JPH0112960B2 - - Google Patents

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
（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
の動力源にすると、他の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（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内のダイヤフラム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
している。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
２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ダイヤフ
ラム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。
ダイヤフラム９で区切られたシリンダー８内の室
３９，４０の内、前方の変動圧室３９は配管４
９、第１の電気的制御弁５９を経て吐出圧配管２
７に接続すると共に、配管５０、第２の電気的制
御弁１５０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
圧力検出器と電気的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。

シリンダー８は２個のカツプ形部材を互に対向
する姿勢で図示されていないボルトにより接合し
たもので、ダイヤフラム９の外周縁部はその接合
部分８ａ（外向きフランジ）で挾持されている。
ダイヤフラム９の後面（定圧室４０側の面）には
ばね受３８が配置してある。ばね受３８とダイヤ
フラム９とは中央の孔に軸部３５の後端の小径ね
じ部を通し、ねじの前端に嵌めた座金４４に対し
てナツト４２により共締めしてある。ばね受３８
とシリンダー８の後壁との間には圧縮コイルばね
４１が配置してあり、ばね４１は吐出設定圧力
H₁（第２図）に対応するだけの一定圧力をダイヤ
フラム９に加えている。すなわち羽根車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Q_n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に導入した
時、ダイヤフラム９（羽根車５，６の前敢位置）
は静止する。ばね４１は羽根車５，６の移動量に
比べはるかに長く、羽根車５，６（ダイヤフラム
９）の移動によるばね１７の伸縮率は僅かである
ので、ばね１７はほぼ一定の圧力をダイヤフラム
９に加えている。なお圧力スイツチ５５が検出す
る上限圧力H₃、下限圧力H₂は上記設定圧力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、ダイヤフラ
ム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はばね４１による圧力H₁を上回つているた
め、ダイヤフラム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まで低下するとダ
イヤフラム９は釣り合い、羽根車５，６の前後位
置は静止し、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、それによりダイヤフラム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水すると、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、実際の使用時にはダイヤフ
ラム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５
９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
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は最低の給水ポンプ圧力30ｍ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、水力的釣合促
進機構の構造も簡単である。更に本発明において
はダイヤフラム９の羽根車開放方向側の変動圧室
３９を第１の電気的制御弁５９を介して吐出口１
９に接続すると共に第２の電気的制御弁１５０を
介して吸込口１５に接続し、変動圧室３９の反対
側の定圧室４０に面したダイヤフラム９の定圧面
に所望吐出圧力に対応した一定圧力を加え、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
５９を開き第２制御弁１５０を閉じ、吐出圧力が
下限に達すると第１制御弁５９を閉じ第２制御弁
１５０を開くようにしているので、吐出圧力が下
限まで低下すると変動圧室３９の圧力を吸込口５
の圧力にまで下げて定圧室４０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。即ち変動圧室３９に単に吐
出口１９から吐出圧力を継続的に供給して、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３９内を吸込口１５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。しかも本発明によるとダイヤフラム９が主軸
１と直結されるので羽根前方の隙間ａを確実に制
御できる利点がある。

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。

(6) 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。

(7) シリンダー８内に作動油を満たし、別のダイ
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。

(8) 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の外輪３２を嵌めて蓋
３３で固定し、内輪３４内にダイヤフラム９の
軸部３５を嵌め、ナツト３６で固定してある。
３７はシール、４３は圧力導入口、４５は同出
口である。

(9) 第４図の継手７ａの代りに、第５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。６
７，６８は回り止め用の突起と溝で、両者は互
いに噛み合い、突起６７はシリンダー８に固定
してある。

(10) 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６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７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した機構を採用すること
もできる。なお第６、第７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
うにバランスピストン６６、バランスデイスク
２１、円板２２の大きさを決めておき、残りを
ダイヤフラム９で保持させることもできる。

(11) 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、ダイヤフラム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。

(12) 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を入力軸に配
置することもできる。

(13) 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。

(14) 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、シリンダーの位置に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。

(15) 羽根車出口部はボリユートケースでも案内
羽根（第８図の７５）でもよい。

(16) 本発明は立型ポンプにも採用可能である。

(17) 第１図のばね４１に代えて第９図の如く定
圧室４０を配管５２を介して吐出口１９に接続
し、配管５２に２次側（定圧室４０側）の圧力
が一定の定圧弁５１を設けると共に、絞り弁４
７を有する配管５３を介して定圧室４０を吸込
口１５に接続することもでき、又吐出圧を使用
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）へ接続することもできる。
定圧室４０に水圧を導入する方法として、第１
０図の如く定圧室４０を手動絞り弁２６０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２
７１を介して吸込圧配管２９（低圧部）に接続
することもでき、その場合は弁２６０と弁２７
０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１１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１２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２５
０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内にダイ
ヤフラム９をスラ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ダイヤフラム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、吐出圧が変動圧室３９に導
入されると、ダイヤフラム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。

(3) 第１３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、その検出圧力を設定器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。

【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８図は別の実施例を示す縦断
面図、第９〜第１３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……ダイヤフ
ラム、３９……変動圧室、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、主軸と直角な
   ダイヤフラムで内部が区切られたシリンダーを主
   軸の一端に対向してポンプケーシングに固設し、
   軸方向の力のみを伝達できる継手を介してダイヤ
   フラムと主軸を同方向に動くように接続し、ダイ
   ヤフラム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
   圧室の反対側の定圧室に面したダイヤフラムの定
   圧面に所望吐出圧力に対応した一定圧力を加え、
   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
   を開き第２制御弁を閉じ、吐出圧力が下限に達す
   ると第１制御弁５９を閉じ第２制御弁１５０を開
   くようにしたことを特徴とする定吐出圧ポンプ。