JP2016160791A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高いポンプ効率を得られるポンプ装置を提供する。
【解決手段】
本発明の一形態に係るポンプ装置は、回転可能なインペラ２３を収容する収容空間を構成するシリンダ部３１と、前記収容空間に連通し流体が通過可能な吐出路を構成する吐出部３４と、前記シリンダ部３１の内周面の、前記吐出部３４に連通する開口の側部に設けられ、前記シリンダ部３１の内周面から前記インペラ２３の外周に形成される流出部に向けて内方に突出する案内壁３６と、を備えるポンプケーシング２２を備える。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、ポンプ装置に関する。

ポンプ装置として、例えば、吸込口及び吐出口が形成されるポンプケーシング内に、複数のインペラが配される多段のポンプ装置が知られている。ポンプ装置は、例えば、モータにより回転駆動されるインペラと、各インペラの周りに設けられインペラからの流体を下流に案内するガイド部材であるインペラケーシングと、を備える。インペラの中央部には流入口が設けられ、インペラの外周には流出口が形成されている。インペラの回転軸に接続されたモータによって、インペラが回転させられることにより、流体は、インペラの外周部の流出口から排出され、インペラケーシングによって下流に案内される。最も下流側のインペラから排出された流体は、インペラの外周部にある流出部から径方向外方及び周方向に向けて排出され、ポンプケーシングの吐出口から外部に排出される。

特開２０１５−２８３１４号公報

このようなポンプ装置において、インペラから外方及び周方向に向けて排出される流体が、ポンプケーシングの吐出口に案内されずに、ポンプケーシングの内面とインペラケーシングとの間の隙間で旋回して流れるため、ポンプ効率を低下する原因となる。

本発明の一態様に係るポンプ装置は、回転可能なインペラを収容する収容空間を構成するシリンダ部と、前記収容空間に連通し流体が通過可能な吐出路を構成する吐出部と、前記シリンダ部の内周面の、前記吐出部に連通する開口の側部に設けられ、前記シリンダ部の内周面から前記インペラの外周に形成される流出部に向けて内方に突出する案内壁と、を備えるポンプケーシングを備える。

本発明の他の一態様に係るポンプ装置は、回転軸に沿って複数配される回転可能なインペラと、複数の前記インペラを収容する収容空間を構成するシリンダ部と、前記シリンダ部の周壁から外方に延びるとともに、前記収容空間に連通し流体が通過可能な吐出路を構成する吐出部と、を備えるポンプケーシングと、を備え、前記吐出路は基端側が最も下流側の前記インペラの外周に形成される流出部に向けて、少なくとも前記回転軸の方向に拡がることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、高いポンプ効率を得られるポンプ装置を提供できる。

第１実施形態にかかるポンプ装置の構成を示す断面図。 同ポンプ装置の流出部付近の構成を一部断面で示す説明図。 同ポンプ装置のポンプケーシングを示す平面図。 同ポンプケーシングの斜視図。 同ポンプ装置のガイドベーンを軸方向一方側から見た平面図。 同ガイドベーンを軸方向他方側から見た平面図。 第１実施形態にかかるポンプ装置の流体の流れを示す説明図。 各実施形態にかかるポンプ装置のポンプ効率を示す説明図。 第２実施形態にかかるポンプ装置の構成を一部断面で示す側面図。 第３実施形態にかかるポンプ装置の構成を一部断面で示す側面図。

[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態にかかるポンプ装置１０について、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、第１実施形態にかかるポンプ装置１０を一部断面で示す側面図である。図２は最終段のインペラ２３及び第３ガイド羽根２７ｃの構成を軸方向一方側から見た説明図であり、ポンプケーシング２２を断面で示す。図３ポンプケーシング２２の平面図であり、図４はポンプケーシング２２の斜視図である。図５、６はインペラケーシング２４のガイド板２６の構造を示す平面図である。図７はポンプ装置１０の流体の流れを示す説明図である。図８は、ポンプ装置１０及び比較例のポンプ効率を示す説明図である。

図１に示すポンプ装置１０は、例えば自動給水装置に適用され、水を増圧して二次側に供給する多段の遠心ポンプである。ポンプ装置１０は、モータ１１と、モータ１１の軸に接続されたポンプ部１２と、を備える。ポンプ部１２は、モータ１１から突出する回転軸２１と、外郭を構成するポンプケーシング２２と、ポンプケーシング２２内において回転軸２１に設けられた複数のインペラ２３と、ポンプケーシング２２内においてインペラ２３の周りに配されたガイド部材としてのインペラケーシング２４と、回転軸２１の周りに装着されたシール部材２５と、を備える。

なお、本実施形態では一例としてポンプケーシング２２内に３つのインペラ２３を備える３段構造のポンプ装置１０を示す。

ポンプケーシング２２は、軸方向一端に側部３２を備える有底円筒状のシリンダ部３１と、シリンダ部３１の側部３２に形成された吸込部３３と、シリンダ部３１の周壁の一部に連通して設けられた吐出部３４と、シリンダ部３１の開口を塞ぐケーシングカバー３５と、を一体に備えている。ポンプケーシング２２とケーシングカバー３５で囲まれた収容空間Ａ１内に、回転軸２１の一部が配置されるとともに複数段のインペラ２３及びインペラケーシング２４が設けられる。

シリンダ部３１の内周面には吐出部３４に連通する開口３１ａが形成されている。

吸込部３３はシリンダ部３１の側部３２の中心部から軸方向一端側に延びる円管状であり、収容空間Ａ１に連通するとともに流体が流通可能な吸込路３３ａを形成する。吸込部３３の先端は円形状の吸込口３３ｂを形成する。吸込部３３の先端には、取付用のフランジが一体に形成されている。吸込口３３ｂはポンプ装置１０の一次側に配置される配管等に接続可能に形成される。

吐出部３４はシリンダ部３１の周面の一部から外方に延びる管であり、収容空間Ａ１に連通するとともに流体が通過可能な吐出路３４ａを形成する。吐出部３４の先端は円形状の吐出口３４ｂを形成する。吐出部３４の先端には、取付用のフランジが一体に形成されている。吐出口３４ｂはポンプ装置１０の二次側に配置される配管等に接続可能に形成される。

吐出部３４の先端にある吐出口３４ｂの中心は、ポンプケーシング２２の軸方向中心よりも一端側に配置されている。すなわち、吐出口３４ｂの位置は、最下流のインペラ２３の流出口２３ｂと、インペラ２３の回転の軸方向において離間している。

吐出部３４は、円弧状の断面を有する湾曲壁３４ｅと、吐出部３４の基端側が軸方向一方側に下流側のインペラ２３に対応する位置に向けて広がるように傾斜する拡張壁３４ｆと、湾曲壁３４ｅ及び拡張壁３４ｆの両端縁を結ぶ一対の接続壁３４ｇと、を一体に備えている。すなわち、吐出部３４の内側は拡張壁３４ｆにより一部が基端側に広がる傾斜面を構成するように面取りされた形状となる。吐出部３４の内部には、略円柱状であって一部が軸方向に拡大される吐出路３４ａが形成される。吐出路３４ａはシリンダ部３１とインペラケーシング２４との間の隙間の流路から曲がる流路であり、その一部に、最下流のインペラ２３の外周の流出部に対向する位置から９０度よりも小さい角度で傾斜して吐出口３４ｂに至るガイド流路を有している。吐出路３４ａの断面は吐出口３４ｂに向かって縮小する。

拡張壁３４ｆは、軸方向において最下流のポンプ部１２の流出口２３ｂに対向する位置であって、周方向において吐出口３４ｂに対応する位置から、吐出口３４ｂに向けて先端側が軸方向一端側に向けて斜めに延びる。拡張壁３４ｆは吐出部３４の基端側がシリンダ部３１の軸方向他端に位置している。図１に示すように、吐出路３４ａは吐出部３４の先端から基端に向かって軸方向他端側に広がり、横断面が台形状に形成される。拡張壁３４ｆによって、最下段のインペラ２３の流出口２３ｂ付近から、シリンダ部３１の中心軸及び吐出口３４ａの中心軸に対して傾斜して吐出口３４ｂに流体を案内する緩やかなガイド流路が形成される。

ポンプケーシング２２の内側には、内方に突出する案内壁３６が設けられている。案内壁３６は、所定厚さを有し、径方向内側に所定高さ突出し、軸方向全長に渡って形成される突起である。案内壁３６は、吐出部３４の基端部分の開口３１ａの周方向下流側の側部設けられている。この案内壁３６はポンプケーシング２２とガイドカバー２７との間で周方向に流れる流体の流れを吐出部３４に向けて案内する整流板としての機能を有する。案内壁３６の高さは、例えば案内壁３６の先端がインペラケーシング２４の外周部近傍に至る寸法に、設定される。

案内壁３６は、例えばポンプケーシング２２の内面の一部が***した一体構造であり、シリンダ部３１の製造時に鋳造により形成される。

ケーシングカバー３５には回転軸２１が貫通する開口が形成されている。

ポンプケーシング２２内に延びる回転軸２１の周りにおいて、吸込口３３ｂ側から、順に第１、第２、及び第３のインペラ２３が配置されている。

複数のインペラ２３外周にはインペラケーシング２４が設けられている。

各インペラ２３は、クローズドタイプの羽根車であって、一対の円板状のシュラウドと、一対のシュラウド間に形成された少なくとも一枚の羽根と、を備える。各インペラ２３の一方のシュラウドの中央には流入口２３ａが形成されている。各インペラ２３の一対のシュラウドと羽根の外周側に形成される間隙は流体を排出する流出口２３ｂを構成する。羽根は、シュラウドの中心、すなわちインペラ２３の回転中心からの径が各位置で異なる形状、例えば渦巻形状やインボリュート形状に形成されている。各インペラ２３は、モータ１１の駆動により回転すると、流入口２３ａから流体を吸込み、外周の流出口２３ｂから外方かつ周方向に向けて、流体を排出する。

図１、図２、図５及び図６に示すように、インペラケーシング２４は、複数のガイドベーン２６と複数のガイドカバー２７とが、対向して組付けられて構成されている。インペラケーシング２４は、複数のインペラ２３を収容するポンプ室を構成する。

図５はインペラケーシング２４のガイドベーン２６を軸方向一方側から見た図であり、図６はガイドベーン２６を他方側から見た平面図である。

ガイドベーン２６は回転軸２１が貫通する軸孔２６ａを有する円板形状である。ガイドベーン２６の一方の主面の外周部分には、軸方向一方に立設された複数の第１ガイド羽根２６ｂが形成されている。またガイドベーン２６の他方の主面には軸方向他方に立設された複数の第２ガイド羽根２６ｃが形成されている。ガイドベーン２６の外周部分には、軸方向に貫通する流通孔２６ｅが形成されている。

ガイドカバー２７は、インペラ２３の流入口２３ａの周りに液密に固定される開口縁２７ａを有する円形状であって、外周に立設する周壁部を一体に備える。最も下流側のガイドカバー２７の軸方向他方側の面には、最も下流側のインペラ２３の外周部分に配される第３ガイド羽根２７ｃが、軸方向他方側に立設して設けられている。

インペラケーシング２４内において、各インペラ２３の流出口２３ｂから、ガイドベーン２６の一方の主面及び第１ガイド羽根２６ｂに沿って外周部分に至り、流通孔２６ｅを通り、他方の主面及び第２ガイド羽根２６ｃに沿って下流側のインペラ２３の流入口２３ａに至る、流路が形成される。

シール部材２５は、例えばメカニカルシールである。シール部材２５は、回転軸２１の外周面とケーシングカバー３５の開口の間を密封可能に構成されている。

以上のように構成されたポンプ部１２において、流体は、吸込口３１ａからインペラケーシング２４内の複数のインペラ２３を順に通って増圧され、ポンプケーシング２２とガイドカバー２７との間に形成される流路を通って吐出口３４ｂに至る。

次に、ポンプ装置１０の動作について、図７を参照して説明する。ポンプ装置１０において、モータ１１に接続された制御盤の制御により、モータ１１の回転子が回転すると、回転軸２１が所定の回転速度で回転する。これに伴い、回転軸２１に取付けられた複数のインペラ２３が、所定の回転速度で回転する。

各インペラ２３の回転によって、ポンプケーシング２２の吸込口３３ｂから、流体が吸い込まれる。第１のインペラ２３の回転により、流体は、第１のインペラ２３の流入口２３ａから吸い込まれ、外周の流出口２３ｂから排出される。このとき流体は、流出口２３ｂから外方及び周方向に向かって排出される。

流出口２３ｂから排出された流体は、インペラケーシング２４によって、下流側のインペラ２３の流入口２３ａへ案内される。具体的には、インペラ２３の流出口２３ｂから排出された流体は、ガイドベーン２６の一方の主面において第１ガイド羽根２６ｂによってガイドベーン２６外周側に案内され、流通孔２６ｅを通って他方の主面に至り、他方の主面の第２ガイド羽根２６ｃによって内周側に案内され、下流に配置されたインペラ２３の流入口２３ａへ案内される。

同様に、第２のインペラ２３の回転によって第２のインペラ２３の流入口２３ａから吸い込まれた流体は外周の流出口２３ｂから排出され第３のインペラ２３の流入口２３ａへ向けて案内される。

第３のインペラ２３の流入口２３ａからの流体は、第３のインペラ２３の回転によって第３のインペラ２３の外周にある流出口２３ｂから排出される。このとき、図１及び図２に矢印で示されるように、インペラ２３の回転により、流出口２３ｂから外方及び周方向に向かって流体が排出される。

第３のインペラ２３の流出口２３ｂから排出された流体は、外周に配された第３ガイド羽根２７ｃによって外方に案内され、吐出部３４を通って、外部に排出される。すなわち、本実施形態においてはインペラ２３の外周に配されるガイドベーン２４の第３のガイド羽根２７ｃの間の外周部分に、流体が流出する流出部２７ｄが形成される。このとき、流出部からの流体は、流出部２７ｄから外方及び周方向に向かって排出される。そして、流体は、ポンプケーシング２２の内周面とガイドカバー２７の外周面との間に形成される隙間に沿って周方向に流れるが、吐出部３４基端の開口の周方向下流側に配置された案内壁３６によって、吐出部３４に案内される。

また、吐出部３４の基端は傾斜する拡張壁３４ｆによって第３のインペラ２３の外周部分に対向する位置にまで延び、吐出部３４内に流出口２３ｂに対応する位置から吐出口３４ｂに向かって滑らかに傾斜するガイド流路が形成されているため、第３のインペラ２３からの流体が吐出口３４ｂに案内されやすい。したがって、高いポンプ効率を確保できる。

このため、例えば設計上の制約などによりインペラ２３の流出口２３ｂと吐出口３４ｂとが離間している場合であっても、流体を吐出口３４ｂに効果的に導くことができ、高いポンプ効率を確保することができる。

図８は、各実施形態に係るポンプ装置１０と比較例とのポンプ効率を示す表である。本実施形態にかかるポンプ装置１０と、案内壁３６を有するとともに、拡張壁３４ｆの無い円筒状の吐出部３４を備える第２実施形態に係るポンプ装置１０２と、案内壁が無く、拡張壁３４ｆのある吐出部３４を備える第３実施形態に係るポンプ装置１０３と、比較例１として、案内壁が無く、拡張壁３４ｆの無い円筒状の吐出部３４形状であるポンプ装置１００Ａと、のポンプ効率をそれぞれ示す。図８において、吐出量がそれぞれ０．２，０．２８，０．３５，０．４３，０．５，０．６[ｍ^３／ｍｉｎ]である場合の、ポンプ効率［％］を示す。

本実施形態にかかるポンプ装置１０によれば、以下の様な効果が得られる。すなわち、インペラ２３の外周部に形成された流出口２３ｂからの流体が、ポンプケーシング２２とインペラ２３及びガイドカバー２７の外周部との間において旋回する流体を、案内壁３６によって吐出口３４ｂに向けて案内することで、ポンプ効率を向上することができる。

また、一般的に、ポンプケーシング２２内において軸方向に複数のインペラ２３が配置される場合、ポンプケーシング２２に形成された吐出口３４ｂと、内部のポンプ部１２の流出口２３ｂとの、軸方向における距離が大きくなる。この場合、インペラ２３の流出口２３ｂからケーシングの吐出口３４ｂに流体を効率的に導くことが困難となり損失が増大するため、ポンプ効率の低下を招く原因となる。本実施形態に係るポンプ装置１０は流出口２３ｂ付近から傾斜する流路を構成する拡張壁３４ｆを備える吐出部３４としたことにより、インペラ２３の流出口２３ｂからの流体を吐出口３４ｂに効率的に案内することが可能となる。したがって、損失を抑え、ポンプ効率をさらに高めることができる。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係るポンプ装置１０２について図９を参照して説明する。図９は第２実施形態に係るポンプ装置１０２を一部断面で示す側面図である。

第２実施形態に係るポンプ装置１０２は、ポンプケーシング２２の吐出部３４の構造以外は第１実施形態と同様である。したがって、重複する説明は省略する。

図９に示すように、ポンプ装置１０２において、ポンプケーシング２２の周壁に一体に形成された吐出部３４Ａは、先端から基端まで断面形状が一定の円管状である。この他の構成は上記第１実施形態に係るポンプ装置１０と同様である。

ポンプ装置１０２は、上記第１実施形態と同様に、ポンプケーシング２２のシリンダ部３１の内周面に、案内壁３６を備えている。この案内壁３６によって、ポンプケーシング２２とガイドカバー２７の外周部との間において周方向に流れる流体を、吐出口３４ｂに向けて案内することで、ポンプ装置１０２の損失を抑え、ポンプ効率を向上することができる。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態に係るポンプ装置１０３について図１０を参照して説明する。図１０は第３実施形態に係るポンプ装置１０３を一部断面で示す側面図である。

第２実施形態に係るポンプ装置１０２は、ポンプケーシング２２のシリンダ部３１の内周の構造以外は第１実施形態と同様である。したがって、重複する説明は省略する。

図１０に示すように、ポンプ装置１０３において、ポンプケーシング２２は円筒形状のシリンダ部３１を備えている。このポンプケーシング２２には第１実施形態のような案内壁３６は設けられていない。この他の構成は上記第１実施形態に係るポンプ装置１０と同様である。

ポンプ装置１０３は、上記第１実施形態と同様に、拡張壁３４ｆを備え基端側が他方側に拡張された吐出部３４を備えている。したがって、基端側が軸方向他端に至る拡張壁３４ｆを備える吐出部３４としたことにより、流出部からの流体を傾斜するガイド流路に沿って吐出口３４ｂに効率的に案内することが可能となる。したがって、ポンプ装置１０３の損失を抑え、ポンプ効率をさらに高めることができる。

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば案内壁３６はポンプケーシング２２の内面の一部が***した一体構造を例示したが、これに限られない。例えば円筒系状のシリンダ部３１の内周面において、吐出部３４の基端の開口の周方向下流側の位置に、別体で構成されたプレート状の壁部材をねじ等の取り付け具により設置してもよい。この場合も上記各実施形態と同様の効果が得られる。また、この場合、既存のポンプケーシングに案内壁３６を取付けることで、ポンプ効率を向上させることが可能であり、汎用性が高い。

この他、上記実施形態に例示された各構成要素を削除してもよく、各構成要素の形状、構造、材質等を変更してもよい。上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。

１０…ポンプ装置、１１…モータ、１２…ポンプ部、２１…回転軸、２２…ポンプケーシング、２３…インペラ、２３ａ…流入口、２３ｂ…流出口、２４…インペラケーシング、２５…シール部材、２６…ガイドベーン、２７…ガイドカバー、３１…シリンダ部、３１ａ…開口、３３…吸込部、３３ａ…吸込路、３３ｂ…吸込口、３４…吐出部、３４ａ…吐出路、３４ｂ…吐出口、３４ｆ…拡張壁、３６…案内壁、１０２…ポンプ装置、１０３…ポンプ装置、Ａ１…収容空間。

Claims (7)

1. 回転可能なインペラを収容する収容空間を構成するシリンダ部と、前記収容空間に連通し流体が通過可能な吐出路を構成する吐出部と、前記シリンダ部の内周面の、前記吐出部に連通する開口の側部に設けられ、前記シリンダ部の内周面から前記インペラの外周に形成される流出部に向けて内方に突出する案内壁と、を備えるポンプケーシングを備える、ポンプ装置。
2. 前記ポンプケーシング内であって、前記インペラの外周に配され、前記インペラから流出する流体を２次側に案内するとともに、その外周部に前記流出部を構成する、ガイド部材を備えることを特徴とする請求項１記載のポンプ装置。
3. 前記ポンプケーシング内において、回転の軸方向に沿って複数段の前記インペラを備え、
   前記吐出部の先端部は、前記流出部に対向する位置よりも、前記シリンダ部の軸方向一方側に配置され、
   前記案内壁は、前記回転の周方向において前記開口に隣接する位置において、前記シリンダ部の内周面において少なくとも最も下流側の前記インペラの外周に形成される前記流出部に対向する位置から、前記開口に至って形成される、請求項１記載のポンプ装置。
4. 回転軸に沿って複数配される回転可能なインペラと、
   複数の前記インペラを収容する収容空間を構成するシリンダ部と、前記シリンダ部の周壁から外方に延びるとともに、前記収容空間に連通し流体が通過可能な吐出路を構成する吐出部と、を備えるポンプケーシングと、を備え、
   前記吐出路は基端側が最も下流側の前記インペラの外周に形成される流出部に向けて、少なくとも前記回転軸の方向に拡がることを特徴とするポンプ装置。
5. 前記シリンダ部の軸方向一端側に、前記収容空間に連通し流体が通過可能な吸込路を構成する吸込部が設けられ、
   前記収容空間内において一端側から他端側に複数の前記インペラが順に配置され、
   前記吐出部の先端部は、前記流出部に対向する位置よりも、前記シリンダ部の軸方向一方側に配置され、
   前記吐出部の周壁は、前記流出部に対向する位置から、先端側に向けて前記シリンダ部の前記一端側に向けて斜めに延びるガイド面を備える、請求項４記載のポンプ装置。
6. 前記シリンダ部の内周面において前記吐出部に連通する開口の側部に設けられ、前記シリンダ部の内面から前記インペラの外周部に向けて内方に突出する案内壁を備える、請求項４記載のポンプ装置。
7. 前記ポンプケーシング内であって、前記インペラの外周に配され、前記インペラから流出する流体を２次側に案内するとともに、その外周部に前記流出部を構成する、ガイド部材を備えることを特徴とする請求項４記載のポンプ装置。