JPH05507983A - ロータリディスクポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ロータリディスクポンプ ＆五旦１遣 本発明は総じて流体ポンプに関し、特に、ポンプ液送用の複数の回転ディスクを 内蔵するロータリディスクポンプに関する。

この種の一般的なロータリディスクポンプは本発明者等による米国特許第４７６ ８９２０号および４７７３８１９号に記載されている。すなわち、これら両特許 には、ポンプの人出日間が実質的に非遮蔽に連通ずる平面ディスク式羽根車から 成るポンプが記載されている。当該ポンプにおいては、回転ディスクにより生ず る摩擦または粘性抵抗および剪断力によって流体が液送される。さらに、当該ポ ンプの開示された構成においては、平面ディスクの対向面間に空隙が設けられ、 ポンプ処理される流体の流れに沿って壊れ易い材料または物質が搬送できるよう になっており、このような処理は、流体経路を形成する羽根車として作用する羽 根を内蔵したこれまでの羽根式回転ポンプでは実行不能のものであった。平板デ ィスクポンプは脆い材料および極めて研磨性の高い材料、高粘性流体および高固 形分の流体のポンプ処理に適しているが、これらの材料を、これまでの羽根式若 しくはブレード式回転ポンプで処理すると、空隙の施されてぃない羽根車若しく は羽根を損傷するおそれがあった。しかしながら、平板ディスクポンプはブレー ド式回転ポンプに比べると流速および効率の点で劣っている。

主五二鷹１ 本発明の目的は改善されたロータリディスクポンプを提供することである。

本発明によれば、一端に送入口を備え外周に排出口を備えた円筒状の内側回転子 室を有するハウジングと、当該回転子室内に同軸に配されかつ互いに連結して中 心軸のまわりにそれぞれ回転する少なくとも２枚の平行に離間したディスクから 成り、当該ディスクの対向面が所定の距離だけ離間しており、かつ、当該対向面 の少なくとも一方が複数の起立する羽根を有しており、さらに、該羽根の高さが 当該ディスク間の離間距離よりも小さいことを特徴とするロータリディスクポン プが提供される。

本発明の好ましい実施態様の一例においては、上記両ディスクの対向面上に羽根 を放射状に延出して設け、かつ、当該両方の羽根の高さの合計を上記ディスク間 距離よりも小さく設定することにより、当該羽根の対向端部間に所定の空隙を設 けている。

この場合、上記回転子室内には全ての対向ディスク面上に羽根を備えるロータリ ディスクを２枚以上設けてもよい。なお、当該回転子室の一端に配されたディス クには上記送入口に位置合わせした中央開口部が設けられ、さらに、該回転子室 の対向端部に配されたディスクはこれらのディスクを回転する駆動システムに固 定されていると同時に駆動板から構成されている。なお、ディスクが３枚以上の 場合は、当該駆動板を除く全てのディスクに中央開口部が設けられている。さら に、当該駆動板はその外部表面上にも、該駆動板の後部に入り込んだ流体を送出 するための羽根を備えていてもよい。

なお、好ましくは、上記対向ディスク面上の各々の羽根の高さは当該ディスク間 隔の約２５％である。このようにすることによって、対向する羽根の間に十分な 空隙が備えられ、たいていの場合において、所望の材料取扱特性が実現できる。

このような羽根の構造によれば、比較的大きな平坦ディスク構造の場合に比して 、ポンプ効率を向上し、さらに、流速および排出圧力を高めることができる。さ らに、このように対向するディスク面または羽根の間に空隙を設けることによっ て、固形分、連行空気（ｅｎｔｒａｉｎｅｄ　ａｉｒ）または連行ガス、若しく は繊維質材料を担持する流体を、はとんどあるいは全く故障を起こすことなく処 理することが可能になる。

加えて、このような高効率化により、同等の機能をより小型のポンプでより低エ ネルギーのモータを使用して実行することが可能となる。

さらに、本発明の好ましい実施態様の一例においては、複数の等間隔に配置され た放射状に延出する直線状の羽根が上記各対向ディスク面上に設けられており、 さらに、対向する羽根がそれぞれ位置合わせされている。好ましくは、これらの 羽根は各ディスクの外周から中央に向かって延出している。該羽根の延出終点は 当該ディスクの中央開口部とすることができ、さらに、全ての羽根の延出終点を 当該ディスク上の所定の半径を有する円とすることができる。また、これらの羽 根のいくつかを他のものよりも長くすることもできる。さらに、当該羽根の厚さ は全て等しくてもよく、また、異なっていてもよい。

加えて、特定の仕様によって当該羽根の数も所望の値にすることができ、その数 が増えると、一般的に排出圧力およびダイナミックヘッド全体の作用効率が高ま る。さらに、該羽根はディスクの平坦な表面に溶接した直線状の長方形棒材また はリブであってもよい。このような羽根は、ポンプ処理される流体にモーメント を与える粘性抵抗を増加する。

それゆえ、当該羽根式ロータリディスクポンプは、材料処理特性の点で平板式ロ ータリディスクポンプはど優れているとはいえず、極端に研磨性の高い材料や剪 断され易い材料を処理することはできないが、当該平板式ロータリポンプに匹敵 する利点を備える。

加えて、本発明によれば、標準的な遠心力ポンプに比して、同等な大きさの平板 式ロータリディスクポンプに優るポンプ処理効率を実現し、材料および固形物の 改善されたより安定な処理を実行するポンプを提供することができる。

の　な１日 本発明は以下に述べる添付図面に基づく当該発明についての幾つかの好ましい実 施態様の詳細な説明によってさらに理解される。なお、図面中の同一参照番号は 同一部分を示す。

第１図は本発明の第１実施例によるポンプユニットの部分破断側面図であり、 第２図は第１図の２−２線における断面図であり、第３図はポンプの回転子の組 立体の斜視図であり、第４図は第２図と類似であるが、上記回転子ディスクの対 向面の内面上にのみ羽根が設けられている図であり、第５図は異なる羽根の配列 構成を有する回転子ディスク面を示しており、 第６図は第５図の６−６線における拡大断面図であり、第７図はさらに異なる羽 根の配列構成を有する回転子ディスク面を示しており、さらに 第８図は第７図の８−８線における拡大断面図である。

ましい　ガ脱朋 第１図および第２図は本発明の第１実施例によるロータリディスクポンプ１０を 示しており、当該ポンプは、比較的研磨性の高いスラリーまたは固形分を有する 流体、高粘性流体および連行ガスとの接触を有する流体等を含む種々の流体のポ ンプ処理を実行する。当該ポンプは基本的に、円筒状の内側回転子室１４を有す るハウジング１２から成り、該回転子室の内部においては、当該ポンプを介して 流体をポンプ処理するための回転子の組立体１６が回転可能に取り付けられてい る。さらに回転子室１４は一端に送入口１８を、また、当該回転子室の外周から ほぼ接線状に延出する排出口２０（第１図参照）を有している。

一方、回転子組立体１６は第２図および第３図に最も良好に示されており、上記 回転子室１４内に同軸に配された一対の平行で離間するディスク２２．２４から 構成されている。該回転子室の送入口側の第１デイスク２２は送入口１８と整合 する中央開口部２６を備えており、当該送入口から流体を両ディスク間の空隙に 送り込むようになっている。さらに、該第１デイスクは第２すなわち駆動ディス ク２４と、これらディスクの回転軸に近接しかつ互いに離間して備えられた複数 のビンまたはコネクタ２８を介して連結している。また、駆動ディスク２４はそ の外周面３０において適当な駆動軸３２と連結しており、さらに、該軸は駆動シ ステムにおけるモータ（図示せず）に連結している。

各ディスク２２．２４はそれらの面の各々の上に複数の概ね放射状に延出する羽 根若しくはリブ３４．３５を備えており、さらに、それらのリブ等は図示の如く 当該ディスクの外周から中心に向かってそれぞれ延出している。本発明の好まし い実施例においては、該リブ３４．３５は各ディスクの対向面に溶接された概ね 長方形状の断面を有する棒状材料から構成されている。なお、第４図に示される 当該回転子組立体の変形例においては、該羽根またはリブ３６．３７は両ディス クの対向面の内側にのみ備えられている。ただし、第４図示のポンプは他の点に おいては第１図乃至第３図に示すものと同一であり、互いに同一参照番号は同一 部分を示す。なお、第１図乃至第３図で示す実施例においては、８枚の羽根が各 ディスク面上に等間隔で備えられており、さらに、第３図において最も明らかな ように、対向ディスク面上の羽根３４．３５がそれぞれ位置合わせされている。

ただし、後で詳述するが、当該羽根の数はその特定用途に応じて種々変更可能で ある。

また、上記両ディスク２２．２４間の間隔はポンプ処理される流体の特性に応じ て決められ、さらに、当該ディスクの内面上で対向する羽根の高さの合計が該デ ィスク間隔よりも小さく設定されている。それゆえ、第２図に最も明らかに示す ように、対向する内側の羽根の間にはかなり大きな空隙が形成される。この空隙 もまたポンプ処理される流体の特性によって決められるが、各羽根の高さは両デ ィスクの間隔の約２５％に設定することが好ましい。なお、このような構成は、 ポンプの材料処理特性を損なうことなく、同等の大きさを有する平板状ディスク ポンプに比して優れたポンプ処理効率を実現すべく検討した結果において見い出 されたものである。明らかに、当該羽根式ディスクポンプの材料処理特性は平板 状ディスクポンプのそれに匹敵するほど優れておらず、それゆえ、極端に壊れ易 く剪断されやすい材料や研磨性の高い流体を処理することはできない。しかしな がら、当該羽根式ディスクポンプによれば、比較的脆くなくまた研磨性の低い材 料、若しくは、高固形成分のまたは連行ガス含有率の高い流体についての高効率 ポンプ処理が可能になり、逆に、このような処理については、上記のような空隙 を備えていない従来の遠心式羽根車型ポンプでは適応不能であった。

上記図面に示されるポンプはすべて２枚のディスクによって構成されているが、 上述の米国特許第４７７３８１９号に記載の態様と同様にして多数のディスクを 備える回転子組立体を有するものを変形例として使用してもよい。一般に、ディ スクの数を増やすと、推進力が増大し、それゆえ、当該ポンプの効率および排出 圧力が高められる。なお、当該ディスクは、第１図乃至第３図に示す２枚ディス クポンプのように、それら全ての対向面上に放射状の直線的に延出する羽根を備 え、かつ、対向する羽根の高さは当該ディスクの間隔よりも小さく設定される。

また、最外部のディスクは第１図乃至第３図に示すようにそれらの外面上に羽根 を有していてもよく、また、第４図示の如く、当該外面が平坦であってもよい。

さらに、２枚から８枚以上の平行ディスクを備える回転子組立体は、ポンプ処理 される流体の特性と必要とされる流速によって決められる特定の動作仕様によっ て選択される他の回転子組立体を備えてもよい。

好ましくは、当該羽根若しくはリブは直線状であり、均一の幅を有している。さ らに、当該羽根はディスク２２の中央開口部２６までまたはこれに近接する位置 まで延出し、その長さはディスク２４上のものと同等かそれよりもやや長い。さ らに、当該羽根の内側端部３８は各ディスクの中央部に集結し、好ましくは、図 示の如くとがった状態若しくはテーパ状に形成されて、これら羽根の間に流体の 経路のためのより広い空隙を確保している。

この場合、該羽根は全てほぼ同一の長さおよび幅を有していてもよく、また、第 １図および第３図に示すように、異なる厚さおよび幅を有する羽根４０．４２を 使用してもよい。なお、上記駆動ディスクの内面上の羽根はその一部または全部 が上記第１デイスク２２上に対向する羽根より長くてもよく、この場合、当該羽 根の長さは第１図示の開口部２６によって制限される。さらに、該第１デイスク ２２の対向面上により厚い羽根を開口部２６の周辺まで延出させ、より薄い羽根 ４２を当該開口部２６の手前で止めて、より広い空隙を設けるようにしてもよい 。当該配列構成は駆動ディスク上では逆になり、より薄い羽根４２をより厚い羽 根４０よりも長くする。

第１図および第２図に示す実施例においては、上記回転子組立体は、回転子室の 送入口側のディスクおよび駆動ディスク２４の外面上に羽根を有している。この ような構造はある特定の用途において有用である。なぜならば、当該外面上の羽 根は外側ディスクの後部に入り込んだ流体を当該ディスクの間のポンプ処理領域 に戻すからであり、このような作用は、例えば、高粘性流体等に対して重要であ る。しかしながら、上述のように、第４図には当該ディスクの内面上のみに羽根 が設けられた実施例が示されているが、このような構成は上記のようなディスク 後部に入り込んだ流体が問題を起こさない場合に使用すればよい。

さらに、他の異なる羽根構造を第５図乃至第８図に示す。このうち、第５図およ び第６図では等しい長さおよび太さの羽根４４が等間隔に配置されており、第７ 図および第８図ではさらに薄い羽根４６が大多数に設けられている例が示されて いる。一般に、羽根の数に特定の制限はないが、この数が増大すると排出圧力お よびダイナミックヘッド全体の作用効率が高まる。事実、上記図示の実施例のう ち、第７図示の羽根若しくはリブの構造が最もよい効率を示している。このよう な第５図または第７図のいずれかに示す羽根構造を有する２枚以上のディスクを 、第１図および第２図に示すポンプ構造におけるディスク２２および２４に、ま たは、第４図に示す対向内面上にのみ羽根を有するディスクに置き換えることが できる。

なお、第１図乃至第３図に示すポンプの動作においては、流体が送入管を介して 当該ポンプ内に供給され、上記対向ディスク面間の空隙に送られる。その後、該 ディスクが回転し、該流体は当該ディスクの外周部に向かって放射状に移動する 。なお、この流体移動は、回転するディスクによって発生しかつ羽根の作用によ って増幅される摩擦力および圧力勾配の組合せ、さらには、粘性抵抗によるもの である。なお、該羽根は流体の流通経路を構成する因子であり、それゆえ、当該 形状による抵抗の効果が上記作用に付加される。その後、流体は、２枚のディス ク間の回転子室の外周部に位置する排出口を介して放出される。好ましくは、本 出願人等による上記米国特許第４７７３８１９号に記載のポンプにおいて示され るように、当該排出口はディスク間の空隙を実質的にまたぐような構成になって いる。

第１図乃至第３図に示すような羽根構造を有する羽根式ディスクポンプの具体例 においては、各ディスクの直径は１０インチであり、また、ディスク２２および ２４の内面５０の間の空隙は１．２５インチであり、さらに、各羽根の高さは約 ０．２５インチである。また、薄い羽根の幅は約０．６インチであり、他方厚い 羽根は上記連結ピン２８よりも当該ピンを当該羽根に貫装するに足る程度に幅広 であり、該ピンの太さは本実施例においては約１インチである。さらに、本実施 例における上記第１デイスク２２の内面上の薄い羽根の長さは厚い羽根の長さよ りも短く、該厚い羽根は上記中央開口部２６の周辺部まで延出しており、さらに 、当該開口部の直径は約３インチである。さらに具体的には、該薄い羽根の長さ は３インチ程度であり、駆動ディスク上の厚い羽根の長さは４．３インチ程度で ある。また、上記両方のディスク上の厚い羽根の長さはほぼ同一である。加えて 、リブ若しくは羽根が各ディスクの両面に設けられている場合は、当該ディスク の対向面上の羽根は互いに同一の構造を取ることが好ましい。

さらに、第５図示の構造を有するディスクから成る羽根式ポンプの具体例におい ては、第６図示の如き断面長方形状の８枚の金属羽根または棒材が上記回転子組 立体における全てのディスクの少なくとも内部対向面に溶接されている。この場 合、各羽根の幅は約１．２５インチである。さらに、該羽根またはリブは長さが 等しく、その終端部は直径４．００乃至４．３０インチの円周を描くように設け られている。さらに、当該リブの最も内側の端部はテーバ状になっており、平坦 な最終端部に連続している。要するに、当該羽根の長さは約６インチである。

さらに、第７図および第８図示の構造を有する多数の薄羽根から成る羽根式ディ スクポンプの具体例においては、当該ディスクの直径は１４インチであり、上記 回転子組立体の各ディスクは少なくとも当該数回転子の内面に溶接した１８枚の 薄い羽根またはリブを備えている。

本例においては、当該羽根の厚さは０．１２５インチ程度であり、その長さは約 ５インチである。２枚ディスク型のポンプにおいては、周辺の配列構成は第２図 または第４図に示すものと同一であるが、第１実施例よりも広いディスク間隔と 高い羽根を採用している。ただし、各羽根の高さは、所望の羽根の分離状態を維 持するために、当該ディスク間の間隔の２５％より小さい値に設定される。

なお、上記図面に示された羽根構造の各々には、ディスクの外周部から当該ディ スクの中心に比較的近い位置まで放射状に延出する直線状の羽根またはリブが設 けられているが、好ましくは、当該羽根の長さは該ディスク半径の少なくとも７ ０％である。さらに、該リブは図示のように断面が長方形状であってもよく、ま た、他の断面形状を有していてもよい。加えて、４．６．８乃至１８あるいはそ れ以上の数の羽根を使用することができるが、その数が増えるにつれて羽根が薄 くなる。ただし、当該羽根の幅は０．１２５インチから１．２５インチの間であ ることが好ましい。また、近接するディスク対の対向面上の羽根は互いに位置合 わせされていることが好ましいが、場合によっては、多少のずれが当該対向する 羽根の間に施されていてもよい。ただし、このような構造は処理効率を低減する 。

たいていの場合において、当該ポンプ内の近接するディスク対の対向内面上にそ れぞれ羽根を設けることが好ましいが、これら各対の対向面の一面のみに当該羽 根を設けることも効率向上および空隙の増大化に貢献する。

当該羽根式ディスクポンプは、採用する羽根構造によって、匹敵する大きさの平 板式ディスクポンプに優る５０または６０％あるいはそれ以上のポンプ効率を達 成するために見いだされたものである。当該羽根構造においては、ポンプ処理す る材料または流体の流通経路を付加または形成することによって回転要素の効率 が向上すると考えられ、抵抗に関する形状効果が付与される。同時に、上記の対 向する羽根が互いに離間しているため、回転子部分の接触がなく摩耗が回避され 、かつ、材料による運転障害を防止する上で効果がある。すなわち、当該羽根式 ディスクポンプは故障率が低く、繊維質材料やパイプの大きさに達する程度に大 きな軟質材料でも処理することができる。また、当該ポンプは従来の羽根車式遠 心ポンプに比して効率面では劣るが、材料や固体の処理において実質的に改善さ れて゛おり、さらに、安定性の面で当該遠心ポンプよりも優れている。加えて、 従来の遠心ポンプは後方に湾曲した羽根を備えており、ポンプ処理する流体を加 速するための揚程力（ｌｉｆｔ　ｆｏｒｃｅ）を利用するために、不安定動作や キャビテーション欠陥等の問題が発生し易いという不都合があった。これに対し て、当該羽根式ディスクポンプの直線状の羽根はこのような揚程力を発生しない 。それゆえ、当該ポンプは広い流量領域にわたって極めて安定であり、キャビテ ーションの発生も極めて少ない。

さらに、本発明の羽根式ディスクポンプは、遠心式ポンプにおいてキャビテーシ ョンを引き起こし易い連行空気またはガスを担持する材料に対して特に適してお り、また、材料がそれほど摩耗性を有しておらずまた耐剪断性をある程度備えて いる場合であって、平板ディスクポンプには向いているが、従来の遠心式ポンプ では寿命を縮めまた性能的にも向かないようないわゆる中領域ポンプの用途にも 適している。さらに、当該ポンプは流出条件が速やかに変化する場合の用途にも 有用である。

以上において、本発明のいくつかの好ましい実施例を説明したが、これらは例示 的なものにすぎず、当業者によれば、添付の請求の範囲により定まる本発明の範 囲を逸脱することなく当該実施例について種々の変更若しくは変形を成すことは 容易であると解せられる。

国際調査報告

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．内側円筒状回転子室を有するハウジングと、該回転子室の一端部に存する送 入口と、該回転子室の外周に存する排出口と、 該回転子室内に同軸に配され、互いに連結して該中心軸の回りに回転する少なく とも２枚の平行に離間したディスクとから成り、 該ディスクの内側で対向する面がそれぞれ所定の距離で離間しており、さらに 該対向面の少なくとも一方の上に複数の羽根が起立状態で取り付けられ、該羽根 の高さが該ディスク間の間隔よりも小さく設定されていることを特徴とするロー タリディスクポンプ。
2. ２．前記ディスクの対向面の各々の上にそれぞれ起立状態の羽根を含み、かつ、 対向する羽根が互いに離間するように、該対向する羽根の高さの合計を該ディス ク間の間隔よりも小さく設定していることを特徴とする請求項１に記載のポンプ 。
3. ３．前記羽根が各ディスク面の上に互いに間隔を有して放射状に延出する直線状 リブから成ることを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
4. ４．前記回転子室内に複数の平行に離間したディスクが配され、該ディスクの各 近接対における対向内面上に複数の起立状態の羽根が設けられ、該対向する羽根 の高さの合計が該ディスク間の間隔よりも小さく設定されていることを特徴とす る請求項１に記載のポンプ。
5. ５．前記回転子室内における送入口と反対側に存するディスクが駆動板から成り 、該駆動板がその両面上に起立状態の羽根を備えていることを特徴とする請求項 １に記載のポンプ。
6. ６．前記回転子室内の両端に存するディスクがその内面および外面の両方に羽根 を備えていることを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
7. ７．前記羽根の高さが前記ディスク間隔の２５％を越えない値であることを特徴 とする請求項２に記載のポンプ。
8. ８．前記羽根がテーパ状になっており、その内側端部が尖端状に形成されている ことを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
9. ９．各ディスク上の羽根の総数が６から１８の間であることを特徴とする請求項 ３に記載のポンプ。
10. １０．各羽根の長さがディスク半径の少なくとも７０％であることを特徴とする 請求項３に記載のポンプ。
11. １１．各羽根が各ディスクの外周部から該ディスクの中心から所定距離だけ離間 する位置まで延出していることを特徴とする請求項３に記載のポンプ。
12. １２．前記対向ディスク面上で対向する羽根がほぼ同一形状でありかつ互いに位 置合わせされていることを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
13. １３．前記羽根の幅が０．１２５から１．２５インチの範囲内であることを特徴 とする請求項３に記載のポンプ。
14. １４．前記対向ディスク面の各々の上に０．１２５インチの幅を有する１８枚の 羽根が連続放射状に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のポンプ。