特許 7034884 複数のポンプからなるポンプ群、およびポンプ選定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-04

(45)【発行日】2022-03-14

(54)【発明の名称】複数のポンプからなるポンプ群、およびポンプ選定装置

(51)【国際特許分類】

   F04D 13/14 20060101AFI20220307BHJP

   F04D 15/00 20060101ALI20220307BHJP

   F04D 29/28 20060101ALI20220307BHJP

【ＦＩ】

F04D13/14

F04D15/00 D

F04D15/00 101D

F04D29/28 J

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2018196732

(22)【出願日】2018-10-18

(65)【公開番号】P2020063714

(43)【公開日】2020-04-23

【審査請求日】2021-05-06

(73)【特許権者】

【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】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(72)【発明者】

【氏名】山崎 賢

(72)【発明者】

【氏名】川畑 潤也

(72)【発明者】

【氏名】加藤 吾郎

(72)【発明者】

【氏名】村田 晶規

(72)【発明者】

【氏名】金 會川

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１２９１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第３１６９４８６（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第３３９５６４９（ＵＳ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５３１７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６７９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１８３１３７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ １３／１４

Ｆ０４Ｄ ２９／２８

Ｆ０４Ｄ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

比速度が互いに異なる３つのポンプを含むポンプ群であって、
３つの異なるタイプの羽根車と、
前記３つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ固定された３つの回転軸と、
前記３つの回転軸をそれぞれ支持する３組の軸受と、
前記３つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ収容された３つのポンプケーシングを備え、
前記３つの異なるタイプの羽根車は、円形羽根車、一重星型羽根車、および二重星型羽根車であり、
前記円形羽根車は、複数の第１翼と、前記３つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された円形の第１主板と、流体入口を有する円形の第１側板を備え、前記第１主板の外径は、前記第１側板の外径よりも小さく、
前記一重星型羽根車は、複数の第２翼と、前記３つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された円形の第２主板と、流体入口を有する星型の第２側板を備え、前記第２主板の外径は、前記第２側板の外径よりも小さく、
前記二重星型羽根車は、複数の第３翼と、前記３つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された星型の第３主板と、流体入口を有する星型の第３側板を備え、前記第３主板の外径は、前記第３側板の外径よりも小さい、ポンプ群。

【請求項2】

前記第１側板の外面の面積は、前記第１主板の外面の面積よりも大きく、
前記第２側板の外面の面積は、前記第２主板の外面の面積よりも大きく、
前記第３側板の外面の面積は、前記第３主板の外面の面積よりも大きい、請求項１に記載のポンプ群。

【請求項3】

前記一重星型羽根車の前記第２側板は、前記第２翼の間に位置する複数の窪み部を有しており、前記窪み部は、前記一重星型羽根車の半径方向において内側に窪んだ形状を有している、請求項１または２に記載のポンプ群。

【請求項4】

前記二重星型羽根車の前記第３側板は、前記複数の第３翼の間に位置する複数の窪み部を有しており、前記窪み部は、前記二重星型羽根車の半径方向において内側に窪んだ形状を有しており、
前記二重星型羽根車の前記第３主板は、前記複数の第３翼にそれぞれ接する複数の突出部を備えており、前記突出部は、前記二重星型羽根車の半径方向において外側に突出した形状を有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプ群。

【請求項5】

前記３組の軸受の各組は、互いに離間する２つの玉軸受から構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のポンプ群。

【請求項6】

前記円形羽根車、前記一重星型羽根車、および前記二重星型羽根車は、いずれもバランスホールを持たない遠心羽根車である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のポンプ群。

【請求項7】

比速度が互いに異なる２つのポンプを含むポンプ群であって、
２つの異なるタイプの羽根車と、
前記２つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ固定された２つの回転軸と、
前記２つの回転軸をそれぞれ支持する２組の軸受と、
前記２つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ収容された２つのポンプケーシングを備え、
前記２つの異なるタイプの羽根車は、円形羽根車および一重星型羽根車であり、
前記円形羽根車は、複数の第１翼と、前記２つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された円形の第１主板と、流体入口を有する円形の第１側板を備え、前記第１主板の外径は、前記第１側板の外径よりも小さく、
前記一重星型羽根車は、複数の第２翼と、前記２つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された円形の第２主板と、流体入口を有する星型の第２側板を備え、前記第２主板の外径は、前記第２側板の外径よりも小さい、ポンプ群。

【請求項8】

前記第１側板の外面の面積は、前記第１主板の外面の面積よりも大きく、
前記第２側板の外面の面積は、前記第２主板の外面の面積よりも大きい、請求項７に記載のポンプ群。

【請求項9】

前記一重星型羽根車の前記第２側板は、前記第２翼の間に位置する複数の窪み部を有しており、前記窪み部は、前記一重星型羽根車の半径方向において内側に窪んだ形状を有している、請求項７または８に記載のポンプ群。

【請求項10】

前記２組の軸受の各組は、互いに離間する２つの玉軸受から構成されている、請求項７乃至９のいずれか一項に記載のポンプ群。

【請求項11】

前記円形羽根車および前記一重星型羽根車は、いずれもバランスホールを持たない遠心羽根車である、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のポンプ群。

【請求項12】

比速度が互いに異なる２つのポンプを含むポンプ群であって、
２つの異なるタイプの羽根車と、
前記２つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ固定された２つの回転軸と、
前記２つの回転軸をそれぞれ支持する２組の軸受と、
前記２つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ収容された２つのポンプケーシングを備え、
前記２つの異なるタイプの羽根車は、一重星型羽根車および二重星型羽根車であり、
前記一重星型羽根車は、複数の第１翼と、前記２つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された円形の第１主板と、流体入口を有する星型の第１側板を備え、前記第１主板の外径は、前記第１側板の外径よりも小さく、
前記二重星型羽根車は、複数の第２翼と、前記２つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された星型の第２主板と、流体入口を有する星型の第２側板を備え、前記第２主板の外径は、前記第２側板の外径よりも小さい、ポンプ群。

【請求項13】

前記第１側板の外面の面積は、前記第１主板の外面の面積よりも大きく、
前記第２側板の外面の面積は、前記第２主板の外面の面積よりも大きい、請求項１２に記載のポンプ群。

【請求項14】

前記一重星型羽根車の前記第１側板は、前記第１翼の間に位置する複数の窪み部を有しており、前記窪み部は、前記一重星型羽根車の半径方向において内側に窪んだ形状を有している、請求項１２または１３に記載のポンプ群。

【請求項15】

前記二重星型羽根車の前記第２側板は、前記複数の第２翼の間に位置する複数の窪み部を有しており、前記窪み部は、前記二重星型羽根車の半径方向において内側に窪んだ形状を有しており、
前記二重星型羽根車の前記第２主板は、前記複数の第２翼にそれぞれ接する複数の突出部を備えており、前記突出部は、前記二重星型羽根車の半径方向において外側に突出した形状を有している、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載のポンプ群。

【請求項16】

前記２組の軸受の各組は、互いに離間する２つの玉軸受から構成されている、請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載のポンプ群。

【請求項17】

前記一重星型羽根車および前記二重星型羽根車は、いずれもバランスホールを持たない遠心羽根車である、請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載のポンプ群。

【請求項18】

比速度が互いに異なる複数のポンプを含むポンプ群から１つのポンプを選択するポンプ選定装置であって、
揚程および吐出し流量を入力するための入力装置と、
ポンプの運転時に軸受に作用するスラスト力を該軸受の許容荷重限度未満とすることができる複数の比速度範囲を格納した記憶装置と、
揚程および吐出し流量のうち、入力された少なくとも１つに対応する運転点を持つポンプをポンプ群から選択する処理装置を備え、
前記運転点は前記複数の比速度範囲のうちの少なくとも１つの中にあり、
前記ポンプ群に含まれる複数のポンプにそれぞれ対応する複数の運転点は、前記複数の比速度範囲内にあり、
前記ポンプ群は、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のポンプ群である、ポンプ選定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体を移送するための複数のポンプからなるポンプ群に関し、特に複数の異なるタイプの羽根車をそれぞれ備えた複数のポンプに関する。また、本発明は、そのようなポンプ群から１つのポンプを選択するポンプ選定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、ポンプに使用される羽根車は、側板（表側シュラウドともいう）を持たないセミオープン形の羽根車か、または側板を持たず、主板（裏側シュラウドともいう）を小さくしたフルオープン形の羽根車である。しかし、これらのタイプの羽根車は組立性が悪く、ポンプ性能も低い。そこで、ポンプ性能が比較的良いリバースオープン形の羽根車がポンプに使用されることがある。リバースオープン形の羽根車は、主板を持たず、翼が側板に固定された羽根車である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第５６０５４４４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このタイプの羽根車には、モータに向かう大きなスラスト力が作用するため、ポンプは、ラジアル力のみならずスラスト力を受けることができる許容荷重が大きい軸受を備える必要がある。例えばアンギュラ玉軸受の場合は、一般に高価であり、しかも、両方向のスラスト力を受けるために少なくとも２つのアンギュラ玉軸受を互いに逆向きに配置する必要がある。このため、ポンプ全体のコストが上昇するのみならず、堅牢な軸受システムを構築するためにポンプ自体が大きくなる。さらに、軸受を冷却するための装置が必要となり、ポンプのコストが上昇する。

【0005】

そこで、本発明は、スラスト力を低減させることができる羽根車を備えた複数のポンプからなるポンプ群を提供する。また、本発明は、そのようなポンプ群から１つのポンプを選択するポンプ選定装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様では、比速度が互いに異なる３つのポンプを含むポンプ群であって、３つの異なるタイプの羽根車と、前記３つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ固定された３つの回転軸と、前記３つの回転軸をそれぞれ支持する３組の軸受と、前記３つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ収容された３つのポンプケーシングを備え、前記３つの異なるタイプの羽根車は、円形羽根車、一重星型羽根車、および二重星型羽根車であり、前記円形羽根車は、複数の第１翼と、前記３つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された円形の第１主板と、流体入口を有する円形の第１側板を備え、前記第１主板の外径は、前記第１側板の外径よりも小さく、前記一重星型羽根車は、複数の第２翼と、前記３つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された円形の第２主板と、流体入口を有する星型の第２側板を備え、前記第２主板の外径は、前記第２側板の外径よりも小さく、前記二重星型羽根車は、複数の第３翼と、前記３つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された星型の第３主板と、流体入口を有する星型の第３側板を備え、前記第３主板の外径は、前記第３側板の外径よりも小さい、ポンプ群が提供される。

【0007】

一態様では、前記第１側板の外面の面積は、前記第１主板の外面の面積よりも大きく、前記第２側板の外面の面積は、前記第２主板の外面の面積よりも大きく、前記第３側板の外面の面積は、前記第３主板の外面の面積よりも大きい。
一態様では、前記一重星型羽根車の前記第２側板は、前記第２翼の間に位置する複数の窪み部を有しており、前記窪み部は、前記一重星型羽根車の半径方向において内側に窪んだ形状を有している。
一態様では、前記二重星型羽根車の前記第３側板は、前記複数の第３翼の間に位置する複数の窪み部を有しており、前記窪み部は、前記二重星型羽根車の半径方向において内側に窪んだ形状を有しており、前記二重星型羽根車の前記第３主板は、前記複数の第３翼にそれぞれ接する複数の突出部を備えており、前記突出部は、前記二重星型羽根車の半径方向において外側に突出した形状を有している。
一態様では、前記３組の軸受の各組は、互いに離間する２つの玉軸受から構成されている。
一態様では、前記円形羽根車、前記一重星型羽根車、および前記二重星型羽根車は、いずれもバランスホールを持たない遠心羽根車である。

【0008】

一態様では、比速度が互いに異なる２つのポンプを含むポンプ群であって、２つの異なるタイプの羽根車と、前記２つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ固定された２つの回転軸と、前記２つの回転軸をそれぞれ支持する２組の軸受と、前記２つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ収容された２つのポンプケーシングを備え、前記２つの異なるタイプの羽根車は、円形羽根車および一重星型羽根車であり、前記円形羽根車は、複数の第１翼と、前記２つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された円形の第１主板と、流体入口を有する円形の第１側板を備え、前記第１主板の外径は、前記第１側板の外径よりも小さく、前記一重星型羽根車は、複数の第２翼と、前記２つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された円形の第２主板と、流体入口を有する星型の第２側板を備え、前記第２主板の外径は、前記第２側板の外径よりも小さい、ポンプ群が提供される。

【0009】

一態様では、前記第１側板の外面の面積は、前記第１主板の外面の面積よりも大きく、前記第２側板の外面の面積は、前記第２主板の外面の面積よりも大きい。
一態様では、前記一重星型羽根車の前記第２側板は、前記第２翼の間に位置する複数の窪み部を有しており、前記窪み部は、前記一重星型羽根車の半径方向において内側に窪んだ形状を有している。
一態様では、前記２組の軸受の各組は、互いに離間する２つの玉軸受から構成されている。
一態様では、前記円形羽根車および前記一重星型羽根車は、いずれもバランスホールを持たない遠心羽根車である。

【0010】

一態様では、比速度が互いに異なる２つのポンプを含むポンプ群であって、２つの異なるタイプの羽根車と、前記２つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ固定された２つの回転軸と、前記２つの回転軸をそれぞれ支持する２組の軸受と、前記２つの異なるタイプの羽根車がそれぞれ収容された２つのポンプケーシングを備え、前記２つの異なるタイプの羽根車は、一重星型羽根車および二重星型羽根車であり、前記一重星型羽根車は、複数の第１翼と、前記２つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された円形の第１主板と、流体入口を有する星型の第１側板を備え、前記第１主板の外径は、前記第１側板の外径よりも小さく、前記二重星型羽根車は、複数の第２翼と、前記２つの回転軸のうちの１つが嵌合する孔が形成された星型の第２主板と、流体入口を有する星型の第２側板を備え、前記第２主板の外径は、前記第２側板の外径よりも小さい、ポンプ群が提供される。

【0011】

一態様では、前記第１側板の外面の面積は、前記第１主板の外面の面積よりも大きく、前記第２側板の外面の面積は、前記第２主板の外面の面積よりも大きい。
一態様では、前記一重星型羽根車の前記第１側板は、前記第１翼の間に位置する複数の窪み部を有しており、前記窪み部は、前記一重星型羽根車の半径方向において内側に窪んだ形状を有している。
一態様では、前記二重星型羽根車の前記第２側板は、前記複数の第２翼の間に位置する複数の窪み部を有しており、前記窪み部は、前記二重星型羽根車の半径方向において内側に窪んだ形状を有しており、前記二重星型羽根車の前記第２主板は、前記複数の第２翼にそれぞれ接する複数の突出部を備えており、前記突出部は、前記二重星型羽根車の半径方向において外側に突出した形状を有している。
一態様では、前記２組の軸受の各組は、互いに離間する２つの玉軸受から構成されている。
一態様では、前記一重星型羽根車および前記二重星型羽根車は、いずれもバランスホールを持たない遠心羽根車である。

【0012】

一態様では、比速度が互いに異なる複数のポンプを含む上記ポンプ群から１つのポンプを選択するポンプ選定装置であって、揚程および吐出し流量を入力するための入力装置と、ポンプの運転時に軸受に作用するスラスト力を該軸受の許容荷重限度未満とすることができる複数の比速度範囲を格納した記憶装置と、揚程および吐出し流量のうち、入力された少なくとも１つに対応する運転点を持つポンプをポンプ群から選択する処理装置を備え、前記運転点は前記複数の比速度範囲のうちの少なくとも１つの中にあり、前記ポンプ群に含まれる複数のポンプにそれぞれ対応する複数の運転点は、前記複数の比速度範囲内にある、ポンプ選定装置が提供される。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、主板の直径が側板の直径よりも小さいので、液体が側板を主板に向かって押す力と、液体が主板を側板に向かって押す力の差が小さくなる。結果として、羽根車から軸受に伝わるスラスト力を低減することができる。また、本発明によれば、バランスホールを羽根車に設けることが不要であり、ポンプ効率の低下を防止することができる。

【0014】

さらに、本発明によれば、要求される比速度に応じて、３つの異なるタイプの羽根車を備えた３つのポンプから選択された最適な１台をユーザーに提供することができる。３つの異なるタイプの羽根車、すなわち、円形羽根車、一重星型羽根車、および二重星型羽根車は、それぞれ異なる形状を有する。形状の異なる３つの羽根車は、軸受に伝わるスラスト力を所定の許容荷重限度未満にしつつ、異なる比速度を実現することができる。具体的には、円形羽根車を備えたポンプの比速度は、一重星型羽根車を備えたポンプの比速度よりも高く、一重星型羽根車を備えたポンプの比速度は、二重星型羽根車を備えたポンプの比速度よりも高い。同時に、円形羽根車、一重星型羽根車、および二重星型羽根車から軸受に伝わるスラスト力は、軸受の許容荷重限度よりも低い。よって、ポンプは、より安価な軸受を用いることができる。

【0015】

このように、本発明によれば、ユーザーが要求する比速度を達成しつつ、安価かつ高性能なポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】３つのポンプを含むポンプ群の一実施形態を示す模式図である。

【図2】円形羽根車を有するポンプを示す断面図である。

【図3】図２に示す円形羽根車を吸込み側から見た図である。

【図4】図２に示す円形羽根車を吐出し側から見た図である。

【図5】一重星型羽根車を有するポンプを示す断面図である。

【図6】図５に示す一重星型羽根車を吸込み側から見た図である。

【図7】図５に示す一重星型羽根車を吐出し側から見た図である。

【図8】二重星型羽根車を有するポンプを示す断面図である。

【図9】図８に示す二重星型羽根車を吸込み側から見た図である。

【図10】図８に示す二重星型羽根車を吐出し側から見た図である。

【図11】吐出し流量が同じ条件下で比較した、円形羽根車、一重星型羽根車、および二重星型羽根車の模式図である。

【図12】円形羽根車、一重星型羽根車、および二重星型羽根車をそれぞれ有する３つのポンプの比速度と、各ポンプの軸受に加わるスラスト力との関係を説明するグラフである。

【図13】図１２に示す第１比速度範囲、第２比速度範囲、および第３比速度範囲を、ポンプの揚程および吐出し流量で表したポンプ選定グラフである。

【図14】ポンプ群から１つのポンプを選定して表示するポンプ選定装置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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１、ポンプ２、およびポンプ３を含むポンプ群１００の一実施形態を示す模式図である。これら３つのポンプ１，２，３は、３つの異なるタイプの羽根車をそれぞれ備え、異なる比速度を有する。より具体的には、ポンプ１の比速度は、ポンプ２の比速度よりも高く、ポンプ２の比速度は、ポンプ３の比速度よりも高い。

【0018】

ポンプ群１００に含まれる各ポンプ１，２，３は、液体を移送する用途に使用される。ユーザーは、必要とする比速度に基づいて、３つのポンプ１，２，３から最適な１台を選択することができる。本実施形態では、ポンプ群１００は、比速度が互いに異なる３つのポンプ１，２，３を含むが、ポンプ群１００は、これら３つのポンプ１，２，３のうちのいずれか２つのみを含んでもよいし、または上記３つのポンプ１，２，３に加えて、比速度が異なる１つ以上のポンプをさらに含んでもよい。

【0019】

図２は、ポンプ１を示す断面図である。本実施形態のポンプ１は、単段の渦巻きポンプである。このポンプ１は、円形羽根車１０と、円形羽根車１０が収容されたポンプケーシング１１と、円形羽根車１０が固定された回転軸１２と、回転軸１２を支持する２つの軸受１５を備えている。２つの軸受１５は、ポンプケーシング１１に固定された軸受ハウジング１６に保持されている。２つの軸受１５は、回転軸１２に沿って互いに離れて配置されている。各軸受１５は、玉軸受から構成されている。円形羽根車１０の裏側には、軸封装置としてのメカニカルシール１７が配置されている。このメカニカルシール１７は、回転軸１２の自由な回転を許容しつつ、回転軸１２とポンプケーシング１１との間の隙間を封止する機能を有する。

【0020】

ポンプケーシング１１は、円形羽根車１０に連通する吸込み口１１Ａと、円形羽根車１０を囲むボリュート室１１Ｃと、ボリュート室１１Ｃに接続された吐出し口１１Ｂを有している。回転軸１２の一端は円形羽根車１０に固定されており、円形羽根車１０と回転軸１２は一体に回転可能となっている。回転軸１２の他端は、図示しない原動機（例えば電動機）に連結されている。原動機によって円形羽根車１０および回転軸１２が回転されると、液体は吸込み口１１Ａを通じて円形羽根車１０に吸い込まれる。液体には、回転する円形羽根車１０によって速度エネルギーが与えられ、液体がボリュート室１１Ｃを流れるときに速度エネルギーは圧力に変換される。昇圧された液体は吐出し口１１Ｂから吐出される。

【0021】

図３は、図２に示す円形羽根車１０を吸込み側から見た図であり、図４は、図２に示す円形羽根車１０を吐出し側から見た図である。円形羽根車１０は、複数の翼２１と、回転軸１２が嵌合する孔２２が形成された円形の主板２４と、流体入口２５を有する円形の側板２７を備えている。複数の翼２１は、孔２２の周囲（すなわち、回転軸１２の周囲）に等間隔で配列されている。複数の翼２１は、側板２７と主板２４との間に配置されており、かつ側板２７と主板２４の両方に固定されている。

【0022】

図２および図３から分かるように、円形羽根車１０は、バランスホールを持たない遠心羽根車である。よって、円形羽根車１０は、ポンプ効率を向上させることができる。さらに、円形羽根車１０は、バランスホールを持たないので、粒子を含むスラリーの移送に適している。もし、円形羽根車１０がバランスホールを有していると、スラリーがバランスホールを通過するときにバランスホールが摩耗して、バランスホールが徐々に拡大し、ポンプ効率が低下してしまう。また、スラリーは、バランスホールを閉塞することもあり、この場合は、スラスト力が増加し、軸受１５がダメージを受けてしまう。円形羽根車１０は、バランスホールを持たないので、このような問題が生じない。よって、バランスホールを持たない円形羽根車１０を備えたポンプ１は、スラリーポンプとして好適に使用することができる。

【0023】

主板２４の外径は、側板２７の外径よりも小さく、主板２４の外面２４ａの面積は、側板２７の外面２７ａの面積よりも小さい。複数の翼２１の最外端２１ａは、側板２７の外周縁２７ｂ上にある。主板２４の外周縁２４ｂは、側板２７の外周縁２７ｂおよび複数の翼２１の最外端２１ａよりも半径方向において内側に位置している。すなわち、図４に示すように、翼２１は、主板２４の外周縁２４ｂから半径方向外側に突出している。

【0024】

円形羽根車１０を備えたポンプ１が液体を移送しているとき、円形羽根車１０の側板２７の外面２７ａおよび主板２４の外面２４ａには、液体の圧力が加わる。主板２４の外面２４ａの面積は、側板２７の外面２７ａの面積よりも小さいので、円形羽根車１０の全体を、側板２７から主板２４に向かう方向に押すスラスト力が発生する。このスラスト力は、図２に示す回転軸１２を伝って軸受１５によって受けられる。

【0025】

円形羽根車１０から軸受１５に伝わるスラスト力は、側板２７の外面２７ａの面積と、主板２４の外面２４ａの面積との比に依存して変わりうる。上記スラスト力が軸受１５の許容荷重限度未満となるように、側板２７の外面２７ａの面積と、主板２４の外面２４ａの面積との比が予め定められている。言い換えれば、側板２７の外面２７ａの面積と、主板２４の外面２４ａの面積との比は、円形羽根車１０から軸受１５に伝わるスラスト力が、軸受１５の許容荷重限度未満となる比である。このような形状を持つ円形羽根車１０は、軸受１５に加わるスラスト力を低減させ、ポンプ１での許容荷重の大きい軸受の使用を不要とすることができる。

【0026】

図５は、ポンプ２を示す断面図である。本実施形態のポンプ２は、単段の渦巻きポンプである。このポンプ２は、一重星型羽根車３０と、一重星型羽根車３０が収容されたポンプケーシング３１と、一重星型羽根車３０が固定された回転軸３２と、回転軸３２を支持する２つの軸受３５を備えている。２つの軸受３５は、ポンプケーシング３１に固定された軸受ハウジング３６に保持されている。２つの軸受３５は、回転軸３２に沿って互いに離れて配置されている。各軸受３５は、玉軸受から構成されている。一重星型羽根車３０の裏側には、軸封装置としてのメカニカルシール３７が配置されている。このメカニカルシール３７は、回転軸３２の自由な回転を許容しつつ、回転軸３２とポンプケーシング３１との間の隙間を封止する機能を有する。

【0027】

ポンプケーシング３１は、一重星型羽根車３０に連通する吸込み口３１Ａと、一重星型羽根車３０を囲むボリュート室３１Ｃと、ボリュート室３１Ｃに接続された吐出し口３１Ｂを有している。回転軸３２の一端は一重星型羽根車３０に固定されており、一重星型羽根車３０と回転軸３２は一体に回転可能となっている。回転軸３２の他端は、図示しない原動機（例えば電動機）に連結されている。原動機によって一重星型羽根車３０および回転軸３２が回転されると、液体は吸込み口３１Ａを通じて一重星型羽根車３０に吸い込まれる。液体には、回転する一重星型羽根車３０によって速度エネルギーが与えられ、液体がボリュート室３１Ｃを流れるときに速度エネルギーは圧力に変換される。昇圧された液体は吐出し口３１Ｂから吐出される。

【0028】

図６は、図５に示す一重星型羽根車３０を吸込み側から見た図であり、図７は、図５に示す一重星型羽根車３０を吐出し側から見た図である。一重星型羽根車３０は、複数の翼４１と、回転軸３２が嵌合する孔４２が形成された円形の主板４４と、流体入口４５を有する星型の側板４７を備えている。複数の翼４１は、孔４２の周囲（すなわち、回転軸３２の周囲）に等間隔で配列されている。複数の翼４１は、側板４７と主板４４との間に配置されており、かつ側板４７と主板４４の両方に固定されている。図６および図７から分かるように、一重星型羽根車３０は、バランスホールを持たない遠心羽根車である。よって、一重星型羽根車３０は、スラリーの移送に適しているのみならず、ポンプ効率を向上させることができる。一重星型羽根車３０を備えたポンプ２は、スラリーポンプとして好適に使用することができる。

【0029】

主板４４の外径は、側板４７の外径よりも小さく、主板４４の外面４４ａの面積は、側板４７の外面４７ａの面積よりも小さい。複数の翼４１の最外端４１ａは、側板４７の外周縁４７ｂ上にある。主板４４の外周縁４４ｂは、側板４７の外周縁４７ｂおよび複数の翼４１の最外端４１ａよりも半径方向において内側に位置している。すなわち、図７に示すように、翼４１は、主板４４の外周縁４４ｂから半径方向外側に突出している。

【0030】

一重星型羽根車３０を備えたポンプ２が液体を移送しているとき、一重星型羽根車３０の側板４７の外面４７ａおよび主板４４の外面４４ａには、液体の圧力が加わる。主板４４の外面４４ａの面積は、側板４７の外面４７ａの面積よりも小さいので、一重星型羽根車３０の全体を、側板４７から主板４４に向かう方向に押すスラスト力が発生する。このスラスト力は、図５に示す回転軸３２を伝って軸受３５によって受けられる。

【0031】

一重星型羽根車３０を備えたポンプ２は、円形羽根車１０を備えたポンプ１よりも低い比速度を有する。一般に、吐出し流量が同じ条件下では、比速度が低くなるに従って、羽根車の外径は大きくなる。結果として、羽根車から軸受に伝わるスラスト力は大きくなる。このスラスト力が軸受の許容荷重限度を超えると、軸受が破損してしまう。そこで、一重星型羽根車３０は、スラスト力を低減するために、星型の側板４７を有している。

【0032】

図６および図７に示すように、星型の側板４７は、複数の翼４１の間に位置した複数の窪み部４９を有する。各窪み部４９は、隣り合う２つの翼４１の間に位置しており、一重星型羽根車３０の半径方向において内側に窪んだ形状を有している。これらの窪み部４９は、側板４７の外面４７ａの面積を小さくするのに寄与する。上述したように、吐出し流量が同じ条件下では、比速度が低くなるに従って、羽根車の外径は大きくなる。よって、本実施形態では、一重星型羽根車３０の外径は、円形羽根車１０の外径よりも大きいが、側板４７の外周縁４７ｂには複数の窪み部４９が形成されているので、側板４７の外面４７ａの受圧面積が減り、結果として、一重星型羽根車３０から軸受３５に伝わるスラスト力を、軸受３５の許容荷重限度未満にすることが可能となる。

【0033】

一重星型羽根車３０から軸受３５に伝わるスラスト力は、側板４７の外面４７ａの面積と、主板４４の外面４４ａの面積との比に依存して変わりうる。上記スラスト力が軸受３５の許容荷重限度未満となるように、側板４７の外面４７ａの面積と、主板４４の外面４４ａの面積との比が予め定められている。言い換えれば、側板４７の外面４７ａの面積と、主板４４の外面４４ａの面積との比は、一重星型羽根車３０から軸受３５に伝わるスラスト力が、軸受３５の許容荷重限度未満となる比である。星型の側板４７を持つ一重星型羽根車３０は、低い比速度を達成しつつ、軸受３５に加わるスラスト力を低減させることができる。

【0034】

図８は、ポンプ３を示す断面図である。本実施形態のポンプ３は、単段の渦巻きポンプである。このポンプ３は、二重星型羽根車５０と、二重星型羽根車５０が収容されたポンプケーシング５１と、二重星型羽根車５０が固定された回転軸５２と、回転軸５２を支持する２つの軸受５５を備えている。２つの軸受５５は、ポンプケーシング５１に固定された軸受ハウジング５６に保持されている。２つの軸受５５は、回転軸５２に沿って互いに離れて配置されている。各軸受５５は、玉軸受から構成されている。二重星型羽根車５０の裏側には、軸封装置としてのメカニカルシール５７が配置されている。このメカニカルシール５７は、回転軸５２の自由な回転を許容しつつ、回転軸５２とポンプケーシング５１との間の隙間を封止する機能を有する。

【0035】

ポンプケーシング５１は、二重星型羽根車５０に連通する吸込み口５１Ａと、二重星型羽根車５０を囲むボリュート室５１Ｃと、ボリュート室５１Ｃに接続された吐出し口５１Ｂを有している。回転軸５２の一端は二重星型羽根車５０に固定されており、二重星型羽根車５０と回転軸５２は一体に回転可能となっている。回転軸５２の他端は、図示しない原動機（例えば電動機）に連結されている。原動機によって二重星型羽根車５０および回転軸５２が回転されると、液体は吸込み口５１Ａを通じて二重星型羽根車５０に吸い込まれる。液体には、回転する二重星型羽根車５０によって速度エネルギーが与えられ、液体がボリュート室５１Ｃを流れるときに速度エネルギーは圧力に変換される。昇圧された液体は吐出し口５１Ｂから吐出される。

【0036】

図９は、図８に示す二重星型羽根車５０を吸込み側から見た図であり、図１０は、図８に示す二重星型羽根車５０を吐出し側から見た図である。二重星型羽根車５０は、複数の翼６１と、回転軸５２が嵌合する孔６２が形成された星型の主板６４と、流体入口６５を有する星型の側板６７を備えている。複数の翼６１は、孔６２の周囲（すなわち、回転軸５２の周囲）に等間隔で配列されている。複数の翼６１は、側板６７と主板６４との間に配置されており、かつ側板６７と主板６４の両方に固定されている。図９および図１０から分かるように、二重星型羽根車５０は、バランスホールを持たない遠心羽根車である。よって、二重星型羽根車５０は、スラリーの移送に適しているのみならず、ポンプ効率を向上させることができる。二重星型羽根車５０を備えたポンプ３は、スラリーポンプとして好適に使用することができる。

【0037】

主板６４の外径は、側板６７の外径よりも小さく、主板６４の外面６４ａの面積は、側板６７の外面６７ａの面積よりも小さい。複数の翼６１の最外端６１ａは、側板６７の外周縁６７ｂ上にある。主板６４の外周縁６４ｂは、側板６７の外周縁６７ｂおよび複数の翼６１の最外端６１ａよりも半径方向において内側に位置している。すなわち、図１０に示すように、翼６１は、主板６４の外周縁６４ｂから半径方向外側に突出している。

【0038】

二重星型羽根車５０を備えたポンプ３が液体を移送しているとき、二重星型羽根車５０の側板６７の外面６７ａおよび主板６４の外面６４ａには、液体の圧力が加わる。主板６４の外面６４ａの面積は、側板６７の外面６７ａの面積よりも小さいので、二重星型羽根車５０の全体を、側板６７から主板６４に向かう方向に押すスラスト力が発生する。このスラスト力は、図８に示す回転軸５２を伝って軸受５５によって受けられる。

【0039】

二重星型羽根車５０を備えたポンプ３は、一重星型羽根車３０を備えたポンプ２よりも低い比速度を有する。上述したように、一般に、吐出し流量が同じ条件下では、比速度が低くなるに従って、羽根車の外径は大きくなる。結果として、羽根車から軸受に伝わるスラスト力は大きくなる。そこで、二重星型羽根車５０は、スラスト力を低減するために、星型の側板６７と、星型の主板６４を有する。

【0040】

図９および図１０に示すように、星型の側板６７は、複数の翼６１の間に位置した複数の窪み部６９を有する。各窪み部６９は、隣り合う２つの翼６１の間に位置しており、二重星型羽根車５０の半径方向において内側に窪んだ形状を有している。これらの窪み部６９は、側板６７の外面６７ａの面積を小さくするのに寄与する。つまり、側板６７の外周縁６７ｂには複数の窪み部６９が形成されているので、側板６７の外面６７ａの受圧面積が減り、結果として、二重星型羽根車５０から軸受５５に伝わるスラスト力が低下する。しかしながら、側板６７の外径自体が大きいために、窪み部６９を形成することのみでは、スラスト力を軸受５５の許容荷重限度未満にすることは難しい。

【0041】

そこで、液体が主板６４の外面６４ａを押す力を増加させるために、主板６４も、星型を有している。より具体的には、星型の主板６４は、複数の翼６１にそれぞれ接する複数の突出部７１を有する。各突出部７１は、二重星型羽根車５０の半径方向において外側に突出している。これらの突出部７１は、側板６７に形成された窪み部６９とは異なり、主板６４の外面６４ａの面積を大きくするのに寄与する。つまり、比較的大きな受圧面積を持つ側板６７に加わる液体の力の大部分をキャンセルするために、主板６４に突出部７１を設けて主板６４の受圧面積を増加させる。液体が側板６７の外面６７ａを押す力の大部分は、液体が主板６４を押す力によってキャンセルされる。結果として、二重星型羽根車５０から軸受５５に加わるスラスト力を、軸受５５の許容荷重限度未満とすることができる。

【0042】

二重星型羽根車５０から軸受５５に伝わるスラスト力は、側板６７の外面６７ａの面積と、主板６４の外面６４ａの面積との比に依存して変わりうる。上記スラスト力が軸受５５の許容荷重限度未満となるように、側板６７の外面６７ａの面積と、主板６４の外面６４ａの面積との比が予め定められている。言い換えれば、側板６７の外面６７ａの面積と、主板６４の外面６４ａの面積との比は、二重星型羽根車５０から軸受５５に伝わるスラスト力が、軸受５５の許容荷重限度未満となる比である。星型の側板６７および星型の主板６４を持つ二重星型羽根車５０は、低い比速度を達成しつつ、軸受５５に加わるスラスト力を低減させることができる。

【0043】

円形羽根車１０を持つポンプ１、一重星型羽根車３０を持つポンプ２、および二重星型羽根車５０を持つポンプ３を少なくとも備えたポンプ群１００は、スラスト力を軸受１５，３５，５５の許容荷重限度未満に収めつつ、広い比速度をカバーすることができる。

【0044】

図１１は、吐出し流量が同じ条件下で比較した、円形羽根車１０、一重星型羽根車３０、および二重星型羽根車５０の模式図である。円形羽根車１０を持つポンプ１の比速度は、一重星型羽根車３０を持つポンプ２の比速度よりも高く、一重星型羽根車３０を持つポンプ２の比速度は、二重星型羽根車５０を持つポンプ３比速度よりも高い。図１１から分かるように、吐出し流量が同じ条件下では、比速度が低くなるに従って羽根車の外径は大きくなっている。

【0045】

円形羽根車１０の側板２７および主板２４には液体から力Ｆ１および力Ｆ２がそれぞれ加わる（Ｆ１＞Ｆ２）。力Ｆ１と力Ｆ２の差Δ１は、円形羽根車１０を軸方向に押すスラスト力に相当する。一重星型羽根車３０の側板４７および主板４４には液体から力Ｆ３および力Ｆ４がそれぞれ加わる（Ｆ３＞Ｆ４）。力Ｆ３と力Ｆ４の差Δ２は、一重星型羽根車３０を軸方向に押すスラスト力に相当する。二重星型羽根車５０の側板６７および主板６４には液体から力Ｆ５および力Ｆ６がそれぞれ加わる（Ｆ５＞Ｆ６）。力Ｆ５と力Ｆ６の差Δ３は、二重星型羽根車５０を軸方向に押すスラスト力に相当する。

【0046】

スラスト力Δ１，Δ２，Δ３は、軸受１５，３５，５５によってそれぞれ受けられる。スラスト力Δ１，Δ２，Δ３のいずれも、軸受１５，３５，５５の許容荷重限度未満である。言い換えれば、スラスト力Δ１，Δ２，Δ３が軸受１５，３５，５５の許容荷重限度未満となるように、円形羽根車１０の側板２７および主板２４、一重星型羽根車３０の側板４７および主板４４、二重星型羽根車５０の側板６７および主板６４の形状および大きさが決定される。

【0047】

図１２は、円形羽根車１０、一重星型羽根車３０、および二重星型羽根車５０をそれぞれ有する３つのポンプ１，２，３の比速度と、各ポンプ１，２，３の軸受１５，３５，５５に加わるスラスト力との関係を説明するグラフである。円形羽根車１０を持つポンプ１の比速度は、第１比速度範囲Ｒ１内にあり、一重星型羽根車３０を持つポンプ２の比速度は、第１比速度範囲Ｒ１よりも低い第２比速度範囲Ｒ２内にあり、二重星型羽根車５０を持つポンプ３の比速度は、第２比速度範囲Ｒ２よりも低い第３比速度範囲Ｒ３内にある。

【0048】

第１比速度範囲Ｒ１内では、円形羽根車１０を備えたポンプ１が使用される。円形羽根車１０は、図３および図４を参照して説明したように、側板２７および主板２４のいずれもが円形である。円形の側板２７および円形の主板２４は、ポンプ１が第１比速度範囲Ｒ１内の比速度を実現できる大きさを有している。しかしながら、図１２のグラフに示すように、比速度が低くなるに従って、スラスト力が増加し、軸受１５（図２参照）の許容荷重限度Ｌを超えてしまう。

【0049】

そこで、スラスト力が軸受１５の許容荷重限度Ｌを超える前に、円形羽根車１０を備えたポンプ１から、一重星型羽根車３０を備えたポンプ２に切替えられる。一重星型羽根車３０は、図６および図７を参照して説明したように、側板４７が星型であり、主板４４は円形である。星型の側板４７および円形の主板４４は、ポンプ２が第２比速度範囲Ｒ２内の比速度を実現できる大きさおよび形状を有している。しかしながら、図１２のグラフに示すように、比速度が低くなるに従って、スラスト力が増加し、軸受３５（図３参照）の許容荷重限度Ｌを超えてしまう。

【0050】

そこで、スラスト力が軸受３５の許容荷重限度Ｌを超える前に、一重星型羽根車３０を備えたポンプ２から、二重星型羽根車５０を備えたポンプ３に切替えられる。二重星型羽根車５０は、図９および図１０を参照して説明したように、側板６７および主板６４のいずれもが星型である。星型の側板６７および主板６４は、ポンプ３が第３比速度範囲Ｒ３内の比速度を実現できる大きさおよび形状を有している。

【0051】

このように、３つの異なるタイプの羽根車１０，３０，５０を備えたポンプ１，２，３は、スラスト力を所定の許容荷重限度Ｌ未満に抑えつつ、第１比速度範囲Ｒ１、第２比速度範囲Ｒ２、および第３比速度範囲Ｒ３の全体をカバーする比速度を実現することができる。ユーザーは、必要とする比速度に基づいて、３つの異なるタイプの羽根車１０，３０，５０を備えた３つのポンプ１，２，３の中から最適な１つを選択することができる。

【0052】

図１３は、第１比速度範囲Ｒ１、第２比速度範囲Ｒ２、および第３比速度範囲Ｒ３を、ポンプ１，２，３の揚程および吐出し流量で表したポンプ選定グラフである。図１３に示す、点ａ、ｂ、ｃは、同じ吐出し流量を持つ３つのポンプ１，２，３の運転点を示しており、図１１に示す円形羽根車１０、一重星型羽根車３０、二重星型羽根車５０にそれぞれ対応する。

【0053】

同じ吐出し流量を持つ上述した３つのポンプ１，２，３は、一例であり、揚程および吐出し流量が図１３に示す第１比速度範囲Ｒ１、第２比速度範囲Ｒ２、および第３比速度範囲Ｒ３内にある限り、３つの異なるタイプの羽根車１０，３０，５０を備えた３つのポンプは異なる吐出し流量を有してもよい。すなわち、円形羽根車を持つポンプは第１比速度範囲Ｒ１内に運転点を持つポンプであり、一重星型羽根車を持つポンプは第２比速度範囲Ｒ２内に運転点を持つポンプであり、二重星型羽根車を持つポンプは第３比速度範囲Ｒ３内に運転点を持つポンプである。

【0054】

ユーザーは、必要とする揚程および吐出し流量に基づいて、３つのポンプ１，２，３の中から最適な１つを選択することができる。要求される比速度、すなわち要求される吐出し流量および揚程が、第１比速度範囲Ｒ１、第２比速度範囲Ｒ２、および第３比速度範囲Ｒ３内であれば、スラスト力は軸受１５，３５，５５の許容荷重限度Ｌ未満である。よって、安価なポンプをユーザーに提供することができる。

【0055】

ユーザーが必要とする比速度は、第１比速度範囲Ｒ１および第２比速度範囲Ｒ２のみ、または第２比速度範囲Ｒ２および第３比速度範囲Ｒ３のみでカバーできる場合もありうる。そこで、一実施形態では、ポンプ群１００は、円形羽根車１０を備えたポンプ１と、一重星型羽根車３０を備えたポンプ２のみから構成されてもよい。あるいは、他の実施形態では、ポンプ群１００は、一重星型羽根車３０を備えたポンプ２と、二重星型羽根車５０を備えたポンプ３のみから構成されてもよい。

【0056】

図１４は、上述したポンプ群１００から１つのポンプを選定して表示するポンプ選定装置８１を示す模式図である。このポンプ選定装置８１は、入力装置８２、処理装置８３、記憶装置８４、画面表示器８５、および印刷機８６を備えている。ポンプ選定装置８１は、専用のコンピュータ、汎用のコンピュータ、またはタブレット形コンピュータなどから構成される。

【0057】

入力装置８２は、キーボードおよびマウスなどを含む。ユーザーは、入力装置８２を用いて、必要とする揚程および／または吐出し流量をポンプ選定装置８１に入力する。入力された揚程および／または吐出し流量は、記憶装置８４に記憶される。処理装置８３は、記憶装置８４に格納されているプログラムに従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などを含む。記憶装置８４は、処理装置８３がアクセス可能な主記憶装置（例えばランダムアクセスメモリ）と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ）を備えている。

【0058】

記憶装置８４は、その内部に、図１３に示すポンプ選定グラフと、図１２に示す比速度とスラスト荷重との関係を示すグラフを予め格納している。処理装置８３は、ユーザーによって入力された揚程および／または吐出し流量に対応するポンプを選択する。選択されるポンプは、図１３に示す第１比速度範囲Ｒ１、第２比速度範囲Ｒ２、および第３比速度範囲Ｒ３のうちの少なくとも１つの中に運転点を持つポンプである。例えば、ユーザーが必要とする揚程および吐出し流量が第１比速度範囲Ｒ１にあれば、処理装置８３は円形羽根車を備えたポンプを選択する。ユーザーによって入力された情報が揚程のみであった場合は、処理装置８３はその揚程に対応する複数のポンプを選択する。

【0059】

処理装置８３によって選択されたポンプは、画面表示器８５上に表示される。ポンプ選定装置８１は、図１２に示すグラフ、および図１３に示すポンプ選定グラフも画面表示器８５上に表示することができる。

【0060】

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。

【符号の説明】

【0061】

１，２，３ ポンプ
１０ 円形羽根車
１１ ポンプケーシング
１２ 回転軸
１５ 軸受
１６ 軸受ハウジング
１７ メカニカルシール
２１ 翼
２２ 孔
２４ 円形の主板
２５ 流体入口
２７ 円形の側板
３０ 一重星型羽根車
３１ ポンプケーシング
３２ 回転軸
３５ 軸受
３６ 軸受ハウジング
３７ メカニカルシール
４１ 翼
４２ 孔
４４ 円形の主板
４５ 流体入口
４７ 星型の側板
４９ 窪み部
５０ 二重星型羽根車
５１ ポンプケーシング
５２ 回転軸
５５ 軸受
５７ メカニカルシール
６１ 翼
６２ 孔
６４ 星型の主板
６５ 流体入口
６７ 星型の側板
６９ 窪み部
７１ 突出部
８１ ポンプ選定装置
８２ 入力装置
８３ 処理装置
８４ 記憶装置
８５ 画面表示器
８６ 印刷機
１００ ポンプ群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】