JPH05272489A - ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウォータポンプのポンプ効率を維持しつつ、
シール装置の冷却性を確保する。 【構成】 インペラ２の背面１３とケーシング３間の間
隙１０を通して回転軸５のシール装置９に冷却用の水流
を導くようにしたウォータポンプ１において、間隙１０
の幅Ｓを、インペラ２の回転方向について水切り１５の
後方から前方にかけて漸次減少させて形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウォータポンプの改良
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のウォータポンプとして、例えば特
開昭５８−１９２９１６号公報等では、内燃機関に備え
られる遠心式ウォータポンプが開示されている。

【０００３】図６、図７に示すように、従来の遠心式ウ
ォータポンプ１に備えられるインペラ２は、円錐形のホ
イール部１１と、このホイール部１１から径方向に突出
する複数枚の翼部１２とを有し、ケーシング３，４の内
部に回転軸５を介して回転可能に収装されている。ケー
シング３には回転軸５の先端方向に吸込み口６が画成さ
れ、ケーシング３，４によってインペラ２の周囲にスク
ロール７が渦巻き状に画成され、スクロール７の下流端
に吐出口８が開口している。インペラ２は図７に矢印で
示す方向に回転することにより、図６に矢印で示すよう
に吸込み口６から吸入した水に遠心力を与え、スクロー
ル７においてインペラ２によって速度を与えられた水流
を効率良く減速させて圧力を高め、圧力の高められた水
流を吐出口８から吐出させる。

【０００４】回転軸５はインペラ２の背面１３から突出
し、ケーシング４に軸受け１８を介して回転可能に支持
されている。ケーシング４と回転軸５の間にはシール装
置９が介装され、両者の間を密封している。

【０００５】インペラ２の背面１３とケーシング４の間
には環状の間隙１０が画成され、スクロール７を通過す
る水の一部が間隙１０を通ってシール装置９のまわりに
導かれることにより、シール装置９と回転軸５の間で発
生する摩擦熱を持ち去り、シール装置９の過熱を防止す
るようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置にあっては、間隙１０の幅Ｓを一定に形成
しているため、間隙１０内に介在する水にはインペラ２
の回転によって周方向の速度成分が付与されるのみで、
スクロール７からシール装置９のまわりに導かれる水量
を十分に確保することが難しい。すなわち、シール装置
９を十分に冷却するためには、間隙１０の幅Ｓをある程
度大きくする必要があるが、間隙１０の幅Ｓをあまり大
きくすると、ウォータポンプ１のポンプ効率の低下を招
く。

【０００７】また、別の従来装置として、インペラ２の
ホイール部１１を貫通する通孔を形成し、圧力の高い間
隙１０から通孔を通してインペラ２の翼部１２側に流れ
る水流を形成するものがあるが、この場合、インペラ２
によって加圧された水の一部を通孔を通して戻すことに
よりポンプ吐出圧が低下するとともに、通孔から翼部１
２側に流出する水流により翼部１２を通過してスクロー
ル７へ向かう水流に乱れを与え、やはりポンプ効率の低
下を招くという問題点があった。

【０００８】本発明は上記の問題点に着目し、ウォータ
ポンプのポンプ効率を維持しつつ、シール装置の冷却性
を確保することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ケーシングの
内部に回転可能に収装されて流体に遠心力を付与するイ
ンペラと、ケーシングによってインペラの周囲に渦巻き
状に画成されるスクロールと、スクロールの上流端と下
流端を仕切る水切りと、インペラの背面から突出しケー
シングに対して回転可能に支持される回転軸と、回転軸
とケーシングの間を密封するシール装置と、インペラの
背面とケーシングの間にスクロールと連通する間隙とを
備えるウォータポンプにおいて、前記間隙の幅を前記イ
ンペラの回転方向について前記水切りの後方から前方に
かけて漸次減少させる。

【００１０】また、前記間隙の幅を複数の部位で前記回
転軸について対称的に変化させる。

【００１１】

【作用】インペラの背面とケーシング間の間隙に介在す
る流体は、その粘性によりインペラ背面に引きずられて
回転運動をするため、間隙に生じる圧力は間隙の幅が大
きい部位で低く、間隙の幅が小さい部位で高くなる。

【００１２】このように間隙の圧力が周方向について異
なる一方、スクロールの断面積が水切りからインペラの
回転方向に漸次増大していることにより、間隙の幅が大
きい水切りの下流側でインペラから送られた流体の一部
がスクロールから間隙に流入し、間隙の幅が小さい水切
りの上流側で間隙からスクロールに流体が流出する。

【００１３】このようにしてシール装置のまわりに導か
れる流体によりシール装置で発生する摩擦熱を持ち去
り、シール装置の過熱を防止する。間隙に生じる圧力分
布差を利用してシール装置に導かれる水量を十分に確保
することにより、間隙の幅の平均値を比較的小さく設定
することが可能となり、ウォータポンプのポンプ効率を
維持することができる。

【００１４】また、間隙の幅を複数の部位で回転軸につ
いて対称的に変化させることにより、間隙に生じる圧力
分布も回転軸について対称的に複数に分散し、インペラ
および回転軸に作用する曲げ応力が低減され、円滑な作
動が得られる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。なお、図６、図７に示した従来装置と同一構
成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。

【００１６】図１に示すように、ケーシング３，４はイ
ンペラ２の周囲にスクロール７を渦巻き状に画成し、ケ
ーシング３はスクロール７の上流端と吐出口８に接続す
る下流端を仕切る水切り１５を有している。水切り１５
はインペラ２の外周に沿って、かつ楔形断面を持って突
出している。

【００１７】インペラ背面１３を平面状に形成する一
方、インペラ背面１３に対峙するケーシング３の壁部１
６を隆起させ、壁部１６の突出高さを周方向に変化させ
る。これによって、インペラ背面１３とケーシング４の
間に画成される間隙１０の幅Ｓを、図２に示すように、
スクロール７の断面積にほぼ反比例して周方向について
変化させ、水切り１５を挟んで最小値から最大値へと増
大させる。

【００１８】間隙１０の幅Ｓは、図１のａ図にも示すよ
うに、水切り１５からインペラ２の回転方向に所定角度
だけ離れた部位で最大となり、図１のｂ図、ｃ図にも示
すよう、そこからインペラ２の回転方向に離れるのにし
たがって漸次小さくなり、図１のｄ図に示すように、水
切り１５の手前で最小値となる。

【００１９】次に、作用について説明する。

【００２０】インペラ背面１３とケーシング３の間隙１
０に介在する水流は、その粘性によってインペラ背面１
３に引きずられて回転運動をするため、間隙１０に生じ
る圧力は間隙１０の幅Ｓに応じて図２に示すように増減
する。すなわち、間隙１０に生じる圧力は、間隙１０の
幅Ｓが大きい水切り１５の下流側で最も低く、そこから
インペラ２の回転方向に間隙１０の幅Ｓが減少するのに
したがって高まり、間隙１０の幅Ｓが最小となる水切り
１５の上流側で最も高まる。

【００２１】このように間隙１０の圧力分布が周方向に
ついて異なる一方、スクロール７の断面積が水切り１５
からインペラ２の回転方向に漸次増大していることによ
り、スクロール７から間隙１０に出入りする水の流れが
図３に矢印で示すように生じる。すなわち、間隙１０の
幅Ｓが大きい水切り１５の下流側でインペラ２から送ら
れた水の一部がスクロール７から間隙１０に流入し、間
隙１０の幅Ｓが小さい水切り１５の上流側で間隙１０か
らスクロール７に水が流出する。

【００２２】このようにしてシール装置９のまわりに導
かれる水流によりシール装置９で発生する摩擦熱を持ち
去り、シール装置９の過熱を防止する。間隙１０に生じ
る圧力分布差を利用してシール装置９に導かれる水量を
十分に確保することにより、間隙１０の幅Ｓの平均値を
比較的小さく設定することが可能となり、ウォータポン
プ１のポンプ効率を維持することができる。

【００２３】次に、図４に示した他の実施例は、インペ
ラ背面１３とケーシング４の間に画成される間隙１０の
幅Ｓを、回転軸５について対称的に増減させるものであ
る。すなわち、間隙１０の幅Ｓは水切り１５からインペ
ラ２の回転方向に所定角度だけ離れた部位と、そこから
１８０°離れた部位でそれぞれ最大となり、水切り１５
の手前と、そこから１８０°離れた部位でそれぞれ最小
となる。

【００２４】この場合、間隙１０に生じる圧力分布は、
図５に示すように、間隙１０の幅Ｓが大きい水切り１５
の下流側と、そこから１８０°だけ離れた部位の２カ所
でそれぞれ最も低く、間隙１０の幅Ｓが小さい水切り１
５の上流側と、そこから１８０°だけ離れた部位の２カ
所でそれぞれ最も高くなる。このため、スクロール７か
ら間隙１０に出入りする水の流れが、図５に矢印で示す
ように、２カ所で生じて、シール装置９の冷却が十分に
行われる。

【００２５】間隙１０に生じる圧力分布が回転軸５につ
いて対称的に複数に分散することにより、インペラ２お
よび回転軸５に作用する曲げ応力が低減され、円滑な作
動が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ケーシン
グの内部にインペラを回転可能に収装し、インペラの回
転によって付与される遠心力により流体を送り出すウォ
ータポンプにおいて、インペラの背面とケーシングの間
に画成される間隙の幅を、インペラの回転方向について
水切りの後方から前方にかけて漸次減少させて形成した
ため、間隙に生じる圧力分布差によって回転軸のシール
装置のまわりに冷却用の流体を導き、間隙の幅を比較的
小さくしてポンプ効率を維持しつつ、シール装置の冷却
性を十分に確保し、ウォータポンプの耐久性を向上させ
ることができる。

【００２７】また、間隙の幅を複数の部位で前記回転軸
について対称的に変化させたため、間隙に生じる圧力分
布も回転軸について対称的に複数に分散し、インペラお
よび回転軸に作用する曲げ応力が低減され、ウォータポ
ンプの円滑な作動が得られ、耐久性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すウォータポンプの断面図
である。

【図２】同じく間隙の幅の分布および間隙の圧力分布を
示す線図である。

【図３】同じく水の流れる様子を示す断面図である。

【図４】他の実施例を示す間隙の幅の分布および間隙の
圧力分布を示す線図である。

【図５】同じく水の流れる様子を示す断面図である。

【図６】従来例を示すウォータポンプの縦断面図であ
る。

【図７】同じく図６のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。

【符号の説明】

１ ウォータポンプ ２ インペラ ３ ケーシング ４ ケーシング ５ 回転軸 ７ スクロール ８ 吐出口 ９ シール装置 １０ 間隙 １３ インペラ背面 １５ 水切り

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングの内部に回転可能に収装され
   て流体に遠心力を付与するインペラと、ケーシングによ
   ってインペラの周囲に渦巻き状に画成されるスクロール
   と、スクロールの上流端と下流端を仕切る水切りと、イ
   ンペラの背面から突出しケーシングに対して回転可能に
   支持される回転軸と、回転軸とケーシングの間を密封す
   るシール装置と、インペラの背面とケーシングの間にス
   クロールと連通する間隙とを備えるウォータポンプにお
   いて、前記間隙の幅を前記インペラの回転方向について
   前記水切りの後方から前方にかけて漸次減少させたこと
   を特徴とするウォータポンプ。
2. 【請求項２】 前記間隙の幅を複数の部位で前記回転軸
   について対称的に変化させたことを特徴とする請求項１
   記載のウォータポンプ。