(57)【要約】【課題】吐出側から吸込側への漏れ流れを低減させることができ、しかも振動が発生しにくいウェアリングを備えた遠心ポンプを提供する。【解決手段】本発明の遠心ポンプは、回転軸１１と、回転軸１１に固定された羽根車１と、羽根車１を収容するケーシング３と、羽根車１とケーシング３との間に配置されたウェアリング５と、を備える。ウェアリング５は、羽根車１の液体入口１ａを囲む回転側リング５ａと、回転側リング５ａの外周面に対向する内周面を有する固定側リング５ｂとを有し、回転側リング５ａの外周面および固定側リング５ｂの内周面は、撥水性材料からなる平滑面から構成されている。【選択図】図３
2017020400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に固定された羽根車と、
前記羽根車を収容するケーシングと、
前記羽根車と前記ケーシングとの間に配置されたウェアリングと、を備え、
前記ウェアリングは、前記羽根車の液体入口を囲む回転側リングと、前記回転側リングの外周面に対向する内周面を有する固定側リングとを有し、
前記回転側リングの外周面および前記固定側リングの内周面は、撥水性材料からなる平滑面から構成されていることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項２】
前記撥水性材料の主成分は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を移送するための遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体（例えば、水）を移送するためのポンプとして、遠心ポンプが知られている。遠心ポンプは、羽根車の半径方向外側にディフューザが設けられたディフューザポンプと、羽根車の半径方向外側にボリュート室が設けられた渦巻ポンプとに大別される。渦巻ポンプでは、羽根車から吐出された液体が直接ボリュート室に流入し、ディフューザポンプでは、羽根車から吐出された液体はディフューザを通過し、液体の速度エネルギが圧力エネルギに変換される。
【０００３】
これら遠心ポンプにおいて、図６に示されるように、羽根車１０１を収容するケーシング１０３と、該羽根車１０１との間には、回転する羽根車１０１がケーシング１０３と接触しないように、隙間が設けられている。羽根車１０１から吐出された液体は、羽根車１０１の液体入口１０１ａにおける液体の圧力ＰＬよりも高い圧力Ｐｈを有する。したがって、圧力Ｐｈと圧力ＰＬとの差により、羽根車１０１から吐出された液体の一部は、羽根車１０１とケーシング１０３との間の隙間を通って、羽根車１０１の吸込側に流入する漏れ流れ（図６に示す一点鎖線矢印参照）となる。
【０００４】
このような吐出側から吸込側への漏れ流れは、ポンプ効率を低下させる。そこで、羽根車１０１の吸込側端部には、漏れ流れを低減させるためのウェアリング１０５が設けられる。ウェアリング１０５は、羽根車１０１のシュラウド１１６の吸込側端部に固定された回転側リング１０５ａと、回転側リング１０５ａの外周面と僅かな隙間を開けて対向する内周面を有する固定側リング１０５ｂとから構成される。固定側リング１０５ｂは、ケーシング１０３の壁面に固定されている。回転側リング１０５ａと固定側リング１０５ｂとは、漏れ流れを制限する非接触の環状シールとして機能する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
環状シールの具体例としては、回転側リングの外周面および固定側リングの内周面が平滑面である平滑面シールや、回転側リングの外周面および固定側リングの内周面の一方あるいは両方に周方向に延びる複数の溝が設けられたラビリンスシール、さらに回転側リングの外周面および固定側リングの内周面の一方あるいは両方にハニカム状の凹凸が設けられたハニカムシールなどが挙げられる。
【０００６】
平滑面シールは、回転側リングと固定側リングとの間を液体が流れるときに振動が発生しにくいという点で優れているが、回転側リングと固定側リングとの間のクリアランスをある限度以下に小さくすることはできず、漏れ流れを低減するには限界がある。ラビリンスシールおよびハニカムシールは、平滑面シールと比較して、漏れ流れを低減させることができるが、製作コストが高く、さらに、平滑面シールと比較して振動が発生しやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、吐出側から吸込側への漏れ流れを低減させることができ、しかも振動が発生しにくいウェアリングを備えた遠心ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するための本発明の一様態は、回転軸と、前記回転軸に固定された羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングと、前記羽根車と前記ケーシングとの間に配置されたウェアリングと、を備え、前記ウェアリングは、前記羽根車の液体入口を囲む回転側リングと、前記回転側リングの外周面に対向する内周面を有する固定側リングとを有し、前記回転側リングの外周面および前記固定側リングの内周面は、撥水性材料からなる平滑面から構成されていることを特徴とする遠心ポンプである。
【０００９】
本発明の好ましい様態は、前記撥水性材料の主成分は、フッ素樹脂であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転側リングの外周面および固定側リングの内周面を構成する撥水性材料によって、回転側リングと固定側リングとの間の隙間を流れる漏れ流れには、該漏れ流れの進行を妨げる斥力が働く。その結果、液体の漏れが低減される。尚、回転側リングの外周面および固定側リングの内周面は、溝やハニカムがない平滑面から構成されるので、ラビリンスシールやハニカムシールと比較して、ウェアリングからは振動が発生しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、遠心ポンプの一例である渦巻ポンプを示す概略断面図であり、図１（ｂ）は、遠心ポンプの他の例であるディフューザポンプを示す概略断面図である。
【図２】図１（ａ）および図１（ｂ）に示す遠心ポンプの部分断面図である。
【図３】図２に示すウェアリングの拡大断面図である。
【図４】多段ディフューザポンプの一部を示す概略断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った断面斜視図である。
【図６】漏れ流れを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１乃至図５において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、各実施形態で示される構成は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。
【００１３】
図１（ａ）は、遠心ポンプの一例である渦巻ポンプを示す概略断面図であり、図１（ｂ）は、遠心ポンプの他の例であるディフューザポンプを示す概略断面図である。図１（ａ）に示されるように、渦巻ポンプは回転軸１１に固定された羽根車１と、羽根車１を収容するケーシング３とを有する。回転軸１１は、図示しない駆動源（例えば、モータ）によって回転され、羽根車１はケーシング３内で回転軸１１と一体に回転する。
【００１４】
ケーシング３の内部には、ボリュート室７が形成される。ボリュート室７は、羽根車１の周囲を囲む形状を有している。ケーシング３には、回転軸１１の軸方向に延びる円筒状のポンプ吸込口２（図１（ａ）における点線参照）が形成されている。さらに、ケーシング３には、ポンプ吐出口４が形成される。
【００１５】
羽根車１を回転させると、液体はポンプ吸込口２から羽根車１に流れ込む。液体には羽根車１の回転により角運動エネルギが付与され、さらに、液体がボリュート室７を通ることによって速度エネルギが圧力エネルギに変換され、液体の静圧上昇を促す。昇圧された液体は、ポンプ吐出口４から吐出される。
【００１６】
図１（ｂ）に示されるように、ディフューザポンプは、羽根車１を囲むディフューザ９を有する。図１（ｂ）に示されるディフューザポンプにおけるディフューザ９以外の構成は、図１（ａ）に示された渦巻ポンプの構成と同一であるため、重複する説明を省略する。
【００１７】
ディフューザ９は、複数のディフューザ羽根９ａを有し、隣接するディフューザ羽根９ａの間に、羽根車１から吐出された液体が通るディフューザ流路９ｂが形成される。ディフューザ流路９ｂの断面積は、その入口から出口に向かって増大するように形成されており、液体がディフューザ流路９ｂを通ることにより、液体の速度エネルギが圧力エネルギに変換される。
【００１８】
図２は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す遠心ポンプの部分断面図である。なお、図２では、羽根車１の上半分のみが示されている。図２に示されるように、羽根車１は、円板状のハブ１４と、ハブ１４から立設する複数の翼１５と、翼１５の前面を覆うシュラウド１６とを備える。翼１５は、ハブ１４の円周方向に沿って等間隔に配列される。シュラウド１６の前端は、円筒形状を有しており、このシュラウド１６の前端によって、羽根車１の液体入口１ａが形成される。
【００１９】
羽根車１とケーシング３との間には、ウェアリング５が設けられている。このウェアリング５は、羽根車１から吐出された液体の一部が羽根車１の吸込側に流入する漏れ流れを低減させるための非接触の環状シールとして機能する。
【００２０】
ウェアリング５は、羽根車１の液体入口１ａを囲む回転側リング５ａと、回転側リング５ａの外周面と僅かな隙間を開けて対向する内周面を有する固定側リング５ｂとを備えている。回転側リング５ａは、円筒形状を有し、羽根車１のシュラウド１６の吸込側端部に固定される。固定側リング５ｂは、円筒形状を有し、ケーシング３の壁面に固定される。回転側リング５ａの外周面および固定側リング５ｂの内周面は、平滑面から構成される。すなわち、回転側リング５ａの外周面と固定側リング５ｂの内周面には、溝やハニカムなどは形成されていない。
【００２１】
本実施形態の回転側リング５ａは、羽根車１とは別部材から構成されているが、回転側リング５ａを羽根車１と一体に形成してもよい。つまり、シュラウド１６の一部によって回転側リング５ａを構成してもよい。
【００２２】
図３は、図２に示すウェアリング５の拡大断面図である。図３では、説明の便宜上、回転側リング５ａと固定側リング５ｂの間のクリアランスが誇張して描かれている。回転側リング５ａと固定側リング５ｂとの間のクリアランスは、一般的な平滑面シールと同程度である。
【００２３】
回転側リング５ａの外周面および固定側リング５ｂの内周面は、撥水性材料から形成された平滑面である。図３に示される実施形態では、平滑面である回転側リング５ａの外周面は、撥水性材料からなる膜２０から構成されている。同様に、平滑面である固定側リング５ｂの内周面は、撥水性材料からなる膜２１から構成されている。
【００２４】
膜２０，２１は、回転側リング５ａおよび固定側リング５ｂに塗布された撥水性材料から構成される。撥水性材料を一回だけ回転側リング５ａと固定側リング５ｂに塗布して、一層の撥水性材料からなる膜２０，２１を形成してもよく、あるいは、撥水性材料の塗布と乾燥を複数回繰り返して、撥水性材料が積層された膜２０，２１を形成してもよい。他の実施形態として、膜２０，２１は、回転側リング５ａおよび固定側リング５ｂに貼り付けられた、撥水性材料からなる円筒状のシートであってもよい。さらに他の実施形態として、回転側リング５ａおよび固定側リング５ｂの全体を、撥水性材料から形成してもよい。
【００２５】
回転側リング５ａの外周面および固定側リング５ｂの内周面を構成する撥水性材料の主成分は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、フッ素樹脂、またはこれらの混合物である。特に、フッ素樹脂を主成分とする撥水性材料は、高い撥水性を示すと同時に化学的にも極めて安定であるため、フッ素樹脂を主成分とする撥水性材料が好ましく用いられる。
【００２６】
回転側リング５ａの外周面と固定側リング５ｂの内周面との間を流れる液体は、回転側リング５ａの外周面と固定側リング５ｂの内周面からはじかれる。すなわち、撥水性材料からなる膜２０，２１から斥力が液体に作用する。この斥力によって液体の進行が妨げられるので、ウェアリング５を通過する漏れ流れが低減され、その結果、ポンプ効率が向上する。尚、回転側リング５ａの外周面と固定側リング５ｂの内周面は、溝やハニカムがない平滑面から構成されるので、ラビリンスシールやハニカムシールと比較して、ウェアリング５の振動特性は良好である。
【００２７】
図４は、複数の羽根車１を有する多段ディフューザポンプの一部を示す概略断面図である。図４では、回転軸１１に固定された２つの羽根車１の上半分が示されている。図４に示されるように、多段ディフューザポンプは、回転軸１１に固定される複数の羽根車１と、各段の羽根車１を収容するケーシング３とを有する。各段の羽根車１を囲むようにディフューザ９が設けられる。回転軸１１は、図示しない駆動源（例えば、モータ）によって回転され、羽根車１はケーシング３内で回転軸１１と一体に回転する。羽根車１から吐出され、ディフューザ９を通過した液体を、次段の羽根車１に案内する戻り流路２５には、案内羽根１７が配置される。案内羽根１７は、戻り流路２５を流れる液体を次段の羽根車１の液体入口１ａに案内する。
【００２８】
図５は、図４のＡ−Ａ線に沿った断面斜視図である。図５では、ディフューザ９を明瞭に示すために、次段に配置された羽根車１の液体入口１ａを除いて、羽根車１および回転軸１１の図示を省略している。さらに、図５では、戻り流路２５に配置される案内羽根１７の図示も省略している。ディフューザ９は、複数のディフューザ羽根９ａを有し、隣接するディフューザ羽根９ａの間に、羽根車１から吐出された液体が通るディフューザ流路９ｂが形成される。ディフューザ流路９ｂの断面積は、その入口から出口に向かって増大するように形成されており、液体がディフューザ流路９ｂを通ることにより、液体の速度エネルギが圧力エネルギに変換される。ディフューザ流路９ｂを通った液体は、図５に示された矢印に沿って流れ、次段の羽根車１の液体入口１ａに案内される。
【００２９】
各段の羽根車１とケーシング３との間には、図３を参照して説明したウェアリング５が設けられている。本実施形態でも同様に、吐出側から吸込側への液体の漏れが少なくなるので、多段ディフューザポンプ全体のポンプ効率を向上させることができる。
【００３０】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１    羽根車
２    ポンプ吸込口
３    ケーシング
４    ポンプ吐出口
５    ウェアリング
５ａ  回転側リング
５ｂ  固定側リング
９    ディフューザ
９ａ  ディフューザ羽根
９ｂ  ディフューザ流路
１１    回転軸
１４    ハブ
１５    翼
１６    シュラウド
１７    案内羽根
２０    膜
２１    膜
２５    戻り流路
【図１】
2017020400.tif 000003
【図２】
2017020400.tif 000004
【図３】
2017020400.tif 000005
【図４】
2017020400.tif 000006
【図５】
2017020400.tif 000007
【図６】
2017020400.tif 000008