JP6713460B2 - 遠心ポンプ用の羽根車組立体 - Google Patents

Description

本発明は、羽根車組立体に関し、特に、単段式または多段式の遠心ポンプ用の羽根車組立体に関するものである。

周知のように、遠心ポンプの羽根車は、一般に、複数対の円板体を有している。各対の円板体は互いに対向しており、円板体の間には空間が形成されている。この空間にはこれら２つの円板を接続する一組の羽根が配置されている。
また、ハブ、または同等の連結装置は、各羽根車と同心に設けられており、かつ、原動機によって回転する伝達軸に羽根車を締結することを可能とする。

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起因するものである。
遠心ポンプの羽根車は、事実として、その２つの面に作用する異なった圧力を受ける。大気圧よりも低い圧力は、通常、吸込側に作用し、吐出圧力と実質的に等しい圧力は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明らかに増大する。

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がかなり困難である。
他のメーカーは、その代わりに、吐出側の円板体に複数の孔を設けているが、これら孔は羽根車の全体の効率を低下させる。

本発明の目的は、上述した問題点を解決するために、最大効率を確保しつつ、軸方向推力を低下させることができる羽根車組立体、特に、遠心ポンプ用の羽根車組立体を提供することである。
この目的の範囲内において、本発明の特有の目的は、伝達軸に一般に発生する引っ張り力に関連する問題を解決することができる羽根車組立体を提供することである。

本発明の別の目的は、原動機の軸受を保護することができる羽根車組立体を提供することである。
本発明の別の目的は、少ない部品点数で製造することができ、純粋に経済的観点からも好ましい羽根車組立体を提供することである。

以下により明らかになるであろう発明の上記各目的は、次に記載する遠心ポンプ用の羽根車組立体によって達成される。すなわち、羽根車組立体は、回転軸心と同軸状に配置され、空間が間に形成されるように互いに向き合う小径円板部材および大径円板部材と、前記小径円板部材の周縁領域から放射状に突出する複数の傾斜輪郭翼とを備え、前記小径円板部材および前記大径円板部材は、前記空間内に放射状に配置された羽根によって接続されており、かつ、前記回転軸心を中心に回転する伝達軸に締結するための締結手段が前記小径円板部材および前記大径円板部材の中心に設けられており、前記傾斜輪郭翼は、実質的に前記羽根の位置に配置されており、前記傾斜輪郭翼は、実質的に台形形状を有しており、前記大径円板部材の周縁部は円形である。

本発明は、また、原動機によって回転軸心を中心に回転する伝達軸に締結された少なくとも１つの羽根車組立体と、前記羽根車組立体を収容する実質的に中空の本体を備えたことを特徴とする遠心ポンプである。

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組立体の、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。
多段遠心ポンプの断面図である。 本発明に係る羽根車組立体の斜視図である。 本発明に係る羽根車組立体の側面断面図である。 本発明に係る羽根車組立体の正面図である。 本発明に係る羽根車組立体の構成要素の斜視図である。 上述した図面の構成要素の側面断面図である。 図５および図６の構成要素の正面図である。 本発明のさらなる態様に係る羽根車組立体の構成要素の正面図である。 本発明のさらなる態様に係る羽根車組立体の背面図である。 図９の羽根車組立体の断面図である。

図１乃至図７において、遠心ポンプ用の羽根車組立体の全体は符号１で示されている。
ここで説明する例は、羽根車組立体１が多段遠心ポンプに関連付けられた場合について言及するが、本発明に係る羽根車組立体は、異なるタイプのポンプに取り付けられてもよいことは当業者にとって明らかである。

図１に示される多段遠心ポンプは、本発明に係る複数の羽根車組立体１を収容する、実質的に中空の本体２１を備えている。これら羽根車組立体１は、原動機２３によって回転される伝達軸２２に同軸状に締結されている。
羽根車組立体１は、吸込側の大径円板部材２と、吐出側の小径円板部材３とを備えている。
これら２つの円板部材２，３は、回転軸心１００と同軸であり、円板部材２，３の間に実質的に円筒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、大径円板部材２を小径円板部材３に強固に接続している。
羽根４は、回転軸心１００の周りに等角度で分布しており、大径円板部材から突出することなく、２つの円板部材２，３の中央から周縁領域に向かって延びている。

図示された実施形態では、例えば、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。
好ましくは、２つの円板部材２，３には、回転軸心１００を中心に回転することができる伝達軸２２（図１に示す）に締結するための締結手段が設けられている。
具体的には、締結手段は、小径円板部材３の中心に設けられたハブ５である。
ハブ５は、伝達軸２２に機械的に連結することができるように設計される。締結手段は、大径円板部材２の中央に形成された貫通孔６を有している。
貫通孔６は、伝達軸２２よりも大きな断面を有しており、大径円板部材２から突出する環体７に接続されている。
実際には、羽根車組立体１が伝達軸２２に取り付けられるとき、環体７は軸２２を取り囲み、羽根車の吸込口を構成する環状の開口となる。

本発明によれば、羽根車組立体１は傾斜輪郭翼８を備えている。傾斜輪郭翼８は、実質的に羽根４の位置において、小径円板部材３の周縁領域から放射状に突出している。
注目すべきは、傾斜輪郭翼８の輪郭が軸方向推力を低減するように工夫されている点である。

図２乃至図７に示す実施形態では、傾斜輪郭翼８は、実質的に台形であり、２つの円板部材２，３の直径にそれぞれ一致する直径を持つ２つの円周の間にある環状領域内を延びている。
回転軸心１００の周りに等角度で分布している傾斜輪郭翼８は、これに対応する数だけ設けられた円弧輪郭９によって互いに離間されている。
特に図２乃至図７を参照すると、円弧輪郭９は、実質的に、回転軸心１００と同心の円周の一部に相当する。

好ましくは、羽根４の外側端部は、傾斜輪郭翼８を大径円板部材２に滑らかに接続するように傾斜している。
羽根車組立体１は、例えば、鋼、ステンレス鋼、ダイカスト鋼、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、必要な技術的性質を有する他の材料を使用して、様々な技術手段によって製造することができる。

図８乃至図１０は、符号１０１，２０１によってそれぞれ示された羽根車組立体の本発明の実施形態を示している。羽根車組立体１０１，２０１は、符号１０９，２０９で示された円弧輪郭をそれぞれ有している。この円弧輪郭は、回転軸心１００からの距離が半径方向に増加していく概ね大きな部分を備えている。
円弧輪郭１０９，２０９の形状も、実際には、符号１０８，２０８でそれぞれ示される傾斜輪郭翼の形状を決定付ける。傾斜輪郭翼１０８，２０８は、円弧輪郭１０９，２０９と途切れることなく一体となるように、上述した実施形態よりもはるかに曲線的な形状を有することができる。

図８乃至図１０に示す実施形態では、図２乃至７に示す実施形態で既に示した構成要素に対応する構成要素には同一の符号が付されている。
図１に示す多段遠心ポンプは、羽根車組立体１の代わりに、複数の羽根車組立体１０１を備えてもよく、または、複数の羽根車組立体２０１を備えてもよい。

本発明に係る羽根車組立体の動作に関して、実験的試験およびその結果の入念な分析によって、小径円板部材３上の傾斜輪郭翼８，１０８，または２０８の存在が、より優れた流体力学的効果をもたらし、さらに軸方向推力を同等に減らしつつも良好な水頭が得られることが確認できた。
実用上、本発明に係る遠心ポンプ用の羽根車組立体は、軸方向推力をかなり減少させると同時に最大の効率および水頭を確保するという意図された目的を十分に達成することが分かった。

より高い圧力を受ける領域を小径円板部材から除去することにより、または傾斜輪郭翼を形成することにより、軸方向推力を発生させる力を実際に減少させることが可能である。
さらに、傾斜輪郭翼は、実際には、小径円板部材に一体化した部位として構成され、傾斜輪郭翼は、台形形状などを有する羽根の位置で延びるため、水頭および効率が減少することはない。
したがって、本発明に係る羽根車組立体は、単段または多段の遠心ポンプの伝達軸に通常作用する引っ張り力に関連する問題を解決する。
これは、例えば、エンジン軸受の損傷を回避することができる。

実用的には、使用される材料については、その材料が具体的な用途に適合し、かつその用途に付随する形状および寸法に適合する限り、必要条件および最新技術に従っていかなる材料も使用可能である。

Claims (12)

1. 回転軸心と同軸状に配置され、空間が間に形成されるように互いに向き合う小径円板部材および大径円板部材と、
   前記小径円板部材の周縁領域から放射状に突出する複数の傾斜輪郭翼とを備え、
   前記小径円板部材および前記大径円板部材は、前記空間内に放射状に配置された羽根によって接続されており、かつ、前記回転軸心を中心に回転する伝達軸に締結するための締結手段が前記小径円板部材および前記大径円板部材の中心に設けられており、
   前記傾斜輪郭翼は、実質的に前記羽根の位置に配置されており、前記傾斜輪郭翼は、実質的に台形形状を有しており、
   前記大径円板部材の周縁部は円形であることを特徴とする遠心ポンプ用の羽根車組立体。
2. 前記傾斜輪郭翼は軸方向推力を低減する輪郭を有していることを特徴とする請求項１に記載の羽根車組立体。
3. 前記傾斜輪郭翼は、前記大径円板部材および前記小径円板部材の直径に実質的に一致する直径を持つ２つの円周の間に構成される環状領域内を延びていることを特徴とする請求項１に記載の羽根車組立体。
4. 前記傾斜輪郭翼は、前記回転軸心の周りに等角度で分布していることを特徴とする請求項１に記載の羽根車組立体。
5. 前記傾斜輪郭翼は、円周の円弧に実質的に相当する複数の円弧輪郭によって互いに離間されており、前記円弧輪郭の数は前記傾斜輪郭翼の数に相当することを特徴とする請求項１に記載の羽根車組立体。
6. 前記円弧輪郭は、それぞれ、前記回転軸心からの距離が半径方向に増加していく少なくとも一つの部分を備えていることを特徴とする請求項５に記載の羽根車組立体。
7. 前記羽根は、前記大径円板部材から突出することなく前記大径円板部材および前記小径円板部材の周縁領域に向かって延びていることを特徴とする請求項１に記載の羽根車組立体。
8. 前記羽根の外側端部は、前記傾斜輪郭翼から前記大径円板部材に向かって外側に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の羽根車組立体。
9. 回転軸心と同軸状に配置され、空間が間に形成されるように互いに向き合う小径円板部材および大径円板部材と、
   前記小径円板部材の周縁領域から放射状に突出する複数の傾斜輪郭翼とを備え、
   前記小径円板部材および前記大径円板部材は、前記空間内に放射状に配置された羽根によって接続されており、かつ、前記回転軸心を中心に回転する伝達軸に締結するための締結手段が前記小径円板部材および前記大径円板部材の中心に設けられており、
   前記傾斜輪郭翼は、実質的に前記羽根の位置に配置されており、
   前記締結手段は、前記伝達軸に連結されたハブと、前記伝達軸の直径よりも大きな直径を有する貫通孔とを備えており、前記ハブおよび前記貫通孔は、前記小径円板部材および前記大径円板部材にそれぞれ設けられており、かつ前記回転軸心と同軸状であり、
   前記ハブは、前記小径円板部材と一体であり、かつ前記小径円板部材と同じ厚さを有し、かつ前記伝達軸に係合するキー形状の開口を有することを特徴とする羽根車組立体。
10. 前記貫通孔において前記大径円板部材から突出する環体を備えていることを特徴とする請求項９に記載の羽根車組立体。
11. 原動機によって回転軸心を中心に回転する伝達軸に締結された少なくとも１つの羽根車組立体と、
    前記羽根車組立体を収容する実質的に中空の本体を備え、
    前記羽根車組立体は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の羽根車組立体であることを特徴とする遠心ポンプ。
12. 前記羽根車組立体は複数の羽根車組立体であり、前記遠心ポンプは多段遠心ポンプであることを特徴とする請求項１１に記載の遠心ポンプ。

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