JP2005163682A - 軸流ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】予め設計された軸流ポンプの前後２段の軸流羽根車２６，２８の回転数比を、歯車減速装置４０の歯車列によって適宜に設定して、流量および全揚程の適用範囲を拡大し得る軸流ポンプを提供する。
【解決手段】ポンプケーシング２０内に、内側ポンプ軸２４ｂと外側ポンプ軸２４ａとからなる二重のポンプ軸２４を配設し、その一端側に互いに羽根車羽根２６ｂ，２８ａの捻れ方向が逆の軸流羽根車２６，２８をそれぞれ配設して前後２段とする。内側ポンプ軸２４ｂと外側ポンプ軸２４ａの他端側をそれぞれ歯車減速装置４０に連結し、１つの入力軸６８の回転駆動により内側ポンプ軸２４ｂと外側ポンプ軸２４ａを互いに反対方向に回転駆動するように歯車列を設定し、しかも歯車列の適宜な設定により前後２段の軸流羽根車２６，２８の回転数比を所望の値として、流量および全揚程を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高い全揚程が得られるとともに、歯車減速装置の歯車列の設定により適用範囲を拡大し得るようにした軸流ポンプに関するものである。

特開２００１−１０７９００号公報には、従来の前後２段の二重反転ポンプについて、流量が設計点よりも減少した場合には下流側羽根車が過負荷となって失速を生じ易くなり、また流量が設計点よりも増大した場合には上流側羽根車でキャビテーション現象を生じ易く、広い流量範囲で良好なポンプ性能が得られない、と記載されている。
特開２００１−１０７９００号公報

そこで、特開２００１−１０７９００号公報で提案された技術は、二重反転ポンプの駆動モータ部として二重回転子形電動機を用いることが示されている。この提案技術では、流量が設計点より減少しまたは増大してずれた場合に、上流側と下流側の前後２段の羽根車は、同一トルクとなるように回転数比が変化して回転駆動され、従前技術のごとき過負荷による失速やキャビテーション現象を生ずることがなく、広い流量範囲で良好なポンプ性能が得られる、と記載されている。

上述の特開２００１−１０７９００号公報による提案技術は、過負荷による失速やキャビテーション現象を生ずることがなく、優れたものである。しかるに、駆動モータ部として二重回転子形電動機を用いることに限定され、一般的な１つの回転子を有する電動機を駆動モータ部として用いることができない、という不具合がある。また、ディーゼルエンジン等を駆動源とすることもできない。

そこで、発明者らは、特開２００１−１０７９００号公報に示される従来の前後２段の二重反転ポンプに関して、鋭意研究を重ねた結果、流量が設計点からずれた場合の不具合を解消し得る技術に想到した。すなわち、従来技術にあっては、用途に応じた流量に設計点が一致するように、その都度ポンプの羽根車などを設計し直して不具合が生じないようにしなければならなかった。そこで、発明者らは、かかる不具合を、予め設計された軸流ポンプを用いて前後２段の軸流羽根車の回転数比を、１つの回転子を有する電動機等を駆動源とする歯車減速装置の歯車列によって適宜に設定することで、従来技術のごとき不具合が発生しないようにして、軸流ポンプの製作をより容易なものとした。

本発明は上述のごとき問題点を解決するためになされたもので、本発明の軸流ポンプは、ポンプケーシング内に、内側ポンプ軸と外側ポンプ軸とからなる二重のポンプ軸を配設し、前記内側ポンプ軸と外側ポンプ軸の一端側に互いに羽根車羽根の捻れ方向が逆の軸流羽根車をそれぞれ配設して前後２段となし、前記内側ポンプ軸と外側ポンプ軸の他端側をそれぞれ歯車減速装置に連結し、前記歯車減速装置で１つの入力軸の回転駆動により前記内側ポンプ軸と外側ポンプ軸を互いに反対方向に回転駆動するように歯車列を設定し、しかも前記前後２段の軸流羽根車の回転数比を所望の値に前記歯車列により設定するように構成されている。

そして、前記前後２段の軸流羽根車の回転数比が１となるように前記歯車減速装置の歯車列を設定して構成しても良い。

また、前記前後２段の上流側の軸流羽根車の回転数が下流側の軸流羽根車の回転数よりも大きくなるように前記歯車減速装置の歯車列を設定して構成しても良い。

さらに、前記前後２段の上流側の軸流羽根車の回転数が下流側の軸流羽根車の回転数よりも小さくなるように前記歯車減速装置の歯車列を設定して構成しても良い。

請求項１記載の軸流ポンプにあっては、予め設計されたポンプに対して、用途に適した流量に応じて、歯車減速装置の歯車列を適宜に設定して前後２段の軸流羽根車の回転数比を調整することで、簡単に適用させることができる。

請求項２記載の軸流ポンプは、前後２段の軸流羽根車の回転数比が１となるように歯車列を設定するので、予め設計されたポンプの設計点の流量が、用途に適した流量と一致する場合に好適である。

請求項３記載の軸流ポンプは、上流側の軸流羽根車の回転数が下流側の軸流羽根車の回転数よりも大きくなるように歯車列を設定するので、設計点の流量よりも、用途に適した流量が少なくしかも高い揚程が必要な場合に好適である。そして、下流側の軸流羽根車は回転数が低いために、負荷が小さく過負荷となることがない。

請求項４記載の軸流ポンプは、上流側の軸流羽根車の回転数が下流側の軸流羽根車の回転数よりも小さくなるように歯車列を設定するので、設計点の流量よりも、用途に適した流量が多くしかも低い揚程で良い場合に好適である。そして、上流側の軸流羽根車は回転数が低いために、キャビテーション現象を生ずることがない。

以下、本発明の第１実施例を図１ないし図３を参照して説明する。図１は、本発明の軸流ポンプを立軸軸流ポンプに応用した第１実施例の構成を示す縦断面図である。図２は、本発明の前後２段の軸流羽根車を有する軸流ポンプと従来の１段の軸流ポンプのポンプ性能を示す図である。図３は、本発明の軸流ポンプにおいて、上流側の軸流羽根車の回転数と下流側の軸流羽根車の回転数との回転数比を変えたときのポンプ性能を示す図である。

まず、図１において、ポンプ水槽１０上に配設される床１２に、吊り下げ管４が吊り下げ固定され、吊り下げ管１４の下端面に揚水管１８とポンプケーシング２０および吸込ベル２２が順次に連結接続され、吸込ベル２２の開口端がポンプ水槽１０内に水没するように垂下される。そして、吊り下げ管１４と揚水管１８およびポンプケーシング２０内に、ポンプ軸２４が回転自在に適宜に配設される。このポンプ軸２４は、中空軸からなる外側ポンプ軸２４ａと、同軸心上に挿通された内側ポンプ軸２４ｂからなり、互いに独自に回転自在とされる。なお、このポンプ軸２４の下端部がほぼポンプケーシング２０内に位置し、また上端部は吐出エルボ１６の外壁を貫通して突出されている。

そして、ポンプケーシング２０内で、外側ポンプ軸２４ａと内側ポンプ軸２４ｂにそれぞれ第１の軸流羽根車２６と第２の軸流羽根車２８が配設固定される。この第１の軸流羽根車２６の羽根車羽根２６ａ，２６ａ…と、第２の軸流羽根車２８の羽根車羽根２８ａ，２８ａ…とは、捻れ方向が互いに逆となるように形成されている。図１にあっては、内側ポンプ軸２４ｂに配設された第１の軸流羽根車２６が上流側で、外側ポンプ軸２４ａに配設された第２の軸流羽根車２８が下流側で、前後２段に配設される。なお、外側ポンプ軸２４ａの下部が、揚水管１８またはポンプケーシングに固定される軸受３０により軸支され、内側ポンプ軸２４ｂの下端部が、吸込ベル２２に固定される軸受３２により軸支される。

さらに、吐出エルボ１６の外壁を貫通突出したポンプ軸２４は、外部に側方で連通される空間部３４を介して、その上方に配置される隔壁３６を貫通し、吐出エルボ１６の外壁に一体的に付設された歯車減速装置４０の歯車ケーシング４２内に導入される。吐出エルボ１６の外壁のポンプ軸２４が貫通する孔には、軸封装置４４が設けられて、吐出流路４６が水密構造とされることは勿論である。また、外側ポンプ軸２４ａには、空間部３４に臨む位置に貫通孔４８が穿設され、外側ポンプ軸２４ａと内側ポンプ軸２４ｂの隙間に侵入して水が上昇しても、この貫通孔４８を介して空間部３４に排出されるように構成されている。

また、歯車ケーシング４２内に導入されたポンプ軸２４の外側ポンプ軸２４ａ、およびその上端から突出する内側ポンプ軸２４ｂには、それぞれ大平歯車５０，５２が固定配設される。そして、これらの大平歯車５０，５２は、その下方にそれぞれ設けられた円錐ころ軸受５４，５６によりスラストおよびラジアル方向の力が支持される。また、ポンプ軸２４と平行に軸支配設される中間軸５８に、傘歯車６０と平歯車６２，６４が固定される。そして、一方の平歯車６２が外側ポンプ軸２４ａに配設された一方の大平歯車５０に噛合され、他方の平歯車６４が適宜に軸支される回転方向変換用の小平歯車６６を介して内側ポンプ軸２４ｂに配設された他方の大平歯車５２に噛合される。さらに、歯車ケーシング４２内に水平方向に回転自在に貫通導入された入力軸６８に傘歯車７０が固定され、中間軸５８の傘歯車６０と噛合される。入力軸６８の外方の他端部には、図示しない電動機などの駆動装置の出力軸が連結される。この駆動装置は、吊り下げ管１４が配設された床１４に直接または架台等を介して適宜に設置される。なお、一方の大平歯車５０と平歯車６２のギア比と、他方の大平歯車５２と平歯車６４のギア比を適宜に設定することで、外側ポンプ軸２４ａと内側ポンプ軸２４ｂの回転数比Ｎ２／Ｎ１を適宜に設定できる。

かかる構成の立軸軸流ポンプにおいて、入力軸６８が図１で矢印Ａ方向に回転駆動されると、傘歯車７０，６０と平歯車６４，６２と小平歯車６６により、２つの大平歯車５０，５２が互いに逆に回転され、外側ポンプ軸２４ａおよびこれに配設された第２の軸流羽根車２８が図１で矢印Ｂ方向に回転駆動され、内側ポンプ軸２４ｂおよびこれに配設された第１の軸流羽根車２６が図１で矢印Ｃ方向に回転駆動される。もって、ポンプ水槽１０内の水が吸込ベル２２から吸い込まれて吐出流路４６側に吐出される。

本発明の立軸軸流ポンプのポンプ性能は、揚程が図２に実線で示すごとく、１つの軸流羽根車を有する従前の立軸軸流ポンプの破線で示す性能に比較して、高いものとなっている。そして、本発明の効率も実線で示すごとく、破線で示す１つの軸流羽根車を有するものよりも改善されている。これは、本発明の立軸軸流ポンプが２つの互いに逆に回転する軸流羽根車を有するために、旋回方向の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するために案内羽根を必要とせず、この案内羽根による種々の損失が生じない分だけ効率が改善されるためである。また、本発明の立軸軸流ポンプでは２つの軸流羽根車を有するために、それぞれの羽根車の回転数を高くすることなく、すなわちキャビテーション現象を生じさせずに、全揚程を高くすることができる。なお、本発明では、当然に入力軸の駆動力は約２倍となるが、１つの軸流羽根車を有する従前の立軸軸流ポンプでは、駆動力を大として羽根車の回転数を高くするとキャビテーション現象が生じ、また回転数を低くするために羽根車の径を大としても、羽根車の外周部の周速は大となってやはりキャビテーション現象を生じさせ易く、むやみに駆動力を大きくすることができなかった。

さらに、本発明にあっては、図３に示すごとく、歯車減速装置４０の歯車列を調整することで、第１の軸流羽根車２６の回転数Ｎ１と第２の軸流羽根車２８の回転数Ｎ２との回転数比Ｎ２／Ｎ１を調整することで、予め設定されたポンプのポンプ性能を、用途に適した流量および揚程に適応させ得ることが明らかとなった。すなわち、第１と第２の軸流羽根車２６，２８の回転数Ｎ１，Ｎ２が同じとなるように歯車列が設定されて、軸流ポンプが設計されており、そのポンプ性能は、図３に実線に示すとおりである。そして、上流側の第１の軸流羽根車２６の回転数Ｎ１が、下流側の第２の軸流羽根２８の回転数Ｎ２よりも大きくなるように歯車列を設定すると、図３に破線で示すごとく、設計点より流量が小さな範囲で全揚程を大きくすることができ、流量が大きな範囲で全揚程が小さくなる。なお、図３の破線は、Ｎ２／Ｎ１を０．８２に設定して測定されている。また、上流側の第１の軸流羽根車２６の回転数Ｎ１が、下流側の第２の軸流羽根車２８の回転数Ｎ２よりも小さくなるように歯車列を設定すると、図３に一点鎖線で示すごとく、設計点より流量が大きな範囲で全揚程を大きくすることができ、流量が小さな範囲で全揚程が小さくなる。なお、図３の一点鎖線は、Ｎ２／Ｎ１を１．２２に設定して測定されている。

そこで、例えばポンプの吐出管がサイホン形である場合には、吐出管頂部まで揚水できる全揚程と、吐出管内の空気を完全に排出するための１ｍ／秒以上の管内流速が必要であるが、第１と第２の軸流羽根車２６，２８の回転数比Ｎ２／Ｎ１を１とする場合を基準として、吐出管頂部までが高くて大きな全揚程を必要とする場合にはＮ２／Ｎ１を小さくすれば良い。また、吐出管がサイホン形である場合に限らず、大きな流量を必要とする場合にはＮ２／Ｎ１を大きくすれば良い。したがって、歯車減速装置４０の歯車列の設定により、第１と第２の軸流羽根車２６，２８の回転数比Ｎ２／Ｎ１を変化させることで、ポンプ性能を変化させることができ、予め設計された１つのポンプの適用範囲を大幅に拡大することができる。

次に、本発明の第２実施例を図４を参照して説明する。図４は、本発明の軸流ポンプを立軸軸流ポンプに応用した第２実施例の歯車減速装置の構成を示す縦断面図である。図４において、図１に示す部材と同じまたは均等なものには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

図４に示す本発明の第２実施例において、吐出エルボ１６の外壁に一体に付設された歯車減速装置７２は、歯車ケーシング７４内に導入された外側ポンプ軸２４ａと内側ポンプ軸２４ｂにそれぞれ大傘歯車７６，７８が配設固定され、この２つの大傘歯車７６，７８が入力軸６８に設けた傘歯車７０に噛合される。

第２実施例にあっては、第１の軸流羽根車２６の回転数Ｎ１と第２の軸流羽根車２８の回転数Ｎ２とを同一に設定する場合に、歯車列の部品点数が少なく、極めて簡単な構造である。

また、本発明の第３実施例を図５を参照して説明する。図５は、本発明の軸流ポンプを立軸軸流ポンプに応用した第３実施例の歯車減速装置の構成を示す縦断面図である。図５において、図１に示す部材と同じまたは均等なものには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

図５に示す本発明の第３実施例において、吐出エルボ１６の外壁に一体的に付設された歯車減速装置８０の歯車ケーシング８２の蓋体に、架台８４を介して出力軸８８をポンプ軸２４と平行にして電動機８６が配設される。そして、電動機８６の出力軸８８が、軸継手９０を介して歯車ケーシング８２にポンプ軸２４と平行に配設された入力軸６８と連結される。また、入力軸６８に平歯車６２，６４が固定される。平歯車６２は、外側ポンプ軸２４ａに固定された大平歯車５０と噛合され、平歯車６４は、回転方向変換用の小平歯車６６を介して内側ポンプ軸２４ｂに固定された大平歯車５２と噛合連結される。

第３実施例にあっては、電動機８６が歯車減速装置８０に付設され、予め工場等で組み付けができ、据え付け現場での作業を少なくするのに好適である。

さらに、本発明の第４実施例を図６および図７を参照して説明する。図６は、本発明の軸流ポンプを横軸軸流ポンプに応用した第４実施例の構成を示す縦断面図である。図７は、図６に示す横軸軸流ポンプの歯車減速装置の歯車ケーシングを切り欠いた平面図である。図６および図７において、図１に示す部材と同一または均等なものには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

図６および図７に示す本発明の第４実施例において、吸込エルボ９２の外壁に歯車減速装置９４の歯車ケーシング９６が一体的に付設される。そして、吸込エルボ９２にポンプケーシング２０が接続され、このポンプケーシング２０内に配設されたポンプ軸２４の外側ポンプ軸２４ａおよび内側ポンプ軸２４ｂにそれぞれ固定されて第１と第２の軸流羽根車２６，２８が配設される。また、ポンプ軸２４は吸込エルボ９２の外壁を貫通して歯車ケーシング９６内に導入される。そして、外側ポンプ軸２４ａと内側ポンプ軸２４ｂにそれぞれ大平歯車５０，５２が固定される。また、ポンプ軸２４と平行に配設される入力軸６８に平歯車６２，６４が固定され、一方の平歯車６４が回転方向変換用の小平歯車６６を介して内側ポンプ軸２４ｂに固定された大平歯車５２に噛合連結され、他方の平歯車６２が外側ポンプ軸２４ａに固定された大平歯車５０に噛合される。さらに、入力軸６８が軸継手９０を介して電動機８６の出力軸８８に駆動連結される。なお、電動機８６は、吸込エルボ９２を固定する床に直接または架台等を介して適宜に設置される。

かかる構成の第４実施例にあっては、横軸軸流ポンプにおいて、第１実施例の立軸軸流ポンプと同様の効果を奏する。すなわち、歯車減速装置９４の歯車列を適宜に設定することで、全揚程と流量の変更ができ、広い範囲の用途に適用ができる。

さらにまた、本発明の第５実施例を図８を参照して説明する。図８は、本発明の軸流ポンプを横軸軸流ポンプに応用した第５実施例の構成を示す正面図である。図８において、図６および図７に示す部材と同一または均等なものには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

図８に示す第５実施例において、図６および図７に示す第４実施例と相違するところは、歯車減速装置９４の歯車ケーシング９６に設けた架台９８に電動機８６が配設されたことにある。歯車減速装置９４と電動機８６を工場等で組み付けることができ、据え付けの際に現場での作業を少なくすることができる。

なお、上記実施例において、歯車減速装置４０，７２，８０，９４の歯車列は上記実施例に限られず、その組み合わせ等を適宜に変更し得ることは勿論である。

本発明の軸流ポンプを立軸軸流ポンプに応用した第１実施例の構成を示す縦断面図である。 本発明の前後２段の軸流羽根車を有する軸流ポンプと従来の１段の軸流ポンプのポンプ性能を示す図である。 本発明の軸流ポンプにおいて、上流側の軸流羽根車の回転数と下流側の軸流羽根車の回転数との回転数比を変えたときのポンプ性能を示す図である。 本発明の軸流ポンプを立軸軸流ポンプに応用した第２実施例の歯車減速装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の軸流ポンプを立軸軸流ポンプに応用した第３実施例の歯車減速装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の軸流ポンプを横軸軸流ポンプに応用した第４実施例の構成を示す縦断面図である。 図６に示す横軸軸流ポンプの歯車減速装置の歯車ケーシングを切り欠いた平面図である。 本発明の軸流ポンプを横軸軸流ポンプに応用した第５実施例の構成を示す正面図である。

符号の説明

１０ ポンプ水槽
１２ 床
１４ 吊り下げ管
１６ 吐出エルボ
１８ 揚水管
２０ ポンプケーシング
２２ 吸込ベル
２４ ポンプ軸
２４ａ 外側ポンプ軸
２４ｂ 内側ポンプ軸
２６ 第１の軸流羽根車
２６ａ，２８ａ 羽根車羽根
２８ 第２の軸流羽根車
３０，３２ 軸受
３４ 空間部
３６ 隔壁
４０，７２，８０，９４ 歯車減速装置
４２，７４，８２，９６ 歯車ケーシング
４４ 軸封装置
４６ 吐出流路
４８ 貫通孔
５０，５２ 大平歯車
５４，５６ 円錐ころ軸受
５８ 中間軸
６０，７０ 傘歯車
６２，６４ 平歯車
６６ 小平歯車
６８ 入力軸
７６，７８ 大傘歯車
８４，９８ 架台
８６ 電動機
８８ 出力軸
９０ 軸継手
９２ 吸込エルボ

Claims (4)

1. ポンプケーシング内に、内側ポンプ軸と外側ポンプ軸とからなる二重のポンプ軸を配設し、前記内側ポンプ軸と外側ポンプ軸の一端側に互いに羽根車羽根の捻れ方向が逆の軸流羽根車をそれぞれ配設して前後２段となし、前記内側ポンプ軸と外側ポンプ軸の他端側をそれぞれ歯車減速装置に連結し、前記歯車減速装置で１つの入力軸の回転駆動により前記内側ポンプ軸と外側ポンプ軸を互いに反対方向に回転駆動するように歯車列を設定し、しかも前記前後２段の軸流羽根車の回転数比を所望の値に前記歯車列により設定するように構成したことを特徴とする軸流ポンプ。
2. 請求項１記載の軸流ポンプにおいて、前記前後２段の軸流羽根車の回転数比が１となるように前記歯車減速装置の歯車列を設定して構成したことを特徴とする軸流ポンプ。
3. 請求項１記載の軸流ポンプにおいて、前記前後２段の上流側の軸流羽根車の回転数が下流側の軸流羽根車の回転数よりも大きくなるように前記歯車減速装置の歯車列を設定して構成したことを特徴とする軸流ポンプ。
4. 請求項１記載の軸流ポンプにおいて、前記前後２段の上流側の軸流羽根車の回転数が下流側の軸流羽根車の回転数よりも小さくなるように前記歯車減速装置の歯車列を設定して構成したことを特徴とする軸流ポンプ。