JP2017172530A

JP2017172530A - 立軸ポンプ

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Publication number: JP2017172530A
Application number: JP2016061579A
Authority: JP
Inventors: 祐治兼森; Yuji Kanemori
Original assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: JP6595382B2

Abstract

【課題】揚水から分離した浄水を潤滑水として水中軸受に供給する。【解決手段】立軸ポンプ１０は、揚水管１３を有するポンプケーシング１２と、ポンプケーシング１２に配置されている回転軸２０と、回転軸２０の下端側に連結されているインペラ２２と、回転軸２０を回転可能に支持する水中軸受２８Ａ〜２８Ｃと、回転軸２０の外周を覆う保護管５６と、揚水流路６５に吸引された揚水ＰＷの一部を取り入れて揚水ＰＷを浄水ＣＷと汚水ＤＷに分離するサイクロンセパレータ３２とを備える。サイクロンセパレータ３２は、インペラ２２のハブ２３内に設けられており、浄水ＣＷを保護管５６内に供給することで水中軸受２８Ａ〜２８Ｃに浄水ＣＷを供給するとともに、汚水ＤＷを揚水流路６５に流出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、立軸ポンプに関する。

ポンプケーシング内の水中軸受に潤滑水を供給することで、水中軸受の摩耗を低減するようにした立軸ポンプが知られている。特許文献１の立軸ポンプでは、ポンプ機場に設置されている外部水源とポンプケーシング内の保護管とを給水管によって接続し、外部水源の潤滑水を給水ポンプによって供給している。

特開平５−１５７０８９号公報

特許文献１の立軸ポンプでは、ポンプ機場に全長が長い給水管を配管する必要があるため、地震等によってポンプ機場に大きな衝撃が加わると、給水管が破損する可能性が高い。この場合、水中軸受に潤滑水を供給できないため、立軸ポンプの運転を開始すると水中軸受が摩耗により破損し、ポンプの運転が不可能になる。なお、水中軸受として無注水軸受を用いても、スラリーが多く含まれる揚水を送水する場合には、無注水軸受にアブレシブ摩耗が生じるため、やはりポンプの運転が不可能になる。

本発明は、排出する揚水から分離した浄水を潤滑水として水中軸受に供給することで運転が可能な立軸ポンプを提供することを課題とする。

本発明は、鉛直方向に延びるように配置される揚水管を有するポンプケーシングと、前記揚水管の軸線に沿って前記ポンプケーシングに配置されている回転軸と、中空状のハブを有し、前記回転軸の下端側に連結されているインペラと、前記インペラの上方に位置するように前記揚水管に配置されており、前記回転軸を回転可能に支持する水中軸受と、前記ポンプケーシング内に配置されており、前記回転軸の外周を覆う保護管と、前記ハブ内に設けられており、前記ポンプケーシングと前記保護管との間の揚水流路に吸引された揚水の一部を取り入れて前記揚水を浄水と汚水に分離し、前記浄水を前記保護管内に供給することで前記水中軸受に前記浄水を供給するとともに、前記汚水を前記揚水流路に流出させるサイクロンセパレータとを備える、立軸ポンプを提供する。

この立軸ポンプによれば、サイクロンセパレータによって揚水から分離した浄水を潤滑水として水中軸受に供給するため、水中軸受の摩耗を抑制できる。また、インペラのハブにサイクロンセパレータが設けられているため、ポンプ機場には付帯設備である外部水源及び給水用の配管は必要はない。よって、地震等によって大きな衝撃が加わり、給水管だけが破損することで、ポンプが運転不可能になることを防止できる。また、給水管が不要であるため、ポンプ機場の省スペース化を図ることができるうえ、設計や製作の自由度を向上できる。さらに、サイクロンセパレータはスラリー等を含む汚水を外部である揚水流路に排出する構成であり、フィルタからなる濾過手段を用いた場合と比較して目詰まりすることはないため、設備の保守点検の回数を低減できる。

この立軸ポンプは、前記ハブの上部を覆うように前記揚水管に固定されているホルダを備える構成にするとよい。この場合、ホルダから上方に延びるように前記保護管が配置されており、前記ホルダを介して前記浄水が前記保護管内に供給される。この態様によれば、サイクロンセパレータによって分離した浄水を全ての水中軸受に供給し、水中軸受の破損を防止できる。

前記ホルダの下部に、前記揚水流路の前記揚水を前記サイクロンセパレータ内に流入させる流入口が設けられており、前記ハブに、前記汚水を前記揚水流路内に流出させる流出口が設けるとよい。そして、前記流入口は、前記インペラの回転方向に対して対向するように開口していることが好ましい。この態様によれば、インペラによって揚水管内に吸引した揚水の一部を確実にサイクロンセパレータ内に取り入れることができる。

前記ハブは、直径が下部から上方へ次第に大きくなっている円錐状であり、このハブが前記サイクロンセパレータの円錐状容器を兼ねるとよい。この態様によれば、取り入れた揚水がハブの回転により旋回速度が加速されるため、高効率で揚水を浄水と汚水に分離できる。

又は、前記ハブ内に、前記サイクロンセパレータの円錐状容器が配置されてもよい。この場合、前記円錐状容器は、前記ホルダに固定されてもよい。また、前記ハブは、直径が下部から上方へ次第に大きくなっている円錐状であり、前記円錐状容器は、前記ハブから突出している背羽根を保護するプロテクタであってもよい。

立軸ポンプには、水中軸受の異常を判断する監視装置を配置するとよい。この監視装置は、前記水中軸受よりも上方で前記保護管に接続されている回収管と、前記回収管に配置されており、前記保護管から回収された前記浄水の流量を検出する流量計と、前記流量計により検出された浄水流量に基づいて、前記水中軸受の異常発生を判定する判定部とを備える。この態様によれば、立軸ポンプを常に安定状態で運転できる。

本発明のポンプによれば、排出する揚水から分離した浄水を潤滑水として水中軸受に供給するため、ポンプが運転可能な状態であれば、水中軸受を破損させることなく、確実に定常運転を維持できる。

第１実施形態の立軸ポンプを示す断面図。図１の下部示す拡大断面図。サイクロンセパレータの概念図。図２の横断面図。図２の第１の水中軸受を示す拡大断面図。図１の第２の水中軸受を示す拡大断面図。図１の軸封部を示す拡大断面図。第２実施形態の立軸ポンプの下部を示す断面図。第３実施形態の立軸ポンプの下部を示す断面図。図９Ａの一部拡大断面図。図９Ａの横断面図。第４実施形態の立軸ポンプの下部を示す断面図。図１１の一部拡大断面図。図１２のウェアリングを示す平面図。図１１の横断面図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る立軸ポンプ１０を示す。この立軸ポンプ１０は、ポンプケーシング１２、回転軸２０、及びインペラ２２を備え、ポンプ機場の据付床１に垂下するように配置されている。本実施形態の立軸ポンプ１０は、回転軸２０を回転可能に支持する水中軸受２７Ａ〜２７Ｃと、回転軸２０の外周を覆う保護管５６とを備え、保護管５６に揚水ＰＷの一部から分離した浄水ＣＷを供給することで、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃの摩耗を低減する。

ポンプケーシング１２は筒状の揚水管１３を備え、この揚水管１３が据付床１を貫通して吸込水槽２内を鉛直方向に延びるように配置されている。この揚水管１３は、下側にベーンケーシング１４を備えている。また、ベーンケーシング１４の下側には、吸込口１６が形成されているラッパ管１５が配置されている。揚水管１３の上端には吐出エルボ１７が配置され、この吐出エルボ１７に吐出管１８が接続されている。

回転軸２０は、吐出エルボ１７を貫通し、揚水管１３の軸線に沿ってポンプケーシング１２に配置されている。回転軸２０の下端は、ベーンケーシング１４内に配置されている。インペラ２２は、ベーンケーシング１４内に位置するように、回転軸２０の下端に相対的に回転不可能に連結されている。第１及び第２の水中軸受２７Ａ，２７Ｂは、インペラ２２の上方のケーシングハブ４０を介してベーンケーシング１４内に配置されている。第３の水中軸受２７Ｃは、ベーンケーシング１４とポンプケーシング１２の上端との中間に位置するように、軸受ホルダ５３を介して揚水管１３内に配置されている。

この立軸ポンプ１０では、駆動手段であるモータ３０の駆動により回転軸２０を介してインペラ２２が回転される。この定常運転により、ポンプケーシング１２の下端の吸込口１６から吸込水槽２内の揚水ＰＷが吸引され、この揚水ＰＷが揚水管１３から吐出エルボ１７及び吐出管１８を経て下流側へ吐出される。

第１から第３の水中軸受２７Ａ〜２７Ｃとしては、潤滑水の供給が絶たれても定常運転を実行可能なセラミックス製又は樹脂製の無注水軸受を用いることが好ましい。但し、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃとして無注水軸受を用いていても、立軸ポンプ１０によってスラリーを多く含む液体を排水する場合には、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃにアブレシブ摩耗が生じるため、潤滑水を供給することが好ましい。そこで、本実施形態の立軸ポンプ１０には、以下に説明する注水機構が設けられている。

（注水機構の詳細）
図２を併せて図１を参照すると、注水機構は、インペラ２２に設けられているサイクロンセパレータ３２を備えている。このサイクロンセパレータ３２は、立軸ポンプ１０によって排出する揚水ＰＷの一部を取り入れて、揚水ＰＷを浄水ＣＷと汚水ＤＷに分離可能な濾過手段である。また、ポンプケーシング１２の内部には、インペラ２２を配置した下部から吐出エルボ１７の上端にかけて、回転軸２０の外周を覆う保護管５６が配置されている。本実施形態では、サイクロンセパレータ３２によって分離した浄水ＣＷは保護管５６内に供給される。即ち、本実施形態のポンプケーシング１２内は、ポンプケーシング１２と保護管５６との間の揚水流路６５と、保護管５６と回転軸２０との間の浄水流路６６とに区画されている。

まず、図３の概念図を用いてサイクロンセパレータ３２の原理について説明する。サイクロンセパレータ３２は、直径が下部から上方へ次第に大きくなっている筒体からなる円錐状容器３３を備えている。この円錐状容器３３の上端開口は、蓋部材３４によって塞がれている。円錐状容器３３の外周上部には揚水流入口３５が設けられている。円錐状容器３３の下端には筒状の汚水流出口３６が設けられ、蓋部材３４には筒状の浄水流出口３７が設けられている。

揚水ＰＷは、円錐状容器３３の外周に対して接する方向を流入方向として、揚水流入口３５から円錐状容器３３内に流入する。すると、揚水ＰＷは、円錐状容器３３の壁面に沿って旋回（旋回流ＲＦ参照）する。これにより、円錐状容器３３の壁面付近の圧力は高くなり、円錐状容器３３の中心軸付近の圧力は低くなる。また、円錐状容器３３の中心軸付近では、上部で上昇流ＵＦが生じ、下部で下降流が生じる。

揚水ＰＷに含まれている固形物は、旋回流ＲＦによる遠心力よって液体から分離され、回転しながら下方へ沈降し、汚水ＤＷとして汚水流出口３６から円錐状容器３３の外部へ排出される。また、固形物が分離された浄水ＣＷは、上昇流ＵＦによって浄水流出口３７から円錐状容器３３の外部へ排出される。但し、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃに摩耗を生じさせない程度の微小な固形物は、上昇流ＵＦに乗って浄水流出口３７から排出されることがある。

このようなサイクロンセパレータ３２がインペラ２２の中空状のハブ２３に設けられている。図４を併せて図２を参照すると、インペラ２２は、直径が下部から上方へ次第に大きくなっている円錐状のハブ２３と、このハブ２３から径方向外向きに突出する複数の羽根板２４とを備えている。この円錐状のハブ２３が、サイクロンセパレータ３２の円錐状容器３３の機能を兼ねるようにしている。ハブ２３の上端開口は、ケーシングハブ４０によって覆われている。また、ハブ２３には、回転軸２０に連結するためのボス２３ａが設けられている。

ケーシングハブ４０は、ガイドベーン４１を介してベーンケーシング１４内に固定されている。このケーシングハブ４０は、回転軸２０の軸線に対して直交方向に延びる底壁４２を下端に備える筒体である。ケーシングハブ４０の上端開口は、概ね円錐筒状の閉塞部材４４によって塞がれている。図４及び図５を併せて図２を参照すると、底壁４２には、回転軸２０に沿って延びる円筒状のスリーブ４３が設けられており、このスリーブ４３内に円筒状の摺動体２８Ａを備える第１の水中軸受２７Ａが配置されている。閉塞部材４４には、回転軸２０に沿って延びる円筒状のスリーブ４５が設けられており、このスリーブ４５内に円筒状の摺動体２８Ｂを備える第２の水中軸受２７Ｂが配置されている。

ケーシングハブ４０の底壁４２には、ハブ２３の上端開口に位置する蓋体４７が固定されている。この蓋体４７には、複数（本実施形態では４本）の流入管４８が配置されている。図４に最も明瞭に示すように、流入管４８は、蓋体４７の外周に接する方向に延びるように配置されている。流入管４８の外端側は、ケーシングハブ４０の側壁を貫通しており、その貫通部分が液密にシールされている。流入管４８の外端である流入口４９は、図４に示すインペラ２２の回転方向Ａに対して対向するように、揚水流路６５内で開口している。流入管４８の内端である流出口５０は、ハブ２３の上方で開口している。図５に最も明瞭に示すように、蓋体４７と回転軸２０との間には、設定された間隔の隙間５１が形成されている。

蓋体４７は、サイクロンセパレータ３２の蓋部材３４の機能を兼ねる。また、蓋体４７に配置した流入管４８は、サイクロンセパレータ３２の揚水流入口３５の機能を兼ねる。蓋体４７と回転軸２０との間の隙間５１は、サイクロンセパレータ３２の浄水流出口３７の機能を兼ねる。また、ハブ２３の周壁下部には貫通孔２５が設けられており、この貫通孔２５がサイクロンセパレータ３２の汚水流出口３６の機能を兼ねる。

インペラ２２が回転すると、揚水流路６５のベーンケーシング１４内で揚水ＰＷがインペラ２２の回転方向Ａと同一方向に旋回しながら吐出エルボ１７に向けて流動する。これにより揚水ＰＷの一部は、揚水ＰＷの流動方向と対向する流入管４８の流入口４９からハブ２３内に取り入れられ、ハブ２３の壁面に沿って旋回する。また、ハブ２３内の揚水ＰＷは、ハブ２３の回転により旋回速度が加速されため、取り入れた揚水ＰＷを浄水ＣＷと汚水ＤＷに高効率で分離できる。

分離された浄水ＣＷは、インペラ２２のボス２３ａの周囲を上昇し、隙間５１を通ってケーシングハブ４０側へ流れる。そして、浄水ＣＷは、第１の水中軸受２７Ａと回転軸２０との間の僅かな隙間を通ってケーシングハブ４０内に流入する。ケーシングハブ４０内が浄水ＣＷで満たされると、浄水ＣＷは、第２の水中軸受２７Ｂと回転軸２０との間の僅かな隙間を通ってケーシングハブ４０外へ流出する。

また、分離された汚水ＤＷは、貫通孔２５を通って揚水流路６５に流出する。図１及び図２を参照すると、貫通孔２５は揚水ＰＷの流動方向に沿って貫通しており、この揚水ＰＷの流動方向と汚水ＤＷの流出方向とは逆向きである。ここで、ラッパ管１５内である吸込口圧力をＰ０、羽根板２４の上側であるインペラ出口圧力をＰ１、及びハブ２３内であるサイクロンセパレータ圧力をＰ２とすると、圧力Ｐ０より圧力Ｐ２は高く、圧力Ｐ２より圧力Ｐ１は高くなる（Ｐ０＜Ｐ２＜Ｐ１）。よって、貫通孔２５を通してハブ２３内に揚水ＰＷが逆流することはない。

保護管５６は、ケーシングハブ４０から吐出エルボ１７の上端にかけて配置されている。この保護管５６は、ケーシングハブ４０から軸受ホルダ５３にかけて延びる第１部分５６ａと、軸受ホルダ５３から貫通孔１７ａにかけて延びる第２部分５６ｂとを備えている。保護管５６の各部分５６ａ，５６ｂは、軸受ホルダ５３を介して連通している。

図２を参照すると、ケーシングハブ４０には、第２の水中軸受２７Ｂを配置したスリーブ４５の上端に、保護管５６の第１部分５６ａの下端が固定されている。図６を参照すると、軸受ホルダ５３は、円筒状の摺動体２８Ｃを備える第３の水中軸受２７Ｃが配置される筒状体であり、ガイドベーン５４を介して揚水管１３内に固定されている。この軸受ホルダ５３には、下端に保護管５６の第１部分５６ａの上端が固定され、上端に保護管５６の第２部分５６ｂの下端が固定されている。図７を参照すると、吐出エルボ１７の貫通孔１７ａには、筒状の挿通部材５８が配置されており、この挿通部材５８に保護管５６の第２部分５６ｂの上端が固定されている。

挿通部材５８と回転軸２０との間には設定された隙間が形成されている。そして、挿通部材５８の上端には、ポンプケーシング１２と回転軸２０との間から揚水ＰＷが流出することを防止する軸封装置６０が配置されている。この軸封装置６０は、挿通部材５８の上端に配置される軸封ケーシング６１を備えている。軸封ケーシング６１の上部には、メカニカルシール６２が配置されている。また、軸封ケーシング６１には、メカニカルシール６２の下部に位置するように、回収管６８が接続される接続部６３が設けられている。

図１を参照すると、回収管６８は、据付床１上に位置する接続部６３から、据付床１を貫通して先端が吸込水槽２内に至るように配管されている。この回収管６８は、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃよりも浄水ＣＷが流れる方向の下流側である上方で、軸封装置６０を介して保護管５６に接続されている。本実施形態では、軸封装置６０から突出した部分に配置されているスラスト軸受７０を経由させることで、スラスト軸受７０を浄水ＣＷによって冷却可能としている。但し、浄水ＣＷは、スラスト軸受７０を経由させることなく、吸込水槽２に直接排出するようにしてもよい。

サイクロンセパレータ３２によって分離された浄水ＣＷは、ケーシングハブ４０から保護管５６の第１部分５６ａに流入した後、軸受ホルダ５３内の第３の水中軸受２７Ｃと回転軸２０との間の僅かな隙間を通って保護管５６の第２部分５６ｂに流入する。ついで、浄水ＣＷは、挿通部材５８を通して軸封ケーシング６１内に流入し、接続部６３からポンプケーシング１２の外部へ流出する。その後、浄水ＣＷは、回収管６８を通ってスラスト軸受７０を冷却した後、吸込水槽２に戻される。

ここで、保護管５６内である浄水流路圧力をＰ３とし、吸込水槽２内である大気圧をＰ４とすると、大気圧Ｐ４より圧力Ｐ３は高く、圧力Ｐ３より圧力Ｐ２は高い（Ｐ０＜Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２＜Ｐ１）。よって、サイクロンセパレータ３２から流出した浄水ＣＷは、ケーシングハブ４０、保護管５６、及び回収管６８を経て、確実に吸込水槽２へ戻される。

このように、本実施形態の立軸ポンプ１０では、サイクロンセパレータ３２によって分離した浄水ＣＷを保護管５６を介して水中軸受２７Ａ〜２７Ｃに供給するため、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃの摩耗を抑制できる。また、サイクロンセパレータ３２がインペラ２２のハブ２３に設けられているため、ポンプ機場には付帯設備である外部水源及び給水用の配管は必要ない。よって、地震等によって大きな衝撃が加わっても、付帯設備が破損することで、立軸ポンプ１０が運転不可能になることを防止できる。

また、外部水源や全長が長い給水管等の大掛かりな付帯設備が不要であるため、ポンプ機場の省スペース化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上できる。さらに、サイクロンセパレータ３２は、フィルタからなる濾過手段と比較して、スラリー等によって目詰まりすることがないため、設備の保守点検の回数を低減できる。また、分離した汚水ＤＷはポンプケーシング１２内の揚水流路６５に戻され、揚水ＰＷと一緒に下流側へ排水されるため、汚水ＤＷを処理するための付帯設備も不要である。

また、浄水ＣＷを供給して水中軸受２７Ａ〜２７Ｃの摩耗を低減することで、立軸ポンプ１０は使用可能な期間（寿命）が長くなる。しかし、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃは、回転軸２０と摺接するため、摩耗を完全に無くすことは不可能である。そのため、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃと回転軸２０の間の隙間は使用により次第に大きくなる。このような水中軸受２７Ａ〜２７Ｃの異常を検出するために、本実施形態の立軸ポンプ１０には、以下に説明する監視装置が設けられている。

（監視装置の詳細）
監視装置は、保護管５６から回収された浄水ＣＷの流量を検出する流量計７２を備えている。この流量計７２は、軸封装置６０とスラスト軸受７０との間に位置するように、据付床１の上方で回収管６８に配置されている。また、回収管６８には、軸封装置６０と流量計７２との間に仕切弁７４が配置されている。また、回収管６８には、スラスト軸受７０に対して浄水ＣＷが流れる方向の下流側にチェッキ弁７６が配置されている。このチェッキ弁７６を開閉することで、回収管６８を連通又は遮断できる。

また、監視装置は、流量計７２により検出された浄水流量に基づいて水中軸受２７Ａ〜２７Ｃの異常発生を判定する判定部を備えている。この判定部の機能は、図示しない操作盤からの指令に基づいてモータ３０を制御して、前述した定常運転を実行する制御装置７８が兼ねている。制御装置７８は、定常運転と並行して検査運転を実行する。

前述のように、サイクロンセパレータ３２によって分離された浄水ＣＷは、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃと回転軸２０との間の隙間を通って回収管６８に回収される。即ち、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃと回転軸２０との隙間を流れる浄水ＣＷの流量は、流量計７２により検出される浄水流量に対応している。摩耗が少なく水中軸受２７Ａ〜２７Ｃと回転軸２０との間の隙間が小さい場合と、摩耗が進んで水中軸受２７Ａ〜２７Ｃと回転軸２０との間の隙間が大きくなった場合とでは、隙間が大きい方が浄水流量は多くなる。

判定部としての制御装置７８には、交換準備が必要な状態の浄水流量Ｒａと、交換が必要な状態の浄水流量Ｒｂとが、判定値として記憶されている。そして、流量計７２による検出値Ｒと、判定値Ｒａ，Ｒｂとを比較することにより、制御装置７８は水中軸受２７Ａ〜２７Ｃの異常を判定できる。

このように、本実施形態の立軸ポンプ１０では、保護管５６から回収した浄水流量を流量計７２によって検出することで、水中軸受２７Ａ〜２７Ｃの異常を判定できる。そして、異常を判定することで水中軸受２７Ａ〜２７Ｃを交換することにより、常に安定状態で定常運転を実行できるため、立軸ポンプ１０の信頼性を向上できる。

（第２実施形態）
図８は第２実施形態の立軸ポンプ１０を示す。この第２実施形態では、サイクロンセパレータ３２の円錐状容器３３として、インペラ２２のハブ２３内にハブ２３とは別体の円錐状容器８０を配置した点で、第１実施形態と相違する。なお、第１実施形態と同一の構成は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

円錐状容器８０は、直径が下部から上方へ次第に大きくなっており、その上端が蓋体４７の外周部に連結されている。蓋体４７は、第１実施形態と同様にケーシングハブ４０の底壁４２に連結されている。即ち、第２実施形態では、ハブ２３の内部にインペラ２２とは一緒に回転しない固定式の円錐状容器８０が配置されている。円錐状容器８０の上端と蓋体４７の外周部とが交差する部分には、第１実施形態と同様に流入管４８が配置されている。円錐状容器８０の下端には開口部８１が設けられており、この開口部８１により円錐状容器８０内とハブ２３内が連通している。

この第２実施形態では、インペラ２２が回転すると、第１実施形態と同様に、揚水流路６５のベーンケーシング１４内で揚水ＰＷがインペラ２２の回転方向Ａと同一方向に旋回することで、揚水ＰＷの一部が流入管４８を通して円錐状容器８０内に取り入れられる。そして、揚水ＰＷは、円錐状容器８０の壁面に沿って旋回することで、浄水ＣＷと汚水ＤＷに分離される。

分離された浄水ＣＷは、第１実施形態と同様に、第１の水中軸受２７Ａと回転軸２０との隙間を通ってケーシングハブ４０内に流入した後、第２の水中軸受２７Ｂと回転軸２０との隙間を通って揚水管１３内に流入する。そして、回収管６８を介して吸込水槽２に戻される。また、分離された汚水ＤＷは、開口部８１を通って円錐状容器８０外へ流出し、インペラ２２の貫通孔２５から揚水流路６５に流出される。

このように、サイクロンセパレータ３２を構成する円錐状容器８０は、インペラ２２と一緒に回転しない固定式とすることもできる。そして、このようにしても、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図９Ａは第３実施形態の立軸ポンプ１０を示す。この第３実施形態では、インペラ２２のハブ２３に形成されている補強用の背羽根８５を保護するプロテクタ８７を、サイクロンセパレータ３２の円錐状容器３３として用いた点で、第１実施形態と相違する。なお、第１実施形態と同一の構成は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１０を併せて図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、ハブ２３は、各実施形態と同様に直径が下方から上方へ次第に大きくなる円錐状である。このハブ２３の上部内周面には、回転軸２０の軸方向に沿って延びる背羽根８５が、周方向に間隔をあけて複数設けられている。各背羽根８５がハブ２３の内面から突出する寸法は一定である。

プロテクタ８７は、直径が下方から上方へ次第に大きくなっている円錐筒状であり、背羽根８５の内端に沿って配置されている。このプロテクタ８７は、上端外周部がケーシングハブ４０に固定されている。プロテクタ８７の下端には開口部８８が設けられており、この開口部８８によりプロテクタ８７内とハブ２３内が連通している。また、プロテクタ８７とハブ２３の内面との間には、設定された隙間９０が形成されている。

ケーシングハブ４０には、プロテクタ８７の上端より上方に位置するように、プロテクタ８７に対して接する方向に延びる流入孔９２が設けられている。この流入孔９２の外端である流入口９３は、インペラ２２の回転方向Ａに対して対向するように、揚水流路６５内で開口している。流入孔９２の内端である流出口９４は、プロテクタ８７の上方で開口している。

ハブ２３には、各実施形態に示す貫通孔２５は設けられていない。ハブ２３とプロテクタ８７の間の隙間９０は、汚水ＤＷを揚水流路６５に排出する排水孔の機能を兼ねる。そして、ハブ２３の上端とケーシングハブ４０との間の隙間が、排水孔の出口である汚水流出口９４を構成する。

この第３実施形態では、インペラ２２が回転すると、揚水流路６５のベーンケーシング１４内で揚水ＰＷがインペラ２２の回転方向Ａと同一方向に旋回することで、揚水ＰＷの一部が流入孔９２を通してプロテクタ８７内に取り入れられる。そして、揚水ＰＷは、プロテクタ８７の壁面に沿って旋回することで、浄水ＣＷと汚水ＤＷに分離される。

分離された浄水ＣＷは、第１の水中軸受２７Ａと回転軸２０との隙間を通ってケーシングハブ４０内に流入した後、第２の水中軸受２７Ｂと回転軸２０との隙間を通って揚水管１３内に流入する。そして、回収管６８を介して吸込水槽２に戻される。

分離された汚水ＤＷは、開口部８８を通ってプロテクタ８７外へ流出し、隙間９０を通って汚水流出口９４から揚水流路６５に流出される。ここで、揚水流路６５内の圧力Ｐ１は、回転軸２０の軸方向に沿って上方に位置するに従って高くなる。そして、揚水流入口９３は、汚水流出口９４よりも上方に設けられている。よって、揚水流路６５において、汚水流出口９４の位置の圧力をＰ１ａとし、揚水流入口９３の位置の圧力をＰ１ｂとすると、圧力Ｐ１ｂは圧力Ｐ１ａより高くなる（Ｐ１ａ＜Ｐ１ｂ）。また、プロテクタ８７内であるサイクロンセパレータ圧力Ｐ２は、汚水流出口圧力Ｐ１ａよりも高い（Ｐ１ａ＜Ｐ２＜Ｐ１ｂ）。よって、プロテクタ８７から流出した汚水ＤＷは、隙間９０を経て汚水流出口９４から揚水流路６５へ確実に流出される。

（第４実施形態）
図１１は第４実施形態の立軸ポンプ１０を示す。この第４実施形態では、流入管４８の流入口４９を、サイクロンセパレータ２３の円錐状容器３３を構成するハブ２３内で開口させた点で、第１実施形態と相違する。なお、第１実施形態と同一の構成は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１２を参照すると、ハブ２３は、ケーシングハブ４０の底壁４２に形成されている段部４２ａの内側に位置するガイド筒２３ｂを備えている。ガイド筒２３ｂの外周部にはインペラウェアリング１００が固定され、段部４２ａの内周部にはケースウェアリング１０２が固定されている。ウェアリング１００，１０２は、互いに摺接することによる摩耗を抑制する程度の隙間をあけて配置されている。インペラウェアリング１００の外周面にはせん断溝１０１が形成され、ケースウェアリング１０２の内周面にはせん断溝１０３が形成されている。図１３を併せて参照すると、インペラウェアリング１００のせん断溝１０１は、インペラウェアリング１００の下端から上端にかけて、インペラ２２の回転方向に傾斜して設けられている。ケースウェアリング１０２のせん断溝１０３は、ケースウェアリング１０２の下端から上端にかけて、インペラ２２の回転方向逆向きに傾斜して設けられている。即ち、せん断溝１０１，１０３は、互いに交差する方向に傾斜している。

図１２及び図１４を参照すると、ハブ２３の上端開口を塞ぐ蓋部材３４は平板状で、外周部には漏れ防止リング９８が配置されている。この漏れ防止リング９８がガイド筒２３ｂの内面近傍に位置することで、蓋部材３４を境界とした上部と下部とが区画（シール）されている。流入管４８は、蓋部材３４に対して斜めに傾斜して配置されている。流入管４８の流入口４９は、蓋部材３４を貫通して蓋部材３４と底壁４２との間で、インペラ２２の回転方向Ａに対して対向するように開口している。流入管４８の流出口５０は、蓋部材３４を貫通してハブ２３内で開口している。

この第４実施形態では、インペラ２２が回転すると、揚水流路６５内の揚水ＰＷの一部がハブ２３の内部と外部の圧力差（Ｐ２＜Ｐ１）によって、ウェアリング１００，１０２の間の隙間を通ってハブ２３内に流入する。この際、揚水ＰＷと一緒に異物（例えばヒモ状の異物）が流入しようとした場合、異物はせん断溝１０１，１０３によってせん断されることで、粉砕された状態で流入する。そして、ハブ２３内に流入した揚水ＰＷは、インペラ２２の回転方向Ａと同一方向に旋回することで、流入管４８の流入口４９から円錐状容器３３を構成するハブ２３内である蓋部材３４の下部に流入する。そして、揚水ＰＷは、プロテクタ８７の壁面に沿って旋回することで、浄水ＣＷと汚水ＤＷに分離される。

分離された浄水ＣＷは、第１の水中軸受２７Ａと回転軸２０との隙間を通ってケーシングハブ４０内に流入した後、第２の水中軸受２７Ｂと回転軸２０との隙間を通って揚水管１３内に流入する。そして、回収管６８を介して吸込水槽２に戻される。また、分離された汚水ＤＷは、インペラ２２の貫通孔２５から揚水流路６５に流出される。この際、せん断溝１０１，１０３によって粉砕した異物も、インペラ２２の貫通孔２５を通してハブ２３内から揚水流路６５に確実に流出される。

このようにした第４実施形態では、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。しかも、揚水ＰＷが通過するウェアリング１００，１０２の対向面には、異物を粉砕可能なせん断溝１０１，１０３が設けられているため、揚水ＰＷに異物が混入していても、サイクロンセパレータ３２の機能は損なわれない。また、流入管４８がケーシングハブ４０を貫通しないため、ポンプケーシング１２の構造を簡素化することができる。よって、立軸ポンプ１０の製造コストの増加を抑えることができる。また、第２実施形態の立軸ポンプ１０においても、第４実施形態と同様に、流入管４８の流入口４９をハブ２３内で開口させて、ケーシングハブ４０を貫通しないようにしてもよい。

なお、本発明の立軸ポンプ１０は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、流入管４８及び流入孔９２が揚水流路６５内で開口する方向は、揚水流路６５内で揚水ＰＷが流れる方向に応じて適宜変更することが好ましい。また、保護管５６は、ポンプケーシング１２の上端に至らない部分までしか延びない全長としてもよい。さらに、水中軸受は、揚水管１３内に２個だけ配置してもよいし、４個以上配置してもよい。

１…据付床
２…吸込水槽
１０…立軸ポンプ
１２…ポンプケーシング
１３…揚水管
１４…ベーンケーシング
１５…ラッパ管
１６…吸込口
１７…吐出エルボ
１７ａ…貫通孔
１８…吐出管
２０…回転軸
２２…インペラ
２３…ハブ
２３ａ…ボス
２３ｂ…ガイド筒
２４…羽根板
２５…貫通孔
２７Ａ〜２７Ｃ…水中軸受
２８Ａ〜２８Ｃ…摺動体
３０…モータ
３２…サイクロンセパレータ
３３…円錐状容器
３４…蓋部材
３５…揚水流入口
３６…汚水流出口
３７…浄水流出口
４０…ケーシングハブ
４１…ガイドベーン
４２…底壁
４２ａ…段部
４３…スリーブ
４４…閉塞部材
４５…スリーブ
４７…蓋体
４８…流入管
４９…流入口
５０…流出口
５１…隙間
５３…軸受ホルダ
５４…ガイドベーン
５６…保護管
５６ａ…第１部分
５６ｂ…第２部分
５８…挿通部材
６０…軸封装置
６１…軸封ケーシング
６２…メカニカルシール
６３…接続部
６５…揚水流路
６６…浄水流路
６８…回収管
７０…スラスト軸受
７２…流量計
７４…仕切弁
７６…チェッキ弁
７８…制御装置
８０…円錐状容器
８１…開口部
８５…背羽根
８７…プロテクタ
８８…開口部
９０…隙間
９２…流入孔
９３…流入口
９４…流出口
９６…汚水流出口
９８…漏れ防止リング
１００…インペラウェアリング
１０１…せん断溝
１０２…ケースウェアリング
１０３…せん断溝

Claims

鉛直方向に延びるように配置される揚水管を有するポンプケーシングと、
前記揚水管の軸線に沿って前記ポンプケーシングに配置されている回転軸と、
中空状のハブを有し、前記回転軸の下端側に連結されているインペラと、
前記インペラの上方に位置するように前記揚水管に配置されており、前記回転軸を回転可能に支持する水中軸受と、
前記ポンプケーシング内に配置されており、前記回転軸の外周を覆う保護管と、
前記ハブ内に設けられており、前記ポンプケーシングと前記保護管との間の揚水流路に吸引された揚水の一部を取り入れて前記揚水を浄水と汚水に分離し、前記浄水を前記保護管内に供給することで前記水中軸受に前記浄水を供給するとともに、前記汚水を前記揚水流路に流出させるサイクロンセパレータと
を備える、立軸ポンプ。
前記ハブの上部を覆うように前記揚水管に固定されているホルダを備え、このホルダから上方に延びるように前記保護管が配置されており、前記ホルダを介して前記浄水が前記保護管内に供給される、請求項１に記載の立軸ポンプ。
前記ホルダの下部に、前記揚水流路の前記揚水を前記サイクロンセパレータ内に流入させる流入口が設けられており、前記ハブに、前記汚水を前記揚水流路内に流出させる流出口が設けられている、請求項２に記載の立軸ポンプ。
前記流入口は、前記インペラの回転方向に対して対向するように開口している、請求項３に記載の立軸ポンプ。
前記ハブは、直径が下部から上方へ次第に大きくなっている円錐状であり、このハブが前記サイクロンセパレータの円錐状容器を兼ねている、請求項１から４のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。
前記ハブ内に、前記サイクロンセパレータの円錐状容器が配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。
前記円錐状容器は、前記ホルダに固定されている、請求項２を引用する請求項６に記載の立軸ポンプ。
前記ハブは、直径が下部から上方へ次第に大きくなっている円錐状であり、
前記円錐状容器は、前記ハブから突出している背羽根を保護するプロテクタである、請求項６又は７に記載の立軸ポンプ。
前記水中軸受よりも上方で前記保護管に接続されている回収管と、
前記回収管に配置されており、前記保護管から回収された前記浄水の流量を検出する流量計と、
前記流量計により検出された浄水流量に基づいて、前記水中軸受の異常発生を判定する判定部と
を備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。