JP2017014984A

JP2017014984A - 流体機械

Info

Publication number: JP2017014984A
Application number: JP2015131758A
Authority: JP
Inventors: 洋人橋元; Hiroto Hashimoto; 学辻村; Manabu Tsujimura
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-19
Also published as: WO2017002923A1

Abstract

【課題】分割ケーシングが合わさってケーシングが構成される流体機械であって、分割ケーシングにおいてそれらの合せ面を構成するフランジを大型化することなくシール機能を確保した流体機械を提供する。
【解決手段】流体機械は、下部ケーシング２１と上部ケーシング２２とを備え、下部ケーシング２１と上部ケーシング２２とが合わさってケーシング２が構成されるポンプ１であって、下部ケーシング２１と上部ケーシング２２とをそれぞれのフランジで合わせた状態で、下部ケーシング２１のフランジ２１１Ｆ、２１２Ｆと上部ケーシング２２のフランジ２２１Ｆ、２２２Ｆと挟むクランプ部材５１、５２を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ等の流体機械に関し、特に、ケーシングが分割ケーシングに分割されており、分割ケーシングが互いに合わさってケーシングが構成される流体機械に関するものである。

流体機械のケーシングの内部には流体が流通する。例えば液体を扱うポンプでは、吸込み口から吸い込んだ液体を羽根車の遠心力および羽根の揚力により液体に圧力および運動エネルギーを与え吐出し口より排出することによりケーシングの内部に液体が流通する。また、一般的にポンプでは、軸封部や羽根車等のケーシング内の部品は定期的なメンテナンスが必要なため、ケーシングを分割しメンテナンスが容易に行える構造となっている。

図７は従来の横軸両吸込渦巻ポンプの斜視図であり、図８は図７の左側面図であり、図９は図７の正面図であり、図１０は図８のＡ−Ａ断面図であり、図１１は図９のＢ−Ｂ断面図である。図７〜図１１に示すように、横軸両吸込渦巻ポンプ１００の外形を構成するケーシング１１０は、複数の分割ケーシングからなる。具体的には、ケーシング１１０は、回転軸を含む平面にて水平二つ割りにし、下部ケーシング１１１と、上部ケーシング１１２に分割された構造により構成される。

ポンプ１００の運転中は羽根車にて加圧された液体によって、ケーシング内部は高圧となるため、下部ケーシング１１１及び上部ケーシング１１２は、それぞれの合せ面にフランジ１１１Ｆ、１１２Ｆが形成され、このフランジ１１１Ｆ、１１２Ｆをケーシングボルト１２０で締めつけることで強固に接合されている。下部ケーシング１１１と上部ケーシング１１２とを密着させることで、ケーシング１１０の内部が密閉されて、ケーシング１１０の内部を流通する液体が下部ケーシング１１１と上部ケーシング１１２との間から液体が漏れることが防止される。

特開２０１４−１３４１６２号公報

ケーシング内部の液体が高圧となってもシール機能を確保するためには、分割ケーシングの合せ面の面圧を高める必要がある。このために、大型のケーシングボルトを使用して強い締結力で分割ケーシングのフランジを互いに締め付ける必要がある。

ケーシングボルトはフランジに一定間隔にて配置する必要があり複数個必要である。また、複数のケーシングボルトをフランジに締結する作業は、各ケーシングボルト同士の締め具合をみながら調整が必要な作業である。そのため、ケーシングボルトの数が増えるほど、フランジのケーシングボルト穴の加工精度と相まって締結作業は困難となり、熟練の技術者でなければ締結が難しくなる。

また、ケーシングボルトを大型化すると、そのような大型のケーシングボルトに対応して、合せ面を構成するフランジは、大面積を有し、かつケーシングボルトの強い締結力に耐え得る十分な肉厚（例えば、８０〜１００ｍｍ程度）を有するよう設計する必要がある。その結果、ケーシングが大型化し、重量化するという課題がある。更には、流体機械の構造上、このような大面積かつ肉厚の大きいフランジを設けることができない場合もある。

海水など腐食性の高い特殊な搬送液を用いるポンプでは、搬送液に接するケーシングに二相ステンレスなどの耐腐食性の高い高価な材料を用いる必要がある。この場合、フランジ部分はケーシングと一体で成型されるため、搬送液に接することのないフランジ部分にも高価な材料を使用することになりコスト高となる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、分割ケーシングが合わさってケーシングが構成される流体機械であって、分割ケーシングにおいてそれらの合せ面を構成するフランジを大型化することなくケーシングの口割れを防ぐことを確保した流体機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様の流体機械は、第１の分割ケーシングと第２の分割ケーシングとを備え、前記第１の分割ケーシングと前記第２の分割ケーシングとが合わさってケーシングが構成される流体機械であって、前記第１の分割ケーシングと前記第２の分割ケーシングとをそれぞれのフランジで合わせた状態で、前記第１の分割ケーシングのフランジと前記第２の分割ケーシングのフランジとを挟むクランプ部材を備えた構成を有している。

この構成により、クランプ部材が第１の分割ケーシングのフランジと第２の分割ケーシングのフランジとを挟むことで、第１の分割ケーシングと第２の分割ケーシングとをそれらのフランジで密着させて固定するので、フランジどうしをケーシングボルトで締結する必要がなく、フランジを小型化し、かつ薄肉化することができ、これにより流体機械を軽量化できる。また、ケーシングボルトを少なくすることで、ケーシングの取付作業を簡易にできる。さらに、クランプ部材によって分割ケーシングを固定するので、流体機械の内圧が上昇しても分割ケーシングが口割れしにくくなる。

上記の流体機械において、前記クランプ部材は、前記第１の分割ケーシングのフランジ及び前記第２の分割ケーシングのフランジに対してボルトで固定されていてよい。

この構成により、クランプ部材を第１の分割ケーシングのフランジ及び第２の分割ケーシングのフランジに確実に固定できる。なお、フランジを固定するためのボルトは、従来の流体機械においてフランジ同士を直接固定するためのケーシングボルトより本数を少なくしてもそれによってシール機能が損なわれることはない。

上記の流体機械は、回転軸と、前記回転軸に固定されて前記回転軸の回転により回転する羽根車とを備えたポンプであってよく、前記第１の分割ケーシング及び前記第２の分割ケーシングは、前記回転軸を境に分割されていてよい。

この構成により、ポンプのケーシングを分割して構成した場合において、ケーシング内の液体が高圧になったとしても、ケーシングを大型化、重量化することなく、分割ケーシング間のシール機能を確保できる。

上記の流体機械において、前記クランプ部材は、前記回転軸を境に分割されていてよい。

この構成により、ポンプの吸込側及び吐出側のいずれにおいても分割ケーシングのシーリングを行うことができる。

本発明によれば、クランプ部材が第１の分割ケーシングのフランジと第２の分割ケーシングのフランジとを挟むことで、第１の分割ケーシングと第２の分割ケーシングとをそれらのフランジで密着させて固定するので、フランジどうしをケーシングボルトで締結する必要がなく、フランジを小型化し、かつ薄肉化することができ、これにより流体機械を軽量化できる。

本発明の実施の形態の横軸両吸込渦巻ポンプの分解斜視図本発明の実施の形態の横軸両吸込渦巻ポンプの左側面図本発明の実施の形態の横軸両吸込渦巻ポンプの正面図本発明の実施の形態の横軸両吸込渦巻ポンプのＡ−Ａ断面本発明の実施の形態の横軸両吸込渦巻ポンプのＢ−Ｂ断面図本発明の実施の形態の横軸両吸込渦巻ポンプのクランプ部材の平面図従来の横軸両吸込渦巻ポンプの斜視図従来の横軸両吸込渦巻ポンプの左側面図従来の横軸両吸込渦巻ポンプの正面図従来の横軸両吸込渦巻ポンプのＣ−Ｃ断面図従来の横軸両吸込渦巻ポンプのＤ−Ｄ断面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。以下の実施の形態では、流体機械として横軸両吸込渦巻ポンプを説明するが、本発明は、ケーシングを分割して構成する流体機械であれば、液体ポンプに限らずに適用できる。

図１は、本発明の実施の形態の横軸両吸込渦巻ポンプ（以下、単に「ポンプ」という。）の分解斜視図であり、図２は図１の左側面図であり、図３は図１の正面図であり、図４は図２のＡ−Ａ断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ断面図である。また、図６は、吐出側クランプ部材と吸込側クランプの平面図である。

図１〜図５に示すように、ポンプ１は、ポンプケーシング２内に回転軸３に固定した羽根車４を収容して構成されている。吸込ケーシング２０２は、１つの吸込口２３から流入した流体が吸込ケーシング２０２の内部でボリュートケーシング２０１によって２つに分離された後に渦巻状に捲かれ、ボリュートケーシング２０１の両側に設けた流入口２４、２４（図４参照）からボリュートケーシング２０１内に流入し、羽根車４の回転の作用によって加圧された流体が吐出口２５から吐出されるように構成されている。

ポンプケーシング２は、複数の分割ケーシングからなる。具体的には、ポンプケーシング２は、回転軸３より下側の下部ケーシング２１と、回転軸３より上側の上部ケーシング２２により構成される。即ち、ポンプケーシング２は回転軸３を境に水平に分割されて、上下の分割ケーシング（下部ケーシング２１及び上部ケーシング２２）に分割されている。下部ケーシング２１及び上部ケーシング２２は、本発明の分割ケーシングに相当する。

下部ケーシング２１及び上部ケーシング２２は、互いの合せ面にフランジを有している。具体的には、下部ケーシング２１は、回転軸３よりも吸込側に形成された下部吸込側フランジ２１１Ｆと、回転軸３よりも吐出側に形成された下部吐出側フランジ２１２Ｆとを有しており、上部ケーシング２２は、回転軸３よりも吸込側に形成された、下部吸込側フランジ２１１Ｆと合せられる上部吸込側フランジ２２１Ｆと、回転軸３よりも吐出側に形成された、下部吐出側フランジ２１２Ｆと合せられる２２２Ｆとを有している。

下部吸込側フランジ２１１Ｆ及び下部吐出側フランジ２１２Ｆは、それぞれ下部ケーシング２１の上端の外周に沿って形成され、上部吸込側フランジ２２１Ｆ及び上部吐出側フランジ２２２Ｆは、それぞれ上部ケーシング２２の下端の外周に沿って形成されている。また、下部吸込側フランジ２１１Ｆ及び上部吸込側フランジ２２１Ｆは、それぞれ下部ケーシング２１の上端及び上部ケーシング２２の下端から吸込側に向けて突出して形成されており、下部吐出側フランジ２１２Ｆ及び上部吐出側フランジ２２２Ｆは、それぞれ下部ケーシング２１の上端及び上部ケーシング２２の下端から吐出側に向けて突出して形成されている。下部ケーシング２１と上部ケーシング２２とは、互いのフランジ面で密着する。

下部吸込側フランジ２１１Ｆの両端部にはボルト孔２１１ＦＨが形成され、下部吐出側フランジ２１２Ｆの両端部にはボルト孔２１２ＦＨが形成され、上部吸込側フランジ２２１Ｆの両端部には、ボルト孔２１１ＦＨに対応するボルト孔２２１ＦＨが形成され、上部吐出側のフランジ２２２Ｆの両端部には、ボルト孔２１２ＦＨに対応するボルト孔２２２ＦＨが形成されている。

ポンプ１は、下部ケーシング２１と上部ケーシング２２とをそれぞれのフランジで合わせた状態で、下部ケーシング２１のフランジと上部ケーシング２２のフランジとを挟むクランプ部材を有している。具体的には、吸込側クランプ部材５１は、互いに合せられた下部吸込側フランジ２１１Ｆと上部吸込側フランジ２２１Ｆとを挟み込み、吐出側クランプ部材５２は、互いに合せられた下部吐出側フランジ２１２Ｆと上部吐出側フランジ２２２Ｆとを挟み込む。

吸込側クランプ部材５１は、下部吸込側フランジ２１１Ｆを下側から支持し、上部吸込側フランジ２２１Ｆを上側から押さえ、かつ吸込側から嵌合されるように、断面がコの字形状に形成されている。吐出側クランプ部材５２は、下部吐出側フランジ２１２Ｆを下側から支持し、上部吐出側フランジ２２２Ｆを上側から押さえ、かつ吐出側から嵌合されるように、断面がコの字形状に形成されている。

吸込側クランプ部材５１には、その両端部に、ボルト孔２１１ＦＨ、２２１ＦＨに対応するボルト孔５１Ｈが形成されており、吐出側クランプ部材５２にも、その両端部に、ボルト孔２１２ＦＨ、２２２ＦＨに対応するボルト孔５２Ｈが形成されている。

吸込側クランプ部材５１が、互いに合せられた下部吸込側フランジ２１１Ｆと上部吸込側フランジ２２１Ｆに嵌合されると、ボルト孔５１Ｈとボルト孔２１１ＦＨとボルト孔２２１ＦＨが一致する。このボルト孔５１Ｈ、ボルト孔２１１ＦＨ、ボルト孔２２１ＦＨに、クランプ部材固定ボルト５１１が螺合して、吸込側クランプ部材５１がポンプケーシング２に固定される。また、吐出側クランプ部材５２が、互いに合せられた下部吐出側フランジ２１２Ｆと上部吐出側フランジ２２２Ｆに嵌合されると、ボルト孔５２Ｈとボルト孔２１２ＦＨとボルト孔２２２ＦＨが一致する。このボルト孔５２Ｈ、ボルト孔２１２ＦＨ、ボルト孔２２２ＦＨに、クランプ部材固定ボルト５１２が螺合して、吐出側クランプ部材５２がポンプケーシング２に固定される。

吸込側クランプ部材５１及び吐出側クランプ部材５２は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）からなる。吸込側クランプ部材５１及び吐出側クランプ部材５２は、下部ケーシング２１及び上部ケーシング２２（のフランジ）と接する箇所で、下部ケーシング２１及び上部ケーシング２２に接着されていてもよいし、単に当接しているだけでもよい。

以上のように、本実施の形態のポンプ１では、下部ケーシング２１と上部ケーシング２２との合せ面をフランジとして、この下部ケーシング２１のフランジと上部ケーシング２２のフランジとをクランプ部材で挟むようにして、下部ケーシング２１と上部ケーシング２２とを固定してシールすることができる。

図７〜１１の従来のポンプ１００と比較すると、本実施の形態のポンプ１では、まず、フランジどうしを締結するためのケーシングボルトを設ける必要がない。即ち、従来のポンプ１００では、図７に示すように、複数のケーシングボルトでフランジどうしを密着させていたが、本実施の形態のポンプ１では、各フランジの両端部にクランプ部材を固定するためのクランプ部材固定ボルトが設けられているのみである。これは、ポンプケーシング２内の内圧に耐えうるように下部ケーシング２１と上部ケーシング２２とをシールする役目は吸込側クランプ部材５１及び吐出側クランプ部材５２が担うので、従来の複数のケーシングボルトを設ける必要がなく、単に吸込側クランプ部材５１が吸込側に外れないように、吸込側クランプ部材５１をポンプケーシング２に対して固定するクランプ部材固定ボルト５１１を設ければよいからである。吐出側も同様に、従来のケーシングボルトは不要であり、フランジの両端部に、吐出側クランプ部材５２が吐出側に外れないように吐出側クランプ部材５２をポンプケーシング２に対して固定するクランプ部材固定ボルト５２１が設けられているのみである。

このように、ボルトの数が少なくなると、下部ケーシング２１と上部ケーシング２２とを取り付けてポンプケーシング２を形成するための取付作業を簡易にできる。

また、本実施の形態のポンプ１では、ポンプケーシング２内の内圧に耐え得るように下部ケーシング２１と上部ケーシング２２とをシールする役目を、それぞれのフランジを挟み込む吸込側クランプ部材５１及び吐出側クランプ部材５２が担うので、従来のポンプ１００と比較して、フランジ自体を大型、肉厚に形成する必要がなく、下部ケーシング２１及び上部ケーシング２２のフランジを小型化、薄肉化することができる。よって、本実施の形態のポンプ１によれば、従来と比較して、ポンプケーシング２を軽量化できる。

また、このように、ポンプケーシング２を小型化できるので、ポンプケーシング２の材料（例えば、鋳鉄、鋳鋼、鋼鉄）を節約して、コストダウンを図ることができる。特に、ポンプケーシング２の材料として二相ステンレスを用いる場合には、二相ステンレスは高価であるので、フランジを小型化、薄肉化することで材料費を大幅に削減できる。

なお、上記の実施の形態では、吸込側クランプ部材５１及び吐出側クランプ部材５２にＦＲＰを用いたが、吸込側クランプ部材５１及び吐出側クランプ部材５２の材料はこれに限られない。なお、吸込側クランプ部材５１及び吐出側クランプ部材５２の材料としては、引張強度が強く、軽量であるものが望ましい。

また、上記の実施の形態では、吸込側クランプ部材５１及び吐出側クランプ部材５２を、それぞれフランジ全体を挟み込むように形成したが、フランジの一部部分のみを挟み込むものであってよい。さらに、吸込側及び吐出側にそのようなクランプ部材を複数設けてもよい。即ち、クランプ部材が軸方向に分割されていてもよい。

また、下部吸込側フランジ２１１Ｆと上部吸込側フランジ２２１Ｆとの間、及び下部吐出側フランジ２１２Ｆと上部吐出側フランジ２２２Ｆとの間に、Ｏリング等の密封部材を設けてもよい。さらに、上記の実施の形態では、吸込側及び吐出側にそれぞれ２つずつボルト孔及びクランプ部材固定ボルトを設けたが、ボルト孔及びクランプ部材固定ボルトは吸込側及び吐出側の各々に１つずつであってもよい。さらに、吸込側クランプ部材５１及び吐出側クランプ部材５２は、ボルト以外の方法でポンプケーシング（のフランジ）に固定されてもよい。

本発明は、クランプ部材が第１の分割ケーシングのフランジと第２の分割ケーシングのフランジとを挟むことで、第１の分割ケーシングと第２の分割ケーシングとをそれらのフランジで密着させて固定するので、フランジのボルト孔を少なくすることができ、フランジを小型化し、かつ薄肉化することができ、これにより流体機械を軽量化できるという効果を有し、第１の分割ケーシングと第２の分割ケーシングとが互いに合わさってケーシングが構成される流体機械等として有用である。

１横軸両吸込渦巻ポンプ（流体機械）
２ポンプケーシング
２１下部ケーシング（分割ケーシング）
２１１Ｆ下部吸込側フランジ
２１２Ｆ下部吐出側フランジ
２１１ＦＨ、２１２ＦＨボルト孔
２２上部ケーシング（分割ケーシング）
２２１Ｆ上部吸込側フランジ
２２２Ｆ上部吐出側フランジ
２２１ＦＨ、２２２ＦＨボルト孔
２３吸込口
２４流入口
２５吐出口
３回転軸
４羽根車
５１吸込側クランプ部材
５１Ｈボルト孔
５１１クランプ部材固定ボルト
５２吐出側クランプ部材
５２Ｈボルト孔
５２１クランプ部材固定ボルト

Claims

第１の分割ケーシングと第２の分割ケーシングとを備え、前記第１の分割ケーシングと前記第２の分割ケーシングとが合わさってケーシングが構成される流体機械であって、
前記第１の分割ケーシングと前記第２の分割ケーシングとをそれぞれのフランジで合わせた状態で、前記第１の分割ケーシングのフランジと前記第２の分割ケーシングのフランジとを挟むクランプ部材を備えたことを特徴とする流体機械。
前記クランプ部材は、前記第１の分割ケーシングのフランジ及び前記第２の分割ケーシングのフランジに対してボルトで固定されていることを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
前記流体機械は、回転軸と、前記回転軸に固定されて前記回転軸の回転により回転する羽根車とを備えたポンプであり、前記第１の分割ケーシング及び前記第２の分割ケーシングは、前記回転軸を境に分割されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体機械。
前記クランプ部材は、前記回転軸を境に分割されていることを特徴とする請求項３に記載の流体機械。