JP5809832B2 - ガイドベーン及びポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体を案内するガイドベーン及びガイドベーンを有するポンプ装置に関する。

液体を供給するポンプ装置として、複数のインペラ及びケーシングを積層させた多段ポンプをモータで駆動させるものが知られている。このようなポンプ装置は、高揚程及び高効率の要望が高く、このため、ケーシング内に、ガイドベーンを備え、インペラとガイドベーンを通過させることで、漸次流体を増圧させるものも知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２２１９８７号公報

上述したポンプ装置では、以下の問題があった。即ち、ポンプ装置は、インペラの数を増加させることにより、高揚程とすることが可能となるが、ポンプ及びモータの大型化、製造コストの増大、ポンプ効率の低下、及び、駆動軸長の増加による騒音の増大等の問題が発生する虞がある。このため、ポンプ装置は、ポンプ効率の向上が求められている。

そこで、本発明は、製造コストを増大させることなく、高いポンプ効率を有することが可能なポンプのガイドベーン及びポンプ装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のガイドベーン及びポンプ装置は次のように構成されている。

本発明の一態様のガイドベーンは、インペラにより増圧された流体を次のインペラに案内するガイドベーンにおいて、円盤状の取付板と、前記取付板の一方の主面に設けられ、互いに隣り合う間隔が、前記取付板の外周側から中心側に向かって漸次狭くなる複数のベーンと、前記取付板の前記主面及び前記複数のベーンの側面の稜部をそれぞれ連続させる連続部と、を備え、前記ベーンは、前記外周側から前記中心側に向かって円弧状に延設され、前記連続部は、前記主面と前記ベーンの小径側の側面との稜部に形成される。

本発明の一態様のポンプ装置は、モータと、前記モータにより回転する回転軸と、前記回転軸の回転に伴って回転することで流体を増圧する複数のインペラと、前記インペラを収納するポンプケーシングと、円盤状の取付板、前記取付板の一方の主面に設けられ、互いに隣り合う間隔が、前記取付板の外周側から中心側に向かって漸次狭くなる複数のベーン、及び、前記取付板の前記主面及び前記複数のベーンの側面の稜部をそれぞれ連続させる連続部を具備するガイドベーンと、を備え、前記ベーンは、円弧状に前記外周側から前記中心側に向かって延設され、前記連続部は、前記主面と前記ベーンの小径側の側面との稜部に形成される。

本発明によれば、高いポンプ効率を有することが可能なポンプのガイドベーン及びポンプ装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るポンプ装置の構成を示す断面図。 同ポンプ装置の要部構成を示す断面図。 同ポンプ装置に用いられるガイドベーンの構成を示す断面図。 同ガイドベーンの構成を一部切欠して示す斜視図。 同ガイドベーンの構成を示す上面図。 同ガイドベーンの構成を示す断面図。 同ガイドベーンの構成を示す断面図。 同ガイドベーンの構成を示す断面図。

以下、本発明の一実施の形態に係るポンプ装置１を、図１乃至図８を用いて説明する。
図１は本発明の一実施の形態に関わるポンプ装置１の構成を一部外観から示す断面図、図２は同ポンプ装置１のポンプ５の構成を拡大して示す断面図、図３はポンプ５のガイドベーン４０の構成を示す断面図、図４はガイドベーン４０の構成を一部切欠して示す斜視図、図５はガイドベーン４０の構成を示す上面図、図６はガイドベーン４０の構成を、図５中ＶＩ−ＶＩ断面で示す断面図、図７はガイドベーン４０の構成を、図５中ＶＩＩ−ＶＩＩ断面で示す断面図、図８はガイドベーン４０の構成を、図５中ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面で示す断面図である。なお、図１中Ｆは水の流れを示す。

図１に示すようにポンプ装置１は、例えば、縦型の多段ポンプであり、使用流体は水等が用いられる。このような、ポンプ装置１は、モータ２と、このモータ２に接続された第１連結部材３と、第１連結部材３に接続された第２連結部材４と、この第２連結部材４に接続されたポンプ５と、モータ２に第１連結部材３及び第２連結部材４を介して接続された回転軸６と、を備えている。

モータ２は、固定子と、回転子と、回転子の回転力を外部に伝達可能なモータ軸２ａと、を有する。モータ２は、例えばＤＣモータが用いられる。

第１連結部材３は、円筒状の軸受ケース１１と、この軸受ケース１１内に設けられた第１継手１２と、第１継手１２を軸支する複数（図１中３つ）の軸受１３と、軸受１３を軸受ケース１１に回転自在に支持する固定具１４と、を備えている。

第１継手１２は、２つの異なる外径を有する円筒体に形成されており、モータ２側に大径部が、ポンプ５側に小径部が配置されるよう、軸受ケース１１内に収納されている。第１継手１２は、その大径部側でモータ軸２ａを少なくとも回転方向に固定可能に形成されている。第１継手１２は、第１継手１２の回転を駆動体、ここでは後述する第２連結部材４の第２継手１６に伝達可能な伝達部１５を小径部側に有している。

第２連結部材４は、第２継手１６と、この第２継手１６をその内部に収納する継手ケース１７と、を備えている。

第２継手１６は、一対の半円筒部材１６ａを有し、ボルト等により一対の半円筒部材１６ａを一体に結合することで円筒状に組立可能に形成されている。また、第２継手１６は、半円筒部材１６ａを円筒状に組立てることで、伝達部１５及び回転軸６を固定可能に形成されている。

第２継手１６による伝達部１５の固定方法は、例えば、伝達部１５にキーを、第２継手１６の一方にキー溝を設け、キーにより固定する。第２継手１６による回転軸６の固定方法は、例えば、第２継手１６の他方及び回転軸６にそれぞれ孔部を設け、これら孔部にピンを嵌合させて固定する。なお、これら固定方法は他の方法であってもよく、適宜設定可能である。

継手ケース１７は、軸受ケース１１を介してボルトＢによりモータ２に固定可能に形成されている。継手ケース１７は、後述するポンプ５の吐出流路部６４の上端側を閉塞することで、ポンプ５の外郭部材の一部を構成する。継手ケース１７は、回転軸６を挿通させる挿通孔１８を有する。また、継手ケース１７は、挿通孔１８と回転軸６との間に、当該挿通孔１８と回転軸６との間を軸封するメカニカルシール１９が設けられる。

ポンプ５は、回転軸６と、この回転軸６に固定された複数のインペラ２０と、インペラ２０を収納するとともに、互いに積層された複数のポンプケーシング３０と、ポンプケーシング３０に一体に設けられたガイドベーン４０と、インペラ２０及びポンプケーシング３０の間に設けられたライナリング５０と、回転軸６及びポンプケーシング３０の間に設けられた軸受部材５１とを備えている。

また、ポンプ５は、最下段のポンプケーシング３０に接続され、吸込口６１及び吐出口６２を形成する流路カバー６０と、複数のポンプケーシング３０の外周を覆うとともに、ポンプケーシング３０の最上段から吐出口６２まで流路を形成する円筒状の吐出流路部６４とを備えている。

流路カバー６０、吐出流路部６４及び継手ケース１７は、ポンプ５の外郭部材を構成する。なお、流路カバー６０の吸込口６１は、ポンプケーシング３０への流路を形成し、吐出口６２は、最上段のポンプケーシング３０と吐出流路部６４介して連続する流路を形成する。

インペラ２０は、例えばステンレスや樹脂等で形成されている。インペラ２０は、一対のシュラウド２１，２２と、一対のシュラウド２１，２２間に設けられた複数の羽根２３と、を備えている。インペラ２０は、シュラウド２１，２２及び羽根２３の外周側に設けられた吐出口２４と、一方（図１中下方）のシュラウド２１の中央側に設けられた吸込口２５と、を有している。

ポンプケーシング３０は、例えばステンレスで形成され、底部３０ａを有する椀状に形成されている。ポンプケーシング３０は、その上面にシール溝３１が設けられた係合部３２と、底部３０ａの外周端に係合部３２と係合する被係合部３３が、形成されている。

ポンプケーシング３０は、互いに係合部３２及び被係合部３３がＯリング等のパッキンＳを介して係合することで、互いに積層される。底部３０ａは、その中心に、回転軸６及びインペラ２０のシュラウド２１の一部を挿通させる開口部３５と、開口部３５に設けられ、ライナリング５０が設けられる円環状の嵌合溝３６と、を備えている。

ガイドベーン４０は、ポンプケーシング３０の底部３０ａに設けられ、当該底部３０ａと対向するポンプケーシング３０にインペラ２０と共に収納される。即ち、ガイドベーン４０は、固定されるポンプケーシング３０の下段（前段）のポンプケーシング３０内に位置する。

ガイドベーン４０は、取付板４１と、複数のベーン４２と、を備えている。取付板４１は、円盤状に形成されている。取付板４１は、その中心側に、回転軸６を挿通させる挿通孔４３と、挿通孔４３に設けられ、軸受部材５１の一部が設けられる円環状の嵌合溝４４と、を備えている。取付板４１は、その外周側から中心側に向かって、その厚みが漸次厚くなるように、その外周側から中心側に向かって傾斜して形成されている。

ベーン４２は、図５に示すように、上面視で取付板４１の外周側から中心側に向かって円弧状に取付板４１の主面４１ａ上に形成され、隣り合うベーン４２間の隙間が、取付板４１の外周側から中心側に向かって漸次狭くなるように、取付板４１に等間隔に配置される。

また、ガイドベーン４０は、取付板４１の主面４１ａとベーン４２の内円弧側の側面４２ａとの稜部４５に連続部４６を有している。連続部４６は、所謂隅Ｒ（隅アール）と呼ばれる曲面状の隅肉であり、主面４１ａ及び側面４２ａを曲面で連続させる。連続部４６は、取付板４１の外周側から中心側に向かってその曲面の半径が漸次大となる形状に形成されている。

このようなガイドベーン４０は、当該下段のポンプケーシング３０内においてインペラ２０により圧送された流体を、取付板４１及びベーン４２間に形成される流路を通過させて、次段のポンプケーシング３０のインペラ２０に案内する。

ライナリング５０は、嵌合溝３６に配置され、樹脂やＣＡＣ系の銅合金等により形成された円環状のライナリング本体５３と、嵌合溝３６に圧入され、ライナリング本体５３を覆うカバー５４とを備えている。

ライナリング本体５３は、嵌合溝３６にカバー５４を圧入した際に、カバー５４の内周面に略同一となる外周径であって、インペラ２０の吸込口２５側の外周面と所定の微小隙間を形成する内周径を有している。

カバー５４は、例えば、その側面の断面形状が円弧状に形成されたＬ字状に形成されている。また、カバー５４の外周径は、嵌合溝３６の内径よりも少し大きな径に形成されている。カバー５４は、嵌合溝３６に嵌合されることで、ライナリング本体５３の嵌合溝３６からの脱離を防止する。

軸受部材５１は、スリーブ５５と、軸受部（軸受）５６と、止め輪５７と、を備えている。スリーブ５５は、例えばＳｉＣ系のセラミックにより円筒状に成型されている。スリーブ５５は、回転軸６に嵌合することで固定されている。

スリーブ５５は、その内径が、回転軸６に嵌合可能に、回転軸６の外径と略同一に形成されている。また、スリーブ５５は、貫通孔３７の内径よりその外径が小さく形成されている。

軸受部５６は、例えばＳｉＣ系のセラミックによりその内径が挿通孔４３の内径より小径の円筒状に形成され、その内周面がスリーブ５５と摺接可能に形成されている。軸受部５６は、その内周径が、スリーブ５５の外周面と接触可能、且つ、摺動可能に形成されている。軸受部５６は、スリーブ５５が軸受部５６の内周面を滑らかに回転可能に形成されることで、回転軸６を軸支可能に形成されている。

即ち、軸受部５６は、スリーブ５５及び軸受部５６の隙間（寸法公差）が、スリーブ５５の回転時に摺動可能であって、齧り付きが防止可能、且つ、回転軸６の回転時に偏心やぶれが生じない所定の隙間に形成されている。また、軸受部５６は、嵌合溝４４に係合される。なお、軸受部５６には回転軸６との供回りを防止する防止手段が設けられている。

止め輪５７は、ポンプケーシング３０と熱膨張率（熱膨張係数）が略同一となるように、同一材料のステンレス材で形成され、その断面が方形のリング状に形成されている。止め輪５７は、軸受部５６を覆うように、嵌合溝４４にしまりばめ等の方法を用いて嵌合される。なお、止め輪５７とポンプケーシング３０とは、同一材料を用いることで、熱膨張率が同一となるが、同一材料でなくとも、熱膨張率が略同等の性質であれば適用できる。

このように構成されたポンプ装置１では、モータ２によりモータ軸２ａが回転すると、モータ軸２ａから、第１連結部材３及び第２連結部材４を介して回転軸６が回転（駆動）する。回転軸６の回転に伴って、回転軸６に固定されているインペラ２０も追従して回転する。

インペラ２０が回転すると、インペラ２０の吸込口２５から水が吸込まれ、当該吸込まれた水は、インペラ２０の羽根２３により増圧されるとともに、インペラ２０の吐出口２４からポンプケーシング３０内に吐出される。

当該ポンプケーシング３０内に吐出された水は、同ポンプケーシング３０内に位置するガイドベーン４０に移動し、当該ガイドベーン４０により、次段のポンプケーシング３０に収納されたインペラ２０の吸込口２５に案内されることとなる。

具体的に説明すると、ガイドベーン４０の主面４１ａ及び複数のベーン４２により形成される複数の流路に沿って水が移動する。当該流路は、ベーン４２間の幅が主面４１ａの外周側から中心側に向かって漸次狭くなるため、その流路面積が漸次小となる。この流路形状により、流路に移動した水は、その流速が増加しながら、インペラ２０の吸込口２５へと移動することとなる。

また、ガイドベーン４０は、主面４１ａとベーン４２の内径側の側面４２ａの稜部４５に、ガイドベーン４０の外周側から中心側に向かって漸次大径となる連続部４６により、稜部４５に水の流れによる渦が発生することを防止する。この渦発生の防止により、ガイドベーン４０の流路の流路抵抗を低減することが可能となり、結果、ガイドベーン４０内を流れる水は、その流速の低減が防止されながら、次段（二次側）のインペラ２０へと移動する。

このように構成されたポンプ装置１によれば、ガイドベーン４０の取付板４１の主面４１ａとベーン４２の内径側の側面４２ａとの稜部４５に、隅肉である連続部４６を設けることで、当該稜部４５において、水の流れの圧力差による渦の発生を防止することが可能となる。このため、渦による流路抵抗の増加を防止し、ポンプ効率の向上が可能となる。

また、連続部４６を、その断面積がガイドベーン４０の外周側から中心側に向かって漸次大となるように構成することで、より流速が早いガイドベーン４０の中心側での渦の発生を極力防止可能となる。また、ガイドベーン４０の連続部４６は、曲面状とすることで、極力渦の発生を防止することが可能となる。

また、連続部４６は、稜部４５に隅肉を設けるだけという簡単な構成でよく、製造コストを増大させることなくポンプ効率を向上することが可能となる。また、連続部４６は取付板４１の主面４１ａ上に位置し、且つ、ベーン４２は回転軸６の軸心方向に延設されるため、取付板４１の主面側において、連続部４６が、ベーン４２や他の構成品に隠れることがない。このため、型を用いた成型等の場合の型抜きも容易であり、生産性の維持も可能である。

上述したように本実施の形態に係るポンプ装置１によれば、ガイドベーン４０の取付板４１とベーン４２との稜部４５に隅肉である連続部４６を設けることで、流体の流れにより発生する渦の発生を防止し、製造コストを増大させることなく、高いポンプ効率を有することが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、連続部４６は、所謂隅Ｒと呼ばれる曲面状である旨を説明したがこれに限定されない。例えば、連続部４６は平面状であってもよい。平面状とすることで曲面状の連続部４６より渦の発生を防止する効果は低減するが、渦の発生を防止することが可能である。但し、渦の発生の防止の効果を考慮すると、曲面状であることが望ましい。

また、上述した例では、連続部４６は、取付板４１及びベーン４２に一体に成型される構成を説明したが、これに限定されない。例えば、連続部４６は、溶接や接着剤等により、取付板４１及びベーン４２稜部４５に固定させる構成であっても同様の効果を得ることが可能である。

また、上述した例では、連続部４６は、ベーン４２の内径側の側面４２ａと取付板４１の主面４１ａとの稜部４５に設ける構成としたが、ベーン４２の外径側の側面と主面４１ａとの稜部にさらに連続部４６を設ける構成であってもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ インペラにより増圧された流体を次のインペラに案内するガイドベーンにおいて、
円盤状の取付板と、
前記取付板の一方の主面に設けられ、互いに隣り合う間隔が、前記取付板の外周側から中心側に向かって漸次狭くなる複数のベーンと、
前記取付板の前記主面及び前記複数のベーンの側面の稜部をそれぞれ連続させる連続部と、
を備えることを特徴とするガイドベーン。
［２］ 前記ベーンは、前記外周側から前記中心側に向かって円弧状に延設され、
前記連続部は、前記主面と前記ベーンの小径側の側面との稜部に形成されることを特徴とする請求項１に記載のガイドベーン。
［３］ 前記連続部は、前記取付板の外周側から中心側に向かってその径が漸次大となる曲面形状に形成されていることを特徴とする［２］に記載のガイドベーン。
［４］ モータと、
前記モータにより回転する回転軸と、
前記回転軸の回転に伴って回転することで流体を増圧する複数のインペラと、
前記インペラを収納するポンプケーシングと、
円盤状の取付板、前記取付板の一方の主面に設けられ、互いに隣り合う間隔が、前記取付板の外周側から中心側に向かって漸次狭くなる複数のベーン、及び、前記取付板の前記主面及び前記複数のベーンの側面の稜部をそれぞれ連続させる連続部を具備するガイドベーンと、
を備えることを特徴とするポンプ装置。
［５］ 前記ベーンは、円弧状に前記外周側から前記中心側に向かって延設され、
前記連続部は、前記主面と前記ベーンの小径側の側面との稜部に形成されることを特徴とする［４］に記載のポンプ装置。
［６］ 前記連続部は、前記取付板の外周側から中心側に向かってその径が漸次大となる曲面形状に形成されていることを特徴とする［５］に記載のポンプ装置。

１…ポンプ装置、２…モータ、２ａ…モータ軸、３…連結部材、４…連結部材、５…ポンプ、６…回転軸、１１…軸受ケース、１２…継手、１３…軸受、１４…固定具、１５…伝達部、１６…継手、１６ａ…半円筒部材、１７…継手ケース、１８…挿通孔、１９…メカニカルシール、２０…インペラ、２１，２２…一対のシュラウド、２３…羽根、２４…吐出口、２５…吸込口、３０…ポンプケーシング、３０ａ…底部、３１…シール溝、３２…係合部、３３…被係合部、３５…開口部、３６…嵌合溝、３７…貫通孔、４０…ガイドベーン、４１…取付板、４１ａ…主面、４２…ベーン、４２ａ…側面、４３…挿通孔、４４…嵌合溝、４５…稜部、４６…連続部、５０…ライナリング、５１…軸受部材、５３…ライナリング本体、５４…カバー、５５…スリーブ、５６…軸受部、５７…止め輪、６０…流路カバー、６１…吸込口、６２…吐出口、６４…吐出流路部、Ｂ…ボルト、Ｓ…パッキン。

Claims (4)

1. インペラにより増圧された流体を次のインペラに案内するガイドベーンにおいて、
   円盤状の取付板と、
   前記取付板の一方の主面に設けられ、互いに隣り合う間隔が、前記取付板の外周側から中心側に向かって漸次狭くなる複数のベーンと、
   前記取付板の前記主面及び前記複数のベーンの側面の稜部をそれぞれ連続させる連続部と、
   を備え、
   前記ベーンは、前記外周側から前記中心側に向かって円弧状に延設され、
   前記連続部は、前記主面と前記ベーンの小径側の側面との稜部に形成されることを特徴とするガイドベーン。
2. 前記連続部は、前記取付板の外周側から中心側に向かってその径が漸次大となる曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガイドベーン。
3. モータと、
   前記モータにより回転する回転軸と、
   前記回転軸の回転に伴って回転することで流体を増圧する複数のインペラと、
   前記インペラを収納するポンプケーシングと、
   円盤状の取付板、前記取付板の一方の主面に設けられ、互いに隣り合う間隔が、前記取付板の外周側から中心側に向かって漸次狭くなる複数のベーン、及び、前記取付板の前記主面及び前記複数のベーンの側面の稜部をそれぞれ連続させる連続部を具備するガイドベーンと、
   を備え、
   前記ベーンは、円弧状に前記外周側から前記中心側に向かって延設され、
   前記連続部は、前記主面と前記ベーンの小径側の側面との稜部に形成されることを特徴とするポンプ装置。
4. 前記連続部は、前記取付板の外周側から中心側に向かってその径が漸次大となる曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のポンプ装置。

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