特許 7370925 羽根車、水力機械

(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】2023-10-20

(45)【発行日】2023-10-30

(54)【発明の名称】羽根車、水力機械

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/36 20060101AFI20231023BHJP

   F04D 29/70 20060101ALI20231023BHJP

【ＦＩ】

F04D29/36 H

F04D29/70 G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020075932

(22)【出願日】2020-04-22

(65)【公開番号】P2021173185

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2022-11-25

(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】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】常田 友紀

(72)【発明者】

【氏名】能見 基彦

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６４－０６９７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－０４１８９３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５５－０６４４９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５６－０１２０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５９４７６７９（ＵＳ，Ａ）

【文献】実開昭６２－１１７２９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５９－１１５４７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／３６

Ｆ０４Ｄ ２９／７０

Ｆ０３Ｂ ３／１８

Ｆ０３Ｂ １１／０８

Ｆ０１Ｄ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を有する可動翼と、
前記可動翼が前記回転軸を介して接続される接続孔を有するハブと、
前記可動翼と前記ハブとの隙間を囲うと共に、前記回転軸と前記接続孔との隙間を囲う弾性カバーと、を備え、
前記弾性カバーは、裾部が弾性変形した状態で前記ハブに接するスカート状に形成されており、
前記裾部は、前記ハブの中心軸方向における中央部において、部分的に長く形成されている、ことを特徴とする羽根車。

【請求項2】

前記回転軸の径が、前記可動翼の翼厚以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の羽根車。

【請求項3】

前記弾性カバーは、前記可動翼に固定されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の羽根車。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の羽根車を備える、ことを特徴とする水力機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、羽根車、水力機械に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、羽根と羽根ボスとの隙間を無くすように羽根側に弾性体の填隙片を取り付けた可動翼羽根車が開示されている。この可動翼羽根車によれば、羽根と羽根ボスとの隙間に異物が入り込むことがなく、しかも填隙片は弾性体であるために容易に変形することができ、羽根の回動操作に支障をきたすことがない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実開昭６２－１１７２９５号公報

【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、上記可動翼羽根車は、羽根と羽根ボスとの間に異物が噛み込まれることを防止できるものの、羽根の他の摺動部である回転軸における異物の噛み込みについて何ら考慮されていなかった。また、上記従来技術の填隙片は、羽根と羽根ボスとの隙間を充填するものであったため、羽根ボスとの接触面積が広く、羽根の摺動抵抗が高まり、回動操作が重くなる可能性があった。

【0005】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、可動翼の摺動抵抗の増加を抑えつつ、可動翼の摺動部における異物の噛み込みを防止できる羽根車、水力機械の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る羽根車は、回転軸を有する可動翼と、前記可動翼が前記回転軸を介して接続される接続孔を有するハブと、前記可動翼と前記ハブとの隙間を囲うと共に、前記回転軸と前記接続孔との隙間を囲う弾性カバーと、を備える。

【0007】

上記羽根車においては、前記回転軸の径が、前記可動翼の翼厚以下であってもよい。

【0008】

上記羽根車においては、前記弾性カバーは、前記可動翼に固定されていてもよい。

【0009】

上記羽根車においては、前記弾性カバーは、裾部が弾性変形した状態で前記ハブに接するスカート状に形成されていてもよい。

【0010】

上記羽根車においては、前記裾部は、前記ハブの中心軸方向における中央部において、部分的に長く形成されていてもよい。

【0011】

本発明の一態様に係る水力機械は、先に記載の羽根車を備える。

【発明の効果】

【0012】

上記本発明の態様によれば、可動翼の摺動抵抗の増加を抑えつつ、可動翼の摺動部における異物の噛み込みを防止できる羽根車、水力機械を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態に係る水力機械の断面構成図である。

【図2】一実施形態に係る羽根車の断面構成図である。

【図3】一実施形態に係る可動翼を径方向から見た平面図である。

【図4】一実施形態に係る羽根車の変形例を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、水力機械としてポンプを例示する。

【0015】

図１は、一実施形態に係る水力機械１００の断面構成図である。
図１に示す水力機械１００は、非容積型ポンプの一つである横軸軸流ポンプであり、液体を軸方向に吐出する羽根車１を備えている。羽根車１は、複数の可動翼２と、複数の可動翼２が接続されたハブ３と、後述する弾性カバー１０と、を備えている。なお、水力機械１００は、立軸ポンプであっても、斜流ポンプであっても、遠心ポンプであっても構わない。

【0016】

水力機械１００は、羽根車１が固定された主軸１０１と、主軸１０１と他の軸とを連結する軸継手１０２と、主軸１０１を支持する軸受１０３と、羽根車１及び主軸１０１の一部を収容するケーシング１０４と、を備えている。ケーシング１０４は、吐出し側ケーシング１０４ａと、吐出し側ケーシング１０４ａに接続された吸込み側ケーシング１０４ｂと、を備えている。

【0017】

吐出し側ケーシング１０４ａは、水平方向に延びる筒状に形成され、羽根車１を取り囲んでいる。吸込み側ケーシング１０４ｂは、エルボ形状に形成され、吐出し側ケーシング１０４ａの上流側に水平方向に接続されている。吸込み側ケーシング１０４ｂの吐出し側ケーシング１０４ａと接続されていない側には、液体吸込み口１０５が形成されている。

【0018】

液体吸込み口１０５は、鉛直下方向を向いている。つまり、吸込み側ケーシング１０４ｂは、液体吸込み口１０５から上方に延びた後、水平方向に延び、吐出し側ケーシング１０４ａと接続されている。吐出し側ケーシング１０４ａは、吸込み側ケーシング１０４ｂと接続されていない側に、液体吐出し口１０６を備えている。

【0019】

主軸１０１は、吐出し側ケーシング１０４ａに沿って水平方向に延び、吸込み側ケーシング１０４ｂを貫通している。軸継手１０２は、吸込み側ケーシング１０４ｂを貫通し、ケーシング１０４の外部に突出した主軸１０１を、図示しない駆動機と連結させさせている。吐出し側ケーシング１０４ａ内には、ガイドベーン１０７が設けられている。ガイドベーン１０７は、液体を効率的に加速するためにベーンの開放角度を変えることができる。

【0020】

主軸１０１は、上述した図示しない駆動機によって回転し、主軸１０１の回転によって羽根車１が回転する。羽根車１の回転により、取扱い液（液体、例えば水）は、液体吸込み口１０５から上方に流れ、エルボ状の吸込み側ケーシング１０４ｂにより水平方向に流れが曲げられて羽根車１へ至る。液体は、羽根車１の回転によりさらに水平方向に送られ、液体吐出し口１０６から吐出される。

【0021】

図２は、一実施形態に係る羽根車１の断面構成図である。図３は、一実施形態に係る可動翼２を径方向から見た平面図である。
図２に示すように、可動翼２は、回転軸４を有している。可動翼２は、回転軸４を介してハブ３の周面に接続されている。可動翼２（翼本体）とハブ３の周面との間には、隙間Ｓが形成されている。

【0022】

ハブ３の周面には、回転軸４が挿入される接続孔３ａが形成されている。これにより、可動翼２は、ハブ３の径方向に延びる回転軸４回りに回転可能とされている。回転軸４は、ハブ３の内側で、図示しない回動機構と接続されている。回転軸４と接続孔３ａとの間にも、図示しない僅かな隙間が形成されている。

【0023】

羽根車１は、可動翼２とハブ３との隙間Ｓを囲うと共に、回転軸４と接続孔３ａとの隙間を囲う弾性カバー１０を備えている。弾性カバー１０は、ゴムなどから形成されている。弾性カバー１０は、可動翼２に固定される固定部１１と、ハブ３に接する裾部１２と、を有するスカート状に形成されている。

【0024】

固定部１１は、可動翼２の根本付近に固定されている。可動翼２の根本付近には、全周に亘って環状溝５が形成されている。固定部１１は、環状溝５よりも僅かに小さく形成され、弾性変形した状態で環状溝５に嵌っている。環状溝５には、嵌り込んだ固定部１１を接着する接着剤が塗布されているとよい。なお、弾性カバー１０は、接着剤のみにより可動翼２に固定されていても構わない。

【0025】

裾部１２は、図２に示すように、弾性変形した状態でハブ３の周面に接している。裾部１２は、図３に示すように、可動翼２の全周に延びている。また、図３に示すように、回転軸４の径Ｔ４は、可動翼２の翼厚Ｔ２以下である。つまり、弾性カバー１０が、可動翼２とハブ３との隙間Ｓの全周を囲うことで、可動翼２の内側に配置された回転軸４と接続孔３ａとの隙間も囲うことができる。

【0026】

上記構成の弾性カバー１０によれば、図２に示すように、可動翼２とハブ３との隙間Ｓを囲うと共に、回転軸４と接続孔３ａとの隙間を囲うため、これらの摺動部が外側の流水部に露出するのを防止できる。これにより、流水部に混入した異物Ｘの隙間Ｓへの侵入、及び、可動翼２とハブ３との隙間Ｓでの噛み込み、さらに、回転軸４と接続孔３ａとの隙間での噛み込みを防止できる。また、弾性カバー１０は、隙間Ｓの外側を囲うもので、可動翼２とハブ３との隙間Ｓに充填されるものではないため、ハブ３との接触面積を必要限に減らし、可動翼２の摺動抵抗の増加を抑制できる。

【0027】

このように、上述した本実施形態によれば、回転軸４を有する可動翼２と、可動翼２が回転軸４を介して接続される接続孔３ａを有するハブ３と、可動翼２とハブ３との隙間Ｓを囲うと共に、回転軸４と接続孔３ａとの隙間を囲う弾性カバー１０と、を備える、という構成を採用することによって、可動翼２の摺動抵抗の増加を抑えつつ、可動翼２の摺動部における異物の噛み込みを防止できる羽根車１及びその羽根車１を備える水力機械１００が得られる。

【0028】

また、本実施形態においては、図３に示すように、回転軸４の径Ｔ４が、可動翼２の翼厚Ｔ２以下であるため、弾性カバー１０を異形状としなくても回転軸４と接続孔３ａとの隙間を囲い易くなる。

【0029】

また、本実施形態においては、図２に示すように、弾性カバー１０は、可動翼２に固定されている。これにより、可動翼２の可動域が大きい場合であっても、弾性カバー１０が可動翼２に追従できる。なお、可動翼２の可動域が小さければ、弾性カバー１０をハブ３側に固定しても構わない。

【0030】

また、本実施形態においては、弾性カバー１０は、裾部１２が弾性変形した状態でハブ３に接するスカート状に形成されている。この構成によれば、可動翼２の摺動抵抗の増加を抑えつつ、弾性カバー１０の裾部１２からの異物Ｘの侵入を阻止できる。また、可動翼２が回転した際にも、弾性変形した裾部１２が吸収代となり、ハブ３との密着状態を維持できる。

【0031】

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

【0032】

例えば、本発明は、図４に示すような構成を採用し得る。なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0033】

図４は、一実施形態に係る羽根車１の変形例を示す側面図である。
図４に示す裾部１２は、ハブ３の中心軸方向（図４における紙面左右方向）における弾性カバー１０の中央部１０ｂにおいて、部分的に長く形成されている。

【0034】

具体的に、裾部１２においては、弾性カバー１０の前端部１０ａ（主流方向上流側を前とする）における長さＬ１より、中央部１０ｂの長さＬ２の方が長い。また、裾部１２においては、弾性カバー１０の後端部１０ｃ（主流方向下流側を後とする）における長さＬ３より、中央部１０ｂの長さＬ２の方が長い。

【0035】

この構成によれば、裾部１２において弾性カバー１０の中央部１０ｂにおけるハブ３との密着性を高め、裾部１２の全周に亘って略均一の力でハブ３に密着できる。すなわち、ハブ３の周面は、円筒状であり、ハブ３の中心軸方向における弾性カバー１０の中央部１０ｂにおいては、前端部１０ａ及び後端部１０ｃに比べて周面に対して距離が有り、隙間ができやすいためである。

【0036】

また、他の変形例として、例えば、図１に示すガイドベーン１０７（可動翼）に、上述した弾性カバー１０を取り付けても構わない。
また、水力機械１００としては、ポンプに限らず、水車であっても構わない。

【符号の説明】

【0037】

１ 羽根車
２ 可動翼
３ ハブ
３ａ 接続孔
４ 回転軸
１０ 弾性カバー
１０ａ 前端部
１０ｂ 中央部
１０ｃ 後端部
１１ 固定部
１２ 裾部
１００ 水力機械
Ｓ 隙間
Ｔ２ 翼厚
Ｔ４ 径
Ｘ 異物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】