(57)【要約】【課題】既設の固定翼を有するポンプを、翼角制御装置を有するポンプに簡単かつ迅速に更新できる立型ポンプを提供する。【解決手段】主軸２と翼角制御可能の可動翼５を設けたコーン３を有する。コーン内に配設され、吸込口６ｂと吐出口６ａを有するシリンダ６と、このシリンダ内に往復動可能に収容され、吸込口側と吐出口側の圧力差によりこれら吸込口側と吐出口側との間を往復動するピストン７と、可動翼の下流側にてコーンに形成され、シリンダの吐出口に連通する吐出口連通路８ａと、可動翼の上流側にてコーンに形成され、シリンダの吐出口に連通する吸込口連通路８ｂと、を具備し、ピストンの往復動により可動翼の翼角を制御するように構成した。【選択図】  図１
2013092070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と翼角制御可能の可動翼を設けたコーンを有する立型ポンプにおいて、
前記コーン内に配設され、吸込口と吐出口を有するシリンダと、
このシリンダ内に往復動可能に収容され、前記吸込口側と吐出口側の圧力差によりこれら吸込口側と吐出口側との間を往復動するピストンと、
前記可動翼の下流側にて前記コーンに形成され、前記シリンダの吐出口に連通する吐出口連通路と、
前記可動翼の上流側にて前記コーンに形成され、前記シリンダの吐出口に連通する吸込口連通路と、
を具備し、
ピストンの往復動により前記可動翼の翼角を制御するように構成したことを特徴とする立型ポンプ。
【請求項２】
前記ピストンを前記シリンダの吐出口側に弾性的に付勢する弾性部材を具備していることを特徴とする請求項１記載の立型ポンプ。
【請求項３】
前記ピストンの前記シリンダの吐出口側への移動を制限するストッパを具備していることを特徴する請求項１または２記載の立型ポンプ。
【請求項４】
前記ストッパは、前記ピストンの制限位置を調節可能に構成されていることを特徴とする請求項３記載の立型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は立型斜流ポンプ等の立型ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の立型斜流ポンプでは、ポンプインペラの翼の角度（翼角）を適宜制御することにより、ポンプ性能を制御し、ポンプ容量や揚程を制御するものが知られている。
【０００３】
この翼角制御装置としては、油圧式や機械式が知られており、さらに、空気または電気駆動式の汎用油圧ポンプにより操作ロッドを上下動させて翼角を制御するものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図６は従来の他の翼角制御装置の一例を示している。これは電気信号の翼角指令信号２０ａを制御用電動機２１に与える制御装置２０を具備している。
【０００５】
制御用電動機２１はこの翼角指令信号２０ａに応じてリンク２２の一端部を開または閉方向に回動させる。このために、油圧回路に介装された配圧弁２３がリンク２２により駆動され、電気信号の翼角指令信号２０ａが油圧信号に変換される。圧油は油タンク２４からの油を油ポンプ２５で加圧することにより生成され、油配管２６を介して上記配圧弁２３に給油される。
【０００６】
配圧弁２３は油ポンプ２５からの圧油の油量の制御と方向制御を行って、サーボシリンダ２７の上部室２７ａまたは下部室２７ｂに与える。これにより、サーボシリンダ２７内で、その軸方向（図６中、上下方向）に往復動するピストン２８とこれに連結された操作ロッド２９が図中上下方向に往復動する。この往復動がクロスヘッド３０に伝動されることにより、可動翼３１の翼角が制御される。すなわち、可動翼３１の翼角が上記電気信号の翼角指令信号２０ａにより指令された翼角に制御される。
【０００７】
なお、上記操作ロッド２９、クロスヘッド３０等は回転駆動される中空軸である主軸３２やインペラ３３内に挿入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１１７８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の立型斜流ポンプでは、配圧弁２３、油タンク２４、油ポンプ２５、サーボシリンダ２７等の油圧装置や、制御盤等の制御装置２０を具備する必要があり、大型化や構成の複雑化を招くという課題がある。
【００１０】
また、サーボシリンダ２７や操作ロッド２９、クロスヘッド３０等を中空の主軸３２内に挿通させる等して組み込む必要があるので、構造がさらに複雑化するうえに、コスト増を招くという課題がある。
【００１１】
このために、固定翼を有し、上記のような翼角制御装置を具備していない既設の立型斜流ポンプを、翼角制御装置を具備した立型斜流ポンプに取り替える場合には、ポンプ駆動用電動機の回転主軸も上記複雑な構成の主軸３２に取り替える必要があり、簡単ではない。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、既設の固定翼を有するポンプを、翼角制御装置を有するポンプに簡単かつ迅速に更新できる立型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】
【００１３】
本実施形態は、回転軸と翼角制御可能の可動翼を設けたコーンを有する立型ポンプにおいて、コーン内に配設され、吸込口と吐出口を有するシリンダと、このシリンダ内に往復動可能に収容され、吸込口側と吐出口側の圧力差によりこれら吸込口側と吐出口側との間を往復動するピストンと、を具備している。
【００１４】
また、本実施形態は、可動翼の下流側にてコーンに形成され、シリンダの吐出口に連通する吐出口連通路と、可動翼の上流側にてコーンに形成され、シリンダの吐出口に連通する吸込口連通路と、を具備し、ピストンの往復動により可動翼の翼角を制御するように構成した。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、既設の立型ポンプを、翼角制御装置を有する立型ポンプに簡単かつ迅速に更新できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る立型斜流ポンプの要部を一部断面で示す構成図。
【図２】同，第２の実施形態に係る立型斜流ポンプの要部を一部断面で示す構成図。
【図３】同，第３の実施形態に係る立型斜流ポンプの要部を一部断面で示す構成図。
【図４】同，第４の実施形態に係る立型斜流ポンプを一部断面で示す要部拡大図。
【図５】同，第１〜３の実施形態のいずれかに係る立型斜流ポンプのＱＨカーブの一例を示すグラフ。
【図６】従来の翼角制御装置を具備した立型ポンプの一部を断面で示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る立型ポンプの一例である立型斜流ポンプ１は、図示省略の電動機の回転軸である主軸２、またはこの回転軸に連動可能に連結された主軸２の先端部に固着されたポンプインペラのコーン３を具備している。
【００１９】
コーン３は、垂直方向に立設された立型の吸込管４内に収容される。吸込管４は、その図１中下端に吸込口４ａを形成しており、この吸込口４ａから吸い込んだ水等の流体を管軸方向上方へ導水する。
【００２０】
コーン３は、その下部に、複数の可動翼５を翼角制御可能に配設してポンプインペラに構成されている。各可動翼５は、これに固着されている翼軸５ａをコーン３に回転可能に装着している。
【００２１】
そして、コーン３は、その内部に、可動翼５と同数のシリンダ６を形成している。シリンダ６内には、例えば縦断面形状がＴ字状のピストン７を軸方向（図１中、上下方向）に往復動可能に収容している。シリンダ６は、各可動翼５の下流側一端（図１では上端）に吐出口６ａを形成する一方、各可動翼５の上流側一端（図１では下端）に吸込口６ｂを形成している。
【００２２】
また、コーン３は、各可動翼５の下流側にて、シリンダ６の吐出口６ａに連通する吐出口連通路８ａを形成する一方、各可動翼５の上流側にて、シリンダ６の吸込口６ｂに連通する吸込口連通路８ｂを形成している。
【００２３】
ピストン７は、例えば、その図１中下端部を、連結部９を介して各可動翼５の翼軸５ａに連結している。連結部９は、例えばリンク機構等から構成され、ピストン７の図１中、上下方向の往復動を翼軸５ａの中心軸回りの回転運動に変換可能に連結し、翼軸５ａの中心軸回りの回動により各可動翼５の翼角を制御する。各翼軸５ａはシリンダ６の内側からコーン３の側壁を貫通して、その外部へ延出し、当該側壁の貫通部外面にはパッキン１０を設けて、その貫通部の水密性の向上を図っている。
【００２４】
以上のように翼角制御装置１１は構成され、複数の可動翼５毎に配設されている。図１〜図３では、重複した説明を省略するために１台の翼角制御装置１１のみを図示し、他の角翼制御装置１１は図示省略している。
【００２５】
次に、このように構成された立型斜流ポンプ１の作用を説明する。
【００２６】
図示しないポンプ用電動機が駆動されると、この電動機の回転軸である主軸２、またはこの回転軸に連結された主軸２がその中心軸回りに回転する。このために、コーン３が回転するので、複数の可動翼５がコーン３の中心軸回りに回転する。
【００２７】
このために、水等の流体が吸込管４内に、その吸込口４ａから吸い込まれ、図１中、上方へ揚水される。
【００２８】
この揚水時、可動翼５の上流側にあるシリンダ６の吸込口６ｂには、吸込口連通路８ｂを通して吸込圧Ｐｓが加圧される一方、可動翼５の下流側にあるシリンダ６の吐出口６ａには、吐出口連通路８ａを通して吐出圧Ｐｄが加圧される。
【００２９】
このために、吐出圧Ｐｄと吸込圧Ｐｓとの差圧ΔＰにより、ピストン７がシリンダ６内を上下方向に往復動する。すなわち、吐出圧Ｐｄの方が吸込圧Ｐｓよりも大きいとき（Ｐｄ＞Ｐｓ）は、ピストン７が図１中、下方側へ押圧されて降下し、その降下運動が連結部９のリンク機構により翼軸５ａの所定の一方向の回転運動に変換される。
【００３０】
このために、翼軸５ａは可動翼５を所定の一方向に回動させてその翼角が小さくなるように制御する。これにより、揚水流量Ｑが減少する。
【００３１】
一方、吐出圧Ｐｄの方が吸込圧Ｐｓよりも小さいとき（Ｐｄ＜Ｐｓ）は、ピストン７が図１中、上方側へ押圧されて上昇し、その上昇運動が連結部９のリンク機構により、翼軸５ａの所定の他方向（上記Ｐｄ＞Ｐｓとは逆方向）の回転運動に変換される。
【００３２】
このために、翼軸５ａは、可動翼５を他方向へ回動させ、その翼角が大きくなるように制御する。これにより、揚水流量Ｑが増加する。
【００３３】
したがって、この翼角制御装置１１によれば、シリンダ６の吸込圧Ｐｓと吐出圧Ｐｄとの圧力差ΔＰにより、各可動翼５の翼角を自動的に制御し、揚水流量Ｑを制御できる。
【００３４】
また、シリンダ６の吐出圧Ｐｄが所定のポンプ締切り揚程に達したときには、可動翼５の翼角を小さくして揚程Ｈが所定の締切り揚程の制限値を超えないように制御することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る立型斜流ポンプ１Ａの要部縦断面図である。この図２に示すように立型斜流ポンプ１Ａは、上記図１で示す立型斜流ポンプ１Ａにおいて、弾性部材の一例であるばね１２を設けた点に特徴がある。
【００３６】
ばね１２は、コイルばねや板ばね等のばねであってピストン７の図２中、上端よりも上方に位置するシリンダ６の上端壁６ｃと、ピストン７の上端との間に介装され、ピストン７を常時上方へ引き上げるように付勢しており、締切り揚程の制限値を下げる機能を具備している。
【００３７】
このために、ピストン７は、下向きに作用する力として吐出圧Ｐｄを受け、上向きに作用する力として吸込圧Ｐｓとばね１２の弾性力を受けるので、ばね１２の弾性力により可動翼５の翼角を制御することができる。
【００３８】
したがって、このばね１２の弾性力を、ピストン７が下方に降下する弾性力に設定することにより、締切り揚程付近になった際に可動翼５の翼角を小さくできるので、ポンプの締切り揚程が制限値を超えないようにすることができる。
【００３９】
また、吐出圧Ｐｄが低下し、ばね１２の弾性力と吸込圧Ｐｓの和の方が吐出圧Ｐｄを上回った場合には、ピストン７が上昇するので、可動翼５の翼角を元の位置に復帰させることができる。
【００４０】
なお、上記図１で示すパッキン１０は、翼軸５ａがコーン３の側壁を貫通する貫通部の外面側であるコーン３の外面側に配設されているが、図２で示すパッキン１０ａは、翼軸５ａが貫通するコーン３の貫通部の内面側であるシリンダ６の内面側に配設されている。すなわち、パッキン１０，１０ａは、シリンダ６の外側と内側のいずれか一方、または両者に配設してもよい。
【００４１】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態に係る立型斜流ポンプ１Ｂの要部縦断面図である。この図３に示すように立型斜流ポンプ１Ｂは、上記図２で示す立型斜流ポンプ１Ａにおいて、シリンダ６の上端壁６ｃにストッパ１３を設けた点に特徴がある。
【００４２】
ストッパ１３はシリンダ６の上端壁６ｃとピストン７の上端との間に介装され、ピストン７の上方向への移動上限値を制限する。したがって、ストッパ１３の軸方向長さを制限することにより、ばね１２の弾性力の如何に関わらず可動翼５の翼角を小さく制御する側の限界値、すなわち、ポンプ締切り揚程を制御することができる。
【００４３】
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態に係る立型斜流ポンプ１Ｃの要部拡大図である。この図４に示すように立型斜流ポンプ１Ｃは、上記図３で示す第３の実施形態に係るストッパ１３を、軸方向伸縮可能の可変ストッパ１４に置換した点に特徴がある。
【００４４】
図４に示すように可変ストッパ１４は、シリンダ６の上端壁６ｃに固定される円筒や角筒等の筒状の固定筒１４ａに、伸縮筒１４ｂを伸縮可能に配設している。
【００４５】
伸縮筒１４ｂは、例えば油圧式や機械式、電動式等により軸方向伸縮可能に構成され、伸縮量を適宜制御できる。すなわち、可変ストッパ１４の伸縮量を適宜制御することにより、ポンプ締切り揚程を所要値に適宜制御できる。
【００４６】
図５は立型斜流ポンプのＱＨカーブを示すグラフであり、この図５中、符号１５は翼角制御装置を具備した立型斜流ポンプの一般のＱＨカーブを示し、符号１６は翼角制御装置を具備していない固定翼の立型斜流ポンプのＱＨカーブを示している。
【００４７】
本発明の第１〜第４の実施形態に係る立型斜流ポンプ１Ａ〜１Ｃは、上述したように翼角制御装置１１を具備しているので、ＱＨカーブは符号１５のＱＨカーブに示すように、固定翼のＱＨカーブ１６の仕様点１６ａを仕様点１５ａに変更することができる。
【００４８】
また、ポンプ流量Ｑが減少し、締切り揚程Ｈに近づいた場合に、水力がばね１２の弾性力を上回ったときは可動翼５が横向きに傾斜するので、その分、揚程Ｈが低下し、ＱＨカーブ１７のようになる。
【００４９】
その結果、固定翼のＱＨカーブ１６のポンプ締切り揚程１６ｂを、可動翼５のＱＨカーブ１５の締切り揚程１５ｂのように低くすることができる。
【００５０】
さらに、ストッパ１３によりポンプ締切り揚程を所要値に適宜制御できる。
【００５１】
さらにまた、ストッパ１３が可変ストッパ１４である場合には、その伸縮量を制御することにより、締切り揚程を所要値に適宜制御することができるので、仕様点１５ａを容易に設定変更できる。
【００５２】
したがって、主軸２を回転駆動する図示省略の電動機の設計が相違するうえに、ポンプの容量と揚程が相違する立型斜流ポンプに対しても本発明の翼角制御装置１１を用いることにより共通設計することができる。
【００５３】
以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  立型斜流ポンプ
２  主軸（回転軸）
３  コーン
５  可動翼
６  シリンダ
６ａ  吐出口
６ｂ  吸込口
７  ピストン
８ａ  吐出口連通路
８ｂ  吸込口連通路
９  連結部
１１  翼角制御装置
１２  ばね（弾性部材）
１３  ストッパ
１４  可動ストッパ
１６，１７  ＱＨカーブ
１５ａ  仕様点
１５ｂ  締切り揚程
【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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