JP2022030979A - Two-stage centrifugal pump - Google Patents
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Abstract
【課題】構造の複雑化や大型化を招くことなく、ロータ軸に作用するスラスト力を小さく抑えて滑り軸受の耐久性を高めることができる2段遠心ポンプを提供すること。
【解決手段】ロータ軸3に2つの第1及び第2インペラ4,5を軸方向に沿って取り付け、ポンプケース3内に画成された2つのポンプ室R1,R2に第1インペラ4と第2インペラ5をそれぞれ収容して構成される2段遠心ポンプ1は、第1インペラ4の前面シュラウド4aとこれに対向するポンプケース2の内面との間に第1ラビリンスシール部L1を設けるとともに、第2インペラ5の背面シュラウド5bとこれに対向するポンプケース2の内面との間に第2ラビリンスシール部L2を設け、ポンプケース2内で第1ラビリンスシール部L1よりも軸心側の第1空間S1と第2ラビリンスシール部L2よりも軸心側の第2空間S2とを互いに連通させて構成される連通路3aを備える。
【選択図】図3
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-stage centrifugal pump capable of improving the durability of a slide bearing by suppressing the thrust force acting on a rotor shaft to a small size without causing the structure to become complicated or large.
SOLUTION: Two first and second impellers 4 and 5 are attached to a rotor shaft 3 along an axial direction, and a first impeller 4 and a first impeller 4 and a second are attached to two pump chambers R1 and R2 defined in a pump case 3. The two-stage centrifugal pump 1 configured to accommodate each of the two impellers 5 is provided with a first labyrinth seal portion L1 between the front shroud 4a of the first impeller 4 and the inner surface of the pump case 2 facing the shroud 4a. A second labyrinth seal portion L2 is provided between the rear shroud 5b of the second impeller 5 and the inner surface of the pump case 2 facing the rear shroud 5b, and the first labyrinth seal portion L2 on the axial center side of the first labyrinth seal portion L1 in the pump case 2 is provided. A communication passage 3a configured by communicating the space S1 and the second space S2 on the axial center side of the second labyrinth seal portion L2 with each other is provided.
[Selection diagram] Fig. 3
Description
本発明は、スラストバランス機構を備える2段遠心ポンプに関する。 The present invention relates to a two-stage centrifugal pump provided with a thrust balance mechanism.
流体機械の一形態としての2段遠心ポンプには、電動モータなどの駆動源によって回転駆動されるロータ軸に2つの第1及び第2インペラを軸方向に沿って取り付け、ポンプケース内に隔壁によって画成された2つのポンプ室に前記第1インペラと前記第2インペラをそれぞれ収容して構成されるものがある(例えば、特許文献1参照)。 In a two-stage centrifugal pump as a form of a fluid machine, two first and second impellers are attached along the axial direction to a rotor shaft that is rotationally driven by a drive source such as an electric motor, and a partition wall is provided inside the pump case. There is a pump chamber configured by accommodating the first impeller and the second impeller, respectively (see, for example, Patent Document 1).
ところで、一般に遠心ポンプにおいては、インペラの吸入側である軸方向前面側は取扱流体の圧力が低く、インペラの吐出側である遠心方向では取扱流体の圧力が高まる。したがって、インペラの吸入側を臨むインペラの前面側と、インペラの吐出側に囲繞されているインペラの背面との間にはインペラの回転中に常に圧力差(吸入側<吐出側)が生じており、この圧力差が、インペラの吸入側に押すスラスト力の発生源となることが知られている。このスラスト力が過大である場合には、ロータ軸を介してインペラを回転可能に支持する滑り軸受が摩耗してその耐久性が低下するなどの問題が発生する。 By the way, in a centrifugal pump, the pressure of the handling fluid is generally low on the axial front side, which is the suction side of the impeller, and the pressure of the handling fluid is high on the centrifugal direction, which is the discharge side of the impeller. Therefore, a pressure difference (suction side <discharge side) always occurs during the rotation of the impeller between the front side of the impeller facing the suction side of the impeller and the back surface of the impeller surrounded by the discharge side of the impeller. It is known that this pressure difference becomes a source of the thrust force pushing toward the suction side of the impeller. If this thrust force is excessive, problems such as wear of the slide bearing that rotatably supports the impeller via the rotor shaft and deterioration of its durability occur.
そこで、スラスト力を低減させるためのスラストバランス機構が今までに種々提案されている。 Therefore, various thrust balance mechanisms for reducing the thrust force have been proposed so far.
例えば、特許文献2,3には、インペラの背面シュラウドの背面側にポンプケースとの間でスラストバランス室を形成し、かつ、インペラの背面シュラウドに形成されたバランスホールを介してスラストバランス室をインペラの吸入側(背面シュラウドの前面側)に連通させ、インペラの背面シュラウドの前面と背面との間に作用する圧力差を低減させ、これによりロータ軸に作用する吸入方向のスラスト力を小さく抑えるようにしたスラストバランス機構が提案されている。 For example, in Patent Documents 2 and 3, a thrust balance chamber is formed on the back side of the back shroud of the impeller with a pump case, and a thrust balance chamber is provided through a balance hole formed in the back shroud of the impeller. It communicates with the suction side of the impeller (front side of the rear shroud) to reduce the pressure difference acting between the front and back of the back shroud of the impeller, thereby reducing the thrust force in the suction direction acting on the rotor shaft. A thrust balance mechanism has been proposed.
また、特許文献4には、ロータ軸にスラストバランスディスクを取り付けることによって、ロータ軸に作用するスラスト力を小さく抑える構成が提案されている。
Further,
ところが、特許文献2,3において提案されたスラストバランス機構は、単段の遠心ポンプに対して有効ではあるが、多段の遠心ポンプに対しては有効ではない。つまり、多段遠心ポンプにおいては、2段目以降のインペラの前面側に前段のインペラの吐出圧が作用するため、インペラにバランスホールを形成するだけではポンプ全体のスラストバランスを適正に調整することが困難である。 However, although the thrust balance mechanism proposed in Patent Documents 2 and 3 is effective for a single-stage centrifugal pump, it is not effective for a multi-stage centrifugal pump. In other words, in a multi-stage centrifugal pump, the discharge pressure of the impeller of the previous stage acts on the front side of the impeller of the second and subsequent stages, so it is possible to properly adjust the thrust balance of the entire pump simply by forming a balance hole in the impeller. Have difficulty.
また、特許文献4において提案された構成においては、多段遠心ポンプのロータ軸に複数のインペラとは別にスラストバランスディスクを取り付けるため、構造が複雑化するとともに、多段遠心ポンプ全体の軸方向長さが長くなってポンプ自体が大型化するという問題がある。
Further, in the configuration proposed in
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、構造の複雑化や大型化を招くことなく、ロータ軸に作用するスラスト力を小さく抑えて滑り軸受の耐久性を高めることができる2段遠心ポンプを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve the durability of a slide bearing by suppressing the thrust force acting on the rotor shaft to a small size without causing the structure to become complicated or large. It is to provide a two-stage centrifugal pump capable of.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、支軸と、前記支軸に回転自在に保持された中空のロータ軸と、前記ロータ軸の端部外周に固着されている円筒状のロータと、前記ロータの外周側に配置されて前記ロータを回転させるための回転磁界を発生するステータと、吸入口を有するカバー部材と、隔壁を有する円筒状の筒状部と、前記吸入口側に開口して前記ロータが収納される有底円筒部を有して、前記ロータと前記ステータとを仕切るケース部材とを備え、前記ロータ軸に2つの第1及び第2インペラを軸方向に沿って取り付け、前記筒状部の軸方向で2つの開口部に前記カバー部材及び前記ケース部材をそれぞれ連結一体化して構成されているポンプケース内で前記隔壁によって画成された2つのポンプ室に前記第1インペラと前記第2インペラをそれぞれ収容して構成される2段遠心ポンプであって、前記カバー部材とこれに対向する前記第1インペラの前面シュラウドとの間に、前記前面シュラウドの内周部に位置する第1ラビリンスシール部を設けるとともに、前記ケース部材とこれに対向する前記第2インペラの背面シュラウドとの間に、前記背面シュラウドの外周部に位置する第2ラビリンスシール部を設け、前記カバー部材内の前記第1ラビリンスシール部よりも軸心側で前記吸入口を臨む第1空間と、前記第2ラビリンスシール部よりも軸心側で前記有底円筒部に臨む第2空間とを形成するとともに、前記第1空間及び前記第2空間相互間を互いに連通させる連通路が前記ロータ軸に形成されていることを第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 has a support shaft, a hollow rotor shaft rotatably held by the support shaft, and a cylindrical shape fixed to the outer periphery of an end portion of the rotor shaft. Rotor, a stator arranged on the outer peripheral side of the rotor and generating a rotational magnetic field for rotating the rotor, a cover member having a suction port, a cylindrical tubular portion having a partition wall, and the suction port. It has a bottomed cylindrical portion that opens to the side and houses the rotor, includes a case member that separates the rotor from the stator, and has two first and second impellers axially on the rotor shaft. In two pump chambers defined by the partition in a pump case configured by connecting and integrating the cover member and the case member into two openings in the axial direction of the cylindrical portion. A two-stage centrifugal pump configured by accommodating the first impeller and the second impeller, respectively, in the front shroud between the cover member and the front shroud of the first impeller facing the cover member. A first labyrinth seal portion located on the peripheral portion is provided, and a second labyrinth seal portion located on the outer peripheral portion of the rear shroud is provided between the case member and the back shroud of the second impeller facing the case member. The first space in the cover member facing the suction port on the axial side of the first labyrinth seal portion and the second space facing the bottomed cylindrical portion on the axial side of the second labyrinth seal portion. The first feature is that the rotor shaft is formed with a communication passage that allows the first space and the second space to communicate with each other.
請求項2に記載の発明は、前記第1の特徴に加えて、前記第2インペラの前面シュラウドとこれに対向する前記隔壁との間に第3ラビリンスシール部を設け、前記ポンプケース内の前記第3ラビリンスシール部よりも軸心側に第3空間を形成したことを第2の特徴とする。 In the invention according to claim 2, in addition to the first feature, a third labyrinth seal portion is provided between the front shroud of the second impeller and the partition wall facing the shroud, and the third labyrinth seal portion is provided in the pump case. The second feature is that the third space is formed on the axis side of the third labyrinth seal portion.
請求項3に記載の発明は、前記第2の特徴に加えて、前記隔壁を、前記筒状部と共に一体に樹脂成形したことを第3の特徴とする。 The third feature of the invention according to claim 3 is that, in addition to the second feature, the partition wall is integrally resin-molded together with the tubular portion.
請求項4に記載の発明は、前記第1~第3の何れかの特徴に加えて、前記有底円筒部に前記ロータの体積の80%以上に亘る内部容積を有するリザーバ室を構成したことを第4の特徴とする。
The invention according to
請求項1に記載の発明によれば、前段側の第1インペラの吸入側である軸方向前面側を臨む第1空間と次段側の第2インペラの軸方向背面側を臨む第2空間とは互いに連通しているため、第1空間と第2空間の圧力がバランスして両圧力が略等しくなる。これに対して、第1インペラの軸方向背面側及び第2インペラの軸方向前面側を臨む第3空間には、第1インペラによって昇圧された液体の圧力がそれぞれ作用する。この場合、第3空間に流れ込む昇圧された液体の圧力の方が第1及び第2空間に作用する吸入圧力よりも高い。したがって、第1インペラの前背面相互間で同インペラの回転中に生じる圧力差(第1インペラの前面側<第1インペラの背面側)と、第2インペラの前背面相互間で同インペラの回転中に生じる圧力差(第2インペラの前面側>第2インペラの背面側)とが拮抗する。すなわち、第1インペラに作用する吸入方向へのスラスト力と第2インペラに作用する反吸入方向へのスラスト力とが略等しくなり、ロータ軸に作用するスラスト力がほぼ相殺される。このため、滑り軸受がロータ軸から受ける負荷が小さくなって該滑り軸受の摩耗が抑えられ、該滑り軸受の耐久性が高められる。そして、このような効果は、ロータ軸にスラストバランスディスクを設けることなく得られるため、当該2段遠心ポンプの構造の複雑化や大型化を招くことがない。 According to the first aspect of the invention, there is a first space facing the front side in the axial direction, which is the suction side of the first impeller on the front stage side, and a second space facing the back side in the axial direction of the second impeller on the next stage side. Since they communicate with each other, the pressures in the first space and the second space are balanced and both pressures are substantially equal. On the other hand, the pressure of the liquid boosted by the first impeller acts on the third space facing the axial back side of the first impeller and the axial front side of the second impeller, respectively. In this case, the pressure of the boosted liquid flowing into the third space is higher than the suction pressure acting on the first and second spaces. Therefore, the pressure difference generated during the rotation of the impeller between the front and back surfaces of the first impeller (front side of the first impeller <back side of the first impeller) and the rotation of the impeller between the front and back sides of the second impeller. The pressure difference generated inside (front side of the second impeller> back side of the second impeller) antagonizes. That is, the thrust force acting on the first impeller in the suction direction and the thrust force acting on the second impeller in the anti-suction direction become substantially equal, and the thrust force acting on the rotor shaft is substantially offset. Therefore, the load received by the slide bearing from the rotor shaft is reduced, the wear of the slide bearing is suppressed, and the durability of the slide bearing is enhanced. Since such an effect can be obtained without providing a thrust balance disk on the rotor shaft, the structure of the two-stage centrifugal pump does not become complicated or large.
また、第1インペラから送出された流体の第1空間への回り込みが第1ラビリンスシール部によって抑えられるため、流体の吐出流量が増えてポンプ効率が高められる。 Further, since the wraparound of the fluid sent from the first impeller into the first space is suppressed by the first labyrinth seal portion, the discharge flow rate of the fluid is increased and the pump efficiency is improved.
請求項2に記載の発明によれば、第2インペラにおいては、該第2インペラの前面シュラウドとこれに対向する前記隔壁との間に第3ラビリンスシール部を設けることにより、前面シュラウドの前背面双方にほぼ第3空間の圧力が作用する。これにより第2インペラの前面シュラウドでのスラスト力がほぼ相殺し合うため、前面シュラウドの前面に第2ポンプ室の圧力が作用するよりも反吸入口方向のスラスト力は小さく抑えられる。したがって、第2インペラからロータ軸に伝達される反吸入口方向へのスラスト力を校正して第1インペラからロータ軸に伝達される吸入口方向へのスラスト力と適正にバランスさせることができる。このため、第1インペラに作用する吸入方向のスラスト力と第2インペラに作用する反吸入方向の力とが適正に相殺し合い、ロータ軸から滑り軸受にスラスト力として作用する両スラスト力の差が可及的に小さく抑えられる。この結果、滑り軸受がロータ軸から受ける負荷が小さくなって該滑り軸受の摩耗が抑制される。 According to the second aspect of the present invention, in the second impeller, the front and back surfaces of the front shroud are provided by providing a third labyrinth seal portion between the front shroud of the second impeller and the partition wall facing the front shroud. The pressure of the third space acts on both sides. As a result, the thrust forces in the front shroud of the second impeller almost cancel each other out, so that the thrust force in the anti-suction port direction is suppressed to be smaller than the pressure of the second pump chamber acting on the front surface of the front shroud. Therefore, the thrust force in the anti-suction port direction transmitted from the second impeller to the rotor shaft can be calibrated and appropriately balanced with the thrust force in the suction port direction transmitted from the first impeller to the rotor shaft. Therefore, the thrust force in the suction direction acting on the first impeller and the force in the anti-suction direction acting on the second impeller properly cancel each other out, and the difference between the two thrust forces acting as the thrust force from the rotor shaft to the slide bearing is large. It can be kept as small as possible. As a result, the load received by the slide bearing from the rotor shaft is reduced, and the wear of the slide bearing is suppressed.
また、第2インペラによって昇圧された流体の第2及び第3空間への回り込みが第2ラビリンスシール部と第3ラビリンスシール部によって抑えられるため、流体の吐出流量が増えてポンプ効率が高められる。 Further, since the wraparound of the fluid boosted by the second impeller to the second and third spaces is suppressed by the second labyrinth seal portion and the third labyrinth seal portion, the discharge flow rate of the fluid is increased and the pump efficiency is improved.
請求項3に記載の発明によれば、第2インペラの前面シュラウドと対向して第3ラビリンスシール部を構成するポンプケースの隔壁を、筒状部と共に一体に樹脂成形したため、構造の単純化とコストダウンを実現することができる。 According to the third aspect of the present invention, the partition wall of the pump case, which faces the front shroud of the second impeller and constitutes the third labyrinth seal portion, is integrally resin-molded together with the tubular portion, thereby simplifying the structure. It is possible to realize cost reduction.
請求項4に記載の発明によれば、比較的高圧の流体が流れ込む第2空間の容積がリザーバ室として機能する有底円筒部により拡張されるため、2段遠心ポンプの負荷変動による第2空間の内圧の変動が抑えられ、該第2空間と第1空間の圧力が適正にバランスしてロータ軸に作用するスラスト力が小さく抑えられる。
According to the invention of
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る2段遠心ポンプの縦断面図、図2は同2段遠心ポンプの案内羽根部材を示す図であって、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は底面図である。 1 is a vertical sectional view of the two-stage centrifugal pump according to the present invention, FIG. 2 is a view showing a guide blade member of the two-stage centrifugal pump, FIG. 1A is a plan view, and FIG. 2B is a side view. c) is a bottom view.
図1に示す2段遠心ポンプ1は、キャンドモータポンプであって、図1において上下(軸方向)に配置されたポンプ部Pと駆動源であるモータ部Mとを同一中心軸線に沿って連結一体化して構成されており、その中心軸線上には、支軸6と、この支軸6に回転自在に保持されモータ部Mの発揮する回転動力をポンプ部Pに伝達するための中空状のロータ軸3とが収容されており、このロータ軸3及び支軸6間には滑り軸受7,8が介設されている。なお、本実施の形態に係る2段遠心ポンプ1は、ポンプ部Pとモータ部Mが上下に配置された状態、つまり縦置き状態で使用されているが、ポンプ部Pとモータ部Mが左右方向に対置される横置き状態でも使用することができる。
The two-stage centrifugal pump 1 shown in FIG. 1 is a canned motor pump, and the pump unit P arranged vertically (in the axial direction) in FIG. 1 and the motor unit M as a drive source are connected along the same central axis. It is integrally configured, and on its central axis, a
上記ポンプ部Pは、ポンプケース2内に形成された上下の第1ポンプ室R1と第2ポンプ室R2に、前記ロータ軸3の上半部で上下に並べて取り付けられた1段目の第1インペラ4、2段目の第2インペラ5と、該第1及び第2インペラ4,5間に挿入する形で設ける案内羽根部材10とをそれぞれ収容して構成されている。なお、本実施の形態においては、ポンプケース2と第1及び第2インペラ4,5及び案内羽根部材10は、何れも樹脂によって構成されている。
The pump portion P is the first stage of the first stage, which is attached to the upper and lower first pump chambers R1 and the second pump chamber R2 formed in the pump case 2 side by side in the upper half of the rotor shaft 3. The
上記ポンプケース2は、円筒状の筒状部21と、該筒状部21の上下2つの開口部をそれぞれ覆うカバー部材22及びケース部材23を軸方向に連結一体化して構成されている。ここで、筒状部21の内周壁の軸方向中間部からはリング円板状にして筒状部21の横断面に沿う方法に延在しつつ同筒状部21の内部空間を上下に画成する隔壁21Aが一体に設けられており、而してポンプケース2内には、隔壁21Aによって第1ポンプ室R1と第2ポンプ室R2が画成されている。そして、筒状部21の外周からは、第2ポンプ室R2に連通する円筒状の不図示の吐出管が接線方向に延びている。なお、隔壁21Aの中心軸線上には第1ポンプ室R1と第2ポンプ室R2間を連通する円孔21aが形成されており、この円孔21aと第1ポンプ室R1と第2ポンプ室R2にはロータ軸3が挿通している。また、隔壁21Aの第1ポンプ室R1側には案内羽根部材10が載置されており、この案内羽根部材10には円孔21aと同軸な中心孔10aが形成されている。そして、この円孔21a、中心孔10a、第1ポンプ室R1及び第2ポンプ室R2には上記ロータ軸3及び支軸6が挿通している。
The pump case 2 is configured by connecting and integrating a cylindrical tubular portion 21 and a
前記カバー部材22は、前記中心軸線に対応する部位に円筒状の吸入管22Aが一体に立設されており、この吸入管22Aの上端は、吸入口22aとして上方に向かって開口している。そして、カバー部材22内の吸入管22Aの基端部中央には、整流コーン22Bが一体に形成されており、この整流コーン22Bの周囲には、複数枚(図示例では、2枚)の整流板22bが形成されている。そして、上記第1インペラ4は、その外周が案内羽根部材10に囲繞され、且つ、その吸入側を前記吸入管22Aの基端部に臨ませる姿勢で筒状部21上側の第1ポンプ室R1内に収容され、ロータ軸3に固定されている。また、上記第2インペラ5は、隔壁21A下面側で、その吸入側を前記円孔21aに臨ませる姿勢で筒状部21下側の第2ポンプ室R2内に収容され、ロータ軸3に固定されている。
In the
前記ケース部材23は、その中心部にカップ状の有底円筒部23Aを備えており、この有底円筒部23Aの上端からはフランジ部23Bが径方向外方に向かって一体に形成されている。そして、このケース部材23の有底円筒部23Aの底部中心部には、円柱状のボス部23aが上方に向かって一体に立設されており、このボス部23aとカバー部材22に形成された整流コーン22Bの各中心部には、支軸6の両端がそれぞれ嵌着されている。
The
また、カバー部材22の整流コーン22Bと上側の滑り軸受7との間には、支軸6によってスラストワッシャ9が連れ回り不能に保持されている。
Further, the thrust washer 9 is held in a non-rotatable manner by the
駆動源であるモータ部Mは、前記ケース部材23の下方から連結されるモータケース11を備えており、このモータケース11は、筒状の外郭部11Aと、この外郭部11Aの下面開口部を下方から覆う有底筒状のカバー部材11Bとを上下に連結一体化して構成されている。ここで、外郭部11Aは、ケース部材23のフランジ部23Bの下面にリング状のシール部材12を介して液密に連結されている。また、カバー部材11Bは、その上端面がリング状のシール部材13を介して外郭部11Aの下側へ液密に連結されている。
The motor portion M, which is a drive source, includes a
そして、モータ部Mは、ロータ軸3の下半側に固着された円筒状のロータ14と、ケース部材23の有底円筒部23Aを介してロータ14に対向配置されたステータ15を備えている。ここで、ロータ14は、ポンプケース2のケース部材23に設けられた有底円筒部23Aの内部に収容されており、ロータ軸3の下端部外周に固着されている。なお、ロータ14は、永久磁石によって構成されている。
The motor portion M includes a cylindrical rotor 14 fixed to the lower half side of the rotor shaft 3 and a
ステータ15は、ステータコア16にインシュレータ17を介して三相のコイル18が巻装されて成るものであり、前記ステータコア16は、例えば筒状に形成されるヨーク16aと、そのヨーク16aの内周の周方向に等間隔をあけた複数箇所から半径方向内方に突出するT字状のティース16bとを一体に有する。
The
前記インシュレータ17は、前記ティース16bの内周側先端部を前記有底円筒部23Aの外側に臨ませるために露呈しつつ前記ステータコア16を被覆する。一方、前記モータケース11の外郭部11Aは、この実施の形態では前記インシュレータ17をインサートした電気絶縁性樹脂材で成形され、これにより前記ステータ15は、その少なくとも一部が前記外郭部11Aで包まれて固定されている。なお、三相コイル18は、後述する制御基板19に形成された制御回路にそれぞれ電気的に接続されている。
The
ところで、モータケース11の外郭部11Aの下面からは支持脚11aがカバー部材11B内に向かって一体に延びており、この支持脚11aの下端には、ステータ15の各三相コイル18への通電を制御するための制御基板19が支持脚11aの下端に形成されたスナップフィット爪11a1によって係合支持されている。
By the way, the
次に、前記案内羽根部材10の構成の詳細を図2に基づいて以下に説明する。
Next, the details of the configuration of the
上記したように、隔壁21Aの第1ポンプ室R1側に載置されている案内羽根部材10の中心部には中心孔10aが形成されており、この中心孔10aにはロータ軸3が挿通している。そして、図2(a)に示すように、案内羽根部材10の上面外周部には、第1インペラ4の回転周面を臨む姿勢で平面視三角状の6枚のディフューザベーン(翼列)31が周方向に等角度ピッチ(60度間隔)で一体に突設されており、周方向に隣接する2枚のディフューザベーン31の間には、径方向外方に向かって通路面積が漸増しつつ周方向(第1インペラの回転方向)に湾曲する溝状のディフューザ通路32がそれぞれ形成されている。すなわち、案内羽根部材10の上面外周部には、ディフューザベーン31と同数の6つのディフューザ通路32が周方向に等角度ピッチ(本実施の形態では、60度間隔)かつその外周端が案内羽根部材10の外接円Cとして示す筒状部21の内壁面へと漸近的に近づく形状に区画されており、しかも、各ディフューザ通路32の溝底は、筒状部21の内壁へと近づくに連れて高さが低くなる(溝底が隔壁21Aに近づく)弦巻線状に形成されている。
As described above, a
他方、案内羽根部材10の隔壁21Aに対向する下面には、図2(c)に示すように、径方向外方から中心孔10aに向かって湾曲しながら渦巻状に延びる6枚のリターンガイドベーン(翼列)33が周方向に等角度ピッチ(60度間隔)で一体に突設されている。そして、周方向に隣接する2枚のリターンガイドベーン33の間には、リターンガイドベーン33と同数の6つのリターン通路34がそれぞれ区画されている。
On the other hand, on the lower surface of the
ここで、各6つのディフューザ通路32とリターン通路34とは第1ポンプ室R1内で連絡(連通)しており、各リターン通路34の外周端は、ディフューザ通路32と立体交差する姿勢でディフューザベーン31の下方に開口する矩形の流入口34aを有するように区画されており、しかも、各リターン通路34の流入口34aには隣接して各ディフューザ通路32の外周端である流出口32aが開口している。したがって、各ディフューザ通路32と各リターン通路34は、流出口32a及び流入口34aを介して連通している。
Here, each of the six
ところで、本実施の形態に係る2段遠心ポンプ1には、ロータ軸3に作用するスラスト力を軽減するためのスラストバランス機構が備えられている。以下、このスラストバランス機構の構成を図1及び図3に基づいて説明する。 By the way, the two-stage centrifugal pump 1 according to the present embodiment is provided with a thrust balance mechanism for reducing the thrust force acting on the rotor shaft 3. Hereinafter, the configuration of this thrust balance mechanism will be described with reference to FIGS. 1 and 3.
前段側の第1インペラ4の前面シュラウド4aの内周部とこれに対向するカバー部材22の内面との間には、リング状の第1ラビリンスシール部L1が設けられており、ポンプケース2内において、第1ラビリンスシール部L1よりもロータ軸3側(軸心側)には、第1空間S1が形成されている。
A ring-shaped first labyrinth seal portion L1 is provided between the inner peripheral portion of the
また、次段側の第2インペラ5の背面シュラウド5bの外周部とこれに対向するケース部材23のフランジ部23Bとの間には、リング状の第2ラビリンスシール部L2が設けられており、ポンプケース2内において、第2ラビリンスシール部L2よりもロータ軸3側(軸心側)で第2インペラ5の背面側には、第2空間S2が形成されている。ここで、第2空間S2は、ケース部材23の有底円筒部23Aと、これの上方開口を第2ラビリンスシール部L2を介して実質的に蓋している第2インペラ5と、有底円筒部23Aの底側に収容される前記ロータ14とによって囲繞される円筒状空間であって、この実施の形態においては、少なくとも前記ロータ14の体積の80%以上に亘る内部容積を有するリザーバ室として構成されている。
Further, a ring-shaped second labyrinth seal portion L2 is provided between the outer peripheral portion of the
さらに、第2インペラ5の前面シュラウド5aの外周部とこれに対向する隔壁21Aとの間には、リング状の第3ラビリンスシール部L3が設けられている。ここで、第3ラビリンスシール部L3は、前面シュラウド5aから隔壁21Aに向かって突出される軸方向視環状の絞り片L3aと、隔壁21Aに凹設されて絞り変L3aの周面を囲繞する絞り部L3bとで構成されており、ポンプケース2内において、第3ラビリンスシール部L3よりもロータ軸3側(軸心側)には、第3空間S3が形成されている。
Further, a ring-shaped third labyrinth seal portion L3 is provided between the outer peripheral portion of the
そして、本実施の形態では、図1に示すように、ロータ軸3の周面と第1インペラ4及び第2インペラ5の間で、連通路3aがロータ軸3の軸方向(上下方向)に形成されており、この連通路3aの上端は、第1空間S1に開口しており、同連通路3aの下端は、第2空間S2に連通している。したがって、第1空間S1と第2空間S2とは、連通路3aを介して互いに連通している。
Then, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
而して、スラストバランス機構は、第1ラビリンスシール部L1とその内側に形成された第1空間S1と、第2ラビリンスシールL2とその内側に形成された第2空間S2と、第3ラビリンスシール部L3とその内側に形成された第3空間S3を備え、ロータ軸3に形成された連通路3aによって第1空間S1と第2空間S2とを連通することによって構成されている。
Thus, the thrust balance mechanism includes the first labyrinth seal portion L1, the first space S1 formed inside the first labyrinth seal portion L1, the second labyrinth seal L2, the second space S2 formed inside the second labyrinth seal portion L1, and the third labyrinth seal. A third space S3 formed inside the portion L3 is provided, and the first space S1 and the second space S2 are communicated with each other by a
次に、以上のように構成された2段遠心ポンプ1の作動について説明する。 Next, the operation of the two-stage centrifugal pump 1 configured as described above will be described.
ステータ15の各三相コイル18への通電制御下に、ステータ15が発生する磁界によってロータ14及び該ロータ14を保持しているロータ軸3が支軸6を中心として所望の速度で回転駆動される。
Under the energization control of each of the three-
ポンプ部Pにおいて、ロータ軸3に取り付けられた第1インペラ4と第2インペラ5がポンプケース2内の第1ポンプ室R1と第2ポンプ室R2においてそれぞれ回転する。すると、第1インペラ4の回転によってポンプケース2のカバー部材22に形成された吸入管22A内に負圧が発生し、この負圧に引かれて取扱液体(冷却水)が図1に矢印にて示すように吸入管22Aの吸入口22aから吸入管22A内に吸引される。そして、吸入管22A内に吸引された液体は、吸入管22A内を下方に向かって流れ、1段目の第1インペラ4に吸引される。
In the pump unit P, the
第1インペラ4に吸引された液体は、回転する第1インペラ4から運動エネルギを与えられて昇圧されながら径方向外方へと流れ、この第1インペラ4の外周端から第1ポンプ室R1へと流出する。そして、第1ポンプ室R1内で案内羽根部材10の上面に形成された複数(本実施の形態では6つ)のディフューザベーン31により区画されたディフューザ通路32を図2(a)に矢印にて示すように径方向外方に向かってそれぞれ流れ、各ディフューザ通路32の外周端に開口する流出口32aへと進行する。なお、液体は、案内羽根部材10の径方向外方に向かって通路断面積を漸増しつつ湾曲する各ディフューザ通路32を流れる過程で減速されてさらに圧力が高められる。
The liquid sucked by the
而して、各ディフューザ通路32の外周開口端面に開口する流出口32aからそれぞれ流出する液体は、流出口32aと隣接して開口する流入口34aから案内羽根部材10の下面に区画された6つの各リターン通路34にそれぞれ流入する。
Thus, the liquid flowing out from the
その後、各リターン通路34へと流れ込んだ液体は、図2(c)に矢印にて示すように、各リターン通路34を径方向内方に向かってそれぞれ進行し、図1に矢印にて示すように、隔壁21Aの中心部に形成された円孔21aを通過して該円孔21aを臨む2段目の第2インペラ5の吸入側へと導かれる。そして、第2インペラの吸入側へと導かれた液体は、該第2インペラ5の回転によって運動エネルギを付与されながら径方向外方へと流れ、この第2インペラ5の外周端から第2ポンプ室R2へと流出するとともに、第2ポンプ室S2に形成されたボリュート部を流れる過程で減速されつつ一層圧力が高められた状態となる。このように第1インペラ4と第2インペラ5を通じて加圧された液体は、第2ポンプ室R2から不図示の吐出管へと接線方向に流れ込み、この吐出管からポンプケース2外へと吐出される。
After that, the liquid flowing into each
次に、スラストバランス機構の作用を図3を参照しながら以下に説明する。 Next, the operation of the thrust balance mechanism will be described below with reference to FIG.
前述のように第1空間S1内から前面シュラウド4aの背面(すなわち第1インペラ4の内側)には、吸入管22Aに吸入された昇圧前の液体が存在する。また、第1空間S1と第2空間S2とは、ロータ軸3に形成された連通路3aを介して互いに連通しているため、第2空間S2にも、吸入管22Aに吸入された昇圧前の液体が存在する。
As described above, from the inside of the first space S1 to the back surface of the
そして、第1インペラ4によって加速されて第1ポンプ室R1へと流出する液体は、案内羽根部材10において昇圧されつつ第2インペラ5の吸入側(第3空間S3)へと導入されるが、この昇圧された液体の一部は、前面シュラウド4aの図3(a)において上方にある隙間(前面シュラウド4aの前面)にも進入する。けだし、前面シュラウド4aの内周部とこれに対向するカバー部材22の内面との間に形成されている第1ラビリンスシール部L1により堰止めされるため、前記昇圧された液体の一部は、前面シュラウド4aの上面部にほぼ滞留する。
Then, the liquid accelerated by the
第3空間S3に導入された液体は、そこから第2インペラ5内に進行し、該第2インペラ5によって再加速されつつ第2ポンプ室R2へと導出されるが、この液体は、第2ラビリンスシール部L2及び第3ラビリンスシール部L3により堰止めされるため、第2ポンプ室R2から前面シュラウド5aの上方や背面シュラウド5bの下方にある隙間への液体の進入は阻止される。したがって、前面シュラウド5aの上方にある隙間には前記第3空間S3に導入された液体がほぼ滞留し、背面シュラウド5bの下方にある隙間には前記第2空間S2に導入された液体がほぼ滞留する。
The liquid introduced into the third space S3 travels from there into the
ここで、第1インペラ4においては、前面シュラウド4aの前面(上面)には案内羽根部材10で昇圧された第3空間S3の液体圧力p3が作用し、前面シュラウド4aの背面(第1インペラ4の内側)には第1空間S1の前記昇圧以前の液体圧力p1が作用する。また、第1空間S1を臨む背面シュラウド4bの前面(上面)には第1空間S1の液体圧力p1が作用し、第3空間S3を臨む背面シュラウド4bの背面(下面)には第3空間S3の液体圧力p3が作用する。ここで、第3空間S3の液体圧力p3の方が第1空間S1の液体圧力p1よりも高いため(p3>p1)、スラストバランス機構を備えていない従来の2段遠心ポンプでは、図3(b)の左欄に示すように、図3において上向き(吸入口方向)の比較的大きなスラスト力F1’が第1インペラ4に作用する。これに対して、スラストバランス機構を備えた本発明に係る2段遠心ポンプ1においては、前面シュラウド4aで、図3において下向きの(反吸入口方向)のスラスト力F1downが作用し、且つ、背面シュラウド4bにおいては図3において上向き(吸入口方向)のスラスト力F1upが作用している。そして、これらの作用方向が相反するスラスト力F1up,F1downを総じて第1インペラ4には、図3(b)の右欄に示すように、吸入口方向のスラスト力F1(<F1’)が作用する。換言すると、本発明に係る2段遠心ポンプ1では、その第1インペラ4において、背面シュラウド4bの背面に従来生じていた吸入口方向のスラスト力F1’がスラストバランス機構である第1ラビリンスシール部L1を付加した前面シュラウド4aの前面に生じる下向きのスラスト力F1downで相殺されてF1(<F1’)に減少する。
Here, in the
他方、第2インペラ5においては、スラストバランス機構を備えていない2段遠心ポンプでは、第2インペラ5の背面シュラウド5bの背面には、第2インペラ5の外周端から第2ポンプ室R2のボリュート部へと流出した不図示の液体圧力p4が作用するが、前述のように、ボリュート部で昇圧された液体圧力p4は、昇圧前である第2空間S2の圧力p2及び第3空間S3の圧力p3よりもさらに高いため(p4>p3>p2)、図3(b)の左欄に示すように、図3において上向き(吸入口方向)の比較的大きなスラスト力F2’が作用するのであるが、これに対して、スラストバランス機構である第2ラビリンスシール部L2、第3ラビリンスシール部L3及び連通路3aを備えた本発明に係る2段遠心ポンプ1においては、その前面シュラウド5aの前面(上面)と同前面シュラウド5aの背面及び背面シュラウド5bの前面(すなわち第2インペラ5の内側)には第3空間S3の液体圧力p3が作用し、そして、背面シュラウド5bの下面(第2インペラ5の外側かつ下面)には第2空間S2の液体圧力p2が作用する。前述のように、案内羽根部材10により昇圧された第3空間S3の液体圧力p3は、昇圧前である第2空間S2の圧力p2よりも高いため(p3>p2)、第2インペラ5の前面シュラウド5aでのスラスト力は、その表裏ではほぼ相殺されており、しかも、背面シュラウド5bにおいては、反吸入口方向(図3において下向き)のスラスト力F2が作用する。
On the other hand, in the
したがって、本実施の形態に係る2段遠心ポンプ1のロータ軸3には、上記相反するスラスト力F1,F2が共に作用することとなる。換言すると、本発明に係る2段遠心ポンプ1では、そのロータ軸3において、第1インペラ4に残る吸入口方向へのスラスト力F1が第2インペラ5で発生される下向きのスラスト力F2で相殺されている。このため、滑り軸受7,8がロータ軸3から受ける負荷が小さくなって該滑り軸受7,8の摩耗が抑えられ、これらの滑り軸受7,8の耐久性が高められる。そして、このような効果は、ロータ軸3にスラストバランスディスクを設けることなく得られるため、当該2段遠心ポンプ1の構造の複雑化や大型化を招くことがない。
Therefore, the contradictory thrust forces F1 and F2 act together on the rotor shaft 3 of the two-stage centrifugal pump 1 according to the present embodiment. In other words, in the two-stage centrifugal pump 1 according to the present invention, in the rotor shaft 3, the thrust force F1 in the direction of the suction port remaining in the
また、第1インペラ4によって昇圧された流体の第1空間S1への回り込みが第1ラビリンスシール部L1によって抑えられるとともに、第2インペラ5によって昇圧された流体の第2空間S2と第3空間S3への回り込みが第2ラビリンスシール部L2と第3ラビリンスシール部L3によって抑えられるため、液体の吐出流量が増えて当該2段ポンプ1のポンプ効率が高められる。
Further, the wraparound of the fluid boosted by the
そして、本実施の形態においては、追加部品を要することなく、ロータ軸3に軸方向の連通路3aを形成するだけの簡単な構成によって第1空間S1と第2空間S2とを連通させることができるため、当該2段遠心ポンプ1の構造単純化とコストダウンを図ることができる。
Further, in the present embodiment, the first space S1 and the second space S2 can be communicated with each other by a simple configuration in which an
また、本実施の形態に係る2段遠心ポンプ1においては、比較的高圧の流体が流れ込む第2空間S2の容積が比較的大きく設定されており、該第2空間S2がリザーバ室として機能する。すなわち、吸入口22aに連通しつつ容積が比較的大きく設定されたリザーバ室は、第2インペラ5によって昇圧された液体が第2ラビリンスシール部L2を越えて第2空間S2へと漏出した流れに伴う圧力変化が小さいので、上記第2空間S2の液体圧力p2の変動が抑えられ、該液体圧力p2に係る上記スラスト力F2を円滑に作用させることができるという効果も得られる。
Further, in the two-stage centrifugal pump 1 according to the present embodiment, the volume of the second space S2 into which the relatively high-pressure fluid flows is set to be relatively large, and the second space S2 functions as a reservoir chamber. That is, in the reservoir chamber in which the volume is set to be relatively large while communicating with the
なお、以上の実施の形態においては、冷却液を取扱液体として用いる2段ウォータポンプに対して本発明を適用した例について説明したが、本発明は、冷却液以外の任意の液体を取扱液体として用いる2段遠心ポンプに対しても同様に適用可能である。 In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a two-stage water pump using a coolant as a handling liquid has been described, but in the present invention, any liquid other than the coolant is used as the handling liquid. The same applies to the two-stage centrifugal pump used.
また、実施形態では、第3ラビリンスシール部L3を第2インペラ5の前面シュラウド5aの外周部に形成した例について説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、第3ラビリンスシール部L3を第2インペラ5の前面シュラウド5aの径方向中間部や、或いは前面シュラウド5aの内周部に形成することができる。これにより、反吸入口方向へ作用する上記スラスト力F2の大きさを調整することができるので、第1インペラ4のスラスト力F1と第2インペラ5のスラスト力F2とを適切に相殺させ滑り軸受7に作用するスラスト力を可及的に小さく抑えることができる。
Further, in the embodiment, an example in which the third labyrinth seal portion L3 is formed on the outer peripheral portion of the
その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。 In addition, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of claims and the technical ideas described in the specification and drawings. Of course.
1 2段遠心ポンプ
2 ポンプケース
21 筒状部
21A 隔壁
22 カバー部材
22a 吸入口
23 ケース部材
23A 有底円筒部(リザーバ室)
3 ロータ軸
3a ロータ軸の連通路
4 第1インペラ
4a 第1インペラの前面シュラウド
5 第2インペラ
5a 第2インペラの前面シュラウド
5b 第2インペラの背面シュラウド
6 支軸
10 案内羽根部材
14 ロータ
15 ステータ
L1 第1ラビリンスシール部
L2 第2ラビリンスシール部
L3 第3ラビリンスシール部
M モータ部(駆動源)
P ポンプ部
R1 第1ポンプ室
R2 第2ポンプ室
S1 第1空間
S2 第2空間
S3 第3空間
1 Two-stage centrifugal pump 2 Pump case 21
3
P Pump section R1 1st pump room R2 2nd pump room S1 1st space S2 2nd space S3 3rd space
Claims (4)
前記支軸(6)に回転自在に保持された中空のロータ軸(3)と、
前記ロータ軸(3)の端部外周に固着されている円筒状のロータ(14)と、
前記ロータ(14)の外周側に配置されて前記ロータ(14)を回転させるための回転磁界を発生するステータ(15)と、
吸入口(22a)を有するカバー部材(22)と、
隔壁(21A)を有する円筒状の筒状部(21)と、
前記吸入口(22a)側に開口して前記ロータ(14)が収納される有底円筒部(23A)を有して、前記ロータ(14)と前記ステータ(15)とを仕切るケース部材(23)とを備え、
前記ロータ軸(3)に2つの第1及び第2インペラ(4,5)を軸方向に沿って取り付け、前記筒状部(21)の軸方向で2つの開口部に前記カバー部材(22)及び前記ケース部材(23)をそれぞれ連結一体化して構成されているポンプケース(2)内で前記隔壁(21A)によって画成された2つのポンプ室(R1,R2)に前記第1インペラ(4)と前記第2インペラ(5)をそれぞれ収容して構成される2段遠心ポンプ(1)であって、
前記カバー部材(22)とこれに対向する前記第1インペラ(4)の前面シュラウド(4a)との間に、前記前面シュラウド(4a)の内周部に位置する第1ラビリンスシール部(L1)を設けるとともに、
前記ケース部材(23)とこれに対向する前記第2インペラ(5)の背面シュラウド(5b)との間に、前記背面シュラウド(5b)の外周部に位置する第2ラビリンスシール部(L2)を設け、
前記カバー部材(22)内の前記第1ラビリンスシール部(L1)よりも軸心側で前記吸入口(22a)を臨む第1空間(S1)と、前記第2ラビリンスシール部(L2)よりも軸心側で前記有底円筒部(23A)に臨む第2空間(S2)とを形成するとともに、前記第1空間(S1)及び前記第2空間(S2)相互間を互いに連通させる連通路(3a)が前記ロータ軸(3)に形成されていることを特徴とする2段遠心ポンプ。 Support axis (6) and
A hollow rotor shaft (3) rotatably held by the support shaft (6), and
A cylindrical rotor (14) fixed to the outer periphery of the end of the rotor shaft (3), and
A stator (15) arranged on the outer peripheral side of the rotor (14) and generating a rotating magnetic field for rotating the rotor (14), and a stator (15).
A cover member (22) having a suction port (22a) and
A cylindrical tubular portion (21) having a partition wall (21A),
A case member (23) having a bottomed cylindrical portion (23A) that opens to the suction port (22a) side and houses the rotor (14), and partitions the rotor (14) and the stator (15). ) And
Two first and second impellers (4, 5) are attached to the rotor shaft (3) along the axial direction, and the cover member (22) is provided in the two openings in the axial direction of the tubular portion (21). The first impeller (4) is placed in two pump chambers (R1, R2) defined by the partition wall (21A) in a pump case (2) configured by connecting and integrating the case member (23). ) And the second impeller (5) are housed in the two-stage centrifugal pump (1).
The first labyrinth seal portion (L1) located on the inner peripheral portion of the front shroud (4a) between the cover member (22) and the front shroud (4a) of the first impeller (4) facing the cover member (22). And at the same time
A second labyrinth seal portion (L2) located on the outer peripheral portion of the back shroud (5b) is provided between the case member (23) and the back shroud (5b) of the second impeller (5) facing the case member (23). Provided,
The first space (S1) facing the suction port (22a) on the axial side of the first labyrinth seal portion (L1) in the cover member (22) and the second labyrinth seal portion (L2). A communication passage (S2) that forms a second space (S2) facing the bottomed cylindrical portion (23A) on the axial center side and communicates with each other between the first space (S1) and the second space (S2). A two-stage centrifugal pump characterized in that 3a) is formed on the rotor shaft (3).
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