JP2008248724A - 中吸込型水中ポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】可搬性を落とすことなく吸込み効率が良いものとなるように改善された中吸込型水中ポンプを実現させる。
【解決手段】モータ1と、モータ1で駆動回転される羽根車3と、羽根車3を回転自在に収容するポンプケーシング4とを備え、ポンプケーシング4は、羽根車3とモータ1との間に形成される吸入口8と、羽根車3に対してモータ1の反対側に形成される吐出口9とを有して成る中吸込型水中ポンプにおいて、吸入口8の羽根車側の先端部sと、ポンプケーシング4の羽根車囲繞部分13におけるモータ側端の内周部nとを結ぶことで形成される仮想円錐面Kの、羽根車3の軸心Xに対する開き角が10〜30度の範囲となるように形状設定される。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば洪水時の内水排除や田畑冠水時の排水といった非常時の排水作業において好適に使用できる中吸込型水中ポンプに関するものである。
上述したような災害等の非常時における排水作業においては、排水が必要となる場所が予め特定できないため、持ち運びできる可搬式のポンプが用いられることになる。この場合のポンプは、特許文献1や特許文献2で開示されるように、ポンプ長手方向の中間における周面から吸込み、ポンプ長手方向端から吐出する構造の中吸込型水中ポンプが用いられることがある。
中吸込型水中ポンプは、モータと、モータで駆動回転される羽根車と、羽根車を回転自在に収容するとともに、羽根車とモータとの間に形成される吸入口、及び羽根車に対してモータと反対側に形成される吐出口を有するポンプケーシングとを有して構成されており、前述の特許文献1及び2で示されるように、フロートを用いることで水中に吊下げられて使用される。
中吸込型水中ポンプは、その構造上、軸心方向長さの寸法が径寸法よりも大きい細長い略円筒状を呈するものとなっており、長手方向の前後に亘って取り付けられる取っ手を設けることで可搬式とされていることが多い。コンパクト性や可搬性(持ち運び性)を良くするにはポンプとしての長手方向寸法の短い方が良いが、そうすると流体の吸込み効率(ポンプ効率)が低下する傾向にあるので、余り短くできない。反対に吸込み効率を良くすると長手方向寸法が長くなってしまい、コンパクト性や可搬性に劣る。
特許文献1の図1や特許文献2の図3に示されるように、円筒面状の吸込口から流入した液体は、軸心に沿う方向に向きを変換させながら羽根車に向かわせることとなる。
故に、方向変換角度を少なくして吸込み効率を良くするには吸入口の軸心方向長さを長くするしかなく、そうすればポンプ全長が長くなってコンパクト性や可搬性に劣る。逆に、ポンプ全長を短くして可搬性を改善するには吸入口の軸心方向長さを短くするしかなく、そうすれば流れの方向変換が急になって吸込み効率の悪化を招くのである。
特開2001−153084号公報 特開2003−003985号公報
本発明の目的は、上述した実情に鑑みて、可搬性を落とすことなく吸込み効率が良い中吸込型水中ポンプを実現させる点にある。
請求項1に係る発明は、モータ1と、前記モータ1で駆動回転される羽根車3と、前記羽根車3を回転自在に収容するポンプケーシング4とを備え、前記ポンプケーシング4は、前記羽根車3と前記モータ1との間に形成される吸入口8と、前記羽根車3に対して前記モータ1の反対側に形成される吐出口9とを有して成る中吸込型水中ポンプにおいて、
前記吸入口8の羽根車側の先端部sと、前記ポンプケーシング4の羽根車囲繞部分13におけるモータ側端の内周部nとを結ぶことで形成される仮想円錐面Kの、前記羽根車3の軸心Xに対する開き角が10〜30度の範囲となるように形状設定されていることを特徴とするものである。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の中吸込型水中ポンプにおいて、前記開き角θが10〜25度の範囲に設定されていることを特徴とするものである。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の中吸込型水中ポンプにおいて、前記吸入口8から前記羽根車3に至る流路内に整流板10を備え、前記整流板10は、これの下流側端と前記羽根車3の入口側端が回転して形成される仮想端面との距離が、前記羽根車3の入口側端における羽根3aの高さよりも小となる位置に配置される部分を少なくとも有していることを特徴とするものである。
請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の中吸込型水中ポンプにおいて、前記ポンプケーシング4は、前記吸入口8の羽根車側の先端部sと、前記羽根車囲繞部分13におけるモータ側端の内周部nとを、前記吸入口8から前記羽根車3向かって縮径した後拡径するように滑らかに繋ぐ面12aを備えて形成されていることを特徴とするものである。
請求項5に係る発明は、請求項1〜4の何れか一項に記載の中吸込型水中ポンプにおいて、前記吸入口8への異物吸入を規制する円筒面状のダストカバー16が装備されていることを特徴とするものである。
請求項1の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて述べるが、吸入口の羽根車側の先端部と、ポンプケーシングの羽根車囲繞部分におけるモータ側端の内周部とを結ぶことで形成される仮想円錐面の、羽根車の軸心に対する開き角が10〜30度の範囲となるように形状設定されているので、ポンプケーシングに形成された吸入口に続く吸入流路における流体の流れ方向の角度変化が適切な角度範囲に保たれるとともに、流入経路の長さをあまり大きくすることなく吸入効率の良い物とすることが可能になる。その結果、コンパクト性や可搬性を落とすことなく吸込み効率が良いものとなるように改善された中吸込型水中ポンプを実現して提供することができる。この場合、請求項2のように、開き角θを10〜25度の範囲に設定すれば、請求項1の発明による前記効果をより強化させることが可能になる。
請求項3の発明によれば、整流板が吸入口から羽根車近傍にまで形成されているので、整流効果が高く、良好な吸入効率が得られる。
請求項4の発明によれば、吸入口から羽根車に吸込まれる流体を導き案内する内周面が円滑な湾曲面に形成されていることによって、吸入口から吸込まれた流体はスムーズに羽根車に向かうことができ、良好な吸入効率の実現に寄与できる中吸込型水中ポンプを提供することができる。
請求項5の発明によれば、請求項1〜4の何れかの発明による前記効果を奏しながら、石やゴミ等の異物吸込みが規制できて、良好なポンプ作動の維持が可能となる中吸込型水中ポンプを提供することができる。
以下に、本発明による中吸込型水中ポンプの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は中吸込型水中ポンプの断面図、図2は本発明によるポンプの吐出量とポンプ効率との関係グラフを示す図である。
〔実施例1〕
実施例1による中吸込型水中ポンプPは、図1に示すように、電動式のモータ1と、これを液密に囲繞するモータケース2と、モータ軸1Aの先端に一体回転状態に装備される羽根車3と、羽根車3を回転自在に収容するポンプケーシング4と、モータケース2とポンプケーシング4との間においてモータ軸1Aに装備されるメカニカルシール5と、電力供給用の電線ケーブル6と、モータケース2とポンプケーシング4とに跨って架設される取っ手7等を有して構成されている。
ポンプケーシング4は、羽根車3とモータ1との間に形成される吸入口8、及び羽根車3に対してモータ1とは反対側に形成される吐出口9を有しており、モータケース2とポンプケーシング4とはモータ軸1Aの軸心Xに沿って直列に連結一体化されている。つまり、モータ1を駆動させて羽根車3を回転させると、ポンプ長手方向の中間部に形成される円筒面状の吸入口8から周囲の水を吸い込み、ポンプとしての末端に配置される円形の吐出口9から水を吐出するように作動する。尚、モータ軸1Aの軸心と羽根車3の軸心とは互いに同一の軸心Xである。
ポンプケーシング4は、吐出口9を有し、かつ、羽根車3の下流側に設けた吐出ケース部4Hと羽根車3を収容する本体ケース部4Aとから成る。本体ケース部4Aは、吸入口8の羽根車側の先端部sと、羽根車囲繞部分13におけるモータ側端の内周部nとを、吸入口8から羽根車3向かって縮径面11aで縮径した後拡径面13aで拡径し、その間を滑らかに繋ぐ面12aを備えて形成されている。また、本体ケース部4Aのメカニカルシール5側には円錐面5aが形成され、このメカニカルシール側円錐面5aと連結された整流板10を備えている。吸入口8から羽根車3に至る流路内に整流板10を備え、整流板10は、これの下流側端と羽根車3の入口側端が回転して形成される仮想端面との距離が、羽根車3の入口側端における羽根3aの高さよりも小となる位置に配置される部分を少なくとも有している。このように整流板10が吸入口8から羽根車3近傍にまで形成されているので、整流効果が高く、良好な吸入効率が得られる。尚、4Bは、吐出ケース部4Hと対を為して羽根車3からの吐出し流体を流す筒状流路14を形成するための内筒ケース部であり、15は内筒ケース部4Bを吐出ケース部4Hに一体化するとともに流れを整流する複数の吐出側整流リブ部である。
本体ケース部4Aの羽根車側の内周面11a(縮径面)の先端部、即ち吸入口8の羽根車側の先端部sと、本体ケース部4Aの羽根車囲繞部分13におけるモータ側端の内周部nとを結ぶことで形成される仮想円錐面Kの軸心Xに対する開き角θが10〜30度の範囲(10度≦θ≦30度)となるように形状設定されている。実施例1においては、前記内周部nは、羽根車囲繞部分13の内周面13aにおける羽根3Aの外径側の吸入口側端に対応する箇所となっている。本体ケース部4Aは、吸入口8から羽根車3に向かって縮径する縮径部11と、縮径部11に続く最小径部12と、最小径部12を経て拡径する羽根車囲繞部分13とから成り、最小径部12の内周面12aは、縮径部11の縮径面(内周面)11aと、羽根車囲繞部分13の拡径面(内周面)13aとを滑らかに繋ぐ湾曲面12aに形成されている。
図1に示すように、吸入口8の径がモータ1を囲繞するモータケース2の外径と略等しくなるように、本体ケース部4Aが形成されているとともに、吸入口8への異物吸入を規制する円筒面状のダストカバー16が装備されている。ダストカバー16は、例えば格子状体又は網目状体で形成されている。
本体ケース部4Aの内周面11a(縮径面)とメカニカルシール側円錐面5aとで形成される吸入流路17は、吸入口8から軸心Xに交差する方向である矢印イ方向に吸込む水(流体)を、軸心Xにほぼ沿う矢印ロ方向に変換させて羽根車3に導き案内する経路である。この吸入流路17は、その軸心X方向の長さを、吸入口8の吸込み角(矢印イの軸心Xに対する角度)と羽根車3への流入角(矢印ロの軸心Xに対する角度)との差(実質的には矢印イの軸心Xに対する角度)で除した値、即ち、吸入角度変化率を大きくすれば吸入効率は良くなるが、ポンプとしての軸心X方向長さ、即ち全長が長くなる。反対に、吸入角度変化率を小さくすれば吸入効率は悪くなるがポンプ全長は短くなり、コンパクト化が図られる。
吸入口8においては、羽根車3に近い箇所ほど流体の吸入作用が強く、モータ1に近い箇所ほど流体の吸入作用は弱くなるから、その先端部sが吸入口8からの吸込みの基準となる。従って、吸入流路17の形状を定義する指針となる値として前述した「仮想円錐面Kの軸心Xに対する開き角θ」を用いている。
つまり、開き角θが小さいと吸込み効率は良くポンプ全長は長くなり、開き角θが大きいと吸込み効率は悪くなるがポンプ全長は短くなる、という関係が成り立つ。そこで、吐出量(単位時間当りの吐出量:立方メートル/分)とポンプ効率との関係を、幾つかの開き角θ(度)に対して実験して得られたデータを図2に示す。この図2の関係グラフにおいて、▲は開き角θを15度に設定した実施例1による実験データであり、●は開き角θを42度に設定した比較例1による実験データ、そして■は開き角θを30度に設定した実施例2による実験データである。
実施例1及び2のものでは、吐出量が5.4〜7.6(単位:m3/min)の範囲でポンプ効率が70%以上の高水準を維持しているが、比較例1のものではポンプ効率は最大でも62%であり、かつ、吐出量が7m3/minを超えると大きくダウンしていることが見て取れる。例えば、実施例1,2の中吸込型ポンプでは、吐出量が7.5m3/minでポンプ効率が70%以上あるが、比較例1のものではポンプ効率が50%を切る程度となってしまう。また、開き角θが15度の実施例1のものでは、吐出量が8m3/minを超えても十分実用に耐えるポンプ効率が得られる利点のあることも見て取れる。また、前記開き角θが10度を下回ると、軸方向寸法が増大し、コンパクト性が損なわれてしまう。これらのことから、開き角θは、10度以上30度以下、好ましくは10度以上25度以下、さらに好ましくは10度以上20度以下に設定されるのが良い。
〔別実施例〕
本体ケース部4Aの内周面11a,12aの形状は、羽根車囲繞部分13の内周面13aとを滑らかに繋ぐ形状であれば、図1に示す形状よりも、より仮想円錐面Kに近付いた形状でも、遠のいた形状でも良い。また、カップリング等の連動手段を用いることにより、羽根車を装備する主軸とモータ軸とが軸心Xを共有する状態で別々に存在する構造でも良い。尚、本明細書における「下流側」とは、水等の液体の流れ方向における下流側との意である。また、整流板10は、本体ケース部4Aとメカニカルシール側円錐面5aとを連結一体化する部分でもある。
本発明による中吸込型水中ポンプの構造を示す断面図(実施例1) 図1のポンプにおける吐出量とポンプ効率との関係グラフを示す図
符号の説明
1 モータ
2 モータケース
3 羽根車
4 ポンプケーシング
4A 本体ケース部
4H 吐出ケース部
5a メカニカルシール側円錐面
8 吸入口
9 吐出口
11 縮径部
11a 縮径面
12a 滑らかに繋ぐ面
13 羽根車囲繞部分
13a 拡径面
16 ダストカバー
K 仮想円錐面
X 羽根車の軸心
θ 開き角
n 羽根車囲繞部分におけるモータ側端の内周部
s 内吸入ケース部の内周面における先端部

Claims (5)

  1. モータと、前記モータで駆動回転される羽根車と、前記羽根車を回転自在に収容するポンプケーシングとを備え、前記ポンプケーシングは、前記羽根車と前記モータとの間に形成される吸入口と、前記羽根車に対して前記モータの反対側に形成される吐出口とを有して成る中吸込型水中ポンプであって、
    前記吸入口の羽根車側の先端部と、前記ポンプケーシングの羽根車囲繞部分におけるモータ側端の内周部とを結ぶことで形成される仮想円錐面の、前記羽根車の軸心に対する開き角が10〜30度の範囲となるように形状設定されている中吸込型水中ポンプ。
  2. 前記開き角が10〜25度の範囲に設定されている請求項1に記載の中吸込型水中ポンプ。
  3. 前記吸入口から前記羽根車に至る流路内に整流板を備え、前記整流板は、これの下流側端と前記羽根車の入口側端が回転して形成される仮想端面との距離が、前記羽根車の入口側端における羽根の高さよりも小となる位置に配置される部分を少なくとも有している請求項1又は2に記載の中吸込型水中ポンプ。
  4. 前記ポンプケーシングは、前記吸入口の羽根車側の先端部と、前記羽根車囲繞部分におけるモータ側端の内周部とを、前記吸入口から前記羽根車向かって縮径した後拡径するように滑らかに繋ぐ面を備えて形成されている請求項1〜3の何れか一項に記載の中吸込型水中ポンプ。
  5. 前記吸入口への異物吸入を規制する円筒面状のダストカバーが装備されている請求項1〜4の何れか一項に記載の中吸込型水中ポンプ。
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