JP5456491B2 - 両吸込ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、千鳥配置側の両吸込ポンプに関する。

両吸込ポンプはインペラが左右対称に配置されているため、理論的には主軸に軸スラストは発生しない。実際、設計点（通常は最高効率点又はその付近）での運転の場合、両吸込ポンプにおける主軸の軸スラストは極めて小さい。

しかし、小流量領域や締切点では、左右のインペラに吸い込まれる流量が時間的に不均一になるため左右のインペラの吸込口に時間的に変動する差圧が生じる。その結果、小流量領域や締切点では、時間的に変動する軸スラストが発生する。

両吸込ポンプにおける小流量領域での軸スラストを抑制する技術としては、以下が知られている。まず、特許文献１には、左右のインペラの側板の外側とポンプケーシング（吐出ボリュート）の間にウエアリングを設けて側板の外側への流体の回り込みを防止することで、軸スラストを抑制することが記載されている。また、特許文献２には、左右のインペラの吸込口を分離する仕切部を貫通するバランスホールを設け差圧の発生を防止することで、軸スラストを抑制することが記載されている。

しかし、特許文献１のウエアリングには高精度が要求される。言い換えれば、特許文献１に記載されている軸スラスト抑制のための技術を採用すると、両吸込ポンプの構造が複雑化する。両吸込ポンプには、左右のインペラを構成する羽根の主軸回りに回転角度位置をずらしたいわゆる千鳥配置型ものがある。特許文献２に記載されているように、単に左右のインペラの吸込口を直線状のバランスホールで連結する構造を千鳥配置型の両吸込ポンプに適用すると、羽根との干渉を生じる。つまり、特許文献２に記載の構成は千鳥配置型の両吸込ポンプには適用できない。

特開２００７−１９８２７０号公報 特開平１１−３０３７８９号公報

本発明は、簡易な構成で小流量域や締切点における軸スラストの変動を効果的に抑制できる千鳥配置型の両吸込ポンプを提供することを課題とする。

本発明は、主軸に取り付けられたボス部と、前記ボス部の両側に間隔をあけて位置する一対の側板と、前記一対の側板と前記ボス部との間にそれぞれ設けられた複数の羽根と、一方の側板側の前記羽根と他方の側板側の前記羽根を仕切る前記ボス部に設けられた仕切部とを有し、前記一対の側板の内周側がそれぞれ吸込口となり、前記一対の側板の外周側がそれぞれ吐出口となるインペラを備え、前記一方の側板側の前記羽根と前記他方の側板側の前記羽根とは、前記主軸の軸線まわりに回転角度位置がずれている両吸込ポンプであって、前記インペラは、前記ボス部の内部に形成された環状空間と、前記仕切部の一方の前記側板側の外面から前記環状空間まで延び、前記主軸の延びる方向から見て一方の前記側板側の前記羽根と重ならないように配置された複数の第１のバランスホールと、前記仕切部の他方の前記側板側の外面から前記環状空間まで延び、前記主軸の延びる方向から見て他方の前記側板側の前記羽根と重ならないように配置された複数の第２のバランスホールとを備えることを特徴とする、両吸込ポンプを提供する。

一方の側板側の吸込口と他方の側板側の吸込口とは、第１のバランスホール、環状空間、及び第２のバランスホールを介して互いに連通する。そのため、小流量域や締切点でこれらの吸込口間に吸い込まれる流量が時間的に不均一になっても、吸込口間で差圧の発生やその変動を抑制できる。その結果、小流量域や締切点における軸スラストの時間的な変動を効果的に抑制できる。

本発明の両吸込ポンプは、第１及び第２のバランスホールと環状空間を設けるだけで軸スラストの時間変動を抑制できる点で、構成が簡易である。

千鳥配置型の両吸込ポンプの場合、一方の側板側の羽根と他方の側板側の羽根とは、主軸の軸線まわりに回転角度位置がずれている。そのため、単に仕切部の一方の外面から他方の外面まで貫通するバランスホールを設けようとしても、羽根と干渉が生じる。この干渉のために、このようなバランスホールの配置は不可能であるか、あるいは配置可能な位置が極めて限定されるため、軸スラストの時間変動の効果的な抑制は実現できない。本発明では、ボス部内に環状空間を設けることで、第１及び第２のバランスホールのいずれについても羽根と干渉を生じない位置に配置することが可能である。

本発明によれば、千鳥配置側の両吸込ポンプにおいて簡易な構成により小流量域や締切点における軸スラストの変動を効果的に抑制できる。

本発明の実施形態に係る千鳥配置型の両吸込渦巻ポンプの断面図。 図１の部分拡大図。 図１のIII−III線での断面図。 図１において右側から見たインペラの側面図。 図１において左側から見たインペラの側面図。 図４Ａに図４Ｂを重ねて示した図。 インペラの構造の代案を示す部分断面図。

図１及び図２は本発明の実施形態に係る横軸の両吸込渦巻ポンプ１を示す。この両吸込渦巻ポンプ１のケーシング２を貫通して主軸３が水平方向に延びている。主軸３にインペラ４が取り付けられている。ケーシング２の主軸３が貫通する部分には軸封装置５Ａ，５Ｂが取り付けられている。また、ケーシング２に固定されたブラケット６Ａ，６Ｂに保持されたスラスト軸受７とラジアル軸受８により、主軸３が回転自在に支持されている。

インペラ４が収容されているケーシング２内の渦巻室１１は、吸込側渦巻室１３Ａ，１３Ｂと吐出側渦巻室１４とを備えている。インペラ４の後述する吸込口２１Ａ，２１Ｂは吸込側渦巻室１３Ａ，１３Ｂに開口し、インペラ４の後述する吐出口２２Ａ，２２Ｂは吐出側渦巻室１４に開口している。主軸３の図において右側に連結された原動機により主軸３が回転するとインペラ４が回転し、両吸込渦巻ポンプ１の吸込口（図示せず）から吸込側渦巻室１３Ａ，１３Ｂに流入した水（他の液体でもよい）は、吸込口２１Ａ，２１Ｂからインペラ４に吸い込まれ、吐出口２２Ａ，２２Ｂから吐出側渦巻室１４へ吐出され、両吸込渦巻ポンプ１の吐出口（図示せず）から排出される。

インペラ４は図におい左側の左側インペラ部１５Ａと、この左側インペラ部１５Ａに対して左右対称である図において右側インペラ部１５Ｂとを備える。本実施形態ではインペラ４は鋳造により製造しており、左側インペラ部１５Ａと右側インペラ部１５Ｂは一体構造である。左側及び右側インペラ部１５Ａ，１５Ｂは共通のボス部１６を備える。ボス部１６は主軸３に取り付けられている。図４Ｂを併せて参照すると、左側インペラ部１５Ａはボス部１６に対して主軸３の軸線Ｒの方向に離れて位置して外形が円形の側板１７Ａを備える。ボス部１６と側板１７Ａとの間には複数（本実施形態では８枚）の羽根１８Ａが設けられている。側板１７Ａの内周側には両端開口筒状のマウスピース部２０Ａが設けられている。図４Ａを併せて参照すると、右側インペラ部１５Ｂはボス部１６に対して主軸３の軸線Ｒの方向に離れて位置して外形が円形の側板１７Ｂを備える。ボス部１６と側板１７Ｂとの間には複数（本実施形態では８枚）の羽根１８Ｂが設けられている。側板１７Ｂの内周側には両端開口筒状のマウスピース部２０Ｂが設けられている。ボス部１６の主軸３の軸線方向の中央部には左右のインペラ部１５Ａ，１５Ｂの羽根１８Ａ，１８Ｂを仕切る仕切部１９が設けられている。仕切部１９は基端側がボス部１６に接続して、先端側は左側及び右側インペラ部１５Ａ，１５Ｂの側板１７Ａ，１７Ｂの外周縁まで延びている。

幅広円環状である側板１７Ａ，１７Ｂの内周に位置するマウスピース部２０Ａ，２０Ｂで囲まれた部分は、羽根１８Ａ，１８Ｂの入口に望んでおり、左側及び右側インペラ部１５Ａ，１５Ｂの吸込口２１Ａ，２１Ｂとして機能する。一方、羽根１８Ａ，１８Ｂの出口が位置する側板１７Ａ，１７Ｂの外周側が左側及び右側インペラ部１５Ａ，１５Ｂの吐出口２２Ａ，２２Ｂとして機能する。

図２から図５を参照すれば明らかなように、インペラ４の左側インペラ部１５Ａの羽根１８Ａと右側インペラ部１５Ｂの羽根１８Ｂとは、主軸３の軸線Ｒ回りの回転角度位置α１，α２とが互いに異なっている。すなわち、本実施形態の両吸込渦巻ポンプ１は千鳥配置型である。

ボス部１６には仕切部１９の基端側の位置に主軸３を取り囲む環状空間３１が形成されている。本実施形態ではインペラ４を鋳造する際にいわゆるヌスミを設けることにより、この環状空間３１を形成している。図２に最も明瞭に現れているように、環状空間３１はボス部１６のヌスミの部分と主軸３の外周面とに画定されている。

図２を参照すると、左側インペラ部１５Ａには複数のバランスホール３２Ａが設けられている。これらのバランスホール３２Ａは仕切部１９の図において左側の外周面から環状空間３１まで延びている。右側インペラ部１５Ｂにも仕切部１９の図において右側の外周面から環状空間３１まで延びる複数のバランスホール３２Ｂが設けられている。

図４Ｂ及び図５を参照すれば明らかなように、左側インペラ部１５Ａのバランスホール３２Ａは、羽根１８Ａの枚数に対応して６個設けられている。また、個々のバランスホール３２Ａは羽根１８Ａと干渉しないように、すなわち主軸３の軸線Ｒが延びる方向から見ていずれの羽根１８Ａとも重ならないように配置されている。また、図４Ａ及び図５を参照すれば明らかなように、右側インペラ部１５Ｂには羽根１８Ｂの枚数の対応する６個のバランスホール３２Ｂが主軸３の軸線Ｒの延びる方向から見ていずれの羽根１８Ｂとも重ならないように配置されている。

左側インペラ部１５Ａの吸込口２１Ａと右側インペラ部１５Ｂの吸込口２１Ｂとは、バランスホール３２Ａ、環状空間３１、及びバランスホール３２Ｂを介して互いに連通している。そのため、小流量域や締切点での吸込口２１Ａ，２１Ｂ間に吸い込まれる流量が時間的に不均一となっても、吸込口２１Ａ，２１Ｂ間での差圧の発生やその変動を抑制できる。その結果、小流量域や締切点における軸スラストの時間的な変動を効果的に抑制できる。このように、本実施形態の両吸込渦巻ポンプ１ではバランスホール３２Ａ，３２Ｂと環状空間３１を設けるだけで軸スラストの時間的変動を抑制できる点で、構成が簡易である。

環状空間３１を介して連通するバランスホール３２Ａ，３２Ｂで軸スラストの発生を防止できる理由は、概ね以下の通りである。小流量域や締切点では左側インペラ部１５Ａの吸込口２１Ａや右側インペラ部１５Ｂの吸込口２１Ｂに一方にのみ逆流が発生する場合がある。この場合、、吸込口２１Ａ，２１Ｂから吸い込まれる流量が時間的に不均一となり、左右のインペラ部１５Ａ，１５Ｂから主軸３に対して作用するスラスト方向の力に不均衡が生じる。この不均衡が小流量域や締切点における軸スラストの時間的な変動の原因となる。本実施形態では、バランスホール３２Ａ，３２Ｂと環状空間３１で左右の吸込口２１Ａ，２１Ｂを連通させ、吸込口２１Ａ，２１Ｂにおける圧力を均一化している。そのため、吸込口２１Ａ，２１Ｂの一方に逆流が発生した場合でも左右のインペラ部１５Ａ，１５Ｂから主軸３に対して作用するスラスト方向の力に不均衡が生じない。

前述のように千鳥配置型である本実施形態の両吸込渦巻ポンプ１では左右の羽根１８Ａ，１８Ｂの主軸３の軸線Ｒまわりの回転角度位置α１，α２がずれている。単に仕切部１９に左側インペラ部１５Ａの吸込口２１Ａ側から右側インペラ部１５Ｂの吸込口２１Ｂまで貫通するバランスホールを設けようとしても、羽根１８Ａ，１８Ｂとの干渉が生じる。この干渉のために、このようなバランスホールの配置は不可能であるか、あるいは配置可能な位置が極めて限定されるため、軸スラストの時間変動の効果的な抑制は実現できない。本実施形態では、ボス部１８内に環状空間３１を設けることで、左右のバランスホール３１Ａ，３１Ｂのいずれについても羽根１８Ａ，１８Ｂと干渉を生じない位置に配置することが可能である。

図６に示すように、インペラ４は別体の左側インペラ部１５Ａと右側インペラ部１５Ｂを接合させた分割構造としてもよい。この場合、左側インペラ部１５Ａのボス部１６の図において右側の端面と、右側インペラ部１５Ａのボス部１６の図において左側の端面とにそれぞれ凹部を設けることで、簡単に環状空間３１を形成できる。

１ 両吸込渦巻ポンプ
２ ケーシング
３ 主軸
４ インペラ
５Ａ，５Ｂ 軸封装置
６Ａ，６Ｂ ブラケット
７ スラスト軸受
８ ラジアル軸受
１１ 渦巻室
１３Ａ，１３Ｂ 吸込側渦巻室
１４ 吐出側渦巻室
１５Ａ 左側インペラ部
１５Ｂ 右側インペラ部
１６ ボス部
１７Ａ，１７Ｂ 側板
１８Ａ，１８Ｂ 羽根
１９ 仕切部
２０Ａ，２０Ｂ マウスピース部
２１Ａ，２１Ｂ 吸込口
２２Ａ，２２Ｂ 吐出口
３１ 環状空間
３２Ａ，３２Ｂ バランスホール

Claims (1)

1. 主軸に取り付けられたボス部と、前記ボス部の両側に間隔をあけて位置する一対の側板と、前記一対の側板と前記ボス部との間にそれぞれ設けられた複数の羽根と、一方の側板側の前記羽根と他方の側板側の前記羽根を仕切る前記ボス部に設けられた仕切部とを有し、前記一対の側板の内周側がそれぞれ吸込口となり、前記一対の側板の外周側がそれぞれ吐出口となるインペラを備え、前記一方の側板側の前記羽根と前記他方の側板側の前記羽根とは、前記主軸の軸線まわりに回転角度位置がずれている両吸込ポンプであって、
   前記インペラは、
   前記ボス部の内部に形成された環状空間と、
   前記仕切部の一方の前記側板側の外面から前記環状空間まで延び、前記主軸の延びる方向から見て一方の前記側板側の前記羽根と重ならないように配置された複数の第１のバランスホールと、
   前記仕切部の他方の前記側板側の外面から前記環状空間まで延び、前記主軸の延びる方向から見て他方の前記側板側の前記羽根と重ならないように配置された複数の第２のバランスホールと
   を備えることを特徴とする、両吸込ポンプ。

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