JP3025295B2 - Turbo pump - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ターボ形ポンプに関し、特に、流体を送
るためのロータ（インペラ）を磁気的作用により非接触
で支持し、回転させることによりポンプ作用を行なわせ
るようなターボ形ポンプに関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo pump, and more particularly, to a pump that supports a rotor (impeller) for sending a fluid in a non-contact manner by magnetic action and rotates the rotor. The present invention relates to a turbo type pump that performs an operation.
［発明の背景技術］ 本願の出願人は、特願平２−22849号において、流体
の澱みを少なくするために、インペラの軸をなくし、イ
ンペラ本体を非制御式磁気軸受と制御式磁気軸受とによ
り、ケーシング内の所定位置に保持するようにしたクリ
ーンポンプを提案した。このポンプには、第５図に示す
ように、インペラ31の外周部に流体の速度エネルギを圧
力エネルギに変換するために流体の通路断面積が次第に
広くなった１つの渦巻室32が設けられている。インペラ
31が回転すると、流体は吸入口33から吸入され渦巻室32
を経て、吐出口34から吐出される。[Background Art of the Invention] The applicant of the present application disclosed in Japanese Patent Application No. 2-22849, in order to reduce the stagnation of fluid, the impeller shaft was eliminated, and the impeller body was replaced with an uncontrolled magnetic bearing and a controlled magnetic bearing. Proposed a clean pump that is held at a predetermined position in a casing. As shown in FIG. 5, this pump is provided with one spiral chamber 32 having a gradually increasing cross-sectional area of the fluid passage for converting the velocity energy of the fluid into the pressure energy at the outer peripheral portion of the impeller 31. I have. Impeller
When 31 rotates, the fluid is sucked through suction port 33 and swirl chamber 32
Is discharged from the discharge port 34.
［発明が解決しようとする課題］ この発明の背景となるポンプでは、上述のごとく、イ
ンペラのまわりに１つの渦巻室が設けられているので、
渦巻室内でインペラが回転すると、インペラに半径方向
の偏荷重が作用する。この偏荷重が小さければ、磁束の
剪断力の作用により、インペラは中心軸のまわりに安定
して回転するが、偏荷重が大きくなると、非制御式磁気
軸受は半径方向、軸方向とも支持剛性が低いため、イン
ペラの回転軸が偏荷重の佐用によって移動し、回転が不
安定になりインペラがケーシングの内壁に接触するおそ
れがあった。[Problem to be Solved by the Invention] In the pump which is the background of the present invention, as described above, since one spiral chamber is provided around the impeller,
When the impeller rotates in the spiral chamber, an unbalanced radial load acts on the impeller. If the offset load is small, the impeller rotates stably around the central axis due to the action of the shear force of the magnetic flux, but if the offset load increases, the uncontrolled magnetic bearings have a rigid support in both the radial and axial directions. Since the impeller is low, the rotating shaft of the impeller moves due to the uneven load, the rotation becomes unstable, and the impeller may contact the inner wall of the casing.
それゆえに、この発明の主たる目的は、流体を送るた
めのインペラ等の回転体に偏荷重が作用しないようにし
たターボ形ポンプを提供することである。Therefore, a main object of the present invention is to provide a turbo-type pump in which an eccentric load does not act on a rotating body such as an impeller for sending a fluid.
［課題を解決するための手段］ この発明は、流体を送るためのロータと、該ロータを
内蔵し、かつ流体の吸入口および吐出口を有し、渦巻室
を持つ非磁性材料からなるハウジングと、該ハウジング
外に設けられた回転駆動手段と、ハウジングを介してロ
ータと回転駆動手段とを磁気的にカップリングするため
のカップリング手段とを備え、さらに、ロータの端面に
配置された磁性部材と、該磁性部材に対向するようにし
てハウジングに取付けられた電磁石とを含む制御式磁気
軸受とを備えたターボ形ポンプであり、上記ロータは、
上記回転駆動手段によって一方の面に作用する磁気力
と、上記制御式磁気軸受によって他方の面に与えられる
磁気力とによって、釣り合わせた状態で上記ハウジング
から非接触で支持され、上記渦巻室は複数個設けられ、
渦巻室の個数をｎ個とすると、各渦巻室はロータの回転
軸を中心として互いに360゜/nの角度をなすように配置
されている。Means for Solving the Problems The present invention relates to a rotor for sending a fluid, a housing made of a non-magnetic material having a swirl chamber and having a built-in rotor, a suction port and a discharge port for the fluid. A rotating member provided outside the housing, coupling means for magnetically coupling the rotor and the rotating member via the housing, and a magnetic member disposed on an end face of the rotor. And a controllable magnetic bearing including an electromagnet mounted on the housing so as to face the magnetic member.
The magnetic force acting on one surface by the rotation driving means and the magnetic force applied to the other surface by the control type magnetic bearing are supported in a non-contact manner from the housing in a balanced state. A plurality of
Assuming that the number of spiral chambers is n, the spiral chambers are arranged so as to form an angle of 360 ° / n with respect to the rotation axis of the rotor.
［作用］ この発明では、渦巻室が複数個設けられ、かつ各渦巻
室が流体を送るためのロータの回転軸を中心として対称
に配置されているため、ロータに偏荷重が作用すること
がなく、ロータは安定して回転することができる。ま
た、ロータは制御式磁気軸受によってハウジングから非
接触で支持されているため、非制御式磁気軸受のみによ
って支持されている場合に比べて、ロータの軸方向の支
持剛性を高くすることが可能となり、仮にロータに軸方
向の荷重が加わった場合でも、ロータは安定して回転し
続けることが可能となる。[Operation] In the present invention, a plurality of spiral chambers are provided, and the spiral chambers are symmetrically arranged around the rotation axis of the rotor for sending fluid, so that an unbalanced load does not act on the rotor. The rotor can rotate stably. In addition, since the rotor is supported by the control magnetic bearing in a non-contact manner from the housing, the axial rigidity of the rotor can be increased as compared with the case where the rotor is supported only by the non-control magnetic bearing. Even if a load is applied to the rotor in the axial direction, the rotor can continue to rotate stably.
［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例のターボ形ポンプの渦巻
室の構造を模式的に示す断面図である。第１図におい
て、インペラ１の外周に対称的に設けられた２つの渦巻
室21,22には、それぞれ吐出口3,4が設けられる。吐出口
3,4はインペラ１の中心軸に対して対称的に配置されて
いる。また、インペラ１の中心軸の位置には、吸入口５
が設けられる。インペラ１が回転すると、流体は吸入口
５から吸入され、流路の断面積が次第に広くなった渦巻
室21,22を通り、吐出口３および４から吐出されるよう
になっている。[Embodiment of the Invention] Fig. 1 is a sectional view schematically showing the structure of a volute of a turbo pump according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, discharge ports 3 and 4 are provided in two spiral chambers 21 and 22 provided symmetrically on the outer periphery of the impeller 1, respectively. Discharge port
Reference numerals 3 and 4 are arranged symmetrically with respect to the center axis of the impeller 1. The position of the center axis of the impeller 1 is
Is provided. When the impeller 1 rotates, the fluid is sucked through the suction port 5, passes through the swirl chambers 21 and 22 having a gradually increasing cross-sectional area, and is discharged from the discharge ports 3 and 4.
第１図では、２つの渦巻室が設けられているが、渦巻
室は３個以上設けられていてもよい。その場合には、ｎ
個の各渦巻室は互いに360度/nの角度をなすように設け
られる。In FIG. 1, two spiral chambers are provided, but three or more spiral chambers may be provided. In that case, n
Each spiral chamber is provided so as to form an angle of 360 degrees / n with each other.
一方、第２図に示すように２つの渦巻室23,24を形成
し、渦巻室の出口で合流させるようにすると、外観はス
マートになる。第１の渦巻室23と第２の渦巻室24は同一
形状であり、インペラに作用する力はバランスしてい
る。第２の渦巻室24は、Ｐ点において吐出口側にのびる
流路25に接続されており、その出口において第１の渦巻
室23に合流するようになっている。流路25は、渦巻室の
最大流路断面積よりも大きな断面積を有するようにし、
流路抵抗が小さくなるようにしている。On the other hand, if two spiral chambers 23 and 24 are formed as shown in FIG. 2 and they are merged at the outlet of the spiral chamber, the appearance becomes smart. The first spiral chamber 23 and the second spiral chamber 24 have the same shape, and the forces acting on the impeller are balanced. The second spiral chamber 24 is connected to a flow path 25 extending to the discharge port side at a point P, and joins the first spiral chamber 23 at an outlet thereof. The flow path 25 has a cross-sectional area larger than the maximum flow path cross-sectional area of the volute,
The flow path resistance is reduced.
吐出口や渦巻室が上記のような形態を有しているた
め、外部からの磁気的作用により非接触で支持されてい
るインペラに働く半径方向の力が釣合うので、インペラ
の回転軸の位置が移動することなく、インペラは安定し
て回転する。従って、インペラを軸支する必要は全くな
くなる。Since the discharge port and the spiral chamber have the above-described form, the radial force acting on the impeller supported in a non-contact manner by the external magnetic action is balanced, so that the position of the rotation axis of the impeller The impeller rotates stably without moving. Therefore, there is no need to pivot the impeller.
第３図はこの発明の一実施例のターボ形ポンプの構成
を示す断面図である。第３図において、ポンプ10のケー
シング11内には、インペラ１が設けられる。ケーシング
11は非磁性部材からなる。インペラ１は、非制御式磁気
軸受を構成する永久磁石12を有する非磁性部材13と、制
御式磁気軸受のロータに相当する軟鉄部材14がリベット
などで結合されてつくられている。また、この軟鉄部材
14は表面処理され、錆などが生じないように考慮されて
いる。永久磁石12はインペラ１の円周方向に分割されて
おり、互いに隣接する磁石の磁界の方向が逆方向となる
ように着磁されている。インペラ１の永久磁石12を有す
る側に対向するようにして、ケーシング11外部には軸15
に軸支されたロータ16が設けられる。ロータ16は図示し
ないモータにより駆動され、軸15を中心軸として回転す
る。ロータ16には、インペラ１の永久磁石12に対向し、
かつ吸引力が作用するようにインペラ側と同数の永久磁
石17が取付けられている。FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a turbo pump according to one embodiment of the present invention. In FIG. 3, an impeller 1 is provided in a casing 11 of the pump 10. casing
11 is made of a non-magnetic member. The impeller 1 is made by combining a non-magnetic member 13 having a permanent magnet 12 constituting a non-control type magnetic bearing and a soft iron member 14 corresponding to a rotor of the control type magnetic bearing by rivets or the like. Also, this soft iron member
14 is subjected to a surface treatment so as not to generate rust. The permanent magnet 12 is divided in the circumferential direction of the impeller 1, and is magnetized so that the directions of the magnetic fields of the adjacent magnets are opposite to each other. A shaft 15 is provided outside the casing 11 so as to face the side of the impeller 1 having the permanent magnet 12.
Is provided with a rotor 16 which is pivotally supported. The rotor 16 is driven by a motor (not shown) and rotates around the shaft 15 as a center axis. The rotor 16 faces the permanent magnet 12 of the impeller 1,
Further, the same number of permanent magnets 17 as those on the impeller side are attached so that an attractive force acts.
一方、インペラ１の軟鉄部材14を有する側に対向する
ようにして、ケーシング11には、永久磁石12,17の吸引
力と釣合って、インペラ１をケーシング11の中心に保持
するように作用する電磁石18が取付けられる。電磁石18
は、たとえば４個設けられる。電磁石間には、位置セン
サ（図示せず）が設けられる。この位置センサにより、
電磁石18と軟鉄部材14との隙間の間隔が検知され、この
検出力はコイル19に与えられる電力を制御する制御部
（図示せず）にフィードバックされる。これにより、イ
ンペラの軸方向の位置制御が行なわれ、インペラ１はケ
ーシング11の中心に保持される。On the other hand, the casing 11 is opposed to the side having the soft iron member 14 of the impeller 1 and acts on the casing 11 in balance with the attraction force of the permanent magnets 12 and 17 to hold the impeller 1 at the center of the casing 11. An electromagnet 18 is mounted. Electromagnet 18
Are provided, for example, four. A position sensor (not shown) is provided between the electromagnets. With this position sensor,
The interval between the gap between the electromagnet 18 and the soft iron member 14 is detected, and the detected power is fed back to a control unit (not shown) that controls the power supplied to the coil 19. Thereby, the position control of the impeller in the axial direction is performed, and the impeller 1 is held at the center of the casing 11.
インペラ１に重力等により半径方向の力が作用して
も、永久磁石12および永久磁石17間の磁束の剪断力およ
び電磁石18と軟鉄部材14との間の磁束（第３図に破線で
示す）の剪断力が作用するため、インペラ１はケーシン
グ11の中心に保持される。Even if a radial force acts on the impeller 1 due to gravity or the like, the shearing force of the magnetic flux between the permanent magnet 12 and the permanent magnet 17 and the magnetic flux between the electromagnet 18 and the soft iron member 14 (shown by broken lines in FIG. 3) The impeller 1 is held at the center of the casing 11 by the shearing force of
このようにして、磁気的に支持された状態で、ロータ
16が回転すると、永久磁石12と永久磁石17が磁気カップ
リングを構成し、インペラ１が回転し、流体は吸入口20
から吸入され、吐出口へ送られる。渦巻室および吐出口
は第１図で示したように設けられているので、インペラ
１に偏荷重が作用することはない。Thus, the magnetically supported state of the rotor
When 16 rotates, the permanent magnet 12 and the permanent magnet 17 form a magnetic coupling, the impeller 1 rotates, and the fluid flows through the inlet 20.
And is sent to the outlet. Since the swirl chamber and the discharge port are provided as shown in FIG. 1, the unbalanced load does not act on the impeller 1.
また、流入口中心部の流れ26は中心軸方向の力を有す
るが、流れが半径方向のみとなるように整流ガイド27が
設けられているので、インペラには流れによる軸方向力
は作用しない。The flow 26 at the center of the inlet has a force in the direction of the central axis, but since the rectifying guide 27 is provided so that the flow is only in the radial direction, no axial force due to the flow acts on the impeller.
インペラ１はケーシング11の薄壁によって、完全に外
部から隔離されているため、ポンプ流入口からの流体に
外部から異物が入ることは皆無であり、ポンプ10から吐
出される流体はクリーンな状態を保持する。The impeller 1 is completely isolated from the outside by the thin wall of the casing 11, so that no foreign matter enters the fluid from the pump inlet through the outside, and the fluid discharged from the pump 10 is kept in a clean state. Hold.
第４図には、参考例として、吐出口が円周の360゜に
わたって開放された渦巻室のないターボ形ポンプが示さ
れている。第４図に示すポンプでは、渦巻室がないの
で、流れの対称性は満たされている。このポンプは流体
を撹拌する機能を有している。FIG. 4 shows, as a reference example, a turbo-type pump without a swirl chamber whose discharge port is opened over 360 ° of the circumference. In the pump shown in FIG. 4, the symmetry of the flow is satisfied because there is no volute. This pump has a function of stirring the fluid.
［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、複数個の渦巻室が
流体を送るためのロータ（インペラ）の回転軸を中心と
して対称に配置されているので、ロータに偏荷重が作用
することがなく、ロータは安定して回転することができ
る。また、ロータは制御式磁気軸受によってハウジング
から非接触で支持されているため、非制御式磁気軸受の
みによって支持されている場合に比べて、ロータの軸方
向の支持剛性を高くすることが可能となり、仮にロータ
に軸方向の荷重が加わった場合でも、ロータは安定して
回転を続けることが可能となる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since a plurality of spiral chambers are symmetrically arranged around the rotation axis of the rotor (impeller) for sending fluid, an eccentric load is applied to the rotor. With no operation, the rotor can rotate stably. In addition, since the rotor is supported by the control magnetic bearing in a non-contact manner from the housing, the axial rigidity of the rotor can be increased as compared with the case where the rotor is supported only by the non-control magnetic bearing. Even if a load is applied to the rotor in the axial direction, the rotor can continue to rotate stably.
第１図はこの発明の一実施例のターボ形ポンプの渦巻室
の構造を模式的に示す断面図である。第２図はこの発明
の一実施例としてのターボ形ポンプの渦巻室の形状の一
例を示す断面図である。第３図はこの発明の一実施例と
してのターボ形ポンプの構成を示す断面図である。第４
図は参考例としてのターボ形ポンプを示す断面図であ
る。第５図はこの発明の背景となるターボ形ポンプにお
ける渦巻室の構造を模式的に示す断面図である。 図において、１はインペラ、３および４は吐出口、５お
よび20は吸入口、11はケーシング、12および17は永久磁
石、14は軟鉄部材、16はロータ、18は電磁石、21,22,23
および24は渦巻室を示す。FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of a spiral chamber of a turbo pump according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing an example of the shape of a spiral chamber of a turbo pump as one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a turbo pump as one embodiment of the present invention. 4th
The figure is a sectional view showing a turbo pump as a reference example. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a volute in a turbo pump according to the background of the present invention. In the figure, 1 is an impeller, 3 and 4 are discharge ports, 5 and 20 are suction ports, 11 is a casing, 12 and 17 are permanent magnets, 14 is a soft iron member, 16 is a rotor, 18 is an electromagnet, 21, 22, 23
And 24 indicate the volute.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−289291（ＪＰ，Ａ) 実開 昭48−91503（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−90496（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−75583（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−117672（ＪＰ，Ｕ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-289291 (JP, A) JP-A 48-91503 (JP, U) JP-A 56-90496 (JP, U) JP-A 63-289496 75583 (JP, U) Actually open 1979-117672 (JP, U)
Claims (1)
有し、渦巻室を持つ非磁性材料からなるハウジングと、 前記ハウジング外に設けられた回転駆動手段と、 前記ハウジングを介して前記ロータと前記回転駆動手段
とを磁気的にカップリングするためのカップリング手段
と、 前記ロータの端面に配置された磁性部材と、前記磁性部
材に対向するようにして前記ハウジングに取付けられた
電磁石とを含む、制御式磁気軸受と を備えたターボ形ポンプであって、 前記ロータは、前記回転駆動手段によって前記ロータの
一方の面に作用する磁気力と、前記制御式磁気軸受によ
って前記ロータの他方の面に与えられる磁気力とによっ
て、釣り合わせた状態で前記ハウジングから非接触で支
持され、 前記渦巻室は、複数個設けられ、前記渦巻室の個数をｎ
個とすると、各渦巻室は前記ロータの回転軸を中心とし
て互いに360゜/nの角度をなすように配置されたことを
特徴とする、ターボ形ポンプ。1. A rotor for sending a liquid, a housing containing the rotor, having a liquid inlet and a discharge port, and made of a non-magnetic material having a spiral chamber, provided outside the housing. A rotation driving unit, a coupling unit for magnetically coupling the rotor and the rotation driving unit via the housing, a magnetic member disposed on an end surface of the rotor, and facing the magnetic member. A controlled magnetic bearing, comprising: an electromagnet attached to the housing as described above, wherein the rotor has a magnetic force acting on one surface of the rotor by the rotation driving means. The magnetic force applied to the other surface of the rotor by the controlled magnetic bearing is supported in a non-contact manner from the housing in a balanced state, A plurality of spiral chambers are provided, and the number of the spiral chambers is n.
The turbo-type pump is characterized in that the spiral chambers are arranged so as to form an angle of 360 ° / n with respect to the rotation axis of the rotor.
Priority Applications (4)
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Publications (2)
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-
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- 1990-10-11 JP JP27465690A patent/JP3025295B2/en not_active Expired - Lifetime
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