JP2009024571A - 遠心ポンプ用羽根車およびそれを備えた遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】非対称形状の羽根を有しかつ上面側に凹部が形成された羽根車本体と、羽根車本体の凹部を覆うカバーとを備えた遠心ポンプ用羽根車において、カバー表面における異物の絡みつきや流体摩擦を抑制し、また、組立作業性を向上させる。
【解決手段】羽根車１１は、羽根車本体１１ａと、羽根車本体１１ａの窪み（凹部）３３を覆うカバー７０とを備えている。カバー７０には貫通孔７１が形成され、羽根車本体１１ａにはピン孔６２が形成されている。カバー７０の貫通孔７１および羽根車本体１１ａのピン孔６２には、カバー７０が羽根車本体１１ａに対して相対回転しないように規制するピン７２が嵌め込まれている。羽根車本体１１ａのボス部３１には、カバー７０を押さえつける止め輪７５が設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、遠心ポンプ用羽根車およびそれを備えた遠心ポンプに関するものである。

従来より、遠心ポンプは、排水設備等の各種設備においてよく用いられている。遠心ポンプは、モータシャフトに連結された羽根車が渦巻形ケーシングの内部に収容されて構成されている。

遠心ポンプの羽根車には、用途に応じて様々な形態のものが使用されている。例えば汚水槽の汚水を排出する用途等においては、汚水に固形物が含まれている場合があるため、詰まりが少なく固形物をそのまま排出できるような羽根車が好ましい。そのような羽根車として、いわゆるノンクロッグタイプの羽根車が知られている。

ノンクロッグタイプの羽根車は、一端に吸込口が形成され、側面に吐出口が設けられた略円筒体からなる。円筒体の内部には、軸方向から見て渦巻き状に形成され、吸込口と吐出口とをつなぐ流路が形成されている。この流路は、１枚の羽根によって区画されている。そのため、ノンクロッグタイプの羽根車の羽根は、回転軸に関して非軸対称な形状となる。したがって、この羽根車は、そのままでは静止時における静的バランスや気中回転時における動的バランス（以下、機械的バランスという）がとれず、組立作業性の低下や、回転時の振動を引き起こすこととなる。そこで、一般的に、この種の羽根車では、重量の大きい箇所を削ること等により、機械的バランスが保たれている。

下記特許文献１には、機械的バランスを確保するために羽根車本体の上面に凹部を設けた羽根車が開示されている。しかし、このような凹部は、羽根車回転時に流体の乱れを引き起こし、動力損失の原因となる。そこで、特許文献１に開示された羽根車では、凹部を覆うカバーを羽根車本体の上面に設けることとしている。

上記羽根車では、カバーを羽根車本体の所定の位置に位置決め固定するために、ねじを用いている。具体的には、ねじを貫通させる孔をカバーに設けるとともに、羽根車本体の上面にねじ孔を形成しておき、カバーを羽根車本体の上面に被せた状態で上記孔およびねじ孔にねじを締結することとしている。
特開２００６−２９１９３７号公報

ところが、上記羽根車では、ねじの頭がカバーの表面側に突出し、このねじの突出部分に異物が絡みつき、性能低下の原因となるおそれがある。また、ねじの突出部分が流体摩擦の原因になるおそれもあった。

また、カバーを羽根車本体にねじで固定する構造では、カバーの取り付けおよび取り外しの際に、ドライバーによるねじの取り付けおよび取り外しという比較的面倒な作業が発生する。そのため、組立作業性等について未だ改善の余地があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カバーの表面側における異物の絡みつきや流体摩擦を抑制するとともに、カバーの組立に際してねじ込み作業が不要な羽根車およびそれを備えた遠心ポンプを提供することにある。

本発明に係る遠心ポンプ用羽根車は、一端側に吸込口が形成され、他端側に軸方向外側に突出するボス部と軸方向内側に窪んだ凹部とが形成され、側方に吐出口が形成され、軸方向から見て渦巻き状に形成され且つ前記吸込口と前記吐出口とをつなぐ内部流路を区画する羽根を有する略円筒形状の羽根車本体と、前記羽根車本体のボス部を挿通させるボス孔が形成され、前記羽根車本体の前記凹部を覆うカバーと、を備えた遠心ポンプ用羽根車であって、前記羽根車本体の他端側には、ピンが嵌め込まれるピン孔が形成され、前記カバーには、ピンが貫通される貫通孔が形成され、実質的に前記カバーから突出しないように前記カバーの貫通孔を貫通して前記羽根車本体のピン孔に嵌め込まれるピンと、前記カバーのボス孔の周囲部分を他端側から押さえつけることによって固定する固定部材と、を備えたものである。

上記遠心ポンプ用羽根車によれば、ピンはカバーから実質的に突出しないので、カバーの表面上における異物の絡みつきや流体摩擦が抑制される。また、羽根車本体にカバーを被せた状態でカバーの貫通孔および羽根車本体のピン孔にピンを嵌め込み、固定部材でカバーのボス孔の周囲部分を押さえつけることによって、相対的な位置関係がずれないようにカバーを羽根車本体に固定することができる。そのため、カバーをねじで固定する場合と異なり、ねじ込み作業が不要となるので、組立作業性を向上させることができる。

前記遠心ポンプ用羽根車は、前記カバーの裏側に固定されたバランスウェイトを備えていることが好ましい。

上記遠心ポンプ用羽根車によれば、バランスウェイトによって、回転の不釣合いを好適に是正することができる。なお、上記遠心ポンプ用羽根車によれば、ピンによって、羽根車本体に対するカバーの相対的な回転が規制されるので、カバーが相対的に回転してしまうことによるバランスウェイトの位置ずれが生じるおそれはない。

前記固定部材は、止め輪であってもよい。

このことにより、比較的簡単な構成および比較的簡単な作業によって、カバーのボス孔の周囲部分を羽根車本体に押さえつけることができる。

前記羽根車本体のボス部の内側には、段差部を有する駆動軸を挿通させる軸孔が形成され、前記固定部材は、前記ボス部の周囲に配置され且つ前記駆動軸の段差部と前記カバーとの間に介在する略円筒形状のスペーサであってもよい。

このことにより、上記スペーサをボス部の周囲に配置した状態で羽根車本体を駆動軸に取り付けることによって、カバーも羽根車本体に固定されることになる。上記羽根車によれば、比較的簡単な構成および比較的簡単な作業によって、カバーのボス孔の周囲部分を羽根車本体に押さえつけることができる。また、駆動軸に対する羽根車本体の取り付けと、羽根車本体に対するカバーの取り付けとを、併せて行うことが可能となる。

前記カバーは、前記羽根車本体への取付状態において、半径方向の内側の方が外側よりも前記羽根車本体の前記凹部側に位置するように撓んでいることが好ましい。

このことにより、カバーの弾性力によって、カバーと羽根車本体との間に働く摩擦力が大きくなる。そのため、ピンだけでなく上記摩擦力によっても、羽根車本体に対するカバーの相対的な回転が規制される。なお、上記摩擦力が大きくなることによって、ピンに加わる剪断力が相対的に小さくなるので、ピンの小径化やカバーの薄肉化を図ることが可能となる。

前記カバーは、ばね鋼によって形成されていてもよい。

このことにより、十分な弾性力を発揮することができ、羽根車本体との間に十分な摩擦力を発生させることのできる好適なカバーを得ることができる。

本発明に係る遠心ポンプは、前記遠心ポンプ用羽根車を備えたものである。

このことにより、吸込口と反対側の端部における異物の絡みつきまたは流体摩擦が抑制された羽根車を備えた遠心ポンプを得ることができる。また、カバーと羽根車本体との組立が容易な羽根車を備えた遠心ポンプを得ることができる。

以上のように、本発明によれば、非対称形状の羽根を有し且つ軸方向の他端側（吸込口と反対側の端部）に凹部が形成された羽根車本体と、羽根車本体の凹部を覆うカバーとを備えた遠心ポンプ用羽根車において、カバーの表面側における異物の絡みつきや流体摩擦を抑制することができる。また、カバーと羽根車本体との組立に際して、ねじ込み作業を不要にし、組立作業を容易化することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、実施形態に係る遠心ポンプは、汚水処理用のターボ式遠心ポンプ１０である。このポンプ１０は、羽根車１１と、羽根車１１を覆うポンプケーシング１２と、羽根車１１を回転させる密閉型の水中モータ１３とを備えている。

水中モータ１３は、ステータ１４およびロータ１５からなるモータ１６と、モータ１６を覆うモータケーシング１７とを備えている。ロータ１５の中心部分には、上下方向に延びる駆動軸１８が設けられている。この駆動軸１８は、軸受１９，２０によって回転自在に支持されている。駆動軸１８の下端部は羽根車１１に連結されており、水中モータ１３の回転駆動力が羽根車１１に伝達されるようになっている。

ポンプケーシング１２は、羽根車１１を覆うとともに、羽根車１１から吐出される汚水をポンプ外へ排出する流路５０を形成している。ポンプケーシング１２の内部には、断面視で半円状に湾曲した側壁１２ａにより外周側を囲まれたポンプ室２６が形成されている。このポンプ室２６内には、羽根車１１の吐出部２８が収容されている。羽根車１１がポンプケーシング１２内に配置された状態で、ポンプ室２６の一部が前記流路５０を構成している。

また、ポンプケーシング１２の下部には、下方に突出した吸込部２１が形成されている。この吸込部２１には、下方に向かって開口した吸込口２２が形成されている。吸込口２２は、羽根車１１の吸込口２９に連通している。一方、ポンプケーシング１２の側部には、側方に突出した吐出部２３が形成されている。この吐出部２３には、側方に向かって開口した吐出口２４が形成されている。この吐出口２４は流路５０の出口になっており、羽根車１１から吐出された汚水は吐出口２４からポンプ外へ排出されることになる。

図２に示すように、羽根車１１の羽根車本体１１ａには、軸方向の下側から上側に向かって順に、吸込部２７と吐出部２８とが設けられている。羽根車本体１１ａの内部には、羽根車本体１１ａの吸込口２９と吐出口とをつなぐ内部流路３５が区画されている。これらの吸込部２７および吐出部２８は、いずれも略円筒形状に形成されており、吐出部２８は吸込部２７よりも大径に構成されている。そして、吐出部２８と吸込部２７との間には、全周にわたってフランジ部４０が形成されている。図１に示すように、フランジ部４０は、羽根車１１の吐出部２８と吸込部２７とを上下に仕切っている。すなわち、この羽根車１１は、吸込部２７と吐出部２８とがフランジ部４０で仕切られたクローズドタイプの羽根車である。

図２に示すように、吸込部２７の下端には、下方に向かって開口した吸込口２９が設けられている。一方、吐出部２８の上端には、上面３０（図４参照）が形成されている。

図３および図４に示すように、羽根車本体１１ａの上側には、上面３０から上方に突出するボス部３１が設けられている。ボス部３１は、羽根車本体１１ａの中心部に設けられている。ボス部３１の中心には、駆動軸１８の先端を挿入するための軸孔３２が形成されている。

図４に示すように、羽根車本体１１ａの上面３０には、ピン孔６２が形成されている。本実施形態では、ピン孔６２は３つ形成されている。ただし、ピン孔６２の個数は特に限定される訳ではない。上面３０の一部（ここでは、軸方向から見て上面３０の４分の３の部分であり、羽根車１１の重量が大きい側）には、凹部として、下方に窪んだ窪み３３が形成されている。この窪み３３により、羽根車１は軽量化され、また、機械的バランスがとられ、回転の安定性が向上している。ただし、上面３０の窪み３３の大きさや形状は、何ら限定されるものではない。

図３に示すように、羽根車本体１１ａの上面３０上には、円環状のカバー７０が取り付けられている。カバー７０の中心部分には、ボス部３１を挿通させるボス孔７３が形成されている。カバー７０は、薄肉の平板状に形成されており、また、後述する止め輪７５によって羽根車本体１１ａに押さえつけられたときに若干撓むように、ある程度の弾性を有する材料で形成されている。本実施形態では、カバー７０は、ばね鋼によって形成されている。カバー７０には、３つの貫通孔７１が形成されている。これら貫通孔７１は、羽根車本体１１ａのピン孔６２に対応する位置にそれぞれ形成されている。カバー７０は、羽根車本体１１ａの窪み３３を覆っており、羽根車本体１１ａの上面３０上に、ボス部３１を除いて面一の面を形成している。

図６に示すように、カバー７０の裏面（内部側）には、バランスウェイト８０が設けられている。バランスウェイト８０の取付方法は特に限定されないが、例えば、バランスウェイト８０を溶接等によって取り付けることができる。なお、バランスウェイト８０は、カバー７０と別部材でなくてもよく、カバー７０と一体的に形成されていてもよい。このバランスウェイト８０により、羽根車１１が回転した際に生じる流体力の不釣合が打ち消され、振動の発生が抑制される。本実施形態では、バランスウェイト８０は窪み３３が最も窪んでいる箇所に位置しているが、バランスウェイト８０の位置は何ら限定されるものではない。また、バランスウェイト８０の数、大きさ、形状も何ら限定されるものではない。また、バランスウェイト８０がなくても実用上問題がない場合には、バランスウェイト８０を省略することも可能である。

図５に示すように、カバー７０の貫通孔７１と羽根車本体１１ａのピン孔６２とには、ピン７２が嵌め込まれている。ピン７２の長さは、カバー７０の厚みとピン孔６２の深さとを足した長さになっており、ピン７２がカバー７０から上方に突出しないようになっている。すなわち、ピン７２は、貫通孔７１およびピン孔６２に嵌め込まれたときにカバー７０と面一になるように形成されている。このように、ピン７２を上方から挿入し、貫通孔７１およびピン孔６２に嵌め込むことによって、カバー７０が羽根車本体１１ａに対して位置決め固定されている。これにより、カバー７０が羽根車本体１１ａに対して相対的に回転することが規制されている。また、図５に示すように、羽根車本体１１ａのボス部３１には略Ｃ字状の止め輪７５が嵌め込まれ、この止め輪７５によって、カバー７０のボス孔７３の周囲部分が下側に押さえつけられている。これにより、カバー７０が羽根車本体１１ａに対して上下方向に相対移動することが規制されている。

カバー７０の内周部分（すなわち、ボス孔７３の周囲部分）は止め輪７５によって下方に押さえつけられているが、外周部分は羽根車本体１１ａの上面３０上に載置されているだけである。本実施形態では、ボス孔７３の周囲部分が止め輪７５で押さえつけられることによって、カバー７０は若干撓んでいる。すなわち、カバー７０は、半径方向の内側の方が外側よりも下方に位置するように撓んでいる。言い換えると、カバー７０は、羽根車本１１ａに取り付けられた状態において、半径方向の内側の方が外側よりも羽根車本体１１ａの凹部３３側に位置するように撓んでいる。なお、カバー７０の撓み量は微小であるので、図５等では、カバー７０は平らな状態に図示している。

上述したように、羽根車本体１１ａの上面３０には窪み３３が形成されているので、カバー７０と羽根車本体１１ａの上面３０との間には、空間５１（図６参照）が形成される。しかし、この空間５１内に空気が混入すると、羽根車１１の回転時に振動等の原因となるおそれがある。そこで、図示は省略するが、カバー７０に空気抜き用の別の孔を設けるようにしてもよい。

羽根車本体１１ａにカバー７０を取り付ける作業は、以下のようにして行われる。すなわち、始めに、羽根車本体１１ａのピン孔６２にピン７２を嵌め込み、固定する。次に、カバー７０の貫通孔７１がピン７２に合うようにカバー７０を羽根車本体１１ａに被せる。次に、ボス部３１に止め輪７５を嵌め込み、この止め輪７５によって、カバー７０のボス孔７３の周囲部分を押さえつける。これにより、カバー７０が羽根車本体１１ａに固定され、カバー７０の取り付け作業が終了する。なお、カバー７０を羽根車本体１１ａから取り外す際には、上述の作業と逆の作業を行えばよい。

以上のように、本実施形態によれば、従来のねじに代わってピン７２を用い、ピン７２がカバー７０から突出しないようにした。そのため、カバー７０の表面における異物の絡みつきや流体摩擦を抑制することができる。したがって、ポンプ効率の低下を抑えることができる。また、カバー７０のボス孔７３の周囲部分を止め輪７５によって上方から押さえつけることとしたので、カバー７０が上方に外れることを防止することができ、カバー７０を良好に固定することができる。

本実施形態によれば、カバー７０を羽根車本体１１ａに取り付ける際に、ドライバーを用いてねじをねじ込む作業が不要となる。すなわち、ピン７２を上方から嵌め込み、止め輪７５をボス部３１に嵌め込むだけで、カバー７０を取り付けることができる。したがって、カバー７０の取り付け作業を容易化することができる。なお、同様の理由により、カバー７０の取り外し作業も容易化することができる。

ねじを用いてカバー７０を取り付ける場合、羽根車１１の長年の使用に伴い、ねじが弛んでガタが生じるおそれがある。しかし、本実施形態によれば、そのようなガタが生じるおそれはない。

また、本実施形態によれば、カバー７０の裏側にバランスウェイト８０が設けられている。そのため、羽根車１１が回転するとバランスウェイト８０に遠心力が働き、この遠心力は、羽根車１１が受ける流体力の不釣合を打ち消すように作用する。したがって、羽根車１１の水力的バランスを保つことができ、羽根車１１の振動の発生を防止することができる。なお、羽根車１１のバランスを保つためには、バランスウェイト８０の位置がずれないようにする必要があるが、本実施形態によれば、羽根車本体１１ａに対するカバー７０の相対的な回転がピン７２によって規制されるので、そのようなバランスウェイト８０の位置ずれは生じない。

また、本実施形態によれば、カバー７０は、止め輪７５によって押さえつけられることにより、半径方向の内側の方が外側よりも下方に位置するように撓んでいる。これにより、カバー７０の弾性力によって、カバー７０と羽根車本体１１ａとの間に働く摩擦力が大きくなる。この摩擦力は、カバー７０が羽根車本体１１ａに対して相対回転することを阻止する力の一部として、有効に活用される。そのため、上記摩擦力が大きくなることにより、ピン７２に加わる剪断力が相対的に小さくなる。したがって、本実施形態によれば、ピン７２の小径化やカバー７０の薄肉化を図ることができる。

本実施形態によれば、カバー７０はばね鋼によって形成されている。そのため、カバー７０は、上述のような弾性力を好適に発揮することができる。したがって、本実施形態によれば、羽根車本体１１ａとの間に十分な摩擦力を発生させることのできる好適なカバー７０を得ることができる。

《変形例》
上記実施形態では、カバー７０のボス孔７３の周囲部分を固定する固定部材は、止め輪７５であった。止め輪７５を用いることにより、比較的簡単な構成および比較的簡単な作業によって、カバー７０を押さえつけることができる。

しかし、固定部材は止め輪７５に限定される訳ではない。羽根車本体１１ａを駆動軸１８に取り付ける際に、併せてカバー７０も固定されるようにしてもよい。例えば、図７に示すように、止め輪７５の代わりにスペーサ８２を用いてもよい。

図１に示すように、羽根車本体１１ａは、ボルト４２によって駆動軸１８に取り付けられる。駆動軸１８の下端の中心には、図示しないボルト孔が形成されており、駆動軸１８の下端に押さえ部材４１を押し当てた状態で、ボルト４２が上記ボルト孔にねじ込まれる。なお、駆動軸１８には段差部１８ａが設けられており、この段差部１８ａと羽根車本体１１ａのボス部３１の上端との間には、スペーサ８１（図１では図示せず。図７参照）が挟み込まれる。その結果、羽根車本体１１ａは、駆動軸１８の段差部１８ａと押さえ部材４１との間に挟み込まれる。これにより、羽根車本体１１ａが駆動軸１８に固定される。

図７に示すように、この変形例では、羽根車本体１１ａのボス部３１の周囲に、円筒状のスペーサ８２を配置する。ボルト４２（図７では図示せず。図１参照）を駆動軸１８のボルト孔にねじ込むと、スペーサ８１、スペーサ８２およびカバー７０が駆動軸１８の段差部１８ａと押さえ部材４１（図７では図示せず。図１参照）との間に挟み込まれる。すると、カバー７０のボス孔７３の周囲部分は、スペーサ８２によって下方に押さえつけられる。その結果、羽根車本体１１ａを駆動軸１８に固定すると、それと同時に、カバー７０も羽根車本体１１ａに固定されることになる。なお、駆動軸１８の段差部１８ａ上方の大径部がスペーサ８２の外径より大きいような場合は、スペーサ８１を省略してもよい。

この変形例においても、比較的簡単な構成および比較的簡単な作業によって、カバー７０のボス孔７３の周囲部分を羽根車本体１１ａに押さえつけることができる。また、この変形例によれば、駆動軸１８に対する羽根車本体１１ａの取り付けと、羽根車本体１１ａに対するカバー７０の取り付けとを、１回の作業で併せて行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明は、遠心ポンプ用羽根車およびそれを備えた遠心ポンプについて有用である。

遠心ポンプの断面図である。 羽根車を下方から見た斜視図である。 羽根車を上方から見た斜視図である。 羽根車本体の平面図である。 羽根車の上側部分の部分断面図である。 羽根車の縦断面図である。 変形例に係る羽根車の上側部分の部分断面図である。

符号の説明

１０ 遠心ポンプ
１１ 羽根車
１１ａ 羽根車本体
２９ 吸込口
３１ ボス部
３２ 軸孔
３３ 窪み（凹部）
６２ ピン孔
７０ カバー
７１ 貫通孔
７２ ピン
７５ 止め輪（固定部材）
８０ バランスウェイト
８２ スペーサ（固定部材）

Claims (7)

1. 一端側に吸込口が形成され、他端側に軸方向外側に突出するボス部と軸方向内側に窪んだ凹部とが形成され、側方に吐出口が形成され、軸方向から見て渦巻き状に形成され且つ前記吸込口と前記吐出口とをつなぐ内部流路を区画する羽根を有する略円筒形状の羽根車本体と、
   前記羽根車本体のボス部を挿通させるボス孔が形成され、前記羽根車本体の前記凹部を覆うカバーと、
   を備えた遠心ポンプ用羽根車であって、
   前記羽根車本体の他端側には、ピンが嵌め込まれるピン孔が形成され、
   前記カバーには、ピンが貫通される貫通孔が形成され、
   実質的に前記カバーから突出しないように前記カバーの貫通孔を貫通して前記羽根車本体のピン孔に嵌め込まれるピンと、
   前記カバーのボス孔の周囲部分を他端側から押さえつけることによって固定する固定部材と、
   を備えた遠心ポンプ用羽根車。
2. 請求項１に記載の遠心ポンプ用羽根車において、
   前記カバーの裏側に固定されたバランスウェイトをさらに備えた遠心ポンプ用羽根車。
3. 請求項１または２に記載の遠心ポンプ用羽根車において、
   前記固定部材は、止め輪である遠心ポンプ用羽根車。
4. 請求項１または２に記載の遠心ポンプ用羽根車において、
   前記羽根車本体のボス部の内側には、段差部を有する駆動軸を挿通させる軸孔が形成され、
   前記固定部材は、前記ボス部の周囲に配置され且つ前記駆動軸の段差部と前記カバーとの間に介在する略円筒形状のスペーサである遠心ポンプ用羽根車。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の遠心ポンプ用羽根車において、
   前記カバーは、前記羽根車本体への取付状態において、半径方向の内側の方が外側よりも前記羽根車本体の前記凹部側に位置するように撓んでいる遠心ポンプ用羽根車
6. 請求項５に記載の遠心ポンプ用羽根車において、
   前記カバーは、ばね鋼によって形成されている遠心ポンプ用羽根車。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の遠心ポンプ用羽根車を備えた遠心ポンプ。

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