JP4460863B2 - ポンプ用吐出ボウル及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、縦軸、横軸及び斜軸ポンプ等の産業用ポンプ全般に使用されるポンプ用吐出ボウル及びその製造方法に係り、特に比較的安価で軽量化が図れる鋼板製化（製缶化）の要請に応えることができるようにしたポンプ用吐出ボウル及びその製造方法に関する。

例えば、一般的な縦軸斜流ポンプは、図８に示すように、主軸１０に取付けた羽根車１２を収容する羽根車ハウジング１４の上流側に吸込ベル１６が、下流側に吐出ボウル１８がそれぞれ連結され、この吐出ボウル１８の下流側に吐出エルボ２０が連結されている。これによって、羽根車１２の回転に伴って、吸込ベル１６から吸込まれた取扱液は、吐出ボウル１８で軸方向に沿った流れに変えられて、吐出エルボ２０から順次吐出される。

吐出ボウル１８は、内部に軸受ケース２２を装着する略円筒状の内胴２４と、この内胴２４の周囲を同心状に包囲する略円筒状の外胴２６と、内胴２４と外胴２６との間に配置された複数の案内翼（整流板）２８から主に構成されている。この案内翼２８は、羽根車１２の回転に伴って、内胴２４と外胴２６との間を流れる取扱液の整流作用を行うもので、円周方向に沿った所定のピッチで、略流れ方向に沿って並列的に配置されている。

従来、この種の吐出ボウル１８は、内胴２４、外胴２６及び複数の案内翼２８を一体にした鋳造によって一般に製作されていた。これは、取扱液を整流する作用を行う案内翼２８は、例えば図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、長さ方向（流れ方向）に沿って不均等な厚みを有し、しかも、幾何学的な形状は平面的ではなく捻れた複雑な立体的形状を有しており、このため、プレス成形における金型も複雑となって、鋼板による成形が一般に困難であるためである。

このように、吐出ボウルを鋳込み鋳造で製作するためには、鋳造鋳型用木型（木材）を製作するか、または金型や消失模型（ロストワックス）等を製作して、鋳込みを行う必要がある。

しかし、例えば鋳造鋳型用木型を製作するためには、木型製作用の木型図面、木型製作のための工程期間、木型製作職人、更には高品質で多種多量の木材が必要となり、このため、工期が長く、かなり高価なものとなるばかりでなく、資源の節約や森林保護のため、木材の使用を可能な限り削減しようとする要請にも反することになる。また、鋳込み鋳造作業においては、鋳造工場、鋳造製作のための工程期間、鋳造製作職人、更には多量の鋳物砂や鉱石等の溶解が必要で、これによっても、工期の長期化や製品の高価格化、更には、環境汚染化の助長に繋がってしまう。

このため、吐出ボウルの構成部品のうち、略円筒状の内胴と外胴とを、木型等を使用した鋳造だけではなく、鋼板で製缶製作することも行われている。しかしながら、案内翼は、前述のように、複雑な立体的形状を有しており、鋼板によるプレス成形が一般に困難であるため、木型等を使用した鋳造で製造せざるを得ないのが現状であった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、木型等を使用した鋳造によることなく、複雑な形状を有する案内翼を含め吐出ボウルの全構成部品を鋼板製化できるようにしたポンプ用吐出ボウル及びその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、鋼板製で略円筒状の内胴と、前記内胴の周囲を同心状に包囲する鋼板製で略円筒状の外胴と、前記内胴の外周面と前記外胴の内周面との間に配置された複数の案内翼を有し、前記案内翼は、案内翼の翼面形状を２軸のＮＣデータに変換して該ＮＣデータを案内翼となる鋼板製の平面板にけがきし、該ＮＣデータの輪郭に沿って切出した鋼板を、流れ方向をＸ軸、直径方向をＹ軸、円周方向をＺ軸としたコンピュータ解析によって求めた案内翼の翼面座標の形状に沿ってプレス成形して製作され、前記内胴は、ロール成型して製作され、前記外胴は、ロール成型して製作され、前記各案内翼は、該各案内翼の内側端面を、成形前の平面板にけがきした座標位置を介して前記内胴の外周面に、前記各案内翼の外側端面を、成形前の平面板にけがきした座標位置を介して前記外胴の内周面にそれぞれ接合して、同心状に配置した前記外胴と前記内胴との間に配置されていることを特徴とするポンプ用吐出ボウルである。

このように、幾何学的に複雑な形状をしている案内翼を含め、吐出ボウルの全構成部品を、木型等を使用した鋳造によることなく、鋼板で製作（製缶化）して吐出ボウルを構成することで、吐出ボウルの軽量化及び低廉化、並びに製作における工期の短縮を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、鋼板をロール成型して略円筒状の内胴と外胴を製作し、案内翼の翼面形状を２軸のＮＣデータに変換して該ＮＣデータを案内翼となる鋼板製の平面板にけがきし、該ＮＣデータの輪郭に沿って切出した鋼板を、流れ方向をＸ軸、直径方向をＹ軸、円周方向をＺ軸としたコンピュータ解析によって求めた案内翼の翼面座標の形状に沿ってプレス成形して複数の案内翼を製作し、前記各案内翼の内側端面を、成形前の平面板にけがきした座標位置を介して前記内胴の外周面に、前記各案内翼の外側端面を、成形前の平面板にけがきした座標位置を介して前記内胴の周囲を同心状に包囲する前記外胴の内周面にそれぞれ接合することを特徴とするポンプ用吐出ボウルの製造方法である。

案内翼は、一般に平面的ではなく複雑な立体的形状をしているが、製作図面作画手法が確立しているコンピュータープログラム数値解析で得られた案内翼面のプロフィール（形状）を立体翼表面モデリングデータに変換（ＮＣデータ化）することで、複雑な形状のプレス金型を容易に複製することができ、この複製された金型で案内翼をプレス成形することで、鋳造用木型等を全く使うことなく、吐出ボウルの全構成部品を鋼板で製作することが可能となる。

また、外胴の内周面及び内胴の外周面に接合される案内翼の該外胴の内周面及び内胴の外周面に対する位置決めを、外胴及び内胴とともに、成形前の平面板にＮＣデータ化して表示した座標位置を介して行うことで、この位置決めを容易に行いつつ、案内翼と内胴及び外胴との接合作業を行うことができる。

請求項３に記載の発明は、羽根車を内部に収容する羽根車ハウジングと、前記羽根車ハウジングの上流側に連結された吸込ベルと、前記羽根車ハウジングの下流側に連結された請求項１に記載のポンプ用吐出ボウルを有することを特徴とするポンプ装置である。

本発明によれば、複雑な形状を有する案内翼を含め吐出ボウル全部品を鋼板で製作することができ、これによって、木型レス化を図るとともに、吐出ボウルの軽量化及び低廉化、並びに製作における工期の短縮を図ることができる。更には、森林保護並びに汚染防止の面から環境破壊防止に貢献できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における吐出ボウルを備えた縦軸斜流ポンプを示す。この縦軸斜流ポンプは、図１に示すように、主軸３０に取付けた羽根車３２を収容する羽根車ハウジング３４の上流側に吸込ベル３６が、下流側に吐出ボウル３８がそれぞれ連結され、この吐出ボウル３８の下流側に吐出エルボ４０が連結されている。これによって、羽根車３２の回転に伴って、吸込ベル３６から吸込まれた取扱液は、吐出ボウル３８で軸方向に沿った流れに変えられて、吐出エルボ４０から順次吐出される。

吐出ボウル３８は、内部に軸受ケース４２を装着する略円筒状の内胴４４と、この内胴４４の周囲を同心状に包囲する略円筒状の外胴４６と、内胴４４と外胴４６との間に配置された複数の案内翼（整流板）４８から主に構成されている。この案内翼４８は、羽根車３２の回転に伴って内胴４４と外胴４６との間を流れる取扱液の整流作用を行うもので、円周方向に沿った所定のピッチで、略流れ方向に沿って並列的に配置されている。

内胴４４は、鋼板を略円筒状にロール成形して製作されたものであり、外胴４６も同様に、鋼板を略円筒状にロール成形して製作されたものである。つまり、内胴４４及び外胴４６は、共に肉厚が一定で、ほぼ真円筒状の形状を有している。一方、取扱液を整流する作用を行う案内翼４８は、下記のように、ほぼ均等な厚みで、略直線状な形状を有しており、鋼板をプレス成形して製作されたものである。つまり、この案内翼４８は、平板を所定の形状に切出してプレス成形することで、所定の形状を有するようになっている。

そして、この案内翼４８は、同心状に配置した内胴４４と外胴４６との間の円周方向に沿った所定の位置に所定のピッチで並列に配置され、内側の側端面を内胴４４の外周面に、外側の側端面を外胴４６の内周面にそれぞれ接合して固定されている。これによって、全て鋼板製の内胴４４、外胴４６及び複数の案内翼４８からなる吐出ボウル３８が構成されている。

このように、幾何学的に複雑な形状をしている案内翼４８を含め、内胴４４及び外胴４６を、木型等を使用した鋳造によることなく、鋼板で製作（製缶化）して吐出ボウル３８を構成することで、木型レス化を図るとともに、吐出ボウル３８の軽量化及び低廉化、並びに製作における工期の短縮を図ることができる。

次に、案内翼４８の製作例を説明する。先ず、所望形状の案内翼４８の翼面プロフィール（形状）を、コンピュータ解析によって、立体翼表面データに変換（ＮＣデータ化）する。図２は、流れ方向をＸ軸、直径方向をＹ軸として得られた、前述のＮＣデータ（板取り展開座標）を平板上面にけがき（プロット）した状態を示す。これにより、案内翼４８のプレス成形の板取り加工が完了し、この輪郭に沿って切出すことで、曲げる前の案内翼の素材ができあがる。この時、案内翼のプレス成形が容易になるよう、できるだけ直線的な水平面に近づけた設計を行ってＮＣデータにすることが望ましい。

次に、図３に示す、吐出ボウル３８の座標取り用流線位置（Ｉ−Ｉ座標取り流線〜Ｖ−Ｖ座標取り流線）における、図４に示す、流れ方向をＸ軸、直径方向をＹ軸、円周方向をＺ軸とした案内翼の翼面座標をコンピュータ解析によって求め（ＮＣデータ化）、この翼面座標の形状に沿ってプレス成形することで、つまり、この翼面座標に沿った形状を有するプレス金型を作製し、このプレス金型を用いたプレス加工を行うことで、所望の形状を有する案内翼４８をプレス成形する。

そして、図５に示す、吐出ボウル３８の座標取り用流線位置（Ｉ−Ｉ座標取り流線〜Ｖ−Ｖ座標取り流線）及び断面位置（ニ断面〜ヲ断面）における、図６及び図７に示す、円周方向をＸ軸、直径方向をＹ軸、流れ方向をＺ軸とした案内翼の取付け座標をコンピュータ解析によって求め（ＮＣデータ化）、この取付け座標に沿った位置に案内翼４８が位置するように、案内翼４８の内側側端面を内胴４４の外周面に、外側側端面を外胴４６の内周面に接合して、吐出ボウル３８を完成させる。

この例では、先ず、案内翼４８の内側側端面を内胴４４の外周面に仮止めしてから接合し、しかる後、この案内翼４８を接合した内胴４４を外胴４６内に挿入して、案内翼４８の外側側端面を外胴４６の内周面に仮止めしてから接合するようにしている。特に、外胴４６は、内径がほぼ一定のものを使用することで、この作業を容易に行うことができる。

この時、案内翼４８の接合位置を、板取り前の寸法展開平面板にＮＣデータ化した座標位置で表示し、内胴４４及び外胴４６の座標位置（接合位置）を、案内翼４８の枚数で内胴４４及び外胴４６を円周方向に均等に分割した等配位置とする。

このように、外胴４６の内周面及び内胴４４の外周面に接合される案内翼４８の該外胴４６の内周面及び内胴４４の外周面に対する位置決めを、外胴４６及び内胴４４とともに、成形前の平面板にＮＣデータ化して表示した座標位置を介して行うことで、この位置決めを容易に行いつつ、案内翼４８と内胴４４及び外胴４６との接合作業を行うことができる。

本発明の実施の形態における吐出ボウルを備えた縦軸斜流ポンプを示す断面図である。 流れ方向をＸ軸、直径方向をＹ軸として得られたＮＣデータ（板取り展開座標）を平板上面にけがき（プロット）した状態を示す図である。 吐出ボウルの座標取り用流線位置（Ｉ−Ｉ座標取り流線〜Ｖ−Ｖ座標取り流線）を示す図である。 流れ方向をＸ軸、直径方向をＹ軸、円周方向をＺ軸とした案内翼の翼面座標を示す図である。 吐出ボウルの座標取り用流線位置（Ｉ−Ｉ座標取り流線〜Ｖ−Ｖ座標取り流線）及び断面位置（ニ断面〜ヲ断面）を示す図である。 円周方向をＸ軸、直径方向をＹ軸、流れ方向をＺ軸とした案内翼の取付け座標を展開して示す図である。 円周方向をＸ軸、直径方向をＹ軸、流れ方向をＺ軸とした案内翼の取付け座標を流れ方向の上流側から見て示す図である。 従来の吐出ボウルを備えた縦軸斜流ポンプを示す断面図である。 （ａ）は、図８に示す吐出ボウルの案内翼の外胴側における断面図で、（ｂ）は、同じく、外胴と内胴との中間における断面図で、（ｃ）は、同じく、内胴側における断面図である。

符号の説明

３０ 主軸
３２ 羽根車
３４ 羽根車ハウジング
３６ 吸込ベル
３８ 吐出ボウル
４０ 吐出エルボ
４２ 軸受ケース
４４ 内胴
４６ 外胴
４８ 案内翼

Claims (3)

1. 鋼板製で略円筒状の内胴と、
   前記内胴の周囲を同心状に包囲する鋼板製で略円筒状の外胴と、
   前記内胴の外周面と前記外胴の内周面との間に配置された複数の案内翼を有し、
   前記案内翼は、案内翼の翼面形状を２軸のＮＣデータに変換して該ＮＣデータを案内翼となる鋼板製の平面板にけがきし、該ＮＣデータの輪郭に沿って切出した鋼板を、流れ方向をＸ軸、直径方向をＹ軸、円周方向をＺ軸としたコンピュータ解析によって求めた案内翼の翼面座標の形状に沿ってプレス成形して製作され、
   前記内胴は、ロール成型して製作され、
   前記外胴は、ロール成型して製作され、
   前記各案内翼は、該各案内翼の内側端面を、成形前の平面板にけがきした座標位置を介して前記内胴の外周面に、前記各案内翼の外側端面を、成形前の平面板にけがきした座標位置を介して前記外胴の内周面にそれぞれ接合して、同心状に配置した前記外胴と前記内胴との間に配置されていることを特徴とするポンプ用吐出ボウル。
2. 鋼板をロール成型して略円筒状の内胴と外胴を製作し、
   案内翼の翼面形状を２軸のＮＣデータに変換して該ＮＣデータを案内翼となる鋼板製の平面板にけがきし、該ＮＣデータの輪郭に沿って切出した鋼板を、流れ方向をＸ軸、直径方向をＹ軸、円周方向をＺ軸としたコンピュータ解析によって求めた案内翼の翼面座標の形状に沿ってプレス成形して複数の案内翼を製作し、
   前記各案内翼の内側端面を、成形前の平面板にけがきした座標位置を介して前記内胴の外周面に、前記各案内翼の外側端面を、成形前の平面板にけがきした座標位置を介して前記内胴の周囲を同心状に包囲する前記外胴の内周面にそれぞれ接合することを特徴とするポンプ用吐出ボウルの製造方法。
3. 羽根車を内部に収容する羽根車ハウジングと、
   前記羽根車ハウジングの上流側に連結された吸込ベルと、
   前記羽根車ハウジングの下流側に連結された請求項１に記載のポンプ用吐出ボウルを有することを特徴とするポンプ装置。

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