JP5633941B2

JP5633941B2 - ６葉式２軸容積回転ポンプ

Info

Publication number: JP5633941B2
Application number: JP2012172451A
Authority: JP
Inventors: 横井　康名; 康名横井; 亮知横井; 伊藤　義展; 義展伊藤; 加藤　利明; 利明加藤; 竹田　昌史; 昌史竹田; 久米　光一; 光一久米; 英幸岡野; 横井　隆志; 隆志横井
Original assignee: Anlet Co Ltd
Current assignee: Anlet Co Ltd
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: JP2014031759A

Description

本発明は、河川や湖沼等の閉鎖水域における汚染水及び浄化槽（放流槽）などの汚水の水質改善を行なう装置に利用可能な６葉式２軸容積回転ポンプに関する。

水、オイル、燃料等の流体を移送するためのポンプとして、ギヤポンプやベーンポンプが用いられている。

特許文献１には、流体用の入口部及び出口部と加圧面を有するハウジングと、チャンバ内に加圧面に対して所定の隙間を持って噛み合い状態で回転可能に収められた一対のギヤ（平歯車）と、ギヤと加圧面との隙間を調整する装置を備えたギヤポンプが開示されている。

また、特許文献２には、環状ロータと波形ロータの一対をケーシング内に噛み合い状態で回転可能に収め、環状ロータの半径方向に形成された６つのシリンダ口に、底部に遊挿されたベーンがバネを介して押し出されるように板状のピストンを夫々挿入し、両端をケーシングに固定された支軸を環状ロータの回転軸線と平行させて当該ロータ内に通し、その支軸の周面にベーンの先端を弾接させるように設けたベーンポンプが開示されている。

ところで、特許文献１においては、上部及び下部ハウジングの間に装着されて摺動可能な中央ハウジングのチャンバ内面の第１ローブ・第２ローブと、一対のギヤとの空間が大きいことから、ポンプ効率が低い。また、ギヤポンプの分解や部品交換をすることなく前記隙間を調整ネジによって調整することができるとされているが、その調整作業は容易ではない。特許文献２においては、ピストンやベーンが環状ロータに入り込んでしまってスムーズに出没動作をしない状態が生ずることがある。このときに、流体の逆流現象が加圧室内部で発生するのでポンプの機能は低下する。

従来のギヤポンプやベーンポンプでは、ギヤ又はロータの１回転あたりの容量が少なく、容量を多くするために毎分１０００回転以上の高速運転を行なうと振動が大きくなる傾向がある。また、容量を多くするために大型化する傾向が見受けられる。

特許文献３には、本件出願人に係る６葉式２軸容積回転ポンプが開示されている。このポンプは各羽根と羽根との間の谷部分の加工作業に手間が掛かると共にその部分の加工精度の維持や、組付け時における羽根の頂部と谷部とのクリアランスの調整作業が難しい。加えて、吐出側圧力が約３０ｋｐａの場合に、ロータが谷部に接触するトラブルが生じ易いという不都合があった。

特開昭６２−１２９５８９号公報特開平６−４９８号公報特開２０１２−８７６６３号公報

本発明の目的は、ロータの１回転あたりの容量を多くして小型で大流量が得られ、ロータ加工及びロータの組付け作業を行ない易くした６葉式２軸容積回転ポンプを提供することにある。

前記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、吸込口と吐出口を設けたケーシング内に６つの羽根が形成された一対のロータを収め、各ロータのロータ軸を該ケーシングの両側に夫々固定されたハウジングによって回転自由に支持した２軸容積回転ポンプにおいて、
前記羽根の回転方向における厚さを一定に形成して当該羽根の頂部と谷部との間隔寸法を該厚さの３〜５倍に設けると共に各羽根の谷部を平面形状とし、前記ロータ軸の回転中心同士を結ぶ仮想線が垂直方向、水平方向又は所定角度で斜め方向の何れかに設定されるように前記ケーシング及びロータを配設したことを特徴とするものである。

この６葉式２軸容積回転ポンプは、ロータの１回転あたりの容量を多くして大流量が得られる小型構造とされ、同容量のギヤポンプやベーンポンプに比べて低速運転ができることから騒音や振動が少なく、ウォータポンプ、空気ブロワ、湿式ブロワ等の様々な用途に利用可能である。さらに、ウォータポンプに使用した場合には、吸込水量に対して５０％以上の吸込空気量を得ることができ、自給性能が低下しないという利点を有する。

また、ロータ軸の配置により吸入口や吐出口の位置を変えることができることから、様々な用途に合わせてポンプを設計することができる自由度に優れている。

本発明に係る６葉式２軸容積回転ポンプの正面図同、側面図ロータの回転角度を変化させて連続的に表した説明図メカニカルシール構造の軸封部の説明図本発明に係るポンプの利用例溶存酸素濃度の変化を示すグラフポンプの回転数と空気混合水量との関係を示すグラフ

以下に、本発明の最良の形態例を図面に基づいて説明する。

本発明に係る６葉式２軸容積回転ポンプ（以下、本発明に係るポンプともいう）Ｐは、吸込口２と吐出口３を設けたケーシング１内に一対のロータ５，５を収め、各ロータ５のロータ軸６をケーシング１の両側に夫々固定されたハウジング１５，１６に夫々装着されたベアリング１７によって回転自由に支持するように設けられている。ハウジング１５から突出する下方のロータ軸６には、プ−リ２０を取り付けて別途モータ装置により駆動するように設けている。ハウジング１６から突出する各ロータ軸６には、タイミングギヤ２１を夫々固定して当該ギヤ同士を噛合させるように設ける。２２はハウジング１６の外端面に取り付けたギヤカバーである。

この実施例におけるケーシング１及びロータ５，５については、図２に示すように、ロータ軸６，６の回転中心（ｏ）同士を結ぶ仮想線（ｖ）を所定角度、ここでは４５度で斜め方向に設定するように配置されているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明に係るポンプＰの吸入口や吐出口の位置を限定することにより様々な設置状態に対応可能であることから、仮想線（ｖ）が斜め方向に限らず、垂直方向又は水平方向の何れかに設定する場合もある。

ロータ５は、ロータ軸６を中心として（６０度の）等角度間隔で放射方向に延びる６つの羽根（葉片）７が一体状に形成され、各羽根７の回転方向における厚さ（ｔ）を一定に形成して側面から見て直線形とすると共に当該羽根７の頂部７ａと谷部７ｂとの間隔寸法（ｈ）を厚さ（ｔ）の３〜５倍に設けられる。ロータ５の各谷部７ｂは、平面形状とされている。そして、ロータ５は、羽根７の頂部７ａとケーシング１の内面１ａとの隙間を０．３ｍｍ程度に保って互いに反対方向に回転するように設けられている。

ロータ５の回転角度を１０度毎に変化させて連続的に表した状態を図３に示す。
吸込側と吐出側の間におけるケーシング１の内面１ａに対して最大で４つの羽根７が同時に閉じて３つの室が生ずることから、室間における流体の内部漏れが少ない。また、ロータ５の谷部７ｂを平面形状としているため、ケーシング１にロータ５を組付ける際のクリアランス調整作業が行い易い。

図２において、一方のロータ５の羽根７の頂部７ａと他方のロータ５の谷部７ｂとの隙間は、最大で１ｍｍ程度となる。図３において、（２）・（３）及び（５）・（６）に示すロータ５，５の位置において、前述した特許文献３の６葉式２軸容積回転ポンプの場合閉じ込み現象が発生するが、本発明に係るポンプＰでは発生しにくく、１０００ｒｐｍ以上の高速回転を行っても振動が低い。そして、各ロータ５，５の回転方向の背面側の吸込負圧による局部真空によって空気と水との混合作用が繰り返されて微細気泡が生ずる。また、その局部真空によって発生するキャビテーション音や振動は小さくなる。

なお、２つの羽根７の頂部７ａによりケーシング１の内面１ａを閉じたときに生ずる室の容積が大きいことから、ロータ５，５の１回転当たりの容量が多くなり、小型で大流量を得ることができる。

図４において、ロータ軸６の各側面には、外周に平行な凹凸部２５ａが連続して形成された円形カッター２５を固定し、ケーシング１に連通するハウジング室１８の内周面と該カッター２５の凹凸部２５ａとの間に僅かな隙間（ｃ）を生ずるように設けている。ロータ軸６には、ウレタン製ショックゴム２６とシールリング２７とが円形カッター２５の端面に密着するように順に装着されている。２７ａはシールリング２７の端面に周設された金属製シール部である。ベアリング１７の外輪側には、オイルシール３０が内装されたカラー部材２９を嵌着し、そのカラー部材２９の奥にフローティングシート３１を嵌着している。３１ａはフローティングシート３１の端面に周設された金属製シール部である。３２はフローティングシート３１の段部に装着されてカラー部材２９に密着するように設けられたＯリング、３３はベアリング１７の外方でハウジング１５に装着されたダストシールである。１８ａはハウジング室に溜まるドレンを排出するためのドレン孔である。

しかして、ハウジング１５側に固定したフローティングシート３１と、ロータ軸６に装着したシールリング２７の対向部同士、即ちシール部３１ａ，２７ａ同士を接触させることにより軸封を施すメカニカルシール構造が構成される。また、ハウジング１６側についても、同様のメカニカルシール構造の軸封を施すものとする。

以上により、ロータ５，５の回転により吸込口２から吸い込まれる流体を圧縮して吐出口３から吐出する本発明に係る６葉式２軸容積回転ポンプＰが構成される。

図５に示す微細気泡発生装置は、河川や湖沼などの特に閉鎖水域の汚染された水に微細気泡を吹き込むことにより水質を改善するために使用される。機台５１上には、本発明に係るポンプＰと、このポンプを駆動するためのモータ装置５２が設置されている。ポンプＰの吸込口２には、先端にストレーナ５４を取り付けた吸入管５３を接続し、吐出口３には排出管５７を接続している。また、吸入管５３には、外気を導入するための空気導入管５６が接続されている。６５は河川や湖沼等の閉鎖水域である。

本発明に係るポンプＰは、水と空気を同時に吸引することによって各羽根７の回転方向の背面側に吸込負圧による局部真空が発生すると共に、吐出側の圧力により瞬間的に室内に閉じ込められた気泡が微細化される。ポンプから放出されて水中に溶解する空気は、微細気泡となって長期間拡散しないことを出願人の実験により確かめられている。

（実験１）
本発明に係るポンプについて、水槽内のＤＯ値の変化を測定する実験を行なった。
その実験方法については、水道水を満たした水槽に無水亜硫酸ナトリウムを投入して当該槽内の溶存酸素濃度（ＤＯ値）をほぼ零にしてからポンプの運転を開始してＤＯ値の変化を３０分間に亘って測定し、ついでポンプの運転を停止して放置状態での水槽内のＤＯ値の変化を測定した。その結果を図６のグラフに示す。
なお、比較例として採用した渦巻きポンプについても、同様の実験を行なった。
（実験条件）
本発明に係るポンプ
口径：５０ｍｍ
モータ出力：０．４Ｋｗ
回転数：５００ｒｐｍ
吐出水量：２００リットル／分
吸込空気量：１００リットル／分
比較例の渦巻きポンプ
口径：５０ｍｍ
モータ出力：０．４Ｋｗ
回転数：１４００ｒｐｍ
吐出水量：２００リットル／分
吸込空気量：２０リットル／分（最大値）
水槽
容積：９００リットル
水温：１２℃
飽和溶存酸素濃度：１０．４３ｍｇ／リットル
測定器
東亜ディーケーケー株式会社製：溶存酸素計ＤＯ−３１Ｐ

実験の結果、本発明に係るポンプは、比較例の渦巻きポンプに比べて水中に酸素が効率よく溶解し、かつ、溶解した酸素は運転停止後も長時間に亘り拡散しにくいことが確認された。

（実験２）
本発明に係るポンプについて、回転数と、水量に対する空気量の割合とを変化させてデータを測定した。その結果を図７のグラフに示す。
（実験条件）
本発明に係るポンプ
口径：５０ｍｍ
回転数：２００〜１５００ｒｐｍ
モータ出力：３．７Ｋｗ

実験の結果、本発明に係るポンプは１５００ｒｐｍでもキャビテーションを発生することなく運転することができた。加えて、空気導入量を増加させても問題なく運転可能であることが確認された。

Ｐ・・・本発明に係る６葉式２軸容積回転ポンプ
（０）・・・回転中心
（ｖ）・・・仮想線
（ｈ）・・・間隔寸法
（ｔ）・・・羽根の厚さ
１・・・ケーシング
２・・・吸込口３・・・吐出口
５・・・ロータ
６・・・ロータ軸
７・・・羽根
７ａ・・・頂部７ｂ・・・谷部
１５，１６・・・ハウジング

Claims

吸込口と吐出口を設けたケーシング内に６つの羽根が形成された一対のロータを収め、各ロータのロータ軸を該ケーシングの両側に夫々固定されたハウジングによって回転自由に支持した２軸容積回転ポンプにおいて、
前記羽根の回転方向における厚さを一定に形成して当該羽根の頂部と谷部との間隔寸法を該厚さの３〜５倍に設けると共に各羽根の谷部を平面形状とし、前記ロータ軸の回転中心同士を結ぶ仮想線が垂直方向、水平方向又は所定角度で斜め方向の何れかに設定されるように前記ケーシング及びロータを配設したことを特徴とする６葉式２軸容積回転ポンプ。