JPWO2014208327A1 - 腐食壊食防止構造およびこれを備えるポンプ、並びにポンプの製造方法および補修方法 - Google Patents

Abstract

ケーシングとケーシングリング（ライナーリング）１９が異種金属材料であっても、互いの材料の間の腐食の発生と進展を防止すると共に、腐食の進展によるケーシングとケーシングリング間の隙間を通過する漏れ流れに起因するキャビテーションによる壊食を防止する構造を提供すること。ケーシングとインペラ９との対向部位近傍における壊食防止構造であって、ケーシングと、当該ケーシングに設置されると共に前記インペラ９に対向するケーシングリング１９と、前記ケーシングとケーシングリング１９との間に設けられる電気的絶縁材１７Ａとを備えている。

Description

本願発明は、ケーシングリング（ライナーリング）を用いたポンプに係り、特に、両吸込遠心ポンプ、遠心多段ポンプ、吸込ボリュートを有するポンプなどのように、回転軸に関して半径方向内向き流れがポンプ羽根車の流入部に流入する形式のポンプに深く関連し、ケーシングリング（ライナーリング）における腐食壊食防止構造およびこれを備えるポンプに関する。更には、当該ポンプの製造方法及び補修方法に関する。

ポンプのケーシングリング（ライナーリング）とインペラリング（ウェアリングリング）は、ポンプ羽根車の高圧部と低圧部の境界に存在する。ケーシングリングはケーシングに固定されて回転せず、一方インペラリングは回転軸の回転に従い回転する。このため、基本的にケーシングリングとインペラリングは接触しないように設計され、互いの間にわずかな隙間を持たせている。

例えば、図１０は、半径方向内向き流れがインペラ５９の注入部５９ａに流入する、一般的な形式のポンプである。ポンプの回転軸５７には、図示しない電動モータなどの原動機が係合されている。この原動機の駆動力によりインペラ５９が回転するようになっている。吸込側流路６１を流れる液体は、回転軸５７の半径方向外側から半径方向内向きに流れ込んで、図中矢印Ｃのように羽根車の注入部５９ａに流入する。

吸込側流路６１からインペラ５９に流入した液体は、インペラ５９の回転エネルギーを受けて、遠心力により圧力エネルギーと運動エネルギーが高められた液体となる。この圧力エネルギーを保持するために、吸込側流路６１と吐出側流路６３を隔てるように、ケーシング５３の一部が隔壁６５として形成されている。

このケーシング５３の隔壁６５の端部であって、インペラ５９と対向（場合によっては摺動）する部位に、ケーシングリング６９が設けられる。一方、インペラリング６０がインペラ５９に備えられている。

また別の例として、図１１は両吸込渦巻きポンプ１０１の例を示す断面図である。この図１１に示す両吸込渦巻きポンプ１０１は、上ケーシング１０３と、下ケーシング１０５と、これら両ケーシング１０３，１０５の境界領域に設置される回転軸１０７と、当該回転軸１０７上に設置されるインペラ１０９とを備えている。そして両ケーシング１０３，１０５内には、インペラ１０９を介して吸込側流路１１１と吐出側流路１１３とが形成されている。

インペラ１０９は、図示しない電動モータなどの原動機が係合された回転軸１０７の回転に伴い回転する。この回転によりインペラ１０９は、吐出側流路１１３を中心として両側の吸込側流路１１１から液体を吸い込む。このため、吸込側流路１１１では、半径方向内向き流れがインペラ１０９の注入部１０９ａに流入する。インペラ１０９の回転エネルギーは遠心力として液体に対して与えられ、液体自体の圧力エネルギーと運動エネルギーに変換されている。この圧力を保持するため、吸込側流路１１１と吐出側流路１１３を隔てるように、ケーシング１０３，１０５の一部が隔壁１１５として形成されている。

このケーシング１０３，１０５の隔壁１１５の端部であって、インペラ１０９と摺動する部位は、図１１における領域Ａの拡大図である図１２に詳述されている。この図１２に示されるように、前述した位置関係でケーシングリング１１９がケーシング１０５の一部である隔壁１１５に備えられ、インペラリング１１０がインペラ１０９に備えられている。尚、領域Ａと同じ構造が、図中の回転軸に関して対称の部分と、中心線Ｌに関して対称な部分にもあることは勿論である。

以上、例示したポンプ１０１において、ケーシングリング１１９とインペラリング１１０の対向部位では、両者の間の隙間を通る漏れ流れが高圧側から低圧側に向かって発生する。この隙間は非常に小さく設計されるので、両者が接触することは避けられない。そこで、ケーシングリング１１９は、軸受に要求されるほどの性能が求められる訳ではないが、ポンプ１０１が送液する液体によって潤滑されれば、接触しても問題の無いような材料が選ばれる。このような理由で、ケーシングリング１１９の材料を選ぶことから、多くの場合、ケーシング１０５とケーシングリング１１９は異種金属材料の組み合わせとなる。

ところで、二種の異なる金属が電気的に接した状態で電解質溶液に接触したとき、単独の場合と比較して腐食が助長される。これは、金属間の電位差によりイオン化傾向の強い金属から弱い金属に電子が移動し、電荷を失った金属原子がイオンとして溶液中に溶け出すことによる腐食現象である。例えば、ポンプの材料として広く用いられる鋳鉄は、単独でも溶存酸素を多く含む水にさらされた場合、１年で0.1から0.2mm程度の速度で腐食が進む。しかし、鋳鉄が、ステンレス鋼などの鋳鉄よりも腐食電位が高い（貴な）金属と電気的に接した状態では、腐食がさらに加速され、場合によっては鋳鉄が単独で存在する場合の２倍以上の腐食速度になることもある。このため、長期間にわたってポンプの運転をしたケーシングとケーシングリング間にも、腐食によって隙間が生じ拡大する場合がある。

従来のポンプにおいては、ケーシングリングとケーシング間は、塗装の無い金属加工面同士で直接接触する場合が多かった。例えば、ケーシングが鋳鉄で、ケーシングリングがステンレス鋳鋼の組み合わせを選択した場合、仮に単独の鋳鉄の腐食速度を0.1mm/yとし、ステンレスとの接触による助長率を２倍とすると、10年間で0.1×2×10=2mm程度の隙間がケーシングとケーシングリング間に形成される場合もある。前述のように、ケーシングリングはポンプ内の高圧部と低圧部の間に存在する。このため、ケーシングとケーシングリングの間の隙間が拡大して、高圧部と低圧部が連通して流体がその隙間を通過してしまう。その結果、ケーシングリングとインペラリング間の漏れ流れとは別に、新たな漏れ流れが発生することになる。

さらに、ポンプの揚程が高い場合、高圧側と低圧側の圧力差が大きくなり、漏れ流れが低圧側に噴出する際にきわめて高速となる。このため、ケーシングリングの周囲にキャビテーションを生じさせてしまう。キャビテーションは金属材料を壊食するため、ケーシングリングとケーシングとが接触する部位も含め、その近傍のケーシング表面に壊食を生じさせる場合がある。

特に、ポンプの材料に広く用いられる鋳鉄においては、このような異種金属接触腐食とキャビテーション壊食が重畳された場合の表面の損傷は著しい。このような漏れ流れの増大、およびケーシングの損傷が進展すると、ポンプに要求される性能が満足されなくなる。またポンプケーシングの強度が低下し、より大規模なポンプの破損が生じる可能性も高まる。

また、ポンプは低流量時にインペラ部にキャビテーションを伴った「入口逆流」が生じる場合が多い。流量はインペラよりも下流側に設置されるバルブの開閉によって制限されるようになっているからである。この入口逆流現象は、図１３に示すように、インペラ５９の内部から吸込側流路６１側へ流体が再循環する流れが生じることである。この入口逆流も、その発生場所がケーシングリング６９に近いため、ケーシングリング６９に近い隔壁６５にも接触し、壊食をさらに進展させることになる。

しかしながら、従来の技術で、このようなケーシングとケーシングリング（ライナーリング）間の腐食と重畳されたキャビテーション壊食による表面の損傷を防止するものは知られていない。このため、本願発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ケーシングとケーシングリングが異種金属材料であっても、互いの材料の間の腐食の発生と進展を防止するものである。また、ケーシングとケーシングリング間に生じる隙間における、漏れ流れによるキャビテーション壊食を防止する構造を提供するものである。さらに、ポンプの低流量時にインペラ内にキャビテーションを伴って生じる「入口逆流」の影響によるケーシングリング近傍のケーシング（隔壁）の壊食を防止する構造を提供するものである。

前記課題解決にむけた第１の手段は、ケーシングとインペラとの対向部位近傍における壊食防止構造であって、ケーシングと、当該ケーシングに設置されると共に前記インペラに対向するケーシングリングと、前記ケーシングとケーシングリングとの間に設けられる電気的絶縁材とを備えている、壊食防止構造である。このようにすることで、電気的絶縁材により、ケーシングリングとケーシングの間が電気的に絶縁され、ケーシングリングとケーシング間の異種金属接触腐食が生じず、腐食の進展が抑えられる。更に、電気的絶縁材により、ケーシングリングとケーシング間に隙間を、加圧された液体が流通しないようにすることができる。このため、キャビテーションによる壊食および、それらに起因するケーシングリングとケーシング間の漏れ流れの増大が防止される。

第２の手段は、前記電気的絶縁材は、エポキシ系材料又はシリコン系材料を含む、手段１に記載の腐食壊食防止構造である。ケーシングとケーシングリングの間に、エポキシ系、シリコン系、ＰＴＦＥ材料の少なくとも１つを含む電気的絶縁材を挟み込むことで、ポンプを長期間にわたって運転した場合に、ポンプの振動や摺動時の衝撃や摩擦熱などがあっても、該電気的絶縁材は、割れたり外れたりせず、密着性を維持する。このため、ケーシングとケーシングリングとの隙間を加圧された液体が流通しないように維持し続けるとともに、ケーシングリングとケーシングの電気的接触、電気的導通も防止できる。

第３の手段は、前記ケーシングとケーシンリングの境界面に、シール用のＯリングが配置されている、手段１又は２に記載の腐食壊食防止構造である。このようにすると、ポンプを長期間にわたって運転した場合に、ポンプの振動や摺動時の衝撃や摩擦熱などにより、該電気的絶縁材料が割れたり、ケーシングリングやケーシングから剥離したりしても、Ｏリングによりシール性が維持される。このため、ケーシングリングやケーシングとの隙間を加圧された液体が流通しないように維持し続けるとともに、ケーシングリングとケーシングの電気的接触、電気的導通も防げられる。

第４の手段は、前記ケーシングリングの低圧側には、前記インペラとの対向部位からポンプ主軸の半径方向外方に向かって延びる外縁延長部が設けられている、手段１から３の何れか一項に記載の腐食壊食防止構造である。このようにすることで、ケーシングリングが吸込流路の半径外向きにも広がっており、逆流キャビテーションがケーシングに直接当たらず、ケーシングリングによって保護される。

第５の手段は、前記外縁延長部の先端部における角度と、当該外縁の先端部に対向する前記インペラの外縁の角度とは、差が１０度以内である、手段４に記載の腐食壊食防止構造である。このようにすることで、液体の流れは滑らかになり、段差によって生じる損失が低減される。

第６の手段は、前記ケーシングリングは２つの部材を組み合わせて構成されている、手段１から５の何れか一項に記載の腐食壊食防止構造である。こうすることで、ケーシングと電気的絶縁材が複雑な形状を有していても、それに対応して複雑な形状のケーシングリングを設置することが可能である。また、上ケーシングと下ケーシングとが分離しない形式のポンプにも、容易に複雑な形状のケーシングリングを設置することが可能である。

第７の手段は、手段１から６の何れか一項に記載の腐食壊食防止構造と、前記ケーシングによって回転自在に支持されているポンプ主軸と、該ポンプ主軸に装着されたインペラと、前記ケーシング内部に形成される液体流路、とを備えたポンプである。

第８の手段は、ケーシングとインペラとを備えるポンプの製造方法であって、前記ケーシング備え、前記ケーシングの所定箇所に電気的絶縁材を設け、前記インペラに対向する所定のケーシングリングを、前記電気絶縁材料を介して前記ケーシングに設置する、ポンプの製造方法である。

第９の手段は、ケーシングとインペラとを備えるポンプの補修方法であって、前記ケーシングの所定箇所に電気的絶縁材を設け、前記インペラに対向する所定のケーシングリングを、前記電気絶縁材料を介して前記ケーシングに設置する、ポンプの補修方法である。

以上のような各手段により、例えば、
１）ケーシングリングとケーシング間の腐食の防止、
２）上記腐食に起因するケーシングリングとケーシング間の漏れ流れの防止、
３）漏れ流れによるキャビテーション壊食の防止、さらに
４）低流量時にポンプ吸込み口近傍に生ずる「入口逆流」のキャビテーションによるポンプケーシングリング近傍の壊食を防止、
をすることが可能となる。

本願発明の一実施形態に係る腐食壊食防止構造を具備するポンプの全体断面図である。 図１の領域Ａにおける拡大断面図である。 図１の領域Ａにおける別の実施形態の拡大断面図である。 図１の領域Ａにおける、さらに別の実施形態の拡大断面図である。 図１の領域Ａにおける、さらに別の実施形態の拡大断面図である。 図５のＢ部分の拡大図である。 本願発明の一実施形態とは別の形態のポンプにおける実施形態の拡大断面図である。 本願発明の一実施形態とは別の形態のポンプにおける、別の実施形態の拡大断面図である。 本願発明の一実施形態とは別の形態のポンプにおける、さらに別の実施形態の拡大断面図である。 従来のポンプを示す全体断面図である。 従来のポンプを示す全体断面図である。 図１０に開示したポンプの領域Ａの拡大断面図である。 低流量時にインペラ部にキャビテーションを伴った「入口逆流」の説明図である。

次に、図面を参照しながら、本願発明の一実施形態について説明する。

［全体概要］
図１は、本実施形態に係る両吸込渦巻き型のポンプ１の全体概要を示す断面図である。ポンプ１は、上ケーシング３と、下ケーシング５と、これら両ケーシング３，５の境界領域に設置される回転軸７と、当該回転軸７に設けられるインペラ９とを備えている。そして両ケーシング３，５内には、インペラ９を介して吸込側流路１１と吐出側流路１３とが形成されている。これら吸込側流路１１と吐出側流路１３が流体流路となる。

［ケーシング］
上述したように、本実施形態のポンプ１は、吐出側流路１３を中心として両側から液体を吸い込む形式の両吸込渦巻きポンプである。このため、ケーシング３、５の内部に、吸込側流路１１と吐出側流路１３を隔てる隔壁１５が設けられている。本実施形態の特徴の一つは、このケーシング３，５の隔壁１５の端部であって、インペラ９と対向（摺動）する部位の近傍の構造である。その対向部位を、この図においては、領域Ａとして示している。

［回転軸］
ポンプ１の回転軸７には、図示しない電動モータなどの原動機が係合されている。この原動機の駆動力により、回転軸７に設置されたインペラ９が回転するようになっている。本実施形態のポンプ１では、回転軸７が水平方向に沿って設けられている。このため、インペラ９は回転軸７を横切る垂直面に沿って回転することとなる。ただし、本実施形態における水平方向の回転軸は一例であって、垂直方向やそれ以外の角度方向に沿って設置してもよい。回転軸７は、軸受７ａを介して、上ケーシング３と下ケーシング５の間に挟まれている。この軸受７ａが設置される部位は、基本的にポンプ内部の吸込側流路１１と外部環境との境界となっている。このため、吸込側流路１１内の液体が外部に漏れないように、軸受７ａにはシール構造（図示略）が設けられている。

［インペラ］
インペラ９は、回転軸７の回転に伴い回転し、吐出側流路１３を中心として両側の吸込側流路１１から液体を吸い込む。インペラ９の流入部９ａは回転軸７の近傍に形成されているが、吸込側流路１１は上記流入部９ａよりも半径方向外側まで形成されている。このため、吸込側流路１１では、半径方向内向き流れが、インペラ９の流入部９ａに流入する。インペラ９の回転エネルギーは、内部を流れる流体に対して遠心力として付与される。この遠心力によって運動エネルギーが与えられる。これにより、結果的にはインペラ９の回転エネルギーが圧力エネルギーと運動エネルギーに変換されるのである。従って、吐出側流路１３の圧力は、相対的に吸込側流路１１の圧力より高い圧力となる。この圧力を保持するために、低圧側の吸込側流路１１と高圧側の吐出側流路１３を隔てるように、ケーシングの一部が隔壁１５として設けられているのである。

このケーシング３，５の隔壁１５の端部であって、インペラ９と対向（摺動）する部位（図１の領域Ａ）では、ケーシングの隔壁１５にケーシングリング１９が設けられ、インペラ９にインペラリング１０が備えられている。この点は、図２から図５に示された拡大図の説明で詳述する。尚、領域Ａと同じ構造が、図中の回転軸７に関して対称の部分と、中心線Ｌに関して対称な部分にもあることは勿論である。

［ケーシングリング］
図２に示すように、本実施形態に係るポンプでは、インペラ９とインペラリング１０については従来のものとほぼ同様ではある。一方、ケーシング側の構造が従来のポンプと異なっている。すなわち、ケーシングリング１９とケーシングの隔壁１５の端部との間に、電気的絶縁材１７Ａを設けている点が特徴である。本実施形態の電気的絶縁材１７Ａは半円形状であり、ケーシングリング１９と、隔壁１５のそれぞれに密着するような状態で充填されている。このように、電気的絶縁材１７Ａがケーシングリング１９と隔壁１５に密着しているので、ケーシングリング１９と隔壁１５との間には隙間が形成されず、漏れ流れが発生せず、また両者の電気的接触も防ぐことができる。

電気的絶縁材１７Ａは、絶縁性フィルム、絶縁性塗料、絶縁性接着剤などの樹脂材料を用いることができる。また、繊維強化プラスティックや粒子強化プラスティックも用いることができる。更には、樹脂材料以外でも、絶縁性のある低融点ガラス、セラミック系接着剤などを用いても良い。しかしながら、長期間に及ぶポンプ運転による振動、衝撃、温度変化などに対して、電気的絶縁性維持、シール性維持、寸法精度の維持という機能を保ち続ける必要がある。このため、それに適した材料として、エポキシ系、シリコン系、あるいはＰＴＦＥ系の電気的絶縁材料が好ましい。これらの材料は、水中で使用した場合でも水中への成分の流出や吸収がほとんどないので、長期間にわたって使用しても劣化がほとんどない。

エポキシ系あるいはシリコン系の電気的絶縁材料が、液状あるいはゲル状の絶縁塗料、絶縁性接着剤である場合は、金属面への付着性（親和性）がよい。このため、電気的絶縁材料をケーシングの隔壁１５またはケーシングリング１９の少なくともどちらか一方に塗布し、それらの塗布面を相手面に合わせると、ケーシングの隔壁１５とケーシングリング１９の合わせ面に広がって、両者の間に電気的絶縁材料の膜状の層が形成される。この膜状の層が、本実施形態の電気的絶縁材１７Ａとなる。この膜状の層は次第に硬化がある程度進行し、固体状になる。固体状の膜状の層は、密着強度、破壊強度ともに高い。このため、ポンプを長期間にわたって運転した場合において、ポンプの振動や摺動時の衝撃や摩擦熱などがあっても、該電気的絶縁材１７Ａは、割れたり外れたりせず、密着性を維持する。このため、ケーシングの隔壁１５とケーシングリング１９との間を加圧された流体が流通しないように維持し続けるとともに、ケーシングリング１９と隔壁１５との電気的接触、電気的導通も防止できる。

また、電気的絶縁材料がシリコン系あるいはＰＴＦＥ系であれば、フィルム状にして隔壁１５とケーシングリング１９の合わせ面の間に挟みこむことも好ましい。シリコン系（ＰＴＦＥ系）は、硬化しても粘弾性を失わないので、金属面の表面粗さが少なければ金属面に密着する。また、隔壁１５とケーシングリング１９の合わせ面の形状が標準化されていれば、あらかじめシリコン系フィルムを成型したものを用意することで、隔壁１５とケーシングリング１９の間に挟みこむ作業も効率的となる。この点で、絶縁塗料、絶縁性接着剤の塗布作業ではおこりがちな塗布量の不均一といったことがない。尚、電気的絶縁材料の充填の厚みは、例えば0.005ｍｍから2ｍｍの範囲が好ましいが、0.05ｍｍ以上はフィルム状の方が好ましく、0.05ｍｍ未満の場合は絶縁塗料、絶縁性接着剤の塗布が好ましい。

なお、電気的絶縁材１７Ａは、隔壁１５およびケーシングリング１９との密着性を確保するために、その断面形状が矩形波状となっている。こうすることで、隔壁１５やケーシングリング１９に衝撃等が加わった場合でも、電気的絶縁材料が隔壁１５等から剥離するのが防止される。但し、当該断面形状は一例であって、本発明がこれに限定される訳ではない。

図３は、第２の実施形態を示す図である。この実施形態は、前記電気的絶縁材１７に加えて、電気的絶縁性のＯリングが装着された腐食壊食防止構造である。すなわち、ケーシングリング１９の外周面にＯリング溝２３ａが形成され、このＯリング溝２３ａにＯリング２３ｂが嵌め込まれている。ポンプを長期間にわたって運転した場合に、ポンプの振動や摺動時の衝撃や摩擦熱などにより、電気的絶縁材料１７Ｂが割れたり、ケーシングリング１９やケーシング１５から剥離したりすることが考えられる。この場合でも、Ｏリングによりシール性を維持することができる。このため、ケーシングリング１９と隔壁１５の間に隙間が形成されたとしても、この隙間を液体が通過しないようにシール性を維持し続けることができる。それと共に、ケーシングリング１９とケーシングの隔壁１５とが電気的接触をしないように更に補強する。

このＯリングを用いる実施形態の場合は、Ｏリングが漏れ流れを防止するようにシール性の維持を担っている。このため、ケーシングリング１９と隔壁１５との合わせ面の間に挟みこむ電気的絶縁材１７Ｂは、合わせ面との密着性をそれほど要求されない。但し、Ｏリングを使用する場合、一定以上のシール性を確保するために、Ｏリング自体が潰れることを前提としている。この場合、Ｏリングを支点としたＯリング前後（図３においては、Ｏリングの左右）において、ケーシングリング１９と隔壁１５との当接圧力は均一ではない。このため、ケーシングリング１９と隔壁１５の合わせ面の間に挟みこむ電気的絶縁材１７は、ケーシングリング１９と隔壁１５が一点でも接触しないようにし、かつ、それらの合わせ面にかかる当接圧力を受け止めるために、０．０５ｍｍから１０ｍｍ程度の厚みとして成型されシリコン系あるいはＰＴＦＥ系の部品として嵌め込むことも望ましい。

図４は、第３の実施形態を示している。この実施形態では、ケーシングリング１９の低圧（吸込側流路１１）側の外縁が、回転軸の半径方向外側に延びている腐食壊食防止構造を示す。以下、延びている部分を外縁延長部１９Ａと称する。ケーシングリング１９の低圧側の外縁延長部１９Ａは、ケーシングの隔壁１５を広い範囲で覆っている。このようにすることで、ポンプの低流量運転時にインペラ９から吸込側流路１１にキャビテーションを伴った入口逆流が生じても、ケーシングリング１９が隔壁１５を保護するので、壊食の進展を防ぐことができる。

外縁延長部１９Ａの回転軸に関する半径方向外側への延びは、インペラ９の流入部９ａの直径の１．５倍程度までの直径で充分である。本実施形態では、外縁延長部１９Ａと隔壁１５との間にも、所定厚さの電気的絶縁材１７Ｃが充填されている。このような外縁延長部１９Ａを形成することで、ケーシングリング１９を壊食に強い金属、例えばステンレス鋳鋼で構成し、ケーシング（隔壁１５）をステンレス鋳鋼よりも壊食に弱いが汎用的な金属、例えば鋳鉄で構成しても、キャビテーション壊食から隔壁１５を守ることができる。なお、両吸込渦巻遠心ポンプや吸込みボリュートを有するポンプでは、ポンプの回転軸に対して吸込流路が必ずしも軸対称ではなく、非軸対称である場合が多いが、このような場合は、吸込流路と外縁延長部１９Ａが滑らかに接続するよう、外縁延長部形状を吸込流路形状に合わせて非軸対称に製作するのが望ましい。

図５は、第４の実施形態を示している。この実施形態では、ケーシングリング１９の低圧側、すなわち吸込側流路１１の側の外縁において、近接するインペラ９の流入部９ａ側に向いたケーシングリング１９の外縁の傾きと、インペラ９の流入部９ａのケーシングリング１９側に向いた外縁の傾きとの差が、約１０度以内である腐食壊食防止構造である（図中の領域Ｂ）。

図６は、図５の領域Ｂを拡大した図である。図６では、ケーシングリング１９の低圧側外縁で、近接するインペラ９の流入部側に向いた外縁の傾き角をα’度とし、インペラ９の流入部のケーシングリング１９側に向いた外縁の傾き角をα度としている。ここで、α−α’の絶対値が１０度以内となるように角度を設定することで、液体の流れは滑らかになり、段差によって生じる損失が低減される。

図７は、半径方向内向き流れがインペラ９の流入部９ａに流入する形式のポンプに、本実施形態に係る腐食壊食防止構造を適用した例について、その主要部分を示した図である。当該実施形態の電気的絶縁材１７Ｅは、断面がＬ字形状となっている。ポンプの回転軸７には、図示しない電動モータなどの原動機が係合されており、この原動機の駆動力によりインペラ９を回転させるようになっている。内部の流路を流れる液体は、サイドカバー１４とケーシングの隔壁１５の間の吸込側流路１１を通り、回転軸７の外側から半径方向内向きに流れ込む。そして、図中矢印Ｃのようにインペラ９の流入部９ａに流入する。

吸込側流路１１からインペラ９に流入した液体は、インペラ９の回転エネルギーを受けて、遠心力により圧力エネルギーと運動エネルギーを高められた液体に変換される。吐出側流路１３の圧力は相対的に吸込側流路１１より高い圧力となっており、この圧力を保持するため、吸込側流路１１と吐出側流路１３は、ケーシング部の隔壁１５により隔てられている。尚、本実施形態のポンプでは、回転軸７が水平方向に沿って設けられているため、インペラ９は回転軸７を横切る垂直面に沿って回転することとなる。ただし、本実施形態における水平方向の回転軸は一例であって、垂直方向やそれ以外の角度方向に沿って設置してもよい。

このケーシングの隔壁１５の端部であって、インペラ９と対向する部位で、ケーシングリング１９がケーシングの隔壁１５に備えられ、インペラリング１０がインペラ９に備えられている。ケーシングリング１９とケーシングの隔壁１５の端部との間には、電気的絶縁材１７が設けられており、この電気的絶縁材１７Ｅは、ケーシングリング１９とケーシングの隔壁１５に密着するように充填されている。電気的絶縁材１７Ｅがケーシングリング１９と隔壁１５に密着しているので、ケーシングリング１９と隔壁１５の間に隙間が形成されず、流体の漏れ流れを防止し、ケーシングリング１９と隔壁１５との電気的接触も防げる。

電気的絶縁材１７Ｅは、絶縁性フィルム、絶縁塗料、絶縁性接着剤など、いかなる樹脂材料を用いても良く、繊維強化プラスティックや粒子強化プラスティックとして形成してもよい。また、樹脂材料以外でも、絶縁性のある低融点ガラス、セラミック系接着剤などを用いても良い。しかし、長期間に及ぶポンプ運転における振動や衝撃、温度変化を吸収して、電気的絶縁維持、シール性維持、寸法精度維持という機能を保ち続ける必要がある。このため、それに適した材料として、エポキシ系、シリコン系、あるいはＰＴＦＥ系の電気的絶縁材料が好ましい。これらの材料は、水中で使用した場合にも、水中への成分の流出や吸収がほとんどないので、長期使用でも劣化がほとんどない。

エポキシ系あるいはシリコン系の電気的絶縁材料は、液状あるいはゲル状の絶縁塗料、絶縁性接着剤であれば、金属面に付着性（親和性）が良い。このため、ケーシングまたはケーシングリングのどちらか一方あるいは両方にこれを塗布し、それらの塗布面を相手面に合わせるとケーシングとケーシングリングの合わせ面に塗布剤が広がって両者の間に電気的絶縁材料の膜状の層が形成される。この膜状の層は次第に硬化がある程度進行し、固体状になる。固体状の膜状の層は、密着強度、破壊強度ともに高く、ポンプを長期間にわたって運転した場合に、ポンプの振動や摺動時の衝撃や摩擦熱などがあっても、該電気的絶縁材料は、割れたり外れたりせず、密着性を維持する。このため、ケーシングリングとケーシングとの間に隙間が形成されず、液体の漏れ流れが発生しないように維持し続けるとともに、ケーシングリングとケーシングとの電気的接触、電気的導通も防げられる。

また、電気的絶縁材料がシリコン系あるいはＰＴＦＥ系であれば、フィルム状にしてケーシングとケーシングリングの合わせ面の間に挟みこむことも好ましい。シリコン系あるいはＰＴＦＥ系は、硬化しても粘弾性を失わないので、上記合わせ面の表面粗さが少なければ合わせ面に密着する。このため、ケーシングとケーシングリングの合わせ面の形状が標準化されていれば、あらかじめシリコン系フィルムを成型したものを用意することで、ケーシングとケーシングリングの間に挟みこむ作業も効率的で、絶縁塗料、絶縁性接着剤の塗布作業ではおこりがちな塗布量の不均一といったことが生じない。尚、電気的絶縁材１７Ｅの充填厚みは、0.005ｍｍから2ｍｍ程度の範囲が好ましいが、0.05ｍｍ以上はフィルム状の方が好ましく、0.05ｍｍ未満の場合は絶縁塗料、絶縁性接着剤の塗布が好ましい。

図８は、図７に開示した電気的絶縁材１７Ｆに加えて、電気的絶縁性のＯリング２３ｂを装着した腐食壊食防止構造である。Ｏリング２３ｂは隔壁１５に形成されたＯリング溝２３ａに装着されている。ポンプを長期間にわたって運転した場合に、ポンプの振動や摺動時の衝撃や摩擦熱などにより、該電気的絶縁材料１７Ｆが、割れたり、ケーシングリング１９やケーシング１５から剥離する場合もある。この場合でも、Ｏリング２３ｂによりシール性を維持しているので、隙間に液体が流通しないように維持し続けるとともに、ケーシングリング１９とケーシングの隔壁１５が電気的接触をしないように更に補強する。

Ｏリング溝２３ａを形成するのは、ケーシングリング１９側でも、ケーシング１５側でもどちらでも良い。尚、この場合は、電気的絶縁性のＯリング２３ｂがシール性の維持を担っているので、電気的絶縁材１７Ｆは、合わせ面との密着性をそれほど要求されない。但し、Ｏリング２３ｂを使用する場合にはＯリング自体の所定量の潰れを前提とするので、Ｏリング２３ｂを支点としたＯリング前後（図ではＯリングの左右）のケーシングリング１９とケーシング１５による接触圧力のかかり方は均一ではない。そのため、電気的絶縁材１７Ｆは、ケーシングリング１９とケーシングの隔壁１５が一点でも接触しないように、かつ、それらの合わせ面にかかる接触圧力を受けるために、０．０５ｍｍから１０ｍｍの厚みとした成型されシリコン系あるいはＰＴＦＥ系の部品としてはめ込むことも望ましい。

図９は、ケーシングリング１９ａの低圧側、すなわち吸込側流路１１の側の外縁が、ポンプ軸の半径方向外側に延びている腐食壊食防止構造を示す。この延びている部分は、外縁延長部１９Ａである。ケーシングリング１９は、第１部材１９ａと第２部材１９ｂの二つの部分に分かれている。このため、図のように電気的絶縁材料１７Ｇの接合形状が複雑な場合でも、インペラ９側に第１部材１９ａを配置し、吸込側流路１１の側に第２部材１９ｂを配置し、これらをネジ２１にて固定して組み立てることができる。

上記腐食壊食防止構造は、上ケーシングと下ケーシングとが分離しない形式のポンプ（輪切り型など）においても、外縁延長部１９Ａを備える腐食壊食防止構造の組立てを可能にする。また、ケーシングリング１９の第２部分１９ｂの低圧側は、隔壁１５を広い範囲で覆っている。このようにすることで、ポンプの低流量運転時にインペラ９から吸込側流路１１にキャビテーションを伴った入口逆流が生じても、第２部分１９ｂが隔壁１５を保護するので、壊食の進展を防ぐことができる。ケーシングリング１９の第２部分１９ｂを壊食に強い金属、例えばステンレス鋳鋼製とし、ケーシングの隔壁１５をケーシングリング１９の第２部分１９ｂよりも壊食に弱いが汎用的な金属、例えば鋳鉄製としても、キャビテーション壊食からケーシングの隔壁１５を守ることができる。

以上の説明は、ポンプの腐食壊食防止構造として記載している。しかしながら、本願発明は、ポンプの製造方法として定義することもできる。すなわち、ケーシングとインペラとを備えるポンプの製造方法であって、前記ケーシング備え、前記ケーシングの所定箇所に電気的絶縁材を設け、前記インペラに対向する所定のケーシングリングを、前記電気絶縁材料を介して前記ケーシングに設置する、ポンプの製造方法である。なお、上述の発明を実施するための形態で説明した様々な特徴点は、当該ポンプの製造方法と組み合わせて適用することが可能である。

更に本発明は、ポンプの補修方法としても定義することができる。すなわち、ケーシングとインペラとを備えるポンプの補修方法であって、前記ケーシングの所定箇所に電気的絶縁材を設け、前記インペラに対向する所定のケーシングリングを、前記電気絶縁材料を介して前記ケーシングに設置する、ポンプの補修方法である。なお、当該補修はポンプを一旦分解してから行われる。なお、上述の発明を実施するための形態で説明した様々な特徴点は、当該ポンプの補修方法と組み合わせて適用することが可能である。

本発明は、図１および図９に示す実施形態に限らず、液体を加圧して移送するポンプで、ケーシングとケーシングリング（ライナーリング）が異種金属材料であるポンプについて、腐食壊食対策に利用することができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。また、上記実施形態で説明した各発明特定事項は、発明として成立することを前提として、単独あるいは任意の組み合わせによって本願発明を構成する。

１ ポンプ
３ 上ケーシング
５ 下ケーシング
７ 回転軸
９ インペラ
９ａ 流入部
１０ インペラリング
１１ 吸込側流路
１３ 吐出側流路
１５ ケーシングの隔壁
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ，１７Ｆ，１７Ｇ 電気的絶縁材
１９ ケーシングリング
１９Ａ 外縁延長部
２１ ネジ
２３ａ Ｏリング溝
２３ｂ Ｏリング溝

Claims (9)

1. ケーシングとインペラとの対向部位近傍における壊食防止構造であって、
   ケーシングと、当該ケーシングに設置されると共に前記インペラに対向するケーシングリングと、前記ケーシングとケーシングリングとの間に設けられる電気的絶縁材とを備えている、腐食壊食防止構造。
2. 前記電気的絶縁材は、エポキシ系、シリコン系、ＰＴＦＥ系材料の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の腐食壊食防止構造。
3. 前記ケーシングとケーシンリングの境界面に、シール用のＯリングが配置されている、請求項１又は２に記載の腐食壊食防止構造。
4. 前記ケーシングリングの低圧側には、前記インペラとの対向部位からポンプ主軸の半径方向外方に向かって延びる外縁延長部が設けられている、請求項１から３の何れか一項に記載の腐食壊食防止構造。
5. 前記外縁延長部の先端部における角度と、当該外縁の先端部に対向する前記インペラの外縁の角度とは、差が１０度以内である、請求項４に記載の腐食壊食防止構造。
6. 前記ケーシングリングは２つの部材を組み合わせて構成されている、請求項１から５の何れか一項に記載の腐食壊食防止構造。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載の腐食壊食防止構造と、前記ケーシングによって回転自在に支持されているポンプ主軸と、該ポンプ主軸に装着されたインペラと、前記ケーシング内部に形成される液体流路、とを備えたポンプ。
8. ケーシングとインペラとを備えるポンプの製造方法であって、
   前記ケーシング備え、
   前記ケーシングの所定箇所に電気的絶縁材を設け、
   前記インペラに対向する所定のケーシングリングを、前記電気絶縁材料を介して前記ケーシングに設置する、ポンプの製造方法。
9. ケーシングとインペラとを備えるポンプの補修方法であって、
   前記ケーシングの所定箇所に電気的絶縁材を設け、
   前記インペラに対向する所定のケーシングリングを、前記電気絶縁材料を介して前記ケーシングに設置する、ポンプの補修方法。

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