JP6730955B2

JP6730955B2 - 多段遠心ポンプおよび該多段遠心ポンプの製造方法

Info

Publication number: JP6730955B2
Application number: JP2017072357A
Authority: JP
Inventors: 隆治枦
Original assignee: 新日本造機株式会社
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018173043A

Description

本発明は、多段遠心ポンプおよび該多段遠心ポンプの製造方法に関する。

多段遠心ポンプの羽根車は、回転軸方向から流体を吸込み、遠心方向に排出する。そのため、一軸多段の構成とした場合、前段の羽根車から遠心方向に流出した流体を、次段の羽根車の軸方向に向いた吸込み口に導く流路が必要である。その流路には案内羽根が設けられることが多い。

ここで、多段遠心ポンプでは、動作流体の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するため、前段の羽根車から遠心方向に流出した流体を、次段の羽根車の軸方向に向いた吸込口に導く流路に接続される通路として、遠心方向に流出した流体を減速／昇圧させるディフューザが用いられる。

多段遠心ポンプのディフューザとして用いられる代表的なものは円形翼列ディフューザであり、ガイドベーンと呼ばれている。即ち、羽根車の外側に周方向に倒れた比較的長さの短い翼列が円周方向に並んで且つ渦巻き状に配設されており、径方向外側ほど流路断面積が拡大した複数の流路を形成している。また、ガイドベーンと次段の羽根車入口を繋ぐ戻り流路にはリターンベーンが設けられており、リターンベーンもまた、円形翼列形状をしているものが知られている。リターンベーンは、それぞれの翼が径方向の外側と内側とに渡って長く延びる翼列が円周方向に並んで且つ渦巻き状に配置されている。

特許文献１には、遠心方向に流出する流体の流路を拡大するディフューザ、上記ディフューザによって減速／昇圧された流体をポンプの後段に導く戻り通路、およびポンプの各段間を仕切る仕切板の全てが一体化された構造を有する多段遠心ポンプが開示されている。

実開昭５１−４５１０２号公報（１９７６年４月２日公開）

しかしながら、上述のような従来技術は、ディフューザ、戻り通路および仕切板の全てが一体化された構造を有しているため、一部の流路は正確な機械加工ができないという問題点がある。

本発明は、以上の問題点に鑑みて為されたものであり、上流側および下流側の双方向からの流路の正確な機械加工が可能な多段遠心ポンプなどを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る多段遠心ポンプは、複数の羽根車が多段に設けられたポンプ軸を有する多段遠心ポンプであって、上記多段遠心ポンプの筐体を成し、上記複数の羽根車を収容するケーシングが、互いに接合された第１ケーシングおよび第２ケーシングからなり、上記ケーシング内には、互いに接合された第１仕切板および第２仕切板からなる仕切部材が上記ポンプ軸方向に間隔をおいて複数設けられており、上記ケーシング内において互いに隣接する上記仕切部材の間には、互いに接合された第１流体案内部材および第２流体案内部材からなる流体案内部材が設けられており、上記第１流体案内部材および上記第２流体案内部材のそれぞれには、流体を上記羽根車の回転遠心方向に導くディフューザと、上記ディフューザによって導かれた流体を後段に導く戻り流路と、が形成されていることを特徴とする多段遠心ポンプ。上記構成によれば、仕切部材と流体案内部材とが別体で構成されるため、上流側および下流側の双方向からの流路の正確な機械加工が可能となる。

また、本発明の一態様に係る多段遠心ポンプは、上記仕切部材において上記ポンプ軸方向に直交する平面を成す２つの側面のそれぞれが、上記ケーシングに溶接されていることが好ましい。上記構成によれば、ケーシングの内面に対して仕切部材を強固に溶接できるため、流体による変動荷重に強い構造となる。

また、本発明の一態様に係る多段遠心ポンプは、上記第１ケーシング、上記第２ケーシング、上記第１仕切板、上記第２仕切板、上記第１流体案内部材、および上記第２流体案内部材のそれぞれが、鍛造材または板材で形成されていることが好ましい。上記構成によれば、多段遠心ポンプを安価に製造することができ、また、製造時間を短縮することができる。

また、本発明の一態様に係る多段遠心ポンプは、上記第１ケーシングおよび上記第１流体案内部材は、上記第２ケーシングおよび上記第２流体案内部材に対して上側に存在するものであるとともに、上記第１ケーシングに対して上記第１流体案内部材がボルトにより固定されていることが好ましい。上記構成によれば、ボルトによる固定は、簡易な固定方法である上、ポンプの運転時はボルトに外圧が掛かるため、ボルトが押され、ケーシングの内部への流体の漏洩を抑制することができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る多段遠心ポンプの製造方法は、複数の羽根車が多段に設けられたポンプ軸を有する多段遠心ポンプの製造方法であって、上記多段遠心ポンプの筐体を成すケーシングを構成する部材として、第１ケーシングおよび第２ケーシングを準備し、上記第１ケーシング内に、（ｉ）上記ケーシング内部を多段に分けるための第１仕切板を上記ポンプ軸方向に間隔をおいて複数設けるとともに、（ｉｉ）互いに隣接する第１仕切板の間に、流体を上記羽根車の回転遠心方向に導くディフューザと、上記ディフューザによって導かれた流体を後段に導く戻り流路とが形成された第１流体案内部材を設け、上記第２ケーシング内に、（ｉ）上記ケーシング内部を多段に分けるための第２仕切板を上記ポンプ軸方向に間隔をおいて複数設けるとともに、（ｉｉ）互いに隣接する第２仕切板の間に、流体を上記羽根車の回転遠心方向に導くディフューザと、上記ディフューザによって導かれた流体を後段に導く戻り流路とが形成された第２流体案内部材を設け、上記第１仕切板および上記第１流体案内部材が設けられた上記第１ケーシングと、上記第２仕切板および上記第２流体案内部材が設けられた上記第２ケーシングとを、上記ポンプ軸を含む平面で互いに接合することを特徴としている。上記方法によれば、仕切部材と流体案内部材とが別体で構成されるため、上流側および下流側の双方向からの流路の正確な機械加工が可能となる。

本発明の一態様に係る多段遠心ポンプによれば、上流側および下流側の双方向からの流路の正確な機械加工が可能となるという効果を奏する。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る多段遠心ポンプのインナーケーシングの構造を説明するための分解構造図であり、（ｂ）は、アウターケースを縦に分割した一方側の構造を示す斜視図である。（ａ）は、第２ケーシングの一部の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、流体案内部材の構造を示す斜視図であり、（ｃ）は、第２ケーシングおよび下半部仕切板の構造を示す斜視図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示す破線の四角で囲まれた部分の部分拡大図である。（ａ）は、上記流体案内部材のディフューザ側の構造を示す図であり、（ｂ）は、上記流体案内部材の断面図であり、（ｃ）は、上記流体案内部材の戻り流路側の構造を示す図である。（ａ）および（ｂ）は、第２ケーシングおよび下半部流体案内部材の構造を示す斜視図であり、（ｃ）は、（ｂ）に示す破線の四角で囲まれた部分の部分拡大図である。（ａ）は、第１ケーシングの一部の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、固定用のボルトに掛かる外圧の向きを示す図であり、（ｃ）は、第１ケーシングおよび上半部流体案内部材の構造を示す斜視図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示す破線の四角で囲まれた部分の部分拡大図である。

本発明の実施の形態について図１〜図５に基づいて説明すれば、次の通りである。以下、説明の便宜上、ある項目にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、他の項目においても同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。

〔多段遠心ポンプのインナーケーシングの構造〕
図１の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る多段遠心ポンプのインナーケーシングの構造を説明するための分解構造図である。同図に示すように、本実施形態の多段遠心ポンプは、複数の略円形状のインペラ（羽根車）５が多段に設けられたポンプ軸４を有している。

また、多段遠心ポンプの筐体を成し、複数のインペラ５を収容するケーシングが、互いに接合される第１ケーシング１１および第２ケーシング１２から構成されている。第１ケーシング１１および第２ケーシング１２のそれぞれは、略半円筒形状を為しており、これらを、互いに接合することにより略円筒形状のケーシングが構成される。

ケーシング内には、互いに接合された上半部仕切板（第１仕切板）２１および下半部仕切板（第２仕切板）２２からなる仕切部材がポンプ軸４の軸方向に間隔をおいて複数設けられている。上半部仕切板２１および下半部仕切板２２のそれぞれは、略半円形状を為しており、これらを、互いに接合することにより略円形状の仕切部材が構成される。より具体的には、第１ケーシング１１には、上半部仕切板２１がポンプ軸４の軸方向に間隔をおいて複数設けられ、第２ケーシング１２には、下半部仕切板２２がポンプ軸４の軸方向に間隔をおいて複数設けられている。

ケーシングの内面において互いに隣接する仕切部材の間には、互いに接合される上半部流体案内部材（第１流体案内部材）３１および下半部流体案内部材（第２流体案内部材）３２が設けられている。より具体的には、略半円筒形状の第１ケーシング１１において互いに隣接する上半部仕切板２１の間には、略半円形状の上半部流体案内部材３１が設置される。また、略半円筒形状の第２ケーシング１２において互いに隣接する下半部仕切板２２の間には、略半円形状の下半部流体案内部材３２が設置される。略半円形状の上半部流体案内部材３１および略半円形状の下半部流体案内部材３２のそれぞれを接合することにより、略円形状の流体案内部材が構成される。

上半部流体案内部材３１には、流体をインペラ５の回転遠心方向に導くディフューザ３１ａと、ディフューザ３１ａによって導かれた流体を後段に導く戻り流路３１ｂと、が形成されている。また、下半部流体案内部材３２には、流体をインペラ５の回転遠心方向に導くディフューザ３２ａと、ディフューザ３２ａによって導かれた流体を後段に導く戻り流路３２ｂと、が形成されている。上記構成によれば、仕切部材と流体案内部材とが別体で構成されるため、上流側および下流側の双方向からの流路の正確な機械加工が可能となる。

図１の（ｂ）は、アウターケースを縦に分割した一方側の構造を示す斜視図である。アウターケースの全体は、略円筒形状を為しており、このアウターケースの内部の斜線が付された部分には、図１の（ａ）に示す各構成要素が組立てられた略円筒形状のケーシング（インナーケース）が挿入される。

〔多段遠心ポンプの製造方法〕
次に、上述した多段遠心ポンプの製造方法について説明する。本実施形態の多段遠心ポンプの製造方法は、以下に示す各工程を含むものである。

（第１の工程）まず、多段遠心ポンプの筐体を成すケーシングを構成する部材として、第１ケーシング１１および第２ケーシング１２を準備する。これらの第１ケーシング１１および第２ケーシング１２は、鍛造材または板材で形成する。

（第２の工程）次に、上記の工程で準備された第１ケーシング１１に、上記ケーシング内部を多段に分けるための上半部仕切板２１をポンプ軸４の軸方向に間隔をおいて複数設ける。これらの上半部仕切板２１は、鍛造材または板材で形成する。また、互いに隣接する上半部仕切板２１の間に、流体をインペラ５の回転遠心方向に導くディフューザ３１ａと、ディフューザ３１ａによって導かれた流体を後段に導く戻り流路３１ｂとが形成された上半部流体案内部材３１を設ける。上半部流体案内部材３１は、鍛造材または板材で形成する。

（第３の工程）次に、上記の第１の工程で準備された第２ケーシング１２に下半部仕切板２２をポンプ軸４の方向に間隔をおいて複数設ける。これらの下半部仕切板２２は、鍛造材または板材で形成する。また互いに隣接する下半部仕切板２２の間に、ディフューザ３２ａと、戻り流路３２ｂとが形成された下半部流体案内部材３２を設ける。下半部流体案内部材３２は、鍛造材または板材で形成する。

（第４工程）次に、上半部仕切板２１および上半部流体案内部材３１が設けられた第１ケーシング１１と、下半部仕切板２２および下半部流体案内部材３２が設けられた第２ケーシング１２とを、互いに接合する。

上述したように本実施形態の多段遠心ポンプの製造方法においては、第１ケーシング１１、第２ケーシング１２、上半部仕切板２１、下半部仕切板２２、上半部流体案内部材３１、および下半部流体案内部材３２のそれぞれが、鍛造材または板材で形成されている。これにより、多段遠心ポンプを安価に製造することができ、また、製造時間を短縮することができる。

以上のように、本実施形態の多段遠心ポンプでは、略半円筒形状の第１ケーシング１１および第２ケーシング１２を上・下半別個に製作し、上半部仕切板２１および下半部仕切板２２のそれぞれを溶接等で接合することで多段遠心ポンプの車室を形成している。

また、上・下半別個に製作した略半円形状の上半部流体案内部材３１および下半部流体案内部材３２を、車室にボルト等で固定することで、二つに分割あるいは組立可能に形成している。また、上半部流体案内部材３１および下半部流体案内部材３２は溶接固定ではないため、交換可能となっており、最小限のコストで経年劣化や設計変更に容易に対応可能になっている。

次に、図２の（ａ）は、第２ケーシング１２の一部の構造を示す断面図である。同図に示すように、互いに隣接する下半部仕切板２２の間には、ディフューザ３２ａと、戻り流路３２ｂとが形成された下半部流体案内部材３２が設置されている。

図２の（ｂ）は、下半部流体案内部材３２の構造を示す斜視図である。同図に示すように、下半部流体案内部材３２の手前側の面には、ディフューザ３２ａが設けられており、周方向に倒れた比較的長さの短い翼列が円周方向に並んで且つ渦巻き状に配設されており、径方向外側ほど流路断面積が拡大した複数の流路を形成している〔図３の（ａ）参照〕。

下半部流体案内部材３２の裏側には、戻り流路３２ｂが形成されており、それぞれの翼が径方向の外側と内側とに渡って長く延びる翼列が円周方向に並んで且つ渦巻き状に配置されている〔図３の（ｃ）参照〕。

図２の（ｃ）は、第２ケーシング１２および下半部仕切板２２の構造を示す斜視図である。また、図２の（ｄ）は、図２の（ｃ）に示す破線の四角で囲まれた部分の部分拡大図である。図２の（ｄ）に示すように、本実施形態では、下半部仕切板２２においてポンプ軸４方向に直交する平面を成す２つの側面のそれぞれが、第２ケーシング１２に溶接されている。これにより、第２ケーシング１２に対して下半部仕切板２２を強固に溶接できるため、流体による変動荷重に強い構造となる。

次に、図３の（ａ）は、流体案内部材３のディフューザ３ａ側の構造を示す図である。ディフューザ３ａは、複数の翼列を形成する案内羽根３ｃに沿って形成されている流路である。図３の（ｂ）は、流体案内部材３の断面図である。図３の（ｃ）は、流体案内部材３の戻り流路３ｂ側の構造を示す図である。これらの図に示すようにディフューザ３ａおよび戻り流路３ｂのそれぞれは、流体案内部材３の互いに対向する面に形成されている。

次に、図４の（ａ）は、第２ケーシング１２および下半部流体案内部材３２の構造を示す斜視図である。同図に示すように、下半部流体案内部材３２は、第２ケーシング１２に設けられた互いに隣接する下半部仕切板２２の間のスペースに上側から落とし込まれる。

図４の（ｂ）は、第２ケーシング１２および下半部流体案内部材３２の構造を示す斜視図であり、図４の（ｃ）は、図４の（ｂ）に示す破線の四角で囲まれた部分の部分拡大図である。図４の（ｃ）に示すように、下半部流体案内部材３２にはピン８が設けられており、下半部流体案内部材３２はピン８にて第２ケーシング１２に対する回転が阻止されている。

次に、図５の（ａ）は、第１ケーシング１１の一部の構造を示す断面図である。図５の（ｂ）は、固定用のボルト９に掛かる外圧の向きを示す図である。図５の（ｃ）は、第１ケーシング１１および上半部流体案内部材３１の構造を示す斜視図である。図５の（ｄ）は、図５の（ｃ）に示す破線の四角で囲まれた部分の部分拡大図である。なお、図５の（ｃ）および（ｄ）に示す図は、第１ケーシング１１の上側と下側とを反転させた図になっている。

図５の（ｃ）および（ｄ）に示すように上半部流体案内部材３１は、第１ケーシング１１の外側よりボルト９にて仮止めされ、第１ケーシング１１および第２ケーシング１２を接合後、規定トルクでボルト９が締められる。換言すれば、第１ケーシング１１および上半部流体案内部材３１は、第２ケーシング１２および下半部流体案内部材３２に対して上側に存在するものであるとともに、第１ケーシング１１に対して上半部流体案内部材３１がボルト９により固定されている。

また、本実施形態の多段遠心ポンプは、上述したケーシングがアウターケース〔図１の（ｂ）参照〕の内部に挿入されたいわゆる二重胴ケーシングの多段遠心ポンプである。このため、図５の（ａ）に示すように多段遠心ポンプの運転時のケーシングの内部の圧力をＰ_ｉ、ケーシングの外側の圧力をＰ_０とすると、Ｐ_０＞Ｐ_ｉとなる。これにより、図５の（ｂ）に示すように、ボルト９には矢印で示す向きの外圧が掛かるため、ボルト９がケーシングの内側の向きに押され、ケーシングの内部への流体の漏洩が抑制される。以上で説明したとおり、多段遠心ポンプでは、上半部流体案内部材３１および下半部流体案内部材３２のそれぞれは、溶接で固定されるものではないため、交換可能であり、最小限のコストで経年劣化や設計変更に容易に対応可能となっている。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

３流体案内部材
３ａディフューザ
３ｂ戻り流路
４ポンプ軸
５インペラ（羽根車）
９ボルト
１１第１ケーシング
１２第２ケーシング
２１上半部仕切板（第１仕切板）
２２下半部仕切板（第２仕切板）
３１上半部流体案内部材（第１流体案内部材）
３１ａディフューザ
３１ｂ戻り流路
３２下半部流体案内部材（第２流体案内部材）
３２ａディフューザ
３２ｂ戻り流路

Claims

複数の羽根車が多段に設けられたポンプ軸を有する多段遠心ポンプであって、
上記多段遠心ポンプの筐体を成し、上記複数の羽根車を収容するケーシングが、互いに接合された第１ケーシングおよび第２ケーシングからなり、
上記ケーシング内には、互いに接合された第１仕切板および第２仕切板からなる仕切部材が上記ポンプ軸方向に間隔をおいて複数設けられており、
上記ケーシング内において互いに隣接する上記仕切部材の間には、互いに接合された第１流体案内部材および第２流体案内部材からなる流体案内部材が設けられており、
上記第１流体案内部材および上記第２流体案内部材のそれぞれには、流体を上記羽根車の回転遠心方向に導くディフューザと、上記ディフューザによって導かれた流体を後段に導く戻り流路と、が形成されており、
上記仕切部材と上記流体案内部材とが別体で構成されていることを特徴とする多段遠心ポンプ。
上記仕切部材において上記ポンプ軸方向に直交する平面を成す２つの側面のそれぞれが、上記ケーシングに溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の多段遠心ポンプ。
上記第１ケーシング、上記第２ケーシング、上記第１仕切板、上記第２仕切板、上記第１流体案内部材、および上記第２流体案内部材のそれぞれが、鍛造材または板材で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多段遠心ポンプ。
上記第１ケーシングおよび上記第１流体案内部材は、上記第２ケーシングおよび上記第２流体案内部材に対して上側に存在するものであるとともに、
上記第１ケーシングに対して上記第１流体案内部材がボルトにより固定されていることを特徴とする請求項１に記載の多段遠心ポンプ。
複数の羽根車が多段に設けられたポンプ軸を有する多段遠心ポンプの製造方法であって、
上記多段遠心ポンプの筐体を成すケーシングを構成する部材として、第１ケーシングおよび第２ケーシングを準備し、
上記第１ケーシング内に、（ｉ）上記ケーシング内部を多段に分けるための第１仕切板を上記ポンプ軸方向に間隔をおいて複数設けるとともに、（ｉｉ）互いに隣接する第１仕切板の間に、流体を上記羽根車の回転遠心方向に導くディフューザと、上記ディフューザによって導かれた流体を後段に導く戻り流路とが形成された第１流体案内部材を設け、
上記第２ケーシング内に、（ｉ）上記ケーシング内部を多段に分けるための第２仕切板を上記ポンプ軸方向に間隔をおいて複数設けるとともに、（ｉｉ）互いに隣接する第２仕切板の間に、流体を上記羽根車の回転遠心方向に導くディフューザと、上記ディフューザによって導かれた流体を後段に導く戻り流路とが形成された第２流体案内部材を設け、
上記第１仕切板および上記第１流体案内部材が設けられた上記第１ケーシングと、上記第２仕切板および上記第２流体案内部材が設けられた上記第２ケーシングとを、上記ポンプ軸を含む平面で互いに接合し、
上記第１仕切板および上記第２仕切板からなる仕切部材と、上記第１流体案内部材および上記第２流体案内部材からなる流体案内部材とを別体で構成することを特徴とする多段遠心ポンプの製造方法。