JP2000045979A - サクションサンドポンプ - Google Patents
サクションサンドポンプInfo
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Classifications
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- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
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Abstract
して吸込能力を高めることができるサンドポンプを提供
する。 【解決手段】ポンプケーシング8内の排泥用インペラ1
3と、このポンプケーシング8に隣接されたサクション
ケーシング7内のサクションインペラ14とにより、吸
込能力を上げ、排泥インペラ13の後側シュラウド18
に汚泥水の一部をサクションケーシング側に導くための
抽気通水孔25を形成してキャビテーションの発生を抑
え、かつ抽気通水孔25を汚泥水の流路側の複数の羽根
に沿って長孔状に形成して汚泥水に含まれる砂礫径が大
きくても目詰まりを起こさないようにした。
Description
ポンプであって、特に、小口径下水道管推進工法に使用
すれば最適なサクションサンドポンプに関するものであ
る。
ルド径が直径300mm〜500mmの小口径の坑道を
掘削するシールド工法が行われている。この小口径のシ
ールド工法に使用されるサンドポンプは、立て坑内に設
定されており、掘削ヘッドから排出された汚泥水を、ポ
ンプケーシング内の排泥用インペラの回転遠心力によっ
て、掘削ヘッドから排出された汚泥水を、インペラの回
転軸の軸方向先端に形成された吸込口から吸引し、ポン
プケーシングの外周部の吐出口から地上に揚程するよう
にしている。
ポンプは、シールド径が小口径故に、小型で小口径(3
0〜150mm)であって、その吸込能力も限られてお
り、従って、いきおい下水道管を敷設する横坑に対して
30〜50m間隔で立て坑を掘削しなければならず、そ
の分、下水道管の敷設工事が長期化し、コスト高となっ
ていた。
ようとした場合、ポンプ吸込能力を上げなければなら
ず、これを達成しようとすれば、吸込口が小口径故に吸
込抵抗が大きくなり、キャビテーションを起こすことが
多かった。
量を抑えるか、あるいは掘削速度を下げるかしかなく、
そうすると、工事日数もかかることになる。そのため、
小口径のサンドポンプであっても、吸込能力が高く、か
つキャビテーションを防止し得る小型のポンプの出現が
望まれていた。
ションを防止し得る小型高能力のサンドポンプについて
鋭意研究した結果、まず、キャビテーションを防止する
ために、ポンプケーシングに隣接してサクションインペ
ラが内蔵されたサクションケーシングを設ける一方、排
泥用インペラの後側シュラウドに抽気通水孔を形成し、
この抽気通水孔を通して空気入りの汚泥水を積極的にサ
クションケーシング側に吸込む構成を採用すれば、汚泥
水に混じって吸い込まれた空気等によってポンプケーシ
ング内で起こるキャビテーション現象が防止できるとの
知見が得られた。
において軸推力の防止のために、後ろ側シュラウドに形
成されるバランス孔などのような小径孔(10mm以
下)を散点状に形成することも考えられるが、砂礫を含
む汚泥水を揚排送するサンドポンプにおいては、バラン
ス孔のような小孔では、砂や礫が小孔を塞いでしまい、
空気などを吸引する機能が失われてしまう。
起こりにくい、つまり砂礫よりも大径に設定するように
した。具体的には、12mm以上であって、後側シュラ
ウドの羽根間面積の1/3程度の大きさが許容できる。
12mmよりも小さいと砂礫により目詰まりする可能性
があり、また、後側シュラウドの羽根間面積の1/3を
超えると揚程力が極端に落ちると予想されるからであ
る。また、抽気通水孔の形状としては、円孔(孔径20
〜30mm)あるいはこれらが複数個形成された形態
や、長孔状の形態、さらには後側シュラウドの外周の一
部を切欠いた形態が例示できる。特に、抽気通水孔を長
孔状に形成した場合、良好な結果が得られ好適であっ
た。
側シュラウドの任意の位置に形成することも考えられる
が、インペラにおいて、汚泥水の吸引排水流路におい
て、流体が最も流れる部分、すなわち、羽根(主翼)の
流路側前面、つまり羽根の回転方向裏側に沿って形成す
るのが好適である。
力を高めるために主翼の根元側から形成する方が好まし
いが、外周側においては、排水能力の低減を極力抑える
ために、主翼の外周側(半径方向外側)の圧力損失をで
きるだけ抑え得る位置までに制限するのが好ましい。主
翼長さの1/6のほど内側に入った位置に抑えるのが好
ましい。抽気通水孔の幅は、上述のごとく、排水能力が
低下しない程度で、礫の通過を許容し砂礫により目詰ま
りしない程度の大きさに設定するのが好ましく、12〜
15mm程度の幅が例示できる。
を問わず、少なくとも後ろ側シュラウドと、その前面に
形成された複数の羽根とを備えていればよいが、前後の
シュラウド間に羽根が配置された、いわゆるクローズ羽
根タイプを採用した方が、吸込能力が高くなるので好適
である。
れであってもよいが、揚程排水する汚泥水の中に含まれ
る相当径の砂礫の排水(砂礫を排出可能な流路幅)と、
吸込能力の向上とを考慮すれば、3枚羽根タイプが好適
である。また、各羽根の形状としては、インペラの回転
方向に突出する渦巻き状のものが採用されるが、その形
状も揚排水する対象物に応じて種々の形状を採用でき
る。例えば、回転方向前側の短い補助翼と、後ろ側の長
い主翼とが根元部分で交わり、略V字形に形成された羽
根形状を例示できる。この場合、抽気通水孔は、主翼の
回転方向裏側の流路側の凹曲面に沿って長孔状等に形成
すればよい。
泥用インペラの回転ボス部の周囲とポンプケーシングの
後壁の隙間を通って、隣接するサクションケーシング側
に導かれ、サクションインペラの回転によって軸中心側
に起こる負圧によって吸引され、ポンプケーシング側で
の局部的な圧力降下によって起こるキャビテーションの
発生を防止している。このとき、同時にサクションイン
ペラの回転により、回転中心側から外周側に向かう遠心
力が作用するため、この部分でも汚泥水の吸引が行わ
れ、あたかも2段のインペラでの吸込形式となり、汚泥
水の吸込能力を高めることができる。
グ本体の前後(回転軸の軸方向)に前壁と後壁とが形成
されており、これに内装されたサクションインペラは、
シュラウドの前壁に複数の羽根が渦巻き状に形成されて
いるものを採用すればよい。このサクションインペラの
羽根の枚数は、適宜設定可能であるが、流入してくる汚
泥水中の大径の砂礫は排泥用インペラの抽気通水孔で遮
断されるので、羽根間の流路間隔はさほど大きく設定す
る必要がなく、その分、羽根枚数を増して吸込能力を向
上させることができる。具体的には8枚の羽根を備えた
インペラを例示できる。
の回転ボス部の周囲から導かれた空気入り汚泥水を効率
よく吸引するために、排泥用インペラのボス部外周より
も外側に形成されていることが望ましい。各羽根は、直
線状または曲線状を問わず採用可能であるが、周知のご
とく、回転方向前側に凸条の湾曲した曲線形状とした方
が吸込能力が上がる。
元側を回転方向前側に傾斜させ(シュラウドとの傾斜角
度45〜85°)、外周側では垂直(シュラウドとの交
角が90°)にする3次元羽根構成を採用すれば、吸込
能力をさらに高めることができるとの知見が得られた。
勿論、各羽根とサクションケーシングの前壁とはインペ
ラの回転を許容し、羽根によって汚泥水の吸引可能な微
少間隙をもって配置されている。
軸の外部導出部にメカニカルシール装置が設けられる
が、このメカニカルシール装置側へかかる流体圧を低減
するために、減圧羽根を設ける構成を採用することが望
ましい。この減圧羽根は、サクションインペラと別々に
設ける構成も採用可能であるが、サクションシンペラの
シュラウドの裏面を利用して減圧羽根を設ける構成を採
用した方が、サクションケーシングの軸方向幅を小さく
できる点で有利である。この減圧羽根は、シュラウドに
渦巻き状の複数の羽根を設け、回転中心側を負圧にする
よう構成すればよい。
は、各種工事における汚泥水の排出揚程作業に用いられ
るが、特に、小口径下水道管推進工法であるシールド工
法に使用するのが好適である。すなわち、30〜150
mmの小口径の吸込口を有すサンドポンプにおいて使用
すれば、キャビテーションを起こすことなく、吸込能力
を向上させることができ、小型かつ高能力を必要とする
小口径下水道管推進工法に用いれば好適である。また、
サンドポンプは、横置き型又は縦置き型のいずれであっ
てもよく、設置場所に応じて適宜選択すればよい。
される汚泥水には、ベントナイトやセメントミルクが混
入されているので、ポンプ使用後に放置しておくと、次
回の工事までに、これらが固まってしまい、ポンプが使
用できなくなるおそれがある。そのため、工事終了後
に、ポンプケーシング及びサクションケーシング内の汚
泥水を排出する必要がある。
は、サクションケーシングと吸込口とを連通するバイパ
ス管を設け、工事終了後に汚泥水の上澄み液などをポン
プ吸引して、サクションケーシング内から吸込口に戻る
循環路を構成するようにすれば、ケーシング内に溜まっ
た汚泥水を希釈化して排出できるので好適である。この
バイパス管の構成としては、その中間部にバイパス弁等
を設け、汚泥水の排出処理中は、バイパス管を閉鎖して
おき、洗浄時にのみ開放する構成を採用することも可能
である。
に基づいて説明する。図1は本発明のサクションサンド
ポンプの一実施の形態を示す全体側面断面図、図2は同
じくその正面図である。
プ1は、小口径下水道管推進工法に使用され、砂礫混じ
りの汚泥水を排水するものであって、主に、立て坑の底
部に台座2を介して設置されるものである。このサンド
ポンプ1は、モータ3のモータ軸4上に延設された回転
軸5に沿って、メカニカルシール装置6、サクションケ
ーシング7、及びポンプケーシング8が順次配置されて
いる。
あって、その中心部に位置する回転軸5の軸方向先端側
に、吸込管9を介して小口径(口径が30〜150m
m)の吸込口10が形成されており、また、回転軸5の
軸直角方向(半径方向)の上側外周部に吐出口11付き
の吐出管12が接続されている。
と後壁8bとの間で、回転軸5の先端に排泥用インペラ
13がボルト締めされている。また、ポンプケーシング
の後ろ側に隣接されたサクションケーシング7には吸い
込んだ空気入りの汚泥水を吸引してキャビテーションの
発生を防止するためのサクションインペラ14が回転軸
5に固定されている。さらに、サクションケーシング7
とポンプケーシング8の吸込管9との間にバイパス配管
15が設けられている。
じくその側面断面図である。図示のごとく、排泥用イン
ペラ13は、回転軸5に嵌合されるボス部17と、その
先端に半径方向に広がる円盤状の後側シュラウド18
と、中心に吸込口側に開口する吸込口19を有するドー
ナツ状の前側シュラウド20と、これら前後のシュラウ
ド18、20で挟まれた空間内に配置固定された3枚の
羽根21とを備え、前後のシュラウド18、20によっ
て吸込能力を上げる、クローズ羽根を採用している。
水する汚泥水の中に含まれる相当径の砂礫を排出可能な
流路幅で、インペラの回転方向に突出する渦巻き状に配
置されている。各羽根21は、回転方向(図3の矢印方
向)前側の短い補助翼23と、後ろ側の長い主翼24と
が根元部分で交わり、略V字形に形成されている。な
お、補助翼23及び主翼24の幅(軸方向長さ)は、根
元側と外周側とも同一の幅に設定されている。
側に沿って、汚泥水と共に吸込んだ空気を積極的にサク
ションケーシング側に導くための抽気通水孔25が形成
されている。この抽気通水孔25は、主翼24の中央部
分において主翼長さ(具体的には135mm)の2/3
程度まで長く形成されており(具体的には90mm)、
その幅は、排水能力が低下しない程度で、礫の通過を許
容し砂礫により目詰まりしないように、12〜15mm
程度に設定されている。
ング8の後ろ側に隣接して配置された渦巻状の鋳造品で
あって、その前後壁7a,7bによって区画された空間
を吸引室とし、図1のごとく、前壁7aの中央孔27と
排泥用インペラ13のボス部17の外周部との間の隙間
(1〜2mm)を空気入り汚泥水の吸引通路としてい
る。従って、抽気通水孔25を通った空気入り汚泥水
は、排泥用インペラ13のボス部17の周囲とポンプケ
ーシング8の後壁8bの隙間から、サクションケーシン
グ7の前壁7aを通り、サクションインペラ14の回転
によって軸中心側に起こる負圧で吸引されることによっ
てなる。これにより、ポンプケーシング側での局部的な
圧力降下によって起こるキャビテーションの発生を防止
するようになっている。また、サクションケーシング7
の後壁7bに接してメカニカルシール装置6が配置され
ている。
6は同じくその羽根部の斜視図、図7は同じくその断面
図、図8は同じくその背面側の減圧羽根を示す背面図で
ある。
は、シュラウド28の前壁凹部29に複数(8枚)の羽
根30が渦巻き状に形成されている。羽根30の根元
は、排泥用インペラ13のボス部17の周囲から導かれ
た空気入り汚泥水を効率よく吸引するために、ボス部1
7の外径よりも外側位置に配置されている。
向)前側に凸条に湾曲した形状であって、図6のごと
く、根元側30aを回転方向前側に45〜85°で傾斜
させ、外周側に向かうほど徐々に傾斜が緩められて外周
端側30bでは垂直(90°)になるように設定される
ことにより、吸込能力を高める構成となっている。ま
た、各羽根30と前後壁7a,7bとは、インペラ14
の回転を許容し、羽根30によって汚泥水を吸引可能な
微少間隙をもって配置されている。
の後面には、メカニカルシール装置6側へかかる流体圧
を低減するために減圧羽根31が形成されている。減圧
羽根31は、シュラウド28に渦巻き状の複数(8枚)
の羽根を設け、回転中心側が負圧になるように湾曲した
形状とされている(回転方向は図8の矢印方向)。
上澄み液などを利用して、これをポンプ吸引して、サク
ションケーシング7内から吸込管9側に戻して循環さ
せ、ケーシング7、8内に溜まった汚泥水を希釈化して
排出するもので、その中間部に適宜開閉弁(図示略)を
介在し、汚泥水の排出処理中はバイパス管15を閉鎖し
ておき、洗浄時にのみ開放する構成を採用している。
35内に潤滑剤36が内装され、回転軸5の軸周りを円
筒状のメカニカルシール37で囲設する周知の構造とな
っており、汚泥水のモータ側への浸入を防止する構造と
なっている。
500mmの小口径の下水道管を埋設するために行うシ
ールド工事に適用する場合、サンドポンプ1を立て坑底
部に設置して掘削推進することになる。その際、排泥用
インペラ13の回転遠心力により、掘削ヘッド側(図示
略)から送られてきた汚泥水は、小口径のポンプ吸込口
10から吸引され、排泥用インペラ13の前側シュラウ
ド20の吸込開口19から羽根21間の流路を通って外
周側に押し出され、ポンプケーシング8の外周側の吐出
口11から揚程される。
小口径である故に、吸込力を上げた場合、キャビテーシ
ョンの発生が懸念されるが、排泥用インペラ13の後側
シュラウド18には、抽気通水孔25が貫通形成されて
おり、後ろ側に位置するサクションケーシング7及びサ
クションインペラ14によって、空気入り汚泥水の一部
を吸込むので、局所的な圧力降下によるキャビテーショ
ンの発生を防止できる。しかも、サクションインペラ1
4によっても汚泥水を吸込むので、排泥用インペラ13
とサクションインペラ14の2段のインペラによって汚
泥水を吸引する方式となり、吸込能力を大幅に向上させ
ることができる。従って、従来のサンドポンプでは成し
えなかった100〜150mの立て坑なしの推進工法を
可能とする。
ラ13の主翼24の沿って長孔状に形成されているの
で、汚泥水に含まれる砂礫によっても閉塞されることな
く、継続的にキャビテーションの発生を防止できる。
根30の形状として、根元側が回転方向前側に傾斜した
構成を採用しているので、汚泥水の吸込能力を高めるこ
とができる。さらに、このサクションインペラ14の裏
面には、減圧羽根31を設けてメカニカルシール装置に
かかる負荷を軽減するようにしているので、メカニカル
シール37の耐久性も向上する。
示す背面図、図10は同じくその側面断面図である。こ
の例の排泥インペラ13は、前後のシュラウド18、2
0と、その間に介在されたS形の2枚羽根21とを備
え、各羽根21は、回転方向前側の短い補助翼23と、
後ろ側の長い主翼24とから構成されている。そして、
後ろ側シュラウド18のうち、主翼24と補助翼23の
間の排水流路の一部、並びに補助翼23の回転方向で裏
側に位置する部分が外周側から略V字形に切欠かれて抽
気通水孔25とされている。抽気通水孔25の面積とし
ては、汚泥水が排水される流路面積のうち1/3程度の
面積を占めている。他の構成は、上記実施の形態と同様
である。
様に、排泥用インペラ13の後側シュラウド18の抽気
通水孔25を通して、後ろ側に位置するサクションケー
シング7及びサクションインペラ14によって、空気入
り汚泥水の一部を吸込むので、局所的な圧力降下による
キャビテーションの発生を防止できる。しかも、サクシ
ョンインペラ14によっても汚泥水を吸込むので、排泥
用インペラ13とサクションインペラ14の2段のイン
ペラによって汚泥水を吸引する方式となり、吸込能力を
大幅に向上させることができる。
置型サンドポンプの全体側面断面図である。上記実施の
形態では、いずれも横置型のサンドポンプの実施の形態
を示したが、これに限らず、縦置型サンドポンプにおい
ても本発明を適用でき、横置型のサンドポンプと同様な
作用効果を奏する。この場合、サンドポンプ1は、台座
2側からポンプケーシング8、サクションケーシング
7、メカニカルシール装置6及びモータ3が順次配置さ
れた形態であり、吸込管9はエルボ状に湾曲された形態
となっている。これらの部材及びその他の機能部材は、
上記実施の形態と同様な作用効果を奏するので、同一符
号を付してその説明を省略する。
よると、排泥用インペラとサクションインペラの2段の
インペラを設けて吸引能力を上げたので、小口径のサン
ドポンプであっても、吸込能力を向上させることがで
き、かつ排泥用インペラの抽気通水孔により、キャビテ
ーションの発生を抑えることができ、しかも、抽気通水
孔が長孔状に形成されているので、砂礫混じりの汚泥水
であっても抽気通水孔が閉塞されるのを防止することが
できるといった優れた効果がある。
態を示す全体側面断面図
ポンプの全体側面断面図
7)
ルド径が直径300mm〜500mmの小口径の坑道を
掘削するシールド工法が行われている。この小口径のシ
ールド工法に使用されるサンドポンプは、立て坑内に設
定されており、ポンプケーシング内の排泥用インペラの
回転遠心力によって、掘削ヘッドから排出された汚泥水
を、インペラの回転軸の軸方向先端に形成された吸込口
から吸引し、ポンプケーシングの外周部の吐出口から地
上に揚程するようにしている。
軸の外部導出部にメカニカルシール装置が設けられる
が、このメカニカルシール装置側へかかる流体圧を低減
するために、減圧羽根を設ける構成を採用することが望
ましい。この減圧羽根は、サクションインペラと別々に
設ける構成も採用可能であるが、サクションインペラの
シュラウドの裏面を利用して減圧羽根を設ける構成を採
用した方が、サクションケーシングの軸方向幅を小さく
できる点で有利である。この減圧羽根は、シュラウドに
渦巻き状の複数の羽根を設け、回転中心側を負圧にする
よう構成すればよい。 ─────────────────────────────────────────────────────
20)
向)前側に凸状に湾曲した形状であって、図6のごと
く、根元側30aをシュラウド28との傾斜角度が45
〜85°の範囲で回転方向前側に傾斜させ、外周側に向
かうほど徐々に傾斜が緩められて外周端側30bではシ
ュラウド28との交角が垂直(90°)になるように設
定されることにより、吸込能力を高める構成となってい
る。また、各羽根30と前後壁7a、7bとは、インペ
ラ14の回転を許容し、羽根30によって汚泥水を吸引
可能な微少間隙をもって配置されている。
Claims (5)
- 【請求項1】砂礫混じりの汚泥水を排水するサンドポン
プであって、回転軸の軸方向先端に吸込口が形成され、
外周部に吐出口を有するポンプケーシングと、該ポンプ
ケーシング内で前記回転軸に固定された排泥用インペラ
と、前記回転軸の軸方向で前記吸込口と反対側において
前記ポンプケーシングに隣接されたサクションケーシン
グと、前記ポンプケーシング内に吸い込んだ空気入りの
汚泥水を吸引してキャビテーションの発生を防止するた
めに、前記サクションケーシング内で前記回転軸に固定
されたサクションインペラとを備え、 前記汚泥水の一部を前記サクションケーシング側に導く
ための抽気通水孔が、前記排泥用インペラの後側シュラ
ウドに形成され、該抽気通水孔の大きさが前記汚泥水に
含まれる砂礫の径よりも大なる径に設定されたサンドポ
ンプ。 - 【請求項2】前記抽気通水孔が、排泥用インペラの後側
シュラウドで複数の羽根の回転方向裏側に沿って長孔状
に形成された請求項1記載のサンドポンプ。 - 【請求項3】前記回転軸のサクションケーシングからの
外部導出部にメカニカルシール装置が設けられ、前記メ
カニカルシール装置にかかる負荷圧力を低減するため
に、前記メカニカルシール装置に対向して前記サクショ
ンインペラのシュラウド裏面に減圧羽根が形成された請
求項1又は2記載のサクションサンドポンプ。 - 【請求項4】前記サクションケーシングと前記ポンプケ
ーシングの吸込口との間にバイパス配管が設けられた請
求項1、2又は3記載のサクションサンドポンプ。 - 【請求項5】前記吸込口の内径が30〜150mmの小
口径である請求項1、2又は3記載のサクションサンド
ポンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015178776A (ja) * | 2014-03-18 | 2015-10-08 | テラル株式会社 | 遠心羽根車、及びそれを備えた遠心ポンプ |
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-
1998
- 1998-07-27 JP JP10210625A patent/JP3022845B2/ja not_active Expired - Lifetime
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