JPS635591B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可変容積形軸線方向ピストンポンプ
に関するものであり、一層詳しくは、ポンプ速度
の広範囲にわたつてポンプのキヤビテーシヨンを
防止するための装置に関するものである。

軸線方向ピストンポンプは、ポンプハウジング
内に回転自在に設けられたバレルを有する。等間
隔の複数のシリンダが、バレルに同一半径に形成
されている。各シリンダは、バレルが回転すると
き往復するピストンを収容している。バレルの一
端は、ハウジング内に装着され、１対のソーセー
ジ形の口を有する固定口板に接して位置する。一
方の口は、入口であり、他方の口は排出口であ
る。各シリンダは、口板に隣接するバレルの端に
口を有する。バレルが回転したとき、各シリンダ
の口は、入口および排出口を横切る。シリンダの
口が入口を横切るとき、低圧流体はシリンダに吸
込まれる。シリンダの口が排出口を横切るとき、
シリンダ口は、流体を高い圧力で追い出す。

ポンプの回転速度が増すと、シリンダの口が入
口を横切る時間が減少する。もしもシリンダが入
口を横切つた後シリンダが流体で完全に満されて
いないと、キヤビテーシヨンが生じる。すべて不
都合である騒音、振動および流体の接触する金属
表面の急速な腐食はキヤビテーシヨンの結果生じ
る。これらの理由のために、キヤビテーシヨン
は、避けなければならない。

シリンダ口が入口を横切るときシリンダを満す
ために、入口を通つて来る流体は、シリンダの軸
線に沿う速度成分を持たなければならない。この
速度成分は、一般に、入口に入つて来る流体の圧
力に由来する。さらに、シリンダ口は入口に対し
て接線方向に移動するので、流体が、接線方向の
速度成分と軸線方向の成分とをもつて入口に入る
ことが望ましい。もしも入口に入る流体が、シリ
ンダ口の接線方向速度にほぼ等しい接線方向速度
成分を有すると、シリンダを満す時間は非常に減
少され、高いポンプ速度でキヤビテーシヨンが防
止される。事実、流体の接線方向の速度成分を増
すことにより、流体がシリンダを満すに要する時
間の減少に及ぼす効果は、軸線方向速度成分を対
応的に増すよりも大きい。

キヤビテーシヨンを減少させる１つの方法は、
入口に入る流体を予備補給するか、過給すること
である。これは、すべてのポンプ作動速度におい
てバレルシリンダを完全に満すのに必要な最小値
以上に流体の圧力、したがつてそのエネルギを補
助ポンプで増大させることによつて達成される。
入つて来る流体を補助ポンプによつて過給するこ
とは、多くの欠点を有する。補助ポンプは、油圧
系統の費用に加算し、また、時には余分な空間を
占める。しかも、通常は、ポンプの最大作動速度
においてバレルシリンダを満す程のレベルまで、
入つて来る流体の圧力を増大させるように、補助
ポンプを作動する。しかしポンプは、その最大速
度で作動されるとは限らないので、補助ポンプ
は、ポンプが作動している時間の一部分の間必要
であるよりも大きい圧力で過給流体をつくり、こ
れによりエネルギを浪費する。

シリンダ口の接線方向速度にほぼ等しくなるよ
うに、入口に入る流体の接線方向速度を増すため
の装置を設けることが望ましい。

さらに、ポンプの各作動速度において入口に入
る流体の接線方向速度をシリンダ口の接線方向速
度に、等しくすることが望ましい。別言すると、
入つて来る流体の接線方向速度を増すための装置
は、ポンプの速度に正比例すべきである。また、
補助ポンプを使用しないで入つて来る流体の接線
方向速度を増すことが望ましい。

本発明は、収集器と協働してバレルシリンダ口
の接線方向速度成分とほぼ同じ接線方向速度成分
を有する流体を入口に与えるポンプ駆動インペラ
を口板に直ぐ隣接して設けたポンプを提供する。
その結果、入口にほんの小量の圧力流体がありさ
えすれば、ポンプのすべての作動速度においてバ
レルシリンダを完全に満すことができる。収集器
は、インペラに直ぐ隣接して口キヤツプ内に設け
られ、ポンプ入口に直接流入しない流体をインペ
ラから集める。収集器からの流体は、入口に入る
ときにインペラの羽根を通過し、入口に直接流入
する流体と一緒になる。流体は、非常に減少した
入口流体圧力において、ポンプのすべての作動条
件のもとで、ポンプシリンダを完全に満すのに十
分な合成速度成分を有する。

第１図を参照すると、軸線方向ピストンポンプ
は、中央ハウジング１２、一端の端キヤツプ１３
および他端の口キヤツプ１４を包含するケース１
１を有し、これらすべてはボルト１５によつて一
緒に取付けられている。

ケース１１は、軸受１９のローラ１８に支持さ
れた回転自在のシリンダバレル１７を受入れてい
る空所１６を有し、軸受は、ハウジング肩２１に
対し押圧された外側レース２０を有する。肩２１
はハウジング１２の一部であり、軸受１９を支持
し、軸受１９はシリンダバレルを回転自在に支持
する。駆動軸２２は、端キヤツプ１３の孔２４に
支持された軸受２３に回転自在に支持されてい
る。駆動軸２２の内方スプライン端部２５は、バ
レル１７の中央孔２７中に押し込まれているスプ
ラインブツシング２６に駆動係合している。

バレル１７は、その回転軸線のまわりに円周方
向に等間隔を置いた多数の平行孔２８を有する。
各孔２８はピストン２９を受入れている。各ピス
トン２９は、シユー（Shoe）３２のソケツト３
１に受入れられたボール形ヘツド３０を有する。

各シユーは、シユー保持組立体３５によつて、
移動可能なヨーク３４に取付けられた平らなスラ
スト板３３に対して保持されている。組立体３５
は、ピストン２９の数に等しい数の等間隔を置い
た孔をもつシユー保持板３６を包含し、シユー保
持板３６は、各ピストンの本体上を通過して各シ
ユー３２の肩３７と係合している。柱３８は、ヨ
ーク３４の中央孔４０と保持板３６の中央孔３９
を通過している。柱３８の拡大端４１は、ヨーク
３４に形成された肩４２に係合している。柱３８
の小さい端４３は、ねじを切られていて、ヨーク
３４に対してスラスト板３３とシユー保持板３６
とを締付けるナツト４４を受入れている。

ヨーク３４は、駆動軸２２の軸線に直角の軸線
のまわりに運動できるように１対の軸受４５，４
５′に回転自在に支持されている。これは、スラ
スト板３３の傾斜角を変更し、これによつてピス
トン２９のストロークすなわち変位を変更する。

各シリンダ孔２８は、口板４７とシリンダ孔２
８との間に流体を導くシリンダ口４６に達してい
る。口板４７は、バレル１７と口キヤツプ１４と
の間に置かれている。第５ないし７図を参照する
と、入口４８および排出口４９共に、口板４７に
形成されている。これらの口は、第１および４図
にみられるように、口キヤツプ１４に形成された
入口５０および排出口５１に夫々連通している。

原動機（図示されていない）により駆動軸２２
を回転させると、シリンダバレル１７が回転す
る。もしもスラスト板３３が中立位置すなわち軸
２２の軸線に直角の位置から傾斜すると、シユー
３２がスラスト板３３上を滑るので、ピストン２
９は往復する。ピストン２９が口板４７から遠ざ
かると、入口４８からの低圧流体がシリンダ孔２
８に入る。ピストンが口板に向つて移動すると、
ピストンは、高圧流体を排出口４９中へ追い出
す。

第１図ないし第３図を参照すると、インペラ５
２は、口板４７に直ぐ隣接してポンプ内に装着さ
れている。インペラ５２は、平らな壁５４の背後
から突出する円筒形ハブ５３を備えている。ハブ
５３は、口板４７の孔５５を通つて突出し、ハブ
端５６は保持器５７に当つている。保持器５７
は、保持器５７から突出してスプラインブツシン
グ２６のスロツトに係合している舌状部によつて
スプラインブツシング２６に連結されている。ボ
ルト５８は、インペラ５２を保持器５７に、固く
連結し、ダボ５９は、これら２つの要素の相対的
運動を防止している。

等しい間隔を置いた10個の羽根６０は、壁５４
の前面から横方向および半径方向に突出してい
る。各羽根６０は、内方羽根６１および外方羽根
６２よりなる。第２図を参照すると、内方羽根６
１の傾斜前縁は、羽根６０の軸線から30゜ずれて
いて、外方羽根６２の傾斜前縁は、上記軸線から
15゜ずれている。第３図を参照すると、内方羽根
６１の外端６３は、第３図にみられるように、羽
根６０の軸線から約58゜ずれていて、外方羽根６
２の外端６４は、上記軸線から約22゜ずれている。

インペラの断面積すなわち羽根６０間の空間が
一定に保たれていることは重要であり、この結
果、流体の入口速度すなわち軸線方向速度は、流
体がインペラを通つて流れるとき、一定に保たれ
る。このインペラ５２において、壁５４の前面
は、第３図にみられるように円錐形である。壁５
４の前面が円錐形にもかかわらず隣接する羽根６
０の間の断面積は、一定に保たれる。これは、隣
接羽根６０間の距離が、インペラの中心からイン
ペラの外縁まで増加していること、および各羽根
６０の内方羽根６１を外方羽根６２より広くつく
ることによる。

インペラ５２の目的は、入口５０内の流体に追
加のエネルギーを与え、それによつて入口におい
て流体が過給されないとき通常のポンプで通常可
能であるよりも高い速度でポンプが駆動されると
きにキヤビテーシヨンを防止することである。

インペラ５２は、口キヤツプ１４に形成された
収集器６５と協動し、口板４７の入口４８に入る
流体にシリンダ口４６の接線方向速度にほぼ等し
接線方向速度成分を与える。したがつて、口キヤ
ツプ１４の入口５０に入る流体は、ピストンが入
口４８を横切るとき流体をシリンダ孔２８の中へ
移動させるに十分な軸線方向速度成分をつくるの
に十分なエネルギをもちさえすれば良い。軸線方
向速度成分が、接線方向速度成分よりかなり小さ
いことが判明している。

第４図ないし第７図を参照すると、収集器６５
は、口板４７の対向側でインペラ５２に隣接して
口キヤツプ１４に形成された空所である。収集器
６５は、インペラの回転方向に入口４８を丁度越
えた点P₁で入口端として始まり、入口４８の始
まりP′₂と丁度対向している点P₂において断面積
又は容積が最大になるように拡張している。収集
器６５の断面積又は容積は、インペラ回転方向に
おいて点P₂からP₃まで一定であり、この点P₃は、
入口４８がバレル１７に隣接した側に口板４７か
ら現われるところP′₃と対向している。点P₃から、
入口４８の中間点と対向する点（出口端）P₄ま
で、収集器６５の断面積又は容積は減少する。イ
ンペラの回転方向に点P₄から点P₁までは収集器
空所は存在しない。インペラ５２が口キヤツプ１
４に対して回転する程度だけ隙間がある。また、
インペラ５２が口板４７に対して回転する隙間が
ある。

作動において、入口５０の低圧の流体は、イン
ペラ５２の中心に向つて軸線方向に移動する。羽
根６０の内方羽根６１は、インペラへ流体を案内
する傾向がある。流体がインペラを横切るとき、
流体は半径方向に向きを変え、大きい接線方向速
度成分を受ける。この成分はインペラの回転方向
にある。入口４８に隣接するインペラ部分を出た
流体は、入口４８へ直接流入する。この流入は、
点P₂とP₄との間で起る。インペラの回転方向に
おいて点P₁とP₂との間でインペラから出る流体
は、収集器６５に入る。点P₁とP₂との間で収集
器６５の断面積が拡張しているので、常に流体は
高い接線方向速度を維持することができる。これ
により、流体の停止または速度低下、したがつて
再び加速させなければならないことによつて生じ
るエネルギー損失を減少させる。

第６図は、収集器が入口４８にすなわち点P₁
とP₂の間に開口する前に、インペラ５２から出
て収集器６５に入る流体を示す。第５および７図
を参照すると、点P₂とP₄との間で、収集器６５
からの流体がインペラ５２から直接半径方向に出
る流体と混合し、口板４７の入口４８に入る。収
集器６５から出る流体は、収集器６５から入口４
８へ流入するのでインペラ５２の外方羽根６２に
当る。これにより、外方羽根６２は、流体が入口
４８へ流入する前に、流体に速度を更に与えるこ
とができる。入口４８に入る流体の速度成分のベ
クトルダイヤグラムは、入口４８近くで第５図に
示されている。合成速度は、インペラ５２によつ
て流体に与えられた接線方向速度と、入口５０内
の流体の圧力によつて生じた軸線方向充満速度と
の合成である。

第８図は、種々のポンプ速度における入口圧力
と放出流量との関係を示すグラフである。標準の
ポンプすなわち本発明のインペラおよび収集器を
備えていないポンプでは、入口５０における最小
入口圧力はポンプのキヤビテーシヨンを防止する
ためにポンプの速度が増大するにつれて実質的に
増大しなければならないことが判つている。その
理由は、シリンダ口４６が入口４８に通じるとき
に、流体がシリンダ孔を満すために、エネルギを
もつと流体に与えなければならないためである。
しかし、本発明のインペラおよび収集器をもつポ
ンプでは、ポンプを、約0.42Kg／cm²（6lb／in²）
の入口圧で最小速度と最大速度との間で作動する
ことができることが判つた。従つて、入口におい
て流体を過給する必要なしに、ポンプを高速度で
作動することができるので、ポンプの運転性能が
大変増す。

本発明のインペラおよび収集器の別の利点は、
ポンプからインペラ５２を作動して流体に必要な
合成速度成分を与えるのに必要とされる追加動力
をほとんど必要としないことである。必要とされ
る動力は、通常の遠心ポンプが流体を過給し同じ
仕事を行なうのに要する動力の約1/4である。

当業者が、特許請求の範囲によつて定められた
本発明の範囲および精神から逸脱することなく、
部品の詳細および配置に種々の変更を行なうこと
ができるのは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を組み入れたポンプの軸線方
向断面図であり、第２図は、本発明を用いたイン
ペラの正面図であり、第３図は、第２図に示した
インペラの側面図であり、第４図は、口キヤツプ
および収集器の軸線方向断面図であり、第５図
は、インペラの円周に沿つて見た収集器５の拡大
展開図と入口に入る流体のベクトル図であり、第
６図は、第５図の６−６線に沿う断面図であり、
第７図は、第５図の７−７線に沿う断面図であ
り、第８図は、従来のポンプ内の入口流体の所要
圧力と、本発明を組み入れた同じポンプにおける
入口流体の圧力とを示すグラフである。 １２……ハウジング、１４……口キヤツプ、１
７……バレル、２２……軸、２９……ピストン、
４７……口板、４８……入口、４９……出口、５
２……インペラ、６５……収集器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジング１２と、 上記ハウジングの一端を閉じる口キヤツプ１４
   と、 上記ハウジングに回転自在に支持されたバレル
   １７と、 上記バレルに取付けられた上記バレルを駆動す
   るための軸２２と、 上記バレル内で往復可能に孔に設けられた多数
   のピストン２９と、 上記バレルの一端に隣接する内面を有する口板
   ４７と、 上記ピストンに低圧流体を差し向けるための上
   記口板の入口４８と、 上記ピストンからの放出圧力流体を受入れるた
   めの上記口板の出口４９と、 上記口板の外面に隣接して上記駆動軸に回転自
   在に隣接されたインペラ５２と、 上記インペラが流体に接線方向速度を与えるこ
   とができるように上記インペラの中心に低圧流体
   を供給するための装置と、よりなる軸線方向ピス
   トンポンプにおいて、 上記口板の外面に隣接して口キヤツプに形成さ
   れ、上記インペラから流体の一部分を受入れる空
   所からなる収集器６５を有し、 上記収集器６５の入口端P₁は、インペラの回
   転方向に上記口板の入口４８をちよつと越えたと
   ころにあり、 上記収集器の出口端P₄は、インペラの回転方
   向に上記口板４７の入口４８の終りの手前にあ
   り、 上記収集器は、上記インペラの円周の大部分に
   隣接しており、 上記収集器は、流体の軸線方向速度成分を上記
   口板の入口４８の方向に向け、 上記収集器はピストンバレルのシリンダ口への
   流体の接線方向速度を増加させるため、上記収集
   器から出る流体のかなりの部分を、流体が上記口
   板の入口４８に流入する前に上記インペラへ再び
   差し向けるような形状を有し、上記収集器から上
   記インペラに入る流体が、上記インペラから上記
   入口４８へ直接流入する流体と混合し、上記入口
   ４８に入る上記混合流体は、ピストンバレル口と
   ほぼ同じ接線方向速度を有することを特徴とする
   軸線方向ピストンポンプ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の軸線方向ピスト
   ンポンプにおいて、収集器の容積は、収集器の入
   口端P₁から口板の入口４８の始まりP′₂と対向す
   る点P₂までインペラの回転方向に増加し、上記
   収集器の容積は、バレル面側への入口の始まり
   P′₃と対向する点P₃まで口板の入口の始まりP′₂と
   対向する点P₂から一定であり、収集器の容積は、
   バレル面側への入口の始まりP′₃と対向する点P₃
   から入口４８の中間点まで減少していることを特
   徴とする軸線方向ピストンポンプ。