JP2007040155A - 自吸式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、さらに自吸時間の短縮を図れる自吸式ポンプを得ることにある。
【解決手段】自吸式ポンプ２は、ケーシング１４と、モータ１５と、モータ１５により回転駆動される遠心インペラ１６とを備える。遠心インペラ１６は、第１の面３５と第２の面３６とを有する主板３１と、第１の面３５に取付けられた複数の羽根３２ａ，３２ｂとを有する。ケーシング１４は、吸込口１１と吐出口１２と、吸込口１１から遠心インペラ１６の吸込部１６ａへ流体を導く吸込室２１と、遠心インペラ１６の吐出部１６ｂから吐出口１２へ流体を導く吐出室２２とを有する。ケーシング１４は、遠心インペラ１６の第２の面３６との間に、吐出圧が加わる圧力水を滞留させる滞留部２３を有する。遠心インペラ１６の主板３１には、第１の面３５から第２の面３６に貫通する孔３８ａ，３８ｂが開口する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、起動時に自吸運転が行われる自吸式ポンプに関する。

自吸式ポンプは、通常運転である揚水運転と、起動開始から揚水運転に移行するための自吸運転とを行う。自吸式ポンプは、吸込口および吐出口を有するケーシングと、モータと、モータにより回転駆動される遠心インペラとを備える。吸込口には、揚水配管が接続されている。ケーシングは、吸込口に通じる吸込室と、吐出口に通じる吐出室とを有する。遠心インペラは、ケーシング内において、この吸込室と吐出室とを隔てるように配置されている。

自吸式ポンプの起動開始時には、別に設けられたタンクから起動開始用の水が吸込室に注入され、遠心インペラは浸された状態にある。自吸運転では、遠心インペラの回転で、ケーシング内の空気をこの水に混合し、気液混合水として吐出室に吐出する。これにより、吸込室に負圧を発生させ、吸込口に接続されている揚水配管内の空気を吸上げる。

自吸式ポンプは、さらに吸込室と吐出室とをつなぐ連通管を有する。吐出室に吐出された気液混合水は、吐出室内で空気と水とに分離する。分離した水は、連通管を通じて吸込室に還流される。この吸込室に還流された水は、再び遠心インペラによりケーシング内の空気と混合されて吐出室に吐出される。自吸式ポンプは、このプロセスを繰り返すことで、揚水配管内の水面を上昇させ、水面が吸込口の高さに達すれば、揚水運転に移行する。

この自吸運転で、迅速に気体を水から分離排除して、速やかに揚水運転に移行できる自吸式ポンプが提供されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１８３５６１号公報

自吸式ポンプは、自吸運転中にケーシング内の水温が上昇しやすい。特に小さなポンプケーシングを有するポンプの場合、その水温が上昇しやすい傾向にある。このようにケーシング内の水温が上昇すると、飽和蒸気圧との関係で空気と水との分離がうまく進まず、自吸式ポンプは自吸できなくなることがある。このため、起動開始から揚水運転へ移行するまでの自吸時間は、少しでも短い方が望ましい。
本発明は、自吸時間の短縮化が図れる自吸式ポンプを得ることにある。

上記目的を達成するために、本発明の一つの形態に係る自吸式ポンプは、
ケーシングと、モータと、前記モータにより回転駆動される遠心インペラとを備える。前記遠心インペラは、第１の面と第２の面とを有する主板と、前記第１の面に取付けられた複数の羽根とを有する。前記ケーシングは、吸込口と吐出口と、前記吸込口から前記遠心インペラの吸込部へ流体を導く吸込室と、前記遠心インペラの吐出部から前記吐出口へ流体を導く吐出室とを有する。前記ケーシングは、前記遠心インペラの第２の面との間に、吐出圧が加わる圧力水を滞留させる滞留部を有する。前記遠心インペラの主板には、前記第１の面から第２の面に貫通する孔が開口する。

この構成によれば、圧力水の導入により自吸性能が増し、自吸時間の短縮化が図れる。

以下に本発明の実施の形態を図１から図９を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る自吸式ポンプユニット１を開示する。自吸式ポンプユニット１は、自吸式ポンプとしてのうず巻ポンプ２、揚水配管３、および吐出配管４を備える。うず巻ポンプ２は、吸込口１１と吐出口１２とを有する。

揚水配管３の一端３ａは、うず巻ポンプ２の吸込口１１に接続されている。揚水配管３の他端３ｂは、うず巻ポンプ２が設置される設置面Ｆより下方で、流体、例えば水の中に没している。吐出配管４の一端４ａは、うず巻ポンプ２の吐出口１２に接続され、他端は、流体が供給される図示しない流体装置に接続されている。

図２に示すように、うず巻ポンプ２は、ケーシング１４、モータ１５、遠心インペラ１６（以下、インペラ１６）、および設置台１７を備える。ケーシング１４およびモータ１５は、設置台１７の上に載置されている。モータ１５は、モータ軸１５ａを備えている。ケーシング１４は、ケーシング本体１８と、ケーシングカバー１９とを備えている。

ケーシング本体１８は、上壁１８ａ、前壁１８ｂ、後壁１８ｃ、側壁１８ｄ、および内壁１８ｅを有している。前壁１８ｂの上端部には、吸込口１１が開口している。上壁１８ａには、吐出口１２が開口している。後壁１８ｃは、ケーシング本体１８の外部に開口する開口部１８ｆを有する。開口部１８ｆを通じて、インペラ１６の略前半分は、ケーシング本体１８の内部に挿入されている。

図２に示すように、ケーシングカバー１９は、前壁１９ａ、後壁１９ｂ、および側壁１９ｃを有する。ケーシングカバー１９は、その前壁１９ａの中央部位に、前壁１９ａと後壁１９ｂとの間の幅が狭くなっている凹部１９ｄを有する。ケーシングカバー１９の背後には、モータ１５が設けられている。凹部１９ｄの中央および後壁１９ｂの中央には、モータ１５のモータ軸１５ａが挿入される挿入孔１９ｅが開口している。モータ軸１５ａは、挿入孔１５ｅを通じて、ケーシング１４の内部に挿入されている。

ケーシングカバー１９は、ケーシング本体１８の後方からケーシング本体１８の開口部１８ｆを覆うようにして、すなわちケーシング本体１８との間にインペラ１６を介在させるようにして、ケーシング本体１８に取付けられる。これにより、ケーシング１４は、水密に密閉された箱状に形成される。ケーシング本体１８にケーシングカバー１９が取付けられることで、ケーシング１４は、吸込室２１、吐出室２２、滞留部としてのインペラ後室２３、および連通部２４を有する。

図２に示すように、吸込室２１は、ケーシング本体１８の上壁１８ａ、前壁１８ｂ、および内壁１８ｅに囲まれて形成され、上下に延びる流路を有する。吸込室２１の上部は、吸込口１１に通じている。吸込室２１と吸込口１１との間には、逆止弁２６が設けられている。これにより、うず巻ポンプ２の停止時においても、吸込室２１内の流体が揚水配管３へ逆流しないようになっている。吸込室２１の下部には、内壁１８ｅの開口部を通じて、インペラ１６の前面が露出している。吸込室２１は、吸込口１１を通過した流体を、インペラ１６の前面、すなわちインペラ１６の吸込側へと導く。

インペラ１６は、ケーシング１４内の下端部において、吸込室２１と吐出室２２との間に設けられている。換言すれば、インペラ１６により、吸込室２１と吐出室２２とが区画されている。インペラ１６は、その軸線を水平にして、回転自在に配置されている。インペラ１６は、主板３１と、例えば２枚の羽根３２ａ，３２ｂとを有している。

主板３１は、第１の面としての前面３５と、第２の面としての後面３６とを有している。図３に示すように、主板３１の前面３５には、羽根３２ａ，３２ｂが取付けられている。羽根３２ａ，３２ｂは、それぞれ湾曲した形状を有し、主板３１の中心を基点として、互いに１８０°離間して取付けられている。すなわち、インペラ１６は、開放形のインペラであり、かつ、羽根３２ａ，３２ｂが主板３１の片面にのみに取付けられている片吸込形のインペラである。

図３に示すように、インペラ１６の主板３１は、さらに孔としての複数、例えば２つの戻し穴３８ａ，３８ｂを有している。戻し穴３８ａ，３８ｂは、例えばそれぞれ羽根３２ａと羽根３２ｂとの間の周方向に沿った中央に開口している。戻し穴３８ａ，３８ｂは、主板３１の前面３５から後面３６まで貫通している。戻し穴３８ａ，３８ｂの直径は、例えば３ｍｍである。

図２に示すように、主板３１は、例えばねじ止めによりモータ軸１５ａに連結されている。これにより、インペラ１６は、モータ１５により回転駆動される。なお、ケーシング１４は、モータ軸１５ａとケーシングカバー１９との間をシールするシール部材を有する。

吸込室２１を通った流体は、インペラ１６の主板３１の前面３５、すなわちインペラ１６の吸込側としての吸込部１６ａに導かれる。インペラ１６の吸込部１６ａに送られた流体は、インペラ１６の回転により加圧されて、インペラ１６の円周方向の側面、すなわちインペラ１６の吐出側としての吐出部１６ｂから吐出され、吐出室２２に送られる。

図４に示すように、吐出室２２は、ボリュート部４１と、気液分離室４２とを有する。ボリュート部４１は、ケーシング本体１８の後壁１８ｃ、側壁１８ｄ、内壁１８ｅ、およびケーシングカバー１９の前壁１９ａに囲まれて形成されている。ボリュート部４１は、インペラ１６の周方向の全周を包むように形成されている。ボリュート部４１は、周方向に断面積が増加するうず巻状に形成されている。ボリュート部４１の下流端は、ノズル部４３を有する。ノズル部４３は、気液分離室４２に連通している。

気液分離室４２は、ケーシング本体１８の上壁１８ａ、前壁１８ｂ、後壁１８ｃ、側壁１８ｄ、および内壁１８ｅに囲まれて、ボリュート部４１の上方に形成されている。気液分離室４２は、上部から、吐出口１２に通じている。すなわち、吐出室２２は、インペラ１６の吐出部１６ｂに吐出された流体を吐出口１２へと導く。

気液分離室４２とボリュート部４１との間を仕切る内壁１８ｅのなかで最上部の部位には、第１の流路４５が鉛直方向に貫通して開口している。第１の流路４５を通じて、ボリュート部４１と気液分離室４２とは連通している。

図２に示すように、吸込室２１の下方であってボリュート部４１の前方には、連通部２４が設けられている。連通部２４は、図４に示すように、気液分離室４２と連通している。図２に示すように、連通部２４は、ケーシング１４内の下端部の内壁１８ｅにより、ボリュート部４１と隔てられている。ケーシング１４内の下端部の内壁１８ｅには、第２の流路４６が水平方向に貫通して開口している。第２の流路４６を通じて、連通部２４とボリュート部４１とは連通している。

一方、インペラ後室２３は、インペラ１６の背後に位置している。インペラ後室２３は、インペラ１６の後面３６と、ケーシングカバー１９の凹部１９ｄとで囲まれて形成されている。すなわち、インペラ後室２３には、インペラ１６の後面３６が露出している。

インペラ１６の後面３６の周端部３６ａとケーシングカバー１９の前壁１９ａとの間には、隙間Ｓが形成されている。この隙間Ｓを通じて、インペラ後室２３は、ボリュート部４１と連通している。ここで、隙間Ｓの間隔は、２ｍｍ以下であることが好ましい。

次に、自吸式ポンプユニット１の作用について説明する。
うず巻ポンプ２は、通常運転となる揚水運転と、起動開始から揚水運転に移行するまでの自吸運転とを行う。図５に示すように、うず巻ポンプ２の起動時には、図示しない貯留タンクより流体、例えば水が吸込室２１に注入され、インペラ１６は、浸された状態にある。

この状態でモータ１５を駆動する。図６に示すように、モータ１５が回転することで、吸込室２１内の水がインペラ１６に吸込まれ、この水は遠心力によりボリュート部４１に吐出される。ボリュート部４１に吐出された水は、ボリュート部４１の壁面に沿ってノズル部４３に導かれ、そこから気液分離室４２に送られる。気液分離室４２に送られた水は、連通部２４および第２の流路４６を通じてボリュート部４１に還流される。この還流された水は、再びインペラ１６を浸すのに用いられる。

図５に示すように、インペラ後室２３は、起動時には、図示しない貯留タンクから注入された水を滞留させている。うず巻ポンプ２の自吸運転が始まると、インペラ後室２３内の水は、隙間Ｓを通じてボリュート部４１内の圧力が伝播し、吐出圧が加わる圧力水の状態となる。

この圧力水は、インペラ１６に設けられた戻し穴３８ａ，３８ｂを通じて、インペラ１６の前面３５側へ噴出される。この圧力水の噴出により、吸込室２１内の水を泡立て、すなわち吸込室２１内の空気と水とを混合し、気液混合水とする。この気液混合水は、インペラ１６により再びボリュート部４１へ吐出される。この圧力水の噴出により、インペラ後室２３内の圧力が低下すると、隙間Ｓを通じてボリュート部４１から気液混合水がインペラ後室２３に補充され、インペラ後室２３内の圧力は所定値以上に保たれる。

ボリュート部４１に吐出された気液混合水は、ボリュート部４１で、ある程度空気と水とに分離する。図６および図７に示すように、分離した空気は、第１の流路４５を通じて、気液分離室４２に移動する。

図７に示すように、残りの気液混合水は、ボリュート部４１の壁面に沿ってノズル部４３に導かれ、そこから気液分離室４２に送られる。気液混合水の状態にある残りの空気は、気液分離室４２で水から分離する。気液分離室４２内の空気は、吐出口１２を通じて、うず巻ポンプ２の外部に吐出される。

図６および図７に示すように、空気が分離された水の一部は、再び気液分離室４２から連通部２４に入り、第２の流路４６を通じてボリュート部４１に還流される。

このようにして、吸込室２１内の空気は、吐出室２２に送られ、吸込室２１には負圧が発生する。この負圧により、揚水配管３内の空気を吸上げ、揚水配管３内の水面を上昇させる。このプロセスを繰り返すことで、揚水配管３内の水面を上昇させ、水面が吸込口１１の高さに達すれば、うず巻ポンプ２は、揚水運転に移行する。

このような構成のうず巻ポンプ２によると、インペラ後室２３およびインペラ１６の戻し穴３８ａ，３８ｂを通じて、圧力水がインペラ１６の前面３５側に噴出する。すなわち、圧力水がインペラ１６の前面３５側に戻される。ここでインペラ１６の前面３５側とは、インペラ１６の吸込部１６ａに限らず、前面３５とケーシング本体１８の内壁１８ｅとの間の空間を含む。

インペラ１６から圧力水を噴出することで、インペラ１６の前面３５側において空気と水とをより攪拌する。すなわち、空気と水との混合を促進し、水の中に取り込まれる空気の量を増やす。この泡立てにより、インペラ１６の一回転あたりに吸込む空気の量を増やし、うず巻きポンプ２の自吸運転の効率を上げることができる。従って、うず巻ポンプ２の自吸時間の短縮化を図ることができる。

図８に、戻し穴３８ａ，３８ｂの効果を具体的に示す。図８は、インペラ１６の戻し穴３８ａ，３８ｂの有無と自吸時間との関係を示す図である。図８に示すように、戻し穴３８ａ，３８ｂを設けると、うず巻ポンプ２の自吸時間が約２割ほど短くなることが分かる。

本実施形態のように、インペラ後室２３がボリュート部４１に連通していることで、他に圧力源となる装置を用いることなく、インペラ後室２３内の水を、吐出圧が加わる圧力水とすることができる。さらに、インペラ後室２３にある程度の容量を持たせることで、自吸運転中に、隙間Ｓを通じてなされるボリュート部４１からインペラ後室２３への水の補給を最小量に抑え、これによりうず巻ポンプ２の自吸効率をさらに高めることができる。

戻し穴３８ａ，３８ｂをそれぞれ羽根３２ａと羽根３２ｂとの間の中央に設けることで、できるだけインペラ１６によるポンプ動作を妨げずに、インペラ後室２３の流体をよりスムーズにインペラ１６の前面３５側に噴出させることができる。

連通部２４を通じて吐出室２２内の流体の一部をケーシング１４内で還流させることで、インペラ１６を常に浸し、うず巻ポンプ２の自吸運転をスムーズに行うことができる。

インペラ１６の後面３６とケーシングカバー１９の前壁１９ａとの間の隙間Ｓの幅はなるべく小さい方が好ましい。隙間Ｓを狭くすることで、ボリュート部４１から気液分離室４２へ送られる水のエネルギー損失、例えば圧力損失を小さくすることができる。さらに言えば、隙間Ｓは、２ｍｍ以下であることが好ましい。

図９に、隙間Ｓと自吸時間との関係を示す。図９に示すように、隙間Ｓの幅を３．５ｍｍから１．５ｍｍに狭めた場合に比べて、隙間Ｓの幅を１．５ｍｍから０．５ｍｍに狭めた場合は、自吸時間があまり短縮されないことが分かる。すなわち、重要なのは、隙間Ｓの幅を１．５ｍｍ近くまで狭めることであり、加工や組立ての精度を考えると、隙間Ｓを２ｍｍ程度まで狭めることが適当であると考えられる。したがって、隙間Ｓの幅を２ｍｍ以下にすることで、うず巻ポンプ２の自吸時間を短縮することができるといえる。

なお、インペラ１６に設けられる戻し穴３８ａ，３８ｂの数は、２つに限られるものではなく、例えば１つでも良く、３つ以上であっても良い。また戻し穴３８ａ，３８ｂを設ける位置も、主板３１の面上であれば特に限定されない。インペラ１６の羽根３２ａ，３２ｂの数も２枚に限定されるものではなく、その数は問わない。うず巻ポンプ２は、締切全要程が１２ｍ以下のポンプに好適であるが、これに限られるものではない。うず巻ポンプ２の作動流体は、水に限定されるものではなく、流体であればその種類は問わない。

本発明の実施の形態に係る自吸式ポンプユニットの側面図。 図１中に示されたうず巻ポンプの断面図。 図２中に示されたインペラの正面図。 図２中に示されたうず巻ポンプのＡ−Ａ線に沿う断面図。 図１中に示されたうず巻ポンプの起動開始時の状態を示す断面図。 図１中に示されたうず巻ポンプの自吸運転時の状態を示す断面図。 図１中に示されたうず巻ポンプの自吸運転時の状態を示す断面図。 図２中に示されたインペラの戻し穴の有無と自吸時間との関係を示す図。 図２中に示されたインペラとケーシングとの間の隙間と自吸時間との関係を示す図。

符号の説明

１…自吸式ポンプユニット、２…うず巻ポンプ、１１…吸込口、１２…吐出口、１４…ケーシング、１５…モータ、１６…遠心インペラ、１７…設置台、１８…ケーシング本体、１９…ケーシングカバー、２１…吸込室、２２…吐出室、２３…インペラ後室、２４…連通部、３１…主板、３２ａ．３２ｂ…羽根、３５…前面、３６…後面、３６ａ…周端部、３８ａ．３８ｂ…戻し穴、４５…第１の流路、４６…第２の流路。

Claims (5)

1. ケーシングと、モータと、前記モータにより回転駆動される遠心インペラとを備え、
   前記遠心インペラは、第１の面と第２の面とを有する主板と、前記第１の面に取付けられた複数の羽根とを有し、
   前記ケーシングは、吸込口と吐出口と、前記吸込口から前記遠心インペラの吸込部へ流体を導く吸込室と、前記遠心インペラの吐出部から前記吐出口へ流体を導く吐出室とを有する自吸式ポンプにおいて、
   前記ケーシングは、前記遠心インペラの第２の面との間に、吐出圧が加わる圧力水を滞留させる滞留部を有し、
   前記遠心インペラの主板には、前記第１の面から前記第２の面に貫通する孔が開口する
   ことを特徴とする自吸式ポンプ。
2. 請求項１に記載の自吸式ポンプにおいて、
   前記滞留部は、前記吐出室と連通することを特徴とする自吸式ポンプ。
3. 請求項１または請求項２に記載の自吸式ポンプにおいて、
   前記孔は、前記主板の第１の面において、前記羽根と羽根との間の中央に開口していることを特徴とする自吸式ポンプ。
4. 請求項１または請求項２に記載の自吸式ポンプにおいて、
   前記ケーシングは、前記吐出室を流れる流体の一部を、前記遠心インペラを浸すように前記ケーシング内で還流させる連通部をさらに具備することを特徴とする自吸式ポンプ。
5. 請求項１または請求項２に記載の自吸式ポンプにおいて、
   前記主板の第２の面の周端部と前記ケーシングとの間の隙間は、２ｍｍ以下であることを特徴とする自吸式ポンプ。

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