JP5025273B2 - Pump device and pump gate device - Google Patents
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Description
本発明は、羽根車の上流側に配置された吸込みケーシングの内部に整流板が設けられたポンプ装置に関する。 The present invention relates to a pump device in which a flow straightening plate is provided inside a suction casing disposed on the upstream side of an impeller.
従来、水路境界部に設置される開閉自在な止水ゲート扉体等に取り付けられた軸流ポンプや、コラム式水中ポンプ等では、ポンプ入口に発生する逆旋回流れによって羽根車への水の仰角が変化すると、吸込み流量が一定であっても軸動力が次第に増加するため、過電流保護等のためインバータ制御式の同期モータによりポンプを駆動することにより軸動力の増加を抑制していた。 Conventionally, in an axial flow pump or a column-type submersible pump attached to an openable / closable water stop gate body installed at the boundary of a water channel, the elevation angle of water to the impeller is caused by a reverse swirling flow generated at the pump inlet. Since the shaft power gradually increases even when the suction flow rate is constant, an increase in shaft power is suppressed by driving the pump with an inverter-controlled synchronous motor for overcurrent protection or the like.
しかし、コスト低減のため駆動源としてインダクションモータを使用する場合には回転数の制御が困難であるため、例えば、ポンプゲートに設置される横軸ポンプでは、図11(a)に示すように、羽根車18の上流側に配置され、先端部が下方に傾斜したベルマウス状の吸込みケーシング22の内部上方に片持ちの一枚の整流板23を設けたり、立軸斜流ポンプでは、図11(b)に示すように、羽根車18の上流側に設けられた駆動軸17の軸受け部17aに径方向に放射状に複数枚の整流板23を設けるものが考えられていた。 However, when an induction motor is used as a drive source for cost reduction, it is difficult to control the rotational speed. For example, in a horizontal axis pump installed at a pump gate, as shown in FIG. A cantilever plate baffle 23 is provided on the upper side of a bell mouth-shaped suction casing 22 that is disposed on the upstream side of the impeller 18 and has a tip inclined downwardly. As shown in b), it has been considered that a plurality of rectifying plates 23 are provided radially in the bearing portion 17a of the drive shaft 17 provided on the upstream side of the impeller 18 in the radial direction.
しかし、図11(b)に示す整流板では、整流効果はあるものの、異物の通過粒径が小さくなるばかりでなく、軸受け部と吸込みケーシングの内周壁により両持ちで整流板を固定しているため、紐等の長尺状の異物が引っ掛かり易く、一旦引っ掛かると流れにより抜けることができなくなり、流路面積が減少してポンプ効率が低下するという問題があり、図11(a)に示す整流板では、吸込みケーシングの内壁に片持ちで固定されているため、異物の引っ掛かりは回避できるが枚数不足により整流効果が十分でないという問題があった。そこで、吸込みケーシングの内周壁に片持ちの整流板を周方向に沿って複数枚設けることが考えられるが、単純に整流板の枚数を増やすと却って流路抵抗が増してポンプ効率が低下し、さらに小径の異物しか通過できないという問題もあった。 However, the rectifying plate shown in FIG. 11 (b) has a rectifying effect, but not only the passing particle size of the foreign matter is reduced, but the rectifying plate is fixed by both ends by the bearing portion and the inner peripheral wall of the suction casing. Therefore, long foreign matters such as strings are easily caught, and once caught, they cannot be removed due to the flow, and there is a problem that the flow passage area is reduced and the pump efficiency is lowered, and the rectification shown in FIG. Since the plate is fixed to the inner wall of the suction casing in a cantilevered manner, it is possible to avoid the trapping of foreign matter, but there is a problem that the rectifying effect is not sufficient due to the insufficient number of sheets. Therefore, it is conceivable to provide a plurality of cantilevered flow straightening plates along the circumferential direction on the inner peripheral wall of the suction casing, but simply increasing the number of flow straightening plates increases the flow resistance and lowers the pump efficiency, In addition, there is a problem that only small-diameter foreign matter can pass.
一方、羽根車での異物の巻き込みを防止する技術として、特許文献1には、汚水とともに吸い込む異物が羽根車に達することを抑制し、ポンプの損傷およびトリップを軽減できる汚水ポンプを提供することを目的として、図12(a)に示すように、羽根車より上流側に設けた吸込ケーシングの内周面に旋回流を生起させる案内羽根を設けるとともに、吸込ケーシングの外周に異物収納空間を形成する異物収納部を設け、吸込ケーシングの内部流路と異物収納空間とを連通する開口部を案内羽根と羽根車の間に対応する吸込ケーシングの周側部に設けた汚水ポンプが提案されている。尚、図12(a)中に示す符号は以下に示す実施形態と対応するものではない。 On the other hand, as a technique for preventing the inclusion of foreign matter in the impeller, Patent Document 1 provides a sewage pump that can prevent foreign matter sucked together with sewage from reaching the impeller and reduce pump damage and trips. For the purpose, as shown in FIG. 12 (a), guide vanes for generating a swirling flow are provided on the inner peripheral surface of the suction casing provided on the upstream side of the impeller, and a foreign matter storage space is formed on the outer periphery of the suction casing. A sewage pump has been proposed in which a foreign matter storage part is provided and an opening that communicates the internal flow path of the suction casing and the foreign matter storage space is provided on the peripheral side part of the suction casing that corresponds between the guide vane and the impeller. In addition, the code | symbol shown in Fig.12 (a) does not respond | correspond with embodiment shown below.
また、特許文献2には、繊維状の異物であってもこれを容易に通過させることができる無閉塞ポンプを提供することを目的として、図12(b)に示すように、ポンプ吸込口の部分に、ポンプに吸い込まれる異物を羽根車の外周方向に向けて押し遣る形状の整流装置として、中央から半径方向外側に向けて張り出すとともに、その外周辺を異物ガイド辺とした1つまたは複数の整流部材を備え、且つこれら異物ガイド辺がポンプ吸込口の上流側から下流側に向かってテーパー状に広がる形状に形成されている無閉塞ポンプが提案されている。同様に、図12(b)中に示す符号は以下に示す実施形態と対応するものではない。
しかし、上述した何れのポンプ装置であっても、異物の引っ掛かりを回避しながら軸動力の増加を抑制すると言う観点では、効果が乏しく一層の改良が望まれていた。 However, in any of the above-described pump devices, the effect is scarce and further improvement has been desired from the viewpoint of suppressing an increase in shaft power while avoiding the trapping of foreign matters.
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、駆動源としてインダクションモータを使用する場合であっても、異物の引っ掛かりを回避しながら通過させるとともに、軸動力の増加を効果的に抑制できるポンプ装置及びポンプゲート装置を提供する点にある。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to allow a pump device that allows passage while avoiding the trapping of foreign matter and effectively suppresses an increase in shaft power even when an induction motor is used as a drive source. And providing a pump gate device.
上述の目的を達成するため、本発明によるポンプ装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項1に記載した通り、羽根車の上流側に配置された吸込みケーシングの内部に複数の整流板が設けられたポンプ装置であって、前記整流板は、前記吸込みケーシングの流路中心線に垂直な横断面における流向分布が前記羽根車に対して所定の迎角に揃うように前記吸込みケーシングの内周面に周方向に間隔を隔てて片持ち配置され、前記吸込みケーシングの軸心方向への突出高さが、前記吸込みケーシングの内径の15%〜35%に設定されるとともに、前記突出高さが異なるように配置されている点にある。 In order to achieve the above-mentioned object, the first characteristic configuration of the pump device according to the present invention is as described in claim 1 of the claims, inside the suction casing arranged upstream of the impeller. A pump device provided with a plurality of rectifying plates, wherein the rectifying plates are arranged such that a flow direction distribution in a cross section perpendicular to a flow path center line of the suction casing is aligned with a predetermined angle of attack with respect to the impeller. wherein the cantilever arranged at a suction gap inner peripheral surface in the circumferential direction of the casing, the protruding height of the axial direction of the suction casing, is set to 15% to 35% of the inner diameter of the suction casing Rutotomoni The protrusion heights are different from each other.
このような構成により、逆旋回流の径方向の流速分布に対応して効率的に整流することができ、吸込みケーシングの流路中心線に垂直な断面(以下、「横断面」と記す。)における流向分布が羽根車に対して所定の迎角に揃った状態で羽根車に流入するようになるので、軸動力の増加が効果的に低減されるようになる。しかも、整流板が吸込みケーシングの内周面に片持ち配置されているため、長尺状の異物であっても自由端側から容易に離脱させることができるようになる。 With such a configuration, it is possible to efficiently rectify in accordance with the flow velocity distribution in the radial direction of the reverse swirl flow, and a cross section perpendicular to the flow path center line of the suction casing (hereinafter referred to as a “cross section”). Since the flow direction distribution in the cylinder flows into the impeller with a predetermined angle of attack with respect to the impeller, an increase in shaft power is effectively reduced. Moreover, since the current plate is cantilevered on the inner peripheral surface of the suction casing, even a long foreign object can be easily detached from the free end side .
吸込みケーシングに流入した水に生じる逆旋回流の流速分布は径方向によって区々であるが、上述の構成によれば、整流板が吸込みケーシングの内周面に周方向に間隔を隔てて片持ち配置されていても、軸心方向への突出高さが異なるため、整流板が吸込みケーシングの軸心付近で近接することによる効率の低下と異物の詰まりの問題を解消することができるようになる。 The flow velocity distribution of the reverse swirling flow generated in the water flowing into the suction casing varies depending on the radial direction. According to the above-described configuration, the rectifying plate is cantilevered on the inner peripheral surface of the suction casing with a space in the circumferential direction. Even if it is arranged , the protruding height in the axial direction is different, so that the problem of efficiency reduction and clogging of foreign matters due to the proximity of the current plate near the axial center of the suction casing can be solved. .
同第二の特徴構成は、同請求項2に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、各整流板の軸心方向先端部と周方向に隣接する整流板との周方向距離が略等しくなるように軸心方向への突出高さを異ならせて配置されている点にあり、このような構成により、吸込みケーシングの軸心から径方向に離間しても蜜に整流板が存在することになり、旋回流の防止効果が高められるとともに、それらの領域において隣接する整流板間の流れが効率的に整流され、全体として均等な整流作用が得られるようになる。 In the second feature configuration, in addition to the first feature configuration described above, in addition to the first feature configuration described above, the circumferential distance between the axial direction tip portion of each rectifying plate and the rectifying plate adjacent in the circumferential direction is The arrangement is such that the protruding heights in the axial direction are different so that they are substantially equal. With this configuration, there is a rectifying plate in the nectar even if it is separated from the axial center of the suction casing in the radial direction. As a result, the effect of preventing the swirling flow is enhanced, and the flow between the adjacent rectifying plates is efficiently rectified in those regions, so that the same rectifying action can be obtained as a whole.
同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、軸心方向への突出高さが高い整流板と低い整流板が周方向に交互に配置されている点にある。In the third feature configuration, in addition to the second feature configuration described above, in addition to the second feature configuration described above, a rectifying plate having a high protruding height in the axial direction and a low rectifying plate are alternately arranged in the circumferential direction. It is in the point.
上述と同様に、旋回流の防止効果が高められるとともに、それらの領域において隣接する整流板間の流れが効率的に整流され、全体として一層均等な整流作用が得られる。Similar to the above, the effect of preventing the swirling flow is enhanced, and the flow between the rectifying plates adjacent in those regions is efficiently rectified, so that a more uniform rectifying action can be obtained as a whole.
同第四の特徴構成は、同請求項4に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記整流板の軸心方向への最大突出高さが前記羽根車の翼の径方向長さと略同一に設定されている点にあり、上述と同様、このような構成により、羽根車への流入時に大きな影響を与える吸込みケーシングの内壁近傍での整流効果を十分に確保しながらも、羽根ボスの存在する軸心近傍においては異物の通過径を十分に確保することができるようになる。 In the fourth feature configuration, as described in claim 4, in addition to any of the first to third feature configurations described above, the maximum protruding height in the axial direction of the rectifying plate is the blade. It is in the point that it is set to be substantially the same as the radial direction length of the wing of the car, and, as described above, this configuration provides a sufficient rectifying effect near the inner wall of the suction casing that has a large effect when flowing into the impeller. However, it is possible to sufficiently secure the passage diameter of the foreign matter in the vicinity of the axial center where the blade boss exists.
同第五の特徴構成は、同請求項5に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、各整流板の軸心方向先端部と周方向に隣接する整流板との周方向距離が、前記吸込みケーシングの内径の10%〜40%に設定されている点にあり、上述と同様、このような構成により、羽根車への流入時に大きな影響を与える吸込みケーシングの内壁近傍での整流効果を十分に確保しながらも、羽根ボスの存在する軸心近傍においては異物の通過径を十分に確保することができるようになる。 In the fifth feature configuration, in addition to any one of the first to fourth feature configurations described above, the rectification adjacent to the front end in the axial direction of each rectifying plate in the circumferential direction is provided. A suction casing that has a circumferential distance with respect to the plate is set to 10% to 40% of the inner diameter of the suction casing, and has a great influence on the flow into the impeller by such a configuration as described above. It is possible to sufficiently ensure the passage diameter of the foreign matter in the vicinity of the shaft center where the blade boss exists while sufficiently ensuring the rectifying effect in the vicinity of the inner wall of the blade.
同第六の特徴構成は、同請求項6に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、各整流板の前縁部が軸心方向に沿った流向方向に傾斜している点にある。 In the sixth feature configuration, as described in claim 6, in addition to any one of the first to fifth feature configurations described above, the front edge portion of each rectifying plate is in the flow direction along the axial direction. It is in the point which is inclined to.
上述の構成によれば、吸込みケーシングに流入し、整流板に引っ掛かった長尺状の異物であっても、傾斜前縁部に沿って容易に離脱され、絡み付くことが防止できる。 According to the above-described configuration, even a long foreign material that flows into the suction casing and is caught by the current plate can be easily separated along the inclined front edge portion and prevented from being entangled.
同第七の特徴構成は、同請求項7に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記整流板は8枚で構成され、軸心方向への突出高さが高い4枚の整流板の間に軸心方向への突出高さが低い4枚の整流板が配置されている点にある。In the seventh feature configuration, as described in claim 7, in addition to any of the first to sixth feature configurations described above, the rectifying plate is composed of eight plates and protrudes in the axial direction. Four rectifying plates having a low protrusion height in the axial direction are arranged between four rectifying plates having a high height.
上述の構成によれば、旋回流の防止効果が高められるとともに、それらの領域において隣接する整流板間の流れが効率的に整流され、全体として一層均等な整流作用が得られ、軸動力の上昇を効果的に抑制できるようになる。According to the above-described configuration, the effect of preventing the swirling flow is enhanced, and the flow between the adjacent rectifying plates is efficiently rectified in those regions, so that a more uniform rectifying action is obtained as a whole, and the shaft power is increased. Can be effectively suppressed.
本発明によるポンプゲート装置の特徴構成は、同請求項8に記載した通り、上述の第一から第七の何れかのポンプ装置を開閉自在な止水ゲート扉体に取付けた点にある。 Characteristic feature of the pump gate device according to the invention, as described in the claim 8 is that a from the first described above is mounted a seventh one of the pump device of the freely water stop gate door opening and closing.
上述の構成によれば、異物通過性を備えるとともに、軸動力の増加を効果的に抑制し、安定動作できるポンプゲート装置を実現できる。 According to the above-described configuration, it is possible to realize a pump gate device that has a foreign substance passage property, can effectively suppress an increase in shaft power, and can operate stably.
以上説明した通り、本発明によれば、駆動源としてインダクションモータを使用する場合であっても、異物の引っ掛かりを回避しながら通過させるとともに、軸動力の増加を効果的に防止できるポンプ装置及びポンプゲート装置を提供することができるようになった。 As described above, according to the present invention, even when an induction motor is used as a drive source, the pump device and the pump can pass while avoiding the catching of foreign matters and effectively prevent an increase in shaft power. A gate device can be provided.
以下に本発明によるポンプ装置を説明する。図3に示すように、第一水路1(例えば支流河川)と第二水路2(例えば本流河川)の合流地点である境界部に本発明によるポンプ装置が組み込まれたポンプゲート3が設置されている。 The pump device according to the present invention will be described below. As shown in FIG. 3, a pump gate 3 in which the pump device according to the present invention is incorporated is installed at a boundary portion where the first water channel 1 (for example, a tributary river) and the second water channel 2 (for example, a main river) meet. Yes.
図1から図3に示すように、前記ポンプゲート3は、境界部に立設された水門柱4(4b)と水路の底部に横設された床部材4cと昇降機構7を支承するコンクリート製床盤4(4a)に、鋼板製の止水ゲート扉体6が昇降機構7により開閉操作自在に支持されている。 As shown in FIGS. 1 to 3, the pump gate 3 is made of a concrete that supports a sluice column 4 (4 b) standing at the boundary, a floor member 4 c laid horizontally at the bottom of the water channel, and a lifting mechanism 7. A water stop gate 6 made of a steel plate is supported on the floor 4 (4a) by an elevating mechanism 7 so as to be opened and closed.
前記昇降機構7は、継手7bを介して前記止水ゲート扉体6に固定された一対のラック棒7aと、前記水門柱4(4a)の上部に配置されたギヤボックス7c内のピニオンギヤを正転または逆転駆動する電動モータ7fと、手動操作ハンドル7dと、一方のギヤボックス7c側に駆動連結された前記電動モータ7fにより他方のギヤボックス7c側を連動して駆動する駆動連結機構7e等を備えて構成され、電動モータ7fまたは手動操作ハンドル7dによりピニオンギヤを回動させてラック棒7aに支持された前記止水ゲート扉体6を昇降作動可能に構成されている。 The elevating mechanism 7 directly connects a pair of rack rods 7a fixed to the water blocking gate door body 6 through a joint 7b and a pinion gear in a gear box 7c disposed on the upper part of the water gate pillar 4 (4a). An electric motor 7f that rotates or reversely drives, a manual operation handle 7d, and a drive coupling mechanism 7e that drives the other gear box 7c side in conjunction with the electric motor 7f that is drivingly coupled to the one gear box 7c side. The water stop gate door body 6 supported by the rack bar 7a by rotating the pinion gear by the electric motor 7f or the manual operation handle 7d can be moved up and down.
前記止水ゲート扉体6の中央部には、両水路1、2間を連通させる左右一対の貫通孔が形成され、夫々の貫通孔には、前記止水ゲート扉体6が下降した止水姿勢において前記第一水路1から前記第二水路2に排水する本発明によるポンプ装置の一例である横軸軸流ポンプ11が設置されている。 A pair of left and right through holes are formed in the central portion of the water stop gate body 6 so that the water channels 1 and 2 communicate with each other. The water stop gate in which the water stop gate door body 6 descends in each through hole. A horizontal axis axial flow pump 11 which is an example of a pump device according to the present invention for draining from the first water channel 1 to the second water channel 2 in the posture is installed.
前記軸流ポンプ11は、図4に示すように、断面円形の筒状のポンプケーシング20(20a,20b,20c)の内部に、モータ本体部16と前記モータ本体部16から突出した主軸17の先端部に装着された羽根車18とが、ポンプ軸心P1が水平姿勢となるようにケーシング20の軸心と一致するように収容されている。 As shown in FIG. 4, the axial flow pump 11 includes a motor main body 16 and a main shaft 17 protruding from the motor main body 16 in a cylindrical pump casing 20 (20a, 20b, 20c) having a circular cross section. The impeller 18 attached to the tip is accommodated so as to coincide with the axis of the casing 20 so that the pump axis P1 is in a horizontal posture.
前記ポンプケーシング20(20a,20b,20c)は、吸込み側に配置された小径の第一ケーシング20aと、下流側ほど拡径された略円錐台形状の第二ケーシング20bと、第一ケーシング20aより大径の第三ケーシング20cとが夫々フランジ接続されて構成され、前記モータ本体部16が第二ケーシング20bの内壁部に周方向に配置された5枚の案内羽根19を介して支持固定され、前記モータ本体部16とケーシング20との間に形成される内部空間が吐出流路となるように構成されている。 The pump casing 20 (20a, 20b, 20c) includes a first casing 20a having a small diameter disposed on the suction side, a second casing 20b having a substantially truncated cone shape whose diameter is increased toward the downstream side, and a first casing 20a. The large-diameter third casing 20c is configured to be flange-connected, and the motor main body 16 is supported and fixed via five guide vanes 19 arranged in the circumferential direction on the inner wall of the second casing 20b. An internal space formed between the motor main body 16 and the casing 20 is configured as a discharge flow path.
前記モータ本体部16は、前記羽根車18側にメカニカルシール26を具備したオイル室16aを備えると共に、吐出口方向に浸水溜まり室16b、第一モータ室16c、第二モータ室16dを順次備え、前記第一モータ室16cと前記第二モータ室16dの間に給電ラインPLが接続された電動モータMが配置されている。 The motor main body 16 includes an oil chamber 16a including a mechanical seal 26 on the impeller 18 side, and sequentially includes a submersion chamber 16b, a first motor chamber 16c, and a second motor chamber 16d in the discharge port direction. An electric motor M to which a power supply line PL is connected is disposed between the first motor chamber 16c and the second motor chamber 16d.
前記羽根車18は、前記主軸17の先端側に回転自在にボルト固定された羽根ボス18aと、前記羽根ボス18aにボルト締着された複数の翼18bで構成され、前記翼18bは、その吸込み側前縁が後退翼となるように形成されている。前記羽根車18により吸い込まれて旋回流となった水流が前記案内羽根19により前記主軸17に沿う直線流に整流され、以って前記羽根車18により与えられた旋回エネルギーが圧力エネルギーに変換される。 The impeller 18 is composed of a blade boss 18a bolted to the front end side of the main shaft 17 and a plurality of blades 18b bolted to the blade boss 18a. The front side edge is formed as a swept wing. The water flow sucked by the impeller 18 and turned into a swirl flow is rectified into a linear flow along the main shaft 17 by the guide vanes 19, and the swirl energy given by the impeller 18 is converted into pressure energy. The
前記第一ケーシング20aの内周部のうち、前記羽根車18との対向面には、前記第一ケーシング20aより硬質の金属でなるリング状のケーシングライナ21が設けられ、前記ケーシングライナ21の内周面に溝21aを設けて異物の詰まりを回避するように構成されている。 A ring-shaped casing liner 21 made of a metal harder than the first casing 20a is provided on a surface facing the impeller 18 in an inner peripheral portion of the first casing 20a. Grooves 21a are provided on the peripheral surface to avoid clogging of foreign matters.
前記第一ケーシング20aの上流端には吸込みケーシング22がフランジ接続され、前記第三ケーシング20cの下流端には流路を開閉自在なフラップ弁機構12がフランジ接続されている。尚、第三ケーシング20cは前記止水ゲート扉体6に取付けられている。 A suction casing 22 is flange-connected to the upstream end of the first casing 20a, and a flap valve mechanism 12 that can open and close the flow path is flange-connected to the downstream end of the third casing 20c. The third casing 20c is attached to the water stop gate body 6.
前記フラップ弁機構12は、一端側が第三ケーシング20cとフランジ接続される筒状部12aの他端側に水平軸心周りに揺動可能に軸支された弁体12bを備えて構成され、前記軸流ポンプ11の作動時には前記吸込みカバー22から吸込まれた水の吐出し圧力により開放姿勢に揺動し、前記軸流ポンプ11の停止時には自重により閉塞姿勢に揺動して逆流が防止される。 The flap valve mechanism 12 includes a valve body 12b that is pivotally supported around a horizontal axis at the other end of a cylindrical portion 12a that is flange-connected to the third casing 20c at one end. When the axial flow pump 11 is operated, it swings to an open posture by the discharge pressure of water sucked from the suction cover 22, and when the axial flow pump 11 is stopped, it swings to a closed posture by its own weight to prevent backflow. .
前記吸込みケーシング22は、断面円形の筒状体を前記羽根車18の上流側にその先端がポンプ軸心P1に対して斜め下方姿勢となるように所定の曲率で湾曲形成してあり、空気吸込み渦の発生を回避しながら低水位まで安定して吸込み可能なように、先端部にラッパ管状に拡径形成された先端開口部22aを設けている。前記先端開口部22aの上部が前記ポンプ軸心P1と略同高さで略水平姿勢となるように、またその下部が水路底と略垂直となるように形成されている。ここで、前記先端開口部22aの上部を略水平姿勢とすることで、水面から生じる吸込渦の発生を抑止している。また、先端開口部22aの下部を水路底と略垂直とすることで、水路底から生じる渦の発生を抑制している。 The suction casing 22 is formed in a cylindrical shape with a circular cross section on the upstream side of the impeller 18 with a predetermined curvature so that the tip thereof is inclined downward with respect to the pump shaft center P1, and air suction A tip opening 22a is formed at the tip so as to expand into a trumpet shape so as to be able to stably suck up to a low water level while avoiding the generation of vortices. An upper portion of the tip opening 22a is formed to be substantially horizontal at the same height as the pump axis P1, and so that a lower portion thereof is substantially perpendicular to the water channel bottom. Here, the upper part of the tip opening 22a is in a substantially horizontal posture, thereby suppressing the generation of suction vortices generated from the water surface. Further, by making the lower part of the tip opening 22a substantially perpendicular to the water channel bottom, the generation of vortices generated from the water channel bottom is suppressed.
前記羽根車18の作動により吸い込まれる水が前記吸込みケーシング22内で前記羽根車18の回転方向と逆方向に旋回することによる軸動力の増加を防止すべく、前記吸込みケーシング22の内周面に周方向に間隔を隔てて、その整流面または上端面が軸心P2に沿うように湾曲形成され、ケーシング22の軸心P2方向への突出高さの異なる複数の整流板23が片持ち配置されており、以って、前記軸心P2に沿った吸込みケーシング22の横断面における流向分布が前記羽根車18に対して所定の迎角、本実施形態では翼18bの回転面に対して直交する方向に揃うように構成されている。 In order to prevent an increase in shaft power due to the water sucked by the operation of the impeller 18 turning in the suction casing 22 in the direction opposite to the rotation direction of the impeller 18, the inner peripheral surface of the suction casing 22 is prevented. A plurality of rectifying plates 23 having a protruding height in the direction of the axial center P2 of the casing 22 are cantilevered, with the rectifying surface or upper end surface thereof being curved along the axial center P2 with an interval in the circumferential direction. Therefore, the flow direction distribution in the cross section of the suction casing 22 along the axis P2 is orthogonal to the impeller 18 at a predetermined angle of attack, in this embodiment, the rotational surface of the blade 18b. It is configured to align in the direction.
前記吸込みケーシング22に流入した水に生じる逆旋回流の前記横断面上での流速分布は、径方向によって区々であるが、上述の構成によれば、軸心P2方向への突出高さが異なる複数の整流板23により、逆旋回流の径方向の流速分布に対応して効率的に整流することができ、吸込みケーシング22の横断面における流向分布が羽根車18に対して所定の迎角に揃った状態で羽根車18に流入するようになるので、軸動力の増加が効果的に低減されるようになる。しかも、整流板23が吸込みケーシング22の内周面に片持ち配置されているため、長尺状の異物であっても自由端側から容易に離脱させることができるようになる。 The flow velocity distribution on the transverse section of the reverse swirling flow generated in the water flowing into the suction casing 22 varies depending on the radial direction. According to the above configuration, the protruding height in the direction of the axis P2 is high. A plurality of different rectifying plates 23 can efficiently perform rectification corresponding to the flow velocity distribution in the radial direction of the reverse swirl flow, and the flow direction distribution in the cross section of the suction casing 22 is a predetermined angle of attack with respect to the impeller 18. Therefore, the increase in shaft power is effectively reduced. Moreover, since the rectifying plate 23 is cantilevered on the inner peripheral surface of the suction casing 22, even a long foreign object can be easily detached from the free end side.
以下、説明の簡略化のため前記吸込みケーシング22が円筒状の直管の場合について詳述すると、図5に示すように、前記整流板23は、90度の間隔で周方向に等間隔で配置された平板状の四枚の第一整流板24と、前記第一整流板24の中間に配置された同じく平板状の四枚の第二整流板25の八枚の整流板で構成され、前記第一整流板24の突出高さR1が前記吸込みケーシング22の内径2Rの約1/3に設定され、前記第二整流板25の突出高さR2が前記吸込みケーシング22の内径2Rの約1/6に設定されている。即ち、これらの整流板の突出高さは吸込みケーシングの内径の15%〜35%の範囲に設定されている。 Hereinafter, for simplification of description, the case where the suction casing 22 is a cylindrical straight pipe will be described in detail. As shown in FIG. 5, the rectifying plates 23 are arranged at equal intervals in the circumferential direction at intervals of 90 degrees. The plate-shaped four first rectifying plates 24 and the same plate-shaped four second rectifying plates 25 disposed in the middle of the first rectifying plate 24 are configured as eight rectifying plates, The protruding height R1 of the first rectifying plate 24 is set to about 1/3 of the inner diameter 2R of the suction casing 22, and the protruding height R2 of the second rectifying plate 25 is set to about 1/2 of the inner diameter 2R of the suction casing 22. 6 is set. That is, the protruding heights of these rectifying plates are set in the range of 15% to 35% of the inner diameter of the suction casing.
従って、羽根車18への流入時に大きな影響を与える吸込みケーシング22の内壁近傍での整流効果を十分に確保しながらも、軸心P2近傍空間においては異物の通過径を十分に確保することができるようになる。例えば、約300mmの径の吸込みケーシングの場合、第一整流板24の突出高さは約100mmに設定され、第二整流板25の突出高さは約50mmに設定される。 Accordingly, it is possible to sufficiently ensure the passage diameter of the foreign matter in the space near the shaft center P2 while sufficiently ensuring the rectifying effect in the vicinity of the inner wall of the suction casing 22 that has a great influence when flowing into the impeller 18. It becomes like this. For example, in the case of a suction casing having a diameter of about 300 mm, the protruding height of the first rectifying plate 24 is set to about 100 mm, and the protruding height of the second rectifying plate 25 is set to about 50 mm.
上述の構成によれば、前記第一整流板24の軸心方向先端部24aと周方向に隣接する整流板つまり前記第一整流板24との周方向距離L1、及び、前記第二整流板25の軸心方向先端部25aと周方向に隣接する整流板つまり前記第一整流板24との周方向距離L2が略等しくなるように軸心P2方向への突出高さが設定され、前記吸込みケーシング22の軸心P2から径方向に離間しても蜜に整流板23が存在するため、旋回流の防止効果が高められるとともに、それらの領域において隣接する整流板間23の流れが効率的に整流され、全体として均等な整流作用が得られるようになる。尚、このとき、各整流板の軸心方向先端部と周方向に隣接する整流板との周方向距離(L1,L2)は、吸込みケーシング内径の約25%となっている。 According to the above-described configuration, the circumferential distance L1 between the axially leading end portion 24a of the first rectifying plate 24 and the rectifying plate adjacent in the circumferential direction, that is, the first rectifying plate 24, and the second rectifying plate 25. The projecting height in the direction of the axis P2 is set so that the circumferential distance L2 between the axial direction front end portion 25a and the rectifying plate adjacent in the circumferential direction, that is, the first rectifying plate 24 is substantially equal, and the suction casing Even if it is separated from the shaft center P2 in the radial direction, the rectifying plate 23 exists in the nectar, so that the effect of preventing the swirling flow is enhanced, and the flow between the adjacent rectifying plates 23 is efficiently rectified in those regions. As a result, a uniform rectifying action can be obtained as a whole. At this time, the circumferential distance (L1, L2) between the axial direction tip of each rectifying plate and the rectifying plate adjacent in the circumferential direction is about 25% of the inner diameter of the suction casing.
以下に別実施形態を説明する。上述した実施形態では、各整流板23の前縁部が軸心P2方向に沿って直線状に立ち上がるような形状を採用した場合を説明したが、図4中、一点鎖線で示すように、各整流板23の前縁部23bが軸心P2方向に沿った流向方向に傾斜するように構成する場合には、吸込みケーシング22に流入し、整流板23に引っ掛かった長尺状の異物であっても、傾斜前縁部23bに沿って容易に離脱され、絡み付くことが防止できる。 Another embodiment will be described below. In the above-described embodiment, the case where the front edge portion of each rectifying plate 23 has a shape that rises linearly along the direction of the axis P2 has been described. However, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. When the front edge portion 23b of the rectifying plate 23 is configured to be inclined in the flow direction along the direction of the axis P2, it is a long foreign object that flows into the suction casing 22 and is caught by the rectifying plate 23. Also, it can be easily detached along the inclined front edge portion 23b and prevented from being entangled.
上述した実施形態では、前記整流板23の軸心P2方向への最大突出高さR1が前記吸込みケーシング22の内径の約1/3に設定する場合を説明したが、前記整流板23の軸心P2方向への最大突出高さR1が前記羽根車18の翼18bの径方向長さR3と略同一に設定するものであってもよい。このように構成しても羽根車18への流入時に大きな影響を与える吸込みケーシング22の内壁近傍での整流効果を十分に確保することが可能となる。 In the above-described embodiment, the case where the maximum protruding height R1 of the rectifying plate 23 in the direction of the axis P2 is set to about 1 / of the inner diameter of the suction casing 22 has been described. The maximum protrusion height R1 in the P2 direction may be set to be substantially the same as the radial length R3 of the blade 18b of the impeller 18. Even if configured in this way, it is possible to sufficiently ensure the rectifying effect in the vicinity of the inner wall of the suction casing 22 which has a great influence when flowing into the impeller 18.
上述した実施形態では、90度の間隔で周方向に等間隔で配置された平板状の四枚の第一整流板24と、前記第一整流板24の中間に配置された同じく平板状の四枚の第二整流板25の八枚の整流板で構成され、前記第一整流板24の突出高さR1が前記吸込みケーシング22の内径2Rの約1/3に設定され、前記第二整流板25の突出高さR2が前記吸込みケーシング22の内径2Rの約1/6に設定されているものを説明したが、整流板の整流面の形状は平板状または吸込みケーシングの軸心に沿う形状に限るものではなく、羽根車に対して所定の迎角に揃うように整流するものであれば適宜変更することが可能である。 In the above-described embodiment, four flat plate-like first rectifying plates 24 arranged at equal intervals in the circumferential direction at intervals of 90 degrees, and the same flat plate-like four arranged in the middle of the first rectifying plate 24. The second rectifying plate 25 is composed of eight rectifying plates, the protruding height R1 of the first rectifying plate 24 is set to about 1 / of the inner diameter 2R of the suction casing 22, and the second rectifying plate In the above description, the protrusion height R2 of 25 is set to about 1/6 of the inner diameter 2R of the suction casing 22, but the shape of the rectifying surface of the rectifying plate is a flat plate shape or a shape along the axis of the suction casing. The present invention is not limited, and any change can be made as long as it rectifies the impeller so as to align with a predetermined angle of attack.
また、整流板の数は上述のものに限るものではなく、吸込みケーシングの径に応じて適宜設定すればよい。例えば、上述の実施形態よりも小径の吸込みケーシングであれば、ケーシング内径の約1/3の突出高さを有する第一整流板を三枚、ケーシングの内径の約1/6の突出高さを有する第二整流板を三枚、合計六枚の整流板を周方向に等間隔に配置するものであってもよい。この場合の各整流板の軸心方向先端部と周方向に隣接する整流板との周方向距離は、吸込みケーシング内径の約35%となっている。 Further, the number of rectifying plates is not limited to the above, and may be set as appropriate according to the diameter of the suction casing. For example, if the suction casing has a smaller diameter than that of the above-described embodiment, three first rectifying plates having a protruding height of about 1/3 of the casing inner diameter and a protruding height of about 1/6 of the casing inner diameter are provided. Three second current plates may be provided, and a total of six current plates may be arranged at equal intervals in the circumferential direction. In this case, the circumferential distance between the axial direction tip of each rectifying plate and the rectifying plate adjacent in the circumferential direction is about 35% of the inner diameter of the suction casing.
逆に上述の実施形態よりも大径の吸込みケーシングであれば、ケーシング内径の約1/5が八枚、約1/6が八枚、合計十六枚の整流板を周方向に等間隔に配置するものであってもよい。この場合の各整流板の軸心方向先端部と周方向に隣接する整流板との周方向距離は、吸込みケーシング内径の約13%となっている。 On the contrary, if the suction casing has a larger diameter than that of the above-described embodiment, about 1/5 of the casing inner diameter is eight sheets, and about 1/6 is eight sheets. It may be arranged. In this case, the circumferential distance between the axial direction tip of each current plate and the current plate adjacent in the circumferential direction is about 13% of the inner diameter of the suction casing.
さらに、整流板24の突出高さが二段階に異なる第一及び第二整流板で構成するものに限らず、多段、例えば三段階の突出高さとなる三種類の整流板24を設けるように構成することも可能である。このようにして、各整流板の軸心方向先端部と周方向に隣接する整流板との周方向距離が略等しくなるように軸心方向への突出高さを異ならせて配置することにより、十分な整流効果が得られるようになる。ただし、整流板の枚数を増加するとそれに伴って流路抵抗が増し、却って効率が低下し、さらに整流板間隔が狭まることによって、異物通過性が悪化し、長尺物が引っ掛かる可能性が高まる場合もあるので、ポンプ定格等に基づいて必要な枚数等を決定する必要がある。 Further, the present invention is not limited to the configuration in which the protruding height of the rectifying plate 24 is different from the first and second rectifying plates which are different in two stages, but is configured to provide three types of rectifying plates 24 having multiple stages, for example, three stages of protruding height. It is also possible to do. In this way, by arranging the protruding heights in the axial direction to be different so that the circumferential distance between the axial direction front end portion of each rectifying plate and the rectifying plate adjacent in the circumferential direction is substantially equal, A sufficient rectifying effect can be obtained. However, if the number of rectifying plates is increased, the flow resistance increases accordingly, and the efficiency is lowered.In addition, the gap between the rectifying plates is narrowed, so that the possibility of foreign matter deterioration and a long object being caught are increased. Therefore, it is necessary to determine the required number of sheets based on the pump rating and the like.
上述した実施形態では、本発明をポンプゲートに使用される横軸軸流ポンプ装置に適用したものを説明したが、これに限るものではなく、コラム形の軸流ポンプのように貯水池から揚水する縦軸の軸流ポンプ装置に適用することも可能であり、また斜流ポンプ装置に適用することも可能である。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to a horizontal axial flow pump device used for a pump gate. However, the present invention is not limited to this, and pumps water from a reservoir like a column type axial flow pump. The present invention can be applied to an axial flow pump device having a vertical axis, and can also be applied to a mixed flow pump device.
上述した実施形態で説明した各部の具体的構造、材質、寸法等は、特に限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜設計されるものである。 The specific structure, material, dimensions, and the like of each part described in the above-described embodiment are not particularly limited, and are appropriately designed within the scope of the effects of the present invention.
本願発明者らは、実験及び数値解析による種々の思考錯誤を繰り返し、上述の構成を採用するに到った。 The inventors of the present application have repeatedly made various thoughts and errors through experiments and numerical analysis, and have come to adopt the above-described configuration.
図6(b)から(f)に示す種々の整流板の形状に対して、羽根車18により対象となるポンプ装置の定格流量の流体(水)が吸い込まれる場合の流れ解析を行なった。同図(a)は吸込みケーシングに整流板を設けない場合であり、吸込みケーシング内で逆旋回流が生じていない理想的な場合、(b)は逆旋回流を発生させて、吸込みケーシングに径方向に沿って一枚の整流板を設けた場合、(c)は逆旋回流を発生させて、吸込みケーシングに径方向に沿って平行に三枚の整流板を設けた場合、(d)は逆旋回流を発生させて、吸込みケーシングに周方向に間隔を隔てて放射状に四枚の第一整流板を設けた場合、(e)は逆旋回流を発生させて、吸込みケーシングに周方向に間隔を隔てて放射状に三枚の第一整流板を設けるとともに、その間に放射状に三枚の第二整流板を設けた場合、(f)は逆旋回流を発生させて、吸込みケーシングに周方向に間隔を隔てて放射状に四枚の第一整流板を設けるとともに、その間に放射状に四枚の第二整流板を設けた場合である。 Flow analysis in the case where the fluid (water) of the rated flow rate of the target pump device is sucked by the impeller 18 was performed on the various rectifying plate shapes shown in FIGS. 6B to 6F. (A) is a case where a current plate is not provided in the suction casing, and in an ideal case where no reverse swirl flow is generated in the suction casing, (b) is a case where a reverse swirl flow is generated and the suction casing has a diameter. (C) generates a reverse swirl flow along the direction, and (c) generates a reverse swirl flow and provides three current plates parallel to the radial direction in the suction casing. When the four first rectifying plates are provided radially at intervals in the circumferential direction by generating the reverse swirling flow, (e) generates the reverse swirling flow and causes the suction casing to move in the circumferential direction. When three first rectifying plates are provided radially at intervals, and three second rectifying plates are provided radially between them, (f) generates a counter-swirl flow and causes the suction casing to move in the circumferential direction. In addition to providing four first rectifying plates radially spaced apart from each other It is a case of providing four sheets of the second straightening vane radially therebetween.
尚、第一整流板24の突出高さは吸込みケーシング22の内径2Rの約1/3に設定され、第二整流板25の突出高さR2は吸込みケーシング22の内径2Rの約1/6に設定されている。 The protruding height of the first rectifying plate 24 is set to about 1/3 of the inner diameter 2R of the suction casing 22, and the protruding height R2 of the second rectifying plate 25 is set to about 6 of the inner diameter 2R of the suction casing 22. Is set.
解析の結果得られた流線を、図7から図9に示し、整流板の軸動力上昇防止効果を表す特性図を図10に示す。図7から図9に示すように、整流板がどの様に整流作用を旋回流に対して及ぼしているかが明らかになった。図8(c)に示すように、三枚の整流板の平行配置では、整流板に平行な旋回速度成分を整流できない箇所があるために、羽根車内に若干の逆旋回流れが流入する。このため、図8(d)、図9(e)、(f)は整流板を通過する旋回流が何れかの整流版に当たることを狙って径方向に沿って放射状に配置するとともに、異物通過性を考慮して流路中央部分を切り取り取った形としたものである。しかし、図8(d)に示すように、四枚の整流板では、流路の外側で整流板間隔が大きくなるために、整流板に当たらない流れが残ってしまう。 Streamlines obtained as a result of the analysis are shown in FIG. 7 to FIG. 9, and a characteristic diagram showing the shaft power increase prevention effect of the rectifying plate is shown in FIG. 10. As shown in FIGS. 7 to 9, it has become clear how the rectifying plate exerts a rectifying action on the swirling flow. As shown in FIG. 8C, in the parallel arrangement of the three rectifying plates, there is a portion where the turning speed component parallel to the rectifying plate cannot be rectified, so that a slight reverse turning flow flows into the impeller. For this reason, FIGS. 8D, 9E, and 9F are arranged radially along the radial direction so that the swirling flow passing through the rectifying plate hits one of the rectifying plates, and the passage of foreign matter. In consideration of the characteristics, the center portion of the flow path is cut out. However, as shown in FIG. 8D, in the four rectifying plates, since the rectifying plate interval is increased outside the flow path, a flow that does not hit the rectifying plate remains.
そこで、さらに改良を加えるために、整流板の間に幅の狭い整流板を配置し、幅の広いものと狭いものを交互に配置することにより、外周側でも整流作用が及ぶ様(e)及び(f)の配置の解析を行なった。図9(e)のように径方向に異なる高さの六枚の整流板を設置した場合では、図10(e)に示す通り、若干軸動力増加が残るが、図9(f)のように径方向に異なる高さの八枚の整流板を設置した場合では、図10(f)に示すように、軸動力上昇はほぼゼロとなった。 Therefore, in order to further improve, a rectifying plate having a narrow width is arranged between the rectifying plates, and a wide plate and a narrow plate are alternately arranged so that the rectifying action can be exerted even on the outer peripheral side (e) and (f ) Was analyzed. When six rectifying plates having different heights in the radial direction are installed as shown in FIG. 9 (e), the shaft power remains slightly increased as shown in FIG. 10 (e), but as shown in FIG. 9 (f). When eight rectifying plates having different heights in the radial direction were installed, the shaft power increase was substantially zero as shown in FIG.
尚、図9(e)の場合、各整流板の軸心方向先端部と周方向に隣接する整流板との周方向距離は、吸込みケーシング径の約35%の値となっている。異物の通過性と軸動力上昇を考えると、前記比率が10%から40%の範囲であることが望ましい。一方、吸込みケーシングの内径が流路方向に沿って変化する場合には、流路中心に垂直な断面において、整流板の突出高さとケーシング内径の関係を考えることになる。また、上記実施例では、吸込みケーシングが円形断面の場合で説明したが、角形や扁平状であってもよい。その際にはケーシング内径を水力直径とすることはいうまでもない。 In the case of FIG. 9 (e), the circumferential distance between the axial center tip of each rectifying plate and the rectifying plate adjacent in the circumferential direction is about 35% of the suction casing diameter. Considering the passage of foreign matter and the increase in shaft power, the ratio is preferably in the range of 10% to 40%. On the other hand, when the inner diameter of the suction casing changes along the flow path direction, the relationship between the protrusion height of the current plate and the casing inner diameter is considered in a cross section perpendicular to the flow path center. In the above embodiment, the suction casing has a circular cross section. However, the suction casing may be square or flat. In this case, it goes without saying that the casing inner diameter is the hydraulic diameter.
図10から明らかなように、100%Qにおいては、軸動力抑制効果は、(b<(d)<(c)<(e)<(f)の順であり、(f)の8枚整流板を取り付けた場合に、実機場相当の軸動力増加が起こっても、逆旋回が全く無い状態とほぼ同じ軸動力で運転が可能となる結果が得られた。 As is clear from FIG. 10, at 100% Q, the shaft power suppression effect is in the order of (b <(d) <(c) <(e) <(f), and the eight rectifications in (f) When the plate was attached, even if the shaft power increased corresponding to the actual machine field, it was possible to operate with almost the same shaft power as when there was no reverse turning.
1:第一水路
2:第二水路
3:ポンプゲート
4:ゲート
4a:水門柱
4b:床部材
4コンクリート製床盤
6:止水ゲート扉体
7:昇降機構
7a:ラック棒
7b:継手
7c:ギヤボックス
7d:手動操作ハンドル
7e:駆動連結機構
11:軸流ポンプ
12:フラップ弁機構
16:モータ本体部
16a:オイル室
16b:浸水留まり室
16c:モータ室1
16d:モータ室2
17:主軸
18:羽根車
18a:羽根ボス
18b:翼
19:案内羽根
20:ケーシング
20a:第一ケーシング
20b:第二ケーシング
20c:第三ケーシング
21:ケーシングライナ
21a:溝
22:吸込みケーシング
22a:先端開口部
23:整流板
24:第一整流板
25:第二整流板
M:電動モータ
1: First water channel 2: Second water channel 3: Pump gate 4: Gate 4a: Sluice column 4b: Floor member 4 Concrete floor 6: Water stop gate door body 7: Lifting mechanism 7a: Rack bar 7b: Fitting 7c: Gear box 7d: Manual operation handle 7e: Drive coupling mechanism 11: Axial pump 12: Flap valve mechanism 16: Motor main body 16a: Oil chamber 16b: Submerged chamber 16c: Motor chamber 1
16d: Motor chamber 2
17: Main shaft 18: Impeller 18a: Blade boss 18b: Blade 19: Guide vane 20: Casing 20a: First casing 20b: Second casing 20c: Third casing 21: Casing liner 21a: Groove 22: Suction casing 22a: Tip Opening 23: Current plate 24: First current plate 25: Second current plate M: Electric motor
Claims (8)
前記整流板は、前記吸込みケーシングの流路中心線に垂直な横断面における流向分布が前記羽根車に対して所定の迎角に揃うように前記吸込みケーシングの内周面に周方向に間隔を隔てて片持ち配置され、前記吸込みケーシングの軸心方向への突出高さが、前記吸込みケーシングの内径の15%〜35%に設定されるとともに、前記突出高さが異なるように配置されているポンプ装置。 A pump device in which a plurality of rectifying plates are provided inside a suction casing disposed on the upstream side of the impeller,
The rectifying plate is circumferentially spaced from the inner peripheral surface of the suction casing so that the flow direction distribution in a cross section perpendicular to the flow path center line of the suction casing is aligned with a predetermined angle of attack with respect to the impeller. arranged cantilevered Te, axial protrusion height in the direction of the suction casing, the set suction at 15% to 35% of the inner diameter of the casing Rutotomoni, the projection height is arranged differently pump apparatus.
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