JP5481346B2 - 遠心ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、遠心ポンプに関し、特に小水量側に最高効率点を持つ低比速度遠心ポンプに関する。

遠心ポンプは、一般に、モータの駆動に伴って回転する回転軸に固定した羽根車をケーシングの内部に回転自在に配置し、羽根車を回転させることで、ケーシングの内部に流入した流体を羽根車の回転で昇圧させてケーシングの外部に流出させるように構成されている。ここに、例えば、ケーシングの出口部に絞り部を設け該絞り部で水量を絞ったり、ケーシングの出口に水量を絞るオリフィスを設けたりすることで、低水量側に最高効率点を持つようにした低比速度遠心ポンプが構成される。

図１は、水量ａ１で最高効率η１を達成するように設計された、低比速度遠心ポンプ（特定低比速度遠心ポンプ）の水量−揚程曲線Ｘ１及び効率曲線Ｙ１を示す。低比速度遠心ポンプにあっては、ポンプの最高効率η１に極力近い水量で運転することが、騒音や振動などを低減させてポンプを機械的に安定させる上で好ましい。このため、最高効率点の水量ａ１の、例えば８０％を最低水量ａ１’（＝ａ１×０．８）に、例えば１１０％を最高水量ａ１”（＝ａ１×１．１）にそれぞれ設定し、この水量範囲（ａ１’〜ａ１”）をポンプの運転水量範囲Ａ１と規定することが広く行われている。

このため、特定低比速度遠心ポンプの運転水量範囲Ａ１から外れた、例えば図１に示す水量ａ２での運転の要請に該特定低比速度遠心ポンプを使用して応えようとすると、この水量ａ２における特定低比速度遠心ポンプの効率η２は、最高効率点から大きく外れ最高効率η１からかなり低くなり、騒音や振動などが発生する虞がある。このため、このような場合には、図２に破線で示すような水量−揚程曲線Ｘ２及び効率曲線Ｙ２を有し、水量ａ２で最高効率を達成するか、またはこの水量ａ２がポンプの運転水量範囲Ａ２内にあるようにした低比速度遠心ポンプを特定低比速度遠心ポンプとは別に用意して使用することが広く行われている。

出願人は、小水量側に最高効率点を持つ低比速度遠心ポンプに使用される羽根車として、互いに隣接する一方の羽根（主翼）の裏面と他方の羽根（主翼）の表面との間に、羽根車の外径より内側に位置して一方の羽根の裏面から他方の羽根の表面に向けて延びる仕切翼を設けた羽根車を提案している（特許文献１参照）。また、第１の通液路を有する羽根車本体の外周部に嵌合する円筒状の補助リングを備え、補助リングに該補助リングの内周部から外周部まで延びる第２の通液路を設けた羽根車を提案している（特許文献２参照）。

特開２００７−５１５９２号公報 特開２００５−２３７９４号公報

しかしながら、客先の種々様々な要請に応えるため、異なる性能を満足する遠心ポンプをその都度、設計して製作すると、設計費用、製作コスト及び材料費等が嵩み、遠心ポンプそのもののコストアップに繋がってしまう。しかも、このように材料が費やされると、限りある資源の無駄使いにもなる。特許文献１，２に記載の羽根車にあっても、ポンプ性能に合わせた羽根車自体の加工が必要で、一つの性能を有する遠心ポンプに対して、一つの羽根車が必要となる。このため、一つの羽根車で複数の性能を任意に選択することはできない。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、一つのケーシングと一つの羽根車の組合せによって、最高効率の水量を任意に変更して、好ましい運転水量範囲を任意に選択しつつ構成できるようにした遠心ポンプを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、回転軸に連結されて回転する羽根車と、吐出口を有し内部に前記羽根車を収容するケーシングと、前記ケーシングの開口部を密閉するケーシングカバーと、羽根車側とケーシング側を貫通する複数の通路を有し、前記複数の通路内の一つの通路が前記吐出口に連通するように、前記ケーシング内に前記羽根車と同心円状に配置されるガイドプレートと、前記ガイドプレートの前記吐出口と連通する一つの通路以外の通路を羽根車側で閉止する閉止部材とを有することを特徴とする遠心ポンプである。

これにより、例えば、ガイドプレートに第１通路と第２通路の２つの通路を有する時に、ガイドプレートの第１通路とケーシングの吐出口とを互いに連通させて第１遠心ポンプを構成し、ガイドプレートの第２通路とケーシングの吐出口とを互いに連通させることで、前記第１遠心ポンプと異なる性能を有する第２遠心ポンプを構成することができる。第１遠心ポンプにあっては第２通路の羽根車側を、第２遠心ポンプにあっては第１通路の羽根車側を、それぞれ閉止部材で閉止することで、使われていない通路に水が入り込み、通路の入口近傍で流れが乱れ効率が落ちることを防止できる。

請求項２に記載の発明は、前記ガイドプレートは、周方向に回転可能に前記ケーシング内に配置されて該ケーシングまたは前記ケーシングカバーに固定されることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプである。
これにより、ガイドプレートに設けた複数の通路の一つがケーシングの吐出口に連通するようにガイドプレートを配置してケーシングまたはケーシングカバーに固定する時、ガイドプレートを周方向に回転させることで、ガイドプレートのケーシングまたはケーシングカバーに対する配置を容易に調整することができる。

請求項３に記載の発明は、前記ガイドプレートの複数の通路は、それぞれ異なる断面積を通路の一部に有していることを特徴とする請求項１または２記載の遠心ポンプである。
ガイドプレートの各通路は、該通路をケーシングの吐出口に連通させて遠心ポンプを構成したときに、該遠心ポンプがそれぞれ所定のポンプ性能を有するように設定される。

請求項４に記載の発明は、前記閉止部材は、前記ガイドプレートの羽根車側に内接した円弧状の１枚の仕切り板で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の遠心ポンプである。
これにより、ガイドプレートに３以上の通路が設けられている場合に、２以上の通路を１枚の仕切り板で同時に閉止することができる。

請求項５に記載の発明は、前記仕切り板は、前記羽根車の外周端面との間にボリュートとなる流路が形成されるように該流路の出口方向に向けて厚さが減少する形状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の遠心ポンプである。
これにより、羽根車の外周端面と仕切り板との間に形成されるボリュートとなる流路に沿って流体がよりスムーズに流れるようにすることができる。

請求項６に記載の発明は、前記仕切り板は、前記ケーシングカバーと一体成形されていることを特徴とする請求項４または５に記載の遠心ポンプである。
これにより、ケーシングカバーと仕切り板の取付けが容易となる。

本発明の遠心ポンプによれば、一つのケーシングと一つの羽根車の組合せによって、最高効率の水量を任意に変更して、好ましい運転水量範囲を任意に選択しつつ遠心ポンプを構成することができる。これにより、客先の使用する水量ごとに遠心ポンプを設計し製作する必要をなくして、材料等の無駄をなくし、遠心ポンプのコストダウンを図るとともに、貴重な地球資源の無駄使いを無くして、省エネルギーに繋げることができる。

しかも、一般の渦巻きポンプの構造を採用した小水量で高揚程の遠心ポンプは、出口通路の面積が一般に小さく、鋳造によってケーシングを得ようとすると、ケーシング内に通路を確実に成型できない場合があるが、本発明の遠心ポンプに使用される、ポンプ性能を決める通路が設けられているガイドプレートは、通路が開口しているので、鋳造によって比較的容易に成型することができる。

一つの低比速度遠心ポンプの水量−揚程曲線及び効率曲線を示すグラフである。 他の低比速度遠心ポンプの水量−揚程曲線及び効率曲線を、図１に示す水量−揚程曲線及び効率曲線と共に示すグラフである。 本発明の実施形態の遠心ポンプの縦断正面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図３に示す遠心ポンプの一部を示す、ケーシングの吐出口に連通するガイドプレートの通路に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態の遠心ポンプの図３相当図である。 本発明の更に他の実施形態の遠心ポンプの図４相当図である。 本発明の更に他の実施形態の遠心ポンプの図４相当図である。

以下、本発明の実施形態を図３乃至図８を参照して説明する。なお、以下の各例において、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。
図３は、本発明の実施形態の遠心ポンプの縦断正面図、図４は、図３のＡ−Ａ線断面図で、図５は、図３に示す遠心ポンプの一部を示す、ケーシングの吐出口に連通するガイドプレートの通路に沿った断面図である。

図３乃至図５に示すように、遠心ポンプは、吸込口１０ａと吐出口１０ｂとを有するケーシング１０と、ケーシング１０の内部に回転自在に収容される羽根車１２と、内部に羽根車１２を収容したケーシング１０の開口部を密閉するケーシングカバー１４とを有している。ケーシングカバー１４は、ボルト１６を介してケーシング１０に固定されている。

羽根車１２は、ケーシングカバー１４に連結された軸受胴体２０の内部に組込まれた軸受２２，２４によって回転自在に支承された回転軸２６のケーシング１０側の端部に固定されている。回転軸２６の他端は、軸受胴体２０から外部に延出して、図示しないモータに連結される。これにより、モータの駆動に伴って、羽根車１２は回転軸２６と一体に回転する。

羽根車１２は、この例では、円板状の主板（ハブ）３０の表面に、直線状に延びる複数の羽根３２を放射状に配置して構成されているが、羽根車の形状は、この構成に限定されず、用途に応じて、クローズ型、オープン型、セミオープン型など種々の羽根車が適用できる。ケーシング１０の羽根車１２側の内面には、羽根車１２の周囲を包囲するガイドプレート３４が羽根車１２と同心円状に周方向に回転可能に配置されて、ボルト３６を介してケーシングカバー１４に固定されている。これによって、羽根車１２の外周端面とガイドプレート３４との間に円周状に連続した流路３８が形成されている。

ガイドプレート３４には、流路３８の接線方向に延びて羽根車１２側とケーシング１０側とを貫通する、この例では、第１通路４０、第２通路４２、第３通路４４及び第４通路４６のポンプ性能を決める４つの通路が備えられている。これらの通路４０，４２，４４，４６は、ケーシングカバー１４側に開口し、ガイドプレート３４の円周方向に沿って等間隔に配置されている。なお、ガイドプレートに設けられる通路の数は、２以上の複数であればよく、また、通路の配置位置は、ガイドプレートの円周方向に沿って等間隔でなくてもよい。

このような形状のガイドプレート３４は、ポンプ性能を決める所定形状の４つの通路４０，４２，４４，４６が形成されているものの、これらの通路４０，４２，４４，４６は、ケーシングカバー１４側に開口しているので、鋳造によって比較的容易に成型することができる。

各通路４０，４２，４４，４６のポンプケーシング１０の吐出口１０ｂと接する出口端は、各通路４０，４２，４４，４６内を流れた流体がケーシング１０の吐出口１０ｂ内にスムーズに流入できるように、ケーシング１０の吐出口１０ｂの入口端と同じ形状に形成されている。各通路４０，４２，４４，４６のポンプケーシング１０の吐出口１０ｂと接する出口端以外の通路部分は、互いに断面積が異なって、各通路４０，４２，４４，４６の一つ一つが異なるポンプ性能を決めることができるように設定されている。

第１通路４０の通路部分は、図３乃至図５に示すように、第１通路４０をケーシング１０の吐出口１０ｂと連通させて第１遠心ポンプを構成した場合、この第１遠心ポンプの水量−揚程曲線及び効率曲線が、例えば図１に示す水量−揚程曲線Ｘ１及び効率曲線Ｙ１に一致して、水量ａ１で最大効率点となるように設定されている。

第２通路４２の通路部分は、図４に示すガイドプレート３４を時計回りに９０°回転させ、第２通路４２をケーシング１０の吐出口１０ｂと連通させて第２遠心ポンプを構成した場合、この第２遠心ポンプの水量−揚程曲線及び効率曲線が、例えば図２に示す水量−揚程曲線Ｘ２及び効率曲線Ｙ２に一致して、水量ａ２で最大効率点となるように設定されている。

第３通路４４の通路部分は、図４に示すガイドプレート３４を時計回りに１８０°回転させ、第３通路４４をケーシング１０の吐出口１０ｂと連通させて第３遠心ポンプを構成した場合、この第３遠心ポンプの水量−揚程曲線及び効率曲線が、例えば図１及び図２に示す水量−揚程曲線及び効率曲線以外の水量−揚程曲線及び効率曲線を有するように設定されている。

同様に、第４通路４６の通路部分は、図３に示すガイドプレート３４を時計回りに２７０°回転させ、第４通路４６をケーシング１０の吐出口１０ｂと連通させて第４遠心ポンプを構成した場合、この第４遠心ポンプの水量−揚程曲線及び効率曲線が、例えば図１及び図２に示す水量−揚程曲線及び効率曲線、並びに第３遠心ポンプによって得られる水量−揚程曲線及び効率曲線以外の水量−揚程曲線及び効率曲線を有するように設定されている。

従って、ガイドプレート３４に設けた通路４０，４２，４４，４６の内の任意の一つとケーシング１０の吐出口１０ａとを互いに連通させて遠心ポンプを構成することで、異なる水量−揚程曲線及び性能曲線を有する４種類の遠心ポンプが得られる。これによって、遠心ポンプを新たに設計して、新たな遠心ポンプを製作することなく、一つのケーシング１０と一つの羽根車１２を使用し、単にケーシング１０の吐出口１０ｂに連通するガイドプレート３４の通路４０，４２，４４，４６を任意に選択することで、異なる水量−揚程曲線及び性能曲線を有する遠心ポンプを構成することができる。

この例では、ガイドプレート３４にポンプ性能を決める４つの通路４０，４２，４４，４６を設けたので、一つのケーシング１０と一つの羽根車１２の組合せによって、４つの異なる水量−揚程曲線及び性能曲線を有する遠心ポンプを構成することができる。つまり、ガイドプレート３４に設けられるポンプ性能を決める通路の数だけ異なる水量−揚程曲線及び性能曲線を有する遠心ポンプを構成することができる。

ここで、図３乃至図５に示すように、ガイドプレート３４に設けた第１通路４０をケーシング１０の吐出口１０ｂに連通させた時、ガイドプレート３４に設けた第１通路４０以外の他の通路４２，４４，４６は水の通路として使用されない。そして、このままの状態で、遠心ポンプの羽根車１２を回転させて揚水を開始すると、第１通路４０以外の使われていない他の通路４２，４４，４６に水が入り込み、通路４２，４４，４６の入口近傍で流れが乱れ効率が落ちる（流れが乱れ損失となる）。これを防ぐため、ガイドプレート３４の第１通路４０以外の使用されない他の通路４２，４４，４６を羽根車１２側で閉止する位置に、これらの他の通路４２，４４，４６を閉止する閉止部材を構成する仕切り板５０が設けられている。

この例では、仕切り板（閉止部材）５０は、ガイドプレート３４の内周面に内接した円弧状の一枚板で構成されてケーシングカバー１４に一体に設けられている。これにより、例えば図３に示すガイドプレート３４を時計周りに９０°回転させて、ガイドプレート３４に設けた第２通路４２をケーシング１０の吐出口１０ｂに連通させた時、第２通路４２以外の他の通路４０，４４，４６は、仕切り板４０で閉止されるようになっている。

更にこの例では、仕切り板５０として、羽根車１２の外周端面と仕切り板５０との間に形成される流路３８が水の流れる方向に間口が広がるボリュートを形成するように、流路３８の出口方向に向けて厚さが徐々に薄くなるようにしたものが使用されている。即ち、仕切り板５０のガイドプレート３４の第１通路４０側端部の厚さｔ１は、ガイドプレート３４の第４通路４６側端部の厚さｔ２よりも厚く（ｔ１＞ｔ２）なっている。

この例によれば、ガイドプレート３４に設けた通路４０，４２，４４，４６の任意の一つとケーシング１０の吐出口１０ｂとを互いに連通させて遠心ポンプを構成することで、それぞれ異なる水量−揚程曲線及び性能曲線を有する４種類の遠心ポンプを構成することができる。

図６は、本発明の他の実施形態の遠心ポンプを示す。この例の図３乃至図５に示す例と異なる点は、図３乃至図５に示す例は、ガイドプレート３４をボルト３６によってケーシングカバー１４に固定しているのに対し、この例は、ガイドプレート３４をボルト３６によってケーシング１０に固定している点にある。

つまり、図３乃至図５に示す例は、ガイドプレート３４をボルト３６によってケーシングカバー１４に固定した後、ケーシング１０をボルト１６によってケーシングカバー１４に固定するようにしている。これに対して、図６に示す例は、ボルト３６によってガイドプレート３４を予め固定したケーシング１０を、ボルト１６によってケーシングカバー１４に固定するようにしている。

図７は、本発明の更に他の実施形態の遠心ポンプを示す。この例の図３乃至図５に示す例と異なる点は、閉止部材として、全面に亘って厚さｔが一定の平板状の仕切り板５２を使用して、例えば第１通路４０以外の使われていない他の通路４２，４４，４６を羽根車１２側で閉止するようにしている点にある。このように、全面に亘って厚さｔが一定の平板状の仕切り板５２を閉止部材として使用することで、構造の簡素化を図ることができる。

図８は、本発明の更に他の実施形態の遠心ポンプを示す。この例の図３乃至図５に示す例と異なる点は、例えば第１通路４０以外の使われていない他の通路４２，４４，４６を、閉止部材としての１枚板からなる仕切り板５０の代わりに、栓部材５４ａ、５４ｂ、５４ｃによって、羽根車１２側で個別に閉止するようにしている点にある。つまり、通路４２，４４，４６の入口側端部に栓部材（閉止部材）５４ａ、５４ｂ、５４ｃをそれぞれ挿入して、各通路４２，４４，４６を栓部材（閉止部材）５４ａ、５４ｂ、５４ｃで個別に閉止するようにしている。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことはいうまでもない。

１０ ケーシング
１０ａ 吸込口
１０ｂ 吐出口
１２ 羽根車
１４ ケーシングカバー
２０ 軸受胴体
２６ 回転軸
３０ 主板
３２ 羽根
３４ ガイドプレート
３８ 流路
４０，４２，４４，４６ 通路
５０，５２ 仕切り板（閉止部材）
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ 栓部材（閉止部材）

Claims (6)

1. 回転軸に連結されて回転する羽根車と、
   吐出口を有し内部に前記羽根車を収容するケーシングと、
   前記ケーシングの開口部を密閉するケーシングカバーと、
   羽根車側とケーシング側を貫通する複数の通路を有し、前記複数の通路内の一つの通路が前記吐出口に連通するように、前記ケーシング内に前記羽根車と同心円状に配置されるガイドプレートと、
   前記ガイドプレートの前記吐出口と連通する一つの通路以外の通路を羽根車側で閉止する閉止部材とを有することを特徴とする遠心ポンプ。
2. 前記ガイドプレートは、周方向に回転可能に前記ケーシング内に配置されて該ケーシングまたは前記ケーシングカバーに固定されることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
3. 前記ガイドプレートの複数の通路は、それぞれ異なる断面積を通路の一部に有していることを特徴とする請求項１または２記載の遠心ポンプ。
4. 前記閉止部材は、前記ガイドプレートの羽根車側に内接した円弧状の１枚の仕切り板で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の遠心ポンプ。
5. 前記仕切り板は、前記羽根車の外周端面との間にボリュートとなる流路が形成されるように該流路の出口方向に向けて厚さが減少する形状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の遠心ポンプ。
6. 前記仕切り板は、前記ケーシングカバーと一体成形されていることを特徴とする請求項４または５に記載の遠心ポンプ。

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