JP2003148373A

JP2003148373A - 自吸水ポンプ

Info

Publication number: JP2003148373A
Application number: JP2001346616A
Authority: JP
Inventors: Hideki Jinno; 秀基神野; Shiro Yamazaki; 史郎山崎; Tetsuo Goto; 哲郎後藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】羽根車の入口角度を大きくして、従来の構造
の自吸水ポンプに比較して、空気排出時間を短縮できる
ようにする。【解決手段】吸込口１０ａと吐出しボリュート２２と
の間に、吸込口１０ａから連続して延びポンプの回転方
向に沿って断面積が徐々に減少するボリュート形状の貯
水空間（吸込ボリュート）４０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ起動時に吸
込管内に空気が充満していても、空気を吸上げて排出
し、次いで水を排出するようにした自吸水ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】通常のポンプにおいて、吸込管内に空気
が存在する状態でポンプを起動する場合には、ポンプに
付属する呼び水供給部から予め水を供給して吸込管内に
水を満たしてから、ポンプを起動しない限り、ポンプの
揚水作用を発揮させることはできない。これに対して、
自吸水ポンプは、ポンプ起動と同時に、先ず吸込管内の
空気を吸上げて排出し、更にそれに伴って吸込管内を上
昇してくる水を揚水し、これによって、呼び水を自動的
に行って通常の運転に入ることができる。

【０００３】従来の自吸水ポンプの一般的な構造を図１
２に示す。図１２に示すように、この自吸水ポンプは、
吸込口１０ａと吐出し口１０ｂを有するポンプケーシン
グ１０と、内部に軸受及び軸封装置（メカニカルシー
ル）等を収納したケーシングカバー１２とを有してい
る。そして、ケーシングカバー１２の内部を貫通して延
びる回転自在な主軸１４の先端に羽根車１６が該主軸１
４と一体に回転するように取付けられている。

【０００４】ポンプケーシング１０の内部には、吸込口
１０ａから連続し、ポンプ停止時に水を滞留させる貯水
空間１８が区画形成されている。この貯水空間１８の入
口には、ポンプ停止時に貯水空間１８内に残った水がサ
イホン効果で吸込管内に流れ出ないようにするための逆
止弁２０が取付けられている。貯水空間１８の背面側に
は、ポンプの回転方向に沿って断面積が徐々に増加する
吐出しボリュート（渦巻室）２２が区画形成され、この
吐出しボリュート２２の内部に羽根車１６が収納されて
いる。この吐出しボリュート２２は、気液分離室２４を
経由して吐出し口１０ｂに連通している。更に、気液分
離室２４に連通しポンプ前面の貯水空間１８の下方に達
する戻り流路２６が区画形成され、気液分離室２４で分
離された水は、戻り流路２６から細孔２８を通って羽根
車１６の吸込側（羽根車入口）１６ａに戻り、再度、羽
根車１６へ吸込まれるようになっている。細孔２８の戻
り流路２６側には、ポンプが通常運転に入った時に該細
孔２８を自動的に閉じる補給水弁３０が設けられてい
る。

【０００５】この自吸水ポンプにあっては、ポンプ据付
け後の最初の運転時に、貯水空間１８内に外部から水を
供給する。そして、ポンプ起動時に、羽根車１６が回転
すると、貯水空間１８に残されていた水は、羽根車１６
に吸込まれ、ポンプの揚水作用により吐出しボリュート
（渦巻室）２２へ移動し、吐出しボリュート２２を出た
流れは、気液分離室２４を通る。空気排出時には、この
気液分離室２４で気液を分離して、空気のみを吐出し口
１０ｂから吐出し管へ排出する。分離した水は、気液分
離室２４から戻り流路２６に沿って流れ、細孔２８を通
ってポンプ羽根車１６の吸込側１６ａに戻り、再度、羽
根車１６へ吸込まれて揚水作用が継続する。これによ
り、羽根車１６の空気排出作用が継続して行われる。

【０００６】この羽根車１６の空気排出作用により、羽
根車１６の吸込側１６ａは負圧になり、このため、ポン
プ起動後、しばらくの間は、ポンプ吸込口１０ａから空
気が吸込まれる。この時に吸込まれた空気も、部分的に
水で満たされた羽根車１６の中を通って吐出しボリュー
ト２２へ流入する。この時、羽根車１６の内部は気液２
相流になるが、空気の量と水（液体）の割合に見合った
水と空気が排出される。吸込管内の空気を徐々に排出す
ると、吸込管内の水が上昇してきて、やがて吸込口１０
ａに達し、これにより、ポンプは液体のみの揚水を行う
ようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の自吸水ポンプに
あっては、羽根車の２相流による揚水作用に伴って、吸
込管内の空気を排出させるために、予めポンプの内部に
かなりの量の水を滞留させることが必要不可欠で、その
ために、羽根車の入口直前に貯水空間を設けてここに水
を貯留していた。ここで、ポンプ起動時から吸込管内の
空気を完全に排出させるまでの時間は、羽根車の空気排
出能力に依存する。

【０００８】しかしながら、従来の自吸水ポンプのよう
に、単なる水溜めとしての役割を果たす貯水空間を通過
させて水を羽根車に導くと、水は、予旋回なしで羽根車
に入るため、ポンプ羽根車の入口角度は小さく、起動直
後の空気排出時の空気流量が少ないといった問題があっ
た。このため、空気の排出時間を極力短くして、ポンプ
起動後に迅速に揚水作用に入ることができるようにした
自吸水ポンプの開発が望まれていた。

【０００９】本発明は、かかる要請に応えるためになさ
れたもので、羽根車の入口角度を大きくして、従来の構
造の自吸水ポンプに比較して、空気排出時間を短縮でき
るようにした自吸水ポンプを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、吸込口と吐出しボリュートとの間に、ポンプ停止時
に水を溜める貯水空間を設けた自吸水ポンプにおいて、
前記貯水空間を、前記吸込口から連続して延びポンプの
回転方向に沿って断面積が徐々に減少するボリュート形
状にしたことを特徴とする自吸水ポンプである。

【００１１】これにより、ボリュート形状の貯水空間
（吸込ボリュート）は、ポンプ停止時には、水溜めの役
割を果たし、しかも、貯水空間をボリュート形状とする
ことで、羽根車の入口角度を大きくして、ポンプ起動後
の空気排出時における空気の排出流量を従来の自吸水ポ
ンプに比べて多くすることができる。つまり、このよう
に、貯水空間をボリュート形状とすると、水は、ポンプ
の回転方向に曲げられた予旋回をもって羽根車に流れ込
み、この結果、羽根車の入口角度は大きくなる。

【００１２】ここで、ポンプ起動直後の空気吸込時にお
ける単位時間当たりの吸込空気量は、水の設計点流量よ
りかなり少ないと考えられ、設計したより大きい入口角
度に対してより大きな迎角を持ってポンプへ入る。この
時、空気であるゆえ、キャビテーションの心配がなく、
単に空気量が従来に比べて増大し、空気排出時間が短縮
される。一方、羽根車全体で水を排出する、いわゆる通
常運転時には、水は、ボリュート形状の貯水空間を回転
して予旋回し、羽根車の入口角度に合致した状態で羽根
車に吸込まれて運転が続行される。

【００１３】請求項２に記載の発明は、前記ボリュート
形状は、断面積が一定の割合で直線的に減少する場合を
基準にして、その断面積がポンプの入口面積Ａに対して
最大±ｂの幅分増減する形状に形成され、この幅ｂは、０．２Ａ≦ｂ≦０に設定されていることを特徴とする請求項１記載の自吸
水ポンプである。これにより、渦巻ポンプに一般に使用
されているボリュート（渦巻室）形状を利用して、羽根
車の入口の周囲に亘って一様な回転（旋回流）が与えら
れるような最適なボリュート形状の貯水空間を区画形成
することができる。

【００１４】請求項３に記載の発明は、前記吐出しボリ
ュートに連続する気液分離室を備え、この気液分離室と
前記ボリュート形状の貯水空間の巻終り位置付近とを、
気液分離後の流体の戻り流路で連通させたことを特徴と
する請求項１または２記載の自吸水ポンプである。これ
により、ボリュート形状の貯水空間（吸込ボリュート）
の外部を戻り流路が略直線状に通過するように戻り流路
を形成することでき、このように戻り流路を略直線状に
形成することで、戻り流路を短くするとともに、ポンプ
ケーシングが２重構造になって、製作が困難となること
を防止することができる。ここで戻り流路は、円筒形状
であることが望ましい。

【００１５】請求項４に記載の発明は、前記戻り流路の
内部に該戻り流路を開閉する弁体を配置したことを特徴
とする請求項３記載の自吸水ポンプである。これによ
り、ポンプが通常運転に入った時に、比較的簡単な構成
の弁体で戻り通路を閉止することができる。

【００１６】請求項５に記載の発明は、前記吸込口をポ
ンプの軸方向に向けて配置し、この吸込口から吸込まれ
た流体が前記ボリュート形状の貯水空間の内部に該貯水
空間に直交する方向から入るようにしたことを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれかに記載の自吸水ポンプであ
る。これにより、配管に曲管を付けてその方向を変える
ことなく、ポンプの軸方向に延びるポンプ吸込管の端部
にポンプを連結することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１乃至図３は、本発明の第１の
実施の形態の自吸水ポンプを示す。この自吸水ポンプ
は、吸込口１０ａと吐出し口１０ｂを有するポンプケー
シング１０と、内部に軸受及び軸封装置（メカニカルシ
ール）等を収納したケーシングカバー１２とを有してい
る。そして、ケーシングカバー１２の内部を貫通して延
びる回転自在な主軸１４の先端に羽根車１６が該主軸１
４と一体に回転するように取付けられている。

【００１８】ポンプケーシング１０の内部には、吸込口
１０ａから連続し、ポンプ停止時に水を滞留させるボリ
ュート形状の貯水空間（以下、吸込ボリュートという）
４０が区画形成されている。この吸込ボリュート４０
は、ポンプの回転方向に沿って断面積（ボリュート面
積）が徐々に減少する形状に形成されている。

【００１９】この吸込ボリュート４０の断面積の変化を
図４及び図５により説明する。図４は、ボリュート入口
から渦巻きの巻始め（θ＝０°）に至り、そこから巻終
り（θ＝３６０°）に至る断面積変化の例を示し、図５
は、この断面積変化に対する説明図である。ここでボリ
ュート面積とは、図５（ｂ）に示すように、吸込ボリュ
ート４０の内壁面４０ａと羽根車１６の吸込径あるいは
その軸方向延長線１６ｂが囲む領域（図５（ｂ）に斜線
を付した領域）とする。また、図５（ａ）に示すよう
に、吸込口の入口面積をＡ、渦巻きの巻始め（θ＝０
°）の吸込ボリュート４０の断面積をａ、巻終り（θ＝
３６０°）の断面積をｃとしている。

【００２０】すなわち、この例にあっては、渦巻き角θ
＝０°〜３６０°の間での断面積が直線的に減少する場
合（Ｌ）を基準にして、その途中の断面積が最大±ｂの
幅分増減するようにした場合を示している。そして、入
口面積Ａに対する断面積ａ、増減幅ｂ及び断面積ｃの比
が、それぞれ下記の範囲になるようにしている。１.２≧ａ／Ａ≧０.８０.２≧ｂ／Ａ≧００.２
≧ｃ／Ａ≧０

【００２１】ここで、吸込ボリュート４０には種々の形
状があり、通常、ポンプ入口から、渦巻きの巻終りまで
の断面積の変化過程は、内部損失が最小になり、羽根車
の入口の周囲に亘って一様な回転（予旋回）が与えられ
るようなボリュート形状が最適とされている。この例に
よれば、上記のようにボリュート断面積を変化（減少）
させることで、この要請に応えることができる。

【００２２】この吸込ボリュート４０の入口には、ポン
プ停止時に吸込ボリュート４０内に残った水がサイホン
効果で吸込管内に流れ出ないようにするための逆止弁２
０が取付けられている。吸込ボリュート４０の背面側に
は、ポンプの回転方向に沿って断面積が徐々に増加する
吐出しボリュート（渦巻室）２２が区画形成され、この
吐出しボリュート２２の内部に羽根車１６が収納されて
いる。この吐出しボリュート２２は、気液分離室２４を
経由して吐出し口１０ｂに連通している。更に、気液分
離室２４に連通しポンプ前面の貯水空間１８の下方に達
する戻り流路２６が区画形成され、気液分離室２４で分
離した水は、戻り流路２６から細孔２８を通って羽根車
１６の吸込側１６ａに戻り、再度、羽根車１６へ吸込ま
れるようになっている。

【００２３】ここで、細孔２８の直径を大きくすると、
水によるポンプ通常運転時に流れが吸込側に戻ってポン
プ動力の損失に繋がる。そこで、この例では、この細孔
２８に手動弁４２を設けて、ポンプが通常運転に入った
ら、この手動弁４２により細孔２８を手動で閉じるよう
にしている。なお、この例では、手動弁４２を用いて手
動で細孔２８を開閉するようにしているが、この手動弁
の代わりに電気または空気などの動力で開閉する弁を設
けて細孔２８を開閉するようにしてもよい。この自吸水
ポンプにあっては、ポンプ据付け後の最初の運転時に、
吸込ボリュート４０内に外部から水を供給する。また、
ポンプ起動時における動作は、前述の従来例とほぼ同様
であるので、ここではその説明を省略する。

【００２４】次に、図６を参照して、この実施の形態
（本発明）の自吸水ポンプと、図１２に示す従来例の自
吸水ポンプにおける羽根車の入口速度（入口角度）の関
係を説明する。吸込ボリュート４０がない従来例の自吸
水ポンプにあっては、水は、予旋回がつかずに羽根車１
６に流れ込み、羽根車入口１６ａにおける流れの相対速
度Ｗ_０は、周方向速度ｕとの間に角度α_０を持つ。一
方、吸込ボリュート４０を有する本発明の自吸水ポンプ
にあっては、水は、ポンプの回転方向Ｒに曲げられた予
旋回をもって羽根車１６に流れ込み、羽根車入口１６ａ
における流れの相対速度Ｗ _１は、周方向速度ｕとの間に
角度α_１を持ち、この角度α_１は、従来例における角度
α_０より明らかに大きく（α_１＞α_０）なる。羽根車１
６は、この設計点の流量に対して設計されるのが普通で
あるので、この場合の羽根車は、入口角度α _１で設計さ
れる。

【００２５】このように、入口角度の大きな羽根車を自
吸水ポンプに適用すると、自吸水ポンプの起動時の空気
吸込時における空気の量は、水を流す場合の設計点流量
より遙に少ない流量であるため、空気は、吸込ボリュー
ト４０の入口から羽根車１６へ向かって直進する。その
流れは、図２に矢印Ｂに示すようになり、羽根車１６の
入口全体から流入するのではなく、偏った流れになる。
この時、図６に示すように、羽根車入口１６ａにおける
相対速度Ｗ_２は、周方向速度ｕとの間に角度α _２を持
つ。

【００２６】前述のように、本発明の自吸水ポンプにあ
っては、羽根車１６は、入口角度α _１で設計製作されて
いるため、空気の流れと羽根車１６の入口角度α_１が合
致せず、迎角β＝α_１−α_２を持って羽根車１６に吸い
込まれる。ところが、水を吸込む場合とは違って、キャ
ビテーションの心配がないから、迎角がついても、羽根
車入口１６ａで水の場合などのような強い力を発生させ
る心配がない。むしろ空気の吸込量が増大して、空気を
吸上げきる全時間が短縮される。

【００２７】つまり、このように、貯水空間をボリュー
ト形状とすることで、水がポンプの回転方向に曲げられ
た予旋回をもって羽根車に流れ込むようにして、羽根車
の入口角度を大きくして、これによって、ポンプ起動後
の空気排出時における空気の排出流量を従来の自吸水ポ
ンプに比べて多くすることができる。そして、羽根車全
体で水を排出する、いわゆる通常運転時には、水は、吸
込ボリュート（ボリュート形状の貯水空間）４０を回転
して予旋回し、羽根車１６の入口角度に合致した状態で
羽根車１６に吸込まれて運転が続行される。

【００２８】図７乃至図９は、本発明の第２の実施の形
態の自吸水ポンプを示す。この例の第１の実施の形態と
異なる点は、気液分離室２４の下部で一端を開口し、ポ
ンプの軸方向に延びてポンプケーシング１０の前面で他
端を開口する貫通孔４４と、この貫通孔４４と吸込ボリ
ュート４０の巻終り付近とを連通させる上下方向に延び
る連通孔４６とで戻り流路２６を形成し、更に、この貫
通孔４４の内部に、前後動して戻り流路２６を開閉する
円柱状の弁体４８を配置した点にある。この弁体４８
は、ポンプケーシング１０の前面に露出して配置された
手動弁４２のハンドル４２ａを回転することで前後動す
るようになっている。その他の構成は、第１の実施の形
態とほぼ同様である。

【００２９】すなわち、この例にあっては、吸込ボリュ
ート４０の巻終り位置を、第１の実施の形態に示すもの
と比較して、図２及び図９において、若干に左方向に回
転させた位置に形成し、気液分離室２４からポンプケー
シング１０の前面に延びる貫通孔４４と、吸込ボリュー
ト４０の巻終り付近に設けた連通孔４６とを互いに連通
させている。そして、手動弁４２のハンドル４２ａを一
方向に回転させ弁体４８を前進させて、弁体４８で連通
孔４６の上端開口部を塞ぐことで、戻り流路２６を閉止
し、手動弁４２のハンドル４２ａを前記と逆方向に回転
させ弁体４８を後退させて、弁体４８による連通孔４６
の閉塞を解くことで、戻り流路２６を開口させるように
している。

【００３０】この例によれば、戻り流路２６は直線的に
なって、吸込みボリュート４０の巻終り位置付近に開口
でき、しかも戻り流路２６を構成する貫通孔４４の内部
に取付ける弁体４８として、円柱状のものを使用するこ
とができる。従って、戻り流路２６を短くできるばかり
でなく、ポンプケーシング１０の吸込ボリュート４０を
囲む部分を二重構造にする必要をなくし、ケーシング鋳
物を簡素化して、製作上から品質向上を図ることができ
る。更に、ポンプ起動時の空気排出時は戻り流路２６を
開口させておき、通常運転に入ってから、弁体４８を閉
止位置にするのであり、比較的簡単な構成の弁体４８で
戻り流路２６を閉止することができる。なお、この弁体
４８からの漏れは、ポンプの揚水効率を低減させるが、
多少の漏れを許容することもできる。また、手動弁の代
わりに電気または空気などの動力で開閉する弁を設けて
戻り流路を開閉するようにしてもよいことは前述と同様
である。

【００３１】図１０及び図１１は、本発明の第３の実施
の形態の自吸水ポンプを示す。この例の第２の実施の形
態と異なる点は、ポンプケーシング１０として、吸込口
１０ａがポンプの軸方向の前方に向けて開口するように
したものを使用し、この吸込口１０ａから吸込まれた流
体が吸込ボリュート４０の内部に該吸込ボリュート４０
に直交する方向から入るようにした点にある。その他の
構成は、第２の実施の形態とほぼ同様である。

【００３２】すなわち、第２の実施の形態にあっては、
図９に示すように、吸込口１０ａと吸込ボリュート４０
が同一平面に沿って連続するようにしているが、この例
にあっては、吸込みボリュート４０の一部を立ち上げ
て、モータとは反対側に軸方向に直角に曲げて吸込口１
０ａが軸方向の前方に向けて開口するようにしている。
この例によれば、配管に曲管を付けてその方向を変える
ことなく、ポンプの軸方向に延びるポンプ吸込管の端部
にポンプを連結することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
貯水空間をボリュート形状とすることで、水がポンプの
回転方向に曲げられた予旋回をもって羽根車に流れ込む
ようにして、羽根車の入口角度を大きくし、これによっ
て、従来の構造の自吸水ポンプに比べて、空気排出時間
を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の自吸水ポンプの側
断面図である。

【図２】同じく、吸込ボリュート（ボリュート形状の貯
水空間）の縦断正面図である。

【図３】同じく、吐出しボリュートの縦断正面図であ
る。

【図４】同じく、吸込ボリュートの断面積の変化の例を
示すグラフである。

【図５】同じく、吸込ボリュートの断面積の変化の説明
に付する図である。

【図６】同じく、羽根車の入口速度３角形を従来例と比
較して示す図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態の自吸水ポンプの側
断面図である。

【図８】同じく、吐出しボリュートの縦断正面図であ
る。

【図９】同じく、吸込ボリュートの縦断正面図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態の自吸水ポンプの
側断面図である。

【図１１】同じく、吸込ボリュートの縦断正面図であ
る。

【図１２】従来の自吸水ポンプの側断面図である。

【符号の説明】

１０ポンプケーシング１０ａ吸込口１０ｂ吐出し口１４主軸１６羽根車１６ａ吸込側（羽根車入口）１６ｂ軸方向延長線１８貯水空間２０逆止弁２２吐出しボリュート２４気液分離室４０ボリュート形状の貯水空間（吸込ボリュート）４０ａ同、内壁面４２手動弁４４貫通孔４６連通孔４８弁体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤哲郎東京都大田区羽田旭町11番１号荏原マイスター株式会社内Ｆターム(参考） 3H034 AA01 BB14 CC03 DD03 DD08 EE04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸込口と吐出しボリュートとの間に、ポ
ンプ停止時に水を溜める貯水空間を設けた自吸水ポンプ
において、前記貯水空間を、前記吸込口から連続して延びポンプの
回転方向に沿って断面積が徐々に減少するボリュート形
状にしたことを特徴とする自吸水ポンプ。
【請求項２】前記ボリュート形状は、断面積が一定の
割合で直線的に減少する場合を基準にして、その断面積
がポンプの入口面積Ａに対して最大±ｂの幅分増減する
形状に形成され、この幅ｂは、０．２Ａ≦ｂ≦０に設定されていることを特徴とする請求項１記載の自吸
水ポンプ。
【請求項３】前記吐出しボリュートに連続する気液分
離室を備え、この気液分離室と前記ボリュート形状の貯
水空間の巻終り位置付近とを、気液分離後の流体の戻り
流路で連通させたことを特徴とする請求項１または２記
載の自吸水ポンプ。
【請求項４】前記戻り流路の内部に該戻り流路を開閉
する弁体を配置したことを特徴とする請求項３記載の自
吸水ポンプ。
【請求項５】前記吸込口をポンプの軸方向に向けて配
置し、この吸込口から吸込まれた流体が前記ボリュート
形状の貯水空間の内部に該貯水空間に直交する方向から
入るようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいず
れかに記載の自吸水ポンプ。