JP2005240764A - 液体ポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】 螺旋状流路の形成された羽根車を備える液体ポンプにおいて、該羽根車とポンプケーシングとの間の隙間に異物が侵入するのを防止することにある。
【解決手段】 内部に螺旋状の流路38が形成された羽根車11の全周に亘って、外方に突出するフランジ部40を形成する。該フランジ部40は、羽根車11から吐出された汚水を流すためにポンプケーシング12の第1側壁12a及び羽根車11の外周の間に形成される流路50(排出流路)と、該羽根車11の吸込部27の外周面及び前記ポンプケーシング12の吸込部21の内周面の間に形成される空間部55と、を上下に仕切るように配設される。そして、前記フランジ部40の流路50に臨む上面40aが、前記流路50の一部を構成するポンプケーシング12の内面12eと略面一になっている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、液体ポンプに関し、特に、異物等の通過性を向上させた高通過性ポンプの技術分野に属する。
従来より、液体を吐出するポンプとして、例えば、特許文献1に示すように、内部に螺旋状の流路が形成されている羽根車を備え、その回転軸が上下方向になるように該羽根車を配置したものが知られている。このようなポンプの場合には、一般的に、前記羽根車を覆うようにポンプケーシングが設けられていて、このポンプケーシング内に形成された排出流路によって、羽根車から吐出された液体が効率良くポンプ外へ排出されるようになっている。
前記ポンプケーシングは、該ケーシング内の排出流路が出口側に向かって徐々に断面積の大きくなる渦巻き状に形成されている(特許文献1参照)とともに、該排出流路内で液体がスムーズに流れるように前記羽根車の吐出口よりも該羽根車の外周側に臨む排出流路の高さ寸法の方が大きく形成されている(特許文献1及び2参照)。ここで、特許文献1及び2に示すように、羽根車の吐出口は、上下にそれぞれ配設されたいわゆる主板(本明細書では、上端壁に相当)と側板(本明細書ではフランジ部に相当)との間に形成されていて、上述のように、羽根車の吐出口よりも排出流路の高さ寸法を大きくすると、排出流路を構成するポンプケーシングと前記側板との間に段差が生じ、その段差によって両者の間に比較的大きな隙間が生じてしまう。
一方、内部に螺旋状の流路が形成されている羽根車(特許文献1参照)では、流路が螺旋状になっている分だけ回転軸方向の長さが長くなる傾向にあるため、該羽根車の吸込口側の外周面とポンプケーシングとの間には、比較的、長くて大きな空間が形成される。なお、この空間は、前記羽根車の側板によって前記排出流路と区画されるようになっている。
特公昭28−5840号公報 特開昭60−17293号公報
ところで、排出流路内を流れる液体の圧力の方が前記空間内よりも高いため、上述のように、羽根車の側板とポンプケーシングとの間に比較的大きな隙間が形成される従来構造の場合には、その隙間を介して前記排出流路から空間内へ液体とともに異物が侵入し易くなり、該空間内へ侵入した異物が羽根車に絡み付いてしまうという問題があった。特に、内部に螺旋状の流路が形成された羽根車では、上述のとおり、回転軸方向の長さが長くなるため、前記隙間から空間内に一旦、異物が入り込むと、羽根車に異物が絡み付き易くなってしまう。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、螺旋状流路の形成された羽根車を備える液体ポンプにおいて、該羽根車とポンプケーシングとの間の隙間に異物が侵入するのを防止することにある。
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、羽根車の全周に亘って形成され、従来の側板に相当するフランジ部によって、ポンプケーシング内の排出流路と羽根車の吸込口側の外周側に形成される空間部とを仕切るとともに、前記フランジ部の排出流路側の面が、該排出流路の一部を構成するポンプケーシングの内壁面と略面一になるようにした。
具体的には、請求項1の発明では、液体を外周方向に向かって吐出する羽根車と、該羽根車を覆うポンプケーシングと、を備えた液体ポンプを対象とする。そして、前記羽根車は、回転軸方向の一端側に吸込口が形成されるとともに、他端側には該回転軸方向に対して横向きに開口する吐出口が形成されていて、内部には、前記吸込口と吐出口とを連通する螺旋状流路が形成されたものであり、前記ポンプケーシングには、前記羽根車の吐出口側の外周を囲んで、該羽根車から吐出された流体を周方向に送り出す排出流路が形成された側壁部と、該側壁部から前記羽根車の吸込口近傍までその外周を囲んで延びる延出壁部とを備え、前記羽根車の外周面上には、前記ポンプケーシング内に前記排出流路を区画するように略全周に亘って外方に突出するフランジ部が形成される一方、このフランジ部を囲むように、前記排出流路を臨む前記ポンプケーシングの側壁部の内面が内方に向かって湾曲して延びていて、この面の端縁部と前記フランジ部の前記排出流路側の面とが略同一面上に位置付けられているものとする。
この構成により、羽根車の吸込口側の外周に形成される空間部とポンプケーシング内の排出流路とを仕切るフランジ部は、その排出流路側の面が、該排出流路の一部を構成し且つ前記フランジ部を囲むように内方に向かって湾曲して延びるポンプケーシングの側壁部の内面と略面一になるので、羽根車の側板とポンプケーシングとの間の段差によって大きな隙間を生じる従来構造に比べて、前記フランジ部とポンプケーシングとの間の隙間が狭くなり、その隙間に異物が入り込み難くすることができる。したがって、前記空間部への異物の侵入を防止することができ、羽根車への異物の絡み付きを防止することができる。
上述の構成において、羽根車のフランジ部とポンプケーシングの側壁部との間の間隙は、断面視で階段状に形成されているのが好ましい(請求項2の発明)。こうすれば、階段状の間隙が流体シールの役割を果たすため、フランジ部とポンプケーシングとの間の隙間から前記空間部への異物の侵入をより効果的に防止することができる。
また、上述の構成は、羽根車の吐出口側の外周面に、その一部を窪ませて、該吐出口と連通し且つ周方向に延びるように半径流形の羽根部が形成されているもの(請求項3の発明)に対して適用するのが特に効果的である。すなわち、内部に形成される螺旋状の流路に加えて、外周面上にも半径流形の羽根部が形成されている羽根車を適用する場合、液体は該螺旋状流路と半径流形の羽根部とによって搬送されるため、排出流路内の圧力がより高い状態にあり、前記フランジ部とポンプケーシングとの間の隙間に異物がより入り込み易い傾向にあるが、請求項1の構成を適用することにより、異物が前記隙間内に入り込むのを防止することができる。
請求項1の発明に係る液体ポンプによれば、排出流路と空間部とを仕切るフランジ部において、その排出流路側の面をポンプケーシングの側壁部の内面と略面一になるようにしたので、該フランジ部とポンプケーシングとの間の隙間から前記空間部内に異物が入り込んで、羽根車に絡み付くのを防止することができる。
請求項2の発明によれば、フランジ部とポンプケーシングとの隙間が断面視で階段状になるようにしたため、該隙間内に異物が入り込むのをより効果的に防止することができる。
請求項3の発明によれば、外周面上に半径流形の羽根部が形成されていて、フランジ部とポンプケーシングとの間の隙間に異物がより入り込み易い羽根車の場合でも、該フランジ部の排出流路側の面とポンプケーシングの内面とを略面一にすることで、請求項1と同様の効果を得ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
(汚水処理用ポンプの全体構成)
図1に示すように、実施形態に係る汚水処理用ポンプ10(液体ポンプ)は、ターボ式の水中ポンプであり、このポンプ10は、羽根車11と、該羽根車11を覆うポンプケーシング12と、該羽根車11を回転させる密閉型の水中モータ13とを備えている。
前記水中モータ13は、ステータ14及びロータ15からなるモータ16と、該モータ16を覆うモータケーシング17とを備えている。該ロータ15の略中心には上下方向に延びる駆動軸18が配設されていて、該駆動軸18は、軸受19,20によって回転自在に支持されている。そして、前記駆動軸18の下端部は、羽根車11に連結されていて、これにより、前記水中モータ13の回転が該羽根車11に伝達されるようになっている。
前記ポンプケーシング12は、詳しくは後述するが、羽根車11を覆うとともに、該羽根車11から吐出された汚水(液体)をポンプ外へ排出する流路50(排出流路)を形成するもので、その内部には、第1側壁12aによって外周側を囲まれてポンプ室26が形成されていて、このポンプ室26内に後述する羽根車11の吐出部28(図2参照)が収容されている。そして、図1及び図12に示すように、該羽根車11がポンプケーシング12内に配置された状態で、前記ポンプ室26の一部が、前記流路50を構成している。
また、前記ポンプケーシング12の下部には、図1に示すように、下方に突出した吸込部21が形成されていて、該吸込部21に形成された空間内に、後述する羽根車11の吸込部27(図2参照)が収容されるようになっている。そして、前記の如くポンプケーシング12内に羽根車11が配置された状態で、該ポンプケーシング12の吸込部21の内周面と羽根車11の吸込部27の外周面との間には、該羽根車11の吸込部27を囲む環状の空間部55が形成される。さらに、前記吸込部21には、下方に向かって開口した吸込口22が形成されていて、後述する羽根車11の吸込口29に連通している。
一方、前記ポンプケーシング12の側部には、側方に向かって突出した吐出部23が形成されていて、この吐出部23の先端に吐出口24が形成されている。この吐出口24は前記流路50の出口になっていて、前記羽根車11から吐出された汚水は該吐出口24からポンプ外へ排出されることになる。
(羽根車)
前記羽根車11には、図2に示すように、軸方向の下側から上側に向かって順に、吸込部27と吐出部28とが設けられている。これらの吸込部27及び吐出部28は、いずれも略円筒形状に形成されていて、該吐出部28は吸込部27よりも大径に構成されている。
前記吐出部28と吸込部27との間には、図1、図2及び図13に示すように、全周に亘ってフランジ部40が形成されていて、羽根車11がポンプケーシング12内に収容された状態(図1参照)で、吐出側の前記流路50と吸込側の前記空間部55とを上下に仕切るようになっている。すなわち、この羽根車11は、吸込側と吐出側とが前記フランジ部40によって仕切られたクローズタイプの羽根車である。
そして、詳しくは後述するが、前記フランジ部40は、図1及び図13に示すように、流路50に臨む上面40aが、該流路50の一部を構成するポンプケーシング12の内面12eと略面一になっていて、汚水内の異物等が前記フランジ部40とポンプケーシング12との間に形成される間隙56内に入り込み難くなっている。
前記吸込部27の下端には、図2及び図3に示すように、下方に向かって開口した吸込口29が設けられている一方、前記吐出部28の上側には、上端壁30が形成されている。そして、その上端壁30の中心部には、前記駆動軸18の先端を挿入するための挿入穴32が形成されており、この挿入穴32の周囲には前記駆動軸18を取り付けるための取付部31が形成されている。
前記上端壁30の上面の一部(ここでは、上端壁30の半分で、羽根車11の重量が大きい側)には、図2に示すように、下方に窪んだ窪み33が形成されていて、これにより、前記羽根車11の全体の重量バランスを均一化し、回転の安定性を高めるようになっている。ただし、前記上端壁30の窪み33の大きさや形状は、何ら限定されるものではない。また、窪み33は必ずしも必要ではなく、該上端壁30の形状は特に限定されるものではない。例えば前記上端壁30の上面は面一であってもよい。
一方、前記羽根車11の吐出部28には、図6、図9及び図11に示すように、側方に向かって開口する吐出口34が形成されていて、羽根車11の内部には、図8〜図11に示すように、前記吸込部27の吸込口29から前記吐出口34に至る螺旋状の1次流路35(螺旋状流路)が区画形成されている。すなわち、前記吐出口34は、図11に示すように、前記螺旋状の1次流路35の延長方向に向かって開口するように形成されている。なお、本明細書では、この1次流路35を区画している区画壁を1次羽根36と称する。
また、前記吐出部28の外周面上の一部には、図3及び図5〜図11に示すように、その外周面に沿って延びるように内側に窪んだ2次流路37が形成されていて、この2次流路37は、前記吐出口34で前記羽根車11内に形成された前記1次流路35の下流側と連続するようになっている。そして、前記2次流路37は羽根車11の半周以上の長さにわたって吐出部28を周回し、図11に示すように、2次流路37の下流端は、吐出口34の近傍にまで延びるように形成されている。この2次流路37の長さは、半周以上且つ1周未満が好ましいが、特に限定されるものではない。
すなわち、前記2次流路37は、非螺旋状の流路であり、その流路中心は羽根車の軸線と直交する直交面上に位置している。この2次流路37を区画している区画壁を2次羽根38(羽根部)と称すると、該2次羽根38はいわゆる半径流形の羽根であり、この2次羽根38によって汚水は外周側(径方向外側)に吐出されることになる。
さらに、図11に示すように、2次羽根38の羽根出口角θ2は、1次羽根36の羽根出口角θ1よりも小さく設定されている。ここで、羽根出口角とは、羽根の出口側の先端と円周接線とのなす角で定義される。そして、前記羽根車11では、1次羽根36の出口側の先端(下流端)36Aが、2次羽根38の上流端と連続していて、1次羽根の出口端と2次羽根の入口端との境界部分が曲線で連続的に、すなわち1次羽根と2次羽根とが滑らかにつながるように形成されている。
なお、通常、羽根の設計の際には、羽根の曲線を表す所定の関数を用いることが多い。本実施形態では、1次羽根36と2次羽根38とが、異なる関数によって設計されている。
以上のような羽根車11の構成により、汚水は以下のように羽根車11の吸込口29から吸い込まれて外周側へ吐出されることになる。まず、水中ポンプ13によって羽根車11が回転し、この回転によって該羽根車11の1次羽根36が下側の吸込口29から汚水を上方へ吸い込む。そして、吸い込まれた汚水は該羽根車11内の螺旋状の1次流路35を通過して、吐出口34及び2次羽根38によって外周側に吐出される。
このように、羽根車11の吸込口29から吸い込んだ汚水を1次羽根36及び2次羽根38の両方で搬送することにより、吐出圧力を高めることができ、ポンプ効率を向上させることができる。また、吸込口29から吐出口34に至る1次流路35は滑らかな螺旋状に形成されているので、流路内のよどみ域は少なく、汚水は1次流路35内を円滑に流れる。そのため、汚水に含まれる夾雑物等の異物は、羽根車11の内部で詰まりにくい。したがって、異物の通過性を良好に保つことができ、通過性向上と効率向上との両立を図ることができる。
(ポンプケーシング)
次に、前記ポンプケーシング12について以下で詳細に説明する。なお、図12は、ポンプケーシング12内に羽根車11が配置された状態を示す断面図(図1のXII−XII線断面図)であり、図13は、該ポンプケーシングの一部を拡大して示す拡大断面図である。
前記ポンプケーシング12は、主に図12に示すように横断面で見て、第1側壁12aと羽根車11との間隔がボリュートの捲き始め部51側から捲き終わり部52側に向かって徐々に大きくなるように形成されている。そして、その側壁12aと羽根車11の外周との間に形成された環状の空間(前記ポンプ室26の一部)が、該羽根車11の外周側に吐出された汚水をポンプケーシング12の吐出口24からポンプ外へ排出するための流路50を構成している。すなわち、該流路50は、羽根車11を中心としてボリュートと呼ばれる渦巻き状に形成されている。
一方、図12に示すように、前記ポンプケーシング12のボリュートの捲き終わり部52(ポンプケーシング12の吐出口24側)付近には、舌部と呼ばれる突出部12bが形成されている。この突出部12bは、ボリュートの捲き終わり部52側と捲き始め部51側とを区別するように設けられていて、これにより、ボリュートの捲き終わり部52側から捲き始め部51側に流れる汚水の流量(前記羽根車11の周囲を再循環する再循環流量)を低減することができるようになっている。
ここで、ボリュートの捲き終わりとは、ポンプケーシング12内の流路50の延びる方向が円周方向から径方向に変化する位置であり、捲き始めとは、前記突出部12bを挟んで前記捲き終わり位置とは反対側の位置である。すなわち、ボリュートの捲き始め位置は、通常、ポンプケーシング12と羽根車11の外周との間隔、すなわち前記流路50の幅が最小になっている部分である。
このようなポンプケーシング12の構成により、前記羽根車11から外周方向に吐出された汚水は、該ポンプケーシング12の第1側壁12aによって受け止められて、前記流路50を介して該ポンプケーシング12の吐出口24からポンプ外へ排出される。
また、前記ポンプケーシング12は、図1及び図13に示すように縦断面で見ると、前記流路50の外周を囲む円筒状の第1側壁12aが、外方に向かって膨出する略半円状の断面を有し、その下側で吸込部21を構成する概略筒状の第2側壁12cと、ポンプケーシング12の上面を構成する略円盤状の上壁12dとが、それぞれの外周端部で前記第1側壁12aによって連結されてなる。
前記第1側壁12aと前記第2側壁12cの上部とによって、羽根車11の吐出口側の外周を囲んで流路50を形成するポンプケーシング12の側壁部が構成され、また、前記第2側壁12cの下部によって、前記羽根車11の吸込部27を囲む延出壁部が構成されて、この延出壁部内周と羽根車11の吸込部27の外周との間に、該吸込部27を囲む環状の空間部55が形成されている。
そして、本願発明の特徴部分であるが、前記流路50を臨むポンプケーシング12の側壁部内面は、図示の如く湾曲してポンプ室26の内方に向かって延びていて、その面の端縁部、すなわち図の例では第2側壁12cの上部に形成された面12eが、前記羽根車11のフランジ部40の流路50側の面40aと略同一面上に位置付けられている。
また、前記ポンプケーシング12の側壁部内周端(第2側壁12c)と前記羽根車11のフランジ部40の外周端とには、両者の間に形成される間隙56が断面視で階段状になるように、それぞれ段部40b,12gが形成されている。
前記のように、羽根車11のフランジ部40の上面40aとポンプケーシング12の内面12eとを略面一にすることにより、以下のような作用効果が得られる。
すなわち、上述のとおり、前記羽根車11からその外周方向に吐出された汚水は、前記ポンプケーシング12内の流路50内を流れるようになるが、該流路50内の汚水の圧力は、前記フランジ部40によって羽根車11の吸込部27の外周側に区画形成される空間部55内の圧力よりも高いため、該フランジ部40とポンプケーシング12との間の段差によって大きな隙間が生じる従来構造では、その隙間から汚水とともに異物が前記空間部55内に入り込み易くなっている。これに対して、本願発明では、図1及び図13に示すように、該ポンプケーシング12の内面12eと前記フランジ部40の上面40aとを略面一にすることで、該ポンプケーシング12とフランジ部40との間に生じる間隙56が狭くなり、汚水の浸入とともに異物が入り込むのを防止することができる。
そして、特に、本実施形態のように、内部に螺旋状の流路35が形成されているため回転軸方向の長さが長くなる羽根車11の場合には、前記空間部55内に一旦、異物が侵入すると、該羽根車11に異物が絡み付き易くなるが、上述のような構造にして前記空間部55内への異物の侵入を防止することで、前記羽根車11に対する異物の絡み付きを効果的に防止することができる。
また、前記間隙56が断面視で階段状になるように、前記フランジ部40及びポンプケーシング12に、それぞれ段部40b,12gを設けることにより、これらの段部40b,12gが流体シールの役割を果たし、間隙56内に異物が入り込むのをより効果的に防止することができる。
さらに、上述のように、前記フランジ部40とポンプケーシング12との間の間隙56を狭くすることで、羽根車11から吐出された汚水が該間隙56から漏れるのを防止することができ、上述のような異物の侵入防止だけでなく、ポンプ効率の向上も図ることができる。
なお、図13に示すように、本実施形態では、ポンプケーシング12の上壁12dの流路50に臨む面12fも羽根車11の上端壁30の流路50側の面30aと略面一にしていて、これにより、羽根車11の上方に異物が入り込むのを防止することができ、上述と同様の作用効果を得ることができる。
(他の実施形態)
尚、本発明の構成は、前記実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態では、羽根車11のフランジ部40とポンプケーシング12との間に形成される間隙56を断面視で階段状にしているが、これに限らず、直線状の隙間にしてもよい。
また、前記実施形態では、ポンプケーシング12は、流路50の断面積がボリュートの捲き始め部51側から捲き終わり部52側に向かって徐々に大きくなるように形成されているが、この限りではなく、ボリュートの捲き終わり部52から所定範囲において、流路50の断面積が上流側から下流側に向かって徐々に小さくなるように、若しくは捲き終わり部52から所定の範囲で一定になるようにするなど、どのようなボリュート形状にしてもよい。
さらに、前記実施形態では、螺旋状の流路35を区画形成する1次羽根36と外周面上に形成された2次羽根38とからなる羽根車11を用いるようにしているが、この限りではなく、内部に螺旋状の流路が形成されていてクローズタイプの羽根車であれば、どのようなものを用いてもよい。
さらにまた、前記実施形態では、羽根車11は吸込口29が鉛直下向きに開口するような姿勢に設置されていたが、羽根車11の設置姿勢は何ら限定されない。例えば、吸込口29が横方向を向くように、羽根車11を横置き設置することも勿論可能である。前述の説明における上下方向は、説明の便宜上の方向であり、実際の設置方向を限定するものではない。
以上説明したように、本発明は、液体を搬送する液体ポンプにおいて、特に、夾雑物等を含んだ汚水を搬送する場合に有用である。
汚水処理用ポンプの断面図である。 羽根車を上方から見た斜視図である。 羽根車を下方から見た斜視図である。 羽根車の平面図である。 図4のD1方向矢視図である。 図4のD2方向矢視図である。 図4のD3方向矢視図である。 図5のVIII−VIII線断面図である。 図6のIX−IX線断面図である。 図7のX−X線断面図である。 図5のXI−XI線断面図である。 図1のXII−XII線断面図である。 図1の部分拡大図である。
符号の説明
10 汚水処理用ポンプ(液体ポンプ)
11 羽根車
12 ポンプケーシング
12a 第1側壁(側壁部)
12b 突出部
12c 第2側壁(側壁部、延出壁部)
12e 流路に臨む面(内面)
29 吸込口
34 吐出口
35 1次流路(螺旋状流路)
36 1次羽根
37 2次流路
38 2次羽根(羽根部)
40 フランジ部
40a 上面(排出流路側の面)
50 流路(排出流路)
55 空間部
56 間隙

Claims (3)

  1. 液体を外周方向に向かって吐出する羽根車と、該羽根車を覆うポンプケーシングと、を備えた液体ポンプであって、
    前記羽根車は、回転軸方向の一端側に吸込口が形成されるとともに、他端側には該回転軸方向に対して横向きに開口する吐出口が形成されていて、内部には、前記吸込口と吐出口とを連通する螺旋状流路が形成されたものであり、
    前記ポンプケーシングには、前記羽根車の吐出口側の外周を囲んで、該羽根車から吐出された流体を周方向に送り出す排出流路が形成された側壁部と、該側壁部から前記羽根車の吸込口近傍までその外周を囲んで延びる延出壁部とを備え、
    前記羽根車の外周面上には、前記ポンプケーシング内に前記排出流路を区画するように略全周に亘って外方に突出するフランジ部が形成される一方、このフランジ部を囲むように、前記排出流路を臨む前記ポンプケーシングの側壁部の内面が内方に向かって湾曲して延びていて、この面の端縁部と前記フランジ部の前記排出流路側の面とが略同一面上に位置付けられていることを特徴とする液体ポンプ。
  2. 請求項1において、
    羽根車のフランジ部とポンプケーシングの側壁部との間の間隙は、断面視で階段状に形成されていることを特徴とする液体ポンプ。
  3. 請求項1または2のいずれか一つにおいて、
    羽根車の吐出口側の外周面には、その一部を窪ませて、該吐出口と連通し且つ周方向に延びるように半径流形の羽根部が形成されていることを特徴とする液体ポンプ。
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