JP2022158118A - 渦巻きポンプ用ケーシング及び渦巻きポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ効率を低下させずに、舌部に異物が滞留することを防止可能なポンプケーシングを提供する。【解決手段】ポンプケーシング３０は、羽根車４１を収容する、渦巻きポンプ用のポンプケーシングである。このポンプケーシング３０は、羽根車４１の周囲にボリュート室３３Ａを形成するボリュート部３３と、ボリュート室３３に連通する吐出口４２ａと、ボリュート室３３Ａと吐出口４２ａとを接続する吐出流路３４Ａが形成される吐出管３４と、を備える。この吐出管３４の内面には、吐出管３４の長手方向に沿って延びる少なくとも１つの整流溝２０が、吐出管３４の少なくとも一部に形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、渦巻きポンプ用ケーシング及びこれを備える渦巻きポンプに関する。

従来から、下水管を流れる汚水などの液体を移送するために、渦巻ポンプが用いられている。このような渦巻きポンプは、一般に、羽根車と、羽根車を収容するポンプケーシングと、を備えている。ポンプケーシングは、羽根車の周囲に形成されたボリュート室と、該ボリュート室に連通する吸込口および吐出口と、ボリュート室の巻き始め部を構成する舌部とを有している。

このような渦巻きポンプの取扱液には、異物が含まれていることがある。例えば、渦巻きポンプの取扱液の一例である汚水には、紐または布などの繊維状物質、および砂などの固形物などの異物が含まれている。そのため、渦巻きポンプでは、異物によるポンプの詰まり、特に、舌部に滞留した異物による詰まりが問題となる。

特許文献１は、ボリュート部の内面に形成され、螺旋状に延在する少なくとも１つの溝または突起を有するポンプケーシングを開示している。このような螺旋形の溝または突起によって、羽根車を通過した水流に捻じれを生じさせ、この捻じれた水流を舌部に衝突させることができる。捻れた水流によって、舌部に引っ掛かった異物が強い流れで押し流されるので、異物が舌部に滞留することを防止することができる。

特開２０１９－１１３０４３号公報

しかしながら、ボリュート室内の水流に捻れを生じさせると、舌部への異物の詰まりに対して効果的ではあるものの、羽根車からボリュート室に吐き出された取扱液の流れに乱れが生じてしまい、その結果、渦巻きポンプのポンプ効率が低下してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、ポンプ効率を低下させずに、舌部に異物が滞留することを防止可能なポンプケーシングを提供することを目的とする。さらに、本発明は、このようなポンプケーシングを備えた渦巻きポンプを提供することを目的とする。

一態様では、羽根車を収容する、渦巻きポンプ用のポンプケーシングであって、前記羽根車の周囲にボリュート室を形成するボリュート部と、前記ボリュート室に連通する吐出口と、前記ボリュート室と前記吐出口とを接続する吐出流路が形成される吐出管と、を備え、前記吐出管の内面には、前記吐出管の長手方向に沿って延びる少なくとも１つの整流溝が、前記吐出管の少なくとも一部に形成されている、ポンプケーシングが提供される。

一態様では、前記少なくとも１つの整流溝は、前記吐出管の全体にわたって延びている。
一態様では、前記少なくとも１つの整流溝は、複数の整流溝であり、前記複数の整流溝は、前記吐出管の周方向に沿って等間隔に配列されている。
一態様では、前記少なくとも１つの整流溝は、複数の整流溝であり、前記複数の溝のうち、前記舌部の側の前記吐出管に配列される整流溝の数は、前記舌部とは反対側の前記吐出管に配列される整流溝の数よりも多い。
一態様では、前記少なくとも１つの整流溝は、複数の整流溝であり、前記複数の溝のうち、前記舌部の側の前記吐出管に配列される整流溝の数は、前記舌部とは反対側の前記吐出管に配列される整流溝の数よりも少ない。

一態様では、前記整流溝は、略矩形状の断面形状を有する。
一態様では、前記整流溝は、その底面が円弧形状である断面形状を有する。

一態様では、前記少なくとも１つの整流溝は、少なくとも１つの第１整流溝であり、前記ボリュート室の内面には、前記ボリュート室の長手方向に沿って延びる少なくとも１つの第２整流溝が、前記ボリュート室の少なくとも一部に形成されている。
一態様では、前記第２整流溝は、前記第１整流溝に接続される。

一態様では、羽根車と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、を備え、前記ポンプケーシングは、上記ポンプケーシングである、渦巻きポンプが提供される。

本発明によれば、整流溝によって取扱液の流れがボリュート室から吐出口に向かうように整えられるので、ボリュート室を流れる取扱液に含まれる異物がこの流れに乗って吐出口に積極的に導かれる。したがって、異物が舌部に引っ掛からずに吐出口まで流れるので、異物をポンプケーシングから排出させることができる。さらに、吐出流路を流れる取扱液が整流されるので、ポンプ効率を低下させるどころか、向上させることができる。

図１は、一実施形態に係る渦巻きポンプを示す模式図である。 図２は、図１に示すポンプケーシングのケーシング本体の概略平面図である。 図３（ａ）は、図２のＡ－Ａ線断面図であり、図３（ｂ）は、図２のＢ－Ｂ線断面図である。 図４は、図２に示すポンプケーシングの一部を吐出口側から眺めた概略斜視図である。 図５は、図４とは逆側からポンプケーシングの一部を眺めた概略斜視図である。 図６は、他の実施形態に係るポンプケーシングのケーシング本体の概略平面図である。 図７は、さらに他の実施形態に係るポンプケーシングのケーシング本体の概略平面図である。 図８は、他の実施形態に係る短管部の概略断面図である。 図９は、さらに他の実施形態に係る短管部の概略断面図である。 図１０は、さらに他の実施形態に係るポンプケーシングのケーシング本体の概略平面図である。 図１１（ａ）乃至図１１（ｅ）は、整流溝の断面形状の例を示す図である。

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。
図１は、一実施形態に係る渦巻きポンプを示す模式図である。図１に示す渦巻きポンプは、羽根車の前面に側板を有しない、いわゆるオープン形羽根車を備える汚水用水中ポンプであるが、本実施形態はこの例に限定されない。本実施形態に係るポンプケーシングは、任意の渦巻きポンプに適用することができる。

以下の説明において、「上」、「下」などの方向を示す用語は、図１に示す渦巻きポンプの設置状態における方向を意味し、「上流側」、「下流側」などの用語は、渦巻きポンプ内の取扱液の流れ方向、または羽根車の回転方向を基準とする。また、本発明の実施形態は、渦巻きポンプのポンプケーシングに特徴があるため、以下の説明では、主に、ポンプケーシングの構成要素について説明する。ポンプ部の他の構成要素及びモータ部の構成は、図１に参照して説明したもののほか、従来既知のいかなる構成であってもよい。

図１に示す渦巻きポンプは、主軸１を駆動するモータ部２と、主軸１の回転によって揚水を行うポンプ部３とを備えている。さらに、渦巻きポンプは、取扱液がポンプ部３からモータ部２側へ漏洩しないように、ポンプ部３とモータ部２の間で主軸１を封止するメカニカルシール４－１、４－２を有している。

モータ部２は、主軸１と一体に回転するロータ５と、ステータ巻線を備えたステータ７とが収納されたモータ室８を有している。このモータ室８は、上方に開口した略円筒状のモータフレーム１０とモータフレーム１０の上端に連結したモータカバー１１で水密的に封止されている。さらに、モータカバー１１の上部には、水中ケーブル１２が接続されている。

主軸１は、モータカバー１１に取付けた上側軸受１３と、モータフレーム１０の下端に連結した負荷側ブラケット１４の内周面に取付けた下側軸受１５を介して回転自在に支持されている。さらに、モータカバー１１の上面には、ポンプの吊下げや移動を行なう際に用いられる把手１６が設けられている。

本実施形態では、ポンプ部３は、主軸１の先端に連結され、複数の翼４０を有する羽根車４１を備えている。羽根車４１は、主軸１と一体に回転する。ポンプ部３は、羽根車４１を収容するポンプ室を備えたポンプケーシング３０を有している。ポンプケーシング３０は、ポンプ室に加えて、羽根車４１の周囲にボリュート室３３Ａを形成するボリュート部３３と、吐出口４２ａおよび吸込口４２ｂと、ボリュート室３３Ａと吐出口４２ａとを接続する吐出流路３４Ａを形成する吐出管３４と、を備えている。

図１に示すように、ボリュート部３３は、ボリュート室３３Ａの上面を規定する上面部３３ａと、底面を規定する底面部３３ｂと、上面部３３ａと底面部３３ｂとの間に配置される外周面部３３ｃと、を有する。外周面部３３ｃは、ボリュート室３３Ａの外周側を規定するように上面部３３ａ及び底面部３３ｂから側方に張り出している。

ポンプケーシング３０は、吸込カバー（換言すれば、吸込側ケーシング）３１と、ケーシング本体（換言すれば、吐出側ケーシング）３２と、を備えている。上記ボリュート室３３Ａは、ケーシング本体３２に形成される。羽根車４１の翼４０は、ポンプーシング３０の吸込カバー３１の内面と僅かな隙間をあけて対向している。吸込カバー３１は、上方に向けて拡径しており、各翼４０の後縁部（換言すれば、半径方向先端部またはチップ部）は、吸込カバー３１の内周面に接近して配置される。羽根車４１は、吸込カバー３１の吸込口４２ｂから汚水などの取扱液を吸い込んで、ケーシング本体３２の側面の吐出口４２ａから吐き出すようになっている。吐出口４２ａには、吐出曲管２４が連結されている。

図２は、図１に示すポンプケーシング３０のケーシング本体３２の概略平面図である。図２において、ポンプケーシング３０に収容される羽根車４１などの図示を省略している。また、図２において、後述する整流溝は、図の煩雑さを回避するため、１本の整流溝のみを記載している。後述する図６、図７、および図１０においても、同様に、１本の整流溝のみが記載される。

図２に示すように、ポンプケーシング３０のケーシング本体３２は、羽根車４１の周囲にボリュート室３３Ａを形成するボリュート部３３と、ボリュート室３３Ａと吐出口４２ａとを接続する吐出流路３４Ａを形成する吐出管３４と、を備えている。ケーシング本体３２には、ボリュート室３３Ａの巻き始め部を構成する舌部３６が設けられている。ボリュート室３３Ａは、羽根車４１の周方向に沿って延びつつ、断面積が徐々に拡大する形状を有している。

吐出管３４の先端（始点）は、例えば、羽根車４１の中心線ＣＬと舌部３６の先端とを結ぶ基準線ＲＬを、羽根車４１の中心線ＣＬを中心に４５°だけ取扱液の流れ方向における上流側に回転させた角度線ＡＬによって決定される。言い換えれば、吐出管３４は、角度線ＡＬとケーシング本体３２の外縁との接点から吐出口４２ａまで延びているケーシング本体３２の一部分である。

図示した例では、ケーシング本体３２を形成するために、ボリュート部３３と、吐出管３４とが一体に形成されている。吐出管３４は、吐出口４２ａを有する短管部３８と、短管部３８をボリュート部３３に連結する連結部３９からなる。一実施形態では、吐出管３４の連結部３９の先端を溶接などによって、ボリュート部３３に接続してもよい。

羽根車４１を回転させると、取扱液は吸込口４２ｂ（図１参照）から吸い込まれる。取扱液には羽根車４１の回転により速度エネルギーが付与され、さらに、取扱液がボリュート室３３Ａを通ることによって速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、取扱液が昇圧される。ボリュート室３３Ａから吐出管３４に流れ込んだ取扱液は舌部３６で分流され、取扱液の大部分はポンプケーシング３０の吐出口４２ａに向かって流れ、取扱液の一部はボリュート室３３Ａに戻される。

図３（ａ）は、図２のＡ－Ａ線断面図であり、図３（ｂ）は、図２のＢ－Ｂ線断面図である。図３（ａ）は、上記短管部３８の断面に相当し、図３（ｂ）は、上記連結部３９の断面に相当する。図３（ｂ）に示すように、連結部３９は、連結上部３９ａ、連結下部３９ｂ、および連結上部３９ａと連結下部３９ｂとを連結する連結外周部３９ｃを備えたＵ字状の断面形状を有する。

連結上部３９ａの先端は、ボリュート部３３の上面部３３ａに接続され、連結下部３９ｂの先端は、ボリュート部３３の底面部３３ｂに接続され、連結外周部３９ｃの先端は、ボリュート部３３の外周面部３３ｃに接続される。短管部３５の先端は、連結上部３９ａの後端、連結下部３９ｂの後端、連結外周部３９ｃの後端、および舌部３６の先端に接続される。

図４は、図２に示すポンプケーシング３０の一部を吐出口４２ａ側から眺めた概略斜視図であり、図５は、図４とは逆側からポンプケーシング３０の一部を眺めた概略斜視図である。図４および図５において、図の煩雑さを回避するため、４本の整流溝のみを記載している。

図２乃至図５に示すように、吐出管３４の内面には、複数の溝２０が形成されている。この溝２０は、吐出管３４の長手方向に沿って、該吐出管３４の全体にわたって延びている。吐出管３４の長手方向は、ボリュート室３３Ａから吐出管３４の吐出流路３４Ａに流れ込んだ取扱液が吐出口４２ａに向かって流れる方向に相当する。各溝２０は、吐出管３４を流れる取扱液を吐出口４２ａに向けて誘導する整流溝として機能する。本明細書では、溝２０を「整流溝２０」と称する。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示す例では、複数の整流溝２０の数は、短管部３８では８つであり、連結部３９では５つである。短管部３８に形成された８つの整流溝２０のうちの３つの整流溝２０の各始端は、舌部３６の先端に位置する。

このような整流溝２０を吐出管３４の内面に形成すると、吐出流路３４Ａを流れる取扱液の流れがボリュート室３３Ａから吐出口４２ａに向かうように整えられるので、ボリュート室３３Ａを流れる取扱液に含まれる異物がこの流れに乗って吐出口４２ａに積極的に導かれる。したがって、異物が舌部３６に引っ掛からずに吐出口４２ａまで流れるので、異物をポンプケーシング３０から排出させることができる。さらに、吐出流路３４Ａを流れる取扱液が整流されるので、ポンプ効率を低下させるどころか、むしろ向上させることができる。

整流溝２０の数は、任意であり、例えば、１つでもよい。すなわち、整流溝２０は少なくとも１つ設けられればよい。整流溝２０の数を増やすことで、取扱液の整流効果を増加させることができる。ただし、整流溝２０の数を増やしすぎると、吐出流路３４Ａの断面積が増加して、所望のポンプ性能（羽根車４１の回転速度に対する吐出流量および吐出圧力）が得られなくなるおそれがある。したがって、整流溝２０の数は、ポンプ性能と、取扱液に含まれる異物の種類および大きさに応じて決定することが好ましい。

整流溝２０の幅（換言すれば、吐出流路３４Ａの径方向における整流溝２０の大きさ）も、ポンプ性能と、取扱液に含まれる異物の種類および大きさに応じて決定することが好ましい。

さらに、図３（ａ）に示す例では、複数の整流溝２０が吐出管３４の周方向に沿って等間隔に配列されている。複数の整流溝２０を等間隔に配列することで、吐出流路３４Ａを流れる取扱液の流れ全体を整えることができる。

図２乃至図５に示す整流溝２０は、吐出管３４の全体にわたって延びているが、本実施形態は、この例に限定されない。整流溝２０は、取扱液の流れを整えることができる限り、吐出管３４の少なくとも一部に形成されてもよい。

図６は、他の実施形態に係るポンプケーシング３０のケーシング本体３２の概略平面図であり、図７は、さらに他の実施形態に係るポンプケーシング３０のケーシング本体３２の概略平面図である。図６に示す例では、整流溝２０は、吐出管３４の途中から吐出口４２ａまで延びている。換言すれば、整流溝２０の始端が吐出管３４の途中に位置する。図７に示す例では、整流溝２０の始端と終端とはいずれも吐出管３４の途中に位置している。吐出管３４の一部に設けられるこれら整流溝２０によっても、吐出流路３４Ａを流れる取扱液の流れがボリュート室３３Ａから吐出口４２ａに向かうように整えられるので、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

図８は、他の実施形態に係る短管部３８の概略断面図であり、図９は、さらに他の実施形態に係る短管部３８の概略断面図である。

図８に示す短管部３８では、複数の整流溝２０のうち、吐出管３４における舌部３６の側に配列される整流溝２０の数が、吐出管３４における舌部３６とは反対側に配列される整流溝２０の数よりも多い。本明細書において、「舌部３６の側」とは、吐出管３４の長手方向に垂直な縦断面で吐出管を見たときに、吐出管３４の中心を通り、かつ吐出管３４の長手方向に平行な仮想面Ｖｓに対して舌部３６に近い吐出管３４の半円部分を意味する。「舌部３６とは反対側」とは、上記仮想面Ｖｓに対して舌部３６から遠い吐出管３４の半円部分を意味する。

図８に示す例では、舌部３６の側の取扱液の整流効果が舌部３６とは反対側の取扱液の整流効果よりも高められるので、舌部３６に向かって流れていく異物を積極的に吐出口４２ａに向けて流すことができる。その結果、舌部３６に異物が引っ掛かることが効果的に防止される。

図８に示す例とは対照的に、図９に示す例では、複数の整流溝２０のうち、吐出管３４における舌部３６の側に配列される整流溝２０の数が、吐出管３４における舌部３６とは反対側に配列される整流溝２０の数よりも少ない。この場合は、舌部３６とは反対側の取扱液の整流効果が舌部３６の側の取扱液の整流効果よりも高められるので、異物が舌部３６に向かって流れようとすることを効果的に阻止できる。したがって、異物が舌部３６に到達することを効果的に防止できる。

図１０は、さらに他の実施形態に係るポンプケーシング３０のケーシング本体３２の概略平面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。

図１０に示すケーシング本体３２は、整流溝がボリュート室３３Ａまで延びている点で上述した実施形態と異なる。以下の説明では、上記整流溝２０を「第１整流溝２０」と称する。

図１０に示すように、第１整流溝２０の始端は、吐出管３４の前端に位置している。ポンプケーシング３０のケーシング本体３２は、ボリュート室３３Ａの内面に形成された少なくとも１つの整流溝２１を有する。この整流溝２１は、ボリュート室３３Ａの少なくとも一部に形成される。以下の説明では、整流溝２１を「第２整流溝２１」と称する。

第２整流溝２１の終端は、第１整流溝２０の始端に接続されている。この構成によれば、ボリュート室３３Ａから吐出管３４まで続く整流溝が形成される。その結果、取扱液の流れがボリュート室３３Ａから整えられるので、異物が上述した実施形態よりも吐出口４２ａにより積極的に導かれる。その結果、異物をより効果的にポンプケーシング３０から排出させることができる。さらに、ポンプ効率を上述した実施形態よりも向上させることができる。

一実施形態では、第２整流溝２１は、第１整流溝２０に接続していなくてもよい。例えば、第１整流溝２０の始端および／または第２整流溝２１の終端が吐出管３４の始端に到達していなくてもよいし、第１整流溝２０の始端の位置が、第２整流溝２１の終端の位置と吐出管３４の周方向に異なっていてもよい（ずれていてもよい）。

図１１（ａ）は、整流溝２０の断面形状の一例を示す図であり、図１１（ｂ）は、整流溝２０の断面形状の他の例を示す図であり、図１１（ｃ）は、整流溝２０の断面形状のさらに他の例を示す図であり、図１１（ｄ）は、整流溝２０の断面形状のさらに他の例を示す図であり、図１１（ｅ）は、整流溝２０の断面形状のさらに他の例を示す図である。整流溝２０の断面形状は任意であるが、図１１（ａ）乃至図１１（ｅ）に示す断面形状が整流溝２０の製作上の観点、および／または整流効果の観点から好ましい。

図１１（ａ）に示す整流溝２０は、略矩形状の断面形状を有し、図１１（ｂ）に示す整流溝２０は、台形形状の断面形状を有し、図１１（ｃ）に示す整流溝２０は、三角形状の断面形状を有する。図１１（ｄ）に示す整流溝２０は、円弧状の断面形状を有し、図１１（ｅ）に示す整流溝２０は、図１１（ａ）に示す整流溝２０の底面を円弧状にした断面形状を有する。図示はしないが、整流溝２０は、図１１（ｂ）に示す整流溝２０の底面を円弧状にした断面形状を有していてもよい。さらに、上記整流溝（第２整流溝）２１は、整流溝（第１整流溝）２０と同一の断面形状を有していてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 主軸
２ モータ部
３ ポンプ部
４－１、４－２ メカニカルシール
２０ 整流溝（第１整流溝）
２１ 整流溝（第２整流溝）
３０ ポンプケーシング
３１ 吸込みカバー（吸込側ケーシング）
３２ ケーシング本体（吐出側ケーシング）
３３ ボリュート部
３３Ａ ボリュート室
４２ａ 吐出口
４２ｂ 吸込口
３４ 吐出管
３４Ａ 吐出流路
３６ 舌部
３８ 短管部
３９ 連結部

Claims (10)

1. 羽根車を収容する、渦巻きポンプ用のポンプケーシングであって、
   前記羽根車の周囲にボリュート室を形成するボリュート部と、
   前記ボリュート室に連通する吐出口と、
   前記ボリュート室と前記吐出口とを接続する吐出流路が形成される吐出管と、を備え、
   前記吐出管の内面には、前記吐出管の長手方向に沿って延びる少なくとも１つの整流溝が、前記吐出管の少なくとも一部に形成されている、ポンプケーシング。
2. 前記少なくとも１つの整流溝は、前記吐出管の全体にわたって延びている、請求項１に記載のポンプケーシング。
3. 前記少なくとも１つの整流溝は、複数の整流溝であり、
   前記複数の整流溝は、前記吐出管の周方向に沿って等間隔に配列されている、請求項１または２に記載のポンプケーシング。
4. 前記少なくとも１つの整流溝は、複数の整流溝であり、
   前記複数の溝のうち、前記舌部の側の前記吐出管に配列される整流溝の数は、前記舌部とは反対側の前記吐出管に配列される整流溝の数よりも多い、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプケーシング。
5. 前記少なくとも１つの整流溝は、複数の整流溝であり、
   前記複数の溝のうち、前記舌部の側の前記吐出管に配列される整流溝の数は、前記舌部とは反対側の前記吐出管に配列される整流溝の数よりも少ない、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプケーシング。
6. 前記整流溝は、略矩形状の断面形状を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のポンプケーシング。
7. 前記整流溝は、その底面が円弧形状である断面形状を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のポンプケーシング。
8. 前記少なくとも１つの整流溝は、少なくとも１つの第１整流溝であり、
   前記ボリュート室の内面には、前記ボリュート室の長手方向に沿って延びる少なくとも１つの第２整流溝が、前記ボリュート室の少なくとも一部に形成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のポンプケーシング。
9. 前記第２整流溝は、前記第１整流溝に接続される、請求項８に記載のポンプケーシング。
10. 羽根車と、
    前記羽根車を収容するポンプケーシングと、を備え、
    前記ポンプケーシングは、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のポンプケーシングである、渦巻きポンプ。

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