JPH0519040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は定流量遠心ポンプに関する。

〔従来の技術〕

かかる定流量遠心ポンプには例えば米国特許第
3918831号に開示されているものがある。この定
流量遠心ポンプでは互いに入れ子式に嵌る羽根を
備えた一対のインペラ部が軸方向に可動に駆動軸
に装着されており、これら一対のインペラ部はス
プリングにより互いに押しつけ合されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

かかるポンプは背圧（こゝでは流体の吐出しに
対向する圧力を意味し、平衡状態では吐出圧力に
等しい）の増大に応じてインペラ部の間隔寸法を
前記スプリングに抗して増加させて定流量を供給
することが出来るが、極度に高い吐出圧力（例え
ば70Kg ｆ／cm²、（1000psi））を伴う用途の場合
には非常に強力なスプリングを必要とし、スプリ
ング及びこれに関与する部品の設計が困難になる
という問題点がある。

本発明がかかる問題点を解決した定流量遠心ポ
ンプを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記問題点を解決するために、入口導
管と、出口導管と、ポンプ空洞と、コレクタとを
有するポンプ・ハウジングを具備し、上記入口導
管は上記ポンプ空洞と流体的に連通し、上記コレ
クタは上記ポンプ空洞および上記出口導管と流体
的に連通し、更に、ポンプハウジング内で回転し
て上記コレクタ内に流体を押し進める複合インペ
ラを具備し、この複合インペラはハブと多数の羽
根とを備え前記羽根間に第１みぞを形成した第１
インペラ部と、上記第１インペラ部の羽根が嵌め
られる多数の第２みぞとハブとを備えた第２イン
ペラ部とからなり、背圧が所定の範囲で変動して
も一定の吐出流量で吐出するようにした定流量遠
心ポンプにおいて、前記第１インペラ部のハブと
前記第２インペラ部のハブは互いに軸方向に固定
された関係で駆動軸に装着され、上記第１および
第２インペラ部のそれぞれのハブに連結され、各
インペラ部の羽根を担持する円形の１組のシユラ
ウドを具備し、前記１組のシユラウドの少なくと
も一方は可撓性を有し、可撓性を有する前記シユ
ラウドは、隣接する上記ポンプ空洞の壁との間に
シユラウドの撓曲を可能にする室を形成する隙間
をあけて配置され、前記シユラウドの半径方向外
周面に隣接して前記ポンプハウジングに取付けら
れたシールリングと前記シユラウドの半径方向外
周面との間に隙間を設けることによつて形成さ
れ、前記コレクタと前記室との間の流体の連通に
抵抗を与える供給オリフイスと、前記ハブの外周
面に隣接して前記ポンプハウジングに取付けられ
た補助的シールリングと前記ハブの外周面との間
に隙間を設けることによつて形成され、前記室と
前記入口導管との間の流体の連通に抵抗を与える
排出オルフイスとを具備したことを特徴とする定
流量遠心ポンプを提供する。

〔作 用〕

本発明の定流量遠心ポンプにおいて、ポンプ空
洞の壁とシユラウドとの間の室の中の圧力は、室
の上、下端に供給オリフイスと排出オリフイスが
あるために、運転中はコレクタ内の圧力と入力導
管内の圧力の中間になる。したがつて、ポンプ運
転中はコレクタ内の圧力、すなわち背圧が上昇す
ると、シユラウドは流路側の圧力によつて押され
て撓曲し、前記室内の圧力とシユラウドの復元力
の和が流路側の圧力と等しくなることによつて平
衡を保つ。このシユラウドの撓曲はインペラによ
つて作られる流体流路の断面積を広げる。流体流
路の断面積が大きくなることは流量を大きする効
果をもつているが、一方では背圧が増大すること
は反対に流量を減少させる効果がある。したがつ
て二つのオリフイスの設計を適当にすることによ
つて、背圧の変化によつて生ずる効果を流体流路
の断面の変化によつて相殺することが可能であつ
て、定流量ポンプを得ることができる。

〔実施例〕

本発明の定流量遠心ポンプの一実施例を添付の
図面を参照して以下に詳細に説明する。

先ず第１図において述べる。背圧が変動しても
実質的に一定の流量を吐出するようにした本発明
の定流量遠心ポンプの一実施例がこの図に示され
ている。適当なベアリング（図示せず）により回
転可能に支持された主駆動軸１０はキユー１３に
よつて駆動ポンプ軸１２に結合されている。主駆
動軸１０および駆動ポンプ軸１２で構成された複
合駆動軸はポンプ・ハウジング１４のポンプ空洞
２０内に延入りしている。ポンプ・ハウジング１
４は入口導管１６と出口導管１８とを備え、これ
らはポンプ空洞２０と流体的に連通している。

駆動ポンプ軸１２には複合インペラ２２が装着
されていて駆動ポンプ軸１２と共に回転するよう
になつている。複合インペラ２２は第４図に示す
如く第１インペラ部２４とこれに対して入れ子関
係に嵌合される第２インペラ部２６とよりなる。
そして、第２図および第３図に示す通り、第１イ
ンペラ部２４は、間にみぞ２４ｃを有する多数の
羽根２４ｂが形成された円形の可撓性のシユラウ
ド２４ａで構成されている。シユラウド２４ａの
厚さは半径方向に外向きに漸減して、ポンプ空洞
の壁との間にシユラウドが適当に撓むことができ
る隙間すなわち室２０ａを形成できるようにして
いる。第２インペラ部２６を同様なシユラウド２
６ａ、同様な羽根２６ｂおよびみぞ２６ｃを備え
ている。第１図に示すごとく、第１および第２イ
ンペラ部は互いに一方の羽根が他方のみぞに入れ
子式に嵌り合うように組み立てられていて、シユ
ラウドの撓曲によつて複合インペラ２２の外周面
での流路断面積（羽根とみぞとにより形成される
流路であつて複合インペラの半径方向外周におけ
る流路の断面積）が変わるようになつている（第
５図参照）。

第１および第２インペラ部２４，２６のそれぞ
れのハブ２４ｄ，２６ｄは駆動ポンプ軸１２に装
着されている。つまり、第１および第２インペラ
部２４，２６のハブは駆動ポンプ軸１２に対し軸
方向に動かないように取り付けられている。しか
しシユラウド２４ａおよび２６ａは軸方向に撓曲
可能である。ハブ２４ｄの左端は駆動ポンプ軸１
２のシヨルダ１２ａに押しつけられている。ハブ
２６ｄの内壁は駆動ポンプ軸１２の円錐面１２ｂ
に押しつけられるように円錐面になされている。
止めリング２８およびこれに縦に並べて配置され
た止めナツト３０は複合インペラ２２を駆動ポン
プ軸１２に固定する役目をしている。駆動ポンプ
軸１２の円錐面１２ｂとハブ２６ｄの円錐面とに
設けられた対向みぞ孔に嵌入されたキー３２は駆
動ポンプ軸１２からのトルクを第２インペラ部２
６に伝達して第２インペラ部２６に回転を与え
る。この回転は第２インペラ部２６の羽根２６ｂ
により第１インペラ部２４に伝えられる。従つ
て、第２インペラ部２６が駆動側であり、第１イ
ンペラ部２４は被駆動側であると考えることがで
きる。

入口導管１６からの流れは駆動ポンプ軸１２の
軸方向の入口流路１２ｃに入り、ここから直径が
拡大された流路１２ｄへ進む。駆動ポンプ軸１２
を半径方向に貫通する多数の半径方向入口孔１２
ｅは流路１２ｄから流体を複合インペラ２２の中
央孔に隣接する複合インペラの流体通路（一方の
インペラ部のみぞとこれに係合する他方のインペ
ラ部の羽根との間に形成される）の入口へ案内す
る。主駆動軸１０の環状みぞにＯリング３０を設
けて主駆動軸１０と駆動ポンプ軸１２との間で流
体が漏れるのを防止する。

駆動ポンプ軸１２と第１インペラ部２４のハブ
２４ｄとはそれぞれシールリング３４および３６
を備えている。これらのシールリング３４および
３６は駆動ポンプ軸１２の左端のシヨルダとハブ
２４ｄの左端のシヨルダとの間に介置されたスペ
ーサ３８によつて両シヨルダに押し付けられてい
る。保持体４４に取り付けられたカーボン面仕上
げのシール体４０および４２はシールリング３４
および３６に対してそれぞれこすりつけ運動する
ような対接関係にあつてポンプハウジング１４の
後部の密封を強化している。カーボン面仕上げの
シール体４２およびシールリング３６に隣接する
環状容積４６はシール体４２が受ける圧力を最小
限におさえるため導管４８により入口圧力P′iと
同じにされている。

ポンプ空洞２０内の圧力Paはは連結管路４９
により各シユラウドの背面で同じになされてい
る。この圧力Paは、広範囲の吐出圧力にわたつ
て吐出流量が正確に一定となるような方法で調整
されるのが好ましい。シユラウドの背面が受ける
圧力は、シユラウドの撓曲、したがつて所定の吐
出圧力に見合う複合インペラ２２の半径方向外周
における流路断面積を決定する。流量応答のサー
ボ制御弁５０が以下にさらに詳しく述べるような
用途には理想的に適している。勿論、この定流量
遠心ポンプを選定した用途に正確な流量制御が必
要でない場合には、かかるサーボ弁は全く省いて
もよい。

複合インペラ２２はポンプ空洞２０からポン
プ・ハウジング１４の外周に形成した環状コレク
タ５２に流体を吐出する。そうすると複合インペ
ラの外周すなわち放射状に外方へ伸びた流路は吐
出圧力Pcを背圧として受ける。シールリング５
４および５６はそれぞれシユラウド２４ａおよび
２６ａの外周面に隙間を介して隣接してハウジン
グに固着されている。補助的シールリング５８お
よび６０がそれぞれハブ２４ｄおよび２６ｄの外
周面に隙間を介して隣接してポンプ・ハウジング
１４に固着されている。シユラウド２４ａ，２６
ａとこれに面する空洞２０の壁とにより形成され
た室２０ａ，２０ｂと前記環状コレクタ５２とは
流体がシールリング５４，５６と前記シユラウド
２４ａ，２４ｂの半径方向外周面との間の隙間に
よつて抵抗を受けるようにして連通されている。
この連通部の隙間を供給オリフイスという。ま
た、前記室２０ａ，２０ｂと前記入口導管１６と
は流体が前記補助的シールリング５８，６０と前
記ハブの外周面との間の隙間によつて抵抗を受け
るようにして連通されている。この連通部の隙間
を排出オリフイスという。シールリング５４，５
６およびび補助的シールリング５８，６０により
形成されるオリフイスの寸法を適当に決めること
によつて、圧力Paはサーボ制御弁５０による影
響がない場合にも吐出圧力との間の所望の中間値
を取らせることができる。

サーボ制御弁５０は三つの制御口６４，６６，
６８を組入れた弁ハウジング６２よりなる。この
弁ハウジング６２内で摺動するスプール７０は三
つのランド７２，７４，７６を有する。サーボ制
御弁５０は弁ハウジング６２に対するスプール７
０の位置如何に拘らず、吐出圧力Pcは常にラン
ド７２と７４との間に維持され、圧力Piは常にラ
ンド７４と７６との間に維持されるようになされ
ている。設計の一定吐出流量においては通常は口
６６を覆うランド７４は、吐出圧力Pcかまたは
入口圧力P′iが供給される可変面積オリフイスを
形成するよう位置決めできる。口６６は室２０ａ
および２０ｂと連通し、これらの室内の圧力はス
プール７０を位置決めすることにより調整される
ことは第１図から理解されよう。

スプール７０の下端は下側空洞７８内に延び、
下側空洞７８を二分割するダイヤフラム８０に連
結され、圧縮ばね８２によつて上方へばね偏倚さ
れている。ダイヤフラム８０は下側空洞７８の壁
に適当に固定されて下側空洞７８を完全に二分割
している。ダイヤフラム８０の上面および下面は
それぞれ入口導管１６のテーパ部分８４の上流お
よび下流の圧力を受ける。ダイヤフラム８０の両
端の差圧はこのポンプの吐出流量に比例する。そ
れで吐出流量が増加すればスプール７０が下方に
駆動され、吐出流量が減少するとスプール７０が
上方へ駆動される。ランド７４が上方へ変位する
と、室２０ａおよび２０ｂから入口圧力P′iへの
別の流路が開く。同様に、スプール７０が下方へ
変位するとコレクタ５２から室２０ａおよび２０
ｂへの別の流路が開く。ダイヤフラム８０の両面
の差圧がばね８２の力と均衡すると、スプール７
０は上下いずれの方向へも移動しなくなることは
明白である。

このように、流量に応動するサーボ制御弁をポ
ンプに組入れて、さらばねに似た作用をするシユ
ラウドの背面に作用する圧力を変えることによつ
て流量を正確に一定に制御できる。

さて第２図および第３図について述べると、こ
れらの図には第１および第２インペラ部２４，２
６の形状が明示されている。先に述べたごとく、
第１および第２インペラ部２４，２６の向き合つ
た内側の羽根付きの面は互いに入れ子式に係合す
る。このためには、一方のインペラ部２４の羽根
付き面は他方のインペラ部２６の羽根付き面と相
補形をなしている。勿論、その逆もまた真であ
る。各インペラ部の曲がつた羽根の輪郭線は入口
端（半径方向内周面）から出口端（半径方向外周
面）まで一定の孤で延びている。これら羽根と羽
根との間にみぞが形成される。かくして、羽根と
みぞは入口端から出口端まで幅が漸増している。
シユラウドが撓曲しても、出来るだけ一方のイン
ペラ部の羽根が他方のインペラ部のみぞにシユラ
ウドの最大撓曲範囲までぴつたりと嵌つているよ
うにインペラ部を製作するのが好ましい。しか
し、みぞに羽根がぴつたりと嵌つていなくてもポ
ンプは作動するが、この発明が目的とする一定の
吐出量を出力する背圧変動範囲は狭くなる。

第４図はインペラ部２４と２６とが撓曲を伴わ
ない最低の流路断面積位置にある状態を示す。複
合インペラ２２が吐出圧力に脈動を伴わないのは
両シユラウドの外周面がすべて環状のコレクタ５
２で囲まれているからであることは第４図および
第１図から理解できる。

動作中、複合インペラ２２内の圧力はシユラウ
ド２４ａおよび２６ａの撓曲を促すように働く。
この圧力はコレクタ５２内の吐出圧力Pcにより
決定されるので、複合インペラ２２の外周面の軸
方向幅は吐出圧力Pcに応じて変化する。第５図
にはシユラウドの大きな撓曲が示されている。

複合インペラ２２は、出口端での流路断面積
（Ｓ）と周速（Ｖ）の二乗とに正比例例し、吐出
圧力（Pc）に反比例する流量（Ｑ）を生ぜしめ
る。すなわち流量（Ｑ）は次式によつて表わされ
る。

Ｑ＝kV²S／Pc（ｋは定数である）本発明のポ
ンプにおいて、この式中の（Ｓ／Pc）の値は実
質的に不変である。なぜなら、本発明の場合は可
撓性シユラウドのため吐出圧力Pcが高くなると
複合インペラの幅が拡がつて出口端での流路の断
面積（Ｓ）を拡げるからである。従つて、一定の
毎分回転数（例えば12000R.P.M）に対して70Kg
ｆ／cm²の吐出圧力までは）、ポンプは第６図の
非サーボ可変幅の曲線に示されるごとく大体にお
いて一定の吐出量で出力する。なおサーボ制御弁
５０を使用するとサーボ制御幅の直線に示される
ごとく正確に一定となる。なお、シユラウドが何
ら撓曲せず、かつインペラ部全体も軸方向に変位
しない遠心ポンプでは吐出量が一定である吐出圧
力変動範囲は実質的に存在しないことが第６図か
ら理解される。

本発明の好ましい実施例では一対のインペラ部
のシユラウドの両方とも撓曲可能になされている
が、これに限られず、一方のみを撓曲可能とな
し、他方をしつかりとした構造体にしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は定流量遠心ポンプは、上述の通り可撓
性のシユラウドを用いてポンプ吐出し口の背圧の
変動による流量の変化をシユラウドの撓みによつ
て自動的に相殺するようにしたので、背圧をシユ
ラウドの全面積で受け、シユラウドの受ける単位
面積の圧力は背圧と同じである。これに対して、
スプリングを用いた従来技術では、シユラウドの
全面積で受けた圧力を１個のスプリングで受ける
ので、シユラウド、したがつてインペラが大きく
なればスプリングの受ける荷重はかなり大きくな
る。したがつて、本発明の場合、同じ背圧でもシ
ユラウドの大きさによつて荷重の変わるスプリン
グを用いる場合に比べて大きな圧力範囲まで使用
できるし、スプングのへたりなどの問題を回避で
きる。そして、本発明のシユラウドおよびシユラ
ウドの撓みによつて定流量を達成する構造は、非
常に簡単なので、従来のスプリングを用いた定流
量遠心ポンプに比べて高圧の定流量ポンプの設計
が容易となり、製造コストも小さくできる効果が
ある。また、従来の技術の一つである小型外部弁
によつて制御されるポンプ圧自身によりシユラウ
ドと一体になつた独特のピストン構成体を作動し
て羽根車の巾を調整し、それによつて遠心ポンプ
定流量動作をさせるものは、外部弁が不可欠であ
り、さらにピストン構成体の摺動部分に伴う摩損
の問題などがあるが、本発明はこれらの問題によ
つて制約されることなく簡単な構造で目的を達成
できるので、ポンプの製造コスト及び保守に関す
る費用を節約できるので経済効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はサーボ制御弁を組入れた本発明の定流
量遠心ポンプの縦断面図、第２図および第３図は
インペラ部の相補形の羽根付き面を示す斜視図、
第４図は複合インペラの斜視図、第５図は複合イ
ンペラのそれぞれのシユラウドが大きく撓曲した
後の複合インペラの拡大断面図、第６図は本発明
の定流量遠心ポンプと本発明によらない遠心ポン
プとに対する流量と圧力との間の関係を示すグラ
フである。 なお図において、符号１４はポンプ・ハウジン
グ、１６は入口導管、１８は出口導管、２０はポ
ンプ空洞、２０ａ，２０ｂは室、２４は第１イン
ペラ部、２６は第２インペラ部、２４ａ，２６ａ
はシユラウド、２４ｂ，２６ｂは羽根、２４ｃ，
２６ｃはみぞ、２４ｄ，２６ｄはハブ、５０はサ
ーボ制御弁、５２はコレクタである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入口導管と、出口導管と、ポンプ空洞と、コ
   レクタとを有するポンプ・ハウジングを具備し、
   上記入口導管は上記ポンプ空洞と流体的に連通
   し、上記コレクタは上記ポンプ空洞および上記出
   口導管と流体的に連通し、更に、ポンプハウジン
   グ内で回転して上記コレクタ内に流体を押し進め
   る複合インペラを具備し、この複合インペラはハ
   ブと多数の羽根とを備え前記羽根間に第１みぞを
   形成した第１インペラ部と、上記第１インペラ部
   の羽根が嵌められる多数の第２みぞとハブとを備
   えた第２インペラ部とからなり、背圧が所定の範
   囲で変動しても一定の吐出流量で吐出するように
   した定流量遠心ポンプにおいて、 前記第１インペラ部のハブと前記第２インペラ
   部のハブは互いに軸方向に固定された関係で駆動
   軸に装着され、 上記第１および第２インペラ部のそれぞれのハ
   ブに連結され、各インペラ部の羽根を担持する円
   形の１組のシユラウドを具備し、前記１組のシユ
   ラウドの少なくとも一方は可撓性を有し、 可撓性を有する前記シユラウドは、隣接する上
   記ポンプ空洞の壁との間にシユラウドの撓曲を可
   能にする室を形成する隙間をあけて配置され、 前記シユラウドの半径方向外周面に隣接して前
   記ポンプハウジングに取付けられたシールリング
   と前記シユラウドの半径方向外周面との間に隙間
   を設けることによつて形成され、前記コレクタと
   前記室との間の流体の連通に抵抗を与える供給オ
   リフイスと、 前記ハブの外周面に隣接して前記ポンプハウジ
   ングに取付けられた補助的シールリングと前記ハ
   ブの外周面との間に隙間を設けることによつて形
   成され、前記室と前記入口導管との間の流体の連
   通に抵抗を与える排出オリフイスとを具備したこ
   とを特徴とする定流量遠心ポンプ。 ２ 第１インペラ部および第２インペラ部がそれ
   ぞれシユラウドを備え、各シユラウドとポンプ空
   洞の対応する各壁との間の各室内の圧力を等しく
   するため両室を互いに流体連結する装置を具備し
   た特許請求の範囲第１項に記載の定流量遠心ポン
   プ。