JP6683553B2

JP6683553B2 - ポンプ設備

Info

Publication number: JP6683553B2
Application number: JP2016125822A
Authority: JP
Inventors: 祐治兼森
Original assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: JP2017227203A

Description

本発明は、ポンプ設備に関する。

特許文献１には、ケーシングの全長が異なる複数台の立軸ポンプを配置したポンプ設備が開示されている。このポンプ設備では、排水を開始させる水位が立軸ポンプ毎に設定されており、吸込水槽内の水位に応じて、全長が長い立軸ポンプから順番に運転が開始される。

特開平８−６１２８３号号公報

しかしながら、特許文献１のポンプ設備は、立軸ポンプ毎に年間排水運転時間が異なり、全長が長い方の年間排水運転時間は長く、全長が短い方の年間排水運転時間は短くなる。また、立軸ポンプはそれぞれ、運転時間に比例して摩耗する定期交換部品である水中軸受を備えている。よって、立軸ポンプ毎にメンテナンス時期が異なるため、ポンプ設備の管理が煩雑である。

本発明は、全長が異なる複数の立軸ポンプのメンテナンスサイクルの均一化を課題とする。

本発明のポンプ設備は、吸込水槽内に垂下された第１ケーシングを有する第１立軸ポンプと、前記吸込水槽内に垂下された第２ケーシングを有し、前記吸込水槽内での前記第２ケーシングの全長が前記第１ケーシングの全長よりも短い第２立軸ポンプと、前記吸込水槽内に垂下された第３ケーシングを有し、前記吸込水槽内での前記第３ケーシングの全長が、前記第１ケーシングの全長よりも短く、前記第２ケーシングの全長よりも長い第３立軸ポンプと、前記吸込水槽内に垂下された第４ケーシングを有し、前記吸込水槽内での前記第４ケーシングの全長が、前記第３ケーシングの全長よりも短く、前記第２ケーシングの全長よりも長い第４立軸ポンプと、前記第１立軸ポンプから前記第４立軸ポンプ毎に異なる駆動水位が定められており、前記吸込水槽内の水位に応じて前記第１立軸ポンプから前記第４立軸ポンプを全長が長い方から順に駆動させる制御部とを備え、前記第１立軸ポンプは、注水潤滑型の第１水中軸受を備え、前記第２立軸ポンプは、無注水潤滑型の第２水中軸受を備え、前記第３立軸ポンプは、注水潤滑型の第３水中軸受と、潤滑液として前記吸込水槽から吸引した揚水の一部を浄化した処理水を前記第３水中軸受に供給する自己注水機構とを備え、前記第４立軸ポンプは、異物の侵入を防ぐカバーが配置された防塵式無注水潤滑型の第４水中軸受を備えている。

注水潤滑型の第１水中軸受を備える第１立軸ポンプは、無注水潤滑型の第２水中軸受を備える第２立軸ポンプと比較すると、製造コストは高いが、使用可能な期間（寿命）は長い。そして、このポンプ設備では、全長と年間排水運転時間が長い第１立軸ポンプを注水潤滑型の第１水中軸受とし、全長と年間排水運転時間が短い第２立軸ポンプを無注水潤滑型の第２水中軸受としている。そのため、ポンプ設備の総費用の増大を抑えつつ、非運転時間を含む第１及び第２立軸ポンプの軸受交換年数を一致させ、メンテナンス時期を均一化できる。さらに、年間排水運転時間に応じて最適な型式の立軸ポンプを選定しているため、全ての立軸ポンプを無注水潤滑型とした場合と比較すると、長寿命化が可能である。

一般的に、水中軸受は、排出する液体の水質（例えば含有するスラリー量）が原因で故障することがあり、故障確率は水中軸受の型式によって異なる。また、排出する液体の水質は、地域や天候によって異なるため、予め把握することは不可能である。これに対して、この態様のポンプ設備は、型式が異なる第１及び第２水中軸受を搭載した第１及び第２立軸ポンプを備えるため、一方の立軸ポンプが運転不可能な状態になっても、他方の立軸ポンプは運転可能である。よって、水質に拘わらず排水可能であるため、ポンプ設備の信頼性を向上できる。

第３立軸ポンプは、注水潤滑型の第３水中軸受と、前記潤滑液として前記吸込水槽から吸引した揚水の一部を浄化した処理水を、前記第３水中軸受に供給する自己注水機構とを備えている。これにより、処理水によって水中軸受に異物が付着することを防止できるため、第３水中軸受の摩耗を低減でき、第３立軸ポンプを長寿命化できる。また、潤滑液を供給するための付帯設備（例えば外部水源や給水ポンプ）が不要になるため、第１立軸ポンプよりも製造コストを低減できる。

第４立軸ポンプは、異物の侵入を防ぐカバーが配置された防塵式無注水潤滑型の第４水中軸受を備えている。これにより、無注水潤滑型の水中軸受であっても、異物の侵入を防止できるため、非防塵式と比較すると、長寿命化が可能である。

前記第１立軸ポンプは、潤滑液として清水又は浄水を、前記第１水中軸受に供給する外部注水機構を備えていてもよい。この態様によれば、清水又は浄水によって、第１水中軸受を冷却できるとともに、第１水中軸受を確実に潤滑できる。よって、第１水中軸受の摩耗を大幅に低減できるため、第１立軸ポンプを長寿命化できる。

前記第２立軸ポンプの前記第２水中軸受は、非防塵式であってもよい。この態様によれば、第１立軸ポンプと比較すると、使用可能な期間は短いが、製造コストを大幅に低減できる。よって、短時間かつ局地的豪雨が発生した場合に駆動される立軸ポンプとして用いることで、ポンプ設備の総費用の増大を抑えつつ、ポンプ設備の信頼性を向上できる。

前記自己注水機構はサイクロンセパレータである。ここで、サイクロンセパレータは、取り入れた揚水を遠心力によって、スラリー等を含む汚水と処理水とに分離し、処理水を第３水中軸受に供給し、汚水を外部に排出するものである。よって、フィルタによって揚水を浄化する場合と比較すると、目詰まりがないため、第３立軸ポンプの保守点検の回数を低減できる。

前記第３ケーシング内に配置された回転軸の外周を覆う保護管を備え、前記潤滑液が前記保護管内を通して供給されている。ここで、全長が長い立軸ポンプは、２以上の水中軸受によって回転軸が回転可能に支持されている。この態様によれば、保護管を通して潤滑液が流動されるため、全ての水中軸受に潤滑液を供給できる。よって、全ての水中軸受の摩耗を低減し、立軸ポンプを長寿命化できる。

なお、前記第１立軸ポンプは、潤滑液として前記吸込水槽から吸引した揚水の一部を浄化した処理水を、前記第１水中軸受に供給する自己注水機構を備えていてもよい。また、前記第２立軸ポンプの前記第２水中軸受は、異物の侵入を防ぐカバーが配置された防塵式であってもよい。

本発明のポンプ設備では、全長が長い第１立軸ポンプを注水潤滑型の第１水中軸受とし、全長が短い第２立軸ポンプを無注水潤滑型の第２水中軸受としているため、これらの立軸ポンプのメンテナンス時期を均一化できる。よって、ポンプ設備の管理を改善できる。また、年間排水運転時間に応じて最適な型式の立軸ポンプを選定しているため、全ての立軸ポンプを無注水潤滑型とした場合と比較すると、長寿命化が可能である。

本実施形態のポンプ設備を示す概略図。ポンプ設備の立軸ポンプ毎の特性を示す図表。図１の第１立軸ポンプを示す断面図。図３の一部を示す拡大断面図。図３の他の一部を示す拡大断面図。図１の第２立軸ポンプを示す断面図。図５の一部を示す拡大断面図。図１の第３立軸ポンプを示す断面図。図７の一部を示す拡大断面図。図８Ａの一部を示す拡大断面図。図８Ａの一部を示す横断面図。第３立軸ポンプの自己注水機構を示す概念図。第３立軸ポンプの変形例を示す断面図。図１の第４立軸ポンプを示す断面図。図１１の一部を示す拡大断面図。図１２Ａの一部を示す横断面図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本実施形態に係るポンプ設備１０を示す。このポンプ設備１０は、２以上（本実施形態では４台）の立軸ポンプ１００〜４００を備えている。これらの立軸ポンプ１００〜４００は、全長が異なるポンプケーシング１０５〜４０５を備えている。これらポンプケーシング１０５〜４０５は、据付床１２に固定され、据付床１２の下部の吸込水槽１３内に垂下されている。本実施形態では、複数の立軸ポンプ１００〜４００のメンテナンス時期を均一化することで、ポンプ設備１０の管理を改善する。

（ポンプ設備の全体構成）
図１に示すように、ポンプケーシング１０５〜４０５の全長とは、据付床１２の底面から吸込口１０６〜４０６までの吸込水槽１３内の寸法（槽内全長）を意図している。よって、例えば下端から上端まで実寸が同一のポンプケーシングを用い、据付床１２内に垂下する部分の寸法を異ならせた場合、この態様は全長が異なるポンプケーシングに含まれる。本実施形態の第１から第４の立軸ポンプ１００〜４００はそれぞれ、下端から上端までの実寸が異なるポンプケーシング１０５〜４０５を用い、据付床１２から上方に突出する寸法が同一になるように固定されている。

詳しくは、図１において左側端に位置する第１ポンプケーシング１０５は、他のポンプケーシング２０５〜４０５と比較して全長Ｌが最も長い。図１において右側端に位置する第２ポンプケーシング２０５は、他のポンプケーシング１０５，３０５，４０５と比較して全長が最も短く、第１ポンプケーシング１０５の全長Ｌの半分よりも短い。第１ポンプケーシング１０５の右に隣接する第３ポンプケーシング３０５は、第１ポンプケーシング１０５の全長Ｌよりも短く、第２ポンプケーシング２０５の全長よりも長い。また、第３ポンプケーシング３０５は、第１ポンプケーシング１０５の全長Ｌの半分よりも長い。第２ポンプケーシング２０５の左に隣接する第４ポンプケーシング４０５は、第３ポンプケーシング３０５の全長よりも短く、第２ポンプケーシング２０５の全長よりも長い。また、第４ポンプケーシング４０５は、第１ポンプケーシング１０５の全長Ｌの半分よりも短い。

第１から第４の立軸ポンプ１００〜４００はそれぞれ、第１から第４の駆動モータ１０２〜４０２を備えている。これら駆動モータ１０２〜４０２は、通信可能に接続された制御装置２０によって制御される。この制御装置２０には、立軸ポンプ１００〜４００の全長に応じて、異なる駆動水位ＷＬ１〜ＷＬ４が設定されている。制御装置２０は、図示しない水位センサからの信号によって、吸込水槽１３内が駆動水位ＷＬ１〜ＷＬ４になったと判断すると、立軸ポンプ１００〜４００を全長が長い方から駆動させ、吸込水槽１３内の水を下流側に排出する。

詳しくは、降雨により吸込水槽１３内の水が第１駆動水位ＷＬ１を越えると、制御装置２０は第１立軸ポンプ１００の運転を開始させる。第１立軸ポンプ１００による排水量よりも吸込水槽１３内への水の流入量が多く、第１駆動水位ＷＬ１よりも高い第３駆動水位ＷＬ３を越えると、制御装置２０は第３立軸ポンプ３００の運転を開始させる。立軸ポンプ１００，３００による排水量よりも吸込水槽１３内への水の流入量が多く、第３駆動水位ＷＬ３よりも高い第４駆動水位ＷＬ４を越えると、制御装置２０は第４立軸ポンプ４００の運転を開始させる。そして、立軸ポンプ１００，３００，４００による排水量よりも吸込水槽１３内への水の流入量が多く、第４駆動水位ＷＬ４よりも高い第２駆動水位ＷＬ２を越えると、制御装置２０は第２立軸ポンプ２００の運転を開始させる。

図２に示すように、このようにしたポンプ設備１０では、立軸ポンプ１００〜４００毎に年間排水運転時間が異なる。この年間排水運転時間は、立軸ポンプ１００〜４００の全長が長くなれば長時間になり、立軸ポンプ１００〜４００の全長が短くなれば短時間になる。この例では、第１立軸ポンプ１００の年間排水運転時間を基準にすると、第３立軸ポンプ３００の年間排水運転時間は概ね１／１０、第４立軸ポンプ４００の年間排水運転時間は概ね１／１００、そして第２立軸ポンプ２００の年間排水運転時間は概ね１／５００になっている。

図３、図５、図７、及び図１１を参照すると、立軸ポンプ１００〜４００は、運転時間に比例して摩耗する定期交換部品である水中軸受１４０〜４４０を備えている。この水中軸受１４０〜４４０の交換作業を含むメンテナンスは、ポンプ設備１０を停止し、対象の立軸ポンプ１００〜４００を据付床１２から引き抜いて作業する必要があるため、大掛かりである。立軸ポンプ１００〜４００毎にメンテナンス時期が異なると、ポンプ設備１０のメンテナンス回数が増えるだけでなく、管理も煩雑である。そこで、本実施形態では、運転時間が異なる立軸ポンプ１００〜４００のメンテナンスサイクルを均一化できるようにしている。

図１及び図２に示すように、本実施形態の立軸ポンプ１００〜４００は、全長が長い方に含まれる第１及び第３の立軸ポンプ１００，３００と、全長が短い方に含まれる第２及び第４の立軸ポンプ２００，４００とに類別される。吸込口１０６〜４０６は、ポンプケーシング１０５〜４０５の全長が長くなるに従って、吸込水槽１３の底面１４に近接する。第１及び第３の立軸ポンプ１００，３００は、吸込口１０６，３０６が底面１４に接近しているため、底面１４に沈殿したスラリーを吸い込むことが多い。また、第２及び第４の立軸ポンプ２００，４００は、吸込口２０６，４０６が底面１４から離れているため、スラリーを吸い込むことは少ない。吸込水槽１３から吸い込んだ揚水にスラリーが多く含まれる場合、水中軸受１４０〜４４０にアブレシブ摩耗が生じるため、メンテナンス時期が早くなる。そこで、第１及び第３の立軸ポンプ１００，３００には、潤滑液が供給される注水潤滑型の水中軸受１４０，３４０を用い、第２及び第４の立軸ポンプ２００，４００には、潤滑液が供給されない無注水潤滑型の水中軸受２４０，４４０を用いている。

図３及び図７を参照すると、注水潤滑型の水中軸受１４０，３４０とは、注水機構１５０，３５０によって潤滑液が強制的に供給されることで、揚水に含まれる異物の侵入を防ぐ型式のものをいう。図５及び図１１を参照すると、無注水潤滑型の水中軸受２４０，４４０とは、注水機構が無く、水中軸受２４０，４４０に対して潤滑液が強制的に供給されることがない型式のものをいう。なお、無注水潤滑型の水中軸受２４０，４４０には、排水運転時に揚水が浸入するが、この揚水の自然浸入は注水潤滑型には含まれない。

注水潤滑型の水中軸受１４０，３４０を備える立軸ポンプ１００，３００は、無注水潤滑型の水中軸受２４０，４４０を備える立軸ポンプ２００，４００と比較して、初期コストは高い。本実施形態では、半数の立軸ポンプ１００，３００を注水潤滑型とし、残りの立軸ポンプ２００，４００を無注水潤滑型とすることで、ポンプ設備１０の総費用の増大を抑えている。また、注水潤滑型の水中軸受１４０，３４０は、注水により異物の侵入を防止できるため、無注水潤滑型の水中軸受２４０，４４０と比較して軸受寿命（使用可能な期間）が長い。年間排水運転時間が長い立軸ポンプ１００，３００を注水潤滑型とし、年間排水運転時間が短い立軸ポンプ２００，４００を無注水潤滑型とすることで、非運転時間を含む立軸ポンプ１００〜４００の軸受交換年数を一致させている。

更に詳しく説明すると、注水潤滑型の水中軸受１４０，３４０に用いられる注水機構１５０，３５０は、潤滑液として清水又は浄水を供給する外部注水式と、潤滑液として揚水の一部を浄化した処理水を供給する自己注水式とに類別される。外部注水式の注水機構１５０を用いた水中軸受１４０は、異物を含有しない清水又は浄水が用いられるため、軸受寿命が長い。また、自己流水式の注水機構３５０は、付帯設備である貯水タンク１５２や給水ポンプ１５４が不要のため、初期コストが安い。

そこで、全長が最も長く、年間排水運転時間も最も長い第１立軸ポンプ１００に、外部注水機構１５０による外部注水潤滑型の第１水中軸受１４０を用いている。また、第１立軸ポンプ１００と比較して、全長が短く、年間排水運転時間も短い第３立軸ポンプ３００に、自己注水機構３５０による自己注水潤滑型の第３水中軸受３４０を用いている。これにより、外部注水潤滑型の立軸ポンプ１００を２台配置する場合と比較して、ポンプ設備１０の総費用を低減できる。

無注水潤滑型の水中軸受２４０，４４０は、いわゆるドライ軸受であり、立軸ポンプ２００，４００の運転時には揚水により自液潤滑されるが、ポンプケーシング２０５，４０５内に揚水が無い状態であっても軸受として機能する自己潤滑性のすべり軸受である。この無注水潤滑型の水中軸受２４０，４４０は、揚水に含まれる異物の侵入を防止する保護カバー４５０を備える防塵式と、保護カバーが無い非防塵式とに類別される。防塵式の水中軸受４４０は、非防塵式と比較すると、初期コストは高いが、軸受寿命は長い。

そこで、全長が最も短く、年間排水運転時間も短い第２立軸ポンプ２００に、非防塵式無注水潤滑型の水中軸受２４０を用いている。また、第２立軸ポンプ２００よりも全長が長く、年間排水運転時間も長い第４立軸ポンプ４００に、防塵式無注水潤滑型の水中軸受４４０を用いている。これにより、防塵式無注水潤滑型の立軸ポンプ４００を２台配置する場合と比較して、ポンプ設備１０の総費用を低減できる。

また、水中軸受１４０〜４４０は、排出する液体の水質（例えば含有するスラリー量）が原因で故障することがあり、故障確率は水中軸受１４０〜４４０の型式によって異なる。さらに、排出する液体の水質は、地域や天候によって異なるため、予め把握することは不可能である。これに対して、本実施形態では、型式が異なる水中軸受１４０〜４４０を搭載した立軸ポンプ１００〜４００を備えるため、特定の立軸ポンプが運転不可能な状態になっても、他の立軸ポンプは運転可能である。即ち、水質に拘わらず排水可能であるため、ポンプ設備１０の信頼性を向上できる。しかも、立軸ポンプ１００〜４００の年間排水運転時間に応じて最適な型式の水中軸受１４０〜４４０を選定することで、ポンプ設備１０の総費用を抑えつつ、ポンプ設備１０全体の長寿命化を図ることができる。

次に、第１から第４の立軸ポンプ１００〜４００の一例を説明する。

外部注水潤滑型の水中軸受１４０を備える第１立軸ポンプ１００としては、特許第３０７９１７７号、特許第４７０９８７８号、又は特許第５４２２７１１号に開示された立軸ポンプを用いることができる。非防塵式無注水潤滑型の第２水中軸受２４０を備える第２立軸ポンプ２００としては、特開２０１５−２００２３４号に開示された立軸ポンプを用いることができる。自己注水潤滑型の第３水中軸受３４０を備える第３立軸ポンプ３００としては、特願２０１６−０６１５７９号、又は特願２０１６−０５２８４５号に開示された立軸ポンプを用いることができる。防塵式無注水潤滑型の第４水中軸受４４０を備える第４立軸ポンプ４００としては、特許第３９５５８３９号に開示された立軸ポンプを用いることができる。

（第１から第４の立軸ポンプの共通構成）
図３、図５、図７、及び図１１に示すように、立軸ポンプ１００〜４００には、ポンプケーシング１０５〜４０５の軸線に沿って回転軸１０８〜４０８が回転可能に配置されている。回転軸１０８〜４０８には、ポンプケーシング１０５〜４０５から外方に突出した端部に、駆動モータ１０２〜４０２が連結されている。また、回転軸１０８〜４０８には、ポンプケーシング１０５〜４０５内に位置する端部に、駆動モータ１０２〜４０２の駆動により回転するインペラ１１０〜４１０が連結されている。

また、ポンプケーシング１０５〜４０５には、インペラ１１０〜４１０の上方に位置するように、ガイドベーン１１５〜４１５を介して筒状のケーシングハブ１１６〜４１６が設けられている。ケーシングハブ１１６〜４１６には、回転軸１０８〜４０８が挿通されるとともに、水中軸受１４０〜４４０が固定される軸受スリーブ１１７〜４１７が設けられている。また、ケーシングハブ１１６〜４１６の上端開口は、概ね円錐筒状の閉塞部材１１８〜４１８によって塞がれている。閉塞部材１１８〜４１８にも水中軸受１４０〜４４０が固定される軸受スリーブ１１９〜４１９が設けられている。

さらに、ポンプケーシング１０５〜４０５には、回転軸１０８〜４０８が貫通する上端部分に、筒状の挿通部材１３０〜４３０が配置されている。挿通部材１３０〜４３０には、メカニカルシールを備える軸封ケーシング１３２〜４３２が配置されている。

図４Ａ、図６、図８Ｂ、及び図１２Ａに示すように、各立軸ポンプ１００〜４００の水中軸受１４０〜４４０は、回転軸１０８〜４０８を取り囲むように配置される摺動体１４１〜４４１を備えている。摺動体１４１〜４４１は、ケーシングハブ１１６〜４１６に固定するためのカバーケース１４２〜４４２に固定されている。

（第１立軸ポンプの詳細）
図３に示すように、第１立軸ポンプ１００の第１ポンプケーシング１０５には、ケーシングハブ１１６の上方に位置するように、ガイドベーン１３５を介して軸受ホルダ１３６が配置されている。そして、この軸受ホルダ１３６にも第１水中軸受１４０が配置されている。

第１ポンプケーシング１０５の外部には、潤滑液ＣＷを第１水中軸受１４０に供給するための外部注水機構１５０が配置されている。この外部注水機構１５０は、潤滑液ＣＷである清水又は浄水を溜める貯水タンク１５２と、この貯水タンク１５２内の潤滑液ＣＷを第１水中軸受１４０に供給するための給水ポンプ１５４とを備えている。また、外部注水機構１５０は、潤滑液ＣＷを第１水中軸受１４０に供給するための潤滑液流路１５８を備えている。

貯水タンク１５２及び給水ポンプ１５４は、据付床１２上に配置されている。貯水タンク１５２には、図示しない水源からの潤滑液ＣＷが常に定量貯留されている。給水ポンプ１５４は、制御装置２０によって第１立軸ポンプ１００の駆動時に駆動される。貯水タンク１５２と給水ポンプ１５４との間には、貯水タンク１５２から給水ポンプ１５４に向けた潤滑液ＣＷの流動を許容する逆止弁１５６が配置されている。

潤滑液流路１５８は、給水管１６０、保護管１６２、及び排水管１６６によって構成されている。給水管１６０は、給水ポンプ１５４とポンプケーシング１０５の上端の軸封ケーシング１３２とを接続するものである。図４Ｂを参照すると、軸封ケーシング１３２には、給水管１６０が接続される接続部１３３が設けられている。

保護管１６２は、回転軸１０８の外周を覆っており、挿通部材１３０とケーシングハブ１１６とを軸受ホルダ１３６を介して接続するものである。この保護管１６２は、一端が挿通部材１３０の下端に接続され、他端が軸受ホルダ１３６の上端に接続される第１部分１６３を備えている。また、保護管１６２は、一端が軸受ホルダ１３６の下端に接続され、他端がケーシングハブ１１６の上端の閉塞部材１１８に接続される第２部分１６４を備えている。

排水管１６６は、ケーシングハブ１１６をポンプケーシング１０５の外部（大気）と連通させるものである。図４Ａを併せて参照すると、ケーシングハブ１１６には、軸受スリーブ１１７から第１ポンプケーシング１０５の周壁にかけて突出する接続管部１２１が設けられている。この接続管部１２１と対応するように、軸受スリーブ１１７には連通部１２０が設けられ、第１水中軸受１４０には貫通部１４３が設けられている。接続管部１２１の外端には排水管１６６の一端が接続されている。排水管１６６の他端は、吸込水槽１３の上部で開放するように配管されている。

この第１立軸ポンプ１００は、制御装置２０によって給水ポンプ１５４が駆動されることで、貯水タンク１５２内の潤滑液ＣＷが保護管１６２内に供給される。これにより潤滑液ＣＷは、回転軸１０８と保護管１６２との間を通って軸受ホルダ１３６の第１水中軸受１４０に至り、回転軸１０８と摺動体１４１との間を通過する。ついで、潤滑液ＣＷは、回転軸１０８と保護管１６２との間を通ってケーシングハブ１１６内に流入する。ケーシングハブ１１６の水中軸受１４０を通過した潤滑液ＣＷは、接続管部１２１を通って排水管１６６に至り、この排水管１６６を通って吸込水槽１３内に排出される。

このようにした第１立軸ポンプ１００では、潤滑液ＣＷによって第１水中軸受１４０を冷却できるとともに、第１水中軸受１４０を確実に潤滑できる。また、保護管１６２によって全ての第１水中軸受１４０を確実に潤滑できる。よって、第１水中軸受１４０の摩耗を大幅に低減できるため、第１立軸ポンプ１００を長寿命化できる。また、潤滑液ＣＷである清水又は浄水には微細な異物も含まれないため、第１水中軸受１４０にアブレシブ摩耗が発生することも確実に防止できる。

なお、外部注水潤滑型の第１立軸ポンプ１００は、前記構成に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、給水ポンプ１５４をケーシングハブ１１６の接続管部１２１に接続し、潤滑液ＣＷを下から上に向けて流動させてもよい。また、保護管１６２を用いることなく、ケーシングハブ１１６及び軸受ホルダ１３６の第１水中軸受１４０にそれぞれ、潤滑液ＣＷを直接供給してもよい。

（第２立軸ポンプの詳細）
図５に示すように、第２立軸ポンプ２００には、第１立軸ポンプ１００のように軸受ホルダは配置されていない。また、図６を参照すると、第２水中軸受２４０の流動方向上流側はポンプケーシング２０５内で露出しており、吸い込んだ揚水が摺動体２４１と回転軸２０８との隙間に浸入可能である。また、第２立軸ポンプ２００には、第１立軸ポンプ１００のような注水機構も配置されていない。

このようにした第２立軸ポンプ２００では、第２水中軸受２４０の軸受寿命は短いが、付帯設備や付属部品が無いため、製造コストを大幅に低減できる。よって、この第２立軸ポンプ２００は、短時間かつ局地的豪雨が発生したときだけ駆動させる場合に有効である。これにより、ポンプ設備１０の総費用の増大を抑えつつ、ポンプ設備の信頼性を向上できる。

（第３立軸ポンプの詳細）
図７に示すように、第３立軸ポンプ３００には、第１立軸ポンプ１００と同様に、ガイドベーン３３５を介して軸受ホルダ３３６が配置され、この軸受ホルダ３３６にも第３水中軸受３４０が配置されている。また、第３立軸ポンプ３００には、第１立軸ポンプ１００と同様に、回転軸３０８の外周を覆う保護管３６２が配置されている。この保護管３６２は、挿通部材３３０と軸受ホルダ３３６とを接続する第１部分３６３と、軸受ホルダ３３６とケーシングハブ３１６とを接続する第２部分３６４を備えている。

図８Ａを併せて参照すると、第３立軸ポンプ３００には、第３ポンプケーシング３０５の内部に、潤滑液ＴＷを第３水中軸受３４０に供給するための自己注水機構３５０が設けられている。この自己注水機構３５０は、インペラ３１０に設けられたサイクロンセパレータ３５２である。このサイクロンセパレータ３５２は、第３立軸ポンプ３００によって排出する揚水ＰＷの一部を取り入れて、揚水ＰＷを潤滑液ＴＷである処理水と汚水ＤＷに分離可能な濾過手段である。まず、図９の概念図を用いてサイクロンセパレータ３５２の原理について説明する。

サイクロンセパレータ３５２は、直径が下部から上方へ次第に大きくなっている筒体からなる円錐状容器３７０を備えている。この円錐状容器３７０の上端開口は、蓋部材３７１によって塞がれている。円錐状容器３７０の外周上部には揚水流入口３７２が設けられている。円錐状容器３７０の下端には筒状の汚水流出口３７３が設けられ、蓋部材３７１には筒状の処理水流出口３７４が設けられている。

揚水ＰＷは、円錐状容器３７０の外周に対して接する方向を流入方向として、揚水流入口３７２から円錐状容器３７０内に流入する。すると、揚水ＰＷは、円錐状容器３７０の壁面に沿って旋回（旋回流ＲＦ参照）する。これにより、円錐状容器３７０の壁面付近の圧力は高くなり、円錐状容器３７０の中心軸付近の圧力は低くなる。また、円錐状容器３７０の中心軸付近では、上部で上昇流ＵＦが生じ、下部で下降流が生じる。

揚水ＰＷに含まれている異物は、旋回流ＲＦによる遠心力によって液体から分離され、回転しながら下方へ沈降し、汚水ＤＷとして汚水流出口３７３から円錐状容器３７０の外部へ排出される。また、固形物が分離された処理水（潤滑液ＴＷ）は、上昇流ＵＦによって処理水流出口３７４から円錐状容器３７０の外部へ排出される。但し、水中軸受３４０に摩耗を生じさせない程度の微小な異物は、上昇流ＵＦに乗って処理水流出口３７４から排出されることがある。

図８Ａから図８Ｃに示すように、このようなサイクロンセパレータ３５２がインペラ３１０の中空状のハブ３１１の部分に設けられている。詳しくは、インペラ３１０は、直径が下部から上方へ次第に大きくなっている円錐状のハブ３１１と、このハブ３１１から径方向外向きに突出する複数の羽根板３１２とを備えている。また、ハブ３１１には、回転軸３０８に連結するためのボス３１３が設けられている。

ハブ３１１の上端開口は、ケーシングハブ３１６の底壁３２２よって覆われている。この底壁３２２には、ハブ３１１の上端開口に位置する蓋体３２３が固定されている。この蓋体３２３には、複数（本実施形態では４本）の流入管３２４が配置されている。図８Ｂに最も明瞭に示すように、流入管３２４は、蓋体３２３の外周に接する方向に延びるように配置されている。流入管３２４の外端側は、ケーシングハブ３１６を貫通し、その貫通部分が液密にシールされている。流入管３２４の外端である流入口３２５は、インペラ３１０の回転方向Ａに対して対向するように、ケーシングハブ３１６の外側で開口している。流入管３２４の内端である流出口３２６は、ハブ３１１の上方で開口している。また、蓋体３２３と回転軸３０８との間には、設定された間隔の隙間３２７が形成されている。

インペラ３１０及びケーシングハブ３１６のうち、円錐状のハブ３１１は、サイクロンセパレータ３５２の円錐状容器３７０の機能を兼ねる。蓋体３２３は、サイクロンセパレータ３５２の蓋部材３７１の機能を兼ねる。また、蓋体３２３に配置した流入管３２４は、サイクロンセパレータ３５２の揚水流入口３７２の機能を兼ねる。蓋体３２３と回転軸３０８との間の隙間３２７は、サイクロンセパレータ３５２の処理水流出口３７４の機能を兼ねる。また、ハブ３１１の周壁下部には貫通孔３１４が設けられており、この貫通孔３１４がサイクロンセパレータ３５２の汚水流出口３７３の機能を兼ねる。

インペラ３１０が回転すると、ポンプケーシング３０５とケーシングハブ３１６との間である揚水流路内で、揚水ＰＷがインペラ３１０の回転方向Ａと同一方向に旋回しながら吸い上げられる。これにより揚水ＰＷの一部は、揚水ＰＷの流動方向と対向する流入管３２４の流入口３２５からハブ３１１内に取り入れられ、ハブ３１１の壁面に沿って旋回する。また、ハブ３１１内の揚水ＰＷは、ハブ３１１の回転により旋回速度が加速されるため、潤滑液ＴＷとしての処理水と汚水ＤＷに高効率で分離される。

分離された汚水ＤＷは、貫通孔３１４を通って揚水流路に流出する。図７及び図８Ａを参照すると、貫通孔３１４は揚水ＰＷの流動方向に沿って貫通しており、この揚水ＰＷの流動方向と汚水ＤＷの流出方向とは逆向きである。吸込口３０６付近の圧力をＰ０、羽根板３１２の上側付近の圧力をＰ１、及びハブ３１１内の圧力をＰ２とすると、圧力Ｐ０より圧力Ｐ２は高く、圧力Ｐ２より圧力Ｐ１は高くなる（Ｐ０＜Ｐ２＜Ｐ１）。よって、貫通孔３１４を通してハブ３１１内に揚水ＰＷが流入することはない。

分離された潤滑液ＴＷは、インペラ３１０のボス３１３の周囲を上昇し、隙間３２７を通ってケーシングハブ３１６に向けて流れる。そして、潤滑液ＴＷは、第３水中軸受３４０と回転軸３０８との間の隙間を通ってケーシングハブ３１６内に流入する。ケーシングハブ３１６内が潤滑液ＴＷで満たされると、潤滑液ＴＷは、閉塞部材３１８の第３水中軸受３４０と回転軸３０８との間の隙間を通ってケーシングハブ３１６外へ流出する。

ついで、潤滑液ＴＷは、保護管３６２を通して軸受ホルダ３３６に流入し、軸受ホルダ３３６の第３水中軸受３４０と回転軸３０８との間の隙間を通過する。その後、保護管３６２、軸封ケーシング３３２、及び排水管３６６を介して吸込水槽１３に排出される。なお、排水管３６６は、一端が軸封ケーシング３３２の接続部に接続され、他端が吸込水槽１３の上部で開放するように、配管されている。

このようにした第３立軸ポンプ３００では、処理水からなる潤滑液ＴＷによって第３水中軸受３４０に異物が付着することを防止できる。また、保護管３６２によって全ての第１水中軸受１４０を確実に潤滑できる。よって、第３水中軸受３４０の摩耗を低減でき、第３立軸ポンプ３００を長寿命化できる。また、第３立軸ポンプ３００は、潤滑液ＴＷを供給するための付帯設備（例えば外部水源や給水ポンプ）が不要であるため、第１立軸ポンプ１００よりも製造コストを低減できる。また、自己注水機構３５０はサイクロンセパレータ３５２からなるため、フィルタによって揚水を浄化する場合と比較すると、目詰まりがないため、第３立軸ポンプ３００の保守点検の回数を低減できる。

なお、自己注水潤滑型の第３立軸ポンプ３００は、前記構成に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、ハブ３１１内に揚水ＰＷを取り込む構造は、希望に応じて変更が可能である。また、図１０に示すように、自己注水機構３５０を構成するサイクロンセパレータ３５２は、第３ポンプケーシング３０５における据付床１２上に位置する部分（例えば吐出管）に分岐接続してもよい。この場合、給水管３６０の一端をサイクロンセパレータ３５２の処理水流出口３７４に接続し、給水管３６０の他端を軸封ケーシング３３２に接続する。また、給水管３６０には、サイクロンセパレータ３５２から軸封ケーシング３３２に向けた潤滑液ＣＷの流動を許容する逆止弁３５６を介設する。また、第３ケーシングハブ３１６には、第１のケーシングハブ１１６の接続管部１２１と同様の接続管部３２１を形成し、この接続管部３２１に排水管３６６を接続する。このようにしても、前記と同様の作用及び効果を得ることができる。

（第４立軸ポンプの詳細）
図１１に示すように、第４立軸ポンプ４００には、第１立軸ポンプ１００と同様に、ガイドベーン４３５を介して軸受ホルダ４３６が配置され、この軸受ホルダ４３６にも水中軸受４４０が配置されている。この立軸ポンプ４００には、ケーシングハブ４１６及び軸受ホルダ４３６の下部に位置するように、揚水中に含まれる異物が第４水中軸受４４０に侵入することを防ぐ保護カバー４５０が配置されている。第４水中軸受４４０の上端は、軸受スリーブ及び軸受ホルダ４３６内に覆い隠され、第４水中軸受４４０の下端は、保護カバー４５０によって覆い隠されている。

保護カバー４５０は、ポンプケーシング４０５において、第４水中軸受４４０に対して揚水の流動方向上流側（要するに下側）に位置するように、回転軸４０８に固定されている。図１２Ａを併せて参照すると、保護カバー４５０は、全体として有底円筒状であり、回転軸４０８に対して固定される底壁４５１と、回転軸４０８を取り囲む円筒状の周壁４５２とを備えている。回転軸４０８の外周と周壁４５２との間には、上端が開口した貯液室４５４が形成されている。

貯液室４５４内には、揚水に含まれる異物を排除するためのベーン部材４５７が配置されている。このベーン部材４５７は、水中軸受４４０のカバーケース４４２に固定されている。図１２Ｂを参照すると、このベーン部材４５７は、半径方向に延びる複数のガイド板４５８を備えている。ガイド板４５８は、回転軸４０８及び保護カバー４５０の回転方向に沿って傾斜している。

保護カバー４５０の上端開口には、円環状の蓋体４６０が固定されている。この蓋体４６０と回転軸４０８（カバーケース４４２）との間には、所定間隔の隙間４６２が形成されている。この隙間４６２を介して、保護カバー４５０内の貯液室４５４と第４ポンプケーシング４０５内とが連通している。

第４立軸ポンプ４００が運転されると、保護カバー４５０が回転軸４０８と一緒に回転する。すると、貯液室４５４内の揚水が遠心力によって保護カバー４５０と同方向に回転する。これにより、揚水に含まれる異物は、ガイド板４５８によって貯液室４５４の外側かつ上方に向けて案内される。その後、異物は、蓋体４６０とカバーケース４４２との間の隙間４６２を介して、貯液室４５４からポンプケーシング４０５に排出される。その結果、異物が第４水中軸受４４０に侵入することを防止できる。

なお、第４立軸ポンプ４００の運転が停止されると、貯液室４５４内には異物が除去された清浄な揚水だけが残る。立軸ポンプ４００の運転が再開され、ポンプケーシング４０５内に揚水が急激に流入しても、第４水中軸受４４０には貯液室４５４内に貯まっている清浄な揚水が流入するので、第４水中軸受４４０に異物が侵入することはない。

このようにした第４立軸ポンプ４００では、第３水中軸受４４０への異物の侵入を防止できるため、非防塵式の第２水中軸受２４０と比較すると、アブレシブ摩耗の発生を抑制し、長寿命化を図ることができる。

なお、無注水潤滑型の水中軸受２４０，４４０を備える第２及び第４の立軸ポンプ２００，４００は、前記構成に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、これらの立軸ポンプ２００，４００には、閉塞部材２１８，４１８を用いずに、ケーシングハブ２１６，４１６の上端開口を開放してもよい。また、第４立軸ポンプ４００は、軸受ホルダ４３６を設けなくてもよい。

（発明品と従来品のポンプ設備の比較）
図２に示すように、発明品のポンプ設備１０と、従来品のポンプ設備とを用い、軸受交換年数を比較した。なお、軸受交換年数は、軸受寿命を年間排水運転時間で割る（除算）ことで求められる。本発明品のポンプ設備１０には、前記実施形態のように、第１から第４の水中軸受１４０〜４４０を用いた立軸ポンプ１００〜４００を配置した。従来品のポンプ設備には、全て防塵式無注水潤滑型の水中軸受を用いた立軸ポンプを配置した。

従来品の第１立軸ポンプの軸受交換年数は０．２であり、１年に５回も水中軸受４４０を交換する必要がある。従来品の第２立軸ポンプの軸受交換年数は１００．０であり、ポンプ設備自体の寿命よりも長いため、過剰な設計であると言える。従来品の第３立軸ポンプの軸受交換年数は２．２であり、２年に１回水中軸受４４０を交換する必要がある。従来品の第４立軸ポンプの軸受交換年数は１９．２であり、概ね合理的であると言える。

これに対して、本発明品の各軸受交換年数は、第１立軸ポンプ１００が１８．９であり、第２立軸ポンプ２００が２０．０であり、第３立軸ポンプ３００が２１．７であり、第４立軸ポンプ４００が１９．２である。即ち、全ての立軸ポンプ１００〜４００の軸受交換年数は２０年前後であり、概ね一致しているため、１回のメンテナンスで全ての立軸ポンプ１００〜４００の水中軸受１４０〜４４０を交換することができる。よって、ポンプ設備１０の管理も改善できる。

次に、本発明品のポンプ設備１０のコストについて検討した。図２においては、製造コストが最も安価な第２立軸ポンプ２００を基準とした指数で表している。初期コストは、第２立軸ポンプ２００、第４立軸ポンプ４００、第３立軸ポンプ３００、及び第１立軸ポンプ１００の順番で高くなっている。しかし、発明品の第１立軸ポンプ１００は、年５回の部品交換が必要な従来品と比較すると、メンテナンス時の作業コスト及び部品コストを考慮すれば、運転コストの相対評価は良いと言える。また、発明品の第３立軸ポンプ３００も、２年に１回の部品交換が必要な従来品と比較すると、運転コストの相対評価は良いと言える。そして、年間排水運転時間に応じて最適な型式の立軸ポンプ１００〜４００を選定しているため、全ての立軸ポンプを無注水潤滑型とした場合と比較すると、長寿命化が可能である。

なお、本発明のポンプ設備１０は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、全長が最も長い第１立軸ポンプ１００には、図７から図１０に示す自己注水機構３５０を配置し、第１水中軸受１００を自己注水潤滑型としてもよい。この場合、第１立軸ポンプ１００よりも全長が短い他の立軸ポンプには、外部注水潤滑型の水中軸受は使用しない。このようにしても、立軸ポンプ毎のメンテナンスサイクルを均一化できる。

また、全長が最も短い第２立軸ポンプ２００には、図１１から図１２Ｂに示す保護カバー４５０を配置し、第２水中軸受２００を防塵式無注水潤滑型としてもよい。この場合、第２立軸ポンプ２００よりも全長が長い他の立軸ポンプには、非防塵式無注水潤滑型の水中軸受は使用しない。このようにしても、立軸ポンプ毎のメンテナンスサイクルを均一化できる。

また、ポンプ設備１０に配置する立軸ポンプの数は、２台であっても良いし、３台であっても良いし、５台以上であってもよい。２台のみとする場合、全長が長い方に注水潤滑型の第１水中軸受を配置し、全長が短い方に無注水潤滑型の第２水中軸受を配置する。３台又は５台以上設置する場合、注水潤滑型の立軸ポンプ１００，３００を配置する数と、無注水潤滑型の立軸ポンプ２００，４００を配置する数は、単に台数で決定するのではなく、設置するポンプケーシングの全長によって決定することが好ましい。

また、外部注水機構１５０を用いた立軸ポンプは、清水又は浄水からなる潤滑液を常に供給することが可能であるため、吸込水槽１３内が駆動水位に達していない状態でも、駆動モータを駆動させる先行待機型としてもよい。

１０…ポンプ設備
１２…据付床
１３…吸込水槽
１４…底面
２０…制御装置（制御部）
１００〜４００…立軸ポンプ
１０２〜４０２…駆動モータ
１０５〜４０５…ポンプケーシング
１０６〜４０６…吸込口
１０８〜４０８…回転軸
１１０〜４１０…インペラ
１１５〜４１５…ガイドベーン
１１６〜４１６…ケーシングハブ
１１７〜４１７…軸受スリーブ
１１８〜４１８…閉塞部材
１１９〜４１９…軸受スリーブ
１３０〜４３０…挿通部材
１３２〜４３２…軸封ケーシング
１３５〜４３５…ガイドベーン
１３６〜４３６…軸受ホルダ
１４０〜４４０…水中軸受
１４１〜４４１…摺動体
１４２〜４４２…カバーケース
１２０…連通部
１２１…接続管部
１３３…接続部
１４３…貫通部
１５０…外部注水機構
１５２…貯水タンク
１５４…給水ポンプ
１５６…逆止弁
１５８…潤滑液流路
１６０…給水管
１６２…保護管
１６３…第１部分
１６４…第２部分
１６６…排水管
３１１…ハブ
３１２…羽根板
３１３…ボス
３１４…貫通孔
３２１…接続管部
３２２…底壁
３２３…蓋体
３２４…流入管
３２５…流入口
３２６…流出口
３２７…隙間
３５０…自己注水機構
３５２…サイクロンセパレータ
３５６…逆止弁
３６０…給水管
３６２…保護管
３６３…第１部分
３６４…第２部分
３６６…排水管
３７０…円錐状容器
３７１…蓋部材
３７２…揚水流入口
３７３…汚水流出口
３７４…処理水流出口
４５０…保護カバー
４５１…底壁
４５２…周壁
４５４…貯液室
４５７…ベーン部材
４５８…ガイド板
４６０…蓋体
４６２…隙間

Claims

吸込水槽内に垂下された第１ケーシングを有する第１立軸ポンプと、
前記吸込水槽内に垂下された第２ケーシングを有し、前記吸込水槽内での前記第２ケーシングの全長が前記第１ケーシングの全長よりも短い第２立軸ポンプと、
前記吸込水槽内に垂下された第３ケーシングを有し、前記吸込水槽内での前記第３ケーシングの全長が、前記第１ケーシングの全長よりも短く、前記第２ケーシングの全長よりも長い第３立軸ポンプと、
前記吸込水槽内に垂下された第４ケーシングを有し、前記吸込水槽内での前記第４ケーシングの全長が、前記第３ケーシングの全長よりも短く、前記第２ケーシングの全長よりも長い第４立軸ポンプと、
前記第１立軸ポンプから前記第４立軸ポンプ毎に異なる駆動水位が定められており、前記吸込水槽内の水位に応じて前記第１立軸ポンプから前記第４立軸ポンプを全長が長い方から順に駆動させる制御部とを備え、
前記第１立軸ポンプは、注水潤滑型の第１水中軸受を備え、
前記第２立軸ポンプは、無注水潤滑型の第２水中軸受を備え、
前記第３立軸ポンプは、注水潤滑型の第３水中軸受と、潤滑液として前記吸込水槽から吸引した揚水の一部を浄化した処理水を前記第３水中軸受に供給する自己注水機構とを備え、
前記第４立軸ポンプは、異物の侵入を防ぐカバーが配置された防塵式無注水潤滑型の第４水中軸受を備える、ポンプ設備。
前記第１立軸ポンプは、潤滑液として清水又は浄水を、前記第１水中軸受に供給する外部注水機構を備えている、請求項１に記載のポンプ設備。
前記第２立軸ポンプの前記第２水中軸受は、非防塵式である、請求項１又は２に記載のポンプ設備。
前記自己注水機構はサイクロンセパレータである、請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ設備。
前記第３ケーシング内に配置された回転軸の外周を覆う保護管を備え、前記潤滑液が前記保護管内を通して供給されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のポンプ設備。
前記第１立軸ポンプは、潤滑液として前記吸込水槽から吸引した揚水の一部を浄化した処理水を、前記第１水中軸受に供給する自己注水機構を備えている、請求項１に記載のポンプ設備。
前記第２立軸ポンプの前記第２水中軸受は、異物の侵入を防ぐカバーが配置された防塵式である、請求項１に記載のポンプ設備。