JP2021179174A - Rotary equipment and pump device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、羽根車と、前記羽根車を回転軸心まわりに回転自在に支持する支持部と、前記支持部に支持された前記羽根車を回転させる駆動機構と、が設けられた回転機器、及び、当該回転機器を有するポンプ装置に関する。 The present invention is a rotating device provided with an impeller, a support portion that rotatably supports the impeller about the center of rotation, and a drive mechanism for rotating the impeller supported by the support portion. And the pump device having the rotating equipment.
降雨量が多い場合、河川への自然流下では十分に排水できないため、雨水排水機場或いは合流式下水網の中継ポンプ場等に雨水排水用のポンプ装置を配置し、内水氾濫を回避している。これらのポンプ装置には所要揚程が比較的低い代わりに短時間に大量の排水が求められるため立軸あるいは横軸の斜流羽根車を有するポンプ装置が用いられる場合が多い。また、これらの排水中には多くの土砂、草木の破片、生活ごみ等の異物が含まれている。 When there is a lot of rainfall, it is not possible to drain water sufficiently by natural flow to the river, so a pump device for rainwater drainage is installed at the rainwater drainage pump station or the relay pumping station of the combined sewer network to avoid inland water inundation. .. Since these pump devices require a large amount of drainage in a short time instead of having a relatively low required lift, a pump device having a vertical axis or horizontal axis oblique flow impeller is often used. In addition, many foreign substances such as earth and sand, vegetation fragments, and household waste are contained in these wastewaters.
このような用途におけるポンプ装置は、特許文献1に示されるように、羽根車を有するポンプ部と、吸込ベルマウスと、揚水管と、吐出管と、羽根車を回転させる原動機等を備えている。
As shown in
このようなポンプ装置は前述のように非常時に確実に稼働することが優先され、定期的な維持管理が必須である一方、降雨が無ければ試運転による確認が行えず、原動機や軸受の維持管理の確実性の面で改良の余地がある。 As mentioned above, it is prioritized to operate such a pump device reliably in an emergency, and regular maintenance is indispensable. On the other hand, if there is no rainfall, it cannot be confirmed by a trial run, and maintenance of the prime mover and bearings. There is room for improvement in terms of certainty.
また、原動機から羽根車へと動力を伝達する動力伝達軸は、揚水管の内において長手方向に配設され、適当な位置において軸受により回転自在に支持されている。 Further, the power transmission shaft for transmitting power from the prime mover to the impeller is arranged in the longitudinal direction in the pumping pipe, and is rotatably supported by bearings at an appropriate position.
揚水管の管長と管径の比は、長いもので10倍(管長で20m)を超える場合があり、揚水管内に配設された動力伝達軸も同様に長くなり、軸を回転支持する軸受および軸受支持梁も複数設けられる。この場合、本来障害物を配置すべきでない揚水管内に、主軸と複数の軸受および軸受支持梁を配することになるため揚水管内の通流断面積が減り効率が低下する虞や異物が絡む虞がある。 The ratio of the pipe length to the pipe diameter of the pumping pipe may exceed 10 times (20 m in pipe length) at the longest, and the power transmission shaft arranged in the pumping pipe is also lengthened, and the bearings and bearings that rotationally support the shaft. A plurality of support beams are also provided. In this case, since the main shaft and a plurality of bearings and bearing support beams are arranged in the pumping pipe where obstacles should not be originally placed, the flow cross-sectional area in the pumping pipe may decrease, the efficiency may decrease, and foreign matter may be entangled. There is.
さらに、状態保全あるいは定期保全において、ポンプ部や軸受等の分解点検が必要となった場合、揚水管も含めてポンプ装置全体を吊り上げる必要がある。このような作業は非常に大掛かりで、費用を要するものであった。また、現地での補修ができないため、工場に持ち帰る必要があった。 Furthermore, when it is necessary to disassemble and inspect the pump part, bearings, etc. for condition maintenance or regular maintenance, it is necessary to lift the entire pump device including the pumping pipe. Such work was very large and costly. In addition, it was necessary to take it back to the factory because it could not be repaired locally.
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、従来必要であった原動機や、当該原動機から羽根車へ動力を伝達する動力伝達軸や、当該動力伝達軸用の軸受を不要とし、吐出効率やメンテナンス性が向上した回転機器及びポンプ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and eliminates the need for a prime mover, a power transmission shaft for transmitting power from the prime mover to an impeller, and a bearing for the power transmission shaft, which has been conventionally required, and discharges. It is an object of the present invention to provide a rotating device and a pump device having improved efficiency and maintainability.
上述の目的を達成するための本発明に係る回転機器の特徴構成は、羽根車と、前記羽根車を回転軸心まわりに回転自在に支持する支持部と、前記支持部に支持された前記羽根車を回転させる駆動機構と、が設けられた回転機器であって、前記羽根車及び前記支持部は、前記回転軸心まわりの全周に亘って互いに対向する、前記羽根車に設けられている羽根側対向面及び前記支持部に設けられている支持側対向面を有し、前記駆動機構は、前記支持側対向面と前記羽根側対向面との隙間に駆動流体を供給するために、前記支持側対向面において前記回転軸心まわりに設けられている複数の供給口と、前記各供給口を介して前記隙間に前記駆動流体を供給する供給機構と、前記供給機構から前記各供給口のうちいずれの供給口を介して前記隙間に前記駆動流体を供給するかを制御する制御機構と、を有して構成されている点にある。 The characteristic configuration of the rotating device according to the present invention for achieving the above-mentioned object is an impeller, a support portion that rotatably supports the impeller around the center of rotation axis, and the blade supported by the support portion. A rotating device provided with a drive mechanism for rotating a vehicle, wherein the impeller and the support portion are provided on the impeller, which face each other over the entire circumference of the rotation axis. The drive mechanism has a blade-side facing surface and a support-side facing surface provided on the support portion, and the drive mechanism is used to supply a drive fluid to a gap between the support-side facing surface and the blade-side facing surface. A plurality of supply ports provided around the center of rotation on the support side facing surface, a supply mechanism for supplying the drive fluid to the gap through the respective supply ports, and the supply ports from the supply mechanism to the supply ports. A control mechanism for controlling which of the supply ports is used to supply the driving fluid to the gap is provided.
制御機構によって制御された供給機構は、各供給口を介して駆動流体を隙間に供給することによって、当該駆動流体が供給された位置においては支持側対向面と羽根側対向面との隙間は広くなる。一方、回転軸心に対して反対側の位置においては、支持側対向面と羽根側対向面との隙間が狭くなって接触する。 The supply mechanism controlled by the control mechanism supplies the drive fluid to the gap through each supply port, so that the gap between the support side facing surface and the blade side facing surface is wide at the position where the drive fluid is supplied. Become. On the other hand, at the position opposite to the rotation axis, the gap between the support side facing surface and the blade side facing surface becomes narrow and comes into contact with each other.
複数の供給口は、回転軸心まわりに均等に設けられていることが好ましい。供給口は、3つ以上である。なお、制御機構は供給機構を制御して各供給口を介して所定の順序、具体的には羽根車の回転方向とは逆方向に駆動流体を隙間に供給すると、隙間が広がる位置が回転軸心まわりに移動し、すなわち、接触する位置が回転軸心まわりに移動することによって、羽根車は回転軸心まわりに反力を得て回転する。 It is preferable that the plurality of supply ports are evenly provided around the center of rotation axis. There are three or more supply ports. When the control mechanism controls the supply mechanism and supplies the drive fluid to the gap in a predetermined order through each supply port, specifically, in the direction opposite to the rotation direction of the impeller, the position where the gap expands is the rotation axis. By moving around the center of rotation, that is, the contact position moves around the center of rotation axis, the impeller obtains a reaction force around the center of rotation axis and rotates.
つまり、流体の吐出方向から見て、羽根車の回転方向が時計回りであれば、各供給口への駆動流体の供給は反時計回りにされることとなり、羽根車の回転方向が反時計回りであれば、各供給口への駆動流体の供給は時計回りにされることとなる。駆動流体として、入手性や取扱性が良いため、空気や水が好ましく例示できる。 That is, if the impeller rotation direction is clockwise when viewed from the fluid discharge direction, the drive fluid is supplied to each supply port in a counterclockwise direction, and the impeller rotation direction is counterclockwise. If so, the supply of the driving fluid to each supply port will be clockwise. As the driving fluid, air and water can be preferably exemplified because it is easily available and easy to handle.
なお、支持部と羽根車との対向面の面積は、従来の回転軸と軸受との対向面よりも広くすることができるため、面圧を低下させることができる。したがって、従来よりも摩耗のリスクを低下させることができる。 Since the area of the facing surface between the support portion and the impeller can be made wider than the facing surface between the conventional rotating shaft and the bearing, the surface pressure can be reduced. Therefore, the risk of wear can be reduced as compared with the conventional case.
本発明においては、前記羽根車は、前記回転軸心まわりに設けられた羽根と、前記羽根のチップ側に設けられたシュラウドと、を有し、前記支持部は、前記羽根車のラジアル方向の荷重及びアキシャル方向の荷重を前記シュラウドを介して支持するように構成され、前記羽根側対向面は、前記シュラウドにおける外向面に設けられ、前記支持側対向面は、前記支持部における内向面に設けられていると好適である。 In the present invention, the impeller has a blade provided around the center of rotation axis and a shroud provided on the tip side of the blade, and the support portion is in the radial direction of the impeller. The load and the load in the axial direction are configured to be supported via the shroud, the blade-side facing surface is provided on the outward surface of the shroud, and the support-side facing surface is provided on the inward surface of the support portion. It is preferable that it is used.
羽根車や支持部の一例として上述の構成が例示でき、支持部とシュラウドとの隙間に駆動流体を供給することで、支持部とシュラウドとが意図的に接触させられ、羽根車を回転させることができる。なお、羽根車は、ボスを有してもよいし有していなくてもよい。上述の構成により、降雨が無くてもポンプ装置を試運転し維持管理に必要な情報を得ることができる。 The above configuration can be exemplified as an example of an impeller or a support portion, and by supplying a driving fluid to the gap between the support portion and the shroud, the support portion and the shroud are intentionally brought into contact with each other to rotate the impeller. Can be done. The impeller may or may not have a boss. With the above configuration, it is possible to test run the pump device and obtain information necessary for maintenance even if there is no rainfall.
本発明においては、前記羽根車は、前記回転軸心まわりに設けられた羽根と、前記羽根のチップ側に設けられたシュラウドと、前記シュラウドに設けられたフランジ部と、を有し、前記支持部は、前記羽根車の、少なくともアキシャル方向の荷重を前記フランジ部を介して支持するように構成され、前記羽根側対向面は、前記フランジ部における下向面に設けられ、前記支持側対向面は、前記支持部における上向面に設けられていると好適である。 In the present invention, the impeller has a blade provided around the center of rotation, a shroud provided on the tip side of the blade, and a flange portion provided on the shroud, and the support thereof is provided. The portion is configured to support at least the load in the axial direction of the impeller via the flange portion, and the blade-side facing surface is provided on the downward surface of the flange portion, and the support-side facing surface is provided. Is preferably provided on the upward surface of the support portion.
羽根車や支持部の一例として上述の構成が例示でき、フランジ部と支持部との隙間に駆動流体を供給することで、支持部とフランジ部とが意図的に接触させられ、羽根車を回転させることができる。なお、羽根車は、回転軸心の部分にボスを有してもよいし有していなくてもよい。また、支持部は、アキシャル方向の荷重だけでなく、フランジ部ないしシュラウドを介して羽根車のラジアル方向の荷重も支持するように構成されていてもよい。 The above configuration can be exemplified as an example of an impeller or a support portion. By supplying a driving fluid to the gap between the flange portion and the support portion, the support portion and the flange portion are intentionally brought into contact with each other to rotate the impeller. Can be made to. The impeller may or may not have a boss at the portion of the rotation axis. Further, the support portion may be configured to support not only the load in the axial direction but also the load in the radial direction of the impeller via the flange portion or the shroud.
本発明においては、前記羽根車は、前記回転軸心の位置に設けられた回転軸と、前記回転軸に設けられたボスと、前記ボスに設けられた羽根と、を有し、前記支持部は、前記羽根車の、少なくともラジアル方向の荷重を前記回転軸を介して支持するように構成され、前記羽根側対向面は、前記回転軸における外向面に設けられ、前記支持側対向面は、前記支持部における内向面に設けられていると好適である。 In the present invention, the impeller has a rotation shaft provided at the position of the rotation axis center, a boss provided on the rotation shaft, and a blade provided on the boss, and the support portion. Is configured to support at least the radial load of the impeller via the rotation shaft, the blade-side facing surface is provided on the outward surface of the rotation shaft, and the support-side facing surface is It is preferable that the support portion is provided on the inward surface.
羽根車や支持部の一例として上述の構成が例示でき、支持部と回転軸との隙間に駆動流体を供給することで、回転軸と支持部とが意図的に接触させられ、羽根車を回転させることができる。なお、回転軸にフランジ部が設けられ、支持部は、回転軸のフランジ部を介して羽根車のアキシャル方向の荷重も支持するように構成されていてもよい。 The above configuration can be exemplified as an example of an impeller or a support portion. By supplying a driving fluid to the gap between the support portion and the rotating shaft, the rotating shaft and the supporting portion are intentionally brought into contact with each other to rotate the impeller. Can be made to. A flange portion may be provided on the rotating shaft, and the supporting portion may be configured to support a load in the axial direction of the impeller via the flange portion of the rotating shaft.
本発明においては、前記支持側対向面と前記羽根側対向面とには、前記支持側対向面と前記羽根側対向面との接触によって、前記羽根車が前記支持部から周方向に沿って反力を得ることができるような表面処理が施されていると好適である。 In the present invention, the impeller is opposed to the support-side facing surface and the blade-side facing surface along the circumferential direction from the support portion by contact between the support-side facing surface and the blade-side facing surface. It is preferable that the surface treatment is applied so that the force can be obtained.
支持側対向面と羽根側対向面との摩擦が極めて少ないように構成されていると、支持側対向面と羽根側対向面との接触によって、羽根車が支持部から周方向に沿って十分な反力を得ることができず、羽根車を回転させることが困難である。 If the friction between the support side facing surface and the blade side facing surface is configured to be extremely small, the impeller is sufficient along the circumferential direction from the support portion due to the contact between the supporting side facing surface and the blade side facing surface. It is difficult to rotate the impeller because the reaction force cannot be obtained.
そこで上記のように表面処理を施すのである。表面処理として、支持側対向面及び羽根側対向面を合成樹脂(エラストマ又はプラスチック)から構成する、支持側対向面及び羽根側対向面に互いに噛み合うことができる歯車や溝条を形成する、支持側対向面及び羽根側対向面を互いに面荒らしする等の処理が例示できる。 Therefore, the surface treatment is applied as described above. As a surface treatment, the support side facing surface and the blade side facing surface are made of synthetic resin (elastomer or plastic), and gears and grooves that can mesh with each other are formed on the supporting side facing surface and the blade side facing surface. A process such as roughening the facing surface and the blade-side facing surface with each other can be exemplified.
なお、羽根車の材質を支持部よりも弱くしておいたり、支持部の材質を羽根車の材質よりも弱くしておくと、弱いほうに摩耗等が発生しやすいため、メンテナンスにおいて支持部と羽根車のいずれの補修が必要となるかを予測することができる。なお、揚水時において隙間に供給される駆動流体により摩擦が低下するため、それを見越して材料を選定することが好ましい。 If the material of the impeller is made weaker than the support part, or if the material of the support part is made weaker than the material of the impeller, wear etc. is likely to occur on the weaker side. It is possible to predict which of the impellers will need to be repaired. Since friction is reduced by the driving fluid supplied to the gap during pumping, it is preferable to select the material in anticipation of this.
本発明においては、前記制御機構は、前記供給機構によって前記各供給口からの前記駆動流体の供給ペースを調節可能に構成されていると好適である。 In the present invention, it is preferable that the control mechanism is configured so that the supply pace of the drive fluid from each supply port can be adjusted by the supply mechanism.
供給機構は、制御機構によって制御され、各供給口から所定の順序で駆動流体を供給することができるのであるが、その際、各供給口への駆動流体の供給ペースを調節することによって、羽根車の回転数を調節することができる。 The supply mechanism is controlled by a control mechanism, and the drive fluid can be supplied from each supply port in a predetermined order. At that time, the blades are adjusted by adjusting the supply pace of the drive fluid to each supply port. The number of revolutions of the car can be adjusted.
本発明においては、前記供給機構は、前記各供給口から供給される前記駆動流体の供給圧を個別に調節可能に構成されていると好適である。 In the present invention, it is preferable that the supply mechanism is configured so that the supply pressure of the drive fluid supplied from each supply port can be individually adjusted.
羽根車の回転数に応じて吐出量は変化する。羽根車には吐出方向と反対向きの力が作用するのであるが、この力は吐出量に応じて変化し、吐出量が少ないときは小さく、多いときは大きくなる。駆動流体の供給量が一定であると、上記力が変化するため、支持側対向面と羽根側対向面との接触の程度が安定せず、羽根車の回転が安定しない。それに対して、上述のように、制御機構が、供給機構によって各供給口から供給される駆動流体の供給圧を個別に調節可能に構成されていると、上記力に安定的に抗することができるため、支持側対向面と羽根側対向面との接触の程度を安定させ、羽根車の回転を安定させることができる。なお、羽根車の回転数は、非接触のセンサによって検出することが考えられる。 The discharge amount changes according to the rotation speed of the impeller. A force acting in the direction opposite to the discharge direction acts on the impeller, and this force changes according to the discharge amount, and is small when the discharge amount is small and large when the discharge amount is large. When the supply amount of the driving fluid is constant, the above-mentioned force changes, so that the degree of contact between the support side facing surface and the blade side facing surface is not stable, and the rotation of the impeller is not stable. On the other hand, as described above, if the control mechanism is configured so that the supply pressure of the drive fluid supplied from each supply port can be individually adjusted by the supply mechanism, the force can be stably resisted. Therefore, the degree of contact between the support side facing surface and the blade side facing surface can be stabilized, and the rotation of the impeller can be stabilized. The rotation speed of the impeller may be detected by a non-contact sensor.
本発明においては、前記駆動流体は、空気であると好適である。 In the present invention, it is preferable that the driving fluid is air.
空気は、地上において容易に確保することができるため、駆動流体として好適に用いられる。この場合は、供給機構は、公知のエアコンプレッサ等から構成することができ、当該エアコンプレッサから供給される空気を、エアチューブを介して供給口に供給することができる。エアチューブは、取り回しがしやすいことから、エアコンプレッサは当該回転機器から離して設置することができる。例えば、回転機器を、ポンプ施設に備えられたポンプ装置に適用した場合に、エアコンプレッサは、ポンプ施設の建屋の入口付近に設置すれば、エアコンプレッサの保守点検や交換の作業性が良くなり、建屋の上階に設置すれば、万一の内水氾濫の際にも動力源の冠水被害を回避できる。なお、空気を駆動流体として用いるのにあたっては、公知のフィルタ等によって除塵されることが好ましい。 Air is suitably used as a driving fluid because it can be easily secured on the ground. In this case, the supply mechanism can be configured from a known air compressor or the like, and the air supplied from the air compressor can be supplied to the supply port via the air tube. Since the air tube is easy to handle, the air compressor can be installed away from the rotating equipment. For example, when the rotating equipment is applied to the pumping equipment installed in the pump facility, if the air compressor is installed near the entrance of the building of the pump facility, the workability of maintenance and inspection and replacement of the air compressor will be improved. If it is installed on the upper floor of the building, it is possible to avoid flood damage of the power source even in the unlikely event of inland flooding. When using air as a driving fluid, it is preferable to remove dust with a known filter or the like.
上述の目的を達成するための本発明に係るポンプ装置の特徴構成は、吸込ベルマウスと、揚水管と、前記吸込ベルマウスを介して流体を吸い込んで前記揚水管に吐き出す上述のいずれかの特徴構成を有する回転機器と、を有するポンプ装置であって、前記吸込ベルマウスの下流端部と、前記揚水管の上流端部とは、前記回転機器の設置部を介して締結接続されることなく連通されており、前記回転機器は、前記揚水管の内側を介して、地上から前記設置部に着脱可能に設置されるように構成されていると好適である。 The characteristic configuration of the pump device according to the present invention for achieving the above-mentioned object is any of the above-mentioned characteristics of sucking a fluid through a suction bell mouth, a pumping pipe, and the suction bell mouth and discharging the fluid to the pumping pipe. A pump device having a rotating device having a configuration, wherein the downstream end portion of the suction bell mouth and the upstream end portion of the pumping pipe are not fastened and connected via an installation portion of the rotating device. It is preferable that the rotating device is configured to be detachably installed from the ground to the installation portion via the inside of the pumping pipe.
従来は、吸込ベルマウスは回転機器の吸込口に締結接続され、揚水管は回転機器の吐出口に締結接続され、ポンプ部の直上には原動機が直結された構成であり、メンテナンス時には、原動機を撤去した上で、回転機器のみならず吸込ベルマウスや揚水管も一体的に引き上げる必要があったため、大型のホイストやクレーンを用いる必要があり、作業自体が大掛かりであり、かかる費用も高かった。 Conventionally, the suction bell mouth is fastened and connected to the suction port of the rotating device, the pumping pipe is fastened and connected to the discharge port of the rotating device, and the prime mover is directly connected directly above the pump part. After removing it, it was necessary to pull up not only the rotating equipment but also the suction bell mouth and the pumping pipe, so it was necessary to use a large hoist and a crane, and the work itself was large and costly.
上述の構成によると、メンテナンス時には、吸込ベルマウスや揚水管をそのままに、回転機器のみを地上に引き上げることができるため、小型のホイストやクレーンによってこれを行うことができ、作業自体も簡単であり、費用も安くすることができる。 According to the above configuration, during maintenance, only the rotating equipment can be pulled up to the ground while leaving the suction bell mouth and pumping pipe as it is, so this can be done with a small hoist or crane, and the work itself is easy. , The cost can also be reduced.
ユニット化された回転機器を着脱する構成であるため、工場で製作したものをそのまま使用することができ、回転に要する内部隙間の調整等の現場合わせ等が不要である。設置部にはエア枕を備えてもよい。 Since the unitized rotating device can be attached and detached, the one manufactured at the factory can be used as it is, and there is no need for on-site adjustment such as adjustment of the internal gap required for rotation. The installation unit may be equipped with an air pillow.
なお、回転機器を運転させていないときは、駆動流体は、例えば、当該ポンプ装置が設置される水槽内の残水を攪拌して腐敗や残渣堆積を抑制する等の他の用途に流用することが可能である。 When the rotating equipment is not in operation, the driving fluid shall be diverted to other uses, for example, by stirring the residual water in the water tank in which the pump device is installed to suppress spoilage and residue accumulation. Is possible.
通常、雨水排水機場には予備機も含め複数台のポンプ装置が設置され、従来は、複数のポンプ装置の、たとえ予備機であっても、それぞれに原動機を設ける必要があった。これに対して、本発明に係るポンプ装置は複数台を並設したときであっても、1台の供給機構に方向制御弁を介して連結し、この供給機構から供給される駆動流体としての空気を方向制御弁の切り替えることによって、選択的に運転可能となっている。 Normally, a plurality of pump devices including a spare machine are installed in a rainwater drainage pump station, and conventionally, it has been necessary to install a prime mover for each of a plurality of pump devices, even if it is a spare machine. On the other hand, the pump device according to the present invention is connected to one supply mechanism via a directional control valve even when a plurality of pump devices are arranged side by side, and is used as a drive fluid supplied from this supply mechanism. By switching the direction control valve for air, it can be operated selectively.
従来のポンプ装置においては、原動機は、回転数の制御ができないため、流量調節は吐出側に設けた流量調節バルブにより行っており、原動機は、動力を無駄に使用している状態にあった。また、回転数の調節のために、変速機構を介させたり、インバータを設けたりすると、装置が高価になってしまう。 In the conventional pump device, since the prime mover cannot control the rotation speed, the flow rate is adjusted by the flow rate control valve provided on the discharge side, and the prime mover is in a state of wasting power. Further, if a speed change mechanism is used or an inverter is provided for adjusting the rotation speed, the device becomes expensive.
本発明に係るポンプ装置においては、回転機器は上述のように供給口への駆動流体の供給ペースを調節することによって、羽根車の回転数を調節することができる構成を採用することができるため、吐出側に流量調節バルブを設ける必要がない。 In the pump device according to the present invention, the rotating device can adopt a configuration in which the rotation rate of the impeller can be adjusted by adjusting the supply pace of the drive fluid to the supply port as described above. , It is not necessary to provide a flow rate control valve on the discharge side.
図1には本発明に係る回転機器10及びこれを有するポンプ装置1が設置されたポンプ施設の水槽100が示されている。
FIG. 1 shows a
水槽100には、例えば4台のポンプ装置1が並設されている。なお、4台の内1台は予備である。図1においては、1台のポンプ装置1が示されている。
For example, four
各ポンプ装置1は、1台のエアコンプレッサ2に連結され、このエアコンプレッサ2から吐出される駆動流体としての空気を方向制御弁3により切り替えて選択的に供給することで、回転機器10を駆動する。エアコンプレッサ2は、各ポンプ装置1の直上ではなく当該ポンプ施設の建屋の入口付近等に設置されているため、各ポンプ装置1及びエアコンプレッサ2の保守点検や交換の作業性が良い。本実施形態においては、エアコンプレッサ2が、本発明に係る供給機構を構成し、方向制御弁3が、本発明に係る制御機構を構成する。
Each
各ポンプ装置1は、同じ構成であるため、以下の説明においては、各ポンプ装置1を区別することなく説明する。
Since each
図1から図3に示すように、ポンプ装置1は、吸込ベルマウス4と、回転機器10と、揚水管5と等を備え、水槽100に流入する雨水を、吐出管7へと送水する装置である。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
吸込ベルマウス4の内面には案内羽根(図示せず)が設けられている。揚水管5の上流端部、すなわち下端部には回転機器10の設置部6としての内向きのフランジ部が設けられている。当該設置部6には、設置部6の開口の中心と回転機器10の回転軸心12とが概ね一致するようにして、回転機器10を着脱可能に設置できるように構成されている。
A guide blade (not shown) is provided on the inner surface of the
なお、揚水管5と回転機器10との間にエア枕を設け、回転機器10の回転軸心12が設置部6の開口の中心とを簡単に一致させることができるようにしてもよい。当該エア枕に用いられる空気は、例えばエアコンプレッサ2から供給される。
An air pillow may be provided between the pumping
揚水管5の曲管部には、点検口8が設けられてあり、回転機器10は当該点検口8を介して、クレーンやホイストによって、地上から設置部6へ吊り下ろしや、設置部6から地上へ吊り上げされる。
An
このように、メンテナンス時には、駆動機構であるエアコンプレッサ2や吸込ベルマウス4や揚水管5をそのままに、回転機器10のみを地上に引き上げることができるため、小型のホイストやクレーンによってこれを行うことができ、作業自体も簡単であり、費用も安くすることができる。
In this way, at the time of maintenance, only the
図2及び図3に示すように、回転機器10は、羽根車11と、羽根車11を回転軸心12まわりに回転に支持する支持部13と、支持部13に支持された羽根車11を回転させる駆動機構としてのエアコンプレッサ2及び方向制御弁3と、が設けられてあり、吸込ベルマウス4を介して水槽100から吸い込んだ雨水を揚水管5に吐き出すように構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the rotating
羽根車11は、回転軸心12まわりに設けられた羽根14と、羽根14のチップ側に設けられたシュラウド15と、を有している。なお、本実施形態においては、羽根車11はボスを有していないため、ボスを有する場合に比べて流路が広く、異物が羽根車11に絡む虞が低減されている。ただし、羽根車11はボスを有していてもよく、後退翼形状としていてもよい。
The
支持部13は、羽根車11のラジアル方向の荷重及びアキシャル方向の荷重をシュラウド15を介して支持するように構成されている。
The
支持部13における内向面には支持側対向面13aが設けられている。また、シュラウド15における外向面には羽根側対向面15aが設けられている。支持部13に羽根車11を支持させたときに、支持側対向面13aと羽根側対向面15aとは、回転軸心12まわりの全周に亘って互いに対向する。
A support-
支持側対向面13a及び羽根側対向面15aは、例えばカーボンフィラーを含むポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂等から構成されている。これにより、支持側対向面13aと羽根側対向面15aとの適切な接触が行われ、羽根車11が支持部13から周方向に沿って効率的に反力を得ることができるようになっている。
The support
支持側対向面13aにおいて、回転軸心12まわりに、等間隔で4つの供給口16が設けられている。なお、供給口16は支持側対向面13aに設けられた凹部であるリセス13bに開口している。本実施形態においては、各供給口16は回転軸心12まわりの同じ高さとなる位置に設けられているが、各供給口16の配置と個数はこれに限らない。なお、リセス13bが設けられていなくてもよい。
On the support
各供給口16にはエアチューブ17を介してエアコンプレッサ2から供給される駆動流体としての空気が供給される。なお、エアコンプレッサ2から吐出された空気は、方向制御弁3により、所定の供給口16に選択的に供給可能となっている。方向制御弁3は、応答性の良さからダイヤフラム式が好適だが、他の方式でもよい。
Air as a driving fluid supplied from the
エアコンプレッサ2によって、支持側対向面13aと羽根側対向面15aとの隙間に駆動流体である空気が供給される。その際、方向制御弁3によって、エアコンプレッサ2から各供給口16のうち、いずれの供給口16を介して隙間に駆動流体を供給するかが制御される。
The
図3に示すように、駆動流体の供給は、方向制御弁3によって制御され、各供給口16を介して、例えば供給量が毎秒1L〜10L程度、供給圧が0.1MPa〜0.5MPa程度の条件により、支持側対向面13aと羽根側対向面15aとの隙間に供給する。
As shown in FIG. 3, the supply of the drive fluid is controlled by the
これにより、当該駆動流体が供給された位置においては支持側対向面13aと羽根側対向面15aとの隙間は広くなる。このとき当該隙間は数μm〜数十μm程度である。この隙間は、回転機器10の寸法や、エアコンプレッサ2からの空気の供給量や、供給圧を考慮して設計される。一方、回転軸心12に対して反対側の位置においては、支持側対向面13aと羽根側対向面15aとの隙間が狭くなって接触する。
As a result, the gap between the support
本実施形態においては、図3に示すように、流体の吐出方向から見て、羽根車11の回転方向が時計回りであるため、各供給口16からの駆動流体の供給の周期的変動は反時計回りにされる。なお、羽根車11の回転方向が反時計回りであれば、各供給口16からの駆動流体の供給の周期的変動は時計回りになされることとなる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, since the rotation direction of the
羽根車11の回転原理を以下に詳述する。本実施形態における4つの供給口16に、図3に示すように、流体の吐出方向から見て、反時計回りにa〜dを付して、供給口16a〜16dとする。先ず供給口16aへの駆動流体の供給を漸増し、その後漸減させ、次に供給口16bへの駆動流体の供給を漸増させる。このとき、供給口16aから供給口16bへの駆動流体の供給の変化に合わせて、供給口16aの反対側、すなわち供給口16cのあたりから供給口16bの反対側、すなわち供給口16dのあたりへ、接触の位置が移動する。
The rotation principle of the
つまり、羽根側対向面15aが支持側対向面13aへ押付けられながら、その接触位置が移動するので、接触面上を転がり、支持側対向面13aの内周長さと羽根側対向面15aの外周長さの周長比に応じて羽根車11が回転することになる。仮に支持側対向面13aと羽根側対向面15aとの接触面の摩擦が全く無いのであれば、支持側対向面13aと羽根側対向面15aとは滑るため、羽根車11は回転しない。しかし、現実には、支持側対向面13aと羽根側対向面15aとの接触面には一定の摩擦が生じるため、滑らず転がる力、つまり羽根車11を回転させる力を生じさせ得る。
That is, since the contact position moves while the blade-
方向制御弁3は、羽根車11の所望の回転数に応じて、エアコンプレッサ2によって各供給口16から供給する駆動流体の周期的変動、換言すれば供給ペースを調節可能に構成されている。さらに、エアコンプレッサ2は、羽根車11の回転数に応じて、各供給口16から供給される駆動流体の供給圧を個別に調節可能に構成されている。なお、支持部13には非接触のセンサが設けられており、これにより羽根車11の回転数が検出できるようになっている。
The
方向制御弁3の供給ペースを調節することによって、各供給口16からの駆動流体の供給ペースが調節され、羽根車11の回転数が調節される。エアコンプレッサ2によって各供給口16から供給される駆動流体の供給圧を個別に調節であることから、羽根車11に作用する吐出方向と反対向きの力が吐出量とともに変動しても、安定的に抗することができるため、支持側対向面13aと羽根側対向面15aとの接触の程度を安定させ、羽根車11の回転を安定させることができる。
By adjusting the supply pace of the
上記のように方向制御弁3によって、エアコンプレッサ2から各供給口16を介して所定の順序、具体的には羽根車11の回転方向とは逆方向に駆動流体を隙間に供給すると、隙間が広がる位置が回転軸心12まわりに移動し、すなわち、接触する位置が回転軸心12まわりに移動する。このとき支持側対向面13aの内周長さと羽根側対向面15aの外周長さとの間に差があることによって、羽根車11は回転軸心12まわりに反力を得て回転する。
As described above, when the drive fluid is supplied from the
次に、本発明に係る回転機器の別実施形態について説明する。ここでは上述の実施形態に係る回転機器10と異なる構成について詳細に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を簡略ないし省略する。
Next, another embodiment of the rotating device according to the present invention will be described. Here, a configuration different from that of the
図4に示すように、羽根車11は、回転軸心12まわりに設けられた羽根14と、羽根14のチップ側に設けられたシュラウド15と、シュラウド15に設けられたフランジ部18と、を有している。なお、本実施形態においては、羽根車11はボスを有していないため、ボスを有する場合に比べて流路が広く、異物が羽根車11に絡む虞が低減されている。ただし、羽根車11はボスを有していてもよい。
As shown in FIG. 4, the
支持部19は、羽根車11の、少なくともアキシャル方向の荷重をフランジ部18を介して支持するように構成されている。なお、支持部19は、フランジ部18を介して羽根車11のアキシャル方向の荷重だけでなくラジアル方向の荷重も支持するように構成されている。なお、回転機器10は、支持部19に加えて、上述の実施形態のように支持部13を備え、フランジ部18ではなくシュラウド15を介して羽根車11のラジアル方向の荷重を支持してもよい。
The
本実施形態においては、羽根側対向面18aは、フランジ部18における下向面に設けられ、支持側対向面19aは、支持部19における上向面に設けられている。支持部19には、複数の供給口16が設けられている。
In the present embodiment, the blade-
各供給口16から、支持側対向面19aと羽根側対向面18aとの隙間に駆動流体を供給することで、支持側対向面19aと羽根側対向面18aとが意図的に接触させられ、羽根車11が回転する。
By supplying the driving fluid from each
次に、本発明に係る回転機器のさらなる別実施形態について説明する。ここでは上述の実施形態に係る回転機器10と異なる構成について詳細に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を簡略ないし省略する。
Next, another embodiment of the rotating device according to the present invention will be described. Here, a configuration different from that of the
図5に示すように、羽根車11は、回転軸心12の位置に設けられた回転軸20と、回転軸20に設けられたボス21と、ボス21に設けられた羽根14と、を有している。
As shown in FIG. 5, the
本実施形態においては、揚水管5の上流端部、すなわち下端部には回転機器10の設置部6として揚水管5の内面から中央に延びたブラケット部が設けられている。当該設置部6には、設置部6の開口の中心と回転機器10の回転軸心12とが概ね一致するようにして、回転機器10を着脱可能に設置できるように構成されている。
In the present embodiment, a bracket portion extending from the inner surface of the
支持部23は、羽根車11の、ラジアル方向の荷重を回転軸20を介して支持するように構成されている。なお、回転軸20にフランジ部22が設けられ、支持部23は、回転軸20のフランジ部22を介して羽根車11のアキシャル方向の荷重を支持するように構成されている。
The
本実施形態においては、羽根側対向面20aは、回転軸20における外向面に設けられ、支持側対向面23aは、支持部23における内向面に設けられている。支持部23には、複数の供給口16が設けられている。
In the present embodiment, the blade-
各供給口16から、支持側対向面23aと羽根側対向面20aとの隙間に駆動流体を供給することで、支持側対向面23aと羽根側対向面20aとが意図的に接触させられ、羽根車11が回転する。
By supplying the driving fluid from each
上述の実施形態においては、供給口16は4つが設けられていたが、供給口16は少なくとも3つあればよい。
In the above-described embodiment, four
上述の実施形態においては、支持側対向面13a、19a、23a及び羽根側対向面15a、18a、20aは、例えばカーボンフィラーを含むポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂等から構成されていたが、これに限らない。例えば、支持側対向面13a、19a、23a及び羽根側対向面15a、18a、20aの表面処理として、支持側対向面13a、19a、23a及び羽根側対向面15a、18a、20aを合成樹脂(エラストマ又はプラスチック)から構成してもよい。また、支持側対向面13a、19a、23a及び羽根側対向面15a、18a、20aに互いに噛み合うことができる歯車を形成してもよい。又は、支持側対向面13a、19a、23a及び羽根側対向面15a、18a、20aを互いに面荒らしする等の処理が施されてもよい。
In the above-described embodiment, the support-
なお、羽根車11の羽根側対向面15a、18a、20aの材質を支持部13、19、23の支持側対向面13a、19a、23aの材質よりも弱くしておいたり、或いはその逆に、支持側対向面13a、19a、23aの材質を羽根側対向面15a、18a、20aの材質よりも弱くしておくと、弱いほうに摩耗等が発生しやすいため、メンテナンスにおいて支持側対向面13a、19a、23aとの羽根側対向面15a、18a、20aいずれの補修が必要となるかを予測することができる。
The material of the blade-
上述の実施形態においては、供給機構が、1台のエアコンプレッサ2と、各供給口16への供給を切り替える方向制御弁3とから構成されていたが、これに限らない。各供給口16に対応するエアコンプレッサ2を備えてもよい。また、複数のポンプ装置1に対応するエアコンプレッサ2を備えてもよい。
In the above-described embodiment, the supply mechanism is composed of one
上述した実施形態においては、回転機器10が立軸のポンプ装置1に備えられ、ポンプとして機能させる場合について説明したが、これに限らない。回転機器10は、例えば船に備えさせて、推進器として機能させてよい。
In the above-described embodiment, the case where the
1 :ポンプ装置
2 :エアコンプレッサ(供給機構、駆動機構)
3 :方向制御弁(制御機構、駆動機構)
4 :吸込ベルマウス
5 :揚水管
6 :設置部
7 :吐出管
8 :点検口
10 :回転機器
11 :羽根車
12 :回転軸心
13 :支持部
13a :支持側対向面
13b :リセス
14 :羽根
15 :シュラウド
15a :羽根側対向面
16 :供給口
17 :エアチューブ
18 :フランジ部
18a :羽根側対向面
19 :支持部
19a :支持側対向面
20 :回転軸
20a :羽根側対向面
21 :ボス
22 :フランジ部
23 :支持部
23a :支持側対向面
100 :ポンプ井
1: Pump device 2: Air compressor (supply mechanism, drive mechanism)
3: Direction control valve (control mechanism, drive mechanism)
4: Suction bell mouth 5: Pumping pipe 6: Installation part 7: Discharge pipe 8: Inspection port 10: Rotating equipment 11: Impeller 12: Rotating axis 13:
Claims (9)
前記羽根車を回転軸心まわりに回転自在に支持する支持部と、
前記支持部に支持された前記羽根車を回転させる駆動機構と、が設けられた回転機器であって、
前記羽根車及び前記支持部は、前記回転軸心まわりの全周に亘って互いに対向する、前記羽根車に設けられている羽根側対向面及び前記支持部に設けられている支持側対向面を有し、
前記駆動機構は、前記支持側対向面と前記羽根側対向面との隙間に駆動流体を供給するために、前記支持側対向面において前記回転軸心まわりに設けられている複数の供給口と、
前記各供給口を介して前記隙間に前記駆動流体を供給する供給機構と、
前記供給機構から前記各供給口のうちいずれの供給口を介して前記隙間に前記駆動流体を供給するかを制御する制御機構と、を有して構成されていることを特徴とする回転機器。 With an impeller,
A support portion that rotatably supports the impeller around the center of rotation,
A rotating device provided with a drive mechanism for rotating the impeller supported by the support portion.
The impeller and the support portion have a blade-side facing surface provided on the impeller and a support-side facing surface provided on the support portion, which face each other over the entire circumference of the rotation axis. Have and
The drive mechanism includes a plurality of supply ports provided around the rotation axis center on the support side facing surface in order to supply the driving fluid to the gap between the support side facing surface and the blade side facing surface.
A supply mechanism that supplies the drive fluid to the gap through each supply port,
A rotating device comprising: a control mechanism for controlling which of the supply ports of the supply port the drive fluid is supplied to the gap from the supply mechanism.
前記支持部は、前記羽根車のラジアル方向の荷重及びアキシャル方向の荷重を前記シュラウドを介して支持するように構成され、
前記羽根側対向面は、前記シュラウドにおける外向面に設けられ、
前記支持側対向面は、前記支持部における内向面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の回転機器。 The impeller has a blade provided around the center of rotation axis and a shroud provided on the tip side of the blade.
The support portion is configured to support the radial load and the axial load of the impeller via the shroud.
The blade-side facing surface is provided on the outward surface of the shroud.
The rotating device according to claim 1, wherein the support-side facing surface is provided on an inward surface of the support portion.
前記支持部は、前記羽根車の、少なくともアキシャル方向の荷重を前記フランジ部を介して支持するように構成され、
前記羽根側対向面は、前記フランジ部における下向面に設けられ、
前記支持側対向面は、前記支持部における上向面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の回転機器。 The impeller has a blade provided around the center of rotation, a shroud provided on the tip side of the blade, and a flange portion provided on the shroud.
The support portion is configured to support a load of the impeller at least in the axial direction via the flange portion.
The blade-side facing surface is provided on the downward surface of the flange portion.
The rotating device according to claim 1, wherein the support-side facing surface is provided on an upward surface of the support portion.
前記支持部は、前記羽根車の、少なくともラジアル方向の荷重を前記回転軸を介して支持するように構成され、
前記羽根側対向面は、前記回転軸における外向面に設けられ、
前記支持側対向面は、前記支持部における内向面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の回転機器。 The impeller has a rotation shaft provided at the position of the rotation axis center, a boss provided on the rotation shaft, and a blade provided on the boss.
The support portion is configured to support a load of the impeller at least in the radial direction via the rotation shaft.
The blade-side facing surface is provided on the outward surface of the rotating shaft.
The rotating device according to claim 1, wherein the support-side facing surface is provided on an inward surface of the support portion.
前記吸込ベルマウスの下流端部と、前記揚水管の上流端部とは、前記回転機器の設置部を介して締結接続されることなく連通されており、
前記回転機器は、前記揚水管の内側を介して、地上から前記設置部に着脱可能に設置されるように構成されている
ことを特徴とするポンプ装置。 A pump device comprising a suction bell mouth, a pumping pipe, and a rotating device according to any one of claims 1 to 8, wherein a fluid is sucked in through the suction bell mouth and discharged to the pumping pipe.
The downstream end of the suction bell mouth and the upstream end of the pumping pipe are communicated with each other via the installation portion of the rotating device without being fastened and connected.
The rotating device is a pump device configured to be detachably installed from the ground to the installation portion via the inside of the pumping pipe.
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