Rotary pump

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロガスタービンの燃料ポンプ等として用いられるロータリポンプに係り、とりわけ、ケーシング側にロータに接触する仕切板（ベーン）を備えたロータリポンプの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のロータリポンプとしては、例えば特公昭３５−１８１１５号、実開昭４８−１１３０１１号、特開昭４９−１１２２０９号、実開昭５０−１１５２０５号、特許第２９８０６２８号（特開平３−２０６３８２号）、特開平８−２１３８９号等に記載されたものが知られている。
当該ロータリポンプは、基本的には、円形の内周面を備えたケーシングと、ケーシングの内周面の中心を中心軸として回転するロータと、ケーシングに出入り可能に設けられて先端がロータの外周面に接触し得る仕切板と、仕切板がロータに常に接触すべく付勢するバネと、ケーシングに形成されて仕切板に対してロータの回転方向後方に位置する吸入口と、ケーシングに形成されて仕切板に対してロータの回転方向前方に位置する吐出口とを具有している。
而して、この様なものは、ロータが回転されると、取扱流体が吸入口から吸入されてケーシングの内周面とロータと仕切板とに依り挾まれて加圧され、吐出口から吐出される。 この時、仕切板は、バネの弾力に依り常にロータに接触すべく付勢され、ケーシングに対して摺動されながら出入される。
【０００３】
ところで、マイクロガスタービンの燃料ポンプに於ては、燃料として、米国では、ＡＳＴＭ（ＵＳ規格）に依りディーゼル油（軽油）を使用しているが、日本では、灯油を使用する場合が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ディーゼル油は、高粘度であって潤滑性が大きいのに対して、灯油は、低粘度であって潤滑性が小さい。
この為、取扱流体として灯油等の低粘度燃料オイルを用いたロータリポンプにあっては、ケーシングと仕切板との摺動箇所には、取扱流体が介在されて潤滑されるものの、とりわけ吸込側は、吐出口側の様に加圧された取扱流体が直接流入される事がないので、摩耗が著しくなる。 従って、ケーシングより比較的柔らかい材料で作製された仕切板の寿命が短くなり、約３ヶ月（１０００時間運転）でポンプ性能がダウンしてしまっていた。
これを回避する為に、燃料ポンプとしてギヤポンプを使う場合もあるが、この場合にはコストが高く付く難点があった。
【０００５】
本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、簡単で且つ安価にポンプの寿命を延伸させる様にしたロータリポンプを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のロータリポンプは、基本的には、円形の内周面を備えたケーシングと、ケーシングの内周面の中心を中心軸として回転するロータと、ケーシングに出入り可能に設けられて先端がロータの外周面に接触し得る仕切板と、仕切板がロータに常に接触すべく付勢するバネと、ケーシングに形成されて仕切板に対してロータの回転方向後方に位置する吸入口と、ケーシングに形成されて仕切板に対してロータの回転方向前方に位置する吐出口とを具有するロータリポンプに於て、前記仕切板に吸入口側と吐出口側とを連通する連通部を形成した事に特徴が存する。
【０００７】
ロータが回転されると、取扱流体が吸入口から吸入されてケーシングの内周面とロータと仕切板とに依り挾まれて加圧され、吐出口から吐出される。 この時、仕切板は、バネの弾力に依り常にロータに接触すべく付勢されているので、ケーシングに対して摺動されながら出入される。
そして、ケーシングと仕切板との摺動箇所には、取扱流体が介在されて潤滑される。 ケーシングと仕切板との摺動箇所の吐出口側は、吐出口からの加圧された取扱流体が流入されるので、良好な潤滑が行なわれる。 ケーシングと仕切板との摺動箇所の吸入口側は、吐出口側の加圧された取扱流体が仕切板の周りを迂回して流入されると共に、仕切板に形成された連通部を通過して直接流入されるので、良好な潤滑が行なわれる。 従って、ケーシングと仕切板との摺動箇所は、吐出側及び吸入口側共に、潤滑性が高まり、摩耗の心配がなくなる。
仕切板に連通部を形成するだけであるので、加工が簡単で且つ安価に提供する事ができる。
【０００８】
連通部は、単一で直径が０．２〜０．５ｍｍの小孔であるのが好ましい。 この様にすれば、取扱流体が灯油等の低粘度燃料オイルの場合には、良好な通流作用を期待できるので、円滑な潤滑が可能となる。
【０００９】
連通部は、仕切板の最小突出時以外の時のみに吐出口だけに連通すべく形成されているのが好ましい。 この様にすれば、仕切板の最小突出時以外の例えば最大突出時のみに吐出口の加圧された取扱流体が連通部を通って吸込口側の摺動箇所に導入されるので、同箇所の潤滑が迅速に行なえると共に、仕切板の本来の仕切り機能に支障を与える事がない。
【００１０】
ロータは、ケーシングの内周面に摺接する略正三角形を呈すると共に、仕切板は、ロータの中心を通る直線上に対向して二つ設けられ、吸入口と吐出口は、夫々二つづつ設けられているのが好ましい。 この様にすれば、平衡型のロータリポンプにする事ができ、圧力バランスを均等化できると共に、圧力サイクルを平滑化できる。
【００１１】
バネは、半環状を呈して両端が各仕切板の基部に係合されているのが好ましい。 この様にすれば、バネを単一にできるので、部品点数を減少できて構造の簡単化とコストの低減を図る事ができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のロータリポンプを示す側面図。 図２は、図１の正面図。 図３は、図１の背面図。 図４は、図１の４−４線矢視図。 図５は、拡大正面図。 図６は、仕切板を示す斜視図。 図７は、ポンプ性能の経時変化を示すグラフである。
【００１３】
ロータリポンプ１は、ケーシング２、ロータ３、仕切板４、バネ５、吸入口６、吐出口７、連通部８とからその主要部が構成されている。
ロータリポンプ１は、モータ９の前側（図１に於て左が前）に直結されてこれに依り回転駆動される様になっている。 モータ９は、ケーシング１０とモータ軸１１とを備えている。
【００１４】
ケーシング２は、円形の内周面１２を備えたもので、外ケーシング１３と、これの内部に収容される内ケーシング１４とを備えている。
外ケーシング１３は、円筒状を呈し、内ケーシング収容室１５と継手収容室１６と前後のフランジ１７と複数のプラグ１８とシール材収容溝１９とを備えている。
内ケーシング収容室１５には、内ケーシング１４が収容される。 継手収容室１６には、ロータリポンプ１のポンプ軸２０とモータ９のモータ軸１１を連結する継手２１が収容される。 継手２１は、ポンプ軸２０に形成された廻止凸部２２と、モータ軸１１に形成されて廻止凸部２２が適合される廻止凹部２３と、ポンプ軸２０に外嵌されて外ケーシング１３とモータ軸１１との間に介設されたベアリング２４とワッシャ２５とコイルスプリング２６とを備えている。 後側のフランジ１７は、ボルト（図示せず）に依りモータ９のケーシング１０に取付けられている。 前側のフランジ１７には、図略しているが、ボルトに依り蓋体が取付けられ、蓋体に依り外ケーシング１３と内ケーシング１４の前側が閉塞される。 この時、シール材収容溝１６にシール材（図示せず）が収容されて両者間がシールされる様になっている。 プラグ１８は、外ケーシング１３に対して離脱可能に螺合され、継手収容室１６に潤滑油等を封入する為に使用される。
内ケーシング１４は、円筒状を呈し、ポンプ室２７とポンプ軸穴２８を備えている。 ポンプ室２７は、前側が開放されて中心Ｏの円形の内周面１２が形成されている。 ポンプ軸穴２８は、内周面１２と同心状に後側に貫通して形成されている。
外ケーシング１３と内ケーシング１４との間には、バネ収容溝２９が形成されて居り、その略半分には、半環状の充填材３０が嵌挿されている。
【００１５】
ロータ３は、ケーシング２の内周面１２の中心Ｏを中心軸（ポンプ軸２０）として回転するもので、ケーシング２の内周面１２に摺接する略正三角形を呈して居り、各辺は外側に突出した円弧状を為していると共に、各頂点は各辺に連続する円弧状を為している。 ロータ３は、ポンプ軸２０を備えている。 ロータ３とポンプ軸２０とケーシング２の内周面１２は、全て同じ中心Ｏにしてあり、所謂同心状にしてある。
【００１６】
仕切板４は、ケーシング２に出入り可能に設けられて先端がロータ３の外周面に接触し得るもので、ロータ３の中心Ｏを通る直線上に対向して二つ設けられて居り、略長方形板状を呈し、基端にはバネ受溝３１が形成されている。
仕切板４は、ケーシング２に形成された案内溝３２に摺動可能に嵌挿され、先端がケーシング２の内周面１２に向けられてロータ３の外周面に接触すると共に、基端がバネ収容溝２９に向けられている。
【００１７】
バネ５は、仕切板４がロータ３に常に接触すべく付勢するもので、半環状を呈し、バネ収容溝２９に挿入されて両端が各仕切板４のバネ受溝３１に係合されている。
【００１８】
吸入口６は、ケーシング２に形成されて仕切板４に対してロータ３の回転方向後方に位置するもので、仕切板４に呼応して二つ設けられている。 各吸入口６は、図略しているが、蓋板の内部等で集合されて取扱流体が貯溜されたタンクに接続される。
【００１９】
吐出口７は、ケーシング２に形成されて仕切板４に対してロータ３の回転方向前方に位置するもので、仕切板４に呼応して二つ設けられている。 各吸入口７は、図略しているが、蓋板の内部等で集合されて取扱流体の供給先であるマイクロガスタービンの燃焼器に接続される。
【００２０】
連通部８は、仕切板４に形成されて吸入口６側と吐出口７側とを連通するもので、単一で直径が０．２ｍｍの小孔にしてあると共に、仕切板４の最小突出時以外の時のみに吐出口７だけに連通すべく形成されている。
小孔８は、取扱流体の粘度との関係に依りφ０．２〜０．５ｍｍ（仕切板４の板厚（１ｍｍ）に対して１／５〜１／２の大きさ）に選定するのが好ましい。 φ０．２ｍｍより小さくすると、取扱流体の通流が困難になる。 φ０．５ｍｍより大きくすると、多量の取扱流体が通流して仕切板４の本来の機能を全うする事ができず、ポンプ性能に支障を来たす。
又、小孔８は、幅方向の中心線上で且つ先端から所定距離Ａ（１．５ｍｍ）だけ隔てた位置に穿設されている。 この所定距離Ａは、仕切板４の最大突出時に於ける吐出口７への連通距離Ｂ（１．７ｍｍ）より小さく、仕切板４の最大突出時に於ける吸入口６への連通距離Ｃ（０．７２５ｍｍ）と仕切板４の最小突出時に於ける吐出口７への連通距離Ｄ（１．０３ｍｍ）より大きくしてある。
【００２１】
次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
モータ９に依りロータ３が図２及び図５に於て時計方向に回転されると、取扱流体が吸入口６から吸入されてケーシング２の内周面１２とロータ３の外周面と仕切板４とに依り挾まれて加圧され、吐出口７から吐出される。 この時、仕切板４は、バネ５の弾力に依りその先端が常にロータ３の外周面に接触すべく付勢され、ケーシング２の案内溝３２に対して摺動されながら出入される。
そして、ケーシング２の案内溝３２と仕切板４との摺動箇所には、取扱流体が介在されて潤滑される。 案内溝３２と仕切板４との摺動箇所のうちの吐出口７側は、吐出口７からの加圧された取扱流体が流入されるので、良好な潤滑が行なわれる。 案内溝３２と仕切板４との摺動箇所のうちの吸入口６側は、吐出口７側の加圧された取扱流体が仕切板４の周りを迂回して流入されると共に、仕切板４に形成された連通部８を通過して直接流入されるので、良好な潤滑が行なわれる。 従って、ケーシング２と仕切板４との摺動箇所は、吐出側７及び吸入口６側共に、潤滑性が高まり、摩耗の心配がなくなる。
仕切板４に連通部８を形成するだけであるので、加工が簡単で且つ安価に提供する事ができる。
【００２２】
尚、本発明の先の例で示したロータリポンプ１（仕切板４に連通部８があるもの）と、従来のロータリポンプ（仕切板４に連通部８がないもの）と、参考までに同等性能の代替ポンプ（ギヤポンプ）に就いて、性能の変化を確認する為に同一条件のもとに連続耐久試験を行なった。 同試験では、実運転時間の２倍相当の定常運転時間を得る為に電源電圧を２倍（１２Ｖ）にすると共に、吐出圧力を定常運転時の２３０ｋＰａに設定した。
その結果は、図７に示す通りであった。 図７に於て、破線は本発明のロータリポンプ１、実線は従来のロータリポンプ、一点鎖線は代替ポンプを夫々示している。
本発明のロータリポンプ１は、運転時間１７００ｈ（３４００ｈ相当）を越えても性能の劣化は認められなかったが、従来のロータリポンプは、３００ｈ（６００ｈ相当）あたりから徐々に劣化が始まり、８００ｈ（１６００ｈ相当）で不能となった。 一方、代替のギヤポンプも、１０００ｈ（２０００ｈ相当）を越えたところで、性能の劣化が始まり、不安定化してきた。
この様に、本発明のロータリポンプ１は、従来のロータリポンプより潤滑性が改善されて代替ポンプと同等の性能を発揮する事が確認できた。
【００２３】
尚、ロータリポンプ１は、先の例では、灯油等の低粘度燃料オイルに使用するものであったが、これに限らず、例えばディーゼル油等の高粘度燃料オイルに使用しても良い。
ロータ３は、先の例では、略正三角形を呈していたが、これに限らず、例えば円形や楕円形等でも良い。
仕切板４と吸入口６と吐出口７は、先の例では、二つづつ設けられていたが、これに限らず、例えば単一でも良い。
連通部８は、先の例では、小孔であったが、これに限らず、例えばスリット等でも良い。
連通部８は、先の例では、単一であったが、これに限らず、例えば複数でも良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上、既述した如く、本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１） ケーシング、ロータ、仕切板、バネ、吸入口、吐出口、連通部とで構成し、とりわけ仕切板に吸入口側と吐出口側とを連通する連通部を形成したので、ケーシングと仕切板との摺動箇所の潤滑性を改善でき、簡単で且つ安価にポンプの寿命を延伸させる事ができる。
（２） 仕切板に吸入口側と吐出口側とを連通する連通部を形成するだけであるので、既存のものにも容易に適用する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロータリポンプを示す側面図。
【図２】図１の正面図。
【図３】図１の背面図。
【図４】図１の４−４線矢視図。
【図５】拡大正面図。
【図６】仕切板を示す斜視図。
【図７】ポンプ性能の経時変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１…ロータリポンプ、２…ケーシング、３…ロータ、４…仕切板、５…バネ、６…吸込口、７…吐出口、８…連通部、９…モータ、１０…ケーシング、１１…モータ軸、１２…内周面、１３…外ケーシング、１４…内ケーシング、１５…内ケーシング収容室、１６…継手収容室、１７…フランジ、１８…プラグ、１９…シール材収容溝、２０…ポンプ軸、２１…継手、２２…廻止凸部、２３…廻止凹部、２４…ベアリンク、２５…ワッシャ、２６…コイルスプリング、２７…ポンプ室、２８…ポンプ軸穴、２９…バネ収容溝、３０…充填材、３１…バネ受溝、３２…案内溝、Ａ…所定距離、Ｂ，Ｃ，Ｄ…連通距離、Ｏ…中心。