JP2009092049A - 両吸込形渦巻ポンプおよびその性能調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車のケーシングへの挿抜を容易にしながら軸スラストをバランスさせたポンプを実現できるプルアウトタイプのポンプを提供する。その際にポンプ性能調整するための羽根車の外形カットができるようにする。
【解決手段】ポンプは両吸込のケーシング１を鋳物で一体に形成し出口部ｃの上下部に羽根車リング４，５を設けた両吸込の羽根車７とポンプ軸８及びトップカバー１０とを一体的に結合してケーシング１に羽根車７を挿嵌してなり、羽根車出口部ｃの上下部直径Ｄ，ｄは同一とし、上下部の羽根車リング４及び５によって羽根車出口部ｃの上下部摺動部直径Ｄ１，ｄ１に差を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は回転部分をケーシングの上方に抜出し可能なプルアウトタイプの両吸込形渦巻ポンプおよびその性能調整方法に関する。

従来、両吸込のケーシングを鋳物で一体に形成し、該ケーシングの内部に上下ケーシングリングを設け、これに嵌合する上下インペラーリング（羽根車リング）を設けたインペラー（羽根車）とポンプ軸及びトップカバーとを一体的に結合して、前記ケーシングにインペラーを挿嵌してなるプルアウトタイプの立軸両吸込形渦巻ポンプが知られている。

また、ケーシングリングの直径を下段より上段を大径に形成し、上段はインペラーの出口部に、下段は入口部に嵌合するように、上下インペラーリングを嵌装して、インペラーの挿嵌を容易にする技術（特許文献１）があった。一方、ケーシングリング及びインペラーリングも上下同一直径として、ポンプの軸スラストのバランスが崩れる等の問題を解決する技術（特許文献２）があった。この技術はインペラー出口部の上下部にポンプ軸と同心な円筒面上に位置するフランジ部を設けてインペラーリングを嵌装するため、ポンプ性能を調整するためのインペラーの外形カットができない。
実公昭４９−３６４８３号公報 実開昭５３−１４５２０１号公報

本発明の解決課題はインペラーのケーシングへの挿嵌を容易にするために摺動部直径に差を設けると、軸スラストをバランスさせたポンプを実現できず、インペラーの軸スラストをバランスさせたポンプ設計を行うと、インペラーのケーシングへの挿嵌を容易にできない点にある。

また、本発明の解決課題は、軸スラストをバランスさせた両吸込形渦巻ポンプの性能調整を行う点にある。

本発明の目的は羽根車のケーシングへの挿抜を容易にしながら、軸スラストをバランスさせたポンプを実現できる両吸込形渦巻ポンプを提供することにある。また、そのポンプの性能調整方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の両吸込形渦巻ポンプは、両吸込形の羽根車の出口部の両端に羽根車リングを設け、前記羽根車をポンプケーシングの一側面に設けた開口部から挿嵌してなる両吸込形渦巻ポンプであって、前記開口部側の羽根車リング直径を、前記羽根車出口部の直径よりも大とし、他端側羽根車リング直径を、前記羽根車出口部の直径以上の大きさとするとともに、前記開口部側の羽根車リング直径を他端側羽根車リングよりも大にして、羽根車リングによって羽根車リングの両端摺動部直径に差を設けることを特徴とする。

上記構成によって羽根車のケーシングへの挿抜を容易にしながら、軸スラストをバランスさせたポンプを実現できる。

本発明において、羽根車出口部と羽根車リングとの接合面が羽根車からの流体吐出方向と略一致する面内にあることが望ましい。該構成によってポンプ性能を調整するための羽根車の外形カット代を大きくすることができるので、性能調整巾を拡大できるようになる。

また、羽根車リングの断面形状は羽根車出口部の両端との接合部外周部から立上がりポンプ軸と同心な円筒面上に位置する摺動部を設けたＬ形に形成する構成とするこが望ましい。該構成によって羽根車リングの質量を抑えて羽根車との接合部及びケーシングとの摺動部を広く形成できる。

また、本発明の両吸込形渦巻ポンプの性能調整方法は、両吸込形の羽根車の出口部の両端に羽根車リングを設け、前記羽根車をポンプケーシングの一側面に設けた開口部から挿嵌してなる両吸込形渦巻ポンプの性能調整方法であって、前記開口部側の羽根車リング直径を、前記羽根車出口部の直径よりも大とし、他端側羽根車リング直径を、前記羽根車出口部の直径以上の大きさとして、羽根車出口部直径の調整代を設けるとともに、前記開口部側の羽根車リング直径を他端側羽根車リングよりも大に構成し、羽根車出口部の両端をカットすることにより、羽根車リングの両端摺動部直径を変えることなく、両吸込形渦巻ポンプの性能を調整することを特徴とする。

上記方法によって軸スラストをバランスさせたままポンプ性能を調整することができる。

以上のように本発明によれば、羽根車のケーシングへの挿抜を容易にしながら、軸スラストをバランスさせたポンプを実現できる。また、羽根車の外形をカットすることにより、軸スラストをバランスさせたままポンプ性能を調整することができる。

本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るポンプの縦断面図、図２は図１の羽根車の拡大図、図３は図１の回転部分を抜出した状態の縦断面図である。

本実施形態はプルアウトタイプの立軸両吸込形渦巻ポンプで、図１において、１は複数に分割することなく鋳物で一体に形成した両吸込のケーシングであって、内部に鉛直なポンプ軸（立軸）８と同心の円筒面上にあり、かつ、下より上が大径のケーシングリング２及び３を上下に設け、これに羽根車リング（インペラーリング）４及び５を備えた羽根車７が挿嵌できるように、上端（ケーシング１の一側面）には回転部分出入用の開口部６を設けてある。

７は両吸込の羽根車（インペラー）であって、水を上下部の入口部ａ，ｂからポンプ軸８の軸方向に沿って対称に吸込み、内部で半径方向外側へ流し、外周部の出口部ｃから流出させる。この羽根車７は出口部ｃの上下部に羽根車リング４及び５を嵌装して、上下部の羽根車入口部ａ，ｂには嵌装しないことにより、この上下部の羽根車入口部ａ，ｂにポンプ効率向上や吸込性能を向上させるための吸込部７０及び７１を設けてある。本実施形態では吸込部７０及び７１は羽根車７とは別個に構成した吸込リングを上下部の羽根車入口部ａ，ｂに嵌装して設けたが、上下部の羽根車入口部ａ，ｂに一体に形成してもよい。また、流れの乱れが少なくなるので、エロージョンを低減する効果もある。

ここで、図２に示すように、羽根車出口部ｃの上下部直径（外径）Ｄ，ｄは同一とし、差は設けないが、上下部の羽根車リング４及び５によって羽根車出口部ｃの上下部摺動部直径Ｄ１，ｄ１に、上下部のケーシングリング２及び３の内径差と同じ差を設け、水力アンバランスや回転体質量による軸スラストをバランスさせたポンプ設計を実現できる。そして、羽根車出口部ｃの上下部直径Ｄ，ｄを同一とした両吸込の羽根車７を、上下部の羽根車リング４及び５を介してケーシング１に容易に挿抜できるようにしてある。すなわち羽根車出口部ｃの上下部に嵌装する羽根車リング４及び５の上部羽根車リング直径（外径）Ｄ２を羽根車出口部ｃの上下部直径Ｄ，ｄより大径にし（Ｄ２＞Ｄ，ｄ）、下部羽根車リング直径（外径）ｄ２を上部羽根車リング直径Ｄ２未満で羽根車出口部ｃの上下部直径Ｄ，ｄ以上にして（ｄ≦ｄ２＜Ｄ１）、上部羽根車リング直径Ｄ２が羽根車出口部ｃの上部摺動部直径Ｄ１になり、下部羽根車リング直径ｄ２が羽根車出口部ｃの下部摺動部直径ｄ１なるようにしてある。なお、この例では羽根車出口部ｃの上下部直径Ｄ，ｄを同一としたが、これに限定されるものではない。

また、羽根車出口部ｃの上下部（羽根車７の最外周部）に、ポンプ軸８と垂直又はやや傾斜した平面内に位置して外表面に羽根車リング４及び５を嵌装する浅いリング溝７２及び７３を設けた羽根車リング嵌装部７４及び７５を設けてあり、ポンプ軸８と同心な円筒面上に位置してケーシングリング２及び３に相対する羽根車リング嵌装部は設けないが、厚み方向をポンプ軸８の軸方向に一致させた羽根車リング４及び５をリング溝７２及び７３に嵌装し、ポンプ軸８と垂直な平面内で、羽根車出口部ｃの上下部と羽根車リング４及び５とを接合させ、羽根車出口部ｃの上下部から半径方向外側に突出した羽根車リング４及び５の外周部の端面（羽根車リング４及び５の外周面）を、上下部のケーシングリング２及び３の内周面に摺動隙間（クリアランス）を設けて相対させて、羽根車リング嵌装部７４及び７５によってポンプ性能調整するための羽根車７の外形カット代Ｔ（図２の斜線で示す部分）と、それを差し引いても十分な接合面積が確保できる羽根車出口部ｃの上下部と羽根車リング４及び５との接合代Ｓを取るようにしてある。したがって、羽根車リング４及び５の上部羽根車リング内径Ｄ３及び下部羽根車リング内径ｄ３はリング溝７２及び７３の内径に合わせてある。

さらに、上下部の羽根車リング４及び５の断面形状は羽根車出口部ｃの上下部との上記のような接合部４０及び５０の外周部から直角に立上がりポンプ軸８と同心な円筒面上に位置する摺動部４１及び５１を設けたＬ形に形成しており、接合部４０及び５０の外周面を含む摺動部４１及び５１の外周面をケーシングリング２及び３の内周面に摺動隙間を設けて相対させるようにしてある。このようにＬ形に形成することで羽根車リング４及び５の質量を大きく増加させることなく、ケーシング１との摺動部４１及び５１の面積を広くすることができるが、羽根車リング４及び５は断面Ｌ形に限定されるものではなく四角形断面であってもよい。また、羽根車出口部ｃと羽根車リング４及び５との接合面は、本実施形態では主としてポンプ軸８と垂直な平面内にあるが、羽根車７からの流体の吐出方向と略一致する面内にあればよく、やや傾斜した面であってもよい。

図１において、前記ポンプ軸８はその下部に羽根車７をポンプ軸８に対して空転しないよう図示しない羽根車キーを介して取付け、その上方部にトップカバー１０をブッシュ１１及び封水部１２を介して一体的に締結してある。また、ポンプ軸８の下端はそこに水中軸受１４を嵌装して、ケーシング１の底部に凹状に設けた軸受部１５に挿嵌支持してある。

また、ポンプ軸８の上部はそこに軸受１８及び１９を上下に嵌装する。

さらに、ポンプ軸８の上端にはポンプ軸８と図示しない電動機軸との間に介在して両者を同軸上で一体に結合するための軸継手２４（図はポンプ軸８側の軸継手のみを示す）をポンプ軸８に対して空転しないよう図示しない軸継手キーを介して取付けてある。電動機を直結したり、中間軸継手を介して電動機と結合したり、電動機でなく減速機など色々な方式がある。

上記のように構成したポンプを図示しない電動機を作動して運転すればケーシング１内で羽根車７が回転し、その回転により吸込口Ａより両吸込作用をして次第に吐出口Ｂより吐出するものである。この際、羽根車出口部ｃの上下部に羽根車リング４及び５を嵌装して、上下部の羽根車入口部ａ，ｂに吸込羽根リングたとえばベルマウス形状の吸込部７０及び７１を設けてあるので、ポンプ効率向上、羽根車７のエロージョン防止や吸込性能を向上させることができる。ポンプの軸スラストを支えている軸受１８又は１９の耐久性向上及び小型化を図ることができ、その上にポンプの回転部分の回転が円滑でポンプ効率を向上させることができる。

また、ケーシング１は複数に分割することなく鋳物で一体に形成し、単純な構造にすることにより、製造コストを抑えることができるとともに、ポンプの部品点数削減によって組立／分解が容易になっている。

ポンプ回転部分の取出には、図示しない中間軸を取外して図１に示す状態から図示しないワイヤーロープ及びチェンブロックやクレーンによる吊上によってポンプ軸８，羽根車７，トップカバー１０は図３に示すように一体として抜出すことができる一方、図３に示す状態から吊降によって図１に示すように装着することができる。この際、下部羽根車リング５は上部ケーシングリング２内を通過するが、羽根車出口部ｃの上下部直径Ｄ，ｄは同一とし差は設けないものの上下部の羽根車リング４及び５によって羽根車出口部ｃの上下部摺動部直径Ｄ１，ｄ１に差を設け、下部羽根車リング直径ｄ２が上部ケーシングリング内径に相当する上部羽根車リング直径Ｄ２より小径にしてあるので、多少の心ずれを生じたとしても上部ケーシングリング２に下部羽根車リング５が当たらず、羽根車７のケーシング１への挿抜を容易に行うことができる。

さらに、羽根車７はその出口部ｃの上下部に、ポンプ軸８と垂直な平面内に位置して外表面に羽根車リング４及び５を嵌装する浅いリング溝７２及び７３を設けた羽根車リング嵌装部７４及び７５を設けてあり、ポンプ軸８と垂直な平面内で、羽根車出口部ｃの上下部と羽根車リング４及び５とを接合し、ポンプ軸８と同心な円筒面上に位置してケーシングリング２及び３に相対する羽根車リング嵌装部は設けず、ポンプ軸８と同心な円筒面内で、羽根車出口部ｃの上下部と羽根車リング４及び５とを接合しないので、羽根車リング嵌装部７４及び７５の外周部を、カット後の羽根車出口部ｃの上下部直径Ｄ，ｄをカットすることによってポンプ性能調整が行える。その上で上下部の羽根車リング４及び５はその接合部４０及び５０をカット後の羽根車リング嵌装部７４及び７５の外表面にあるリング溝７２及び７３に嵌装することによって羽根車出口部ｃの上下部に取付けることができ、羽根車出口部ｃの上下部直径Ｄ，ｄは同一とし差は設けないものの上下部の羽根車リング４及び５によって羽根車出口部ｃの上下部摺動部直径Ｄ１，ｄ１に差を与え、摺動部４１及び５１の外周面をケーシングリング２及び３の内周面に摺動隙間を設けて相対させることができる。

ここで、羽根車７の外形カットは羽根車出口部直径Ｄ，ｄの２０％を越えると羽根車リング嵌装部７４及び７５の幅を大きくする必要がある。羽根車７の外形カットはポンプ効率低下を招くために０〜２０％で行うことが望ましく、さらには０〜１５％がより望ましい。
例えば、
小口径（３００〜５００ｍｍ）／低揚程（２０〜３０ｍ）のポンプで、
Ｄ，ｄ＝４００〜５００ｍｍ Ｔ＝４０〜５０ｍｍ（１０％）
小口径（３００〜５００ｍｍ）／高揚程（３０ｍ以上）のポンプで、
Ｄ，ｄ＝５００〜８００ｍｍ Ｔ＝７５〜１２０ｍｍ（１５％）
大口径（６００〜１０００ｍｍ）／低揚程（２０〜３０ｍ）のポンプで、
Ｄ，ｄ＝６００〜９００ｍｍ Ｔ＝６０〜９０ｍｍ（１０％）
大口径（６００〜１０００ｍｍ）／高揚程（３０ｍ以上）のポンプで、
Ｄ，ｄ＝９００〜１２００ｍｍ Ｔ＝１３０〜１８０ｍｍ（１５％）
にすると、ポンプ効率低下を招くことなく所望のポンプ性能調整を行うことができる。

また、上下部の羽根車リング４及び５間に設ける直径差（Ｄ１−ｄ１）を５〜５０ｍｍにすることが望ましい。５ｍｍ未満では僅かの心ずれで上部ケーシングリング２に下部羽根車リング５が当たってしまい効果的ではない。５０ｍｍを越えると羽根車出口部ｃの上下部直径Ｄ，ｄは同一として差を設けないももの軸スラストのバランスに影響を及ぼすおそれがある。

そして、羽根車出口部ｃの上下部と羽根車リング４及び５との接合代Ｓはカット代Ｔを差し引いた残りの接合代Ｓがカット代Ｔの２〜３倍が望ましい。２倍未満では羽根車リング４及び５の接合強度不足を生じ、３倍を越えると羽根車リング嵌装部７４及び７５の幅を大きくする必要があり羽根車７の大径化でポンプ効率低下を招く。

なお、本実施形態ではケーシング１と羽根車７の両側にリング２，３，４，５を設けたが、上下部の羽根車リング４及び５だけでもよい。また、ポンプの上下方向の回転軸の向きはこれに限定されるものではない。さらに、本実施形態は本発明の一実施の形態（プルアウト形の形態）を示したが本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施することができるものである。

本発明の一実施の形態に係るポンプの縦断面図である。 図１の羽根車の拡大図である。 図１の回転部分を抜出した状態の縦断面図である。

符号の説明

１ ケーシング
２，３ ケーシングリング
４，５ 羽根車リング
６ 回転部分出入用の開口部
７ 羽根車
８ ポンプ軸
１０ トップカバー
１１ ブッシュ
１２ 封水部
１３ グランド
１４ 水中軸受
１５ 軸受部
１６，１７ 軸スリーブ
１８，１９ 軸受
２０ 下部軸受箱
２１ 下部軸受カバー
２２ 上部軸受箱
２３ 上部軸受カバー
２４ 軸継手
４０，５０ 接合部
４１，５１ 摺動部
７０，７１ 吸込部
７２，７３ リング溝
７４，７５ 羽根車リング嵌装部
ａ，ｂ 羽根車入口部
ｃ 羽根車出口部
Ｄ，ｄ 羽根車出口部の上下部直径
Ｄ１，ｄ１ 羽根車出口部の上下部摺動部直径
Ｄ２，ｄ２ 上下部羽根車リング直径
Ｓ 羽根車出口部の上下部と羽根車リングとの接合代
Ｔ 羽根車の外形カット代

Claims (4)

1. 両吸込形の羽根車の出口部の両端に羽根車リングを設け、前記羽根車をポンプケーシングの一側面に設けた開口部から挿嵌してなる両吸込形渦巻ポンプであって、
   前記開口部側の羽根車リング直径を、前記羽根車出口部の直径よりも大とし、他端側羽根車リング直径を、前記羽根車出口部の直径以上の大きさとするとともに、
   前記開口部側の羽根車リング直径を他端側羽根車リングよりも大にして、羽根車リングによって羽根車リングの両端摺動部直径に差を設けることを特徴とする両吸込形渦巻ポンプ。
2. 羽根車出口部と羽根車リングとの接合面が羽根車からの流体吐出方向と略一致する面内にある請求項１記載のポンプ。
3. 羽根車リングの断面形状は羽根車出口部の両端との接合部外周部から立上がりポンプ軸と同心な円筒面上に位置する摺動部を設けたＬ形に形成する請求項２記載のポンプ。
4. 両吸込形の羽根車の出口部の両端に羽根車リングを設け、前記羽根車をポンプケーシングの一側面に設けた開口部から挿嵌してなる両吸込形渦巻ポンプの性能調整方法であって、
   前記開口部側の羽根車リング直径を、前記羽根車出口部の直径よりも大とし、他端側羽根車リング直径を、前記羽根車出口部の直径以上の大きさとして、羽根車出口部直径の調整代を設けるとともに、前記開口部側の羽根車リング直径を他端側羽根車リングよりも大に構成し、羽根車出口部の両端をカットすることにより、羽根車リングの両端摺動部直径を変えることなく、両吸込形渦巻ポンプの性能を調整することを特徴とする両吸込形渦巻ポンプの性能調整方法。

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