(57)【要約】【課題】高いポンプ効率を得られる遠心ポンプを提供する。【解決手段】ケーシング４と、ケーシング４内に回転自在に支持された回転軸１１に固定されたハブ２と、ハブ２に固定され、回転軸１１の軸線Ｘを中心として周方向に複数配設された羽根３と、を備えた羽根車１３と、羽根３の表面３ａを覆い、かつ羽根３と別体で設けられたシュラウド６と、を有し、シュラウド６は、ケーシング４に設けられた流体の吸込口４２側に開口する入口側開口部６１を備え、入口側開口部６１が前記ケーシング４に支持されている遠心ポンプである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシング内に回転自在に支持された回転軸に固定されたハブと、前記ハブに固定され、前記回転軸の軸線を中心として周方向に複数配設された羽根と、を備えた羽根車と、
前記羽根の表面を覆い、かつ該羽根と別体で設けられたシュラウドと、を有し、
前記シュラウドは、前記ケーシングに設けられた流体の吸込口側に開口する入口側開口部を備え、該入口側開口部が前記ケーシングに支持されていることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心ポンプにおいて、
前記シュラウドの前記入口側開口部は、前記吸込口側に向けて漸次拡径する曲面を有することを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の遠心ポンプにおいて、
前記シュラウドは、前記入口側開口部とは他端に出口側開口部を有する筒状体であり、
前記入口側開口部の端部側から前記出口側開口部の端部側に向けて縮径する縮径部と、前記縮径部と連続し前記出口側開口部の端部側に向けて拡径する拡径部とを有する凹曲面を有することを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項４】
請求項２に記載の遠心ポンプにおいて、
前記シュラウドの前記入口側開口部には、前記吸込口側に向けて拡径する領域に複数の切り込みを備えることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項５】
請求項１に記載の遠心ポンプにおいて、
前記シュラウドは、鋼板製であることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項６】
請求項１に記載の遠心ポンプにおいて、
前記シュラウドは、前記入口側開口部とは他端に出口側開口部を有し、
前記出口側開口部の端部は前記ケーシングと非接触状態で、該ケーシングに支持されていることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項７】
請求項１に記載の遠心ポンプにおいて、
前記ケーシングの内側に、前記シュラウドの前記入口側開口部の端部が係合される凹部を有することを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項８】
請求項７に記載の遠心ポンプにおいて、
前記ケーシングの内側には、前記凹部の頂部を起点として前記吸込口から離れる方向に向けてその内径が縮径する縮径部と、前記縮径部と連続し前記吸込口から離れる方向に向けてその内径が拡径する拡径部と、を有する凸部を有することを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項９】
請求項８に記載の遠心ポンプにおいて、
前記ケーシングの内周面は、前記凸部の底部を起点として、前記ケーシングの拡径部においてその内径が前記吸込口から離れる方向に向けて漸次拡径し、前記シュラウドの前記入口側開口部の端部の外径より大きい内径を示す位置を境界として、前記羽根の端部が収容される領域の内周面が、前記ケーシングの拡径部と連続して設けられていることを特徴とする遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化を防止する観点から、遠心ポンプの省エネ性能を高めるため、ポンプ効率の改善が求められている。遠心ポンプは、主要部品として、シュラウドとハブの間に複数枚の羽根を備えた羽根車と、この羽根車を収容するケーシングとを有している。一般に、生産台数の多い小型の遠心ポンプでは、これらの主要部品が鋳造により作製されている。
【０００３】
しかし、生産台数が多くなると、鋳型の経年劣化により羽根車の寸法精度が悪くなり、ポンプ効率が低下する。また、一般に鋳型には砂型が使われるため、鋳肌の表面粗さの改善には限界があり、ポンプ効率改善の障害となっている。鋳肌を手仕上げにより研磨することで、表面粗さをある程度改善できるものの、小型の遠心ポンプの羽根車では、シュラウドとハブや、これらの間の羽根により囲まれた流路空間が狭いため、流路面となる鋳肌を手仕上げにより研磨して平滑にすることは困難である。
【０００４】
一方、大型の遠心ポンプでは、近年、羽根車の形状全体を、NC加工機を用いて作製する手法が採用されている。中でも５軸NC機械加工は、自動加工であることに加え、得られる羽根車の寸法精度が良好であること、加工面の表面が滑らかであること等の利点がある。しかし、上記したように、小型の遠心ポンプでは羽根車の流路が狭いため、５軸NC加工機のバイトを流路に挿入できず、NC機械加工を適用することは困難である。
【０００５】
例えば特許文献１には、羽根車を３つの部品に分割し、ＮＣ旋盤を用いた切削加工により、各部品を側板、芯板、及び羽根を備えた形状に別個に作製する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０８６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術では、羽根と側板とを一体の状態で削り出すため、切削加工の加工処理が複雑となる。このため、羽根の寸法精度や加工表面の平滑性を向上させる効果は、必ずしも十分でない。
【０００８】
本発明の目的は、高いポンプ効率を得られ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】
【０００９】
本発明に係る遠心ポンプの好ましい実施形態としては、ケーシングと、前記ケーシング内に回転自在に支持された回転軸に固定されたハブと、前記ハブに固定され、前記回転軸の軸線を中心として周方向に複数配設された羽根と、を備えた羽根車と、前記羽根の表面を覆い、かつ該羽根と別体で設けられたシュラウドと、を有し、前記シュラウドは、前記ケーシングに設けられた流体の吸込口側に開口する入口側開口部を備え、該入口側開口部が前記ケーシングに支持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高いポンプ効率を得られる遠心ポンプを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例に係る遠心ポンプの断面図。
【図２】シュラウド６の全体形状を示す斜視図。
【図３】ケーシング４の内側に設けられた凹部４４及びその周辺の構成を、ケーシング４に取付けられたシュラウド６と併せて示す断面図。
【図４】実施例に係る遠心ポンプの羽根車の加工状態を、公知の羽根車の加工状態と比較して示す説明図。
【図５】公知の遠心ポンプの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、実施例に係る遠心ポンプの断面図を示す。図１に示すように、遠心ポンプは、渦巻状の流路４１を有するケーシング４を具備しており、その内部に回転軸１１が延設されている。回転軸１１は、軸受１２により、軸線Ｘを中心として回転自在にケーシング４に支持されており、その後端に設けられた不図示の駆動モータにより回転駆動される。
【００１３】
回転軸１１の先端部には、ハブ２が固定されている。羽根車１３は、ハブ２と、ハブ２に固定された複数枚の羽根３により構成されており、その全体がケーシング４内に収容されている。羽根３は、回転軸１１の軸線Ｘを中心として周方向に等間隔に配設されており、回転軸１１の回転に伴い、羽根車１３全体が回転する。
【００１４】
ケーシング４は、流体をケーシング４内に導入する円筒状の吸込口４２と、羽根車１３を収容する羽根車収容部４３とが、軸線Ｘ方向に連続して備えられている。吸込口４２から流入した流体は、図１中矢印Ａで示すように、羽根車入口側から羽根車収容部４３に導かれ、羽根車１３の回転によりエネルギーを与えられて、羽根車出口側から渦巻状の流路４１に流出する。以下の説明では、流体として水を適用した場合を例に説明する。
【００１５】
羽根車１３の羽根車入口側近傍には、羽根３の表面を覆うように、シュラウド６が設置されている。シュラウド６は、羽根３とは別体で構成されており、図１に示すように、その一端側が、ケーシング４の内側に設けられた凹部４４に支持されている。その詳細は後述する。
【００１６】
図２は、シュラウド６の全体形状を示す斜視図である。シュラウド６は、鋼板製であり、図２に示すように、両端に開口部を有する筒状体として構成されている。シュラウド６は、図中左側の開口部が、ケーシング４の吸込口４２側に開口する入口側開口部６１であり、入口側開口部６１の端部６２側から他方の開口部である出口側開口部６３の端部６４側に向けて縮径する縮径部と、この縮径部と連続し出口側開口部６３の端部６４側に向けて拡径する拡径部とを有する凹曲面６５を有している。
【００１７】
即ち、シュラウド６の入口側開口部６１は、ケーシング４の吸込口４２側に向けて漸次拡径する曲面により、所謂ラッパ形状に形成されている。入口側開口部６１は、吸込口４２側に向けて拡径する領域の周面に、切り込み７を複数備えている。また、出口側開口部６３は、吸込口４２と反対側の方向に向けて、漸次拡径する曲面形状を有しており、この曲面形状が、相対する羽根３の表面３ａの形状に沿うように形成されている。
【００１８】
図３に、ケーシング４の内側に設けられた凹部４４及びその周辺の構成を、ケーシング４に取付けられたシュラウド６と併せて示す。図１及び図３に示す例では、凹部４４は、羽根車収容部４３の内周面の内径を、吸込口４２の内周面４２ａの内径より大きくした段差形状により形成されている。シュラウド６の入口側開口部６１の端部６２は、この凹部４４に係合されて、ケーシング４に支持される。
【００１９】
ケーシング４の内側には、さらに凹部４４の頂部４４ａを起点として、吸込口４２から離れる方向に向けて、その内径が縮径するケーシング４の縮径部４６１（以下、単に縮径部４６１という）と、縮径部４６１と連続し吸込口４２から離れる方向に向けてその内径が漸次拡径するケーシング４の拡径部４６２（以下、単に拡径部４６２という）と、を有する凸部４６を備えている。凸部４６は、シュラウド６の取り付け部となる部分であり、シュラウド６の凹曲面６５及び入口側開口部６１に隙間無く接合されるように設けられている。
【００２０】
図１に示すように、シュラウド６は、出口側開口部６３の端部６４を、ケーシング４の内周面に対して非接触状態とした片持ち構造として、ケーシング４に支持されており、ケーシング４からの取り外しを容易に行えるように構成されている。
【００２１】
ケーシング４の内周面は、拡径部４６２において、凸部４６の底部４６３を起点として、その内径が吸込口４２から離れる方向に向けて漸次拡径し、さらにこの拡径部４６２と連続して、収容部端面４７が設けられている。収容部端面４７は、羽根車収容部４３において羽根３の端部が収容される領域４５の内周面であり、図３に示す例では、収容部端面４７は、吸込口４２の内周面４２ａに対して略垂直に立設されている。
【００２２】
凸部４６の拡径部４６２と収容部端面４７との境界４８は、シュラウド６の入口側開口部６１の端部６２の外径６２ｄ（図２参照）より大きい内径を示すように、入口側開口部６１の端部６２の位置に対して径寸法ｄ１だけ差分を設けた位置に設けられている。
【００２３】
シュラウド６をケーシング４に取付ける際には、シュラウド６を、ケーシング４の羽根車収容部４３側から吸込口４２側の方向（図３の矢印Ｂ方向）に向けて押し込むことで、行うことができる。具体的には、シュラウド６の入口側開口部６１をケーシング４の吸込口４２側に向けた状態で、シュラウド６全体を吸込口４２側に押し込むようにして、ケーシング４内に侵入させる。
【００２４】
シュラウド６は、ケーシング４内に押し込まれると、まず、入口側開口部６１の端部６２が、ケーシング４の凸部４６の拡径部４６２を伝って底部４６３まで導かれる。この際、入口側開口部６１には、ケーシング４からの押圧力が作用し、その中心軸Ｃ側に押し込まれる。シュラウド６は、入口側開口部６１に、切り込み７を備えているため、ケーシング４の形状に倣ってその中心軸方向に弾性変形する。
【００２５】
シュラウド６は、さらに吸込口４２側に押し込まれることで、入口側開口部６１の端部６２が、ケーシング４の凸部４６の縮径部４６１側に侵入する。そして、シュラウド６の凹曲面６５において径寸法が最小となる位置が、ケーシング４の凸部４６の底部４６３を通過すると、シュラウド６の入口側開口部６１には、ケーシング４からの押圧力が作用しなくなり、シュラウド６を更に吸込口４２側に押し込むと、入口側開口部６１は、弾性変形が元に戻り、ケーシング４の凸部４６の形状に倣うように徐々に変形する。
【００２６】
シュラウド６がさらに吸込口４２側に押し込まれると、入口側開口部６１の端部６２が、ケーシング４の凹部４４の頂部４４ａに到達する。これにより、シュラウド６の入口側開口部６１の端部６２が、ケーシング４の凹部４４において支持されると共に、凹曲面６５がケーシング４の凸部４６に固定されるため、シュラウド６がケーシング４に安定した状態で取り付けられる。
【００２７】
上記したように、収容部端面４７は、シュラウド６の入口側開口部６１の端部６２の外径６２ｄより大きい内径を示す境界４８から設けられている。このため、シュラウド６をケーシング４に取付けるとき、シュラウド６の入口側開口部６１の端部６２を、ケーシング４の収容部端面４７には接触させず、凸部４６の拡径部４６２から接触させるようにすることができる。この場合、シュラウド６を吸込口４２側に平行移動させるだけで、入口側開口部６１の端部６２が凸部４６の拡径部４６２を滑り、凸部４６の底部４６３まで容易に到達する。
【００２８】
シュラウド６の入口側開口部６１の端部６２の外径６２ｄが、境界４８の内径より大きいと、シュラウド６を吸込口４２側に平行移動させてケーシング４に取付けるとき、入口側開口部６１の端部６２が収容部端面４７に接触する。この場合、シュラウド６を吸込口４２側に押し込んでも、容易に移動しないため、シュラウド６のケーシング４への取り付けが困難となる。
【００２９】
シュラウド６は、例えば入口側開口部６１においてケーシング４に当接される領域の内径を、ケーシング４の当接部位の内径よりも若干大きく形成することが好ましい。この場合、ケーシング４に取り付けられたシュラウド６は、その中心軸Ｃ方向に常時弾性変形する状態となるため、この弾性変形の復元力Ｆにより、ケーシング４側に押し付けられるようにして固定される。
【００３０】
以上説明したように、実施例に係る遠心ポンプは、シュラウド６が、羽根３とは別体で構成されているため、羽根車１３の製造工程において、図４（ｂ）に示すように、羽根３を、シュラウド６に対面させて設置される面３ａ側から、例えば５軸ＮＣ加工機を用いてＮＣ加工１０することが可能となる。このため、羽根車１３の形状を、全て自動加工で形成することが可能となり、得られる羽根車１３の寸法精度を向上させることができる。
【００３１】
また、鋳造により得られる鋳肌面と比較すると、例えば５軸ＮＣ加工機による加工面は、表面粗さが低減された滑らかな面となる。これにより、羽根３において水と接する流路面の表面粗さが低減されるため、ポンプ効率を向上させることができる。また、シュラウド６が羽根３とは別体で構成されているため、必要に応じて、例えば羽根３の切削加工面を手仕上げにより磨く処理を、容易に行うことができる。
【００３２】
公知の羽根車は、シュラウド６０が、羽根３と一体に構成されており、図４（ａ）に示すように、羽根３のシュラウド６０に対面する面を、５軸ＮＣ加工機のバイトを用いた切削加工により形成することができない。このため、羽根車の寸法精度や、羽根３の表面平滑性を向上させる効果を十分に得ることができない。
【００３３】
以上説明した実施例によれば、製造に要する作業時間が短く安価に製造できる羽根車を備えた、高効率な遠心ポンプを提供することができる。なお、上記した実施例では、シュラウド６として、鋼板を使用した例を示した。但し、シュラウド６としては、鋼板以外の金属材料や樹脂材料を用いることも可能である。
【００３４】
また、実施例に係る遠心ポンプでは、円盤摩擦損失や漏れ損失の発生が抑制されるため、ポンプ効率を向上させることができる。
【００３５】
公知の羽根車は、図５に示すように、シュラウド６０と羽根３とが一体となっているため、羽根車１３の回転に伴って、シュラウド６０も回転する。
このとき、羽根３によって吸込口４２から引き上げられた水の一部が、シュラウド６０の外周面６０ａに溜まっていると、この水には、羽根３による回転力が付与されないため、ほぼ静止して淀んだ状態で、回転するシュラウド６０の外周面６０ａに接した状態となる。即ち、羽根車１３の回転時には、回転するシュラウド６０の外周面６０ａと、淀んだ水とが接触し、この接触部において、水の粘性による円板摩擦損失１４が発生し、ポンプ効率が低下する。円板摩擦損失１４は、流体摩擦損失の一種であり、特に低比速度遠心ポンプでは、シュラウド６０の外径が大きくなるため、円板摩擦損失１４が大きくなる。
【００３６】
実施例に係る遠心ポンプは、シュラウド６と羽根３とが別体として設置されており、シュラウド６は、回転しない固定シュラウドとして設置されている。従って、シュラウド６の表面での円板摩擦損失１４が発生しないため、ポンプ効率が更に向上する。
【００３７】
また、公知の遠心ポンプでは、図５に示すように、ケーシング４と羽根車１３との間に隙間１５を設けることで、羽根車１３を回転可能に保持している。この構成では、羽根車１３の回転によってエネルギーを付与されて高圧となった水の一部が、シュラウド６０の外周側の隙間１５を通って、低圧側である吸込口４２側（羽根車１３の羽根車入口側）に移動し、吸込口４２から漏れ出る水漏れ１６となる。この水漏れ１６による漏れ損失により、ポンプ効率が低下する。一般に、隙間１５は極狭く設けられているものの、図５に示す構成では、吸込口４２からの水漏れ１６を完全に防止することは困難である。
【００３８】
実施例の遠心ポンプでは、シュラウド６が、ケーシング４に隙間無く密着されて設置されている。このため、羽根車１３内の高圧の水の一部がシュラウド６側に移動しても、この水が、吸込口４２から漏れ出ることがない。
【００３９】
また、実施例の遠心ポンプでは、羽根３の表面３ａとシュラウド６との間に隙間８が設けられているが、隙間８に存在する水には、羽根３の回転力が直接作用する。このため、羽根車１３の回転時には、隙間８の水は、羽根３により高圧状態とされながら、羽根車１３の流体出口側に向けて常時押し上げられる。
【００４０】
従って、実施例に係る遠心ポンプでは、羽根車１３の流体出口近傍の高圧の水が、低圧側である吸込口４２側（羽根車の流体入口側）に移動することは殆どなく、吸込口４２からの水漏れ１６が防止されている。このため、漏れ損失が防止されており、ポンプ効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
２…ハブ、３…羽根、３ａ…羽根３の表面、４…ケーシング、４１…流路、４２…吸込口、４２ａ…吸込口４２の内周面、４３…羽根車収容部、４４…凹部、４５…羽根３の端部が収容される領域、４６…凸部、４６１…縮径部、４６２…拡径部、４６３…凸部４６の底部、４７…収容部端面、４８…凸部４６と収容部端面４７との境界、６、６０…シュラウド、６１…入口側開口部、６２…入口側開口部６１の端部、６２ｄ…端部６２の外径、６３…出口側開口部、６４…出口側開口部６３の端部、６５…凹曲面、７…切り込み、８…隙間、１０…ＮＣ加工、１１…回転軸、１２…軸受、１３…羽根車、Ｃ…シュラウド６の中心軸、Ｘ…回転軸１１の軸線、Ｆ…弾性変形の復元力、ｄ１…端部６２と境界４８との径寸法。
【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】
2018066359.tif 000007