液体流による反発力の特性をグラフに示すと図11に示すようになる。図11においては、ロータ30の速度(すべりS)を横軸にとり、縦軸にロータ30が受ける回転力Tと、ロータ30が磁界から受ける反発力Fmと、楔効果による反発力FAとをとった場合の特性を示している。
Due to the rotational force, the repulsive force, and the wedge effect that the
図11において、曲線C1は回転力T、曲線C2は磁界による反発力Fm、曲線C3は楔効果による反発力FAを示す。ここにおいて、すべりSは、外磁石33,内磁石34の回転数no、ロータ30の回転数nとしたとき、S=(no−n)/noである。回転磁界によりロータ30が受ける回転力Tは、Gapの極めて大きい汎用駆動モータの回転力−速度特性と近似するので、概略C1のようになる。ロータ30が回転磁界から受ける反発力Fmは、S・Rm>1の場合は反発力となり、S・Rm<1の場合は吸引となる。ここで、Rmは、磁石33,34とロータ30間の磁気的ギャップ、ロータ30の厚み、材質などによって決まる数値であり、磁気レイノルズ数といわれている。
In FIG. 11, a curve C1 shows a rotational force T, a curve C2 shows a repulsive force Fm caused by a magnetic field, and a curve C3 shows a repulsive force FA caused by a wedge effect. Here, the slip S is S = (no−n) / no when the rotational speed no of the
図11に示すように、Sが最大になる点は、すなわち起動時でS=1なので、このとき反発力が最大である。即ち、ロータ30は起動時に最大の反発力を受けるため、先ず浮上した後、回転を始める。これにより、起動時、ロータ30とキャン38との摺動が発生しないこととなり、好都合である。
As shown in FIG. 11, the point at which S is maximized, that is, S = 1 at the time of activation, the repulsive force is maximum at this time. That is, since the
一方、ロータ30の回転数が上昇すると、すなわち、インペラ20の回転数が上昇するとS=0では反発力は0となる。しかしながら、キャン38とロータ30間で発生している楔効果による反発力は、液体が存在する限り、ロータ30の回転数が上昇するとそれに比例して大きくなる。ロータ30すなわちインペラ20が正常回転になったときのすべりS1とすると、ロータ30の受ける反発力はFmS1+FAS1となり、ロータ30は浮上し安定する。しかし、液体が存在しないとFA=0となり、ロータ30の回転数はさらに上がりFmは極めて小さくなり、反発力は殆どなくなる。
On the other hand, when the rotational speed of the
このことは、液体が存在しないと反発力は極めて小さくなり、ロータ30とキャン38とは摺動することを示す。したがって、ポンプ装置においては空運転防止対策が必要であり、少なくともケーシング21内が空のときは、駆動モータ37が起動できないようにする必要がある。
This indicates that the repulsive force becomes extremely small when no liquid is present, and the
そこで、本実施形態のポンプ装置40においては、前述した図1に示すように、吐出口27付近に液体の有無を検出する液体センサ29を取り付け、液体センサ29からの液体検出信号をポンプ装置の起動条件としている。即ち、液体センサ29からの液体検出信号がない場合、駆動モータ37が起動しないようになっている。これにより、ポンプ装置40の空運転を防止することができる。なお、ポンプ装置40の空運転を防止する手段としては、ポンプ停止時においてもポンプケーシング内に液体を充満させておく方法もある。
Therefore, in the
本実施形態のポンプ装置40においては、起動、停止、運転中はもとより吐出バルブの全開と全閉のいずれの状況においても回転部分(ロータ30、インペラ20)と周壁(ケーシング21、キャン38)との摺動痕跡は認められなかった。検査は、回転部分に検査用塗装を施して運転を行った後、その検査用塗装の剥離の有無によって摺動の有無を検査したほか、微細スラリーや石灰石液にてのテストにおいても支障はなかった。また、吸込口26に連結された吸込管(図示せず)に逆止弁(図示せず)をつけることにより、常時再起動も可能となることも確認した。
In the
このように、本実施形態のポンプ装置40はノンシール構造であって、液体中に軸受けがなく、回転部分(ロータ30、インペラ20)は、周壁(ケーシング21、キャン38)と接触することなく浮いた状態で、極めて安定した状態で運転できるので、摺動などによるコンタミの発生は全くない。また、液体と接触する部分を全て合成樹脂材料、または樹脂コーティング材あるいはセラミックス材などで製作することができるので、接液面に金属材料を使用する必要がない。従って、ポンプ装置40で送給する液体中への金属イオンの溶出をなくすことができる。また、運転中の摺動部分がないことは、故障の激減、寿命の長期化を実現し、メンテナンスフリーの状態にもなり得る。
As described above, the
次に、図1,図2,図7,図12〜図14に基づいて、インペラ20の自動復帰機能について説明する。図1はポンプ装置40を示す垂直断面図、図2は図1に示すポンプ装置40の一部切欠分解図、図7は図1に示すポンプ装置40の一部拡大図、図12は図7の一部拡大図、図13は図12に示すインペラ20の挙動を示す図、図14は図12に示すインペラ20の挙動を示す図である。
Next, the automatic return function of the
図1,図2,図7および図12に示すように、ポンプ装置40においては、インペラ20の二つの側面20x,20yのそれぞれの外周に沿って拡径方向に突出した突条部20px,20pyを設け、インペラ20の二つの側面20x,20yとそれぞれ対向するインペラケーシング内側面21x,21yにおける突条部20px,20pyよりも外周領域にそれぞれの突条部20px,20pyを包囲する環状壁41x,41yを設けている。そして、図12に示すように、インペラ20の回転軸心D方向(図7参照)の移動に伴って側面20xとインペラケーシング内側面21xとが接近、離隔すると互いに離隔、接近する流量調整面20xs,41xsを、側面20xの突条部20pxと環状壁41xの対向部分にそれぞれ設けている。同様に、インペラ20の回転軸心D方向の移動に伴って側面20yとインペラケーシング内側面21yとが接近、離隔すると互いに離隔、接近する流量調整面20ys,41ysを、側面20yの突条部20pyと環状壁40yの対向部分にそれぞれ設けている。
As shown in FIGS. 1, 2, 7, and 12, in the
通常運転中は、図12に示すように、インペラ20は、二つの側面20x,20yがそれぞれ対向するインペラケーシング内側面21x,20yから等間隔を保ちながら回転している。ここで、図13に示すように回転中のインペラ20が回転軸心D(図7参照)に沿って左側へ移動し、インペラ20の片方の側面20xとインペラケーシング内側面21xとが接近すると、片方の側面20xの突条部20pxと環状壁41xとの対向部分にそれぞれ設けられた流量調整面20xs,41xsが互いに離隔するとともに、他方の側面20yの突条部20pyと環状壁41yとの対向部分にそれぞれ設けられた流量調整面20ys,41ysが互いに接近する。このため、互いに接近した片方の側面20xとインペラケーシング内側面21xとの間の流量は増大して動圧が増大するとともに、互いに離隔した他方の側面20yとインペラケーシング内側面21yとの間の流量が減少して動圧が減少する。
During normal operation, as shown in FIG. 12, the
従って、回転軸心D(図7参照)に沿って左側へ移動したインペラ20は、前述した二つの側面20x,20yにおける動圧の変化により、インペラ20の側面20x,20yにおける動圧が等しくなる位置、即ち、図12に示すように、インペラ20の二つの側面20x,20yとインペラケーシング内側面21x,21yとの隙間がそれぞれ互いに等しくなる位置へ自動的に復帰する。
Therefore, the
一方、図14に示すように回転中のインペラ20が回転軸心D(図7参照)に沿って右側へ移動し、インペラ20の片方の側面20yとインペラケーシング内側面21yとが接近すると、側面20yの突条部20pyと環状壁41yとの対向部分にそれぞれ設けられた流量調整面20ys,41ysが互いに離隔するとともに、側面20xの突条部20pxと環状壁41xとの対向部分にそれぞれ設けられた流量調整面20xs,41xsが互いに接近する。このため、互いに接近した側面20yとインペラケーシング内側面21yとの間の流量は増大して動圧が増大するとともに、互いに離隔した側面20yとインペラケーシング内側面21yとの間の流量が減少して動圧が減少する。
On the other hand, as shown in FIG. 14, when the rotating
従って、回転軸心D(図7参照)に沿って左側へ移動したインペラ20は、前述した二つの側面20x,20yにおける動圧の変化により、インペラ20の側面20x,20yにおける動圧が等しくなる位置、即ち、図12に示すように、インペラ20の二つの側面20x,20yとインペラケーシング内側面21x,21yとの隙間がそれぞれ互いに等しくなる位置へ自動的に復帰する。
Therefore, the
このように、インペラ20が回転軸心Dに沿っていずれの方向へ移動した場合でも、前述した機構によりインペラ20が自動的に図12に示す状態に復帰するため、回転中のインペラ20を常に所定位置に保持することができる。このため、ロータ30およびインペラ20とこれらを包囲するケーシング側板21−1,21−2等との間における接触、摺動が発生しない。
Thus, even if the
ところで、回転中のインペラ20が回転軸心Dに沿って左側(右側)へ移動し、図13(図14)に示すように、インペラ20の片方の側面20x(20y)とインペラケーシング内側面21x(21y)とが接近して、互いに離隔した流量調整面20xs,41xs(20ys,41ys)の間への液体流入量が極端に増大すると、インペラが他方の側面20y(20x)方向へ激しく移動することがある。そこで、ポンプ装置40においては、図12に示すように、二つの環状壁41x,41yの内周領域と外周領域とをそれぞれ連通する貫通孔42x,42yを当該環状壁41x,41yに設けている。このような貫通孔42x,42yを設ければ、互いに離隔した流量調整面20xs,41xs(20ys,41ys)の間への液体流入量が緩和されるため、片方に移動したインペラ20を緩やかに元の位置まで移動させることができる。なお、貫通孔42x,42yの形状は限定しないので、円形あるいは多角形などとすることができる。
By the way, the rotating
本発明のポンプ装置は、純粋液、腐蝕液にも使用できるほか、微細スラリー混入液などの各種液体を汲み上げたり、移送したりする様々な技術分野において広く利用することができる。 The pump device of the present invention can be used for pure liquids and corrosive liquids, and can be widely used in various technical fields for pumping and transferring various liquids such as a fine slurry mixed liquid.
1 インペラ
2 インペラとロータ連結軸
3 インペラ主ケーシング
4 インペラケーシング内側板
5 キャン
6 内外磁石ホルダ
7 外磁石
8 内磁石
9 ロータ
10 ポンプケーシング
11 タイミングプーリ
12 タイミングベルト
13 駆動モータ
13a 出力軸
14 締め付けボルト
15 吸込口
16 吐出口
20 インペラ
20a 吸込孔
20c インペラ中心
20px,20py 突条部
20x,20y 側面
20xs,20ys,41xs,41ys 流量調整面
20−1,20−2 インペラ側板
20−1−1,20−2−1 延長側板
20−3 バランス用筒体
21 インペラケーシング
21x,21y インペラケーシング内側面
21a,25−3 凹溝
21−1,21−2 ケーシング側板
21−1−1 補助吸入筒
22 駆動部ケーシング本体
23 ケーシング主板
23−1 隔壁
23−1a 片端部
23−1b 他端部
23−2 外壁
23−3 上部吐出孔
23−4 下部吐出孔
23−5 閉鎖壁
24 吐出液通路
25−1,25−2 楔面部
25−3 凹溝
26 吸込口
27 吐出口
28 締め付けボルト
29 液体検出センサ
30 ロータ
30−1 取り付け用補助板
30−2 ネジ
31 内キャン
31−1 流入液調整ボス
31−1a 突出部
32 外キャン
33 外磁石
33−1 外磁石用ヨーク
34 内磁石
34−1 内磁石用ヨーク
35 磁石ホルダ
36 ホルダ連結軸
37 駆動モータ
38 キャン
39 矢線
40 ポンプ装置
41x,41y 環状壁
42x,42y 貫通孔
D 回転軸心
P1,P2,P3,P4液圧
Q1 ロータとキャンの接触点
Q2 ロータとキャンの接触点
Q3 インペラとケーシングの接触点
Q4 インペラとケーシングの接触点
B1〜B8 楔形傾斜面
R インペラの回転方向
W 液体の流入方向
θ 楔形傾斜面の傾斜角
g1,g2 楔形傾斜面とインペラ側板との隙間
b 楔形傾斜面幅
L 楔形傾斜面長さ
S スリップ
T 回転力
F 吸引力
Fm 反発力
FA 楔効果による反発力
C1 T−S特性曲線
C2 Fm−S特性曲線
C3 FA−S特性曲線
S1 正常運転時のスリップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Impeller 2 Impeller and rotor connecting shaft 3 Impeller main casing 4 Impeller casing inner plate 5 Can 6 Inner / outer magnet holder 7 Outer magnet 8 Inner magnet 9 Rotor 10 Pump casing 11 Timing pulley 12 Timing belt 13 Drive motor 13a Output shaft 14 Tightening bolt 15 Suction port 16 Discharge port 20 Impeller 20a Suction hole 20c Impeller center 20px, 20py Protrusion 20x, 20y Side surface 20xs, 20ys, 41xs, 41ys Flow rate adjustment surface 20-1, 20-2 Impeller side plate 20-1-1, 20- 2-1 Extension side plate 20-3 Cylindrical body for balancing 21 Impeller casing 21x, 21y Inner side surface of impeller casing 21a, 25-3 Recessed groove 21-1, 21-2 Casing side plate 21-1-1 Auxiliary suction cylinder 22 Drive unit casing Main body 23 Casing main plate 23-1 Partition 23-1a One end 23-1b Other end 23-2 Outer wall 23-3 Upper discharge hole 23-4 Lower discharge hole 23-5 Closed wall 24 Discharge liquid passage 25-1, 25- 2 Wedge surface portion 25-3 Concave groove 26 Suction port 27 Discharge port 28 Tightening bolt 29 Liquid detection sensor 30 Rotor 30-1 Auxiliary plate for mounting 30-2 Screw 31 Inner can 31-1 Inflowing liquid adjustment boss 31-1a Protruding portion 32 Outer can 33 Outer magnet 33-1 Outer magnet yoke 34 Inner magnet 34-1 Inner magnet yoke 35 Magnet holder 36 Holder connecting shaft 37 Drive motor 38 Can 39 Arrow line 40 Pump device 41x, 41y Annular wall 42x, 42y Through hole D rotation axis P 1, P 2, P 3 , P 4 hydraulic Q 1 rotor and the can contact point Q 2 rotor and the can contact point Q 3 in the in La and the casing of the contact point Q 4 impeller and the inflow direction θ wedge inclined surface in the rotational direction W liquid contact point B1~B8 wedge inclined surface R impeller casing inclination angle g 1, and g 2 wedge inclined surface and the impeller plate Clearance b Wedge-shaped inclined surface width L Wedge-shaped inclined surface length S Slip T Rotational force F Suction force Fm Repulsive force FA Repulsive force due to wedge effect C1 TS characteristic curve C2 Fm-S characteristic curve C3 FA-S characteristic curve S1 Normal operation Slip of time
Claims (2)
前記インペラの二つの側面のそれぞれの外周に沿って拡径方向に突出した突条部を設け、前記インペラの二つの側面とそれぞれ対向する前記インペラケーシング内側面における前記突条部よりも外周領域にそれぞれの前記突条部を包囲する環状壁を設け、
前記インペラの回転軸心方向の移動に伴って前記側面と前記インペラケーシング内側面とが接近、離隔すると互いに離隔、接近する流量調整面を、前記側面の突条部と前記環状壁の対向部分にそれぞれ設けたことを特徴とするポンプ装置。 A metal cylindrical rotor fixed coaxially with the rotation axis of the closed impeller is indirectly driven by a rotating magnetic field generator arranged with a partition wall therebetween, so that the rotor and impeller are not moved in the casing. In the horizontal type pump device with a single suction, upward discharge and one side drive system, equipped with a mechanism for holding and rotating in a contact state,
Protruding ridges projecting in the diameter-expanding direction along the outer circumferences of the two side surfaces of the impeller are provided, and in the outer peripheral region than the ridges on the inner side surface of the impeller casing facing the two side surfaces of the impeller. Providing an annular wall surrounding each said ridge,
As the impeller moves in the rotational axis direction, when the side surface and the inner surface of the impeller casing approach and separate from each other, a flow rate adjustment surface that is separated from each other and approaches is provided on the projecting portion of the side surface and the opposed portion of the annular wall. Pump devices characterized by being provided respectively.
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