(57)【要約】【課題】遠心ポンプ特に低速度形遠心ポンプの羽根車の製造を容易にする。【解決手段】羽根を囲む前部シュラウドと後部シュラウドの部分で中心部分と外周部分とに同心二つ割りし、第１の部材Ａと第２の部材Ｂとして別々に製造し、接着あるいは機械的接合により一体の羽根車とする。第１の部材Ａには枚数の少ない（例えば３枚の）入口羽根１１ａを設け、第２の部材Ｂには枚数の多い（例えば６枚の）出口羽根１１ｂを設ける。そして、入口羽根１１ａと出口羽根１１ｂとが周方向にずれた配置となるよう組み付ける。また、入口羽根１１ａは、内周側端部が回転軸線に対しねじれつつ羽根車目玉１７まで張り出すねじれ形状とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周りに渦巻き状に配置される複数枚の羽根と、これら複数枚の羽根を回転軸方向の両側から囲んで各羽根間に内周側の羽根入口から外周側の羽根出口に至る羽根通路を形成するシュラウドと、少なくとも回転軸方向一側のシュラウドの内周側に連設され前記羽根入口を回転軸方向の前方に向け開口させる羽根車目玉と、ポンプ軸を貫挿させる羽根車ボスとを有する遠心ポンプの羽根車であって、
前記複数枚の羽根を囲むシュラウドの所定位置で中心部分と外周部分とに分割して径方向同心二つ割りとした二つの部材を構成要素とし、それら二つの部材を接着または機械的接合により一体化してなることを特徴とする同心二つ割り羽根車。
【請求項２】
前記複数枚の羽根は、前記中心部分と前記外周部分とで枚数を異ならせ、前記中心部分の羽根数を少なくし、前記外周部分の羽根数を多くして、それら中心部分の羽根と外周部分の羽根を分割位置において相互に周方向にずれた配置とするとともに、前記中心部分の各羽根を、内周側端部が回転中心線に対しねじれつつ前記羽根車目玉まで張り出すねじれ形状としたことを特徴とする請求項１記載の同心二つ割り羽根車。
【請求項３】
前記外周部分の羽根は、ねじれの無い渦巻き羽根の形状である請求項２記載の同心二つ割り羽根車。
【請求項４】
前記中心部分の羽根を２〜４枚としたことを特徴とする請求項２又は３記載の同心二つ割り羽根車。
【請求項５】
回転軸の周りに渦巻き状に配置される複数枚の羽根と、これら複数枚の羽根を回転軸方向の両側から囲んで各羽根間に内周側の羽根入口から外周側の羽根出口に至る羽根通路を形成するシュラウドと、少なくとも回転軸方向一側のシュラウドの内周側に連設され前記羽根入口を回転軸方向の前方に向け開口させる羽根車目玉と、ポンプ軸を貫挿させる羽根車ボスとを有する遠心ポンプの羽根車の製造方法であって、
前記複数枚の羽根を囲むシュラウドの任意の位置で中心部分と外周部分とに分割して径方向同心二つ割りとした二つの部材を構成要素として、それぞれを別々に形成し、それら二つの部材を組み合わせ、接着または機械的接合により一体化して羽根車とすることを特徴とする同心二つ割り羽根車の製造方法。
【請求項６】
前記外周部分を構成する部材は、羽根数、羽根出口幅、羽根出口角の少なくともいずれか一つを異ならせて複数種用意し、要求されるポンプ性能に応じてそのいずれか一種を選択して前記中心部分を構成する部材と組み合わせ、一体化して羽根車とすることを特徴とする請求項５記載の同心二つ割り羽根車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心ポンプ特に低速度形遠心ポンプの羽根車として好適で製造容易な羽根車及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低速度形遠心ポンプ（渦巻きポンプ）の羽根車として、渦巻き状に配置した複数枚の羽根を前後からシュラウド（囲い）で囲って各羽根間に羽根通路を形成した羽根車（インペラー）が従来から知られている（例えば、非特許文献１参照）。この羽根車は、より詳細には例えば図３に示すとおりで、回転軸Ｃの周りに渦巻き状に配置される複数枚（例えば５枚）の羽根１と、これら複数枚の羽根１を回転軸方向の前後から囲んで各羽根１間に内周側の羽根入口２から外周側の羽根出口３に至る羽根通路４を形成する前部シュラウド５および後部シュラウド６と、前部シュラウド５の内周側に連設され羽根入口２を回転中心線方向の前方に向け開口させる羽根車目玉７と、後部シュラウド６の内周側に連設されポンプ軸（図示せず）を貫挿させる羽根車ボス８とを有している。そして、この種の羽根車は、従来、羽根出口幅が小さくて、一体鋳造が困難であるため、回転軸方向の前後に２分割し、前部シュラウド５と羽根車目玉７とを一体に鋳造し、羽根１と後部シュラウド６と羽根車ボス８とを別途一体に鋳造し、前部シュラウド５から羽根１を通って後部シュラウド６に抜ける一連のビス穴９を設け、組み合わせ、ビス穴９にビス１０を通してかしめる方法で、一体の羽根車としていた。
【０００３】
【非特許文献１】
大町昌義著「うず巻ポンプの設計」パワー社、
１９７１年３月２０日、Ｐ．４２−４７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転中心線方向の前後に２分割して鋳造し、組み合わせて、ビス止めする上記従来の羽根車は、合わせ面やビス穴の精度を出す加工が容易でなく、また、かしめ作業が必要で、製造が難しい。
【０００５】
この発明は、比速度の小さい低速度形遠心ポンプの羽根車として好適で製造容易な同心二つ割り羽根車及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転軸の周りに渦巻き状に配置される複数枚の羽根と、これら複数枚の羽根を回転軸方向の両側から囲んで各羽根間に内周側の羽根入口から外周側の羽根出口に至る羽根通路を形成するシュラウドと、少なくとも回転軸方向一側のシュラウドの内周側に連設され羽根入口を回転軸方向の前方に向け開口させる羽根車目玉と、ポンプ軸を貫挿させる羽根車ボスとを有する遠心ポンプの羽根車であって、複数枚の羽根を囲むシュラウドの所定位置で中心部分と外周部分とに分割して径方向同心二つ割りとした二つの部材を構成要素とし、それら二つの部材を接着または機械的接合により一体化してなることを特徴とする同心二つ割り羽根車を提供する。この羽根車は、片吸い込み式ポンプの羽根車であってよく、また、両吸い込み式ポンプの羽根車であってもよい。
【０００７】
複数枚の羽根は、中心部分と外周部分とで枚数を異ならせ、中心部分の羽根数を少なくし、外周部分の羽根数を多くして、それら中心部分の羽根と外周部分の羽根を分割位置において相互に周方向にずれた配置とするとともに、中心部分の各羽根を、内周側端部が回転中心線に対しねじれつつ羽根車目玉まで張り出すねじれ形状とするのがよい。外周部分の羽根は、ねじれの無い渦巻き羽根の形状であるのがよい。そして、中心部分の羽根は、例えば２〜４枚とするのがよい。
【０００８】
また、この発明は、回転軸の周りに渦巻き状に配置される複数枚の羽根と、これら複数枚の羽根を回転軸方向の両側から囲んで各羽根間に内周側の羽根入口から外周側の羽根出口に至る羽根通路を形成するシュラウドと、少なくとも回転軸方向一側のシュラウドの内周側に連設され羽根入口を回転軸方向の前方に向け開口させる羽根車目玉と、ポンプ軸を貫挿させる羽根車ボスとを有する遠心ポンプの羽根車の製造方法として、複数枚の羽根を囲むシュラウドの任意の位置で中心部分と外周部分とに分割して径方向同心二つ割りとした二つの部材を構成要素として、それぞれを別々に形成し、それら二つの部材を組み合わせ、接着または機械的接合により一体化して羽根車とすることを特徴とする同心二つ割り羽根車の製造方法を提供する。
【０００９】
この同心二つ割り羽根車の製造方法において、外周部分を構成する部材は、羽根数、羽根出口幅、羽根出口角の少なくともいずれか一つを異ならせて複数種用意し、要求されるポンプ性能に応じてそのいずれか一種を選択し、中心部分を構成する部材と組み合わせ、一体化して羽根車とするものであってよい。
【００１０】
本発明において、羽根車を中心部分と外周部分とに径方向に同心二つ割りとする位置（分割位置）は、複数枚の羽根を挟む前部シュラウドおよび後部シュラウドの部分の任意の位置であってよい。また、羽根の分割位置、前部シュラウドの分割位置、後部シュラウドの分割位置は、径方向の同じ位置であってもよく、異なる位置であってもよい。
【００１１】
こうして任意の位置で径方向に同心二つ割りとした羽根車の中心部分および外周部分を構成する二つの部材は、それぞれを別々に鋳造することができ、羽根通路が径方向に分割され、中心部分および外周部分のそれぞれにおいて、通路長が短小化するとともに通路形状が単純化するため、通路間隙が小さくても鋳造が容易で、通路間隙の小さい羽根出口を含む外周部分の鋳造も可能である。
【００１２】
そして、別々に鋳造した二つの部材は、径方向に同心二つ割りであるため、容易かつ確実に組み付けることができ、接着により、あるいは溶着、圧接、溶接、焼きばめ、冷やしばめや、接合部分をネジ加工することによるネジ接合等の機械的接合により、精度を損なうことなく容易かつ確実に接合することができる。
【００１３】
そのため、本発明によれば、従来の回転中心線方向の前後に２分割した構成の羽根車に比べ、羽根車の製造が格段に容易となる。
【００１４】
また、本発明の羽根車は、中心部分の羽根数を少なくし、例えば２〜４枚とすることにより、低速度形ポンプの羽根車の羽根入口の面積の減少を防ぐことができるとともに、製造が容易となる。そして、その中心部分の羽根は、羽根数を少なくするとともに、各羽根を、内周側端部が回転軸線に対しねじれつつ羽根目玉部まで張り出すねじれ形状とすることにより、羽根入口で水等を羽根通路内部へスムーズに流入させるガイド（インデューサ）として機能させ、吸い込み性能を確保することが可能となる。
【００１５】
そして、このように中心部分は羽根数を少なくし、ねじれ形状として、製造容易で且つ吸い込み性能を確保できるものとする一方で、外周部分の羽根数を多くすることにより、ポンプ効率を高め、発生揚程を大きくすることができる。
【００１６】
また、このように中心部分の羽根と外周部分の羽根の枚数を異ならせるとともに分割位置において相互に周方向にずれた配置とすることにより、羽根設計の自由度が大きくなり、特に、羽根出口を構成し圧力を発生する外周部分の羽根数、羽根出口幅、羽根出口角等の設計の自由度が大きくなる。そして、圧力を発生する外周部分の羽根数を多くし、また、羽根出口角を大きくして、発生揚程を増大させるようにでき、そのため、羽根車外径を小さくすることができ、それにより、羽根出口幅を大きく取る設計ができるようになり、鋳造等が容易となる。
【００１７】
本発明の羽根車において、中心部分の羽根は、主として吸い込み用のガイドとして機能し、流入した液体を吸い込み、軸方向から外周方向へスムーズにガイドする。そして、外周部分の羽根は、主として圧力発生用として機能し、中心部分の羽根から外周方向へ流出する液体をスムーズな流れのまま流入させることにより、圧力を発生し、羽根出口から流出させる。中心部分の羽根数と外周部分の羽根数が異なり、分割位置において羽根が相互にずれていても、中心部分の羽根から流出する液体を大きな抵抗なくスムーズに外周部分の羽根通路に流入させることはでき、羽根車として機能上問題を生じない。
【００１８】
本発明は、比速度２００以下程度の低速度形遠心ポンプの羽根車に好適である。
【００１９】
また、本発明は、鋳鉄、鋳鋼、ステンレス鋼、銅合金等、鉄あるいは非鉄金属を材料とする羽根車をはじめ、プラスチック等の樹脂類、セラミックその他を材料とする羽根車にも適用でき、また、鋳造、プレス加工、焼結等様々な方法で製造する羽根車に適用できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１の（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態の羽根車の一例を示している。この羽根車は、片吸い込み式ポンプの羽根車で、比速度２００以下程度の低速度形遠心ポンプ（渦巻きポンプ）の半径流型の羽根車を、中心部分を構成する第１の部材Ａと外周部分を構成する第２の部材Ｂとに径方向同心二つ割りとし、それら第１の部材Ａと第２の部材Ｂを構成要素として組み合わせ、接着または機械的接合により一体化したものである。
【００２２】
第１の部材Ａおよび第２の部材Ｂは、鋳鉄、鋳鋼、ステンレス鋼、銅合金等、鉄あるいは非鉄金属を材料とするものである。その他、プラスチック等の樹脂類その他を材料とするものであってもよい。これらの材料を使用し、例えば鋳造により第１の部材Ａおよび第２の部材Ｂを別々に製造する。その他、プレス加工、焼結等様々な方法で製造するものであってもよい。また、中心部分と外周部分との分割位置Ｄは、複数枚の羽根（入口羽根１１ａ、出口羽根１１ｂ）を挟む前部シュラウド（中心前部シュラウド１５ａ、外周前部シュラウド１５ｂ）および後部シュラウド（中心後部シュラウド１６ａ、外周後部シュラウド１６ｂ）の部分の任意の位置であってよい。
【００２３】
こうして別々に製造した第１の部材Ａと第２の部材Ｂは、例えば接着剤により接合し一体の羽根車とする。接合方法は、他に、溶着、圧接、溶接、焼きばめ、冷やしばめや、接合部分をネジ加工することによるネジ接合等の機械的接合であってよい。
【００２４】
第１の部材Ａは、回転軸Ｃの周りに渦巻き状に配置される３枚の入口羽根１１ａと、これら３枚の入口羽根１１ａを回転軸方向の前後から囲んで各入口羽根１１ａ間に内周側の羽根入口１２から分割位置Ｄまでの入口羽根通路１４ａを形成する中心前部シュラウド１５ａおよび中心後部シュラウド１６ａと、中心前部シュラウド１５ａの内周に連設され羽根入口１２を回転軸方向の前方に向け開口させる羽根車目玉１７と、中心後部シュラウド１６ａの内周側に連設された羽根車ボス１８とが一体に形成されたものである。
【００２５】
また、第２の部材Ｂは、回転軸Ｃの周りに渦巻き状に配置される６枚の出口羽根１１ｂと、これら６枚の出口羽根１１ｂを回転軸方向の前後から囲んで各外周羽根１１ｂ間に分割位置Ｄから最外周の羽根出口１３までの出口羽根通路１４ｂを形成する外周前部シュラウド１５ｂおよび外周後部シュラウド１６ｂとが一体に形成されたものである。
【００２６】
この例では、第１の部材Ａと第２の部材Ｂの分割位置Ｄは、図１の（ａ）に示すように、羽根（入口羽根１１ａと出口羽根１１ｂ）の部分、前部シュラウド（中心前部シュラウド１５ａと外周前部シュラウド１５ｂ）の部分、後部シュラウド（中心後部シュラウド１６ａと外周後部シュラウド１６ｂ）の部分の全てで径方向の同じ位置である。なお、この分割位置Ｄは、図１の（ｃ）に示すように、後部シュラウド（中心後部シュラウド１６ａと外周後部シュラウド１６ｂ）の部分に段差のあるものであってもよく、図１の（ｄ）に示すように、第２の部材Ｂの後部シュラウドの部分の背面に当て板１９を設けるものであってもよい。
【００２７】
第１の部材Ａと第２の部材Ｂは、図１の（ｂ）に示すように、３枚の入口羽根１１ａと６枚の出口羽根１１ｂが分割位置において相互に周方向にずれた配置となるよう組み付ける。こうして組み付けた状態で、中心前部シュラウド１５ａと外周前部シュラウド１５ｂ、中心後部シュラウド１６ａと外周後部シュラウド１６ｂは、それぞれ段差なくつながり、入口羽根１１ａと出口羽根１１ｂを囲む前部シュラウドおよび後部シュラウドを構成する。
【００２８】
そして、この例では、第１の部材Ａの各入口羽根１１ａは、内周側端部が回転軸線に対しねじれつつ羽根車目玉１７まで張り出すねじれ形状とし、第２の部材Ｂの各出口羽根１１ｂは、ねじれのない通常の羽根形状としている。
【００２９】
なお、この例では、第１の部材Ａに設けた入口羽根１１ａが３枚で、第２の部材Ｂに設けた出口羽根１１ｂが６枚であるが、入口羽根１１ａの枚数及び出口羽根１１ｂの枚数は適宜変更してもよい。
【００３０】
入口羽根１１ａの羽根数は少なくし、例えば２〜４枚とするのが好適である。また、出口羽根１１ｂは、入口羽根１１ａより羽根数を多くするのがよい。特に、入口羽根１１ａの羽根数と出口羽根１１ｂの羽根数は、入口羽根通路１４ａから流出する液体が大きな抵抗なくスムーズに出口羽根通路１４ｂに流入するよう配置するのがよい。
【００３１】
このように入口羽根１１ａの羽根数を少なくすることにより、羽根入口１２の入口面積の減少を防ぐことができるとともに、製造が容易となる。また、入口羽根１１ａを内周側端部が回転軸線に対しねじれつつ羽根目玉部まで張り出すねじれ形状とすることにより、羽根数が少なくても吸い込み性能が確保できる。そして、出口羽根１１ｂの羽根数を多くすることで、発生揚程を確保できる。
【００３２】
また、入口羽根１１ａと出口羽根１１ｂの枚数を異ならせ、分割位置において相互に周方向にずれた配置とするため、羽根設計の自由度が大きく、特に、圧力を発生する出口羽根１１ｂを多くし、また、羽根出口角を大きくして、発生揚程を増大させるようにでき、その分、羽根出口幅を大きく取る設計とすることができ、また、羽根車外径を小さくすることができて、鋳造が容易となる。
【００３３】
また、この羽根車は、外周部分を構成する第２の部材Ｂを、羽根数、羽根出口幅、羽根出口角の少なくともいずれか一つを異ならせて複数種用意し、要求されるポンプ性能に応じてそのいずれか一種を選択し、中央部分を構成する第１の部材Ａと組み合わせ、一体化するようにしてもよい。
【００３４】
また、図１の例では、羽根（入口羽根１１ａ、出口羽根１１ｂ）、前部シュラウド（中心前部シュラウド１５ａ、外周前部シュラウド１５ｂ）および後部シュラウド（中心後部シュラウド１６ａ、外周後部シュラウド１６ｂ）の分割位置が全て径方向の同じ位置であるが、この分割位置Ｄは、例えば図２に示すように、羽根（入口羽根１１ａと出口羽根１１ｂ）と、前部シュラウド（中心前部シュラウド１５ａと外周前部シュラウド１５ｂ）と、後部シュラウド（中心後部シュラウド１６ａと外周後部シュラウド１６ｂ）とで異なる任意の位置に設定してもよい。このように分割位置Ｄを部位により異なる任意の位置に設定することは、特に、セラミック、焼結（メタルインジェクションモールド）等で有効である。
【００３５】
以上、実施の形態の一例として、片吸い込み式ポンプの羽根車の場合を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、両吸い込み式ポンプの羽根車に適用することも勿論可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、羽根車を任意の位置で径方向に同心二つ割りとした二つの部材で構成することにより、それぞれの部材において通路長を短小化できるとともに通路形状を単純化することができて、鋳造等による羽根車の製造が容易となる。
【００３７】
そして、本発明の羽根車は、中心部分の羽根数を少なくし、ねじれ形状とすることにより、製造容易とし且つ吸い込み性能を確保することができるとともに、外周部分の羽根数を多くして、ポンプ効率を高め、発生揚程を大きくするようにできる。
【００３８】
また、本発明の羽根車は、中心部分の羽根と外周部分の羽根の枚数を異ならせるとともに分割位置において相互に周方向にずれた配置とすることにより、羽根設計の自由度が大きくなる。そして、圧力を発生する外周部分の羽根数を多くし、また、羽根出口角を大きくして、発生揚程を増大させるようにでき、その分、羽根出口幅を大きく取る設計とすることができ、また、羽根車外径を小さくすることができて、鋳造等による製造が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の羽根車の子午断面図（ａ）、前部をカットした平面図（ｂ）、接合部の変形例を示す断面図（ｃ）および（ｄ）である。
【図２】本発明の実施の形態の他の例を示す羽根車の子午断面図（ａ）および前部をカットした平面図（ｂ）である。
【図３】従来の羽根車の子午断面図（ａ）および後部構成要素の平面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１１ａ  入口羽根
１１ｂ  出口羽根
１２  羽根入口
１３  羽根出口
１４ａ  入口羽根通路
１４ｂ  出口羽根通路
１５ａ  中心前部シュラウド
１５ｂ  外周前部シュラウド
１６ａ  中心後部シュラウド
１６ｂ  外周後部シュラウド
１７  羽根車目玉
１８  羽根車ボス
Ａ  第１の部材
Ｂ  第２の部材
Ｃ  回転軸
Ｄ  分割位置
【図１】
2004232525.tif 000003
【図２】
2004232525.tif 000004
【図３】
2004232525.tif 000005