JP7688568B2

JP7688568B2 - ポンプ

Info

Publication number: JP7688568B2
Application number: JP2021212180A
Authority: JP
Inventors: 実作田; 靖志橋本; 真野口; 弘樹細見
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2025-06-04
Anticipated expiration: 2041-12-27
Also published as: WO2023127891A1; CN118451257A; JP2023096419A; DE112022005671T5

Description

本発明は、第１板と第２板との間に複数の羽根を有するクローズ型の羽根車と、該羽根車が回転可能に結合される回転軸と、前記羽根車及び前記回転軸を収容するケーシングとを備えるポンプに関する。

ポンプ等のケーシングに対するクローズ型羽根車の摺動部の流体の漏れ量を低減することは従来からの課題であり、これまで様々な形態が検討されている。

一般的には、例えば以下の特許文献１や非特許文献１に示されるように、軸方向の環状部に摺動隙間を設けることが一般的である。漏れ量を抑制するためには、摺動部の入口－出口間の圧力差によって生じる圧力損失を大きくする必要があり、環状に形成される摺動隙間を軸方向に長くしたり、ラビリンス構造を採用している。

実開昭５６－１５６９９９号公報

日本産業規格ＪＩＳＢ８３２７：２０１３（図Ｃ．１環状隙間形状例）

特許文献１や非特許文献１などに示される従来のポンプの摺動部では、ラビリンス形状を採用しているため形状が複雑なものとなる。

また、渦巻ポンプでは、その径方向に不均一な荷重がかかりやすく、荷重が大きくなると、羽根車が摺動隙間以上に触れ回り易くなる。摺動隙間を狭くすると漏れ量を抑制することができるが、相反して、摺動部が接触して振動を生じたり、軸動力が上昇することがあり、特にラビリンス形状を採用した場合に、そのような傾向が強くなることがある。

また、ラビリンス形状のように漏れ流路の経路が複雑なものになると、送り出す流体の性質、例えば、流体に異物が混入している場合など、異物の噛み込みが生じて、摺動部における摩耗や腐食が生じ易くなり、摺動隙間が大きくなって漏れ量が増加することがある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ポンプの摺動部の形状を複雑化せずとも漏れ量を低減することができるポンプを提供することにある。

本発明に係るポンプの特徴は、第１板と第２板との間に複数の羽根を有するクローズ型の羽根車と、該羽根車が回転可能に結合される回転軸と、前記羽根車及び前記回転軸を収容するケーシングとを備え、液体を送出可能なポンプにおいて、
前記羽根車は、その本体部分の外径よりも大きな径を有するシール部分を、該本体部分の一端に備え、前記シール部分のシール面と前記ケーシングとの間の摺動隙間が、前記回転軸の径方向に延びており縦断面において一端から他端まで一直線的な形状となる点にある。

本構成によれば、羽根車は、その本体部分の外径よりも大きな径を有するシール部分を該本体部分の一端に備え、シール部分のシール面とケーシングとの間の摺動隙間が回転軸の径方向に延びる。このため、漏れ流れ方向が遠心力に抗した方向と相まって、摺動隙間を十分に確保しつつも、流体の漏れ流れを効果的に防止することができる。

さらに、摺動隙間は径方向に延びる直線的な形状となるため、ラビリンス形状を採用する従来の構成と比べて形状が単純で複雑化しない。また、漏れ流れ方向が遠心力に抗した方向となり、漏れ量の抑制効果が高まるため、十分な摺動隙間を設けることが可能であり、たとえ羽根車の触れ回りが生じても、羽根車の接触による振動や軸動力の上昇を回避することができる。

また、摺動隙間の形状が単純であるため、送り出す流体の性質が例えば異物を含むスラリー性のものであったとしても、異物の噛み込みが生じ難くなる。その結果、摺動部における摩耗や腐食が生じ難くなるため、摺動隙間が大きくなって漏れ量が増加する虞もない。万一摩耗しても回転軸をずらすことによって、摺動隙間を適切に設定し直すこともできる。

本発明に係るポンプにおいては、前記シール面が、前記回転軸の軸心と直交する方向に沿うと好適である。

本構成によれば、シール部分が、回転軸の軸心と直交する方向に沿うシール面を備えるため、例えば、回転軸の軸心と直交する方向に羽根車が多少ぶれて回転するような場合が生じたとしても、従来のラビリンス形状の摺動隙間とは異なり、漏れ量の抑制効果を維持したまま摺動隙間を広くすることができるため、径方向における羽根車の触れ回りに対して接触する虞をより確実に低減することができる。

本発明に係るポンプにおいては、前記シール部分における、前記本体部分の径方向外方にはみ出している拡張部分が凹凸面を備えると好適である。

本構成によれば、シール部分の拡張部分が凹凸面であることによって、シール部分の凹凸面に沿う流体の流れを生じ難くなる。その結果、流体の循環流が生じ難くなり、流体の送出効率を高めることができる。

本発明に係るポンプにおいては、前記シール部分における、前記本体部分の径方向外方にはみ出している拡張部分が、前記羽根車の本体部分の外側面に沿って延びる部分を有すると好適である。

本構成によれば、シール部分の拡張部分が、羽根車の本体部分の外側面に沿って延びる部分を有するため、流体の循環流が生じ難くなり、流体の送出効率を高めることができる。

本発明に係るポンプにおいては、前記シール面が凹凸面を備えると好適である。

本構成によれば、シール部分のシール面が凹凸面を備えることにより流体が摺動隙間（漏れ流路）を通過し難くなるため、流体の漏れ流れをより確実に防ぐことができる。

本発明に係るポンプにおいては、前記シール部分が、前記羽根車の本体部分とは別体で構成されていると好適である。

本構成によれば、シール部分が、羽根車の本体部分とは別体で構成されているため、シール部分を交換するなどのメンテナンス作業を実施し易くなる。さらに、厚みの異なる複数のシール部分を用意しておくことで、摺動隙間の大きさも調整し易くなる。

本発明を適用した渦巻ポンプの一部断面図である。図１の要部拡大図である。その他の実施形態に係る渦巻ポンプの一部断面図である。その他の実施形態に係る渦巻ポンプの一部断面図である。その他の実施形態に係る渦巻ポンプの一部断面図である。

本発明に係るポンプの実施形態について、図面を参照しながら説明をする。

尚、本実施形態においては、本発明に係るポンプを渦巻ポンプに採用した場合について説明されているが、本発明に係るポンプは当該渦巻ポンプに限らず、他のポンプ構造に対して採用することもできる。

図１に示すように、本実施形態における渦巻ポンプ１は、クローズ型の羽根車２と、該羽根車２が回転可能に結合される上下方向に沿う回転軸３と、羽根車２及び回転軸３を収容するケーシング４とを備える。

回転軸３は、ケーシング４に対して回転自在に軸支されており、この回転軸３に対して羽根車２が一体にキー結合されている。

回転軸３には、図示しない電動モータなどの原動機が係合されており、この原動機の駆動力により羽根車２が回転するように構成されている。本実施形態のポンプでは、回転軸３が上下方向に沿って設けられているため、羽根車２は回転軸３を横切る水平面に沿って回転する。尚、本実施形態における回転軸３は、上下方向に沿って設けられているが、この構成に限定されるものではなく、回転軸３が横方向に沿って設けられているような構成としても良い。

本実施形態の羽根車２は、本体部分と、円環状のシール部分５とを備えて構成される。

本体部分は、軸方向での上側に位置する円盤状の上側板２０（第１板の一例）と、軸方向での下側に位置する円盤状の下側板２１（第２板の一例）と、上側板２０と下側板２１との間に相互を繋ぐように設けられた複数の羽根２２とを有する。図示しないが、複数の羽根２２は、中央から径方向に向けて放射状に広がるようにそれぞれ形成される。

本体部分の下面２５の側には、円筒状内面を有する吸込口２３が形成されており、本体部分の軸方向の上方には吐出口２４が設けられている。吸込口２３と吐出口２４との間に、流体が移流する流路が形成されている。

シール部分５は、羽根車２の径方向において、羽根車２の本体部分の下面２５よりも大きな外径を有しており、本体部分の横外方（径方向外方）にはみ出している部分を拡張部分５０と称する。

図２に示すように、本実施形態におけるシール部分５は、羽根車２の本体部分とは別体で構成されており、ボルト等によって本体部分の下面２５に固定されている。尚、この構成に限らず、シール部分５については、羽根車２の本体部分と一体に構成されていても良い。いずれにしても、シール部分５は、羽根車２の本体部分の下端に設けられている構成となる。

羽根車２のシール部分５が、ケーシング４に対する羽根車２の摺動部を構成するものであり、シール部分５の底面がシール面５１となる。

即ち、羽根車２は、その本体部分の外径よりも大きな径を有するシール部分５を、該本体部分の下端に備え、シール部分５のシール面５１とケーシング４との間の摺動隙間Ｓ１が、回転軸３の径方向に延びている。

尚、本実施形態においては、シール面５１は、回転軸３の軸心と直交する方向に沿って設けられているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。

ケーシング４には、シール部分５と同程度の外径を有する円環状のライナー部材４０が設けられている。ライナー部材４０は、シール部分５の下側に対向配置されており、シール部分５とライナー部材４０との間に摺動隙間Ｓ１が設けられている。

ケーシング４と、羽根車２の下側板２１との間には、円環状の空間Ｓ２が形成されている。

回転軸３の駆動により羽根車２が回転することによって、図２の矢印に示されるように、送り出す流体が吸込口２３から吸い込まれて吐出口２４から吐出される。

このとき、羽根車２の回転エネルギーが、内部を流れる流体に対して遠心力として付与され、羽根車２の回転エネルギーが圧力エネルギーと運動エネルギーに変換されるため、吐出口２４側の流体の圧力は、相対的に吸込口２３側の流体の圧力より高い圧力となる。

そのため、吐出口２４から吐出された流体の一部が、円環状の空間Ｓ２を通って摺動隙間Ｓ１に向かい、当該摺動隙間Ｓ１（漏れ流路）を介して吸込口２３のある流路に漏れ出るということが発生し得る。

しかしながら、本実施形態のポンプでは、羽根車２のシール部分５によって、径方向に延びるシール面５１が形成されているため、漏れ流路が長くなり、これにより流体の漏れ流れを防止することができる。

さらに、摺動隙間Ｓ１は径方向に延びる直線的な形状となるため、ラビリンス形状を採用する従来の構成と比べて形状が単純で複雑化しない。そのため、摺動隙間Ｓ１における羽根車２の触れ回りが生じ難くなり、羽根車２の接触による振動や軸動力の上昇も抑えられる。

また、摺動隙間Ｓ１の形状が単純であるため、送り出す流体の性質が例えば異物を含むスラリー性のものであったとしても、異物の噛み込みが生じ難くなる。その結果、摺動部における摩耗や腐食が生じ難くなるため、摺動隙間Ｓ１が大きくなって漏れ量が増加する虞もない。

〔その他の実施形態〕
ポンプの大きさや構造により、ケーシング４の内部の羽根車２の近傍に十分な空間を確保できない場合、シール部分５の拡張部分５０と漏れ流れる流体との接触によって循環流や撹拌が生じて、その結果、ポンプの軸動力が上昇することがある。この場合、例えば以下のように、軸動力の上昇を抑制するような構造をシール部分に追加するようにしても良い。

（１）図３に示すように、円環状の空間Ｓ２におけるシール部分５に沿う流体の流れを生じ難くするために、シール部分５の拡張部分５０が凹凸面を備える構成としても良い。

（２）図４に示すように、円環状の空間Ｓ２における流体の循環流の発生を抑えるために、シール部分５の拡張部分５０が、羽根車２の下側板２１（本体部分の外側面）に沿って延びる部分を有するように構成しても良い。

（３）図示しないが、シール部分５の拡張部分５０が、円環状の空間Ｓ２において上向流を生じさせるように構成されていても良い。本構成によれば、シール部分５の拡張部分５０が上向流を生じさせるように構成されているため、シール部分５の上方における流体の循環流が生じ難くなり、流体の送出効率を高めることができる。

また、図５に示すように、流体が漏れ流路を通過し難くなるように、シール部分５のシール面５１が凹凸面を備える構成であっても良い。

尚、上述のように図面を参照しつつ本発明を説明したが、本発明は当該図面の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができることは言うまでもない。

本発明に係るポンプは、例えば渦巻ポンプなどに好適に利用することができる。

１渦巻ポンプ
２羽根車
２０上側板（第１板）
２１下側板（第２板）
２２羽根
２３吸込口
２４吐出口
２５下面
３回転軸
４ケーシング
４０ライナー部材
５シール部分
５０拡張部分
５１シール面
Ｓ１摺動隙間
Ｓ２円環状の空間

Claims

第１板と第２板との間に複数の羽根を有するクローズ型の羽根車と、該羽根車が回転可能に結合される回転軸と、前記羽根車及び前記回転軸を収容するケーシングとを備え、液体を送出可能なポンプにおいて、
前記羽根車は、その本体部分の外径よりも大きな径を有するシール部分を、該本体部分の一端に備え、前記シール部分のシール面と前記ケーシングとの間の摺動隙間が、前記回転軸の径方向に延びており縦断面において一端から他端まで一直線的な形状となるポンプ。
前記シール面が、前記回転軸の軸心と直交する方向に沿う請求項１に記載のポンプ。
第１板と第２板との間に複数の羽根を有するクローズ型の羽根車と、該羽根車が回転可能に結合される回転軸と、前記羽根車及び前記回転軸を収容するケーシングとを備えるポンプにおいて、
前記羽根車は、その本体部分の外径よりも大きな径を有するシール部分を、該本体部分の一端に備え、前記シール部分のシール面と前記ケーシングとの間の摺動隙間が、前記回転軸の径方向に延びており、
前記シール部分における、前記本体部分の径方向外方にはみ出している拡張部分が凹凸面を備えるポンプ。
第１板と第２板との間に複数の羽根を有するクローズ型の羽根車と、該羽根車が回転可能に結合される回転軸と、前記羽根車及び前記回転軸を収容するケーシングとを備えるポンプにおいて、
前記羽根車は、その本体部分の外径よりも大きな径を有するシール部分を、該本体部分の一端に備え、前記シール部分のシール面と前記ケーシングとの間の摺動隙間が、前記回転軸の径方向に延びており、
前記シール部分における、前記本体部分の径方向外方にはみ出している拡張部分が、前記羽根車の本体部分の外側面に沿って延びる部分を有するポンプ。
前記シール面が凹凸面を備える請求項３又は４に記載のポンプ。
前記シール部分が、前記羽根車の本体部分とは別体で構成されている請求項１～５のいずれか一項に記載のポンプ。