JP2020112136A

JP2020112136A - ボルテックスポンプ

Info

Publication number: JP2020112136A
Application number: JP2019005345A
Authority: JP
Inventors: 修平山崎; Shuhei Yamazaki; 正晃大仲; Masaaki Onaka; 茂佐渡島; Shigeru Sadoshima
Original assignee: Kawamoto Pump Mfg Co Ltd
Current assignee: Kawamoto Pump Mfg Co Ltd
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2020-07-27
Anticipated expiration: 2039-01-16
Also published as: JP7163202B2

Abstract

【課題】軸封室に異物が堆積することを抑制できるボルテックスポンプを提供すること。【解決手段】ボルテックスポンプ１は、水平方向に延びる回転軸２４と、回転軸２４に接続されたインペラ３２と、インペラ３２を収容するとともに、インペラ３２の外周面と対向して設けられ、ポンプ室３１ａ及び軸封室３１ｂを仕切る仕切壁５４、及び、仕切壁５４の少なくとも下端に設けられ、ポンプ室３１ａ及び軸封室３１ｂを連通するスリット部５４ａを有するケーシング３１と、軸封室３１ｂに設けられる軸封装置３３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、横軸のボルテックスポンプに関する。

現在、例えば、汚水汚物を二次側に圧送するポンプとして、ボルテックスポンプを排水水中ポンプとして用いる技術が知られている。ボルテックスポンプは、水に加え、水に含まれる異物を二次側に圧送可能に構成されている。このようなボルテックスポンプは、インペラにセミオープンインペラ等が用いられるとともに、ケーシングとインペラとの間隙を広く設定することにより、所定の粒径の異物を通過可能にし、異物の通過性能を向上させている。例えば、ボルテックスポンプは、回転軸が重力方向に延設された縦軸の構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上述の縦軸のボルテックスポンプを排水水中ポンプとして用いる場合には、ポンプ部が水中にあるため、メンテナンスを行う際にボルテックスポンプを水中から引き上げる必要があり、メンテナンスに手間がかかる。

そこで、その無閉塞性を生かして、メンテナンス性向上のため、陸上に設置し、回転軸が水平方向に延設された横軸の構成とすることも考えられる。

特許第３３１０５００号公報

しかしながら、ボルテックスポンプを横軸として使用すると、ポンプの内部に異物が堆積する虞がある。特に、ポンプのモータ側に、軸封装置が配置される軸封室は、インペラの裏側に位置することから、水の流れがポンプ室に比べてすくないことから、特に異物が堆積しやすい、という問題がある。

そこで本発明は、軸封室に異物が堆積することを抑制できるボルテックスポンプを提供することを目的とする。

本発明の一態様として、ボルテックスポンプは、水平方向に延びる回転軸と、前記回転軸に接続されたインペラと、前記インペラを収容するとともに、前記インペラの外周面と対向して設けられ、ポンプ室及び軸封室を仕切る仕切壁、及び、前記仕切壁の少なくとも下端に設けられ、前記ポンプ室及び前記軸封室を連通するスリット部を有するケーシングと、前記軸封室に設けられる軸封装置と、を備える。

本発明によれば、軸封室に異物が堆積することを抑制できるボルテックスポンプを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るボルテックスポンプを一部断面で示す側面図。同ボルテックスポンプに用いられるポンプケーシングの構成を示す斜視図。同ポンプケーシングの構成を示す正面図。

以下、本発明の第１の実施形態に係るボルテックスポンプを、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るボルテックスポンプ１の構成を、一部断面で示す側面図、図２及び図３は、ボルテックスポンプ１に用いられるポンプケーシング４２の構成を斜視及び正面視で示す図である。

図１及び図２に示すように、ボルテックスポンプ１は、ベース１０と、モータ１１と、モータ１１に固定されたポンプ１２と、を備えている。

ベース１０は、モータ１１及びポンプ１２を、ボルト等の締結部材１０ａ等により固定し、支持する。

モータ１１は、モータフレーム２１と、モータフレーム２１内に固定された固定子と、固定子に対して回転可能に構成された回転子と、回転子に固定された回転軸２４と、を備えている。また、モータ１１は、モータフレーム２１に設けられ、回転軸２４を軸支する軸受部材と、固定子と電気的に接続される電装箱と、を備えている。モータフレーム２１は、垂直方向に対して直交する方向に回転軸２４を延設可能に、その軸方向が水平方向となるようにベース１０に固定される。

回転軸２４は、モータフレーム２１から突出することで、ポンプ１２の回転軸を構成する。

ポンプ１２は、ケーシング３１と、ケーシング３１内に配置され、回転軸２４に固定されるインペラ３２と、ケーシング３１及び回転軸２４間を密封する軸封装置３３と、を備えている。

ケーシング３１は、モータフレーム２１に固定されるケーシングカバー４１と、ケーシングカバー４１に固定されるポンプケーシング４２と、を備えている。ケーシング３１は、垂直方向に対して直交する方向に回転軸２４を延設可能に、その軸方向が水平方向となるようにベース１０に固定される。ケーシング３１は、収容したインペラ３２により水を圧送するためのポンプ室３１ａと、軸封装置３３を収容する軸封室３１ｂと、を内部に構成する。

ケーシングカバー４１は、回転軸２４を挿通させる挿通孔４１ａを有する。ケーシングカバー４１は、ポンプケーシング４２とともに、ポンプケーシング４２の渦巻室４２ａを閉塞することで、渦巻室４２ａの一部を構成する。

ポンプケーシング４２は、ポンプ室３１ａを構成する部位の内周面が、巻き終わりが垂直方向の下端に配置されたボリュート形状（渦巻形状）に形成される。また、ポンプケーシング４２は、軸方向の一方の端部に形成された吸込口５１と、外周面の一部に形成された吐出管部５２と、外周面に９０°間隔で設けられた３つの脚部５３と、を有する。また、ポンプケーシング４２は、軸方向の他方の端部に、他方の端部がインペラ３２を挿入可能、且つ、ケーシングカバー４１と接続可能に開口する。また、ポンプケーシング４２は、軸封室３１ｂ側の内径が、ポンプ室３１ａ側の内径よりも小径に構成される。

また、ポンプケーシング４２は、内周面のインペラ３２の外周縁と対向する部位に、ポンプケーシング４２内をインペラ３２とともに、ポンプ室３１ａと軸封室３１ｂとに仕切る仕切壁５４を有する。

仕切壁５４は、インペラ３２の外周面と、より具体的にはインペラ３２の後述するシュラウド６１の外周面と対向して配置され、インペラ３２の外周面との間に所定の隙間が生じる内径に構成される。また、仕切壁５４は、少なくともポンプケーシング４２がベース１０に固定されたときに最下端となる部位にスリット部５４ａを有する。本実施形態においては、仕切壁５４は、複数の、より具体的には周方向に９０度間隔で形成された４つのスリット部５４ａを有する。スリット部５４ａは、ポンプ室３１ａ及び軸封室３１ｂを連通する。

４つのスリット部５４ａは、ポンプケーシング４２をベース１０に固定したときに、仕切壁５４の０°、９０°、１８０°、２７０°の位置に配置される。換言すると、仕切壁５４は、４つの円弧状の壁部５４ｂが周方向に等間隔に配置されることで構成される。

また、スリット部５４ａが設けられた部位のポンプケーシング４２の内面は、軸封室３１ｂ側からポンプ室３１ａ側に向かって径方向外方へ傾斜する。

壁部５４ｂは、インペラ３２の回転方向の二次側の端部、本実施形態においては、軸封室３１ｂ側の主面を正面視としたときに、軸封室３１ｂ側の時計回りで一次側の端部に、軸封室３１ｂ側に突出するリブ５４ｃを有する。即ち、仕切壁５４は、軸封室３１ｂ側の主面を正面視としたときに、時計回りでスリット部５４ａの二次側の端部に軸封室３１ｂ側に突出するリブ５４ｃを有する。壁部５４ｂ及びリブ５４ｃの隅部は、曲面により湾曲する。なお、壁部５４ｂは、インペラ３２の回転方向に漸次厚さが増加するように、換言すると、軸封室３１ｂ側の主面を正面視としたときに、時計回りで二次側の端部からリブ５４ｃに向かって、ポンプ室３１ａ側の主面が傾斜して形成されていてもよい。

ポンプ室３１ａは、軸方向で一方の端部側の内面が、インペラ３２と所定の間隙を有する形状に形成される。ここで、所定の間隙は、図１中に二点鎖線で示すように、所定の粒径の異物１００が通過可能な間隙であり、適宜設定される。

吸込口５１は、ポンプケーシング４２の一方の端部の外面から突出して形成される。吸込口５１は、その先端に配管等が接続可能なフランジ５７が固定される。

吐出管部５２は、ポンプケーシング４２に一体に延設された円筒状の管である。吐出管部５２は、その端部に、ボルテックスポンプ１から二次側に汚水を供給する配管９９が接続されるフランジ５７が固定される。吐出管部５２は、その内径が渦巻室４２ａからその先端に向かって一定の内径で形成されるとともに、フランジ５７が固定される端部側に吐出口５２ａを有する。

脚部５３は、設置面に固定されたときにポンプ１２を支持可能な形状に構成されている。脚部５３は、ベース１０に締結部材等により取り付けられる一対の脚５３ａにより構成される。３つの脚部５３は、ポンプケーシング４２の外周面であって、且つ、ポンプケーシング４２の軸心回りで吐出管部５２から９０°、１８０°、２７０°の位置に設けられる。また、脚部５３及び吐出管部５２は、４つのスリット部５４ａと周方向で同じ位置となるように、９０度間隔で配置される。ベース１０に固定する脚部５３は、吐出管部５２の延設方向によって、適宜選択される。

インペラ３２は、回転軸２４に固定されるボス部６１ａを有するシュラウド６１と、シュラウド６１のポンプケーシング４２の一方の端部に対向する面に設けられた複数の羽根６２と、を備えている。インペラ３２は、所謂セミオープンインペラである。例えば、シュラウド６１の軸方向の厚さは、仕切壁５４の軸方向の厚さよりも小さく設定される。

軸封装置３３は、メカニカルシールである。

このように構成されたボルテックスポンプ１は、ポンプ室３１ａ及び軸封室３１ｂを仕切る仕切壁５４にスリット部５４ａを設けることで、軸封室３１ｂに侵入した異物をポンプ室３１ａ側に排出することが可能となる。これにより、ボルテックスポンプ１は、軸封室３１ｂに異物が侵入することを防止できる。

また、仕切壁５４にスリット部５４ａを４つ設けることで、３つの脚部５３のいずれをベース１０に固定した場合であっても、スリット部５４ａが重力方向でポンプケーシング４２の下端に位置することになる。このため、ボルテックスポンプ１は、その姿勢に関わらず、軸封室３１ｂの異物をポンプ室３１ａに排出することができる。また、スリット部５４ａを吐出管部５２と周方向で同じ位置にも設けることで、ボルテックスポンプ１を運転するために呼び水を行ったときに、軸封室３１ｂに空気だまりができることを防ぐことが可能となる。

また、ポンプケーシング４２のスリット部５４ａが設けられた部位を、軸封室３１ｂからポンプ室３１ａに向かって径方向外方へ傾斜させる構成とすることで、軸封室３１ｂの空気や異物がポンプ室３１ａ側へ排出されやすくなる。これにより、軸封室３１ｂに空気だまりが生じること、及び、軸封室３１ｂに異物が堆積することを極力防止できる。

また、仕切壁５４は、軸封室３１ｂ側の主面のインペラ３２の回転方向の二次側の端部に、軸封室３１ｂに突出するリブ５４ｃを設けることで、ボルテックスポンプ１の運転中に、軸封室３１ｂ内で異物が循環することを抑制することができ、インペラ３２のシュラウド６１の背面や軸封装置３３が異物によって摩耗することを防止できる。

さらに、壁部５４ｂ及びリブ５４ｃの隅部を曲面とすることで、リブ５４ｃの周囲に渦流れが生じることを極力防止できることから、リブ５４ｃの裏側や、壁部５４ｂのポンプ室３１ａ側に異物が堆積することを防止できる。なお、壁部５４ｂの主面を、インペラ３２の回転方向に漸次厚さが増加するように形成することで、リブ５４ｃの周囲に渦流れが生じることより防止できる。また、すべての壁部５４ｂにおいて、壁部５４ｂ及びリブ５４ｃの隅部の形状を曲面とすることから、ポンプケーシング４２の姿勢を変更した場合であっても、異物が堆積することを防止できる。

このように構成された実施形態のボルテックスポンプ１と、スリット部５４ａ及びリブ５４ｃを有さない比較例のボルテックスポンプと異物流出試験について、以下説明する。異物流出試験として、実施形態のボルテックスポンプ１及び比較例のボルテックスポンプの軸封室３１ｂに、活性炭を１００ｇに投入し、吐出流量を０．４ｍ^３／ｍｉｎで１０分間運転した。

運転停止後、軸封室３１ｂから排出された活性炭を回収したところ、本実施形態のボルテックスポンプ１は、投入した活性炭の９８．５％が軸封室３１ｂから排出されており、比較例のボルテックスポンプは、投入した活性炭の７８．３％が排出されていた。

このような結果からも明らかなように、本実施形態のボルテックスポンプ１によれば、軸封室３１ｂ内の異物の排出を促進し、軸封室３１ｂに異物が堆積することを抑制できる。

上述したように、本発明の一実施形態に係るボルテックスポンプ１によれば、軸封室３１ｂ内に異物が堆積することを防止できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上述した仕切壁５４は、スリット部５４ａを有し、そして、リブ５４ｃを有さない構成としてもよい。また、スリット部５４ａの形状を、スリット部５４ａが設けられた部位のポンプケーシング４２の内面が軸封室３１ｂからポンプ室３１ａに向かって径方向外方へ傾斜する構成を説明したがこれに限定されず、例えば、スリット部５４ａが設けられた部位のポンプケーシング４２の内面が軸方向へ沿う形状としてもよい。

また、上述した４か所のスリット部５４ａのうち、周方向で吐出管部５２と同じ位置になるスリット部５４ａは、空気を軸封室３１ｂ側からポンプ室３１ａ側へ移動させるために用いられる。このため、周方向で吐出管部５２と同じ位置になるスリット部５４ａは、周方向で脚部５３と同じ位置になるスリット部５４ａよりも、周方向の幅が小さく形成されていてもよい。

また、上述した例では、脚部５３は３つ設けられる構成を説明したがこれに限定されない。即ち、脚部５３は、２つであってよく、また、ポンプケーシング４２の姿勢を変えないのであれば、脚部５３は一つであってもよい。また、例えば、スリット部５４ａは、少なくとも仕切壁５４の最下端となる位置に設ける構成とすれば、軸封室３１ｂ内の異物を排出する機能を有する。また、ポンプケーシング４２は、１つのスリット部５４ａを1つの脚部５３と同じ角度位置で設けるとともに、１８０度の角度位置でさらにスリット部５４aを設ける構成であれば、ポンプケーシング４２をベース１０に配置したときに、仕切壁５４の最下端と最上部にスリット部５４ａが配置される構成であってもよい。これにより、最上部のスリット部５４ａを空気排出用のスリット部として用いることができる。

即ち、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…ボルテックスポンプ、１０…ベース、１０ａ…締結部材、１１…モータ、１２…ポンプ、２１…モータフレーム、２４…回転軸、３１…ケーシング、３１ａ…ポンプ室、３１ｂ…軸封室、３２…インペラ、３３…軸封装置、４１…ケーシングカバー、４１ａ…挿通孔、４２…ポンプケーシング、４２ａ…渦巻室、５１…吸込口、５２…吐出管部、５２ａ…吐出口、５３…脚部、５３ａ…脚、５４…仕切壁、５４ａ…スリット部、５４ｂ…壁部、５４ｃ…リブ、５７…フランジ、６１…シュラウド、６１ａ…ボス部、６２…羽根、９９…配管、１００…異物。

Claims

水平方向に延びる回転軸と、
前記回転軸に接続されたインペラと、
前記インペラを収容するとともに、前記インペラの外周面と対向して設けられ、ポンプ室及び軸封室を仕切る仕切壁、及び、前記仕切壁の少なくとも下端に設けられ、前記ポンプ室及び前記軸封室を連通するスリット部を有するケーシングと、
前記軸封室に設けられる軸封装置と、
を備えるボルテックスポンプ。
前記ケーシングは、複数の脚部を備え、
前記スリット部は、前記仕切壁の周方向で前記複数の脚部と同じ位置にそれぞれ設けられる、請求項１に記載のボルテックスポンプ。
前記スリット部は、さらに前記仕切壁の周方向で吐出管部と同じ位置に設けられる請求項２に記載のボルテックスポンプ。
前記ケーシングは、吐出管部及び９０度間隔で配置された３つの脚部を備え、
前記スリット部は、前記仕切壁の周方向で、前記吐出管部及び前記３つの脚部と同じ位置にそれぞれ設けられる、請求項１に記載のボルテックスポンプ。
前記ケーシングの前記スリット部が設けられた内面は、前記軸封室から前記ポンプ室に向かって径方向外方へ傾斜する、請求項１に記載のボルテックスポンプ。
前記仕切壁は、前記軸封室側の前記インペラの回転方向で二次側の端部に設けられ、前記軸封室側に突出するリブを有する、請求項１に記載のボルテックスポンプ。
前記仕切壁は、前記軸封室側の主面と前記リブとの隅部が曲面に形成される、請求項６に記載のボルテックスポンプ。