特開 2024-175761 ターボ形ポンプの回転軸に固定される羽根車、およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175761

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】ターボ形ポンプの回転軸に固定される羽根車、およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/22 20060101AFI20241212BHJP

   F04D 29/60 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

F04D29/22 H

F04D29/60 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093737

(22)【出願日】2023-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100186613

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100172041

【弁理士】

【氏名又は名称】小畑 統照

(72)【発明者】

【氏名】宦 晴ユン

(72)【発明者】

【氏名】中村 陽一

(72)【発明者】

【氏名】香川 修作

(72)【発明者】

【氏名】趙 令家

(72)【発明者】

【氏名】野村 俊行

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 高幹

(72)【発明者】

【氏名】陳 思詠

(72)【発明者】

【氏名】うすい 幹

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA02

3H130AB22

3H130AB42

3H130AC30

3H130BA95C

3H130BA98C

3H130CB01

3H130CB12

3H130EA02C

3H130EB04C

3H130ED01C

(57)【要約】

【課題】スキュー付きの羽根車と同様の機能を生じさせて製造が容易である羽根車を提供する。
【解決手段】ターボ形ポンプの回転軸に固定される羽根車であって、前記回転軸に固定される主板および側板と、前記主板と前記側板との間に配置されて螺旋状の複数の羽根を有する羽根部と、を備える羽根車が提案される。前記複数の羽根の外周側端部では、回転方向に向いた羽根面が、前記主板に接続されて回転軸心に平行に延在した第１直線部分と、前記側板に接続されて前記第１直線部分に連続する滑らかに傾いた第１曲線部分と、を有し、前記回転方向に背いた羽根面が、前記側板に接続されて前記回転軸心に平行に延在する第２直線部分と、前記主板に接続されて前記第２直線部分に連続する前記第１曲線部分と同一方向に滑らかに傾いた第２曲線部分と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターボ形ポンプの回転軸に固定される羽根車であって、
前記回転軸に固定される主板および側板と、
前記主板と前記側板との間に配置されて螺旋状の複数の羽根を有する羽根部と、
を備え、
前記複数の羽根の外周側端部では、
回転方向に向いた羽根面が、前記主板に接続されて回転軸心に平行に延在した第１直線部分と、前記側板に接続されて前記第１直線部分に連続する滑らかに傾いた第１曲線部分と、を有し、
前記回転方向に背いた羽根面が、前記側板に接続されて前記回転軸心に平行に延在する第２直線部分と、前記主板に接続されて前記第２直線部分に連続する前記第１曲線部分と同一方向に滑らかに傾いた第２曲線部分と、を有する、
羽根車。

【請求項2】

周方向において、前記第１曲線部分と前記第２曲線部分とは同一の長さを有する、請求項１に記載の羽根車。

【請求項3】

前記第１曲線部分と前記第２曲線部分とは同一の形状を有する、請求項１に記載の羽根車。

【請求項4】

前記第１曲線部分と前記第２曲線部分とのそれぞれは、一定の曲率の曲線状に構成される、請求項１から３の何れか１項に記載の羽根車。

【請求項5】

請求項１に記載の羽根車を製造するための製造方法であって、
外周側端部が主板側から側板側まで回転軸心に平行に延在するように形成された複数の羽根を模した羽根型を用意する工程と、
前記羽根型を用いてベース鋳型を形成する工程と、
前記ベース鋳型における前記第１曲線部分と前記第２曲線部分に対応する部分を切削して鋳型を形成する工程と、
前記鋳型を用いて前記羽根車を鋳造する工程と、
を含む、羽根車の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターボ形ポンプの回転軸に固定される羽根車、およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

羽根車をケーシング内で回転させることにより、液体にエネルギーを与えて液体（例えば水）を移送するターボ形ポンプとして、例えば、渦巻ポンプなどの遠心ポンプが知られている（特許文献１参照）。渦巻ポンプは、羽根車が固定される回転軸と、羽根車を収容して液体の流路を形成するケーシングとを備えている。渦巻ポンプは、羽根車をケーシング内で回転させることにより液体をケーシング内で昇圧し、昇圧された液体を吐出し口から外部に吐き出す。こうしたターボ型ポンプに使用される羽根車は、例えば鋳造などによって製造される（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５－３１２１８７号公報

【特許文献2】実開平７－２６０４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ターボ形ポンプに用いられる羽根車では、複数の羽根の羽根面が出口側において周方向に傾斜するように、スキュー（羽根傾斜）が設けられる場合がある。スキューを設けることにより、例えば、設計点よりも少ない流量を移送するときの安定性を向上させてターボ型ポンプの機能を向上させることができる。しかし、羽根車にスキューを設けることは、羽根車形状の複雑化による製造上の問題を生じさせるおそれがある。一例として、スキューを有さない羽根車を鋳造で製造する場合には、砂型から羽根を模した木型を垂直に抜いて取り外すことができるが、スキュー付きの羽根車を鋳造で製造する場合、鋳型から木型を垂直に抜くことはできないため、砂型の製造が困難になり得る。

【0005】

本発明は上記課題の少なくとも１つを解決するためになされたものであり、スキュー付きの羽根車と同様の機能を生じさせて製造が容易である羽根車を提供することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態によれば、ターボ形ポンプの回転軸に固定される羽根車であって、前記回転軸に固定される主板および側板と、前記主板と前記側板との間に配列される複数の羽根と、を備える羽根車が提案される。前記複数の羽根の外周側端部では、回転方向に向いた羽根面が、前記主板に接続されて回転軸心に平行に延在する第１直線部分と、前記側板に接続されて前記第１直線部分に連続する滑らかに傾いた第１曲線部分と、を有し、前記回転方向に背いた羽根面が、前記側板に接続されて前記回転軸心に平行に延在する第２直線部分と、前記主板に接続されて前記第２直線部分に連続する前記第１曲線部分と同一方向に滑らかに傾いた第２曲線部分と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施形態に係る羽根車を模式的に示す側面図である。

【図2】図１に示す羽根車の流路を示す斜視図である。

【図3】図１に示す羽根車の流路を示す側面図である。

【図4】スキュー無しの羽根車の流路の一例を模式的に示す斜視図である。

【図5】スキュー無しの羽根車の流路の一例を模式的に示す側面図である。

【図6】スキュー付きの羽根車の流路の一例を模式的に示す斜視図である。

【図7】スキュー付きの羽根車の流路の一例を模式的に示す側面図である。

【図8】一実施形態における羽根型とベース鋳型とを模式的に示す図である。

【図9】一実施形態におけるベース鋳型を模式的に示す図である。

【図10】一実施形態における鋳型を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0009】

図１は、本発明の一実施形態に係る羽根車を模式的に示す側面図である。図１に示す羽根車１０は、渦巻きポンプなどのターボ型ポンプの図示しない回転軸に固定され、回転軸の回転に伴って液体を圧送するように構成されている。羽根車１０は、主板１２と、側板１４と、羽根部２０と、を備えている。主板１２と側板１４とは、ターボ型ポンプの図示しない回転軸に固定される。羽根部２０は、主板１２と側板１４との間に配置され、主板１２と側板１４とによって挟持される。なお、羽根部２０は、主板１２と側板１４とを介して回転軸に固定されてもよいし、直接に回転軸に固定されてもよい。また、図１では、羽根部２０における１つの羽根２２の外周側端面にハッチングを付している。

【0010】

図２、図３は、図１に示す羽根車１０の流路を示す斜視図、側面図である。つまり、図２および図３では、羽根車１０における主板１２と側板１４と羽根部２０とによって画定される液体が通る流路が示されている。羽根部２０は、周方向に等間隔に配置されて螺旋状に延びる複数（図２および図３に示す例では５つ）の羽根２２を有している。なお、図２、図３では、螺旋状の流路の隙間が羽根２２に相当し、羽根部２０および羽根２２は間接的に示されている。複数の羽根２２は、それぞれ同一形状である。複数の羽根２２は、回転方向に向いて圧力面となる羽根面２４と、回転方向に背いて負圧面となる羽根面２６とを有する。複数の羽根２２同士の隙間は、ターボ型ポンプの圧送対象である液体の流路となる。図２、図３では、１つの羽根２２における羽根面２４と羽根面２６とにハッチングを付して示している。羽根車１０が回転することにより、液体は、内周側の流路入口１６から外周側の流路出口１８へと移送される。

【0011】

複数の羽根２２の外周側端部（出口側端部）における形状について説明する。複数の羽根２２の外周側端部では、回転方向に向いた羽根面２４は、主板１２に接続されて回転軸心Ｘｃ（図３参照）に平行に延在する第１直線部分２４１と、側板１４に接続されて第１直線部分２４１に連続する滑らかに傾いた第１曲線部分２４２と、を有する。言い換えれば、第１直線部分２４１は、一端が主板１２に接続されて複数の羽根２２の羽根高さ方向（図１、図３中、上下方向）に延びている。第１直線部分２４１は、一例として、主板１２から、外周側端部における羽根高さＨｗのうち４０％、５０％、６０％の領域を占める。また、第１曲線部分２４２は、第１直線部分２４１の他端から連続して側板１４まで延びている。第１曲線部分２４２は、第１直線部分２４１から液体の流路が広がる方向に滑らかに傾いている。ここで、「滑らかに傾く」は、曲線部分が略接線連続であると言い換えることができ、好ましくは曲率連続であることを示す。また、第１曲線部分２４２は、第１直線部分２４１から側板１４まで一定の曲率Ｒａで形成されることが特に好ましい。曲率Ｒａは、一例として、外周側端部の羽根高さＨｗの略２分の１である。

【0012】

複数の羽根２２の外周側端部では、回転方向に背いた羽根面２６は、側板１４に接続されて回転軸心Ｘｃに平行に延在する第２直線部分２６１と、主板１２に接続されて第２直線部分２６１に連続する滑らかに傾いた第２曲線部分２６２と、を有する。つまり、第２
直線部分２６１は第１直線部分２４１に対して対角に位置し、第２曲線部分２６２は第１曲線部分２４２に対して対角に位置している。第２直線部分２６１は、一例として、側板１４から、外周側端部における羽根高さＨｗのうち４０％、５０％、６０％の領域を占める。第２直線部分２６１は、第１直線部分２４１と同一の長さであってもよい。また、第２曲線部分２６２は、第２直線部分２６１の他端から連続して主板１２まで延びている。第２曲線部分２６２は、第２直線部分２６１から液体の流路が広がる方向に滑らかに傾いている。一例として、周方向において、第１曲線部分２４２の長さＬ１と第２曲線部分２６２の長さＬ２とは同一である。第２曲線部分２６２は、第２直線部分２６１から主板１２まで一定の曲率Ｒｂで形成されることが特に好ましい。曲率Ｒｂは、一例として、外周側端部の羽根高さＨｗの略２分の１である。曲率Ｒｂは、第１曲線部分２４２の曲率Ｒａと同一であってもよく、第１曲線部分２４２と第２曲線部分２６２とは同一の形状を有してもよい。

【0013】

ここで、比較例の羽根車について説明する。図４、図５は、スキュー無しの羽根車の流路の一例を模式的に示す斜視図、側面図であり、図６、図７は、スキュー付きの羽根車の流路の一例を模式的に示す斜視図、側面図である。なお、図４～図７では、図２、図３と同様に、羽根部および羽根は間接的に示されている。図４～図７に示す比較例の羽根車は、本実施形態の羽根車１０と、複数の羽根２２の外周側端部の形状が異なり、その他は概ね同一である。図４、図５に示す羽根車１１０における複数の羽根１２２（羽根部１２０）の外周側端部では、回転方向に向いた羽根面１２４と回転方向に背いた羽根面１２６との両方が、主板から側板まで回転軸心Ｘｃに沿って延びている。また、図６、図７に示す羽根車２１０における複数の羽根２２２（羽根部２２０）の外周側端部では、回転方向に向いた羽根面２２４と回転方向に背いた羽根面２２６との両方が、主板から側板まで回転軸心Ｘｃに対して傾斜した直線状となっている。こうした羽根傾斜は、スキューとも呼ばれる。図６、図７に示すスキュー付きの羽根車２１０では、図４、図５に示すスキュー無しの羽根車１１０に比して、羽根流路内の圧力場の適正化を図ることができ、例えば、低流量を移送するときの安定性を向上させることができる。一方、複数の羽根の外周側端部にスキューを付けると、羽根車の形状が複雑となり、特にスキュー近傍の形成が困難となり得る。

【0014】

これに対して、本実施形態の羽根車１０は、複数の羽根２２の外周側端部において、回転方向に向いた羽根面２４と、回転方向に背いた羽根面２６とが、対角位置に直線部分（第１直線部分２４１、第２直線部分２６１）と曲線部分（第１曲線部分２４２、第２曲線部分２６２）とを有するように形成されている。こうした本実施形態の羽根車１０は、スキュー付きの羽根車２１０と似たように羽根流路内の圧力場の適正化を図ることができる。また、本実施形態の羽根車１０は、スキュー付きの羽根車２１０に比して容易に製造することができる。

【0015】

続いて、本実施形態の羽根車１０の製造方法について説明する。本実施形態の羽根車１０は、一例として鋳造により製造することができる。ただし、羽根車１０は、鋳造により製造されることに限定されるものではなく、例えば曲げ加工、切削加工などにより製造されてもよいし、ＡＭ装置を用いた付加製造により製造されてもよい。また、羽根車１０は、例えば主板１２、側板１４、羽根部２０が別々に形成されるなど、複数の部材が溶接または接着などで接続されることにより製造されてもよい。以下では、一例として、羽根車１０を鋳造により製造する方法について更に説明する。

【0016】

一実施形態としての羽根車１０を鋳造により製造する方法では、まず、外周側端部が主板側から側板側まで回転軸心に平行に延在するように形成された複数の羽根２２Ａを模した羽根型を用意する。一例として、図４および図５に示したスキュー無しの羽根車１１０の羽根部１２０と同一形状の型を羽根型とすることができる。羽根型は、任意の方法で用
意することができ、木材または樹脂などを切削加工したり、ＡＭ装置を用いた付加製造により製造したりすることができる。続いて、羽根型を用いてベース鋳型（ベース中子）を形成する。ベース鋳型は、一例として、羽根型の周りに鋳物砂を充填させて固めることにより形成することができる。図８は、一実施形態における羽根型とベース鋳型とを模式的に示す図である。図８では、羽根型の１つの羽根２２Ａの外周側端部とベース鋳型３１０とが示されている。ベース鋳型３１０が形成されると、ベース鋳型３１０から羽根型が取り外される。図９は、一実施形態におけるベース鋳型を模式的に示す図である。本実施形態では、羽根型は、複数の羽根２２Ａの外周側端部がスキュー無しで形成されているため、ベース鋳型３１０から垂直方向に抜いて取り外すことができる。これにより、例えば図６、図７に示したスキュー付きの羽根車２１０を羽根型とした場合に比して、ベース鋳型３１０を容易に形成することができる。

【0017】

次に、ベース鋳型における第１曲線部分２４２と第２曲線部分２６２とに対応する部分を切削して鋳型（中子）を形成する。図１０は、一実施形態における鋳型を模式的に示す図である。図１０に示すように、スキュー無しの羽根型で形成されたベース鋳型３１０の一部が切削されることにより、鋳型３２０は、第１曲線部分２４２に対応する部分３２２と、第２曲線部分２６２に対応する部分３２４とを有する。なお、スキュー無しの羽根型で形成されたベース鋳型３１０の切削されていない部分が、第１直線部分２４１および第２直線部分２６１に対応する部分を構成する。このように、スキュー無しの羽根型を用いたベース鋳型３１０を形成して切削することにより、容易に羽根車１０の鋳型３２０を形成することができる。そして、形成した鋳型３２０を用いて羽根車１０を鋳造することにより、上記した羽根車１０を容易に製造することができる。

【0018】

以上説明した本実施形態は、以下の形態としても記載することができる。
［形態１］形態１によれば、ターボ形ポンプの回転軸に固定される羽根車が提案され、前記回転軸に固定される主板および側板と、前記主板と前記側板との間に配置されて螺旋状の複数の羽根を有する羽根部と、を備え、前記複数の羽根の外周側端部では、回転方向に向いた羽根面が、前記主板に接続されて回転軸心に平行に延在した第１直線部分と、前記側板に接続されて前記第１直線部分に連続する滑らかに傾いた第１曲線部分と、を有し、前記回転方向に背いた羽根面が、前記側板に接続されて前記回転軸心に平行に延在する第２直線部分と、前記主板に接続されて前記第２直線部分に連続する前記第１曲線部分と同一方向に滑らかに傾いた第２曲線部分と、を有する。形態１によれば、スキュー付きの羽根車と同様の機能を生じさせて製造が容易である羽根車を提供することができる。

【0019】

［形態２］形態２によれば、形態１において、周方向において、前記第１曲線部分と前記第２曲線部分とは同一の長さを有する。

【0020】

［形態３］形態３によれば、形態１または２において、前記第１曲線部分と前記第２曲線部分とは同一の形状を有する。

【0021】

［形態４］形態４によれば、形態１から３において、前記第１曲線部分と前記第２曲線部分とのそれぞれは、一定の曲率の曲線状に構成される。

【0022】

［形態５］形態５によれば、形態１から４の羽根車を製造するための製造方法が提案され、前記製造方法は、外周側端部が主板側から側板側まで回転軸心に平行に延在するように形成された複数の羽根を模した羽根型を用意する工程と、前記羽根型を用いてベース鋳型を形成する工程と、前記ベース鋳型における前記第１曲線部分と前記第２曲線部分に対応する部分を切削して鋳型を形成する工程と、前記鋳型を用いて前記羽根車を鋳造する工程と、を含む。形態５によれば、形態１から４の羽根車を、鋳造によって容易に製造することができる。

【0023】

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

【符号の説明】

【0024】

１０…羽根車
１２…主板
１４…側板
２０…羽根部
２２…羽根
２４…羽根面
２４１…第１直線部分
２４２…第１曲線部分
２６…羽根面
２６１…第２直線部分
２６２…第２曲線部分
２０Ａ…羽根型の羽根
３１０…ベース鋳型（ベース中子）
３２０…鋳型（中子）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】