JP5070099B2 - 水中ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、比較的低水位まで水を吸い込んで排出することが可能な残水用の水中ポンプに関する。

従来より、建設現場等の床排水に使用される仮設の水中ポンプとして、全周流型の水中ポンプが知られている（例えば特許文献１参照）。

この水中ポンプは、低水位においても排水を可能にするため、ポンプの吸込口をその底面にのみ開口させ、それによって吸込口が床に極力近くなるようにしている。
特許第３５８９７４１号公報

しかしながら、前述したような残水対策を施したとしても、水位がポンプの吸込口付近にまで到達すると、水面が上下に揺れる等によって、水と共に空気もポンプケーシング内に吸い込んでしまう。そのため、ポンプケーシング内では、羽根車の回転に伴い、相対的に比重の重い水は、外周方向に押し出される一方、相対的に比重の軽い空気は中心付近に留まることになる。その結果、羽根車と水とがほとんど接触しなくなり、羽根車が実質的に空転状態となって、所望の低水位まで排水することができなくなる。

本発明では、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、低水位においても安定的に水を排出することが可能な水中ポンプを提供することである。

本発明の水中ポンプは、上下方向に延びる回転軸周りに回転する駆動軸を有するモータと、前記モータを収容するモータケーシングと、前記モータケーシングの外周面との間で環状の流路を区画形成すると共に、該環状の流路に連通する排出口を有する外ケーシングと、前記駆動軸の下端部に取り付けられる遠心羽根車と、前記羽根車を収容すると共に、前記回転軸上に下向きに開口する吸込口と、それぞれ径方向の外方位置に形成されかつ、前記環状の流路に連通する複数の吐出部とを有するポンプケーシングとを備え、前記羽根車が前記モータによって駆動されることに伴い、前記吸込口から吸い込んだ水を前記吐出部及び環状の流路を介して前記排出口から外部に水を排出する全周流型の水中ポンプである。

そして、前記ポンプケーシングは、周方向に等間隔をあけて配置された前記複数の吐出部それぞれに向かって、径方向の外方側に水を導く複数のボリュート部をさらに有し、
前記複数のボリュート部のうちの一部のボリュート部は、径方向の内方側へと水を戻す戻し部を有している。

この構成によると、前記ポンプケーシングの吸込口は下向きに開口して形成されており、この水中ポンプは、比較的低水位まで水を吸い込んで排出することが可能な残水用の水中ポンプとされている。前記羽根車が回転することによって、前記ポンプケーシング内で径方向の外方に向かって押し出された水は、前記ボリュート部によって前記吐出部に導かれて、そこから前記環状の流路へと吐出される。

ここで、複数のボリュート部のうち一部のボリュート部は戻し部を有しているため、水の一部は前記戻し部によって、径方向の内方側へと戻される。それによって、水位が吸込口付近になって、前記ポンプケーシング内に水と空気が吸い込まれる状態になっても、前記羽根車と水との接触が増えて、前記羽根車の空転が抑制される。その結果、低水位においても安定的に水を排出することができる。また、戻し部を有するボリュート部は、複数ある内の一部であるため、水中ポンプのポンプ効率を大きく低下させることはない。従って、残水対応性とポンプ効率の確保とが両立する。

前記各ボリュート部は、前記回転軸からの距離を次第に拡大させながら前記吐出部に向かって湾曲して延びる湾曲部と、前記吐出部を挟んで前記湾曲部の先端部と径方向に相対すると共に、前記回転軸からの距離が略一定のままで略円弧状に延びて当該湾曲部に隣接する別の湾曲部の基端と連続する水切り部とを有しており、前記戻し部は、前記湾曲部に対して径方向の内方側に突出するようにして設けられていると共に、前記水切り部の円弧半径と略同じ径の円弧面を有している、としてもよい。

前記戻し部が前記円弧面を有していることで、ポンプケーシング内の流れを大きく乱すことなく、径方向の内方側に水を戻すことができる。このことにより、ポンプ効率の低下が抑制される。

前記戻し部は、前記円弧面の先端縁から前記湾曲部に向かって延びる側面をさらに有し、前記円弧面と前記側面との成す角度は略９０°に設定されている、としてもよい。

こうすることで、前記吐出部から前記ポンプケーシング内の径方向の内方に向かう方向には、急拡大形状の流路となるため、水の逆流を防止することができる。

また、前記湾曲部と前記水切り部との間隔と、前記戻し部の前記円弧面の先端と前記水切り部との間隔とは略同じに設定されている、としてもよい。

つまり、前記円弧面の先端と前記水切り部との間隔が広すぎる時には、径方向内方への水の戻し機能が低下して、残水対応性が低下する。一方、前記円弧面の先端と前記水切り部との間隔が狭すぎる時には、前記吐出部へ向かう流れが大きく阻害されるため、ポンプ効率が低下する。そこで、残水対応性とポンプ効率とを両立させる上では、前記円弧面の先端と前記水切り部との間隔は、前記湾曲部と前記水切り部との間隔と略同じにすることが好ましい。

以上説明したように、本水中ポンプでは、ポンプケーシングは、それぞれ周方向に等間隔を空けて配置された吐出部に向かって、径方向の外方側に水を導く複数のボリュート部を有し、複数のボリュート部のうちの一部のボリュート部が、径方向の内方側へと水を戻す戻し部を有することによって、水位が吸込口付近になって、ポンプケーシング内に水と空気が吸い込まれる状態になっても、羽根車と水との接触が増えて、該羽根車の空転が抑制される。その結果、低水位においても安定的に水を排出することができる。それと共に、ポンプ効率の大幅な低下を抑制することができる。

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。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明の適用範囲を制限することを意図しない。

本発明の水中ポンプ１は、例えば、建設現場等の床排水に使用される仮設式のポンプであり、図１に示すように、羽根車２１を有するポンプ部２と、羽根車２１を駆動するモータ４を有するモータ部３とを備えている。そして水中ポンプ１は、オイルケーシング６を挟んだ下側にポンプ部２を、その上側にモータ部３をそれぞれ配設することによって、ポンプ部２及びモータ部３が上下方向に並んで配設されている。

モータ部３はステータ４１及びロータ４２から成るモータ４と、該モータ４のステータ４１を覆うモータケーシング３１と、該モータケーシング３１の上端に取り付けられるモートルカバー３２とを備えている。

ロータ４２の略中央位置には、上下方向に延びる駆動軸４３が配設されており、該駆動軸４３は回転軸Ｘ周りに回転する。

モータケーシング３１は、その上端が開口した略円筒形を有しており、その底部の略中央位置には、駆動軸４３が貫通する貫通孔が形成されると共に、駆動軸４３の略中央部分を回転可能に支持する軸受３３が取り付けられている。

モートルカバー３２は断面略逆Ｕ字状を有しており、モータケーシング３１の上端開口を閉塞するように、このモータケーシング３１の上端に対して取り付けられている。

モートルカバー３２の上壁の内側の略中央位置には、ブラケット３２aが一体に形成されており、当該ブラケット３２aには、駆動軸４３の上端部分を回転可能に支持する軸受３４が取り付けられている。

尚、図示は省略するが、モートルカバー３２内には、モータ４を駆動するための各種電気部品が収容されている。

オイルケーシング６は、ポンプ部２とモータ部３を区画するように水平方向に拡がる略円形状の区画壁６１を備えている。そして、区画壁６１の上面側には、その外周縁で上方に向かって突出する環状の第１起立壁６２と、第１起立壁６２よりも径方向内側位置で上方に向かって突出すると共に、モータケーシング３１の下面に取り付けられる環状の第２起立壁６３とが、区画壁６１と一体に形成されている。また、その下面側には、下方に突出する３つの取付部６４（図１においては１つのみ示す）が周方向に等間隔を空けて、区画壁６１と一体に形成されている。

区画壁６１には、その中心に相当する位置に、上下に貫通する貫通孔が形成されており、その貫通孔内をモータ４の駆動軸４３が貫通して配設されている。

第２起立壁６３は、その上端が、モータケーシング３１と固定されることによって、区画壁６１、第２起立壁６３、及びモータケーシング３１の下面によって囲まれた密閉空間を形成する。この密閉空間内には、駆動軸４３を取り囲むようにメカニカルシール６５が配設されるのに対し、区画壁６１の下面側には駆動軸４３を取り囲むようにオイルシール６６が配設されている。このオイルシール６６とメカニカルシール６５によって、モータ部３に水が侵入することを防止している。

また、区画壁６１における第１起立壁６２と第２起立壁６３との間には、周方向に一定の間隔に等間隔をあけて３つの貫通孔６７（図１においては１個のみ示す）が形成されている。

第１起立壁６２の上端には、断面略逆Ｕ字状の上端閉塞の円筒形状を有する外ケーシング５が取り付けられており、当該外ケーシング５とモータケーシング３１との間にモータ部３の周囲を周回する環状の流路５１が形成されている。

外ケーシング５の上壁における外周縁近傍には、環状の流路５１と連通する排出口５２が形成されており、当該排出口５２には、ホースカップリング５３が取り付けられている。また、外ケーシング５の上壁の略中央位置には携行用のハンドル５４が取り付けられており、当該携行用のハンドル５４を挟んで排出口５２とは逆側であって、外ケーシング５の上壁における外周縁近傍には、モートルカバー３２に一体形成されたボス部３２ｂが外ケーシング５を上方に貫通して配設されている。尚、ボス部３２ｂには、モータ４に給電する給電ケーブルを挿通するケーブルブーツ５５が水密状態で取り付けられている。

ポンプ部２は、上述したように、モータ４の駆動軸４３の下端に取り付けられる羽根車２１と、当該羽根車２１の背面に配設される後面ライナー２２と、該後面ライナー２２をオイルケーシング６とによって挟持するポンプケーシング２３とを備えている。

羽根車２１は、複数の羽根を有する遠心羽根車であり、駆動軸４３の下端に螺合される羽根車ねじ２４によって、その駆動軸４３に固定されている。

羽根車ねじ２４の先端には、略立方体形状を有する攪拌板２５が取り付けられており、この攪拌板２５は後述するポンプケーシング２３の吸込口７０を通って、そのポンプケーシング２３よりも下方に突出している。

ポンプケーシング２３は、周壁部を含みかつ、その上端が開口した有底の略円筒形状を有しており、オイルケーシング６に対して取り付けられることで、羽根車２１を下から覆うように設けられる。この時に、周壁部の上端は外ケーシング５の下端に位置しており、これによって後述するように水中ポンプの吸込口は下向きにのみ開口することになる。

図１又は図２に示すように、ポンプケーシング２３の底部には、その略中央位置で開口する吸込口７０と、径方向の外方位置において、同方向に等間隔をあけて配置されると共に、オイルケーシング６の貫通孔６７に連通する吐出部７１が形成されている。また、ポンプケーシング２３の底部には、吸込口７０を囲むように配設された３つのボリュート部７２が一体に形成されている。そして、当該３つのボリュート部７２は、周方向に並んで、互いに連続して配設されている。

各ボリュート部７２は、所定の湾曲形状を有する複数の湾曲部７３と、該湾曲部７３に対し、吐出部７１を挟んだ径方向内方に相対する水切り部７４と、該水切り部７４と湾曲部７３とを径方向に互いに連結する連結部７５とを備えている。

湾曲部７３は、周方向の所定位置から吐出部７１に向かって回転軸Ｘからの距離を拡大させながら延びて配設されている。

水切り部７４は、吐出部７１よりも径方向の内方位置で、回転軸Ｘからの距離が略一定のままで周方向に延びて、隣接する湾曲部７３の基端に対して接続されており、水切り部７４と、その隣の湾曲部７３とは滑らかに連続するボリュート形状を構成している。

連結部７５は、湾曲部７３の先端と、水切り部７４と湾曲部７３との接続位置との間を連結しており、これによって３つのボリュート部７２を無端環状となるように互いに連結している。

そして、３つのボリュート部７２のうち１のボリュート部には、その湾曲部７３に、図２に示すように、戻し部７９が設けられている。

戻し部７９は湾曲部７３から径方向の内方に向かって突出すると共に、回転軸Ｘの中心から水切り部７４までの距離を半径とした、回転軸Ｘを中心とする円７６（図２の一点鎖点参照）の一部に相当する円弧面８０と、円弧面８０の先端と湾曲部７３とを径方向に延びて結ぶ側面８１とを含んでいる。換言すれば、戻し部７９は、円７６と、連結部７５と、湾曲部７３とで囲まれた吐出部７１を含む領域の一部を埋めるように、湾曲部７３に対し一体に形成されている。ここで、円弧面８０と側面８１との成す角aは略９０°に設定されている。また、円弧面８０の先端から水切り部７４までの距離ｂと、水切り部７４から湾曲部７３までの距離cとが略等しくなるように設定されている。

ポンプケーシング２３はまた、図１に示すように、その下面側の吸込口７０付近に下向きに突出する凸部７７を備えている。該凸部７７は、吸込口７０を下側から覆うように配設されるストレーナ９と当接することによって、ポンプによる吸引力でストレーナ９が変形することを防止する。

ストレーナ９は、下向きに若干膨らんだ皿形状を有しており、取付穴７８を介して取付部６４にねじ（図示省略）で固定している。これによって、ストレーナ９と共にポンプケーシング２３もまた、オイルケーシング６に固定されることになる。

ストレーナ９にはまた、その中央部付近には、複数の吸込穴９１が形成されていると共に、その外周側の部分にはストレーナスタンド９２が取り付けられている。該ストレーナスタンド９２は、その高さが極力低くなるように設計されており、これによってポンプケーシング２３の吸込口７０の位置を可及的に低い位置に位置づけている。

このように、本水中ポンプ１は、ストレーナ９が底面にのみ配設されて、水中ポンプの底面からのみ水を吸い込む残水用の水中ポンプとされている。しかしながら、別形状のポンプケーシング及びストレーナに取り替えることで、その周面からも水を吸い込むことが可能な水中ポンプに構成することも可能である。つまり、この水中ポンプは、モータ部３を共通化しつつ、残水用の水中ポンプと通常の水中ポンプとの双方を製造することができる設計となっている。

本全周流型の水中ポンプは以上のように構成されており、次に本水中ポンプの動作について説明する。

例えば、建設現場等の床排水をするような場合には、まずホースカップリング５３に図示省略の排水ホースの一端を連結しておいて、水中ポンプ１を水に浸かるように設置し、モータ４を駆動する。

それによって、羽根車２１が回転し、その遠心力により羽根車２１の周辺部の水が該羽根車２１の径方向の外方に押し出されて、羽根車２１の中央下部に対する領域が減圧される。この減圧により、ストレーナ９の吸込穴９１及びポンプケーシング２３の吸込口７０を通ってポンプケーシング２３内に水が吸引される。そして、その水が羽根車２１の遠心力によって、径方向の外方に押し出されて、各ボリュート部７２によって、ポンプケーシング２３の吐出部７１及びオイルケーシング６の貫通孔６７を通り外ケーシング５内の環状の流路５１に導かれる。水が環状の流路５１に所定の量以上溜まると、排出口５２及び前記排出ホースを通って外部に排出される。

建設現場等の残水が排水され、ポンプケーシング２３の吸込口７０付近に水位が達すると、水面が上下に揺れる等によって、ポンプが水と共に空気も吸い込んでしまい、ポンプケーシング２３内には水と空気が存在することになる。この状態では、羽根車２１の回転に伴い、水は径方向の外方に押し出されるため、回転軸Ｘ付近には空気のみが存在することになる。

ここで、ポンプケーシング２３のボリュート部７２に戻し部７９を取り付けていない従来の水中ポンプにおいては、図３に示すように、羽根車２１に水がほとんど接触しなくなり、羽根車２１が実質的に空転状態となって、ポンプによる水の揚送が不能になってしまう。

一方、本水中ポンプ１においては、羽根車２１の遠心力によって側方に流された水の一部は、戻し部７９によって、羽根車２１側へ戻される（図２の矢印参照）。それによって、図４に示すように、羽根車２１は多くの水と接触することになり、羽根車の空転が回避される。その結果、ポンプによる水の揚送が安定して可能となる。尚、図２の２点鎖線は、回転軸Ｘ付近の空気の層を示している。

このように戻し部７９を設けたとしても、その戻し部７９は、３つ存在するボリュート部７２のうち１つにのみ設けられている。このため、水中ポンプ１のポンプ効率が大幅に低下することを回避することができる。

また、戻し部７９に円７６の一部に相当する円弧面８０を設けたことによって、ポンプケーシング２３内の流れを大きく乱すことなく、径方向の内方側に水を戻すことができる。これによっても、ポンプ効率の低下が抑制される。

さらに、円弧面８０と側面８１との成す角度を略９０°に設定したことによって、吐出部７１からポンプケーシング２３内の径方向の内方に向かう方向には、流路の形状が急拡大形状となるため、水の逆流を防止することができる。

加えて、前記の水中ポンプ１では、円弧面８０の先端と水切り部７４との間隔ｂを、湾曲部７３と水切り部７４との間隔ｃと略同じに設定している。円弧面８０の先端と水切り部７４との間隔bが広すぎる時には、径方向内方への水の戻し機能が低下して、残水対応性が低下する。一方、円弧面８０の先端と水切り部７４との間隔bが狭すぎる時には、吐出部７１へ向かう流れが大きく阻害されるため、ポンプ効率が低下する。これに対し、円弧面８０の先端と水切り部７４との間隔ｂを、湾曲部７３と水切り部７４との間隔ｃと略同じに設定することによって、残水対応性とポンプ効率が両立することになる。

尚、水中ポンプ１の構成は、前記の構成に限定されるものではなく、戻し部７９の設置位置や形状は適宜変更してもよい。例えば、図５に示すように、戻し部７９は円７６の一部に相当する円弧面８０を有していなくてもよく、径方向の内方に向かって突出する単なる突起としてもよい。こうした突起状の戻し部７９は、より多くの水を羽根車２１側に戻すことになる（図５の矢印参照）。

また、本実施形態では、戻し部７９を３つあるうちの１のボリュート部７２に設けているが、例えば図６に示すように、２つのボリュート部７２に設けてもよい。こうすることで、羽根車２１の遠心力によって径方向外方に流された水は、２つの戻し部７９によって、より多く羽根車２１側へ戻される（図６の矢印参照）。その結果、低水位においても安定的に排水することができる。但し、３つあるボリュート部７２の全てに、戻し部７９を設けるとポンプ効率が大幅に低下するので、好ましくない。

さらに、吐出部７１及びボリュート部７２の数は３つに限らず適宜変更することが可能であり、戻し部７９の数は、吐出部７１及びボリュート部７２の数に応じて適宜設定すればよい。

以上説明したように、本発明は、低水位において、従来より安定的に排水することができる全周流型の残水用水中ポンプを提供できる点で有用である。

本発明に係る全周流型の水中ポンプの一部断面の側面図である。 図１のＡ−Ａ断面を上から見た図である。 低水位における、従来の水中ポンプのポンプケーシング内の状態を説明した図である。 低水位における、本発明に係る水中ポンプのポンプケーシング内の状態を説明した図である。 本発明に係る水中ポンプの戻し部の形状を変化させた実施例を説明した図である。 本発明に係る水中ポンプのボリュート部に複数の戻し部を設置した実施例を説明した図である。

符号の説明

１ 水中ポンプ
２ ポンプ部
２１ 羽根車
２３ ポンプケーシング
３ モータ部
３１ モータケーシング
４ モータ
４３ 駆動軸
５ 外ケーシング
５１ 環状の流路
５２ 排出口
７０ 吸込口
７１ 吐出部
７２ ボリュート部
７３ 湾曲部
７４ 水切り部
７９ 戻し部
８０ 円弧面
８１ 側面
a 円弧面と側面の成す角
b 戻し部の円弧面の先端と水切り部との間隔
c 湾曲部と水切り部との間隔
Ｘ 回転軸

Claims (4)

1. 上下方向に延びる回転軸周りに回転する駆動軸を有するモータと、
   前記モータを収容するモータケーシングと、
   前記モータケーシングの外周面との間で環状の流路を区画形成すると共に、該環状の流路に連通する排出口を有する外ケーシングと、
   前記駆動軸の下端部に取り付けられる遠心羽根車と、
   前記羽根車を収容すると共に、前記回転軸上に下向きに開口する吸込口と、それぞれ径方向の外方位置に形成されかつ、前記環状の流路に連通する複数の吐出部とを有するポンプケーシングとを備え、
   前記羽根車が前記モータによって駆動されることに伴い、前記吸込口から吸い込んだ水を前記吐出部及び環状の流路を介して前記排出口から外部に水を排出する全周流型の水中ポンプであって、
   前記ポンプケーシングは、周方向に等間隔をあけて配置された前記複数の吐出部それぞれに向かって、径方向の外方側に水を導く複数のボリュート部をさらに有し、
   前記複数のボリュート部のうちの一部のボリュート部は、径方向の内方側へと水を戻す戻し部を有していることを特徴とする水中ポンプ。
2. 請求項１に記載の水中ポンプにおいて、
   前記各ボリュート部は、前記回転軸からの距離を次第に拡大させながら前記吐出部に向かって湾曲して延びる湾曲部と、前記吐出部を挟んで前記湾曲部の先端部と径方向に相対すると共に、前記回転軸からの距離が略一定のままで略円弧状に延びて当該湾曲部に隣接する別の湾曲部の基端と連続する水切り部とを有しており、
   前記戻し部は、前記湾曲部に対して径方向の内方側に突出するようにして設けられていると共に、前記水切り部の円弧半径と略同じ径の円弧面を有していることを特徴とする水中ポンプ。
3. 請求項２に記載の水中ポンプにおいて、
   前記戻し部は、前記円弧面の先端縁から前記湾曲部に向かって延びる側面をさらに有し、
   前記円弧面と前記側面との成す角度は、略９０°に設定されていることを特徴とする水中ポンプ。
4. 請求項２または請求項３に記載の水中ポンプにおいて、
   前記湾曲部と前記水切り部との間隔と、前記戻し部の前記円弧面の先端と前記水切り部との間隔とは、略同じに設定されていることを特徴とする水中ポンプ。

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