JPWO2012053231A1 - ポンプ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、容積型ポンプで大容量を得るには、大容量のローターが必要になり、本体も大きなものになる。また、異物の噛みこみによりポンプが故障する恐れがあるため、吸入側にフィルターが不可欠となる。その結果、配管の手間が増えると共にフィルターの定期的なメンタナンスが必要になる。
そのため、中圧及び高圧ポンプとしては、非容積型ポンプとしては実質的に不可能な程度の高圧で吐出するべき場合以外には、非容積型ポンプが多く使用されている。
特に高圧ポンプにより供給されるクーラント液では、噴出する液体の速度も速くなる場合があるので、クーラント液中の異物が加工中の材料に与える影響も大きくなる。そのため、クーラント液の清浄を、厳密に行なう必要がある。
一般的な型式のフィルター付きクーラントポンプに係る従来技術では、電動モーターで駆動される容積型ポンプの吸入側にフィルターを取り付けている。しかし、ろ過にはフィルターエレメントを使用しているので、定期的にフィルターエレメントの洗浄または交換を行う必要がある。
また構造上、重量が大きいため、大きな重量に耐えることが出来る頑丈で大きな台に設置する必要がある。さらに、係る従来技術はサイズが大きくなるため、大きな設置スペースがなければ設置できないという問題を有している。
しかし、係る従来技術ではサイクロンフィルター内部に異物が滞留するので、定期的にサイクロンフィルター内部に滞留した異物を除去する作業が必要となる。また、インペラーに自吸性はなく、インペラーが接液するまでは液体を吐出できない欠点がある。
しかし、係る従来技術(特許文献2、特許文献3)においても、サイクロンフィルター内部に滞留した異物を除去する作業が必要である。それに加えて、自吸性がないため、吸入側に別途作動流体を吸い込む(呼び込む)ための装置が必要となる。
そして、前記二次回転ポンプ(二次インペラー600)の吐出流量は前記容積型ポンプ(9)の吐出流量よりも大きくなる様に設定されるのが好ましい。
また、一次サイクロン(20、200、200A)及び二次サイクロン(30、300)は分離された固体を排出する機構(排出口20c、200c、30c、300c)を設けているので、一次サイクロン(20、200、200A)及び二次サイクロン(30、300)で分離された固体は一次サイクロン(20、200、200A)及び二次サイクロン(30、300)の内部に滞留することなく、固体を排出する機構(排出口20c、200c、30c、300c)から排出される。そのため、一次サイクロン(20、200、200A)及び二次サイクロン(30、300)の内部から固体を除去する作業を別途行なう必要がなく、フィルター構造について、いわゆるメンテナンスフリーの状態が実現出来る。
そのため、逆流した作動流体に混在する異物が、容積型ポンプ(9)に吸入されてしまうことが防止される。
また、非容積型ポンプ(40、400)は容積型ポンプ(9)及びサイクロンフィルター(12、120)と一体化しているので、容積型ポンプ(9)について、従来は必要とされていた吸入側へのフィルターを別途設置することが不要になる。
これに加えて、本発明によれば、作動流体が工作機械のクーラントであれば、容積型ポンプ(9)から清浄な高圧クーラントを供給することが出来るので、工作機械の加工精度が向上する。
また、二次回転ポンプ(二次インペラー60、600)により作動流体にヘッドが付加される結果、二次サイクロン(30、300)における吐出圧力が上昇し、容積型ポンプ(トロコイドポンプ9)の吸入口における負圧との相乗効果により、容積型ポンプ(トロコイドポンプ9)の作動流体吸入を促進することが出来る。
それに加えて、二次回転ポンプ(二次インペラー60、600)によりヘッドが付加されて二次サイクロン(30、300)における圧力が上昇するので、容積型ポンプ(トロコイドポンプ9)の吸入口に負圧が存在しても、二次サイクロン(30、300)内に負圧が生じることが防止される。
そのため、作動流体貯蔵用の容器(例えば、クーラントタンク)を長期間に亘って、清浄な状態に保つことが出来る。
また、一次サイクロン(200A)からのコンタミを含むクーラントの流れ(F12)が二次サイクロン(300)内に逆流しようとしても、一次サイクロン(200A)の排出口(200c)下端部が前記隔壁(450b)近傍に位置しているので、当該クーラントの流れ(F12)は、前記非容積型ポンプ(400)が収容されている空間(Cb)に吸引される。
図1〜図8は、本発明の第1実施形態を示している。
図1において、全体を符号P1で示すポンプ装置は、電動モーター1と、台部2と、トロコイドポンプ9と、サイクロンフィルター12とを備えている。
電動モーター1は台部2の上面に配置されており、台部2の下面2uは、クーラントタンクTの上面に配置されている。
図1において、台部2の下方には、トロコイドポンプ9が取り付けられている。
ここで、トロコイドポンプ9はインナーローターとアウターローターから成るトロコイドローター10の噛み合いによる容積変化により作動流体を吐出するポンプである。そして、トロコイドポンプ9の下方或いは吸入側には、符号12で包括的に示すサイクロンフィルターが取り付けられている。
下部カップリング4bの下方には、駆動軸1aより小径なシャフト6が取り付けられている。シャフト6には、トロコイドポンプ9のローター10が固着されている。
シャフト6は、ローター10を貫通して、サイクロンフィルター12の下部まで延在している。図3で示す様に、シャフト6の下端部には、インペラー40が締結されている。
中央空間部2aの下部に貫通孔2bが形成され、貫通孔2b内ではシャフト6を回転自在に支持されている。
図1及び図7で示す様に、貫通孔2bの半径方向外方には、トロコイドポンプ吐出口10Bが形成されている。トロコイドポンプ吐出口10Bは、図示しない工作機械における潤滑を必要とする箇所や、冷却を必要とする箇所等に連通する。
図1及び図7で示す様に、中央ケーシング15は、上方部材15aと、中央部材15bと、下方部材15cで構成されている。
上方部材15aは、トロコイドポンプ9を介して台部2に固着されている。上方部材15aには貫通孔15dが形成され、貫通孔15d内ではシャフト6が回転自在に支持されている。
また、中央部材15bには、複数の二次サイクロン30における二次サイクロン流入口30a及び二次サイクロン流出口30bが配置されており、二次サイクロン流入口30a及び二次サイクロン流出口30bは、複数の二次サイクロン30における上方の領域に設けられている。
ここで、中央部材15bの下部には案内溝20aが形成されており、案内溝20aは二次サイクロン吸入口30aに連通している。
(二次サイクロン吸入口30aに連通している)案内溝20aの半径方向外方端部は切欠として構成されており、当該切欠位置は二次サイクロン吸入口30aの接線方向に連通しており、当該切欠と二次サイクロン吸入口30aは、その境界に段差を生じないように接続されている。案内溝20aの半径方向外方端部における切欠と、二次サイクロン吸入口30aは、段差を生じないように接続することにより、クーラントは効率良く二次サイクロン30内に流入する。
下方部材15cの半径方向外方の周縁部には、複数の二次サイクロン30の上部が固定されている。
そして下方部材15cは、一次サイクロン20の上部を支持しており、一次サイクロンケーシング26の上部を支持している。
図4、図5で示す様に、一次サイクロン20は、一次サイクロンケーシング26の半径方向内方に収容されており、インペラー40の吐出部に連通する吸入口45cを有している。そして、一次サイクロン20と一次サイクロンケーシング26の間の環状空間20Iは、吸入口45cと一次サイクロン20の流入口20dを連通する流路を構成している。
一次サイクロン20の上方の領域には、一次サイクロン流出口20bが設けられている。
一次サイクロン流出口20bの半径方向内方の空間には、シャフト6が貫通している。換言すれば、一次サイクロン流出口20bはシャフト6を包囲する様に配置されており、一次サイクロン20から二次サイクロン30に向うクーラントは、シャフト6の外周面と一次サイクロン流出口20bの内周面の環状空間を経由して流れる様に構成されている。
一次サイクロン20の下方端部20EDは、上部ケーシング45aにより支持されている。そして、一次サイクロン20の下方端部20EDは、一次サイクロン排出口20cに連通している。
細かい異物を除去するために、二次サイクロン30の径を小さくして、内部の旋回流(Cn:図6参照)の周方向速度を早くする必要がある。しかし、二次サイクロン30の径寸法を小さくすると、二次サイクロン30の吐出量はトロコイドポンプ9の吸入量に等しいので、二次サイクロン30の吐出流速が速くなりすぎる。そのため、二次サイクロン30を複数(図示の実施形態では例えば6個)配置して、複数の二次サイクロン30全体の吐出流量が、トロコイドポンプ9の吸入流量に対応できる様に構成されている。この時、二次サイクロン30の排出口30cより異物を吸入しない様に一次サイクロン20の吐出流量をインペラー容量と一次サイクロン20の排出容量で調整しなければならない。
二次サイクロン流入口30aの半径方向内方には、二次サイクロン流出口30bが設けられている。換言すれば、二次サイクロン流入口30aは、二次サイクロン流出口30bの半径方向外方の環状空間として構成されている。
二次サイクロン30の下方端部には、小径の二次サイクロン排出口30cが形成されている。クーラント内に混入した比較的小さな異物は、二次サイクロン排出口30cから二次サイクロン30外に排出される。
上部ケーシング45aには、一次サイクロンケーシング26の吸入口45c及び一次サイクロン排出口20cが形成されている。
下部ケーシング45bは、その下方に凹状となった空隙45dが形成されている。
一次サイクロンケーシング26の吸入口45cは、空隙45dと、インペラー40を介して環状空間20Iを連通している。ここで、環状空間20Iは、一次サイクロン20と一次サイクロンケーシング26の間に形成されている。
下部ケーシング45bの中央部には吸入孔45eが形成されており、吸入孔45eはインペラー吸入口40aに連通している。
インペラー40は、中央内部のインペラー吸入口40aからクーラントCfを吸入して、ヘッドを付加するように構成されている。図示はされていないが、インペラー40に代えて、斜流ポンプ、軸流ポンプ、渦巻きポンプ、及びその他の遠心ポンプを用いることも出来る。また、インペラー40は、図3で示すセミオープンインペラーに限定されるのではなく、図31、図32で示す様なクローズドインペラーであっても良い。
下部ケーシング45bの下縁部には、大きな異物がポンプ装置内に侵入することを防止するため、ストレーナー50が取り付けられている。
一次サイクロン20及び二次サイクロン30が負圧になると、異物を排出する排出口である一次サイクロン排出口20c及び/又は二次サイクロン排出口30cから、異物を含んだクーラントが、一次サイクロン20及び二次サイクロン30に逆流して、トロコイドポンプ9を損傷してしまう恐れがある。
係る危険性を回避するために、一次サイクロン20及び二次サイクロン30の内部が正圧となり、一次サイクロン排出口20c及び/又は二次サイクロン排出口30cから(異物を包含する)クーラントが一次サイクロン20及び二次サイクロン30の内部に逆流しない様に、インペラー40の吐出量がトロコイドポンプ9の吐出量を上回るように設定されている。
第1実施形態に係るポンプ装置P1は、図2の左側の領域に示す従来のポンプ装置に比較して、設置面積或いは投影面積が小さい。第1実施形態に係るポンプ装置P1では、モータ1、トロコイドポンプ9、サイクロンフィルター12、インペラー40が、垂直方向に1直線状に配置されているからである。
図2において、インペラー40はクーラントタンクTの液面Taよりも下方に位置しているので、いわゆる「呼び水」等を行なわなくても、第1実施形態に係るポンプ装置P1はタンクTからクーラントを吸入してトロコイドポンプ9に供給して、図示しない工作機械に供給することが出来る。すなわち、図示の実施形態のポンプ装置P1は、自吸性を有する様に構成されている。
図1、図3において、インペラー40が回転することにより、クーラントタンクT内のクーラントは、矢印Cfで示す様に、インペラー40に吸入される。その際に、ストレーナー50によって、クーラントに包含される大きな異物が除去される。ついで、インペラー吸入口45e及びインペラー吸入口40aを経由して、クーラントはインペラー40の内部に流入する。流入したクーラントは、インペラー40の回転によりヘッドが付加されて、矢印Cgで示す様に、空間45I内で、半径方向外方に向かって付勢される。
そして図4で示す様に、ケーシング吸入口45cから空間20Iに流入したクーラントは、矢印Ciで示すクーラントの旋回流となり、一次サイクロン20とケーシング26の間の空間20Iを旋回しながら上昇して、一次サイクロン吸入口20dを介して一次サイクロン20内に流入する。
一次サイクロン20内で旋回流Cjが進行する間に、クーラントに包含された大きな異物は下方に降下する。降下した異物は、矢印Cjoで示す様に、一次サイクロン排出口20cからクーラントタンクT内に排出される。同時に、余剰のクーラントが、一次サイクロン排出口20cからクーラントタンクTに排出される。
図5で示すように、一次サイクロン20の下方に到達したクーラントの旋回流Cjは、矢印Ck(点線)で示す様に、シャフト6に沿って上昇する。一次サイクロン20の下方の内径が減少しているため、旋回流Cjが進行することにより一次サイクロン20の下方の圧力が上昇する。係る圧力上昇により、旋回流Cjは反転して、上方に向う流れCkとなる。
そして、クーラントの流れCoは、二次サイクロン流出口30b、ポンプ吸入口10A(図7参照)を経由して、トロコイドポンプ9に吸入される。
図7において、トロコイドポンプ9のローター10によって昇圧されたクーラントは、矢印Cpで示す様に、ポンプ吐出口10Bから高圧のクーラントとして、図示しない工作機械側に吐出される。
しかし、上述した様に、インペラー40の吐出流量がトロコイドポンプ9の吐出流量よりも大きく設定されており、一次サイクロン20、二次サイクロン30にはトロコイドポンプ9の吐出量以上のクーラントが供給され、トロコイドポンプ9の吸入口10Aにおける負圧が作用しても、一次サイクロン20、二次サイクロン30内が負圧となってしまうことはない。
そのため、一次サイクロン20の一次サイクロン排出口20cからクーラントが一次サイクロン20内に逆流すること、二次サイクロン30の二次サイクロン排出口30cからクーラントが二次サイクロン30内に逆流することが防止される。
クーラント中の切(削)粉は比重が大きいので、クーラントタンクTの底部に沈殿する。沈殿した切(削)粉は、スラッジとしてクーラントタンクT外に排出される。クーラントタンクTに残ったクーラントは、上述した態様で、再びポンプ装置内に吸入されて、一次サイクロン20、二次サイクロン30により異物が除去されて、トロコイドポンプ9のポンプ吐出口10Bから、図示しない工作機械側に吐出される。
そして、一次サイクロン20で分離された異物は一次サイクロン排出口20cを介して排出され、二次サイクロン30で分離された異物は二次サイクロン排出口30cを介して排出されるので、一次サイクロン20、二次サイクロン30の内部に異物は滞留せず、そのため、定期的に一次サイクロン20、二次サイクロン30内から異物を除去する作業が不必要になる。
また、電動モーター1、トロコイドポンプ9、サイクロンフィルター12、インペラー40までが垂直方向に直列に配置され、設置投影面積が減少するので、スペースが節約されるという利点がある。
図9において、中央ケーシング部15は、上方部材15a(図9では明示せず)と、中央部材15bと、下方部材15cから構成されている。
そして、中央部材15bの下面と、下方部材15cの間の空間である二次インペラーケーシング60c(図10参照)には、二次インペラー60が配置されている。二次インペラー60はシャフト6に取り付けられている。
また、二次インペラー60は、図3で示すセミオープンインペラーに限定されるのではなく、図31、図32で示す様なクローズドインペラーであっても良い。
図10において、中央部材15bには、二次インペラー60の半径方向外方に符号130で示す切欠が形成されている。切欠130は、中央部材15bの円周方向に等間隔に形成されており、二次インペラーケーシング60cと同じ深さで形成されている。切欠130の断面形状は、一部が欠けた円形である。
第1実施形態で説明したのと同様に、切欠130と二次サイクロン30の流入口30aの境界部分に段差が生じない様に構成されている。
切欠130を模式的に示す図11において、切欠130が正円に対して欠けている部分が、二次インペラーケーシング60cと重複している。
以下、係る重複している部分(図11でハッチングを付けた箇所)を「切欠130と二次インペラーケーシング60cとの重複部分」と標記する。
一般的にサイクロンの最適寸法である D1≒3D2 の場合に、
D0≒(3〜5)D1 であれば、 L=(0.6〜0.8)×D1 であるのが望ましい。
図10において、二次インペラー60が矢印R方向に回転すると、クーラントは矢印Crで示す流れとなり、切欠130内に流入する。そして、切欠130内では渦流Sとなり、二次サイクロン吸入口30aに流入し、クーラントの旋回流Cn(図9参照)が形成される。
そして、二次インペラー60の回転エネルギによりクーラントの旋回流Cn(図9参照)が形成されるので、第1実施形態に比較して旋回流Cnの流速が速くなり、より細かい異物の分離が可能になる。
ここで、切欠130と二次インペラーケーシング60cとの重複部分の幅寸法Lが小さ過ぎると、二次インペラー60が回転してもクーラントは切欠130、二次サイクロン30内に流入し難くなる。
一方、切欠130と二次インペラーケーシング60cとの重複部分の幅寸法Lが大き過ぎると、切欠130内において、矢印ASで示す流れ(図10参照)が生じ、係る流れASは渦流Sを打ち消す様に作用するので、二次インペラー60が回転して発生するエネルギが、二次サイクロン30内で旋回流Cn(図9参照)を形成するのに変換され難くなってしまう。
また、切欠130と二次インペラーケーシング60cとの重複部分を大きくし過ぎると、二次サイクロン流出口30bと重複(或いは干渉)してしまうので不都合である。
また、二次インペラー60によりヘッドが付加される結果、二次サイクロン30における吐出圧力が上昇する。二次サイクロン30における吐出圧力の上昇は、トロコイドポンプ9の吸入口10A(図7参照)における負圧との相乗効果により、クーラントのトロコイドポンプ9への吸入を促進する。
この時、二次インペラー60の吐出流量をトロコイドポンプ9の吐出流量より多く設定することは一次インペラー40と同様である。
第2実施形態における上述した以外の構成及び作用効果については、第1実施形態と同様である。
なお、図12〜図30において、図1〜図11で示す実施形態と同様な構成要素については、図1〜図11で用いたと同様な符号を付している。
図12において、第3実施形態に係るポンプ装置は、全体を符号P3で示されており、電動モーター1と、台部2と、トロコイドポンプ9と、サイクロンフィルター120とを備えている。サイクロンフィルター120の(図12における)下方には、排出用インペラーケーシング450が設けられている。
図12では明示していないオイルシール格納室にはオイルシールOSが介装され、作動流体(例えば、クーラント)が、貫通孔2bを経由して電動モーター1側に浸入するのを防止している。
電動モーター1は台部2の上面に配置されている。台部2の下面(取付け面)2uは、例えば、クーラントタンクTの上面に取り付けられる。
カップリング4は、台部2の中央空間部2aに収容されている。
台部2における貫通孔2bの半径方向外方には、トロコイドポンプの吐出口10Bが形成されている。
トロコイドポンプ9の回転軸(以下、「ポンプシャフト」と言う)6Aは、トロコイドローター10を貫通するように配置され、トロコイドローター10と一体になって回転する様に構成されている。
サイクロンフィルター120は、中央ケーシング150と、一次サイクロン200と、複数の二次サイクロン300と、サイクロンケーシング150fと、排出用インペラーケーシング450を備えている。
中央ケーシング150は、上方部材150aと、中央部材150bと、下方部材150cを有している。
上方部材150aには、垂直方向に延在して(上方部材150aを)貫通するポンプ吸入口10Aが形成されており、ポンプ吸入口10Aは貫通孔150dに隣接して設けられている。
中央部材150bの中央には、オイルシールOS150を格納するためのオイルシール格納室152bが形成されている。オイルシール格納室152bにはオイルシールOS150が格納されており、オイルシールOS150はシャフト6Aに密着摺動し、トロコイドポンプ9の吸入口10Aへの異物の侵入を防止している。
図12では、下方部材150cの下面側には、一次サイクロン流出口200bと、ガイド部材150gと、サイクロンケーシング150fと、複数の二次サイクロン300と、複数の取付ボルト挿通用ステム150csが、(下方部材150cに)取り付けられている。ガイド部材150gは、一次サイクロン200の流入口として機能する。ここで、一次サイクロン流出口200b、ガイド部材150g、サイクロンケーシング150fと、複数の二次サイクロン300、取付ボルト挿通用ステム150csの順番で、下方部材150cの半径方向中心部から半径方向外方に配置されている。
下方部材150cにおける貫通孔152cと、複数の二次サイクロン300の各々における流入口300aとは、複数の案内溝200aによって連通する様に形成されている。案内溝200aは、図8で示す案内溝20aに相当する構成要件であり、中央部材150bに形成されており、図12の左右方向の平面内において(平面的に)湾曲した形状となっている。
下方部材150cにおけるガイド部材150gは、例えば、全体が円筒形状に構成されている。図12では明示されていないが、円筒形状に構成されたガイド部材150gは部分的に切り欠かれており、当該切欠箇所が、一次サイクロン流入口として機能するように構成されている。
また、ガイド部材150gの下端は、一次サイクロン200の上端を固定して支持するように構成されている。
ストレーナー26STを経由して、作動流体(例えば、クーラント)がポンプ装置P3へ流入する。換言すれば、ストレーナー26STは、ポンプ装置P3における作動流体の流入口である。
ストレーナー26STは、大きな異物がポンプ装置内に侵入することを防止する機能を奏する。ストレーナー26STの外径寸法は、サイクロンケーシング150fの外寸法形と等しく設定されている。
図12において、下方部材150cにおける取付ボルト挿通用ステム150csは、細長い筒状に形成されている。そして、細長い筒状の取付ボルト挿通用ステム150csの内部には、インペラーケーシング取付用ボルトB25の軸部が挿通される。
上方部材150aは、上方部材150aと台部2との間にトロコイドポンプ9を介装した状態で、複数本の通しボルトB10によって台部2の下端に取り付けられている。
そして、台部2の下端に取り付けられた上方部材150aに、インロー構造によって予め積層した中央部材150b及び下方部材150cが、複数本の通しボルトB15によって締結されている。
ポンプシャフト6Aは、ローター10を貫通して、中央ケーシング150における下方部材150c内まで侵入している。シャフト6Aの先端近傍には、先端に近づくに従って縮径するテーパー部分6Atが形成され、その先、シャフト先端まで縮径部6Abが続く(図13参照)。
シート部材6Dは円環状であり、シート部材6Dの半径方向内方には、シャフト6Aのテーパー部分6Atと相補形状のテーパー6Dtが施されている。
延長シャフト6Cの上端の中空部には上方拡径部6Caが形成され、この拡径部6Caにポンプシャフト6Aの先端縮径部6Abが嵌合されている。
ここで、図13ではポンプシャフト6Aと延長シャフト6Cは別体になっているが、ポンプシャフト6Aと延長シャフト6Cを一本のシャフトとして構成しても良い。
図14において、延長シャフト6Cの下端には、第1の保持部材6E及び第2の保持部材6Nを介して、貫通ボルト6Bによって、コンタミ排出用のインペラー400が取り付けられている。
第1の保持部材6Eは、円筒状の外周中央に鍔部6Efを設けている。
第2の保持部材6Nは、図14における上方に円形の窪み(凹部)6Naが形成され、中央部には貫通ボルト6Bの軸部を挿通させる貫通孔6Ncが形成されている。
インペラー400は、中心に貫通孔400iを有する薄い板状部材401の一方の面(図14では上面)に、円周方向に均等ピッチとなる様に、複数のブレード402が放射状に形成されている。
第1の保持部材6Eの軸部(図14の下方側)は、インペラー400の薄い板状部材401と嵌合可能に構成されている。
インペラー400の貫通孔400iには、第1の保持部材6Eの軸部(図14では下方側)が挿通されている。図14では、第1の保持部材6Eの軸部の下端部は、インペラー400の薄い板状部材401を貫通して、板状部材401から突出している。
図14において、板状部材401から突出した第1の保持部材6Eの軸部下端部に、第2の保持部材6Nの窪み(凹部)6Naが嵌合している。以って、第1の保持部材6E、インペラー400、第2の保持部材6Nが一体化されている。
第1の保持部材6Eの軸部(図14の上方側)は、延長シャフト6Cの下方拡径部6Cbに嵌合されている。
図12で示すように、貫通ボルト6Bの雄ねじ部6Boの先端(図12では上端)は、延長シャフト6Cの上端から突出している。延長シャフト6Cの上端から突出した貫通ボルト6Bの雄ねじ部6Boは、ポンプシャフト6A下端の雌ねじ6Aiに螺合している。
図31、図32において、クローズドタイプのインペラー400Bは、シュラウド(側板)440と、その内部に設けられた複数のブレード402Bを有している。そして、シュラウド440は、作動流体(クーラント等)の吸入口400Biを構成する円筒状の突起部分442を備えている。そして、インペラー400Bは、半径方向外方端部に構成された吐出口400Boを備えている。
ただし、図31において、シュラウド440の突起部分442における外周面442oと、仕切り板450bの内周面450biとの間の隙間は、インペラー400Bの回転に支障を生じない範囲で、出来る限り小さくすることが望ましい。これに対して、図14のセミオープンインペラー400では、その様な要請は存在しない。
なお、図示はされていないが、排出用インペラー400、400Bに代えて、斜流ポンプ、軸流ポンプ、渦巻きポンプ、及びその他の遠心ポンプを用いることも出来る。
第3実施形態においても、第1実施形態及び第2実施形態と同様に、インペラー400に代えて、斜流ポンプ、軸流ポンプ、渦巻きポンプ、及びその他の遠心ポンプを用いることも出来る。
図示の例では、上部ケーシング450a、仕切り板450b、下部ケーシング450cの各々の外形寸法は、同一に設定されている。
インペラーケーシング450における上部ケーシング450aは、円筒状の外縁451aを有した蓋状に形成されている。
上部ケーシング450aの外縁451a近傍の複数個所には貫通孔454aが形成され、貫通孔454aには二次サイクロン300の下端が嵌着している。
さらに、上部ケーシング450aの外縁451a近傍には、複数のボルト孔456aが形成されている。そして、上部ケーシング450aの外縁451aの下端面には、複数の雌ねじ458aが形成されている。
一次サイクロン200の円筒内部は、大径部201の開口側(図15では上方)に円筒空間部205を有し、その円筒空間部に連続してテーパー空間部206が設けられており、テーパー空間部206は、一次サイクロン200の下端200eに向かって縮径している。ここで、テーパー空間部206の下端が、一次サイクロン排出口200cとなっている。
図20において、上部ケーシング450aの貫通孔452aには、一次サイクロン200の小径部203(図15参照)が嵌着している。
図20では、仕切り板450bにおける貫通孔452bの直径は、インペラー400においてブレード402の形成されていない領域(板状部材401のみの領域)の直径と、概略等しい。
下部ケーシング450cにおける外縁451cの側部には、作動流体(コンタミを含む作動流体:例えば、切り粉等を包含するクーラント)を排出する排出口452cが形成されている。
円筒状の外縁451cの下端面において、ボルト孔454bの投影位置と同一の位置には、ボルト孔454cが形成されている。ボルト孔454cの数は、仕切り板450bのボルト孔454bと同数である。
インペラーケーシング450は、上部ケーシング450a及び仕切り板450bで形成される第1の空間Caと、仕切り板450b及び下部ケーシング450cで形成される第2の空間Cbを備えている。
そして、インペラー400は、第2の空間Cb内に配置されている。
なお、図12〜図30の各実施形態では、図1〜図11の実施形態とは異なり、インペラー400の吐出量は、トロコイドポンプ9の吐出量を上回るとは限らない。
図16では明瞭ではないが、ポンプ装置P3におけるトロコイドポンプ9から下方の領域は、図21で示す様に、クーラントタンクTのクーラント(液)内に浸されている。
ポンプ装置P3の起動時には、ストレーナー26STの上端部まで、作動流体(クーラント)に浸っている必要がある。図16において、ポンプ装置P3がクーラントタンクTのクーラント(液)内に浸されているため、ポンプ装置P3が起動すると、作動流体であるクーラントは直ちに、ストレーナー26STから、環状空間200Iに流入する(矢印F1)。ここで、環状空間200Iは、半径方向について、一次サイクロン200とサイクロンケーシング150fとの間に形成されている。
一次サイクロン200の内部に流入したクーラントは、延長シャフト6Cと一次サイクロン200の内周により構成される環状空間をらせん状に旋回しながら、一次サイクロン200の内部を降下する(矢印F4)。
図示はされていないが、一次サイクロン200及び二次サイクロン300の内周面に、らせん状のブレードを形成し、らせん状の旋回流が生じやすいように構成することも可能である。
一次サイクロン200内で矢印F4で示す様にクーラントが旋回流となって下降する間に、クーラントに包含された大きな異物(コンタミ)は下方に降下する。降下した異物(コンタミ)及び余剰のクーラントは、矢印F4xで示す様に、一次サイクロン排出口200cから、インペラーケーシング450の第1の空間Ca(図12、図20参照)内に排出される。
二次サイクロン300に流入したクーラントは、旋回流となって二次サイクロン300内を下降する(矢印F7)。
そのため、一次サイクロン200で除去できなかった小さな異物は、一次サイクロン200の旋回流より流速(円周方向速度)が速い旋回流F7によって、クーラントから分離される。
二次サイクロン300の内部においても、下方に向かうに連れて半径方向寸法が減少している(縮径している)ので、二次サイクロン300の内部を降下するとクーラントは昇圧される。そして、二次サイクロン300内部で、クーラントは上方に向う流れに反転(Uターン)し(矢印F9)、二次サイクロン300の中心部を上昇する。
円環状空間DSに流入したクーラントは、上方部材150aに形成されたポンプ吸入孔10Aを介して、トロコイドポンプ9に流入し、加圧される(矢印F10)。
トロコイドポンプ9で加圧されたクーラントは、矢印F11で示す様に、流れ流路2cを流過し、ポンプ吐出口10Bから吐出される。そして、図19では図示しない供給系統を経由して、工作機械(図19では図示せず)に供給される。
一次サイクロン200の排出口200cから排出された異物(コンタミ)を含む流体(矢印F4x)と、二次サイクロン300の排出口300cから排出された異物(コンタミ)を含む流体(矢印F8)は、第1の空間Ca内の負圧により吸引され、第1の空間Caに流入する。そして、仕切り板450bの貫通孔452bを介して第2の空間Cbに流入する。
第2の空間Cbに流入した異物(コンタミ)を含む流体は、インペラー400が回転することにより、下方部材450cに形成された排出口452cから排出される(矢印F14)。排出口452cから排出された異物(コンタミ)を含む流体は、図20では図示しない処理ラインを経由して、所定の処理装置(例えばフィルターや、マグネットセパレータ等)に送られて、クーラントと異物(コンタミ:切(削)粉等)が選別処理される。
そして、吸入口400Biからクローズドインペラー400B内に流入した作動流体は、インペラー400Bの回転により昇圧して、吐出口400Boから第2の空間Cb(図20参照)内に吐出される。
その他については、図14、図20を参照して説明したセミオープンインペラー400と同様である。
図21において、クーラントタンクTの天蓋部Ttの上面には、第3実施形態に係るポンプ装置P3の台部2の取付け面2uが取り付けられている。クーラントタンクTには、工作機械(図示せず)から、戻しラインRLを介して、使用後のクーラントが戻される。そして、ポンプ装置P3の吐出口10Bには、クーラント供給ラインCLが、図示しない工作機械まで連通している。
コンタミ処理ラインXLには、ラインフィルターFTが介装されている。ラインフィルターFTでは、異物が除去される。ラインフィルターFTで、異物が除去された後、鉄系の切(削)粉を含んだクーラント処理液は、マグネットセパレータMSの処理液投入口MSiに排出される。
マグネットセパレータMSでは、鉄系の切(削)粉を、帯磁ローラ(図示せず)で吸い寄せ、吸い寄せた切(削)粉を所定の手段で帯磁ローラから分離して、クーラントタンクT脇に設置した切(削)粉回収ボックスBKに回収する。
図22のコンタミ処理設備は、クーラント処理液中の異物の大部分が鉄系の切(削)粉で占められており、鉄系の切(削)粉のみを除去すれば良い場合に用いられる。そして、図22のコンタミ処理設備は、図21の設備に比較して、ラインフィルターFTが省略されている分だけ、コンタミ処理ラインXLのメンテナンスが容易である。
図23の設備では、マグネットセパレータMSが省略されているので、図21の設備に比較して、設備投資及び運転経費が軽減される。
図24の設備は、マグネットセパレータMS及びラインフィルターFTを省略しているので、図21〜図23の設備よりも、設備投資及び運転経費を低く抑えることが出来る。
なお、図21〜図24の各設備において、第3実施形態に係るポンプ装置P3に代えて、図25〜図30の実施形態に係るポンプ装置P4〜P6を使用することが可能である。
また、図21〜図24の各設備を経由せずに、排出口452cから排出された作動流体(クーラント)を、直接タンクに戻しても良い。
従って、ポンプ装置P3が稼動して、排出用のインペラー400が回転すれば、第1の空間Caには負圧が生じる。そして、比重量が大きな切(削)粉等のコンタミ(異物)を含んだクーラント処理液は、一次サイクロン200排出口200c及び二次サイクロン300の排出口300cから、効率良く第2の空間Cbに吸い込まれ、排出口452cからポンプ装置P3外に排出される。
異物が除去されたクーラント処理液は、更にマグネットセパレータで鉄系の切(削)粉が除去され、残ったクーラントがクーラントタンクT内に回収される。
第3実施形態における上述した以外の構成及び作用効果については、第1実施形態と同様である。
図25、図26で示す第4実施形態において、ポンプ装置は、全体を符号P4で示されている。
図25、図26の第4実施形態は、中央ケーシング150における中央部材150bと下方部材150cとの間に形成されている円形断面の空間に、二次インペラー600を設けている点で、図12〜図24の第3実施形態と相違している。
換言すれば、第4実施形態は、二次インペラーを設けているという点で、第2実施形態に対応している。
円形断面の空間150Rの内部には、ブレード面602を(図26の)下方に向けた二次インペラー600が、ポンプシャフト6Aと延長シャフト6Cとの接続部に固着されている。そして、二次インペラー600は、排出用のインペラー400と同様に、電動モーター1によって回転駆動される。
ここで、二次インペラー600は、図14で示す様なセミオープンインペラーに限定される訳ではなく、図31、図32において全体を符合400Bで示す様なクローズドインペラーであっても良い。
図26において、一次サイクロン200内部の中心近傍を上昇したクーラント(矢印F5)は、二次インペラー600によって更にヘッドが付加されて、複数の二次サイクロン300内部に流れ込む(矢印F6x)。
二次サイクロン300内部のクーラントの流れF7xは、第3実施形態で示した二次サイクロン300内部のクーラントの流れF7に対して、二次インペラー600によって加速されている分だけ、圧力が増加している。その他の点については、図26で示すクーラントの流れF7x、F8x、F9xは、図18(第3実施形態)で示すクーラントの流れF7、F8、F9と同様の挙動を示し、同様に流れる。
二次インペラー600によって、二次サイクロン300内の内圧を高めるとともに、二次サイクロン300内に負圧が生じるのを防止するためである。
それに加えて、二次インペラー600によりヘッドが付加されて二次サイクロン300における吐出圧力が上昇するので、トロコイドポンプ9の吸入口10Aに負圧が発生しても、二次サイクロン300内に負圧が生じることはない。そのため、二次サイクロン300内における異物の分離能力が低下することは無い。
第4実施形態における上述した以外の構成及び作用効果については、第3実施形態と同様である。
図27〜図29の第5実施形態において、全体を符合P5で示すポンプ装置は、一次サイクロン200Aの軸方向寸法を、図12〜図20の第3実施形態における一次サイクロン200の軸方向寸法に比較して長く設定している。
そのため、図27〜図29の第5実施形態では、一次サイクロン200Aの下端部が、図12〜図20の第3実施形態に比較して、吐出側(図中下方)へ延長している。
第5実施形態の一次サイクロン200Aは、第3実施形態の一次サイクロン200に比較すると、大径部201から小径部203までは同様の形状であるが、テーパー部204から先端縮径部207までの軸方向寸法が長くなっている。そして、第5実施形態の一次サイクロン200Aの下端200eは、第3実施形態の一次サイクロン200の下端200eよりも、下方に延長している。
図29で示すように、第5実施形態において、一次サイクロン200Aの下端を仕切り板450b近傍の位置まで延長しているため、排出用インペラー400による吸引力(一次サイクロン200Aからのコンタミを含むクーラントの流れF12と、二次サイクロン300からのコンタミを含むクーラントの流れF8を、第2空間Cbへ吸引する力)が減少しても、二次サイクロン300から排出されたコンタミを含んだクーラントの流れF8が一次サイクロン200A内に逆流すること、或いは、一次サイクロン200Aからのコンタミを含むクーラントの流れF12が二次サイクロン300に逆流することが防止される。
また、一次サイクロン200Aからのコンタミを含むクーラントの流れF12が二次サイクロン300に逆流しようとしても、一次サイクロン200Aの下端は仕切り板450b近傍に位置しているので、そのまま、排出用インペラー400の吸引力により、第2空間Cbに流入する。
図27〜図29の第5実施形態における上述した以外の構成及び作用効果以外については、図12〜図24の第3実施形態と同様である。
図30の第6実施形態に係るポンプ装置は、全体が符号P6で示されている。
図30の第6実施形態は、中央ケーシング150における中央部材150bと下方部材150cとの間の円形断面の空間に、二次インペラー600を設けた点で、図27〜図29の第5実施形態とは相違している。
換言すれば、図30の第6実施形態は、図25、図26の第4実施形態と、図27〜図29の第5実施形態を組み合わせた実施形態である。
それに加えて、二次インペラー600によりヘッドが付加されて二次サイクロン300における吐出圧力が上昇するので、トロコイドポンプ9の吸入口10Aに負圧が発生しても、二次サイクロン300内に負圧が生じることはない。
なお、第2実施形態と同様に、第5実施形態においても、二次インペラー600の吐出流量は、トロコイドポンプ9の吐出流量より多く設定されている。
図30の第6実施形態における上述した以外の構成及び作用効果については、図27〜図29の第5実施形態と同様である。
また、図示の実施形態では、作動流体として工作機械のクーラントが例示されているが、実施形態に係るポンプ装置を、下水や汚水、泥流等について使用することも出来る。
Ta・・液面
1・・・電動モーター
1a・・・駆動軸
2・・・台部
4・・・カップリング
4a・・・上部カップリング
4b・・・下部カップリング
6・・・シャフト
6A・・・ポンプシャフト
6B・・・挿通ボルト
6C・・・延長シャフト
6D・・・シート部材
9・・・トロコイドポンプ
10・・ローター
10A・・・ポンプ吸入口
10B・・・ポンプ吐出口
12・・・サイクロンフィルター
15・・・中央ケーシング
15a・・・上方部材
15b・・・中央部材
15c・・・下方部材
20・・・一次サイクロン
20a・・・案内溝
20b・・・一次サイクロン流出口
20c・・・一次サイクロン排出口
20d・・・一次サイクロン吸入口
26・・・サイクロンケーシング
26ST、50・・・ストレーナー
30・・・二次サイクロン
30a・・・二次サイクロン吸入口
30b・・・二次サイクロン流出口
30c・・・二次サイクロン排出口
40、400,400B・・・インペラー
40a・・・インペラー吸入口
45・・・インペラーケーシング
45a・・・インペラー上部ケーシング
45b・・・インペラー下部ケーシング
45c・・・ケーシング吸入口
60・・・ニ次インペラー
60c・・・二次インペラーケーシング
120・・・サイクロンフィルター
150・・・中央ケーシング
150a・・・上方部材
150b・・・中央部材
150c・・・下方部材
150d・・・貫通孔
150f・・・サイクロンケーシング
150g・・・ガイド部材
200・・・一次サイクロン
200a・・・案内溝
200b・・・一次サイクロン流出口
200c・・・一次サイクロン排出口
300・・・二次サイクロン
300a・・・二次サイクロン吸入口
300b・・・二次サイクロン排出口
450・・・インペラーケーシング
450a・・・上部ケーシング
450b・・・仕切り板
450c・・・下部ケーシング
600・・・二次インペラー
Claims (5)
- 容積型ポンプと、容積型ポンプの吸入側に設けたサイクロンフィルターと、サイクロンフィルターの吸入側に設けられた非容積型ポンプを備え、前記サイクロンフィルターは一次サイクロン及び二次サイクロンを含み、一次サイクロン及び二次サイクロンは分離された異物を排出する機構を設けており、前記非容積型ポンプの吐出流量は前記容積型ポンプの吐出流量よりも大きくなる様に設定されており、前記容積型ポンプと前記サイクロンフィルターと前記非容積型ポンプとは垂直方向に直線状に連結して配置されていることを特徴とするポンプ装置。
- 前記一次サイクロンの流出口と前記二次サイクロンの吸入口とを連通する空間に、二次非容積型ポンプを配置した請求項1のポンプ装置。
- 容積型ポンプと、容積型ポンプの吸入側に設けたサイクロンフィルターと、サイクロンフィルターの排出側に設けられた非容積型ポンプを備え、前記サイクロンフィルターは一次サイクロン及び二次サイクロンを含み、一次サイクロン及び二次サイクロンは分離された異物を排出する機構を設けており、前記容積型ポンプと前記サイクロンフィルターと前記非容積型ポンプとは垂直方向に直線状に連結して配置されており、前記非容積型ポンプは一次サイクロン及び二次サイクロンから排出された異物を包含する作動流体を吸引する機能を有していることを特徴とするポンプ装置。
- 前記一次サイクロンの流出口と前記二次サイクロンの吸入口とを連通する空間に、二次回転ポンプを配置した請求項3のポンプ装置。
- 二次サイクロンの排出口が連通している空間と前記非容積型ポンプが収容されている空間とを区画する隔壁が設けられており、一次サイクロンの排出口下端部が前記隔壁近傍まで延在している請求項3、4の何れかのポンプ装置。
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