WO2011096101A1 - 遠心ポンプ - Google Patents

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WO2011096101A1
WO2011096101A1 PCT/JP2010/062341 JP2010062341W WO2011096101A1 WO 2011096101 A1 WO2011096101 A1 WO 2011096101A1 JP 2010062341 W JP2010062341 W JP 2010062341W WO 2011096101 A1 WO2011096101 A1 WO 2011096101A1
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WO
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impeller
rotation axis
inlet
centrifugal pump
magnetic coupling
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PCT/JP2010/062341
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French (fr)
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英男 星
祥吾 中島
達哉 日高
山本　康晴
大久保　剛
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三菱重工業株式会社
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal pump that drives an impeller by magnetic coupling to apply pressure to the liquid, and more particularly to a centrifugal pump that is suitable for a liquid such as a chemical liquid containing fine particles or a liquid such as a chemical liquid that is easily fixed.
  • a general pump has a shaft seal mechanism (shaft seal device) in order to prevent fluid in the pump chamber from leaking out from the shaft portion and inhaling air and the like from the outside.
  • shaft seal mechanism shaft seal device
  • a gland packing, a labyrinth, a mechanical seal, and the like have been put into practical use, and are selected according to the operating environment and cost of the pump.
  • centrifugal pump which is configured to apply pressure energy or velocity energy in a radial direction to the fluid by centrifugal force by rotating an impeller within the casing.
  • centrifugal pump that stabilizes and rotates the pump rotor by the permanent magnet acting in the radial direction on the ferromagnetic range of the pump rotor.
  • Patent Document 1 There is also known an artificial heart centrifugal pump in which a permanent magnet is provided on a shaft portion of an impeller and the impeller is rotated by a driving device that generates a rotating magnetic field provided on the casing side.
  • the impeller is supported by a pivot bearing, and it is disclosed that materials having different hardnesses such as a combination of ceramics and ultrahigh molecular weight polyethylene are selected as the material of the pivot shaft and the pivot receiver. Yes.
  • Patent Document 2 materials having different hardnesses such as a combination of ceramics and ultrahigh molecular weight polyethylene are selected as the material of the pivot shaft and the pivot receiver.
  • the centrifugal pump provided with the shaft seal mechanism has problems such as leakage from shaft seal components, generation of wear and friction, and limitation of heat resistant temperature and pressure resistance. For this reason, it is desired to develop a centrifugal pump that does not require a shaft seal mechanism and that does not leak.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a centrifugal pump that does not require a shaft seal mechanism and has no leakage.
  • an object of the present invention is to provide a centrifugal pump that is suitable for a liquid such as a chemical liquid containing fine particles or a liquid such as a chemical liquid that is easily fixed, and that can be easily downsized.
  • a centrifugal pump includes a casing forming a pump chamber having a liquid inlet and outlet and a pump bearing that is rotatably supported by a pivot bearing.
  • the impeller supported in the direction is driven by the magnetic coupling device, and pressure is applied to the liquid introduced from the direction of the rotation axis via the inlet, and the liquid is sent out from the outlet in the radial direction.
  • the pivot bearing is provided on a pivot shaft positioned at the center of the rotating shaft of the impeller and the axial center line of the inlet.
  • a bearing portion, and said magnetic coupling device is characterized in that it is arranged from the impeller rotating surface towards the center of the rotation axis on a line inclined to the inlet side.
  • the pivot bearing includes a pivot shaft positioned at the center of the rotating shaft of the impeller, and a casing side bearing portion provided on the axial center line of the inlet.
  • the magnetic coupling device is arranged on a line inclined toward the inlet side from the impeller rotation surface toward the rotation axis center, the magnetic coupling device is arranged in a state inclined from the rotation surface of the impeller. Become. For this reason, since the thrust force according to the inclination angle acts on the pivot bearing by the magnetic force of the magnetic coupling, the pivot shaft is pressed against the bearing portion by this thrust force.
  • the magnetic force of the magnetic coupling device is a component of thrust force that presses the pivot shaft in the rotation axis direction, and A thrust force acting on the pivot bearing stabilizes the rotation of the impeller, which is decomposed into a radial force component that is directed outward in the impeller rotation surface direction.
  • the opposing surfaces of the impeller and the casing are subjected to low friction treatment on at least one surface with respect to a region having a possibility of contacting in a stopped state. It is preferable that this makes it possible to start the impeller smoothly by rotating the impeller during the idling operation that is started from a state where there is no liquid in the pump chamber.
  • a centrifugal pump includes a casing that forms a pump chamber having a liquid inlet and outlet and a pump bearing that is rotatably supported by a pivot bearing.
  • the impeller supported in the direction is driven by the magnetic coupling device, and pressure is applied to the liquid introduced from the direction of the rotation axis via the inlet, and the liquid is sent out from the outlet in the radial direction.
  • the pivot bearing is configured so that both the pivot shaft positioned at the center of the rotating shaft of the impeller and the pivot shaft on the axial center line of the inlet.
  • the magnetic coupling device is arranged on a line inclined toward the inflow port side from the impeller rotation surface toward the rotation axis center, and the rotation of the impeller A through hole in the rotation axis direction is formed at the center.
  • the pivot bearing has a pivot shaft that is located at the center of the rotating shaft of the impeller and a two-point support that supports the pivot shaft from both sides on the axial center line of the inlet.
  • a magnetic coupling device arranged on a line inclined toward the inlet from the impeller rotation surface toward the rotation axis, and a through-hole in the rotation axis direction is formed at the rotation center of the impeller Therefore, in the direction of the rotational axis of the impeller, a symmetric secondary flow is formed on both surfaces of the impeller, so that the axial thrust force can be balanced to reduce the load on the pivot bearing. it can.
  • the bibot shaft protrudes from the impeller toward the inlet side of the pivot bearing.
  • the pivot bearing installed on the inlet side where the flow velocity is high is efficiently cooled by the fluid introduced from the inlet.
  • the magnetic coupling device is arranged on a line inclined toward the inflow port toward the rotation axis center, and the magnetic force of the magnetic coupling device generates a thrust force that presses the pivot shaft in the rotation axis direction. Since the thrust force acting on the pivot bearing stabilizes the rotation of the impeller, a small centrifugal pump without leakage can be easily provided without using a shaft seal mechanism.
  • the magnetic coupling device is disposed on a line inclined toward the inflow port toward the rotation axis center, and the impeller is stably supported by a pivot bearing of two-point support, and the rotation axis of the impeller is penetrated in the rotation axis direction.
  • a secondary flow that is symmetrical on both sides in the rotational axis direction is formed on both sides of the impeller. For this reason, since the axial thrust force acting on the impeller and the pivot shaft is balanced in the rotational axis direction, the load acting on the stable two-point support pivot bearing is reduced, and there is no leakage without using the shaft seal mechanism.
  • a small centrifugal pump can be easily provided.
  • a centrifugal pump driven by a magnetic coupling device and having no shaft seal mechanism has a structure in which fine particles in the liquid are difficult to break and a structure in which the liquid is hard to stick. The pump is suitable for liquids such as chemicals.
  • FIG. 5A It is AA sectional drawing of FIG. 5A. It is a figure which expands and shows the pivot bearing of FIG. 5A. It is explanatory drawing of the secondary force symmetrical to the thrust force which acts on a pivot shaft, and the upper and lower sides of an impeller.
  • a centrifugal pump 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes a casing 10 forming a pump chamber 12 having a liquid inlet 11 and an outlet (not shown), and a pivot disposed inside the pump chamber 12.
  • An impeller 30 rotatably supported by the bearing 20, a driven permanent magnet 41 built in the impeller 30, and a drive magnet 42 that rotationally drives the driven permanent magnet 41 through the partition wall of the casing 10.
  • a magnetic coupling device 40 is rotatably supported by the bearing 20, a driven permanent magnet 41 built in the impeller 30, and a drive magnet 42 that rotationally drives the driven permanent magnet 41 through the partition wall of the casing 10.
  • the casing 10 forms a pump chamber 12 that introduces a liquid from an inlet 11 that is coaxial with the rotational axis center of the impeller 30 and pressurizes by rotation of the impeller 30.
  • the liquid pressurized in the pump chamber 12 is sent out in the radial direction of the impeller 30 from the outlet provided in the pump chamber 12. That is, the impeller 30 rotates in the pump chamber 12 of the casing 10 supported by the pivot bearing 20 serving as a rotation axis that coincides with the axial center line of the inflow port 11.
  • the impeller 30 rotates on a horizontal plane
  • the inflow port 11 is disposed on a vertical line orthogonal to the rotation plane (horizontal plane) of the impeller 30 and above the impeller rotation plane. .
  • the pivot bearing 20 includes a pivot shaft 21 positioned at the center of the rotation shaft of the impeller 30 and a bearing portion 22 on the casing 10 provided on the axial center line of the inflow port 11.
  • the pivot shaft 21 fixedly supported on the impeller 30 via the support member 24 is made of a material having excellent low friction performance, water lubrication performance and corrosion resistance, such as alumina ceramics and carbonitrided titanium nitride alloy. ing.
  • the impeller 30 is connected between the pivot shaft 21 and the impeller 30 by a support member 24.
  • the bearing portion 22 fixedly supported on the casing 10 side is made of a low material such as a fluorine resin such as ultrahigh molecular weight polyethylene or polytetrafluoroethylene (PTFE), a polyether ether ketone (PEEK) resin material, or the like. Materials with excellent friction and wear resistance are used.
  • a fluorine resin such as ultrahigh molecular weight polyethylene or polytetrafluoroethylene (PTFE), a polyether ether ketone (PEEK) resin material, or the like. Materials with excellent friction and wear resistance are used.
  • the pivot bearing 20 has a structure in which a bearing portion 22 having a concave curved surface rotatably supports a pivot shaft 21 having a convex curved surface having substantially the same shape.
  • the rotating shaft of the impeller 30 is provided.
  • the bearing portion 22 is configured to support the lower surface of the pivot shaft 21 at one point on the line.
  • the bearing portion 22 in this case is fixedly supported by a bearing support portion 13 provided in the casing 10.
  • the bearing support portion 13 is a portion where the inner surface of the casing 10 protrudes toward the inflow port 11 on the rotation axis of the impeller 30, and is provided up to a position substantially penetrating the central portion of the impeller 30.
  • the impeller 30 is obtained by attaching a plurality of blade portions 32 to an impeller body 31.
  • a plurality of blade portions 32 are radially attached to the inlet side end surface of the impeller body 31 having a substantially hollow cylindrical shape.
  • the impeller 30 configured as described above is supported in the rotation axis direction with respect to the casing 10 via the pivot bearing 20 and can be rotated around the rotation axis by a driving force of a magnetic coupling device 40 described later. It is supported by.
  • the magnetic coupling device 40 includes a driven permanent magnet 41 built in the impeller 30 and a drive magnet 42 that rotates the outer peripheral portion of the casing 10.
  • a magnet suitable for the driven permanent magnet 41 and the drive magnet 42 for example, the most powerful neodymium magnet is effective for downsizing the centrifugal pump 1.
  • a plurality of driven permanent magnets 41 are embedded in the impeller body 31 at an equal pitch in the circumferential direction.
  • a plurality of drive magnets 42 are fixedly installed in the circumferential direction at an equal pitch with respect to a rotor 44 that rotates integrally with a rotary shaft 43 connected to a drive source (not shown).
  • the driven permanent magnet 41 and the drive magnet 42 of the magnetic coupling device 40 are arranged on a line inclined from the impeller rotation surface toward the inlet 11 toward the rotation axis center of the impeller 30. That is, the driven permanent magnet 41 and the drive magnet 42 of the magnetic coupling device 40 are in a state of being inclined from the rotation surface of the impeller 30.
  • the driven permanent magnet 41 and the drive magnet 42 are arranged on a line inclined from the impeller rotation surface to the inlet 11 side, and therefore the magnets 41 and 42 attract each other.
  • the magnetic force acting in the direction is inclined from the driving magnet 42 toward the center of the rotation axis toward the inlet 11 side from the impeller rotation surface (a line orthogonal to the rotation axis center). From the direction of the angle.
  • the centrifugal pump 1 configured as described above causes the impeller 30 to attract the driven permanent magnet 41 to the driving magnet 42 by driving the magnetic coupling device 40, that is, by rotating the driving magnet 42 together with the rotor 44. You are taken around. For this reason, the magnetic coupling 40 can rotate the impeller 30 through the partition wall of the casing 10, and as a result, the liquid introduced from the direction of the rotation axis through the inflow port 11 is pressurized by the impeller 30. It is given and flows out from the outlet in the radial direction.
  • the magnetic coupling device 40 is arrange
  • the thrust force Fs corresponding to the inclination angle acts on the pivot bearing 20 due to the magnetic force f attracted therebetween.
  • the thrust force Fs in this case is a value obtained by summing the components in the rotational axis direction of the magnetic force f (the thrust force component indicated by the arrow fs) attracted by the plural sets of driven permanent magnets 41 and the drive magnet 42 between the magnets.
  • the magnetic force f between the driven permanent magnet 41 and the drive magnet 42 acts in a direction inclined with respect to the rotation axis center and the impeller rotation surface by inclining the magnetic coupling device 40. Therefore, the magnetic force f is a component force (thrust component force) fs in the thrust direction that presses the pivot shaft 21 against the bearing portion 22 in the direction of the rotation axis in accordance with the inclination angle of the magnetic force f, and the outward direction in the impeller rotation surface direction Therefore, the thrust force Fs acting on the pivot bearing 20 is thrust by the number of the driven permanent magnet 41 and the drive magnet 42 that generate the magnetic force f. The sum of the component forces fs is obtained.
  • the impeller 30 rotates, the thrust force Fs that presses the pivot shaft 21 against the bearing portion 22 is always acting, and therefore the impeller 30 supported by the pivot bearing 20 does not press the thrust force Fs. It can rotate stably under pressure. That is, by arranging the magnetic coupling device 40 on a line inclined toward the inlet side toward the center of the rotation axis, the pivot bearing 20 that does not require the shaft seal mechanism is adopted, and the liquid is obtained by the stable rotation of the impeller 30. Can be boosted.
  • the magnetic coupling device 40 is arranged on a line inclined toward the inflow port 11 toward the rotation axis center, and the thrust force Fs that the magnetic force of the magnetic coupling device 40 presses the pivot shaft 21 in the rotation axis direction. Since the thrust force Fs acting on the pivot bearing 20 stabilizes the rotation of the impeller 30, the centrifugal pump 1 can be provided without leakage without using a conventional shaft seal mechanism.
  • the centrifugal pump 1 of the first embodiment described above since the impeller 30 is supported at one point by the pivot bearing 20, there is a concern that the rotating impeller 30 may be tilted by being out of balance by some external force or the like. Is done.
  • a restoring force is exerted to return the tilt to the normal position by the magnetic force of the magnetic coupling device 40. For this reason, even if the impeller 30 may be tilted during operation, the restoring force immediately acts and returns to the normal position, so that the impeller 30 can be prevented from interfering with the casing 10.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the restoring force acting on the impeller 30 due to the magnetic force of the magnetic coupling 40.
  • the counterclockwise restoring force shown in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the restoring force, and constituent members such as the casing 10 are omitted.
  • the restoring force R is such that the driven permanent magnet 41 positioned below the drive magnet 42 is pulled upward (in the direction of the arrow r1) by the magnetic force f1 on the right side of the impeller 30 where the impeller 30 is inclined and lowered.
  • the driven permanent magnet 41 located above the drive magnet 42 is pulled down downward (in the direction of the arrow r2) by the magnetic force f2 on the left side of the impeller 30 where the impeller 30 is inclined and raised, thereby rotating counterclockwise. A rotational force acts.
  • the pivot bearing 20 of the centrifugal pump 1 described above is disposed at a position where at least a part of the bibot shaft 21 protrudes from the impeller 30 toward the inlet 11.
  • the position of the pump chamber 12 that protrudes from the impeller 30 toward the inlet 11 is a region that becomes a flow path through which the main flow of the liquid introduced from the inlet 11 into the pump chamber 12 always passes. Is also a high area.
  • the pivot bearing 20 disposed in the region where the flow rate of the liquid introduced into the pump chamber 12 is high promotes the cooling effect by contact with the liquid whose pressure is increased by the centrifugal pump 1.
  • the frictional heat generated in is absorbed efficiently and the temperature rise can be suppressed. That is, the pivot bearing 20 installed on the side of the inlet 11 having a high flow velocity is efficiently cooled by the flow of fluid introduced from the inlet 11, so that the temperature rise of the pivot bearing 20 is suppressed, The durability of the pivot bearing 20 and the centrifugal pump 1 can be improved.
  • the entire pivot bearing 20 may be arranged in a region where the liquid flow velocity is high. A realistic optimum position may be selected.
  • the centrifugal pump 1 of 1st embodiment mentioned above performs the bottom friction process which forms the low friction process layer 50 in the opposing surface of the impeller 30 and the casing 10, for example, as shown in FIG. .
  • a fluorocarbon resin layer such as a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet layer is formed on the surface.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Polytetrafluoroethylene is a chemically stable fluororesin that is excellent in heat resistance and chemical resistance and has a small friction coefficient.
  • Such a low-friction treatment layer 50 is in contact with a region having a possibility of contact in a stopped state, that is, a surface in which the impeller 30 inclined at the time of operation stop by one point support by the pivot bearing 20 contacts the casing 10. In other words, it may be formed on at least one surface.
  • the low friction treatment layer 50 is formed on both the lower surface of the impeller body 31 and the bottom surface of the casing 10 facing the lower surface of the impeller body 31, but only one of them is formed. Good.
  • the magnetic coupling device 40 is arranged on a line inclined toward the inlet 11 toward the rotation axis center, and the magnetic force of the magnetic coupling device 40 is increased. Since the thrust force Fs that presses the pivot shaft 21 in the direction of the rotation axis is generated, the thrust force Fs that acts on the pivot shaft 21 stabilizes the rotation of the impeller 30 and leaks without using the shaft seal mechanism. It is possible to easily provide a small centrifugal pump 1 that does not have any. Further, if the centrifugal pump 1 without the shaft seal mechanism driven by the magnetic coupling device 40 is used, there is no shaft seal mechanism that causes damage to the fine particles in the liquid or causes the liquid to be fixed. It becomes a suitable pump for increasing the pressure of a liquid such as a liquid (mixed fluid) or a liquid such as a chemical liquid that is easily fixed.
  • the volute shape of the pump chamber 12 is preferably a double volute shape in order to reduce the radial load on the pivot bearing 20. This is because when the volute portion of the pump chamber 12 is a single volute, the radial load is reduced near the design point, but when the centrifugal pump 1 is operated outside the design point, the radial load is increased.
  • the impeller 30 preferably employs a closed impeller to reduce the thrust load on the pivot bearing 20.
  • the centrifugal pump 1 of the second embodiment shown in FIG. 5A and FIG. 5B forms a pump chamber 12 having a liquid inlet 11 and an outlet (not shown), like the centrifugal pump 1 of the first embodiment.
  • the casing 10, the impeller 30 disposed inside the pump chamber 12 and rotatably supported by the pivot bearing 20, the driven permanent magnet 41 built in the impeller 30, and the driven permanent magnet 41 are arranged in the casing 10.
  • a magnetic coupling device 40 including a drive magnet 42 that is driven to rotate through the partition wall.
  • the casing 10 forms a pump chamber 12 that introduces a liquid from an inlet 11 that is coaxial with the rotational axis center of the impeller 30 and pressurizes by rotation of the impeller 30.
  • the liquid pressurized in the pump chamber 12 is sent out in the radial direction of the impeller 30 from an outlet provided in the pump chamber 12. That is, the impeller 30 rotates in the pump chamber 12 of the casing 10 supported by the pivot bearing 20 serving as a rotation axis that coincides with the axial center line of the inflow port 11.
  • the impeller 30 rotates on a horizontal plane
  • the inflow port 11 is disposed on a vertical line orthogonal to the rotation plane (horizontal plane) of the impeller 30 and above the impeller rotation plane. .
  • the pivot bearing 20 includes a pivot shaft 21 positioned at the center of the rotation shaft of the impeller 30, and two-point bearings 22 and 23 that support the pivot shaft 21 from both sides on the axial center line of the inlet 11. .
  • the pair of bearing portions 22 and 23 are both fixedly supported on the casing 10 side.
  • the pivot shaft 21 fixedly supported on the impeller 30 via the support member 24 is made of a material having excellent low friction performance, water lubrication performance and corrosion resistance, such as alumina ceramics and carbonitrided titanium nitride alloy. ing.
  • the bearings 22 and 23 fixedly supported on the casing 10 side are made of, for example, a fluoropolymer such as ultrahigh molecular weight polyethylene or polytetrafluoroethylene (PTFE), a polyether ether ketone (PEEK) resin material, or the like. A material excellent in low friction and wear resistance is used.
  • a fluoropolymer such as ultrahigh molecular weight polyethylene or polytetrafluoroethylene (PTFE), a polyether ether ketone (PEEK) resin material, or the like.
  • PTFE ultrahigh molecular weight polyethylene or polytetrafluoroethylene
  • PEEK polyether ether ketone
  • the pivot bearing 20 has a structure in which the bearing portions 22 and 23 having a concave curved surface rotatably support the pivot shaft 21 having a convex curved surface having substantially the same shape. That is, in the illustrated configuration example, on the rotation axis of the impeller 30, the bearing portion 22 supports the lower surface of the pivot shaft 21, and the bearing portion 23 supports the upper surface of the pivot shaft 21, thereby providing stable two-point support.
  • the pivot shaft 20 has a structure. In this case, one bearing portion 22 is fixedly supported by a bearing support portion 13 provided in the casing 10, and the other bearing portion 23 is fixedly supported by the inner peripheral surface of the inflow port 11 via a support member 23 a. .
  • the bearing support portion 13 is a portion in which the inner surface of the casing 10 protrudes toward the inlet 11 on the rotation axis of the impeller 30, and the through-hole 33 in the rotation axis direction formed at the rotation center of the impeller 30 is substantially omitted. It is provided to penetrate.
  • the bearing support portion 13 in this case changes direction while drawing a smooth curve from the rotation axis direction (inlet 11) toward the radial direction of the impeller 32.
  • the impeller 30 is obtained by attaching a plurality of blade portions 32 to an impeller body 31.
  • a plurality of blade portions 32 are radially attached to the inlet side end surface of the impeller body 31 having a substantially hollow cylindrical shape.
  • a plurality of support members 24 that connect the pivot shaft 21 and the impeller 30 are radially provided in the through-hole 33 provided in the shaft center portion of the impeller 30.
  • three support members 24 are provided at a pitch of approximately 120 degrees, and three through holes 33 are formed between the support members 24.
  • the impeller 30 configured as described above is supported in the rotation axis direction with respect to the casing 10 via the pivot bearing 20 and can be rotated around the rotation axis by a driving force of a magnetic coupling device 40 described later. It is supported by.
  • the magnetic coupling device 40 includes a driven permanent magnet 41 built in the impeller 30 and a drive magnet 42 that rotates the outer peripheral portion of the casing 10.
  • a magnet suitable for the driven permanent magnet 41 and the drive magnet 42 for example, the most powerful neodymium magnet is effective for downsizing the centrifugal pump 1.
  • a plurality of driven permanent magnets 41 are embedded in the impeller body 31 at an equal pitch in the circumferential direction.
  • a plurality of drive magnets 42 are fixedly installed in the circumferential direction at an equal pitch with respect to a rotor 44 that rotates integrally with a rotary shaft 43 connected to a drive source (not shown).
  • the driven permanent magnet 41 and the drive magnet 42 of the magnetic coupling device 40 are arranged on a line inclined from the impeller rotation surface toward the inlet 11 toward the rotation axis center of the impeller 30. That is, the driven permanent magnet 41 and the drive magnet 42 of the magnetic coupling device 40 are inclined from the rotation surface of the impeller 30, and the magnetic force of the driven permanent magnet 41 and the drive magnet 42 flows from the impeller rotation surface. It acts in the direction attracting each other on a line inclined toward the inlet 11 side.
  • the centrifugal pump 1 configured as described above causes the impeller 30 to attract the driven permanent magnet 41 to the driving magnet 42 by driving the magnetic coupling device 40, that is, by rotating the driving magnet 42 together with the rotor 44. You are taken around. For this reason, the magnetic coupling 40 can rotate the impeller 30 through the partition wall of the casing 10, and as a result, the liquid introduced from the direction of the rotation axis through the inflow port 11 is pressurized by the impeller 30. It is given and flows out from the outlet in the radial direction.
  • the pivot bearing 20 supports the pivot shaft 21 positioned at the center of the rotating shaft of the impeller 30 and the two-point support for supporting the pivot shaft 21 from both sides on the axial center line of the inlet 11.
  • the magnetic coupling device 40 is disposed on a line inclined toward the inflow port 11 from the impeller rotation surface toward the rotation axis center, and rotates about the rotation center of the impeller 30. Since the through-hole 33 in the axial direction is formed, in the rotational axis direction of the impeller 30, for example, as shown in FIG. 7, a secondary flow that is symmetrical on both surfaces of the impeller 30 (see arrow W in the figure). Is formed. In this case, both surfaces of the impeller 30 are upper and lower surfaces facing the inner surface of the pump chamber 12 in the rotation axis direction, and are also surfaces that form an air gap (gap) of the impeller 30.
  • a vertically symmetric secondary flow toward the rotation axis through the air gap is formed on both the upper and lower surfaces of the impeller 30.
  • the load on the pivot bearing 20 can be reduced by balancing the axial thrust force Fs that acts.
  • the support member 24 since the support member 24 has a shape that smoothly changes direction, the support member 24 further promotes the formation of a secondary flow that is vertically symmetric.
  • the pivot bearing 20 of the centrifugal pump 1 described above is disposed at a position where at least a part of the bibot shaft 21 protrudes from the impeller 30 toward the inlet 11.
  • the position of the pump chamber 12 that protrudes from the impeller 30 toward the inlet 11 is a region that becomes a flow path through which the main flow of the liquid introduced from the inlet 11 into the pump chamber 12 always passes. Is also a high area.
  • the pivot bearing 20 disposed in the region where the flow rate of the liquid introduced into the pump chamber 12 is high promotes the cooling effect by contact with the liquid whose pressure is increased by the centrifugal pump 1.
  • the frictional heat generated in is absorbed efficiently and the temperature rise can be suppressed. That is, the pivot bearing 20 installed on the side of the inlet 11 having a high flow velocity is efficiently cooled by the flow of fluid introduced from the inlet 11, so that the temperature rise of the pivot bearing 20 is suppressed,
  • the durability of the pivot bearing 20 and the centrifugal pump 1 can be improved.
  • the entire pivot bearing 20 may be arranged in a region where the liquid flow velocity is high, that is, in a region higher than the impeller 30 (closer to the inlet 11).
  • a practical optimum position may be selected in consideration of conditions for stable rotation support of the impeller 30 and the like.
  • the magnetic coupling device 40 is arranged on a line inclined toward the inlet side toward the center of the rotation axis, and the blade is supported by the pivot bearing 20 supported at two points. Since the wheel 30 is stably supported and the through-hole 33 in the rotation axis direction is formed at the rotation center of the impeller 30, the axial thrust force acting on the impeller 30 and the pivot shaft 20 is balanced in the rotation axis direction. The thrust forces in the vertical direction cancel each other and are almost inoperative. As a result, the load acting on the stable two-point supported pivot bearing 20 can be reduced, and the small centrifugal pump 1 having no leakage can be easily provided without using the shaft seal mechanism.
  • centrifugal pump 1 without the shaft seal mechanism driven by the magnetic coupling device 40 is used, there is no shaft seal mechanism that causes damage to the fine particles in the liquid or causes the liquid to be fixed. It becomes a suitable pump for increasing the pressure of a liquid such as a liquid (mixed fluid) or a liquid such as a chemical liquid that is easily fixed.
  • the blade portion 32 of the impeller 30 preferably has a double volute shape in order to reduce the radial load on the pivot bearing 20. This is because, when the blade portion 32 of the single volute is used, the radial load decreases near the design point, but when the centrifugal pump 1 is operated outside the design point, the radial load increases.
  • the volute shape of the pump chamber 12 is desirably a closed impeller in order to reduce the radial load on the pivot bearing 20.

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Abstract

　シールレス型の遠心ポンプ（１）は、軸シール機構が不要で漏れのない遠心ポンプを提供する。液体の流入口（１１）及び流出口を備えたポンプ室（１２）を形成するケーシング（１０）と、ポンプ室（１２）の内部に配設されてピボット軸受（２０）により回転可能に支持されている羽根車（３０）と、羽根車（３０）に内蔵させた従動永久磁石（４１）と該従動永久磁石（４１）を隔壁越しに回転駆動させる駆動磁石（４２）とを含んで構成される磁気カップリング装置（４０）とを備えている。ケーシング（１０）に対して回転軸線方向に支持されている羽根車（３０）を磁気カップリング装置（４０）により駆動し、流入口（１１）を介して回転軸線方向から導入した液体に圧力を与えて流出口から半径方向へ送出する。磁気カップリング装置（４０）が羽根車回転面から回転軸中心へ向けて流入口（１１）側へ傾斜する線上に配置されている。

Description

遠心ポンプ
　本発明は、磁気カップリングにより羽根車を駆動して液体に圧力を与える遠心ポンプに係り、特に、微粒子を含む薬液等の液体や固着しやすい薬液等の液体に好適な遠心ポンプに関する。
　従来、一般的なポンプは、ポンプ室内の流体が軸部から外部へ漏出することを防止するために、そして、外部から空気等を吸い込むことを防止するために、軸シール機構（軸封装置）を有している。軸シール機構としては、グランドパッキン、ラビリンス、メカニカルシール等が実用化されており、ポンプの運転環境やコスト等により選定されている。
　また、上述したポンプの中には遠心ポンプがあり、ケーシング内で羽根車を回転させることにより、流体に対して遠心力で半径方向に圧力エネルギーまたは速度エネルギーを与えるように構成されている。
　上述した遠心ポンプには、永久磁石がポンプロータの強磁性範囲へ半径方向に作用することで、ポンプロータを安定化させて回転駆動するものがある。（たとえば、特許文献１参照）
　また、羽根車の軸部に永久磁石を設け、ケーシング側に設けた回転磁界を発生する駆動装置により羽根車を回転させる人工心臓用遠心ポンプが知られている。この場合、羽根車はピボット軸受により支持されており、ピボット軸及びピボット受けの材質には、たとえばセラミックスと超高分子量ポリエチレンとの組合せのように、硬度の異なる材質を選択することが開示されている。（たとえば、特許文献２参照）
特許第２８６９８８６号公報 特開２００２－３４９４８２号公報
　ところで、軸シール機構を備えた遠心ポンプは、軸シール部品からの漏れ発生、摩耗や摩擦の発生、及び耐熱温度や耐圧の制限といった問題を有している。このため、軸シール機構が不要で、しかも漏れのない遠心ポンプの開発が望まれる。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軸シール機構が不要で漏れのない遠心ポンプを提供することにある。特に、本発明の目的は、微粒子を含む薬液等の液体や固着しやすい薬液等の液体に好適であり、しかも、容易に小型化できる構造の遠心ポンプを提供することにある。
　本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
　本発明の第１の態様に係る遠心ポンプは、液体の流入口及び流出口を備えたポンプ室を形成するケーシングと、前記ポンプ室の内部に配設されてピボット軸受により回転可能に支持されている羽根車と、前記羽根車に内蔵させた従動永久磁石と該従動永久磁石を隔壁越しに回転駆動させる駆動磁石を含んで構成される磁気カップリング装置とを備え、前記ケーシングに対して回転軸線方向に支持されている前記羽根車を前記磁気カップリング装置により駆動し、前記流入口を介して回転軸線方向から導入した液体に圧力を与えて前記流出口から半径方向へ送出するように構成されたシールレス型の遠心ポンプにおいて、前記ピボット軸受が、前記羽根車の回転軸中心に位置するピボット軸と、前記流入口の軸中心線上に設けた前記ケーシング側の軸受部とを備え、かつ、前記磁気カップリング装置が回転軸中心へ向けて羽根車回転面から前記流入口側へ傾斜する線上に配置されていることを特徴とするものである。
　本発明の第１の態様に係る遠心ポンプによれば、ピボット軸受が、羽根車の回転軸中心に位置するピボット軸と、流入口の軸中心線上に設けたケーシング側の軸受部とを備え、かつ、磁気カップリング装置が羽根車回転面から回転軸中心へ向けて流入口側へ傾斜する線上に配置されているので、磁気カップリング装置は、羽根車の回転面から傾斜配置された状態となる。このため、磁気カップリングの磁力により、ピボット軸受に対して傾斜角度に応じたスラスト力が作用するので、このスラスト力によってピボット軸は軸受部に押し付けられる。すなわち、磁気カップリング装置を回転軸中心へ向けて流入口側へ傾斜する線上に配置したことにより、磁気カップリング装置の磁力は、回転軸線方向にピボット軸を押圧するスラスト力の分力と、羽根車回転面方向外向きとなるラジアル力の分力とに分解され、ピボット軸受に作用するスラスト力が羽根車の回転を安定させる。
　本発明の第１の態様に係る遠心ポンプにおいては、前記羽根車及び前記ケーシングの対向面は、停止状態で接触する可能性を有する領域に対し少なくとも一方の表面に低摩擦処理が施されていることが好ましく、これにより、ポンプ室内に液体のない状態から始動される空運転時において、羽根車をスムーズに回転させて始動することが可能になる。
　本発明の第２の態様に係る遠心ポンプは、液体の流入口及び流出口を備えたポンプ室を形成するケーシングと、前記ポンプ室の内部に配設されてピボット軸受により回転可能に支持されている羽根車と、前記羽根車に内蔵させた従動永久磁石と該従動永久磁石を隔壁越しに回転駆動させる駆動磁石を含んで構成される磁気カップリング装置とを備え、前記ケーシングに対して回転軸線方向に支持されている前記羽根車を前記磁気カップリング装置により駆動し、前記流入口を介して回転軸線方向から導入した液体に圧力を与えて前記流出口から半径方向へ送出するように構成されたシールレス型の遠心ポンプにおいて、前記ピボット軸受が、前記羽根車の回転軸中心に位置するピボット軸と、前記流入口の軸中心線上で前記ピボット軸を両側から支持する２点支持の軸受部とを備え、前記磁気カップリング装置が、羽根車回転面から回転軸中心へ向けて前記流入口側へ傾斜する線上に配置され、かつ、前記羽根車の回転中心に回転軸線方向の貫通孔が形成されていることを特徴とするものである。
　本発明の第２の態様に係る遠心ポンプによれば、ピボット軸受が、羽根車の回転軸中心に位置するピボット軸と、流入口の軸中心線上でピボット軸を両側から支持する２点支持の軸受部とを備え、磁気カップリング装置が、羽根車回転面から回転軸中心へ向けて流入口側へ傾斜する線上に配置され、かつ、羽根車の回転中心に回転軸線方向の貫通孔が形成されているので、羽根車の回転軸線方向においては、羽根車の両面に対称な２次流れが形成されるようになり、従って、軸スラスト力をバランスさせてピボット軸受の負荷を軽減することができる。
　本発明の第１の態様及び第２の態様に係る遠心ポンプにおいては、前記ピボット軸受は、少なくとも前記ビボット軸の一部が前記羽根車より前記流入口側へ突出していることが好ましく、これにより、流速の高い流入口側に設置されたピボット軸受は、流入口から導入される流体により効率よく冷却される。
　上述した本発明によれば、磁気カップリング装置を回転軸中心へ向けて流入口側へ傾斜する線上に配置し、磁気カップリング装置の磁力が回転軸線方向にピボット軸を押圧するスラスト力を生じるように構成したので、ピボット軸受に作用するスラスト力が羽根車の回転を安定させることにより、軸シール機構を用いることなく漏れのない小型の遠心ポンプを容易に提供することができる。
　あるいは、磁気カップリング装置を回転軸中心へ向けて流入口側へ傾斜する線上に配置し、２点支持のピボット軸受により羽根車を安定支持するとともに、羽根車の回転中心に回転軸線方向の貫通孔を形成したので、羽根車の両面には、回転軸線方向において両面に対称な２次流れが形成される。このため、羽根車及びピボット軸に作用する軸スラスト力は回転軸線方向においてバランスするので、安定した２点支持のピボット軸受に作用する負荷を軽減して、軸シール機構を用いることなく漏れのない小型の遠心ポンプを容易に提供することができる。
　また、磁気カップリング装置により駆動されて軸シール機構のない遠心ポンプは、液体中の微粒子が破損しにくい構造及び液体が固着しにくい構造となるので、微粒子を含む薬液等の液体や固着しやすい薬液等の液体に好適なポンプとなる。
本発明に係る遠心ポンプの一実施形態を示す縦断面図（回転軸線方向の断面図）である。 磁気カップリング装置により発生する磁力の分解図及びピボット軸に作用するスラスト力を示す説明図である。 羽根車に傾きが生じた場合に磁気カップリング装置により作用する復元力の説明図である。 羽根車及びケーシングの対向面に施される低摩擦処理の構成例を示す要部拡大図である。 本発明に係る遠心ポンプの一実施形態を示す縦断面図（回転軸線方向の断面図）である。 図５ＡのＡ－Ａ断面図である。 図５Ａのピボット軸受を拡大して示す図である。 ピボット軸に作用するスラスト力及び羽根車の上下で対称な２次流れの説明図である。
　以下、本発明に係る遠心ポンプの実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１に示す第一実施形態の遠心ポンプ１は、液体の流入口１１及び流出口（不図示）を備えたポンプ室１２を形成するケーシング１０と、ポンプ室１２の内部に配設されてピボット軸受２０により回転可能に支持されている羽根車３０と、羽根車３０に内蔵させた従動永久磁石４１と該従動永久磁石４１をケーシング１０の隔壁越しに回転駆動させる駆動磁石４２を含んで構成される磁気カップリング装置４０とを具備して構成される。
　ケーシング１０は、羽根車３０の回転軸中心と同軸の流入口１１から液体を導入し、羽根車３０の回転により昇圧するポンプ室１２を形成している。このポンプ室１２内で昇圧された液体は、ポンプ室１２に設けられている流出口から羽根車３０の半径方向へ送出される。すなわち、羽根車３０は、ケーシング１０のポンプ室１２内において、流入口１１の軸中心線と一致する回転軸となるピボット軸受２０に支持されて回転する。図示の構成例では、羽根車３０が水平面上で回転し、流入口１１は、羽根車３０の回転面（水平面）と直交する鉛直線上で、かつ、羽根車回転面の上方に配置されている。
　ピボット軸受２０は、羽根車３０の回転軸中心に位置するピボット軸２１と、流入口１１の軸中心線上に設けたケーシング１０側の軸受部２２とを備えている。
　羽根車３０側に支持部材２４を介して固定支持されたピボット軸２１には、たとえばアルミナセラミックスや浸炭窒化チタン合金等のように、低摩擦性能、水潤滑性能及び耐食性に優れた素材が採用されている。この場合の羽根車３０は、ピボット軸２１と羽根車３０との間が支持部材２４により連結されている。
　一方、ケーシング１０側に固定支持されている軸受部２２には、たとえば超高分子量ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂材等のように、低摩擦性及び耐摩耗性に優れた素材が採用されている。
　また、ピボット軸受２０は、凹型曲面を有する軸受部２２が、略同形状の凸型曲面を有するピボット軸２１を回転自在に支持する構造とされ、図示の構成例では、羽根車３０の回転軸線上においてピボット軸２１の下面を軸受部２２が一点支持するように構成されている。この場合の軸受部２２は、ケーシング１０に設けた軸受支持部１３に固定支持されている。
　軸受支持部１３は、羽根車３０の回転軸線上でケーシング１０の内面を流入口１１側へ突出させた部分であり、羽根車３０の中心部を略貫通する位置まで設けられている。
　羽根車３０は、羽根車本体３１に複数の羽根部３２を取り付けたものである。図示の構成例では、略中空円柱形状とした羽根車本体３１の流入口側端面に、複数の羽根部３２が半径方向へ放射状に取り付けられている。
　このように構成された羽根車３０は、ケーシング１０に対して、ピボット軸受２０を介して回転軸線方向に支持され、かつ、後述する磁気カップリング装置４０の駆動力により回転軸線を中心に回転可能に支持されている。
　磁気カップリング装置４０は、羽根車３０に内蔵された従動永久磁石４１と、ケーシング１０の外周部を回転する駆動磁石４２とを具備して構成される。なお、従動永久磁石４１や駆動磁石４２に好適な磁石としては、たとえば最も強力といわれるネオジム磁石が遠心ポンプ１の小型化に有効である。
　図示の構成例では、複数の従動永久磁石４１が羽根車本体３１の内部に周方向へ等ピッチに埋設されている。
　駆動磁石４２は、図示しない駆動源に連結された回転軸４３と一体に回転するロータ４４に対し、複数が周方向へ等ピッチに固定設置されている。
　本実施形態における磁気カップリング装置４０の従動永久磁石４１と駆動磁石４２は、羽根車３０の回転軸中心へ向けて、羽根車回転面から流入口１１側へ傾斜する線上に配置されている。すなわち、磁気カップリング装置４０の従動永久磁石４１と駆動磁石４２は、羽根車３０の回転面から傾斜配置された状態となる。換言すれば、磁気カップリング装置４０は、従動永久磁石４１及び駆動磁石４２が羽根車回転面から流入口１１側へ傾斜する線上に配置されており、従って、両磁石４１，４２間で互いに引き合う方向に作用する磁力は、たとえば図２に矢印ｆで示すように、駆動磁石４２から回転軸中心方向へ向けて、羽根車回転面から流入口１１側へ傾斜する（回転軸中心と直交する線から角度を有する）方向に発生している。
　このように構成された遠心ポンプ１は、磁気カップリング装置４０を駆動させることにより、すなわち、ロータ４４とともに駆動磁石４２を回転させることにより、羽根車３０は従動永久磁石４１が駆動磁石４２に引きつけられて連れ廻りする。このため、磁気カップリング４０は、ケーシング１０の隔壁越しに羽根車３０を回転駆動させることができ、この結果、流入口１１を介して回転軸線方向から導入した液体は、羽根車３０により圧力を付与されて流出口から半径方向へ流出する。
　そして、磁気カップリング装置４０が、羽根車回転面から回転軸中心へ向けて、流入口１１側へ傾斜する線上に配置されているので、磁気カップリングを構成する従動永久磁石４１及び駆動磁石４２間で引き合う磁力ｆにより、図２に矢印Ｆｓで示すように、ピボット軸受２０に対して傾斜角度に応じたスラスト力Ｆｓが作用する。この場合のスラスト力Ｆｓは、複数組の従動永久磁石４１及び駆動磁石４２が磁石間で引き合う磁力ｆの回転軸線方向成分（矢印ｆｓで示すスラスト力の分力）を合計した値である。
　すなわち、従動永久磁石４１及び駆動磁石４２間の磁力ｆは、磁気カップリング装置４０を傾斜させたことにより、回転軸中心及び羽根車回転面に対して傾斜した方向に作用する。
　このため、磁力ｆは、磁力ｆの傾斜角度に応じて、回転軸線方向へピボット軸２１を軸受部２２に押圧するスラスト方向の分力（スラスト分力）ｆｓと、羽根車回転面方向外向きに作用するラジアル方向の分力（ラジアル分力）ｆｒとに分解され、従って、ピボット軸受２０に作用するスラスト力Ｆｓは、磁力ｆを発生する従動永久磁石４１及び駆動磁石４２の数分だけスラスト分力ｆｓを合計した値となる。
　このようにして、羽根車３０の回転時には、ピボット軸２１を軸受部２２に押し付けるスラスト力Ｆｓが常に作用しているので、ピボット軸受２０に支持されている羽根車３０は、スラスト力Ｆｓの押圧力を受けて安定した回転をすることができる。
　すなわち、磁気カップリング装置４０を回転軸中心へ向けて流入口側へ傾斜する線上に配置したことにより、軸シール機構が不要なピボット軸受２０を採用して、羽根車３０の安定した回転により液体を昇圧させることができる。換言すれば、磁気カップリング装置４０を回転軸中心へ向けて流入口１１側へ傾斜する線上に配置し、磁気カップリング装置４０の磁力が回転軸線方向にピボット軸２１を押圧するスラスト力Ｆｓを生じるように構成したので、ピボット軸受２０に作用するスラスト力Ｆｓが羽根車３０の回転を安定させることにより、従来の軸シール機構を用いることなく漏れのない遠心ポンプ１を提供することができる。
　また、上述した第一実施形態の遠心ポンプ１は、羽根車３０がピボット軸受２０による１点支持であるため、何らかの外力等によりバランスを崩して回転中の羽根車３０に傾きを生じることが懸念される。
　しかし、本実施形態の遠心ポンプ１では、羽根車３０に傾きが発生しても、磁気カップリング装置４０の磁力により、傾きを正常位置に戻そうとする復元力が作用する。このため、運転中に羽根車３０が傾くようなことがあっても、すぐに復元力が作用して正常位置に戻すため、羽根車３０がケーシング１０と干渉することを防止できる。
　図３は、磁気カップリング４０の磁力により羽根車３０に作用する復元力の説明図であり、たとえば図示のように羽根車３０が紙面右側に傾くと、羽根車３０に対して白抜矢印Ｒで示す反時計回りの復元力が作用する。なお、図３は復元力を説明する模式図であり、ケーシング１０等の構成部材は省略されている。
　この復元力Ｒは、羽根車３０が傾斜して下がった羽根車３０の右側において、駆動磁石４２より下方に位置する従動永久磁石４１が磁力ｆ１によって上方（矢印ｒ１の方向）へ引き上げられ、同時に、羽根車３０が傾斜して上がった羽根車３０の左側において、駆動磁石４２より上方に位置する従動永久磁石４１が磁力ｆ２によって下方（矢印ｒ２の方向）に引き下げられることにより、反時計回りの回転力が作用するものである。
　また、上述した遠心ポンプ１のピボット軸受２０は、少なくともビボット軸２１の一部を羽根車３０より流入口１１側へ突出する位置に配置することが望ましい。ポンプ室１２内において羽根車３０より流入口１１側へ突出する位置は、流入口１１よりポンプ室１２内に導入した液体の主流が常に通過する流路となる領域であり、従って、液体の流速が高い領域でもある。
　このため、ポンプ室１２に導入する液体の流速が高い領域に配置されたピボット軸受２０は、遠心ポンプ１で昇圧する液体との接触による冷却効果が促進されるため、ピボット軸受２０の摺動面に発生する摩擦熱が効率よく吸収されて温度上昇を抑制できる。すなわち、流速の高い流入口１１側に設置されたピボット軸受２０は、流入口１１から導入される流体の流れによって効率よく冷却されるようになるので、ピボット軸受２０の温度上昇を抑制して、ピボット軸受２０及び遠心ポンプ１の耐久性を向上させることができる。
　なお、ビボット軸受２０の位置については、冷却効果のみを考えるとピボット軸受２０の全体を液体流速の高い領域に配置すればよいが、たとえば羽根車３０の安定した回転支持の条件等を考慮して、現実的な最適位置を選択すればよい。
　また、上述した第一実施形態の遠心ポンプ１は、たとえば図４に示すように、羽根車３０及びケーシング１０の対向面に低摩擦処理層５０を形成する底摩擦処理を施しておくことが好ましい。
　低摩擦処理層５０の好適な具体例としては、たとえば表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シート層のようなフッ化炭素樹脂層を形成することが上げられる。なお、ポリテトラフルオロエチレンは、化学的に安定したフッ素樹脂であり、耐熱性や耐薬品性に優れるとともに、摩擦係数の小さい物質である。
　このような低摩擦処理層５０は、停止状態で接触する可能性を有する領域に対して、すなわち、ピボット軸受２０による一点支持で運転停止時に傾斜した羽根車３０がケーシング１０と接触する面に対して、少なくとも一方の表面に形成されていればよい。図４に示す実施形態では、羽根車本体３１の下面と、羽根車本体３１の下面に対向するケーシング１０の底面との両面に低摩擦処理層５０を形成してあるが、いずれか一方のみでもよい。
　このような低摩擦処理を施すことにより、特にポンプ室１２内に液体のない状態から始動される空運転時において、羽根車３０をスムーズに回転させて遠心ポンプ１を始動することができる。
　このように、上述した第一実施形態の遠心ポンプ１によれば、磁気カップリング装置４０を回転軸中心へ向けて流入口１１側へ傾斜する線上に配置し、磁気カップリング装置４０の磁力が回転軸線方向にピボット軸２１を押圧するスラスト力Ｆｓを生じるように構成したので、ピボット軸２１に作用するスラスト力Ｆｓが羽根車３０の回転を安定させることにより、軸シール機構を用いることなく漏れのない小型の遠心ポンプ１を容易に提供することができる。
　また、磁気カップリング装置４０により駆動される軸シール機構のない遠心ポンプ１とすれば、液体中の微粒子を破損させる原因や液体を固着させる原因となる軸シール機構がないため、微粒子を含む薬液等の液体（混合流体）や固着しやすい薬液等の液体等を昇圧させる好適なポンプとなる。
　また、ポンプ室１２のボリュート形状は、ピボット軸受２０へのラジアル負荷を軽減させるため、ダブルボリュート形状が望ましい。これは、ポンプ室１２のボリュート部をシングルボリュートとした場合、設計点付近ではラジアル荷重が低くなるものの、設計点を外れて遠心ポンプ１を運転すると、ラジアル荷重が大きくなるためである。
　また、羽根車３０は、ピボット軸受２０へのスラスト荷重を軽減させるため、クローズドインペラを採用することが望ましい。
　図５Ａ及び図５Ｂに示す第二実施形態の遠心ポンプ１は、第一実施形態の遠心ポンプ１と同様に、液体の流入口１１及び流出口（不図示）を備えたポンプ室１２を形成するケーシング１０と、ポンプ室１２の内部に配設されてピボット軸受２０により回転可能に支持されている羽根車３０と、羽根車３０に内蔵させた従動永久磁石４１と該従動永久磁石４１をケーシング１０の隔壁越しに回転駆動させる駆動磁石４２を含んで構成される磁気カップリング装置４０とを具備して構成される。
　ケーシング１０は、羽根車３０の回転軸中心と同軸の流入口１１から液体を導入し、羽根車３０の回転により昇圧するポンプ室１２を形成している。ポンプ室１２内で昇圧された液体は、ポンプ室１２に設けられた流出口から羽根車３０の半径方向へ送出される。すなわち、羽根車３０は、ケーシング１０のポンプ室１２内において、流入口１１の軸中心線と一致する回転軸となるピボット軸受２０に支持されて回転する。図示の構成例では、羽根車３０が水平面上で回転し、流入口１１は、羽根車３０の回転面（水平面）と直交する鉛直線上で、かつ、羽根車回転面の上方に配置されている。
　ピボット軸受２０は、羽根車３０の回転軸中心に位置するピボット軸２１と、流入口１１の軸中心線上でピボット軸２１を両側から支持する２点支持の軸受部２２，２３とを備えている。これら一対の軸受部２２，２３は、いずれもケーシング１０側に固定支持されている。
　羽根車３０側に支持部材２４を介して固定支持されたピボット軸２１には、たとえばアルミナセラミックスや浸炭窒化チタン合金等のように、低摩擦性能、水潤滑性能及び耐食性に優れた素材が採用されている。
　一方、ケーシング１０側に固定支持されている軸受部２２，２３には、たとえば超高分子量ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂材等のように、低摩擦性及び耐摩耗性に優れた素材が採用されている。
　また、ピボット軸受２０は、凹型曲面を有する軸受部２２，２３が、略同形状の凸型曲面を有するピボット軸２１を回転自在に支持する構造とされる。すなわち、図示の構成例では、羽根車３０の回転軸線上において、ピボット軸２１の下面を軸受部２２が支持し、ピボット軸２１の上面を軸受部２３が支持することにより、安定した２点支持構造のピボット軸２０となっている。この場合、一方の軸受部２２は、ケーシング１０に設けた軸受支持部１３に固定支持され、他方の軸受部２３は、支持部材２３ａを介して流入口１１の内周面に固定支持されている。
　軸受支持部１３は、羽根車３０の回転軸線上でケーシング１０の内面を流入口１１側へ突出させた部分であり、羽根車３０の回転中心に形成された回転軸線方向の貫通孔３３を略貫通するように設けられている。この場合の軸受支持部１３は、回転軸線方向（流入口１１）から羽根車３２の半径方向へ向けて、滑らかな曲線を描きながら方向転換をしている。
　羽根車３０は、羽根車本体３１に複数の羽根部３２を取り付けたものである。図示の構成例では、略中空円柱形状とした羽根車本体３１の流入口側端面に、複数の羽根部３２が半径方向へ放射状に取り付けられている。また、羽根車３０の軸中心部に設けた貫通孔３３には、ピボット軸２１と羽根車３０とを連結する支持部材２４が放射状に複数設けられている。なお、図示の構成例では、略１２０度ピッチに３本の支持部材２４が設けられ、各支持部材２４の間に３箇所の貫通孔３３が形成されているが、これに限定されることはない。
　このように構成された羽根車３０は、ケーシング１０に対して、ピボット軸受２０を介して回転軸線方向に支持され、かつ、後述する磁気カップリング装置４０の駆動力により回転軸線を中心に回転可能に支持されている。
　磁気カップリング装置４０は、羽根車３０に内蔵された従動永久磁石４１と、ケーシング１０の外周部を回転する駆動磁石４２とを具備して構成される。なお、従動永久磁石４１や駆動磁石４２に好適な磁石としては、たとえば最も強力といわれるネオジム磁石が遠心ポンプ１の小型化に有効である。
　図示の構成例では、複数の従動永久磁石４１が羽根車本体３１の内部に周方向へ等ピッチに埋設されている。
　駆動磁石４２は、図示しない駆動源に連結された回転軸４３と一体に回転するロータ４４に対し、複数が周方向へ等ピッチに固定設置されている。
　本実施形態における磁気カップリング装置４０の従動永久磁石４１と駆動磁石４２は、羽根車３０の回転軸中心へ向けて、羽根車回転面から流入口１１側へ傾斜する線上に配置されている。すなわち、磁気カップリング装置４０の従動永久磁石４１と駆動磁石４２は、羽根車３０の回転面から傾斜配置された状態となり、従動永久磁石４１及び駆動磁石４２の磁力は、羽根車回転面から流入口１１側へ傾斜する線上において互いに引き合う方向に作用する。
　このように構成された遠心ポンプ１は、磁気カップリング装置４０を駆動させることにより、すなわち、ロータ４４とともに駆動磁石４２を回転させることにより、羽根車３０は従動永久磁石４１が駆動磁石４２に引きつけられて連れ廻りする。このため、磁気カップリング４０は、ケーシング１０の隔壁越しに羽根車３０を回転駆動させることができ、この結果、流入口１１を介して回転軸線方向から導入した液体は、羽根車３０により圧力を付与されて流出口から半径方向へ流出する。
　このように構成された遠心ポンプ１は、ピボット軸受２０が、羽根車３０の回転軸中心に位置するピボット軸２１と、流入口１１の軸中心線上でピボット軸２１を両側から支持する２点支持の軸受部２２，２３とを備え、磁気カップリング装置４０が、羽根車回転面から回転軸中心へ向けて流入口１１側へ傾斜する線上に配置され、かつ、羽根車３０の回転中心に回転軸線方向の貫通孔３３が形成されているので、羽根車３０の回転軸線方向においては、たとえば図７に示すように、羽根車３０の両面に対称な２次流れ（図中の矢印Ｗ参照）が形成される。
　この場合、羽根車３０の両面は、回転軸線方向においてポンプ室１２の内面と対向する上下の面であり、羽根車３０のエアギャップ（隙間）を形成している面でもある。
　上述した貫通孔３３を設けたことにより、羽根車３０の上下両面には、エアギャップを通って回転軸線方向へ向かう上下対称の２次流れが形成されるようになり、従って、上下逆向きに作用する軸スラスト力Ｆｓをバランスさせてピボット軸受２０の負荷を軽減することができる。このとき、支持部材２４が滑らかに方向転換する形状を有しているので、この支持部材２４が上下対称となる２次流れの形成をより一層促進する。
　また、上述した遠心ポンプ１のピボット軸受２０は、少なくともビボット軸２１の一部を羽根車３０より流入口１１側へ突出する位置に配置することが望ましい。ポンプ室１２内において羽根車３０より流入口１１側へ突出する位置は、流入口１１よりポンプ室１２内に導入した液体の主流が常に通過する流路となる領域であり、従って、液体の流速が高い領域でもある。
　このため、ポンプ室１２に導入する液体の流速が高い領域に配置されたピボット軸受２０は、遠心ポンプ１で昇圧する液体との接触による冷却効果が促進されるため、ピボット軸受２０の摺動面に発生する摩擦熱が効率よく吸収されて温度上昇を抑制できる。すなわち、流速の高い流入口１１側に設置されたピボット軸受２０は、流入口１１から導入される流体の流れによって効率よく冷却されるようになるので、ピボット軸受２０の温度上昇を抑制して、ピボット軸受２０及び遠心ポンプ１の耐久性を向上させることができる。
　なお、ビボット軸受２０の位置については、冷却効果のみを考えるとピボット軸受２０の全体を液体流速の高い領域に、すなわち羽根車３０より高い（流入口１１に近い）領域に配置すればよいが、たとえば羽根車３０の安定した回転支持の条件等を考慮して、現実的な最適位置を選択すればよい。
　このように、上述した第二実施形態の遠心ポンプ１によれば、磁気カップリング装置４０を回転軸中心へ向けて流入口側へ傾斜する線上に配置し、２点支持のピボット軸受２０により羽根車３０を安定支持するとともに、羽根車３０の回転中心に回転軸線方向の貫通孔３３を形成したので、羽根車３０及びピボット軸２０に作用する軸スラスト力は回転軸線方向においてバランスするので、すなわち、上下方向のスラスト力が互いに相殺されてほとんど作用しない状態となる。この結果、安定した２点支持のピボット軸受２０に作用する負荷を軽減し、軸シール機構を用いることなく漏れのない小型の遠心ポンプ１を容易に提供することができる。
　また、磁気カップリング装置４０により駆動される軸シール機構のない遠心ポンプ１とすれば、液体中の微粒子を破損させる原因や液体を固着させる原因となる軸シール機構がないため、微粒子を含む薬液等の液体（混合流体）や固着しやすい薬液等の液体等を昇圧させる好適なポンプとなる。
　また、羽根車３０の羽根部３２は、ピボット軸受２０へのラジアル負荷を軽減させるため、ダブルボリュート形状が望ましい。これは、シングルボリュートの羽根部３２とした場合、設計点付近ではラジアル荷重が低くなるものの、設計点を外れて遠心ポンプ１を運転すると、ラジアル荷重が大きくなるためである。
　また、ポンプ室１２のボリュート形状は、ピボット軸受２０へのラジアル負荷を軽減させるため、クローズドインペラを採用することが望ましい。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
　　１　　遠心ポンプ
　１０　　ケーシング
　１１　　流入口
　１２　　ポンプ室
　２０　　ピボット軸受
　２１　　ピボット軸
　２２，２３　　軸受部
　３０　　羽根車
　３３　　貫通孔
　４０　　磁気カップリング装置
　４１　　従動永久磁石
　４２　　駆動磁石
　５０　　低摩擦処理層

Claims (4)

  1. 　液体の流入口及び流出口を備えたポンプ室を形成するケーシングと、前記ポンプ室の内部に配設されてピボット軸受により回転可能に支持されている羽根車と、前記羽根車に内蔵させた従動永久磁石と該従動永久磁石を隔壁越しに回転駆動させる駆動磁石を含んで構成される磁気カップリング装置とを備え、前記ケーシングに対して回転軸線方向に支持されている前記羽根車を前記磁気カップリング装置により駆動し、前記流入口を介して回転軸線方向から導入した液体に圧力を与えて前記流出口から半径方向へ送出するように構成されたシールレス型の遠心ポンプにおいて、
    　前記ピボット軸受が、前記羽根車の回転軸中心に位置するピボット軸と、前記流入口の軸中心線上に設けた前記ケーシング側の軸受部とを備え、かつ、前記磁気カップリング装置が羽根車回転面から回転軸中心へ向けて前記流入口側へ傾斜する線上に配置されていることを特徴とする遠心ポンプ。
  2. 　前記羽根車及び前記ケーシングの対向面は、停止状態で接触する可能性を有する領域に対し少なくとも一方の表面に低摩擦処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
  3. 　液体の流入口及び流出口を備えたポンプ室を形成するケーシングと、前記ポンプ室の内部に配設されてピボット軸受により回転可能に支持されている羽根車と、前記羽根車に内蔵させた従動永久磁石と該従動永久磁石を隔壁越しに回転駆動させる駆動磁石を含んで構成される磁気カップリング装置とを備え、前記ケーシングに対して回転軸線方向に支持されている前記羽根車を前記磁気カップリング装置により駆動し、前記流入口を介して回転軸線方向から導入した液体に圧力を与えて前記流出口から半径方向へ送出するように構成されたシールレス型の遠心ポンプにおいて、
    　前記ピボット軸受が、前記羽根車の回転軸中心に位置するピボット軸と、前記流入口の軸中心線上で前記ピボット軸を両側から支持する２点支持の軸受部とを備え、
    　前記磁気カップリング装置が、羽根車回転面から回転軸中心へ向けて前記流入口側へ傾斜する線上に配置され、かつ、
    　前記羽根車の回転中心に回転軸線方向の貫通孔が形成されていることを特徴とする遠心ポンプ。
  4. 　前記ピボット軸受は、少なくとも前記ビボット軸の一部が前記羽根車より前記流入口側へ突出していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の遠心ポンプ。
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