JP2009007959A - 遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車にはつり合い孔や裏羽根を設けることなく、簡単な構成により、ポンプケースの吸込口側に向かって加わるスラスト荷重を軽減でき、ポンプを長寿命化できる遠心ポンプを提供することを課題とする。
【解決手段】ポンプケース１にポンプ収納部７とポンプ収納部７に開口する吸込口９及び吐出口１１を形成する。ポンプ収納部７に収納した羽根車６をポンプ収納部７に設けた軸体２３により回転自在に軸支する。羽根車６を軸体２３を中心に回転駆動する駆動手段を設ける。羽根車６の外周から送出される流体の送出方向を羽根車６のラジアル方向に対して吸込口９側に傾ける。
【選択図】図１

Description

本発明は遠心ポンプに関する。

従来から、ポンプケースにポンプ収納部とポンプ収納部に開口する吸込口及び吐出口を形成し、ポンプ収納部に羽根車を収納し、駆動手段により羽根車を回転することで、吸込口から流体を吸い込むと共にこの流体を吐出口から吐出する遠心ポンプが知られている（例えば特許文献１）。

この種の遠心ポンプには、図１に示すように羽根車６の中心に設けた軸受２２をポンプ収納部７に設けた軸体２３により回転自在に軸支し、ステータ１３により羽根車６を回転駆動するものがある。このポンプは、駆動時に羽根車６の中心から外周側に向けて流体が送り出されるため、ポンプ収納部７の吸込口９の近傍部分が負圧となり、軸体２３に対して軸方向に支持されていない羽根車６が吸込口９側に移動し、これにより軸受２２の端面が対向するポンプ収納部７の内底面７ｃに摺動して軸受２２やポンプ収納部７の内底面７ｃが磨耗する恐れがあり、このため従来では図１のように軸受２２の端面とポンプ収納部７の内底面７ｃとの間に軸受板２６ｂを配置し、該軸受板２６ｂで羽根車６の軸受２２を受けるようにしている。

しかし、上記軸受板２６ｂを設けたとしても、ポンプの出力を大きくした場合や流体の温度変化により流体の粘度が低下する等した場合には、軸受２２の端面と軸受板２６ｂの間で磨耗が生じ、特に軸受２２の磨耗はポンプ寿命を低下させる大きな要因となる。

また、従来、上記吸込口９側の負圧により生じる羽根車６のスラスト荷重を軽減する手段として、図４のように羽根車６に吸込口９側の空間を吸込口９側の空間とは別の空間に連通させるつり合い孔３９を設けたり、図５のように羽根車６の吸込口９とは反対側の面に裏羽根４０を設けたものがある。例えば特許文献１にはつり合い孔を設けた遠心ポンプが記載されている。

しかし、上記図４及び図５に示す遠心ポンプはつり合い孔３９や裏羽根４０を設けることでポンプ効率が大きく低下するという問題がある。また、つり合い孔３９を設けて吸込口９側の空間に別の空間の圧力が確実に及ぶようにするには構造が複雑化し、特に小型の遠心ポンプにあってはコストが大きくかかる。
特開平８−１５９０８０号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、羽根車にはつり合い孔や裏羽根を設けることなく、簡単な構成によりポンプケースの吸込口側に向かって加わるスラスト荷重を軽減でき、ポンプを長寿命化できる遠心ポンプを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明に係る遠心ポンプは、ポンプケース１にポンプ収納部７とポンプ収納部７に開口する吸込口９及び吐出口１１を形成し、ポンプ収納部７に収納した羽根車６をポンプ収納部７に設けた軸体２３により回転自在に軸支し、羽根車６を軸体２３を中心に回転駆動する駆動手段を設け、羽根車６の外周から送出される流体の送出方向を羽根車６のラジアル方向に対して吸込口９側に傾けて成ることを特徴とする。このように羽根車６の外周から送出される流体の送出方向を羽根車６のラジアル方向に対して吸込口９側に傾けることで、ポンプ駆動時においては、羽根車６に吸込口９側の負圧により生じる羽根車６にかかる力と反対向きの力を与えて、羽根車６からポンプケース１の吸込口９側に向かって加わるスラスト荷重を軽減でき、このスラスト荷重によって生じる羽根車６の軸受２２等の磨耗を防止できてポンプ寿命をのばすことができる。

また、請求項２は請求項１において、ポンプ収納部７の内周面７ａに前記羽根車６の外周から吸込口９側に傾けて送出される流体を受ける受面部３７を形成し、該受面部３７を前記羽根車６から吸込口９側に傾けて送出された流体の送出方向に対して垂直な面として成ることを特徴とする。このようにポンプ収納部７の内周面７ａに流体の送出方向に対して垂直な面からなる受面部３７を形成することで、受面部３７で羽根車６から吸込口９側に傾けて送出された流体を効率良く受け、この反力として羽根車６に対して吸込口９と反対側に向かう力を確実に与えることができる。

請求項１に係る発明では、羽根車の外周から送出される流体の送出方向を羽根車のラジアル方向に対して吸込口側に傾けることで、ポンプ駆動時においては、羽根車に吸込口側の負圧により生じる羽根車にかかる力と反対向きの力を与えて、羽根車からポンプケースの吸込口側に向かって加わるスラスト荷重を軽減でき、このスラスト荷重によって生じる羽根車の軸受等の磨耗を防止できてポンプ寿命をのばすことができる。また、羽根車にはつり合い孔や裏羽根を設ける必要がないのでポンプ効率を向上でき、また、羽根車の出口部分の形状を変える等するだけで容易に実現でき、構造を簡単なものとできてコストの削減及び小型化を実現できる。

また請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の効果に加えて、羽根車に吸込口と反対側に向かう力を確実に付与して、羽根車からポンプケースの吸込口側に向かって加わるスラスト荷重をより一層軽減できる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１に本実施形態の遠心ポンプの一例を示す。この遠心ポンプはコンピュータ等に内蔵される発熱部品を液体で冷却するための冷却循環装置におけるポンプとして利用され、水や不凍液等の冷媒を循環するために用いられる。なお、以下の説明では遠心ポンプの羽根車６の軸方向（即ち軸体２３の軸方向）の一方を上方、反対側の他方を下方として説明する。

外郭を構成するポンプケース１は、上方に開口する円形の凹部４を形成したケース本体２と、ケース本体２の上端部にパッキン５を介して取り付けられて凹部４の上開口を水密的に閉塞する蓋体３とで構成してあり、凹部４の内面と蓋体３とで囲まれた空間であるポンプ収納部７に羽根車６が収納される。即ち本例のポンプ収納部７はケース本体２と蓋体３で構成され、ポンプ収納部７の内周面７ａ及び一方の内底面７ｂは凹部４の内周面及び底面で構成され、ポンプ収納部７の他方の内底面７ｃは蓋体３の下面で構成される。

ポンプケース１の蓋体３には吸込流路８を形成してあり、吸込流路８の一端は外部に連通している。吸込流路８の他端はポンプ収納部７の内底面７ｃの中央部から開口してポンプ収納部７に連通し、この吸込流路８の他端開口で吸込口９を構成している。なお、吸込流路８の吸込口９と反対側の端部は外部配管に接続される接続口を構成する。

ポンプケース１のケース本体２には吐出流路１０を形成してあり、該吐出流路１０の一端は外部に連通している。吐出流路１０の他端はポンプ収納部７の内周面７ａの上端部の周方向の一部から開口してポンプ収納部７に連通し、この吐出流路１０の他端開口で吐出口１１を構成している。なお、吐出流路１０の吐出口１１と反対側の端部は外部配管に接続される接続口を構成する。

ケース本体２の下面には収納凹所１２を形成している。収納凹所１２の上部には内周が凹部４の周壁で構成される環状のステータ用凹部１４を形成してあり、ステータ用凹部１４には駆動手段として磁界を発生させる円筒形状のステータ１３を収納している。収納凹所１２の下部にはステータ１３を制御する制御部１５を設けてあり、ステータ１３及び制御部１５は収納凹所１２の下開口に設けた蓋１６によって閉塞されている。制御部１５は例えばトランスやトランジスタ等の電子部品を備えている。

ポンプ収納部７に収納した流体を吸排するための羽根車６は、例えばＰＰＳ等のプラスチックで構成され、吸込口９側の円板状の前面シュラウド１７と吸込口９とは反対側の後面シュラウド１８とが複数の羽根１９（インペラ）を介して溶着され、羽根１９、１９間の空間が流体通路２０となっている。

上記複数の羽根１９は後面シュラウド１８の中心側から外周側に向けて放射状に延設され、各羽根１９は中心側から外周側に向かうほど羽根車６の回転方向に対して後傾するように湾曲している。

後面シュラウド１８の中心部には軸受嵌入孔３８を貫通形成している。軸受嵌入孔３８は後面シュラウド１８の中心部から下方に突出した小径筒部２１で構成してあり、該軸受嵌入孔３８には焼成カーボン或いはモールドカーボンからなる円筒状の軸受２２を嵌入している。軸受２２の内側には羽根車６の回転中心となる軸体２３を回転自在に挿入してあり、軸受２２は羽根車６が軸方向に移動するすべり軸受となっている。なお、軸受２２の吸込口９側の端部は後面シュラウド１８の上面よりもわずかに突出している。

軸体２３は円柱形状で例えばステンレス等の金属で形成される。軸体２３の下端部はポンプ収納部７の内底面７ｂの中央部に形成した嵌着穴２４に嵌着して固定してある。また、図２に示すように蓋体３の吸込口９の中央に形成されてポンプ収納部７の内底面７ｃを構成する部分（蓋体３から突設したボスの端面部）には、下方に開口する穴からなる軸支持部２５を形成している。軸支持部２５には軸体２３の吸込口９側の端部である上端部をわずかな隙間を介して挿入してあり、この状態で軸体２３はポンプケース１に支持されている。

羽根車６の軸受２２の両端面とこれに対向するポンプ収納部７の内底面７ｂ、７ｃとの間には、セラミック等からなる円環状の軸受板２６ａ、２６ｂを配置している。各軸受板２６ａ、２６ｂの中央孔には前記軸体２３の上端部及び下端部を回転自在に挿通してあり、各軸受板２６ａ、２６ｂで羽根車６の回転により生じるスラスト荷重（軸方向の荷重）を受けて、ポンプ収納部７の内底面７ｂと軸受２２の間、及び内底面７ｃ（詳しくは軸支持部２５の周縁部）と軸受２２の間で磨耗が生じることを防止する。また、羽根車６の軸受板２６ａ、２６ｂによって受けられる部分は羽根車６をラジアル方向において支持する軸受２２で構成されるため、羽根車６に別途スラスト荷重を受けるための受部を設ける必要がなく、単純な構造となってポンプの小型化及び低コスト化を実現できる。

上記後面シュラウド１８の外周側には、羽根車６の中心と同心円状の大径筒部２７が突設され、大径筒部２７の外周側には円筒形状のロータ２８が一体に取り付けられている。ロータ２８は周方向に交互に磁極を形成した永久磁石で構成され、凹部４の周壁を挟んでステータ１３と対向配置されている。なお図中２９は後面シュラウド１８の内周側に設けた通水口であり、羽根車６と凹部４の底面との間にある流体を羽根車６の流体通路２０に戻して吸込口９側と反対側の圧力バランスを調節する。

上記羽根車６の前面シュラウド１７の中心側には、ポンプケース１の吸込口９側に向けて突出して吸込口９に対向する円筒状の吸入口マウス部３０を設けている。吸入口マウス部３０の口径は吸込口９よりも大きく形成され、吸入口マウス部３０の先端部はポンプ収納部７の内底面７ｃに吸込口９を囲むように形成した環状凹所３１に挿入している。

次に動作を説明する。制御部１５によりステータ１３に制御電流が印加されると、ステータ１３が磁界を発生させ、この磁界によりロータ２８が回転駆動する。ロータ２８が回転駆動すると、ロータ２８と一体化された羽根車６が回転駆動する。これにより吸込流路８の吸込口９から流体が吸い込まれて、吸入口マウス部３０を通って羽根車６内の流体通路２０に吸入されると共に回転する複数の羽根１９により外周方向に向かう遠心力が付与されて、吐出流路１０の吐出口１１から吐出される。

ここで、本例の遠心ポンプにあっては、図１に示すように羽根車６の前面シュラウド１７と後面シュラウド１８の間に形成される流体通路２０の下流側端部を除く部分は羽根車６のラジアル方向（軸体２３の軸方向に対して直交する方向）と平行な流路部３６としてあるが、流体通路２０の下流側端部（羽根車６の外側端部）は、流体通路２０の下流端である排出口３２側に行く程羽根車６の軸方向の吸込口９側に位置するよう傾斜した傾斜流路部３３としてあり、これにより羽根車６の外周から送出される流体の送出方向を羽根車６のラジアル方向に対して吸込口９側に傾けている。傾斜流路部３３は、後面シュラウド１８の上面の外周部を外周縁側程上側向かって傾斜する傾斜面３４とすると共に、これに対向する前面シュラウド１７の外周部を傾斜面３４と平行に傾斜して同部下面を傾斜面３５とすることで形成され、傾斜面３４及び傾斜面３５は羽根車６の全周に亘って形成されている。なお、本例の遠心ポンプにあっては、羽根車６の外周面に対向して羽根車６から送出される流体を受ける面であるポンプ収納部７の内周面を羽根車６のラジアル方向に対して垂直な面としている。

上記により、ポンプ駆動時に吸込口９から吸入口マウス部３０を経て流体通路２０の流路部３６に流入した流体の流れは、傾斜流路部３３によって排出口３２から羽根車６の外側に排出される直前で吸込口９側に傾けられ、この後、羽根車６の排出口３２から羽根車６のラジアル方向に対して吸込口９側に傾いた方向に送出される。

このように本例の遠心ポンプにあっては、羽根車６の外周から送出される流体の送出方向を羽根車６のラジアル方向に対して吸込口９側に傾けているので、ポンプ駆動時においては図２のように羽根車６のラジアル方向に対して吸込口９側に所定角度θ°だけ傾いた推進力ｆが得られることとなる。そして、この推進力ｆの分力として、羽根車６のラジアル方向の外側に向かう分力ｆ１（＝ｆ・ｃｏｓθ）と羽根車６の軸方向において吸込口９側に向かう分力ｆ２（＝ｆ・ｓｉｎθ）とが得られ、このうち羽根車６にかかる分力ｆ２（即ち吸込口９側の負圧により生じる羽根車６にかかる力と反対向きの力）により、羽根車６からポンプケース１の吸込口９側に向かって加わるスラスト荷重を軽減でき、このスラスト荷重によって生じる羽根車の軸受等の磨耗を防止できてポンプ寿命をのばすことができる。また、図４及や図５に示すつり合い孔３９や裏羽根４０を設ける必要がないのでポンプ効率を向上でき、また、本例のように羽根車６の出口部分の形状を変えるだけで容易に実現でき、構造を簡単なものとできてコストの削減及び小型化を実現できる。

次に上記とは異なる他例の遠心ポンプについて説明する。なお上記一例と同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

図３に示す本例の遠心ポンプは、ポンプ収納部７の内周面において羽根車６の外周面に対向する部分を羽根車６の外周から吸込口９側に傾けて送出された流体を受ける受面部３７としている。受面部３７はポンプ収納部７の吐出口１１を形成した部分を除く略全周に亘って形成してあり、該受面部３７は、羽根車６の軸方向において吸込口９側に行く程羽根車６側に向かって傾斜しており、傾斜流路部３３の傾斜方向、即ち羽根車６から吸込口９側に傾けて送出された流体の送出方向に対して垂直な面となっている。

このようにポンプ収納部７の内周面７ａに流体の送出方向に対して垂直な面からなる受面部３７を形成することで、受面部３７で羽根車６から吸込口９側に傾けて送出された流体を効率良く受けて、この反力として羽根車６は最大限の推進力ｆを得ることができ、羽根車６からポンプケース１の吸込口９側に向かって加わるスラスト荷重をより一層軽減できる。

本発明の実施の形態の一例の遠心ポンプを示す断面図である。 ポンプ駆動時において羽根車にかかる推進力と、この推進力の分力を示す説明図である。 他例の遠心ポンプの要部拡大図である。 従来のつり合い孔を形成した遠心ポンプの要部拡大断面図である。 従来の裏羽根を形成した遠心ポンプの要部拡大断面図である。

符号の説明

１ ポンプケース
６ 羽根車
７ ポンプ収納部
９ 吸込口
１１ 吐出口
２３ 軸体
３７ 受面部

Claims (2)

1. ポンプケースにポンプ収納部とポンプ収納部に開口する吸込口及び吐出口を形成し、ポンプ収納部に収納した羽根車をポンプ収納部に設けた軸体により回転自在に軸支し、羽根車を軸体を中心に回転駆動する駆動手段を設け、羽根車の外周から送出される流体の送出方向を羽根車のラジアル方向に対して吸込口側に傾けて成ることを特徴とする遠心ポンプ。
2. ポンプ収納部の内周面に前記羽根車の外周から吸込口側に傾けて送出される流体を受ける受面部を形成し、該受面部を前記羽根車から吸込口側に傾けて送出された流体の送出方向に対して垂直な面として成ることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。

Images