(57)【要約】【課題】高流量の領域での揚程を向上することができる遠心ポンプを提供すること。【解決手段】回転軸（８）に固定されているとともに前記回転軸（８）を中心とする渦巻状の流通路が形成された羽根車（７）と、前記回転軸（８）が挿通した状態で前記羽根車（７）を収納するケーシング（６）とを備えている。羽根車（７）の出口角度（θ）は、流量と揚程とにより定義される揚程曲線（Ｐ）であって０よりも大きな規定の流量で揚程が最大となる揚程曲線（Ｐ）が得られるように設定されている。【選択図】図４
2014088847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心ポンプ（１）であって、
回転軸（８）に固定されているとともに前記回転軸（８）を中心とする渦巻状の流通路が形成された羽根車（７）と、
前記回転軸（８）が挿通した状態で前記羽根車（７）を収納するケーシング（６）とを備え、
流量と揚程とにより定義される揚程曲線（Ｐ）であって０よりも大きな規定の流量で揚程が最大となる揚程曲線（Ｐ）が得られるように、前記羽根車（７）の出口角度（θ）が設定されている、遠心ポンプ（１）。
【請求項２】
前記回転軸（８）を回転駆動するための駆動部（３）と、
前記ケーシング（６）から吐出される流体の流量を検出する流量検出器（４）と、
前記流量検出器（４）による検出結果に基づいて、予め設定された流量となるように前記駆動部（３）の回転数を制御する制御器（５）と、
をさらに備えている、請求項１に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項３】
前記ケーシング（６）から吐出される流体を流すことが想定される管路における流量と揚程との関係として予め設定された管路特性（Ｘ）に対し、前記揚程曲線（Ｐ）における揚程のピークよりも高流量側の点で前記揚程曲線（Ｐ）が交差するように、前記羽根車（７）の出口角度（θ）が設定されている、請求項２に記載の遠心ポンプ（１）。
【請求項４】
前記羽根車（７）の出口角度（θ）は、４５°に設定されている、請求項１〜３の何れか１項に記載の遠心ポンプ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシングと、ケーシング内に収納された羽根車とを有する遠心ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、特許文献１に記載の遠心ポンプが知られている。この遠心ポンプは、ポンプケーシングと、ポンプケーシング内に配置されているとともにロータの一端に固定された羽根車とを備えている。羽根車は、主板と、側板と、主板と側板との間に設けられた翼部とを備えている。主板と側板と翼部との間には、ロータを中心とする渦巻状の通液路が形成されている。
【０００３】
特許文献１に記載の遠心ポンプでは、羽根車の通液路の断面が翼入口から翼出口まで正方形に形成されている。これにより、通液路の断面が正方形ではないものと比較して、揚程を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２２０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の遠心ポンプでは、高流量の領域で高い揚程を得ることが困難である。
【０００６】
具体的に、特許文献１の図５に示されるように、特許文献１に記載の遠心ポンプは、吐出量（流量）が０のときに揚程が最大となり、流量が増加するほど揚程が低下する特性を有している。したがって、特許文献１に記載の遠心ポンプでは、高流量の領域で得ることができる揚程に限界がある。
【０００７】
本発明の目的は、高流量の領域での揚程を向上することができる遠心ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願発明者等は、流量と揚程とにより定義される揚程曲線の最大値（ピーク）が羽根車の出口角度を大きくするほど高流量側にシフトする点に着目して、本願発明に想到した。
【０００９】
具体的に、本願発明は、遠心ポンプ（１）であって、回転軸（８）に固定されているとともに前記回転軸（８）を中心とする渦巻状の流通路が形成された羽根車（７）と、前記回転軸（８）が挿通した状態で前記羽根車（７）を収納するケーシング（６）とを備え、流量と揚程とにより定義される揚程曲線（Ｐ）であって０よりも大きな規定の流量で揚程が最大となる揚程曲線（Ｐ）が得られるように、前記羽根車（７）の出口角度（θ）が設定されている、遠心ポンプ（１）を提供する。
【００１０】
本発明では、流量と揚程とにより定義される揚程曲線（Ｐ）が０よりも大きな規定の流量で最大となるように羽根車（７）の出口角度（θ）が設定されている。これにより、従来のように流量が０のときに揚程が最大となる特性を有する遠心ポンプと比較して、揚程曲線（Ｐ）のピークを高流量側にシフトすることができる。したがって、より高流量側で高い揚程を得ることができる。
【００１１】
なお、本発明において、『羽根車（７）の出口角度（θ）』とは、図２に示されるように、羽根車（７）の外周縁と羽根（１３）とが交差する点において、羽根（１３）に沿って延長されたた延長線（Ｅ１）と、羽根車（７）の外周縁に対する接線（Ｃ１）との間の角度（θ）を意味する。
【００１２】
前記遠心ポンプにおいて、前記回転軸（８）を回転駆動するための駆動部（３）と、前記ケーシング（６）から吐出される流体の流量を検出する流量検出器（４）と、前記流量検出器（４）による検出結果に基づいて、予め設定された流量となるように前記駆動部（３）の回転数を制御する制御器（５）と、をさらに備えていることが好ましい。
【００１３】
この態様によれば、実際の吐出流量（検出された流量）に基づいて予め設定された流量となるように駆動部（３）の回転数を制御することができる。そのため、遠心ポンプ（１）からの流体を流すための管路に設けられたバルブ等による流量制御を省略することができる。
【００１４】
前記遠心ポンプにおいて、前記ケーシング（６）から吐出される流体を流すことが想定される管路における流量と揚程との関係として予め設定された管路特性（Ｘ）に対し、前記揚程曲線（Ｐ）における揚程のピークよりも高流量側の点で前記揚程曲線（Ｐ）が交差するように、前記羽根車（７）の出口角度（θ）が設定されていることが好ましい。
【００１５】
この態様では、予め設定された管路特性（Ｘ）に対し、揚程曲線（Ｐ）における揚程のピークよりも高流量側の点で揚程曲線（Ｐ）が交差するように、羽根車（７）の出口角度（θ）が設定されている。これにより、上述のように駆動部（３）の回転数の制御によって流量を制御する場合に、旋回失速やサージングが生じるのを抑制することができる。
【００１６】
具体的に、揚程曲線（Ｐ）における揚程のピークよりも低流量側の点と管路特性（Ｘ）とが交差する場合、つまり、揚程曲線（Ｐ）におけるピークへ向けた右上り領域を利用する場合には、旋回失速やサージングが生じるおそれがある。ここで、管路特性（Ｘ）は、図４に示すように、流量の２乗に比例するものである。一方、遠心ポンプ（１）の揚程曲線（Ｐ）は、駆動部（３）の回転数を上げることにより高流量及び高揚程側にシフトする。具体的に、図４に示す揚程曲線（Ｐ１）は、駆動部（３）の回転数の増加に応じて、揚程曲線（Ｐ２）へシフトし、さらなる駆動部（３）の回転数の増加に応じて揚程曲線（Ｐ３）へシフトする。各揚程曲線（Ｐ１〜Ｐ３）がシフトする軌跡（Ｚ）は、流量の２乗に比例する。そのため、前記態様のように、管路特性（Ｘ）に対し、揚程曲線（Ｐ）における揚程のピークよりも高流量側の点で揚程曲線（Ｐ）が交差するように、羽根車（７）の出口角度（θ）が設定されていることにより、駆動部（３）の回転数を制御する場合であっても、揚程曲線（Ｐ）の右上がり領域の利用を抑制することができる。したがって、旋回失速やサージングが生じるのを抑制することができる。
【００１７】
特に、使用される流量の範囲が予め設定されている場合、管路に設けられたバルブ等による流量制御を行なわないことを条件として、揚程曲線（Ｐ）における右上がり領域の利用を禁止することもできる。具体的に、使用される流量の全範囲において、揚程曲線（Ｐ）の右下がり領域と管路特性（Ｘ）とが交差するように出口角度（θ）を設定することができる。
【００１８】
上述のような揚程特性を得るために、前記羽根車（７）の出口角度（θ）を４５°に設定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高流量の領域での揚程を向上することができる遠心ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る遠心ポンプの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す羽根車の一部を省略して示す平面図である。
【図３】図１に示す遠心ポンプの揚程曲線と従来の遠心ポンプの揚程曲線とを示すグラフである。
【図４】図１に示す制御器による流量制御を説明するためのグラフである。
【図５】図１に示す制御部により実行される処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２２】
図１を参照して、遠心ポンプ１は、ポンプ本体２と、ポンプ本体２を駆動する駆動部３と、ポンプ本体２から吐出される流量を検出する流量検出器４と、駆動部を制御する制御器５とを備えている。
【００２３】
ポンプ本体２は、回転軸８と、回転軸８の先端部に固定された羽根車７と、羽根車７を収納するケーシング６とを備えている。
【００２４】
ケーシング６は、羽根車７を挟み込むように配置されたケーシング本体９及びカバー１０を有する。ケーシング本体９は、流体を吸い込むための吸込口９ａと、吸い込まれた流体を吐出するための吐出口９ｂとを備えている。カバー１０は、回転軸８が挿通する挿通孔１０ａを有する。
【００２５】
羽根車７は、回転軸８の回転駆動に応じて回転する。また、羽根車７は、吸込口９ａから吸い込まれた流体を導入するための導入口７ａと、導入口７ａから導入された流体を吐出口９ｂ側に導出するための導出口７ｂと、導入口７ａと導出口７ｂとの間に形成された回転軸８を中心とする渦巻状の流通路（符号省略）とを有する。
【００２６】
具体的に、羽根車７は、図１及び図２に示すように、回転軸８に固定された主板（ハブ）１１と、前記導入口７ａを有する側板（シュラウド）１２と、主板１１と側板１２との間に設けられた複数枚（本実施形態では５枚）の羽根１３とを備えている。なお、図２は、側板１２の右半分の図示を省略した平面図である。各羽根１３は、主板１１と側板１２との間に渦巻状の流通路を規定する。具体的に、各羽根１３は、図２に示すように、主板１１の外周縁に対して交差するように配置された円弧状の平面形状を有する。これらの羽根１３が主板１１と側板１２との間に挟持されることにより、各羽根１３と主板１１と側板１２との間には、渦巻状の流通路が形成されている。
【００２７】
また、本実施形態では、羽根車７の出口角度θが４５°に設定されている。具体的に、出口角度θは、主板１１（羽根車７）の外周縁と羽根１３とが交差する点において、羽根１３に沿って延長された延長線Ｅ１と、羽根車７の外周縁に対する接線Ｃ１との間の角度を意味する。このように出口角度θが大きく設定されているため、従来の遠心ポンプと比較して高流量側で高い揚程を得ることができる。以下、図３を用いてこの点を説明する。
【００２８】
図３において、符号Ｐ０は、出口角度が２０°〜３５°に設定された遠心ポンプの揚程曲線を示す。また、符号Ｐは、本実施形態に係るポンプ本体２の揚程曲線を示す。なお、図３は、回転数が同一の場合における揚程曲線Ｐ０、Ｐを示している。図３から明らかなように、従来の遠心ポンプの揚程曲線Ｐ０は、流量が０のときに揚程が最大となり、流量の増加に応じて揚程が低下する特性を有する。一方、本実施形態に係る揚程曲線Ｐ１は、０よりも大きな流量で揚程が最大となり、そのピークから高流量側及び低流量側に向かうに従い揚程が低下する特性を有する。つまり、本実施形態に係る揚程曲線Ｐは、従来の揚程曲線Ｐ０と比較して、そのピーク値が高流量側にシフトしている。そのため、特定の流量を得るための揚程を比較すると、本実施形態の方が従来よりも差Ｄだけ大きな揚程を得ることができる。
【００２９】
さらに、本実施形態において、羽根車７の出口角度θは、予め設定された管路特性に対し、揚程曲線Ｐにおける揚程のピークよりも高流量側の点で揚程曲線Ｐが交差するように設定されている。以下、図４を用いてこの点を説明する。
【００３０】
図４は、回転軸８の回転数を変化させた場合における揚程曲線の変化を示している。具体的に、揚程曲線Ｐ２は、揚程曲線Ｐ１が得られる回転数よりも高い回転数で回転軸８が駆動したときの揚程曲線である。揚程曲線Ｐ３は、揚程曲線Ｐ２が得られる回転数よりも高い回転数で回転軸８が駆動したときの揚程曲線である。また、図４における符号Ｚは、揚程曲線における特定の点（図の例ではピークの点）が回転軸８の回転数に応じて変化する軌跡を指示する。この軌跡Ｚは、流量の２乗に比例する。さらに、図４における符号Ｘは、ポンプ本体２から吐出される流体を流すことが想定される管路における流量と揚程との関係として予め設定された管路特性を指示する。管路特性Ｘは、流量の２乗に比例する。
【００３１】
このように軌跡Ｚ及び管路特性Ｘがそれぞれ流量の２乗に比例する。そのため、回転軸８を所定の回転数で駆動した場合における揚程曲線Ｐと管路特性Ｘとの交点を決定しておけば、回転軸８の回転数を増減させても、揚程曲線Ｐにおける交点位置の変動は比較的に小さい。そして、本実施形態では、揚程曲線Ｐにおける揚程のピークよりも高流量側の点で揚程曲線Ｐが管路特性Ｘと交差するように羽根車７の出口角度θが設定されている。これにより、回転軸８の回転数の増減にかかわらず、揚程曲線Ｐにおける揚程のピークよりも低流量側の点（右上がり領域内の点）と管路特性Ｘとが交差するのを抑制することができる。したがって、揚程曲線Ｐの右上がり領域の点を用いた場合と異なり、旋回失速やサージングが生じるのを抑制することができる。
【００３２】
駆動部３は、回転軸８を回転駆動する。駆動部３は、例えば、電動機により構成される。
【００３３】
制御器５は、流量検出器４による検出結果に基づいて、予め設定された流量となるように駆動部３の回転数（単位時間当たりの回転数）を制御する。具体的に、制御器５は、図４に示すように、駆動部３の回転数を増減させることにより、揚程曲線Ｐと管路特性Ｘとの交点により定義される流量を増減させる。図４は、揚程曲線Ｐ１において得られる流量ｑ１と、揚程曲線Ｐ２において得られる流量ｑ２と、揚程曲線Ｐ３において得られる流量ｑ３とを示す。また、制御器５は、例えば、インバータにより構成される。
【００３４】
以下、図５を用いて、制御器５により実行される処理について説明する。
【００３５】
まず、回転軸８の駆動を開始し（ステップＳ１）、ポンプ本体２から吐出される流体の流量を検出する（ステップＳ２）。
【００３６】
次いで、検出された流量が目標流量（又は目標流量範囲内）であるか否かが判定され（ステップＳ３）、検出された流量が目標流量であると判定されると、駆動部３の回転数を維持する（ステップＳ４）。一方、検出された流量が目標流量ではないと判定されると、回転数を増減する（ステップＳ５）。具体的に、流量が不足する場合には、回転数を増加させる一方、流量が過剰である場合には、回転数を減少させる。
【００３７】
そして、ステップＳ４又はステップＳ５の後に、終了条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ６）。具体的に、例えば、図外の停止スイッチが操作された場合には、終了条件が成立したと判定され、当該処理が終了する。一方、終了条件が成立していないと判定されると、前記ステップＳ２を繰り返し実行する。
【００３８】
以上説明したように、前記実施形態では、流量と揚程とにより定義される揚程曲線Ｐが０よりも大きな規定の流量で最大となるように羽根車７の出口角度θが設定されている。これにより、従来のように流量が０のときに揚程が最大となる特性を有する遠心ポンプと比較して、揚程曲線Ｐのピークを高流量側にシフトすることができる。したがって、より高流量側で高い揚程を得ることができる。
【００３９】
前記実施形態によれば、実際の吐出流量（検出された流量）に基づいて予め設定された流量となるように駆動部３の回転数を制御することができる。そのため、遠心ポンプ１からの流体を流すための管路に設けられたバルブ等による流量制御を省略することができる。
【００４０】
前記実施形態では、予め設定された管路特性Ｘに対し、揚程曲線Ｐにおける揚程のピークよりも高流量側の点で揚程曲線が交差するように、羽根車７の出口角度θが設定されている。これにより、駆動部３の回転数を制御する場合であっても、揚程曲線Ｐの右上がり領域の利用を抑制することができる。したがって、駆動部３の回転数の制御によって流量を制御する場合に、旋回失速やサージングが生じるのを抑制することができる。
【００４１】
特に、使用される流量の範囲が予め設定されている場合、管路に設けられたバルブ等による流量制御を行なわないことを条件として、揚程曲線Ｐにおける右上がり領域の利用を禁止することもできる。具体的に、使用される流量の全範囲において、揚程曲線Ｐの右下がり領域と管路特性Ｘとが交差するように出口角度θを設定することができる。
【符号の説明】
【００４２】
Ｐ（Ｐ１〜Ｐ３）    揚程曲線
Ｘ    管路特性
θ    出口角度
１    遠心ポンプ
２    ポンプ本体
３    駆動部
４    流量検出器
５    制御器
６    ケーシング
７    羽根車
８    回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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