WO2021090795A1 - ポンプケーシングおよびポンプ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、羽根車を収容するポンプケーシングの補強構造に関するものである。ポンプケーシング（８）は、吐出し口（２２ａ）を有するボリュートハイドロ部（２２）と、吸込み口（２０ａ）を有する吸込みハイドロ部（２０）と、ボリュートハイドロ部（２２）および吸込みハイドロ部（２０）のそれぞれの外面に接続されたリブ（３０）を備える。リブ（３０）は、該リブ（３０）の内側に向かって湾曲した湾曲外縁（３０Ａ）を有しており、湾曲外縁（３０Ａ）は、吸込みハイドロ部（２０）の最外周面（２０ｂ）に滑らかに接続されている。吸込みハイドロ部（２０）の最外周面（２０ｂ）の曲率半径（Ｒ２）に対する、湾曲外縁（３０Ａ）の曲率半径（Ｒ１）の比率は、２０％以上である。

Description

ポンプケーシングおよびポンプ装置

　本発明は、ポンプケーシングに関し、特に羽根車を収容するポンプケーシングの補強構造に関するものである。また、本発明は、そのようなポンプケーシングを備えたポンプ装置に関するものである。

　渦巻ポンプは、羽根車をポンプケーシング内で回転させることにより液体をポンプケーシング内で昇圧し、該昇圧された液体を吐出し口から外部に吐き出す。液体の圧力がポンプケーシングに作用すると、ポンプケーシングの一部に高い応力が発生し、ポンプケーシングが変形する。ポンプケーシングが変形すると、昇圧された液体がポンプケーシングから漏れる場合がある。そのため、ポンプケーシングの変形を一定以下にするための強度がポンプケーシングには要求される。

　渦巻室を持つポンプケーシングの形状は複雑であるため、ポンプケーシングは、一般的に、鋳造で製作される。ポンプケーシングの強度を高めるために、ポンプケーシング全体の肉厚を厚くすると、ポンプケーシングの重量が増加してしまい、結果的に、渦巻ポンプ全体の重量が増加してしまう。

　一方、ポンプケーシングを薄くすると、ポンプケーシングの機械的強度が低下し、渦巻ポンプは耐水圧試験に合格することができないことがある。この耐水圧試験は、渦巻ポンプからの水漏れを検査する目的で行われる。具体的には、ポンプケーシングから羽根車や回転軸を取り外した状態で、ポンプケーシングの吸込み口、吐出し口を含むすべての開口部を閉じて密閉空間をポンプケーシング内に形成し、この密閉空間を、ポンプの最高吐出し圧力の１．５倍の圧力の水で満たし、そのままの状態で３分間以上放置し、水漏れおよびポンプケーシングの変形を検査する。

　上記耐水圧試験に加え、インチング試験が行われることもある。このインチング試験は、ポンプケーシング内において圧力なしの状態からある数値まで圧力を上げることを繰り返し、ポンプケーシングからの水漏れを検査する試験である。このように、ポンプケーシングには、安全な運転を確保する観点から高い強度を持つことが要求される。

　そこで、ポンプケーシングの強度を高めるために、ポンプケーシングの外周面にリブが設けられる。図８は、従来のポンプケーシングの一例を示す断面図である。ポンプケーシング２００は、吸込み口２０１ａを有する吸込みハイドロ部２０１と、羽根車が収容されるボリュート室２０２ａおよび吐出し口２０２ｂを有するボリュートハイドロ部２０２を有している。リブ２０５は、吸込みハイドロ部２０１から吐出しフランジ２０６まで延びている。このようなリブ２０５は、ポンプケーシング２００の断面二次モーメントを高め、ポンプケーシング２００の強度を向上させることができる。

特開２００７－２９１９２１号公報

　しかしながら、ポンプケーシング２００内に高い圧力が加えられたときに、図８の符号Ｘで示す接続部に応力が集中することが、応力解析により分かった。この接続部Ｘは、リブ２０５と吸込みハイドロ部２０１とが接続される部分である。この接続部Ｘに高い応力が集中すると、接続部Ｘの外面に亀裂が生じる。亀裂は吸込みハイドロ部２０１の内側に向かって進展し、やがて吸込みハイドロ部２０１の内面に達する。ポンプケーシング２００の内側にまで達した亀裂は、ポンプケーシング２００からの液漏れを引き起こす。特に、ポンプの起動および停止が頻繁に起こる環境下では、亀裂の進展が早く進み、ポンプケーシング２００の寿命が短くなってしまう。

　そこで、本発明は、リブに亀裂が生じても、亀裂がポンプケーシングの内側まで達しにくくして、液漏れを防ぐことができるポンプケーシングを提供する。また、本発明は、そのようなポンプケーシングを備えたポンプ装置を提供する。

　一態様では、羽根車を収容するためのボリュート室、および吐出し口を有するボリュートハイドロ部と、前記ボリュート室に連通する吸込み口を有する吸込みハイドロ部と、前記ボリュートハイドロ部および前記吸込みハイドロ部のそれぞれの外面に接続されたリブを備え、前記リブは、該リブの内側に向かって湾曲した湾曲外縁を有しており、前記湾曲外縁は、前記吸込みハイドロ部の最外周面に滑らかに接続されており、前記吸込みハイドロ部の前記最外周面の曲率半径に対する、前記湾曲外縁の曲率半径の比率は、２０％以上である、ポンプケーシングが提供される。

　一態様では、前記リブの前記湾曲外縁と前記吸込みハイドロ部の前記最外周面との接点において、前記湾曲外縁上の接線と、前記吸込みハイドロ部の前記最外周面上の接線は、一致する。
　一態様では、前記リブは、前記吐出し口の周りを囲む吐出しフランジに接続されている。
　一態様では、前記リブの前記湾曲外縁は、前記吸込みハイドロ部から前記吐出しフランジまで延びている。

　一態様では、羽根車と、前記羽根車に連結された電動機と、前記羽根車を収容する上記ポンプケーシングを備えているポンプ装置が提供される。

　本発明によれば、応力は、リブと吸込みハイドロ部との接続部から離れた位置に集中する。言い換えれば、上記曲率半径の湾曲外縁を持つリブは、応力が集中する箇所を吸込みハイドロ部から遠ざけることができる。したがって、仮に応力集中に起因してリブの湾曲外縁に亀裂が生じても、亀裂はリブの内側に進展し、吸込みハイドロ部には到達しにくい。すなわち、リブの高さ分だけ亀裂は吸込みハイドロ部には達しにくくなる。結果として、吸込みハイドロ部自体に亀裂が生じることを防ぐことができる。

ポンプ装置の一実施形態を示す断面図である。 ポンプケーシングの一実施形態を示す斜視図である。 図２に示すポンプケーシングの底面図である。 図２に示すポンプケーシングの側面図である。 ポンプケーシングの他の実施形態の側面図である。 ポンプケーシングのさらに他の実施形態の側面図である。 ポンプケーシングのさらに他の実施形態の側面図である。 従来のポンプケーシングの一例を示す断面図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、ポンプ装置の一実施形態を示す断面図である。本実施形態のポンプ装置は、吸込み口および吐出し口が一直線上に並ぶインラインポンプ装置である。このタイプのポンプ装置は、脚部を持たず、ポンプ装置の全体は、吸込みフランジおよび吐出しフランジに連結された配管によって支持される。

　ポンプ装置は、電動機１と、電動機１に軸継手３を介して連結された回転軸２と、回転軸２に固定された羽根車５と、羽根車５を収容するポンプケーシング８を備えている。羽根車５は、遠心羽根車である。羽根車２は、回転軸２を介して電動機１に連結されており、回転軸２および羽根車５は、電動機１によって一体に回転される。

　電動機１とポンプケーシング８との間には、ケーシングカバー１２およびモータ台１４が配置されている。ポンプケーシング８の開口は、ケーシングカバー１２によって塞がれている。モータ台１４はケーシングカバー１２に固定され、電動機１はモータ台１４に固定されている。ポンプケーシング８は、鋳物である。

　ポンプケーシング８は、吸込み口２０ａを有する吸込みハイドロ部２０と、吐出し口２２ａおよびボリュート室２２ｂを有するボリュートハイドロ部２２を備えている。羽根車５はボリュート室２２ｂ内に配置されている。吸込み口２０ａおよび吐出し口２２ａは、ボリュート室２２ｂに連通している。すなわち、吸込みハイドロ部２０は、吸込み口２０ａおよびボリュート室２２ｂに接続された吸込み流路２４を有しており、吸込み口２０ａは吸込み流路２４を通じてボリュート室２２ｂに連通している。ボリュートハイドロ部２２は、ボリュート室２２ｂおよび吐出し口２２ａに接続された吐出し流路２５を有しており、吐出し口２２ａは吐出し流路２５を通じてボリュート室２２ｂに連通している。

　電動機１が羽根車５を回転させると、液体は、吸込みハイドロ部２０の吸込み口２０ａから吸込み流路２４を通ってボリュート室２２ｂ内の羽根車５に流れ込む。回転する羽根車５は液体に速度エネルギーを付与し、ボリュート室２２ｂを流れる液体の速度エネルギーは圧力に変換される。昇圧された液体は、ボリュートハイドロ部２２の吐出し流路２５を通って吐出し口２２ａから吐き出される。

　ポンプケーシング８は、吸込み口２０ａの周りを囲む吸込みフランジ２７と、吐出し口２２ａの周りを囲む吐出しフランジ２８を有している。吸込み口２０ａおよび吐出し口２２ａは、一直線上に並んでいる。ポンプケーシング８は脚部を持たず、ポンプ装置の全体は、吸込みフランジ２７および吐出しフランジ２８に接続された配管（図示せず）によって支持される。吸込み口２０ａおよび吐出し口２２ａが一直線上に並んだポンプ装置は、配管の途中に組み込むことができるインラインポンプ装置と呼ばれる。

　吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂは、吸込み流路２４の形状に沿って外側に湾曲している。ポンプケーシング８は、吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂに滑らかに接続されたリブ３０を備えている。このリブ３０は、ポンプケーシング８の強度を高めるために設けられている。

　図２は、ポンプケーシング８の斜視図であり、図３は、ポンプケーシング８の底面図であり、図４は、ポンプケーシング８の側面図である。リブ３０は、吸込みハイドロ部２０からボリュート室２２ｂの半径方向外側に延びている。図３に示すように、吸込み口２０ａ、リブ３０、および吐出し口２２ａは、一直線上に並んでいる。

　ボリュートハイドロ部２２は、ボリュート室２２ｂを囲む外周壁３５と、外周壁３５に接続された渦巻壁３６を有している。吐出し口２２ａは、渦巻壁３６の端部に形成されている。吸込みハイドロ部２０は、渦巻壁３６の中央部に接続されている。

　リブ３０は、吸込みハイドロ部２０とボリュートハイドロ部２２のそれぞれの外面に接続されている。吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂは、吸込みハイドロ部２０の外側に向かって湾曲している。リブ３０は、吸込みハイドロ部２０の湾曲した最外周面２０ｂに滑らかに接続されている。

　図４に示すように、リブ３０は、該リブ３０の内側に向かって湾曲した湾曲外縁３０Ａを有している。この湾曲外縁３０Ａは、吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂに滑らかに接続されている。すなわち、吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂとリブ３０の湾曲外縁３０Ａとの接点Ｃにおいて、リブ３０の湾曲外縁３０Ａ上の接線Ｔ１と、吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂ上の接線Ｔ２は、一致する。

　吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂの曲率半径Ｒ２に対する、リブ３０の曲率半径Ｒ１の比率（Ｒ１／Ｒ２×１００）は、２０％以上である。好ましくは、曲率半径Ｒ２に対する曲率半径Ｒ１の比率は、５０％以上、より好ましくは１００％以上である。曲率半径Ｒ２に対する曲率半径Ｒ１の比率が１００％であるとき、曲率半径Ｒ１は曲率半径Ｒ２に等しい。曲率半径Ｒ１は曲率半径Ｒ２よりも大きくてもよい。曲率半径Ｒ１が大きくなるにつれて、リブ３０の湾曲外縁３０Ａは直線に近づく。曲率半径Ｒ１の上限、すなわち曲率半径Ｒ２に対する曲率半径Ｒ１の比率の上限は、特に限定されない。言い換えれば、リブ３０の湾曲外縁３０Ａが、吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂに滑らかに接続されている限り、湾曲外縁３０Ａは限りなく直線に近い形状であってもよい。

　リブ３０の湾曲外縁３０Ａの曲率円の中心Ｏ１は、ポンプケーシング８の外側に位置し、吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂの曲率円の中心Ｏ２は、ポンプケーシング８の内側に位置している。一実施形態では、リブ３０の湾曲外縁３０Ａの曲率半径Ｒ１は、吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂの曲率半径Ｒ２と同じである。あるいは、リブ３０の湾曲外縁３０Ａは、吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂと相似形である。

　曲率半径Ｒ２に対する曲率半径Ｒ１の比率が２０％以上であるとき、応力が集中する箇所を吸込みハイドロ部２０から遠ざけることができる。応力解析によれば、応力が集中する箇所は、図４の符号Ｙで示す位置にあり、吸込みハイドロ部２０から離れている。したがって、仮に応力集中に起因してリブ３０の湾曲外縁３０Ａに亀裂が生じても、亀裂はリブ３０の内側に進展し、吸込みハイドロ部２０には到達しにくい。すなわち、リブ３０の高さ分だけ亀裂は吸込みハイドロ部２０には達しにくくなる。結果として、吸込みハイドロ部２０自体に亀裂が生じることを防ぐことができる。

　本実施形態のポンプ装置は、吸込み口２０ａと吐出し口２２ａが一直線上に並ぶインラインポンプ装置である。インラインポンプ装置は、配管の途中に組み込まれるタイプのポンプ装置である。すなわち、吸込みフランジ２７を吸込み配管（図示せず）に接続し、吐出しフランジ２８を吐出し配管（図示せず）に接続することで、ポンプ装置の全体を吸込み配管および吐出し配管で支持するように設置される。このような設置では、ポンプケーシング８には曲げモーメントが加わる。

　本実施形態では、リブ３０の湾曲外縁３０Ａの一端は吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂに接続され、リブ３０の湾曲外縁３０Ａの他端は吐出しフランジ２８に接続されている。このように、リブ３０は吸込みハイドロ部２０から吐出しフランジ２８まで延びているので、リブ３０は曲げモーメントに対して十分な機械的強度をポンプケーシング８に与えることができる。

　リブ３０は、吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂに滑らかに接続された湾曲外縁３０Ａを有していれば、リブ３０の他の部分は湾曲していなくてもよい。すなわち、リブ３０の外縁の全体が内側に湾曲していなくてもよい。例えば、図５に示すように、リブ３０は、上記湾曲外縁３０Ａと、湾曲外縁３０Ａに接続された直線状の外縁３０Ｂを有してもよい。他の例では、図６に示すように、リブ３０は、上記湾曲外縁３０Ａに形成された切り欠き３０Ｃを有してもよい。

　ポンプ装置の重量や、形状によっては、リブ３０は吐出しフランジ２８に接続されていなくてもよい。例えば、図７に示すように、リブ３０の端部はボリュートハイドロ部２２の渦巻壁３６に接続されてもよい。

　図５乃至図７に示す実施形態においても、リブ３０は、吸込みハイドロ部２０の最外周面２０ｂに滑らかに接続された湾曲外縁３０Ａを有しており、その湾曲外縁３０Ａの曲率は図４を参照して説明した実施形態と同じである。したがって、図５乃至図７に示すリブ３０は、応力が集中する箇所を、吸込みハイドロ部２０から遠ざけることができる。

　上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

　本発明は、羽根車を収容するポンプケーシングの補強構造に利用可能である。また、本発明は、そのようなポンプケーシングを備えたポンプ装置に利用可能である。

　１　　　電動機
　２　　　回転軸
　３　　　軸継手
　５　　　羽根車
　８　　　ポンプケーシング
１２　　　ケーシングカバー
１４　　　モータ台
２０　　　吸込みハイドロ部
２０ａ　　吸込み口
２０ｂ　　最外周面
２２ａ　　吐出し口
２２ｂ　　ボリュート室
２２　　　ボリュートハイドロ部
２４　　　吸込み流路
２５　　　吐出し流路
２７　　　吸込みフランジ
２８　　　吐出しフランジ
３０　　　リブ
３０Ａ　　湾曲外縁
３５　　　外周壁
３６　　　渦巻壁
Ｔ１　　　接線
Ｔ２　　　接線
Ｒ１　　　曲率半径
Ｒ２　　　曲率半径

Claims (5)

1. 　羽根車を収容するためのボリュート室、および吐出し口を有するボリュートハイドロ部と、
   　前記ボリュート室に連通する吸込み口を有する吸込みハイドロ部と、
   　前記ボリュートハイドロ部および前記吸込みハイドロ部のそれぞれの外面に接続されたリブを備え、
   　前記リブは、該リブの内側に向かって湾曲した湾曲外縁を有しており、
   　前記湾曲外縁は、前記吸込みハイドロ部の最外周面に滑らかに接続されており、
   　前記吸込みハイドロ部の前記最外周面の曲率半径に対する、前記湾曲外縁の曲率半径の比率は、２０％以上である、ポンプケーシング。
2. 　前記リブの前記湾曲外縁と前記吸込みハイドロ部の前記最外周面との接点において、前記湾曲外縁上の接線と、前記吸込みハイドロ部の前記最外周面上の接線は、一致する、請求項１に記載のポンプケーシング。
3. 　前記リブは、前記吐出し口の周りを囲む吐出しフランジに接続されている、前記請求項１または２に記載のポンプケーシング。
4. 　前記リブの前記湾曲外縁は、前記吸込みハイドロ部から前記吐出しフランジまで延びている、請求項３に記載のポンプケーシング。
5. 　羽根車と、
   　前記羽根車に連結された電動機と、
   　前記羽根車を収容する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のポンプケーシングを備えているポンプ装置。

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