JPS6239278B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、円滑で無脈動の気体又は蒸気除去が
望まれるような産業上の用途に広く使われている
液体リングポンプの改良に関する。液体リングポ
ンプの周知の設計は、例えば、H.E.Adamsに与
えられた米国特許第2940657号および同第3221659
号；I.C.Jenningsに与えられた米国特許第
3209987号；およびKenneth W.Roeその他に与え
られた米国特許第3846046号に示されており、こ
れらは、著しい成功を収めている。

英国特許出願第14912／1977には、液体リング
ポンプの有利な設計が開示されており、その主要
な特長の１つは、騒音と振動を減ずる目的で、ポ
ンプインペラに素数枚の等角度間隔のへだたつた
羽根を設けることである。従来の液体リングポン
プでは、例えば12枚の等間隔をなした羽根を設け
るのが普通であつた。最初このような構成がイン
ペラの回転羽根励起振動数の倍数および約数で振
動起するものと考えた。インペラに素数枚の等間
隔をなした羽根を設けることによつて、低調波即
ち分数調波（Sub−harmonic）振動が発生せず、
騒音および振動の相当な減少が得られる。

本発明の目的は、騒音および振動の尚一層著じ
るしい減少を得るようにすることである。

以下の説明から明らかになるように、本発明
は、上述した英国出願の発明を具体化する液体リ
ングポンプの連続又は平行配列の多段の異なるイ
ンペラに異なる素数枚の羽根を設ける概念にあ
る。

従つて本発明によれば、気体、液体およびその
混合物用の改良された液体リングポンプは、第１
段ケーシング部分と、別の第２段ケーシング部分
と、第１のものが第１段ケーシング部分内に回転
自在に取付けられ、第２のものが第２段ケーシン
グ部分内に回転自在に取付けられている少くとも
２つのインペラとを有し、前記インペラの各々は
流体を圧送するためインペラに等角度間隔に支持
された素数枚の半径方向羽根を有し、前記第１イ
ンペラと第２インペラは互に異なる数の羽根を有
し、それによつて前記インペラの各々の励起振動
数、従つてポンプの騒音及び振動を減少させ、さ
らに夫々のインペラの異なる数の羽根が前記第１
と第２のインペラについて異なる励起振動数を生
じさせてポンプの振動及び騒音を一層減少させ、
少くとも１つの吸引口及び少くとも１つの吐出口
を前記インペラの各々に隣接して配置したことを
特徴とする、気体、液体及びこれらの混合物のた
めの液体リングポンプである。

好ましくは、少くとも２つのインペラのインペ
ラ羽根の数は素数７、11、13、17、19から選ば
れ、２つのインペラポンプについては、一方のイ
ンペラに13枚の羽根を、他方のインペラには17枚
の羽根を設けるのが好ましい。

以下の説明では、異なるインペラに異なる素数
の羽根を設けること以外は、上述の英国出願第
14912／1977に説明した態様と実質的に等しい態
様を参照して本発明を説明する。しかしながら、
本発明は特定のポンプ設計のあらゆる仕方に対し
て一般的な適用をもち、本発明を単に例示してい
る以下に記載の設計に限定されるものではない。

図面を参照して本発明の好適な具体例について
詳細な説明をするが、各図面における同様の構造
要素には同様の符号が付けてある。

第１図は本発明の特徴を具体化した複式ポンプ
の斜視図を示している。ポンプのハウジングすな
わちケーシング１０は、吸込端ケーシング１２、
第１段胴体部分１４、第１段中央板１６、第２段
中央板１８、第２段胴体部分２０および吐出端ケ
ーシング２２を有する。吸込口２４は流体例えば
気体または蒸気を吸込端ケーシング１２および吸
込マニホールド２６に導びく。第２図および第３
図に更にはつきり示されているように、吸込マニ
ホールド２６は第１段のインペラの端に位置した
吸込孔を並列に連結している。

前述したケーシング部分と一体に作られている
吐出マニホールド２８は、〔第２段のインペラの
端に位置した吸込孔へ〕第１段の吐出孔からの吐
出気体を導びく。第２段の吐出孔を去る気体は吐
出端ケーシング２２に導びかれ、吐出口３０を経
て装置を去る。種々のケーシング部分を互いに締
付けるため、複数のタイボルトとナツト３２が設
けられている。最後に、ケーシング１０の内部に
密封用液体を入れるために、入口導管３４が設け
られる。

第１図の線２−２および線３−３に沿つた断面
図である第２図および第３図は、本発明の主要内
部構成部分を示している。吸込端軸受ハウジング
４０および吐出端軸受ハウジング４２が軸受４
４，４６を支えている。軸受４４，４６内で回転
するように設けられた軸４８は、吸込端ケーシン
グ１２および吐出端ケーシング２２に置かれてい
るシール５０，５２を貫通している。液体リング
ポンプでよく知られている様式で、軸４８は第１
段胴体部分１４で定められた第１段ポンプ室５４
と、第２段胴体部分２０で定められた第２段ポン
プ室５６の中に偏心的に設けられている。両ポン
プ室５４，５６は胴体部分１４，２０の中心へ向
つて延びている半径方向の壁すなわちバツフルを
持つていない。それで圧送される液体および気体
は、軸４８およびインペラ以外の障害物と出会わ
ずに各室の一端から他端へ流れることができる。
軸線方向長さＬ、直径Ｄの第１段インペラ５８
は、軸４８上に設けられ、室５４の中でこの軸と
ともに回転する。また軸線方向長さL′、直径
D′の第２段インペラ６０が軸４８上に設けられ
て室５６の中で軸とともに回転する。

液体リングポンプの構造をよく知つている者
は、このポンプの圧送能力がインペラの軸線方向
長さおよび直径によつて大きな影響を受けること
を理解するであろう。ポンプ速度および液体リン
グ自体の厚さとともに、上記の寸法はポンプの容
積量を大幅に制御する。一定の運転速度でさらに
能力を増そうとする場合、従来技術は、インペラ
の直径を増大してインペラ羽根の間の半径方向容
積室の体積を増すことを教示している。しかし、
このようにすると長さを増したインペラ羽根の先
端の接線速度が増して摩擦も増加し、この増加を
克服するには軸へ前より大きな動力を加えて速度
を維持しなければならない。勿論、ハウジングの
直径も前より大きくなる。従来のポンプでは、イ
ンペラの直径を変えないでインペラを軸線方向に
長くしてポンプ能力を増す試みがなされた。しか
し、これらの試みは、インペラの長さと直径の比
が約1.06を超えた場合にポンプの効率が望ましく
ない低下を来すので不成功であつた。

本出願人は、吸込孔および好ましくは吐出孔が
インペラの両端に位置していると、一定速度にお
ける摩擦を最小にするためインペラの直径を実際
に小さくすることができ、かつ容積量を維持する
ためインペラの軸線方向の長さを増大して全ポン
プ性能を予想外に改良できることを発見した。
1.06より大きく好ましくは約1.2ないし1.5の長さ
対直径比が、減少した先端速度により動力消費を
減小させしかも容積効率を損じないことが判つ
た。勿論、両端の吸込孔が使われる場合には、上
記の範囲外の長さ対直径比を使うことも本発明の
範囲内に入る。両端の吸込孔は、単一端吸込孔に
比べると、圧送中にインペラ羽根の各対の間の全
体積が実際上有効であるようにポンプの息抜きを
改善する。従来装置では、長さ対直径比が1.06よ
り大きくかつ一端にのみ吸込孔のあるインペラ
は、単一の吸込孔と反対の端で液体が不足する傾
向があり、そのため容積効率が減小する。本発明
は単一ローブ液体リングポンプに使うものとして
説明されているが、この技術分野の専問家には本
発明の教示が複式その他の多ローブポンプにも適
用できることが理解できよう。

続けて第２図および第３図を参照すると、ポン
プに入る気体の流れ通路は、吸込口２４を経て第
１段入口充満室６２に至り、それから吸込孔６４
を通るが、この吸込孔は第１段端板６５に配置さ
れている。入口流れはまた一体のマニホールド２
６を経て並列に進み、平行の第１段入口充満室６
６に至り、この充満室は第１段中央板１６と第２
段中央板１８の間に形成されている。流れは充満
室６６から吸込孔６８を通り、この吸込孔は第１
段中央板１６に配置されている。第１段室５４か
らの吐出流れは、第１段端板６５に配置された吐
出孔７２を通つて第１段吐出充満室７０に入る。
段１段ではまた、吐出孔７６（第４図）を経て中
央板１６，１８の間にある第１段吐出充満室７４
に並列に吐出する。充満室６６，７０からの流れ
は充満室７４およびマニホールド２８の中で混合
する。第１段からの吐出物の一部は、マニホール
ド２８、第２段入口充満室７８、および第２段端
板８１上の吸込孔８０を通つて流れる。第１段か
らの吐出物の残部は、平行な第２段入口充満室と
して役立つ充満室７４を通る。第２吸込孔８４
は、吸込孔８０と対向した位置で板１８を貫通し
ている。第２段からの吐出物は、端板８１にある
吐出孔８８を通つて、吐出端ケーシング２２にあ
る吐出充満室８６に流入する。その後で気体は吐
出口３０を経て装置を去る。本発明の対向端吸込
孔および対向端吐出孔の実際の寸法と円周方向位
置は、望まれる吸込圧力、吐出圧力、ポンプ運転
速度、圧送される流体などの条件、および技術専
問家によく知られた関係条件に応じて、ポンプの
特定用途によつて決められる。

さて第４図を見ると、ハウジングすなわちケー
シング１０が示してあり、本発明による斬新な流
れ指向マニホールドの分解図が具体的に表わされ
ている。吸込端ケーシング１２は内部壁１００
（仮想線で示す）を有し、この壁は充満室６２と
充満室７０を分離している。内部壁１００はまた
軸４８を通すための貫通孔をもつている。第１段
端板６５は内部壁１０２を有し、この壁は内部壁
１００と合致して孔６４と孔７２とを分離してい
る。

第１段中央板１６は半径方向に延びた内部壁１
０４，１０６を有し、これらの壁は孔６８と孔７
６とを分離している。第２段中央板１８は半径方
向に延びた内部壁１０８，１１０を有し、これら
の壁は壁１０４，１０６と合致するような向きに
置かれている。周壁セグメント１１２が半径方向
内部壁１０８と１１０との間に延びており、充満
室６６を充満室７４から分離している。中央板１
６，１８の詳細は、後に第５図および第６図で詳
しく説明する。

第２段端板８１と吐出端ケーシング２２とは、
相合致した内部壁１１４（仮想線で示す）および
内部壁１１６を有し、これらの内部壁は内部壁１
００，１０２と機能および位置が近似している。
壁１１４，１１６は充満室７８，８６を吸込孔８
０および吐出孔８８から分離している。

吸込マニホールド２６は、吸込端ケーシング１
２の一体的に半径方向に延びている部分、第１段
端板６５、第１段胴体部分１４、第１段中央板１
６、第２段中央板１８によつて形成されている。
組立てられたポンプにおいては、上記の部分は第
１図に示すように貫流関係をもつて一緒に接合さ
れている。

同様に、吐出マニホールド２８は、吸込端ケー
シング１２の一体的に半径方向に延びている部
分、第１段端板６５、第１段胴体部分１４、第１
段中央板１６、第２段中央板１８、第２段胴体部
分２０、第２段端板８１および吐出端ケーシング
２２によつて形成されている。組立てられたポン
プにおいては、これらの部分もまた貫流関係に接
合されている。

第５図を見ると、第１段中央板１６は、軸４８
の入口孔を囲んでいる中央ボス１２２をもつた本
質的に平らな円板１２０よりなる。軸線方向に延
びている周辺唇部１２４は円板１２０を取り囲ん
で平らの組合面１２６をもち、この組合面は唇部
１２４の厚みを横切つて拡がつている。半径方向
に延びたフランジ１２８，１３０が設けられ、こ
のフランジは第４図に示すように、組立てられた
ポンプにマニホールド２６，２８の一部を形成す
るような向きに置かれた貫通路をもつている。孔
６８および孔７６は半径方向に延びた壁１０４，
１０６によつて隔離され、これらの壁は吸込孔６
８の各側において周辺唇部１２４からボス１２２
まで延びている。

第６図は第２図の線６−６に沿つた断面の図で
あつて、第２段中央板１８の形態を示している。
中央板１８は実質上平らな円板１２０′よりな
り、この円板は軸４８の入る中央孔のある中央ボ
ス１２２′をもつている。周辺唇部１２４′が設け
られ、この唇部１２４′はこれの厚みを横切つて
延びた平らな組合面１２６′をもつている。半径
方向に延びた壁１０８，１１０と唇部１２４′の
組合面とは第１段中央板１６の対応部分と合致し
ている。シール板１３８は壁１１２からボス１２
２まで延びていて、充満室６６を充満室７４から
隔離している。すなわち吸込孔６８は吸込孔８４
から隔離されている。

第５図および第６図はまた、従来の液体リング
ポンプに見られる普通のさねはぎ組合せ継手の形
態を使わないで平らな組合端面の使用を可能する
という本発明の斬新な組合せ特徴を示している。
実質上、直径上で対向し半径方向に延びた１対の
タブ１３２／１３２′および１３４／１３４′が設
けられ、これらのタブはある深さの孔または凹所
をもつている。同様のタブおよび孔は、第４図お
よび第７図に示すように他のケーシング部分にも
設けられている。ポンプを組立てるため、ドエル
１３６が孔に挿入され、幾つかの構成部分のタブ
とこれに隣接する構成部分の組合面のタブの孔と
は、ドエルの部分の上を滑らされる。ケーシング
部分間にこの形式の継手形態を用いると、装置の
製造中に機械の作業数が相当に減り、平らな継手
面が一層容易に切削または研磨される。製造中に
これらの面を切削または研磨する能力は、時とし
て耐食性のため使われるガラスなどの変則仕上げ
によつてケーシング部分が被覆されるとき、非常
に重要になる。

第７図は第４図に示したポンプケーシングと多
くの点で似ているポンプケーシング１０の分解図
であるが、このケーシングは第４図に示した２段
複式ポンプと違つて、２つの単段ポンプの並列運
転を許す形態になつている。ケーシング部分１
６，１８，８１，２２が変形ケーシング部分１
６′，１８′，８１′，２２′によつて代えられてい
る。第１段中央板１６′は、半径方向壁１０４，
１０６を適宜除去し内部壁１４０（仮想線で示
す）に必要な付加をした点で第１段中央板１６と
異つており、上記内部壁１４０は中央板１６を実
質上直径方向に横切つて延び、孔６８と孔７６を
隔離している。第２段中央板１８′は、半径方向
に延びている壁１０８，１１０、周壁部分１１２
およびシール板１３８を適宜除き、中央板１６′
の内壁１４０に合致した内壁１４２を加えた点で
第２段中央板１８と相違している。それでマニホ
ールド２６を流れる流体は両方の吸込孔６８，８
４に達する。端板８１′は、入口孔８０を除いた
ことおよび内壁１１４の頂部をマニホールド２８
の他側に置き換えたことを除いて、端板８１と同
じである。端ケーシング２２′は、内部壁１１６
の頂を端板８１′内で壁１１４と合致させるよう
に置き換えるため、同様に変形している。この具
体例の第１および第２インペラを通る流れは、イ
ンペラ５８の両端に位置した吸込孔６４，６８を
もつた第１段と、インペラ６０の一端にある吸込
孔８４およびインペラ６０の他端にある吐出孔８
８をもつた第２段とに、完全に並列である。

第８図は第２図の線８−８に沿つた略式断面図
であり、液体リングポンプの普通の内部形態およ
び操作原理を図解して本発明の斬新なインペラを
示すためのものである。インペラは図示の通り、
室５４内の偏心位置で反時計方向運動をするよう
に軸４８上に設けられている。ポンプが運転して
いるとき、封鎖されている液体１４４はインペラ
５８によつて胴体部分の周辺に投げ出されて中央
空所のまわりに運動する液体のリングを作る。イ
ンペラ５８の羽根１４６は、軸４８と同心的であ
るが液体リング１４４に関して偏心的に、回転す
る。吸込孔６４と吐出孔７２とは中央空所に曝さ
れているが、インペラの羽根および液体リングに
よつて互いに隔離されている。気体が吸込孔６４
から吸引されると、この気体は羽根１４６と液体
リング１４４の間の半径方向容積室に捕捉され
る。回転中、羽根１４６は吐出孔７２に近づくに
従つて液体リング１４４内に深く入り、気体を普
通の様式で圧縮する。

回転機械の部品におけるように、本装置の種々
の構成部分の振動特性は、許容可能な作動振動お
よび騒音レベルを確保するため必要なように、調
節されなくてはならない。インペラ５８と軸４８
の機械的不平衡は、注意深く釣り合わせることに
よつて大いに除去することができる。しかし若し
も機械の回転振動数その他の励起振動数が軸の固
有振動数の約20％内にあると、これらの振動およ
び騒音レベルの著しい増幅が起ることがある。こ
れらの励起振動数はまた、回転振動数の調和数す
なわち整数倍および整数分の一のときに著しくな
ることがある。複数羽根のインペラをもつた機械
の場合、一定の基準点を超えた各羽根の運動は、
励起力を生ずる。これらの羽根の数および振動数
によつて、許容できない振動および（または）空
気で運ばれる騒音を起すことがある。

例えば運転速度が1800r.p.mであるとすると、
通常使われる12枚羽根をもつインペラは360cps
の回転羽根励起振動数をもつ。こうして励起力は
この振動数のときおよびその整数倍と整数分の一
の振動数ときに起る。羽根の励起振動数の整数倍
の振動数は容易に起り、仮定した360cpsの回転
羽根励起振動数に対しては720cpsおよび1080cps
のような整数倍の振動数が発生し易い。また羽根
の励起振動数の整数分の一の振動は羽根の“群分
け（grouping）”の結果として起ることを本出願
人は知つている。そこで若しインペラが12枚の羽
根（これは普通）をもつていて羽根が等間隔に置
かれているならば、例えば４枚の羽根の各群はこ
れに対応する整数分の一の振動数を発生し、12枚
羽根のインペラには、かかる４枚羽根の群が３つ
あるから、仮定した条件に対する整数分の一の振
動数は360／3cpsすなわち120cpsである。同様に
６枚羽根の２つの群の各々は360／２＝180cpsの
振動数（整数分の一）を発生する。整数分の一に
当る振動数のこの好ましくない発生は、規則正し
い間隔で羽根を群分けすることを避けるように羽
根の間隔が選択されるならば、羽根を不等の角度
間隔にへだてることによつて避けることができ
る。この措置は満足するには程遠いものであり、
それは種々の条件、例えば製作費の増加、次々の
羽根の間の容積が等しくないことなどによる。本
出願人のこの問題に対する新規な解決法は、イン
ペラに等間隔の素数枚の羽根を設けることであ
る。この構成によると、羽根を等間隔にへだてて
複数の連続羽根のどの群をも等角度間隔に置くこ
とが不可能になり、従つてかかる条件に応じて整
数分の一の振動数が起らなくなり、騒音と振動が
大いに減小する。

騒音と振動を減少させるため、本出願人のイン
ペラは素数枚の羽根、例えば３、７、11、13、17
枚の羽根を有し、これらの羽根に対し唯１つの配
置すなわち実際の羽根数が存在している。多くの
場合に13枚羽根のインペラが望ましい。これより
少ない枚数の羽根では半径方向容積室間の圧力降
下が大きくなつて漏洩が多くなるし、羽根の枚数
が非常に大きくなると、インペラの容積量のため
利用できる容積が減る。何れにしても、羽根の枚
数を素数にすると、若干の励起振動数が除かれて
振動および騒音が減る。こうして13枚羽根のイン
ペラを使うことは、羽根の振動数の全効果を約25
パーセント減らす。

本発明の好適な具体例に従えば、インペラの双
方が素数枚の羽根を備え、かつインペラ５８とイ
ンペラ６０とは相異つた数の羽根をもつている。
こうして都合よくインペラ５０は13枚の羽根をも
つことができるし、インペラ６０は17枚の羽根を
もつことができる。この結果、この２つのインペ
ラは相異つた励起振動数をもち、従つてこの技術
分野の専問家に分るように、全ポンプの最高騒音
レベルは、両方のインペラが同数の羽根をもつた
ときよりも可成り低くなる。

この技術分野の専問家にとつて本発明装置を製
作および使用できるようにするため、本発明を詳
細に記載した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化して組立てられた複式
ポンプの内部の斜傾図である。第２図は第１図の
線２−２に沿う部分的水平断面図であり、本発明
の内部構成部分を示している。第３図は第１図の
線３−３に沿う部分的水平断面図である。第４図
は本発明に従つた複式ポンプ装置のケーシング部
分の分解図である。第５図は第２図の線５−５に
沿う断面図であり、本発明による第１段中央板と
マニホールドの詳細を示している。第６図は第２
図の線６−６に沿う断面図であり、本発明による
第２段中央板とマニホールドの詳細を示してい
る。第７図は本発明に従つて並列単段ポンプ装置
のケーシング部分の分解図である。第８図は第２
図の線８−８に沿う略式断面図である。 １０……ポンプケーシング（ハウジング）、５
８……第１段インペラ、６０……第２段インペ
ラ、６４，６６……吸込孔、７６，８８……吐出
孔、１４６……羽根。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１段ケーシング部分と、別の第２段ケーシ
   ング部と、第１のものが第１段ケーシング部分内
   に回転自在に取付けられ、第２のものが第２段ケ
   ーシング部分内に回転自在に取付けられている少
   くとも２つのインペラとを有し、前記インペラの
   各々は流体を圧送するためインペラに等角度間隔
   に支持された素数枚の半径方向羽根を有し、前記
   第１インペラと第２インペラは互に異なる数の羽
   根を有し、これによつて前記インペラの各々の励
   起振動数、従つてポンプの騒音及び振動を減少さ
   せ、さらに夫々のインペラの異なる数の羽根が前
   記第１と第２のインペラについて異なる励起振動
   数を生じさせてポンプの振動及び騒音を一層減少
   させ、少くとも１つの吸引口及び少くとも１つの
   吐出口を前記インペラの各々に隣接して配置した
   ことを特徴とする気体、液体及びこれらの混合物
   のための液体リングポンプ。 ２ 少くとも２個のインペラのインペラ羽根の数
   が、素数７、11、13、17および19の中から選択さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の液体リングポンプ。 ３ 少くとも２個のインペラのうちの一方には13
   枚の羽根があり、他方のインペラには17枚の羽根
   があることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の液体リングポンプ。 ４ 前記第１段ケーシング部分および第２段ケー
   シング部分が、これらケーシング部分に直列に流
   れを生じさせるための装置を備えたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のポンプ。 ５ 前記第１段ケーシング部分および第２段ケー
   シング部分が、これらケーシング部分に並列に流
   れを生じさせるための装置を備えたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の装置。