JP4972984B2 - 両吸込渦巻ポンプおよびその羽根車並びに羽根車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、両吸込渦巻ポンプおよびそれが備える羽根車とその製造方法に関する。

従来の両吸込渦巻ポンプの例が、特許文献１および特許文献２に記載されている。特許文献１に記載の両吸込渦巻きポンプでは、ポンプのスラスト力を安定させてポンプの安定運転可能領域を広くするために、両吸込口を分離する隔壁に均圧用連通孔を水平方向に設けている。この連通孔により、隔壁の両側での差圧の発生を抑制し、主軸の揺動を防止している。

また、特許文献２に記載の両吸込ポンプでは、圧力脈動を低減するために、複数のボリュート流路を有するボリュートケーシングの内部に仕切り板を設けている。この仕切り板の両側には、それぞれ等ピッチで翼が配置されており、この翼を有する羽根車は、ボリュートケーシングの内部に収納されている。さらに、吸込みケーシングが、仕切り板で仕切った両側の翼に流体を導いている。羽根車の仕切り板の両側の翼は、位相がずらされており、一方の側の翼の先端がボリュートの巻き始め端部にあるときは、他方の側のどの翼の先端も、ボリュートの巻き始め端部とは異なる位置にある。

特開平１１−３０３７８９号公報 特開２００２−１３８９９１号公報

上記特許文献１および２に記載のような両吸込渦巻ポンプでは、羽根形状が著しく簡単で機械加工が可能な場合を除き、羽根車を一体鋳造で製作することが多い。このように羽根車を一体鋳造で製作するときには、鋳造に必要な木型構造が複雑になり、湯の回りが円滑にならず鋳造欠陥を引き起こす恐れがある。また、鋳放しのままでは所定の羽根車形状を得ることが困難なため、所定形状に形成したゲージを基準に、手仕上げで羽根面を成形している。この手仕上げには精度を維持するために熟練を要するとともに、手仕上げは機械加工に比べて大幅に加工工数が多い。

本発明は上記従来の技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車の加工工数を低減することにある。本発明の他の目的は、両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車の加工精度を向上させることにある。本発明のさらに他の目的は、鋳造欠陥の起こりにくい両吸込渦巻ポンプを実現することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、回転軸と、この回転軸に取り付けた両吸込型の遠心羽根車と、この両吸込型の遠心羽根車を収容し吸込用渦巻ケーシングと吐出用渦巻きケーシングを有するケーシングとを備えた両吸込渦巻ポンプにおいて、両吸込型の遠心羽根車は、鏡面対称に形成された側板およびこの側板よりも小さな外径の主板とで流路を形成しかつ前記主板の外径側にオープン形状部を形成し、一端側が前記側板に連接するとともに前記側板の外径とほぼ同じ外径まで延びる複数の羽根を前記流路に配設し、前記複数の羽根は前記オープン形状部において前記側板に片持ち支持状態であり、少なくとも前記側板と前記羽根を鋳物一体または削り出し一体で形成したことにある。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車の製造方法において、少なくとも側板とこの側板とほぼ同じ外径まで延びる複数の羽根を鋳物一体または削り出し一体で形成した後、主板外径が側板外径より小さいオープン形状部では羽根の外径部が片持ち状態である遠心羽根車部材を鏡面対称に形成し、この遠心羽根車部材を円板状部材を介して背面対向させ、１対の遠心羽根車部材の羽根の周方向位相を互いに変化させたことにある。

本発明によれば、両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車を、外径側が切り欠かれた形状の主板と側板および複数の羽根からなる片吸込み羽根車を背面対向させ、対向部に主板に対応するリングを設けているので、開口部の多い片吸込み羽根車を作成するだけでよく、羽根車の加工工数を低減できる。また、開口部が増え、狭隘部が低減したので、加工工具の使用が容易になり、両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車の加工精度が向上する。さらに、羽根車に開口部が増えたので、鋳造時の湯の回りがよく、鋳造欠陥が起こりにくくなる。さらにまた、左右の羽根車要素で羽根の周方向位置を容易に変えることができ、低騒音の羽根車を実現できる。

以下、本発明に係る両吸込渦巻ポンプのいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図１に、両吸込渦巻ポンプ５０に用いる羽根車２を縦断面図で示す。図２に、図１に示した羽根車２を内蔵した両吸込渦巻ポンプ５０を、縦断面図で示す。本実施例の両吸込渦巻ポンプ５０では、回転軸１が水平方向に配置されている。この回転軸１のほぼ中央部に詳細を後述する羽根車２が取り付けられている。

羽根車２の軸方向両側にはスリーブ５が配置されており、スリーブ５は回転軸１に嵌挿されている。スリーブ５の反羽根車側端部には、ロックナット６が配置されており、ロックナット６を回転軸１に螺合させて、羽根車２およびスリーブ５を固定する。スリーブ５の外周部には、グランドパッキン等のシール部材が配置されており、このシール部材は、ケーシング３に保持されている。

回転軸１の一端側には、回転軸１をラジアル方向およびスラスト方向に支承するラジアル軸受とスラスト軸受が取り付けられており、軸受部４を形成する。回転軸１の他端側にはカップリングが取り付けられており、図示しない駆動機とこのカップリングを介して接続して、回転軸１を回転駆動する。カップリングとロックナット６間には、回転軸１をラジアル方向に支承するラジアル軸受を含む軸受部４が形成されている。左右の軸受部４は、ケーシング３から張り出した静止部を有する。

ケーシング３では、軸方向中央部に吐出用の渦巻ケーシングが形成されており、この吐出用渦巻ケーシングの両側に吸込み用の渦巻ケーシングが形成されている。吸込み用渦巻ケーシングは、羽根車２に対向する部分が開口部となっており、吸込み用渦巻ケーシングで旋回を与えられた流れが、羽根車２に流入する。

羽根車２は遠心羽根車を背面対向させた形状となっており、吸込み側の外周部には、吐出用の渦巻ケーシング内の流れが吸込み用渦巻ケーシング内に漏れて再循環するのを防止するインペラリング８が取り付けられている。このインペラリング８に対向して、ケーシング３にはケーシングリング７が取り付けられている。インペラリング８とケーシングリング７はシールとして作用する。

図１に示すように、羽根車２は、軸方向から流体を吸い込み半径方向に吐き出す遠心形の羽根車２であり、回転軸１に嵌合する主板２ａと、ケーシング３側に位置する側板２ｂと、主板２ａと側板２ｂとに端部が接続し、周方向にほぼ等ピッチで配置された複数の羽根２ｄとを有する。ここで本実施例の羽根車３では、片吸込みの遠心羽根車２ｅ，２ｆをリング２ｃを間に挟んで、背面対向させている。

すなわち、左側の羽根車２ｅと右側の羽根車２ｆとは回転方向を異にするので、羽根
２ｄの向きは鏡面形状になるが、その他の点では同一の形状である。しかも、通常の片吸込み羽根車とは異なり、主板２ａの外径位置は羽根車２ｅ，２ｆの外径位置までは延びておらず、羽根車２ｅ，２ｆの外径よりも小径になっている。左右の羽根車２ｅ，２ｆの主板２ａの背面側には、外径が羽根車２ｅ，２ｆの外径とほぼ等しいリング２ｃが挟まれている。リング２ｃは、ピン９により両羽根車２ｅ，２ｆと結合されており、主板２ａの作用をする。

ここで、本実施例の両吸込渦巻ポンプ５０では、左右の羽根車２ｅ，２ｆの羽根２ｄの周方向位置を同じにした同相羽根車と、互いに周方向位置が異なる異相羽根車のいずれをも、使用できる。同相羽根車を用いると、羽根枚数に起因する振動や騒音のピークが高くなる恐れがあるので、圧力脈動による両吸込渦巻ポンプ５０の振動や騒音低減が望まれる場合には、異相羽根車を用いる。一方、異相羽根車では羽根車を出た後に、流れ状態の異なる左右の流れが混合するので、若干の性能低下の恐れがある。そこで、性能を重視する場合には、同相羽根車を用いる。

次に、上記実施例に示した羽根車２の製作方法を、以下に詳述する。従来、羽根車２を製作するときは、羽根２ｄ形状および主板２ａ，側板２ｂを象った木型を製作し、この木型を用いて一体鋳造する。その後、羽根２ｄの形状を示すゲージ等を基準にして、手仕上げで加工している。しかしながらこの方法では、羽根車２の出口幅が狭いとき、特に異相羽根車とするために主板２ａを羽根車２の外径部までに延ばした羽根車２では、加工工具を流路面まで挿入することが困難になる場合があった。

そこで本実施例では、主板２ａを羽根車２ｅ，２ｆの外周まで延ばさないオープン形状とする。そして溶接構造とする場合には、側板２ｂの素材から側板２ｂと複数の羽根２ｄとを有する側板部材と機械加工で削り出すとともに、ラッパ面を有する主板２ａも機械加工で削り出し、この両者を、溶接で接合する。一方、鋳物構造の場合には、加工方法そのものは従来技術とほとんど変わらないが、主板２ａ側がオープン構造であるから、手仕上げの工具を流路面まで容易に挿入できる。また、羽根形状によっては、機械加工で仕上げ加工することも可能になる。

片吸込羽根車２ｅ，２ｆでは、主板２ａの外周側が羽根車２ｅ，２ｆまで延びておらずオープン形状になっている。このように形成する主板２ａと側板２ｂ，複数の羽根２ｄとを、上述の方法で一体形成する。羽根車２ｅ，２ｆに求められる寸法精度を達成するため機械加工で仕上げるときには、主板２ａのないオープン形状部から、三次元加工機などの加工工具を羽根車２ｅ，２ｆの内部に挿入し、片吸込みインペラ２ｅ，２ｆの主板２ａと側板２ｂ、羽根２ｄで囲まれた流路を加工する。このとき、片吸込みインペラ２ｅ，２ｆの吸込み側と吐出側からも、加工工具を挿入することが可能である。

このように溶接構造または鋳物構造で作成した羽根車２ｅ，２ｆを、リング２ｃを挟んで背面対向させる。その際、羽根車２ｅ，２ｆの主板２ａとリング２ｃとをピン９で結合する。ピン９は、羽根車２ｅ，２ｆとリング２ｃ間でトルクを伝達する。また、左右の羽根車２ｅ，２ｆの周方向位置決めにも用いられる。異相羽根車に形成するにせよ、同相羽根車に形成するにせよ、ピン９の結合位置で、羽根車２の形状が決定される。

ピン９で２つの羽根車２ｅ，２ｆとリング２ｃを結合した後、ボルト１３を用いて２つの羽根車２ｅ，２ｆを固定する。なお、本実施例では、羽根車２ｅ，２ｆの吸込み側に、インペラリング８を取り付けている。ボルト１３で固定された羽根車２は、回転軸１に嵌挿された後、スリーブ５およびロックナット６で回転軸１に固定される。

左右の羽根車２ｅ，２ｆを一体化して羽根車２を製作したときに、質量が大きくなり過ぎて取り扱いが困難になるときは、回転軸１に羽根車２ｅ，リング２ｃ，羽根車２ｆを単品毎に順次嵌挿し、回転軸１上で一体化した羽根車２とすればよい。なお、羽根車２の周方向の回り止めとして、回転軸１および各羽根車２ｅ，２ｆにはキー溝１６が形成されており、この溝１６にキー１７を嵌合する。

本実施例によれば、片吸込み羽根車２ｅ，２ｆの形状形成が容易になるので、鋳物の場合には鋳造欠陥を低減できる。さらに、羽根車２ｅ，２ｆの吸込み側および吐出側の２方向に加え、オープン形状にした従来の主板２ａ側方向からの加工も可能になり、機械加工が容易になり、かつ機械加工の適用範囲も拡大し、短時間で寸法精度の高い羽根車２を製作することができる。

右側の片吸込みインペラ２ｆは、左側の片吸込みインペラ２ｅと回転方向が相違して羽根２ｄが鏡像形状になっているだけなので、左側の羽根車２ｅの羽根２ｄの製作データ
（座標データ）を座標変換するだけで、右側の羽根車２ｅの製作データを使用できる。これにより、加工が容易になるとともに、データ作成等の手間が省ける。

２つの羽根車２ｅ，２ｆ間に組み込むリング２ｃを、位置決めのために羽根車２ｅ，
２ｆに嵌合する。本実施例では円板状の単純形状で済むので、圧延した板材を旋盤等で機械加工すれば容易にリング２ｃを製作できる。したがって、従来の鋳物で製作した場合に比べて所要厚みを薄くすることができ、鋳造欠陥を低減した高精度の部品とすることができる。

本発明に係る羽根車２の他の実施例を、図３〜図６を用いて説明する。図３に、同相羽根車２を、縦断面図で示す。左右の羽根車２ｅ，２ｆを上記実施例と同様に製作し、リングを介さずに直接背面対向させる。両羽根車２ｅ，２ｆを締結するときには、ピンを使用して周方向位置決めする。吸込み側のリング２ｃは、省略されている。２つの片吸込羽根車２ｅ，２ｆの羽根２ｄの周方向位置を合わせて、同相羽根車とする。左右の羽根車２ｅ，２ｆの流路が同相なので、両羽根車間を仕切るリングが不要になる。これにより、羽根車２の軸方向長さを短縮できる。

図１に示した実施例において、リング２ｃに連通孔１０を形成した例を図４に示す。同図（ａ）は羽根車２の縦断面図であり、同図（ｂ）は羽根車２ｆの正面図である。２つの片吸込インペラ２ｅ，２ｆにより形成されるそれぞれ独立した流路を、連通孔１０で連通させている。本例によれば、左右の羽根車２ｅ，２ｆ内の流路における圧力アンバランスを緩和でき、羽根車２に加わる軸方向推力を低減できる。

図５に、本発明に係る両吸込羽根車のさらに他の実施例を縦断面図（同図（ａ））および右側面図（同図（ｂ））で示す。本実施例でも、左右の羽根車２ｅ，２ｆの周方向位相を異ならせている。本実施例が図１に示した実施例と異なるのは、左右の羽根車２ｅ，
２ｆ間に配置したリング２ｃに、整流羽根１１を設けたことにある。

整流羽根１１は、リング２ｃに溶接で取り付けられている。整流羽根１１は、側面図
（（ｂ）図）に示すように、羽根枚数に応じた枚数だけ設けれており、周方向位置は各羽根２ｄ間のほぼ中央部にある。整流羽根１１の形状は、羽根２ｄの主板側端部形状に合わせた２次元羽根である。整流羽根１１の軸方向高さは、羽根車２の出口幅に比べて大変小さく、半径方向に羽根車２の出口側から内径側に、主板２ａの外径端付近まで延びている。

本実施例によれば、異相羽根車２において、右側の羽根車２ｆと左側の羽根車２ｅとを出た流れが、それぞれ異なる位相で吐出渦巻流路に流入するので、羽根車を出た流れが一様化され、振動および騒音のピーク値を低減することができる。また、整流羽根の高さが低いので、加工も容易である。本実施例では、整流羽根を溶接でリングに取り付けたが、機械加工やプレス等でリング２ｃと一体加工することももちろんできる。

図６に、本発明に係る両吸込羽根車のさらに他の実施例を、同図（ａ）に縦断面図で示す。本実施例でも、左右の羽根車２ｅ，２ｆの周方向位相を異ならせている。本実施例が図１に示した実施例と異なるのは、リング２ｃに羽根２ｄを差し込む羽根取付け溝１２を形成したことにある。同図（ｂ）に、羽根２ｄを取り付ける前のリング２ｃを正面図で示す。

図１に示した実施例では、左右の羽根車２ｅ，２ｆが有する羽根２ｄは、主板側であって外径側では、側板２ｂでだけ片持ち支持される構造である。本実施例では、リング２ｃに形成した溝１２に羽根２ｄの端部が嵌合されているので、羽根２ｄは、両端支持形状となっている。このように、リング２ｃに羽根２ｄが嵌合する溝１２を形成したので、羽根２ｄの支持部の応力が低下し、羽根の信頼性が向上する。もしくは、羽根２ｂの許容限界応力を引き起こす流体力を高めることができ、両吸込渦巻きポンプ５０を高揚程化することができる。

上記各実施例では、両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車の羽根を側板と一体に形成していたが、主板と一体に形成し、その後、側板側端部を側板に固定するようにしてもよい。また、主板と羽根と側板のすべてを一体形成し、その後所定寸法に仕上げるようにしてもよい。以上、本発明の好適な実施例について詳しく述べたが、本発明は上記各実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲において設計変更を行なうことができる。

本発明に係る両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車部の一実施例の縦断面図。 図１に示した羽根車を有する両吸込渦巻ポンプの一実施例の縦断面図。 本発明に係る両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車部の他の実施例の縦断面図。 本発明に係る両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車部のさらに他の実施例の縦断面図および側面図（部分）。 本発明に係る両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車部のさらに他の実施例の縦断面図および側面図（部分）。 本発明に係る両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車部のさらに他の実施例の縦断面図および側面図（部分）。

符号の説明

１…回転軸、２…羽根車、２ａ…主板、２ｂ…側板、２ｃ…リング（円板状部材）、
２ｄ…羽根、２ｅ，２ｆ…片吸込み羽根車、３…ケーシング、４…軸受部、５…スリーブ、６…ロックナット、７…ケーシングリング、８…インペラリング、９…ピン、１０…連通穴、１１…整流羽根、１２…羽根取付け溝、１３…ボルト、５０…両吸込渦巻ポンプ。

Claims (3)

1. 回転軸と、この回転軸に取り付けた両吸込型の遠心羽根車と、この両吸込型の遠心羽根車を収容し吸込用渦巻ケーシングと吐出用渦巻きケーシングを有するケーシングとを備えた両吸込渦巻ポンプにおいて、
   前記両吸込型の遠心羽根車は、鏡面対称に形成された側板およびこの側板よりも小さな外径の主板とで流路を形成しかつ前記主板の外径側にオープン形状部を形成し、一端側が前記側板に連接するとともに前記側板の外径とほぼ同じ外径まで延びる複数の羽根を前記流路に配設し、前記複数の羽根は前記オープン形状部において前記側板に片持ち支持状態であり、少なくとも前記側板と前記羽根を鋳物一体または削り出し一体で形成したことを特徴とする両吸込渦巻ポンプ。
2. 両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車の製造方法において、少なくとも側板とこの側板とほぼ同じ外径まで延びる複数の羽根を鋳物一体または削り出し一体で形成した後、主板外径が側板外径より小さいオープン形状部では羽根の外径部が片持ち状態である１対の遠心羽根車部材として鏡面対称に形成し、この遠心羽根車部材を円板状部材を介して背面対向させ、１対の遠心羽根車部材の羽根の周方向位相を互いに変化させたことを特徴とする両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車の製造方法。
3. 前記円板状部材の前記主板外径よりも外径側に、前記片吸込羽根車を形成する複数の羽根よりも羽根高さの低い複数の整流羽根を形成したことを特徴とする請求項２に記載の両吸込渦巻ポンプに用いる羽根車の製造方法。

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