JPH0755355Y2 - ポンプの吐出特性制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、水ポンプ等においてその吐出圧を制御するた
めの装置に関し、特に、開放羽根車を有するポンプにお
いて、羽根車の前方の隙間の寸法を変化させることによ
り、吐出圧等の吐出特性を変化させるようにした制御装
置を対象としている。

（従来の技術） 上記形式の制御方式を採用した定吐出圧ポンプは、特開
昭55−104595号に記載されている。その構造では、ポン
プ軸に継手を介してシリンダ装置のピストンが連結され
ている。シリンダの内部には変動圧室と定圧室とが形成
されており、ポンプ吐出圧が変化した場合、それを検知
して変動圧室の圧力を変化させ、それによりピストンを
移動させてポンプ軸及び羽根車を移動させ、羽根車の前
方の隙間を調節するようになっている。

（考案が解決しようとする問題点） ところが上記構成によると、ポンプ吐出圧を検知する手
段として電気的な圧力センサーが使用されている。又、
変動圧室の圧力を変化させるために、それに接続する入
口通路及び出口通路には、電磁弁が配置されている。更
に、定圧室の圧力を常に一定値に維持するために、定圧
弁が使用されている。

このように上記構造では、センサーや電磁弁等を含む電
気的制御装置や、比較的構造の複雑な定圧弁が必要であ
るので、全体構造が複雑かつ硬化になる。

又、センサーにより実際のポンプ吐出圧の上限値と下限
値を検出して電磁弁を開閉するように構成されているの
で、ポンプ吐出圧が上限値と下限値の間で繰り返して変
動し、そのために、ポンプ吐出特性を微妙に調節するこ
とが困難な場合がある。

更に、ポンプ軸にピストンを連結しているので、両者を
相対回転自在かつ軸方向に移動不能に連結するために
は、比較的構造の複雑な継手が必要である。

（問題点を解決するための手段） 上記問題を解決するために、本考案は、ポンプハウジン
グ内に前方に開放した開放羽根車とその前縁に軸方向の
隙間を介して対向する壁部とを設け、開放羽根車と上記
壁部の一方を軸方向に移動可能とすると共に連結軸を介
してポンプハウジング外の駆動シリンダのピストンに連
動連結し、駆動シリンダ内部は、上記ピストンを挾んで
第１圧力室と第２圧力室とに区画され、上記両圧力室の
入口をそれぞれ第１、第２入口通路を介してポンプの吐
出側圧力水通路に接続し、両圧力室の出口をそれぞれ第
1,第２出力通路を介して排水部に接続し、第２入口通路
と第1,第２出口通路にそれぞれ絞りを設け、上記圧力水
通路の水圧により弁の開度が調整される圧力応動弁を第
１入口通路に設け、上記１つの圧力応動弁と３つの絞り
とにより、インペラ隙間調整用アクチュエータとしての
シリンダのピストンの制御機構を構成し、圧力水通路の
水圧の増加に対応して圧力応動弁の開度が変化すること
により、両圧力室の差圧が変化し、それにより、ピスト
ンから連結軸を介して上記軸方向の隙間を広げる方向に
加わる力が増加するようにしている。

また、実施例では、開放羽根車前方の上記壁部が軸方向
に移動可能であり、駆動シリンダがポンプハウジングの
前方に設けてある。

（作用） 上記構成によると、ポンプの圧力水通路の圧力（例えば
吐出圧）が変化した場合、両入口通路から第１及び第２
の圧力室に導入される圧力もそれに対応して変化する。
但し、第２入口通路には絞りが設けてあるので、吐出圧
の変化に対して第２圧力室の圧力が変化する度合いは低
い。一方、第１入口通路には、圧力応動弁が設けてあ
り、その開度は吐出圧力の変化に対応して変化するの
で、第１圧力室の圧力が変化する度合いは第２圧力室よ
りも大きい。従って、吐出圧力が変化すると、第１及び
第２の圧力室の圧力差が大きくなり、開放羽根車と壁部
とが相対的に移動して両者間の隙間が変化する。その結
果、吐出圧力が増加した場合には、隙間が増加して吐出
圧が減少し、吐出圧力が減少した場合には、隙間が減少
して吐出圧が増加する。

（実施例） 縦断面略図である第１図において、羽根車１は前方（第
１図で左方）へ開放した構造であり、羽根車１が連結す
るポンプ軸２はポンプハウジング３から後方へ突出して
いる。ポンプハウジング３内には前壁５が羽根車１の前
縁に軸方向に対向する姿勢で配置してある。前壁５は軸
方向に移動可能であり、前壁５と羽根車１との間の隙間
６の軸方向寸法を変化させることができる。すなわち、
この実施例では、羽根車１とその前方の壁部とを相対的
に移動させるための移動機構が前壁５により形成されて
いる。周知の如く、隙間６の軸方向寸法が増加すると、
ポンプの吐出圧は低下する。

前壁５には連結軸７が連結している。連結軸７はポンプ
ハウジング３から軸方向前方へ突出しており、その前端
がシリンダ10のピストン13に連結している。ピストン13
の軸方向両側において、シリンダ10の内部には第１圧力
室11と第２圧力室12が形成されている。第１圧力室11及
び第２圧力室12には、それぞれ、第１及び第２の入口通
路15、16と第１及び第２の出口通路17、18の各一端が接
続している。通路15の入口は通路19を介してポンプの吐
出口20に接続している。通路16の入口も通路19を介して
吐出口20に接続している。通路17、18の出口はそれぞ
れ、排水部（図示せず）に接続している。

通路15には詳細に後述する圧力応動弁21が設けてある。
通路16、17、18には、それぞれ、絞り22、23、24が設け
てある。これらの絞り22、23、24は、絞り弁ではなく、
オリフィスで構成することが好ましく、又、実際には、
各絞り面積は圧力応動弁21の開口面積の数分の１に設定
される。

第２図において、圧力応動弁21のケース30は例えば上部
ケース部分32と下部ケース部分31との組立体であり、両
ケース部分31、32の接合部にダイヤフラム33の外周縁部
が保持されている。ダイヤフラム33はケース30の中心線
Ｏ−Ｏに対して概ね直角に位置しており、ケース30の内
部を上下に区切っている。

ケース部分31には前記通路15の上流側部分が接続する入
口35と下流側部分が接続する出口36とが設けてある。入
口35と出口36はケース部分31の内部の入口側及び出口側
の室に連通している。これらの両室はケース部分31の内
部に設けた隔壁37により区切られており、隔壁37に形成
した通路孔38だけを介して連通している。

通路孔38はハウジング中心線Ｏ−Ｏと同心に設けてあ
り、その内部を弁棒40が隙間を隔てて通過している。弁
棒40の上端は、ダイヤフラム33の下面中央部に固定した
支持板41に着座している。弁棒40の下端は弁体42に連結
している。弁体42は通路孔38に対して同心かつ出口36側
の位置に設けてある。弁体42の下端と、その下方のケー
ス底部との間には、圧縮コイルばね45が配置してある。
上記通路孔38の周囲において、隔壁37の下面には弁座46
が形成してあり、上記弁体42はばね45に付勢されて弁座
46に着座するようになっている。

ダイヤフラム33の中央部上面にはばね受け板50が固定し
てある。ばね受け板50には圧縮コイルばね51の下端が着
座している。ばね51はケース中心線Ｏ−Ｏと同心に延び
ており、上端がばね受け52に着座している。

ばね受け52はその外周の突起がケース部分32の筒状内面
に設けた溝に対して、回転不能かつ中心線Ｏ−Ｏと平行
な方向に摺動自在の状態で嵌合している。ばね受け52の
中央部にはねじ軸53が螺合するねじ孔が設けてある。ね
じ軸53の上端部はケース部分32の孔から上方へ突出して
おり、その突出端部に回転操作用のハンドル55が取り付
けてある。又、ケース部分32の内部かつばね受け52の上
方において、ねじ軸53にはストッパー56が取り付けてあ
る。

上記構造によると、入口35から供給された水圧が低下す
ると、ダイヤフラム33はばね51に押されて下方へ移動
し、それにともなって弁棒40及び弁体42が下方へ移動
し、通路孔38の開度が増加する。すなわち圧力応動弁21
は開放状態あるいは開度増加状態となる。

入口35から供給される水圧が増加すると、その供給水圧
によりダイヤフラム33がばね51の弾力に抗して押し上げ
られる。これにより、弁体42がばね45の弾力により弁座
46側へ押し上げられ、通路孔38の開度が減少する。すな
わち圧力応動弁21は閉鎖状態又は開度低下状態となる。

入口35からの供給水圧が所定の設定値である場合、上記
説明から明らかなように、弁体42は通路孔38を開度を減
少させた状態で開放し、圧力応動弁21は半開状態とな
る。

無論、ハンドル55を操作してばね51の圧縮状態を変更す
ることにより、上記供給水圧に対するダイヤフラム33の
移動特性、すなわち圧力応動弁21の開閉特性を調整する
ことができる。

上記の各部の具体的な仕様は、圧力応動弁21の上記動作
に関連して、各部が次のように作動するように設定して
ある。

第１図において、ポンプ運転状態では、ポンプ吐出圧が
吐出口20から通路19及び通路16を経て第２圧力室12へ供
給される。又、第２圧力室12へ供給される圧力は絞り23
により大幅に減圧される。従って、第２圧力室12へはポ
ンプ吐出圧力に対応して変化し、かつ、ポンプ吐出圧力
よりも大幅に低い圧力が供給される。

そして、ポンプの吐出圧が設定値よりも小さい値まで低
下すると、圧力応動弁21の開度が増加し、第１圧力室11
へ吐出圧又は吐出圧力に近い圧力が供給される。この状
態では、第１圧力室11の圧力が第２圧力室12の圧力と比
べて大幅に高くなるので、各部の摩擦力や前壁５に対す
る水圧等に打ち勝ってピストン13は連結軸７及び前壁５
と共に羽根車１側へ移動し、隙間６が狭くなる。これに
よりポンプ吐出圧力は上昇する。

ポンプ吐出圧が設定値よりも大きい値まで増加すると、
圧力応動弁21が閉鎖状態あるいはそれに近い状態とな
り、第１圧力室11への圧力供給は停止又はほぼ停止す
る。この状態では、第１圧力室11の圧力が第２圧力室12
の圧力と比べて大幅に低くなるので、ピストン13は連結
軸７及び前壁５と共に羽根車１から離れる方向に移動
し、隙間６が広くなる。これによりポンプ吐出圧力は低
下する。

ポンプ吐出圧が設定値にある状態では、圧力応動弁21が
半開状態となり、第１圧力室11へ比較的低い圧力が供給
される。この状態では、第１圧力室11と第２圧力室12と
の圧力差が小さくなるので、ピストン13は移動しない。
そのために、前壁５もそのままの状態に維持されて隙間
６は変化せず、ポンプ吐出圧力は設定値又はその近傍の
値に維持される。

上述の如く、ポンプ吐出圧は常に設定値又はそれに近い
値に維持される。

（考案の効果） 以上説明したように本考案によると、センサーや電磁弁
等を含む電気的制御装置や、比較的構造の複雑な定圧弁
が不要であるので、全体構造を簡単化できる。

又、本考案では、圧力応動弁21を使用しており、第１圧
力室11用の圧力制御機構（圧力応動弁21）を連続的に開
度が変化する構造にできるので、ポンプ吐出圧力を微妙
かつ変動幅の小さい状態に制御でき、吐出特性を向上さ
せることができる。又、第２圧力室12へは、ピストン13
を復帰させ得るだけの圧力を供給すればよいので、その
構造（特に弁関係の構造）を簡単化できる。

更に図示の実施例では、ピストン13を前壁５に連結して
いるので、ポンプ軸２と連結軸７を連結する場合のよう
な非回転型の継手、すなわち、構造の複雑な継手が不要
であり、この点においても、構造が簡単化する。

（別の実施例） 第２図のばね45を廃止し、弁棒40を介して弁体42をダイ
ヤフラム33に固定することもできる。

第３図の構造では、ダイヤフラム33に面するダイヤフラ
ム室60を入口35には連通させず、圧力応動弁21とは別の
通路61により圧力水（好ましくはポンプ吐出水）をダイ
ヤフラム室60に導入している。

第４図の構造では、連結軸７を羽根車１に連結してい
る。この構造では、第１圧力室11と第２圧力室12の位置
関係を第１図の場合とは逆にする。

第５図及び第６図の構造では、圧力応動弁21が、ポンプ
吐出圧力が高い場合に開くように構成されている。第５
図の構造では、ピストン13が前壁５を駆動するようにな
っており、従って、圧力室11、12の位置関係は第１図の
実施例とは逆になっている。第６図の構造では、ピスト
ン13が羽根車１を駆動するようになっており、従って、
圧力室11、12の位置関係は第１図の実施例とは同じであ
る。

第５図及び第６図の実施例のように、ポンプ吐出圧力が
高い場合に開く型式の圧力応動弁21では、第７図の如
く、ダイヤフラム33に面するダイヤフラム室60を入口35
に連通させる構造にすると、特に製作が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例を採用したポンプ装置の断面略
図、第２図は圧力応動弁の断面略図、第３図〜第６図は
それぞれ別の実施例のポンプ装置の断面略図、第７図は
別の実施例の圧力応動弁の断面略図である。 １…開放羽根車、３…ポンプハウジング、５…壁部、６
…隙間、10…駆動シリンダ、11…第１圧力室、12…第２
圧力室、13…ピストン、15、16…入口通路、17、18…出
口通路、20…ポンプ吐出口（圧力水通路）、21…圧力応
動弁、22、23、24…絞り

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプハウジング内に前方に開放した開放
   羽根車（１）とその前縁に軸方向の隙間（６）を介して
   対向する壁部（５）とを設け、開放羽根車（１）と上記
   壁部（５）の一方を軸方向に移動可能とすると共に連結
   軸を介してポンプハウジング外の駆動シリンダ（10）の
   ピストン（13）に連動連結し、駆動シリンダ内部は、上
   記ピストン（13）を挾んで第１圧力室（11）と第２圧力
   室（12）とに区画され、上記両圧力室（11,12）の入口
   をそれぞれ第１、第２入口通路（15,16）を介してポン
   プの吐出側圧力水通路（19）に接続し、両圧力室（11,1
   2）の出口をそれぞれ第1,第２出口通路（17,18）を介し
   て排水部に接続し、第２入口通路（16）と第1,第２出口
   通路（17,18）にそれぞれ絞り（22,23,24）を設け、上
   記圧力水通路（19）の水圧により弁の開度が調整される
   圧力応動弁（21）を第１入口通路（15）に設け、上記１
   つの圧力応動弁（21）と３つの絞り（22,23,24）とによ
   り、インペラ隙間調整用アクチュエータとしてのシリン
   ダ（10）のピストン（13）の制御機構を構成し、圧力水
   通路（19）の水圧の増加に対応して圧力応動弁（21）の
   開度が変化することにより、両圧力室の差圧が変化し、
   それにより、ピストン（13）から連結軸を介して上記軸
   方向の隙間（６）を広げる方向に加わる力が増加するよ
   うにしていることを特徴とするポンプの吐出特性制御装
   置。
2. 【請求項２】開放羽根車前方の上記壁部が軸方向に移動
   可能であり、駆動シリンダがポンプハウジングの前方に
   設けてある実用新案登録請求の範囲第１項記載のポンプ
   の吐出特性制御装置。