JP2018109354A

JP2018109354A - 加圧ポンプ

Info

Publication number: JP2018109354A
Application number: JP2016256163A
Authority: JP
Inventors: 健二秋元; Kenji Akimoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: JP6870984B2

Abstract

【課題】エネルギ効率がよく、高エネルギの液体と気体の混交体を生成することができ、小型化を図ることができる加圧ポンプを提供する。【解決手段】ケーシング２内のポンプ室３にインペラ５を備え、ポンプ室３に液体および気体を吸い込んで圧縮し、吐出するに加圧ポンプ１において、インペラ５は、少なくとも１つの羽根３１の先端に包持部４０を備え、ポンプ室３の加圧板４１に加圧部４４を設け、加圧部４４は、インペラ５の羽根３１から最離間する位置に平坦に設けられる初期面部４５と、インペラ５の羽根３１に最接近する位置に平坦に設けられる最終面部４６と、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に緩やかに近接するように緩傾斜して設けられる少なくとも１つの加圧面部４７と、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に急速に近接するように急傾斜して設けられる加圧点部４８とを備える。【選択図】図９

Description

この発明は加圧ポンプに係り、特に、液体と気体とを圧縮して高エネルギの液体と気体の混合体を生成する加圧ポンプに関する。

液体と気体とを圧縮して液体と気体の混合体（気液混合体）を生成する加圧ポンプには、加圧ポンプの吸引口につながる水の吸引流路の途中に大気を導入する大気吸引弁を設け、吸引流路に吸引された水と大気を加圧ポンプで圧縮して吐出流路に吐出するもの（特許文献１）や、加圧ポンプにつながる液体導入管の途中に気体導入管を合流し、液体に気体が導入された気液混合体を加圧ポンプで加圧し圧送するもの（特許文献２）がある。

特開２００１−３００２７６号公報特開２０１６−８７５２４号公報

しかしながら、従来の加圧ポンプでは、インペラの回転によるエネルギを液体と気体に効率よく与えることができないことからエネルギ効率が悪く、液体と気体の混合体を十分に加圧することができないため、高エネルギの液体と気体の混合体を生成することができない問題があった。

また、エネルギ効率が悪いことから、要求される高エネルギの気液混合体を得るためには加圧ポンプを大型化しなければならない問題があった。

そこで、この発明は、エネルギ効率がよく、高エネルギの液体と気体の混交体を生成することができ、小型化を図ることができる加圧ポンプを提供することを目的とする。

この発明は、ケーシング内のポンプ室にインペラを備え、前記インペラを回転させて前記ポンプケースの一側壁部に形成した吸込口から前記ポンプ室に液体および気体を吸い込んで圧縮し、前記ポンプケースの周壁部に設けた吐出口から吐出するに加圧ポンプにおいて、前記インペラは、少なくとも１つの羽根の先端にインペラ回転方向後側に向かい湾曲して突出する包持部を備え、前記一側壁部の前記ポンプ室側に配置した加圧板に前記一側壁部の吸込口と前記ポンプ室を連絡する加圧板用吸込口を設けるとともに前記インペラの複数の羽根と向き合う側に加圧部を設け、前記加圧部は、前記加圧板用吸込口のインペラ回転方向後側に設定した基準線からインペラ回転方向前側の前記加圧板用吸込口を超えた位置までであって、前記インペラの羽根から軸方向において最離間する位置に平坦に設けられる初期面部と、前記基準線からインペラ回転方向後側の位置までであって、前記インペラの羽根に軸方向において最接近する位置に平坦に設けられる最終面部と、前記初期面部のインペラ回転方向前端から前記最終面部のインペラ回転方向後端の位置までであって、インペラ回転方向前側に向かい前記インペラの羽根に緩やかに近接するように緩傾斜して設けられる少なくとも１つの加圧面部と、前記初期面部と前記加圧面部と前記最終面部とのそれぞれが接続される位置であって、インペラ回転方向前側に向かい前記インペラの羽根に急速に近接するように急傾斜して設けられる加圧点部とを備えることを特徴とする。

この発明は、羽根の先端にインペラ回転方向後側に向かい湾曲して突出する包持部を備えるインペラを回転させると、ケーシングの一側壁部のポンプ室側に設けた加圧板の加圧板用吸込口から液体と気体をポンプ室に吸い込み、吸い込んだ液体と気体をインペラの複数の羽根と向き合う加圧部の急傾斜する加圧点部によりインペラの羽根の間で包持して回転させ、回転させた液体と気体を加圧部の緩傾斜する加圧面部で圧縮し、吐出口から吐出する。
これにより、この発明は、インペラの回転によるエネルギを液体と気体に効率よく与えることができるので、エネルギ効率がよく、液体と気体の混合体を十分に加圧することができるので、高エネルギの液体と気体の混合体を生成することができ、また、エネルギ効率がよいことから、小型化することができる。

図１は加圧ポンプの正面図である。（実施例）図２は加圧ポンプの断面図である。（実施例）図３はインペラの正面図である。（実施例）図４はインペラの断面図である。（実施例）図５はインペラの背面図である。（実施例）図６はインペラの部分拡大正面図である。（実施例）図７は加圧板の正面図である。（実施例）図８は加圧板の一部破断側面図である。（実施例）図９（Ａ）は加圧板の背面図、図９（Ｂ）は加圧板の基準線部分の側面図、図９（Ｃ）は加圧板の第１の加圧点部の側面図、図９（Ｄ）は加圧板の第２の加圧点部の側面図、図９（Ｅ）は加圧板の第３の加圧点部の側面図、図９（Ｆ）は加圧板の第４の加圧点部の側面図である。（実施例）図１０は加圧板の側面を周方向に展開した側面図である。（実施例）図１１は加圧板の側面を周方向に展開した側面図である。（変形例）

以下、図に基づいてこの発明の実施例を説明する。

図１〜図１０は、加圧ポンプ１の実施例を示すものである。図１・図２において、加圧ポンプ１は、ケーシング２内のポンプ室３に回転軸４により回転されるインペラ５を備える。
ケーシング２は、短円筒形状の周壁部６と、周壁部６の回転軸４における軸方向両端を覆う一側壁部７および他側壁部８とにより前記ポンプ室３を形成する。一側壁部７には、中心から外れた位置にポンプ室３に連通する吸込口９を備える。周壁部６には、インペラ５の回転方向に向き合うようにポンプ室３に連通する吐出口１０を備える。
吸込口９には、一側壁部７に接続された液体供給管１１の液体供給路１２が連絡される。液体供給管１１は、図示しない液体供給源から水などの液体を液体供給路１２により吸込口９に供給する。液体供給管１１には、気体供給管１３が貫通して接続される。気体供給管１３は、気体供給路１４の先端を吸込口９に向けて液体供給路１２内に配置される。気体供給管１３は、図示しない気体供給源から空気などの気体を気体供給路１４により吸込口９に供給する。
吐出口１０には、周壁部６に接続された吐出管１５の吐出路１６が連絡される。吐出管１５は、ポンプ室３においてインペラ５の回転により圧縮されて吐出口１０から吐出された液体と気体の混合体を、図示しない機械・器具などに送給する。

回転軸４は、図示しないモータなどの駆動源により回転される。回転軸４は、ケーシング２の一側壁部７の中心に形成した一側挿通孔１７および他側壁部８の中心に形成した他側挿通孔１８を回転自在に挿通して配置される。回転軸４は、基板１９に立設した一側支持フレーム２０・他側支持フレーム２１に、軸方向の両端を吸込側軸受け２２・吐出側軸受け２３により回転自在に支持される。ケーシング２は、周壁部６の下部をボルトなどの固定具２４により基板１９に固定される。
吸込側軸受け２２は、一側壁部７に取り付けた一側シールホルダ２５と、一側支持フレーム２０に取り付けた一側ホルダ２６と、により保持される。一側シールホルダ２５は、吸込側軸受け２２を保持する機能に併せて、ポンプ室３をシールする機能を備える。吐出側軸受け２３は、他側壁部８に取り付けた他側シールホルダ２７と、他側支持フレーム２１に取り付けた他側ホルダ２８と、により保持される。他側シールホルダ２７は、吐出側軸受け２３を保持する機能に併せて、ポンプ室３をシールする機能を備える。

インペラ５は、図３〜図６に示すように、回転軸４に固定されボス部２９と、ボス部２９の外周に設けた主板３０と、主板３０の一側壁部７と対向する側に設けた複数の羽根３１と、を有している。
ボス部２９は、図４に示すように、回転軸４に固定する固定孔３２を備える。主板３０は、テーパ部３３と摺接部３４とからなる。テーパ部３３は、ボス部２９の外周から径方向外側（周壁部６側）かつ軸方向他側（他側壁部８側）に向かい傾斜して広がるように、傘形状に形成される。摺接部３４は、テーパ部３３の外周に周壁部６の内面３５および他側壁部８の内面３６（図２参照）に摺接するように、短円筒形状に形成される。ボス部２９と主板３０のテーパ部３３および摺接部３４とは、図５に示すように、ボス部２９を中心に放射状に配設した複数の補強板３７により連結される。
複数の羽根３１は、ボス部２９を中心に放射状に配設される。羽根３１は、図３・図４に示すように、ボス部２９の外周から径方向外側（周壁部６側）に直線的に延びた後、径方向途中の軸方向に延びる折曲部３８でインペラ回転方向後側に折れ曲がり、さらに径方向外側に直線的に延びて主板３０の外周縁に至る形状に形成される。
また、羽根３１は、主板３０からインペラ回転方向前側に傾斜して軸方向一側（一側壁部７側）に延びた後、軸方向一側途中の径方向に延びる折曲部３９でインペラ回転方向後側に折れ曲がり、さらにインペラ回転方向後側に傾斜して軸方向一側に延びてボス部２９の一側壁部７側端に至る形状に形成される。
さらに、インペラ５は、少なくとも１つの羽根３１に、この実施例においては図６に示すように、すべての羽根３１の径方向先端に、インペラ回転方向後側に向かい湾曲して突出する包持部４０を備える。

加圧ポンプ１は、図２に示すように、一側側壁７のポンプ室３側にポンプ室３の一部を構成する加圧板４１を配置している。加圧板４１には、中心にインペラ５のボス部１９を回転自在に挿通する挿通孔４２を設け、一側側壁７の吸込口９とポンプ室３を連絡する加圧板用吸込口４３を設け、インペラ５の複数の羽根３１と向き合う側に加圧部４４を設けている。
加圧板４１は、図７〜図１０に示すように、加圧部４４として、初期面部４５と、最終面部４６と、少なくとも１つの加圧面部４７と、加圧点部４８とを有する。
初期面部４５は、加圧板用吸込口４３のインペラ回転方向後側に設定した径方向に延びる基準線Ｓ（０度）から、インペラ回転方向前側の加圧板用吸込口４３を超えた位置（１２０度）までであって、インペラ５の羽根３１から軸方向一側に向かい最離間する位置に軸方向と直交する径方向に平坦に設けられる。
最終面部４６は、基準線Ｓ（０度）からインペラ回転方向後側の位置（６０度）まであって、インペラ５の羽根３１に軸方向他側に向かい最接近する位置に軸方向と直交する径方向に平坦に設けられる。

加圧面部４７は、この実施例においては、第１の加圧面部４７−１、第２の加圧面部４７−２、第３の加圧面部４７−３、の３つが設けられる。第１の加圧面部４７−１、第２の加圧面部４７−２、第３の加圧面部４７−３は、初期面部４５から軸方向一側の最終面部４６に向かい、段差を設けて配置される。
第１の加圧面部４７−１は、初期面部４５の軸方向他側に段差状に突出したインペラ回転方向前端（１２０度）からインペラ回転方向前側に６０度の位置までであって、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に緩やかに近接するように平坦な初期面部４５および最終面部４６に対して緩傾斜して設けられる。
第２の加圧面部４７−２は、第１の加圧面部４７−１の軸方向他側に段差状に突出したインペラ回転方向前端（６０度）からインペラ回転方向前側に６０度の位置までであって、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に緩やかに近接するように平坦な初期面部４５および最終面部４６に対して緩傾斜して設けられる。
第３の加圧面部４７−３は、第２の加圧面部４７−２の軸方向他側に段差状に突出したインペラ回転方向前端（６０度）からインペラ回転方向前側に６０度の位置まで、つまり最終面部４６のインペラ回転方向後端の位置までであって、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に緩やかに近接するように平坦な初期面部４５および最終面部４６に対して緩傾斜して設けられる。
このように、加圧面部４７は、図９・図１０に示すように、初期面部４５のインペラ回転方向前端から最終面部４６のインペラ回転方向後端の位置までであって、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に緩やかに近接するように緩傾斜する第１の加圧面部４７−１〜第３の加圧面部４７−３の３つが段差状に設けられる。

加圧点部４８は、この実施例においては、第１の加圧点部４８−１、第２の加圧点部４８−２、第３の加圧点部４８−３、第４の加圧点部４８−４、の４つが設けられる。
第１の加圧点部４８−１は、初期面部４５のインペラ回転方向前側と第１の加圧面部４７−１のインペラ回転方向後側との接続される初期面部４５のインペラ回転方向前端の段差状の位置であって、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に急速に近接するように平坦な初期面部４５および最終面部４６に対して急傾斜して設けられる。
第２の加圧点部４８−２は、第１の加圧面部４７−１のインペラ回転方向前側と第２の加圧面部４７−２のインペラ回転方向後側との接続される第１の加圧面部４７−１のインペラ回転方向前端の段差状の位置であって、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に急速に近接するように急傾斜して設けられる。
第３の加圧点部４８−３は、第２の加圧面部４７−２のインペラ回転方向前側と第３の加圧面部４７−３のインペラ回転方向後側との接続される第２の加圧面部４７−２のインペラ回転方向前端の段差状の位置であって、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に急速に近接するように平坦な初期面部４５および最終面部４６に対して急傾斜して設けられる。
第４の加圧点部４８−４は、第３の加圧面部４７−３のインペラ回転方向前側と最終面部４６のインペラ回転方向後側との接続される第３の加圧面部４７−３のインペラ回転方向前端の段差状の位置であって、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に急速に近接するように平坦な初期面部４５および最終面部４６に対して急傾斜して設けられる。
このように、加圧点部４８は、図９・図１０に示すように、初期面部４５と複数の第１の加圧面部４７−１〜第３加圧面部４７−３と最終面部４６とのそれぞれが接続される位置であって、インペラ回転方向前側に向かいインペラ５の羽根３１に急速に近接するように急傾斜する第１の加圧点部４８−１〜第４の加圧点部４８−４の４つが設けられる。
なお、最終面部４６のインペラ回転方向後側と初期面部４５のインペラ回転方向前側との接続される位置には、平坦な初期面部４５および最終面部４６に対して直交し、回転軸４の径方向に延びる平坦な段差面４９が設けられる。

次に、加圧ポンプ１の作用について説明する。
加圧ポンプ１は、図示しないモータなどの駆動源の駆動力により回転軸４を回転させると、インペラ５が回転される。加圧ポンプ１は、インペラ５の複数の羽根３１の遠心力の作用によって液体供給管１１が供給する液体と気体供給管１３が供給する気体とを吸込口９から加圧板用吸込口４３を経てポンプ室３に吸い込む。
加圧ポンプ１は、回転するインペラ５の羽根３１によって、図１０に示すように、ポンプ室３に吸い込んだ液体と気体を、加圧部４４の初期面部４５から３つの加圧面部４７−１〜４７−３、４つの加圧点部４８−１〜４８−４を順次に経て、最終面部４６に送る。
加圧ポンプ１は、初期面部４５から最終面部４６に向かって送られる液体と気体を、インペラ５の羽根３１と向き合う加圧部４４の急傾斜する４つの加圧点部４８−１〜４８−４によって、先端に包持部４０を設けた羽根３１の間で包持して回転させ、回転させた液体と気体を、加圧部４４の緩傾斜する３つの加圧面部４７−１〜４７−３で圧縮する。
加圧ポンプ１は、圧縮されて最終面部４６に送られた液体と気体の混合体を、吐出口１０から体吐出管１５に吐出し、図示しない機械・器具などに送給する。

このように、加圧ポンプ１は、羽根３１の先端にインペラ回転方向後側に向かい湾曲して突出する包持部４０を備えるインペラ５を回転させると、ケーシング２の一側壁部７のポンプ室３側に設けた加圧板４１の加圧板用吸込口４３から液体と気体をポンプ室３に吸い込み、吸い込んだ液体と気体をインペラ５の複数の羽根３１と向き合う加圧部４４の急傾斜する加圧点部４８によりインペラ３の羽根の間で包持して回転させ、回転させた液体と気体を加圧部４４の緩傾斜する加圧面部４７で圧縮し、吐出口１０から吐出する。
これにより、加圧ポンプ１は、インペラ５の回転によるエネルギを液体と気体に効率よく与えることができるので、エネルギ効率がよく、液体と気体の混合体を十分に加圧することができるので、高エネルギの液体と気体の混合体を生成することができる。また、加圧ポンプ１は、エネルギ効率がよいことから、小型化することができる。

なお、この発明は、上述実施例に限定されることなく、種々応用改変が可能である。
例えば、上述実施例においては、図１０に示すように、１２０度の初期面部４５、６０度の３つのの加圧面部４７、６０度の最終面部４６を有する加圧部４４を設けたが、加圧面部４７は少なくともに１つであればよい。
例えば、図１１は、加圧ポンプ１の変形例を示すものである。図１１に示すように、加圧ポンプ１は、１２０度の初期面部４５、１９５度の１つの加圧面部４７、４５度の最終面部４６を有する加圧部４４を設けることもできる。
これにより、要求加圧効率などに応じて加圧ポンプ１の設計変更が可能となり、使い勝手を向上することができる。
また、上述実施例においては、図３に示すように、インペラ５の複数の羽根３１のすべてに包持部４０を設けたが、包持部４０を設けた羽根３１は少なくともに１つであればよい。
例えば、インペラ５の複数の羽根３１は、包持部４０を設けた特殊形状の羽根３１と包持部４０を設けない通常形状の羽根３１とを交互に設けることもできる。
このように、包持部４０を設けた羽根３１と包持部４０を設けない羽根３１とを交互に設けたインペラ５によって、エネルギ効率を良好とし得て、加圧ポンプ１を小型化し得る。

この発明は、エネルギ効率がよく、高エネルギの液体と気体の混交体を生成することができ、加圧ポンプの小型化を図ることができるものであり、各種の渦巻ポンプに応用することができる。

１加圧ポンプ
２ケーシング
３ポンプ室
４回転軸
５インペラ
６周壁部
７一側壁部
８他側壁部
９吸込口
１０吐出口
１９基板
２０一側支持フレーム
２１他側支持フレーム
２２吸込側軸受け
２３吐出側軸受け
２９ボス部
３０主板
３１羽根
４０包持部
４１加圧板
４２加圧板用吸込口
４４加圧部
４５初期面部
４６最終面部
４７−１第１の加圧面部
４７−２第２の加圧面部
４７−３第３の加圧面部
４８−１第１の加圧点部
４８−２第２の加圧点部
４８−３第３の加圧点部
４８−４第４の加圧点部
４９段差面
Ｓ基準線

Claims

ケーシング内のポンプ室にインペラを備え、
前記インペラを回転させて前記ポンプケースの一側壁部に形成した吸込口から前記ポンプ室に液体および気体を吸い込んで圧縮し、前記ポンプケースの周壁部に設けた吐出口から吐出するに加圧ポンプにおいて、
前記インペラは、少なくとも１つの羽根の先端にインペラ回転方向後側に向かい湾曲して突出する包持部を備え、
前記一側壁部の前記ポンプ室側に配置した加圧板に前記一側壁部の吸込口と前記ポンプ室を連絡する加圧板用吸込口を設けるとともに前記インペラの複数の羽根と向き合う側に加圧部を設け、
前記加圧部は、前記加圧板用吸込口のインペラ回転方向後側に設定した基準線からインペラ回転方向前側の前記加圧板用吸込口を超えた位置までであって、前記インペラの羽根から軸方向において最離間する位置に平坦に設けられる初期面部と、
前記基準線からインペラ回転方向後側の位置までであって、前記インペラの羽根に軸方向において最接近する位置に平坦に設けられる最終面部と、
前記初期面部のインペラ回転方向前端から前記最終面部のインペラ回転方向後端の位置までであって、インペラ回転方向前側に向かい前記インペラの羽根に緩やかに近接するように緩傾斜して設けられる少なくとも１つの加圧面部と、
前記初期面部と前記加圧面部と前記最終面部とのそれぞれが接続される位置であって、インペラ回転方向前側に向かい前記インペラの羽根に急速に近接するように急傾斜して設けられる加圧点部とを備えることを特徴とする加圧ポンプ。