(57)【要約】【課題】砂や石等の固形物を液体中に含むスラリを移送する場合であっても、羽根車のバランス調整状態を所期の状態に可及的に維持するとともに、経時変化による異常振動や主板に貫通穴が発生することを防止または抑制し得るポンプを提供する。【解決手段】この渦巻きポンプ１の羽根車１０は、主板１３と、主板１３のスラリ流路側である主板表面１３ｆに形成された複数の主羽根１１と、主板１３のスラリ流路とは反対側である主板背面１３ｒに形成された複数の裏羽根１５と、主板背面１３ｒであって隣り合う裏羽根１５の間の位置に配されて裏羽根１５の高さよりも低く形成された複数の補助羽根２０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車の回転により液体を移送するポンプであって、
前記羽根車は、主板と、該主板の流路側となる表側の面に形成された複数の主羽根と、前記主板の裏側の面に形成された複数の裏羽根と、前記裏側の面であって隣り合う裏羽根の間の位置に配されて前記裏羽根の高さよりも低く形成された複数の補助羽根と、を備えることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
回転軸方向からみた前記補助羽根の平面視形状の稜線は、前記裏羽根の翼形状の稜線から任意の流路幅を隔てて前記裏羽根の翼形状に沿って形成されている請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記羽根車の前記主板は、表側主板と裏側主板とを有するクローズ型であり、
前記裏側主板には、前記補助羽根に対応する第一の補助羽根が設けられ、前記表側主板には、前記流路とは反対側の面に、前記補助羽根に対応する第二の補助羽根が設けられ、
前記第一補助羽根および第二の補助羽根は、回転軸方向からみた相互の設置位相角が、前記表側主板と前記裏側主板とで互い違いとなる位置に設けられている請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記複数の補助羽根は、前記隣り合う裏羽根の間の位置に、複数条配されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のポンプにおいて、前記羽根車が鋳物であり、前記複数の補助羽根が、前記羽根車の回転軸に対して周方向に等間隔に配置されかつ互いに均一質量である羽根車のバランスを調整する方法であって、
前記複数の補助羽根のうち、いずれか一の補助羽根の全部または一部を切除することのみによって前記羽根車のバランスを調整することを特徴とする羽根車のバランス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車の回転により液体を移送するポンプに係り、特に、この種のポンプの羽根車のバランスを調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のポンプは、例えば図５にケーシング部分を示す渦巻きポンプ２００のように、フレーム前面に固定されるケーシング１０６と、ケーシング１０６内に収容されるとともに駆動軸１０３の先端に同軸に設けられる羽根車（インペラ）１１０とを備える。この例では、主板１１３の背面には、複数の裏羽根１１５が形成されている。
この渦巻きポンプ２００は、駆動軸１０３の駆動によりケーシング１０６内で羽根車１１０が回転し、これにより、ケーシング１０６に形成された吸込口１０４から吐出口１０５に流体を移送するための圧力を得る。
【０００３】
ここで、この渦巻きポンプ２００において、羽根車１１０の回転のバランス精度が低いとポンプの振動が大きくなる。そこで、この種のポンプにおいては羽根車のバランス調整が行われる。従来、バランス調整は、同図に示すように、羽根車１１０の主板１１３の裏側の面に対してその外周部の一部を凹状に切削し、凹状切削部１２０を形成することにより調整されている（例えば特許文献１（段落００２８）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０２０９２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、このような凹状切削部を主板に形成するバランス調整方法では、図６に羽根車を示すように、凹状切削部１２０において小さな渦流Ｅが発生する（同図（ｂ）参照）。特に、この種のポンプで、砂や石等の固形物を液体中に含むスラリを移送する場合、スラリ中に砂や石等の固形物を含む渦流Ｅにより、同図（ａ）に示すように、主板１１３の凹状切削部１２０に局所的摩耗Ｍが生じる。
主板１１３に局所的摩耗Ｍが生じると、この局所的摩耗Ｍによりアンバランス量が増加して所期のバランス調整状態が維持されず、ポンプの異常振動が発生するという問題がある。また、局所的摩耗Ｍが進行することにより、同図（ｂ）に示すように、凹状切削部１２０に貫通穴Ｈが形成されてポンプ性能が低下するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、砂や石等の固形物を液体中に含むスラリを移送する場合であっても、羽根車のバランス調整状態を所期の状態に可及的に維持するとともに、経時変化による異常振動や主板に貫通穴が発生することを防止または抑制し得るポンプおよび羽根車のバランス調整方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るポンプは、羽根車の回転により液体を移送するポンプであって、前記羽根車は、主板と、該主板の流路側となる表側の面に形成された複数の主羽根と、前記主板の裏側の面に形成された複数の裏羽根と、前記裏側の面であって隣り合う裏羽根の間の位置に配されて前記裏羽根の高さよりも低く形成された複数の補助羽根と、を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係るポンプによれば、羽根車の主板の裏側の面に、複数の裏羽根の間に配された複数の補助羽根を備えるので、羽根車の主板を凹状に切削するのではなく、補助羽根を切削することにより羽根車のバランスを調整できる。
【０００８】
これによりバランス調整された羽根車は、主板に凹状切削部が存在しないため、スラリの渦流による局所摩耗が主板に発生しない。そのため、砂や石等の固形物を液体中に含むスラリを移送する場合であっても、羽根車のバランス調整状態を所期の状態に可及的に維持するとともに、経時変化による異常振動や主板に貫通穴が発生することを防止または抑制できる。なお、本発明での補助羽根は、セミオープン型もしくはクローズ型の羽根車の両方に適用可能である。
【０００９】
また、上記補助羽根を有しておらず裏羽根のみを有する構成の場合、隣り合う裏羽根間における渦流（但し、凹状切削部で発生する渦流よりも弱い）が発生するところ、本発明での補助羽根は、隣り合う裏羽根間における渦流を抑制する効果を奏する。
ここで、主板の裏側の面に設けられた複数の裏羽根は、その対向面であるケーシング内面との接触の防止ならびに所期の性能を確保するために、適正なクリアランス（対向隙間）を管理する必要がある。そのため、裏羽根の高さには、切削加工によりクリアランス調整が施される。
【００１０】
これに対し、本発明の一態様に係るポンプにおいて、本発明での補助羽根の高さは、裏羽根の高さよりも低く形成されているので、補助羽根が、鋳造等による素材段階において裏羽根の高さよりも低い高さにある。つまり、裏羽根高さのクリアランス調整のための切削加工時に、補助羽根が工具に干渉しないようになっている。これにより、適正なクリアランス（対向隙間）を管理する際の加工面積が、裏羽根の加工分だけの最小限に抑えられるため、加工時間が増えることもない。
また、本発明の一態様に係るポンプにおいて、回転軸方向からみた前記補助羽根の平面視形状の稜線は、前記裏羽根の翼形状の稜線から任意の流路幅を隔てて前記裏羽根の翼形状に沿って形成されていることは好ましい。このような構成であれば、補助羽根の平面形状が、円形状や矩形形状といった単純な幾何学的形状ではなく、裏羽根の翼形状に沿った形状なので、スラリ中の固形粒子が羽根車のボス部に到達するのを抑制する減圧効果を奏する上で好適である。
【００１１】
また、本発明の一態様に係るポンプにおいて、前記羽根車の前記主板は、表側主板と裏側主板とを有するクローズ型であり、前記裏側主板には、前記補助羽根に対応する第一の補助羽根が設けられ、前記表側主板には、前記流路とは反対側の面に、前記補助羽根に対応する第二の補助羽根が設けられ、前記第一補助羽根および第二の補助羽根は、回転軸方向からみた相互の設置位相角が、前記表側主板と前記裏側主板とで互い違いとなる位置に設けられていることは好ましい。
このような構成であれば、第一補助羽根および第二の補助羽根が、表側主板と裏側主板とで互い違いとなる位置に設けられるので、より精度の高いバランス調整が可能となる。また、第二の補助羽根を設けることにより、表側主板とケーシング内面との隙間において羽根車の外周から吸込口へ向かう漏れ流れを抑制する減圧効果を発揮する。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る羽根車のバランス調整方法は、本発明の一態様に係るポンプにおいて、前記羽根車が鋳物であり、前記複数の補助羽根が、前記羽根車の回転軸に対して周方向に等間隔に配置されかつ互いに均一質量である羽根車のバランスを調整する方法であって、前記複数の補助羽根のうち、いずれか一の補助羽根の全部または一部を切除することのみによって前記羽根車のバランスを調整することを特徴とする。
本発明の一態様に係る羽根車のバランス調整方法によれば、本発明の一態様に係るポンプにおいて、羽根車が鋳物であり、複数の補助羽根は、羽根車の回転軸に対して周方向に均等に配置されかつ相互に均一質量なので、羽根車のバランス調整が行い易く、複数の補助羽根のうち、いずれか一の補助羽根の全部または一部を切除することのみによって羽根車のバランスを調整するので、羽根車のバランス調整状態を所期の状態に可及的に維持するとともに、経時変化による異常振動や主板に貫通穴が発生することを防止または抑制できる。
【発明の効果】
【００１３】
上述のように、本発明によれば、砂や石等の固形物を液体中に含むスラリを移送する場合であっても、羽根車のバランス調整状態を所期の状態に可及的に維持するとともに、経時変化による異常振動や主板に貫通穴が発生することを防止または抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一態様に係るポンプの一実施形態である渦巻きポンプの説明図であり、同図では軸線に沿った断面を示している。
【図２】本発明の一態様に係るポンプに装着される羽根車の一実施形態（セミオープン型）の説明図であり、同図（ａ）は軸線に沿った断面を示し、（ｂ）は主板背面側から見た図を示している。
【図３】本発明の一態様に係るポンプに装着される羽根車の他の実施形態（クローズ型）の説明図であり、同図（ａ）は主板表面側から見た図を示し、（ｂ）は軸線に沿った断面を示し、（ｃ）は主板背面側から見た図を示している。
【図４】本発明の一態様に係るポンプに装着される羽根車の変形例（セミオープン型）の説明図であり、同図（ａ）は軸線に沿った断面を示し、（ｂ）は主板背面側から見た図を示している。
【図５】渦巻きポンプに装着される従来の羽根車の一例（セミオープン型）の説明図であり、同図（ａ）はケーシング部の軸線に沿った断面を示し、（ｂ）は羽根車を主板背面側から見た図を示している。
【図６】従来の羽根車の一例（セミオープン型）における、スラリの渦流による局所摩耗の説明図であり、同図（ａ）は軸線に沿った断面を示し、（ｂ）は羽根車を主板背面側から見た図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
【００１６】
図１に示すように、この渦巻きポンプ１は、軸方向の前面側（同図の左側）から順に、吸込みカバー６、ケーシング本体８およびケーシング側壁部９を有するケーシング２を備える。
ケーシング２の背面側（同図の右側）には、フレーム５０の上部に載置固定されたハウジング（軸受箱）３０が設けられている。ハウジング３０は、フレーム５０上の所定位置に、前後二箇所のハウジング押え５２によって固定されている。ハウジング３０内には、不図示のモータの駆動により回転自在に回転軸３が軸線を水平にして支持されている。ケーシング２のケーシング側壁部９は、その背面が、フレーム５０の前側面に固定されている。
【００１７】
回転軸３の先端３ｓは、ケーシング側壁部９の中央からケーシング２の内部に張り出している。この回転軸３の先端３ｓに、セミオープン型の羽根車（インペラ）１０が片持ち支持されている。羽根車１０の軸方向の背面側には、ケーシング側壁部９とハウジング３０との間に、軸封装置４０が回転軸３を囲繞するように配されている。
羽根車１０の軸方向の前面側には、吸込口４が上記吸込みカバー６の中央部に形成され、また、羽根車１０の径方向の上方には、吐出口５がケーシング本体８の上部に設けられ、羽根車１０の回転により吸込口４から流体Ｆを吸い込んでその流体Ｆを吐出口５から吐出するようになっている。
【００１８】
羽根車１０は、耐摩耗性材料または耐食性材料を使用して鋳造されている。本実施形態の羽根車１０は、図２に示すように、円盤状の主板１３と、この主板１３の吸込口４側を向く面（主板１３の流路側となる表側の面１３ｆであって、吸込口４に近い側の面）に設けられた複数の主羽根１１とを有する。主板１３の背面（主板の裏側の面）１３ｒの中心のボス部１０ｂには、回転軸３の先端３ｓを装着するための装着部１３ｓが回転軸３と同軸に形成されている。
複数の主羽根１１は、前縁部１２が吸込みカバー内壁面７に対向して回転する（図１参照）。主板背面１３ｒには、軸封装置４０を減圧するための複数の裏羽根１５が中央から径方向に放射状に広がるように設けられている。複数の裏羽根１５の中央部分は、中心のボス部１０ｂに同軸に形成された環状部で同じ高さで繋がっている。
【００１９】
裏羽根１５の端面とケーシング側壁部９の隙間（クリアランスΔｔ）は、フレーム５０上のハウジング３０を、調整ボルト６０を使用して駆動源側へ移動して狭めることにより調整可能になっている。
ここで、この羽根車１０には、主板背面１３ｒに、隣り合う裏羽根１５の間の位置に配されて裏羽根１５の高さＨｒよりも低く形成された複数の補助羽根２０を有する。本実施形態では、補助羽根２０の高さＨｓは、裏羽根１５の高さよりもΔｈだけ一段低くなっている（Ｈｒ−Ｈｓ＝Δｈ）。
【００２０】
複数の補助羽根２０は、図２（ｂ）に示すように、羽根車１０の回転軸３軸に対して周方向に均等に配置（この例では６等配）されかつ相互に均一質量で配置されている。回転軸方向からみた補助羽根２０の平面視形状の稜線２０ｓは、裏羽根１５の翼形状の稜線１５ｓから任意の流路幅Ｗを隔てて裏羽根１５の翼形状に沿って形成されている。
本実施形態では、補助羽根２０は、羽根車１０の回転軸３に対して均等配置かつ相互に均一質量で鋳造されているため、補助羽根２０を機械加工によってその一部または全部を切除することのみにより、羽根車１０の回転アンバランスを容易に調整可能になっている。
【００２１】
次に、本実施形態の渦巻きポンプ１の作用効果について説明する。
本実施形態の渦巻きポンプ１は、回転軸３の駆動によりケーシング２内で羽根車１０が回転し、これにより、ケーシング２に形成された吸込口４から吐出口５に流体（例えば砂や石等の固形物を液体中に含むスラリ）を移送するための圧力を得ることができる。
ここで、この種の渦巻きポンプは、羽根車の回転のバランス精度が低いと渦巻きポンプの振動が大きくなる。そこで、この種のポンプにおいては、羽根車のバランス調整が行われる。本実施形態の渦巻きポンプ１において、羽根車１０のバランス調整方法は、複数の補助羽根２０のうち、一の補助羽根２０の全部または一部を切除することのみによって羽根車１０の回転アンバランスを調整する。
【００２２】
本実施形態では、羽根車１０のバランスのとり方は、羽根車１０が自重で回転してしまわない程度に静バランスでのバランス調整作業を行っている。バランス調整作業において、一の補助羽根２０の全部または一部を切除する程度は、アンバランス質量を計算して切削量を決めている。
本実施形態の渦巻きポンプ１によれば、羽根車１０の主板背面１３ｒにある隣り合う裏羽根１５の間それぞれに補助羽根２０を備えているので、羽根車１０の主板１３を凹状に切削するのではなく、補助羽根２０を切削することにより、羽根車１０のバランスを調整できる。
【００２３】
そして、このようにバランス調整がなされた本実施形態の渦巻きポンプ１によれば、主板１３に凹状切削部が存在しないため、スラリの渦流による局所摩耗が発生しない。そのため、砂や石等の固形物を液体中に含むスラリを移送する場合であっても、羽根車１０のバランス調整状態を所期の状態に可及的に維持するとともに、経時変化による異常振動や主板１３に貫通穴が発生することを防止または抑制できる。
また、本実施形態の羽根車１０のバランス調整方法によれば、一の補助羽根２０の全部または一部を切除することのみによって羽根車１０の回転アンバランスを調整するので、バランス調整作業を容易としつつ、羽根車１０のバランス調整状態を所期の状態に可及的に維持し、経時変化による異常振動や主板貫通穴の発生を防止または抑制できる。
【００２４】
なお、補助羽根２０を有しておらず裏羽根１５のみを有する場合、隣り合う裏羽根１５間における渦流（凹状切削部で発生する渦流よりも弱い）が発生するところ、本実施形態の渦巻きポンプ１によれば、補助羽根２０は、隣り合う裏羽根１５間における渦流を抑制する効果を奏する。
ここで、裏羽根１５は、その対向面であるケーシング内面（図１の例ではケーシング側壁部９の内面９ｎ）との接触の防止ならびに所定の性能を確保するために、図１に示す、適正なクリアランスΔｔを管理する必要がある。そのため、複数の裏羽根１５の高さＨｒは切削加工により調整される。
【００２５】
これに対し、本実施形態の渦巻きポンプ１によれば、補助羽根２０の高さＨｓは、裏羽根１５の高さＨｒよりも低くなっており、特に、本実施形態の補助羽根２０は、鋳造素材の段階において裏羽根１５の高さＨｒよりも低い高さに形成されているので、裏羽根１５のクリアランスΔｔを管理するための高さＨｒの切削加工時に、補助羽根２０が工具と干渉することが防止される。これにより、裏羽根１５のクリアランスΔｔを管理する際の切削加工面積は、裏羽根１５の分だけで最小限に抑えられるため、加工時間が増加することはない。
【００２６】
さらに、本実施形態の渦巻きポンプ１によれば、羽根車１０は鋳物であり、複数の補助羽根２０は、羽根車１０の回転軸に対して均等配置かつ均一質量で配置されているので、羽根車１０のバランスを調整する上でより好適である。
また、本実施形態の渦巻きポンプ１によれば、回転軸方向からみた補助羽根２０の平面形状の稜線２０ｓは、裏羽根１５の稜線１５ｓから任意の流路幅Ｗを隔ててあり、円形状や矩形形状といった単純な幾何学的形状ではなく、裏羽根１５の翼形状に沿ったシェイプを有するので、これにより、スラリ中の固形粒子が羽根車１０のボス部１０ｂに到達するのを抑制する効果がある。
【００２７】
以上説明したように、この渦巻きポンプ１によれば、砂や石等の固形物を液体中に含むスラリを移送する場合であっても、羽根車１０のバランス調整状態を所期の状態に可及的に維持し、経時変化による異常振動や主板１３に貫通穴が発生することを防止または抑制できる。
なお、本発明に係るポンプおよび羽根車のバランス調整方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、複数の補助羽根の構成例として、羽根車１０の回転軸３に対して周方向に６均等に配置された例を示したが、これに限定されず、複数の補助羽根の配置数は、周方向に均等に配置されていれば、種々の態様とすることができる。例えば、複数の裏羽根１５の配置に整合させて、周方向に５均等に配置したり、周方向に７均等に配置したりしてもよい。
【００２８】
また、例えば上記実施形態では、羽根車１０がセミオープン型の例で説明したが、これに限定されず、羽根車１０がクローズ型であっても本発明を適用できる。図３にクローズ型の例を示す。なお、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付すとともにその説明は省略する。
同図に示すように、この羽根車１０Ｂは、表側主板１６と裏側主板１３とを有するクローズ型である。裏側主板１３には、上記実施形態に示した補助羽根に対応する第一の補助羽根２０が設けられ、表側主板１６には、第二の補助羽根２２が設けられている。
【００２９】
第一補助羽根２０および第二の補助羽根２２は、相互の設置位相角が、表側主板１６と裏側主板１３とで互い違いとなる位置になるように設けられている。つまり、第一補助羽根２０の重心をＧｒ、第二の補助羽根２２の重心をＧｆとするとき、重心Ｇｒと重心Ｇｆとは、周方向にて相互の設置位相角差αが与えられている。
これにより、図３に示す羽根車１０Ｂであれば、第一補助羽根２０および第二の補助羽根２２は、相互の設置位相角差αが、表側主板１６と裏側主板１３とで互い違いとなる位置に設けられているので、より精度の高いバランス調整が可能となる。
【００３０】
つまり、複数の補助羽根のうち、いずれか一の補助羽根の全部または一部を切除することのみによって羽根車のバランスを調整する場合に、第一補助羽根２０と第二の補助羽根２２との相互の設置位相角差αが仮に零（ゼロ）であれば、周方向の６か所の位置のいずれかで羽根車のバランス調整が行われるのに対し、相互の設置位相角差αを設けることにより、周方向の１２か所の位置のいずれかで羽根車のバランス調整を行うことができる。
また、図３に示す羽根車１０Ｂを備えるポンプによれば、第二の補助羽根２２を設けることにより、表側主板１６とケーシング内面（図１の例では吸込みカバー内壁面７）との隙間において、羽根車１０Ｂの外周から吸込口４へ向かう漏れ流れを抑制する効果を発揮する。
【００３１】
なお、上記実施形態では、複数の補助羽根は、隣り合う裏羽根の間の位置に、一条が配されている例を示したが、これに限らず、各補助羽根が周方向で複数条に分割された構造であってもよい。
具体的には、図４に変形例を示すように、例えば、各補助羽根２０を３条の補助羽根２０ａ，２０ｂ，２０ｃの組から構成できる。勿論、２条や４条の補助羽根の組から構成してもよい。このような構成であれば、いずれか一の補助羽根の全部または一部を切除する場合に、よりきめ細かいバランス調整を行う上で好適である。
【符号の説明】
【００３２】
１  渦巻きポンプ
２  ケーシング
３  回転軸
４  吸込口
５  吐出口
６  吸込みカバー
７  吸込みカバー内壁面
８  ケーシング本体
９  ケーシング側壁部
１０  羽根車（インペラ）
１１  主羽根
１２  羽根の前縁部
１３  主板
１５  裏羽根
２０  補助羽根（第一の補助羽根）
２２  第二の補助羽根
３０  ハウジング（軸受箱）
４０  軸封装置
５０  フレーム
５２  ハウジング押え
６０  調整ボルト
Ｆ  流体
Ｇｆ、Ｇｒ  重心
Ｈ    貫通穴
Ｍ  局所的摩耗
Ｗ  流路幅
α  設置位相角差
Δｔ  クリアランス
【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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【図６】
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