JPH0112958B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は開放羽根車の羽根開方端部の隙間を変
えることにより特性を変更するいわゆるクリアラ
ンス制御方式を利用して、流量が最大から最小
（０）まで変化しても、はじめに設定した吐出圧
が一定に保たれるようにした遠心ポンプの構造に
関する。

従来は回転数制御と吐出圧一定制御の併用が一
般的であるが、高価につくため用途が限定される
問題がある。この対策として羽根車を固定した主
軸を軸方向に摺動自在に支承し、該主軸をサーボ
シリンダーのピストンに接続し、ピストンで区切
られたシリンダー内の２室の内、羽根車開放方向
（前方）側の変動圧室に直接又は絞りを経て吐出
圧力を導入し、その反対側の定圧室に一定圧を導
入し、遠心ポンプのもつ圧力上昇特性（大流量か
ら小流量へ次第に圧力が上昇する特性）を利用し
て、吐出圧力が設定圧より上昇した時釣合が破れ
て羽根の前方隙間が増し、逆に吐出圧が設定圧よ
り低下した時上記隙間が減少するようにすること
も考えられるが、吐出圧を一定に保つことを目的
としている関係上、吐出圧は本来設定圧より大幅
には変動せず、従つてその差圧をサーボピストン
の動力源とすると、他に動力源を必要としない利
点はあるが、力不足となり、特に羽根前方の隙間
を減す方向に羽根車をシフトする際、羽根車が必
要位置まで到達せず、性能が下回り、吐出圧力が
必要値より低下する問題が生ずる。

本発明は所望吐出圧力と運転中の各吐出量に於
ける吐出圧力との差を検出して、圧力スイツチに
より作動する電磁弁等からなる水力的釣合促進機
構により、変動圧室と定圧室の圧力バランスを積
極的にくずし、即ち吐出圧力が上がれば変動圧室
の圧力を上げ、羽根前方の隙間を増す。又吐出圧
力が下がれば逆に変動圧室の圧力を下げ、羽根前
方の隙間を減少する。本発明を図面に関連して説
明すると次の通りである。

第１図の主軸１はその前後（図の左右）端部が
軸受２，３によりポンプケーシング４に支持さ
れ、その間に前方に向い開放した第１段の開放羽
根車５と、同方向へ開放した第２段（最終段）の
開放羽根車６が固定してあり、ポンプケーシング
４から前方（図の左方）へ突出した部分に同心の
モーター（図示せず）が接続する。主軸１は各羽
根車５，６の羽根１１，１２の前方隙間ａが最少
の図示の状態から、図の右方へ摺動できるように
支持されており、羽根車５，６とその背後の嵌め
込み式のボリユートケーシング１３，１４の間に
は許容移動代に相当する隙間ｂが設けてある。１
５，１６は各羽根車の吸込口、１７は仕切壁、１
８は戻し羽根で、仕切壁１７はポンプケーシング
４の一部を構成するボリユートケーシング式の中
間ケーシング２０に設けてある。１９は吐出口で
ある。

主軸１には羽根車５，６と共にバランスデイス
ク２１が固定してあり、バランスデイスク２１の
外周部は環状の遊動円板２２と当接し、遊動円板
２２はその内外周縁がシーリングを介してポンプ
ケーシング側の筒状部２３，２４に摺動自在に支
持されている。遊動円板２２とバランスデイスク
２１の間の室Ａは羽根車６のボス部と筒状部２３
の間の隙間を隔てて羽根１２の吐出側に連通し、
従つてＡ室には羽根車６の吐出圧がかかる。遊動
円板２２の背後（前方）の室Ｂは連通孔２５を経
て配管１７１に接続し、配管１７１からは吐出口
１９に接続する配管２７と吸込口１５（低圧部）
に接続する配管２９とが分岐している。配管２７
には第１の電気的制御弁１７０、配管２９には同
じく第２の電気的制御弁１８０が設けてあり、こ
れら弁１７０，１８０は圧力検出及び操作機５５
（以下圧力スイツチという）に電気的に接続する。
圧力スイツチ５５は吐出圧配管２７の弁１７０よ
りも吐出口１９寄りの部分に配管５３を経て接続
し、吐出圧力の上限H₃（第２図）を検出すると、
弁１７０を閉じると共に弁１８０を開き、吐出圧
力の下限H₂を検出すると弁１７０を開くと共に
弁１８０を閉じるように作動する。吸込圧配管２
９の弁１８０よりも吸込口１５寄りの部分には絞
り弁１８１が設けてあり、弁１８１より更に吸込
口１５寄りの部分にはバランスデイスク２１の背
後（後方）の室Ｃが配管２８を経て接続する。

室Ａ，Ｂ側の圧力が遊動円板２２に作用する有
効面積及び供給圧を適当に調節することにより、
バランスデイスク２１の位置に関係なく、遊動円
板２２をバランスデイスク２１に追従させること
ができる。羽根車５，６には低圧の吸込口１５，
１６側へ向う軸推力が作用しているが、この軸推
力をバランスデイスク２１に作用するＡ室の吐出
圧で釣合わすことができ、一方遊動円板２２は常
時バランスデイスク２１の外周縁に圧接してバラ
ンスデイスク２１に追従するため、主軸１を軸方
向に摺動自在とした場合にもバランスデイスク２
１の機能を確保することができる。

定圧設定について説明すると、羽根車開放前縁
部の隙間ａを最小にして（ポンプ性能を第２図の
S₁の如く最大にして）、最大水量Qmで運転する
と吐出圧力はH₁（吐出設定圧力すなわち所望の吐
出圧力）となる。この時弁１７０，１８０は閉じ
ており、Ｂ室は羽根車５，６による前向きの軸推
力と釣り合う圧力を保つた状態で密閉される。又
液体は非圧縮性であり、Ｂ室は漏れがないようシ
ールされているので、羽根車５，６は移動せず、
吐出圧H₁は変化しない。なお圧力スイツチ５５
が検出する吐出圧力の上限H₃及び下限H₂は上記
設定圧力H₁の上下に振り分けておく。

今羽根車の隙間ａが比較的大きく（ポンプ性能
が第２図のS₄の如く低く）、使用水量Q₁、吐出圧
H₁、運転点ロである時に、水量がQ₂まで増加す
ると、水量が増加すると吐出圧力が下がるという
一般のポンプ特性により、吐出圧は前記下限値
H₂まで低下する（運転点ハ）。この圧力低下を圧
力スイツチ５５が検出して弁１８０を開く。弁１
８０が開くとＢ室内の圧力が低下し、羽根車５，
６による前向きの軸推力がバランスデイスク２１
及び円板２２による釣合力（後向きの軸推力）に
勝るため、主軸１が前方へ摺動し、羽根車の隙間
ａが減少する。その結果ポンプ性能はS₄からS₃へ
上昇し、吐出圧力も上昇する（運転点ニ）。弁１
８０は引き続き開いているため性能は更にS₂まで
上昇し、吐出圧力は前記上限値H₃となる（運転
点ホ）。上限値H₃を圧力スイツチ５５が検出して
弁１８０を閉じ、弁１７０を開く。それにより吐
出圧力H₃がＢ室に導入される。円板２２の有効
面積は前記Ｂ室の密閉時にＢ室内の圧力が吐出圧
よりやや低くなるよう設定してあるので、換言す
ると、Ｂ室内の圧力が吐出圧（運転点ホでは上限
値H₃）よりやや小さい時、円板２２及びバラン
スデイスク２１による釣合力が羽根車５，６によ
る軸推力と釣り合うようになつているので、Ｂ室
内の圧力が上限値H₃となると、円板２２及びバ
ランスデイスク２１は羽根車５，６による軸推力
に打ち勝ち、羽根車の隙間ａを大きくする方向
（後方）へ移動する。従つて吐出圧力が低下する。

又上記の場合とは逆に、水量が減少し、吐出圧
力が上昇した場合には、上述の如く吐出圧力が上
限値H₃に達すると同時に弁１７０が開いてＢ室
内の圧力が上昇し、羽根車５，６が後方に移動し
て吐出圧力が低下する。

なお吐出圧力は設定値H₁を中心として上限H₃
と下限H₂との間で変動するが、変動幅H₃−H₂は
圧力スイツチ５５の入切差に相当し、圧力スイツ
チ５５にマイクロスイツチ等を使用するとその差
を0.5ｍないしそれ以下にすることができ、その
場合変動差H₃−H₂は最低のポンプ圧力30ｍ程度
のものと比べても１％台と甚だ微少であるため、
問題とするに当らない。

以上説明したように本発明によると、バランス
デイスク型タービンポンプを一部改造し、１個の
圧力スイツチ５５及び２個の電気的制御弁１７
０，１８０を付加するだけで簡単安価に定吐出圧
ポンプを得ることができる。主軸１を移動させる
ピストンとしてバランスデイスク２１を利用して
おり、この点からも構造を簡単にできる。

なお第１図の実施例においては、バランスデイ
スク２１の前方の室はＡ室とＢ室とに区切られて
いるが、Ａ、Ｂ室内の圧力は共にバランスデイス
ク２１に後向きの力を与えているので、Ａ、Ｂ室
を１個の変動圧室と見なし、バランスデイスク２
１をピストンと見なすことができる。その場合Ｂ
室内の圧力を増減することが変動圧室内の圧力を
増減することになる。

更に本発明においてはシリンダー２４の羽根車
開放方向側の変動圧室Ｂを第１の電気的制御弁１
７０を介して吐出口１９に接続すると共に、第２
の電気的制御弁１８０を介して吸込口１５に接続
し、変動圧室Ｂと反対側の定圧室Ｃを変動圧室よ
りも低圧にして羽根車による軸推力を両室間の圧
力差により釣り合わすことができるようにすると
共に、吐出圧力スイツチ５５を設けて上記第１、
第２制御弁に接続し、吐出圧力が上限に達すると
第１制御弁１７０を閉じ第２制御弁１８０を開
き、吐出圧力が下限に達すると第１制御弁１７０
を開き第２制御弁１８０を閉じるようにしたの
で、吐出圧力が下限まで低下すると変動圧室Ａ，
Ｂの圧力を吸込口１５の圧力にまで下げて定圧室
Ｃとの圧力バランスを積極的に崩し、これにより
主軸１を前方（第１図左方）へ押す推力を増し、
前方隙間ａを速やかに減すことができる。即ち変
動圧何時Ａ，Ｂに単に吐出口１９から吐出圧力を
断続的に供給して、遠心ポンプの持つ圧力上昇特
性（大流量から小流量へ次第に圧力が上昇する特
性）を利用する従来方式に比べて、吐出圧が設定
圧より低下した時に変動圧室Ａ，Ｂ内を吸込口１
５内の圧力にまで積極的に下げることができ、前
方隙間ａを減すための力不足の問題は確実に防止
され、羽根１１，１２は速やかに必要位置まで仕
切壁１７側へ接近する。従つて吐出圧一定制御が
高精度で行える利点がある。

又本発明おいては次のような変形が可能であ
る。

(1) 第３図の如く（第１図と同一の符号は対応す
る部分である）、軸推力を釣り合わす機構とし
てバランスピストン３００を採用することもで
きる。ピストン３００の前方の変動圧室３９は
通路３０１を経て配管１７１に接続し、配管１
７１からは電気的制御弁５９を有する吐出圧配
管２７と、同様の弁１５０を有する吸込圧配管
２９とが分岐する。弁５９，１５０は圧力スイ
ツチ５５に電気的に接続する。バランスピスト
ン３００の後方の定圧室４０は圧力導入口４１
を経て配管５２に接続する。配管５２は２次側
（定圧室側）を一定圧にできる定圧弁５１を有
し、圧力スイツチ用配管５３の途中に接続す
る。４００は筒状部２４ａ内面の中央部に設け
た環状溝で、通路４０１並びに止め弁４０３を
有する配管４０２を経て吸込圧配管２９へ接続
する。この溝４００は変動圧室３９及び定圧室
４０の圧力を相互に干渉させないための圧力逃
しで、ごく少量の水が溝４００からポンプ低圧
部へ放流される。

この変形例においても、圧力スイツチ５５に
より弁５９、１５０を択一的に開放して変動圧
室３９内の圧力を操作し、それにより羽根車
５，６を移動させて吐出圧を一定にできる。し
かもバランスピストン３００自身は往年から使
用されているため、ごく簡単な改造で定吐出圧
ポンプを得ることができる。

なお定圧室４０の一定圧を得る手段として吐
出圧力を使用しない場合は、定圧室４０を設定
圧配管６２、定圧設定調整機構６３を経て外部
圧力供給配管６４（例えば水道）へ接続する。

(2) 第１図の弁１７０，１８０及び第２図の弁５
９，１５０を１個の３方弁に置き換えることも
できる。

(3) 第１図の弁１７０及び／又は弁１８０にタイ
マーを接続し、弁の開放時間及び／又は「開
き」から「開き」までの間隔を調整できるよう
にすることもできる。その場合は制御の応答速
度を調節できる。

(4) １個の圧力スイツチ５５を上限圧力H₃を検
出する圧力スイツチと下限圧力H₂を検出する
圧力スイツチとを組み合わせたものに代えるこ
ともできる。その場合は圧力差H₃−H₂を小さ
く設定できる。

(5) 前方に開放した羽根車は少なくとも１個設け
てあればよく、その位置はいずれ（例えば最前
段）であつてもよい。

(6) 羽根車出口部はボリユートケースでも案内羽
根でもよい。

(7) 本発明は立型ポンプにも採用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の縦断面図、第２図は作動説明
用グラフ、第３図は変形例を示す縦断面図であ
る。 １……主軸、５，６……開放羽根車、２１，３
００……バランスデイスク、バランスピストン
（ピストン）、２４……筒状部（シリンダー）、Ａ
及びＢ，３９……変動圧室、Ｃ，４０……定圧
室、５５……圧力スイツチ（釣合促進機構）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも１個の開放羽根車を有する１段又
   は多段の遠心ポンプにおいて、羽根車を固定した
   主軸を軸方向に摺動自在に支承し、主軸途中の周
   囲に主軸と同心にシリンダー室を形成し、そのシ
   リンダー室を主軸と共動するピストンで区切り、
   シリンダーの羽根車開放方向側の変動圧室を第１
   の電気的制御弁を介して吐出口に接続すると共
   に、第２の電気的制御弁を介して吸込口に接続
   し、変動圧室と反対側の定圧室を変動圧室よりも
   低圧にして羽根車による軸推力を両室間の圧力差
   により釣り合わすことができるようにすると共
   に、吐出圧力スイツチを設けて上記第１、第２制
   御弁に接続し、吐出圧力が上限に達すると第１制
   御弁を閉じ第２制御弁を開き、吐出圧力が下限に
   達すると第１制御弁を開き第２制御弁を閉じるよ
   うにしたことを特徴とする定吐出圧ポンプ。