JPH06105078B2 - 騒音制御した円錐ポート液体リングポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、液体リングポンプに関し、更に詳細には、特
に截頭円錐ポート部材を備えた液体リングポンプにおけ
るキャビテーション及びその関連騒音を減少させた液体
リングポンプに関するものである。

（従来の技術） 截頭円錐ポート部材を備えた典型的な液体リングポンプ
は、アダムスの米国特許第3,289,918号公報に示されて
いる。このアダムス特許に示された種類のポンプにおけ
るポート部材は、実際上截頭円錐形であるが、一般に当
業者は、この種類のポート部材を円錐型と呼び、この用
語を本明細書中でしばしば使用する。

（発明が解決しようとする課題） 截頭円錐ポート部材を備えた液体リングポンプ、特に高
速度及び／又は低吸入圧（即ち、ほぼ絶対圧０に近い吸
入圧）で作動する液体リングポンプにおいては、しばし
ばキャビテーションが生成する。本発明者等は、液体リ
ングポンプにおけるキャビテーションを削減することに
努力し、多くの試作と試験の結果、キャビテーション
が、主吐出ポートのロータ回転方向縁に沿ってスロット
状の副吐出ポートを配置することにより削減できること
を突き止めて本願発明を完成した。

従って、本発明の目的は、キャビテーションを減少させ
た截頭円錐ポート部材を備えた液体リングポンプを提供
することである。

本発明の他の目的は、キャビテーションに関連する騒
音、特に作動騒音を減少させた截頭円錐ポート部材を備
えた液体リングポンプを提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明の前記目的は、截頭円錐ポート部材の比較的大き
い第一周辺部からポート部材の比較的小さい第二周辺部
までロータ回転方向に傾斜したセグメントを有する閉鎖
縁部を備えた主吐出ポートと、ロータ回転方向の傾斜セ
グメントを越えて配置されたスロット状の副吐出ポート
を備えた液体リングポンプにより達成される。

（作用） ２段式液体リングポンプにおいて慣用されている様に、
第一段階の吐出圧（第二段階の吸入圧にほぼ等しい）
は、第一段階の吸入圧よりも相当大きく、かつ第二段階
の吐出圧は第二段階の吸入圧よりも相当大きい。例え
ば、典型的な減圧ポンプ装置において、第一段階の吸入
圧は絶対圧力がほぼ０であり、第二段階の吐出圧は大気
圧であり、かつ中間圧力（即ち、第一段階吐出圧及び第
二段階吸入圧）は、これら２つの圧力の中間である。

上記種類のポンプにおいては、特にポンプの第一段階よ
り、詳細には主吐出ポートの近傍において、しばしばキ
ャビテーションが発生する。このキャビテーションに伴
って相当な騒音が発生する。

液体リングポンプにおいて、その周辺方向で隣接する一
対のロータ羽根40の間において、半径方向にて外側のポ
ンピング液と半径方向に内側のポンプされるガスとの間
に界面（境界領域）がある。ポンプの圧縮側において、
この界面は、ロータ回転により第一段階円錐ポート部材
50の外面に接近する。この界面の液が衝突する最初の障
害物は、主吐出ポート56の下流縁120である。界面液と
縁120の衝突は、包含されるポンピング液中の乱渦流の
突然の増大を引き起こす。この乱渦流は続いて液中に付
加的な上記ポケットを作り出す。本願発明のスロット状
の副吐出ポート130が無い場合、これらの蒸気ポケット
は縁120を越えた直後に突然に崩壊する傾向がある。蒸
気ポケットの突然の崩壊（キャビテーション）は、音と
第一段階円錐ポート部材50の隣接表面の望ましくない腐
食を引き起こす。

副吐出ポート130の作用効果は、確実な理論に基づいて
以下の通りである。即ち、高度の乱渦流にされた液と関
連する蒸気ポケットの幾らか又は総てを、蒸気ポケット
の崩壊前に、ポンプの作動空間から逃させることであ
る。事実、この乱渦流と関連する蒸気ポケットとは、副
吐出ポート130を経て実際に押し出される。その理由
は、第２図から分かるように、ハウジング22の壁は、副
吐出ポート130の領域においてロータ回転の方向で第一
段階円錐ポート部材50の方向に連続的に収束している。
また、ハウジング22の壁に沿ってポンピング液はリング
状に回転しているので、前記界面は主吐出ポート56より
も副吐出ポート130において最初に衝突する。スロット
状の副吐出ポート130は、乱渦流と関連する蒸気ポケッ
トとを押し出される。乱渦流と蒸気ポケットとをこの方
法で逃させることにより、ポンプにおけるキャビテーシ
ョンは、顕著に削減される。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に
説明する。

第１図に示した液体リングポンプ10は、第１図の右側に
第一段階12を有し、かつ第１図の左側に第二段階14を有
する２段式ポンプである。ポンプ輸送されるガス又は蒸
気（以下、一般にガスという）は、入口開口部16を介し
てポンプ中に流入し、順次に第一段階12及び第二段階14
を通過した後に出口開口部18を介してポンプから流出す
る。

ポンプは、第一段階ハウジング部分22と第二段階ハウジ
ング部分24とを含むほぼ一般的に環状のハウジング20を
有する。このハウジング20には、軸28が、回転自在に装
着されると共に、ロータ30が、この軸28に固定的に装着
される。環状端部側板34から環状中間側板36まで延在す
る第一段階ロータ部分32を備える。ロータ30は、更に環
状中間側板36から環状端部側板80まで延在する第二段階
ロータ部分38も備える。円周方向に離間しかつ半径方向
に延在して第一段階ロータ羽根40は、環状中間側板36か
ら環状端部側板34まで延在する。更に、円周方向に離間
しかつ半径方向に延在し第二段階ロータ羽根82は、環状
中間側板36から環状端部側板80まで延在する。

環状端部側板34に隣接して、ロータ30は軸28に対して同
心の第一截頭円錐孔部を備える。截頭円錐状の第一段階
截頭円錐ポート部材50（しばしば本明細書中で便宜上、
円錐ポート部材50という）は、この第一截頭円錐孔部中
へ軸28とロータ30との間に延在する。円錐ポート部材50
は、第一段階ヘッド部材60に固定接続され、この第一段
階ヘッド部材60は、ハウジング20に固定接続される。軸
受部材70が、軸28をポンプの第一段階12の端部に隣接し
て回転自在に支持されるよう固定接続される。

環状端部側板80に隣接して、第二段階截頭円錐ポート部
材90は、ロータ30における第二段階截頭円錐孔部中へ延
在する。この第二段階截頭円錐ポート部材90は、軸28に
対して同心でありかつ第二段階ヘッド部材100に固定装
着され、前記第二段階ヘッド部材100は、ハウジング20
に固定装着される。軸受部材110は、ポンプの第二段階1
4の端部に隣接して軸28を回転自在に支持するよう第二
段階ヘッド部材100に固定装着される。

第一段階ハウジング部分22は、第一段階ロータ部分32に
対し偏心されており、かつ第二段階ハウジング部分24も
同様に第二段階ロータ部分38に対して偏心されている。
ハウジング20の両部分22,24には、部分的にポンピング
液（一般に水）を満たしているので、ロータ30が回転す
る場合、ロータ羽根40,82がポンピング液に係合し、か
つポンピング液にポンプの２段階の夫々の中において再
循環液の偏心リングを形成させる。ポンプの各段階にお
いて、このポンピング液は、ロータ30が回転する際に、
軸28から循環的に拡散し、次いで軸28に向かって収束す
る。ポンピング液が軸28から拡散すると、隣接するロー
タ羽根40,82の間の空間に発生する減圧は、ガス吸入帯
域を形成する。ポンピング液が、軸28の方向へ収束する
と、隣接するロータ羽根40,82の間の空間に生成する昇
圧は、ガス圧縮帯域を形成する。

第１図と第２図を参照すると、第一段階円錐ポート部材
50は、ガスをポンプの第一段階12の吸入帯域へ流入させ
る為の吸入ポート部52を備える。第一段階円錐ポート部
材50は更に、圧縮ガスを第一段階12の圧縮帯域から流出
させる為の主吐出ポート56をも備える。ガスは、入口開
口部16から第一段階ヘッド部材60における導管64と第一
段階円錐ポート部材50における導管54とを介して吸入ポ
ート部52まで移送される。主吐出ポート56を介して吐出
されたガスは、第一段階12から第一段階円錐ポート部材
50における導管58と第一段階ヘッド部材60における導管
68とを介して移送される。このガスは、第一段階ヘッド
部材60から第二段階ヘッド部材100まで、ハウジング20
の一部として形成された中間導管26（第２図）を介して
移送される。

第二段階円錐ポート部材90は、ガスをポンプにおける第
二段階14の吸入帯域まで流入させる入口開口部（図示せ
ず）と、ガスを第二段階圧縮帯域から流出させる為の第
二段階吐出ポート96とを備える。ガスは、中間導管26か
ら第二段階入口開口部まで第二段階ヘッド部材100にお
ける導管104と第二段階円錐ポート部材90における導管9
4とを介して移送される。第二段階吐出ポート96を介し
て吐出されたガスは、出口開口部18まで第二段階円錐ポ
ート部材90における導管98と第二段階ヘッド部材100に
おける導管108とを介して移送される。

第３図と第５図を参照して、主吐出ポート56の閉鎖縁部
120は、２つのセグメント120a及び120bを備える。セグ
メント120aは、第一段階円錐ポート部材50における比較
的大きい直径側の第一周辺部の点Ｘから第一段階円錐ポ
ート部材50における比較的小さい直径側の第二周辺部の
点Ｙまでロータ回転方向に傾斜している。セグメント12
0bは、軸方向（即ち、ロータ30の回転軸に対してほぼ同
一面）であり、第一段階円錐ポート部材50の比較的小さ
い直径側の第二周辺部の点Ｙから第一段階円錐ポート部
材50における比較的小さい直径側の第三周辺部の点Ｚま
で延在する。本発明の副吐出ポート130は好ましくは、
（１）傾斜閉鎖縁セグメント120aと、（２）点Ｘを通過
する第一段階円錐ポート部材50の比較的大きい第一周辺
部と、（３）閉鎖縁部120のセグメント120bの端部に一
致する周辺部とにより画成される第一段階円錐ポート部
材50の表面の領域内に位置する。より好適には、副吐出
ポート130は、傾斜閉鎖縁セグメント120aに対してほぼ
平行な縦長スロットである。特に好適には、副吐出ポー
ト130を形成するスロットは、上記第一段階円錐ポート
部材50の比較的大きい直径側の周辺部からセグメント12
0bの端部に一致する周辺部まで延在する。この最も好適
な具体例を第５図に示す。

第５図に示した特定具体例においては、１個のみ副吐出
ポート130を使用したが、２個以上のこの種の吐出ポー
トを所望に応じて使用することも出来る。例えば、スロ
ット状の副吐出ポート130を一連の円形孔部により置換
することも出来、又は副吐出ポート130と同じ方向性を
有しかつ直列又は並列配置した２個又はそれ以上の縦長
スロットを単一の副吐出ポート130の代わりに使用する
ことも出来る。

本発明の副吐出ポート130は、好適には第一段階ポート
部材50における吐出導管58と直接に連通する。副吐出ポ
ート130は、主としてガス吐出ポートであるが、或る程
度の過剰のポンピング液も典型的にはこの副吐出ポート
130を介して吐出される。副吐出ポート130の効果は、截
頭円錐ポート液体リングポンプにおけるキャビテーショ
ン及び関連騒音を著しく減少させ得ることである。

本発明を截頭円錐ポート２段式液体リングポンプの第一
段階に使用して説明したが、本発明はまた、例えば、截
頭円錐ポートの単一段階液体リングポンプの様な他の截
頭円錐ポート液体リングポンプにも同様に適用し得るこ
とが了解されよう。例えば、本発明の２段式截頭円錐ポ
ート液体リングポンプの場合、第一段階液体リングポン
プは、図面に示した上記のポンプにおいて第二段階を省
略して構成することが出来る。

（発明の効果） 本発明の截頭円錐ポートに上記構成の副吐出ポート130
を備えることにより、キャビテーション及びキャビテー
ションに関連する騒音、特に作動騒音をを減少又は除去
した截頭円錐ポートを備えた液体リングポンプを提供出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って作成した２段式截頭円錐
ポート液体リングポンプの部分断面正面図であり、 第２図はポンプのロータ部分を省略した第１図における
2-2線断面図であり、 第３図は第１図及び第２図のポンプにおける第一段階ポ
ート部材の斜視図であり、 第４図は第３図のポート部材の端面図であり、 第５図は第３図及び第４図に示したポート部材の截頭円
錐表面の平面投影図である。 10……液体リングポンプ、12……第一段階 14……第二段階、16……入口開口部 18……出口開口部、20……ハウジング 22……第一段階部分、24……第二段階部分 26……中間導管、28……軸 30……ロータ、32……第一段階ロータ部分 34……環状端部側板、36……環状中間側板 38……第二段階ロータ部分、40……ロータ羽根 50……第一段階円錐ポート部材、52……吸入ポート 54……導管、56……第一段階吐出ポート 58……導管、60……第一段階ヘッド部材 64……導管、68……導管 70……軸受部材、80……環状端部側板 82……第二段階ロータ羽根、90……第二段階円錐ポート
部材 94……導管、96……第二段階吐出ポート 98……導管、100……第二段階ヘッド部材 104……導管、108……導管 110……軸受部材、120……閉鎖縁部 12a,120b……セグメント、130……副吐出ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーバート エイチ ジヨンソン アメリカ合衆国、コネチカツト州、06829、 ジヨージタウン、ダンバリー ロード 711番 (72)発明者 チヤールズ エム ヨゼペイテイス アメリカ合衆国、コネチカツト州、06605、 ブリツジポート、ローレル アベニユー 169番 (56)参考文献 特開 昭55−5427（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−87885（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−5428（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】環状のハウジング（20）と、 前記ハウジング（20）内に回転自在に装着され、かつロ
   ータ軸（28）と同心の截頭円錐孔部を備えたロータ（3
   0）と、 前記截頭円錐孔部中に配置され、かつハウジング（20）
   に関して固定装着された截頭円錐ポート部材（50）とか
   らなり、前記截頭円錐ポート部材（50）は、（ｉ）吸入
   ポート（52）と、（ii）主吐出ポート（56）と、前記主
   吐出ポート（56）は、ロータ（30）の回転方向における
   前記吸入ポート（52）の向側に位置し、かつ主吐出ポー
   ト（56）の比較的大きい直径側の第一周辺部から主吐出
   ポート（56）の比較的小さい直径側の第二周辺部までロ
   ータ（30）の回転方向に傾斜するセグメントを含む閉鎖
   縁部（120）を有し、（iii）主吐出ポート（56）から離
   間し、かつ前記傾斜した閉鎖縁部（120）のセグメント
   から離間するが、しかしロータ回転方向における吸入ポ
   ート（52）の前に位置する副吐出ポート（130）とを備
   え、前記副吐出ポート（130）は、前記閉鎖縁部（120）
   の傾斜セグメントに実質的に平行な縦長スロットである これらの要素を備えたことを特徴とする液体リングポン
   プ。
2. 【請求項２】主吐出ポート（56）と副吐出ポート（13
   0）とが、互いに截頭円錐ポート部材（50）の内側で連
   通する特許請求の範囲第１項記載の液体リングポンプ。
3. 【請求項３】副吐出ポート（130）が、傾斜セグメント
   （120a）とほぼ同じ長さである特許請求の範囲第１項記
   載の液体リングポンプ。
4. 【請求項４】環状のハウジング（20）と、 前記ハウジング（20）内に回転自在に装着され、かつロ
   ータ軸（28）と同心の截頭円錐孔部を備えたロータ（3
   0）と、 前記截頭円錐孔部中に配置され、かつハウジング（20）
   に関して固定装着された截頭円錐ポート部材（50）とか
   らなり、前記截頭円錐ポート部材（50）は、（ｉ）吸入
   ポート（52）と、（ii）主吐出ポート（56）と、前記主
   吐出ポート（56）は、ロータ（30）の回転方向における
   前記吸入ポート（52）の後に位置し、かつ閉鎖縁部（12
   0）を備え、前記閉鎖縁部（120）は、（ａ）主吐出ポー
   ト（56）の比較的大きい直径側の第一周辺部から主吐出
   ポート（56）の比較的小さい直径側の第二周辺部までロ
   ータ（30）の回転方向に傾斜する傾斜閉鎖縁セグメント
   （120a）と、（ｂ）ロータ軸と実質的に同一面にあり、
   かつ截頭円錐ポート部材（50）の前記傾斜閉鎖縁セグメ
   ント（120a）の端部から截頭円錐ポート部材（50）の更
   により小さい直径側の第三周辺部まで延在する軸方向の
   セグメント（120b）とを備え、および（iii）副吐出ポ
   ート（130）と、前記副吐出ポート（130）は、主吐出ポ
   ート（56）から離間し、かつロータ回転方向において傾
   斜閉鎖縁セグメント（120a）の向側にあるが、しかし吸
   入ポート（52）の前に位置する これらの要素を備えたことを特徴とする液体リングポン
   プ。
5. 【請求項５】前記副吐出ポート（130）は、（ｉ）傾斜
   閉鎖縁セグメント（120a）と、（ii）截頭円錐ポート部
   材（50）の比較的大きい直径側の第一周辺部と、（ii
   i）傾斜閉鎖縁セグメント（120a）の端部と一致する周
   辺部と、により画成される截頭円錐ポート部材（50）の
   表面領域に配置される特許請求の範囲第４項記載の液体
   リングポンプ。
6. 【請求項６】副吐出ポート（130）が、傾斜閉鎖縁セグ
   メント（120a）に対してほぼ平行な縦長スロットである
   特許請求の範囲第５項記載の液体リングポンプ。
7. 【請求項７】前記縦長スロットが、截頭円錐ポート部材
   （50）の比較的大きい直径側の第一周辺部から傾斜閉鎖
   縁セグメント（120a）の端部に一致する周辺部まで延在
   する特許請求の範囲第６項記載の液体リングポンプ。