JPH0112959B2

JPH0112959B2 -

Info

Publication number: JPH0112959B2
Application number: JP54010789A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Kobayashi
Original assignee: SOGO PUMP SEISAKUSHO KK
Current assignee: SOGO PUMP SEISAKUSHO KK
Priority date: 1979-01-31
Filing date: 1979-01-31
Publication date: 1989-03-02
Also published as: JPS55104595A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は開放羽根車の羽根開放端部の隙間を変
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
（Ｏ）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
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
にすると、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（図の左方）に向い開放した第１、
第２段の羽根車５，６が固定してあり、ポンプケ
ーシング４から前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の他端は軸
方向の力のみを伝達できる継手７を介してサーボ
シリンダー８内のピストン９に接続している。シ
リンダー８はポンプケーシング４に固定してあ
る。１１，１２は羽根、１３，１４は嵌め込み式
のボリユートケーシング、１５，１６は各羽根車
の吸込口、１７は仕切壁、１８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。

羽根車５，６は前後のスラストを釣り合わせる
ために後面に環状部７７と釣合孔７８を有する。
又羽根車５，６は主軸１及び軸受２，３と共に、
各羽根車５，６の前方の隙間ａが最小の図示の状
態から後方へ摺動できる。すなわち、前方の内部
軸受２をスリーブメタル８２を介して外部軸受８
３に支承し、外部軸受８３をポンプケース４に固
定すると共に、外部軸受８３にスリーブメタル８
２と内部軸受２の回り止めピン８４を設けてあ
る。後方の内部軸受３も同様にポンプケース４に
固定した外部軸受９３によりスリーブメタル９２
を介して内部軸受３を支承し、又回り止めピン９
４を設けてある。８５，９５は潤滑油の給油口で
ある。

内部軸受３について説明すると、内部軸受３は
ボールベアリング９６の外輪に後方からカツプ形
の継手本体７１を嵌めて蓋９７で固定したもの
で、継手本体７１の端面中央のねじ孔にピストン
９の軸部３５の前端に設けたねじを螺合させるこ
とにより、前述の如く軸方向の力のみを伝達でき
る継手７を構成している。

吐出口１９及びポンプの低圧部（例えば吸込口
１５）にはそれぞれ配管２７，２９が接続する。
ピストン９で区切られたシリンダー８内の室３
９，４０の内、前方の変動圧室３９は電気的制御
弁５９を有する配管４９を経て吐出圧配管２７に
接続すると共に、電気的制御弁１５０を有する配
管５０を経て吸込圧配管２９に接続する。後方の
定圧室４０は２次側（定圧室４０側）の圧力が一
定の定圧弁５１を有する配管５２を経て吐出圧配
管２７に接続すると共に、絞り弁４７を有する配
管５３を経て吸込圧配管２９に接続する。吐出圧
配管２７の途中には圧力スイツチ５５、又は圧力
検出器と電気制御器とを組み合わせたものが配管
５３を経て接続する。圧力スイツチ５５は前記２
個の電気的制御弁５９，１５０に電気的に接続
し、吐出圧力の上限H₃（第２図）を検出した時、
弁５９を開くと共に、弁１５０を閉じ、吐出圧力
の下限H₂を検出した時、弁５９を閉じると共に
弁１５０を開くよう作動する。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。

次に定圧設定について説明すると、羽根車５，
６の隙間ａが最小の時の（第２図のＳ１の如くポ
ンプ性能が最高の時の）吐出圧の内、希望する最
大水量点Qmに対応する圧力H1（希望する吐出
圧、すなわち吐出設定圧力）を変動圧室３９に導
入し、これを釣り合つて羽根車５，６（ピストン
９）が静止する定圧を定圧室４０へ導入する。な
お圧力スイツチ５５が検出する上限圧力H₃、下
限圧力H₂はこの設定圧力H₁の上下に振り分けて
おく。

ポンプ作動時に前記羽根車の隙間ａが比較的大
きいと、ポンプ性能が第２図のS₄の如く低くな
り、使用水量Q₁（運転点ロ）の時、吐出圧力がH₁
となる。水量が増大すると吐出圧力が下がるとい
う一般のポンプの特性により、使用水量がQ₂に
増大すると、圧力が下限圧力H₂まで低下し（運
転点ハ）、この圧力低下を圧力スイツチ５５が検
出して弁１５０を開き、弁５９を閉じる。これに
より変動圧室３９内の圧力が低下し、ピストン９
が前方へ移動して隙間ａは減少する。その結果性
能はS₄からS₃へ上昇し、吐出圧力は上昇する（運
転点ニ）。弁１５０は引き続き開いており、性能
は更に上昇し（S₂）、圧力は上限圧力H₃に達す
る。圧力スイツチ５５がこれを検出して弁１５０
を閉じ、弁５９を開く。これにより変動圧室３９
に吐出圧力H₃が導入される。変動圧室内の圧力
H₃は初期設定した定圧室４０内の圧力H₁を上回
つているため、ピストン９が後方へ移動し、隙間
ａが増大する。隙間ａの増大によりポンプ性能は
低下し（S_2.5）、吐出圧力が設定圧力H₁まで低下
すると、ピストン９は釣り合い、羽根車１０，１
１は静止し、ポンプは性能S_2.5、水量Q₂、運転点
ヘで運転される。

この運転点ヘにおいて使用水量が減少すると、
吐出圧力が性能曲線S_2.5に沿つて上昇しようとす
るが、吐出圧力が上昇すると変動圧室３９内の圧
力も上昇し、それによりピストン９が隙間ａを増
大（性能を低下）させる方向に移動するために、
結果として吐出圧力の上昇が阻止され、水量が減
少しても吐出圧力は設定値H₁に保たれる。

又運転点ヘにおいて使用水量が増加すると、吐
出圧力が下降し始めるが、その場合変動圧室３９
の圧力が低下しても、実際の使用時にはピストン
９は力不足のため必要量だけ移動せず、圧力は下
限H₂まで下降する。この圧力下降により圧力ス
イツチ５５が作動して弁１５０を開き、弁５９を
閉じ、前記した修正動作が加えられ所望の圧力
H₁に達する。

なお水量が変化した際、吐出圧は最終的に設定
値H₁に落ち付くまでに上限H₃、下限H₂間で変動
するが、上限H₃と下限H₂の差は圧力スイツチ５
５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は最低の給水ポンプ圧力が30ｍの程度のも
のと比べても１％台と甚だ微小であるため、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、通常の１
段又は多段遠心ポンプの構造を若干変えるだけ
で、簡単安価に定吐出圧ポンプを得ることができ
る。しかも変動圧室３９の圧力だけを１個の圧力
スイツチ５５により制御するので、水力釣合促進
機構の構造も簡単である。

なお本発明においては次のような変形が可能で
ある。

(1) 電気的制御弁１５０に代えて第３図の如く手
動絞り弁１５２を採用することもできる。弁１
５２が開くと、第１図の実施例の場合と同様に
吐出圧（ポンプ性能）が上昇するが、弁１５２
の絞り具合によつて上昇速度（制御の応答速
度）を調節できる。なお第３図において第１図
と同一の符号は対応する部分である（以下同
じ）。

(2) 弁１５０にタイマーを接続し、弁１５０の開
放時間及び／又は「開き」から「開き」までの
間隔を調節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。なおタ
イマーを弁５９に接続することもできる。

(3) 弁５９，１５０の制御に油、空圧制御方式を
採用することもできる。

(4) 弁５９，１５０を１個の３方弁に置き換える
こともできる。

(5) 上限圧力H₃を設定圧力H₁に一致させること
もできる。その場合吐出圧力が設定圧力H₁ま
で上昇すると弁５９が開き、前述の、吐出圧力
が下限H₂ハから一旦上限H₃ホに達した後、設
定圧力H₁ヘになつた場合と同様になり、以後
圧力が上昇しようとしても、その上昇が妨げら
れる。

(5) 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。

(6) シリンダー８内に作動油を満たし、ダイヤフ
ラム等で揚液と隔絶し、圧力のみ伝達するよう
にすることもできる。

(7) 第４図に示す如く軸受３ａと継手７ａを別個
に設けることもできる。７１ａは主軸１の端部
に固定したカツプ形の継手本体で、内側に密封
式ボールベアリング３１の外側３２を嵌めて蓋
３３で固定し、内輪３４内にピストン９の軸部
３５を嵌め、ナツト３６で固定してある。３
７，３８はシール、４１はシリンダー端蓋に固
定した回り止めピンで、ピン４１はピストン９
の孔４２内に摺動自在に嵌合している。４３，
４４は圧力導入口、４５，４６は同出口であ
る。

(8) 第４図の継手７ａの代りに、第５、第６図の
継手を採用することもできる。第５図の継手に
おいては内輪３４が回転し、外輪３２が静止す
る。６７，６８は回り止め用の突起と溝で、両
者は互に噛み合い、突起６７はシリンダー８に
固定してある。第６図は伝達機構（継手）とピ
ストン６９、シリンダー７０が一体に構成され
た例を示す。７４は主軸１に固定したスラスト
カラー、７２はスラスト受、７３は圧縮コイル
ばねである。スラスト受７２をスラストボール
ベアリング又はアンギユラーコンタクトボール
ベアリング２個の組合せとしてもよいが、その
場合はグリース等の保持機構を要する。

(8) 第１図においては羽根車の合計推力（スラス
ト）を釣合孔７８により大部分を釣り合わせて
いるが、釣合孔７８に代えて第７図の如くバラ
ンスピストン６６を採用することもでき又、第
８図の如くバランスデイスク２１の外周部に環
状の円板２２を当接させ、円板２２の前側に室
Ｂを形成し、室Ｂを絞り弁（図示せず）を有す
る通路２５を介して吐出口１９に接続すること
により、円板２２がバランスデイスク２１に追
従して摺動するようにした機構を採用すること
もできる。なお第７，８図のスラスト釣合機構
においてスラストの部分的な量と釣り合うよう
バランスピストン６６、バランスデイスク２
１、円板２２の大きさを決めておき、残りをピ
ストン９で保持させることもできる。

(9) シリンダー８を主軸１と平行にポンプケーシ
ング４に取り付け、ピストン９に剛直に固定し
たフオークを主軸１上に設けた環状溝に係合し
てもよい。その場合はポンプの全長が減少す
る。

(10) 主軸１に対する入力をチエーン、ギヤー等を
介して行う場合は、シリンダー８を入力側に配
置することもできる。

(11) 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。

(12) 開放羽根車は、図示例では前面の全部を開放
したものを示しているが、一部開放も可能であ
り、シリンダーの位置を逆にすると羽根車の後
部を開放（前部を閉鎖）とすることもできる。

(13) 羽根車出口部はボリユートケースでも案内
羽根（第９図の７５）でもよい。

(14) 本発明は立型ポンプにも採用可能である。

(15) ポンプの後方から入力を行い、前方にサー
ボモータを配置することもできる。例えば第１
６図に於ては１段ポンプの後方へ突出した主軸
部分の１ａの後端を軸方向に摺動自在の継手１
００（１部のみ図示）を介して図示されていな
い駆動機構に連結し、主軸部分１ａの外周面の
途中を２個の玉軸受１０１、滑りメタル１０２
を介してケース１０３に支持し、第１図の継手
７及びシリンダー８に対応する継手７ａ及びシ
リンダー８ａを前方へ突出した主軸部分１ｂに
連結してある。

本発明を次のように応用することも可能であ
る。

(1) 第１図の弁５９及び１５０を第１０図の如く
手動絞り弁４８及び安全弁１５３（ばね式、錘
式等）に代えることも考えられる。吐出圧力
（変動圧室３９内の圧力）が上昇すると安全弁
１５３が開き、それにより変動圧室３９内の圧
力が下がるので、前記目的を達成することがで
きる。

(2) 第１１図の如くピストン９の後面とシリンダ
ー８の後壁内面との間に圧縮コイルスプリング
１３０を配置して定圧H₁を得ることも考えら
れる。

(3) 第１２図の如く第１１図のピストン９に代え
てダイヤフラム９ａを採用することも考えられ
る。３５ａは軸部、１３１はナツト、１３２は
ばね受プレートである。

(4) 第１３図の如く定圧室４０を手動絞り弁２６
０を有する配管２６１を介して吐出圧配管２７
に接続すると共に、手動絞り弁２７０を有する
配管２７１を介して吸込圧配管２９（低圧部）
に接続することも考えられる。その場合は、弁
２６０と弁２７０を適当に調節すると、定圧室
４０内の圧力を所定値に設定でき、第１、第３
図の定圧弁５１を廃止することができる。

(5) 第１４図の如く変動圧室３９及び定圧室４０
を切換弁５０を介して油、空圧ポンプ５１に接
続すると共に、ポンプＰの吐出圧を圧力検出器
Ａで検出し、その検出圧力と設定器Ｂの設定圧
力とを比較器Ｃで比較し、両圧力の差に応じて
指令器Ｄから指令を出すことにより変動圧室３
９と定圧室４０との圧力差を調節し、それによ
り羽根車の隙間を調節するようにすることも考
えられる。

(6) 第１５図の如く定圧室を全廃し、変動圧室３
９にのみ圧力を加えることも考えられる。すな
わち変動圧室３９と吐出口１９、吸込口１５と
の間に、設けた電磁弁２５０，３００を圧力検
出器Ａ、設定器Ｂ、調節器Ｃ、指令器Ｄからな
る制御機構により次の如く作動させる。吐出圧
が設定圧より下がると弁３００が開き、羽根車
の隙間が小さくなつて吐出圧が上昇する。弁２
５０は吐出圧が上限に達するまで閉じており、
その上限に達した瞬間には変動圧室３９内にピ
ストン９をスラストに対向して釣り合わすだけ
の圧力が加わつている。この圧力が設定圧力よ
りも少々低くなるようにピストン９の面積を決
めておく。これにより吐出圧が上限となつて弁
２５０が開き、吐出圧が変動室３９に導入され
ると、ピストン９はポンプのスラストに打ち勝
ち、羽根隙間を大きくして吐出圧を下げる方向
に移動する。以上の動作において上限圧力と下
限圧力との差を微小にしておくと、吐出圧は一
定となる。

【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〜第９、第１６図は別の実施例を
示す縦断面図、第１０〜第１５図は各種応用例を
示す構造略図である。１……主軸、５，６……開
放羽根車、７……継手、８……シリンダー、９…
…ピストン、３９……変動圧室、４０……定圧
室、５５……圧力スイツチ（釣合促進機構）。

Claims

【特許請求の範囲】

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、主軸と同心又
は平行にピストンの嵌合したシリンダーを主軸の
一端に固設し、軸方向の力のみを伝達できる継手
を介してピストンと主軸を同方向に動くよう接続
し、ピストンで区切られたシリンダー内の２室の
内、羽根車開放方向側の変動圧室に吐出圧力を導
入し、その反対側の定圧室に所望吐出圧力に対応
した一定圧力を導入し、上記所望吐出圧力と運転
中の各吐出量における吐出圧力との差を検出して
変動圧室のみの圧力を増減する水力的釣合機構を
設けたことを特徴とする定吐出圧ポンプ。