(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略放射状に延出する複数の羽根を有するとともに、駆動源によって回転駆動されるランナと、
前記ランナを内部に回転可能に収容するケーシングと、
を備え、
前記ランナが回転とともに径方向内側から吸い込んだ流体を径方向外側に吐出するポンプ装置であって、
前記ランナの少なくとも一方の軸方向の端面と前記ケーシングとの間に、前記ランナの外周部から径方向内側に流体の漏れ流れる漏れ流れ流路が設けられ、
前記ランナの各羽根に、前記漏れ流れ流路と前記各羽根の先端面とを連通させる連通空間が設けられ、
前記連通空間は、前記漏れ流れ流路から前記各羽根のランナ軸線方向に延出する基部側通路と、この基部側通路から前記各羽根の先端面に向かって延出する複数の径方向通路とを備えていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
略放射状に延出する複数の羽根を有するとともに、駆動源によって回転駆動されるランナと、
前記ランナを内部に回転可能に収容するケーシングと、
を備え、
前記ランナが回転とともに径方向内側から吸い込んだ流体を径方向外側に吐出するポンプ装置であって、
前記ランナの少なくとも一方の軸方向の端面と前記ケーシングとの間に、前記ランナの外周部から径方向内側に流体の漏れ流れる漏れ流れ流路が設けられ、
前記ランナの各羽根に、前記漏れ流れ流路と前記各羽根の先端面とを連通させる連通空間が設けられ、
前記連通空間は、前記各羽根の先端面に開口して形成された凹部と、前記漏れ流れ流路と前記各羽根の凹部を径方向内側領域でのみ連通する接続路と、を備えていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項３】
略放射状に延出する複数の羽根を有するとともに、駆動源によって回転駆動されるランナと、
前記ランナを内部に回転可能に収容するケーシングと、
を備え、
前記ランナが回転とともに径方向内側から吸い込んだ流体を径方向外側に吐出するポンプ装置であって、
前記ランナの軸方向の両端面と前記ケーシングとの間に、前記ランナの外周部から径方向内側に流体の漏れ流れる漏れ流れ流路が設けられ、
前記ランナの各羽根に、前記漏れ流れ流路と前記各羽根の先端面とを連通させる連通空間が設けられ、
前記連通空間は、前記各羽根の先端面と、前記漏れ流れ流路に臨むランナ軸線方向の端面とに跨って開口する切欠き溝によって構成され、
前記切欠き溝には、一方側の前記漏れ流れ流路に臨む開口と、他方側の前記漏れ流れ流路に臨む開口とが形成されていることを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、羽根の旋回によって流体を径方向外側に吐出するタイプのポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
揚水等に用いられるポンプとして、軸流ポンプや、渦巻きポンプやディフューザポンプ等の遠心タイプのポンプが知られている。
軸流ポンプでは、駆動回転するランナに複数の羽根が設けられ、ランナの回転に伴う羽根の旋回によって軸方向の一端側から吸い込んだ流体を軸方向の他端側に吐出する。この種のポンプにおいては、ランナの回転時に各羽根の旋回方向に対して前面側が高圧となり、後面側が相対的に低圧となることが知られている。そして、この羽根の前面側と後面側の圧力差によって起こる各種の不具合を解決するための提案が従来よりなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の軸流ポンプは、ランナの中央のボス部に、吸い込み側に開口する液体取入れ口が設けられるとともに、各羽根に、液体取入れ口と羽根の先端面（径方向外側の端面）とを導通させる通路が設けられ、ランナの回転時に液体取入れ口に流入した液体が遠心力によって通路から径方向外側に吐出されるようになっている。この軸流ポンプでは、ケーシングの内周面と各羽根の先端面の間の隙間に前記通路から吐出された液体を導入することにより、前記隙間を通した各羽根の前面側から後面側への液体の回り込みを防止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３０６６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、ランナの径方向内側から流体を吸い込み径方向外側から吐出する遠心タイプのポンプ装置において、ランナの各羽根の後面側に生じる低圧に起因する吐出側の脈動を抑制することが検討されている。
即ち、この種のポンプ装置の場合、ランナの回転によって液体がランナの外周側に吐出されるが、ランナの外周側の任意の点においては、各羽根の先端面とその羽根の後面側領域が通過するときに圧力が一時的に低下し、図４の点線Ｂで示すような圧力の変動が生じる。
上記の軸流ポンプのようにランナの下流側に比較的大きな容積部を確保できる場合には、その容積によって脈動の影響を緩和することができるが、流体をランナから径方向外側に吐出するタイプのポンプ装置においては、ケーシングの壁や整流板をランナの外周面に近接させて配置せざるを得ないため、吐出側の脈動の影響が各部に生じ易い。
【０００６】
そこでこの発明は、ランナの径方向外側に吐出される流体の脈動を確実に抑制することのできるポンプ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るポンプ装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、略放射状に延出する複数の羽根を有するとともに、駆動源によって回転駆動されるランナと、前記ランナを内部に回転可能に収容するケーシングと、を備え、前記ランナが回転とともに径方向内側から吸い込んだ流体を径方向外側に吐出するポンプ装置であって、前記ランナの少なくとも一方の軸方向の端面と前記ケーシングとの間に、前記ランナの外周部から径方向内側に流体の漏れ流れる漏れ流れ流路が設けられ、前記ランナの各羽根に、前記漏れ流れ流路と前記各羽根の先端面とを連通させる連通空間が設けられ、前記連通空間は、前記漏れ流れ流路から前記各羽根のランナ軸線方向に延出する基部側通路と、この基部側通路から前記各羽根の先端面に向かって延出する複数の径方向通路とを備えていることを特徴とするものである。
これにより、ランナが駆動源によって回転駆動されると、ランナが径方向内側から吸い込んだ流体を径方向外側に吐出し、このときランナの外周側が径方向内側領域に比較して高圧となる。このとき、ランナの外周側の高圧の流体が漏れ流れ流路を通して各羽根の連通空間に流れ込み、その流体は、連通空間でランナの回転に伴う遠心力によって各羽根の先端面から径方向外側に吐出される。この結果、ランナでは隣接する羽根間だけでなく各羽根の先端面からも流体が吐出されることになり、各羽根とその後面側での吐出圧の低下が抑制される。
【０００９】
請求項２に係る発明は、略放射状に延出する複数の羽根を有するとともに、駆動源によって回転駆動されるランナと、前記ランナを内部に回転可能に収容するケーシングと、
を備え、前記ランナが回転とともに径方向内側から吸い込んだ流体を径方向外側に吐出するポンプ装置であって、前記ランナの少なくとも一方の軸方向の端面と前記ケーシングとの間に、前記ランナの外周部から径方向内側に流体の漏れ流れる漏れ流れ流路が設けられ、前記ランナの各羽根に、前記漏れ流れ流路と前記各羽根の先端面とを連通させる連通空間が設けられ、前記連通空間は、前記各羽根の先端面に開口して形成された凹部と、前記漏れ流れ流路と前記各羽根の凹部を径方向内側領域でのみ連通する接続路と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、略放射状に延出する複数の羽根を有するとともに、駆動源によって回転駆動されるランナと、前記ランナを内部に回転可能に収容するケーシングと、
を備え、前記ランナが回転とともに径方向内側から吸い込んだ流体を径方向外側に吐出するポンプ装置であって、前記ランナの軸方向の両端面と前記ケーシングとの間に、前記ランナの外周部から径方向内側に流体の漏れ流れる漏れ流れ流路が設けられ、前記ランナの各羽根に、前記漏れ流れ流路と前記各羽根の先端面とを連通させる連通空間が設けられ、
前記連通空間は、前記各羽根の先端面と、前記漏れ流れ流路に臨むランナ軸線方向の端面とに跨って開口する切欠き溝によって構成され、前記切欠き溝には、一方側の前記漏れ流れ流路に臨む開口と、他方側の前記漏れ流れ流路に臨む開口とが形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ランナの隣接する羽根間から流体が吐出されるだけでなく、漏れ流れ流路から各羽根の連通空間に入り込んだ流体が各羽根の先端面からも吐出されるため、ランナの径方向外側に吐出される流体の脈動を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の第１の実施形態のポンプ装置の図２のＡ−Ａ断面に対応する断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態のポンプ装置の図１のＢ−Ｂ断面に対応する断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態のポンプ装置の図１のＣ部の拡大図である。
【図４】この発明の第１の実施形態のポンプ装置の吐出特性図である。
【図５】この発明の第２の実施形態のポンプ装置の図３に対応する拡大図である。
【図６】この発明の第３の実施形態のポンプ装置の図１のＣ部に対応する部分の拡大斜視図である。
【図７】この発明の第３の実施形態のポンプ装置の図３に対応する拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、特別に断らない限り、「上」「下」については鉛直方向における上下を意味するものとする。また、各実施形態においては、同一部分に同一符号を付し、重複する説明を省略するものとする。
【００１４】
最初に、図１〜図４に示す第１の実施形態について説明する。
図１，図２は、この発明の第１の実施形態に係るポンプ装置１の概略構成を示す図であり、図１は、ポンプ装置１を略鉛直方向で切った断面図であり、図２は、ポンプ装置１を略水平方向で切った断面図である。
この実施形態では、ポンプ装置１を揚水用して用いている。ポンプ装置１は、渦巻きポンプの形態を成し、略放射方向に延出する複数の羽根１１…を有するランナ２と、このランナ２を内部に収容するケーシング３とを備えている。ランナ２には、回転シャフト４が同軸に連結され、この回転シャフト４とランナ２がケーシング３の軸心部に回転可能に支持されている。回転シャフト４には、電動機等の動力源が連結されている。なお、図１，図２中のＯは、回転シャフト４とランナ２の回転中心である。
【００１５】
ランナ２は、回転シャフト４に連結された円盤状のベース部材１２を備え、そのベース部材１２の下面側に軸心方向に向かって湾曲しながら隆起する湾曲ガイド面１２ａが設けられている。この湾曲ガイド面１２ａには上記の複数の羽根１１…の上面側が固定されている。この複数の羽根１１は下面側が連結リング１３によって相互に連結されている。連結リング１３の中央の開口２０は、下方から液体が流入するランナ２の流入口とされ、隣接する羽根１１，１１間の隙間は、流入した液体が略半径方向に沿って吐出されるランナ２の吐出口とされている。
【００１６】
ベース部材１２上に配置される各羽根１１は上記のようにベース部材１２の略放射方向に延出しているが、より正確には、各羽根１１は、図２に示すように、径方向外側の縁部が内側の縁部に対してポンプ回転方向Ｐと逆向きに傾斜している。したがって、ポンプ運転によってランナ２がＰ方向に回転すると、各羽根１１は回転中心Ｏ回りに旋回しつつ、中心側に導入された液体を遠心力によって径方向外側に吐出することになる。
【００１７】
一方、ケーシング３は、ランナ２の外周側を取り囲む環状通路１５と、その環状通路１５から略接線方向に延出する直線通路１６とを備え、環状通路１５の内周側がランナ２の外周側の吐出口（隣接する羽根１１，１１間の隙間）に臨むとともに、直線通路１６の端部が図示しない吐出配管に接続されている。また、ケーシング３の下面の略中央には、ランナ２の流入口（中央の開口２０）に液体を吸い入れるための導入通路１７が接続されている。
環状通路１５の断面積は一定ではなく、直線通路１６が接続される領域の断面積が最も大きく、その領域からランナ２の周囲に沿って延出するに従って漸次断面積が小さくなっている。したがって、環状通路１５はほぼ渦巻き形状を成している。
なお、図中の２１は、ケーシング３内に取り付けられ、ランナ２と環状通路１５の間で液体の流れを整流する整流板である。整流板２１は、図２においては図示を省略している。
【００１８】
ところで、図１に示すように、ランナ２の連結リング１３には流入口である開口２０を成すボス部１３ａの上端部に径方向外側に延出する円板状のフランジ部１３ｂが一体に形成されている。このフランジ部１３ｂとボス部１３ａとは、ケーシング３の内側下面に形成された円形の下部側収容凹部２２内に微少隙間をもって収容されている。同様にランナ２のベース部材１２は、ケーシング３の内側上面に形成された円形の上部側収容凹部２３内に微少隙間をもって収容されている。
下部側収納凹部２２は、径方向外側領域がランナ２の外周側の高圧の吐出領域に臨む一方で、径方向内側領域が低圧の導入通路１７に臨んでいる。このため、図３に拡大して示すように、下部側収納凹部２２と連結リング１３の間にできる微少隙間には、ポンプ運転中にランナ２の外周部から径方向内側に向かって液体が漏れ流れることになる。この実施形態では、下部側収納凹部２２と連結リング１３の隙間が漏れ流れ流路２４を構成している。
【００１９】
また、ランナ２の連結リング１３と、その連結リング１３に連結される各羽根１１には、漏れ流れ流路２４から各羽根１１のランナ軸線方向に延出する基部側通路２５が形成されている。この基部側通路２５は、各羽根１１のランナ２の中心側に寄った領域（基部側）に設けられている。さらに、各羽根１１には、基部側通路２５から各羽根１１の先端面に向かって延出する複数の径方向通路２６が形成されている。この実施形態においては、基部側通路２５と径方向通路２６が、漏れ流れ流路２４と各羽根１１の先端面とを連通させる連通空間を構成している。
【００２０】
以上の構成において、電動機等の動力源によってランナ２が図２のＰ方向に回転駆動されると、ランナ２上の羽根１１…の旋回によって下方の導入通路１７からランナ２の中心側に液体が吸入され、その液体がランナ２の隣接する羽根１１，１１間から径方向外側に吐出される。そして、こうしてランナ２の外周側に吐出された液体は、整流板２１によって整流されて環状通路１５内を旋回しつつ、直線通路１６を通して外部に吐出される。
【００２１】
そして、ランナ２が上述のように液体を外周側に吐出すると、ランナ２の外周部の液体の圧力が高まり、その外周部の液体の一部が漏れ流れ流路２４を通して圧力の低いランナ２の中心側に向かって流れ込む。こうして漏れ流れ流路２４に流入した液体は基部側通路２５を通して各羽根１１の基部側の内部に流入し、その液体は、さらに各羽根１１の旋回に伴う遠心力により、径方向通路２６…を通して各羽根１１の先端面からランナ２の外周側に吐出される。
【００２２】
この結果、ランナ２では、導入通路１７から吸い込まれた液体が隣接する羽根１１，１１間から吐出されるだけでなく、漏れ流れ流路２４に流入した液体が基部側通路２５と径方向通路２６…を通して各羽根１１の先端面からも吐出されることになり、各羽根１１とその後面側での吐出圧の低下が抑制される。
【００２３】
図４は、ランナ２の外周側の任意の点で液体の吐出圧を調べたときの特性図であり、同図中のＡは、この実施形態のポンプ装置１の吐出特性を示し、Ｂは、羽根の先端面から液体を吐出する機構を持たない比較例の吐出特性を示している。このＡ，Ｂの特性図を比較して明らかなように、この実施形態のポンプ装置においては、各羽根１１の後面側にできる低圧領域に起因した吐出側の液体の脈動を確実に抑制することができる。
【００２４】
特に、このポンプ装置１においては、漏れ流れ流路２４に漏れ出た液体をランナ２の外周部に再度吐出させるため、ランナ２の外周部から吸入側の導入通路１７への液体の漏れを抑制することができ、結果としてポンプ効率を高めることができる。
【００２５】
さらに、このポンプ装置１においては、ランナ２の周囲に必然的にできる漏れ流れ流路２４を利用して、各羽根１１の先端面から遠心力によって液体を吐出する構造とされているため、追加する流路の加工工数が少なくて済み、低コストでの製造が可能であるという利点もある。
【００２６】
以上で説明した第１の実施形態においては、漏れ流れ流路２４から各羽根１１の軸方向に延出する基部側通路２５と、基部側通路２５から各羽根１１の先端面に向かって延出する複数の径方向通路２６…とによって、漏れ流れ流路２４と各羽根１１の先端面を連通させる連通空間が構成されているが、連通空間の構成はこの構成に限るものではなく、図５に示す第２の実施形態や、第６，図７に示す第３の実施形態のような構成であっても良い。
【００２７】
図５に示す第２の実施形態のポンプ装置は、ランナ２の各羽根１１に、羽根１１の先端面の上下の（ランナ軸線方向の）広範囲に渡って開口する凹部３０と、この凹部３０内の底部領域（羽根１１内の径方向内側領域）と漏れ流れ流路２４を連通する第１の接続路３１と、ケーシング３の上部側収納凹部２３とランナ２のベース部材１２の間の隙間３２と凹部３０内の底部領域とを連通する第２の接続路３３と、が形成されている。上部側収納凹部２３とベース部材１２の間の隙間３２は、第２の接続路３３と第１の接続路３１を介して下部側の漏れ流れ通路２４と連通し、それによってランナ２の上方側の漏れ流れ流路を構成するようになっている。そして、この実施形態においては、各羽根１１に形成される凹部３０と、第１，第２の接続路３１，３３によって連通空間が構成されている。
【００２８】
この第２の実施形態の場合、ランナ２が回転すると、ランナ２の外周部から漏れ流れ流路２４と上方側の隙間３２に流れ込んだ高圧の液体がそれぞれ第１の接続路３１と第２の接続路３３を通して各羽根１１の凹部３０内に流入し、その凹部３０に流入した液体が各羽根１１の旋回に伴う遠心力によって羽根１１の先端面からランナ２の外周側に吐出されることなる。
【００２９】
したがって、この実施形態の場合も、第１の実施形態と同様の基本的な効果を得ることができる。そして、この実施形態では、各羽根１１に径方向通路を複数形成するのではなく、比較的容積の大きい凹部３０を１箇所のみに形成するだけで良いため、製造が容易であるという利点がある。
また、この実施形態の場合、ランナ２の上面側にも隙間３２による漏れ流れ流路が形成されているため、各羽根１１の先端面から吐出される液体の流量を増大させ、脈動抑制効果をより高めることができるという利点もある。
【００３０】
図６，図７に示す第３の実施形態のポンプ装置は、ランナ２の各羽根１１と、ベース部材１２と連結リング１３とに、各羽根１１の先端面からベース部材１２の上面と連結リング１３の下面とに跨って開口する切欠き溝３５が形成されている。切欠き溝３５の上方の開口３５ａは、上部側収納凹部２３とベース部材１２の間の隙間３２（上方側の漏れ流れ流路）に臨み、切欠き溝３５の下方側の開口３５ｂは、下方側の漏れ流れ流路２４に臨んでいる。この実施形態においては、切欠き溝３５によって連通空間が構成されている。
【００３１】
この第３の実施形態の場合、ランナ２が回転すると、ランナ２の外周部から漏れ流れ流路２４と上方側の隙間３２に流れ込んだ高圧の液体がそれぞれ開口３５ｂ，３５ａを介して切欠き溝３５の底部側に流入し、その切欠き溝３５内に流入した液体が各羽根１１の旋回に伴う遠心力によって羽根１１の先端面からランナ２の外周側に吐出されることなる。
【００３２】
この実施形態の場合、基本的に第２の実施形態と同様の効果を得ることができるが、各羽根１１と、ベース部材１２と連結リング１３の対応部位に連続した切欠き溝３５を形成するだけで良いため、構造がさらに簡素化され、製造コストのさらなる低減が可能になるという利点がある。
【００３３】
なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１…ポンプ装置
２…ランナ
３…ケーシング
１１…羽根
２４…漏れ流れ流路
２５…基部側通路（連通空間）
２６…径方向通路（連通空間）
３０…凹部（連通空間）
３１…第１の接続路（接続路，連通空間）
３２…隙間（漏れ流れ流路）
３３…第２の接続路（接続路，連通空間）
３５…切欠き溝（連通空間）
【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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【図７】
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