JP2005351174A - ポンプ装置およびポンプ装置の運転方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数を削減した簡単な構造のものでありながら、水路の状況に応じて揚程、詳しくは押し上げ揚程を容易に可変できるばかりか、小口径ポンプへの適用が容易なポンプ装置およびポンプ装置の運転方法を提供する。
【解決手段】 水中モータ１の出力軸（動力軸）２を、上部動力軸２ａと下部動力軸２ｂとに分割し、これらは電磁クラッチ３を介して互いに連結する。上部動力軸２ａに第１の斜流羽根車４を取付け、下部動力軸２ｂに第２の斜流羽根車５を取付けて、第１の斜流羽根車４を水中モータ１直下の渦巻ケーシング６に収容し、第２の斜流羽根車５を渦巻ケーシング６直下の吐出しボウル７に収容したポンプ装置Ｐを構成してポンプ井１２に設置する。そして、ポンプ井１２の水位を検知する水位センサ１６の検知信号に応じて電磁クラッチ３を断続させて、駆動する羽根車４，５を切り替えて運転する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ポンプ装置およびポンプ装置の運転方法に関し、水路の状況に応じて揚程を可変できるようにしたポンプ装置およびポンプ装置の運転方法に関する。

従来より、ポンプ井などの水路の状況に応じて揚程を可変できるようにしたポンプ装置として、図５に示す可動翼立軸ポンプがある。この可動翼立軸ポンプは、２つの可動翼３２ａ，３２ｂが揚水方向に２段に配置された揚水路２７と、この揚水路２７内に揚水方向に沿って配設され、前記可動翼３２ａ，３２ｂに回転力を伝達する中空の主軸２８と、この主軸２８内に軸心方向に変位自在に挿入され、かつサーボシリンダからなる操作駆動源３８によって軸心方向に操作される操作軸３３と、この操作軸３３と前記可動翼３２ａ，３２ｂとの間にそれぞれ設けられ、該操作軸３３からの軸心方向の変位を各可動翼３２ａ，３２ｂに該可動翼３２ａ，３２ｂの翼角度が変わるように伝える伝達部３３ａ，３４とを備えたものである（たとえば、特許文献１参照。）。

前記構成のポンプ装置によれば、主軸２８を回転させると、上下２段の可動翼３２ａ，３２ｂが同時に回転して揚水を行う。つまり、ポンプ井などの水路内の水は、吸込ベル２６から吸い込まれ、揚水路２７に沿って吐出エルボ２０端へ圧送される。このとき、サーボシリンダ３８を作動させて、操作軸３３を上下方向に摺動させると、この変位がキー３５を介してスリーブリンク３４に伝わり、上段の可動翼３２ａを可動させて翼開度（翼角）を変化させる。同時に、操作軸３３の変位がリンク機構３３ａを介して下段の可動翼３２ｂに伝達され、該下段の可動翼３２ｂを可動させて翼開度（翼角）を変化させる。これにより、吐出量や揚程が可変される。

特開平９−１７０５９５号公報

ところが、前記従来のポンプ装置では、上下２段の可動翼３２ａ，３２ｂと、これら可動翼３２ａ，３２ｂの翼角を変化させるためのサーボシリンダからなる操作駆動源３８、この操作駆動源３８によって上下方向に摺動する操作軸３３および操作軸３３の変位を可動翼３２ａ，３２ｂに伝達するスリーブリンク３４やリンク機構３３ａなどが必要である。このため、部品点数が多くなり構造を複雑にしている。しかも、吐出ボウル２３，２５の内部にスリーブリンク３４やリンク機構３３ａなどの伝達部を収容しなければならないので、吐出ボウル２３，２５の径方向の寸法が大きくならざるを得ない、したがって、小口径ポンプへの適用が困難であるなどの問題を有している。

本発明は、このような問題を解決するものであって、その目的とするところは、部品点数を削減した簡単な構造のものでありながら、水路の状況に応じて揚程、詳しくは押し上げ揚程を容易に可変できるばかりか、小口径ポンプへの適用が容易なポンプ装置およびポンプ装置の運転方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係るポンプ装置は、動力軸に複数の羽根車が固着され、これら羽根車の少なくとも１つの羽根車を回転力の伝達状態と遮断状態に切り替えるクラッチ機構が前記動力軸に設けられていることを特徴とするものである。

このような構成であれば、非可動翼構成である構造が簡素化された通常の複数の羽根車を有し、したがって、翼角を変化させる操作駆動源、この操作駆動源によって上下方向に摺動する操作軸および該操作軸の変位を可動翼に伝達する伝達部などを省略した、部品点数を削減した簡単な構造でありながら、クラッチ機構を動力伝達状態に保持することで、複数の羽根車それぞれが保有している揚程を合算した高い揚程（以下の説明では、高揚程という）を得ることができ、クラッチ機構を動力遮断状態に保持することで、前記複数の羽根車の少なくとも１つの羽根車への回転力の伝達を遮断して、前記高揚程から前記回転力の伝達が遮断された少なくとも１つの羽根車が保有している揚程を減じた値の低い揚程（以下の説明では、低揚程という）を得ることができる。

本発明においては、複数の羽根車の少なくとも１つを、他の羽根車と異なる揚程特性を持つ羽根車によって構成することができる。

このように、複数の羽根車の揚程特性を任意に選定することで、水路の状況に応じてクラッチ機構を動力遮断状態に保持した場合に得られる揚程（低揚程）を任意に設定することができるようになる。

また、本発明においては、クラッチ機構をクラッチケースに水密に収容して、ポンプ流路内でガイドベーンにより支持することが好ましい。

このようにすることで、クラッチ機構がポンプ内流路を通過する水に触れるのを確実に防止して、水との接触による作動不良や故障の発生を防止することができるとともに、既設のガイドベーンにクラッチ機構の支持部材としての機能をもたせることで、他の支持部材を別途使用する無駄を省いた簡単な構造によって、クラッチ機構を強固に支持してポンプ内に組付けることができる。

さらに、前記目的を達成するために、請求項４に記載の発明に係るポンプ装置の運転方法は、動力軸に複数の羽根車を固着し、これら羽根車の少なくとも１つの羽根車を回転力の伝達状態と遮断状態に切り替えるクラッチ機構が前記動力軸に設けられているポンプ装置を水路に設置し、この水路の水位または圧力を検知するセンサの検知信号に応じて前記クラッチ機構の断続を切り替える制御手段を設け、この制御手段の制御に基づいて駆動する羽根車を切り替えて運転することを特徴とするものである。

前記構成によれば、非可動翼構成である構造が簡素化された通常の複数の羽根車を有し、したがって、翼角を変化させる操作駆動源、この操作駆動源によって上下方向に摺動する操作軸および該操作軸の変位を可動翼に伝達する伝達部などを省略して、部品点数を削減した簡単な構造でありながら、ポンプ装置を設置している水路の水位または圧力を検知するセンサの検知信号に応じて、制御手段によりクラッチ機構の断続を切り替えることで、駆動する羽根車を切り替えて、水路の水位または圧力などの条件に応じて高揚程または低揚程を選定して運転することができる。

本発明によれば、非可動翼構成である構造が簡素化された通常の複数の羽根車を有し、したがって、翼角を変化させる操作駆動源、この操作駆動源によって上下方向に摺動する操作軸および該操作軸の変位を可動翼に伝達する伝達部などを省略して、部品点数を削減した簡単な構造でありながら、水路の状況に応じて揚程を容易に可変できるばかりか、ポンプの内部に前記伝達部を収容するのを省略できることにより、径方向寸法を縮小できるので小口径ポンプにも容易に適用することができる。

図１は、本発明に係るポンプ装置およびポンプ装置の運転方法の第１実施形態を示す断面図である。

図１において、ポンプ装置Ｐとして立軸水中ポンプを示している。この立軸水中ポンプは、水中モータ１の垂直な出力軸が動力軸２として機能する。この動力軸２は、上部動力軸２ａと下部動力軸２ｂとに分割されており、これらは電磁クラッチ３を介して互いに連結されている。上部動力軸２ａには、第１の斜流羽根車４が同時回転可能に固着され、下部動力軸２ｂには、第２の斜流羽根車５が同時回転可能に固着されており、第１の斜流羽根車４は、水中モータ１の直下に接続された渦巻ケーシング６に回転自在に収容されて斜流渦巻ポンプを構成し、第２の斜流羽根車５は、渦巻ケーシング６の直下に接続された吐出しボウル７に回転自在に収容されて立軸斜流ポンプを構成している。そして、吐出しボウル７の下側に吸込ベル８を設け、この吸込ベル８、吐出しボウル７および渦巻ケーシング６によって、吸込ベル８を上流側とし、渦巻ケーシング６を下流側とした一連のポンプ内流路９を構成している。

電磁クラッチ３は、内部のクラッチ本体３ａと、このクラッチ本体３ａを水密に収容したクラッチケース３ｂとを備え、このクラッチケース３ｂが吐出しボウル７内において第２の斜流羽根車５の直下流側に配設されている複数のガイドベーン１０によって支持され、ポンプ装置Ｐの外部に設けた制御手段１１に対して適宜水密を保持して電気的に接続されている。

このようにすることで、クラッチ本体３ａがポンプ内流路９を通過する水に触れるのを確実に防止して、水との接触による作動不良や故障の発生を防止することができるとともに、既設のガイドベーン１０に電磁クラッチ３の支持部材としての機能をもたせることで、他の支持部材を別途使用する無駄を省いた簡単な構造によって、電磁クラッチ３を強固に支持してポンプ内に組付けることができる。

ポンプ装置Ｐを構成している立軸水中ポンプは、ポンプ井などの水路１２に設置される。たとえば、渦巻ケーシング６における横向きの吐出口６ａのフランジと水路１２の底１２ａよりも少し上位に台座１２ｂに設置した吐出曲管１３の横向きの入口１３ａのフランジととを、係合部材１４によって互いに係合させることで、渦巻ケーシング６の横向きの吐出口６ａを吐出曲管１３の横向きの入口１３ａに接合して互いに連通させた状態で水路１２に設置される。そして、吐出曲管１３の上向きの出口１３ｂには、垂直な揚水管１５の下端入口１５ａが接続される。

前記構成において、水中モータ１によって動力軸２を回転駆動している状態で、制御手段１１から制御信号を出力して、電磁クラッチ３を動力伝達状態（ＯＮ状態）に保持すると、第１の斜流羽根車４と第２の斜流羽根車５がともに回転して、それぞれが保有している揚程を合計した高揚程で揚水管１５に揚水することができ、電磁クラッチ３を動力遮断状態（ＯＦＦ状態）に保持すると、第２の斜流羽根車５への回転力の伝達が遮断されるので、前記高揚程から第２の斜流羽根車５が保有している揚程を減じた低揚程で揚水管１５に揚水することができる。

図１において、ポンプ井などの水路１２に水位を検知する水位センサ１６を設け、この水位センサ１６と制御手段１１とを電気的に接続して、水位検知信号を制御手段１１に入力し、制御手段１１は入力された水位検知信号に基づいて、電磁クラッチ３にＯＮ−ＯＦＦ信号を出力できるように構成する。

このような構成であれば、ポンプ井などの水路１２の水位がＨＷＬ〜ＬＷＬの領域内、つまり、ポンプ装置Ｐに要求される押し上げ揚程が低い領域では、ＨＷＬ〜ＬＷＬの領域内の水位を水位センサ１６によって検知し、検知した水位検知信号を制御手段１１に入力する。制御手段１１は入力された水位検知信号に基づいて、電磁クラッチ３にＯＦＦ信号を出力して、電磁クラッチ３を動力遮断状態に保持する。これにより、第２の斜流羽根車５への回転力の伝達が遮断されるので、第１の斜流羽根車４と第２の斜流羽根車５のそれぞれが保有している揚程を合計した高揚程から第２の斜流羽根車５が保有している揚程を減じた低揚程で揚水する。その結果、動力費を低減して省エネルギーを実現できる。

ポンプ井などの水路１２の水位がＬＷＬ〜ＬＬＷＬの領域内、つまり、ポンプ装置Ｐに要求される押し上げ揚程が高い領域では、ＬＷＬ〜ＬＬＷＬの領域内の水位を水位センサ１６によって検知し、検知した水位検知信号を制御手段１１に入力する。制御手段１１は入力された水位検知信号に基づいて、電磁クラッチ３にＯＮ信号を出力して、電磁クラッチ３を動力伝達状態に保持する。これにより、第１の斜流羽根車４と第２の斜流羽根車５がともに回転して、それぞれが保有している揚程を合算した高揚程で揚水する。なお、水位がＬＬＷＬ未満に低下したならば、ポンプの運転を停止するように制御して、ポンプ内に空気が吸い込まれるのを防止する。

すなわち、非可動翼構成である構造が簡素化された第１の斜流羽根車４および第２の斜流羽根車５を有し、したがって、図５で説明した従来例で必要な翼角を変化させる操作駆動源３８、この操作駆動源３８によって上下方向に摺動する操作軸３３および該操作軸３３の変位を可動翼３２ａ，３２ｂに伝達する伝達部３３，３４などを省略して、部品点数を削減した簡単な構造でありながら、電磁クラッチ３の切り替えによって、状況に応じて揚程を容易に可変できるばかりか、ポンプの内部に前記伝達部３３，３４を収容するのを省略できることによって、径方向寸法を縮小できるので小口径ポンプにも容易に適用することができる。

前記実施形態のポンプ装置Ｐでは、上部動力軸２ａに第１の斜流羽根車４を同時回転可能に固着しているが、図２に示すように、上部動力軸２ａに第１および第２の斜流羽根車４，５よりも揚程の低い遠心羽根車４ａを同時回転可能に固着して、渦巻ケーシング６に回転自在に収容した構造のポンプ装置Ｐであってもよい。このように、揚程の低い遠心羽根車４ａを上側に配置し、揚程の高い斜流羽根車５を下側に配置することで、ポンプ井などの水路１２の水位が高い状態の多い使用条件下では、高水位ＨＷＬ〜ＬＷＬの領域内で電磁クラッチ３を動力遮断状態に保持して、斜流羽根車５への回転力の伝達を遮断し、遠心羽根車４ａのみの回転による低揚程で揚水することによって、動力費を低減して省エネルギーを実現できる。

また、前記各実施形態のポンプ装置Ｐにおける渦巻ケーシング６に代えて、図３に示すように、吐出しボウルを７ａ使用し、この吐出しボウル７ａに上部動力軸２ａに固着した第１の斜流羽根車４を回転自在に収容し、吐出しボウル７ａの上側に揚水管１７を接続し、この揚水管１７の出口に吐出エルボ１８を接続するとともに、この吐出エルボ１８の外部で前記実施形態の水中モータ１に代わる通常モータの出力軸（ともに図示せず）を上部動力軸２ａに連結し、さらに上部動力軸２ａと、下側の吐出しボウル７に回転自在に収容した第２の斜流羽根車５を固着している下部動力軸２ｂとを、電磁クラッチ３を介して互いに連結した立軸ポンプによってポンプ装置Ｐを構成してもよい。

図３に示すような立軸ポンプによって構成されるポンプ装置Ｐであれば、第１の斜流羽根車４に代えて、該第１の斜流羽根車４よりも揚程の低い軸流羽根車を使用することで、ポンプ井などの水路１２の水位が高い状態の多い使用条件下では、高水位ＨＷＬ〜ＬＷＬの領域内で電磁クラッチ３を動力遮断状態に保持して、斜流羽根車５への回転力の伝達を遮断し、軸流羽根車のみの回転による低揚程で揚水することによって動力費を低減できる。なお、図３において、図１、図２で説明した実施形態と同一部分には、同一符号を付して、重複する説明は省略する。

さらに、前記実施形態では、ポンプ装置Ｐをポンプ井などの水路１２に設置した構成で説明しているが、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ポンプ装置Ｐを管路からなる水路１２に設置したインライン構造にしてもよい。すなわち、図４（ａ）に示すポンプ装置Ｐは、管路からなる水路１２内に横軸水中モータ１を設置し、この横軸水中モータ１の両側に動力軸２ｃ，２ｄを導出し、動力軸２ｃに電磁クラッチ３を介して第１の軸流羽根車４を固着し、動力軸２ｄには第２の軸流羽根車５を固着した構造のもので、水路１２の圧力検知する圧力センサ１９を設け、この圧力センサ１９と制御手段１１とを電気的に接続して、圧力検知信号を制御手段１１に入力し、制御手段１１は入力された圧力検知信号に基づいて、電磁クラッチ３にＯＮ−ＯＦＦ信号を出力できるように構成されている。

また、図４（ｂ）に示すポンプ装置Ｐは、管路からなる水路１２内に横軸水中モータ１を設置し、この横軸水中モータ１の一側に導出した動力軸２ｅに電磁クラッチ３を介して第１の軸流羽根車４と第２の軸流羽根車５とを固着した構造のもので、水路１２の圧力検知する圧力センサ１９を設け、この圧力センサ１９と制御手段１１とを電気的に接続して、圧力検知信号を制御手段１１に入力し、制御手段１１は入力された圧力検知信号に基づいて、電磁クラッチ３にＯＮ−ＯＦＦ信号を出力できるように構成されている。

さらに、図４（ｃ）に示すポンプ装置Ｐは、管路からなる水路１２の外部に立軸モータ１Ａを設置し、この立軸モータ１Ａの出力は、周知の直交変換機構１Ｂによって直交変換して、該直交変換機構１Ｂの両側に動力軸２ｆ，２ｇを導出し、これら動力軸２ｆに電磁クラッチ３を介して第１の軸流羽根車４を固着し、動力軸２ｆには第２の軸流羽根車５を固着した構造のもので、水路１２の圧力検知する圧力センサ１９を設け、この圧力センサ１９と制御手段１１とを電気的に接続して、圧力検知信号を制御手段１１に入力し、制御手段１１は入力された圧力検知信号に基づいて、電磁クラッチ３にＯＮ−ＯＦＦ信号を出力できるように構成されている。

なお、前記各実施形態では２つの羽根車を使用した２段羽根車構造で説明しているが、羽根車の数は２つのみに限定されるものではなく、３つ以上の羽根車を使用した３段以上の羽根車構造であってもよい。

本発明に係るポンプ装置およびポンプ装置の運転方法の第１実施形態を示す断面図である。 本発明に係るポンプ装置の第２実施形態を示す断面図である。 本発明に係るポンプ装置の第３実施形態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るポンプ装置およびポンプ装置の運転方法の異なる実施形態を示す構成図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

２ 動力軸
３ 電磁クラッチ（クラッチ機構）
４ 第１の斜流羽根車（羽根車）
５ 第２の斜流羽根車（羽根車）
１０ ガイドベーン
１１ 制御手段
１２ ポンプ井または管路（水路）
１６ 水位センサ（センサ）
１９ 圧力センサ（センサ）
Ｐ ポンプ装置
２１ 孔部
２２ 据付部
２４ 揚水管
２９ 水中軸受
３０ 上部軸受
３１ａ ランナーボス
３１ｂ ランナーボス
３６ 長穴

Claims (4)

1. 動力軸に複数の羽根車が固着され、これら羽根車の少なくとも１つの羽根車を回転力の伝達状態と遮断状態に切り替えるクラッチ機構が前記動力軸に設けられていることを特徴とするポンプ装置。
2. 請求項１に記載のポンプ装置において、
   前記複数の羽根車の少なくとも１つが他の羽根車と異なる揚程特性を持つ羽根車によって構成されていることを特徴とするポンプ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のポンプ装置において、
   前記クラッチ機構がクラッチケースに水密に収容されて前記ポンプ流路内でガイドベーンにより支持されていることを特徴とするポンプ装置。
4. 動力軸に複数の羽根車を固着し、これら羽根車の少なくとも１つの羽根車を回転力の伝達状態と遮断状態に切り替えるクラッチ機構が前記動力軸に設けられているポンプ装置を水路に設置し、この水路の水位または圧力を検知するセンサの検知信号に応じて前記クラッチ機構の断続を切り替える制御手段を設け、この制御手段の制御に基づいて駆動する羽根車を切り替えて運転することを特徴とするポンプ装置の運転方法。
   

Images