JP2012072701A - 遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】自吸運転時にケース内の空気を羽根車で効率よく排出可能で、かつ、定常運転時にケース内に吸い込まれた液体を羽根車で効率よく吐出可能な遠心ポンプを提供する。
【解決手段】遠心ポンプ１５は、ケース２１内に羽根車２３が回転自在に収容され、羽根車２３に複数の第１羽根２５が設けられ、複数の第１羽根２５でケース２１内の空気を排出可能で、かつケース２１内に吸い込んだ液体を吐出可能なポンプである。羽根車２３は、複数の第１羽根２５を備えるとともに複数の第２羽根２７を備えている。第２羽根２７は、第１羽根２５より羽根車２３の回転中心２６側に設けられ、羽根高さ寸法Ｈ２が第１羽根２５の羽根高さ寸法Ｈ１より小さく設定されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ケース内に羽根車が回転自在に収容され、羽根車に複数の第１羽根が設けられ、複数の第１羽根でケース内の空気を排出可能で、かつケース内に吸い込んだ水などの液体を吐出可能な遠心ポンプに関する。

遠心ポンプは、ケース内にメカニカルシールなどを介して回転軸が回転自在に突出され、突出させた回転軸に羽根車が設けられている。羽根車は、回転軸にハブが設けられ、ハブに複数の羽根が設けられている。
この遠心ポンプを駆動する際には、自吸運転の呼び水作用でケース内に負圧を発生させ、発生させた負圧でケース内に水などの液体（以下、「液体」という）を吸い込む。
自吸運転で液体を吸い込むことにより定常運転で吸い込んだ液体を羽根車で吐出する（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−１４８３９３号公報

ここで、空気は液体と比べて密度や粘性が低い。よって、自吸運転においてケース内の空気を羽根車で外部に排出させる際に、ケース内の空気は羽根車の回転中心側で、かつハブ側に引き寄せられ易い。
このため、自吸運転においてケース内の空気を羽根車で外部に効率よく排出するためには、羽根車の羽根を回転中心側に延ばすことが好ましい。

一方、液体は空気と比べて密度や粘性が高い。よって、定常運転においてケース内に吸い込んだ液体を羽根車で外部に吐出させる際に、ケース内に吸い込まれた液体は羽根車の回転中心側で、かつハブ側に引き寄せられ難い。
このため、定常運転においてケース内に吸い込まれた液体を羽根車で外部に効率よく吐出するためには、羽根車の羽根を回転中心側からある程度離すことが好ましい。

しかし、自吸運転時の排出効率を考慮して羽根車の羽根を回転中心側に延ばした場合、回転中心側に延ばした羽根が定常運転において液体の流れを妨げる虞がある。
一方、定常運転時の吐出効率を考慮して羽根車の羽根を回転中心側からある程度離した場合、回転中心側に引き寄せた空気を羽根車で効率よく排出できない虞がある。

本発明は、自吸運転においてケース内の空気を羽根車で外部に効率よく排出することが可能で、かつ、定常運転においてケース内に吸い込まれた液体を羽根車で外部に効率よく吐出することが可能な遠心ポンプを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ケース内に羽根車が回転自在に収容され、前記羽根車に複数の第１羽根が設けられ、前記複数の第１羽根で前記ケース内の空気を排出可能で、かつ前記ケース内に吸い込んだ液体を吐出可能な遠心ポンプにおいて、前記羽根車は、前記第１羽根より前記羽根車の回転中心側に設けられ、羽根高さ寸法が前記第１羽根の羽根高さ寸法より小さい複数の第２羽根を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、羽根車に第１羽根および第２羽根を備え、第２羽根を第１羽根より羽根車の回転中心側に設けた。
ここで、空気は液体と比べて密度や粘性が低い。よって、自吸運転においてケース内の空気を羽根車で外部に排出させる際に、ケース内の空気は羽根車の回転中心側で、かつハブ側に引き寄せられ易い。

よって、自吸運転において羽根車の回転中心側に引き寄せられた空気を第２羽根で案内することができ、第２羽根で案内された空気を第１羽根で外部に案内することができる。
これにより、自吸運転においてケース内の空気を第２羽根および第１羽根で外部に効率よく排出することができる。

また、請求項１に係る発明では、第２羽根の羽根高さ寸法を第１羽根の羽根高さ寸法より小さくした。
ここで、液体は空気と比べて密度や粘性が高い。よって、定常運転においてケース内に吸い込んだ液体を羽根車で外部に吐出させる際に、ケース内に吸い込まれた液体は羽根車の回転中心側で、かつハブ側に引き寄せられ難い。

よって、定常運転においてケース内に吸い込んだ液体を第２羽根を回避させて第１羽根に案内することができるので第２羽根が液体の流れを妨げる虞がない。
これにより、定常運転においてケース内に吸い込まれた液体を羽根車（第１羽根）で外部に効率よく吐出することができる。

本発明に係る遠心ポンプを備えた遠心ポンプユニットを示す斜視図である。 図１の遠心ポンプを示す斜視図である。 図２の遠心ポンプにおいてボリュートの破断状態を示す斜視図である。 図２の遠心ポンプを示す断面図である。 本発明に係る遠心ポンプに備えた羽根車を示す斜視図である。 図４の６部拡大図である。 本発明に係る遠心ポンプを自吸運転させることによりボリュート内の空気を排出する例を説明する図である。 本発明に係るボリュート内を負圧状態にして液体を吸い込む例を説明する図である。 本発明に係る遠心ポンプを定常運転させることによりボリュート内に吸い込まれた液体を吐出する例を説明する図である。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

実施例に係る遠心ポンプ１５について説明する。
図１に示すように、遠心ポンプユニット１０は、略矩形体枠状に形成されたフレーム１１と、フレーム１１のベース１２に設けられたエンジン１３と、エンジン１３に設けられるとともにベース１２に設けられた遠心ポンプ１５とを備えている。

エンジン１３は、図４に示すように、クランクシャフト（回転軸）１８の端部１８ａが遠心ポンプ１５内に突出され、突出された端部１８ａが遠心ポンプ１５の羽根車２３に連結されている。
クランクシャフト１８は、端部１８ａの近傍部位１８ｂがメカニカルシール４１に回転自在に支持されている。

図２、図３に示すように、遠心ポンプ１５は、エンジン１３のシリンダブロック１７に蓋部材３６を介してボルト止めされたケース２１と、ケース２１の内部（ケース内）２２に設けられてクランクシャフト１８の端部１８ａに連結された羽根車２３と、羽根車２３を覆うボリュート２８とを備えている。

また、遠心ポンプ１５は、ケース２１の吸込口２１ａ（図４参照）に設けられた吸込ノズル３２と、ケース２１の吐出口２１ｂに設けられた吐出ノズル３３とを備えている。

図４に示すように、ケース２１は、蓋部材３６に対向するとともにケース２１の吸込口２１ａを有する吸込口側壁部３７と、吸込口側壁部３７の吸込口２１ａをボリュート２８の吸込口２８ｂに連通する連通路３１と、吸込口側壁部３７および蓋部材３６間の各上端部に設けられた頂部３８とを有する。
以下、ボリュート２８の吸込口２８ｂを「ボリュート吸込口」と略記する。

蓋部材３６は、クランクシャフト１８（端部１８ａの近傍部位１８ｂ）と同軸上に支持孔３６ａが形成され、支持孔３６ａにメカニカルシール４１が同軸上に支持され、メカニカルシール４１に端部１８ａの近傍部位１８ｂが回転自在に支持されている。
さらに、クランクシャフト１８の端部１８ａがメカニカルシール４１を介してケース２１の内部２２（ボリュート２８の内部２９）に突出されている。

クランクシャフト１８（端部１８ａの近傍部位１８ｂ）はメカニカルシール４１を用いて回転自在に支持されている。
よって、ケース２１の内部２２の液体が、近傍部位１８ｂの支持部位から外部に漏れることをメカニカルシール４１で機械的に制限することができる。
ケース２１の内部２２に突出されたクランクシャフト１８の端部１８ａに羽根車２３が設けられている。

図５、図６に示すように、羽根車２３は、クランクシャフト１８の端部１８ａに設けられたハブ２４と、ハブ２４のうちのメカニカルシール４１の反対側の面（以下、「表面」という）２４ａに設けられた複数の第１羽根２５と、ハブ２４の表面２４ａに設けられた複数の第２羽根２７とを備えている。

ハブ２４は、回転中心２６を中心とする半径Ｒ１の円板状に形成されたプレート状の部材である。
回転中心２６は、クランクシャフト１８の端部１８ａに対して同軸上に位置する部位である。

第１羽根２５は、回転中心２６側の上流側端部２５ａからハブ２４側の下流側端部２５ｂまで湾曲状に形成されている。
第１羽根２５は、一例として、６枚設けられている。

第１羽根２５の上流側端部２５ａは、回転中心２６から半径Ｒ２の円弧上に所定間隔をおいて設けられている。
第１羽根２５の下流側端部２５ｂは、回転中心２６から半径Ｒ１の円弧上（すなわち、ハブ２４の外周上）に所定間隔をおいて設けられている。
この第１羽根２５は、羽根高さ寸法Ｈ１に形成されている。

第２羽根２７は、第１羽根２５の上流側端部２５ａに対して回転中心２６側に設けられ、回転中心２６側の上流側端部２７ａから第１羽根２５の上流側端部２５ａの近傍まで湾曲状に形成されている。
第２羽根２７は、一例として、６枚設けられている。

第２羽根２７の上流側端部２７ａは、回転中心２６から半径Ｒ３の円弧上に所定間隔をおいて設けられている。
第２羽根２７の下流側端部２７ｂは、回転中心２６から半径Ｒ４の円弧上に所定間隔をおいて設けられている。

ここで、第２羽根２７の上流側端部２７ａが設けられる半径Ｒ３の円弧は、第１羽根２５の上流側端部２５ａが設けられる半径Ｒ２の円弧より小さく設定されている。
すなわち、第２羽根２７は、第１羽根２５より回転中心２６側に設けられている。
この第２羽根２７は、羽根高さ寸法Ｈ２に形成されている。

第２羽根２７の羽根高さ寸法Ｈ２は、第１羽根２５の羽根高さ寸法Ｈ１より小さく設定されている。
よって、第２羽根２７は、第１羽根２５に対して高さが一段低くなるように形成されている。
すなわち、羽根車２３は、回転中心２６側に複数の第２羽根２７が「一段目の羽根」として設けられ、複数の第２羽根２７の外側に複数の第１羽根２５が「二段目の羽根」として設けられている。

以上説明した、羽根車２３によれば、複数の第２羽根２７を第１羽根２５より回転中心２６側に設けることで、自吸運転中に回転中心２６側で、かつハブ２４側に引き寄せられた空気を複数の第２羽根２７で複数の第１羽根２５側に案内できる。
さらに、複数の第２羽根２７で案内された空気を複数の第１羽根２５で外部に排出することができる。これにより、自吸運転においてボリュート２８（図４参照）の内部２９の空気を羽根車２３で効率よく排出することができる。

さらに、羽根車２３によれば、第２羽根２７の羽根高さ寸法Ｈ２を第１羽根２５の羽根高さ寸法Ｈ１より小さく設定することで、定常運転において複数の第２羽根２７が液体の流れを妨げる虞がない。
これにより、定常運転においてボリュート２８（図４参照）の内部２９に吸い込まれた液体を羽根車２３で効率よく吐出することができる。

図２、図４に示すように、羽根車２３は、ケース２１の内部２２に収容されたボリュート２８で覆われている。
ボリュート２８は、渦巻形に形成されたケーシングであり、側壁２８ａにクランクシャフト１８に対して同軸上にボリュート吸込口２８ｂを備え、上部に上向きに開口した吐出口２８ｃを備え、底部２８ｄに開口部２８ｅを備えている。

ボリュート２８の底部２８ｄに開口部２８ｅを設けることで、自吸運転の際に、ケース２１の内部２２に供給された呼び液体（呼び水作用を奏する液体）を開口部２８ｅからボリュート２８の内部２９に進入させることができる。
ボリュート２８の内部２９に呼び液体が進入した状態で、羽根車２３を矢印Ａ方向に回転させることにより、ボリュート２８の内部２９の空気が吐出口２８ｃから排出され、ボリュート２８の内部２９に負圧が発生する。

また、定常運転において、羽根車２３を矢印Ａ方向に回転させることにより、ボリュート吸込口２８ｂからボリュート２８の内部２９に液体が吸い込まれる。
ボリュート２８の内部２９に吸い込まれた液体がボリュート２８の内周壁に沿って送り出され、送り出された液体が吐出口２８ｃから吐出される。

つぎに、自吸運転においてボリュート２８の内部２９の空気を排出して内部２９を負圧状態にする例を図７、図８に基づいて説明する。
図７（ａ）に示すように、自吸運転において、羽根車２３を回転する前にケース２１の内部２２に供給口３５から呼び液体（呼び水作用を奏する液体）を矢印Ｂの如く供給する。
ケース２１の内部２２に供給された呼び液体が、ボリュート２８の底部２８ｄに備えた開口部２８ｅ（図２参照）からボリュート２８の内部２９に進入する。

図７（ｂ）に示すように、羽根車２３の第１羽根２５より回転中心２６側に第２羽根２７が設けられている。この羽根車２３を矢印Ｃ方向に回転させる。
ここで、空気は液体と比べて密度や粘性が低い。よって、ボリュート２８（図７（ａ）参照）の内部２９の空気が回転中心２６側で、かつハブ２４側に矢印Ｄの如く引き寄せられる。
回転中心２６側で、かつハブ２４側に引き寄せられた空気は、複数の第２羽根２７で外部側（すなわち、複数の第１羽根２５側）に矢印Ｅの如く案内される。

複数の第１羽根２５に案内された空気は、複数の第１羽根２５でボリュート２８の吐出口２８ｃ（図２参照）から外部に排出される。
このように、羽根車２３に複数の第２羽根２７を設けることにより、回転中心２６側で、かつハブ２４側に引き寄せられた空気を複数の第２羽根２７で効率よく複数の第１羽根２５側案内することができる。
これにより、自吸運転においてボリュート２８（図７（ａ）参照）の内部２９の空気を羽根車２３で外部に効率よく排出することができる。

図８に示すように、自吸運転の呼び液体（呼び水作用を奏する液体）作用でボリュート２８の内部２９に負圧を発生させる。
ボリュート２８の内部２９に負圧を発生させることで、発生させた負圧でボリュート２８の内部２９にボリュート吸込口２８ｂから液体を矢印Ｆの如く吸い込むことができる。

ついで、定常運転においてボリュート２８の内部２９に吸い込まれた液体を吐出する例を図９に基づいて説明する。
図９に示すように、第２羽根２７の羽根高さ寸法Ｈ２が第１羽根２５の羽根高さ寸法Ｈ１より小さく設定されている。
定常運転において、この羽根車２３を矢印Ｃ方向に回転させる。

ここで、液体は空気と比べて密度や粘性が高い。よって、羽根車２３の回転でボリュート２８の内部２９に矢印Ｆの如く吸い込まれた液体は羽根車２３の回転中心２６側で、かつハブ２４側に引き寄せられ難い。
液体が羽根車２３の回転中心２６側で、かつハブ２４側に引き寄せられ難いので、ボリュート２８の内部２９に吸い込まれた液体は複数の第２羽根２７まで到達しない。

液体が複数の第２羽根２７まで到達しないので、複数の第２羽根２７が液体の流れを妨げる虞がない。
これにより、定常運転においてボリュート２８の内部２９に吸い込まれた液体を羽根車２３（複数の第１羽根２５）で外部に矢印Ｇの如く効率よく吐出することができる。

なお、本発明に係る遠心ポンプは、前述した実施例に限定されるものではなく適宜変更、改良などが可能である。
例えば、前記実施例では、複数の第１羽根２５として６枚を例示し、複数の第２羽根２７として６枚を例示したが、これに限らないで、複数の第１羽根２５および複数の第２羽根２７の枚数は適宜変更が可能である。

また、前記実施例では、羽根車２３の回転中心２６側に「一段目の羽根」として複数の第２羽根２７を設け、複数の第２羽根２７の外側に「二段目の羽根」として複数の第１羽根２５を設けた二段の羽根構造について説明したが、これに限定するものではない。
例えば、複数の第２羽根２７と複数の第１羽根２５との間に、複数の中間羽根を設けて三段の羽根構造とすることも可能であり、さらに他の複数段の羽根構造とすることも可能である。

さらに、前記実施例で示した遠心ポンプ１５、ケース２１、羽根車２３、ハブ２４、第１羽根２５、第２羽根２７およびボリュート２８などの形状や構成は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。

本発明は、羽根車に複数の第１羽根が設けられ、第１羽根でケース内の空気を排出可能で、かつケース内に吸い込んだ液体を吐出可能な遠心ポンプへの適用に好適である。

１５…遠心ポンプ、２１…ケース、２２…ケースの内部（ケース内）、２３…羽根車、２４…ハブ、２５…第１羽根、２６…回転中心、２７…第２羽根、２８…ボリュート、２９…ボリュートの内部、Ｈ１…第１羽根の羽根高さ寸法、Ｈ２…第２羽根の羽根高さ寸法。

Claims (1)

1. ケース内に羽根車が回転自在に収容され、前記羽根車に複数の第１羽根が設けられ、前記複数の第１羽根で前記ケース内の空気を排出可能で、かつ前記ケース内に吸い込んだ液体を吐出可能な遠心ポンプにおいて、
   前記羽根車は、
   前記第１羽根より前記羽根車の回転中心側に設けられ、羽根高さ寸法が前記第１羽根の羽根高さ寸法より小さい複数の第２羽根を備えたことを特徴とする遠心ポンプ。

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