JP5740120B2 - 水中ポンプ及び水中ポンプ用ケーシング - Google Patents

Description

本発明は、汚水等の送水に適した水中ポンプ及び水中ポンプ用ケーシングに関する。

汚水等の送水に用いる水中ポンプ（排水ポンプ）等には、渦巻形のケーシング内に羽根車が収容された渦巻ポンプが用いられる。水中ポンプは、ケーシングの下方側に吸込口、ケーシングの側方に吐出口が設けられ、羽根車が回転することで、吸込口から吸い込まれた汚水を、吐出口から吐出させる構成である。

このような汚水等の送水に用いられる水中ポンプは、汚水中に異物（汚物等）が含まれる虞があり、汚物が巻き込まれる等による故障を防止するために、汚水中に含まれる汚物を確実に排出できる構成が要求される。

このため、汚水等の送水に用いられる水中ポンプは、例えば、汚物を球状と仮定した場合に、口径に対して７０％以上の粒径の汚物が通過できるように規定されている。このため、羽根出口流路の幅が、吸込口の幅に対して、７０％〜１００％となるように形成された羽根車が用いられている。

一方、羽根車とケーシングは、通過粒径（流路を通過することのできる球の最大直径）が流路の途中で変化しないように設定されていることが一般的であり、羽根車の出口流路幅とケーシングの流路幅とはほぼ等しい。

こうした水中ポンプでは、通過粒径を確保するために羽根出口流路幅が大に設定されるため、ポンプの動力が大きくなる。一方、羽根出口流路幅を大きくするとポンプ効率が低下する。このため、通過粒径を確保しつつ、吐出し量を絞るために羽根出口流路幅を小に設定し吐出し量を減少させてポンプ効率を高めた羽根車が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１４４５３１号公報

しかしながら、上述したようにポンプ効率を高めるために羽根出口流路幅を小に設定した羽根車を有する水中ポンプでは、次のような問題があった。すなわち、このような羽根車は回転体であることから、出口流路幅を小に設定するために偏肉にして形成されるため、重量バランスが悪く、ポンプ運転の際に振動が生じやすいという問題があった。

そこで本発明は、重量バランスを崩すことなくポンプの吐出し量を減少させ、ポンプ運転の際の振動を抑えるとともに高いポンプ効率を確保することができる水中ポンプ及び水中ポンプ用ケーシングを提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の水中ポンプ及び水中ポンプ用ケーシングは次のように構成されている。

中央部に吸入口、側壁に吐出口が形成されるとともに内周壁に沿って径方向の深さが漸次大きくなる流路が形成された円筒状のケーシングと、このケーシング内に回転自在かつ同軸的に配置された羽根車と、この羽根車を回転させるモータとを備え、前記ケーシングの流路の軸方向の幅が前記ケーシング内部に、前記羽根車側の出口流路に対向配置されると共に、前記吐出口近傍まで連なる突出部により規制されることで、前記羽根車側の出口流路幅よりも小であり、前記吐出口近傍で同等に形成されていることを特徴とする。

羽根車が収納され、当該羽根車が回転することで、流体を圧送する水中ポンプ用ケーシングにおいて、中央部に吸入口、側壁に吐出口が形成されるとともに内周壁に沿って径方向の深さが漸次大きくなる流路が形成された円筒状のケーシング本体と、このケーシング本体の内周壁に沿って形成された流路とを具備し、
前記流路は、軸方向の幅が前記ケーシング内部に、前記羽根車側の出口流路に対向配置されると共に、前記吐出口近傍まで連なる突出部により規制されることで、前記羽根車側の出口流路幅よりも小であり、前記吐出口近傍で同等に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、重量バランスを崩すことなくポンプの吐出し量を減少させ、ポンプ運転の際の振動を抑えるとともに高いポンプ効率を確保することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る水中ポンプを示す縦断面図。 同水中ポンプに用いられる羽根車及びケーシングの構成を一部断面で示す斜視図。 同水中ポンプに組み込まれたケーシングにおける流路を模式的に示す説明図。 同ケーシングを図３におけるＸ−Ｘ線の位置で切断して矢印方向に見た断面図。 本発明の第２の実施の形態に係る水中ポンプに組み込まれたケーシングにおける流路を模式的に示す説明図。 同ケーシングを図３におけるＹ−Ｙ線の位置で切断して矢印方向に見た断面図。

図１は本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ１０の構成を断面で示す説明図、図２は同水中ポンプ１０の要部であって、特にケーシング５０及び羽根車６０の構成を一部断面で分解して示す斜視図、図３は、同ケーシング５１の流路５１ａを模式的に示す図であって、図４におけるＸ４−Ｘ４線の位置で切断して矢印方向に見た説明図、図４は、ケーシング５１を図３におけるＸ３−Ｘ３線の位置で切断して矢印方向に見た断面図である。

である。なお、図１中、Ｂはボルトを、Ｆは水の流れを、Ｋは電源ケーブル、Ｌはライナリングをそれぞれ示す。

図１に示すように、水中ポンプ１０は、モータ２０と、軸封装置３０と、ポンプ本体４０とを備えている。このような水中ポンプ１０は、汚水槽や下水道等に設置され、異物（汚物等）を含む水を移送する所謂排水水中ポンプと呼ばれるものである。

モータ２０は、モータケーシング２１と、モータケーシング２１の内周面に取り付けられた固定子２２と、回転子２３と、この回転子２３に取り付けられた回転軸２４とを備えている。またモータ２０は、外部電源等に接続される電源ケーブルＫが接続されている。モータケーシング２１は、両端が閉塞する円筒形状に形成され、一方の端面が軸封装置３０にボルトＢ等により固定される。

固定子２２は、電源ケーブルＫを介して供給された電力により、回転子２３を回転可能に形成されている。回転軸２４は、モータケーシング２１の一端側から突出し、かつ、モータケーシング２１にベアリング等の軸受２５を介して回転自在に軸支されている。なお、回転軸２４は、モータケーシング２１に、重力方向に延設される。

軸封装置３０は、シールケーシング３１と、メカニカルシール３２とを備えている。軸封装置３０は、モータ２０、ポンプ４０及び回転軸２４間を液密に仕切る機能を有している。

シールケーシング３１は、内部にメカニカルシール３２を収納可能に形成されている。このようなシールケーシング３１は、両端が閉塞する円筒状に形成され、その両端面に回転軸２４を挿通する挿通孔３３を備えている。また、シールケーシング３１は、その内部に、メカニカルシール３２の潤滑油を充満可能な油室３４を形成する。

メカニカルシール３２は、シールケーシング３１と回転軸２４との間を密閉することで、ポンプ４０からの汚水の浸入及びモータ２０への潤滑油の浸入を防止可能に形成されている。このように、軸封装置３０は、潤滑油により充満したシールケーシング３１内にメカニカルシール３２を設けることで、モータ２０への異物混入を防止する所謂二段構造が用いられる。

ポンプ４０は、ケーシング５０と、羽根車６０とを備えている。ケーシング５０は、その内部に羽根車６０を収納する渦巻ケーシングであり、その内部にポンプ室５２を形成する円筒状のケーシング本体５１と、このケーシング本体５１の上部に配置された蓋部材５９とを備えている。

ケーシング本体５１は、内周壁に沿って形成された流路５１ａが設けられており、この流路５１ａは、径方向に相当する流路深さＤが羽根車６０の回転方向Ｒに沿うとともに、後述する吐出口５５に向けて漸次大きく形成されている。また、流路５１ａには、軸方向に突出部５１ｂが形成されており、流路５１ａの流路幅Ｈが、羽根車６０側の流路幅Ｗのほぼ半分程度に規制されている。その規制される範囲は内周壁から舌部５６を通る円の外径Ｄ３までである。また、突出部５１ｂは吐出口５５近傍で終わり、流路幅Ｈが羽根車６０側の流路幅Ｗとほぼ同じ幅となっている。なお、突出部５１ｂの径方向の幅は流路５１ａの流路深さとほぼ同等である。

ケーシング本体５１の下面には水中ポンプ１０を据付面に据付ける複数の脚部５３を備えている。また、ケーシング本体５１は、その底面であって、複数の脚部５３間に設けられた吸込口５４と、その側面に設けられた吐出口５５とを備えている。なお、吸込口５４は、羽根車６０を回動可能に支持する第２支持部５４ａを有している。

蓋部材５９は、シールケーシング３１に結合している。蓋部材５９は、上述した挿通孔３３の下方に、羽根車６０を回動可能に支持する第１支持部５９ａを有している。

なお、挿通孔３３、第１支持部５９ａ及び第２支持部５４ａには、回転軸２４及び羽根車６０と摺動可能なライナリングＬが設けられる。

図２に示すように、羽根車６０は、ノンクロッグのクローズド羽根車である。このような羽根車６０は、例えば、一対のシュラウド６１，６２と、これらシュラウド６１，６２間に一体に設けられた羽根６３と、を備えている。羽根車６０は、その流体を吸込む吸込孔６４と、吸込んだ流体を吐出する吐出孔６５を有している。

シュラウド６１は、円板状に形成されている。シュラウド６１は、その中央側に、回転軸２４が挿通可能、且つ、キー溝が形成された挿通孔６１ａが形成され、その外周に第１被支持部６１ｂが形成されている。

シュラウド６２は、円環状に形成されている。シュラウド６２は、その中央側に、吸込孔６４が形成され、その外周に第２被支持部６４ａが形成されている。

第１被支持部６１ｂは、ライナリングＬを介して第１支持部５９ａに回転及び摺動自在に支持される。第２被支持部６４ａは、ライナリングＬを介して第２支持部５４ａに回転及び摺動自在に支持される。

羽根６３は、シュラウド６１，６２間に例えば１枚設けられている。なお、複数でも良い。羽根６３は、シュラウド６１，６２の中心からの径が各位置で異なる形状、例えば渦巻形状やインボリュート形状に形成されている。なお、その詳細な形状は、羽根車６０が、水を所定のポンプ効率で圧送（移送）可能な形状であれば、適宜設定可能である。

羽根６３は、シュラウド６１，６２間に、シュラウド６２の吸込孔６４から吸い込まれた水をポンプ室５２内へと移動させる吐出孔６５を形成する。この吐出孔６５は、吸込孔６４から吸込んだ水をポンプ室５２へと吐出する。

このように構成された水中ポンプ１０は、電源ケーブルＫを介して電力が供給されることで、モータ２０を駆動される。モータ２０は、固定子２２により、回転子２３に固定された回転軸２４を回転させる。回転子２３の回転により、ポンプ４０は、羽根車６０が回転する。

図１の水の流れＦに示すように、ポンプ４０は、羽根車６０の回転により、吸込孔６４から吸い込まれた水が羽根車６０の吐出孔６５から吐出され、ケーシング５０及び羽根車６０により圧送される。この圧送によりポンプ４０は、この圧送された水を、吐出口５５を介して水中ポンプ１０の二次側へ移送することが可能となる。

このように構成された水中ポンプ１０によれば、流路５１ａの流路幅Ｈは、吐出口５５付近の流路幅Ｈよりも狭く形成されている。このため、吐出し量を少なくすることができ、ポンプ効率を向上させることができる。また、ケーシング本体５１を偏肉しているので、回転体である羽根車６０の重量バランスは崩れず、振動や騒音を最小限に抑えることができる。なお、吐出口５５付近では、吐出幅Ｈを確保しているので、所定の粒径の汚物は通過可能である。

上述したように本実施の形態に係る水中ポンプ１０によれば、重量バランスを崩すことなくポンプの吐出し量を減少させ、ポンプ運転の際の振動を抑えるとともに高いポンプ効率を確保することが可能となる。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る水中ポンプ１０Ａに組み込まれたケーシング５０Ａの流路５１ａを模式的に示す図であって、図６におけるＸ６−Ｘ６線の位置で切断して矢印方向に見た説明図、図６は、ケーシング５０Ａを図５におけるＸ５−Ｘ５線の位置で切断して矢印方向に見た断面図である。なお、図５，６において、図３，４と同一機能部分には同一符号を付した。

ケーシング本体５１Ａは、内周壁に沿って形成された流路５１ａが設けられており、この流路５１ａは、径方向に相当する流路深さＤが羽根車６０の回転方向Ｒに沿うとともに、後述する吐出口５５に向けて漸次大きく形成されている。また、流路５１ａには、軸方向に突出部５１ｃが形成されており、流路５１ａの流路幅Ｈが、羽根車６０側の流路幅Ｗのほぼ半分程度に規制されている。また、突出部５１ｃは吐出口５５近傍で終わり、流路幅Ｈが羽根車６０側の流路幅Ｗとほぼ同じ幅となっている。なお、突出部５１ｃは径方向の厚さが一定に形成されており、突出部５１ｃの内径は舌部５６を通る円の外径Ｄ３である。

このように構成されたケーシング５０Ａが組み込まれた水中ポンプ１０Ａであっても、上述した水中ポンプ１０と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、図中下方向から突出部を形成したが、上方から突出部を形成し、流路幅Ｈを制限するようにしてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

１０，１０Ａ…水中ポンプ、２０…モータ、４０…ポンプ、５０，５０Ａ…ケーシング、５１，５１Ａ…ケーシング本体、５１ａ…流路、５１ｂ，５１ｃ…突出部、５２…ポンプ室、５６…舌部、５９…蓋部材、６０…羽根車、Ｂ…ボルト、Ｆ…汚水の流れ、Ｋ…電源ケーブル、Ｌ…ライナリング、Ｄ２…羽根車外径、Ｄ３…舌部を通る円の外径。

Claims (2)

1. 中央部に吸入口、側壁に吐出口が形成されるとともに内周壁に沿って径方向の深さが漸次大きくなる流路が形成された円筒状のケーシングと、
   このケーシング内に回転自在かつ同軸的に配置された羽根車と、
   この羽根車を回転させるモータとを備え、
   前記ケーシングの流路の軸方向の幅が前記ケーシング内部に、前記羽根車側の出口流路に対向配置されると共に、前記吐出口近傍まで連なる突出部により規制されることで、前記羽根車側の出口流路幅よりも小であり、前記吐出口近傍で同等に形成されていることを特徴とする水中ポンプ。
2. 羽根車が収納され、当該羽根車が回転することで、流体を圧送する水中ポンプ用ケーシングにおいて、
   中央部に吸入口、側壁に吐出口が形成されるとともに内周壁に沿って径方向の深さが漸次大きくなる流路が形成された円筒状のケーシング本体と、
   このケーシング本体の内周壁に沿って形成された流路とを具備し、
   前記流路は、軸方向の幅が前記ケーシング内部に、前記羽根車側の出口流路に対向配置されると共に、前記吐出口近傍まで連なる突出部により規制されることで、前記羽根車側の出口流路幅よりも小であり、前記吐出口近傍で同等に形成されていることを特徴とする水中ポンプ用ケーシング。

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