JP2011007091A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプケーシングと羽根車との摺動部の間隙に流入する揚水対象水がケーシング吸込口部へ逆流することを防止し、ケーシング吸込口部内の流れを安定化する。
【解決手段】ポンプケーシング５３と、ポンプケーシング５３の内部に配置する羽根車５２を備えるポンプにおいて、ポンプケーシング５３と羽根車５２との摺動部の間隙に連通する放出通路１０１をポンプケーシング５３に設け、放出通路１０１の放出口１０１ａがポンプケーシング５３の外側部に開口する。
【選択図】図１

Description

本発明はポンプに関し、ケーシング内の流れを安定化する技術に係るものである。

従来、ポンプには、例えば図１１に示す水中ポンプがある。ここで、水中ポンプ１は羽根車２をポンプケーシング３の所定形状をなす渦室３ａに配置したもので、ポンプケーシング３には下部に設けたケーシング吸込口部４が羽根車２の回転軸心方向に向けて開口しており、渦室３ａに連通するケーシング吐出口部５が側部に開口している。

羽根車２はポンプケーシング３の上部内に設けたモータ６の駆動軸６ａに連結してあり、羽根車２とポンプケーシング３との摺動部にはライナ３ａを設けている。ここではライナ３ａはポンプケーシング３の側に設けているが、羽根車２に設けることも可能であり、羽根車２とポンプケーシング３の双方に設けることも可能であり、ライナ３ａを配置しない構成も可能である。

ケーシング吐出口５は配管７に接続しており、配管７には途中にエア抜き弁８を接続するとともに、逆止弁９を介装している。ケーシング吸込口部４の吸込口４ａは槽体１０の所定深さ位置にある。

この水中ポンプ１はモータ６を駆動することにより駆動軸６ａに連結した羽根車２を回転駆動し、ケーシング吸込口部４の吸込口４ａを通して揚水対象水を吸引し、羽根車２および渦室３ａを通してケーシング吐出口部５の吐出口５ａから配管７に送り出す。水中ポンプ１の稼動により配管７の内部の圧力が上昇して所定圧以上になると逆止弁９が開いて揚水を開始する。揚水中は配管７の中を流動する揚水対象水に含まれる空気をエア抜き弁８により系外へ排気する。

先行技術文献としては特許文献１がある。これは羽根車の回転による遠心力を用いる流体機械において、羽根車の回転により高圧となった流体の一部がライナリングと羽根車との隙間から羽根車入口側に漏洩するので、この流体を方向転換するガイド機構を備えるものであり、羽根車入口側に漏洩する一部の流体をガイド機構により羽根車へ流入する流体の流れ方向と一致させるものである。

特許文献２では、ケーシング内に吸込ボリュートを有する遠心ポンプにおいて、吸込ボリュート側に噴出する流体をせき止めるためのせき止め部材を設けるものであり、せき止め部材はせき止める流体の速度を羽根車入口付近における流体の流速と同等の速度に減速させるとともに、この流体を羽根車入口付近に戻す領域を備えるものである。

特開２００２−３９０９３号公報 特開２００２−２３５６９６号公報

ところで、水中ポンプ１の運転時に羽根車２を回転駆動して揚水対象水を揚水する状態においては、ポンプケーシング３の内部圧力が高いために、揚水対象水の一部が羽根車２とポンプケーシング３との摺動部の間隙を通してケーシング吸込口部４の内部に逆流し、その流れが外乱となってケーシング吸込口部４の内部における揚水対象水の流れを乱す要因となる。

このため、上述した特許文献１では流体を方向転換するガイド機構を備えるが、揚水対象水の一部が羽根車入口側に漏洩することは避けられず、羽根車入口側に漏洩する流体が流れを乱す要因となることを完全に排除することはできない。

特許文献２においても揚水対象水が吸込ボリュート側に噴出することは避けられず、吸込ボリュート側に噴出する流体が流れを乱す要因となることを完全に排除することはできない。

本発明は上記した課題を解決するものであり、ポンプケーシングと羽根車との摺動部の間隙に流入する揚水対象水がケーシング吸込口部へ逆流することを防止し、ケーシング吸込口部内の流れを安定化することができるポンプ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、本発明のポンプは、ポンプケーシングと、ポンプケーシング内に配置する羽根車を備えるポンプにおいて、ポンプケーシングと羽根車との摺動部の間隙に連通する放出通路をポンプケーシングに設け、放出通路の放出口がポンプケーシングの外側部に開口することを特徴とする。

また、本発明のポンプにおいて、ポンプケーシングと羽根車の吸込口側部からなる摺動部の間隙がＬ字型であることを特徴とする。
また、本発明のポンプにおいて、ポンプケーシングは吸込口側フランジに取り付くカバー部を備え、前記カバー部または前記カバー部と前記吸込口側フランジの間に少なくとも１つの放出通路を備えたことを特徴とする。

また、本発明のポンプにおいて、放出通路の流路抵抗より前記放出通路の摺動部側の一端から羽根車の吸込口へ通じる間隙の流路抵抗が大きいことを特徴とする。
また、本発明のポンプにおいて、ポンプの羽根車が回転軸心方向に吸込口を有し、回転軸心まわりの外周側面に吐出口を有するノンクロッグ形であることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、ポンプの運転時に羽根車の回転によりポンプケーシング内で流動する揚水対象水は、一部がポンプケーシングと羽根車との摺動部の間隙を通して放出通路に抜け出し、さらに放出通路を通って放出口から外部へ抜け出す。このため、ケーシング吸込口部に外乱となる流れが流入する可能性が減少し、ケーシング吸込口部における揚水対象水の流れが安定化する。

本発明の実施の形態におけるポンプを示す一部破裁断面図 図１のＡ部拡大図 本発明の他の実施の形態におけるポンプを示す一部破裁断面図 図３のＢ部拡大図 本発明の他の実施の形態におけるポンプを示す一部破裁断面図 図５のＣ部拡大図 本発明の他の実施の形態におけるポンプを示す一部破裁断面図 図７のＤ部拡大図 本発明の他の実施の形態におけるポンプを示す一部破裁断面図 図９のＥ部拡大図 従来のポンプを示す一部破裁断面図

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および図２において、水中ポンプ５１は、揚水対象水として例えば下水等を扱うものであり、羽根車５２がポンプケーシング５３の所定形状をなす渦室５３ａに配置してある。

ポンプケーシング５３の下部にはケーシング吸込口部５４の吸込口５４ａが羽根車５２の回転軸心方向に向けて開口しており、ポンプケーシング５３の側部には渦室５３ａに連通するケーシング吐出口部５５の吐出口５５ａが羽根車５２の回転軸と垂直な方向に向けて開口している。

羽根車５２は回転軸心側から径方向外側へ渦巻き状に延びる１枚の羽根６０を有しており、回転軸心方向における羽根６０の両側にシュラウド６１が形成してある。羽根６０はケーシング吸込口部５４に連通する羽根入口部６２から渦室５３ａに連通する羽根出口部６３に向って内側流路６４を形成している。羽根車５２は羽根入口部６２の吸込口が羽根車５２の回転軸心方向に向けて開口し、羽根出口部６３の吐出口が羽根車５２の回転軸心まわりの外周側面に開口している。

羽根車５２にはポンプケーシング５３の上部内に設けたモータ６５の駆動軸６６が連結してあり、羽根車５２はモータ６５によって回転軸心を中心として回転駆動される。モータ６５に代えて他の駆動手段を採用することも可能である。

ポンプケーシング５３と羽根車５２は、上位のシュラウド６１とそれに対応するポンプケーシング５３の部位５３ｂの間、下位のシュラウド６１とそれに対応するポンプケーシング５３の部位５３ｃの間、羽根車５２の吸込口周囲の吸込口側部５２ａとそれに対応するポンプケーシング５３の部位５３ｄの間のそれぞれにおいて、羽根車５２の回転軸心周りに摺動部を形成しており、摺動部ではポンプケーシング５３と羽根車５２との間隙６７が隘路をなす。

ここでは下側のシュラウド６１とそれに対応するポンプケーシング５３の部位５３ｃの間、および羽根車５２の吸込口側部５２ａとそれに対応するポンプケーシング５３の部位５３ｄの間にまたがって断面形状Ｌ字型のライナリング１００を設けている。

この断面形状Ｌ字型のライナリング１００と羽根車５２の吸込口側部５２ａとの摺動部の間隙６７は羽根車５２の回転軸心を含む断面においてＬ字型をなす。
ポンプケーシング５３には放出通路１０１を設けており、ライナリング１００には放出通路１０１に連通する接続通路１０２を設けている。ライナリング１００の接続通路１０２は一側においてポンプケーシング５３と羽根車５２との摺動部の間隙６７に連通し、他側において放出通路１０１に連通している。放出通路１０１は一側においてライナリング１００の接続通路１０２を通してポンプケーシング５３と羽根車５２との摺動部の間隙６７に連通しており、他側の放出口１０１ａがポンプケーシング５３の外側部に開口している。

本実施の形態においてライナリング１００はポンプケーシング５３の側に設けているが、羽根車５２の側に設けることも可能であり、羽根車５２とポンプケーシング５３の双方に設けることも可能であり、ライナリング１００を配置しない構成も可能である。ライナリング１００はＬ字型に限るものではなく、他の形態については後述する。

しかしながら、ライナリング１００はＬ字型とすることでケーシング吸込口部５４に通じる摺動部６７の流路抵抗が増え、外乱となる流れが摺動部６７を通ってケーシング吸込口部５４へ流入し難くなるので、ライナリング１００はＬ字型がより好ましいものである。

ケーシング吐出口部５５は配管７１に接続しており、配管７１には途中にエア抜き弁７２を接続するとともに、逆止弁７３を介装している。
以下、上記した構成における作用を説明する。はじめに、水中ポンプ５１の基本的な作用を説明する。水中ポンプ５１はモータ６５を駆動することにより駆動軸６６に連結した羽根車５２を回転駆動し、ケーシング吸込口部５４の吸込口５４ａを通して揚水対象水を吸引し、羽根車５２および渦室５３ａを通してケーシング吐出口部５５の吐出口５５ａから配管７１に送り出す。

水中ポンプ５１の稼動により配管７１の内部の圧力が上昇して所定圧以上になると逆止弁７３が開いて揚水を開始する。揚水中は配管７１の中を流動する汚水に含まれる空気はエア抜き弁７２により系外へ排気する。

水中ポンプ５１の運転時に羽根車５２の回転によりポンプケーシング５３の内部で流動する揚水対象水は、ポンプケーシング５３の内部の圧力の上昇に伴って一部がポンプケーシング５３と羽根車５２との摺動部の間隙６７を通してライナリング１００の接続通路１０２から放出通路１０１に抜け出し、さらに放出通路１０１を通って放出口１０１ａから外部へ抜け出す。このため、ケーシング吸込口部５４に外乱となる流れが流入する可能性が減少し、ケーシング吸込口部５４および羽根入口部６２における揚水対象水の流れが安定化する。

放出通路１０１に連通する摺動部の間隙６７は、ポンプケーシング５３と羽根車５２との間で羽根車５２の回転軸心周りに隘路を形成するので、揚水時に摺動部を通して放出通路１０１へ流れ出る揚水対象水は僅かであり、ポンプ性能に大きな影響を与えるものではない。

接続通路１０２及び放出通路１０１の流路抵抗は、摺動部６７の間隙の一部であって一側が接続通路１０２に連通し、他側がケーシング吸込口部５４に通じる間隙の流路抵抗より小さくすることで、換言すると摺動部６７の間隙の一部であって一側が接続通路１０２に連通し、他側がケーシング吸込口部５４に通じる間隙の流路抵抗が接続通路１０２及び放出通路１０１の流路抵抗より大きいことで、外乱となる流れを放出通路１０１からより排出し易くなる。

図３および図４に示すように、ライナリング１００は径方向のラジアル部１００ａと軸方向のスラスト部１００ｂとに分割することも可能であり、この構成ではラジアル部１００ａとスラスト部１００ｂとの間隙が接続通路１０２をなす。

図５および図６に示すように、ライナリング１００は羽根車５２の吸込口側部５２ａに設けることも可能であり、この構成ではライナリング１００に対向するポンプケーシング５３の下端面に放出通路１０１を設けている。

図７および図８に示すように、ライナを設けずにポンプケーシング５３と羽根車５２とで摺動部を構成することも可能であり、この構成ではポンプケーシング５３の下端部、つまり吸込口側フランジにポンプケーシング５３の一部をなすカバー部１０３を設け、カバー部１０３とポンプケーシング５３との間に放出通路１０１を設けている。この放出通路１０１はポンプケーシング５３とカバー部１０３との双方を加工して形成することも可能であり、カバー部１０３のみを加工して形成することも可能である。

このカバー部１０３を従来構造のポンプの吸込口部に取り付けることで、従来構造のポンプを本発明の効果を奏するポンプへ容易に改造することも可能であり、本発明は従来構造のポンプの交換を要することなく実現することができる。

図９および図１０に示すように、ライナを設けずにポンプケーシング５３と羽根車５２とで摺動部を構成する構造において、ポンプケーシング５３に放出通路１０１を設けることも可能であり、放出通路１０１はポンプケーシング５３と羽根車５２との摺動部に直接に連通している。

尚、図１から図９に示す本実施の形態において、放出通路１０１は１つに限るものではなく、複数の放出通路を設けることも可能であり、構造上必要なサポート部を除いてケーシング吸込口部５４の外側面の全周にわたって設けることも可能である。

さらに、放出口１０１ａの形状は円形、スリット状、方形など任意の形状を採用することが可能である。
また、ポンプの使用点が最高効率より小水量側である場合は、吐出圧力が高く、ポンプケーシング５３と羽根車５２との摺動部の間隙６７を通して流れ出る揚水対象水の速度が速くなり、ケーシング吸込口部５４の内部における揚水対象水の流れを大きく乱すことになっていた。このように吐出圧が高いときには、より流れの安定に寄与することができる。

さらに、ノンクロッグ形の羽根車５２、すなわち羽根入口部６２が吸込口として回転軸心方向に向けて開口し、羽根出口部６３が吐出口として回転軸心まわりの外周側面に開口する羽根車５２を備えたポンプは、異物通過性を向上させるために容量の大きなものを低水量側で使用することが多い。そのため、ポンプとしては効率が悪く、吐出圧の高い使用点での運転を余儀なくされる。効率が悪い運転時にケーシング吸込口部に外乱となる流れが流入しないのでポンプ効率の改善に大きな効果が生じる。

５１ 水中ポンプ
５２ 羽根車
５２ａ 吸込口側部
５３ ポンプケーシング
５３ａ 渦室
５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ ポンプケーシングの各部位
５４ ケーシング吸込口部
５４ａ 吸込口
５５ ケーシング吐出口部
５５ａ 吐出口
６０ 羽根
６１ シュラウド
６２ 羽根入口部
６３ 羽根出口部
６４ 内側流路
６５ モータ
６６ 駆動軸
６７ 間隙
７１ 配管
７２ エア抜き弁
７３ 逆止弁
１００ ライナリング
１００ａ ラジアル部
１００ｂ スラスト部
１０１ 放出通路
１０１ａ 放出口
１０２ 接続通路
１０３ カバー部

Claims (5)

1. ポンプケーシングと、ポンプケーシング内に配置する羽根車を備えるポンプにおいて、ポンプケーシングと羽根車との摺動部の間隙に連通する放出通路をポンプケーシングに設け、放出通路の放出口がポンプケーシングの外側部に開口することを特徴とするポンプ。
2. ポンプケーシングと羽根車の吸込口側部からなる摺動部の間隙がＬ字型であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
3. ポンプケーシングは吸込口側フランジに取り付くカバー部を備え、前記カバー部または前記カバー部と前記吸込口側フランジの間に少なくとも１つの放出通路を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
4. 放出通路の流路抵抗より前記放出通路の摺動部側の一端から羽根車の吸込口へ通じる間隙の流路抵抗が大きいことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のポンプ。
5. ポンプの羽根車が回転軸心方向に吸込口を有し、回転軸心まわりの外周側面に吐出口を有するノンクロッグ形であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のポンプ。

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