JP2007040155A - 自吸式ポンプ - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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