(57)【要約】インペラ２４を収容するポンプ室１８を有する正圧液体用ポンプであって、インペラ２４は、当該インペラ２４の軸方向位置を規定する非回転支持部材４８に対して軸方向に偏心している。シャフト４２は、マグネットカップリング５６,６２を介して駆動シャフト６４に連結することができる。
2008522093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラ（２４）を収容する少なくとも一つのポンプ室（１８）を有する正圧液体用ポンプであって、前記インペラ（２４）は、当該インペラ（２４）の軸方向位置を規定する非回転支持部材（４８）に対して軸方向に偏心していることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記インペラ（２４）は、前記支持部材（４８）に対して軸方向に偏心されたシャフト（４２，８６）に固定して設けられていることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記シャフト（４２，８６）は、少なくとも一つのラジアルスライドベアリング（４４，５２）に支持されていることを特徴とする請求項１または２記載のポンプ。
【請求項４】
前記少なくとも一つのスライドベアリング（４４,５２）を洗い流すための、前記ポンプ室（１８）の壁面を通る洗浄通路（８０）が、前記ポンプ室（１８）の圧力側部分を、前記スライドベアリング（５２）の上に位置する部分に連通させることを特徴とする請求項３記載のポンプ。
【請求項５】
前記少なくとも一つのスライドベアリング（４４）を洗い流すための洗浄通路が、前記シャフト（４２，８６）を軸方向に通過する通路（８２，１００）で構成されていることを特徴とする請求項３または４記載のポンプ。
【請求項６】
前記インペラ（２４）と前記ポンプ室（１８）の壁面との間の半径方向の遊びは、１／１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のポンプ。
【請求項７】
前記インペラ（２４）の何れの面についても、前記インペラ（２４）と前記ポンプ室（１８）のそれぞれ壁面との間の半径方向の遊びは、１／１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のポンプ。
【請求項８】
前記シャフト（４２）は、マグネットカップリング（５６，６２）を介して、ドライブシャフト（６４）に接続され、前記マグネットカップリングの第１の接続部材（５６）は、前記シャフト（４２）に接続され、前記マグネットカップリングの第２の接続部材（６２）は前記ドライブシャフト（６４）に接続され、前記シャフト（４２）を収容する部分および前記ポンプ室（１８）に対して前記ポンプの駆動側部分をシールする壁面（６８）は、前記第１および第２の接続部材間の空隙（７０）を通過していることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のポンプ。
【請求項９】
前記第１の接続部材（５６）および前記第２の接続部材（８２）は、前記マグネットカップリング（５６，６２）が前記シャフト（４２）を前記支持部材（４８）に対して軸方向に偏心させるような相対的位置に設けられていることを特徴とする請求項８記載のポンプ。
【請求項１０】
前記シャフト（４２）は、圧縮スプリング（９８）によって、前記支持部材（４８）に対して軸方向に偏心されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラを収容するポンプ室を有する正圧液体用ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を沸点以上の温度で吸引すると、液体の蒸発を阻止するためには高圧を維持する必要がある。したがって、たとえば１２０℃の温水に用いられるポンプは、圧力損失がないものとして、たとえば０．２５ＭＰａ（２．５ｂａｒ）で操作しなければならない。１０℃温度が上昇すると圧力を約０．１ＭＰａ増加させる必要がある。
【０００３】
インペラタイプのポンプの場合、ポンプ操作中にこのような高圧を維持するためには、インペラとこれに隣接するポンプ室の壁面との間の隙間に小さな許容誤差を設けておく必要がある。この遊びが１／１０ｍｍ増加すると、たとえば圧力は０．１ＭＰａ減少する。他方、フローティング状態で支持されたシャフトに設けられるインペラの摩損を抑制するためには、一定の小さな隙間が必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、液体を吸引する際の摩損が小さく、同時に高圧が維持できる上述したタイプのポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、上記目的は、インペラが、当該インペラの軸方向位置を規定する非回転支持部材に対して軸方向に偏心したポンプによって達成される。インペラの軸方向の位置は支持部材によって決定されるので、ポンプ室とインペラの寸法は互いにきわめて高精度で適合されることになり、その結果、インペラとポンプ室の壁面との間の空隙がきわめて小さく維持される。したがって、たとえば温水を高温かつこれに相当する高圧で吸引するためのポンプとして最適である。
【０００６】
本発明のさらなる改変例および有用例は従属項に示されている。
【０００７】
インペラは、支持部材に対して軸方向に偏心されたシャフトに固定して設けられていることが好ましい。これにより、シャフトと支持部材との間の摺動回転動作が小半径上で生じ、その結果、摩擦抵抗が減少する。さらに摩擦を減少させるために、シャフトと支持部材はセラミック材から構成することが好ましい。
【０００８】
シャフトは、少なくとも一つのラジアルスライドベアリングに支持されていることが好ましい。これにより、インペラの半径方向の位置は高精度で決定されることになる。動摩擦力を減少させるために、シャフトとスライドベアリングはセラミック材から構成することが好ましい。シャフトはベアリングに移動可能に支持されているので、支持部材に対してシャフトとインペラを軸方向に偏心させることができる。
【０００９】
支持部材および少なくとも一つのスライドベアリングは、ポンプが作動中に、吸引された液体によって洗浄されることが好ましい。
【００１０】
少なくとも一つのスライドベアリングを洗い流すための、ポンプ室の壁面を通る洗浄通路が、ポンプ室の圧力側部分を、スライドベアリングの上に位置する部分に連通させることが好ましい。このようにして、スライドベアリングは吸引された液体によって確実に洗浄される。
【００１１】
好ましい実施形態として、少なくとも一つのスライドベアリングを洗い流すための洗浄通路が、シャフトを軸方向に通過する通路で構成されている。この通路は、ポンプ室の壁面に形成された洗浄通路に付加してもよい。
【００１２】
本発明の洗浄通路により、インペラが水平軸方向に回転する場合だけでなく、吊り下げられた位置、すなわちインペラが垂直軸方向に回転する場合も動作させることができる。
【００１３】
インペラとポンプ室との間の半径方向の遊びは、１／１０ｍｍ以下であることが好ましい。これは、インペラとポンプ室の壁面との間の平均距離が５／１００ｍｍに相当する。この遊びは、平均間隔が０．０２５ｍｍに相当する５／１００ｍｍ以下であることが特に好ましい。
【００１４】
インペラの何れの面についても、インペラとポンプ室との間の軸方向間隔は、１／１０ｍｍ以下であることが好ましい。この間隔は、好ましくは５／１００ｍｍ以下、特に好ましくは３／１００ｍｍ以下である。
【００１５】
本発明に係るポンプに許容される温度と圧力は、回転部分においてシールを省略することでさらに増加させることができる。本発明のさらに改変例によれば、シャフトは、マグネットカップリングを介して、ドライブシャフトに接続され、マグネットカップリングの第１の接続部材は、シャフトに接続され、マグネットカップリングの第２の接続部材はドライブシャフトに接続され、シャフトを収容する部分およびポンプ室に対してポンプの駆動側部分をシールする壁面は、第１および第２の接続部材間の空隙を通過している。
【００１６】
マグネットカップリングを利用することで、マグネットカップリングの間隙において第１および第２の接続部材間の接触が生じないので、回転部分のシールは省略することができる。これにより、ポンプは、たとえば０．６から０．６５ＭＰａといった圧力範囲で作動することができ、その結果、たとえば１６０℃の温水が吸引できる。このような温度で、たとえば従来のゴム製シールを用いることはできない。
【００１７】
第１の接続部材および第２の接続部材は、マグネットカップリングがシャフトを支持部材に対して軸方向に推進させるような相対的位置に設けられていることが好ましい。これにより、マグネットカップリングは２つの作用を奏する。一つは、閉塞する壁面によって、吸引された液体を含むポンプの部分をシールすることができ、その結果、回転部分にシールを設ける必要がなくなる。もう一つは、インペラとシャフトは、それぞれ支持部材に対して軸方向に確実に偏心される。
【００１８】
本発明の他の実施形態において、シャフトは、圧縮スプリングによって支持部材に対して軸方向に偏心されている。また圧縮スプリングは、マグネットカップリングを設けた際に用いてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１はマグネットカップリングを有するポンプの第１実施形態を示す部分断面図、図２はスリップリングシールと圧縮スプリングを有するポンプの第２実施形態を示す部分断面図である。
【００２１】
図１に示すポンプは、実質的に円筒状のケーシング１０を有し、その下端に媒介部材１２が取り付けられ、この媒介部材にヘッド部材１４が取り付けられている。これらの部材は、ヘッド部材１４を貫通するボルト１６の手段によってケーシング１０にしっかりとネジ締めされている。媒介部材１２とヘッド部材１４内には、ポンプ室１８が形成され、このポンプ室１８は、媒介部材１２とヘッド部材１４との間へ、遮断リングの形で延在するとともに、図示しない吸引管の吸引通路と排出管２２の排出通路２０とを連通させる。図１に示す断面図において、媒介部材１２に形成された排出管２２は、図面の背後に位置する一方で、図示しない吸引通路はヘッド部材１４に形成され、図面の前面に位置する。
【００２２】
ポンプ室１８は、ディスク状中央部分２６と、この中央部分２６の上下に設けられたインペラブレード２８，３０とを有するインペラ２４を収容する。中央部分２６とインペラブレード２８，３０はそれぞれインペラ２４の外周部分で半径方向に延在している。中央部分２６の上部、すなわち排出通路２０側に設けられたブレード２８は、中央部分２６の下部に設けられたブレード３０に比べ、インペラ２４の回転方向の後方側へ僅かに移動して形成されている。ブレード２８は、インペラ２４の上面３２に向かって軸方向上側へ延在している。ブレード３０は、インペラ２４の下面３４に向かって軸方向下側へ延在している。ポンプ室１８の半径方向の内側において、上面３２は媒介部材１２に形成された壁面に近接し、たとえば２／１００ｍｍの間隙が形成されているのに対し、下面３４はヘッド部材１４に形成された壁面に近接し、たとえば３／１００ｍｍの間隙が形成されている。
【００２３】
インペラ２４のブレード２８,３０と中央部分２６は、インペラ２４の直線的な外周縁３６に向かって半径方向外側へ延在している。排出通路２０のポンプ室１８の終端部と吸引通路のポンプ室１８の始端部との間において、外周縁３６は、たとえばヘッド部材１４によって形成される壁面から僅か０．０２５ｍｍの横方向の隙間を有する。インペラ２４と周囲の壁面との間の小さな横方向かつ軸方向の隙間により、ポンプはきわめて高圧を維持することができる。
【００２４】
インペラ２４は、スリーブ形突起３８の手段および許容または波形リング４０の手段によって、セラミック材で形成されたシャフト４２に固定されている。インペラ２４の下部に、シャフト４２が、波形リング４６によってヘッド部材１４に固定されたスライドベアリング４４に支持されている。スライドベアリング４４は、シリコンカーボネイトなどのセラミック材で形成されている。
【００２５】
シャフト４２は、その下端部において、たとえばタングステンカーボネイトの貫通ディスクによって形成されたセラミック支持部材４８上に、摺動可能に支持されている。
【００２６】
シャフト４２は、インペラ２４の上部において、波形リング５４によって媒介部材１２に固定された別のスライドベアリング５２に案内される。
【００２７】
マグネットカップリングの第１のカップリング部材５６は、波形リング５８によりシャフト４２の上端部に固定されている。第１のカップリング部材５６は、シャフト４２の端部の周囲で環状に延在し、マグネットカップリングの第２のカップリング部材６２の環状フランジ６０によって、間隔をもって取り囲まれている。第２のカップリング部材６２は、固定されたベアリング６６によってケーシング１０に支持された駆動シャフト６４の下端部に固定されている。駆動シャフト６４は、ポンプのモータによって駆動される。
【００２８】
隔壁缶６８は、カップリング部材５６,６２の間に形成された鉢状の中空空間に設けられ、第１のカップリング部材５６とフランジ６０との間に形成された環状空隙７０の領域に、きわめて薄い壁面を有する。
【００２９】
隔壁缶６８は、たとえばＶＡ鋼のような非磁性材料で形成された壁面を構成する。隔壁缶６８は、シールリング７２によって媒介部材１２に対してシールされ、媒介部材１２は、シールリング７４によってヘッド部材１４に対してシールされる。このようにして、ポンプ室１８を包囲し、吸引通路および排出通路２０の部分だけが開放した、閉塞された中空空間が形成される。
【００３０】
第１のカップリング部材５６に設けられたマグネット部材７６は、環状空隙７０の部分において、フランジ６０に設けられたマグネット部材７８に対向して設けられている。これらは、駆動シャフト６４からシャフト４２、ひいてはインペラ２４へ、駆動トルクを磁気的に伝達する。マグネット部材７６，７８は、これらがシャフト４２に軸方向の力を及ぼすように、相対的に軸方向にオフセットされている。この力は支持部材４８に対してシャフト４２に作用しかつ偏心する。このようにして、ヘッド部材１４および媒介部材１２に対するインペラ２４の軸方向の位置が、正確に決定され、その結果、きわめて小さな軸方向の隙間であるにも拘らず、インペラ２４とこれらの部材との間に何らの接触も生じない。この理由により、ポンプはきわめて小さい摩損で作動することになる。
【００３１】
洗浄通路８０は、ポンプ室１８の排出側端部の近くから始まり、媒介部材１２を上方へ通過してカップリング部材５６の領域で開口する。この洗浄通路８０は、当該洗浄通路内への流入を制限すべくその下端部においてテーパ状とされた直線状の孔により構成されている。
【００３２】
液体を、洗浄通路８０を通過させて上方へ流す目的は、スライドベアリング５２を洗浄するためである。さらに、この液体は、シャフト４２の軸方向の通孔である通路８２を通ってシャフト４２の下端部へ導かれ、ここにおいて液体が、一連とされてスライドベアリング４４を洗浄するために設けられた溝８４を通過して、横方向へ排出される。
【００３３】
図２に示す本発明の実施形態は、特にマグネットカップリングを備えていないという点で図１に示す実施形態と相違する。類似する構成には類似する符号を付す。
【００３４】
インペラ２４は、波形リング４０によってシャフト８６に固定され、シャフト８６は、その下端部においてスライドベアリング４４に支持され、図１に示す車夫と４２と同様に支持部材４８に支持されている。しかしながら、シャフト８６は、その上端部において縮径され、媒介部材１２の孔８８を貫通し、タペットスリーブ９０によって駆動シャフト６４に連結されている。シャフト８６と孔８８との間の空隙は、シール面９４においてスリップリングシール９２によりシールされている。スリーブ部材９６を介して、スリップリングシール９２は、その下端部がシャフト８６の肩部に支持された圧縮スプリング９８により、シール面９４に対して上方へ押圧されている。
【００３５】
シャフト８６はタペットスリーブ９０内で滑動可能に案内されるので、スリップリングシール９２，スリーブ部材９６，スライドベアリング４４および圧縮スプリング９８は、同時に、支持部材４８に対して下方へ、シャフトを押す。このようにして、第１実施形態と同様、ヘッド部材１４および媒介部材１２に対するインペラ２４の正確な軸方向の位置が決定される。
【００３６】
そのうえ、インペラ２４とポンプ室１８の隣接した壁面との間の小さな隙間は、既述したように、インペラ２４の正確な軸方向および半径方向の位置によって形成されることになる。これにより、回転シャフト８６にスリップリングシールを用いることなく、ポンプはきわめて小さな摩損で動作し、きわめて高温かつ高圧の吸引液体でも動作することができる。したがって、たとえば１２０〜１３０℃の範囲の温水を吸引することができる。
【００３７】
スライドベアリング４４を洗浄すべく、横断孔１００がスリーブ状突起３８とインペラ２４の上のシャフト８６に設けられ、この横断孔は、シャフト８６の軸方向孔により形成された通路１０２内へ開口し、スライドベアリングの洗浄用液体は、媒介部材１２の上部からシャフト８６の下端へ向かって供給され、ここで溝８４を介して排出される。
【００３８】
排出および洗浄通路１０４は、スリップリングシール９２のほぼ下端の高さ位置で、ヘッド部材１２の上端部から排出通路２０へ向かって延在し、排出管２２に形成されたウェブ１０６を通過する。
【００３９】
以上述べたポンプの実施形態においては、ヘッド部材１４とケーシング１０の構造は特に限定されず、また駆動シャフト６４についても同様である。それぞれの実施形態において、媒介部材１２，ヘッド部材１４，インペラ２４およびシャフト４２，８６は、それぞれ保守目的に応じて代替可能である。さらに、一方の実施形態に係るポンプの下端部を他方に置き換えてもよい。交換部品がポンプの上部に装着される駆動ラインは、常に吸引液体の外側に位置する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】マグネットカップリングを有するポンプの第１実施形態を示す部分断面図である。
【図２】スリップリングシールと圧縮スプリングを有するポンプの第２実施形態を示す部分断面図である。
【図１】
2008522093.tif 000003
【図２】
2008522093.tif 000004
【国際調査報告】
2008522093.tif 000005
2008522093.tif 000006
2008522093.tif 000007