(57)【要約】      （修正有）【課題】ポンプ性能への影響が大きい液体の漏洩を低減したポンプを提供する。【解決手段】ポンプは、ポンプ内を流れる液体の流路を形成するケーシング３１と、ケーシング３１内に収容されると共に主軸１１を中心に回転する羽根車２１ａと、羽根車２１ａの低圧側と、羽根車２１ａの高圧側との間に設けられ、高圧側から低圧側へ漏洩する流体を低減させるためのシール４１とを備え、ケーシング３１には連通管３２が形成されており、連通管３２は羽根車２１ａの吐出口２５と対向する位置とシール４１の高圧側の近傍とを連通している。この構成により、羽根車２１ａから吐出される液体をシールの高圧側の近傍に導くことにより、シール４１を高圧側から低圧側へと通過しようとする流体の勢いを弱め、シール４１を通過する流体を低減できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ内を流れる液体の流路を形成するケーシングと、
前記ケーシング内に収容されると共に主軸を中心に回転する羽根車と、
前記羽根車の低圧側と、前記羽根車の高圧側との間に設けられ、前記高圧側から前記低圧側へ漏洩する流体を低減させるためのシールと、を備え、
前記ケーシングには連通管が形成されており、前記連通管は前記羽根車の吐出口と対向する位置と前記シールの前記高圧側の近傍とを連通しているポンプ。
【請求項２】
前記連通管は、前記シールの前記高圧側の近傍の径の方が前記羽根車の吐出口と対向する側の端部の径よりも小さい請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記主軸の周りに複数の連通管が形成されている請求項１または２に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車とケーシングとを備えた回転機械（以下、「ポンプ」という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を移送するポンプは、発電、化学プロセス、下水道、上水道、など各種のプラントや設備に幅広く使用されている。ポンプは、ケーシング内部に羽根車を装着した回転軸が、軸受により回転自由に支持されている。そして、吸込口から吸込まれた液体を、羽根車の回転により昇圧し、吐出口から吐出させる。ポンプ内部の流路において、固定部（ケーシング）と回転部（回転軸または羽根車）との僅かな隙間は非接触でシールされ、昇圧された液体の低圧側への漏洩が少なくなるようにしている。これは、高圧側から低圧側への流体の漏洩が、ポンプ効率を低下させる大きな要因となるからである。
【０００３】
図１に示す典型的な多段遠心ポンプ（ＪＩＳハンドブック  ポンプ  第１版  第７４頁から引用）を例にとると、非接触環状シールは、羽根車入口部や次の羽根車との間、最終羽根車出口と低圧側（ポンプ入口圧力）との間などに用いられることが多い（図中の円で囲まれた部位）。特に羽根車出口と低圧側の間は高圧側と低圧側の差圧が大きく、液体の漏洩が大きくなり、ポンプ性能に与える影響が大きい。このため、これまでに、漏洩量を減らすことのできる様々な構造の非接触環状シールが考案されてきた。最も基本的な非接触環状シールとしては、平滑シール（シール内の固定部と回転部による流路が平行で平滑である二重円筒からなるシール）であるが、これに比べて、漏洩量が少なくなるシール構造として、平行溝シール、ダンパーシール、ネジ溝シール等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１９０２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ポンプ性能への影響が大きい液体の漏洩を低減した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】
【０００６】
本発明のポンプは、ポンプ内を流れる液体の流路を形成するケーシングと、前記ケーシング内に収容されると共に主軸を中心に回転する羽根車と、前記羽根車の低圧側と、前記羽根車の高圧側との間に設けられ、前記高圧側から前記低圧側へ漏洩する流体を低減させるためのシールと、を備え、前記ケーシングには連通管が形成されており、前記連通管は前記羽根車の吐出口と対向する位置と前記シールの前記高圧側の近傍とを連通している。この構成により、羽根車から吐出される液体をシールの高圧側の近傍に導くことにより、シールを高圧側から低圧側へと通過しようとする流体の勢いを弱め、シールを通過して漏洩する液体の量を低減できる。
【０００７】
本発明のポンプにおいて、前記連通管は、前記シールの前記高圧側の近傍の径の方が前記羽根車の吐出口と対向する側の端部の径よりも小さくてもよい。この構成により、連通管を流れる流体は、出口において流体の流速が高くなるので、より強い力で、高圧側から低圧側へと通過しようとする流体に対抗し、シールを通過して漏洩する液体の量を低減できる。
【０００８】
本発明のポンプにおいて、前記主軸の周りに複数の連通管が形成されていてもよい。この構成により、シールを通過する流体の量をいっそう低減できる。ただし、本来は、吐出された流体は、次段の羽根車の吸込口に供給されるかポンプから吐出されるのであり、連通管を設けて、吐出した流体をシールの高圧側近傍へと導くことは、ポンプの効率の低下につながる。従って、流体の漏洩の問題とポンプの効率とのトレードオフを勘案して、連通管の数を決定することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、羽根車から吐出される液体をシールの高圧側の近傍に導くことにより、シールを高圧側から低圧側へと通過しようとする流体の勢いを弱め、シールを通過して漏洩する液体の量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態のポンプの構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の１段目羽根車の拡大図を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の非接触環状シールの部分を拡大して示す拡大図である。
【図４】第２の実施の形態の１段目羽根車の拡大図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係るポンプについて、図面を参照して説明する。以下では、多段遠心ポンプを例として説明するが、本発明のポンプは、多段遠心ポンプに限られず、斜流ポンプ、軸流ポンプ等であってもよい。また、段数についても、多段に限られず、単段ポンプであってもよい。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態に係る高圧ポンプを示す断面図である。この高圧ポンプは、電動機に連結されて回転する主軸１１と、主軸１１に嵌合されてこの主軸１１と共に回転する羽根車２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、羽根車２１ａ、２１ｂ、２１ｃを収容するケーシング３１と、ケーシング３１に取り付けられて、主軸１１を回転自在に支持する軸受４１ａ、４１ｂとを備えている。この高圧ポンプを回転駆動するための電動機（図示略）は、主軸１１の左端に嵌合されたカップリング１３を介して連結される。
【００１３】
主軸１１に締結された１段目羽根車２１ａは、主軸１１の回転に伴って回転し、吸込み口３３から流体をポンプ内へと導く。１段目羽根車２１ａにより昇圧された流体は、第１流路３５ａを通り、２段目羽根車２１ｂへと導かれる。２段目羽根車２１ｂによって昇圧された流体は、第２流路３５ｂを通過し３段目羽根車２１ｃへと導かれる。流体は３段目の羽根車２１ｃで更に昇圧されて、吐出し口３７より吐出され、図示していない配管によって移送される。流体は、１段目羽根車２１ａ、２段目羽根車２１ｂそして３段目羽根車２１ｃによって昇圧される。
【００１４】
各羽根車２１ａ、２１ｂ、２１ｃの吸込側と吐出側には、必ず低圧側と高圧側が生じる。高圧側と低圧側が生じると、僅かな隙間を通して、高圧側から低圧側へ一部の流体は漏洩しようとする。つまり、ケーシングと羽根車との隙間を通って、高圧側から低圧側への液体の流れが生じる。液体の漏洩量が多ければポンプ効率は低下するので、流体の漏洩を防止することが望ましい。ポンプには、流体の漏洩を抑制するために、円で囲んだ部位に、非接触環状シールが設けられている。
【００１５】
図２は、図１に開示した羽根車２１ａ、２１ｂ、２１ｃの内の、１段目羽根車２１ａの拡大図を示す。ポンプにおける流体の漏洩箇所は主に、羽根車吸込口２３の外周面とケーシング３１との対向部位Ｘと、羽根車２１ａの背面の外周面とケーシング３１との対向部位Ｙである。これら各対向部位Ｘ，Ｙに形成される隙間に、本実施形態に係る非接触環状シール４１、４３が設置される。
【００１６】
図２を用いて流体の漏洩のメカニズムを説明する。主軸１１に嵌合された羽根車２１ａは、主軸１１が回転すると同時に回転して、羽根車吸込口２３から流体を吸い込む。吸い込まれた流体は、回転する羽根によってエネルギーを与えられ、流路内で高圧となり吐出される。吐出された高圧の流体は、多段ポンプであればケーシング３１の流路を流れ、次の２段目羽根車２１ｂに移送される。単段ポンプ（図示略）の場合であれば、ケーシングの流路を通り吐出配管へと導かれる。勿論、多段ポンプであっても最終段の羽根車であれば、ケーシング３１の流路から吐出し配管へと導かれる。しかし、高圧側の吐出口２５から流れ出る流体のごく一部は、羽根車２１ａとケーシング３１との間の僅かな間隙から、低圧側に流れ出る。流れ出た流体は漏洩流体であり、当然ながらポンプの効率を低下させる。
【００１７】
ポンプの効率を低下させないために、本実施の形態のポンプは、図２に示すように、回転部としての羽根車２１ａと固定部としてのケーシング３１の間隙に、非接触環状シール４１、４３を設けて隙間を狭くし、漏洩流量を少なくする工夫をしている。
【００１８】
図３は、非接触環状シールの部分を拡大して示す拡大図である。非接触環状シール４１は、羽根車２１ａ側にネジ溝シール４１ａを有し、ケーシング３１側にダンパーシール４１ｂを有している。ネジ溝シール４１ａは、羽根車２１ａが回転すると、ポンピング効果により流体を高圧側へ押し返し、軸封特性に優れている。ダンパーシール４１ｂは、ネジ溝シール４１ａでは低減できない振動を振動減衰効果によって低減させることができ、振動特性に優れている。なお、ダンパーシール４１ｂとしては、内周面に多数の六角形穴が形成されたハニカムパターンシールを用いてもよいし、内周面に多数の円形穴が形成されたホールパターンシールを用いてもよい。このように、ネジ溝シール４１ａとダンパーシール４１ｂとを組み合わせることにより、軸封特性を良くして揚水性能を高めると共に振動特性を良くして安定的な運転が可能になる。
【００１９】
また、図２に示すように、本実施の形態のポンプは、ケーシング３１に、高圧部側から低圧部側に連通する連通管３２が形成されている。連通管３２の高圧部側の端部は、羽根車の吐出口と対向する内壁面にあり、羽根車から吐出された流体が連通管３２に流れ込む。つまり、高圧部側の端部が流体の入口である。連通管３２の低圧部側の端部付近は、非接触環状シール４１、４３の隙間と同方向に延びている。
【００２０】
この構成により、シール４１、４３の近傍で、連通管３２の出口から流体が噴出するので、ケーシング３１と羽根車２１ａとの間を通って、高圧側から低圧側へ流れる液体の流れＦに対抗する。これにより、高圧側から低圧側への流体の流れＦが弱まり、非接触環状シール４１の隙間を通って漏洩する液体の量をさらに減らすことができる。図２においては、一つの断面図において連通管３２を示しているが、複数の連通管３２を形成することが好ましく、例えば、連通管３２を主軸１１の周りに等間隔の位置に形成してもよい。
【００２１】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態のポンプについて説明する。第２の実施の形態のポンプの基本的な構成は、第１の実施の形態のポンプと同じであるが、連通管３２の形状が異なる。図４は、第２の実施の形態のポンプにおいて１段目羽根車２１ａの構成を示す図である。第２の実施の形態のポンプでは、連通管３２は、出口に向かうにしたがって流路が徐々に狭くなっている。これにより、連通管３２の低圧側の端部から出る流体は勢いが増すので、ケーシング３１と羽根車２１ａとの間を通って、高圧側から低圧側へと流れる流体Ｆを押し返す力が強くなる。したがって、非接触環状シール４１、４３の隙間を通って漏洩する液体の量をさらに減らすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、羽根車等とケーシングとを備えたポンプとして有用である。
【符号の説明】
【００２３】
１１  主軸
１３  カップリング
２１ａ  １段目羽根車
２１ｂ  ２段目羽根車
２１ｃ  ３段目羽根車
２３  羽根車吸込口
３１  ケーシング
３２  連通管
３３  吸込み口
３５ａ、３５ｂ  流路
３７  吐出し口
４１、４３  非接触環状シール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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