JP2019120224A - ポンプ用羽根車、ポンプ用ケーシング及びポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車の側板とポンプケーシングとの間の隙間に起因する圧力漏れを最小限にし、これにより、ポンプ性能を改善することができる、ポンプ用羽根車を提供する。【解決手段】ポンプ用羽根車であって、ポンプの回転軸に取り付けられる主板と、主板に固定される少なくとも１枚の羽根と、羽根を介して主板に対向するように配置される側板と、を備えており、側板は、羽根が固定される後面と、羽根車を収容するケーシングの内側表面との間に空間を形成する前面と、を備えており、側板の前面は、空間に対して突起または窪みを形成する少なくとも１つの段部を含み、段部の長さ方向両端部のうち一方の端部が、他方の端部より側板の外周側に配置されている、ポンプ用羽根車。【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ用羽根車、ポンプ用ケーシング及びポンプに関する。

ポンプ用羽根車として、主板と側板との間に羽根が挟まれて配置される、いわゆるクローズ形羽根車が使用される場合がある。クローズ形羽根車では、羽根車の側板と、羽根車を収容するポンプケーシング（またはポンプケーシングに取り付けられるライナーリング）との間に隙間が形成される。この隙間は、羽根車を回転させるために必然的に生じるものであるが、この隙間から生じる圧力漏れが、ポンプ性能低下の一因となる。

特許文献１は、吸泥ポンプのポンプケーシングの下方に漸次拡大させた傘状カバーを取り付けることを記載する。傘状カバーにより、羽根車からポンプの吸込み口側へ逆流した水を、旋回流へと変化させて固形物と共に吸引することにより、吸泥効率を高めることを記載している。特許文献２は、一枚羽根の羽根車を有する汚水用ポンプを記載する。特許文献２では、羽根車内で発生する逆流領域や低流速領域の発生を防止するように、羽根車の翼の厚みと翼角を翼巻角によって変化させることを提案している。

特開昭６０−２４７０８６号 特開平１１−６４９６号

本発明の一実施形態によれば、羽根車の側板とポンプケーシングとの間の隙間に起因する圧力漏れを最小限にし、これにより、ポンプ性能を改善することができる、ポンプ用羽根車を提供することができる。また、本発明の一実施形態によれば、羽根車の側板とポンプケーシングとの間の隙間に起因する圧力漏れを最小限にし、これにより、ポンプ性能を改善することができる、ポンプ用ケーシングを提供することができる。また、本発明の一実施形態によれば、上記ポンプ用羽根車及びポンプ用ケーシングの少なくとも一方を備えるポンプを提供することができる。

本発明の一実施形態によれば、ポンプ用羽根車であって、ポンプの回転軸に取り付けられる主板と、主板に固定される少なくとも１枚の羽根と、羽根を介して主板に対向するように配置される側板と、を備えており、側板は、羽根が固定される後面と、羽根車を収容するケーシングの内側表面との間に空間を形成する前面と、を備えており、側板の前面は、空間に対して突起または窪みを形成する少なくとも１つの段部を含み、段部の長さ方向両端部のうち一方の端部が、他方の端部より側板の外周側に配置されている、ポンプ用羽根車を提供することができる。

本発明の一実施形態によれば、羽根車を収容するポンプ用ケーシングであって、羽根車は、ポンプの回転軸に取り付けられる主板に羽根を介して対向するように配置される側板であって、羽根が固定される後面とポンプ用ケーシングの内側表面との間に空間を形成する前面とを有する側板を備えており、ポンプ用ケーシングの内側表面は、空間内で、羽根車の中心軸線周りの螺旋を形成する少なくとも１条の螺旋形状部を含み、螺旋形状部は、羽根車の回転方向と同じ巻き方向で側板の外周端部に近づくように延在する突起または溝
の形態を有している、ポンプ用ケーシングを提供することができる。

本発明の一実施形態によれば、上記ポンプ用羽根車及びポンプ用ケーシングの少なくとも一方を備えるポンプを提供することができる。

本発明の一実施形態による水中ポンプの一例を示す縦断面図である。 図１に示すポンプの羽根車の一例を示す断面図である。 図２Ａの下面図である。 羽根車の他の例を示す断面図である。 図３Ａの下面図である。 段部を構成する突起の断面形状の一例を示す図である。 段部を構成する突起の断面形状の一例を示す図である。 段部を構成する突起の断面形状の一例を示す図である。 段部を構成する突起の断面形状の一例を示す図である。 段部を構成する窪みの断面形状の一例を示す図である。 段部を構成する窪みの断面形状の一例を示す図である。 段部を構成する窪みの断面形状の一例を示す図である。 段部を構成する窪みの断面形状の一例を示す図である。 図１に示すポンプのポンプケーシングの一例を示す上面図である。 図６Ａのポンプケーシングの断面図である。 ポンプケーシングの他の例を示す、図６Ｂに対応する図である。 螺旋形状部を構成する溝の断面形状の一例を示す図である。 螺旋形状部を構成する溝の断面形状の一例を示す図である。 螺旋形状部を構成する溝の断面形状の一例を示す図である。 螺旋形状部を構成する溝の断面形状の一例を示す図である。 螺旋形状部を構成する突起の断面形状の一例を示す図である。 螺旋形状部を構成する突起の断面形状の一例を示す図である。 螺旋形状部を構成する突起の断面形状の一例を示す図である。 螺旋形状部を構成する突起の断面形状の一例を示す図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明はあくまでも一例を示すものであって、本願発明の技術的範囲を以下の実施形態に限定する趣旨ではない。また、図面では、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。尚、以下の説明において、「上」、「下」等の方向を示す用語は、図１に示すポンプの設置状態における方向を意味する。

図１は、本発明の一実施形態によるポンプの構造の一例を示す。図１は、主板と側板との間に羽根が挟まれて配置される、いわゆるクローズ形羽根車を備える水中ポンプを示している。図１のポンプは、主軸１を駆動するモータ部２と、主軸１の回転によって揚水を行うポンプ部３とを備えている。そして、ポンプ部３の圧力水がモータ部２側へ漏洩しないように、ポンプ部３とモータ部２の間で主軸１がメカニカルシール４で封止されている。

モータ部２では、主軸１と一体に回転するロータ５と、ステータ巻線を備えたステータ７とが、モータ室８内に収納されている。このモータ室８は、上方に開口した略円筒状のモータフレーム１０とモータフレーム１０の上端に連結したモータカバー１１で水密的に封止されているとともに、上部には、水中ケーブル１２が接続されている。

そして、主軸１は、モータカバー１１に取付けた上部軸受１３とモータフレーム１０の下端に連結した負荷側ブラケット１４の内周面に取付けた下部軸受１５を介して回転自在に支承されている。更に、モータカバー１１の上面には、湧水現場等へのポンプの吊下げや移動を行なう把手１６が設けられている。

一方、ポンプ部３は、一枚または複数枚（図示の例では一枚）の羽根４０を有し主軸１の先端にこれと一体に回転するように連結されたクローズ形の羽根車４１を備えている。

ポンプ部３は、羽根車４１を収容し、吐出口４２ａと吸込口４２ｂを有するポンプケーシング３０を備えている。羽根車４１は、吸込口４２ｂから湧水・汚水等を吸い込んで、ポンプケーシング３０の側面の吐出口４２ａから吐き出すようになっている。吐出口４２ａには、吐出曲管２４が連結されている。

ポンプケーシング３０は、吐出し側ケーシング部３２と、吸込み側ケーシング部３１と、を備えている。吐出し側ケーシング部３２は、その内周側が羽根４０の出口に向けて開放された出口室３０Ａを形成し、吐出口４２ａを含む。吸込み側ケーシング部３１は、吐出し側ケーシング部３２の下方に配置され、吸込口４２ｂを形成する。羽根車４１は、ポンプの主軸１に取り付けられる主板４４と、主板４４に固定される少なくとも１枚（図示の例では１枚）の羽根４０と、羽根４０を介して実質的に主板４４と対向して配置される側板４６と、を備えている。吸込み側ケーシング部３１は、側板４６の下方に配置される。羽根車４１の側板４６と吸込み側ケーシング部３１との間には、空間（以下、前室と称する）Ｓが存在する。

図２Ａは、図１の羽根車４１の詳細を説明する断面図である。側板４６は、羽根４０が固定される後面４６Ａと、ポンプケーシング３０（図示の例では吸込み側ケーシング部３１）の内側表面との間に前室Ｓ（図１を参照）を形成する前面４６Ｂと、を有する。また、図示の例では、側板４６は、その内周側端部が下方に突出し、羽根４０の入口へ通じる吸込み口４７を画定する吸込み部４８を形成している。図１に示すように、吸込み部４８は、吸込み側ケーシング部３１の吸込口４２ｂの近傍で、吸込み側ケーシング部３１の内側に配置されている。しかし、側板４６の吸込み部４８は、図示されるような突出部を形成していなくてもよい。

図１のように構成されたポンプでは、主板４４、羽根４０及び側板４６が一体となった羽根車４１が、主軸１により回転させられる。羽根車４１の回転により、側板４６の吸込み口４７から吸い込まれた水は、羽根４０に沿って主板４４と側板４６との間を流れ、羽根車４１の外周側の出口からポンプケーシング３０の出口室３０Ａに吐き出される。

図１に示すように、側板４６の外周端部と吸込み側ケーシング部３１の内側表面との間には隙間Ｃ１が形成され、側板４６の吸込み部４８と吸込み側ケーシング部３１の内側表面（ライナーリングが配置されている場合はライナーリング）との間には隙間Ｃ２が形成されている。これらの隙間Ｃ１、Ｃ２を通して圧力漏れが生じると、ポンプの性能が低下する。本実施形態では、以下に説明する羽根車４１の側板４６の前面４６Ｂに設けられる段部及び／又はポンプケーシング３０（図示の例では吸込み側ケーシング部３１）の内側表面に設けられる螺旋形状部によって、圧力漏れを最小限に抑制することができる。本発明の実施形態は、ポンプ部３の羽根車４１及びポンプケーシング３０の構成に特徴がある。従って、ポンプ部３の他の構成要素及びモータ部２の構成は、図１に参照して説明したもののほか、従来既知のいかなる構成であってもよい。

［羽根車４１について］
上記したように、図２Ａは、図１に示す羽根車４１の断面図である。また、図２Ｂは、
羽根車４１の側板４６を吸込み口４７側から見た図であり、羽根車４１の前面４６Ｂを示す図である。図２Ａに示すように、羽根車４１の側板４６は、羽根４０が固定される後面４６Ａと、ポンプケーシング３０（図示の例では吸込み側ケーシング部３１）との間に前室Ｓ（図１を参照）を形成する前面４６Ｂと、を有する。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、側板４６の前面４６Ｂは、前室Ｓ（すなわち、図２Ａの下方）に向けて突出し、吸込み部４８の周囲で羽根車４１の内周側から外周側に向けて直線状に延びる段部５０を含む。換言すれば、段部５０の長さ方向両端部５０ａ、５０ｂのうち、一方の端部５０ｂ（換言すれば、外周側端部）が、他方の端部５０ａ（換言すれば、内周側端部）より側板４６の外周側に配置されている。図示の例では、段部５０として、複数の突起部が、羽根車４１の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。尚、図示の例では、段部５０は、その全長にわたって同じ幅を有している。しかし、段部５０は、その長さに沿って変化する幅を有していてもよい。

これにより、羽根車４１の回転時、前室Ｓ内で、側板４６の外周端部とポンプケーシング３０の内側表面との間の隙間Ｃ１から漏れる圧力（すなわち、高圧側である出口室３０Ａから、低圧側である前室Ｓ内に漏れる圧力）に対抗する圧力を発生させることができる。具体的には、段部５０（図示の例では突起）が遠心羽根として作用し、羽根車４１の内周側から外周側に向けて圧力を増加させることができるので、隙間Ｃ１の近傍における圧力を高めることができる。従って、隙間Ｃ１を通る出口室３０Ａから前室Ｓ内への圧力漏れを最小限にすることができる。また、これにより、前室Ｓ内における、ポンプケーシング３０の吸込み口４２ｂ側の圧力の上昇が抑制されるので、吸込み部４８と吸込み側ケーシング部３１の内側表面との間の隙間Ｃ２を通じる前室Ｓから吸込み口４７への圧力漏れも抑制することができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、段部５０の変形例を示す。図２Ａ及び図２Ｂに示す段部５０は直線状であるが、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、側板４６の前面４６Ｂは、任意の曲率半径を有するＲ形状の段部５０Ａを有してもよい。この場合も、段部５０Ａの長さ方向両端部５０Ａ−ａ、５０Ａ−ｂのうち、一方の端部５０Ａ−ｂ（換言すれば、外周側端部）が、他方の端部５０Ａ−ａ（換言すれば、内周側端部）より側板４６の外周側に配置されている。尚、図３Ｂの例では、各段部５０Ａは、羽根車４１の外周端部に近づくにつれて幅が大きくなるように形成されているが、各段部５０Ａは、羽根車４１の外周端部に近づくにつれて幅が狭くなってもよく、各段部５０Ａの全長に沿って一定の幅を有していてもよい。

また、段部５０、５０Ａは図示されるような突起でなく、窪みの形態を有していてもよい。この場合には、段部５０、５０Ａの間の***部が遠心羽根として作用する。図４Ａ〜図４Ｄは、段部５０、５０Ａが突起である場合の断面形状の例を示し、図５Ａ〜図５Ｄは、段部５０、５０Ａが窪みである場合の断面形状の例を示す。しかし、図示されない断面形状も可能である。段部５０、５０Ａの数、長さ、幅、突出高さ（または深さ）等は特に限られない。また、段部５０、５０Ａの内周側端部及び外周側端部の位置は特に限られない。例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示す段部５０の内周側端部は、吸込み部４８に達していてもよい。また、図３Ａ及び図３Ｂに示す段部５０Ａの内周側端部は、吸込み部４８の外側の平板部に配置されていてもよい。また、段部５０、５０Ａの外周側端部の位置は、必ずしも側板４６の外周側端部と一致していなくてもよい。段部５０、５０Ａは、羽根車４１の回転時に側板４６の外周端部における空間Ｓ内の圧力を高める圧力発生部として機能することができればよい。

尚、段部５０、５０Ａは、従来の型成形によって側板４６に設けることができる。しかし、段部５０、５０Ａは、突起の形態を有する場合、側板４６と別個の部材であってもよ
い。また、段部５０、５０Ａは、窪みの形態を有する場合、成形後の側板４６を切削加工することにより形成されてもよい。

［ポンプケーシング３０について］
図６Ａは、図１に示すポンプのポンプケーシング３０の一例を示す上面図である。図６Ｂは、図６Ａのポンプケーシング３０の断面図である。図６Ａには、羽根車４１の回転方向が矢印Ｒで示されている。また、図６Ｂには、ポンプケーシング３０に収容される羽根車４１の側板４６の位置が破線で示されている。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、ポンプケーシング３０（図示の例では、吸込み側ケーシング部３１）の、前室Ｓに面する内側表面３１Ａには、羽根車４１の中心軸線周りの螺旋を形成する、少なくとも１条（図示の例では複数条）の螺旋形状部６０としての溝が形成されている。図６Ａに示すように、螺旋形状部６０は、吸込み口４２ｂ側から側板４６の外周方向へ向けて、時計回りに配置されている。換言すれば、螺旋形状部６０は、羽根車４１の回転方向Ｒと同じ巻き方向で、側板４６の外周端部に近づくように延在している。

これにより、羽根車４１の回転時、前室Ｓ内での水流が、側板４６の外周端部と吸込み側ケーシング部３１の内側表面との間の隙間Ｃ１に向かうように案内することができる。従って、高圧側である羽根車４１の出口側から低圧側である前室Ｓ内へと逆流する水の流れに対抗する水の流れを発生させることができる。従って、隙間Ｃ１から前室Ｓ内への圧力漏れを最小限にすることができる。また、これにより、前室Ｓ内の吸込み口４２ｂ側の圧力の上昇が抑制されるので、吸込み部４８と吸込み側ケーシング部３１の内側表面との間の隙間Ｃ２を通じる圧力漏れも抑制することができる。

螺旋形状部６０は、羽根車４１の回転時、前室Ｓ内に、側板４６の外周端部に向かう流れを案内する水流案内部として機能することができればよい。従って、螺旋形状部６０は溝でなく、図７に示す螺旋形状部６０Ａのように突起の形態を有していてもよい。図８Ａ〜図８Ｄは、溝の形態を有する螺旋形状部６０の断面形状の例を示し、図９Ａ〜図９Ｄは、突起の形態を有する螺旋形状部６０Ａの断面形状の例を示す。しかし、図示されない断面形状も可能である。螺旋形状部６０、６０Ａの条数、長さ、幅、突出高さ（または深さ）等は特に限られない。また、複数条の螺旋形状部６０、６０Ａが形成される場合、複数条のうち全ての螺旋形状部６０、６０Ａが突起であってもよく、全ての螺旋形状部６０、６０Ａが溝であってもよい。または、突起と溝の両方が形成されていてもよい。

螺旋形状部６０、６０Ａを有するポンプケーシング３０は、従来の鋳造方法を用いて製造することができる。すなわち、螺旋形状部６０、６０Ａを有するポンプケーシング３０は、対応する螺旋形状部を予め鋳型に形成しておくことにより形成することができる。しかし、螺旋形状部６０、６０Ａは、鋳造後のポンプケーシング３０に転造されてもよい。

上記実施形態のポンプは、段部５０、５０Ａが設けられた側板４６を有する羽根車４１と、螺旋形状部６０、６０Ａを有するポンプケーシング３０との組み合わせを備えている。しかし、他の実施形態によれば、ポンプは、段部５０、５０Ａが設けられた側板４６を有する羽根車４１と、従来既知のポンプケーシングとの組み合わせを備えていてもよい。また、他の実施形態によれば、ポンプは、従来既知のクローズ形羽根車と、螺旋形状部６０、６０Ａを有するポンプケーシング３０との組み合わせを備えてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記
載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

本発明は、以下の態様を含む。
１．ポンプ用羽根車であって、
ポンプの回転軸に取り付けられる主板と、
主板に固定される少なくとも１枚の羽根と、
羽根を介して主板に対向するように配置される側板と、を備えており、
側板は、羽根が固定される後面と、羽根車を収容するケーシングの内側表面との間に空間を形成する前面と、を備えており、
側板の前面は、空間に対して突起または窪みを形成する少なくとも１つの段部を含み、
段部の長さ方向両端部のうち一方の端部が、他方の端部より側板の外周側に配置されている、ポンプ用羽根車。
２．上記１．に記載のポンプ用羽根車であって、段部は、直線状である、ポンプ用羽根車。
３．上記１．に記載のポンプ用羽根車であって、段部は、Ｒ状に湾曲している、ポンプ用羽根車。
４．上記１．〜３．の何れかに記載のポンプ用羽根車であって、
側板は、複数の段部を含む、ポンプ用羽根車。
５．羽根車を収容するポンプ用ケーシングであって、
羽根車は、ポンプの回転軸に取り付けられる主板に羽根を介して対向するように配置される側板であって、羽根が固定される後面とポンプ用ケーシングの内側表面との間に空間を形成する前面とを有する側板を備えており、
ポンプ用ケーシングの内側表面は、空間内で、羽根車の中心軸線周りの螺旋を形成する少なくとも１条の螺旋形状部を含み、
螺旋形状部は、羽根車の回転方向と同じ巻き方向で側板の外周端部に近づくように延在する突起または溝の形態を有している、ポンプ用ケーシング。
６．上記５．に記載のポンプ用ケーシングであって、ポンプ用ケーシングの内側表面は、複数条の螺旋形状部を含む、ポンプ用ケーシング。
７．上記１．〜４．の何れかに記載のポンプ用羽根車と、上記４．または５．に記載のポンプ用ケーシングと、の組み合わせ。
８．上記１．〜４．の何れかに記載のポンプ用羽根車を備える、ポンプ。
９．上記５．または６．に記載のポンプ用ケーシングを備える、ポンプ。
１０．上記７．に記載の組み合わせを備える、ポンプ。

本発明は、いわゆるクローズ形羽根車を備えるポンプに広く適用可能である。

Ｃ 羽根車の中心軸線
Ｃ１、Ｃ２ 隙間
Ｒ 羽根車の回転方向
Ｓ 空間（前室）
１ 主軸
２ モータ部
３ ポンプ部
４ メカニカルシール
５ ロータ
７ ステータ
８ モータ室
１０ モータフレーム
１１ モータカバー
１２ ケーブル
１３ 上部軸受
１４ 負荷側ブラケット
１５ 下部軸受
１６ 把手
２４ 吐出曲管
３０ ポンプケーシング
３０Ａ 出口室
３１ 吸込み側ケーシング部
３２ 吐出し側ケーシング部
４０ 羽根
４１ 羽根車
４２ａ 吐出口
４２ｂ 吸込口
４４ 主板
４６ 側板
４６Ａ 後面
４６Ｂ 前面
４７ 吸込み口
４８ 吸込み部
５０、５０Ａ 段部
５０ａ、５０Ａ−ａ 内周側端部
５０ｂ、５０Ａ−ｂ 外周側端部
６０、６０Ａ 螺旋形状部

Claims (10)

1. ポンプ用羽根車であって、
   ポンプの回転軸に取り付けられる主板と、
   前記主板に固定される少なくとも１枚の羽根と、
   前記羽根を介して前記主板に対向するように配置される側板と、を備えており、
   前記側板は、前記羽根が固定される後面と、前記羽根車を収容するケーシングの内側表面との間に空間を形成する前面と、を備えており、
   前記側板の前記前面は、前記空間に対して突起または窪みを形成する少なくとも１つの段部を含み、
   前記段部の長さ方向両端部のうち一方の端部が、他方の端部より前記側板の外周側に配置されている、ポンプ用羽根車。
2. 請求項１に記載のポンプ用羽根車であって、
   前記段部は、直線状である、ポンプ用羽根車。
3. 請求項１に記載のポンプ用羽根車であって、
   前記段部は、Ｒ状に湾曲している、ポンプ用羽根車。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のポンプ用羽根車であって、
   前記側板は、複数の前記段部を含む、ポンプ用羽根車。
5. 羽根車を収容するポンプ用ケーシングであって、
   前記羽根車は、ポンプの回転軸に取り付けられる主板に羽根を介して対向するように配置される側板であって、前記羽根が固定される後面と前記ポンプ用ケーシングの内側表面との間に空間を形成する前面とを有する側板を備えており、
   前記ポンプ用ケーシングの前記内側表面は、前記空間内で、前記羽根車の中心軸線周りの螺旋を形成する少なくとも１条の螺旋形状部を含み、
   前記螺旋形状部は、前記羽根車の回転方向と同じ巻き方向で前記側板の外周端部に近づくように延在する突起または溝の形態を有している、ポンプ用ケーシング。
6. 請求項５に記載のポンプ用ケーシングであって、
   前記ポンプ用ケーシングの前記内側表面は、複数条の前記螺旋形状部を含む、ポンプ用ケーシング。
7. 請求項１〜４の何れか１項に記載のポンプ用羽根車と、
   請求項５または６に記載のポンプ用ケーシングと、の組み合わせ。
8. 請求項１〜４の何れか１項に記載のポンプ用羽根車を備える、ポンプ。
9. 請求項５または６に記載のポンプ用ケーシングを備える、ポンプ。
10. 請求項７に記載の組み合わせを備える、ポンプ。

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