特開 2024-27676 ポンプケーシング及びポンプ装置

(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】P2024027676

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】ポンプケーシング及びポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20240222BHJP

【ＦＩ】

F04D29/44 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022130664

(22)【出願日】2022-08-18

(71)【出願人】

【識別番号】000148209

【氏名又は名称】株式会社川本製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】大杉 洋人

(72)【発明者】

【氏名】高橋 利造

(72)【発明者】

【氏名】山下 英吾

(72)【発明者】

【氏名】森田 魁成

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA02

3H130AB12

3H130AB25

3H130AB46

3H130AC30

3H130BA95A

3H130CA02

3H130CA22

3H130DF03Z

3H130EB01A

3H130EB02A

3H130EB02H

3H130EB05A

3H130EB05H

3H130ED04A

3H130ED04H

(57)【要約】

【課題】高い鋳造性を有し、汎用性が高いポンプケーシング及びポンプ装置を提供すること。
【解決手段】ポンプケーシングは、吸込口と、インペラを収容するポンプ室と、を備えるポンプケーシングであって、前記吸込口に設けられる吸込フランジと、前記吸込フランジ及び前記吸込口を連通する圧力計取付穴と、前記吸込口の内周面の、前記圧力計取付穴の前記インペラの回転方向の一次側に設けられ、前記吸込フランジ側から前記インペラ側に渡って、前記吸込口の軸方向に延びる障壁と、を備える。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸込口と、インペラを収容するポンプ室と、を備えるポンプケーシングであって、
前記吸込口に設けられる吸込フランジと、
前記吸込フランジ及び前記吸込口を連通する圧力計取付穴と、
前記吸込口の内周面の、前記圧力計取付穴の前記インペラの回転方向の一次側に設けられ、前記吸込フランジ側から前記インペラ側に渡って、前記吸込口の軸方向に延びる障壁と、
を備えるポンプケーシング。

【請求項2】

前記障壁の前記軸方向に沿った長さは、前記吸込口の端部から前記インペラのインペラマウス又は前記インペラマウスに設けられるライナリングまでの距離をＬとしたときに、前記圧力計取付穴の内径よりも大きく、且つ、３Ｌ／４以下である、請求項１に記載のポンプケーシング。

【請求項3】

前記障壁の高さ方向は、前記圧力計取付穴の軸方向に沿い、
前記障壁の厚さは、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項２に記載のポンプケーシング。

【請求項4】

前記障壁の高さは、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、請求項３に記載のポンプケーシング。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングに収容されるインペラと、
を備えるポンプ装置。

【請求項6】

横軸ポンプである、請求項５に記載のポンプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸い込み圧力を測定できるポンプケーシング及びポンプ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従前から、ポンプ性能試験において、ＪＩＳ規格により、吸込圧力測定箇所は、ケーシングの吸込フランジから管直径Ｄ１の２倍の距離（２Ｄ１）に設けると定められている。そして、吸込圧力測定箇所がケーシングフランジから管直径Ｄ１の２倍の距離（２Ｄ１）に設けることが困難である場合には、ケーシングの吸込フランジに設けられた圧力計取付穴から圧力を測定する。

【0003】

しかしながら、吸込フランジに設けられた圧力計取付穴で圧力を測定する場合には、少水量域において、ライナリングとインペラの隙間から旋回流が発生する等、ポンプ装置の駆動の影響により、吸込圧力が、吸込フランジから管直径Ｄ１の２倍の距離（２Ｄ１）で測定した圧力と異なり、ポンプ性能試験結果が異なる虞がある。

【0004】

このため、ケーシングの吸込口に、圧力計取付穴の軸心に対して直交する方向に延びる整流板を設けることで、旋回流の流れを阻害する技術が知られている。

【0005】

また、ライナリング部に所定角度傾斜した方向に、旋回流を防止する複数のフィンを設ける技術（例えば、特許文献１参照）や、ケーシングの吸込口に、軸方向と径方向の内側に延びる複数の整流板を設ける技術（例えば、特許文献２参照）も知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７－９２５６５号公報

【特許文献2】特開２００３－２０１９９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

例えば、圧力計取付穴の軸心に対して直交する方向に延びる整流板を設ける技術では、鋳造性が悪く、また、回転軸を延長すると整流板に干渉する虞があり、ポンプ装置の汎用性が低下する虞がある。

【0008】

特許文献１の技術では、複数のフィンを設ける必要が有ることから、製造工程数の増加やコストアップの問題が有る。特許文献２の技術では、鋳造性が悪く、また、コストアップや汎用性の低下の虞や、大水量が出にくくなる虞がある。

【0009】

そこで本発明は、高い鋳造性を有し、汎用性が高いポンプケーシング及びポンプ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の実施形態に係るポンプケーシングは、吸込口と、インペラを収容するポンプ室と、を備えるポンプケーシングであって、前記吸込口に設けられる吸込フランジと、前記吸込フランジ及び前記吸込口を連通する圧力計取付穴と、前記吸込口の内周面の、前記圧力計取付穴の前記インペラの回転方向の一次側に設けられ、前記吸込フランジ側から前記インペラ側に渡って、前記吸込口の軸方向に延びる障壁と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、高い鋳造性を有し、汎用性が高いポンプケーシング及びポンプ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係るポンプ装置の構成を示す部断面図。

【図2】同ポンプ装置のポンプの構成を拡大して示す断面図。

【図3】同ポンプに用いられるポンプケーシングの吸込口の構成を示す正面図。

【図4】同ポンプ装置の評価試験の結果を示す説明図。

【図5】同ポンプ装置の評価試験の結果を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態に係るポンプ装置１及びインペラ３３の構成について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るポンプ装置１の構成を示す部分断面図である。図２は、ポンプ装置１のポンプ１２の構成を拡大して示す断面図であり、図３は、ポンプ１２に用いられるポンプケーシング３１の吸込口３１１の構成を示す正面図である。

【0014】

図１に示すように、ポンプ装置１は、例えば、モータ１１と、ポンプ１２と、軸継手１３と、軸カバー１４と、を備える。ポンプ装置１は、例えば、モータ１１及びポンプ１２を固定するベース１５を備える。図１に示す例では、ポンプ装置１は、横軸ポンプであるが、縦軸ポンプであっても良い。

【0015】

モータ１１は、モータケーシング２１と、モータケーシング２１に収容される固定子と、固定子により回転する回転子と、回転子に固定されるモータ軸２２と、を備える。モータ１１は、ポンプ１２に接続され、モータ軸２２が回転することで、ポンプ１２を駆動する。モータケーシング２１は、ベース１５に固定される。モータ軸２２は、軸継手１３を介してポンプ１２に接続される。

【0016】

ポンプ１２は、ポンプケーシング３１と、ケーシングカバー３２と、インペラ３３と、回転軸３４と、を備える。また、ポンプ１２は、１つ又は２つのライナリング３５と、メカニカルシール等の軸封部材３６と、を備える。ポンプ１２は、軸継手１３を介して回転軸３４がモータ軸２２に接続される。ポンプ１２は、インペラ３３を単数有する単段ポンプであってもよく、また、インペラ３３を複数有する多段ポンプであってもよい。

【0017】

ポンプケーシング３１は、例えば、ベース１５に固定される。ポンプケーシング３１は、ポンプ室３１ａを内部に有し、インペラ３３を収容する。ポンプケーシング３１は、吸込口３１１及び吐出口３１５を有する。ポンプケーシング３１は、例えば、軸方向で一端側に吸込口３１１が配置され、軸方向で他端側にインペラ３３を挿入可能な開口３１ｃが形成される。また、ポンプケーシング３１の周面、例えば、上端には、吐出口３１５が配置されるとともに、下端に、ベース１５に固定する脚部が形成される。

【0018】

吸込口３１１は、ポンプ室３１ａと連通する。吸込口３１１は、吸込フランジ３１２と、圧力計取付穴３１３と、障壁３１４と、を備える。吸込口３１１は、例えば、吸込フランジ３１２に配管が接続される。吸込口３１１は、例えば、吸込フランジ３１２側からポンプ室３１ａ側に向かって、内径が漸次拡径する。

【0019】

吸込フランジ３１２は、配管９９のフランジ９９ａを固定するためのボルト孔３１２ａが複数形成される。

【0020】

圧力計取付穴３１３は、吸込口３１１の軸方向に対して直交する方向に延びる開口である。また、圧力計取付穴３１３は、圧力計を接続可能に、吸込フランジ３１２の外周面側に雌ネジが形成される。圧力計取付穴３１３は、吸込フランジ３１２が設けられる部位に形成され、吸込口３１１の内面及び吸込フランジ３１２の外面を連通する。また、圧力計取付穴３１３は、例えば、横軸ポンプであるポンプ装置１の重力方向（上下方向）で吸込口３１１の中心を通る水平方向に延びる。

【0021】

障壁３１４は、吸込口３１１の内周面に一体に形成される。障壁３１４は、吸込口３１１の軸方向に沿って一方向に長い突起である。障壁３１４は、図３に矢印で示すインペラ３３の回転方向で、圧力計取付穴３１３の一次側に設けられる。例えば、障壁３１４の長手方向は、吸込口３１１の軸方向に沿って延び、障壁３１４の長手方向と直交する高さ方向は、吸込口３１１の内周面から圧力計取付穴３１３の軸方向（水平方向）に沿って延びる。また、長手方向（吸込口３１１の軸方向）において、障壁３１４の吸込フランジ３１２側の端部は、吸込口３１１及び圧力計取付穴３１３の間に配置され、そして、障壁３１４のポンプ室３１ａ側の端部は、圧力計取付穴３１３及びインペラ３３の後述するインペラマウス４２ａ（ライナリング３５）の間に設けられる。

【0022】

次に、具体例として、障壁３１４の構成の好適な一例を説明する。障壁３１４の厚さをＡ、障壁３１４の高さをＢ、障壁３１４及び圧力計取付穴３１３の距離をＣ、障壁３１４の長さをＤとする。障壁３１４の厚さＡとは、障壁３１４の高さ方向及び長手方向のそれぞれに直交する方向の幅である。障壁３１４の高さＢとは、障壁３１４の吸込口３１１の内周面であって、且つ、圧力計取付穴３１３側の端部から、水平方向における先端までの幅である。障壁３１４及び圧力計取付穴３１３の距離Ｃとは、重力方向（上下方向）において、圧力計取付穴３１３の上端及び障壁３１４の下端の距離である。障壁３１４の長さＤとは、水平方向であって、且つ、吸込口３１１の軸方向に沿った方向の幅である。

【0023】

また、軸方向における、吸込口３１１の開口する端部からインペラマウス４２ａ（ライナリング３５が設けられる場合には、ライナリング３５）までの距離をＬとする。

【0024】

障壁３１４の厚さＡは、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定される。障壁３１４の高さＢは、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定される。障壁３１４及び圧力計取付穴３１３の距離Ｃは、１０ｍｍ以内に設定される。障壁３１４の長さＤは、圧力計取付穴３１３の内径よりも大きく、且つ、３Ｌ／４以下に設定される。

【0025】

例えば、口径がΦ８０のポンプ装置１における障壁３１４の一例としては、厚さＡが５ｍｍ、高さＢが７ｍｍ、距離Ｃが２ｍｍ、長さＤが４５ｍｍに設定される。

【0026】

吐出口３１５は、吐出フランジ３１６を備える。吐出口３１５は、例えば、ポンプ室３１ａ側から吐出フランジ３１６側に向かって、内径が漸次拡径する。

【0027】

ケーシングカバー３２は、ポンプケーシング３１の開口３１ｃを覆う。ケーシングカバー３２は、回転軸３４を挿入可能、且つ、軸封装置を取り付け可能に形成される。

【0028】

図２に示すように、インペラ３３は、主板４１と、側板４２と、複数の羽根４３と、を備える。インペラ３３は、例えば、鋳造により形成される。なお、インペラ３３は、金属材料をプレス加工することで形成された主板４１、側板４２及び複数の羽根４３をレーザ溶接により一体に組みたてられた、所謂プレスインペラであってもよく、樹脂成型により形成さえる樹脂インペラであってもよい。

【0029】

主板４１は、シュラウドである。主板４１は、円板状に形成される。主板４１は、中央にボス及び回転軸３４が固定可能な開口４１ａを有する。側板４２は、シュラウドであり、中央に形成されたインペラマウス４２ａを有する円板状に形成される。

【0030】

複数の羽根４３は、例えば、周方向に等間隔に配置される。羽根４３は、一以上の曲率中心を有する所定の曲率半径で湾曲する。複数の羽根４３は、軸方向（主板４１及び側板４２の対向方向）に沿って延びる所謂二次元形状であってもよく、また、軸方向に対して傾斜する所謂三次元形状であってもよい。

【0031】

回転軸３４は、一端側にインペラ３３を固定する。回転軸３４は、ケーシングカバー３２から外部へと配置され、他端側に軸継手１３が設けられる。

【0032】

ライナリング３５は、ポンプケーシング３１とインペラ３３との間に設けられる。具体例として、ライナリング３５は、ポンプケーシング３１に固定される。ポンプケーシング３１に固定されたライナリング３５は、インペラ３３のインペラマウス４２ａと所定の隙間を空けて対向する。なお、ライナリング３５は、さらに、ケーシングカバー３２及びインペラ３３の間に設けられていても良い。

【0033】

メカニカルシール３６は、回転軸３４とケーシングカバー３２との間を軸封する。

【0034】

軸継手１３は、モータ軸２２及び回転軸３４を接続する。

【0035】

軸カバー１４は、モータ軸２２、回転軸３４及び軸継手１３を覆う。例えば、軸カバー１４は、ポンプケーシング３１及びモータ１１に固定される。また、軸カバー１４内には、回転軸３４を回転可能に軸支する複数の軸受け部材５１を有する。

【0036】

ベース１５は、ポンプ装置１の設置個所に固定される。ベース１５は、ネジ穴を複数有し、モータ１１、ポンプ１２及び軸カバー１４をボルト等の締結部材によって固定可能に形成される。

【0037】

このように構成されたポンプケーシング３１を用いたポンプ装置１によれば、障壁３１４を設けることで、圧力計取付穴３１３に圧力計を取り付けて吸込圧力測定した場合と、ＪＩＳ規格に基づいて吸込圧力を測定した場合に、同じ圧力を測定できるとともに、高さＢが低くて良いことから、高い鋳造性や汎用性を得ることができる。

【0038】

以下、実施形態の評価試験の結果を示す。評価試験としては、実施形態として、障壁３１４を設け圧力計取付穴３１３（測定位置Ｈ１）における吸込圧力の測定を行った。ポンプ装置は、口径Φ８０とし、障壁３１４は、厚さＡが５ｍｍ、高さＢが７ｍｍ、距離Ｃが２ｍｍ、長さＤが４５ｍｍとした。

【0039】

また、実施形態と比較するために、比較例１として、ＪＩＳ規格に基づいた吸込フランジ３１２から配管９９の管径（内径）ΦＤ１の２倍の測定位置２Ｄ１における吸込圧力の測定を行った。また、実施形態と比較するために、比較例２として、障壁３１４を有さず、従来のポンプ装置のように、吸込口３１１に図２及び図３中、二点鎖線で示す整流板８０を設けて測定位置Ｈ１で吸込圧力の測定を行った。なお、比較例１及び比較例２においては、ポンプ装置は、実施形態と同じ口径Φ８０とし、障壁３１４を有さないポンプケーシングを用いた。

【0040】

なお、比較例１は、ＪＩＳ規格に基づく吸込圧力の測定位置２Ｄ１であることから、測定位置２Ｄ１で測定した吸込圧力を基準圧力とし、この測定位置２Ｄ１で測定した吸込圧力（基準圧力）から乖離した圧力値に基づいて、評価を行った。

【0041】

図４及び図５に示すように、基準の吸込圧力となる測定位置２Ｄ１で測定した吸込圧力（締切全揚程）は、３５ｍであった。これに対し、比較例２のように、障壁３１４を有さない構成とし、測定位置Ｈ１で測定した吸込圧力（締切全揚程）は、３１．５ｍと、基準圧力に比べて３．５ｍ乖離したことが分かる。これは、ライナリング３５により生じる旋回流が圧力計取付穴３１３に入ることが要因と考えられる。

【0042】

一方で、実施形態の障壁３１４を有する構成の場合に、測定位置Ｈ１で測定した吸込圧力（締切全揚程）は３５ｍと、基準圧力に対して乖離が生じなかった。これは、障壁３１４により、旋回流が圧力計取付穴３１３に旋回流が入ることを抑制できたためと考えられる。また、図５に示すように、比較例１と実施形態は、駆動電流、磁区動力、効率及び全揚程が、殆ど相違ない値となっており、このため、実施形態の障壁３１４を圧力計取付穴３１３の一次側に設けたポンプケーシング３１を用いることで、測定位置Ｈ１で吸込圧力を測定しても、ＪＩＳ規格に準じた測定位置２Ｄ１で測定した場合に比べ、ポンプ性能試験結果が異なることを抑制できる。

【0043】

また、図２及び図３に示す従来の技術の整流板８０と比べても、実施形態に係るポンプケーシング３１の障壁３１４は、高さＢが低くてよい。よって、障壁３１４を有するポンプケーシング３１は、鋳造における湯の流れがよく、高い鋳造性を得ることができるとともに、材料を整流板８０よりも低減できることから、コストを抑制することができる。また、高さＢが低くて良いことから、回転軸３４の長さを長くしても、回転軸３４と障壁３１４とが干渉することを防止できるため、ポンプ装置１は、高い汎用性を有する。

【0044】

上述したように本実施形態に係るポンプケーシング３１及びポンプケーシング３１を用いたポンプ装置１によれば、障壁３１４を設けることで、圧力計取付穴３１３（測定位置Ｈ１）で吸込圧力を測定しても、ＪＩＳ規格に準じた測定位置２Ｄ１で測定した吸込圧力と乖離することを抑制できるとともに、高い鋳造性及び高い汎用性を有することができる。

【0045】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。上述した例では、インペラ３３のインペラマウス４２ａ及びポンプケーシング３１の間にライナリング３５を設ける構成を説明したが、これに限定されない。例えば、ポンプ装置１は、インペラマウス４２ａの外周面とポンプケーシング３１の間を所定の隙間とし、ライナリング３５を設けない構成としてもよい。このようなポンプ装置１においても、ポンプケーシング３１及びインペラマウス４２ａの間から生じた旋回流が圧力計取付穴３１３に入ることを障壁３１４で抑制することができる。

【0046】

即ち、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

【符号の説明】

【0047】

１…ポンプ装置、１１…モータ、１２…ポンプ、１３…軸継手、１４…軸カバー、１５…ベース、２１…モータケーシング、２２…モータ軸、３１…ポンプケーシング、３１ａ…ポンプ室、３１ｃ…開口、３２…ケーシングカバー、３３…インペラ、３４…回転軸、３５…ライナリング、３６…軸封部材、４１…主板、４１ａ…開口、４２…側板、４２ａ…インペラマウス、４３…羽根、５１…軸受け部材、８０…整流板、９９…配管、９９ａ…フランジ、３１１…吸込口、３１２…吸込フランジ、３１２ａ…ボルト孔、３１３…圧力計取付穴、３１４…障壁、３１５…吐出口、３１６…吐出フランジ、Ｄ１…管直径、２Ｄ１…測定位置、Ｈ１…測定位置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】