ポンプ及びその製造方法
【課題】肉厚が薄く、且つ滑らかな断面形状を有する吸込みベルを備えたポンプ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】円筒状ケーシング部２の先端に吸込み部６が連結され、羽根車１８が固定された主軸１２が回転自在にケーシング部２に取り付けられたポンプ１であって、吸込み部は、ケーシング部２に一端側が連結された吸込みライナ４と、吸込みライナ４の他端側に連結され、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成してなる吸込みベル５とから構成される。
【解決手段】円筒状ケーシング部２の先端に吸込み部６が連結され、羽根車１８が固定された主軸１２が回転自在にケーシング部２に取り付けられたポンプ１であって、吸込み部は、ケーシング部２に一端側が連結された吸込みライナ４と、吸込みライナ４の他端側に連結され、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成してなる吸込みベル５とから構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸込みベルからケーシング内部に流体を吸込むようにしたポンプ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図７に示すような斜流ポンプが、発電プラントの循環ポンプや送水ポンプ等として広く用いられている。この斜流ポンプ１００は、海水、河川水または排水等の液体を吸込む吸込み部１０１と、吸込み部１０１から鉛直方向上方に延びるケーシング部１０５とを有する。ケーシング部１０５は上部で屈曲管１０７に接続され、屈曲管１０７は不図示の吐出配管に接続されている。ケーシング部１０５内には主軸１１０が回転自在に取り付けられており、主軸１１０の先端には羽根車１１２が固定されている。吸込み部１０１は、ケーシング部１０５の下端に連結された吸込みライナ１０２と、吸込みライナ１０２の下端に連結された吸込みベル１０３とから構成される。
【０００３】
一般的に、吸込みベルは、水頭損失を低減させるためにベルマウス形状となっている。すなわち、吸込みベルは、液体の流れが内周壁で剥離したり衝突したりすることを極力抑え、滑らかな流れを形成するような形状となっている。この吸込みベルの形状はポンプ効率に影響を与えるので、滑らかな曲面であることが求められ、従来は図７に示すように鋳造で製造されることが多かった。
ところが、鋳造で製造された吸込みベルは、肉厚が厚くなるため重量が大きくなり、製造コストも嵩んでしまう。特に、海水ポンプのような大型のポンプは、吸込みベルの最下部直径が２ｍに達するものもあり、鋳造が難しく、製造コストも高くなる。
【０００４】
一方、近年は、機器の軽量化、低コスト化並びに環境負荷低減を目的として、板金構造が主流となっており、板金成形の技術も向上してきている。
この流れから、特許文献１には、吸込みベルを板金で形成したポンプが開示されている。この文献には、長尺の板金を溶接により中空円錐台形状に接合してリング部材を製作し、複数のリング部材をベルマウス形状に接合して吸込みベルを製造する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２４７４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、吸込みベルを鋳造で製造した場合、肉厚が厚くなるため重量が大きくなる。その上、鋳造に際して木型が必要となるため、これらの理由から製造コストが嵩んでしまうという問題があった。また、鋳造製の場合、木型製作、鋳込み、補修作業、荒加工、仕上げ加工の手順を踏む必要があり、製作期間が非常に長いという問題もあった。また、鋳造製の場合、必ず内在欠陥を含むため、最終加工時に欠陥補修が必要となる可能性がある。さらにまた、ポンプの経年使用により内在欠陥が顕在化する可能性もある。しかし、鋳物は溶接補修ができないため、補修が困難であった。
【０００７】
そこで、特許文献１のように、板金から形成されるリング部材を複数溶接して吸込みベルを製造することによって、上記した問題点は解消される。しかしながら、今度は以下のような問題が発生する。すなわち、中空円錐台形状のリング部材を複数溶接してベルマウス形状を形成しているので、鉛直方向断面が滑らかな曲線とはならず、吸込みベルの内周壁に対する液体の摩擦損失や衝突損失等の水力損失が増加し、ポンプ効率を低下させてしまうことが考えられる。また、吸込みベルの表層流が不均一となり、振動が増大して主軸軸受の摩耗が促進されてしまう可能性もある。さらに、吸込みベルの溶接線が増えることから、形状精度を高く維持することが困難であった。さらにまた、現在、海水ポンプにおいては、ケーシング部や吸込み部に通電することによって、海生生物等の付着を防止する電気化学的な海洋生物付着防止システムが多く用いられているが、接合部分とその他の部分で生物付着状況が異なってしまうという問題もあった。
【０００８】
一方、板金によって滑らかな曲面を形成する加工技術として、スピニングプレス加工が知られている。この加工方法は、へら絞り加工とも呼ばれ、トランペット等の楽器を製造する際に用いられてきた。しかし、スピニングプレス加工は、加工の難しさから小物の製造に限定されており、例えば肉厚が１６ｍｍ程度の吸込みベルのような大物に使われた例は未だ存在しない。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、肉厚が薄く、且つ滑らかな断面形状を有する吸込みベルを備えたポンプ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るポンプは、円筒状ケーシング部の先端に吸込み部が連結され、羽根車が固定された主軸が回転自在に前記ケーシング部に取り付けられたポンプであって、前記吸込み部は、前記ケーシング部に一端側が連結された吸込みライナと、前記吸込みライナの他端側に連結され、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成してなる吸込みベルとから構成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、吸込みベルが、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成した構成となっているため、肉厚を薄くでき、且つ滑らかな断面形状とすることができる。ここでいう断面とは、主軸に垂直な断面を除く断面である。なお、主軸に垂直な断面は、金属板材が筒状に形成された時点で既に湾曲形状を有している。また、筒状とは、円筒形状であってもよいし、中空円錐台形状であってもよく、軸方向の径は一定でなくてもよい。
【００１１】
すなわち、吸込みベルが、筒状に形成した金属板材から形成されることから、鋳造製のものより肉厚を薄くでき、よって、軽量化及び低コスト化が可能となる。また、鋳造製のものに比べて製造期間を短縮でき、且つ内在欠陥が発生することがない。さらに、経年使用により生じる欠陥を溶接によって補修可能である。
また、吸込みベルが、スピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成されることから、滑らかな曲面を形成できるため、水力損失を低減でき、ポンプ効率を高くすることができる。これに加えて、吸込みベルの表層流が均一となるため、振動が低減でき、主軸軸受の摩耗を抑制できる。さらにまた、吸込みベルに通電した際にほぼ均一に電流が流れるため、海生生物等の生物付着を防止できる。
【００１２】
上記ポンプにおいて、前記吸込みベルの端部と前記吸込みライナの前記他端側とが溶接されることによって、前記吸込みベルと前記吸込みライナとが一体化されていることが好ましい。
このように、吸込みベルと吸込みライナとが一体化されていることによって、吸込み部の取り扱いが容易となり、ポンプの組立作業が簡易化する。また、吸込みベル及び吸込みライナの継ぎ目において、流れの剥離や衝突や滞留が起こりにくくなるので、より一層ポンプ効率を高くすることが可能となる。
【００１３】
この場合、前記吸込みベル、前記吸込みライナ及び該吸込みライナに設けられたフランジが溶接により一体化された状態で、前記吸込みライナの内面を切削加工してもよい。
通常、吸込みライナの内周面と羽根車との隙間は、流体の逆流量を最小限に抑えるために、僅少に保つ必要がある。そこで、吸込みライナの内面を切削して、この隙間を微調整することが行われている。しかし、吸込みライナの内面を切削加工した後に溶接を行うと、溶接ひずみによって隙間が変化し、羽根車が内面に接触したり、流体の逆流量が増大してしまうおそれがある。
したがって、吸込みベル、吸込みライナ及びフランジを溶接により一体化した後に、吸込みライナの内面を切削加工することによって、溶接歪みを加味した精度の高い切削加工を行うことができ、また切削加工後に変形することがない。
【００１４】
また、前記吸込みベル、前記吸込みライナ及び該吸込みライナに設けられたフランジが溶接によって一体化された状態で、前記フランジの端面を切削加工し、該フランジにボルト穴を形成してもよい。
これは、上記と同様に、吸込みベル、吸込みライナ及びフランジを溶接により一体化した後に、フランジの端面を切削加工しているので、フランジ端面の加工精度を高くできる。さらに、フランジの端面を切削加工した後、ボルト穴を形成しているので、吸込み部をケーシング部と連結した際に、吸込み部の中心軸とケーシング部の中心軸とを精度よく一致させることができる。
【００１５】
上記ポンプにおいて、前記吸込みベル及び前記吸込みライナの少なくとも一方は、高耐食性材料で形成された内周壁と、前記内周壁とは異なる材料で形成された外周壁とが接合されて構成されていることが好ましい。
このように、吸込みベル及び吸込みライナの少なくとも一方において、内周壁と外周壁とを異なる材料で形成し、内周壁は高耐食性材料で形成するようにしたので、内周壁が腐食することを抑制して流体の流れを安定させながら、高コストの高耐食性材料は内周壁のみに留め、コストを抑えることが可能となる。
【００１６】
本発明に係るポンプの製造方法は、円筒状ケーシングの先端に、吸込みライナ及び吸込みベルからなる吸込み部を連結した後、前記円筒状ケーシングに、羽根車が固定された主軸を回転自在に取り付けるポンプの製造方法であって、金属板材を筒状に形成した後、該金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成して吸込みベルを作製するステップと、前記吸込みライナと前記吸込みベルとを溶接により一体化するステップと、前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された前記吸込み部を、前記ケーシング部に連結するステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、金属板材を筒状に形成した後、該金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成して吸込みベルを作製するようにしたので、吸込みベルの肉厚を薄くでき、且つ滑らかな断面形状とすることができる。
また、吸込みライナと吸込みベルとを溶接により一体化した後、吸込み部をケーシング部に連結するようにしたので、吸込み部の取り扱いが容易となり、ポンプの組立作業が簡易化する。また、吸込みベル及び吸込みライナの継ぎ目において、流れの剥離や衝突や滞留が起こりにくくなるので、より一層ポンプ効率を高くすることが可能となる。
【００１８】
上記ポンプの製造方法において、前記吸込みライナと前記吸込みベルとを一体化するステップでは、前記吸込みライナにフランジを溶接するようにし、前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された状態で、前記吸込みライナの内面を切削加工するステップをさらに有することが好ましい。
このように、吸込みベル、吸込みライナ及びフランジを溶接により一体化した後に、吸込みライナの内面を切削加工することによって、溶接歪みを加味した精度の高い切削加工を行うことができ、また切削加工後に変形することがない。
【００１９】
上記ポンプの製造方法において、前記吸込みライナと前記吸込みベルとを一体化するステップでは、前記吸込みライナにフランジを溶接するようにし、前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された状態で、前記吸込みライナの前記フランジの端面を切削加工した後、前記フランジにボルト穴を形成するステップをさらに有することが好ましい。
このように、吸込みベル、吸込みライナ及びフランジを溶接により一体化した後に、フランジの端面を切削加工しているので、フランジ端面の加工精度を高くできる。さらに、フランジの端面を切削加工した後、ボルト穴を形成しているので、吸込み部をケーシング部と連結した際に、吸込み部の中心軸とケーシング部の中心軸とを精度よく一致させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、吸込みベルが、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成した構成となっているため、肉厚を薄くでき、且つ滑らかな断面形状とすることができる。
さらにまた、吸込みベルが、筒状に形成した金属板材から形成されることから、鋳造製のものより肉厚を薄くでき、よって、軽量化及び低コスト化が可能となる。また、鋳造製のものに比べて製造期間を短縮でき、且つ内在欠陥が発生することがない。さらに、経年使用により生じる欠陥を溶接によって補修可能である。
また、吸込みベルが、スピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成されることから、滑らかな曲面を形成できるため、水力損失を低減でき、ポンプ効率を高くすることができる。これに加えて、吸込みベルの表層流が均一となるため、振動が低減でき、主軸軸受の摩耗を抑制できる。さらにまた、吸込みベルに通電した際にほぼ均一に電流が流れるため、海生生物等の生物付着を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るポンプの全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るポンプの吸込み部を示す断面図である。
【図３】スピニングプレス加工前の筒状体を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例に係るポンプの吸込み部を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るポンプの吸込み部を示す断面図である。
【図６】２層金属複合材の適用例を示す図であり、（Ａ）はフランジの断面図で、（Ｂ）は２層金属複合材の断面図である。
【図７】従来のポンプの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２３】
［第１実施形態］
図１を参照して、本発明の実施形態に係るポンプの全体構成について説明する。なお、ここでは一例として、本発明を斜流ポンプに適用した場合について説明している。
図１に示すように、ポンプ１は、流体が流れる通路として、ケーシング部２と、屈曲管３と、吸込みライナ４及び吸込みベル５からなる吸込み部６とを有する。
【００２４】
ケーシング部２は、上部ケーシング２１と下部ケーシング２２とから構成される。上部ケーシング２１は、内ケーシング２１ａ及び外ケーシング２１ｂが図示しないステイにより連結されて構成される。内ケーシング２１ａと外ケーシング２１ｂとの間には、流体が流れる通路の一部が形成されている。上部ケーシング２１及び下部ケーシング２２には、その両端の外周部にフランジ２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄが設けられている。これらのフランジ２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄは、上部ケーシング２１及び下部ケーシング２２に、溶接によって接合されている。そして、上部ケーシング２１の下端のフランジ２１ｃと、下部ケーシング２２の上端のフランジ２２ｃとがボルト２５で締結されることによって、上部ケーシング２１と下部ケーシング２２とが鉛直方向に連結されている。
【００２５】
下部ケーシング２２は、上記上部ケーシング２１と同様に、内ケーシング２２ａ及び外ケーシング２２ｂが図示しないステイにより連結されて構成される。内ケーシング２２ａと外ケーシング２２ｂとの間には、流体が流れる通路の一部が形成されている。また、内ケーシング２１ａ、２２ａは、不図示の締結部材によって互いに連結されている。なお、内ケーシング２１ａ、２２ａは、締結以外にも、溶接等の接合手段によって連結されていてもよいし、予め一体成形されていてもよい。
下部ケーシング２２の下方には吸込み部６が連結されている。吸込み部６の構成については後述する。
【００２６】
一方、上部ケーシング２１の上方には屈曲管３が連結されている。
屈曲管３は、一端側が下方に開口し、他端側が水平方向に開口し、これらの開口の間が屈曲した形状となっている。両端部の外周部には、ケーシング部２と同様に、フランジ３１、３２が設けられている。これらのフランジ３１、３２は、屈曲管３に、溶接によって接合されている。そして、屈曲管３の下端のフランジ３２と、上部ケーシング２１の上端のフランジ２１ｄとがボルト２６で締結されることによって、屈曲管３と上部ケーシング２１とが略鉛直方向に連結されている。一方、屈曲管３の側方端のフランジ３１は、不図示の吐出配管に接続されている。
【００２７】
上部ケーシング２１の外周部には、据付用フランジ２４が設けられている。このフランジ２５は、上部ケーシング２１に、溶接によって接合されている。据付用フランジ２４は、架台１１上に設置されて固定されている。フランジ２４及び屈曲管３の上方には、支柱１３が立設されている。そして、屈曲管３の周壁を貫通してケーシング部２の中央を通るように主軸１２が配設されている。主軸１２は、軸受１４を介して支柱１３に回転自在に支持されているとともに、軸受１５を介して屈曲管３の貫通部に回転自在に支持されている。
【００２８】
主軸１２は、下端部にハブ１６が固定されている。ハブ１６の外周部には、周方向に等間隔で複数のブレード１７が固定されることで、羽根車１８が構成されている。一方、主軸１２は、上端部に継手１９を介して、図示しない駆動モータの駆動軸２０が連結されている。この駆動モータを駆動すると主軸１２が回転し、主軸１２の先端部に設けられた羽根車１８を駆動回転することができる。
【００２９】
ここで、図２を参照して、吸込み部６の具体的な構成について説明する。
吸込み部６は、吸込みライナ４と吸込みベル５とから構成され、これらが溶接によって一体化されている。
吸込みライナ４は、吸込み側端部４６（図１にて下方側）から吐出側端部４５（図１にて上方側）に向けて拡径する筒状体４１と、筒状体４１の吐出側端部４５の外周部に設けられたフランジ４２とを有している。フランジ４２には、周方向に複数のボルト穴４３が形成されている。なお、筒状体４１は、ディフューザ機能を有するように、吸込み側が縮径した中空円錐台形状であることが好ましい。ここで、筒状体４１は、弧状の金属板材を溶接線４４で溶接することによって、円錐台形状に形成されたものである。
【００３０】
吸込みベル５は、吸込みライナ４の吸込み側端部４６に、溶接によって連結される。吸込みベル５は、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成した構成となっている。ここでいう断面とは、主軸１２に垂直な断面を除く断面である。なお、主軸１２に垂直な断面は、金属板材が筒状に形成された時点で既に湾曲形状を有している。また、筒状とは、円筒形状であってもよいし、中空円錐台形状であってもよく、軸方向の径は一定でなくてもよい。筒状体５１は、弧状の金属板材を溶接線５２で溶接することによって、筒状に形成されたものである。ここで、吸込みベル５は、ベルマウス形状を有することが好ましい。これにより、吸込みベル５の摩擦損失や衝突損失等の水力損失を低く抑え、吸込みベル５の表層流が均一になり、流体の滑らかな流れを形成することができる。
【００３１】
吸込みライナ４の吸込み側端部４６と吸込みベル５の吐出側端部５３とは溶接される。これらの溶接には、例えば、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接やＭＡＧ溶接等のアーク溶接、レーザ溶接、プラズマアーク溶接、摩擦撹拌接合等の各種の溶接手法を用いることができる。また、アーク溶接を用いる場合、溶接継手としては、Ｖ形、Ｘ形等の各種の開先を用いることができるが、両面からの溶接によって強度を確保するため、特にＸ形開先を用いることが好ましい。
【００３２】
吸込みライナ４と吸込みベル５が一体化された吸込み部６は、ケーシング部２の下端に連結される。具体的には、下部ケーシング２２の下端のフランジ２２ｄと、吸込みライナ４のフランジ４３とをボルト２７で締結することによって、ケーシング部２に吸込み部６を連結する。
なお、吸込み部６の外周面に、主軸方向に補強用のリブ６１を設けてもよい。この場合、リブ６１は、吸込み部６の外周面に、周方向に所定間隔で複数設けられる。さらに、リブ６１には、吸込み部６を移動する際に、吸込み部の吊上げ用のワイヤを係止する係止穴６２が設けられていてもよい。
【００３３】
次に、本発明の実施形態に係るポンプの製造方法について説明する。
最初に、第１ステップで、金属板材を筒状に形成した後、該金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成して吸込みベル５を作製する。ベルマウス形状を有する吸込みベル５を作製する場合、図３に示すように、まず、弧状の金属板材を溶接線５２で溶接することによって、中空円錐台形状の筒状体５１’を形成する。溶接した後に、グラインダーでビード肉盛部を削り取ることが好ましい。これによって、後段のスピニングプレス加工を円滑に行える。
【００３４】
この中空円錐台形状の筒状体５１’の内周面に内ローラ（不図示）を当接させて固定し、筒状体５１’ごと図中矢印Ａ方向に回転させる。そして、筒状体５１’を回転させながら、筒状体５１’の外周面に図中矢印Ｂ方向に回転する外ローラ７１を押し当てて、外ローラ７１を図中矢印Ｃ方向に移動させ、所定の曲率が得られるように調整しながら筒状体５１’を塑性変形させ、徐々にベルマウス形状に成形していく。このとき、吸込みベル５の吐出側端部５３と、吸込みライナ４の吸込み側端部４６とが一致するように形成する。
【００３５】
続いて、第２ステップにて、第１ステップで作製した吸込みベル５と、予め作製しておいた中空円錐台形状の吸込みライナ４とを、溶接により一体化する。なお、吸込みライナ４のフランジ４２は、このステップで筒状体４１に溶接してもよいし、予め筒状体４１に溶接しておいてもよい。
【００３６】
第３ステップでは、吸込みライナ４と吸込みベル５とが一体化された状態で、吸込みライナ４の内面４７（図２参照）を切削加工する。この切削加工は、吸込みライナ４をケーシング部２に連結した際に、吸込みライナ４の内面４７と羽根車１８との隙間が最適化されるように、内面４７を切削する。最適化の条件は、吸込み部６に流入する流体の吸込み側への逆流量を最小限に抑え、且つポンプ１が振動しても羽根車１８が吸込みライナ４の内面に接触しないような隙間とする。
このように、吸込みベル５、吸込みライナ４及びフランジ４２を溶接により一体化した後に、吸込みライナ４の内面４７を切削加工することによって、溶接歪みを加味した精度の高い切削加工を行うことができ、また切削加工後に変形することがない。
【００３７】
第４ステップでは、吸込みライナ４のフランジ４２の端面を切削加工して水平面を形成した後、フランジ４２にボルト穴４３を形成する。
このように、吸込みベル５、吸込みライナ４及びフランジ４２を溶接により一体化した後に、フランジ４２の端面を切削加工しているので、フランジ端面の加工精度を高くできる。さらに、フランジ４２の端面を切削加工した後、ボルト穴４３を形成しているので、吸込み部６をケーシング部２と連結した際に、吸込み部６の中心軸とケーシング部２の中心軸とを精度よく一致させることができる。
なお、第３ステップと第４ステップは順番が入れ替わってもよいし、同時に行われてもよい。
【００３８】
最後に、第５ステップで、吸込みライナ４と吸込みベル５とが一体化された吸込み部６を、ボルト２７によってケーシング部２に連結する。
このように、吸込みベル５と吸込みライナ４とが一体化されていることによって、吸込み部６の取り扱いが容易となり、ポンプ１の組立作業が簡易化する。また、吸込みベル５及び吸込みライナ４の継ぎ目において、流れの剥離や衝突や滞留が起こりにくくなるので、より一層ポンプ効率を高くすることが可能となる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態では、吸込みベル５が、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成した構成となっているため、肉厚を薄くでき、且つ滑らかな断面形状とすることができる。
すなわち、吸込みベル５が、筒状に形成した金属板材から形成されることから、鋳造製のものより肉厚を薄くでき、よって、軽量化及び低コスト化が可能となる。また、鋳造製のものに比べて製造期間を短縮でき、且つ内在欠陥が発生することがない。さらに、経年使用により生じる欠陥を溶接によって補修可能である。
また、吸込みベル５が、スピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成されることから、滑らかな曲面を形成できるため、水力損失を低減でき、ポンプ効率を高くすることができる。これに加えて、吸込みベルの表層流が均一となるため、振動が低減でき、主軸軸受の摩耗を抑制できる。さらにまた、吸込みベル５に通電した際にほぼ均一に電流が流れるため、海生生物等の生物付着を防止できる。
【００４０】
なお、上述の実施形態において、吸込みライナ４及び吸込みベル５を形成する金属板は、例えば鋼板、ニッケル合金板、高炭素鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板等を用いることができ、特に限定されるものではないが、次のように構成してもよい。
図４に示すように、吸込みライナ４及び吸込みベル５の少なくとも一方を、高耐食性材料で形成された内周壁と、内周壁とは異なる材料で形成された外周壁とを接合した金属板とする。同図では、一例として吸込みライナ４のみを内周壁４１ａと外周壁４１ｂの異なる材料で形成した場合を示している。この場合、例えば内周壁４１ａは高耐食性を有するステンレス鋼で形成し、外周壁４１ｂは安価な鋼板で形成する。これらの２層の金属板は、溶接等によって接合してもよい。また、上記構成を吸込みベル５に適用する場合には、スピニングプレス加工時に、２層の金属板が剥離しないように金属板同士を溶接によって接合することが好ましい。なお、内周壁と外周壁との間に、他の金属板を挟持させてもよい。このように、複数層の金属板の合板から構成することもできる。
【００４１】
［第２実施形態］
次に、図５を参照して、第２実施形態に係るポンプについて説明する。本実施形態のポンプは、吸込みライナと吸込みベルとを別体としたことを除けば、既に説明した第１実施形態のポンプ１と同様の構成である。したがって、ここでは、第１実施形態と共通する部材には同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４２】
図６に示すように、本実施形態では、吸込みライナ４と吸込みベル５とが、別体で構成されている。
吸込みライナ４には、吐出側端部４５の外周部にフランジ４２が設けられているとともに、吸込み側端部４６の外周部にもフランジ４８が設けられている。フランジ４８には、円周方向に複数のボルト穴４９が形成されている。
一方、吸込みベル５には、吐出側端部５３の外周部に、フランジ５８が設けられている。フランジ５８には、吸込みライナ４のボルト穴４９に対応して、円周方向に複数のボルト穴５９が形成されている。
【００４３】
吸込み部６は、吸込みライナ４のフランジ４８と、吸込みベル５のフランジ５９とをボルト６８で締結することによって連結される。
このようにして、吸込みライナ４と吸込みベル５とが連結された吸込み部６は、ケーシング部２の下端に、ボルト２７によって連結される。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態では、吸込みベル５が、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成した構成となっているため、肉厚を薄くでき、且つ滑らかな断面形状とすることができる。
また、本実施形態では、吸込みライナ４と吸込みベル５とが別体で構成されているので、部分的な交換や補修が容易である。さらにまた、ケーシング部２への取り付け作業の自由度が大きくなる。
【００４５】
なお、上述の実施形態において、第１実施形態と同様に、吸込みライナ４及び吸込みベル５の少なくとも一方を、２層以上の金属板材を接合して構成してもよい。ここで、図６は２層金属複合材の適用例を示す図であり、（Ａ）はフランジの断面図で、（Ｂ）は２層金属複合材の断面図である。
また、図６（Ａ）に示すように、吸込みライナ４のフランジ４８と、吸込みベル５のフランジ５８の間にＯリング７５を介装することが好ましい。このとき、フランジの剛性を向上させるために、フランジ基部からＯリング７５までの間に、異なる２層の金属板材を接合した２層金属材を配置してもよい。図６（Ａ）では一例として、吸込みライナ４のフランジ４８に２層金属複合材７６を配置した場合を示している。この２層金属複合材７６は、例えば、高耐食性で且つ高剛性を有するステンレス鋼材と、ＳＳ４００等の安価な鋼材とが接合されて構成される。
【００４６】
また、図６（Ｂ）に示すように、ステンレス鋼材４６ａ及び鋼材４６ｂからなる２枚の金属板材同士を面接触させ、板の縁部を開先溶接し、２層金属複合材７６を形成してもよい。これにより、市販の２層金属複合材を購入するより安価で且つ所望の組み合わせの複合材を形成することができる。ただし、この場合、２枚の金属板材同士の間に隙間ができるので、一方の板材７６ｂに、所定間隔で隙間まで到達する孔７９を穿孔し、この穴を溶接で埋めることが好ましい。これによって、開先溶接部７８に欠陥があり、海水等の液体が侵入した場合であっても、穴７９に充填された溶接材によってそれ以上の液体の侵入を阻止できる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
例えば、第１実施形態（図１参照）で説明したポンプは、架台より上方に吐出配管が配設されているが、架台より下方に吐出配管が位置するように吊り下げられた斜流ポンプに適用しても、同様の作用効果を得ることができる。
また、上述の各実施形態では、本発明のポンプを、縦型斜流ポンプに適用した場合について説明したが、本発明が適用されるポンプの種類は特に限定されるものではない。例えば、斜流ポンプの他に、軸流ポンプや遠心ポンプなどの他の種類のポンプにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１ ポンプ
２ ケーシング部
３ 屈曲管
４ 吸込みライナ
５ 吸込みベル
１２ 主軸
１３ 支柱
１４、１５ 軸受
１６ ハブ
１７ ブレード
１８ 羽根車
１９ 継手
２０ 駆動軸
２１ 上部ケーシング
２２ 下部ケーシング
２１ａ、２２ａ 内ケーシング
２１ｂ、２２ｂ 外ケーシング
２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ、３１、４２ フランジ
２４ 据付用フランジ
２５、２６、２７ ボルト
６１ リブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸込みベルからケーシング内部に流体を吸込むようにしたポンプ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図７に示すような斜流ポンプが、発電プラントの循環ポンプや送水ポンプ等として広く用いられている。この斜流ポンプ１００は、海水、河川水または排水等の液体を吸込む吸込み部１０１と、吸込み部１０１から鉛直方向上方に延びるケーシング部１０５とを有する。ケーシング部１０５は上部で屈曲管１０７に接続され、屈曲管１０７は不図示の吐出配管に接続されている。ケーシング部１０５内には主軸１１０が回転自在に取り付けられており、主軸１１０の先端には羽根車１１２が固定されている。吸込み部１０１は、ケーシング部１０５の下端に連結された吸込みライナ１０２と、吸込みライナ１０２の下端に連結された吸込みベル１０３とから構成される。
【０００３】
一般的に、吸込みベルは、水頭損失を低減させるためにベルマウス形状となっている。すなわち、吸込みベルは、液体の流れが内周壁で剥離したり衝突したりすることを極力抑え、滑らかな流れを形成するような形状となっている。この吸込みベルの形状はポンプ効率に影響を与えるので、滑らかな曲面であることが求められ、従来は図７に示すように鋳造で製造されることが多かった。
ところが、鋳造で製造された吸込みベルは、肉厚が厚くなるため重量が大きくなり、製造コストも嵩んでしまう。特に、海水ポンプのような大型のポンプは、吸込みベルの最下部直径が２ｍに達するものもあり、鋳造が難しく、製造コストも高くなる。
【０００４】
一方、近年は、機器の軽量化、低コスト化並びに環境負荷低減を目的として、板金構造が主流となっており、板金成形の技術も向上してきている。
この流れから、特許文献１には、吸込みベルを板金で形成したポンプが開示されている。この文献には、長尺の板金を溶接により中空円錐台形状に接合してリング部材を製作し、複数のリング部材をベルマウス形状に接合して吸込みベルを製造する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２４７４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、吸込みベルを鋳造で製造した場合、肉厚が厚くなるため重量が大きくなる。その上、鋳造に際して木型が必要となるため、これらの理由から製造コストが嵩んでしまうという問題があった。また、鋳造製の場合、木型製作、鋳込み、補修作業、荒加工、仕上げ加工の手順を踏む必要があり、製作期間が非常に長いという問題もあった。また、鋳造製の場合、必ず内在欠陥を含むため、最終加工時に欠陥補修が必要となる可能性がある。さらにまた、ポンプの経年使用により内在欠陥が顕在化する可能性もある。しかし、鋳物は溶接補修ができないため、補修が困難であった。
【０００７】
そこで、特許文献１のように、板金から形成されるリング部材を複数溶接して吸込みベルを製造することによって、上記した問題点は解消される。しかしながら、今度は以下のような問題が発生する。すなわち、中空円錐台形状のリング部材を複数溶接してベルマウス形状を形成しているので、鉛直方向断面が滑らかな曲線とはならず、吸込みベルの内周壁に対する液体の摩擦損失や衝突損失等の水力損失が増加し、ポンプ効率を低下させてしまうことが考えられる。また、吸込みベルの表層流が不均一となり、振動が増大して主軸軸受の摩耗が促進されてしまう可能性もある。さらに、吸込みベルの溶接線が増えることから、形状精度を高く維持することが困難であった。さらにまた、現在、海水ポンプにおいては、ケーシング部や吸込み部に通電することによって、海生生物等の付着を防止する電気化学的な海洋生物付着防止システムが多く用いられているが、接合部分とその他の部分で生物付着状況が異なってしまうという問題もあった。
【０００８】
一方、板金によって滑らかな曲面を形成する加工技術として、スピニングプレス加工が知られている。この加工方法は、へら絞り加工とも呼ばれ、トランペット等の楽器を製造する際に用いられてきた。しかし、スピニングプレス加工は、加工の難しさから小物の製造に限定されており、例えば肉厚が１６ｍｍ程度の吸込みベルのような大物に使われた例は未だ存在しない。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、肉厚が薄く、且つ滑らかな断面形状を有する吸込みベルを備えたポンプ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るポンプは、円筒状ケーシング部の先端に吸込み部が連結され、羽根車が固定された主軸が回転自在に前記ケーシング部に取り付けられたポンプであって、前記吸込み部は、前記ケーシング部に一端側が連結された吸込みライナと、前記吸込みライナの他端側に連結され、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成してなる吸込みベルとから構成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、吸込みベルが、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成した構成となっているため、肉厚を薄くでき、且つ滑らかな断面形状とすることができる。ここでいう断面とは、主軸に垂直な断面を除く断面である。なお、主軸に垂直な断面は、金属板材が筒状に形成された時点で既に湾曲形状を有している。また、筒状とは、円筒形状であってもよいし、中空円錐台形状であってもよく、軸方向の径は一定でなくてもよい。
【００１１】
すなわち、吸込みベルが、筒状に形成した金属板材から形成されることから、鋳造製のものより肉厚を薄くでき、よって、軽量化及び低コスト化が可能となる。また、鋳造製のものに比べて製造期間を短縮でき、且つ内在欠陥が発生することがない。さらに、経年使用により生じる欠陥を溶接によって補修可能である。
また、吸込みベルが、スピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成されることから、滑らかな曲面を形成できるため、水力損失を低減でき、ポンプ効率を高くすることができる。これに加えて、吸込みベルの表層流が均一となるため、振動が低減でき、主軸軸受の摩耗を抑制できる。さらにまた、吸込みベルに通電した際にほぼ均一に電流が流れるため、海生生物等の生物付着を防止できる。
【００１２】
上記ポンプにおいて、前記吸込みベルの端部と前記吸込みライナの前記他端側とが溶接されることによって、前記吸込みベルと前記吸込みライナとが一体化されていることが好ましい。
このように、吸込みベルと吸込みライナとが一体化されていることによって、吸込み部の取り扱いが容易となり、ポンプの組立作業が簡易化する。また、吸込みベル及び吸込みライナの継ぎ目において、流れの剥離や衝突や滞留が起こりにくくなるので、より一層ポンプ効率を高くすることが可能となる。
【００１３】
この場合、前記吸込みベル、前記吸込みライナ及び該吸込みライナに設けられたフランジが溶接により一体化された状態で、前記吸込みライナの内面を切削加工してもよい。
通常、吸込みライナの内周面と羽根車との隙間は、流体の逆流量を最小限に抑えるために、僅少に保つ必要がある。そこで、吸込みライナの内面を切削して、この隙間を微調整することが行われている。しかし、吸込みライナの内面を切削加工した後に溶接を行うと、溶接ひずみによって隙間が変化し、羽根車が内面に接触したり、流体の逆流量が増大してしまうおそれがある。
したがって、吸込みベル、吸込みライナ及びフランジを溶接により一体化した後に、吸込みライナの内面を切削加工することによって、溶接歪みを加味した精度の高い切削加工を行うことができ、また切削加工後に変形することがない。
【００１４】
また、前記吸込みベル、前記吸込みライナ及び該吸込みライナに設けられたフランジが溶接によって一体化された状態で、前記フランジの端面を切削加工し、該フランジにボルト穴を形成してもよい。
これは、上記と同様に、吸込みベル、吸込みライナ及びフランジを溶接により一体化した後に、フランジの端面を切削加工しているので、フランジ端面の加工精度を高くできる。さらに、フランジの端面を切削加工した後、ボルト穴を形成しているので、吸込み部をケーシング部と連結した際に、吸込み部の中心軸とケーシング部の中心軸とを精度よく一致させることができる。
【００１５】
上記ポンプにおいて、前記吸込みベル及び前記吸込みライナの少なくとも一方は、高耐食性材料で形成された内周壁と、前記内周壁とは異なる材料で形成された外周壁とが接合されて構成されていることが好ましい。
このように、吸込みベル及び吸込みライナの少なくとも一方において、内周壁と外周壁とを異なる材料で形成し、内周壁は高耐食性材料で形成するようにしたので、内周壁が腐食することを抑制して流体の流れを安定させながら、高コストの高耐食性材料は内周壁のみに留め、コストを抑えることが可能となる。
【００１６】
本発明に係るポンプの製造方法は、円筒状ケーシングの先端に、吸込みライナ及び吸込みベルからなる吸込み部を連結した後、前記円筒状ケーシングに、羽根車が固定された主軸を回転自在に取り付けるポンプの製造方法であって、金属板材を筒状に形成した後、該金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成して吸込みベルを作製するステップと、前記吸込みライナと前記吸込みベルとを溶接により一体化するステップと、前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された前記吸込み部を、前記ケーシング部に連結するステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、金属板材を筒状に形成した後、該金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成して吸込みベルを作製するようにしたので、吸込みベルの肉厚を薄くでき、且つ滑らかな断面形状とすることができる。
また、吸込みライナと吸込みベルとを溶接により一体化した後、吸込み部をケーシング部に連結するようにしたので、吸込み部の取り扱いが容易となり、ポンプの組立作業が簡易化する。また、吸込みベル及び吸込みライナの継ぎ目において、流れの剥離や衝突や滞留が起こりにくくなるので、より一層ポンプ効率を高くすることが可能となる。
【００１８】
上記ポンプの製造方法において、前記吸込みライナと前記吸込みベルとを一体化するステップでは、前記吸込みライナにフランジを溶接するようにし、前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された状態で、前記吸込みライナの内面を切削加工するステップをさらに有することが好ましい。
このように、吸込みベル、吸込みライナ及びフランジを溶接により一体化した後に、吸込みライナの内面を切削加工することによって、溶接歪みを加味した精度の高い切削加工を行うことができ、また切削加工後に変形することがない。
【００１９】
上記ポンプの製造方法において、前記吸込みライナと前記吸込みベルとを一体化するステップでは、前記吸込みライナにフランジを溶接するようにし、前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された状態で、前記吸込みライナの前記フランジの端面を切削加工した後、前記フランジにボルト穴を形成するステップをさらに有することが好ましい。
このように、吸込みベル、吸込みライナ及びフランジを溶接により一体化した後に、フランジの端面を切削加工しているので、フランジ端面の加工精度を高くできる。さらに、フランジの端面を切削加工した後、ボルト穴を形成しているので、吸込み部をケーシング部と連結した際に、吸込み部の中心軸とケーシング部の中心軸とを精度よく一致させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、吸込みベルが、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成した構成となっているため、肉厚を薄くでき、且つ滑らかな断面形状とすることができる。
さらにまた、吸込みベルが、筒状に形成した金属板材から形成されることから、鋳造製のものより肉厚を薄くでき、よって、軽量化及び低コスト化が可能となる。また、鋳造製のものに比べて製造期間を短縮でき、且つ内在欠陥が発生することがない。さらに、経年使用により生じる欠陥を溶接によって補修可能である。
また、吸込みベルが、スピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成されることから、滑らかな曲面を形成できるため、水力損失を低減でき、ポンプ効率を高くすることができる。これに加えて、吸込みベルの表層流が均一となるため、振動が低減でき、主軸軸受の摩耗を抑制できる。さらにまた、吸込みベルに通電した際にほぼ均一に電流が流れるため、海生生物等の生物付着を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るポンプの全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るポンプの吸込み部を示す断面図である。
【図３】スピニングプレス加工前の筒状体を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例に係るポンプの吸込み部を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るポンプの吸込み部を示す断面図である。
【図６】２層金属複合材の適用例を示す図であり、（Ａ）はフランジの断面図で、（Ｂ）は２層金属複合材の断面図である。
【図７】従来のポンプの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２３】
［第１実施形態］
図１を参照して、本発明の実施形態に係るポンプの全体構成について説明する。なお、ここでは一例として、本発明を斜流ポンプに適用した場合について説明している。
図１に示すように、ポンプ１は、流体が流れる通路として、ケーシング部２と、屈曲管３と、吸込みライナ４及び吸込みベル５からなる吸込み部６とを有する。
【００２４】
ケーシング部２は、上部ケーシング２１と下部ケーシング２２とから構成される。上部ケーシング２１は、内ケーシング２１ａ及び外ケーシング２１ｂが図示しないステイにより連結されて構成される。内ケーシング２１ａと外ケーシング２１ｂとの間には、流体が流れる通路の一部が形成されている。上部ケーシング２１及び下部ケーシング２２には、その両端の外周部にフランジ２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄが設けられている。これらのフランジ２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄは、上部ケーシング２１及び下部ケーシング２２に、溶接によって接合されている。そして、上部ケーシング２１の下端のフランジ２１ｃと、下部ケーシング２２の上端のフランジ２２ｃとがボルト２５で締結されることによって、上部ケーシング２１と下部ケーシング２２とが鉛直方向に連結されている。
【００２５】
下部ケーシング２２は、上記上部ケーシング２１と同様に、内ケーシング２２ａ及び外ケーシング２２ｂが図示しないステイにより連結されて構成される。内ケーシング２２ａと外ケーシング２２ｂとの間には、流体が流れる通路の一部が形成されている。また、内ケーシング２１ａ、２２ａは、不図示の締結部材によって互いに連結されている。なお、内ケーシング２１ａ、２２ａは、締結以外にも、溶接等の接合手段によって連結されていてもよいし、予め一体成形されていてもよい。
下部ケーシング２２の下方には吸込み部６が連結されている。吸込み部６の構成については後述する。
【００２６】
一方、上部ケーシング２１の上方には屈曲管３が連結されている。
屈曲管３は、一端側が下方に開口し、他端側が水平方向に開口し、これらの開口の間が屈曲した形状となっている。両端部の外周部には、ケーシング部２と同様に、フランジ３１、３２が設けられている。これらのフランジ３１、３２は、屈曲管３に、溶接によって接合されている。そして、屈曲管３の下端のフランジ３２と、上部ケーシング２１の上端のフランジ２１ｄとがボルト２６で締結されることによって、屈曲管３と上部ケーシング２１とが略鉛直方向に連結されている。一方、屈曲管３の側方端のフランジ３１は、不図示の吐出配管に接続されている。
【００２７】
上部ケーシング２１の外周部には、据付用フランジ２４が設けられている。このフランジ２５は、上部ケーシング２１に、溶接によって接合されている。据付用フランジ２４は、架台１１上に設置されて固定されている。フランジ２４及び屈曲管３の上方には、支柱１３が立設されている。そして、屈曲管３の周壁を貫通してケーシング部２の中央を通るように主軸１２が配設されている。主軸１２は、軸受１４を介して支柱１３に回転自在に支持されているとともに、軸受１５を介して屈曲管３の貫通部に回転自在に支持されている。
【００２８】
主軸１２は、下端部にハブ１６が固定されている。ハブ１６の外周部には、周方向に等間隔で複数のブレード１７が固定されることで、羽根車１８が構成されている。一方、主軸１２は、上端部に継手１９を介して、図示しない駆動モータの駆動軸２０が連結されている。この駆動モータを駆動すると主軸１２が回転し、主軸１２の先端部に設けられた羽根車１８を駆動回転することができる。
【００２９】
ここで、図２を参照して、吸込み部６の具体的な構成について説明する。
吸込み部６は、吸込みライナ４と吸込みベル５とから構成され、これらが溶接によって一体化されている。
吸込みライナ４は、吸込み側端部４６（図１にて下方側）から吐出側端部４５（図１にて上方側）に向けて拡径する筒状体４１と、筒状体４１の吐出側端部４５の外周部に設けられたフランジ４２とを有している。フランジ４２には、周方向に複数のボルト穴４３が形成されている。なお、筒状体４１は、ディフューザ機能を有するように、吸込み側が縮径した中空円錐台形状であることが好ましい。ここで、筒状体４１は、弧状の金属板材を溶接線４４で溶接することによって、円錐台形状に形成されたものである。
【００３０】
吸込みベル５は、吸込みライナ４の吸込み側端部４６に、溶接によって連結される。吸込みベル５は、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成した構成となっている。ここでいう断面とは、主軸１２に垂直な断面を除く断面である。なお、主軸１２に垂直な断面は、金属板材が筒状に形成された時点で既に湾曲形状を有している。また、筒状とは、円筒形状であってもよいし、中空円錐台形状であってもよく、軸方向の径は一定でなくてもよい。筒状体５１は、弧状の金属板材を溶接線５２で溶接することによって、筒状に形成されたものである。ここで、吸込みベル５は、ベルマウス形状を有することが好ましい。これにより、吸込みベル５の摩擦損失や衝突損失等の水力損失を低く抑え、吸込みベル５の表層流が均一になり、流体の滑らかな流れを形成することができる。
【００３１】
吸込みライナ４の吸込み側端部４６と吸込みベル５の吐出側端部５３とは溶接される。これらの溶接には、例えば、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接やＭＡＧ溶接等のアーク溶接、レーザ溶接、プラズマアーク溶接、摩擦撹拌接合等の各種の溶接手法を用いることができる。また、アーク溶接を用いる場合、溶接継手としては、Ｖ形、Ｘ形等の各種の開先を用いることができるが、両面からの溶接によって強度を確保するため、特にＸ形開先を用いることが好ましい。
【００３２】
吸込みライナ４と吸込みベル５が一体化された吸込み部６は、ケーシング部２の下端に連結される。具体的には、下部ケーシング２２の下端のフランジ２２ｄと、吸込みライナ４のフランジ４３とをボルト２７で締結することによって、ケーシング部２に吸込み部６を連結する。
なお、吸込み部６の外周面に、主軸方向に補強用のリブ６１を設けてもよい。この場合、リブ６１は、吸込み部６の外周面に、周方向に所定間隔で複数設けられる。さらに、リブ６１には、吸込み部６を移動する際に、吸込み部の吊上げ用のワイヤを係止する係止穴６２が設けられていてもよい。
【００３３】
次に、本発明の実施形態に係るポンプの製造方法について説明する。
最初に、第１ステップで、金属板材を筒状に形成した後、該金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成して吸込みベル５を作製する。ベルマウス形状を有する吸込みベル５を作製する場合、図３に示すように、まず、弧状の金属板材を溶接線５２で溶接することによって、中空円錐台形状の筒状体５１’を形成する。溶接した後に、グラインダーでビード肉盛部を削り取ることが好ましい。これによって、後段のスピニングプレス加工を円滑に行える。
【００３４】
この中空円錐台形状の筒状体５１’の内周面に内ローラ（不図示）を当接させて固定し、筒状体５１’ごと図中矢印Ａ方向に回転させる。そして、筒状体５１’を回転させながら、筒状体５１’の外周面に図中矢印Ｂ方向に回転する外ローラ７１を押し当てて、外ローラ７１を図中矢印Ｃ方向に移動させ、所定の曲率が得られるように調整しながら筒状体５１’を塑性変形させ、徐々にベルマウス形状に成形していく。このとき、吸込みベル５の吐出側端部５３と、吸込みライナ４の吸込み側端部４６とが一致するように形成する。
【００３５】
続いて、第２ステップにて、第１ステップで作製した吸込みベル５と、予め作製しておいた中空円錐台形状の吸込みライナ４とを、溶接により一体化する。なお、吸込みライナ４のフランジ４２は、このステップで筒状体４１に溶接してもよいし、予め筒状体４１に溶接しておいてもよい。
【００３６】
第３ステップでは、吸込みライナ４と吸込みベル５とが一体化された状態で、吸込みライナ４の内面４７（図２参照）を切削加工する。この切削加工は、吸込みライナ４をケーシング部２に連結した際に、吸込みライナ４の内面４７と羽根車１８との隙間が最適化されるように、内面４７を切削する。最適化の条件は、吸込み部６に流入する流体の吸込み側への逆流量を最小限に抑え、且つポンプ１が振動しても羽根車１８が吸込みライナ４の内面に接触しないような隙間とする。
このように、吸込みベル５、吸込みライナ４及びフランジ４２を溶接により一体化した後に、吸込みライナ４の内面４７を切削加工することによって、溶接歪みを加味した精度の高い切削加工を行うことができ、また切削加工後に変形することがない。
【００３７】
第４ステップでは、吸込みライナ４のフランジ４２の端面を切削加工して水平面を形成した後、フランジ４２にボルト穴４３を形成する。
このように、吸込みベル５、吸込みライナ４及びフランジ４２を溶接により一体化した後に、フランジ４２の端面を切削加工しているので、フランジ端面の加工精度を高くできる。さらに、フランジ４２の端面を切削加工した後、ボルト穴４３を形成しているので、吸込み部６をケーシング部２と連結した際に、吸込み部６の中心軸とケーシング部２の中心軸とを精度よく一致させることができる。
なお、第３ステップと第４ステップは順番が入れ替わってもよいし、同時に行われてもよい。
【００３８】
最後に、第５ステップで、吸込みライナ４と吸込みベル５とが一体化された吸込み部６を、ボルト２７によってケーシング部２に連結する。
このように、吸込みベル５と吸込みライナ４とが一体化されていることによって、吸込み部６の取り扱いが容易となり、ポンプ１の組立作業が簡易化する。また、吸込みベル５及び吸込みライナ４の継ぎ目において、流れの剥離や衝突や滞留が起こりにくくなるので、より一層ポンプ効率を高くすることが可能となる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態では、吸込みベル５が、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成した構成となっているため、肉厚を薄くでき、且つ滑らかな断面形状とすることができる。
すなわち、吸込みベル５が、筒状に形成した金属板材から形成されることから、鋳造製のものより肉厚を薄くでき、よって、軽量化及び低コスト化が可能となる。また、鋳造製のものに比べて製造期間を短縮でき、且つ内在欠陥が発生することがない。さらに、経年使用により生じる欠陥を溶接によって補修可能である。
また、吸込みベル５が、スピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成されることから、滑らかな曲面を形成できるため、水力損失を低減でき、ポンプ効率を高くすることができる。これに加えて、吸込みベルの表層流が均一となるため、振動が低減でき、主軸軸受の摩耗を抑制できる。さらにまた、吸込みベル５に通電した際にほぼ均一に電流が流れるため、海生生物等の生物付着を防止できる。
【００４０】
なお、上述の実施形態において、吸込みライナ４及び吸込みベル５を形成する金属板は、例えば鋼板、ニッケル合金板、高炭素鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板等を用いることができ、特に限定されるものではないが、次のように構成してもよい。
図４に示すように、吸込みライナ４及び吸込みベル５の少なくとも一方を、高耐食性材料で形成された内周壁と、内周壁とは異なる材料で形成された外周壁とを接合した金属板とする。同図では、一例として吸込みライナ４のみを内周壁４１ａと外周壁４１ｂの異なる材料で形成した場合を示している。この場合、例えば内周壁４１ａは高耐食性を有するステンレス鋼で形成し、外周壁４１ｂは安価な鋼板で形成する。これらの２層の金属板は、溶接等によって接合してもよい。また、上記構成を吸込みベル５に適用する場合には、スピニングプレス加工時に、２層の金属板が剥離しないように金属板同士を溶接によって接合することが好ましい。なお、内周壁と外周壁との間に、他の金属板を挟持させてもよい。このように、複数層の金属板の合板から構成することもできる。
【００４１】
［第２実施形態］
次に、図５を参照して、第２実施形態に係るポンプについて説明する。本実施形態のポンプは、吸込みライナと吸込みベルとを別体としたことを除けば、既に説明した第１実施形態のポンプ１と同様の構成である。したがって、ここでは、第１実施形態と共通する部材には同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４２】
図６に示すように、本実施形態では、吸込みライナ４と吸込みベル５とが、別体で構成されている。
吸込みライナ４には、吐出側端部４５の外周部にフランジ４２が設けられているとともに、吸込み側端部４６の外周部にもフランジ４８が設けられている。フランジ４８には、円周方向に複数のボルト穴４９が形成されている。
一方、吸込みベル５には、吐出側端部５３の外周部に、フランジ５８が設けられている。フランジ５８には、吸込みライナ４のボルト穴４９に対応して、円周方向に複数のボルト穴５９が形成されている。
【００４３】
吸込み部６は、吸込みライナ４のフランジ４８と、吸込みベル５のフランジ５９とをボルト６８で締結することによって連結される。
このようにして、吸込みライナ４と吸込みベル５とが連結された吸込み部６は、ケーシング部２の下端に、ボルト２７によって連結される。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態では、吸込みベル５が、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成した構成となっているため、肉厚を薄くでき、且つ滑らかな断面形状とすることができる。
また、本実施形態では、吸込みライナ４と吸込みベル５とが別体で構成されているので、部分的な交換や補修が容易である。さらにまた、ケーシング部２への取り付け作業の自由度が大きくなる。
【００４５】
なお、上述の実施形態において、第１実施形態と同様に、吸込みライナ４及び吸込みベル５の少なくとも一方を、２層以上の金属板材を接合して構成してもよい。ここで、図６は２層金属複合材の適用例を示す図であり、（Ａ）はフランジの断面図で、（Ｂ）は２層金属複合材の断面図である。
また、図６（Ａ）に示すように、吸込みライナ４のフランジ４８と、吸込みベル５のフランジ５８の間にＯリング７５を介装することが好ましい。このとき、フランジの剛性を向上させるために、フランジ基部からＯリング７５までの間に、異なる２層の金属板材を接合した２層金属材を配置してもよい。図６（Ａ）では一例として、吸込みライナ４のフランジ４８に２層金属複合材７６を配置した場合を示している。この２層金属複合材７６は、例えば、高耐食性で且つ高剛性を有するステンレス鋼材と、ＳＳ４００等の安価な鋼材とが接合されて構成される。
【００４６】
また、図６（Ｂ）に示すように、ステンレス鋼材４６ａ及び鋼材４６ｂからなる２枚の金属板材同士を面接触させ、板の縁部を開先溶接し、２層金属複合材７６を形成してもよい。これにより、市販の２層金属複合材を購入するより安価で且つ所望の組み合わせの複合材を形成することができる。ただし、この場合、２枚の金属板材同士の間に隙間ができるので、一方の板材７６ｂに、所定間隔で隙間まで到達する孔７９を穿孔し、この穴を溶接で埋めることが好ましい。これによって、開先溶接部７８に欠陥があり、海水等の液体が侵入した場合であっても、穴７９に充填された溶接材によってそれ以上の液体の侵入を阻止できる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
例えば、第１実施形態（図１参照）で説明したポンプは、架台より上方に吐出配管が配設されているが、架台より下方に吐出配管が位置するように吊り下げられた斜流ポンプに適用しても、同様の作用効果を得ることができる。
また、上述の各実施形態では、本発明のポンプを、縦型斜流ポンプに適用した場合について説明したが、本発明が適用されるポンプの種類は特に限定されるものではない。例えば、斜流ポンプの他に、軸流ポンプや遠心ポンプなどの他の種類のポンプにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１ ポンプ
２ ケーシング部
３ 屈曲管
４ 吸込みライナ
５ 吸込みベル
１２ 主軸
１３ 支柱
１４、１５ 軸受
１６ ハブ
１７ ブレード
１８ 羽根車
１９ 継手
２０ 駆動軸
２１ 上部ケーシング
２２ 下部ケーシング
２１ａ、２２ａ 内ケーシング
２１ｂ、２２ｂ 外ケーシング
２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ、３１、４２ フランジ
２４ 据付用フランジ
２５、２６、２７ ボルト
６１ リブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状ケーシング部の先端に吸込み部が連結され、羽根車が固定された主軸が回転自在に前記ケーシング部に取り付けられたポンプであって、
前記吸込み部は、前記ケーシング部に一端側が連結された吸込みライナと、前記吸込みライナの他端側に連結され、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成してなる吸込みベルとから構成されることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記吸込みベルの端部と前記吸込みライナの前記他端側とが溶接されることによって、前記吸込みベルと前記吸込みライナとが一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記吸込みベル、前記吸込みライナ及び該吸込みライナに設けられたフランジが溶接により一体化された状態で、前記吸込みライナの内面を切削加工したことを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記吸込みベル、前記吸込みライナ及び該吸込みライナに設けられたフランジが溶接によって一体化された状態で、前記フランジの端面を切削加工し、該フランジにボルト穴を形成したことを特徴とする請求項２または３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記吸込みベル及び前記吸込みライナの少なくとも一方は、高耐食性材料で形成された内周壁と、前記内周壁とは異なる材料で形成された外周壁とが接合されて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項６】
円筒状ケーシングの先端に、吸込みライナ及び吸込みベルからなる吸込み部を連結した後、前記円筒状ケーシングに、羽根車が固定された主軸を回転自在に取り付けるポンプの製造方法であって、
金属板材を筒状に形成した後、該金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成して吸込みベルを作製するステップと、
前記吸込みライナと前記吸込みベルとを溶接により一体化するステップと、
前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された前記吸込み部を、前記ケーシング部に連結するステップとを有することを特徴とするポンプの製造方法。
【請求項７】
前記吸込みライナと前記吸込みベルとを一体化するステップでは、前記吸込みライナにフランジを溶接するようにし、
前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された状態で、前記吸込みライナの内面を切削加工するステップをさらに有することを特徴とする請求項６に記載のポンプの製造方法。
【請求項８】
前記吸込みライナと前記吸込みベルとを一体化するステップでは、前記吸込みライナにフランジを溶接するようにし、
前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された状態で、前記吸込みライナの前記フランジの端面を切削加工した後、前記フランジにボルト穴を形成するステップをさらに有することを特徴とする請求項６または７に記載のポンプの製造方法。
【請求項１】
円筒状ケーシング部の先端に吸込み部が連結され、羽根車が固定された主軸が回転自在に前記ケーシング部に取り付けられたポンプであって、
前記吸込み部は、前記ケーシング部に一端側が連結された吸込みライナと、前記吸込みライナの他端側に連結され、筒状に形成した金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成してなる吸込みベルとから構成されることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記吸込みベルの端部と前記吸込みライナの前記他端側とが溶接されることによって、前記吸込みベルと前記吸込みライナとが一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記吸込みベル、前記吸込みライナ及び該吸込みライナに設けられたフランジが溶接により一体化された状態で、前記吸込みライナの内面を切削加工したことを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記吸込みベル、前記吸込みライナ及び該吸込みライナに設けられたフランジが溶接によって一体化された状態で、前記フランジの端面を切削加工し、該フランジにボルト穴を形成したことを特徴とする請求項２または３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記吸込みベル及び前記吸込みライナの少なくとも一方は、高耐食性材料で形成された内周壁と、前記内周壁とは異なる材料で形成された外周壁とが接合されて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項６】
円筒状ケーシングの先端に、吸込みライナ及び吸込みベルからなる吸込み部を連結した後、前記円筒状ケーシングに、羽根車が固定された主軸を回転自在に取り付けるポンプの製造方法であって、
金属板材を筒状に形成した後、該金属板材をスピニングプレス加工によって断面湾曲形状に形成して吸込みベルを作製するステップと、
前記吸込みライナと前記吸込みベルとを溶接により一体化するステップと、
前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された前記吸込み部を、前記ケーシング部に連結するステップとを有することを特徴とするポンプの製造方法。
【請求項７】
前記吸込みライナと前記吸込みベルとを一体化するステップでは、前記吸込みライナにフランジを溶接するようにし、
前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された状態で、前記吸込みライナの内面を切削加工するステップをさらに有することを特徴とする請求項６に記載のポンプの製造方法。
【請求項８】
前記吸込みライナと前記吸込みベルとを一体化するステップでは、前記吸込みライナにフランジを溶接するようにし、
前記吸込みライナと前記吸込みベルとが一体化された状態で、前記吸込みライナの前記フランジの端面を切削加工した後、前記フランジにボルト穴を形成するステップをさらに有することを特徴とする請求項６または７に記載のポンプの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０８３８８（Ｐ２０１３−１０８３８８Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２７５６（Ｐ２０１１−２５２７５６）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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