JP2022015674A - 水中ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】全揚程をより大きくすることが可能な水中ポンプを提供する。
【解決手段】この水中ポンプ１００は、水中ポンプ本体１００ａの片側に回転軸１に沿って延びる片側水路６が設けられた水中ポンプであって、回転軸１の一端１０ａに取り付けられる羽根車４と、羽根車４が内側に配置されたポンプケーシング５とを備え、ポンプケーシング５は、回転軸１の軸方向から見て、羽根車４が配置されるポンプ室５ａと片側水路６の入口開口６ａとの間に配置された舌部５３と、回転軸１の軸方向から見て、ポンプケーシング５の内表面５５と舌部５３との間に設けられ、入口開口６ａに上流側から直接接続される接続水路５４とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、水中ポンプに関するものである。

従来、羽根車を備える水中ポンプが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、水中ポンプ本体の片側に回転軸に沿って延びる流路が設けられた水中モータポンプ（いわゆる片水路ポンプ）が開示されている。水中モータポンプは、回転軸の下端に設けられた羽根車を回転させることによりポンプケーシングに設けられた吸込口から水を吸い込むとともに、水中ポンプ本体の片側の流路を介して水を上方の吐出口に向けて送るように構成されている。

実公平３－８７８９０号公報

上記特許文献１には明記されていないが、水中ポンプ本体の片側に流路が設けられた水中ポンプ（いわゆる片水路ポンプ）の分野においては、従来から、全揚程をより大きくすることが望まれており、いかにして全揚程をより大きくするかという課題が存在する。上記特許文献１に記載の水中モータポンプにおいても、いかにして全揚程をより大きくするかという課題が存在する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、全揚程をより大きくすることが可能な水中ポンプを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における水中ポンプは、水中ポンプ本体の片側に回転軸に沿って延びる片側水路が設けられた水中ポンプであって、回転軸の一端に取り付けられる羽根車と、羽根車が内側に配置されたポンプケーシングとを備え、ポンプケーシングは、回転軸の軸方向から見て、羽根車が配置されるポンプ室と片側水路の入口開口との間に配置された舌部と、回転軸の軸方向から見て、ポンプケーシングの内表面と舌部との間に設けられ、入口開口に上流側から直接接続される接続水路とを含む。

この発明の一の局面による水中ポンプでは、上記のように、回転軸の軸方向から見て、羽根車が配置されるポンプ室と片側水路の入口開口との間に配置された舌部と、回転軸の軸方向から見て、ポンプケーシングの内表面と舌部との間に配置され、入口開口に上流側から直接接続される接続水路とを、ポンプケーシングに設ける。これによって、ポンプ室と片側水路とを接続水路を介して接続することができる。このため、ポンプ室と片側水路とを直接接続する場合と比較して、片側水路の直前に設けられる接続水路において、水の流れ（流路断面積）を小さく絞るとともに水の流れを整えることができるので、片側水路に対してより早い速度で滑らかに水を流入させることができる。その結果、水中ポンプの全揚程をより大きくすることができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、片側水路は、下流側から上流側の入口開口に向けて、流路断面積が徐々に小さくなるように形成されている。このように構成すれば、片側水路の入口開口において、水の流れ（流路断面積）を小さく絞ることができるので、片側水路に対してより早い速度で水を流入させることができる。また、片側水路の流路断面積を急に変化させるのではなく、徐々に小さくなるように変化させることによって、流路断面積の急な変化により水の流れが乱れるのを抑制することができる。以上の結果、水中ポンプの全揚程をより一層大きくすることができる。

この場合、好ましくは、軸方向において、吸込口側とは逆側からポンプケーシングに対して設置されるモータフレームを含むモータをさらに備え、片側水路は、モータフレームおよびポンプケーシングに跨るように形成されており、下流側のモータフレームから、上流側のポンプケーシングに向けて、流路断面積が徐々に小さくなるように形成されている。このように構成すれば、ポンプケーシングに設けられる片側水路だけでなく、モータフレームに設けられる片側水路についても、流路断面積が徐々に小さくなるように形成することができるので、比較的大きな範囲に渡って片側水路を、流路断面積が徐々に小さくなるように形成することができる。このため、流路断面積の急な変化をより抑制することができるので、水中ポンプの全揚程をさらに大きくすることができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、羽根車は、板状部と、板状部の吸込口側に設けられた羽根部とを含み、羽根部は、羽根部の内周側の部分が外周側に傾斜している。このように構成すれば、羽根部の内周側において、羽根部を外周側に傾斜させることにより、吸込口から羽根部の間に最初に水を取り込む内周側の開口部分をより大きく確保することができる。このため、吸込性能を向上させ、大流量側での損失を低減でき、大流量側の揚程を大きくすることができる。

この場合、好ましくは、羽根部は、軸方向の大きさが、羽根車の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなるように形成され、ポンプケーシングの羽根部に対向する対向面は、軸方向に直交する方向から見て、徐々に小さくなる羽根部の軸方向の大きさに対応して、羽根車の内周側から外周側に向けて傾斜している。このように構成すれば、ポンプケーシング内における入口側と出口側の面積比を変えて損失を低減することができるので、水中ポンプの全揚程をさらに大きくすることができる。

上記羽根部の内周側の部分が外周側に傾斜している構成において、好ましくは、羽根車は、羽根部の間に形成される水路の流路断面積が羽根車の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。このように構成すれば、内周側（入口側）に比べ外周側（出口側）の羽根幅を小さくすることで、羽根車の外径を大きくすることができるため、小流量域における水中ポンプの全揚程をさらに大きくすることができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、軸方向において、吸込口側とは逆側からポンプケーシングに対して設置されるモータフレームを含むモータをさらに備え、片側水路の内表面は、モータフレームと吐出口との間において、段差のない滑らかな形状に形成されている。このように構成すれば、段差がある場合と異なり、片側水路を通る水の流れが乱れることを防止することができるので、水中ポンプの全揚程をより一層大きくすることができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、舌部は、回転軸の軸方向から見て、ポンプ室の中心付近と片側水路の入口開口との間を区画するように、入口開口よりも上流側まで延びている。このように構成すれば、ポンプ室の中心付近と片側水路の入口開口との間を直接接続する方向ではなく、羽根車によってポンプ室内に発生する水の流れに沿った方向に延びるように、接続水路を配置することができる。このため、ポンプ室から接続水路により早い速度で滑らかに水を流入させることができるので、水中ポンプの全揚程をより一層大きくすることができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、ポンプケーシングは、接続水路に対して回転軸の他端側に設けられるとともに接続水路を形成する面を含み、接続水路を形成する面は、回転軸の軸方向から見たポンプケーシングの内表面と舌部とを互いに接続している。このように構成すれば、回転軸の軸方向から見たポンプケーシングの内表面と舌部とを互いに接続して、接続水路を形成する面が、ポンプケーシングとは異なる蓋状の別部材により構成される場合と比較して、部品点数を少なくして装置構成を簡素化することができる。

上記下流側から上流側に向けて片側水路の流路断面積が徐々に小さくなる構成において、好ましくは、モータフレームには、下流側のモータフレームから上流側のポンプケーシングに向けて片側水路の流路断面積が徐々に小さくなるのに合わせて、下流側から上流側に向けて、外観形状が徐々に小さくなる縮小部が設けられている。このように構成すれば、縮小部によりポンプケーシング側に確保された縮小部の周囲のスペースによって、より片側水路に近い位置に、ポンプケーシングとモータフレームとの固定部材を配置することが可能となる。このため、ポンプケーシングとモータフレームとを互いに強固に固定して、ポンプケーシングとモータフレームとの間からの水漏れを効果的に抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、全揚程をより大きくすることが可能な水中ポンプを提供することができる。

実施形態による水中ポンプの全体構成を示した概略図である。 図１のポンプケーシングおよび羽根車を拡大して示した図である。 図１の９０－９０線に沿った断面図である。 実施形態による水中ポンプのポンプケーシングの平面図である。 図１の９１－９１線に沿った矢視図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

［実施形態］
（水中ポンプの構成）
図１～図３を参照して、本実施形態の水中ポンプ１００について説明する。水中ポンプ１００は、回転軸１の回転中心軸線αが上下方向（Ｚ方向）に延びる縦型の電動ポンプである。また、水中ポンプ１００は、水中ポンプ本体１００ａの片側に回転軸１に沿って延びる片側水路６が設けられたいわゆる片水路ポンプである。なお、一例ではあるが、本実施形態の水中ポンプ１００は、山間におけるトンネルの作業現場など、特に大きな全揚程が必要とされる現場で使用される。

図１に示す片側水路６は、ポンプ室５ａ内の水を吐出口１０１ｂに向けて流す水路である。片側水路６は、後述するポンプケーシング５、モータフレーム２２およびブラケット２４の各部材に跨るように形成されている。すなわち、ポンプケーシング５には、片側水路６の最上流の一部分が形成されている。ブラケット２４には、片側水路６の最下流の一部分が形成されている。モータフレーム２２には、ポンプケーシング５とブラケット２４との間に位置する片側水路６の一部分が形成されている。

各図では、回転軸１の回転中心軸線αの延びる方向をＺ方向により示し、Ｚ方向のうち羽根車４側からモータ２側を向く方向をＺ１方向（上方）により示し、Ｚ１方向の反対方向（下方）をＺ２方向により示す。また、回転軸１（羽根車４）の半径方向をＲ方向により示す。Ｒ方向は、Ｚ方向に直交している。

水中ポンプ１００は、回転軸１と、モータ２と、吐出口１０１ｂに取り付けられるホースカップリング３と、羽根車４と、羽根車４が内側に配置されたポンプケーシング５と、上記の片側水路６とを備えている。水中ポンプ１００の下部には、異物の吸い込みを防ぐとともに、水中ポンプ１００を直立させるスタンドとして機能するストレーナ１０２が設けられている。なお、ホースカップリング３を設けずに、吐出口１０１ｂに配管を接続する場合もある。

（回転軸の構成）
回転軸１は、概して、上下方向（Ｚ方向）に延びる円柱形状を有している。回転軸１は、Ｚ２方向の一端１０ａ（下端）に羽根車４が取り付けられており、Ｚ１方向の他端１０ｂ（上端）側にモータ２（回転子２１）が固定されている。回転軸１は、モータ２の駆動力を羽根車４に伝達する機能を有している。

回転軸１は、羽根車４のＺ１方向の端面を当接させる当接面１１を有している。当接面１１は、Ｚ方向において、回転軸１に対して羽根車４を位置決めする機能を有している。また、回転軸１は、下方側から羽根車４が嵌合されるとともに、図示しないキー部材が回転軸１と羽根車４との隙間に設置されるように構成されている。これによって、回転軸１は、回転軸１に対して羽根車４が位置決めされるように構成されている。その結果、回転軸１と羽根車４との回転が同期される。

（モータの構成）
モータ２は、回転軸１を回転駆動させるように構成されている。そして、モータ２は、回転軸１を介して羽根車４を回転駆動させるように構成されている。詳細には、モータ２は、コイルを有する固定子２０と、固定子２０の内周側に配置された回転子２１と、モータフレーム２２と、上部軸受２３ａと、下部軸受２３ｂと、ブラケット２４とを含んでいる。なお、回転軸１もモータ２に含まれる構成である。

回転子２１には、回転軸１が固定されている。モータ２は、固定子２０により磁界を発生させることによって、回転子２１とともに回転軸１を回転駆動させるように構成されている。モータフレーム２２は、固定子２０および回転子２１を覆っている。上部軸受２３ａおよび下部軸受２３ｂは、それぞれ、回転軸１の上方側および下方側を回転可能に支持している。ブラケット２４には、上部軸受２３ａが設置されている。ブラケット２４は、上方からモータフレーム２２に固定されている。下部軸受２３ｂは、互いに上下に重なり合い、互いに異なる向きの２つのアンギュラ玉軸受から構成されている。下部軸受２３ｂをこのように構成することで、両方向の異なる向きのアキシャル荷重に対応することが可能となり、小流量側および大流量側のいずれの場合におけるアキシャル荷重にも対応することが可能となる。

モータフレーム２２は、回転軸１の軸方向（Ｚ方向）において、吸込口１０１ａ側とは逆側（上方側）からポンプケーシング５に対して設置されている。モータフレーム２２は、内側に固定子２０および回転子２１を配置するモータ室２ａを形成するフレーム部２２ａと、片側水路６の一部分を形成するフレーム部２２ｂとを有している。

フレーム部２２ａおよびフレーム部２２ｂは、ともに、上下方向に貫通する貫通穴が設けられた筒状に形成されている。フレーム部２２ｂは、回転軸１（羽根車４）の半径方向（Ｒ方向）において、フレーム部２２ａの外周側に配置されている。

ブラケット２４は、片側水路６の最下流の一部分を形成している。ブラケット２４には、水平方向（Ｚ方向に直交する方向）に対して傾斜した吐出口１０１ｂが設けられている。ブラケット２４には、吐出口１０１ｂを覆うように上方側からホースカップリング３が取り付けられている。

（ホースカップリングの構成）
ホースカップリング３は、円筒形状を斜めに切断した形状を有している。すなわち、ホースカップリング３は、円筒形状が延びる方向に対して傾斜した傾斜端面３０を有している。

ホースカップリング３は、固定部材Ｆによりブラケット２４に対して固定されている。ホースカップリング３の傾斜端面３０は、固定部材Ｆにより、ホースカップリング３がブラケット２４に固定された状態で、ブラケット２４に上方側から対向している。

ホースカップリング３は、固定部材Ｆによる固定を解除した上で、傾斜端面３０をブラケット２４に対向させながら、吐出口１０１ｂに対して回動させることにより、吐出口１０１ｂから吐出される水の流れ方向を切り換え可能に構成されている。具体的には、ホースカップリング３は、吐出口１０１ｂから吐出された水が、吐出口１０１ｂの直上に流れる状態と、直上に対して所定角度θ傾斜した方向に流れる状態とを切り換え可能に構成されている。

（羽根車の構成）
図２に示すように、羽根車４は、ポンプケーシング５の内側のポンプ室５ａに配置されている。羽根車４は、セミオープン型の羽根車である。すなわち、羽根車４は、板状部（シュラウド）４０と、板状部４０の吸込口１０１ａ側（下方側）に設けられた複数の羽根部（ベーン）４１とを含んでいる。

また、羽根車４には、板状部４０の上方側（羽根部４１側とは逆側）に裏羽根４ａが設けられている。裏羽根４ａは、羽根車４に作用する下方への負荷を抑制する機能を有している。すなわち、裏羽根４ａは、ポンプ運転中において、軸受に作用する負荷を抑制する機能を有している。

また、羽根車４とポンプケーシング５との間には、ラビリンスシールＬＳが設けられており、ポンプ室５ａとオイル室７の間には空間８が設けられている。このため、ポンプ室５ａ内の圧力が、直接オイル室７に負荷されることを回避している。この空間８に対するポンプ室５ａからの水の漏れは、ポンプ室５ａ内の圧力が高いほど多くなり、ポンプケーシング５から吐出される水の量を減らしてしまうこととなる。ポンプ室５ａと、空間８の間にラビリンスシールＬＳを配置することで、ポンプ室５ａから空間８への漏れを低減し、高圧時でもより多い水をポンプケーシング５から吐出させることが可能となる。

板状部４０は、Ｚ方向に直交する方向に延びる円形の平板形状に形成されている。

羽根部４１は、軸方向（Ｚ方向）の大きさＤが、羽根車４の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。すなわち、羽根車４（羽根車４）は、側面視において、羽根車４の内周側が下方（Ｚ２方向）に突出するように山形状（山なり）に形成されている。

羽根部４１は、羽根部４１の内周側の部分４１ａが外周側に傾斜している。すなわち、羽根部４１の内周側の部分４１ａは、板状部４０に接続される羽根部４１の根元から、羽根部４１の下端（Ｚ２方向の端部）に向けて徐々に回転軸１から離間するように、傾斜している。

羽根車４は、断面図（図２参照）において羽根部４１の羽根幅が、羽根車４の外周側に向かって狭く構成されているので、羽根部４１の間に形成される水路４２の流路断面積Ｓ１が羽根車４の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。すなわち、羽根車４は、吐出口１０１ｂを介して、複数の羽根部４１の間の水路４２に水を取り込む内周側において、多量の水を取り込むことが可能なように形成されている。

また、羽根車４は、複数の羽根部４１の間の水路４２から羽根車４の外部に水を吐き出す外周側において、水の流速を増大させることが可能なように形成されている。このため、水中ポンプ１００は、片側水路６に勢いよく水を導入することによって、全揚程を大きくすることが可能に構成されている。

（ポンプケーシングの構成）
図３に示すように、ポンプケーシング５は、羽根車４が内側に配置され、内側にポンプ室５ａが設けられている。ポンプケーシング５は、片側水路６の最上流の一部分を形成している。すなわち、ポンプケーシング５には、片側水路６にポンプ室５ａからの水を導入する入口開口６ａが設けられている。なお、図３では、説明の便宜上、ポンプケーシング５を分割した状態（断面）で図示し、羽根車４を分割していない状態で図示している。

ポンプケーシング５は、ポンプケーシング本体５０と、ポンプケーシング本体５０に着脱可能に取り付けられるサクションカバー５１とを含んでいる。

サクションカバー５１は、吸込口１０１ａを有している。サクションカバー５１は、回転軸１に羽根車４を取り付ける際に、ポンプケーシング本体５０から取り外される。

ポンプケーシング５（サクションカバー５１）の羽根部４１に下方側から対向する対向面５２は、回転軸１の軸方向（Ｚ方向）に直交する方向から見て（側面視において）、内周側から外周側に向けて徐々に小さくなる羽根部４１の軸方向の大きさに対応して、羽根車４の内周側から外周側に向けて傾斜している。

すなわち、ポンプケーシング５（サクションカバー５１）の対向面５２は、側面視において、羽根部４１の下端から略一定の比較的小さな隙間を隔てて配置されている。このため、ポンプケーシング５（サクションカバー５１）の対向面５２は、側面視において、羽根車４の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなる羽根部４１に沿って傾斜するように形成されている。

ポンプケーシング５（ポンプケーシング本体５０）は、舌部５３と、接続水路（スロート）５４とを含んでいる。

舌部５３は、回転軸１の軸方向（Ｚ方向）から見て、羽根車４が配置されるポンプ室と片側水路６の入口開口６ａとの間に配置されている。舌部５３とは、ポンプケーシング５内で羽根車４の羽根部４１間の水路４２から吐き出された水を集める渦巻き状のボリュートの巻き始めの部分である。

舌部５３は、回転軸１の軸方向（Ｚ方向）から見て、ポンプ室５ａの中心付近（回転軸１の回転中心軸線α付近）と片側水路６の入口開口６ａとの間を区画するように、入口開口６ａよりも上流側まで延びている。

すなわち、ポンプケーシング５は、回転軸１の軸方向（Ｚ方向）から見て、回転軸１の回転中心軸線αと入口開口６ａとを直線Ｌにより結んだ場合、回転中心軸線αと入口開口６ａと結ぶ直線Ｌ上には、舌部５３が常に位置するように構成されている。

接続水路５４は、ポンプ室５ａと片側水路６とを繋ぐ水路である。接続水路５４は、回転軸１の軸方向（Ｚ方向）から見て、ポンプケーシング５の内表面５５と舌部５３との間に設けられている。ポンプケーシング５の内表面５５は、回転軸１の軸方向から見て、回転軸１（羽根車４）の半径方向（Ｒ方向）において、舌部５３の外周側に配置されている。接続水路５４は、入口開口６ａに上流側から直接接続されている。

ポンプケーシング５は、接続水路５４に対して回転軸１の他端１０ｂ側（Ｚ１方向側）に設けられるとともに、接続水路５４を形成する上面５６ａを含んでいる。接続水路５４を形成する上面５６ａは、回転軸１の軸方向から見たポンプケーシング５の内表面５５と舌部５３とを互いに接続している。なお、上面５６ａは、特許請求の範囲の「面」の一例である。

また、ポンプケーシング５は、接続水路５４に対して回転軸１の一端１０ａ側（Ｚ２方向側）に設けられるとともに、接続水路５４を形成する下面５６ｂ（図２参照）を含んでいる。接続水路５４は、舌部５３、内表面５５、上面５６ａおよび下面５６ｂに囲まれることにより、ポンプ室５ａと片側水路６とを繋ぐ管状に形成されている。

図１に示すように、モータ２とポンプ室５ａとの間にはオイル室７が設けられている。オイル室７には、メカニカルシール７０およびオイルリフター７１が設置されている。また、図示していないがオイル室７内には電極式の浸水検知部を配置してもよい。

ポンプケーシング５とモータフレーム２２とは、ポンプケーシング５とモータフレーム２２との間にオイル室７を直接挟むことがないように、オイル室７の外周側の当接部Ｃにおいて、互いに直接当接している。これによって、水中ポンプ１００は、考慮しなければならない部品公差を減らすことができるので、高い組立性を確保することができる。

図４に示すように、ポンプケーシング５の上方端部には、一対の小型フランジ部ＦＬ１と、１つの大型フランジ部ＦＬ２（図５も合わせて参照）とが設けられている。小型フランジ部ＦＬ１および１つの大型フランジ部ＦＬ２は、ポンプケーシング５をモータフレーム２２に固定するための構成である。一対の小型フランジ部ＦＬ１には、固定部材を取り付けるためのネジ穴Ｈ１０が１つずつ設けられている。大型フランジ部ＦＬ２は、内側に大型フランジ部ＦＬ２を貫通するように片側水路６が配置されている。

ここで、図４および図５では、回転軸１と片側水路６とが並ぶ方向をＡ方向により示し、Ａ方向に直交する方向をＢ方向により示す。Ａ方向およびＢ方向はともにＺ方向に直交する方向である。

大型フランジ部ＦＬ２には、固定部材Ｆａ（図５参照）を取り付けるための一対のネジ穴Ｈ２０と、固定部材Ｆｂ（図５参照）を取り付けるための一対のネジ穴Ｈ２１とが設けられている。

一対のネジ穴Ｈ２０は、大型フランジ部ＦＬ２のＢ方向の両端部近傍で、かつ、大型フランジ部ＦＬ２の内周側に配置されている。

一対のネジ穴Ｈ２１は、大型フランジ部ＦＬ２の外周端部近傍に配置されている。また、一対のネジ穴Ｈ２１は、Ｂ方向において、一対のネジ穴Ｈ２０の内側に配置されている。すなわち、一対のネジ穴Ｈ２１は、Ｂ方向において、一対のネジ穴Ｈ２０よりも片側水路６に近い位置に配置されている。さらに、一対のネジ穴Ｈ２１は、Ｂ方向において、片側水路６が設けられる範囲の内側に配置されている。

このような片側水路６に近接したネジ穴Ｈ２１の配置は、モータフレーム２２の後述する縮小部２２ｃ（縮小部２２ｃの外観形状が小さくなるＺ２方向側の部分）によって、縮小部２２ｃの周囲に確保されたスペースにより実現されている。また、縮小部２２ｃの周囲に確保されたスペースにより、上方側（モータフレーム２２）から固定部材ＦａおよびＦｂを挿入すること（取り付けること）が実現されている。

このように、水中ポンプ１００は、片側水路６に近い位置で、固定部材Ｆａによるポンプケーシング５とモータフレーム２２との固定が行われるため、ポンプケーシング５とモータフレーム２２とを強固に固定して、ポンプケーシング５とモータフレーム２２との間からの水漏れを効果的に抑制することができる。

ここで、ポンプケーシング５とモータフレーム２２との間には、二点鎖線で示す範囲にパッキンＰが設置されている。水中ポンプ１００は、図４に示すように大型フランジ部ＦＬ２の外周端部のネジ穴の位置をＨ２１で示す位置に設けているので、図４のハッチングで示す位置付近にネジ穴を設けた場合と比較してパッキンＰの必要面積を小さくすることができるため、パッキンＰに加わる圧力を従来よりも大きくすることができる。縮小部２２ｃを設け、ネジ穴の位置を最適化した結果、水中ポンプ１００は、パッキンＰにより従来よりも確実に水密状態を確保することが可能となった。

（片側水路の構成）
図１に示すように、片側水路６は、下流側から上流側の入口開口６ａに向けて、流路断面積Ｓ２が徐々に小さくなるように形成されている。言い換えると、片側水路６は、上流側の入口開口から下流側に向けて、流路断面積Ｓ２が徐々に大きくなる末広がり形状に形成されている。

詳細には、片側水路６は、上記の通り、モータフレーム２２およびポンプケーシング５に跨るように形成されており、下流側のモータフレーム２２から、上流側のポンプケーシング５に向けて、流路断面積Ｓ２が徐々に小さくなるように形成されている。

すなわち、片側水路６は、入口開口６ａ付近において、水の通る経路が絞られるように形成されている。このため、片側水路６は、入口開口６ａ付近において、水の流速を増大させることが可能である。このように、水中ポンプ１００は、片側水路６に勢いよく水を導入するように形成されることによって、全揚程を大きくすることが可能に構成されている。

なお、モータフレーム２２には、下流側のモータフレーム２２から上流側のポンプケーシング５に向けて片側水路６の流路断面積が徐々に小さくなるのに合わせて、下流側から上流側に向けて、外観形状が徐々に小さくなる縮小部２２ｃが設けられている（図５参照）。なお、縮小部２２ｃは、上記のフレーム部２２ｂのうちの下方側の一部分である。このように、流路を絞った縮小部２２ｃを設けることでポンプ性能を向上させることが可能となり、流路の幅を広くしたフレーム２２ｂを設けることで、流路を流れる水がモータ２内の部品に接する面積を増やし、モータ２に対する冷却性を向上させることが可能となる。

片側水路６の内表面６０は、モータフレーム２２と吐出口１０１ｂとの間において、段差のない滑らかな形状（平滑化された形状）に形成されている。すなわち、片側水路６の内表面６０は、ブラケット２４に設けられる最下流の部分において、段差のない滑らかな形状に形成されている。

なお、片側水路６の内表面６０は、ポンプケーシング５およびモータフレーム２２に設けられる上流側の部分においても、同様に、段差のない滑らかな形状に形成されている。このように、水中ポンプ１００は、内表面６０を段差のない滑らかな形状に形成して、片側水路６内での水のエネルギー損失を低減させることによって、全揚程を大きくすることが可能に構成されている。

（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、回転軸１の軸方向から見て、羽根車４が配置されるポンプ室５ａと片側水路６の入口開口６ａとの間に配置された舌部５３と、回転軸１の軸方向から見て、ポンプケーシング５の内表面５５と舌部５３との間に配置され、入口開口６ａに上流側から直接接続される接続水路５４とを、ポンプケーシング５に設ける。これによって、ポンプ室５ａと片側水路６とを接続水路５４を介して接続することができる。このため、ポンプ室５ａと片側水路６とを直接接続する場合と比較して、片側水路６の直前に設けられる接続水路５４において、水の流れ（流路断面積）を小さく絞るとともに水の流れを整えることができるので、片側水路６に対してより早い速度で滑らかに水を流入させることができる。その結果、水中ポンプ１００の全揚程をより大きくすることができる。

本実施形態では、上記のように、片側水路６は、下流側から上流側の入口開口６ａに向けて、流路断面積Ｓ２が徐々に小さくなるように形成されている。これによって、片側水路６の入口開口６ａにおいて、水の流れ（流路断面積Ｓ２）を小さく絞ることができるので、片側水路６に対してより早い速度で水を流入させることができる。また、片側水路６の流路断面積Ｓ２を急に変化させるのではなく、徐々に小さくなるように変化させることによって、流路断面積Ｓ２の急な変化により水の流れが乱れるのを抑制することができる。以上の結果、水中ポンプ１００の全揚程をより一層大きくすることができる。

本実施形態では、上記のように、軸方向において、吸込口１０１ａ側とは逆側からポンプケーシング５に対して設置されるモータフレーム２２を含むモータ２をさらに備え、片側水路６は、モータフレーム２２およびポンプケーシング５に跨るように形成されており、下流側のモータフレーム２２から、上流側のポンプケーシング５に向けて、流路断面積Ｓ２が徐々に小さくなるように形成されている。これによって、ポンプケーシング５に設けられる片側水路６だけでなく、モータフレーム２２に設けられる片側水路６についても、流路断面積Ｓ２が徐々に小さくなるように形成することができるので、比較的大きな範囲に渡って片側水路６を、流路断面積Ｓ２が徐々に小さくなるように形成することができる。このため、流路断面積Ｓ２の急な変化をより抑制することができるので、水中ポンプ１００の全揚程をさらに大きくすることができる。

本実施形態では、上記のように、羽根車４は、板状部４０と、板状部４０の吸込口１０１ａ側に設けられた羽根部４１とを含み、羽根部４１は、羽根部４１の内周側の部分が外周側に傾斜している。これによって、羽根部４１の内周側において、羽根部４１を外周側に傾斜させることにより、吸込口１０１ａから羽根部４１の間に最初に水を取り込む内周側の開口部分をより大きく確保することができる。このため、吸込性能を向上させ、大流量側での損失を低減でき、大流量側の揚程を大きくすることができる。

本実施形態では、上記のように、羽根部４１は、軸方向の大きさＤが、羽根車４の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなるように形成され、ポンプケーシング５の羽根部４１に対向する対向面５２は、軸方向に直交する方向から見て、徐々に小さくなる羽根部４１の軸方向の大きさＤに対応して、羽根車４の内周側から外周側に向けて傾斜している。これによって、ポンプケーシング５内における入口側と出口側の面積比を変えて損失を低減することができるので、水中ポンプ１００の全揚程をさらに大きくすることができる。

本実施形態では、上記のように、羽根車４は、羽根部４１の間に形成される水路４２の流路断面積Ｓ１が羽根車４の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。これによって、内周側（入口側）に比べ外周側（出口側）の羽根幅を小さくすることで、羽根車４の外径を大きくすることができるため、小流量域における水中ポンプ１００の全揚程をさらに大きくすることができる。

本実施形態では、上記のように、軸方向において、吸込口１０１ａ側とは逆側からポンプケーシング５に対して設置されるモータフレーム２２を含むモータ２をさらに備え、片側水路６の内表面６０は、モータフレーム２２と吐出口１０１ｂとの間において、段差のない滑らかな形状に形成されている。これによって、段差がある場合と異なり、片側水路６を通る水の流れが乱れることを防止することができるので、水中ポンプ１００の全揚程をより一層大きくすることができる。

本実施形態では、上記のように、舌部５３は、回転軸１の軸方向から見て、ポンプ室５ａの中心付近と片側水路６の入口開口６ａとの間を区画するように、入口開口６ａよりも上流側まで延びている。これによって、ポンプ室５ａの中心付近と片側水路６の入口開口６ａとの間を直接接続する方向ではなく、羽根車４によってポンプ室５ａ内に発生する水の流れに沿った方向に延びるように、接続水路５４を配置することができる。このため、ポンプ室５ａから接続水路５４により早い速度で滑らかに水を流入させることができるので、水中ポンプ１００の全揚程をより一層大きくすることができる。

本実施形態では、上記のように、ポンプケーシング５は、接続水路５４に対して回転軸１の他端１０ｂ側に設けられるとともに接続水路５４を形成する上面５６ａを含み、接続水路５４を形成する上面５６ａは、回転軸１の軸方向から見たポンプケーシング５の内表面５５と舌部５３とを互いに接続している。これによって、回転軸１の軸方向から見たポンプケーシング５の内表面５５と舌部５３とを互いに接続して、接続水路を形成する上面がポンプケーシングとは異なる蓋状の別部材により構成される場合と比較して、部品点数を少なくして装置構成を簡素化することができる。

本実施形態では、上記のように、モータフレーム２２には、下流側のモータフレーム２２から上流側のポンプケーシング５に向けて片側水路６の流路断面積Ｓ２が徐々に小さくなるのに合わせて、下流側から上流側に向けて、外観形状が徐々に小さくなる縮小部２２ｃが設けられている。これによって、縮小部２２ｃでポンプケーシング５側に確保された縮小部２２ｃの周囲のスペースにより、より片側水路６に近い位置に、ポンプケーシング５とモータフレーム２２との固定部材Ｆａを配置することが可能となる。このため、ポンプケーシング５とモータフレーム２２とを互いに強固に固定して、ポンプケーシング５とモータフレーム２２との間からの水漏れを効果的に抑制することができる。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態において示した舌部の長さは一例にすぎず、図３に示したような例よりも長く舌部を形成してもよいし、接続水路が確実に設けられる状態で図３に示した例よりも短く舌部を形成してもよい。

また、上記実施形態では、下流側から上流側の入口開口に向けて、流路断面積が徐々に小さくなるように、片側水路を形成した例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、下流側から上流側の入口開口に向けて、流路断面積が徐々に大きくなるように、または、変化することがないように、片側水路を形成してもよい。

また、上記実施形態では、羽根部の内周側の部分を外周側に傾斜させた例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、羽根部の内周側の部分を外周側に傾斜させることなく、下方に延びるように形成してもよい。

また、上記実施形態では、羽根部の軸方向の大きさが、羽根車の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなるように、羽根車を形成した例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、羽根部の軸方向の大きさが、一定となるように、羽根車を形成してもよい。

また、上記実施形態では、ポンプケーシングの羽根部に対向する対向面を、軸方向に直交する方向から見て、傾斜させた例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、対向面を、水平方向に延びるように形成してもよい。

また、上記実施形態では、羽根部の間に形成される水路の流路断面積が、羽根車の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなるように、羽根車を形成した例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、羽根部の間に形成される水路の流路断面積が、羽根車の内周側から外周側に向けて変化することがない一定の大きさとなるように、羽根車を形成してもよい。

また、上記実施形態では、羽根車としてセミオープン型の羽根車を用いた例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、クローズド型の羽根車を用いてもよい。

１ 回転軸
２ モータ
４ 羽根車
５ ポンプケーシング
５ａ ポンプ室
６ 片側水路
６ａ 入口開口
１０ａ （回転軸の）一端
１０ｂ （回転軸の）他端
２２ モータフレーム
２２ｃ （モータフレームの）縮小部
４０ 板状部
４１ 羽根部
４２ （羽根部の間に形成された）水路
５２ 対向面
５３ 舌部
５４ 接続水路
５５ （ポンプケーシングの）内表面
５６ａ 上面（面）
６０ （片側水路の）内表面
１００ 水中ポンプ
１００ａ 水中ポンプ本体
１０１ａ 吸込口
１０１ｂ 吐出口

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における水中ポンプは、水中ポンプ本体の片側に回転軸に沿って延びる片側水路が設けられた水中ポンプであって、回転軸の一端に取り付けられる羽根車と、羽根車が内側に配置されたポンプケーシングとを備え、ポンプケーシングは、回転軸の軸方向から見て、羽根車が配置されるポンプ室と片側水路の入口開口との間に配置された舌部と、回転軸の軸方向から見て、ポンプケーシングの内表面と舌部との間に設けられ、入口開口に上流側から直接接続される接続水路とを含み、軸方向において、吸込口側とは逆側からポンプケーシングに対して設置されるモータフレームを含むモータをさらに備え、モータフレームは、内側にモータ室を形成する第１フレーム部と、片側水路の一部分を形成する第２フレーム部とを有し、モータフレームの第２フレーム部には、下流側のモータフレームから上流側のポンプケーシングに向けて片側水路の流路断面積が徐々に小さくなるのに合わせて、下流側から上流側に向けて、外観形状が徐々に小さくなる縮小部が設けられ、縮小部の周囲には、ポンプケーシングとモータフレームとを固定する固定部材の配置スペースが設けられている。

この発明の一の局面による水中ポンプでは、上記のように、回転軸の軸方向から見て、羽根車が配置されるポンプ室と片側水路の入口開口との間に配置された舌部と、回転軸の軸方向から見て、ポンプケーシングの内表面と舌部との間に配置され、入口開口に上流側から直接接続される接続水路とを、ポンプケーシングに設ける。これによって、ポンプ室と片側水路とを接続水路を介して接続することができる。このため、ポンプ室と片側水路とを直接接続する場合と比較して、片側水路の直前に設けられる接続水路において、水の流れ（流路断面積）を小さく絞るとともに水の流れを整えることができるので、片側水路に対してより早い速度で滑らかに水を流入させることができる。その結果、水中ポンプの全揚程をより大きくすることができる。
また、縮小部によりポンプケーシング側に確保された縮小部の周囲のスペースによって、より片側水路に近い位置に、ポンプケーシングとモータフレームとの固定部材を配置することが可能となる。このため、ポンプケーシングとモータフレームとを互いに強固に固定して、ポンプケーシングとモータフレームとの間からの水漏れを効果的に抑制することができる。

この場合、好ましくは、片側水路は、モータフレームおよびポンプケーシングに跨るように形成されており、下流側のモータフレームから、上流側のポンプケーシングに向けて、流路断面積が徐々に小さくなるように形成されている。このように構成すれば、ポンプケーシングに設けられる片側水路だけでなく、モータフレームに設けられる片側水路についても、流路断面積が徐々に小さくなるように形成することができるので、比較的大きな範囲に渡って片側水路を、流路断面積が徐々に小さくなるように形成することができる。このため、流路断面積の急な変化をより抑制することができるので、水中ポンプの全揚程をさらに大きくすることができる。

上記一の局面による水中ポンプにおいて、好ましくは、片側水路の内表面は、モータフレームと吐出口との間において、段差のない滑らかな形状に形成されている。このように構成すれば、段差がある場合と異なり、片側水路を通る水の流れが乱れることを防止することができるので、水中ポンプの全揚程をより一層大きくすることができる。

実開平３－８７８９０号公報

Claims (10)

1. 水中ポンプ本体の片側に回転軸に沿って延びる片側水路が設けられた水中ポンプであって、
   前記回転軸の一端に取り付けられる羽根車と、
   前記羽根車が内側に配置されたポンプケーシングとを備え、
   前記ポンプケーシングは、
   前記回転軸の軸方向から見て、前記羽根車が配置されるポンプ室と前記片側水路の入口開口との間に配置された舌部と、
   前記回転軸の軸方向から見て、前記ポンプケーシングの内表面と前記舌部との間に設けられ、前記入口開口に上流側から直接接続される接続水路とを含む、水中ポンプ。
2. 前記片側水路は、下流側から上流側の前記入口開口に向けて、流路断面積が徐々に小さくなるように形成されている、請求項１に記載の水中ポンプ。
3. 前記軸方向において、吸込口側とは逆側から前記ポンプケーシングに対して設置されるモータフレームを含むモータをさらに備え、
   前記片側水路は、前記モータフレームおよび前記ポンプケーシングに跨るように形成されており、下流側の前記モータフレームから、上流側の前記ポンプケーシングに向けて、流路断面積が徐々に小さくなるように形成されている、請求項２に記載の水中ポンプ。
4. 前記羽根車は、板状部と、前記板状部の吸込口側に設けられた羽根部とを含み、
   前記羽根部は、前記羽根部の内周側の部分が外周側に傾斜している、請求項１～３のいずれか１項に記載の水中ポンプ。
5. 前記羽根部は、前記軸方向の大きさが、前記羽根車の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなるように形成され、
   前記ポンプケーシングの前記羽根部に対向する対向面は、前記軸方向に直交する方向から見て、徐々に小さくなる前記羽根部の軸方向の大きさに対応して、前記羽根車の内周側から外周側に向けて傾斜している、請求項４に記載の水中ポンプ。
6. 前記羽根車は、前記羽根部の間に形成される水路の流路断面積が前記羽根車の内周側から外周側に向けて徐々に小さくなるように形成されている、請求項４または５に記載の水中ポンプ。
7. 前記軸方向において、吸込口側とは逆側から前記ポンプケーシングに対して設置されるモータフレームを含むモータをさらに備え、
   前記片側水路の内表面は、前記モータフレームと吐出口との間において、段差のない滑らかな形状に形成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の水中ポンプ。
8. 前記舌部は、前記回転軸の軸方向から見て、前記ポンプ室の中心付近と前記片側水路の前記入口開口との間を区画するように、前記入口開口よりも上流側まで延びている、請求項１～７のいずれか１項に記載の水中ポンプ。
9. 前記ポンプケーシングは、前記接続水路に対して前記回転軸の他端側に設けられるとともに前記接続水路を形成する面を含み、
   前記接続水路を形成する前記面は、前記回転軸の軸方向から見た前記ポンプケーシングの前記内表面と前記舌部とを互いに接続している、請求項１～８のいずれか１項に記載の水中ポンプ。
10. 前記モータフレームには、下流側の前記モータフレームから上流側の前記ポンプケーシングに向けて前記片側水路の流路断面積が徐々に小さくなるのに合わせて、下流側から上流側に向けて、外観形状が徐々に小さくなる縮小部が設けられている、請求項３に記載の水中ポンプ。
    

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