JPH06241184A

JPH06241184A - ピトーポンプ

Info

Publication number: JPH06241184A
Application number: JP5146493A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kato; 央加藤
Original assignee: AIMU DENKI KOGYO KK
Current assignee: AIMU DENKI KOGYO KK
Priority date: 1993-02-17
Filing date: 1993-02-17
Publication date: 1994-08-30

Abstract

(57)【要約】【構成】回転ハウジングの内部に静止して設けられ、流
入側開口部１３が回転ハウジングの内周壁近傍に開口
し、流出側開口部１５が回転軸心部に設けられた吐出管
に接続されたピトー管４を備えたピトーポンプにおい
て、その流入側開口部から流出側開口部に至るピトー管
内部の流路１４を、そのメリジアン線Ｍが回転軸線に対
して直角な面において回転ハウジングの回転方向に沿う
方向に凸で、かつ回転軸心に向かって伸びる滑らかな曲
線になるように形成し、さらにその流路の断面積が回転
軸心に向かうに従って徐々に拡大するように形成する。
また、その流路の断面形状を卵形にする。【効果】ピトー管内の流路を流れの方向に滑らかに湾曲
させたので、内部を流れる流体の剥離及び乱流の発生が
抑制され、流体損失を低減できる。また、流路の断面形
状を卵形にしたので、剥離の発生が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピトー管の流路構造及
び外形等を改良して流体損失を減少させ高効率化を図っ
たピトーポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高揚程で極少吐き出し量のポンプとして
は、従来、ピストンポンプや、プランジャポンプ、ベー
ンポンプ、ギヤポンプ等の容積形ポンプが使用されてき
た。これら容積形ポンプの宿命的な欠点は、いずれも機
械的摺動部を有するため、使用期間が長期に及ぶとその
摺動部の摩耗により性能が低下することにある。とりわ
け微細なスラリー等が混入する場合には、この種のポン
プを使用することは不可能に近い。他方、ターボ形のポ
ンプは摺動部が少ないが、要求される高揚程、極少吐き
出し量のポンプを製作することは不可能である。つま
り、比速度が１０（ｍ³／ｍｉｎ,ｍ,ｒｐｍ）前後のタ
ーボ形は設計製作できない。それは羽根車を回転する方
式では、高揚程で極少吐き出し量にするために必要な、
大きな外径で、しかも出口幅の狭い羽根車を設計製作す
ることは物理的に極めて困難であるからである。これに
対して、ピトーポンプは、摺動部がなく、しかも高揚程
かつ極少吐き出し量の要求を満たす唯一のポンプであ
る。しかし、このポンプは効率が低いため産業用として
は余り普及しなかった。近年、切削加工及び研削加工等
の金属加工において、生産性の向上、寸法精度の確保、
構成歯先の回避、切り粉の微細化などの要求を満たすた
め、切削油やクーラントオイルの超高圧化が要求される
ようになった。この場合、切削油やクーラントオイルは
循環使用され、その際、切り粉や異物はフィルターによ
り除去できるが、微細な粒子を完全に除去することは技
術的に極めて困難である。このため、このような用途に
は、上述のように摺動部の摩耗の問題が伴う容積形ポン
プの使用には問題が多い。そこで効率の高いピトーポン
プが産業界から要求されるようになった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ピトーポンプは、高速
で回転するドラム状の回転ハウジング内の流体が遠心力
と運動エネルギーにより非常に高い動圧と静圧とを与え
られ、この流体を静止したピトー管のディフューザで速
度水頭の一部を圧力水頭に変換して非常に高圧の流体と
して外部に取り出して用いるものである。ピトーポンプ
の回転ハウジング内の流体は、回転中心からの半径に比
例してその速度が増加し、流れの向きは回転半径に対し
て接線方向である。ピトー管の外形形状も内部の流路
も、このことを考慮に入れた最もロスの少ない設計にす
べきである。しかし、従来、ピトーポンプのピトー管
は、特開昭４９−１０８６０１号（特公昭５２−２８０
１号）、特開昭５２−２９６０３号（特公昭６０−１８
８４０号）に見られるごとく、中心部より半径方向に単
に直角に伸びた構造となっている。５０〜１００ｍ／ｓ
ｅｃというような非常に高速で運動する流体中に静止す
るピトー管は、その外形形状と取り込んだ流体が流れる
流路の形状とによって、ポンプの効率を大きく左右す
る。従来のピトーポンプのピトー管は、高速流体中に置
かれた物体として最も抵抗の少ない形状とか、内部流路
の剥離や拡大損失を最小にする配慮が充分払われていた
とはいえない。また、ピトー管の先端に高速流が衝突す
るため、微細なスラリーを含有する場合は非常に早く摩
耗する問題があるが、この対策についても充分な考慮が
なされていなかった。本発明の目的は、ピトーポンプに
おいて、ピトー管内部の流路における剥離と拡大による
流体損失を縮小すること及びピトー管の外形形状による
流体抵抗損失を縮小することによって、効率を向上させ
ることにある。また、他の目的は、ピトー管の流入側先
端の耐摩耗性を高めることにある。また、他の目的は、
空気抜き通孔を回転軸心部に配置して、ポンプの始動性
を良好にするとともにスペース効率を高めることにあ
る。さらに、他の目的は、駆動軸の軸受の冷却のため
に、吸込み管を利用することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、以下の構成を採用するものである。（１）ピトー管内部の流路は、そのメリジアン線が回転
軸心に対して直角な面において、前記回転ハウジングの
回転方向に沿う方向に凸で、かつ回転軸心に向かって伸
びる滑らかな曲線になるように形成されるとともに、該
流路の断面積を回転軸心に向かうに従って徐々に拡大す
る。（２）ピトー管の流入側開口部の形状は、半径方向に縦
長の開口形状とする。（３）ピトー管の流路の断面形状は、回転ハウジングの
回転方向に進む側では広く、遅れる側では狭くなる卵形
とする。（４）ピトー管の流入側開口部の先端部にセラミックチ
ップを装着する。（５）ピトー管の外側形状は、回転軸心を中心とした円
筒面で切断した断面形状が流れの方向を対象軸とする左
右対称の翼形になるように形成する。（６）吸込み流路を外側に、吐出管を内側に、それぞれ
回転軸を中心に同心的に配設するとともに、これらの吸
込み流路と吐出管との間に空気抜き流路を設け、該空気
抜き流路の一端を回転ハウジング内に開口し、他端を外
気に連通する。（７）電動機の駆動力を回転ハウジングに伝達する回転
主軸をケーシングに支持する軸受け部の周囲に吸込み流
路を配設する。

【０００５】

【作用】本発明は、以上のように、ピトー管内の流路を
回転ハウジングの回転方向に沿う方向に滑らかに湾曲さ
せたので、これにより内部を流れる流体の剥離が大幅に
抑制される。また、流路断面形状を、剥離が発生し易い
湾曲の曲率半径の小さい回転ハウジングの回転方向に遅
れる側を狭くした卵形としたので、その部分の境界層相
互間の干渉により剥離が低減される。また、ピトー管の
外形を流れ方向に対して対称の翼形としたので、回転ハ
ウジングと共に高速で回転する流体に基づく抵抗損失が
減少される。また、高速流が衝突するピトー管の流入開
口部にセラミックチップを装着したので、流体中に微細
なスラリーが混入する場合にも、開口部先端の摩耗量が
低減され、その寿命が延びる。また、吸込み流路と吐出
管との間に空気抜き流路を配設したので、始動時の流体
の吸込みがスムーズになるとともに、スペース効率が改
善される。さらに、電動機は高速回転するため、その回
転主軸の軸受け部が熱を持ち易いが、吸込み流路により
冷却されるので、その焼き付けが防止される。

【０００６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例に関して
説明する。図１は本発明の一実施例の要部を示した縦断
面図、図２はそのピトー管部分を水平方向に切断した横
断面図及び同ピトー管部分を回転ハウジングの回転中心
を中心に円筒面で同心的に切断した場合の各断面展開
図、図３は同ピトー管の流入側開口部分を示した拡大図
である。図１に示すように、本ピトーポンプ１は、原動
機としての電動機２により回転駆動される回転ハウジン
グ３と、その内部に静止した状態で配設されるピトー管
４とを主要素として構成される。作動流体である工作機
械の切削油やクーラントオイル等の流体Ｆは、適宜のフ
ィルタ５、電動機２の回転主軸６の軸受け部７を冷却し
得るように該軸受け部７を取り巻いて形成された吸込み
流路８、吸込みパイプ９、回転ハウジング３の回転軸心
部に形成される吸込み流路１０及び同回転ハウジング３
自体に適宜数形成された流路１１を介して、該回転ハウ
ジング３内の空間部１２へ導入される。しかして、回転
ハウジング３内の空間部１２に導入された流体Ｆは、該
回転ハウジング３の高速回転に伴って共に回転すること
によって運動エネルギー及び圧力エネルギーが与えら
れ、回転ハウジング３の内周壁近傍に開口しているピト
ー管４の流入側開口部１３から流入する。このピトー管
４の流路１４は、図２に示すように、そのメリジアン線
Ｍが回転方向に沿って凸に滑らかに湾曲し、かつ回転軸
心に向かって次第にその流路断面積が拡大されてディフ
ューザを構成している。したがって、流路１４に流入し
た流体Ｆは、次第に流速を減少しながら運動エネルギー
を圧力エネルギーに変換して流出側開口部１５から流出
され、回転軸心上に配設された吐出管１６を介して吐出
口１７から高圧流体として工作機械の加工部等へ供給さ
れる。

【０００７】ところで、前記ピトーポンプ１は全体をケ
ーシング１８で覆われており、前述のように、電動機２
の回転主軸６がボールベアリング等の軸受け部７を介し
てこのケーシング１８に支持されている。前記電動機２
の回転主軸６は、連結部材１９にテーパスリーブ等を用
いてロックされ、該連結部材１９を介して回転ハウジン
グ３を構成するハウジングボディ３ａに連結している。
他方、吐出管１６には吐出口１７側から回転ハウジング
３を構成するハウジングカバー３ｂが挿入され、外周部
において前記ハウジングボディ３ａと衝合してボルト２
０により一体的に固定され、内部に流体Ｆを収容する空
間部１２を有する回転ハウジング３が形成される。さら
にハウジングカバー３ｂには前記吸込み流路１０を形成
する回転円筒体２１が連結固定され、その外周部が適宜
のメカニカルシール等を介してケーシング１８側に対し
て回転摺動自在に接合されている。図中、２２はシール
部に潤滑油を供給するための潤滑油供給管である。ま
た、吐出管１６の外周部には空気抜き流路２３が設けら
れており、一端を回転ハウジング３の空間部１２の中心
部に開口し、他端を空気抜きパイプ２４を介して外気に
連通している。

【０００８】次に、図２及び図３を用いてピトー管４に
関して詳細に説明する。ピトー管４の流入側開口部１３
は、図３に示すように、半径方向に縦長の開口形状、例
えば長楕円形又は長円形に形成されている。これは、後
述するようにピトー管４の内部の流体Ｆの通路を構成す
る流路１４が流れの方向に沿ってその断面を長楕円形又
は長円形から卵形に拡大していくため、従来のように円
形であるよりも最初から縦長の長楕円形又は長円形の開
口としておいた方が流入効率が良く、また流体損失も少
なくなるからである。なお、その流入側開口部１３の先
端部に図示しない適宜形状のセラミックチップを装着し
ておくと、高速流で衝突する流体中に含まれるスラリー
による摩耗を減少させることができる。

【０００９】ピトー管４の流路１４のメリジアン線Ｍ
は、回転ハウジング３、すなわち流体Ｆの回転方向に沿
って凸に滑らかに湾曲し、流入側開口部１３から回転軸
心方向に延びている。これにより、従来のピトー管にお
いては、ピトー管４に流入した流体の流れが半径方向に
急に方向変換することによって剥離や乱流か発生し、こ
れにより流体損失を生じていたのに対して、本発明では
流れの方向が急激に変わること無く滑らかに変化するた
め、剥離や乱流の発生が低減され、前記流体損失を大幅
に縮小することができるのである。ここで、流体Ｆの持
つ運動エネルギ（速度水頭）を圧力エネルギ（圧力水
頭）に変換するため、メリジアン線Ｍの回転軸心に向か
う長さに比例又は略比例して、流路断面を長楕円形又は
長円形から卵形に除々に拡大して、いわゆるディフュー
ザを形成している。その拡大角度は、広がり管において
知られているように、剥離を最小とするには５〜６度に
することが望ましく、最大でも１０度以下とすべきであ
る（板谷松樹著「水力学」朝倉書店、昭和４１年９月１
日発行、ｐ１４０−１４１参照）。このディフューザ部
分を経た流路１４は、回転軸心近傍で滑らかに屈曲し、
その先端の流出側開口部１５において吐出管１７に接続
している。なお、この場合、この流出側開口部１５近傍
においては流速が小さいため、屈曲による流体損失は少
ない。

【００１０】また、流路１４の断面の形状は、断面が拡
大するにつれ、内側の曲率半径を小、外側の曲率半径を
大とする卵形となっている。これは遠心力のため内側に
剥離が生じ易いので、その部分を尖らせて境界層どうし
を干渉させることによって剥離の発生を抑えることがで
きるからである。図中、ａ〜ｊは、ピトー管４を回転軸
心を中心とする円筒面で切断した場合の断面展開図であ
る。各断面は流体の流れ方向の軸線Ｎ−Ｎに対して左右
が対称な翼形を成している。摩擦抵抗と形状抵抗の和の
流体抵抗は翼厚ｔ，翼長ｌの比ｔ／ｌ＝０．２５で最小
となる（板谷松樹著、前掲書、ｐ１５６、今市憲作・鶴
崎展・村上芳則共著「ポンプの設計の基礎」日本工業出
版、昭和５８年３月２５日発行、ｐ１１９）。以上のよ
うに、流入側開口部１３から流出側開口部１５、すなわ
ち回転軸心に近づくにつれ、流路１４の断面積が増大す
るのに応じて、外形断面も増大する。この結果、ピトー
管４の全体断面形状は、いわゆる「まが玉」状になる。

【００１１】

【発明の効果】本発明は、以上の構成に基づいて次の効
果を得ることができる。（１）ピトー管内の流路を流れの方向に滑らかに湾曲さ
せたので、内部を流れる流体の剥離及び乱流の発生が抑
制される。（２）その流路の断面形状を卵形にしたので、剥離の発
生が抑制される。（３）ピトー管の外形を、流れ方向に対して対称の翼形
としたので、回転ハウジング内を高速で回転する流体に
よる抵抗損失を低減できる。（４）高速流が衝突するピトー管の流入側開口部にセラ
ミックチップを装着することにより、流体中に微細なス
ラリーが混入していても、開口部先端の摩耗量を減少さ
せ寿命を延ばすことができる。（５）吸込み流路と吐出管との間に空気抜き流路を設け
ることにより、始動時の流体の吸込みを容易にするとと
もに、スペース効率を改善できる。（６）電動機の回転主軸は非常に高速回転するため、そ
の軸受け部が熱を持ち易いが、吸込み流路を利用して軸
受け部を冷却するので、焼き付けを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示した縦断面図で
ある。

【図２】ピトー管部分を拡大して示した部分説明図で
ある。

【図３】同ピトー管の流入側開口部分を示した部分拡
大図である。

【符号の説明】

１‥‥ピトーポンプ２‥‥電動機３‥‥回転ハウジング４‥‥ピトー管５‥‥フィルタ６‥‥回転主軸７‥‥軸受け部８‥‥吸込み流路９‥‥吸込みパイプ１０‥‥吸込み流路１１‥‥吸込み流路１２‥‥空間部１３‥‥流入側開口部１４‥‥ピトー管の流路１５‥‥流出側開口部１６‥‥吐出管１７‥‥吐出口１８‥‥ケーシング１９‥‥連結部材２０‥‥ボルト２１‥‥回転円筒体２２‥‥潤滑油供給管２３‥‥空気抜き流路２４‥‥空気抜きパイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動され、内部に流入した流体を共
に高速回転させる回転ハウジング（３）と、該回転ハウ
ジング（３）の内部に静止して設けられ、流入側開口部
（１３）が該回転ハウジング（３）の内周壁近傍におい
て回転する前記流体を受け入れる方向に開口し、流出側
開口部（１５）が回転軸心部に設けられた吐出管（１
６）に接続されたピトー管（４）とを備え、前記回転ハ
ウジング（３）内の流体を前記流入側開口部（１３）よ
り流入させて前記流出側開口部（１５）から前記吐出管
（１６）を介して外部に導くピトーポンプにおいて、前記流入側開口部（１３）から前記流出側開口部（１
５）に至る前記ピトー管（４）内部の流路（１４）は、
そのメリジアン線（Ｍ）が、回転軸心に対して直角な面
において、前記回転ハウジング（３）の回転方向に沿う
方向に凸で、かつ回転軸心に向かって伸びる滑らかな曲
線になるように形成され、さらにその流路（１４）の断
面積が、回転軸心に向かうに従って徐々に拡大するよう
に形成されたことを特徴とするピトーポンプ。
【請求項２】前記ピトー管（４）の流入側開口部（１
３）の形状が、半径方向に縦長の開口形状に形成された
ことを特徴とする請求項１記載のピトーポンプ。
【請求項３】前記ピトー管（４）の流路（１４）の断
面形状が、前記回転ハウジング（３）の回転方向に進む
側では広く、遅れる側では狭くなるような卵形に形成さ
れたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のピト
ーポンプ。
【請求項４】前記ピトー管（４）の流入側開口部（１
３）の先端部にセラミックチップを装着したことを特徴
とする請求項１から請求項３のいずれかの一項に記載の
ピトーポンプ。
【請求項５】前記ピトー管（４）の外側形状が、回転
軸心を中心とした円筒面で切断した場合の断面形状が左
右対称の翼形になるように形成されたことを特徴とする
請求項１から請求項４のいずれかの一項に記載のピトー
ポンプ。
【請求項６】回転駆動され、内部に流入した流体を共
に高速回転させる回転ハウジング（３）と、該回転ハウ
ジング（３）の内部に静止して設けられ、流入側開口部
（１３）が該回転ハウジング（３）の内周壁近傍におい
て回転する前記流体を受け入れる方向に開口し、流出側
開口部（１５）が回転軸心部に設けられた吐出管（１
６）に接続されたピトー管（４）とを備え、前記回転ハ
ウジング（３）内の流体を前記流入側開口部（１３）よ
り流入させて前記流出側開口部（１５）から前記吐出管
（１６）を介して外部に導くピトーポンプにおいて、外部から前記回転ハウジング（３）内に流体を吸い込む
吸込み流路（１０）を外側に、前記ピトー管（４）から
高圧流体を外部に導く吐出管（１６）を内側に、それぞ
れ回転軸を中心に同心的に配設するとともに、前記吸込
み流路（１０）と吐出管（１６）との間に空気抜き流路
（２３）を設け、該空気抜き流路（２３）の一端を前記
回転ハウジング（３）内に開口し、他端を外気に連通し
たことを特徴とするピトーポンプ。
【請求項７】回転駆動され、内部に流入した流体を共
に高速回転させる回転ハウジング（３）と、該回転ハウ
ジング（３）の内部に静止して設けられ、流入側開口部
（１３）が該回転ハウジング（３）の内周壁近傍におい
て回転する前記流体を受け入れる方向に開口し、流出側
開口部（１５）が回転軸心部に設けられた吐出管（１
６）に接続されたピトー管（４）とを備え、前記回転ハ
ウジング（３）内の流体を前記流入側開口部（１３）よ
り流入させて前記流出側開口部（１５）から前記吐出管
（１６）を介して外部に導くピトーポンプにおいて、前記回転ハウジング（３）を回転駆動する電動機（２）
と、該電動機（２）の駆動力を前記回転ハウジング
（３）に伝達する回転主軸（６）と、これらの電動機
（２）及び回転主軸（６）と前記回転ハウジング（３）
及び前記ピトー管（４）を含むピトーポンプ全体を覆う
ケーシング（１８）と、前記回転主軸（６）を前記ケー
シング（１８）に支持する軸受け部（７）とを備え、外
部から前記回転ハウジング（３）内に流体を吸い込む吸
込み流路（８）を前記軸受け部（７）の周囲を経由する
ように配設して該軸受け部（７）を冷却することを特徴
とするピトーポンプ。