JP2017096201A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】落水検知器に付着する不純物を除去し、ポンプ内に液体が存在するか否かを正確に検知することができるポンプを提供する。【解決手段】本発明によれば、ポンプが提供される。このポンプは、回転軸と、前記回転軸に設けられ、複数の羽根を備えた羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングと、前記羽根車により移送される液体の圧力を検知する圧力式センサと、を有する。前記圧力式センサは、摺動部に設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプに関し、特に、落水検知器を備えたポンプに関する。

海水や河川水などの液体を移送するポンプにおいては、羽根車を吸込水槽内の液面よりも高い位置に配置するタイプのものがある。このようなポンプを起動する場合には、真空ポンプによってポンプケーシング内に負圧を形成して、ポンプケーシング内の水位を上昇させ、羽根車を液中に没した後に羽根車を回転させる（例えば、特許文献１参照）。

一方、ポンプを停止する場合には、羽根車の回転を停止させた後に、ポンプケーシングに空気を導入してポンプから液体を排出させる（以下、これを落水という）。具体的には、斜流ポンプの場合は、まず吐出弁を閉じて液体の吐出側からの逆流を防ぎ、その後羽根車の回転を停止させ、次いでポンプから液体を排出（落水）させる。軸流ポンプの場合は、まず羽根車の回転を停止させ、その後吐出弁を閉じ、次いでポンプから液体を排出（落水）させる。

定常運転時においても、シールの不良などの原因により落水が発生することがある。定常運転時に落水が起こると、液体の移送ができなくなるだけでなく、羽根車が空転し、軸受などが損傷する恐れがある。そこで、落水を検知するために、吸込管に音叉式又は電極式のセンサ（落水検知器）を設け、定常運転時に落水検知器によって落水を検知することが知られている。

特開２０１２−１２７３６０号公報

上述した落水検知器は、液体に直接接触することで液面位置を検知する。このため、液体が汚水である場合には、汚水に含まれる汚泥等の不純物が落水検知器に付着して、落水検知器が誤検知する虞がある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、落水検知器に付着する不純物を除去しつつ、ポンプ内に液体が存在するか否かを正確に検知することができるポンプを提供することである。

本発明の一形態によれば、ポンプが提供される。このポンプは、回転軸と、前記回転軸に設けられ、複数の羽根を備えた羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングと、前記羽根車により移送される液体の圧力を検知する圧力式センサと、を有する。前記圧力式センサは、摺動部に設けられる。

ポンプの摺動部とは、ポンプの回転部と非常に狭いクリアランスを介して対向しているポンプの固定部をいう。ポンプは、回転部と固定部とが互いに接触しないように設計され、例えば、このクリアランスの大きさは約１ｍｍ〜２ｍｍ以下となるようにポンプが設計される。このため、摺動部に堆積する不純物は、回転する回転部によって除去され、摺動部に堆積する不純物の量が非常に少ない。したがって、この一形態によれば、圧力式セン
サが摺動部に設けられるので、圧力式センサに堆積する不純物の量を低減することができ、不純物の堆積による圧力式センサの誤検知を防止することができる。

上記ポンプの一形態において、前記ポンプは横軸斜流ポンプであり、前記摺動部は、前記ケーシングの前記羽根車の前記羽根と対向する位置である。

この一形態によれば、回転する羽根によってケーシングに堆積する不純物が除去される。圧力式センサはケーシングの羽根車の羽根と対向する位置に設けられるので、圧力式センサに堆積する不純物の量が低減され、不純物の堆積による圧力式センサの誤検知を防止することができる。

上記ポンプの一形態において、前記ポンプは、両吸込遠心ポンプであり、前記ポンプケーシングは、前記羽根車の入口部と対向する位置にライナリングを有し、前記摺動部は、前記ライナリングの前記羽根車の入口部と対向する位置である。

この一形態によれば、回転する羽根車の入口部によってライナリングに堆積する不純物が除去される。圧力式センサはライナリングの羽根車の入口部と対向する位置に設けられるので、圧力式センサに堆積する不純物の量が低減され、不純物の堆積による圧力式センサの誤検知を防止することができる。

本発明によれば、落水検知器に付着する不純物を除去しつつ、ポンプ内に液体が存在するか否かを正確に検知することができるポンプを提供することができる。

第１実施形態に係る横軸斜流ポンプを示す側断面図である。 図１に示した矩形枠で囲まれた部分の拡大図である。 第２実施形態に係る両吸込遠心ポンプを示す断面図である。 図３に示した丸枠で囲まれた部分の拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、以下で説明する実施形態では、本発明のポンプの一例として横軸斜流ポンプ及び両吸込遠心ポンプが説明されるが、本発明は摺動部を有する他のポンプにも適用することができる。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る横軸斜流ポンプを示す側断面図である。図示のように、横軸斜流ポンプ１０は、湾曲した管路を有する吸込ケーシング１２と、吸込ケーシング１２の下流側にフランジ接続される管状の吐出ケーシング１４（ケーシングの一例に相当する）とを有する。また、横軸斜流ポンプ１０は、略水平方向に延在する回転軸１１を有する。回転軸１１は、吸込ケーシング１２を貫通し、吐出ケーシング１４の内部まで延在する。回転軸１１と吸込ケーシング１２との隙間は、軸封部１３により液密に封止される。

回転軸１１の先端側は、吐出ケーシング１４内に配置される水中軸受装置２１によって回転可能に支持される。水中軸受装置２１は、複数の案内羽根１８を介して吐出ケーシング１４に固定された内部ケーシング２２内に、図示しないリブ等によって固定される。

回転軸１１には、羽根車１７がキー１５によって固定される。これにより、回転軸１１
の回転に伴って羽根車１７が回転する。羽根車１７と内部ケーシング２２により、水中軸受装置２１を収容する空間である水中軸受室１９が形成される。羽根車１７は、複数の羽根１７ａを備え、羽根車１７及び羽根１７ａが回転することにより、処理液を昇圧し、吸込ケーシング１２から吐出ケーシング１４に向かって移送することができる。

回転軸１１の後端側は、回転軸１１を回転させるためのエンジンやモータ等の原動機の軸継手２４に接続される。また、軸継手２４と軸封部１３との間には、吸込ケーシング１２の外部において回転軸１１を回転可能に支持する外部軸受２３が設けられる。

次に、横軸斜流ポンプ１０の摺動部について説明する。図２は、図１に示した矩形枠Ｓ１で囲まれた部分の拡大図である。上述したように、従来の音叉式又は電極式の落水検知器では、落水検知器に処理液に含まれる不純物が付着すると誤検知が発生する虞があった。そこで、第１実施形態及び後述する第２実施形態では、落水検知器として圧力式センサを採用し、圧力式センサをポンプの摺動部に配置する。ここで、本明細書において、ポンプの摺動部とは、ポンプの回転部と非常に狭いクリアランスを介して対向しているポンプの固定部をいう。ポンプは、回転部と固定部とは互いに接触しないように設計され、例えば、このクリアランスの大きさは約１ｍｍ〜２ｍｍ以下となるようにポンプが設計される。このため、摺動部に堆積する不純物は回転する回転部によって除去され、摺動部に堆積する不純物の量が非常に少ない。したがって、摺動部に設けられた圧力式センサに不純物が堆積することを抑制することができる。また、落水検知器として圧力式センサを採用しているので、多少の不純物が付着しても、ポンプ内に水があるか否かを検知することができる。圧力式センサとしては、例えば、歪ゲージ抵抗式、半導体ピエゾ抵抗式、静電容量式、及びシリコンレゾナント式の圧力式センサ等を使用することができる。

図２に示すように、吐出ケーシング１４は、羽根車１７の羽根１７ａと対向する位置に摺動部１４ｂを有する。摺動部１４ｂは、羽根１７ａと非常に狭いクリアランスを有して対向する吐出ケーシング１４の一部であり、このクリアランスの大きさは約１ｍｍ〜２ｍｍ以下になるように横軸斜流ポンプ１０が設計される。摺動部１４ｂには、圧力式センサ８０が収容される収容部１４ａが設けられる。圧力式センサ８０は、そのプローブ部分が吐出ケーシング１４の内部に露出されるように、収容部１４ａ内に収容される。圧力式センサ８０のプローブ部分は、圧力式センサ８０と羽根１７ａとが接触しないように、図２に示すように摺動部１４ｂの表面に近接して設けられる。具体的には、圧力式センサ８０のプローブ部分は、圧力式センサ８０が水圧を検知することができる範囲で図２に示すように摺動部１４ｂの表面よりも外側に位置してもよいし、摺動部１４ｂの表面と略同一面上に位置してもよい。

圧力式センサ８０には、通信線８１が接続される。圧力式センサ８０が検知した圧力データは、通信線８１を介して横軸斜流ポンプ１０の図示しない制御部へ送信される。図示しない制御部は、圧力式センサ８０から受信した圧力データに基づいて、横軸斜流ポンプ１０内に水が存在するか否かを判定することができる。圧力式センサ８０は、摺動部１４ｂに複数設けてもよい。

横軸斜流ポンプ１０を運転すると、処理液に含まれる不純物が、図１に示す吸込ケーシング１２及び吐出ケーシング１４の内面に付着し、堆積する。一方で、吐出ケーシング１４の摺動部１４ｂでは、回転体である羽根車１７の羽根１７ａが回転することにより、羽根１７ａが摺動部１４ｂに付着する不純物を除去する。このため、摺動部１４ｂに堆積する不純物の厚さは、摺動部１４ｂと羽根１７ａとのクリアランスの大きさ以下に低減される。したがって、摺動部１４ｂに設けられた圧力式センサ８０に付着する不純物の量が著しく低減される。圧力式センサ８０に少量の不純物が付着しても、横軸斜流ポンプ１０内に処理液が存在しない状態と処理液が存在する状態との間の、液体（処理液）と気体（空
気）との密度差に起因する圧力差を圧力式センサ８０が検知することには影響がない。このため、第１実施形態の横軸斜流ポンプ１０は、不純物の付着による圧力式センサ８０の誤検知を防止することができ、処理液の有無を正確に検知することができる。また、羽根車１７の回転により摺動部１４ｂ及び圧力式センサ８０に付着する不純物が除去されるので、不純物を除去するためのメンテナンス等が不要になる。

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態に係る両吸込遠心ポンプを示す断面図である。図示のように両吸込遠心ポンプ３０は、羽根車３２と、この羽根車３２が固定される回転軸３１とを有する。回転軸３１は水平に延びる。回転軸３１の一端は図示しない電動機などの駆動機に連結されており、この駆動機によって回転軸３１および羽根車３２が回転される。図示の例では、駆動機は、図の右側に配置され、回転軸３１の右端部が回転軸３１に結合している。また、回転軸３１は、その両端部近傍に設けられた軸受装置３９，３９に回転自在に支持される。

羽根車３２は、ポンプケーシング３５（ケーシングの一例に相当する）の内部に配置される。ポンプケーシング３５は、その内部に羽根車３２により吐出された流体を受ける吐出室３５ａを有する。吐出室３５ａは、渦巻き形状を有する渦巻き室である。吐出室３５ａの軸方向の両側には、隔壁３５ｂをはさんで吸込室３３が配置されている。羽根車３２の吐出口は吐出室３５ａの内部に配置され、吸込口は軸方向に開口し、隔壁３５ｂを貫通して吸込室３３と連通している。回転軸３１の回転とともに羽根車３２が回転すると、吸込室３３から不純物を含む処理液が吸い込まれ、羽根車３２の作用により処理液の圧力が上昇し、処理液がポンプの吐出口３４から吐き出される。

回転軸３１はポンプケーシング３５を貫通して延びている。回転軸３１とポンプケーシング３５との間の隙間は、軸封装置３８，３８（たとえば、メカニカルシールなど）によって、ポンプケーシング３５内部の水がケーシング外部に漏れないようにシールされている。

羽根車３２は、その両側から処理液を吸い込む両吸込構造を有している。両吸込遠心ポンプ３０の運転中、羽根車３２の作用によって昇圧された処理液によって吐出室３５ａの圧力が、吸込室３３内の圧力よりも高くなる。このとき、吐出室３５ａ内の処理液が、羽根車入口部４１とポンプケーシング３５との隙間を通じて、吸込室３３へ逆流する流れが生じる。このため、ポンプケーシング３５の羽根車入口部４１に対向する部分には、羽根車３２により加圧された処理液が吐出室３５ａから吸込室３３に逆流することを抑制するための、ライナリング４０がそれぞれ取り付けられている。ライナリング４０によって処理液の逆流が抑制されるが、少量の処理液がライナリング４０と羽根車入口部４１との間を通過する。

次に、両吸込遠心ポンプ３０の摺動部について説明する。図４は、図３に示した丸枠Ｃ１で囲まれた部分の拡大図である。図３に示すように、ポンプケーシング３５は、羽根車３２の羽根車入口部４１に対向する部分に、摺動部としてのライナリング４０を有する。ライナリング４０は、羽根車入口部４１と非常に狭いクリアランスを有して対向しており、このクリアランスの大きさは約１ｍｍ〜２ｍｍ以下になるように両吸込遠心ポンプ３０が設計される。ライナリング４０には、圧力式センサ８０が収容される収容部４０ａが設けられる。圧力式センサ８０は、そのプローブ部分がポンプケーシング３５の内部に露出されるように、収容部４０ａ内に収容される。圧力式センサ８０のプローブ部分は、圧力式センサ８０と羽根車入口部４１とが接触しないように、図４に示すようにライナリング４０の表面に近接して設けられる。具体的には、圧力式センサ８０のプローブ部分は、圧力式センサ８０が水圧を検知することができる範囲で図４に示すようにライナリング４０
の内周面と略同一面上に位置してもよいし、ライナリング４０の内周面よりも径方向外側に位置してもよい。

第１実施形態と同様に、圧力式センサ８０には、通信線８１が接続される。圧力式センサ８０が検知した圧力データは、通信線８１を介して両吸込遠心ポンプ３０の図示しない制御部へ送信される。図示しない制御部は、圧力式センサ８０から受信した圧力データに基づいて、横軸斜流ポンプ１０内に水が存在するか否かを判定することができる。圧力式センサ８０は、ライナリング４０に複数設けてもよい。

両吸込遠心ポンプ３０を運転すると、処理液に含まれる不純物が、図３に示すポンプケーシング３５の内面に付着し、堆積する。一方で、回転体である羽根車３２が回転することにより、羽根車入口部４１がライナリング４０の内周面に付着する不純物を除去する。このため、ライナリング４０の内周面に堆積する不純物の厚さは、ライナリング４０と羽根車入口部４１とのクリアランスの大きさ以下に低減される。したがって、ライナリング４０に設けられた圧力式センサ８０に付着する不純物の量が著しく低減される。両吸込遠心ポンプ３０の運転中は、ライナリング４０と羽根車入口部４１との間には、吐出室３５ａから吸込室３３に向かって少量の処理液が流れる。圧力式センサ８０に少量の不純物が付着しても、両吸込遠心ポンプ３０内に処理液が存在しない状態と処理液が存在する状態との間の、液体（処理液）と気体（空気）との密度差に起因する圧力差を圧力式センサ８０が検知することには影響がない。このため、第２実施形態の両吸込遠心ポンプ３０は、第１実施形態の横軸斜流ポンプ１０と同様に、不純物の付着による圧力式センサ８０の誤検知を防止することができ、処理液の有無を正確に検知することができる。また、羽根車入口部４１の回転によりライナリング４０及び圧力式センサ８０に付着する不純物が除去されるので、不純物を除去するためのメンテナンス等が不要になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。

上記の各実施形態において説明した摺動部は一例であり、圧力式センサ８０は、回転体の回転によって不純物が除去され得る任意の摺動部に設けることができる。

１０ 横軸斜流ポンプ
１１ 回転軸
１４ 吐出ケーシング
１４ｂ 摺動部
１７ 羽根車
１７ａ 羽根
３０ 両吸込遠心ポンプ
３１ 羽根車
３５ ポンプケーシング
４０ ライナリング
４１ 羽根車入口部
８０ 圧力式センサ

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸に設けられ、複数の羽根を備えた羽根車と、
   前記羽根車を収容するケーシングと、
   前記羽根車により移送される液体の圧力を検知する圧力式センサと、を有し、
   前記圧力式センサは、摺動部に設けられる、ポンプ。
2. 請求項１に記載されたポンプにおいて、
   前記ポンプは横軸斜流ポンプであり、
   前記摺動部は、前記ケーシングの前記羽根車の前記羽根と対向する位置である、ポンプ。
3. 請求項１に記載されたポンプにおいて、
   前記ポンプは、両吸込遠心ポンプであり、
   前記ケーシングは、前記羽根車の入口部と対向する位置にライナリングを有し、
   前記摺動部は、前記ライナリングの前記羽根車の入口部と対向する位置である、ポンプ。

Images