JP6676651B2 - 遠心ポンプ用羽根車 - Google Patents

Description

本発明は、遠心ポンプ用羽根車に係り、特に、１又は２以上のステージ（段）を有した形式の遠心ポンプ用羽根車に関するものである。

従来から知られているように、遠心ポンプは、隙間を間に形成するように互いに対向した一対の成形円板本体と、これら二つの円板を接続し、上記隙間内に配置された一連の羽根とを有する羽根車を備えている。
各羽根車の中心には、モータ手段によって回転される伝達軸に羽根車を固定することを可能とするハブまたは同等の連結装置がある。

上述した従来の羽根車は広く使用されているが、いくつかの欠点を有している。これらの欠点の中で、おそらく最も重要なのは、軸方向推力の発生に関連するものである。
遠心ポンプの羽根車は、実際に、二つの面に作用する異なった圧力を受ける。すなわち、一般に、大気圧より低い圧力が入口側の面に作用し、一方、吐出圧力にほぼ等しい圧力が反対側の面に作用する。これは、かなりの軸方向推力を引き起こし、大きな効率損失を発生させたり、原動機の軸受に損傷を与える過負荷を発生させたりする。
これらの問題は、多段ポンプの場合に増大する。
軸方向推力の発生に関連する問題を解決するために、いくつかの多段ポンプメーカーは、羽根車のうちの半分を、残りの羽根車に対して反対方向に向けている。
しかしながら、このような解決策は、内部通路を形成するのにかなりの困難を伴う。
先行技術として、同一の出願人によるイタリア特許出願番号ＶＩ２０１４Ａ００２７１で開示されている遠心ポンプ用の羽根車がある。この羽根車は、上述した問題を効果的に解決するが、異なった直径を有した複数の円板要素を設けることが必要となる。

本発明の目的は、上述した問題を解決し、軸方向推力を減少させることが可能であり、同時に最大の効率を確保し、かつ同一直径を有した複数の円板要素の使用を可能とする遠心ポンプ用羽根車を提供することにある。

上記目的の範囲内において、本発明の特定の目的は、伝達軸に通常発生する推力に関係した問題を解決することを可能とする羽根車を提供することである。
本発明の別の目的は、モータの軸受を保護することが可能である羽根車を提供することである。
本発明の別の目的は、小数の部品で製造することができ、それゆえ、純粋に経済的観点から有利な羽根車を提供することである。

この目的、これ以降より明らかになるこれらの目的および他の目的は、遠心ポンプ用羽根車であって、入口を向いて配置された第１円板要素と、出口を向いて配置された第２円板要素とを備え、前記第１円板要素は前記第２円板要素と同軸で前記第２円板要素に対向して配置されており、前記第２円板要素は、間隔をおいて配置された複数の羽根によって前記第１円板要素に強固に接続されるとともに、伝達軸に締結するための締結手段を中心に備え、前記羽根車は、前記第２円板要素の略外周領域に形成された複数の開口を備えており、前記複数の開口は、対をなす隣接した羽根間において、軸方向推力を受ける領域に位置し、前記開口は、対をなす隣接した羽根間で前記第２円板要素の略外周領域に形成された、曲線を付けて作られたスロットによって構成され、前記曲線を付けて作られたスロットの各々の半径方向における外縁側は円弧状の輪郭を有し、前記曲線を付けて作られたスロットの各々は、前記円弧状の輪郭に対向した曲線状の輪郭を有し、前記曲線状の輪郭は、前記回転軸線を向いた凸面を有した湾曲部を備えていることを特徴とする遠心ポンプ用羽根車によって達成される。

また、本発明は、回転軸線を中心に回転可能な伝達軸に固定されている少なくとも１つの羽根車を収容する実質的に中空の本体を備え、前記伝達軸はモータ手段によって回転され、前記羽根車は、入口を向いて配置された第１円板要素と、出口を向いて配置された第２円板要素とを備え、前記第１円板要素は前記第２円板要素と同軸で前記第２円板要素に対向して配置されており、前記第２円板要素は、間隔をおいて配置された複数の羽根によって前記第１円板要素に強固に接続されるとともに、伝達軸に締結するための締結手段を中心に備え、前記羽根車は、前記第２円板要素の略外周領域に形成された複数の開口を備えており、前記複数の開口は、対をなす隣接した羽根間において、軸方向推力を受ける領域に位置し、前記開口は、対をなす隣接した羽根間で前記第２円板要素の略外周領域に形成された、曲線を付けて作られたスロットによって構成され、前記曲線を付けて作られたスロットの各々の半径方向における外縁側は円弧状の輪郭を有し、前記曲線を付けて作られたスロットの各々は、前記円弧状の輪郭に対向した曲線状の輪郭を有し、前記曲線状の輪郭は、前記回転軸線を向いた凸面を有した湾曲部を備えていることを特徴とする遠心ポンプに関するものである。

本発明に係る羽根車は、軸方向推力を大幅に減らすことが可能であると同時に最大の効率および揚程を確保することを可能とする。
実際、第２円板要素において、最も高い圧力を受ける領域に空間を形成することによって、すなわち、開口を形成することによって、軸方向推力を発生させる力を減少させることが可能である。
また、これらの開口の輪郭が第２円板要素内に完全に含まれているので、揚程および効率は減少することがない。
本発明に係る羽根車は、１又は２以上のステージ（段）を備えた遠心ポンプの伝達軸に通常発生する推力に関係する問題を解決することを可能とする。これにより、例えば、モータの軸受への損傷を回避することが可能である。

さらなる特徴および利点は、添付の図面に非限定的な例として示された本発明に係る羽根車の、好ましいが限定的でない実施形態の説明からより明確になるであろう。
図１は、本発明に係る羽根車の正面図である。 図２は、本発明に係る羽根車の背面図である。 図３は、本発明に係る羽根車の側断面図である。 図４は、本発明の更なる実施形態に係る羽根車の正面図である。 図５は、図４の羽根車の背面図である。 図６は、図４および図５の羽根車の側断面図である。 図７は、本発明の更なる実施形態に係る羽根車の正面図である。 図８は、図７の羽根車の背面図である。 図９は、図７および図８の羽根車の側断面図である。 図１０は、本発明の更なる実施形態に係る羽根車の正面図である。 図１１は、図１０の羽根車の背面図である。 図１２は、図１０および図１１の羽根車の側断面図である。 図１３は、本発明の更なる実施形態に係る羽根車の正面図である。 図１４は、図１３の羽根車の背面図である。 図１５は、図１３および図１４の羽根車の側断面図である。 図１６は、本発明の更なる実施形態に係る羽根車の正面図である。 図１７は、図１６の羽根車の背面図である。 図１８は、図１６および図１７の羽根車の側断面図である。

図１乃至図３は、参照符号１でその全体が示された本発明に係る遠心ポンプ用羽根車を示す。ここで図示されている例は、羽根車１が多段遠心ポンプで用いられている場合であるが、本発明に係る羽根車が他の形式のポンプにも適用され得ることは、当業者にとって明らかである。
それ自体が公知であって、図示はされていない多段遠心ポンプは、本発明に係る複数の羽根車を収容する、実質的に中空の本体を備えている。これら羽根車は、原動機によって回転される伝達軸に同軸状に締結されている。

羽根車１は、入口を向いて機能的に配置されている第１円板要素２と、出口を向いて機能的に配置されている第２円板要素３とを備えている。
第２円板要素３の直径は、第１円板要素２の直径とほぼ等しいか、または第１円板要素２の直径よりもわずかに小さい。
２つの円板要素２および３は、回転軸線１０００と同軸上にあり、かつ実質的に円柱状の空間を形成するように互いに対向している。
羽根４は、この空間内に配置され、かつ第１円板要素２と第２円板要素３とを強固に接続している。
回転軸線１０００の周りに分布している複数の羽根４は、２枚の円板要素２および３の中心から外周領域に向かって延びている。これらの羽根４は２枚の円板要素の外側に突出することなく適合した輪郭を有している。

図示の解決手段においては、例えば、複数の羽根４は、放射状に並ぶ複数の分岐ダクトを形成するように湾曲している。
有利なことには、第２円板要素３は、締結手段によって伝達軸に固定されている。伝達軸（図示せず）は、回転軸線１０００を中心に回転する。
締結手段は、第２円板要素３の中心に設けられたハブ５を備えており、このハブ５は伝達軸と機械的に結合され得る。
貫通孔６は、第１円板要素２の中心に設けられ、ハブ５に対向している。貫通孔６は、伝達軸の直径よりも大きな直径を有している。
貫通孔６は、第１円板要素２から突出している環体７に接続されている。
実用では、羽根車１が伝達軸に取り付けられる時に、環体７は軸を囲み、羽根車の入口を構成する環状の開口を形成する。

本発明によれば、羽根車１は、対をなす隣接した羽根４の間で、第２円板要素３の略外周領域に形成された一連の開口を備えている。最も大きな軸方向推力を受ける円板の領域は、第２円板要素３の略外周領域内に位置している。
各開口の半径方向における外縁側は、回転軸線１０００に対して、第２円板要素３の外周縁の距離よりも短い距離にわたって延びている。
換言すれば、各開口は、第２円板要素３の輪郭内に完全に含まれている。

図１乃至図３に示されている実施形態においては、開口は、対をなす隣接した羽根４の間で、第２円板要素３の外周領域に設けられた成形スロット８によって構成されている。
曲線を付けて作られたスロット８の各々は、半径方向における外縁側において、円弧状の輪郭９を有している。円弧状の輪郭９は、回転軸線１０００を向いた凸面を有している。
円弧状の輪郭９は、反対側の曲線状の輪郭１０に接続されている。図１乃至図３に示す例においては、反対側の曲線状の輪郭１０は、回転軸線１０００を向いた凸面を有した湾曲部を備えている。

図４乃至図６は、参照符号１０１によって全体的に示されている羽根車を示す。この羽根車１０１は、羽根車１に類似しているが、第２円板要素３の外側を向いた凸面を備えた曲線状の輪郭１１０を備えている。

図７乃至図９に示す実施形態によれば、本発明に係る羽根車は、参照符号２０１によって示されている。円弧状の輪郭９と、曲線状の輪郭１０、または曲線を付けて作られたスロット８の曲線状の輪郭１１０とは、構造を強固にする機能を有した１又は２以上の半径方向に延びるタブ２１１によって接続されている。

図１０乃至図１２に示す実施形態によれば、本発明に係る羽根車は、参照符号３０１によって示されている。開口は、対をなす隣接した羽根４の間で、第２円板要素３の略外周領域に設けられた複数の貫通孔３０８によって構成されている。
図１０乃至図１２に示す例においては、複数の貫通孔３０８の中心は、回転軸線１０００上に中心がある円周の円弧に実質的に沿って配列されている。しかしながら、貫通孔が他の均等な方法で配置可能であるということは、当業者には明らかである。

例えば、図１３乃至図１５は、参照符号４０１によって羽根車を示しており、この羽根車は、羽根車３０１に類似しているが、回転軸線１０００と同心であり且つ回転軸線１０００上に中心がある複数の円弧に実質的に沿って形成された貫通孔４０８を備えている。

図１６乃至図１８は、参照符号５０１によって示される本発明に係る羽根車を示し、この羽根車は、対をなす隣接した羽根４の間で、第２円板要素３に設けられた貫通孔５０８を備えている。貫通孔５０８は、円板の外側に中心がある円周の円弧に実質的に沿って配列されている。

図４乃至図１８に示す実施形態においては、図１乃至図３に示す実施形態を参照して説明された各要素に対応する各要素は、同一の参照符号によって示されている。
本発明に係る羽根車は、種々の技術によって製造することが可能であり、例えば、鋼鉄、ステンレススチール、ダイキャストスチール、鋳鉄、真鍮などの金属材料、または、例えば、テクノポリマーなどの必要な技術的な特性を持った他の材料を用いることによって製造することが可能である。

また、曲線を付けて作られたスロット８の構造及び／又は貫通孔３０８，４０８，５０８の構造の詳細は、形状、寸法、比率、および配置において、本発明の範囲を逸脱することなく、実質的に等価な方法で変更可能である。
本発明に係る羽根車の動作に関しては、実験およびその結果の入念な分析により、第２円板要素３に設けられた開口が、流体力学的な効率上昇と、軸方向推力の等価な減少にとって良好な揚程をもたらす、ということが検証できた。

実用上、本発明に係る遠心ポンプ用の羽根車は、軸方向推力をかなり減少させることができるが、同時に最大の効率および揚程を確保することができるので、本発明に係る遠心ポンプ用羽根車は、意図した目的を完全に達成することが確認された。

実際、第２円板要素において最も高い圧力を受ける領域に空間を形成することによって、すなわち、開口を形成することによって、軸方向推力を発生させる力を減少させることが可能である。
また、これらの開口の輪郭が第２円板要素内に完全に含まれるので、揚程および効率が減少することがない。それゆえ、本発明に係る羽根車は、１又は２以上のステージ（段）を備えた遠心ポンプの伝達軸に通常発生する推力に関連した問題を解決することを可能とする。これにより、例えば、モータの軸受の損傷を回避することが可能になる。

このように創案された遠心ポンプ用の羽根車および遠心ポンプは、種々の変形が可能であり、これら種々の変形は本発明の概念の範囲内であり、全ての詳細な構成は技術的に等価な他の要素に置き換えることが可能である。
実用上では、使用される材料は、その材料が特定の用途と両立できる限りにおいて、形状および寸法と同様に、技術水準の要件に応じて、いずれのものでも可能である。

この出願は、２０１５年３月２０日に出願されたイタリア特許出願番号 ＶＩ２０１５Ａ００００８１の優先権を主張し、イタリア出願の主題はここに参照することによって組み込まれる。

Claims (7)

1. 遠心ポンプ用羽根車であって、
   入口を向いて配置された第１円板要素と、出口を向いて配置された第２円板要素とを備え、前記第１円板要素は前記第２円板要素と同軸で前記第２円板要素に対向して配置されており、
   前記第２円板要素は、間隔をおいて配置された複数の羽根によって前記第１円板要素に強固に接続されるとともに、伝達軸に締結するための締結手段を中心に備え、
   前記羽根車は、前記第２円板要素の略外周領域に形成された複数の開口を備えており、前記複数の開口は、対をなす隣接した羽根間において、軸方向推力を受ける領域に位置し、
   前記開口は、対をなす隣接した羽根間で前記第２円板要素の略外周領域に形成された、曲線を付けて作られたスロットによって構成され、前記曲線を付けて作られたスロットの各々の半径方向における外縁側は円弧状の輪郭を有し、
   前記曲線を付けて作られたスロットの各々は、前記円弧状の輪郭に対向した曲線状の輪郭を有し、
   前記曲線状の輪郭は、前記回転軸線を向いた凸面を有した湾曲部を備えていることを特徴とする遠心ポンプ用羽根車。
2. 前記開口の各々の半径方向における外縁側は、前記羽根車の回転軸線に対して、前記第２円板要素の外周縁の距離よりも短い距離にわたって延びていることを特徴とする請求項１記載の羽根車。
3. 前記曲線状の輪郭は、前記第２円板要素の外側を向いた凸面を有した湾曲部を備えていることを特徴とする請求項１記載の羽根車。
4. 前記円弧状の輪郭と前記曲線状の輪郭とは、実質的に半径方向に延びる少なくとも１つのタブによって接続されていることを特徴とする請求項１記載の羽根車。
5. 前記締結手段は前記伝達軸と機械的に締結するハブを備え、前記ハブは前記回転軸の直径よりも大きな直径を有した環体に対向しており、前記環体は前記第１円板要素に設けられていることを特徴とする請求項１記載の羽根車。
6. 前記第２円板要素は、前記第１円板要素の直径にほぼ等しいか又は小さい直径を有していることを特徴とする請求項１記載の羽根車。
7. 回転軸線を中心に回転可能な伝達軸に固定されている少なくとも１つの羽根車を収容する実質的に中空の本体を備え、前記伝達軸はモータ手段によって回転され、
   前記羽根車は、入口を向いて配置された第１円板要素と、出口を向いて配置された第２円板要素とを備え、前記第１円板要素は前記第２円板要素と同軸で前記第２円板要素に対向して配置されており、
   前記第２円板要素は、間隔をおいて配置された複数の羽根によって前記第１円板要素に強固に接続されるとともに、伝達軸に締結するための締結手段を中心に備え、
   前記羽根車は、前記第２円板要素の略外周領域に形成された複数の開口を備えており、前記複数の開口は、対をなす隣接した羽根間において、軸方向推力を受ける領域に位置し、
   前記開口は、対をなす隣接した羽根間で前記第２円板要素の略外周領域に形成された、曲線を付けて作られたスロットによって構成され、前記曲線を付けて作られたスロットの各々の半径方向における外縁側は円弧状の輪郭を有し、
   前記曲線を付けて作られたスロットの各々は、前記円弧状の輪郭に対向した曲線状の輪郭を有し、
   前記曲線状の輪郭は、前記回転軸線を向いた凸面を有した湾曲部を備えていることを特徴とする遠心ポンプ。

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