JP2009074416A - Vertical shaft pump - Google Patents
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Description
本発明は、吸込水槽内に設置される立軸ポンプに係り、特に吸込水槽内の水位が低下した場合においても揚水運転を行うことができ、先行待機運転に好適な立軸ポンプに関する。 The present invention relates to a vertical pump installed in a suction water tank, and more particularly to a vertical pump that can perform a pumping operation even when the water level in the suction water tank is lowered and is suitable for a preceding standby operation.
ポンプ機場は、大雨時の下水道の溢水を防ぐために、所定の下水の集合箇所に設けられている。すなわち、下水の流入口と流出口とを備えた吸込水槽に排水用の立軸ポンプを配備しておき、吸込水槽の貯水レベルが所定の高さを超えた時にポンプを作動させて河川等へ排水を行うようにしている。 The pump station is provided at a predetermined sewage collection point in order to prevent sewage overflow in heavy rain. In other words, a vertical pump for drainage is installed in a suction tank equipped with an inlet and an outlet for sewage, and when the water storage level of the suction tank exceeds a predetermined height, the pump is operated to drain into a river, etc. Like to do.
このようなポンプ機場において、従来、先行待機運転という運転方法が採用されている。これは、降雨が有って、下水道に多量の雨水の流入が予想される場合、流入が始まる前にポンプを始動(空運転)しておき、雨水、汚水等の急激な流入に対して遅滞なく排水を行うものである。ポンプの作動により、一旦貯水レベルが低下しても、同様にポンプを空運転して、次の流入に備えておく。 In such a pump station, an operation method called a prior standby operation has been conventionally employed. This is because if there is rainfall and a large amount of rainwater is expected to flow into the sewer, the pump must be started (empty operation) before the inflow begins, and a delay will occur in response to the sudden inflow of rainwater, sewage, etc. Without draining. Even if the water storage level drops once due to the operation of the pump, the pump is similarly idled to prepare for the next inflow.
図8は、この種の運転を行う立軸ポンプの一例を示す図である。図8に示すように、立軸ポンプ113は、縦方向に配置された回転軸117の先端に羽根車112を備え、羽根車112に水と共に空気を吸い込ませることにより、吸込水槽111の最低水位LWL以下でも運転を継続することを可能にしている。この立軸ポンプ113では、羽根車112より上流側の吸込管114に、水位LWLからh≒v2/2gだけ低い位置LLWLに貫通した吸気口115を設け、該吸気口115に羽根車112の取り付け位置より上で開口する他端116aを有する吸気管116を取り付けている。ここで、vは吸込管114を流れる水の流速であり、gは重力加速度である。このことにより、最低水位LWL以下では、該吸気口115を経て流入する空気により徐々に排水量を低下させることによって、水位の低下による急激な揚水停止を回避し、また、羽根車112の取り付け位置より下の水位からの水位上昇においても、水位が前記最低水位LWLに至るまでは該吸気口115を経て流入する空気により排水量を低下させることによって、急激な揚水開始を回避している。このような立軸ポンプでは、水位が低下したときに吸込管114から吸込渦を巻き込むことによる振動を防止することができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a vertical pump that performs this type of operation. As shown in FIG. 8, the
このようにして、例えば大都市の雨水排水用として、吸込水位に関係なく降雨情報等により予めポンプを始動しておき、低水位から水位が上昇するときは空運転から水量を徐々に増やしながら全量運転へ、また高水位から水位が低下するときは全量運転から水量を徐々に減らしながら空運転へと、スムーズに運転を移行できるようにしている。しかしながら、水位が最低水位LWL以下になって吸気管116を通じて吸気しようとすると、羽根車112の下方の旋回流れのために吸気口115に正圧が生じてしまい、水位がLWL以下となっても充分な吸気が行われないことがあった。
In this way, for example, for rainwater drainage in large cities, the pump is started in advance according to rainfall information etc. regardless of the suction water level, and when the water level rises from the low water level, the total amount is increased while gradually increasing the water amount from the idle operation When the water level drops from the high water level to the operation, the operation can be smoothly shifted from the full operation to the idling operation while gradually reducing the water amount. However, if the water level is below the minimum water level LWL and an attempt is made to intake air through the
上述した旋回流れの発生を防止するために、特開2006−189016号公報(特許文献1)に記載されているように、羽根車の回転軸を上流側に延長し、回転軸の下端近傍を支持する軸受を有した軸受箱を設け、この軸受箱を吸込管の内壁から内側に放射状に突出する複数の板状部材である軸受箱支持板で支持するように構成した立軸ポンプが提案されている。この立軸ポンプにおいては、軸受箱支持板を羽根車の上流側に配置することにより、この部分での旋回流れの発生を防止し、吸気口の部分に旋回流れに起因する正圧が発生することを防止し、吸気口からの安定な吸気を確保するようにしたものである。
上述した特開2006−189016号公報に記載の立軸ポンプにおいては、吸込管の内壁から内側に放射状に突出する複数の板状部材である軸受箱支持板が設けられているため、この軸受箱支持板が吸込流路を横切る形となって水の流れの抵抗となり、吸込性能が低下し、ひいてはポンプ性能の低下を招くという問題点がある。また、水中に混入した異物が軸受箱支持板に引っかかるトラブルが生ずるという問題点がある。 In the vertical shaft pump described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-189016 described above, a bearing box support plate is provided which is a plurality of plate-like members protruding radially inward from the inner wall of the suction pipe. There is a problem that the plate crosses the suction flow path and becomes a resistance to the flow of water, the suction performance is lowered, and consequently the pump performance is lowered. In addition, there is a problem that a foreign matter mixed in water is caught on the bearing box support plate.
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、吸気口における旋回流れを防止し、吸気口から確実に吸気を行うことができるとともに、吸込性能の低下や異物が引っかかるという問題点を解消することができ、安定して揚水運転を行うことができる立軸ポンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and prevents the swirling flow at the intake port so that intake can be reliably performed from the intake port, as well as the problem that the suction performance is deteriorated and foreign matter is caught. It is an object of the present invention to provide a vertical shaft pump that can perform pumping operation stably.
上述の目的を達成するため、本発明の一態様は、鉛直方向に配置され、軸周りに回転する回転軸と、前記回転軸の回転により回転し、水を吸い込み上方に流す羽根車と、前記羽根車の上流側に配置され、前記羽根車に向けて前記水を流す流路を形成する吸込管と、前記羽根車の上流側の位置で前記吸込管に設けられた吸気口と、一端が前記吸気口に連通し、他端が大気中に開口した吸気管とを備え、前記吸込管は、前記吸気口が設けられた位置において、流路断面の図心から流路壁面までの距離が一定でない断面形状を有し、前記吸気口は、前記図心から前記流路壁面までの距離が最小となる位置よりも前記図心から離間した位置に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離rが均一ではないため、図心(O)から流路壁面までの速度勾配を考えた場合、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最小となる位置(rmin)で、流路壁面上の速度勾配は零になる。そして、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最小となる位置(rmin)よりも前記図心(O)から離間した位置では、速度勾配は負の値になり、壁面表面の流れは剥離が発生し、逆流が生じる。したがって、圧力が負圧状態となり、吸気口からの吸気が可能となる。
In order to achieve the above-described object, one aspect of the present invention includes a rotating shaft that is arranged in a vertical direction and rotates around an axis, an impeller that rotates by rotating the rotating shaft, sucks water, and flows upward. A suction pipe disposed on the upstream side of the impeller and forming a flow path for flowing the water toward the impeller, an intake port provided in the suction pipe at a position on the upstream side of the impeller, and one end thereof An intake pipe that communicates with the intake port and has the other end opened to the atmosphere, and the suction pipe has a constant distance from the centroid of the cross section of the flow path to the flow path wall surface at the position where the intake port is provided. The intake port is provided at a position farther from the centroid than a position where the distance from the centroid to the flow path wall surface is minimum.
According to the present invention, since the distance r from the centroid (O) of the channel cross section to the channel wall surface is not uniform, when considering the velocity gradient from the centroid (O) to the channel wall surface, At the position (r min ) where the distance from the centroid (O) to the channel wall surface is minimum, the velocity gradient on the channel wall surface becomes zero. The velocity gradient is a negative value at a position farther from the centroid (O) than the position (r min ) where the distance from the centroid (O) of the channel cross section to the channel wall surface is minimum, Separation occurs in the flow on the wall surface, and a reverse flow occurs. Accordingly, the pressure becomes a negative pressure state, and intake from the intake port becomes possible.
本発明の好ましい態様によれば、前記吸気口は、前記図心から前記流路壁面までの距離が最小となる位置から、前記羽根車の回転方向の下流側に位置していることを特徴とする。
本発明によれば、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最小となる位置(rmin)から下流側(羽根車の回転方向の下流側)の壁面付近では、速度勾配は負の値になる。このことから、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最小となる位置(rmin)より下流側では、壁面表面の流れは剥離が発生し、逆流が生じる。したがって、圧力が負圧状態となり、吸気口からの吸気が可能となる。
According to a preferred aspect of the present invention, the intake port is located downstream in the rotational direction of the impeller from a position where the distance from the centroid to the flow path wall surface is minimum. .
According to the present invention, in the vicinity of the wall surface downstream (downstream in the rotational direction of the impeller) from the position (r min ) where the distance from the centroid (O) of the flow channel cross section to the flow channel wall surface is minimum, The slope is negative. Therefore, on the downstream side of the position (r min ) where the distance from the centroid (O) of the flow path cross section to the flow path wall surface is minimum, the flow on the wall surface is separated and a reverse flow is generated. Accordingly, the pressure becomes a negative pressure state, and intake from the intake port becomes possible.
本発明の好ましい態様によれば、前記断面形状は多角形であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記吸気口は、前記多角形の頂点と前記多角形の一辺の中点との間で、前記頂点に近い位置にあることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記多角形は四角形であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記断面形状は楕円形であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記吸気口は、前記楕円形の長軸と楕円との交点の近傍に位置することを特徴とする。
According to a preferred aspect of the present invention, the cross-sectional shape is a polygon.
According to a preferred aspect of the present invention, the air inlet is located near the vertex between the vertex of the polygon and a midpoint of one side of the polygon.
According to a preferred aspect of the present invention, the polygon is a quadrangle.
According to a preferred aspect of the present invention, the cross-sectional shape is an ellipse.
According to a preferred aspect of the present invention, the intake port is located in the vicinity of an intersection of the elliptical long axis and the ellipse.
本発明の好ましい態様によれば、前記吸込管は、上部側から下部側に向かうにつれて円形断面から多角形断面に遷移することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記吸込管は、上部側から下部側に向かうにつれて円形断面から四角形断面に遷移することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記吸込管は、上部側から下部側に向かうにつれて円形断面から楕円形断面に遷移することを特徴とする。
本発明によれば、吸込管の断面形状を円形断面から多角形断面、四角形断面、楕円形断面等の所望の形状に変更していくことにより、吸気口が設けられた位置の吸気管の断面形状を最適なものとすることができる。
According to a preferred aspect of the present invention, the suction pipe transitions from a circular cross section to a polygon cross section from the upper side toward the lower side.
According to a preferred aspect of the present invention, the suction pipe transitions from a circular cross section to a square cross section from the upper side toward the lower side.
According to a preferred aspect of the present invention, the suction pipe transitions from a circular cross section to an elliptic cross section from the upper side toward the lower side.
According to the present invention, by changing the cross-sectional shape of the suction pipe from a circular cross section to a desired shape such as a polygonal cross section, a square cross section, an elliptical cross section, etc., the cross section of the intake pipe at the position where the air inlet is provided The shape can be optimized.
本発明によれば、吸込管の吸気口の近傍においては旋回流れがなく負圧を確保することができるため、吸気口からの吸気を確実に行うことができる。また吸込管の吸込流路には、水の流れの抵抗となる流路壁面から突出するリブ状の部材がないため、良好な吸込性能を維持することができるとともに異物が引っかかることがない。したがって、水位が低下したならばより確実に吸気を行い、水位が低下しても安定的な運転を行うことができ、すなわち先行待機運転に適する立軸ポンプとなる。 According to the present invention, there is no swirling flow in the vicinity of the intake port of the suction pipe, and a negative pressure can be ensured, so that intake from the intake port can be reliably performed. In addition, the suction flow path of the suction pipe has no rib-like member protruding from the flow path wall surface that resists the flow of water, so that good suction performance can be maintained and foreign matter is not caught. Therefore, if the water level is lowered, intake is performed more reliably, and stable operation can be performed even if the water level is lowered, that is, the vertical shaft pump is suitable for the preceding standby operation.
以下、本発明に係る立軸ポンプの実施の形態を図1乃至図7を参照して説明する。
図1は本発明の立軸ポンプの主要部を示す縦断面図である。本発明の立軸ポンプは、先行待機運転に好適な立軸ポンプである。先行待機運転は、多量の雨水の流入が予想される場合、流入が始まる前に予めポンプを始動しておき、雨水の急激な流入に対して遅滞なく排水を行うための運転である。
Hereinafter, an embodiment of a vertical shaft pump according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of a vertical shaft pump according to the present invention. The vertical shaft pump of the present invention is a vertical shaft pump suitable for the preceding standby operation. The pre-standby operation is an operation for starting the pump in advance before the inflow starts and discharging the water without a delay with respect to the rapid inflow of the rain water when inflow of a large amount of rain water is expected.
図1に示すように、本発明の立軸ポンプ1は、雨水などを一次貯留する吸込水槽100を覆う床板101上に据付用フランジ50を介して固定されている。立軸ポンプ1は、吸込水槽100内に垂下するポンプケーシング2と、ポンプケーシング2内に配設された回転軸20に固定された羽根車21とを備えている。
As shown in FIG. 1, the vertical shaft pump 1 of the present invention is fixed via a
ポンプケーシング2は、鉛直方向に上から配列されたL字状の揚水管ケーシング(ケーシング本体)3、ライナケーシング4、および吸込管5が互いにフランジを介して結合されて構成されている。吸込管5の下端は末広がり状に広がって開口する吸込口5sとなっている。揚水管ケーシング3の上端には河川等につながる排水管が接続されている(図示せず)。ライナケーシング4内には羽根車21が収容されている。
The
本実施形態においては、羽根車21はオープン型の羽根車からなるが、クローズ型の羽根車であってもよい。また羽根車21は斜流式羽根車が用いられているが、軸流式羽根車であってもよい。羽根車21の外周側には、羽根車21の外周縁(オープン羽根の先端)と僅かな隙間をもってライナリング22が設けられている。また羽根車21の上方にはガイドベーン23が設けられており、流体の速度エネルギを圧力に変換する作用を行うようになっている。
また羽根車21を支持する回転軸20は、揚水管ケーシング(ケーシング本体)3の中段の第1のラジアル軸受25と、ガイドベーン23の内側の内筒26により支持された第2のラジアル軸受27により支持されている。
In the present embodiment, the
The
揚水管ケーシング(ケーシング本体)3は、回転軸20と平行な垂直方向の管胴部分と、上方で水平方向に曲がった曲管部とを含んで構成され、曲管部を回転軸20が貫通している。そして、回転軸20は、回転軸20を回転駆動する駆動装置としての電動モータ(図示せず)に接続されている。なお、電動モータは、回転軸20に直結されず、例えば歯車列を介して回転軸20に接続され、回転速度を調節できるようにしてもよい。回転軸20が揚水管ケーシング(ケーシング本体)3を貫通する貫通部にはシール28が配設され、貫通部を通しての水の漏洩を防止している。また揚水管ケーシング3の曲管部には、軸受29を保持する軸受ハウジング30が設けられており、回転軸20が揚水管ケーシング3を貫通する貫通部の上方で、軸受29により回転軸20を支持している。これにより、駆動装置に起因する回転軸20の振動を防止するようにしている。
The pumped-pipe casing (casing main body) 3 is configured to include a vertical tube body portion parallel to the
吸込管5には、羽根車21の先端よりも下側の位置であって、最低水位LWLからh≒v2/2gだけ低い位置LLWLにおいて貫通する吸気口6が設けられ、該吸気口6には吸気管40が接続されている。
The
吸気管40の大気開放された端部41は、図1に示すようにU字管により下向きとされており、ゴミ等の異物が入り込まないようになっている。図1では、端部41は、床板101の上方に位置しているが、床板101の下方の吸込水槽100内に位置していてもよい。後述するように水位が最低水位LWLとなり、吸気管40を通じて吸込管5内に空気を吸引するときに、端部41が大気中に露出していればよい。吸気管40は1本でもよいが、複数本、例えば4本ある方が、吸気管40から吸入される空気が吸込管5に均等に流れ易いので、好ましい。
As shown in FIG. 1, the
ここで、立軸ポンプ1の高さ方向の構造と水位の関係を説明する。水位HWLは、吸込水槽100の最高水位である。水位がこれ以上に上昇することはない。その下方に最低水位LWLがある。これは、ポンプ固有の値であり、水位がこれ以下になると何らかの問題が起こりポンプの運転が継続できなくなる水位である。典型的には、それ以下では吸込管5の下端から渦状に空気を吸い込み始め、振動や騒音が発生し運転が継続できなくなる水位である。しかし最低水位LWLは渦状の空気吸込以外の条件で定まる場合もある。
Here, the relationship between the structure of the vertical pump 1 in the height direction and the water level will be described. The water level HWL is the highest water level of the
最低水位LWLの下方には、羽根車21の吸込開始水位SLWLがある。この水位は、羽根車21の先端部分の水位に相当する。低い水位から水位が上昇して、羽根車21が水に接すると、気水攪拌が開始され間もなく水が吐出されるからである。すなわち、羽根車21は、最低水位LWLよりも下方に設置されている。通常、吸込開始水位SLWLより低い位置に、立軸ポンプ1の最低運転水位LLWLがある。最低運転水位LLWLより下方に、吸込管5の下端(開口部)の水位A1がある。
Below the lowest water level LWL is the suction start water level SLWL of the
ここで、吸気口6を最低運転水位LLWLの高さに配置する。最低運転水位LLWLは、最低水位LWLよりh≒v2/2gだけ低い位置である。ここで、vはその位置での水の流速、gは重力加速度である。すなわち、水の流れによりベルヌーイの定理による速度水頭の分だけ圧力が低くなるので、最低水位LWLのときに水頭が上記の速度水頭と等しくなる位置は、圧力がゼロ(大気圧)となる。この位置を、最低運転水位LLWLとする。このようにすると、水位が最低水位LWL以下になると最低運転水位LLWLの位置では負圧となる。よって、最低運転水位LLWLに位置された吸気口6は負圧となり、吸気口6は吸気管40を通じて大気と連通しているために、吸気管40の端部41から吸込管5の内部に空気が吸引される。
Here, the
そして、水位が最低運転水位LLWLまで下がると、吸気管40の端部41から、吸気管40を通じて吸気口6までが大気開放され、吸込管5内の空間が真空破壊し、吸込管5内の水は落下する。すなわち、吸気口6の形成された高さまで水位が低下すると、立軸ポンプ1は揚水しなくなる。
When the water level drops to the lowest operating water level LLWL, the air from the
次に、図1を参照して、立軸ポンプ1の作用について説明する。先ず水位が吸込管5の下端(開口部)の水位A1よりも低い状態で立軸ポンプ1を始動する。例えば川の上流で大雨が降ったとの降雨情報が入った場合等、ある時間の後に水位が急に上昇することが予測される。そのような場合に、水位がA1よりも下の状態で、先行待機運転用の立軸ポンプ1が始動される。先行待機運転の開始である。
Next, the operation of the vertical shaft pump 1 will be described with reference to FIG. First, the vertical pump 1 is started in a state where the water level is lower than the water level A1 at the lower end (opening) of the
雨水の流入により吸込水槽100内の水位が上昇し、吸込ベルの下端水位A1を越える。水位が水位A1を越えても、最低運転水位LLWLを越えても、まだ水は吸い上げられない。羽根車21は空転している。水位がさらに上昇して、吸込開始水位SLWLまで到達したところで、羽根車21は水を吸い込み始める。このときは、吸気管40を通して吸気口6から吸込管5内に空気も吸い込むので、立軸ポンプ1の全水量吐出の運転ではない。すなわち、立軸ポンプ1は気水混合運転をしている。さらに水位が上昇すると徐々に吸込空気量は減少し、代わりに水量が増加する。やがて水位が最低水位LWLまで上昇すると吸込空気量がゼロになり、立軸ポンプ1の全水量を吐出するに至る。すなわち、定常運転に入る。
The water level in the
さらに水位が、最低水位LWLと最高水位HWLの間の水位まで上昇して立軸ポンプ1は定常運転を継続する。その後、立軸ポンプ1の排水により今度は水位が低下し、最低水位LWLを下回ると、吸気管40を通して吸気口6から吸込管5内に空気を吸い込み始める。すなわち、再び気水混合運転が開始される。水位が低下するにつれて吸込空気量が増えて、代わりに水量が減っていく。さらに水位が下がり、最低運転水位LLWLになると、水の吸込みが終わり、羽根車21は空気中で運転される空運転状態になる。すなわち、立軸ポンプ1は全く水を吸い込まないエアロック状態となる。
Furthermore, the water level rises to a water level between the lowest water level LWL and the highest water level HWL, and the vertical shaft pump 1 continues the steady operation. Thereafter, the water level is lowered due to the drainage of the vertical shaft pump 1 and when the water level falls below the minimum water level LWL, the air starts to be sucked into the
このようにして、羽根車21は空気中での空運転状態を続けることになる。降雨が続くときは、そのまま運転を続け、再び水位が上昇してきて、前記のように吸込開始水位SLWLに到達したところで立軸ポンプ1は水を吸い込み始める。このようにして、先行待機運転用の立軸ポンプ1は、吸込水槽100の水位にかかわらず、空運転と全水量の運転との間で運転を継続することができる。空運転と全水量運転との間の移り変わりは、立軸ポンプ1が吸気口6から空気を一緒に吸い込むので滑らかに行われる。
In this way, the
次に、吸込管5および吸込管5に形成された吸気口6の構成について、図2乃至図5を参照して説明する。図2および図3は吸込管5を示す図であり、図2は吸込管5の縦断面図であり、図3は図2のIII矢視図である。図4は図2のIV−IV線断面図であり、図5は図2のV−V線断面図である。
Next, the structure of the
図2乃至図5に示すように、吸込管5は、上部が円形断面を有し、上部から中間部に向かうにつれて円形断面から四角形断面に遷移していき、中間部から下部まで一定の四角形断面を維持し、下部から下端まで四角錐台状に漸次その面積が拡大していく四角形断面になっている。すなわち、図2乃至図5に示すように、吸込管5は、上端のA点からB点までが直径rの円形断面を有し、B点からC点に向かうにつれて円形断面から四角形断面に遷移していき、C点で長辺の長さL1,短辺の長さL2の四角形断面になり、C点からD点までが同一寸法(長辺の長さL1,短辺の長さL2)の四角形断面を有し、D点からE点に向かうにつれて長辺および短辺の長さが次第に長くなっていき、E点で長辺の長さL3と短辺の長さL3の長さが等しくなる正方形断面になっている。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
図2のIV−IV線断面図である図4では、吸込管5が円形断面から四角形断面に遷移していく様子を示している。
図2のV−V線断面図である図5では、長辺の長さL1,短辺の長さL2の四角形断面の状態が示されている。そして、図5に示すように、吸込管5には、上記E点に近接した高さ位置に、4つの吸気口6が形成されている。吸込管5は、C点からD点までが一定面積の四角形断面およびD点からE点までが面積が徐々に拡大していく四角形断面からなる四角ベルマウスを構成している。
4 which is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 2 shows a state where the
In FIG. 5, which is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 2, a state of a rectangular cross section having a long side length L 1 and a short side length L 2 is shown. As shown in FIG. 5, the
次に、四角ベルマウスと吸気口6との関係を更に説明する。図5は吸気口6が設けられた位置における断面を示す。図5に示すように、吸込管5の内周面5aは流路壁面を構成し、内周面5aの内側は四角形の流路断面を構成している。そして、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離をrとすると、この距離rは一定でなく、r1,r2,r3,r4と異なっている。すなわち、流路断面の図心(O)から短辺L2側の流路壁面までの距離r1が最小距離rminとなっていて、流路断面の図心(O)から四角形の頂点までの距離r4が最大距離rmaxとなっている。そして、吸気口6は、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最小(rmin)となる位置よりも、図心(O)から離間した位置(r3)に設けられている。また吸気口6は、四角形の流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最大距離(rmax)となる位置よりも、四角ベルマウス内の流れの上流側にある。
Next, the relationship between the square bell mouth and the
円形ベルマウスの場合には、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離rは、一定である。そのため、ベルマウス壁面上では、流れのすべりがないため、速度成分は0となる。円形ベルマウスの場合、流路断面の図心(O)から距離rが均一なため、速度勾配は常に正となり、圧力分布は正圧となる。したがって、円形ベルマウスの場合には、吸気口からの吸気が困難な場合がある。 In the case of a circular bell mouth, the distance r from the centroid (O) of the channel cross section to the channel wall surface is constant. Therefore, there is no flow slip on the bell mouth wall surface, so the velocity component becomes zero. In the case of a circular bell mouth, since the distance r is uniform from the centroid (O) of the channel cross section, the velocity gradient is always positive and the pressure distribution is positive. Therefore, in the case of a circular bell mouth, it may be difficult to inhale from the intake port.
図6は、図5の部分VIを拡大した模式的拡大図である。図6において、yは方向を表し、uは速度を表す。要項点流量より小さい吐出し量において、吸込管5内の中心部付近では旋回流F1が発生し、遠心力が作用し、圧力が上昇する。四角ベルマウスでは、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離rが均一ではないため、図心(O)から流路壁面までの速度勾配を考えた場合、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最小となる位置(rmin)(図6におけるP点)で、流路壁面上の速度勾配は次式のようになる。
なお、四角形に沿った流れでは角部で渦が発生し、負圧状態が発生し難い。発生しても非常に弱い負圧状態である。したがって四角形の頂点に吸気口6を設けることは適当でない。
FIG. 6 is a schematic enlarged view in which the portion VI in FIG. 5 is enlarged. In FIG. 6, y represents a direction and u represents a velocity. In Guideline point flow rate smaller discharge amount, the swirl flow F 1 is generated in the vicinity of the center portion of the
In the flow along the quadrangle, vortices are generated at the corners, and a negative pressure state is unlikely to occur. Even if it occurs, it is a very weak negative pressure state. Therefore, it is not appropriate to provide the
図7(a)乃至図7(h)は、吸込管の流路断面の変形例を示す模式的な断面図であり、図5に対応した図である。図7(a)乃至図7(h)に示す吸込管は、種々の流路断面形状をしているが、いずれの場合においても、吸込管5の内周面5aは流路壁面を構成し、内周面5aの内側は流路断面を構成し、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離rが一定ではない断面形状を有している。そして、吸気口6は、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最小となる位置(rmin)よりも図心(O)から離間した位置にある。したがって、図7(a)乃至図7(h)に示す吸込管も、図5および図6に示す吸込管と同様の作用効果を奏する。なお、図7(a)乃至図7(h)に示す吸込管が円形断面から楕円や多角形断面に遷移する点も図5および図6に示す吸込管と同様である。
FIG. 7A to FIG. 7H are schematic cross-sectional views showing modifications of the cross-section of the suction pipe and correspond to FIG. The suction pipes shown in FIGS. 7 (a) to 7 (h) have various channel cross-sectional shapes, but in any case, the inner
図7(a)に示す吸込管5は楕円形の流路断面を有しており、吸気口6は楕円と楕円の長軸との交点Pvに近接した位置に設けられている。吸気口6は、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最小となる位置(rmin)よりも図心(O)から離間した位置にあり、この最小となる位置(rmin)よりも流れの下流側(羽根車の回転方向の下流側)にある。なお、楕円に沿った流れは曲率を持った流れとなる。そのため遠心力が作用し、楕円の頂点では、その遠心力が最大となり、圧力が上昇する。したがって楕円の頂点に吸気口6を設けることは適当でない。
図7(b)に示す吸込管5は六角形の流路断面を有しており、吸気口6は六角形の各辺において六角形の頂点Ptに近接した位置に設けられている。
図7(c)に示す吸込管5は八角形の流路断面を有しており、吸気口6は八角形の各辺において頂点Ptに近接した位置に設けられている。
図7(d)に示す吸込管5は台形の流路断面を有しており、吸気口6は台形の各辺において頂点Ptに近接した位置に設けられている。
図7(e)に示す吸込管5は三角形の流路断面を有しており、吸気口6は三角形の各辺において頂点Ptに近接した位置に設けられている。
The
図7(b)、図7(c)、図7(d)、図7(e)に示す吸込管5について説明すると、各吸込管5は多角形の流路断面を有し、各吸気口6は多角形の一辺の中点と頂点との間で頂点に近い位置に設けられている。吸気口6は、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最小となる位置(rmin)よりも図心(O)から離間した位置にあり、この最小となる位置(rmin)よりも流れの下流側(羽根車の回転方向の下流側)にある。なお、多角形に沿った流れでは角部で渦が発生し、負圧状態が発生し難い。発生しても非常に弱い負圧状態である。したがって多角形の頂点に吸気口を設けることは適当でない。
The
図7(f)、図7(g)および図7(h)に示す吸込管5は、図7(a)乃至図7(e)に示す吸気管とは違って楕円形や多角形の概念に入るものではないが、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離rが一定ではない断面形状を有している。
図7(f)に示す吸込管5は、上半分が半楕円形で下半分が四角形の流路断面を有しており、1つの吸気口6は半楕円の長軸と半楕円の交点Pvに近接した位置に設けられ、他の2つの吸気口6は四角形の頂点Ptに近接した位置に設けられている。
図7(g)に示す吸込管5は、4つの山形状の突出部を有したひとで形の流路断面を有しており、吸気口6はひとで形の各突出部の頂点Ptに近接した位置に設けられている。
図7(h)に示す吸込管5は、各頂点に円弧状の丸みをつけた概略三角形状の流路断面を有しており、吸気口6は円弧状の頂点Ptに近接した位置に設けられている。
The
The
The
図7(f)、図7(g)、図7(h)に示す吸込管5においても、吸気口6は、流路断面の図心(O)から流路壁面までの距離が最小となる位置(rmin)よりも図心(O)から離間した位置にあり、この最小となる位置(rmin)よりも流れの下流側(羽根車の回転方向の下流側)にある。
In the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made within the scope of the technical idea described in the claims and the specification and drawings. Is possible.
1 立軸ポンプ
2 ポンプケーシング
3 揚水管ケーシング(ケーシング本体)
4 ライナケーシング
5 吸込管
5a 吸込口
6 吸気口
20 回転軸
21 羽根車
22 ライナリング
23 ガイドベーン
25,27 ラジアル軸受
26 内筒
28 シール
29 軸受
30 軸受ハウジング
40 吸気管
41 端部
50 据付用ハウジング
100 吸込水槽
101 床板
111 吸込水槽
112 羽根車
113 立軸ポンプ
114 吸込管
115 吸気口
116 空気管
116a 他端
117 回転軸
1
4
Claims (10)
前記回転軸の回転により回転し、水を吸い込み上方に流す羽根車と、
前記羽根車の上流側に配置され、前記羽根車に向けて前記水を流す流路を形成する吸込管と、
前記羽根車の上流側の位置で前記吸込管に設けられた吸気口と、
一端が前記吸気口に連通し、他端が大気中に開口した吸気管とを備え、
前記吸込管は、前記吸気口が設けられた位置において、流路断面の図心から流路壁面までの距離が一定でない断面形状を有し、
前記吸気口は、前記図心から前記流路壁面までの距離が最小となる位置よりも前記図心から離間した位置に設けられていることを特徴とする立軸ポンプ。 A rotation axis arranged in a vertical direction and rotating around an axis;
An impeller that rotates by rotation of the rotating shaft, sucks water and flows it upward,
A suction pipe that is arranged on the upstream side of the impeller and forms a flow path for flowing the water toward the impeller;
An intake port provided in the suction pipe at a position upstream of the impeller;
An intake pipe having one end communicating with the intake port and the other end opened to the atmosphere;
The suction pipe has a cross-sectional shape in which the distance from the centroid of the flow path cross section to the flow path wall surface is not constant at the position where the intake port is provided;
The vertical shaft pump, wherein the intake port is provided at a position farther from the centroid than a position where the distance from the centroid to the flow path wall surface is minimum.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007243286A JP2009074416A (en) | 2007-09-20 | 2007-09-20 | Vertical shaft pump |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100997867B1 (en) | 2010-06-21 | 2010-12-01 | 이남민 | A underwater axial pump with head unit for preventing vortex |
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- 2007-09-20 JP JP2007243286A patent/JP2009074416A/en active Pending
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