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公開番号2019143585
公報種別公開特許公報(A)
公開日20190829
出願番号2018030592
出願日20180223
発明の名称遠心ポンプ
出願人株式会社荏原製作所
代理人個人,個人全 4 件を表示,個人,個人
主分類F04D 7/04 20060101AFI20190802BHJP(液体用容積形機械;液体または圧縮性流体用ポンプ)
要約【課題】高揚程ポンプとしての揚液の高所或いは長距離移送機能を損うことなく、異物の噛み込みを抑制することができる遠心ポンプの提供。
【解決手段】所定軸回りに回転する羽根車10と、羽根車10を収容するポンプケーシング11と、を有する遠心ポンプ1であって、羽根車10の外周部103と、該外周部103と対向するポンプケーシング11の対向部15と、の間に、環状隙間AGが形成され、環状隙間AGは、羽根車10の軸方向における表面10a側から裏面10b側にかけて、羽根車10の径方向における隙間寸法が連続的に減少、増加、または、減少後増加している。
【選択図】図3
特許請求の範囲約 730 文字を表示【請求項1】
所定軸回りに回転する羽根車と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、を有する遠心ポンプであって、
前記羽根車の外周部と、該外周部と対向する前記ポンプケーシングの対向部と、の間に、環状隙間が形成され、
前記環状隙間は、前記羽根車の軸方向における表面側から裏面側にかけて、前記羽根車の径方向における隙間寸法が連続的に減少、増加、または、減少後増加している、ことを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項2】
前記羽根車の外周部及び前記ポンプケーシングの対向部の少なくともいずれか一方側に、前記環状隙間を形成する面取り部が形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の遠心ポンプ。
【請求項3】
前記面取り部は、前記羽根車の外周部の前記表面側及び前記裏面側の少なくともいずれか一方側に形成されている、ことを特徴とする請求項2に記載の遠心ポンプ。
【請求項4】
前記面取り部は、前記ポンプケーシングの対向部の前記表面側及び前記裏面側の少なくともいずれか一方側に形成されている、ことを特徴とする請求項2または3に記載の遠心ポンプ。
【請求項5】
前記面取り部は、前記羽根車の外周部の前記表面側及び前記裏面側のいずれか一方側と、前記ポンプケーシングの対向部の前記表面側及び前記裏面側のうち前記一方側と異なる他方側に形成されている、ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の遠心ポンプ。
【請求項6】
前記面取り部が形成された前記羽根車の外周部及び前記ポンプケーシングの対向部には、鈍角部が形成されている、ことを特徴とする請求項5に記載の遠心ポンプ。

発明の詳細な説明約 8,800 文字を表示【技術分野】
【0001】
本発明は、遠心ポンプに関するものである。
【背景技術】
【0002】
周知のように、遠心ポンプでは高揚程化等に伴い、ポンプケーシング内周面と羽根車外周との間に形成される環状隙間(側方クリアランス)が狭められた構造となっている。しかし、高揚程化等に対応させて側方クリアランスを狭くすれば、例えば汚水中では異物の噛み込みによる羽根車拘束(ロック)事故が問題となる。また、異物の噛み込みを生じさせないため側方クリアランスを大きくすれば、高揚程ポンプとしての揚液の高所或いは長距離移送機能が損われることになる。
【0003】
このため、下記特許文献1に記載された遠心ポンプでは、ポンプケーシングの内周面上方部と、前記羽根車のシュラウド外周面との対向面間に狭小な環状隙間を保有させ、ポンプケーシングの内周面上方部および羽根車のシュラウド外周面の双方またはいずれか一方に羽根車の回転方向に沿って巻き下がる螺子溝が刻設されている、という構成を採用している。このような螺子溝を刻設することで、環状隙間に下方向の流れを形成し、異物の噛み込みを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2005−240629号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、遠心ポンプの中では、部品加工精度等の影響で、ポンプケーシングの中心と羽根車の中心がずれ、環状隙間の隙間寸法が均等にならないものが存在する。そうすると、環状隙間のうち隙間寸法が広いところから異物が入り込み、入った異物が羽根車の回転に伴って環状隙間のうち隙間寸法が狭いところに移動し、クサビ状に噛み込んでしまう場合がある。この異物が、上記螺子溝が刻設されていない羽根車とポンプケーシングとの平行な部分で噛み込んでしまうと、異物が自然に外れることは無く、ポンプの分解が必要となる、という問題がある。
【0006】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高揚程ポンプとしての揚液の高所或いは長距離移送機能を損うことなく、異物の噛み込みを抑制することができる遠心ポンプの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(1)本発明の一態様に係る遠心ポンプは、所定軸回りに回転する羽根車と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、を有する遠心ポンプであって、前記羽根車の外周部と、該外周部と対向する前記ポンプケーシングの対向部と、の間に、環状隙間が形成され、前記環状隙間は、前記羽根車の軸方向における表面側から裏面側にかけて、前記羽根車の径方向における隙間寸法が連続的に減少、増加、または、減少後増加している。
【0008】
(2)上記(1)に記載された遠心ポンプであって、前記羽根車の外周部及び前記ポンプケーシングの対向部の少なくともいずれか一方側に、前記環状隙間を形成する面取り部が形成されていてもよい。
(3)上記(2)に記載された遠心ポンプであって、前記面取り部は、前記羽根車の外周部の前記表面側及び前記裏面側の少なくともいずれか一方側に形成されていてもよい。
(4)上記(2)または(3)に記載された遠心ポンプであって、前記面取り部は、前記ポンプケーシングの対向部の前記表面側及び前記裏面側の少なくともいずれか一方側に形成されていてもよい。
(5)上記(2)〜(4)に記載された遠心ポンプであって、前記面取り部は、前記羽根車の外周部の前記表面側及び前記裏面側のいずれか一方側と、前記ポンプケーシングの対向部の前記表面側及び前記裏面側のうち前記一方側と異なる他方側に形成されていてもよい。
(6)上記(5)に記載された遠心ポンプであって、前記面取り部が形成された前記羽根車の外周部及び前記ポンプケーシングの対向部には、鈍角部が形成されていてもよい。
【発明の効果】
【0009】
上記本発明の態様によれば、高揚程ポンプとしての揚液の高所或いは長距離移送機能を損うことなく、異物の噛み込みを抑制することができる遠心ポンプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
一実施形態に係る遠心ポンプの断面図である。
図1に示す矢視A−A図である。
一実施形態に係る遠心ポンプの要部拡大断面図である。
一実施形態に係る遠心ポンプによる作用を説明する説明図である。
一実施形態に係る遠心ポンプの要部構成の一変形例を示す図である。
一実施形態に係る遠心ポンプの要部構成の一変形例を示す図である。
一実施形態に係る遠心ポンプの要部構成の一変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の一実施形態に係る遠心ポンプを、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、遠心ポンプとして、例えば、汚水、廃水、または、河川水のように、夾雑物および汚物が混じった液体を移送するための水中ポンプを例示する。なお、本発明は、遠心ポンプ一般に広く適用可能であって、当該水中ポンプに限定されるものではない。
【0012】
図1は、一実施形態に係る遠心ポンプ1の断面図である。
図1に示す遠心ポンプ1は、ポンプ2と、ポンプ2の上部に取り付けられたモータ3と、ポンプ2とモータ3との間において上下に挿通される回転軸4と、を有する。
【0013】
以下、回転軸4の軸線ALが延びる方向を軸方向、軸線ALと直交する方向を径方向、軸線AL回りに周回する方向を周方向という。また、軸線ALに沿う回転軸4のポンプ2側を下側、回転軸4のモータ3側を上側として説明する。
【0014】
ポンプ2は、回転軸4に接続された羽根車10と、羽根車10を収容するポンプケーシング11と、を有する。羽根車10は、回転軸4の下端部に固定され、軸線ALを中心に回転する。ポンプケーシング11には、羽根車10を収容するポンプ室12と、ポンプ室12に連通する吸込口13及び吐出口14と、羽根車10と径方向で対向する対向部15と、が形成されている。
【0015】
吸込口13は、ポンプケーシング11の下部に軸線ALと同軸で形成されている。ポンプ室12は、吸込口13を中心にスクロール状に形成されている。吐出口14は、スクロール状のポンプ室12の外周部に連通するように形成されている。対向部15は、ポンプケーシング11の上部に軸線ALと同軸で、羽根車10の外径よりも僅かに大きく形成されている。
【0016】
羽根車10の外周部103は、ポンプケーシング11の対向部15と径方向において隙間をあけて対向している。外周部103は、羽根車10のシュラウド101の外径側周縁部によって形成されている。シュラウド101には、羽根車10の表面10a側(吸込口13側)に複数のブレード102が設けられている。
【0017】
ポンプケーシング11の上部には、中間ケーシング20が取り付けられている。中間ケーシング20は、羽根車10の裏面10b側に配置されると共に、回転軸4が挿通される挿通孔21が形成されている。挿通孔21の上側の開口周縁部には、シール保持部22が形成されている。シール保持部22は、メカニカルシール23を保持している。
【0018】
中間ケーシング20の上部には、下部軸受ブラケット40が取り付けられている。下部軸受ブラケット40には、回転軸4を軸支する下部軸受41が設けられている。また、下部軸受ブラケット40には、メカニカルシール23を保持するシール保持部42が形成されている。中間ケーシング20の側壁部には、不図示の注油栓が設けられており、メカニカルシール23が配置された空間Sに外部から潤滑油を供給できるようになっている。
【0019】
空間Sは、有底筒状の中間ケーシング20と有頂筒状の下部軸受ブラケット40との間に形成されている。メカニカルシール23は、ダブル型であり、ポンプケーシング11側からメカニカルシール23側への液体の浸入を阻止すると共に、メカニカルシール23側から後述するステータ50及びロータ51側への潤滑油の漏出を阻止する。
【0020】
下部軸受ブラケット40には、円筒状のモータフレーム30が外嵌している。モータフレーム30は、軸線ALと同軸に配置され、挿通孔21を介してポンプケーシング11の外部(上方)に延びた回転軸4を囲っている。モータフレーム30には、ステータ50(ステータコア50a)が内嵌されている。
【0021】
ステータ50は、モータフレーム30の内周面に固定(例えば焼き嵌め)されたステータコア50aと、ステータコア50aに巻回されたステータコイル50bと、を有する。一方、回転軸4には、ロータ51が取り付けられている。ロータ51は、磁石などを有し、ステータコア50aと径方向において隙間をあけて対向している。
【0022】
モータフレーム30の上端開口部は、上部軸受ブラケット60によって閉塞されている。上部軸受ブラケット60には、回転軸4を軸支する上部軸受61が設けられている。モータフレーム30の上部には、上部軸受ブラケット60を覆うように、モータカバー70が取り付けられている。モータカバー70には、水中ケーブル71が接続されており、内部には運転用コンデンサ72などが収容されている。
【0023】
モータカバー70の内部は、上部軸受ブラケット60に設けられた連通部62を介して、モータフレーム30の内部と連通している。モータフレーム30の内部に配置されたステータコイル50bから延びる図示しない口出線は、連通部62を介してモータカバー70の内部に引き出され、運転用コンデンサ72及び水中ケーブル71と電気的に接続されている。
【0024】
図2は、図1に示す矢視A−A図である。
図2に示すように、羽根車10の外周部103と、該外周部103と対向するポンプケーシング11の対向部15と、の間には、環状隙間AGが形成されている。この環状隙間AGを狭く形成することで、高揚程ポンプとしての揚液の高所或いは長距離移送機能を得ることができる。しかしながら、環状隙間AGを狭く形成すると、異物(細かい砂等)が噛み込み易くなる。
【0025】
また、部品精度の影響で、羽根車10の中心とポンプケーシング11の中心がずれ、羽根車10とポンプケーシング11との隙間寸法L1,L2が均等にならないものが発生する場合がある。例えば、羽根車10の中心が、軸線ALから図2において紙面右側にずれると、隙間寸法L1よりも隙間寸法L2の方が小さくなる。
【0026】
このような状態の場合、隙間寸法L2の部分では、環状隙間AGがクサビ状に狭くなるために、異物が噛み込み易くなる。また、反対側の隙間寸法L1の部分では、隙間寸法L2よりも広いために、異物が入り込み易く、入った異物が羽根車10の回転に伴って隙間寸法L2の方に移動し、噛み込んでしまう虞がある。
このような異物の噛み込みを抑制するため、遠心ポンプ1は、図3に示す構造を備えている。
【0027】
図3は、一実施形態に係る遠心ポンプ1の要部拡大断面図である。
図3に示すように、羽根車10の外周部103には、面取り部104が形成されている。面取り部104は、所謂C面取り加工によって形成された傾斜面であってもよく、羽根車10の外周部103の裏面10b側に形成されている。面取り部104の傾斜角は、羽根車10の裏面10bに対して略−45度であり、外周部103には、略135度の鈍角部θ1が形成されている。
【0028】
一方、ポンプケーシング11の対向部15にも、面取り部151が形成されている。面取り部151も、所謂C面取り加工によって形成された傾斜面であってもよく、羽根車10の外周部103の表面10a側に形成されている。面取り部151の傾斜角は、面取り部104と同様に羽根車10の裏面10bに対して略−45度であり、対向部15には、略135度の鈍角部θ2が形成されている。なお、面取り部104,151と鈍角部θ1,θ2は、それぞれ同じ角度でなくてもよい。
【0029】
羽根車10に形成された面取り部104は、外周部103の軸方向における上半分の領域(裏面10b側)に形成されている(なお、図3において符号Bで示す水平線は、外周部103の軸方向中間位置を通っている)。一方、ポンプケーシング11に形成された面取り部151は、対向部15の面取り部104の下端(水平線B)位置から下側の領域(表面10a側)に形成されている。
【0030】
これら面取り部104,151によって形成される環状隙間AGは、羽根車10の軸方向における表面10a側から裏面10b側にかけて、羽根車10の径方向における隙間寸法が連続的に変化している。具体的には、環状隙間AGの隙間寸法は、羽根車10の軸方向における表面10a側から裏面10b側にかけて、L2−1→L2−2→L2−3のように連続的に減少後増加に転じている。
【0031】
隙間寸法L2−1は、面取り部151の下端位置における隙間寸法である。また、隙間寸法L2−2は、面取り部151の上端位置(面取り部104の下端位置)における隙間寸法である。そして、隙間寸法L2−3は、面取り部104の上端位置における隙間寸法である。環状隙間AGの隙間寸法は、表面10a側から裏面10b側にかけて、L2−1からL2−2に徐々に小さくなり、L2−2からL2−3に徐々に大きくなっている。
【0032】
続いて、上記構成の遠心ポンプ1による作用について、図4を参照して説明する。
図4は、一実施形態に係る遠心ポンプ1による作用を説明する説明図である。図4(a)は、上述した面取り部104,151を備える遠心ポンプ1の要部拡大断面を示し、図4(b)は、比較例として面取り部104,151を備えない遠心ポンプ1´の要部拡大断面を示す。
【0033】
図4(b)に示すように、上述した面取り部104,151を備えない遠心ポンプ1´では、羽根車10の外周部103と、該外周部103と対向するポンプケーシング11の対向部15と、の間に、羽根車10の軸方向における表面10a側から裏面10b側にかけて、隙間寸法L2の平行な環状隙間AGが形成される。このような環状隙間AGでは、上述したようにクサビ状に異物Xが噛み込んだ場合、異物Xが自然に外れることはなく、遠心ポンプ1の分解が必要になる。
【0034】
一方で、図4(a)に示すように、面取り部104,151を備える遠心ポンプ1では、羽根車10の外周部103と、該外周部103と対向するポンプケーシング11の対向部15と、の間に、羽根車10の軸方向における表面10a側から裏面10b側にかけて、羽根車10の径方向における隙間寸法が連続的に変化した環状隙間AGが形成される。このような環状隙間AGでは、図4(b)に示すような平行な部分が無くなるため、異物Xが噛み込み難くなる。また、このような環状隙間AGは、羽根車10の表面10a側及び裏面10b側に向かって徐々に広がっているので、表面10a側または裏面10b側に異物Xを吐き出し易くなる。
【0035】
また、面取り部104は、羽根車10の外周部103の裏面10b側に形成されているため、羽根車10の裏面10b側に入ってきた異物Xの噛み込みを抑制できる。また、面取り部104が形成された羽根車10の外周部103には、鈍角部θ1が形成されるため、例えば、羽根車10の裏面10bから表面10aにかけて面取り部104を形成し、外周部103に鋭角部が形成される場合よりも強度が上がり、羽根車10の外周部103における角落ちや削れ等を抑制できるため、環状隙間AGを狭めることができ、高揚程ポンプとしての揚液の高所或いは長距離移送機能を損うことはなくなる。
【0036】
また、面取り部151は、ポンプケーシング11の対向部15の表面10a側に形成されているため、羽根車10の表面10a側(吸込口13側)における異物Xの噛み込みを抑制できる。また、面取り部151が形成されたポンプケーシング11の対向部15には、鈍角部θ2が形成されるため、同様に、対向部15における角落ちや削れ等を抑制できる。
【0037】
このように、上述の本実施形態によれば、所定軸回りに回転する羽根車10と、羽根車10を収容するポンプケーシング11と、を有する遠心ポンプ1であって、羽根車10の外周部103と、該外周部103と対向するポンプケーシング11の対向部15と、の間に、環状隙間AGが形成され、環状隙間AGは、羽根車10の軸方向における表面10a側から裏面10b側にかけて、羽根車10の径方向における隙間寸法が連続的に減少後増加している、という構成を採用することによって、高揚程ポンプとしての揚液の高所或いは長距離移送機能を損うことなく、異物Xの噛み込みを抑制することができる。
【0038】
以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。
【0039】
例えば、本発明は、環状隙間AGに平行な部分がなくなればよいため、図5〜図7に示すような変形例を採用し得る。なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【0040】
例えば、図5に示す遠心ポンプ1Aのように、所謂R面取り加工によって形成された曲面状の面取り部104A,151Aを備えてもよい。なお、この場合にも、外周部103及び対向部15に、上述した鈍角部θ1,θ2が形成されているとみなすことができる。すなわち、面取り部104Aを形成すると、面取り部104の曲面は、図5に示す断面視において、裏面10bと外周部103とに交わる。裏面10bとの交点を交点P1、外周部103との交点を交点P2とし、交点P1と交点P2とを直線で結ぶと、当該直線と外周部103とが鈍角(θ1)で交わる。この鈍角で交わる部分は、上述した鈍角部θ1相当の作用効果を奏するため、鈍角部θ1とみなすことができる。すなわち、R面取り加工であっても、C面取り加工に見たてて、C面取り加工と同様の鈍角部θ1が形成されているとみなすことができ、これにより鈍角部θ1と同様の作用効果を得ることができる。なお、対向部15側でも同様に交点P3,P4を定義することで鈍角部θ2が形成されているとみなすことができる。
【0041】
また、例えば、図6(a)に示す遠心ポンプ1Bのように、羽根車10の外周部103のみに、面取り部104B1,104B2を備えてもよい。なお、面取り部104B1,104B2は、図5と同様に、R面取り加工によって曲面状に形成されていてもよい。
【0042】
また、例えば、図6(b)に示す遠心ポンプ1Cのように、ポンプケーシング11の対向部15のみに、面取り部151C1,151C2を備えてもよい。なお、面取り部151C1,151C2も、図5と同様に、R面取り加工によって曲面状に形成されていてもよい。
【0043】
また、例えば、図7に示す遠心ポンプ1Dのように、羽根車10の外周部103のみに、面取り部104Dを備えてもよい。なお、面取り部104Dも、図5と同様に、R面取り加工によって曲面状に形成されていてもよい。この場合、環状隙間AGの隙間寸法は、羽根車10の表面10a側から裏面10b側にかけて連続的に減少する。
また、面取り部104Dを裏面10b側に形成(逆傾斜に)して、環状隙間AGの隙間寸法を、羽根車10の表面10a側から裏面10b側にかけて連続的に増加させてもよい。
【符号の説明】
【0044】
1…遠心ポンプ、10…羽根車、10a…表面、10b…裏面、11…ポンプケーシング、15…対向部、103…外周部、104…面取り部、151…面取り部、AG…環状隙間、AL…軸線、B…水平線、L1…隙間寸法、L2…隙間寸法、L2−1…隙間寸法、L2−2…隙間寸法、L2−3…隙間寸法、X…異物、θ1…鈍角部、θ2…鈍角部

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