JPWO2016002125A1

JPWO2016002125A1 - 渦流ポンプ

Info

Publication number: JPWO2016002125A1
Application number: JP2016530810A
Authority: JP
Inventors: 小林　健太郎; 健太郎小林; 良治今井; 海野　毘; 毘海野; 一則松本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2035-05-21
Also published as: WO2016002125A1; JP6578515B2

Abstract

渦流ポンプであって、放射状に並ぶ羽根溝（２０）を両面外周縁に形成した円板状のインペラ（２）と、インペラ（２）の外周部を囲む渦流室（１３）を有するケーシング（１）とを備える。また、インペラ（２）をケーシング（１）内で回転させる駆動部を備え、回転するインペラ（２）の羽根溝（２０）が、ケーシング（１）の渦流室（１３）から、液体を送り出す渦流ポンプである。また、ケーシング（１）は、渦流室（１３）の内周側にインペラ（２）の両面に対向するライナー部（１４）を備える。また、ライナー部（１４）とインペラ（２）との対向面のいずれか一方に、緩衝材（４）を備える。

Description

本発明は、カスケードポンプと称される渦流ポンプに関する。

渦流ポンプは、両面外周縁に放射状に並ぶ多数の羽根溝を形成した円板状のインペラと、このインペラの外周部を囲む渦流室を有するケーシングとからなる。そして、インペラをケーシング内で軸回りに回転させた時、各羽根溝が渦流室内において液体に連続的な渦流を発生させることで、渦流ポンプは、液体を繰り返し加圧して、渦流ポンプ外に送り出す。

この渦流ポンプでは、そのケーシングにおける羽根溝を囲んでいる渦流室の内周側に、インペラの両面に微小間隔で対向するライナー部が設けられている。これにより、液体の効果的な加圧が得られる。しかし、この対向間隔は、例えば５〜６０μｍに設定されている。この対向間隔が狭いために、インペラの位置が軸方向に少しでもずれたならば、金属製インペラが同じく金属製のケーシングのライナー部に接触して、異音を発生させてしまう。

インペラを回転させて液体を送り出している時には、加圧された液体の圧力がインペラの両面にかかる。このため、インペラの軸方向位置は、液圧によって適切に保たれることが多い。しかし、停止している時には、液圧がかからないために、インペラの軸方向位置は、その軸方向遊びの範囲内で不定となる。このため、次に始動させる際に、インペラとライナー部とが接触した状態で、インペラが回転して異音が発生する虞がある。

特許文献１には、インペラの軸が鉛直方向となる立軸タイプであるために、インペラが回転していない時にはインペラが自重で下方に下がるものにおいて、昇降自在な耐摩耗性突起を、インペラの下方側のライナー部に、耐摩耗性環状体を配した渦流ポンプが示されている。

しかしながら、この渦流ポンプでは、耐摩耗性環状体に接触するように耐摩耗性突起の昇降調節を行うことで、インペラとライナー部とが停止時に固着することを防いでいる。このために、起動時には常に耐摩耗性突起が耐摩耗性環状体に接触した状態でインペラが回転する。したがって、異音の発生の抑止とはならない。

実開昭６３−５１１９１号公報

このように、従来の渦流ポンプは、起動時に異音が発生するという課題を有している。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、インペラとライナー部の接触による異音発生を簡便に防ぐことができる渦流ポンプを提供する。

本発明に係る渦流ポンプは、放射状に並ぶ羽根溝を両面外周縁に形成した円板状のインペラと、インペラの外周部を囲む渦流室を有するケーシングと、インペラをケーシング内で回転させる駆動部とを備える。また、渦流ポンプは、回転するインペラの羽根溝が、ケーシングの渦流室から、液体を送り出す。また、ケーシングは、渦流室の内周側にインペラの両面に対向するライナー部を備える。また、ライナー部とインペラとの対向面のいずれか一方に、緩衝材を備える。

本発明に係る渦流ポンプにおいては、ケーシングのライナー部とインペラとの対向面のいずれか一方に、緩衝材を配置するだけで、ライナー部とインペラとの接触による異音の発生を抑えることができる。

図１は、本発明の実施の形態の渦流ポンプを示す縦断面図である。図２は、本発明の実施の形態の渦流ポンプのカバーを外した状態の斜視図である。図３Ａは、本発明の実施の形態の渦流ポンプの緩衝材の正面図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態の渦流ポンプの緩衝材の正面図である。図４は、本発明の実施の形態の渦流ポンプの他例を示す縦断面図である。図５Ａは、本発明の実施の形態の渦流ポンプのインペラを示す正面図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態の渦流ポンプのインペラを示す断面図である。図６は、本発明の実施の形態の渦流ポンプの別の例のインペラを示す断面図である。図７は、本発明の実施の形態の渦流ポンプの別の例の緩衝材を示す正面図である。図８は、本発明の実施の形態の渦流ポンプの別の例の緩衝材を示す側面図である。図９は、本発明の実施の形態の渦流ポンプの更に別の例の緩衝材を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて、詳述する。なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態の渦流ポンプを示す縦断面図である。図２は、同渦流ポンプのカバーを外した状態の斜視図である。

図１の渦流ポンプは、ケーシング１と、インペラ２とを備えている。インペラ２は、ケーシング１内において、図示しないモータに接続された駆動軸３によって回転される。図１において、メカニカルシール３０は、過流室１３内の流体が駆動軸３から漏れることを防いでいる。

インペラ２は、円板状で、且つ、外周縁の両面に放射状に並ぶ多数の羽根溝２０を備えている。更に、インペラ２は、内周側の座ぐりした凹面部２１に、軸方向に貫通する貫通孔２２を備えている。凹面部２１は、インペラ２と同心の円形もしくはリング状である。

ケーシング１は、モータ側のハウジング１１と、ハウジング１１の開口部に固定されるカバー１２とからなる。インペラ２は、ハウジング１１とカバー１２との間に配置される。そして、インペラ２における羽根溝２０を有する外周部は、ケーシング１に設けられた渦流室１３内に位置する。インペラ２の軸方向から見て優円弧状をなす渦流室１３は、その一端が吸入口１５に連通し、他端が吐出口１６に連通する。図２において、１７は、吸入口１５と吐出口１６との間を仕切る隔壁である。

インペラ２における羽根溝２０の内周側（凹面部２１の外周側）の両面は、ケーシング１に設けたライナー部１４に夫々対向している。なお、ライナー部１４とインペラ２との間のクリアランスは、５〜６０μｍに設定されている。

そして、ここでは、ケーシング１におけるカバー１２側のライナー部１４と対向するインペラ２の両面に、インペラ２と同心で、リング状の緩衝材４を配している。インペラ２の凹面部２１に嵌め込むことで装着された緩衝材４には、樹脂製のものが用いられている。特に、ＰＯＭ（ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｅｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）あるいはＰＥ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ）といった可撓性の高い樹脂材料からなる緩衝材４が好適に用いられる。

ライナー部１４と対向する位置に配された緩衝材４は、その厚みが凹面部２１の深さよりもわずかに大きいため、インペラ２の表面から５〜５０μｍほど突出する。なお、この突出量は、ライナー部１４とインペラ２との対向間隔より小さくしているのはもちろんである。

インペラ２の軸方向位置がずれても、金属製のインペラ２とケーシング１のライナー部１４との接触は、樹脂製の緩衝材４によって抑制される。

また、緩衝材４は樹脂製であることから、インペラ２が緩衝材４に接触しつつ回転しても、異音は殆ど発生しない。なお、インペラ２の回転が定常回転数領域に達すれば、インペラ２の羽根溝２０がケーシング１の渦流室１３内で発生させる液圧がインペラ２の両面に加わって、インペラ２の軸方向位置を安定させる。このために、別途、インペラ２および緩衝材４に、衝撃が加わらない限り、インペラ２が緩衝材４と接触することは殆どない。また、送り出す液体がない状態での運転、いわゆる空運転がなされたとしても、緩衝材４は、インペラ２とライナー部１４との接触による異音発生や、インペラ２とライナー部１４の損傷を抑制することになる。

ここで、緩衝材４をインペラ２の凹面部２１に嵌め込むように配しているのは、緩衝材４として、例えば１ｍｍ以上の厚みを持つものを使えるようにするためである。インペラ２の表面に５〜５０μｍほどの厚みの樹脂製フィルムを貼ることで、緩衝材４を設けた場合、耐久性に問題が生じるが、１ｍｍ以上の厚みを持つものを使うことにより、この問題を避けることができる。

図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の実施の形態の渦流ポンプの緩衝材の正面図である。凹面部２１にリング状の緩衝材４を配置するにあたっては、緩衝材４として、図３Ａあるいは図３Ｂに示すように、凹面部２１の側壁に当たる小突起４０を外周側に設けておくとよい。この場合、小突起４０を含めたリング状緩衝材４の外接円の直径は、凹面部２１の内径よりも１０〜２００μｍ大きい。緩衝材４の弾性が、凹面部２１からの緩衝材４の脱落を防ぐ。したがって、組立時あるいは分解時の作業性が良くなる。小突起４０は、複数個を周方向にほぼ均等に配置することが、同軸度を維持し、摩耗の偏りを無くす点で有利となる。この時、小突起４０の数は３個であることが、偏りを無くすという点や装着作業の点で、望ましい。なお、小突起４０の数は４個以上であってもよい。

以上は、インペラ２の両面に緩衝材４を配した例を示した。駆動軸３が鉛直方向を向いた立軸タイプのものであれば、インペラ２を回転させていない時、インペラ２は自重で下降する。そのため、インペラ２とライナー部１４との接触は、インペラ２の下面側で発生する。この場合、インペラ２の下面側にのみ緩衝材４を配したものとすればよい。

また、駆動軸３が水平方向を向いた横軸タイプのものにおいても、種々の要因でインペラ２の軸方向の位置ずれが一方向に偏る場合がある。例えば、図１に示す形態においては、インペラ２がカバー１２側のライナー部１４に接触する事例が多数あるのに対して、ハウジング１１側のライナー部１４に接触する事例は、これまでのところ見受けられない。また、ケーシング１内面の形状、またはインペラ２の両面の形状等を、インペラ２の軸方向両面において異ならせたりすることで、インペラ２の軸方向の位置ずれを意図的に一方向に偏らせることも可能である。この場合、ライナー部１４と接触する虞のある側のインペラ２の片面にのみ緩衝材４を配置すればよい。図４は、本発明の実施の形態の渦流ポンプの他例を示す縦断面図である。図４の場合、カバー１２側のライナー部１４にインペラ２が接触する虞が高いものにおいて、カバー１２側の面にのみ緩衝材４を配置する。これにより、異音発生を効果的に抑制している。カバー１２側に緩衝材４を配置することは、緩衝材４の装着や交換等の作業の点でも有利である。

緩衝材４はインペラ２側にではなく、ケーシング１のライナー部１４側に配してもよいのはもちろんである。この場合も、ケーシング１のライナー部１４に環状の溝を設けて、この溝内にある程度の厚みを持つ緩衝材４を配置するのが好ましい。ライナー部１４表面から緩衝材４が出る高さは前述のように５〜５０μｍが適当である。

緩衝材４はリング状であることに限定されるものではなく、複数個の突起状の緩衝材４をインペラ２の表面、もしくはライナー部１４の表面に点在させてもよい。図５Ａは、本発明の実施の形態の渦流ポンプのインペラを示す正面図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態の渦流ポンプのインペラを示す断面図である。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、リベット形状の複数個の緩衝材４を、インペラ２に設けた穴に嵌め込み、インペラ２の表面に周方向において等間隔で配置している。これにより、突起状の緩衝材４を容易に設けることができると同時に、緩衝材４の突出高さの管理が容易である。

また、このような緩衝材４の配置は、緩衝材４とライナー部１４、もしくはインペラ２との接触による回転摩擦を低減することができる。図６は、本発明の実施の形態の渦流ポンプの別の例のインペラを示す断面図である。突起状の緩衝材４の先端を、図６に示すように丸めたリベット状のものとすれば、さらに回転摩擦を低減することができる。

図７は、本発明の実施の形態の渦流ポンプの別の例の緩衝材を示す正面図である。リング状の緩衝材４においては、図７に示すように、インペラ２と接触する側の緩衝材４の表面に円柱形状の緩衝用突起５０を配置することが好ましい。この構成によれば、前述と同様に、回転摩擦を低減することができる。

図８は、本発明の実施の形態の渦流ポンプの別の例の緩衝材を示す側面図である。図８に示すように、緩衝用突起５０の先端形状を球面にした緩衝用球面突起５１にすることが好ましい。この構成によれば、インペラ２と緩衝材４の平坦面との隙間を確保することが可能となる。そのため、渦流室内の流体に異物が混入した場合に、インペラ２と緩衝材４の隙間に異物がはまり込み難く、インペラ２が停止することを低減することができる。

図９は、本発明の実施の形態の渦流ポンプの更に別の例の緩衝材を示す正面図である。図９に示すように、緩衝用突起５０を複数の異なる大きさの同心円（第１同心円５２ａ、第２同心円５２ｂ）上に配置することが好ましい。図９の構成によれば、それぞれの円周上に配置された隣り合う緩衝用突起５０の間隔（例えば第１緩衝用突起５０ａと第２緩衝用突起５０ｂとの間隔）が長くなる。このため、インペラ２の回転により、摩耗または切断された緩衝材４の緩衝用突起５０の切断片が、インペラ２の回転方向で隣り合う緩衝用突起５０までに軌道をはずれ、緩衝用突起５０とインペラ２の隙間にはまり込み難くなる。この結果、異物混入によるインペラ２の停止を抑制することができる。

なお、図９の構成は、具体的には以下のように説明できる。複数の緩衝用突起５０は、第１緩衝用突起５０ａおよび第２緩衝用突起５０ｂからなる。第１緩衝用突起５０ａは第１同心円５２ａ上に配置され、第２緩衝用突起５０ｂは第２同心円５２ｂ上に配置される。第１同心円５２ａの中心５３と、第２同心円５２ｂの中心５３とは同じである。第１同心円５２ａの大きさと、第２同心円５２ｂの大きさとが異なる。

以上のように、本実施の形態の渦流ポンプは、放射状に並ぶ羽根溝２０を両面外周縁に形成した円板状のインペラ２と、インペラ２の外周部を囲む渦流室１３を有するケーシング１と、インペラ２をケーシング１内で回転させる駆動軸３に相当する駆動部とを備える。また、渦流ポンプは、回転するインペラ２の羽根溝２０が、ケーシング１の渦流室１３から、液体を送り出す。また、ケーシング１は、渦流室１３の内周側にインペラ２の両面に対向するライナー部１４を備える。また、ライナー部１４とインペラ２との対向面のいずれか一方に、緩衝材４を備える。これにより、ライナー部１４とインペラ２との接触による異音の発生を抑えることができる。

また、緩衝材４は、ライナー部１４もしくはインペラ２に形成された凹面部２１に相当する凹部に嵌め込まれたものであり、緩衝材の厚みは凹部の深さよりも大であればよい。また、緩衝材の厚みと凹部の深さとの差分が、ライナー部１４とインペラ２との間の対向間隔より小であればよい。これにより、インペラ２の軸方向位置がずれても、インペラ２とケーシング１のライナー部１４との接触は、緩衝材４によって抑制される。

また、凹部の深さに対して緩衝材の厚みが５〜５０μｍ大きくてよい。これにより、インペラ２の軸方向位置がずれても、インペラ２とケーシング１のライナー部１４との接触は、緩衝材４によって抑制される。

また、緩衝材４は、インペラ２と同心に配されたリング状であってよい。これにより、ライナー部１４とインペラ２との接触による異音の発生を抑えることができる。

また、凹部はインペラ２と同心の円形もしくはリング状であり、緩衝材４はインペラ２と同心のリング状で、且つ、凹部の側壁に接する複数の突起を外周に備えていてよい。これにより、凹部２１からの緩衝材４の脱落を防ぐことができる。

また、複数の突起は、リング状の緩衝材４の周方向において等間隔に設けられていてよい。これにより、同軸度を維持し、突起の摩耗の偏りを無くすことができる。

また、緩衝材４は、ライナー部１４もしくはインペラ２の表面の複数箇所に配された突起状のものであってよい。これにより、緩衝材４を容易に設けることができると同時に、緩衝材４の突出高さの管理が容易である。

また、緩衝材４は、ライナー部１４もしくはインペラ２に形成された凹部に嵌め込まれているリベット状のものであってよい。これにより、渦流ポンプの回転摩擦を低減することができる。

また、緩衝材４は、インペラ２と同心に配されたリング状であり、緩衝材４の表面に、複数の緩衝用突起５０を設けたものであってよい。これにより、渦流ポンプの回転摩擦を低減することができる。

また、複数の緩衝用突起５０は、球面形状を有してよい。これにより、インペラ２と緩衝材４の平坦面との隙間を確保することが可能となる。そのため、渦流室内の流体に異物が混入した場合に、インペラ２と緩衝材４の隙間に異物がはまり込み難く、インペラ２が停止することを低減することができる。

また、複数の緩衝用突起５０は、複数の異なる大きさの同心円上に配置されたものであってよい。これにより、それぞれの円周上に配置された隣り合う緩衝用突起５０の間隔が長くなる。このため、インペラ２の回転により摩耗または切断された緩衝材４の緩衝用突起５０の切断片が、インペラ２の回転方向で隣り合う緩衝用突起５０までに軌道をはずれ、緩衝用突起５０とインペラ２の隙間にはまり込み難くなる。この結果、異物混入によるインペラ２の停止を抑制することができる。

また、複数の緩衝用突起５０は、第１緩衝用突起５０ａおよび第２緩衝用突起５０ｂからなってよい。第１緩衝用突起５０ａは、第１同心円５２ａ上に配置され、第２緩衝用突起５０ｂは、第２同心円５２ｂ上に配置される。第１同心円５２ａの中心と第２同心円５２ｂの中心は同じで、第１同心円５２ａの大きさと第２同心円５２ｂの大きさが異なる。これにより、それぞれの円周上に配置された隣り合う緩衝用突起５０の間隔（例えば第１緩衝用突起５０ａと第２緩衝用突起５０ｂとの間隔）が長くなる。このため、インペラ２の回転により摩耗または切断された緩衝材４の緩衝用突起５０の切断片が、インペラ２の回転方向で隣り合う緩衝用突起５０までに軌道をはずれ、緩衝用突起５０とインペラ２の隙間にはまり込み難くなる。この結果、異物混入によるインペラ２の停止を抑制することができる。

本発明に係る渦流ポンプは、井戸等における地下水の汲み上げ等に使用される。本発明に係る渦流ポンプは、インペラとインペラの外周部を囲む渦流室を有するケーシングに、インペラと対向するように備えられたライナーが接触する際に、発生する異音を低減することができる。したがって、同様のインペラとライナーを有する渦流ポンプ等に有用である。

１ケーシング
２インペラ
３駆動軸
４緩衝材
１１ハウジング
１２カバー
１３渦流室
１４ライナー部
１５吸入口
１６吐出口
１７隔壁
２０羽根溝
２１凹面部
２２貫通孔
３０メカニカルシール
４０小突起
５０緩衝用突起
５０ａ第１緩衝用突起
５０ｂ第２緩衝用突起
５１緩衝用球面突起
５２ａ第１同心円
５２ｂ第２同心円
５３中心

Claims

放射状に並ぶ羽根溝を両面外周縁に形成した円板状のインペラと、
前記インペラの外周部を囲む渦流室を有するケーシングと、
前記インペラを前記ケーシング内で回転させる駆動部とを備え、
回転する前記インペラの前記羽根溝が、前記ケーシングの前記渦流室から、液体を送り出す渦流ポンプであって、
前記ケーシングは、前記渦流室の内周側に前記インペラの両面に対向するライナー部を備え、
前記ライナー部と前記インペラとの対向面のいずれか一方に、緩衝材を備える渦流ポンプ。
前記緩衝材は、前記ライナー部もしくは前記インペラに形成された凹部に嵌め込まれたものであり、
前記緩衝材の厚みは前記凹部の深さよりも大であり、
前記緩衝材の前記厚みと前記凹部の前記深さとの差分が、前記ライナー部と前記インペラとの間の対向間隔より小である請求項１に記載の渦流ポンプ。
前記凹部の前記深さに対して前記緩衝材の前記厚みが５〜５０μｍ大きい請求項２に記載の渦流ポンプ。
前記緩衝材は、前記インペラと同心に配されたリング状である請求項１に記載の渦流ポンプ。
前記凹部は前記インペラと同心の円形もしくはリング状であり、
前記緩衝材は前記インペラと同心のリング状で、且つ、前記凹部の側壁に接する複数の突起を外周に備えている請求項２に記載の渦流ポンプ。
前記複数の突起は、リング状の前記緩衝材の周方向において等間隔に設けられている請求項５に記載の渦流ポンプ。
前記緩衝材は、前記ライナー部もしくは前記インペラの表面の複数箇所に配された突起状のものである請求項１に記載の渦流ポンプ。
前記緩衝材は、前記ライナー部もしくは前記インペラに形成された凹部に嵌め込まれているリベット状のものである請求項７に記載の渦流ポンプ。
前記緩衝材は、前記インペラと同心に配されたリング状であり、
前記緩衝材の表面に、複数の緩衝用突起を設けた請求項１に記載の渦流ポンプ。
前記複数の緩衝用突起は、球面形状を有する請求項９に記載の渦流ポンプ。
前記複数の緩衝用突起は、複数の異なる大きさの同心円上に配置された請求項９に記載の渦流ポンプ。
前記複数の緩衝用突起は、第１緩衝用突起および第２緩衝用突起からなり、
上記第１緩衝用突起は、第１同心円上に配置され、
上記第２緩衝用突起は、第２同心円上に配置され、
上記第１同心円の中心と上記第２同心円の中心は同じで、上記第１同心円の大きさと上記第２同心円の大きさが異なる請求項９に記載の渦流ポンプ。