JP2008169737A - ポンプの羽根車およびポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車における異物の最大通過粒径として所定の大きさを確保しつつ、吐出流量および吐出圧力（揚程）を変更することが可能なポンプの羽根車を提供する。
【解決手段】ケーシング５３内で軸心廻りに回転する羽根車本体部６０が軸心方向における両側部にシュラウド６１（６２）を有し、シュラウド間の羽根車本体部６０の外側面６０ａが主羽根部をなし、主羽根部に沿ってケーシング５３の内側面５３ａとの間に形成される外側流路６８がケーシング吐出口５５に連通し、内側流路６７が羽根車吸込口６５でケーシング吸込口５４に連通し、かつ羽根車吐出口６６で外側流路６８に連通するものであって、シュラウド６１（６２）が本体部の外側面６０ａよりも径方向に展延するとともに外側流路６８に臨むシュラウド面６１ａ（６２ａ）を有し、一方のシュラウド６１のシュラウド面６１ａが所定形状に起伏する副羽根部をなす。
【選択図】図１

Description

本発明はポンプの羽根車およびポンプ装置に関し、渦巻きポンプ等における異物の通過性能を高める技術に係るものである。

従来、下水等の異物を含む流体を扱うポンプには、例えば図１０〜図１２に示すものがある。このポンプ１では羽根車２がケーシング３の内側面との間に渦室を形成し、ケーシング３が軸心方向に向けて下部に開口するケーシング吸込口４と、ケーシング３の接線方向に向けて側部に開口するケーシング吐出口５を有している。羽根車２はモータ（図示省略）によって回転軸心廻りに回転駆動される。

羽根車２は羽根車本体部１０の上側部および下側部に所定間隔をあけて上下一対のシュラウド１１、１２が形成してあり、上側部のシュラウド１１の上部に駆動軸を連結するボス部１３を形成し、下側部のシュラウド１２の下部にケーシング３で回転自在に支持するリム部１４を形成している。羽根車本体部１０には下部の羽根車吸込口１５と側部の羽根車吐出口１６とにわたって螺旋状の流路１７が形成してあり、羽根車吐出口１６は上下のシュラウド１１、１２の間に開口している。渦室は上下のシュラウド１１、１２の間においてケーシング３の内側面と羽根車本体部１０の外側面との間に形成しており、羽根車本体部１０の外側面は回転方向の後方側ほど羽根車本体部１０の径方向外側へ漸次に進出する渦形状をなす。

この構成によればケーシング吸込口４からケーシング３の内部に流入する流体が羽根車２の回転によりケーシング吐出口５を通ってケーシング３の外部へ流出する。この間に流体は、羽根車２の羽根車吸込口１５から羽根車本体部１０の流路１７を通り、羽根車２の回転により与える遠心力を受けて羽根車吐出口１６からケーシング３の内部の渦室に流入してケーシング３の内側面に沿って旋回し、回転する羽根車本体部１０の外側面で加圧されて、ケーシング吐出口５から外部へ吐き出される。先行技術文献としては、特許文献１又は２がある。
特開２００５−３６７７８号公報 特公昭２８−５８４０号公報

上述した下水等の異物（固形物）を含む流体を扱うポンプでは、ポンプ内部で異物が詰まることを防止するために、異物の通過粒径が大きくなるように流路の形状を設定している。つまり、羽根車本体部１０の流路１７および上下のシュラウド１１、１２の間においてケーシング３の内側面と羽根車本体部１０の外側面との間に形成する流路は、想定する異物の最大粒径が通過可能な形状に設定している。

異物の通過粒径は、羽根車２におけるシュラウド１１、１２の間の距離、ケーシング３の内側面と羽根車本体部１０の外側面との間の距離、羽根車２の径等が増加するほどに大きくなるが、それに伴ってポンプの吐出量が多くなり、必要とする吐出量以上の過剰な吐出量となることがある。

本発明は羽根車における異物の最大通過粒径として所定の大きさを確保しつつ、吐出流量および吐出圧力（揚程）を変更することが可能なポンプの羽根車およびポンプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のポンプの羽根車は、ケーシング内で軸心廻りに回転する本体部が軸心方向における両側部にシュラウドを有し、シュラウド間の本体部の外側面が主羽根部をなし、主羽根部に沿ってケーシングの内側面との間に形成される外側流路がケーシング吐出口に連通し、本体部内の内側流路が回転軸心方向に向けて開口する吸込口でケーシング吸込口に連通し、かつシュラウド間の本体部の外側面に開口する吐出口で外側流路に連通するものであって、シュラウドが本体部の外側面よりも径方向に展延するとともに外側流路に臨むシュラウド面を有し、少なくとも一方のシュラウドのシュラウド面が所定形状に起伏する副羽根部をなすことを特徴とする。

また、副羽根部をなすシュラウド面が所定形状の突起もしくは溝からなる起伏部を有することを特徴とする。
また、起伏部がシュラウド面上で直線状もしくは放物線状をなして本体部の周囲に放射状に配置してなることを特徴とする。

また、シュラウドが本体部と着脱可能な別体構造をなすことを特徴とする。
本発明のポンプ装置は、上記の何れかの羽根車を備えたことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、ケーシング内で羽根車が軸心廻りに回転する状態において、ケーシング吸込口から吸い込む流体は、本体部の吸込口から内側流路に流入し、羽根車の回転により与える遠心力を受けて本体部の吐出口から外側流路へ流出し、ケーシングの内側面に沿って外側流路を旋回し、ケーシング吐出口から吐き出される。この間に、外側流路において本体部の主羽根部およびシュラウドの副羽根部が流体を加圧してケーシング吐出口から所定の吐出圧力および吐出流量で押し出す。

シュラウド面が起伏する形状をなすことにより起伏部が羽根車の回転方向において流体に対向し、起伏部が流体に羽根車の回転方向の前方に向けて運動力を与えるので、シュラウド面の起伏形状、つまり起伏部の形状が吐出圧力（揚程）および吐出流量に影響する要素となる。

ここで、本体部および内側流路の形状を一定とする場合に、羽根車の回転方向において流体に対向する起伏部の高低差を大きくするほどに吐出流量が増加する。つまり、起伏部が突起である場合にはシュラウドの基準面から突起の頂部までの高さが増すほどに吐出流量が増加し、起伏部が溝である場合にはシュラウドの基準面から溝の底部までの深さが増すほどに吐出流量が増加する。

あるいは、本体部および内側流路の形状を一定とする場合には、シュラウドの外径を大きくして起伏部が存在する範囲をシュラウドの半径方向外方に延長するほどに吐出圧力が増加する。

したがって、本体部および内側流路の形状を所定の大きさに形成して必要とする最大通過粒径を実現しつつ、シュラウドの外径および起伏形状を適宜に設定することにより、所定の吐出流量および吐出圧力（揚程）を備えたポンプを実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４において、ポンプ５１は下水等の異物を含む流体を扱うものであり、羽根車５２がケーシング５３の渦室内に配置してある。ケーシング５３は軸心方向に向けて下部に開口するケーシング吸込口５４と、ケーシング５３の接線方向に向けて側部に開口するケーシング吐出口５５を有している。羽根車５２はモータ（図示省略）によって回転軸心Ｍを中心として回転駆動される。

羽根車５２は羽根車本体部６０の軸心方向における両側部である上側部および下側部に所定間隔をあけて上下一対のシュラウド６１、６２が形成してあり、上側部のシュラウド６１の上部に駆動軸を連結するボス部６３を形成し、下側部のシュラウド６２の下部にケーシング５３で回転自在に支持するリム部６４を形成している。

羽根車本体部６０には下部の羽根車吸込口６５と側部の羽根車吐出口６６とにわたって螺旋状の内側流路６７が形成してある。
シュラウド６１、６２の間における羽根車本体部６０の外側面６０ａは羽根車５２における主羽根部をなしており、回転方向の後方側ほど羽根車本体部６０の径方向外側へ漸次に進出する湾曲した曲面をなしている。

主羽根部はケーシング５３の内側面５３ａとの間に回転方向に沿って外側流路６８を形成しており、外側流路６８がケーシング吐出口５５に連通している。羽根車本体部６０の内側流路６７は回転軸心方向に向けて開口する羽根車吸込口６５でケーシング吸込口５４に連通し、かつシュラウド６１、６２の間において羽根車本体部６０の外側面６０ａに開口する羽根車吐出口６６で外側流路６８に連通している。

本実施の形態において、内側流路６７は羽根車吸込口６５から羽根車吐出口６６まで一様に同一内径に形成してあり、この内径がポンプにおける異物の最大通過粒径となる。
シュラウド６１、６２は羽根車本体部６０の外側面６０ａよりも拡径した環状外周部を有し、環状外周部が径方向外側に展延するとともに、外側流路６８に臨んで相対向するシュラウド面６１ａ、６２ａを有している。

本実施の形態では、下方に位置する一方のシュラウド６２のシュラウド面６２ａが所定形状に起伏する副羽根部をなしているが、双方のシュラウド６１、６２のシュラウド面６１ａ、６２ａが所定形状に起伏する副羽根部とすることも可能である。

副羽根部をなすシュラウド面６２ａにおいて起伏形状を形成する起伏部は所定形状の突起６９からなり、羽根車２の回転方向において流体に対向する面が回転軸心方向に沿った垂直面をなすが、起伏部は羽根車２の回転方向において滑らかに高さが変化する形状に形成することも可能である。

シュラウド面６２ａには複数箇所に起伏部が形成してあり、複数の突起６９がシュラウド面６２ａの上に放物線状をなして羽根車本体部６０の周囲に放射状に配置してある。突起６９はシュラウド面６２ａの基準面（平坦な面）から頂部まで所定の高さを有することで、羽根車２の回転方向において流体に対向する起伏部の高低差を形成している。本実施の形態において突起６９は羽根車本体部６０の外側面６０ａからシュラウド６１の外周縁まで連続した形状をなし、羽根車本体部６０の外側面６０ａの近傍部位を除いてほぼ一定の高さを有している。突起６９は起伏部として所定の高低差を実現すれば種々の形状が適用可能であり、不連続な形状でも可能であり、直線状に形成することも可能である。

本実施の形態では羽根車５２をケーシング５３に形成された舌部５６の近傍におけるケーシング内壁面から所定の距離をおいた位置に配置した例を示したが、図５に示すように、羽根車５２をケーシング５３に形成された舌部５６の近傍におけるケーシング内壁面に近接する位置、例えばシュラウド６１、６２の外周とケーシング内壁面との間隔がシュラウド６１、６２の外径の１／４０以下となる位置に配置することも可能である。

図６に示すように、起伏部は複数の溝７０によって形成することも可能であり、この場合には溝７０がシュラウド面６２ａの基準面（平坦な面）から底部まで所定の深さを有することで、羽根車２の回転方向において流体に対向する起伏部の高低差を形成する。溝７０の形状は本実施の形態に限定されるものではなく、起伏部として所定の高低差を実現すれば種々の形状が適用可能であり、連続して形成することも、不連続に形成することも可能である。

図７に示すように、シュラウド６１、６２の間における羽根車本体部６０の外側面６０ａは、回転方向の後方側ほど羽根車本体部６０の径方向外側へ漸次に進出する形状であれば、上下のシュラウド６１、６２の間において直線状をなす形状とすることも可能である。

図８に示すように、シュラウド６１、６２は、羽根車本体部６０と別体の環状体とし、羽根車本体部６０に対してボルト等で着脱可能に装着固定することも可能である。
図９（ａ）に示すように、シュラウド面６２ａに形成する突起６９は、真直な形状でも良いが、図９（ｂ）に示すように、突起６９の先端部を羽根車５２の回転方向に延出した逆Ｌ字形状としてもよい。こうすることで、流れの乱れが少なくなり、効率を向上させることができる。

以下、上記した構成における作用を説明する。ケーシング５３の室内で羽根車５２が回転軸心Ｍの廻りに回転する状態において、ケーシング吸込口５４から吸い込む流体は、羽根車本体部６０の羽根車吸込口６５から内側流路６７に流入する。そして、羽根車５２の回転により与える遠心力を受けて流体は羽根車本体部６０の羽根車吐出口６６から外側流路６８へ流出し、ケーシング５３の内側面５３ａに沿って外側流路６８を旋回し、ケーシング吐出口５５から吐き出される。この間に、外側流路６８において羽根車本体部６０の主羽根部およびシュラウド６２の副羽根部が流体を加圧してケーシング吐出口５５から所定の吐出圧力および吐出流量で押し出す。

外側流路６８の流路断面積は羽根車本体部６０の回転方向に沿って変化し、シュラウド面６１ａ、６２ａの起伏の影響を考慮しない場合には、回転方向において羽根車本体部６０の羽根車吐出口６６の後方直近部において最大となり、回転方向において羽根車本体部６０の羽根車吐出口６６の前方直近部において最小となり、羽根車５２の回転に伴って主羽根部が外側流路内の流体をケーシング吐出口に向けて押し出す。

一方、シュラウド面６２ａの起伏部をなす突起６９（あるいは溝７０）が羽根車５２の回転方向において流体に対向し、突起６９が流体に羽根車５２の回転方向の前方に向けて運動力を与える。よって、シュラウド面６２ａの起伏形状、つまり起伏部を形成する突起６９（あるいは溝７０）の形状が吐出圧力（揚程）および吐出流量に影響する要素となる。

ここで、羽根車本体部６０および内側流路６７の形状を一定とする条件下で、羽根車５２の回転方向において流体に対向する起伏部の高低差を大きくするほどに吐出流量が増加する。つまり、起伏部が突起６９である場合にはシュラウド６２の基準面（平坦面）から突起６９の頂部までの高さが増すほどに吐出流量が増加し、起伏部が溝７０である場合にはシュラウド６１の基準面（平坦面）から溝７０の底部までの深さが増すほどに吐出流量が増加する。あるいは、羽根車本体部６０および内側流路６７の形状を一定とする条件下で、シュラウド６１、６２の外径を大きくして起伏部が存在する範囲をシュラウド６１、６２の半径方向外方に延長するほどに吐出圧力が増加する。

よって、羽根車本体部６０および内側流路６７の形状を所定の大きさに形成することで必要とする最大通過粒径を実現し、かつシュラウド６１、６２の外径および突起６９（あるいは溝７０）による起伏形状を適宜に設定することにより、所定の吐出流量および吐出圧力（揚程）を備えたポンプを実現できる。

また、図８示すように、シュラウド６１、６２を羽根車本体部６０へ着脱自在に装着固定する場合には、シュラウド６１、６２を交換することにより、吐出流量や吐出圧力を変化させることが可能になる。

また、羽根車５２が回転して、主羽根部の最後方部位、つまり外側流路６８の流路断面が最も小さくなる部位がケーシング吐出口５５を通過する際に、急激な圧力変化が生じることで脈動の要因となるが、本実施の形態では突起６９を備えたシュラウド面６１ａからなる副羽根部で外側流路６８において流体を加圧し、羽根車５２の回転に伴って複数の起伏部がケーシング吐出口５５を通過することで、圧力変化が分散して生じ、脈動を抑制できる。

さらに、異物が外側流路６８で旋回し続けて留まる現象が生じることがあるが、図５を参照して先に述べたように、羽根車５２をケーシング５３に形成された舌部５６の近傍におけるケーシング内壁面に近接する位置に配置し、回転方向においてケーシング吐出口５５の前方に位置する舌部５６の近傍における外側流路６８を狭めることで、異物の排出性能を高めることができる。

また、羽根車本体部１０に形成される流路は螺旋状に限定されるものではない。さらに羽根車吐出口１６が２箇所以上に形成されたものであってもよい。

本発明の実施の形態におけるポンプを示す全体断面図 同実施の形態におけるポンプの要部を示す断面図 同実施の形態における羽根車を示す斜視図 同実施の形態における羽根車を示す断面図 本発明の他の実施の形態におけるポンプを示す断面図 本発明の他の実施の形態における羽根車を示す斜視図 本発明の他の実施の形態における羽根車を示す斜視図 本発明の他の実施の形態における羽根車を示す斜視図 本発明の他の実施の形態における羽根車の要部を示す模式図 従来のポンプを示す断面図 同羽根車を示す側面図 同羽根車を示す断面図

符号の説明

Ｍ 回転軸心
５１ ポンプ
５２ 羽根車
５３ ケーシング
５３ａ 内側面
５４ ケーシング吸込口
５５ ケーシング吐出口
５６ 舌部
６０ 羽根車本体部
６０ａ 外側面
６１、６２ シュラウド
６１ａ、６２ａシュラウド面
６３ ボス部
６４ リム部
６５ 羽根車吸込口
６６ 羽根車吐出口
６７ 内側流路
６８ 外側流路
６９ 突起
７０ 溝

Claims (5)

1. ケーシング内で軸心廻りに回転する本体部が軸心方向における両側部にシュラウドを有し、シュラウド間の本体部の外側面が主羽根部をなし、主羽根部に沿ってケーシングの内側面との間に形成される外側流路がケーシング吐出口に連通し、本体部内の内側流路が回転軸心方向に向けて開口する吸込口でケーシング吸込口に連通し、かつシュラウド間の本体部の外側面に開口する吐出口で外側流路に連通するものであって、シュラウドが本体部の外側面よりも径方向に展延するとともに外側流路に臨むシュラウド面を有し、少なくとも一方のシュラウドのシュラウド面が所定形状に起伏する副羽根部をなすことを特徴とするポンプの羽根車。
2. 副羽根部をなすシュラウド面が所定形状の突起もしくは溝からなる起伏部を有することを特徴とする請求項１に記載のポンプの羽根車。
3. 起伏部がシュラウド面上で直線状もしくは放物線状をなして本体部の周囲に放射状に配置してなることを特徴とする請求項２に記載のポンプの羽根車。
4. シュラウドが本体部と着脱可能な別体構造をなすことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のポンプの羽根車。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の羽根車を備えたことを特徴とするポンプ装置。

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