JP2011137422A - ポンプ用羽根車及びそれを備えた水中ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】空気溜まりを効果的に除去できるポンプ用羽根車及び水中ポンプの提供。
【解決手段】略円筒状に形成された本体部１０の内部に、軸方向から見て渦巻型に形成されて下端面１５の吸込部１３から側面１６の吐出部１４に連通する流路１８を備えるノンクロッグ型のポンプ用羽根車１であって、本体部１０の上端面１１におけるボス１２の外周側には、軸方向に窪んだ第１の窪み２１が形成されており、本体部１０の下端面１５における吸込部１３の外周側には、軸方向に窪んだ第２の窪み２２が形成されており、第１の窪み２１から第２の窪み２２に連通する一又は複数の連通穴２３を設けている。第２の窪み２２側の汚水が連通穴２３を通して第１の窪み２１側に導入されるので、羽根車１の上端面１１や第１の窪み２１内に滞留している空気溜まりを効果的に除去できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、汚水処理用の水中ポンプなどに用いて好適なポンプ用の羽根車に関し、特に、羽根車の裏面側に溜まった空気を効果的に除去できる構造の羽根車、及び該羽根車を備えた水中ポンプに関する。

従来、マンホール内に設置する汚水処理用の水中ポンプがある。このような汚水処理用の水中ポンプは、例えば、特許文献１に示すように、マンポール内の床底面よりやや下がった窪みに吸込管が位置するように設置される。このような水中ポンプでは、マンホール内の水位が十分でない場合、羽根車を収容したポンプ室の内面や羽根車の裏面側（上面側）に空気溜まりができる。この空気溜まりは、ポンプの空運転の原因となる。また、空気溜まりができると、ポンプのメカニカルシール部に取扱液（汚水）が十分に供給されず、潤滑が不十分となるおそれがある。これにより、メカニカルシールの故障の原因となる。これらを防ぐために、従来の水中ポンプは、ポンプ室の天井付近に空気抜き弁を設けている。この空気抜き弁によって、ポンプ室の内面や羽根車の裏面側に滞留した空気溜まりを取り除く作業を行うようになっている。

従来の水中ポンプとして、特許文献１に示すように、羽根車の主板（裏面側を覆う板）が比較的平らな形状を有するボルテックス型のものがある。このような水中ポンプでは、羽根車の主板上に空気溜まりができた場合でも、上記の空気抜き弁でこれを十分に除去することができる。

また、従来の水中ポンプの他の例として、特許文献２に示すようなノンクロッグ型の羽根車を備えた水中ポンプもある。ノンクロッグ型の羽根車は、略円筒状の本体部の内部に軸方向から見て渦巻型に形成された流路を有する一枚翼で構成されている。そして、汚水を加圧中のポンプに異物を詰まらせないための構造として、流路の断面の寸法を略一定に形成することで、羽根車に異物が絡み難くなるようにしている。

特開２００５−２１４０４６号公報 特開２００９−１０３０７８号公報

上記のようなノンクロッグ型の羽根車では、できるだけ軽量化するため、また、一枚翼をできるだけ均等な厚みにするために、本体部の上端や下端に肉抜き用の窪みが形成されている。そのため、羽根車の上下の端面が平面状ではなく、窪みを有する複雑な形状になることがある。これにより、羽根車の下端面側にできた空気溜まりは、窪みの底部などに滞留し易く、空気抜き弁や羽根車の回転に伴う攪拌だけでは十分に除去できないことが危惧される。また、羽根車の上端面側でも、羽根車の上端面と中間ケーシングとで囲まれた空間に空気溜まりができるが、これも空気抜き弁や羽根車の回転に伴う攪拌だけでは十分に除去できないことが危惧される。したがって、このような形状のノンクロッグ型の羽根車には、羽根車の上下の端面側にできた空気溜まりを除去し易くするための構造が必要となる。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、空気溜まりを効果的に除去でき、ポンプの空運転やメカニカルシール部の潤滑不足による故障などの不具合の発生を抑制できるポンプ用羽根車、及び該ポンプ用羽根車を備えた水中ポンプを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、軸方向の一端面（１１）の中心に取付用のボス（１２）が形成された略円筒状の本体部（１０）と、本体部（１０）の軸方向の他端面（１５）に設けた吸込部（１３）と、本体部（１０）の側面（１６）に開口する吐出部（１４）と、本体部（１０）の内部で軸方向から見て渦巻型に形成されて吸込部（１３）から吐出部（１４）に連通する流路（１８）と、を備えるノンクロッグ型のポンプ用羽根車（１）であって、本体部（１０）の一端面（１１）におけるボス（１２）の外周側には、軸方向に窪んだ第１の窪み（２１）が形成されており、第１の窪み（２１）から、本体部（１０）の他端面（１５）における吸込部（１３）の外周側に連通する少なくとも１つの連通穴（２３）を設けたことを特徴とする。さらに、この場合、本体部（１０）の他端面（１５）における吸込部（１３）の外周側には、軸方向に窪んだ第２の窪み（２２）が形成されており、上記の連通穴（２３）は、第１の窪み（２１）から第２の窪み（２２）に連通していてよい。

本発明にかかるポンプ用羽根車によれば、略円筒状の本体部の一端面におけるボスの外周側に設けた第１の窪みから、他端面における吸込部の外周側に連通する連通穴を設けたことで、この羽根車を収容したポンプケーシング内で、吸込部の周囲の取扱液が、連通穴を通して裏面側の第１の窪みに導入されるようになる。これにより、第１の窪みの内部やその周辺に滞留している空気溜まりを効果的に除去できる。したがって、複雑な端面形状を有するノンクロッグ型の羽根車において、端面の空気溜まりに起因するポンプの空運転やメカニカルシール部の潤滑不足による故障などの不具合の発生を抑制できる。

また、本発明によれば、上記の連通穴を設けたことにより、ポンプケーシング内に設置した羽根車の一端面（裏面）側の圧力は、羽根車の他端面（表面）側の圧力とほぼ同圧になる。これにより、羽根車側面の吐出部側からポンプケーシングとの隙間を通って表面の吸込部側に流れ込む取扱液の逆流量を従来よりも少なく抑えることができる。したがって、取扱液に含まれる異物が逆流で羽根車の吸込部側の端面に回り込むことを抑制できる。これにより、羽根車の吸込側の端部とポンプケーシングとの隙間に異物が巻き込まれることを抑制でき、ポンプに故障が発生する確率を少なくできる。

なお、本発明の連通穴は、羽根車内の流路を避けた位置で、軸方向の一端面から他端面に連通するように設けたものであり、通常のポンプ用羽根車において、背面圧（羽根車の裏面側の圧）と表面圧（流路面の圧）との圧力差を軽減するために、羽根車の裏面側から流路に開通している貫通穴とは異なる目的で設けられるものである。

また、上記の連通穴（２３）は、複数を設けることが望ましい。これによれば、連通穴を通して第１の窪み側に取扱液をより効果的に導入することができ、空気溜まりを除去する効果を高めることができる。

また、本発明にかかるポンプ用羽根車では、連通穴（２３ｂ）は、第１の窪み（２１）の底部（２１ａ）から第２の窪み（２２）の底部（２２ａ）に連通しており、第１の窪み（２１）の底部（２１ａ）と第２の窪み（２２）の底部（２２ａ）との間の肉厚が最も薄い箇所に設けられているとよい。これによれば、連通路を容易に設けることができる。

また、本発明にかかる水中ポンプは、上記構成のポンプ用羽根車（１）と、ポンプ用羽根車（１）を収容するポンプケーシング（３２）と、ポンプ用羽根車（１）を駆動するモータ（５２）とを備えたことを特徴とする。本発明にかかる水中ポンプによれば、上記構成のポンプ用羽根車が有する効果によって、空気溜まりに起因するポンプの空運転やメカニカルシール部の潤滑不足による故障などの不具合の発生を抑制できる。また、羽根車とポンプケーシングとの隙間に異物が巻き込まれることを抑制でき、水中ポンプに故障が発生する確率を少なくできる。
なお、上記の括弧内の符号は、後述する実施形態における対応する構成要素の符号を本発明の一例として示したものである。

本発明にかかるポンプ用羽根車、及び該ポンプ用羽根車を備えた水中ポンプによれば、羽根車の裏面側にできる空気溜まりを効果的に除去でき、ポンプの空運転やメカニカルシール部の潤滑不足による故障などの不具合の発生を抑制できる。

本発明の一実施形態にかかるポンプ用の羽根車を示す図で、（ａ）は、上面側（裏面側）から見た斜視図、（ｂ）は、下面側（表面側）から見た斜視図である。 羽根車の内部形状を示す図で、軸方向に直交する面（図３（ａ）のＥ−Ｅ矢視断面）の断面図である。 羽根車の内部形状を示す図で、（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ、図２のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄ矢視断面を示す図である。 本発明の一実施形態にかかるポンプ用羽根車を備えた水中ポンプの構成例を示す断面図である。 水中ポンプ内の汚水の流れを説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の一実施形態にかかるポンプ用の羽根車の構成例を示す図で、図１（ａ）は、羽根車を軸方向の上面側（翼面の裏面側）から見た斜視図、同図（ｂ）は、下面側（翼面の表面側）から見た斜視図である。また、図２及び図３は、羽根車の内部形状を示す図で、図２は、軸方向に直交する面（図３（ａ）のＥ−Ｅ矢視断面）の断面図であり、図３（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ、図２のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄ矢視断面を示す図である。

各図に示すように、本実施形態の羽根車１は、径寸法が略一定の流路を有するノンクロッグ型の羽根車であって、略円筒状の本体部１０を備え、該本体部１０における軸方向の上端面（裏面）１１の中心には、円柱状の突起からなるボス１２が形成されている。ボス１２は、後述する水中ポンプ３０の駆動軸５５（図４参照）に取り付けられる。また、本体部１０における軸方向の下端面（表面側の端面）１５には、吸込部１３が設けられており、本体部１０の側面１６には、吐出部１４が設けられている。吸込部１３は、下端面１５の中央に形成された円筒状に突出する筒状部１３ａの内側に設けた略円形の開口からなる。吐出部１４は、本体部１０の側面１６に設けた断面が略半円弧状の凹部として形成されており、本体部１０の側面１６の周方向に沿って、ほぼ全周に渡っている。本体部１０の内部には、吸込部１３から吐出部１４に連通する流路１８が設けられている。流路１８は、軸方向から見て渦巻型であって、吸込部１３から吐出部１４に向かって中心軸からの距離が大きくなるように軸方向にのびる螺旋型に形成されている。流路１８は、内部に異物が絡み難くなるように、その断面が径寸法略一定の略円形に形成されている。

本体部１０の上端面１１におけるボス１２の外周側には、軸方向に窪んだ第１の窪み２１が形成されている。第１の窪み２１は、ボス１２の周囲に形成した略円弧状の凹部であり、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、流路１８との間の本体部１０の肉厚がほぼ均等になるように、流路１８を避けた位置に窪んでいる。この第１の窪み２１は、最も深い位置の底部２１ａが軸方向の中央付近に達している。一方、本体部１０の下端面１５における吸込部１３の外周側には、軸方向に窪んだ第２の窪み２２が形成されている。第２の窪み２２は、吸込部１３の周囲に形成した環状の凹部であり、第１の窪み２１と同様、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、流路１８との間の本体部１０の肉厚がほぼ均等になるように、流路１８を避けた位置に窪んでいる。第２の窪み２２は、最も深い位置の底部２２ａが軸方向の中央付近に達している。また、第１の窪み２１の底部２１ａの最も深い位置は、吐出部１４の上縁よりも下側まで窪んでおり、第２の窪み２２の底部２２ａの最も深い位置は、吐出部１４の下縁よりも上側まで窪んでいる。なお、本体部１０の上端面１１の一部には、肉厚部２５が設けられている。肉厚部２５は、中心軸に対して非対称な形状を有する羽根車１の回転バランスを取るためのウェイトで、ボス１２の外周側の一部分に設けられている。

そして、第１の窪み２１と第２の窪み２２とを連通する連通穴２３が設けられている。連通穴２３は、第１の窪み２１の底部２１ａから第２の窪み２２の底部２２ａに貫通する小径の円形穴である。本実施形態では、連通穴２３は、第１の窪み２１内の複数箇所に設けられている。図２及び図３に示す例では、連通穴２３は、羽根車１の中心の両側に１個ずつ形成されている。各連通穴２３は、図３（ｃ）に示す連通穴２３ａのように、第１の窪み２１の底部２１ａから軸方向に延びて第２の窪み２２の底部２２ａに連通していてもよいし、連通穴２３ｂのように、第１の窪み２１の底部２１ａから軸方向に対して若干傾斜した方向に延びて第２の窪み２２の底部２２ａに連通していてもよい。

連通穴２３は、第１の窪み２１から第２の窪み２２に連通していれば、その具体的な配置は限定されないが、図３（ｃ）に示す連通穴２３ａのように、第１の窪み２１の底部２１ａと第２の窪み２２の底部２２ａとの間の肉厚が最も薄い箇所に設けるとよい。これによれば、連通穴２３の形成が容易に行える。また、連通穴２３の具体的な数や形状は、本実施形態に示すものには限定されず、他の数や形状であってもよい。

図４は、上記構成の羽根車１を備えた水中ポンプ３０の構成例を示す断面図である。水中ポンプ３０は、ポンプ部３１とモータ部５１とを備えている。ポンプ部３１は、羽根車１と、羽根車１を覆うポンプケーシング３２とで構成されており、モータ部５１は、羽根車１を回転させる密閉型のモータ（水中モータ）５２と、モータ５２を覆うモータケーシング５３とで構成されている。モータ５２は、ステータおよびロータ（いずれも図示せず）からなり、ロータの中心部分には、上下方向に延びる駆動軸５５が設置されている。駆動軸５５は、軸受５４によって回転自在に支持されている。駆動軸５５の下端には、ポンプケーシング３２内の羽根車１が固定されており、モータ５２の回転駆動力が羽根車１に伝達されるようになっている。

ポンプケーシング３２は、吸込口３２ａと吐出口３２ｂとを有し、モータ部５１の下端に設置した中間ケーシング５６に対してボルト５７で固定されている。ポンプケーシング３２の吸込口３２ａには、下方に延びる吸込管３３が接続されており、吐出口３２ｂには、横向きに開口する吐出管（図示せず）が接続されている。また、吐出口３２ｂの上部には、空気抜き弁３７が設置されている。ポンプケーシング３２の内部には、側壁３２ｃで外周側を囲まれたポンプ室３５が形成されている。ポンプ室３５には、羽根車１が設置されている。羽根車１は、図１乃至図３に示す構造のもので、ボス１２が駆動軸５５の下端にボルト３６で固定されている。また、羽根車１の吸込部１３の外周縁（筒状部１３ａの下端外周）は、ポンプケーシング３２の吸込口３２ａの内周に取り付けたライナリング３８の内周縁に対して、微小な隙間Ｙを有して対向している。

また、羽根車１の側面１６における吐出部１４の下側と、ポンプケーシング３２の内周面との間には、僅かな寸法の隙間Ｘが設けられている。吐出口３２ｂ側の汚水は、若干量がこの隙間Ｘを通って、本体部１０の下端面１５側における第２の窪み２２や隙間Ｙの周辺に逆流する。なお、隙間Ｘの寸法は、隙間Ｙの寸法よりも僅かに大きい。一方、羽根車１の側面１６における吐出部１４の上側も、ポンプケーシング３２の内周面に対して若干の隙間を有している。したがって、吐出口３２ｂ側の汚水は、若干量がこの隙間を通って本体部１０の上端面１１側や第１の窪み２１に流入するようになっている。

また、ポンプ部３１とモータ５１部との間には、メカニカルシール部５８が設けられている。メカニカルシール部５８は、ポンプ部３１とモータ部５１との隙間の駆動軸５５を軸封している。これにより、ポンプ部３１の圧力水がモータ部５１側へ漏洩しないようになっている。また、メカニカルシール部５８の外周側には、油室５９が設けられている。油室５９には、メカニカルシール部５８の潤滑と冷却を行うための油が封入されている。

図５は、水中ポンプ３０内の汚水の流れを説明するための図で、ポンプ部３１の部分拡大断面図である。上記構成の水中ポンプ３０では、モータ５２によって駆動された駆動軸５５が回転すると、ポンプケーシング３２内の羽根車１が回転する。羽根車１の回転により、吸込管３３を通してポンプケーシング３２の吸込口３２ａから汚水が吸い込まれる。ポンプケーシング３２内に吸い込まれた汚水は、回転する羽根車１の遠心力で、吸込部１３から羽根車１の流路１８を通って吐出部１４に達する。吐出部１４に達した汚水は、ポンプケーシング３２の吐出口３２ｂから吐出される。

そして、本実施形態の水中ポンプ３０の羽根車１は、本体部１０の上端面１１におけるボス１２の外周側に設けた第１の窪み２１と、下端面１５における吸込部１３の外周側に設けた第２の窪み２２とを連通する連通穴２３を設けている。これにより、羽根車１を収容したポンプケーシング３２内で、羽根車１の表面側の第２の窪み２２内の汚水が、連通穴２３を通して裏面側の第１の窪み２１に導入されるようになる。したがって、第１の窪み２１の内部や羽根車１の裏面側に滞留している空気溜まりを効果的に除去することができる。よって、複雑な端面形状を有するノンクロッグ型の羽根車１を備えた水中ポンプ３０において、空気溜まりに起因するポンプの空運転やメカニカルシール部の潤滑不足による故障などの不具合の発生を抑制できる。

連通穴２３は、少なくとも１つ設けていればよいが、複数設けるとよい。連通穴２３を複数設けていれば、各連通穴２３を通して第１の窪み２１に汚水をより効果的に導入することができ、空気溜まりを除去する効果を高めることができる。また、図３（ｃ）に示す連通穴２３ｂのように、軸方向に対して傾斜していれば、羽根車1の回転で連通穴２３から導出される汚水が斜め方向に吐出される。これにより、第１の窪み２１内に汚水を拡散させて導出できる。したがって、第１の窪み２１内の空気溜まりをより効果的に除去できるようになる。

また、羽根車１に連通穴２３を設けたことにより、空気溜まりを除去する効果に加えて、隙間Ｙへの異物の巻き込みを抑制する効果がある。すなわち、図５に示す吸込口３２ａ側の圧力Ｐ１と吐出口３２ｂ側の圧力Ｐ２との関係は、Ｐ１＜Ｐ２となる。これにより、隙間Ｘでは、圧力の高い吐出口３２ｂ側から圧力の低い吸込口３２ａ側への逆流が生じる。隙間Ｘは、僅かな寸法である。しかしながら、微小な異物や薄い異物、例えば、極薄いゴム製品などが逆流に乗って隙間Ｘから第２の窪み２２側へ流出する。この逆流に含まれる微小な異物が、羽根車１とポンプケーシング３２との隙間Ｙに巻き込まれると、水中ポンプ３０の故障の原因となる。

これに対して、本実施形態の羽根車１を備えた水中ポンプ３０では、羽根車１に連通穴２３を設けていることで、羽根車１の下端面１５側及び第２の窪み２２内の圧力Ｐ１は、羽根車１の上端面１１側及び第１の窪み２１内の圧力Ｐ１’とほぼ同圧となる。このときの圧力の関係は、Ｐ１＜Ｐ１’＜Ｐ２であり、連通穴２３が無い場合と比べて、隙間Ｘの両側の圧力Ｐ１，Ｐ２の差が小さくなる。したがって、隙間Ｘからの逆流量が少なくなり、異物の逆流による隙間Ｙへの異物の巻き込みが発生するおそれが少なくなる。これにより、水中ポンプ３０に故障などの不具合が発生するおそれが低減する。

つまり、連通穴２３を設けたことにより、吐出口３２ｂ側からポンプケーシング３２との隙間Ｘを通って羽根車１の下端側に流れ込む汚水の逆流量を従来よりも少なく抑えることができる。したがって、汚水に含まれる異物が当該逆流に乗って羽根車１の下端側に回り込むことを抑制できるので、隙間Ｙに異物が巻き込まれることを抑制できる。

なお、本実施形態の羽根車１に設けた連通穴２３は、羽根車１の本体部１０における流路１８を避けた位置で上端面１１から下端面１５に連通するように設けたものであり、通常のポンプ用羽根車において、背面圧（羽根車の裏面側の圧）と表面圧（流路面の圧）との圧力差を軽減するために設ける羽根車の裏面側から流路に開通する貫通穴とは異なる目的のものである。

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、特許請求の範囲、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。例えば、上記実施形態では、羽根車１の下端面１５に第２の窪み２２を有しており、連通穴２３は、第１の窪み２１から第２の窪み２２に連通している場合を説明したが、第２の窪み２２は、無くてもよい。その場合、連通穴２３は、第１の窪み２１から本体部１０の下端面１５に連通させるようにする。また、第２の窪み２２を設けている場合でも、第２の窪み２２が下端面１５の一部のみに形成されている場合は、連通穴２３は、下端面１５における第２の窪み２２以外の部分に連通させることも可能である。

１ 羽根車
１０ 本体部
１１ 上端面（一方の端面）
１２ ボス
１３ 吸込部
１４ 吐出部
１５ 下端面（他方の端面）
１６ 側面
１８ 流路
２１ 第１の窪み
２１ａ 底部
２２ 第２の窪み
２２ａ 底部
２３（２３ａ，２３ｂ） 連通穴
３０ 水中ポンプ
３１ ポンプ部
３２ ポンプケーシング
３２ａ 吸込口
３２ｂ 吐出口
３５ ポンプ室
５１ モータ部
５２ モータ
５３ モータケーシング
５５ 駆動軸
５８ メカニカルシール部
Ｘ 隙間
Ｙ 隙間

Claims (5)

1. 軸方向の一端面の中心に取付用のボスが形成された略円筒状の本体部と、
   前記本体部の軸方向の他端面に設けた吸込部と、
   前記本体部の側面に開口する吐出部と、
   前記本体部の内部で軸方向から見て渦巻型に形成されて前記吸込部から前記吐出部に連通する流路と、を備えるノンクロッグ型のポンプ用羽根車であって、
   前記本体部の前記一端面における前記ボスの外周側には、軸方向に窪んだ第１の窪みが形成されており、
   前記第１の窪みから、前記本体部の前記他端面における前記吸込部の外周側に連通する少なくとも１つの連通穴を設けたことを特徴とするポンプ用羽根車。
2. 前記本体部の前記他端面における前記吸込部の外周側には、軸方向に窪んだ第２の窪みが形成されており、
   前記連通穴は、前記第１の窪みから前記第２の窪みに連通していることを特徴とする請求項１に記載のポンプ用羽根車。
3. 前記連通穴を複数備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ用羽根車。
4. 前記連通穴は、前記第１の窪みの底部から前記第２の窪みの底部に連通しており、前記第１の窪みの底部と前記第２の窪みの底部と間の肉厚が最も薄い箇所に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のポンプ用羽根車。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のポンプ用羽根車と、前記ポンプ用羽根車を収容するポンプケーシングと、前記ポンプ羽根車を駆動するモータと、を備えたことを特徴とする水中ポンプ。

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