JP6022779B2 - 自吸式遠心ポンプ装置 - Google Patents
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Description
ここに、本明細書、請求の範囲、並びに要約書中、「水」の語は液体を総称し、「空気」の語は気体を総称するものとする。
これら原発明諸件の遠心ポンプ部分は、自吸作動中の自吸水循環流路と正規揚水中の吐出流路とが共通であるという、それ迄の各種自吸式遠心ポンプ装置にはなかった基本的特徴を有しており、多様な仕様条件に応じるべく各種改良がなされて、優れた自吸性能と揚水性能を発揮してきた。
これらを解決すべく発明された原発明3の装置においては、空洞受けを取り去ってはいるが、その代わりに設けた螺旋状案内に多数の凹凸部があるため、洗浄が容易でないという問題に関しては、依然として抜本的解決とはなっていない。
原発明3の装置は、自吸水旋回流の旋回を抑制するための逆向き螺旋状案内41が設けられ、その箇所で竜巻状空洞tの尾底部uを崩壊させることによって、その空洞の大うず形室v2への連れ込み現象を防ぐ構造となっているが、このように竜巻状空洞tの旋回運動そのものに干渉して尾底部uを崩壊・消滅させる方法の場合は、ともすれば尾底部uの崩壊によっても気泡の消滅には至らず、むしろ折角に遠心分離によって集合していた気泡が再度分散し、自吸水循環流に乗って大うず形室v2に侵入するだけの結果に終わる場合があり、旋回流が強い場合ほどその恐れがある、という問題があった。
ポンプのケーシング内に大小2個のうず形室を形成させ、該うず形室の始まる部位と羽根車の外周部との間隙について、小うず形室との間隙を大うず形室との間隙より大きくすることにより、自吸作動時に、小うず形室から大うず形室へ向かって自吸水循環流を発生させ、大うず形室のディフューザー部が上向きの筒状になって形成された自吸水分離室に対して、小うず形室からの自吸水循環流を誘導流出させて、該自吸水分離室内で気水分離を行わせる自吸式遠心ポンプ装置において、
前記小うず形室からの自吸水循環流を、前記自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成された旋回流開口部から自吸水分離室内に流出させて、気水遠心分離のための旋回流を発生させると共に、
前記小うず形室からの自吸水循環流を、前記旋回流開口部に向かう途中で分流し、その分流を、該旋回流開口部付近の高さ又はそれよりも高い位置に別途に設けられた分流開口部から自吸水分離室内に、該旋回流の旋回に寄与しない流出方向をもって流出させつつ、該旋回流に合流させることを主な特徴としている。
又、前記分流開口部から自吸水分離室内に流出する自吸水分流の流出方向が、前記旋回流開口部から自吸水分離室内に流出する自吸水旋回流の旋回を抑制する方向に設定されてもよい。
又、前記自吸水分離室が有底筒状に形成され、その筒底中心部近傍が、前記大うず形室からの流路の該自吸水分離室内への開口部の断面下部よりも低い位置となるよう形成されてもよい。
又、前記自吸水分離室が、筒径が一定でない形状に形成されてもよい。
又、前記自吸水分離室からの吐出流路中に、縮径部が設けられてもよい。
又、前記小うず形室と大うず形室の各々から前記自吸水分離室に至る各々の流路は、その途中が継合可能に分割されることによって、該自吸水分離室が前記ケーシングに対して着脱可能に構成されてもよい。
又、前記羽根車の回転軸が貫通する前記ケーシングの軸封部近傍に、洗浄液注入口が設けられてもよい。
又、前記ポンプ装置の揚液吸込流路が、前記羽根車の駆動機側に配置されるポンプ構造に構成されてもよい。
図1〜図3において、1はケーシング、3は吸込カバー、4は羽根車、5は羽根、6は回転軸、7は軸封部、8は軸受部、aは入口流路、hは吐出流路である。ケーシング1の中の対称的位置に、小うず形室v1は上向きに、大うず形室v2は下向きに設けられており、小うず形室v1の始まる部位は羽根車4の吸込口より下部に位置し、大うず形室v2の始まる部位は羽根車4の吸込口より上部に位置している。又、羽根車4の外周部と小うず形室v1の始まる部位との間隙s1は、大うず形室v2の始まる部位との間隙s2より大きく形成されており、これによって自吸作動時に、ポンプ内に貯留されていた自吸水が、小うず形室v1から大うず形室v2へ向かって循環する流れ、即ち自吸水循環流を発生させるようになっている。
この自吸水分離室e内への旋回流開口部m1の巻き込みの方向については、図示例のような上から見た時計方向でもよいし、反時計方向を選択してもよい。
即ち、小うず形室v1からの流路の自吸水分離室e内への旋回流開口部m1が、該分離室eの内壁面に対してほぼ接線方向から巻き込まれる形状に形成されているので、噴出した自吸水(気水混合体)は、自らの噴出の勢いにより、直立した筒状の自吸水分離室eの壁面に沿って旋回流となり、気泡分はその遠心分離効果により、瞬時に該分離室eの中心に逆円錐状の竜巻状空洞tを形成し、遠心分離された空気は吐出流路h側へ浮上排出される。
旋回流が弱すぎる場合には、気水遠心分離そのものが不十分となる恐れがあるが、さりとて旋回流が強すぎると、遠心分離そのものは良好ながら、液分が自吸水分離室eの内壁に押し付けられて竜巻状空洞tが垂直方向に伸びて立ち上がる傾向が出てくるため、自吸作動にとっては新たな不都合が生じて来るのである。
そのいずれの方法にも、正規の揚水の際の抵抗損失の増加や清掃・洗浄性の低下等の問題があるが、特に後者の、竜巻状空洞tの旋回運動そのものに干渉して尾底部uを崩壊・消滅させる方法の場合は、ともすれば尾底部uの崩壊によっても気泡の消滅には至らず、むしろ折角に遠心分離によって集合していた気泡が再度分散し、自吸水循環流に乗って大うず形室v2に侵入するだけの結果に終わる場合があり、旋回流が強い場合ほどその恐れがある。
この実施例2は、実施例1のものにおける大うず形室v2からの流路の自吸水分離室e内への開口部m2についての各種形態例を示したものである。具体的には、該分離室eの内壁面に対してほぼ接線方向から巻き込まれる形状に形成して、その巻き込み方向を、小うず形室v1からの流路の開口部m1の巻き込み方向と合致させてもよいし、あるいは反対方向を選択しても、巻き込み無しで該分離室eの中心方向に開口することを選択してもよく、その夫々に特徴がある。
その他の構成及び作用は実施例1と同様である。
この実施例3は、実施例2のものの自吸水分離室eが、筒径が一定でない形状に形成されたものである。
本図においては、該分離室e下部の筒形状が上向きに開いた直線的なコーン状のものを例示しているが、これに限らず、曲線的なラッパ状や逆釣鐘状など各種形状を選択してもよい。いずれの形状でも、下に向かって縮径する場合、自吸旋回流は下に行くほど回転数が上昇することとなるので、それだけ遠心分離が強力に行われ、明確な竜巻状空洞tが生成されるという特徴がある。
その他の構成及び作用は実施例2と同様である。
この実施例4は、分流開口部rから自吸水分離室e内に流出する自吸水分流の流出方向を、旋回流開口部m1から自吸水分離室e内に流出する自吸水旋回流の旋回を抑制する方向に設定したものである。
本発明においては、分流開口部rが旋回流開口部m1付近の高さ又はそれよりも高い位置に設けられており、旋回流による竜巻状空洞tの生成前の段階で旋回力を緩和制御するという方式であるため、旋回中の竜巻状空洞tの旋回運動に干渉してその尾底部uを崩壊・消滅させる等の方式とは異なり、竜巻状空洞tへの干渉による離散気泡が大うず形室v2に侵入したりする恐れが無いという格段の利点を有する。
これにより、たとえ自吸作動中に竜巻状空洞tが伸びた場合でも、その尾底部uは、段差(g−f)を乗り越えて大うず形室v2へ侵入して行くことは起こりにくいので、高度な自吸作用を安定的に継続する。
又、自吸水分離室底部fが、大うず形室v2からの流路の開口部m2の断面下部gよりも低い位置となるので、該底部fに揚液が溜まることのないよう、ドレン12を設けることが望ましいことを図示した。
その他の構成及び作用は実施例1,2と同様である。
この実施例5は、実施例4のものの自吸水分離室eが、筒径が一定でない形状に形成されたものである。本図においては、該分離室e下部の筒形状が上向きに開いた直線的なコーン状のものを例示しているが、これに限らず、曲線的なラッパ状や逆釣鐘状など各種形状を選択してもよい。いずれの形状でも、下に向かって縮径する場合、自吸旋回流は下に行くほど回転数が上昇することとなるので、それだけ遠心分離が強力に行われ、明確な竜巻状空洞tが生成されるという特徴がある。
本実施例のように、自吸水分流の分流開口部rからの流出方向を自吸水旋回流の旋回を抑制する方向に設定したものにおいては、分流開口部rが自吸水分離室eの上部にあってしかも自吸水分離室eに接線方向から巻き込まれる流路形状に形成してあるため、ここから洗浄液を注入すると、該分離室e内を旋回しながら隅々まで良く行き渡るので好都合である。
通常のポンプ運転においては、この弁30は閉じておけばよい。
その他の構成及び作用は実施例4と同様である。
この実施例6は、ポンプ内部の接液する全構成部材を、鋳造材でないステンレス鋼等の圧延材を材料として、全面旋削、研磨仕上げを可能とし、更に高度な定置洗浄や分解洗浄を行える構成を備えさせることによって、高純度液質が維持でき、サニタリー仕様をも満足できるようにしたものである。
又、大うず形室v2からの流路の開口部m2についても、図9(C)に例示したように、この流路開口部m2の巻き込み方向を、小うず形室v1からの流路の開口部m1の巻き込み方向と合致させてもよいし、あるいは反対方向を選択しても、巻き込み無しで該分離室eの中心方向に開口することを選択してもよいことは、実施例2の場合と同様である。
その他の構成及び作用は実施例1,2と同様である。
この実施例7は、小うず形室v1からの流路の自吸水分離室e内への開口部m1については時計方向、反時計方向いずれかの巻き込み方式を採る一方、大うず形室v2からの流路の開口部m2については、巻き込み無しで該分離室eの中心方向に開口するものである。
その他の構成及び作用は実施例6と同様である。
この実施例8は、自吸水分離室eが、筒径が一定でない形状に形成されたものである。本図においては、該分離室e下部の筒形状が上向きに開いた直線的なコーン状のものを例示しているが、これに限らず、曲線的なラッパ状や逆釣鐘状など各種形状を選択してもよい。いずれの形状でも、下に向かって縮径する場合、自吸旋回流は下に行くほど回転数が上昇することとなるので、それだけ遠心分離が強力に行われ、明確な竜巻状空洞tが生成されるという特徴がある。
なお、吐出流路hの縮径部をコーン状とした例も図示した。
その他の構成及び作用は実施例7と同様である。
この実施例9は、自吸水分離室eが有底筒状に形成され、その底部fの中心部近傍が、大うず形室v2からの流路の該分離室e内への開口部m2の断面下部gよりも低い位置となるよう形成したものである。
具体的な構成として、竜巻状空洞tの尾底部uが伸びた場合に着床する自吸水分離室底部fから、大うず形室向け流路開口部m2にかけて、尾底部uが乗り越えにくい段差、即ち流路開口部断面下部gと自吸水分離室底部f間の高低差(g−f)を設けることによって、竜巻状空洞tを自吸水分離室底部fに閉じ込めるものである。
これにより、たとえ自吸作動中に竜巻状空洞tが伸びた場合でも、その尾底部uは、段差(g−f)を乗り越えて大うず形室v2へ侵入して行くことは起こりにくいので、高度な自吸作用を安定的に継続する。
その他の構成及び作用は実施例4,6と同様である。
この実施例10は、自吸水分離室eが、筒径が一定でない形状に形成されたものである。本図においては、該分離室e下部の筒形状が上向きに開いた直線的なコーン状のものを例示しているが、これに限らず、曲線的なラッパ状や逆釣鐘状など各種形状を選択してもよい。いずれの形状でも、下に向かって縮径する場合、自吸旋回流は下に行くほど回転数が上昇することとなるので、それだけ遠心分離が強力に行われ、明確な竜巻状空洞tが生成されるという特徴がある。
本実施例のように、自吸水分流の分流開口部rからの流出方向を自吸水旋回流の旋回を抑制する方向に設定すれば、実施例9の洗浄液注入口10と兼用にできることとなり、好都合である。
通常のポンプ運転においては、この弁30は閉じておけばよい。
その他の構成及び作用は実施例9と同様である。
この実施例11は、軸封部7近傍に設けられた洗浄液注入口9が、ケーシング1の羽根車4外周部近傍に臨む部位又は自吸水分離室eに連通可能にされたものである。
洗浄液注入口9のケーシング1内への流入角度・流路形状は適宜選択してよいのであるが、本実施例においては、洗浄液がケーシング1の軸封部7のある室内を旋回しながら隅々まで良く行き渡るように、該室内に接線方向から巻き込まれる流路形状に形成されたものが例示されている。
その他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。
この実施例12は、揚液の吸込流路が、羽根車4から見て駆動機(図示は省略)の側に配置されるポンプ構造に構成されたものである。
この場合は、吐出配管のみならず吸込配管もケーシング1に装着されており、前述の各実施例におけるようなポンプ分解時の吸込側の配管の取り外しは不要であり、ポンプ分解時には、吸込カバー3を外すのみで内部が露出するので、分解点検作業が極めて楽になる。
その他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。
この実施例13は、自吸作動に必要となる自吸水を自動的に貯留する手段の一例を示したもので、本ポンプ装置の揚液吸込配管31の一部を持上げた曲管とし、その最頂部における管路断面下部iが、羽根車4の上端付近又はそれよりも高い位置となるよう配管し、吸込配管31の途中又は管端に逆流防止弁32を配設するというものである。更に吸込配管31の管端には、揚液の洗浄性の向上及び目詰まり防止のためのストレーナー33等を設けてもよい。
なお、羽根車4について、軸スラストの低減と洗浄性の向上のために、オープン羽根形式としたものを例示した。
その他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。
羽根車4の形状については、ノンクロッグ型、オープン型、セミオープン型、クローズド型など、種々公知の形状が適用でき、又、側板(シュラウド)付きの場合でも、適宜に前後面を連通させる連通路や切り欠きを設けるなどしてよく、更に羽根5のタイプについても、種々公知のものが適用でき、又、側板(シュラウド)の裏側に裏羽根を形成してもよい。
回転軸6を回転させる原動機については、使用条件に応じて適宜選択してよい。例えば、本装置を水中モーターと一体構造にしてそのモーターの回転軸を本装置の回転軸6としてそのまま用いる方法をとれば、本装置の軸受部8は不要となってコンパクトになる上、洗浄時のモーター防水対策も不要となり、更には、本装置をモーターと共に液中に沈めて設置することも可能となる。
その他、本発明の趣旨の範囲内で、その構成要素の個数、配置、組合わせを変更したり、従来技術手段を追加するなど、種々設計変更可能であり、更に素材材質も適宜選択可能であり、本発明を前記の各実施例に限定するものではない。
1a ケーシング内周部
1f 下蓋部材
2a 小うず形室の画成部材
2b 大うず形室の画成部材
3 吸込カバー
4 羽根車
5 羽根
6 回転軸
7 軸封部
8 軸受部
9 洗浄液注入口
10 洗浄液注入口
11 流量調節手段
12 ドレン
13 吐出配管
14 開口
15 呼水漏斗
21,22,23 配管
24,25,26,27,28,29 弁
30 弁
31 吸込配管
32 逆流防止弁
33 ストレーナー
41 逆向き螺旋状案内
a 入口流路
v1 小うず形室
v2 大うず形室
s1 小うず形室の始まる部位の間隙
s2 大うず形室の始まる部位の間隙
c1 小うず形室の噴出流路
c2 大うず形室の噴出流路
d1 小うず形室からの流路の分割継合部
d2 大うず形室からの流路の分割継合部
m1 小うず形室からの流路の自吸水分離室内への旋回流開口部
m2 大うず形室からの流路の自吸水分離室内への開口部
e 自吸水分離室
f 自吸水分離室底部
g 大うず形室からの流路の開口部の断面下部
h 吐出流路
i 吸込配管最頂部の管路断面下部
p 自吸水の流路分岐部
q 自吸水の分流流路
r 自吸水分離室内への分流開口部
t 竜巻状空洞
u 竜巻状空洞の尾底部
Claims (15)
- ポンプのケーシング内に大小2個のうず形室を形成させ、該うず形室の始まる部位と羽根車の外周部との間隙について、小うず形室との間隙を大うず形室との間隙より大きくすることにより、自吸作動時に、小うず形室から大うず形室へ向かって自吸水循環流を発生させ、大うず形室のディフューザー部が上向きの筒状になって形成された自吸水分離室に対して、小うず形室からの自吸水循環流を誘導流出させて、該自吸水分離室内で気水分離を行わせる自吸式遠心ポンプ装置において、
前記小うず形室からの自吸水循環流を、前記自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成された旋回流開口部から自吸水分離室内に流出させて、気水遠心分離のための旋回流を発生させると共に、
前記小うず形室からの自吸水循環流を、前記旋回流開口部に向かう途中で分流し、その分流を、該旋回流開口部付近の高さ又はそれよりも高い位置に別途に設けられた分流開口部から自吸水分離室内に、該旋回流の旋回に寄与しない流出方向をもって流出させつつ、該旋回流に合流させることを特徴とする、自吸式遠心ポンプ装置。 - 前記小うず形室からの自吸水の分流が、流量調節可能にされたことを特徴とする、請求項1に記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記分流開口部から自吸水分離室内に流出する自吸水分流の流出方向が、前記旋回流開口部から自吸水分離室内に流出する自吸水旋回流の旋回を抑制する方向に設定されたことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記大うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されたことを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記自吸水分離室が有底筒状に形成され、その筒底中心部近傍が、前記大うず形室からの流路の該自吸水分離室内への開口部の断面下部よりも低い位置となるよう形成されたことを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記自吸水分離室が、流過流体の運動に干渉する狭隘部、ガイド、邪魔板、突起を含む凹凸状の内壁を有しない室を構成するよう形成されたことを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記自吸水分離室が、筒径が一定でない形状に形成されたことを特徴とする、請求項1〜請求項6のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記自吸水分離室からの吐出流路中に、縮径部が設けられたことを特徴とする、請求項1〜請求項7のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記ケーシングの内周部は、前記羽根車の外周部と所定の間隔を持つ同心円状に形成され、該ケーシング内周部と羽根車外周部との間の円環状空間に、該ケーシング内周部から羽根車外周部近傍に向けて張り出す画成部材が配設されることによって、前記小うず形室と大うず形室とが形成されたことを特徴とする、請求項1〜請求項8のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記小うず形室と大うず形室の各々から前記自吸水分離室に至る各々の流路は、その途中が継合可能に分割されることによって、該自吸水分離室が前記ケーシングに対して着脱可能に構成されたことを特徴とする、請求項1〜請求項9のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記自吸水分離室の上部に、洗浄液注入口が設けられたことを特徴とする、請求項1〜請求項10のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記羽根車の回転軸が貫通する前記ケーシングの軸封部近傍に、洗浄液注入口が設けられたことを特徴とする、請求項1〜請求項11のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記軸封部近傍に設けられた洗浄液注入口が、前記ケーシングの前記羽根車外周部近傍に臨む部位又は前記自吸水分離室に連通可能にされたことを特徴とする、請求項12に記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記ポンプ装置の揚液吸込流路が、前記羽根車の駆動機側に配置されるポンプ構造に構成されたことを特徴とする、請求項1〜請求項13のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
- 前記ポンプ装置の揚液吸込配管の最頂部における管路断面下部が、前記羽根車の上端付近又はそれよりも高い位置となるよう配管され、該吸込配管の途中又は管端に逆流防止弁が配設されたことを特徴とする、請求項1〜請求項14のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
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