JPS63277900A - 遠心ポンプ用推進器 - 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】 （ａ業上の利用分野） この発明は遠心ポンプ用推進器に関するものであり、さ
らに詳しくは遠心ポンプに用いられて圧力の影響および
騒流を緩和すべく推進室とこれを小室に分割する推進翼
とを具えた閉面型推進器に関するものである。

（従来技術） 遠心ホンプは一般に推進器を具えており、これがケース
内で回転する。この推進器は回転軸から半径方向外側に
延在する多数の推進翼を具えており、これらの推進翼が
中央部に吸引作用を生じて推進内軸方向に流体を引込み
、高い周速度でこれを出口に送込むのである。またケー
スは一般に渦巻形など高速流体を圧力ヘッドに変換する
構造を有している。

広い範囲容量で動作する遠心ポンプにあっては一般に流
体は部分負荷状態での動作に際してはキャビテーション
にさらされる。また流度が低いときには強い内部量循環
が発生する。これらにより流体圧力の脈動が起り、ポン
プが急速に摩耗破損し使用に耐えなくなる。部分負荷状
体でのキャビテーションや最循環による悪影響はポンプ
が大きいほど甚だしく、回転速度が高くなるにつれ上記
のような摩耗破損も多くなる。

このような問題によってくる摩耗損傷を減少するために
種々の努力が払われてきた。そのひとつに部分負荷領域
の部分に高摩耗抵抗材料を用いたり挿入物を用いるなど
して、該領域におけるポンプの動作間隔を制限する試み
がある。

このほかにも例えばアメリカ特許第４２３９４５３に開
示された試みがある。すなわち推進器の入口上流に環状
の分流器を設けたものである。この分流器は推進器への
入口から離れた比較的小さな横断面漬域を具えており、
この横断面面積が推進器に向うにつれて徐々に増加する
ように構成されている。該特許によるとこの目的は減少
した流度において形成される渦流（該特許によればこれ
がキャビテーションの主な原因と考えられている）の影
響を減らすことにある。

遠心ポンプに用いられる推進器は一般に開面型と閉面型
とに分類される。開面型にあっては推進器への入口から
離れた推進翼の端部が覆板または後ディスクに固定され
ており、推進翼がその面に対して直角に入口の方に延在
している。閉面型の場合には推進の入口に一番近い推進
翼の端部に固定された覆板またはディスクが用いられて
おり、２個の離間した覆仮により推進室が画定され、推
進翼がこの推進室をいくつかの小室に分割している。第
２の覆傷またはディスクはポンプの入口部と合致した中
央開口を具えており、ここを介して２個の覆板間に流体
が導入され、推進翼の回転に伴なって外側に押しやられ
るのである。このような閉面型の例としてはアメリカ特
許第２８８８２９号、４５５６３６４号および４２３９
４５３号のものなどがある。

これら公知の閉面型の推進器にあっては覆板またはディ
スクはともにその全半径範囲に互って推進翼の端部に固
定されている。この構造では推進室中において小室間で
の流体の交流連通がなく、いずれかの小室に導入された
流体は推進器によって推進されるまではその小室内に滞
留するのである。従ってこの構造ではキャビテーション
や減少した流れなどに起因する流体脈動が剛性の推進器
構造に作用する。この結果圧力および騒梳の影蓼が大き
くなるという欠点がある。

（発明の要旨） この発明の目的は閉面型推進器における流体脈動の悪影
響を減少させることにある。

このためこの発明にあっては、回転推進軸に複数の推進
翼を円周方向に離間架設し；該推進翼を推進軸に対して
外側に延在させかつそれぞれに第１と第２の端縁を設け
：推進翼のための第１と第２のカバーを推進軸に架設し
てかつ外側に延在せしめ；第１のカバーを推進翼の第１
の端縁近傍に配置し、第２のカバーを推進翼の第２の端
縁近傍に配置し、これにより第１と第２のカバー間に推
進室を画定してかつこれを推進翼により小室に分割し：
′ｓ１と第２のカバーの一方に中央開口を設け、これを
介して推進室中に流体を導入してかつ推進軸の回転に伴
ない外側に押しやり：さらに推進室中での流体圧力の脈
動に反応して第１のカバーの一部が推進翼の第１の端縁
の各部から軸方向に自由に層間移動して第１のカバーと
推進翼の第！の端縁の各部との間の距離が一時的に増加
するように、第１のカバーを推進翼に対して構成架設し
たことを特徴とするものである。

（実施態様） 第１図にこの発明の推進器１２を具えた遠心ポンプ１０
を示す。推進器１２はケース１４中に回転可能に架設さ
れており、このケース１４には導入口１６と吐出口１８
とが設けられており、ポンプ１０を通過する流体は導入
口１６から第１の圧力で導入され吐出口１Ｂからそれよ
り高い第２の圧力で吐出される。この圧力の増加は流体
の速度を増す推進器１２によりて与えられ速度ヘッドが
圧力ヘッドに変換されるのである。この能力さえ具えて
いさえすればケース１４の形状は特に特定する必要はな
い。

推進器１２の回転中心軸は導入口１６と一線状であり、
推進器１２はケース１４に回転可能にシール架設された
回転軸２２に固定されている。

回転軸２２の他端は図示しない適宜な駆動源に連結され
ており、これにより推進器１２は高速で回転駆動される
。

推進器１２は一般に閉鎮構造で推進翼２４によっていく
つかの小室２６に分割された推進室２５を内蔵している
。また推進器１２には導入口１６と一線状に中央口２８
が形成されていて、ここから推進室２５に流体が導入さ
れる。推進器１２と推進室２５とが高速で回転すると、
中央口２８を経て推進室２５内に流体が導入されて推進
器１２の周縁の環状室２０内に放出され、さらに環状室
２０に接続された吐出口１８から吐出される。

また推進器１２は推進翼２４の両側に前カバー３０と後
カバー３２とを有しており、これらが推進室２５を画定
している。前カバー３０には円筒状の開口６２が形成さ
れており、これを介して流体が推進室２５内に導入され
る。前カバー３０の半径方向周縁は推進翼２４の前端３
４には固定されておらず、推進室２５中における圧力の
脈動に応じて推進翼２４の前端３４に対して膨張できる
ようになっている。このように一時的に膨張することに
より、流体圧力の脈動による悪影響、例えばウォーター
ハンマーや始動時の急停止や駆動動力の損失などを最小
にしている。このように前カバー３０の外周縁で膨張が
起きると一時的な通路が形成されて、推進室２５中で流
体が交叉流通して推進翼２４の一方側から他方側すなわ
ち小室２６間での流通が起きる。

推進器１２中での流体の圧力の影響および波立ちを最小
にすることにより、従来推進器の破壊の原因となってい
たキャビテーシヨンおよび／または再循環が最小となり
、推進器の寿命が長くなるとともにポンプ効率が向上す
るのである。

図示の例にあっては前カバー３０は内縁端６２と外縁＃
６４とを具えた環状板である。この前カバー３０の横断
面形状は推進翼２４の前端３４によって画定される横断
面のそれに対応する。また前カバー３０の半径方向内側
には立ハブ６８が形成されている。内１４４６２は推進
翼２４に固定された入口リング５２のハブＳ６に嵌合す
る内側に折り返されたフランジを具えている。

押しリング６０には内ネジが形成されており入口リング
５２の外ネジと係合して推進翼２４および入口リング５
２に対して前カバー３０を固定状に架設する０図示の例
では押しリング６０はＵ字形リングである。前カバー３
０を入口リング５２上に載置した後押しリング６０をネ
ジ込み前カバー３０の立ハブ６８を推進翼２４および入
口リング５２に対置させる。押しリング６０を締めるこ
とにより３０は推進翼２４の前端３４と完全に接触する
。また前カバー３０の外周部には複数の渦巻状の切欠き
６６が形成されており、推進翼２４の立フランジ４６を
収受する。これにより前カバー３０を構造体５０に対し
て適正に位置付けする。

かくして遠心ポンプの通常動作時には前カバー３０は全
半径領域に互って推進翼２４の前端３４と完全に接触状
態になる。すなわち通常は小室２６間での交流連通はな
い、ここで前カバー３０は構造体５０に押しリング６０
によってのみ固定され、その外周縁を推進翼２４の端縁
に締結または固定する手段は用いられていないのである
。しかし推進器１２に大きな流体圧力脈動が働いたとき
には、前カバー３０の外周縁は一時的に推進翼２４０対
応する前端３４から離間し、これにより推進室２５内に
おいて推進翼２４の一方側から他方側へと流体の交流連
通が起こるのである。このように前カバー３０の撓みに
より限られた範囲にせよ交流連通が起きると温体圧力脈
動が小さくなり推進器１２の摩耗損傷もそれだけ減少す
る。

このためには前カバー３０は可撓性または弾性を有して
いることが必要である０図示の例では前カバー３０はス
テンレススチールなどの比較的薄い金属シートから形成
されている。また推進翼２４の前端３４からの離間移動
の程度は前カバー３０の何処に力が作用するかによって
左右される。したがって押しリング６０と入口リング５
２の下部５４によって挟まれている内縁＃１６２におい
ては前カバー３０は離間移動しない、しかし前カバー３
０の外縁周は推進室２５中での圧力脈動に反応して自由
に前＃４３４から離間移動するのである。前カバー３０
の具えるべき弾性の程度は前カバー３０の厚さ、材料お
よび推進器１２自身の厚さによって左右される６例えば
直径２２０ｍｍで１５馬力のモーターによって推進器１
２が駆動されるときには厚さ１ｍｍの３０４／３１６ス
テンレススチール製の前カバー３０で充分な効果が得ら
れる。事実そのようなポンプだと１０００時間以上に互
って充分に動作するが、同サイズの従来のポンプでは１
００時間のオーダー位しか寿命がないのである。２５０
■のポンプが１００馬力のモーターで駆動されたときに
は、厚さ１．５−一の前カバー３０を用いる。このよう
な構造だと標準的な圧力脈動に反応しての対推進器最大
直径穆動量は約０．３　ｍｍのオーダーである。必要な
可撓性の程度となると、前カバー３０は充分に弾性でか
つ、推進器の破壊を起すのに充分な大きさの脈動に対し
て抑制された程度の移動を行う程度であることが必要で
ある。また前カバー３０の移動量は使用された材料の弾
性域に留まる程度でなければならない。

図示の例では推進翼２４、前カバー３０および後カバー
３２は金属シートから形成されているが、要求される機
能および処理される流体のいかんによって種々の材料か
ら形成するものである。

例えばプラスチックやプラスチック−金属なども利用で
きる。その他にもチタン、ステンレススチールその他鉄
系および非鉄系材料を用いることができる。また構造体
５０は鋳鉄、鋳造ステンレススチール、シンチェウおよ
びプラスチックから形成できる。前カバー３０は好まし
くはステンレススチールなどの金属シートから適宜成形
する。

第３．４図に示す構造体の例５０ａにありては、後カバ
ー３２ａと推進翼２４ａとが一体になっている。入口リ
ング５２ａは推進翼２４ａの前１３４ａの中央部に固定
されてかつ１対の段部７２、フ４を有している。外側の
段部７２は前カバー３０ｍを位置付けするものであり、
内側の段部７４はネジ付きで押しリングＢｏａを収受す
る。この例の場合前カバー３０ａは薄い（たとえば１ｍ
ｍ）のステンレススチールから形成されており、立ハブ
７６を育している０組立状態では前カバー３０ｍは段部
７２により位置決めされ、その内縁＠８２ａにおいて段
部７４に螺合された押しリングＢｏａにより固定される
。この例では推進器軸架設ハブ７８は後カバー３２ａの
若干上方に延在している。流体は推進器１２ａの中央部
に導かれてから入口リング５２ａの下側を通って外側に
押しやられる。前の例と同じく大きな流体脈動に反応し
て前カバー３０ａの外縁端が一時的に推進翼２４ｇの前
＠　３４８から離間移動し、小室２６ａ間での交流連通
を可能とする。

以上の例においては通常動作中推進器の前カバーは推進
翼の前端と精密に接触しているが、この発明の利点から
するとそのような完全な接触は必ずしも必要ではない、
前カバーを入口リングに固定する押しリング６０は前カ
バーから前端への圧力を制御するものである。もし必要
なら押しリング６０を若干後退させて前カバーの前面と
推進翼の前端との間に小さな（０，５ｍｍ位の）隙間を
開けてやる６通常動作中にこのような小さな隙間が有っ
ても推進器の動作にさして悪影響はなく、かえって前カ
バーの可撓性が大きくなるという効果がある。

第５〜７図に示す推進器の他の例推進器１２ｂにあって
は、前カバー３０ｂの内面に沿って一連の開口８０が形
成されており、これにより推進翼２４ｂの前＃３４ｂと
前カバー３０ｂの内面との間に小さな隙間８０を形成し
ている。

構造体５０ｂは第１．２図に示すものと基本的には同じ
であるが、推進翼２４ｂの上フランジ４４ｂが推進翼２
４ｂの全半径範囲に互って延在している点が異る。すな
わちこのフランジ４４ｂはその中央部から外側周縁部に
向けて延在しているのである。第１．２図の例と同じよ
うに半月形の推進翼２４ｂは溶接などにより後カバー３
２ｂに固定されている。また前カバー３０ｂの構成を第
６図に示す、すなわち前カバー３０ｂの内面には一連の
開口８０が形成されており、これらの開口８０の位置は
推進翼２４ｂの上フランジ４４ｂのそれに対応し、これ
により前カバー３０ｂの構造体５０ｂへの組付時に推進
翼２４ｂの上フランジ４４ｂが前カバー３０ｂ中の開口
８０と一線状となり、これから離間して第７図に示すよ
うな小さな（例えば０．２〜０．５１位の）隙間８２を
与えるのである。

他の例の場合と同様に充分に大きな圧力脈動が生じると
前カバー３０ｂの最外縁部が上るか隙間８２が増加する
かして、小室２６ｂ間の交流が可能となり推進器１２ｂ
内における圧力および騒流が弱められ、推進器１２ｂの
損傷が少くなる。

通常動作時に０．２〜０．５ｍｍ位の隙間８２が存在す
ることにより流路が迷路状構造となり、ポンプの効率が
影響されるのである。推進翼２４の位置においては別と
して前カバー３０ｂの内面が上フランジ４４ｂの上端の
下にあり、推進翼２４ｂの一方側から他方側に流れる流
体に迷路を与えるのである。すなわち通常動作中流体は
流上りかつ推進翼２４ｂの上端上に流下がるのである。

これにより通常動作時の小室２６ｂ間の交流連通が最小
となる。同時に迷路状の開口８０の存在により前カバー
３０ｂは脈動に対して反応してその可撓性を完全に発揮
するのである。

また開口８０の深さは、前端３４ｂと前カバー３０ｂの
内面間の隙間が０．２〜０．５ｍａ＋となるように、選
ばれる。前カバー３０ｂの非開口部の下面は好ましくは
推進翼２４ｂの上フランジ４４ｂの上面の下に位置して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のポンプの一例を示す断面側面図、第
２図はその分解斜視図、第３図はその変化例の分解斜視
図、第４図は他の例の断面側面図、第５図はその平面図
、第６図はさらに他の例の平面図、第７図は第４図中線
７−７に沿って取った部分断面図である。 １０・・・遠心ポンプ　　　　１２・・・推進器１４・
・・ケース　　　　　　　２４・・・推進翼２５・・・
推進室　　　　　　２６・・・小室３０・・・前カバー
　　　　　５０・・・構造体６０・・・押しリング 特許出願代理人　　弁理士　菅原一部 ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、　６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転推進軸には複数の推進翼が円周方向に離間架設
   されており、 該推進翼が推進軸に対して外側に延在しかつそれぞれが
   第１と第２の端縁を具えており、 推進翼のための第１と第２のカバーが推進軸に架設され
   てかつ外側に延在しており、 第１のカバーが推進翼の第１の端縁近傍に配置され、第
   ２のカバーが推進翼の第２の端縁近傍に配置され、これ
   により第１と第２のカバー間に推進室が画定されてかつ
   これが推進翼により小室に分割されており、 第１と第２のカバーの一方が中央開口を有し、これを介
   して推進室中に流体が導入されてかつ推進軸の回転に伴
   ない外側に導かれ、さらに 推進室（２５）中での流体圧力の脈動に反応して第１の
   カバーの一部分（４６）が推進器の第１の端縁（３４、
   ３４ａまたは３４ｂ）の各部から軸方向に自由に離間移
   動して第１のカバーと推進器の第１の端縁の各部との間
   の距離が一時的に増加するように、第１のカバー（３０
   、３０ａまたは３０ｂ）が推進器（２４、２４ａまたは
   ２４ｂ）に対して構成架設されている ことを特徴とする遠心ポンプ用推進器。 ２、第１の端縁の各部から軸方向離間移動自由な前記の
   部分（４６）が第１の端縁とは連結されていない ことを特徴とする請求項１に記載の推進器。 ３、前記の第２のカバー（３２、３２ａまたは３２ｂ）
   が推進翼の第２の端縁に固定されていることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の推進器。 ４、第２のカバーを補強すべく支持リング （４８）が設けられており、これが推進翼に固定された
   面とは反対側で第２のカバーの面に固定されている ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の推進
   器。 ５、推進翼と第２のカバーとが一体に構成されている ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の推進
   器。 ６、入口リング（５２）が推進軸と同心状に推進翼に固
   定されており、 このリングには軸開口が形成されていて推進室の内部と
   連通しており、 第１のカバーの方に中央開口が形成されていて、かつ入
   口リングがこの中央開口を透通して延在している ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の推進
   器。 ７、第１のカバーが内縁端（６２）と外縁端（６４）と
   を有しており、前記の中央開口が外縁端により画定され
   ている ことを特徴とする請求項６に記載の推進器。 ８、前記の第１のカバーの内縁端が入口リング上に位置
   しており、入口リングには押しリング（６０）が組付け
   られて第１のカバーの内縁端を入口リング上に保持位置
   付けしている ことを特徴とする請求項７に記載の推進器。 ９、押しリングが入口リングに螺合していることを特徴
   とする請求項８に記載の推進器。 １０、第１のカバーの半径方向内側部分を推進翼の第１
   の端縁の半径方向内側部分に接触状に保持する保持手段
   （４４）が設けられており、 第１のカバーの移動自由な部分が第１のカバーの立フラ
   ンジ（４６）を有しており、これが推進翼の第１の端縁
   の各部から軸方向に離間自由である ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の推進
   器。 １１、第１のカバーが通常は推進翼の大部分と接触して
   いる ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかにに記載の
   推進器。 １２、推進翼の全周に亙って推進翼の第１の端縁に適合
   かつ接触するような形状を第１のカバーが有している ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の推
   進器。 １３、推進翼の第１の端縁がその半径方向外側に立上り
   端部を有しており、 第１のカバーがこの立上り端部を収受する切欠き（６６
   ）を有している ことを特徴とする請求項１１に記載の推進器。 １４、第１のカバーが、推進器の通常の作用間該カバー
   の内面と推進翼の第１の端縁の各部との間に小さな隙間
   （８２）を形成しかつ推進室内における流体圧力の脈動
   に反応して第１のカバーの該部が推進翼の第１の端縁の
   各部から離間するときに第１のカバーの最外縁部におけ
   る該隙間の寸法が増加するように、推進翼に対して構成
   架設されている ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の推
   進器。 １５、第１のカバーが開口（８０）を有しており、これ
   が少なくとも推進翼の第１の端縁の外縁部と一線状であ
   る ことを特徴とする請求項１４に記載の推進器。 １６、推進翼が半月形部分を有している ことを特徴とする請求項に記載の推進器。 １７、入口と、出口と、両者間に設けられて入口から出
   口ヘと流体を導く上記いずれかの請求項に記載の推進器
   （１２）とを有してなる遠心ポンプ。