JP2017172379A - ストレーナおよびストレーナ付き立軸ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】立軸ポンプの吸込ベルにストレーナが取り付けられる場合に、ポンプ周辺で発生する旋回流を抑制する。【解決手段】筒体を形成する側壁部１１ａ、および筒体の一端を閉じる底面部１１ｂを含むスクリーン１１と、側壁部の内部空間に配置される、底面部に垂直な整流板１６とを備えるストレーナ１０が提供される。また、吸込ベルと、筒体を形成する側壁部、および筒体の一端を閉じる底面部を含み、底面部とは反対の側で側壁部の端が吸込ベルに接するスクリーンと、吸込ベルまたは側壁部の内部空間に配置される、底面部に垂直な整流板とを備えるストレーナ付き立軸ポンプが提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、ストレーナおよびストレーナ付き立軸ポンプに関する。

立軸ポンプでは、例えば異物を多く含む流体を汲み上げる場合、または流体に含まれる異物をより少なくすることが望まれる場合には、吸込ベルにストレーナを取り付けることが有効であることが知られている。ストレーナは、例えばメッシュまたは多孔板で形成されるスクリーンを含む。ポンプ内に吸い込まれる流体がスクリーンの網目または開口を通過することによって、流体に含まれる異物が捕捉される。このようなストレーナの例は、例えば特許文献１および特許文献２に記載されている。

特開昭６３−１７０５９８号公報 特開平７−３３２２９３号公報

その一方で、立軸ポンプが配置された吸込水槽では、水槽の底面と吸込ベルとの間で旋回流に起因する水中渦が発生することも知られている。水中渦の渦芯が羽根車に衝突すると、振動や騒音が発生し、さらにポンプの寿命が低下する場合がある。また、水中渦が発生しなくても、吸い込まれる流体の予旋回はポンプの性能を低下させる可能性がある。例えば特開昭５３−５４０２号公報は、上記のような水中渦の発生原因を考察して対策を提案しているが、このような従来の知見は、吸込ベルにストレーナを取り付けた場合を扱っていない。つまり、吸込ベルにストレーナが取り付けられた場合に旋回流がどのように発生するかについては未だ知られておらず、従ってそのような場合の旋回流への適切な対策についても未だ知られていない。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一つは、立軸ポンプの吸込ベルにストレーナが取り付けられる場合に、ポンプ周辺で発生する旋回流を抑制することが可能な、ストレーナおよびストレーナ付き立軸ポンプを提供することにある。

本発明のある観点によれば、筒体を形成する側壁部、および筒体の一端を閉じる底面部を含むスクリーンと、側壁部の内部空間に配置される、底面部に垂直な整流板とを備えるストレーナが提供される。
上記の構成では、筒体を形成する側壁部の内部空間に整流板を配置することによって、ストレーナを立軸ポンプの吸込ベルに取り付けたときにスクリーンの内側に発生する旋回流を抑制することができる。

上記のストレーナにおいて、整流板の幅は、側壁部の高さに略等しくてもよい。あるいは、整流板の幅は、側壁部の高さよりも小さくてもよい。この場合、整流板は、内部空間の底面部とは反対の側に配置されてもよい。
整流板の幅を側壁部の高さに略等しくすることによって、より大きな旋回流の抑制効果が得られる。しかしながら、整流板の幅が側壁部の高さよりも小さい場合も、整流板がない場合に比べて旋回流は大幅に小さくなる。整流板の幅が側壁部の高さよりも小さい場合、整流板を内部空間の底面部とは反対の側に配置する方が旋回流の抑制効果は高い。

上記のストレーナにおいて、整流板は、互いに交差する複数の整流板を含んでもよい。
内部空間により多くの整流板を配置することによって、より大きな旋回流の抑制効果が得られる。例えば、２枚の整流板を十字形に交差させて配置してもよい。しかしながら、整流板が単一である場合も、整流板がない場合に比べて旋回流は大幅に小さくなる。

本発明の別の観点によれば、吸込ベルと、筒体を形成する側壁部、および筒体の一端を閉じる底面部を含み、底面部とは反対の側で側壁部の端が吸込ベルに接するスクリーンと、吸込ベルまたは側壁部の内部空間に配置される、底面部に垂直な整流板とを備えるストレーナ付き立軸ポンプが提供される。
上記の構成では、筒体を形成する側壁部、または吸込ベルの内部空間に整流板を配置することによって、スクリーンの内側から吸込ベルの内側にかけて発生する旋回流を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るストレーナの構成を示す概略的な斜視図である。 本発明の一実施形態に係るストレーナ付き立軸ポンプの構成を示す概略的な縦断面図である。 吸込ベルにストレーナが取り付けられない場合の水中渦の状態を示す図である。 吸込ベルに整流板を備えないストレーナを取り付けた場合の水中渦の状態を示す図である。 整流板の縦方向の配置例を示す図である。 整流板の縦方向の配置例を示す図である。 整流板の縦方向の配置例を示す図である。 整流板の断面方向の配置例を示す図である。 整流板の断面方向の配置例を示す図である。 吸込管内の水流の旋回角度の測定方法について説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るストレーナの構成を示す概略的な斜視図である。図１を参照すると、ストレーナ１０は、スクリーン１１を備える。スクリーン１１は、側壁部１１ａおよび底面部１１ｂを含む。側壁部１１ａは筒体を形成しており、底面部１１ｂはこの筒体の一端を閉じるように配置されている。スクリーン１１は、例えば金属または樹脂製のメッシュまたは多孔板で形成される。また、図示された例において、ストレーナ１０は、スクリーン１１の補強材を備える。補強材は、側壁部１１ａが形成する筒体の両端をそれぞれ補強する環状のフレーム１２，１３、側壁部１１ａを筒体の高さ方向に補強するフレーム１４、および底面部１１ｂを径方向に補強するフレーム１５を含む。なお、このような補強材の配置は限定的なものではなく、他の配置も可能である。また、スクリーン１１が単独で十分な強度を有するような場合には、補強材が設けられなくてもよい。

さらに、ストレーナ１０は、整流板１６を備える。図示された例において、整流板１６は、互いに交差する２枚の整流板１６ａ，１６ｂを含む。整流板１６は、側壁部１１ａの内部空間ＳＰに配置される。また、整流板１６は、底面部１１ｂに垂直である。つまり、整流板１６は、その幅方向が側壁部１１ａの内部空間ＳＰの高さ方向に一致するような向きで、内部空間ＳＰを横切って配置される。整流板１６は、例えば金属または樹脂製の板で形成され、フレーム１４に接着剤または溶接などによって固定される。なお、このような整流板１６の固定方法は限定的なものではなく、他の固定方法も可能である。例えば、
整流板１６はフレーム１２，１３またはフレーム１５のような他の補強材に固定されてもよいし、スクリーン１１自体に固定されてもよい。

ここで、図示された例において、整流板１６の幅ｗは側壁部１１ａの高さｈよりも小さい。また、整流板１６は内部空間ＳＰの上側（底面部１１ｂとは反対の側。ストレーナ１０が立軸ポンプの吸込ベルに取り付けられたときの上側にあたるため、本明細書では単に上側ともいう）に配置される。従って、図示された例において、整流板１６は、内部空間ＳＰの上側の部分だけに配置される。なお、このような整流板１６の配置は限定的なものではなく、他の配置も可能である。この点については、後に図４Ａ〜図４Ｃならびに図５Ａおよび図５Ｂを参照して詳しく説明する。図１に示されるＩ−Ｉ断面およびII−II断面は、これらの図に対応している。

図２は、本発明の一実施形態に係るストレーナ付き立軸ポンプの構成を示す概略的な縦断面図である。図２を参照すると、立軸ポンプ２０は、吸込ベル２１を含む吐出ボウル２２と、吐出ボウル２２に連結される吊下管２３と、吊下管２３に連結される吐出エルボ２４とを備える。吊下管２３と吐出エルボ２４との連結部のフランジは、基礎床２５に支持部材２６を介して連結され、これによって立軸ポンプ２０が支持されている。また、立軸ポンプ２０は、吐出ボウル２２内に配置される羽根車２７と、羽根車２７に連結され、吊下管２３および吐出エルボ２４を貫通する駆動軸２８と、駆動軸２８に接続され、電動機２９を含む駆動機構３０とを備える。

上記のような立軸ポンプ２０において、吸込ベル２１には、図１を参照して説明したストレーナ１０が取り付けられる。ストレーナ１０および立軸ポンプ２０によって、吸込ベル２１と、スクリーン１１（側壁部１１ａおよび底面部１１ｂ）と、整流板１６とを備えるストレーナ付き立軸ポンプが構成される。このとき、スクリーン１１は、底面部１１ｂとは反対の側で側壁部１１ａの端が吸込ベル２１に接するように配置される。

図示されているように、立軸ポンプ２０は、吸込水槽に配置される。吸込水槽は、側壁３１および底面３２によって囲まれた水槽であり、水路から供給された水を貯留している。このような吸込水槽では、図３Ａに示すように吸込ベル２１にストレーナ１０が取り付けられない場合、底面３２と吸込ベル２１との間に水中渦Γ０が発生することが知られている。水中渦Γ０が発生すると、渦芯が羽根車２７に衝突することによって、振動や騒音が発生し、ポンプの寿命が低下する場合がある。また、水中渦Γ０が発生していなくても、吸い込まれる流体の予旋回はポンプの性能を低下させる可能性があることは、既に述べたとおりである。一方、吸込ベル２１にストレーナ１０を取り付けた場合に旋回流がどのように発生するかは、未だ知られていない。

そこで、本発明者らは、後述するように、吸込ベル２１にストレーナ１０を取り付けた立軸ポンプ２０の模型を使用して試験を実施した。その結果、図３Ｂに示すように整流板１６を備えないストレーナ１０を吸込ベル２１に取り付けた場合、吸込水槽の底面３２と吸込ベル２１との間の水中渦Γ０は発生しないものの、代わって底面部１１ｂと吸込ベル２１との間に水中渦Γ０’が発生することが観察された。これは、吸込ベル２１にストレーナ１０を取り付けた場合には、スクリーン１１の内側から吸込ベル２１の内側にかけての空間に旋回流が発生しているためと考えられる。水中渦Γ０’も上記のようにポンプの寿命や性能に影響を及ぼす可能性があることは水中渦Γ０と同様であるため、対策が必要とされる。

上記のような知見に基づき、本発明者らは、水中渦Γ０’の原因にもなる旋回流を抑制するために、ストレーナ１０に整流板１６を配置することを考案した。後述する試験の結果によって示されるように、ストレーナ１０に整流板１６を配置することによって、旋回
流を効果的に抑制し、水中渦Γ０’の発生を防止することができる。

次に、本発明の実施形態における整流板１６のさまざまな配置例について説明する。

図４Ａ〜図４Ｃは、上述した本発明の一実施形態における整流板の縦方向の配置例を示す図である。ここで、縦方向とは、図１のＩ−Ｉ断面によって示される、ストレーナ１０を吸込ベル２１に取り付けたときの鉛直方向を意味する。図４Ａは、整流板１６の幅ｗが側壁部１１ａの高さｈに略等しい例を示す。この場合、整流板１６は、縦方向について、側壁部１１ａの内部空間ＳＰの全体に配置される。図４Ｂは、整流板１６の幅ｗが側壁部１１ａの高さｈよりも小さく、かつ整流板１６が内部空間ＳＰの下側（底面部１１ｂの側）に配置される例を示す。この場合、整流板１６は、内部空間ＳＰの下側の部分だけに配置される。

図４Ｃは、さらに別の例として、整流板１６が吸込ベル２１の内部空間ＳＰ’に配置される例を示す。ストレーナ１０が吸込ベル２１に取り付けられた状態において、吸込ベル２１の内部空間ＳＰ’は側壁部１１ａの内部空間ＳＰに連通している。従って、他の例において側壁部１１ａの内部空間ＳＰに配置されたものと同様の整流板１６を吸込ベル２１の内部空間ＳＰ’に配置した場合も、同様に旋回流を抑制する効果が得られる。他の例では、整流板１６が側壁部１１ａの内部空間ＳＰと吸込ベル２１の内部空間ＳＰ’とにまたがって配置されてもよい。

図５Ａおよび図５Ｂは、上述した本発明の一実施形態における整流板の断面方向の配置例を示す図である。ここで、断面方向とは、図１のII−II断面によって示される、ストレーナ１０を吸込ベル２１に取り付けたときの水平方向を意味する。図５Ａは、図１の例と同様に、十字形に交差する２枚の整流板１６ａ，１６ｂが配置される例を示す。図５Ｂは、単一の整流板１６が配置される例を示す。他の例では、さらに多くの整流板１６が配置されてもよい。

次に、本発明の実施形態に係るストレーナおよび立軸ポンプに関連して本発明者らが実施した試験の結果について説明する。

試験は、汎用の水槽試験装置の直線水路に模型水槽を設置し、そこに実機の１／１０のサイズに縮小された吸込ベル２１を配置し、同様に実機の１／１０のサイズに縮小されたストレーナ１０を取り付けることによって実施した。吸込ベル２１の直径Ｄに対して、吸込水槽の幅は２．３Ｄ、吸込水槽の底面３２と吸込ベル２１との隙間は０．５Ｄ、スクリーン１１の側壁部１１ａの高さは０．４Ｄ、吸込水槽の水位は１．４Ｄとした。また、スクリーン１１を形成する金網の線径および目幅が異なる２つのストレーナ１０を用意し、それぞれを取り付けた場合について試験を実施した。２つのストレーナ１０でのスクリーン１１の開口率は、それぞれ７０．６％および７６．０％であった。

試験では、直線水路の上流側から流れてくる水に水平方向の偏流を与え、水中渦が発生しやすい実機の状態を再現した。その上で、模型水槽の底面と吸込ベル２１との間の水中渦Γ０、およびスクリーン１１の底面部１１ｂと吸込ベル２１との間の水中渦Γ０’の発生状態を目視で観察するとともに、以下で説明するような方法によって吸込ベル２１に接続された吸込管内の水流の旋回角度θを測定した。旋回角度θが大きいほど、吸込管内では強い旋回流が発生している。

図６は、吸込管内の水流の旋回角度の測定方法について説明するための図である。図示されているように、試験では、吸込ベル２１に吸込管３３を接続し、吸込管３３の途中に設置したスワールメータ（Swirl Meter）３４を用いて吸込管３３内の水流の旋回角度（
Swirl Angle）θを測定した。旋回角度θは、吸込管３３の内径ｄ（ｍ）、スワールメータ３４の回転数ｎ（回転／ｓ）、吸込管３３内の流量Ｑ（ｍ^３／ｓ）、吸込管３３内の平均流速ｕ（ｍ／ｓ）、および吸込管３３内の旋回流速Ｖｔ（ｍ／ｓ）を用いて、以下の式１のように算出される。

試験は、以下の表１に示した１０ケースについて実施した。以下、それぞれのケースの条件について説明する。

実施例１〜実施例４は、スクリーン１１の開口率が７０．６％のケースである。実施例１では、図５Ａの例のような十字形に交差する２枚の整流板１６ａ，１６ｂが、図４Ａの例のように側壁部１１ａの内部空間ＳＰの全体に配置された。実施例２では、同様の整流板１６ａ，１６ｂが、図４Ｂの例のように内部空間ＳＰの下側だけに配置された。実施例３では、同様の整流板１６ａ，１６ｂが、図１および図２の例のように内部空間ＳＰの上側だけに配置された。また、実施例４では、図５Ｂの例のような単一の整流板１６が、図４Ａの例のように内部空間ＳＰの全体に配置された。

実施例５〜実施例７は、スクリーン１１の開口率が７６．０％のケースである。実施例５および実施例６における整流板１６の配置は、それぞれ上記の実施例１および実施例３と同様である（つまり、これらの実施例の間ではスクリーン１１の開口率だけが異なる）。実施例７では、図５Ａの例のような十字形に交差する２枚の整流板１６ａ，１６ｂが、図４Ｃの例のように吸込ベル２１の内部空間ＳＰ’に配置された。

比較例１〜比較例３は、吸込ベル２１にストレーナ１０を取り付けなかった、またはストレーナ１０に整流板１６を配置しなかった例である。これらの例と各実施例とを比較することによって、整流板１６が旋回流を抑制する効果が明らかになる。

試験の結果、実施例１〜実施例７のすべてにおいて、水中渦Γ０の発生は観察されなかった。ただし、整流板１６を備えないストレーナ１０を取り付けた比較例２および比較例３でも水中渦Γ０は発生していないことから、水中渦Γ０の発生は、スクリーン１１の底
面部１１ｂが存在することによって防止されたことがわかる。一方、底面部１１ｂと吸込ベル２１との間の水中渦Γ０’については、比較例２および比較例３では発生が観察されたのに対し、実施例１〜実施例７では発生が観察されなかった。従って、各実施例では、整流板１６を配置することによって旋回流が抑制され、水中渦Γ０’の発生が防止されたことがわかる。

一方、スワールメータ３４を用いて測定した旋回角度θについても、実施例１〜実施例７のすべてにおいて、比較例からの大幅な改善がみられた。実施例の中では旋回角度θが最大であった実施例２でも、旋回角度θ（−６．４）は比較例の旋回角度θ（−１３．０〜−１４．５）の半分以下まで改善している。他の実施例ではさらに旋回角度θが小さかった。最小の旋回角度θ（０）は、十字形に交差する２枚の整流板１６ａ，１６ｂを側壁部１１ａの内部空間ＳＰの全体に配置した実施例１および実施例５、ならびに同様の整流板１６ａ，１６ｂを吸込ベル２１の内部空間ＳＰ’に配置した実施例７でみられた。

ここで、上記の実施例１と、単一の整流板１６を内部空間ＳＰの全体に配置した実施例４とを比較すると、実施例４の旋回角度θ（−３．３）の方が大きい。それゆえ、交差する複数の整流板を配置する方が、旋回流を抑制する効果は高いことがわかる。ただし、上記のように、実施例４の旋回角度θも整流板１６が設けられない比較例に比べると大幅に改善されている。従って、必要に応じて単一の整流板１６を配置することも可能である。

また、実施例１および実施例５と、同様の整流板１６ａ，１６ｂを内部空間ＳＰの上側だけに配置した実施例３および実施例６とを比較すると、実施例３および実施例６の旋回角度θ（それぞれ−０．９，−０．３）の方が大きい。それゆえ、内部空間ＳＰの一部よりも、内部空間ＳＰの全体に整流板１６を配置する方が、旋回流を抑制する効果は高いことがわかる。ただし、これらの実施例の間での旋回角度θの差はわずかであり、いずれも旋回角度θが比較例に比べて大幅に改善されている。従って、必要に応じて内部空間ＳＰの上側だけに整流板１６を配置することも可能である。

さらに、実施例２と実施例３とを比較すると、実施例３の旋回角度θ（−０．９）の方が実施例２の旋回角度θ（−６．４）よりも小さい。それゆえ、内部空間ＳＰの一部に整流板１６を配置する場合、下側（底面部１１ｂの側）よりも上側（底面部１１ｂの反対の側、すなわち吸込ベル２１の側）に整流板１６を配置する方が、旋回流を抑制する効果は高いことがわかる。ただし、上記のように、実施例２の旋回角度θも整流板１６が設けられない比較例に比べると半分以下にまで改善されている。従って、必要に応じて内部空間ＳＰの下側だけに整流板１６を配置することも可能である。

このように、試験によって、上述した本発明の一実施形態における整流板１６が旋回流の抑制のために効果的であることが示された。試験では、整流板１６の特定の配置（例えば、内部空間ＳＰの全体に、互いに交差する複数の整流板を配置する）で旋回流の抑制効果が最大になることが示された一方で、それ以外の配置でも、従来に比べて十分に旋回流を抑制する効果が得られることも示された。例えば、内部空間ＳＰの一部だけに整流板１６を配置したり、単一の整流板１６を配置したりする場合、旋回流の抑制効果は最大ではないものの、整流板１６の重量を小さくできるという別の利点が得られる。このように、本発明の実施形態では、例えば旋回流の抑制効果が最大になる整流板の配置だけではなく、他の利点にも着目して各種の整流板の配置が採用され得る。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲はかかる例に限定されない。本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技
術的範囲に属するものと了解される。

１０ ストレーナ
１１ スクリーン
１１ａ 側壁部
１１ｂ 底面部
１２，１３，１４，１５ フレーム
１６，１６ａ，１６ｂ 整流板
２０ 立軸ポンプ
２１ 吸込ベル
ＳＰ，ＳＰ’ 内部空間

Claims (6)

1. 筒体を形成する側壁部、および前記筒体の一端を閉じる底面部を含むスクリーンと、
   前記側壁部の内部空間に配置される、前記底面部に垂直な整流板と
   を備えるストレーナ。
2. 前記整流板の幅は、前記側壁部の高さに略等しい、請求項１に記載のストレーナ。
3. 前記整流板の幅は、前記側壁部の高さよりも小さい、請求項１に記載のストレーナ。
4. 前記整流板は、前記内部空間の前記底面部とは反対の側に配置される、請求項３に記載のストレーナ。
5. 前記整流板は、互いに交差する複数の整流板を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のストレーナ。
6. 吸込ベルと、
   筒体を形成する側壁部、および前記筒体の一端を閉じる底面部を含み、前記底面部とは反対の側で前記側壁部の端が前記吸込ベルに接するスクリーンと、
   前記吸込ベルまたは前記側壁部の内部空間に配置される、前記底面部に垂直な整流板と
   を備えるストレーナ付き立軸ポンプ。

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