JP6010588B2 - 遠心ポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、ボリュートケースの内部に設けられた羽根車の回転によりボリュート内流路に流体を流動させる遠心ポンプに関する。
遠心ポンプは、一般に、ケース内にボリュートが設けられ、ボリュートの内部に回転軸が回転自在に突出され、突出させた回転軸に羽根車が設けられている。羽根車は、回転軸にハブが設けられ、ハブに複数の羽根が設けられた状態でボリュートの内部に設けられている。
この遠心ポンプを駆動する際には、自吸運転の呼び流体作用(いわゆる、呼び水作用)でボリュート内に負圧を発生させ、発生させた負圧でボリュート内に水などの流体(以下、「流体」という)を吸い込む。
自吸運転で流体を吸い込むことにより定常運転が可能になる。定常運転においてボリュート内に流体を吸い込み、吸い込んだ流体を羽根車の遠心力でボリュートの外部(すなわち、ケース内)に導き、ケース内に導いた流体をケースの外部に吐出する(例えば、特許文献1参照。)。
特開平3−267596号公報
ここで、特許文献1の遠心ポンプで自吸運転をおこなう際には、ボリュートの内部に呼び流体(呼び水作用を奏する流体)を導入して回転軸で羽根車を回転する。よって、ボリュート内の呼び流体が羽根車でボリュートに沿って案内され、ボリュート内の気体(空気)がボリュートの外部に排出される。これにより、ボリュート内に負圧が発生し、発生させた負圧でボリュート内に流体が吸い込まれることにより定常運転が可能になる。
ところで、ボリュート内の気体をボリュートの外部に好適に排出する手段として、ボリュート内の呼び流体を、羽根車の羽根を利用して攪拌させる方法が知られている。呼び流体を羽根を利用して攪拌させることにより、呼び流体に含まれた気体(気泡)を呼び流体から分離させ、ボリュート内の気体を外部に好適に排出できる。
しかし、羽根車の羽根でボリュート内の呼び流体を攪拌させるためには、羽根の先端を呼び流体の攪拌に適した形状に形成する必要がある。すなわち、羽根の先端形状が呼び流体の攪拌に大きく寄与している。このため、羽根の先端形状の自由度が抑えられ、羽根の先端を定常運転に適した形状に形成する工夫が十分にできなかった。
本発明は、呼び流体の攪拌が可能で、かつ、羽根の先端を定常運転に適した形状に形成可能な遠心ポンプを提供することを課題とする。
請求項1に係る発明は、ボリュートケースの内部に設けられた羽根車の回転により、前記ボリュートケースの内部に形成された流路に流体を流動させる遠心ポンプであって、前記流路内に開口され、前記流体の流れ方向に対して略直交方向に窪むように形成された流路凹部を設け、前記流路凹部は、該流路凹部の一部が前記流路より前記羽根車の径方向外側にはみ出して配置されることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、前記流路凹部は、前記流路内に開口する開口部を有し、該開口部の開口縁には、前記流体の流れ方向に略直交する直線部が設けられることを特徴とする。
請求項3に係る発明は、前記流路凹部は、前記一部が前記流体の流れ方向に沿って順次小さく設定されることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、ボリュートケースの内部に流路を形成し、流路内に開口する流路凹部を設け、流路凹部を流体の流れ方向に対して略直交方向に窪むように形成した。
ここで、自吸運転の際に、ボリュートケースの内部の気体(空気)が気泡状態で呼び流体に混合される(含まれる)。呼び流体に気泡が含まれることにより、呼び流体の粘度や密度が抑えられ、呼び流体を流路凹部の内部に導きやすくできる。
気泡を含む呼び流体を流路凹部に導くことにより、導いた呼び流体が流路凹部の内部で渦流を生じ、呼び流体が流路凹部の内部で攪拌される。
これにより、呼び流体からの気泡発生が促進され、呼び流体から気泡を良好に分離させることができる。呼び流体から気泡を分離させることにより、ボリュートの内部から気体を好適に外部に排出でき、自吸性能を向上させることができる。
また、流路内に開口する流路凹部を設け、流路凹部の内部で呼び流体を攪拌させることにより、羽根の先端で呼び流体を攪拌させる必要がない。これにより、羽根の先端を定常運転中の流体の吐出量に適した形状に形成することができる。
さらに、流路凹部は底部が閉塞されているため、流路凹部は袋状に形成されている。よって、定常運転中には流路凹部の内部に流体が充満された状態に保たれる。これにより、流路凹部の内部に流体を流入し難くでき、流体を流路に沿わせて円滑に導くことができる。
このように、羽根の先端を定常運転に適した形状に形成し、かつ、定常運転中において流体を円滑に流すことにより、定常運転中のポンプ効率を好適に確保できる。
さらに本発明では、流路凹部の一部を流路より羽根車の径方向外側にはみ出して配置した。よって、流路凹部は、流路に対応する部位(以下、路内凹部という)と、羽根車の径方向外側にはみ出して配置された一部(以下、路外凹部という)とを有する。
ここで、流路を流れる呼び流体には遠心力が作用する。この状態で、呼び流体が開口部から路内凹部の内部に導かれることにより、導かれた呼び流体が遠心力で路外凹部の内部に渦流の状態で導かれる。これにより、呼び流体による渦流の発生を促進でき、呼び流体からの気泡発生を一層促進できる。
請求項2に係る発明では、開口部の開口縁に直線部を設け、この直線部を流体の流れ方向に対して略直交させた。よって、流体の流れ方向に沿った開口部の開口幅を、直線部の広範囲(すなわち、流れ方向に直交する方向)において十分に確保できる。
開口幅を広範囲において十分に確保することにより、呼び流体を開口部から流路凹部の内部に良好に導くことができ、さらに、導いた呼び流体を流路凹部の内部で渦流に良好に発生させることができる。
これにより、呼び流体からの気泡発生が促進され、呼び流体から気泡を良好に分離させることができる。呼び流体から気泡を分離させることにより、ボリュートの内部から気体を好適に外部に排出でき、自吸性能を向上させることができる。
ここで、開口縁の直線部を、呼び流体の流れ方向に対して開口縁の上流側と下流側に設けることや、上流側、下流側の一方のみに設けることが可能である。
開口縁の上流側と下流側との両方に直線部を設けることにより、開口幅を広範囲において十分に確保できる。これにより、呼び流体を開口部から流路凹部の内部に良好に導いて、流路凹部の内部で渦流を一層良好に発生させることができる。
また、上流側、下流側の一方のみに直線部を設ける場合、直線部を上流側に設けた方が呼び流体を開口部から流路凹部の内部に良好に導くことができる。
すなわち、上流側を湾曲状に形成した場合、呼び流体を流路凹部の内部へ同時に流入させることができない。このため、流路凹部の内部へ早く流入しようとする呼び流体は、流路凹部の内部へ遅く流入しようとする呼び流体の粘性などで、流路凹部の内部への流入が抑えられる。よって、呼び流体を開口部から流路凹部の内部に良好に導き難くなる。
これに対して、上流側に直線部を設けることにより、上流側の直線部から呼び流体を流路凹部の内部に同時に流入させることができる。これにより、呼び流体を開口部から流路凹部の内部に良好に導くことが可能になり、流路凹部の内部で呼び流体の渦流を良好に発生させることができる。
請求項3に係る発明では、流路凹部の一部を流路より羽根車の径方向外側にはみ出して配置した。よって、流路凹部は、流路に対応する部位(以下、路内凹部という)と、羽根車の径方向外側にはみ出して配置された一部(以下、路外凹部という)とを有する。
ここで、流路を流れる呼び流体には遠心力が作用する。この状態で、呼び流体が開口部から路内凹部の内部に導かれることにより、導かれた呼び流体が遠心力で路外凹部の内部に渦流の状態で導かれる。これにより、呼び流体による渦流の発生を促進でき、呼び流体からの気泡発生を一層促進できる。
請求項3に係る発明では、流路凹部の一部を流体の流れ方向に沿って順次小さく設定した。よって、ボリュートケースの基端側(すなわち、流路の基端側)で流路凹部の一部を十分に確保でき、ボリュートケースの先端側(すなわち、流路の先端側)で流路凹部の一部を小さく抑えることができる。
流路の基端側で流路凹部の一部を十分に確保することにより、呼び流体による渦流の発生(すなわち、呼び流体の攪拌)を促進させて、呼び流体からの気泡発生を十分に促進できる。
一方、流路の先端側で流路凹部の一部を小さく抑えることにより、呼び流体による渦流の発生(すなわち、呼び流体の攪拌)を好適に抑えることができる。よって、流路の先端側に導かれた呼び流体を流路の先端から良好に吐出させることができ、呼び流体の吐出性能を良好に確保できる。
このように、流路の基端側で呼び流体からの気泡発生を十分に促進し、さらに、流路の先端側で呼び流体の吐出性能を良好に確保することにより、ボリュートケースの内部から気体を良好に外部に排出でき、自吸性能を一層向上させることができる。
本発明に係る遠心ポンプユニットを示す断面図である。 図1の遠心ポンプユニットを分解した状態を示す断面図である。 図2のボリュートケースおよび羽根車を分解した状態を示す断面図である。 図1の4部拡大図である。 図2の5矢視図である。 図5のボリュートケースをボリュート支持壁から分解した状態を示す平面図である。 図5のボリュートケースおよび第1流路凹部を示す斜視図である。 図5の8−8線断面図である。 図5のボリュートケースおよび第4流路凹部を示す斜視図である。 本発明に係る遠心ポンプで呼び流体にボリュート内流路の気体を気泡状態で含ませる例を説明する図である。 本発明に係る第1〜第4の流路凹部において呼び流体による渦流の発生を促進させる例を説明する図である。 本発明に係るボリュート本体のボリュート吐出口から呼び流体や気泡を吐出させる例を説明する図である。 本発明に係る遠心ポンプにおいて自吸運転が完了した例を説明する図である。 本発明に係るボリュート内流路に流体を導いて羽根車の回転方向に流動させる例を説明する図である。 本発明に係るボリュート本体のボリュート吐出口から流体を吐出させる例を説明する図である。 本発明に係るケース内流路に吐出された流体を遠心ポンプの外部に吐出させる例を説明する図である。
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
実施例に係る遠心ポンプ20について説明する。
図1に示すように、遠心ポンプユニット10は、遠心ポンプユニット10を支持する基台(図示せず)と、この基台にシリンダブロック13が設けられたエンジン12と、エンジン12のシリンダブロック13に設けられた遠心ポンプ20とを備えている。
エンジン12は、基台にシリンダブロック13が設けられ、シリンダブロック13内にクランク軸(すなわち、出力軸)14が回転自在に支持されている。シリンダブロック13に遠心ポンプ20のケース部材27(具体的には、ケース部材27の仕切部材38)が第1〜第4のボルト22〜25(第2、第3のボルト23,24は図5参照)で取り付けられている。
第1〜第4のボルト22〜25および仕切部材38(具体的には、仕切部材38のボリュート支持壁61)間にシーリングワッシャ26がそれぞれ介在されている。
この状態において、シリンダブロック13からケース部材27内にクランク軸14の端部14aが突出され、端部14aの先端14bに遠心ポンプ20の羽根車(インペラ)28が連結されている。よって、エンジン12を駆動してクランク軸14を回転することにより、クランク軸14で羽根車28が回転される。ケース部材27および羽根車28間はメカニカルシール16,17で密封されている。
図2、図3に示すように、遠心ポンプ20は、シリンダブロック13に第1〜第4のボルト22〜25でボルト止めされたケース部材27と、ケース部材27の内部に設けられてクランク軸14の先端14bに連結された羽根車28と、羽根車28を覆うボリュートケース29とを備えている。
また、遠心ポンプ20は、ケース部材27のケース吸込口31に連通された吸込ノズル32と、ケース部材27および吸込ノズル32間に上端部33aが挟持された開閉弁33と、ケース部材27のケース吐出口34に連通された吐出ノズル35とを備えている。
ケース部材27は、羽根車28やボリュートケース29を収納するケース本体37と、ケース本体37のケース開口部39を覆う仕切部材38とを備えている。
ケース本体37のケース開口部39が仕切部材38で閉塞され、仕切部材38にボリュートケース29が設けられている。これにより、ケース部材27、仕切部材38およびボリュートケース29でケース内流路41が形成されている。
このケース内流路41は、ケース部材27の内部においてケース部材27およびボリュートケース29間に略環状に形成されている。
ケース本体37は、仕切部材38で閉塞されるケース開口部39と、仕切部材38に対峙する略円板状の吸込側壁部43と、吸込側壁部43に形成されたケース吸込口31と、ケース吸込口31に連通された吸込通路部44と、吸込側壁部43の外周縁43aに沿って環状(筒状)に形成された周壁部45と、周壁部45の上部45aに設けられたケース吐出口34とを有する。
図1に戻って、吸込側壁部43にケース吸込口31が設けられ、ケース吸込口31に吸込通路部44が連通されている。吸込通路部44は、ボリュートケース29の吸込口(以下、ボリュート吸込口という)86に連通されている。
また、周壁部45の上部45aにケース吐出口34が設けられ、ケース吐出口34に吐出ノズル35が連通されている。吐出ノズル35の上部35aに流体供給口47が設けられ、流体供給口47が供給プラグ48で閉塞されている。流体供給口47は、ボリュートケース29の上方に配置されている。
図4、図5に示すように、仕切部材38は、クランク軸14と同軸上に貫通された支持孔51と、支持孔51と同軸の円弧上に設けられた第1〜第4のシリンダ取付部52〜55(第2、第3のシリンダ取付部53,54は図6参照)と、第1〜第4のシリンダ取付部52〜55に対応する位置に形成された第1〜第4の流路凹部(流路凹部)56〜59と、ボリュートケース29を支持するボリュート支持壁61とを備えている。
仕切部材38の支持孔51にメカニカルシール16が同軸上に支持されている。このメカニカルシール16を貫通してクランク軸14の先端14bがボリュートケース29の内部63に突出されている。
このメカニカルシール16が羽根車28のメカニカルシール17に接触することにより、メカニカルシール16およびメカニカルシール17間が機械的に密閉(シール)される。
図6に示すように、第1〜第4のシリンダ取付部52〜55は、支持孔51と同軸の円弧上に、ボリュートケース29(具体的には、ボリュート本体88)の基端88a側から先端88b側に向けて等間隔に順次設けられている。第1〜第4のシリンダ取付部52〜55には、第1〜第4の流路凹部56〜59に開口する貫通孔66〜69がそれぞれ形成されている。
第1〜第4の流路凹部56〜59は、第1〜第4のシリンダ取付部52〜55に対応する位置で、かつ、ボリュート支持壁61に第1〜第4の開口部(開口部)71〜74が開口されている。
図5に戻って、第1開口部71は、後述するボリュート内流路(流路)84に臨む第1路内開口71aと、ボリュート内流路84の外部に臨む第1路外開口71bとを有する。第2開口部72は、ボリュート内流路84に臨む第2路内開口72aと、ボリュート内流路84の外部に臨む第2路外開口72bとを有する。
第3開口部73は、ボリュート内流路84に臨む第3路内開口73aと、ボリュート内流路84の外部に臨む第3路外開口73bとを有する。第4開口部74は、ボリュート内流路84に臨む第4路内開口74aと、ボリュート内流路84の外部に臨む第4路外開口74bとを有する。
第1〜第4の流路凹部56〜59および第1〜第4の開口部71〜74については後で詳しく説明する。
図4、図6に示すように、第1シリンダ取付部52の貫通孔66に第1流路凹部56から第1ボルト22が差し込まれ、シリンダブロック13の第1取付ねじ76に第1ボルト22がねじ結合されている。
また、第2シリンダ取付部53の貫通孔67に第2流路凹部57から第2ボルト23が差し込まれ、シリンダブロック13の第2取付ねじ77に第2ボルト23がねじ結合されている。
さらに、第3シリンダ取付部54の貫通孔68に第3流路凹部58から第3ボルト24が差し込まれ、シリンダブロック13の第3取付ねじ78に第3ボルト24がねじ結合されている。
また、第4シリンダ取付部55の貫通孔69に第4流路凹部59から第4ボルト25が差し込まれ、シリンダブロック13の第4取付ねじ79に第4ボルト25がねじ結合されている。
これにより、第1〜第4のシリンダ取付部52〜55がシリンダブロック13に第1〜第4のボルト22〜25で取り付けられている。この状態において、ボリュートケース29の内部63にクランク軸14の先端14bが突出され、先端14bに羽根車28が設けられている。
ここで、第1〜第4の流路凹部56〜59の内部に第1〜第4のボルト22〜25の頭部が収納される。よって、ボリュート内流路84に対応する部位において、ポンプ性能に影響を与えることなく第1〜第4のボルト22〜25を設定できる。これにより、遠心ポンプ20をエンジン12に締結する際の自由度を向上させることができる。
また、第1〜第4の流路凹部56〜59は、第1〜第4のボルト22〜25によるボルト止め部を利用して形成されている。これにより、第1〜第4の流路凹部56〜59を形成するための部位を新たに確保する必要がなく、遠心ポンプ20のコンパクト化に寄与できる。
羽根車28は、ボリュートケース29の内部63に設けられ、クランク軸14の先端14bに設けられたハブ81と、ハブ81に設けられた複数の羽根82とを備えている。ハブ81が円板状に形成され、ハブ81の外周81aが円弧状に形成されている。
ハブ81の裏面(すなわち、エンジン12側の面)81bにメカニカルシール17が設けられ、ハブ81の表面81cに複数の羽根82が設けられている。羽根車28がボリュートケース29で覆われることにより、ボリュートケース29の内部63に羽根車28が収納されている。
ボリュートケース29が仕切部材38のボリュート支持壁61に一対の支持ピン62で支持されている。ボリュートケース29は、ケース部材27の内部に設けられ、羽根車28を収納可能に形成されたケーシングである。
ボリュートケース29およびボリュート支持壁61でボリュート内流路84がボリュートケース29の内部63に形成されている。
具体的には、ボリュートケース29のボリュート本体88、およびボリュート支持壁61のうちボリュート本体88に対向する壁部(以下、ボリュート壁部という)61aでボリュート内流路84が中空状に形成されている。ボリュート壁部61aは、ボリュート本体88に対向するように螺旋状に形成されている。
このボリュートケース29は、ケース本体37の吸込通路部44に連通されたボリュート吸込口86と、ボリュート吸込口86の半径方向外側に円板状に張り出されたボリュート壁87と、ボリュート壁87の周囲に渦巻形に形成されたボリュート本体88と、一対の支持ピン62に嵌入する一対の嵌入孔89と、第1〜第4の開口部71〜74の路外開口71b〜74bを覆う第1〜第4の張出部91〜94と備えている。
ボリュート壁87は、羽根車28の羽根82に対向するように円板状に形成されている。ボリュート壁87の外周87aに沿ってボリュート本体88が設けられることにより、ボリュート本体88が羽根車28の外周側に配置されている。
このボリュート本体88は、断面略J字状に形成され、ボリュートケース29の正面視右側部に設けられた基端88aと、基端88aの下方に隣接して設けられた先端88bと、基端88aから先端88bまでボリュート壁87の外周87aに沿って円弧状に延びる内周壁88cと、内周壁88cの半径方向外側において基端88aから先端88bまで渦巻状に延びる外周壁88dとを備えている。
内周壁88cは、羽根車28の中心(すなわち、クランク軸14の中心)96と同軸の円弧に形成されている。また、外周壁88dは、基端88aから先端88bまで反時計回り方向に向けて内周壁88cから外側に向けて徐々に離れるように渦巻状に形成されている。
すなわち、ボリュート本体88は、基端88aから先端88bまで反時計回り方向に渦巻形に形成され、ボリュート幅W1が基端88aから先端88bに向けて徐々に大きくなるように形成されている。ボリュート本体88の先端88bにボリュート吐出口95が形成されている。
よって、ボリュートケース29の内部63に導かれた流体(呼び流体を含む)がボリュート吐出口95からボリュートケース29の外部(すなわち、ケース内流路41)に吐出される。
具体的には、自吸運転において、ボリュート内流路84に導かれた呼び流体が、ボリュート内流路84の気体(気泡)とともにボリュート吐出口95からケース内流路41に吐出される。
また、定常運転において、ボリュート吸込口86からボリュート内流路84に導かれた流体が、ボリュート吐出口95からケース内流路41に吐出される。
図5、図6に示すように、第1〜第4の張出部91〜94は、ボリュート本体88の外周壁88dから半径方向外側に向けて張り出されている。第1張出部91で第1開口部71の第1路外開口71bが閉塞するように覆われている。また、第2張出部92で第2開口部72の第2路外開口72bが閉塞するように覆われている。
さらに、第3張出部93で第3開口部73の第3路外開口73bが閉塞するように覆われている。また、第4張出部94で第4開口部74の第4路外開口74bが閉塞するように覆われている。
図1に示すように、ケース部材27および吸込ノズル32間に開閉弁33の上端部33aが挟持されている。開閉弁33は、ケース部材27および吸込ノズル32間に上端部33aが挟持されることにより、上端部33aを支点にして閉位置および開位置間で矢印A方向に揺動自在に支持されている。
閉位置は吸込ノズル32を閉じる位置であり、開位置は吸込ノズル32を開ける位置である。
また、吐出ノズル35がボリュートケース29の上方に配置されている。この吐出ノズル35に流体供給口47が設けられることにより、流体供給口47がボリュートケース29の上方に配置されている。この流体供給口47は供給プラグ48で閉じられている。
流体供給口47から供給プラグ48が外されることにより流体供給口47が開口される。
流体供給口47を開口した状態で、流体供給口47からケース内流路41に呼び流体が供給される。
呼び流体とは、遠心ポンプ20の自吸運転の際に呼び水作用を奏する流体である。
つぎに、図6に示す第1〜第4の流路凹部56〜59および第1〜第4の開口部71〜74について詳しく説明する。
図7、図8に示すように、仕切部材38の第1シリンダ取付部52に対応して第1流路凹部56が形成されている。第1流路凹部56は、第1開口部71の第1路内開口71aがボリュート内流路84内に開口され、流体や呼び流体の流れ方向(矢印B方向)に対して略直交方向(矢印C方向)で、かつ、シリンダブロック13に向けて窪むように形成されている。
すなわち、第1流路凹部56は、第1ボルト22の座部を形成する底部98と、底部98からボリュート支持壁61まで延びる第1周壁99と、第1周壁99(すなわち、第1流路凹部56)の内部101をボリュート内流路84内に開口する第1開口部71とを有する。
底部98は、平面視において第1開口部71の第1開口縁103より一回り小さく外形が形成されている。すなわち、第1流路凹部56は、底部98で閉塞され、第1開口部71が開口されることにより袋状に形成されている。
底部98および第1シリンダ取付部52の貫通孔66に第1ボルト22が差し込まれ、シリンダブロック13の第1取付ねじ76に第1ボルト22がねじ結合されている。
第1周壁99は、流体の流れ方向(矢印B方向)に対して上流側に設けられた上流側周壁部99aと、上流側周壁部99aの下流側に設けられた下流側周壁部99bと、上流側周壁部99aの外端および下流側周壁部99bの外端を連結する内側周壁部99cと、上流側周壁部99aの内端および下流側周壁部99bの内端を連結する外側周壁部99dとを有する。
第1開口部71は、第1開口縁(開口縁)103で外形が形成されている。第1開口縁103は、第1周壁99およびボリュート支持壁61の交差部で略門形アーチ状に形成されている。
この第1開口縁103は、流体の流れ方向(矢印B方向)に対して上流側に設けられた上流側直線部(直線部)103aと、上流側直線部103aの下流側に設けられた下流側直線部(直線部)103bと、上流側直線部103aの内端103cおよび下流側直線部103bの内端103dを連結する内側連結部103eと、上流側直線部103aの外端および下流側直線部103bの外端を連結する外側連結部103fとを有する。
上流側直線部103aは、上流側周壁部99aおよびボリュート支持壁61の交差部に形成されている。上流側直線部103aおよび上流側周壁部99aは、流体の流れ方向に対して略直交する方向(矢印Cの如くボリュート本体88の外方へ向かう方向)へ範囲H1において直線状に延出されている。さらに、上流側直線部103aの内端103cおよび上流側周壁部99aの内端がハブ81の外周81a近傍に配置されている。
下流側直線部103bは、下流側周壁部99bおよびボリュート支持壁61の交差部に形成されている。下流側直線部103bおよび下流側周壁部99bは、上流側直線部103aおよび上流側周壁部99aと同様に、流体の流れ方向に対して略直交する方向(矢印C方向)へ範囲H1において直線状に延出されている。さらに、下流側直線部103bの内端103dおよび下流側周壁部99bの内端がハブ81の外周81a近傍に配置されている。
上流側直線部103aおよび下流側直線部103b間の間隔が第1開口部71の開口幅W2となる。また、上流側直線部103aおよび下流側直線部103bが範囲H1の広範囲において直線状に延出されている。これにより、第1開口部71の開口幅W2が範囲H1の広範囲において一定に確保されている。
内側連結部103eは、内側周壁部99cおよびボリュート支持壁61の交差部に形成され、上流側直線部103aの内端103cおよび下流側直線部103bの内端103dに連結されている。この内側連結部103eは、ハブ81の外周81aより半径方向外側で、かつ、外周81aの近接位置に設けられ、ハブ81の外周81aに沿って第1開口部71の内側に凹む円弧状に形成されている。
内側周壁部99cは、内側連結部103eと同様に、ハブ81の外周81aに沿って第1開口部71の内側に凹む円弧状に形成されている。
外側連結部103fは、外側周壁部99dおよびボリュート支持壁61の交差部に形成され、上流側直線部103aの外端および下流側直線部103bの外端に連結されている。この外側連結部103fは、第1開口部71が外側に膨らむように湾曲状に形成されている。
外側周壁部99dは、外側連結部103fと同様に、外側に膨らむように湾曲状に形成されている。
ここで、第1開口部71の第1路内開口71aがボリュート内流路84に臨むように形成されている。よって、第1流路凹部56のうち、第1路内開口71aを含む部位56aがボリュート内流路84側に配置されている。以下、第1路内開口71aを含む部位56aを「第1路内凹部56a」という。
第1路内開口71aがボリュート内流路84に臨むことにより、第1路内凹部56aが第1路内開口71aを介してボリュート内流路84に連通されている。
また、第1開口部71の第1路外開口71bがボリュート内流路84の外部に臨むように形成され、第1張出部91で閉塞するように覆われている。よって、第1流路凹部56のうち、第1路外開口71bを含む部位(一部)56bがボリュート内流路84より羽根車28の径方向外側にはみ出して配置されている。以下、第1路外開口71bを含む部位56bを「第1路外凹部56b」という。
第1路内凹部56aおよび第1路外凹部56bが連通され、第1路内凹部56aおよび第1路外凹部56bで第1流路凹部56が形成されている。よって、第1流路凹部56が第1路内開口71aを介してボリュート内流路84に連通されている。
図5、図6に示すように、ボリュート本体88の外周壁88dが基端88aから先端88bまで内周壁88cから外側に向けて徐々に離れるようにボリュート本体88が渦巻状に形成されている。また、ボリュート幅W1が基端88aから先端88bに向けて徐々に大きくなるようにボリュート本体88が形成されている。
さらに、第1〜第4の流路凹部56〜59は同一円弧上に形成され、第1〜第4の流路凹部56〜59の各内側連結部103e,105〜107がボリュート本体88の内周壁88cに対して一定の間隔L1をおいて配置されている。
よって、ボリュート本体88の基端88aから先端88bに向かうに従って、外周壁88dが第1〜第4の内側連結部103e,105〜107から外側に大きく離される。
ここで、ボリュート本体88の基端88a側に第1流路凹部56が形成されている。よって、第1流路凹部56においてボリュート幅W1が小さく抑えられている。
これにより、図7に示すように、第1路外開口71bの面積S1が大きく確保され、かつ、第1路外凹部56bが大きく確保されている。
また、上流側直線部103aの内端103cおよび上流側周壁部99aの内端がハブ81の外周81a近傍に配置され、下流側直線部103bの内端103dおよび下流側周壁部99bの内端がハブ81の外周81a近傍に配置されている。
よって、第1路内開口71aの開口幅W2がボリュート内流路84の略全幅に亘る広範囲H2において確保されている。
開口幅W2を広範囲H2において確保することにより、呼び流体を第1路内開口71aから第1流路凹部56の内部101に良好に導くことができる。さらに、導いた呼び流体を第1流路凹部56の内部101で渦流に良好に発生させることができる。
ここで、ボリュート内流路84の呼び流体には気体が気泡状態で含まれている。よって、呼び流体の粘度や密度が抑えられている。これにより、呼び流体を第1路内凹部56aに良好に導くことができる。
このように、第1流路凹部56の内部101で渦流を発生させることにより、呼び流体からの気泡発生が促進され、呼び流体から気泡を良好に分離させることができる。呼び流体から気泡を分離させることにより、ボリュート内流路84から気体を好適に外部に排出でき、自吸性能を向上させることができる。
ところで、上流側直線部103aに代えて上流側を湾曲部に形成した場合、湾曲部から呼び流体を第1流路凹部56の内部101へ同時に流入させることができない。このため、第1流路凹部56の内部101へ早く流入しようとする呼び流体は、第1流路凹部56の内部101へ遅く流入しようとする呼び流体の粘性などで、第1流路凹部56の内部101への流入が抑えられる。
よって、呼び流体を第1路内開口71aから第1流路凹部56の内部101に良好に導き難くなる。
これに対して、上流側に上流側直線部103aを設けることにより、上流側直線部103aから呼び流体を第1流路凹部56の内部101に同時に流入させることができる。
よって、呼び流体を第1路内開口71aから第1流路凹部56の内部101に良好に導くことができる。これにより、第1流路凹部56の内部101で呼び流体の渦流を良好に発生させることができる。
また、第1流路凹部56の第1路外凹部56bがボリュート内流路84より羽根車28の径方向外側にはみ出して配置されている。
ここで、ボリュート内流路84を流れる呼び流体には遠心力が作用している。
この状態で、呼び流体が第1路内開口71aから第1路内凹部56aに導かれることにより、導かれた呼び流体が遠心力で第1路外凹部56bに渦流の状態で導かれる。これにより、呼び流体による渦流の発生を促進でき、呼び流体からの気泡発生を一層促進できる。
さらに、第1流路凹部56は、第1周壁99の外側周壁部99d(図7参照)が外側に膨らむように湾曲状に形成されている。これにより、湾曲状の外側周壁部99dにより、第1路内凹部56aに導かれた呼び流体による渦流の発生を一層良好に促進できる。
図5に戻って、第2流路凹部57は、第1流路凹部56に対して反時計回り方向に一定間隔離れて形成されている。この第2流路凹部57は、第1流路凹部56と同様に、第2路内開口72aの開口幅W2がボリュート内流路84の略全幅に亘る広範囲H3において確保されている。
これにより、呼び流体を第2路内開口72aから第2流路凹部57の内部に良好に導くことができ、導いた呼び流体を渦流に良好に発生させることができる。
また、第3流路凹部58は、第2流路凹部57に対して反時計回り方向に一定間隔離れて形成されている。この第3流路凹部58は、第1流路凹部56と同様に、第3路内開口73aの開口幅W2がボリュート内流路84の略全幅に亘る広範囲H4において確保されている。
これにより、呼び流体を第3路内開口73aから第3流路凹部58の内部に良好に導くことができ、導いた呼び流体を渦流に良好に発生させることができる。
さらに、第4流路凹部59は、第3流路凹部58に対して反時計回り方向に一定間隔離れて形成されている。この第4流路凹部59は、第1流路凹部56と同様に、第4路内開口74aの開口幅W2がボリュート内流路84の略全幅に亘る広範囲H5において確保されている。
これにより、呼び流体を第4路内開口74aから第4流路凹部59の内部に良好に導くことができ、導いた呼び流体を渦流に良好に発生させることができる。
なお、第2〜第4の流路凹部57〜59は第1流路凹部56と類似形状に形成されており、以下、第2〜第4の流路凹部57〜59の詳しい説明を省略する。
図5、図9に示すように、ボリュート本体88の先端88b側に第4流路凹部59が形成されている。ボリュート本体88のボリュート幅W1が基端88aから先端88bに向けて徐々に大きくなるように形成されているので、第4流路凹部59においてボリュート幅W1が大きく確保されている。
これにより、第4路外開口74bの面積S1が小さく抑えられ、第4路外凹部59bが小さく抑えられている。
また、ボリュート幅W1が基端88aから先端88bに向けて徐々に大きくなるように形成されることにより、第2流路凹部57は、第1路外凹部56bの第1路外開口71bより第2路外開口72bの面積S1が小さく抑えられている。
すなわち、第2流路凹部57の第2路外凹部(流路凹部の一部)57bが第1路外凹部56bより小さく抑えられている。
さらに、第3流路凹部58は、第2路外凹部57bの第2路外開口72bより第3路外開口73bの面積S1が小さく抑えられ、かつ、第4路外凹部(流路凹部の一部)59bの第4路外開口74bより面積S1が大きく確保されている。
すなわち、第3流路凹部58の第3路外凹部(流路凹部の一部)58bが第2路外凹部57bより小さく抑えられ、かつ、第4路外凹部59bより大きく確保されている。
このように、第1〜第4の路外開口71b〜74bの面積S1が流体の流れ方向に沿って順次小さく設定され、第1〜第4の路外凹部56b〜59bが流体の流れ方向に沿って順次小さく設定されている。よって、ボリュート本体88の基端88a側で第1路外凹部56bが十分に確保され、ボリュート本体88の先端88b側で第4路外凹部59bが小さく抑えられている。
ボリュート本体88の基端88a側で第1路外凹部56bを十分に確保することにより、第1路外凹部56bに呼び流体が遠心力で導かれる。これにより、呼び流体による渦流の発生(すなわち、呼び流体の攪拌)を促進させて、呼び流体からの気泡発生を十分に促進できる。
一方、ボリュート本体88の先端88b側で第4路外凹部59bが小さく抑えられることにより、第4路外凹部59bに呼び流体が遠心力で導かれ難くなり、呼び流体による渦流の発生(すなわち、呼び流体の攪拌)を好適に抑えることができる。よって、ボリュート本体88の先端88b側に導かれた呼び流体をボリュート吐出口95から良好に吐出させることができ、呼び流体の吐出性能を良好に確保できる。
このように、ボリュート本体88の基端88a側で呼び流体からの気泡発生を十分に促進し、さらに、ボリュート本体88の先端88b側で呼び流体の吐出性能を良好に確保することができる。
これにより、ボリュート本体88の内部(すなわち、ボリュート内流路84)から気体を良好に外部(すなわち、ケース内流路41)に矢印Eの如く排出でき、自吸性能を一層向上させることができる。
また、第2流路凹部57は、第2路外凹部57bが第1路外凹部56bより小さく抑えられている。よって、第2路外凹部57bによる渦流の発生(すなわち、呼び流体の攪拌)が第1路外凹部56bより好適に抑えられる。
さらに、第3流路凹部58は、第3路外凹部58bが第2路外凹部57bより小さく抑えられている。よって、第3路外凹部58bによる渦流の発生(すなわち、呼び流体の攪拌)が第2路外凹部57bより好適に抑えられる。
このように、ボリュート内流路84に開口する第1〜第4の流路凹部56〜59を設け、第1〜第4の流路凹部56〜59の内部101で呼び流体を攪拌させることにより、羽根車28(具体的には、羽根82の先端(すなわち、外周端)82a)で呼び流体を攪拌させる必要がない。
これにより、羽根82の先端82aを定常運転中の流体の吐出量に適した形状に形成することができる。
図8に示すように、第1流路凹部56は底部98で閉塞され、第1開口部71が開口されることにより袋状に形成されている。よって、定常運転中には第1流路凹部56の内部101に流体が充満された状態に保たれる。これにより、流体が第1流路凹部56の内部101に流入し難くでき、流体をボリュート内流路84に沿わせて円滑に導くことができる。
また、図5に示すように、第2〜第4の流路凹部57〜59は、第1流路凹部56と同様に、袋状に形成されている。よって、定常運転中の内部に流体が充満された状態に保たれる。これにより、流体が第2〜第4の流路凹部57〜59の内部に流入し難くでき、流体をボリュート内流路84に沿わせて円滑に導くことができる。
このように、羽根82の先端82aを定常運転に適した形状に形成し、かつ、定常運転中において流体を円滑に流すことができるので、定常運転中のポンプ効率を好適に確保できる。
つぎに、遠心ポンプ20を自吸運転する例を図10〜図13に基づいて説明する。
図10(a)に示すように、遠心ポンプ20の羽根車28を停止させた状態で、ボリュートケース29の内部63に気体(一例として、空気)が蓄えられている。
この状態において、流体供給口47から供給プラグ48を矢印Fの如く外して流体供給口47を開口する。流体供給口47を開口した状態で、流体供給口47からケース部材27の内部(すなわち、ケース内流路41)に呼び流体112を矢印Gの如く供給する。
図10(b)に示すように、ケース内流路41に供給された呼び流体112が、ケース内流路41を経てボリュート内流路84に蓄えられる。この状態で、遠心ポンプ20をエンジン12(図10(a)参照)で駆動して羽根車28を矢印Hの如く回転する。
羽根車28が回転することにより、呼び流体112をボリュート内流路84で矢印Iの如く流動する。呼び流体112が流動することにより、呼び流体112にボリュート内流路84の気体が気泡状態で含まれる。
図11(a)に示すように、ボリュート内流路84の気体が呼び流体112に気泡状態で含まれることにより、呼び流体112の粘度や密度が抑えられる。
よって、呼び流体112を第1〜第4の流路凹部56〜59の各路内凹部56a〜59a(第2〜第4の路内凹部57a〜59aは図10(b)参照)に矢印Jの如く良好に導くことができる。
図11(b)に示すように、第1流路凹部56の第1路外凹部56bがボリュート内流路84より羽根車28の径方向外側にはみ出して配置されている。さらに、ボリュート内流路84を流れる呼び流体112には、羽根車28の半径方向外側に向けた遠心力が作用する。
この状態で、呼び流体112が第1路内開口71aから第1路内凹部56aに導かれることにより、導かれた呼び流体112が遠心力で第1路外凹部56bに矢印Kの如く渦流の状態で導かれる。これにより、第1流路凹部56において、呼び流体112による渦流の発生を促進でき、呼び流体112からの気泡発生が促進される。
気泡発生が促進された呼び流体112が第1流路凹部56からボリュート内流路84に導かれる。
図10(b)に示す第2〜第4の路内凹部57a〜59aに導かれた呼び流体112も、第1路内凹部56aに導かれた呼び流体112と同様に、遠心力で第2〜第4の路外凹部57b〜59bに渦流の状態で導かれる。
これにより、第2〜第4の流路凹部57〜59において、呼び流体112による渦流の発生を促進でき、呼び流体112からの気泡発生が促進される。
図12(a)に示すように、第4流路凹部59の第4路内凹部59aに呼び流体112が矢印Lの如く導かれる。ここで、第4流路凹部59の第4路外凹部59bは小さく抑えられている。
よって、第4路内凹部59aに導かれた呼び流体112が遠心力で第4路外凹部59bに導かれ難くなる。これにより、第4流路凹部59の内部において、呼び流体112による渦流の発生(すなわち、呼び流体の攪拌)が好適に抑えられる。
気泡発生が促進された呼び流体112が第4流路凹部59からボリュート内流路84に矢印Mの如く導かれる。
図12(b)に示すように、第4流路凹部59の内部において渦流の発生を好適に抑えることにより、呼び流体112および気泡をボリュート本体88の先端88b側に円滑に導くことができる。
これにより、ボリュート本体88の先端88b側に導かれた呼び流体112や気泡(すなわち、気体)をボリュート吐出口95から矢印Nの如く良好に吐出させることができる。
図13(a)に示すように、ボリュート吐出口95(図12(b)参照)から吐出された気体がケース内流路41、ケース吐出口34および吐出ノズル35を経て遠心ポンプ20の外部に矢印Oの如く排出される。
よって、ボリュートケース29の内部63に負圧を発生させて、発生させた負圧で開閉弁33を矢印Pの如く開放する。
図13(b)に示すように、開閉弁33を開放することにより、ボリュートケース29の内部63にボリュート吸込口86から流体113を矢印Qの如く吸い込む吸込性が確保される。
すなわち、遠心ポンプ20において、流体113の吸込性を確保でき、自吸運転が完了する。
ついで、遠心ポンプ20を定常運転する例を図14〜図16に基づいて説明する。
図14(a)に示すように、自吸運転が完了した状態で、羽根車28が継続して矢印Hの如く回転する。
ここで、羽根車28(具体的には、羽根82の先端82a)が定常運転に適した形状に形成されている。また、ボリュートケース29の内部63が、ボリュート吸込口86、吸込通路部44およびケース吸込口31を経て吸込ノズル32に連通されている。
よって、ボリュートケース29の内部63に負圧を発生させることにより、吸込ノズル32、ケース吸込口31、吸込通路部44およびボリュート吸込口86に定常運転用の流体113が矢印Qの如く吸い込まれる。
ボリュート吸込口86に吸い込まれた流体113がボリュート吸込口86を経てボリュートケース29のボリュート内流路84に導かれる。
図14(b)に示すように、ボリュート内流路84に導かれた流体113が羽根車28の羽根82で案内される。流体113が羽根82で案内されることにより羽根車28の回転方向に矢印Rの如く流動する。
図15(a)に示すように、第1流路凹部56は底部98で閉塞され、第1開口部71がボリュート内流路84に開口されることにより袋状に形成されている。よって、第1流路凹部56の内部101に流体113が充満された状態に保たれる。
これにより、第1流路凹部56の内部101にボリュート内流路84から流体113を流入し難くできる。
図15(b)に示すように、第2〜第4の流路凹部57〜59は、第1流路凹部56と同様に、底部で閉塞され、第2〜第4の開口部72〜74が開口されることにより袋状に形成されている。よって、第2〜第4の流路凹部57〜59の内部に流体113が充満された状態に保たれる。
流体113が充満された状態に保たれることにより、第1〜第4の流路凹部56〜59の内部にボリュート内流路84から流体113を流入し難くできる。これにより、流体113がボリュート内流路84に沿わせてボリュート吐出口95まで矢印Rの如く円滑に流動され、ボリュート吐出口95からケース内流路41に矢印Sの如く吐出される。
図16に示すように、ケース内流路41に吐出された流体113がケース内流路41、ケース吐出口34および吐出ノズル35を経て遠心ポンプ20の外部に矢印Tの如く吐出される。
このように、羽根82の先端82aを定常運転に適した形状に形成し、かつ、ボリュート内流路84において流体113を円滑に流すことにより、定常運転中のポンプ効率を好適に確保できる。
なお、本発明に係る遠心ポンプは、前述した実施例に限定されるものではなく適宜変更、改良などが可能である。
例えば、前記実施例では、第1〜第4の開口縁103(第1開口縁のみを示す)に上流側直線部103aおよび下流側直線部103bの両方を設ける例について説明したが、これに限らないで、上流側直線部103a、下流側直線部103bの一方のみを設けることも可能である。
この場合、上流側に配置される上流側直線部103aを設けることが好ましい。上流側直線部103aを設けることにより、上流側直線部103aから呼び流体112を第1〜第4の流路凹部56〜59の各内部(第1流路凹部56の内部101のみを示す)に良好に流入させることができる。
これにより、第1〜第4の流路凹部56〜59の各内部で呼び流体112の渦流を良好に発生させることができる。
また、前記実施例では、第1〜第4の流路凹部56〜59の各開口縁(第1開口縁103のみを示す)を略門形アーチ状に形成した例について説明したが、これに限らないで、第1〜第4の流路凹部56〜59の開口縁を略長孔状や略矩形状などの他の形状に形成することも可能である。
さらに、前記実施例では、第1〜第4の流路凹部56〜59を第1〜第4のボルト22〜25によるボルト止め部を利用して形成した例について説明したが、これに限らないで、ボルト止め部を利用しないで形成することも可能である。
また、前記実施例では、流路凹部として第1〜第4の流路凹部56〜59を4個設けた例について説明したが、これに限らないで、流路凹部の個数を適宜選択することが可能である。
さらに、前記実施例で示した遠心ポンプユニット、遠心ポンプ、羽根車、ボリュートケース、第1〜第4の流路凹部、第1〜第4の路外凹部、第1〜第4の開口部、ボリュート内流路、ボリュート本体、第1開口縁、上流側直線部および下流側直線部などの形状や構成は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。
本発明は、ボリュートケースの内部に設けられた羽根車の回転によりボリュート内流路に流体を流動させる遠心ポンプへの適用に好適である。
10 遠心ポンプユニット
20 遠心ポンプ
28 羽根車
29 ボリュートケース
56〜59 第1〜第4の流路凹部(流路凹部)
56b〜59b 第1〜第4の路外凹部(流路凹部の一部)
63 ボリュートケースの内部
71〜74 第1〜第4の開口部(開口部)
84 ボリュート内流路(流路)
88 ボリュート本体
101 第1流路凹部の内部
103 第1開口縁(開口縁)
103a 上流側直線部(直線部)
103b 下流側直線部(直線部)
112 呼び流体
113 流体

Claims (3)

  1. ボリュートケースの内部に設けられた羽根車の回転により、前記ボリュートケースの内部に形成された流路に流体を流動させる遠心ポンプであって、
    前記流路内に開口され、前記流体の流れ方向に対して略直交方向に窪むように形成された流路凹部を設け、
    前記流路凹部は、該流路凹部の一部が前記流路より前記羽根車の径方向外側にはみ出して配置される、
    ことを特徴とする遠心ポンプ。
  2. 前記流路凹部は、前記流路内に開口する開口部を有し、
    該開口部の開口縁には、前記流体の流れ方向に略直交する直線部が設けられることを特徴とする請求項1記載の遠心ポンプ。
  3. 前記流路凹部は、前記一部が前記流体の流れ方向に沿って順次小さく設定されることを特徴とする請求項1記載の遠心ポンプ。
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