JP6269447B2

JP6269447B2 - 遠心ポンプ

Info

Publication number: JP6269447B2
Application number: JP2014230368A
Authority: JP
Inventors: 邦夫難波; 雄太長谷部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: US9938979B2; DE102015113985A1; JP2016094856A; US20160138599A1

Description

本発明は、回転による遠心力を利用して流体を加圧する遠心ポンプに関わり、特に、比速度が低い低比速度タイプを指向するものに係わる。

従来から、遠心ポンプは、電動モータ等の駆動源により回転駆動される羽根車と、羽根車を収容するケーシングとを備え、羽根車では、複数の羽根を周方向に並べることで、流体を加圧するための通路が形成されている。また、低比速度タイプを指向する遠心ポンプでは、通路が渦巻き状に曲がりながら外周側に向かうとともに外周側ほど断面積が小さくなるものが公知となっている（例えば、特許文献１、２参照。）。

つまり、特許文献１、２の遠心ポンプによれば、通路を渦巻き状に曲げるとともに外周側ほど断面積を小さくすることで、流体は、回転により加えられる速度エネルギーを圧力エネルギーに変換しつつ通路を通過して羽根車から流出する。このため、比較的、少ない摩擦損失で流体を加圧することができ、低比速度タイプとして望ましい構造であると考えられている。

しかし、通路が曲がっていることから、入口から出口までの通路長が長く、さらに、流れの剥離によって渦流が発生しやすくなり、渦流が騒音の原因になる可能性がある。また、近年の省エネ志向から、羽根車に加えられるトルクの低減に伴い、羽根車の回転速度の高速化が求められており、この観点からも剥離が発生しやすくなって騒音が高まる可能性がある。

特開２００２−１２２０９５号公報特開２００５−０２３７９４号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、遠心ポンプ、特に、低比速度タイプを指向するものにおいて、騒音を抑制することにある。

本願の第１発明によれば、遠心ポンプは、回転による遠心力を利用して流体を加圧するものであり、所定の駆動源により回転駆動される羽根車と、羽根車を収容するケーシングとを備える。また、羽根車では、複数の羽根を周方向に並べることで、流体を加圧するための複数の通路が形成されている。そして、それぞれの通路は、次のような１つの直線部と１つの曲線部とを有する。直線部は、断面積が一定であって直線状に伸びる部分であり、曲線部は、直線部の一端に接続して曲がりながら外周側に向かう部分であり、外周側ほど断面積が小さくなる。また、直線部は、通路の入口を有し、曲線部は、羽根車の外周に開口を有し、この開口は、通路の出口をなす。

これにより、通路に、断面積一定の直線部を含めることで、通路長を短縮し、剥離による渦流が発生しやすい部分を低減することができる。また、直線部に、外周側ほど断面積が小さくなる曲線部を連続させることで、流体に加えられた速度エネルギーを確実に圧力エネルギーに変換させることができる。このため、遠心ポンプ、特に、低比速度タイプを指向するものにおいて、騒音を抑制することができる。

本願の第２発明によれば、直線部、曲線部それぞれの径方向への投影長さＬ１、Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２は、２／３〜３／２に設定されている。
本願の第３発明によれば、通路は羽根車の外周に開口を有し、この開口から、加圧された流体が流出し、この開口では流体の流出方向が羽根車の回転方向と逆である。
これにより、羽根車の回転速度に近い速さで流体を羽根車から流出させることで、より一層、騒音を抑制することができる。

遠心ポンプの内部を軸方向に垂直な断面で示す説明図である（実施例）。遠心ポンプの子午面断面図である（実施例）。羽根車の主板の平面図である（実施例）。羽根車の子午面断面図である（実施例）。羽根車の主板の平面図である（変形例）。羽根車の主板の平面図である（変形例）。

以下、発明を実施するための形態を、実施例を用いて説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

〔実施例の構成〕
実施例の遠心ポンプ１の構成を、図１〜図４を用いて説明する。
遠心ポンプ１は、回転による遠心力を利用して流体を加圧するものであり、例えば、軸心近傍で軸方向一方側に向かって流体を吸入するとともに、吸入した流体を外周側に導きながら加圧して周方向に吐出する。
遠心ポンプ１は、例えば、電動モータ（図示せず。）により回転駆動される羽根車２と、羽根車２を収容するケーシング３とを備える。

まず、羽根車２は、流体を遠心力により加圧するための通路４を形成する。ここで、通路４は、複数の羽根２ａを周方向に並べて羽根２ａを周方向に対向させることで形成されている。また、それぞれの羽根２ａは、平面視で円弧に視える外周縁を有し、羽根車２は、平面視で円形に視える。さらに、羽根２ａは、主板６に設けられ、羽根車２は、主板６に側板７を溶接等することで設けられている。そして、主板６、側板７は、それぞれ、軸方向一方側、他方側に配置され、通路４は、主板６に設けられた底部８により軸方向一方側を閉じられ、側板７により軸方向他方側を閉じられている。

また、羽根車２には、軸心近傍で通路４の入口４ａに流体を導く通路１０が設けられ、通路１０は、電動モータの出力軸１１と同軸に配置される。ここで、通路１０は、主板６において羽根２ａの内周縁により形成された略円筒状の領域であり、通路１０には、側板７に設けられた円形の穴１２により流体の流入が可能となっている。

次に、ケーシング３は、流体の吸入口を有するインレット１４、流体の吐出口を有するアウトレット１５、および、羽根車２を外周側から囲う円筒状の周壁部１６等を有し、例えば、一体成型物として設けられる。

ここで、インレット１４は、出力軸１１と同軸に配置されて軸方向他方側に突き出ており、アウトレット１５は、周壁部１６の直径に対して直交するように周壁部１６から外周側に突き出ている。また、周壁部１６は、羽根車２と同軸であり、羽根車２の外周との間に環状の通路１８を形成する。さらに、周壁部１６の軸方向一方側は、ケーシング３とは別体に設けられるカバー１９により閉じられており、軸方向他方側は、周壁部１６と一体成型される側壁部２０により閉じられている。

なお、出力軸１１は、カバー１９を貫通してケーシング３内に突き出し、主板６に固定されている。また、インレット１４は、側壁部２０から軸方向他方側に隆起しており、インレット１４における流体の通路と、通路１０とが連通するように、側壁部２０には穴２１が設けられている。さらに、穴１２を形成する側板７の内周部、および、穴２１を形成する側壁部２０の内周部は、それぞれ、内周径が軸方向他方側ほど縮小するようにテーパ状に設けられている。このため、流体は、インレット１４から通路１０を経て通路４へ円滑に流入することができる。

以上により、インレット１４から吸入された流体は、通路１０から通路４に流入し、通路４を通過する間に遠心力により加圧されて通路１８に流出し、さらに通路１８を流れてアウトレット１５から吐出される。

以下、遠心ポンプ１の特徴的な構成を説明する。
まず、通路４は、次の直線部２３と曲線部２４とを有する。直線部２３は、断面積が一定であって直線状に伸びる部分であり、曲線部２４は、直線部２３の一端に接続して曲がりながら外周側に向かう部分であり、外周側ほど断面積が小さくなる。なお、通路４は、羽根車２の回転軸の周囲に９０°間隔で４つ設けられている。

直線部２３は、通路４の入口４ａを有するものであり、通路１０に開口している。また、直線部２３は、平面視で通路１０に対し接線方向に接続している。
曲線部２４は、直線部２３の一端になめらかに接続しており、平面視で渦巻き状に曲がって見える。また、曲線部２４は、羽根車２の外周に開口を有し、この開口は、通路４の出口４ｂをなす。

そして、曲線部２４は、出口４ｂにおいて、羽根車２の外周縁からなる円２５に内接しており、出口４ｂでは、流体の流出方向が羽根車２の回転方向と逆である。つまり、流体は、出口４ｂにおいて、円２５の接線方向に通路４から通路１８に向かって流出する。なお、曲線部２４は、平面視で外周側ほど流路幅が狭くなることで、断面積が小さくなっている。
なお、直線部２３、曲線部２４それぞれの径方向への投影長さＬ１、Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２は、２／３〜３／２に設定される。

〔実施例の効果〕
実施例の遠心ポンプ１によれば、通路４は、次の直線部２３と曲線部２４とを有する。すなわち、直線部２３は、断面積が一定であって直線状に伸びる部分であり、曲線部２４は、直線部２３の一端に接続して曲がりながら外周側に向かう部分であり、外周側ほど断面積が小さくなる。
これにより、通路４に、断面積一定の直線部２３を含めることで、通路４の長さを短縮し、剥離による渦流が発生しやすい部分を低減することができる。

また、直線部２３に、外周側ほど断面積が小さくなる曲線部２４を連続させることで、流体に加えられた速度エネルギーを確実に圧力エネルギーに変換させることができる。
このため、遠心ポンプ１、特に、低比速度タイプを指向するものにおいて、騒音を抑制することができる。

また、通路４に直線部２３を含めることで、通路４において入口４ａから出口４ｂまでの通路長を短縮することができるので、摩擦損失を低減することができ、モータ効率を高めることができる。この結果、羽根車２の径を低減して体格を小型化することができる。

また、通路４の出口４ｂでは流体の流出方向が羽根車２の回転方向と逆である。
これにより、羽根車２の回転速度に近い大きさの速さで流体を羽根車２から流出させることで、より一層、騒音を抑制することができる。

〔変形例〕
本願発明の態様は実施例に限定されず、種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の遠心ポンプ１によれば、通路４は４本設けられていたが、通路４の本数に制限はなく、例えば、図５に示すように、通路４の本数を３本にしてもよく、図６に示すように、通路４の本数を６本にしてもよい。

また、実施例の遠心ポンプ１によれば、曲線部２４は、平面視で外周側ほど流路幅が狭くなることで、断面積が小さくなっていたが、例えば、外周側ほど、軸方向に流路幅を狭めることで断面積を小さくしてもよい。

１遠心ポンプ２羽根車２ａ羽根３ケーシング４通路２３直線部２４曲線部

Claims

回転による遠心力を利用して流体を加圧する遠心ポンプ（１）において、
所定の駆動源により回転駆動される羽根車（２）と、この羽根車（２）を収容するケーシング（３）とを備え、
前記羽根車（２）では、複数の羽根（２ａ）を周方向に並べることで、流体を加圧するための複数の通路（４）が形成され、
それぞれの通路（４）は、
断面積が一定であって直線状に伸びる１つの直線部（２３）と、
この直線部（２３）の一端に接続して曲がりながら外周側に向かい、外周側ほど断面積が小さくなる１つの曲線部（２４）とを有し、
前記直線部（２３）は、前記通路（４）の入口（４ａ）を有し、前記曲線部（２４）は、前記羽根車（２）の外周に開口を有し、この開口は、前記通路（４）の出口（４ｂ）をなすことを特徴とする遠心ポンプ（１）。
請求項１に記載の遠心ポンプ（１）において、
前記直線部（２３）、前記曲線部（２４）それぞれの径方向への投影長さＬ１、Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２は、２／３〜３／２に設定されていることを特徴とする遠心ポンプ（１）。
請求項１または請求項２に記載の遠心ポンプ（１）において、
前記通路（４）は前記羽根車（２）の外周に開口（４ｂ）を有し、この開口（４ｂ）から、加圧された流体が流出し、
前記開口（４ｂ）では流体の流出方向が前記羽根車（２）の回転方向と逆であることを特徴とする遠心ポンプ（１）。