JP2728467B2 - 吸込側自吸室形の立軸ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、遠心形ポンプに自吸機能を持たせるため
に、ポンプの吸込側に自吸室を設ける技術に関し、特に
高揚程のポンプに係る。

〔従来の技術〕

自吸機能の概要と自吸方式の種類並びに高揚程ポンプ
の従来の技術を説明する。

ａ）通常運転状態では遠心形ポンプの吸込圧が吸入管に
及ぶので、論理的にはトリチエリの原理によりポンプの
下方約10m、実際にはキャビテーション等により５〜8m
の水面から吸水できる。ポンプが空の状態から運転に入
る時には吸込圧は実質零となって吸水できないので、吸
込管に逆止弁を設けておいて吸込管全体に大量の呼び水
をして起動し、通常運転に継げる。

ｂ）逆止弁は故障の要因を持ち、大量の呼び水は大変
で、しかもポンプの停止毎に必要になることもあり、自
吸式ポンプが従来から使用されている。自吸式には吐出
側に気水分離室を設けるものがよく用いられ、例えば特
公昭57−44835号、特公昭59−48319号等に示されたもの
である。これはポンプが停止しても羽根車室と気水分離
室に水が残るようにし、自吸運転中にポンプの吸込圧で
吸込管内の水位を徐々に上昇させ、気水分離室で空気の
みを排出させ、水を羽根車室に漏れるように戻して自吸
を続行させる。この時、羽根車は水と空気が混合するも
のなので、取扱流体の密度に比例して揚程を生じる遠心
形ポンプでは流量も吸込圧も小さく、吸込管の長さと太
さや自吸機能の良否により通常数分〜10分で自吸が完了
し、すなわち吸込管内の水位がポンプに達し、通常運転
に至る。

この吐出側気水分離室形の自吸式ポンプは設置後の初
回のみ又は長時間運転を停止して気水分離室の水が蒸発
してしまった後の再運転の時だけ少量の呼び水で通常運
転に入るので都合がよい。しかし必ず自吸時間が存在す
るという性質がある。したがって、工作機械に研削液又
は切削液を送るクーラントポンプでは、自吸時間内で刃
物等の焼付の恐れがある。

ｃ）これに対し吸込側自吸室形のポンプもよく用いら
れ、例えば特開昭56−110593号、実開昭56−165996号等
に示されたものであり、日本電機工業会標準規格JEM124
2（1970）「クーラントポンプ」の自吸形である。吸込
側自吸室形ポンプには原理的に自吸時間がない。前記の
文献はこの原理まで説明するものではないので、以下に
この原理の要点を説明する。

吸込側自吸室形ポンプの基本構造は、遠心形羽根車を
収納する羽根車室の入口を上向きに配置し、この羽根車
室の上部に前記入口を介して連通する吸込側自吸込室を
設け、この吸込側自吸室の上部にポンプの吸込口を形成
し、前記羽根車室の出口に連通する吐出流路を上向きに
設けてその上端にポンプの吐出口を形成するものであ
る。逆止弁は必要でない。

ポンプが停止し、吐出管の先端が大気に開放している
と、吐出管、ポンプ、吸込管、貯水槽と連通する水は逆
流する。ポンプの中で吐出口、吐出流路、羽根車室、吸
込側自吸室、吸込口と連通する水路はＵ字状をしてい
る。従って吐出管内の水面が吐出流路の下端まで降下し
て来ると、いわゆるサイホンが切れて空気のみが羽根車
室、吸込側自吸室、吸込口を気泡状に逆流して逆込管内
に流れ込む。吸込管に生じた水面は降下して貯水槽の水
面近くに達しバランスして逆流が停止する。この間、吸
込側自吸室と羽根車室の水は大部分が残る。

ポンプを再起動すると、水で満されている羽根車は瞬
間に通常のポンプ作用を示して吐出管に水を圧送し、吸
込管内の水面も上昇される。瞬間自吸である。これは吸
込側自吸室の上部の空気が増し、その水面が低下して空
になっても水が補給されなくなるまで続く。それまでに
吸込管内の水が吸込側自給室に到達すれば、その水はこ
の室を落下し、羽根車室に連続して水を補給し、ポンプ
は通常運転を続ける。吸込側自吸室が空にならない基本
條件は吸込側自吸室の容積が吸込管内容積（管断面積×
長さ）より大きいということである。吸込側自吸室の上
部にたまる空気は、通常運転中に徐々に水に混入し吐出
されるが、羽根車内の取扱流体の密度を大きく下げるも
のではなく、前述の吐出側気水分離室形の自吸中の流量
・揚程の低下のような大きな低下はない。

ｄ）特公昭59−44518号、実開昭60−128997号は立軸多
段遠心ポンプの例であって、非自吸形である。高揚程を
得るために羽根車直径を大きくするには比速度等による
限界があり、多段に構成する。比速度の制約はないが、
羽根車を小径にして多段とし、立軸ポンプの設置床面積
を有利にすることもある。前記文献のものはいずれも多
段の羽根車室の入口を下向きに配置し、ポンプの下部に
吸込口を設けている。吐出口は後者が単純にポンプ上部
に設けるのに対し、前者は戻し通路で上部から下部に導
いて吐出口を設ける。いずれも吸込側に吸込側自吸室の
如きものを付加しても前述した吸込側自吸室の動作原理
からわかるように、自吸機能を発揮するわけがなく、吐
出側気水分離室を付加して自吸形に改良することは考え
られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の従来の技術を要約すると、 ａ）非自吸形は吸込側の貯水槽の水面がポンプより高い
か、低くてもほとんど連続運転する場合には何ら問題が
ない。しかし水面がポンプより低い場合には逆止弁の故
障要因を持ち、再起動の度に大量の呼び水を必要とす
る。

ｂ）吐出側気水分離室形はポンプの最大吸込揚程以内で
あれば、小量の呼び水で容易に自吸して通常運転に入れ
るが、自吸時間が原理上あって、それを待てない用途例
えば工業機械のクーラント液移送用には使用にしくい。

ｃ）吸込側自吸室形は吸込配管容積（管断面積×長さ）
に制限があるが瞬間に自吸する。

ｄ）高揚程の多段ポンプを自吸式にするとき、吐出側気
水分離室形を適用できるが、吸込側自吸室形には適用し
にくい。

この発明の目的は、設置床面積が小さく高揚程のポン
プであって、ポンプより低い吸込水面から瞬間に自吸す
ることのできるポンプを得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的は、本発明によれば、遠心形羽根車を
収納し入口が上向きに配置されて多段に接続された複数
の羽根車室と、この羽根車室の上部に設けられ最上段の
羽根車室の入口に連通する吸込側自吸室と、この吸込側
自吸室の上部に形成されたポンプの吸込口と、複数の羽
根車室の外側を包囲する外ケーシングによって形成され
た環状流路と、上向きに設けられ前記環状流路に連通す
る吐出流路と、この吐出流路の上端に形成されたポンプ
の吐出口とを備え、前記環状流路を最下段の羽根車室の
出口に連通させ、前記吸込側自吸室と環状流路及び吐出
流路とを非連通にすることによって達成される。

〔作用〕

１）吸込口８、吸込側自吸室11、多段の羽根車室5m、5
n、環状流路12、吐出流路10（10a,10b,10c,10d）及び吐
出口９はＵ字状に連通し、このＵ字状の流路において吸
込口８と吐出口９とがＵ字の始端と終端となり、羽根車
室5nの出口5hがＵ字の下端となる（全図面対応）。

このような構成は、多段でありながらも吸込側自吸室
形のポンプの機能を持つことになる。従って吸込管の逆
止弁を備えることなく、停止後にポンプを再起動すると
ポンプより低い吸込水面から瞬間に自吸してポンプの本
来の流量を吐出し、自吸時間が存在しない。もっとも吐
出管が空になっている時には、吐出管内をポンプが水で
満してからその先端から水が出るようになるのは、この
技術の問題外である。その時間も吐出側気水分離室形よ
り原理的に極めて短い。多段でありながら、羽根車室は
外ケーシング７に囲まれているので羽根車室の接合面等
から漏れがあってもポンプの外に漏水することがない。
環状流路12はほぼ全円周にあるので半径方向寸法が小さ
くても流体抵抗が少くなく、ポンプの設置床面積を縮小
できる。

２）吐出流路10を羽根車外径より内側に突出させて吸込
側自吸室を少し高くさせることにより、設置床面積は更
に縮小できる（第1,2図対応）。

〔実施例〕

第１図及び第２図、第３図及び第４図、第５図及び第
６図、第７図及び第８図並びに第９図及び第10図はそれ
ぞれ第１から第５までの異る実施例を示す。

第１図及び第２図において、駆動モータの軸２は吸込
側自吸室11を形成する自吸室ケーシング１の壁をメカニ
カルシール等の軸封装置2aを介して貫通し、その先端に
羽根車３、3aをボルト４で固定している。それぞれの羽
根車は内ケーシング５、5aで形成され、上向に入口5g
を、下向に出口5hを持つ羽根車室5m、5nに収納されて多
段に接続される。これらの羽根車室5m、5nを包囲し、ポ
ンプ据付用のフランジ６を備えた外ケーシング７はその
内側下面の円周上に継続して設けられた突起7aで前記内
ケーシング5aを支持する。一方、外ケーシング７の上端
は前記自吸室ケーシング１にＯリング13を介して液密に
当接し、ボルト13aで固定される。かくして羽根車室5
m、5nと外ケーシング７との間には環状流路12が形成さ
れ、この環状流路12は断続する突起7aの相互間を介して
最下段の羽根車室5aの出口と連通する。

第２図でも判るように、自吸室ケーシング１は円周上
の一部1aが羽根車室5mの外径から軸心に向って突出して
いる。言い換えると環状流路12の上部は円周上の一部が
軸心に向って突出し、その上部に吐出口９が連通する。
一方、自吸室ケーシング１には吸込側自吸室11に連通す
る吸込口８が設けられる。

結局、吸込口８、吸込側自吸室11、多段の羽根車室5
m、5n、環状流路12、吐出流路10及び吐出口８はＵ字状
に連通する。このＵ字状の流路において吸込口８と吐出
口９とがＵ字の始端と終端となり、羽根車室5nの出口5h
がＵ字の下端となる。ポンプを停止して吐出口９に接続
した図示しない吐出管から水が逆流しても、吐出管内水
面が前記Ｕ字の下端まで来るといわゆるサイホンが切れ
て、この下端、すなわち出口5hから空気が吸込側に吸わ
れて、羽根車室5m、5n及び吸込側自吸室11内の水はもは
や逆流しない。

環状流路12は全周にあるので半径方向の寸法はわずか
でよく、また吐出流路10は軸心に突出しているのでポン
プの最大径、すなわち設置床面積が減少する。多段に形
成するために生じる内ケーシング５、5aの接合面等は外
ケーシング７に囲まれているので、Ｏリング13の１箇所
のみの液密処理をすれば、ポンプ全体から液が漏出して
外部を汚損することがない。同時に外部からの力は外ケ
ーシング７が受け、内ケーシング５、5aに及ばないの
で、内ケーシングの強度はわずかでよい。多段ポンプは
比速度の関係で羽根車、内ケーシングが極めて扁平であ
るので液体的な寸法・形状を追求することが可能であっ
て、ポンプ効率の向上に有益である。

この実施例の変形を説明する。駆動機はポンプの下部
に設けてもよい。突起7a部にフランジ６のボルト穴6a部
分を軸心に向って突出させれば、更に設置床面積が減少
する。この時、環状流路12が円周上で分割されるが、突
起7aの上方では環状流路12は連続する。羽根車室５、5a
と外ケーシングとは同心でなく偏心して内接し、その内
接点を吐出流路10の反対側に位置させてもよい。

第２実施例を示す第３図及び第４図において、第１図
と同一符号を付けたものはおよそ同一機能を持つ。そし
て自吸室ケーシング31と外ケーシング37の外径が大きい
だけ環状流路12の断面積が大きい。そのため自吸室ケー
シング31の軸心に向う突出31aは羽根車5mの外径近くま
でとなり、吸込側自吸室11の高さを大きくとることなく
容積が大きくできる。すなわち太く長い吸込管に適す
る。羽根車室5m、5nより自吸室ケーシング31が大きいの
で、両者を継ぐ円板30が設けられ、この円板30には環状
流路12と吐出流路10を連通する切欠30aを設ける。

第３実施例を示す第５図及び第６図並びに第４実施例
を示す第７図及び第８図においては、環状の自吸室ケー
シング51又は71の外側に吐出流路10が形成され、これと
対向する環状の外ケーシング57又は77の外側に吐出流路
10aが形成される。そして両吐出流路10及び10aは自吸式
ケーシング51又は71と外ケーシング57又は77とを対向し
て液密に当接させると一体の吐出流路となる。液密に当
接させるに当って、第３実施例では51と57を液密にする
Ｏリング52と10と10aとを液密にするＯリング53とは別
部品であり、第４実施例ではだるま形の平パツキン72で
一挙に液密にする点が異る。

第５実施例を示す第９図及び第10図においては、環状
の外ケーシング97の外側に吐出流路10aが形成され、そ
の先端の管用ねじ10bに管10c、エルボ10dが接続されて
吐出口９が形成され、外部配管99が接続可能となる。し
たがって自吸室ケーシング91は外側が環状のまヽであ
る。

第５実施例の変形として、管用ねじ10bを備えた吐出
流路10aまでのものを工場で生産し、ポンプ据付現地で
配管により第９図のように配管して使用してもよい。ま
た環状流路12を形成する環状の外側ケーシングに直接外
部配管ができる接続口を設け、この接続口に第９図に相
当する配管を施すこともこの発明の範囲である。

〔発明の効果〕

この発明は、吸込口、吸込側自吸室、多段の羽根車
室、環状流路、吐出流路及び吐出口をＵ字状に連通し、
このＵ字状の流路において吸込口と吐出口とがＵ字の始
端と終端となり、最下段の羽根車室の出口がＵ字の下端
となるようにし、更に外ケーシングで羽根車室を囲んで
環状流路を形成したので多段でありながらも吸込側自吸
室形のポンプの機能を持つことになり、いわゆる自吸時
間の存在しない瞬間自吸形となるという効果があり、し
かも羽根車室の多数の接続面の水漏れは外ケーシングと
吸込側自吸室との当接面の１個所のみで阻止できるとい
う効果がある。従って高揚程のために扁平な羽根車及び
羽根車室が取付強度や、水漏れ対策から自由になって、
ポンプ特性の追求にのみ専念できるという効果があり、
液体抵抗の小さい環状流路は設置床面積を縮小するとい
う効果がある。吐出流路を羽根車室外径より内側に突出
させれば（第1,2図）更に床面積を縮小できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の断面図、第２図は第１図のII−II断面
図であり、第３図は第２実施例の断面図、第４図は第３
図のIV−IV断面図であり、第５図は第３実施例の断面
図、第６図は第５図のVI−VI断面図であり、第７図は第
４実施例の断面図、第８図は第７図のVII−VII断面図で
あり、第９図は第５実施例の断面図、第10図は第９図の
Ｘ−Ｘ断面図である。 1,31,51,71,91……自吸室ケーシング、２……軸、３、3
a……羽根車、5,5a……内ケーシング、5g……入口、5h
……出口、5m,5n……羽根車室、7,37,57,77,97……外ケ
ーシング、10,10a……吐出流路、11……吸込側自吸室、
12……環状流路、30……円板。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】遠心形羽根車を収納し入口が上向きに配置
   されて多段に接続された複数の羽根車室と、この羽根車
   室の上部に設けられ最上段の羽根車室の入口に連通する
   吸込側自吸室と、この吸込側自吸室の上部に形成された
   ポンプの吸込口と、複数の羽根車室の外側を包囲する外
   ケーシングによって形成された環状流路と、上向きに設
   けられ前記環状流路に連通する吐出流路と、この吐出流
   路の上端に形成されたポンプの吐出口とを備え、前記環
   状流路を最下段の羽根車室の出口に連通させ、前記吸込
   側自吸室と環状流路及び吐出流路とを非連通にしたこと
   を特徴とする吸込側自吸室形の立軸ポンプ。