JP2024048922A - ポンプケーシング及び自吸式ポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】自吸時間を短縮できるポンプケーシング及び自吸式ポンプを提供する。【解決手段】実施形態にかかるポンプケーシングは、分離室を有するとともにインペラが配されるポンプ室を形成し、少なくとも一部が前記分離室に配される複数の分離板を備える。【選択図】 図3
Description
本発明は、ポンプケーシング及び自吸式ポンプに関する。
自吸式ポンプは、通常運転である揚水運転と、起動開始時から揚水運転に移行するための自吸運転とを行う。このような自吸式ポンプの自吸運転において、インペラが回転することで、ケーシング内の空気が水に混合され、気液混合水として吐出室に吐出される。これにより吸込室に負圧が発生し、吸込口に接続されている揚水配管内の空気が吸上げられる。吐出室に吐出された気液混合水は、吐出室内で、空気と水とに分離する。分離した水は再び吸込室に環流され、インペラによりケーシング内の空気と混合されて吐出室に吐出される。自吸式ポンプはこのプロセスを繰り返すことで、揚水配管内の水面を上昇させ、水面が吸込口の高さに達したら、揚水運転に移行する。
自吸式ポンプにおいて、自吸時間が長くなると自吸中に水温が上昇することになり、ポンプの塗装等に悪影響をおよぼす場合がある。このため、自吸式ポンプにおいて、自吸時間を短縮する技術が望まれている。
そこで、本発明は、自吸時間を短縮できるポンプケーシング及び自吸式ポンプを提供することを目的とする。
実施形態にかかるポンプケーシングは、分離室を有するとともにインペラが配されるポンプ室を形成し、少なくとも一部が前記分離室に配される複数の分離板を備える。
本発明によれば自吸時間を短縮できるポンプケーシング及び自吸式ポンプを提供することができる。
以下、本発明の一実施形態にかかる自吸式ポンプ10について、図1乃至図6を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態にかかる自吸式ポンプ10の断面図であり、図2は自吸式ポンプの側面図である。図3は、ポンプケーシングの内部構成を示す断面図である。図4は自吸式ポンプの一部を示す断面図であり、気液分離板301に沿う断面を示す。図5は自吸式ポンプの一部を示す断面図であり、補助分離板302に沿う断面を示す。図6は、インペラ14の側面図である。図7はガイドベーン15の一方側の構成を示す側面図であり、図8はガイドベーン15の他方側の構成を示す側面図である。
図1乃至図3に示すように、自吸式ポンプ10は、架台11と、架台11上に設置されたモータ12と、架台11上に設置されたポンプケーシング13と、ポンプケーシング13内に収容されたインペラ14と、ポンプケーシング13内においてインペラ14に対向配置されたガイドベーン15と、モータ12の回転軸12a周りに装着されたシール装置16と、を備える。自吸式ポンプ10は、流体を増圧して二次側に圧送するポンプ装置であり、回転軸12aが水平方向に沿う姿勢で横置きされている。自吸式ポンプ10は、例えば一次側に揚水配管が接続され、二次側に吐出配管が接続され、自吸式のポンプユニットを構成する。
架台11は、所定高さに配される水平の設置面11aを有する。架台11は、設置面11a上にモータ12及びポンプケーシング13の下部を支持する。
モータ12は、架台11上に設置され、水平に延びる回転軸12aを備える。回転軸12aの一端にインペラ14が設けられている。モータ12は、制御部により回転駆動されることで、回転軸12aに固定されたインペラ14を回転させる。
ポンプケーシング13は、例えば、ケーシング31と、カバー32と、を備え、内部にインペラ14及びガイドベーン15を収容するポンプ室38を形成する。ポンプケーシング13はモータ12の一方に配置され、架台11に固定されている。
ケーシング31は、樹脂または金属材料で構成され、筒状のケーシングボディ33と、吸込部34と、吐出部35と、隔壁部36と、を一体に備える。また、ケーシング31は上部に第1分離板としての気液分離板301,と、第2分離板としての補助分離板302,303,304と、を備える。
ケーシングボディ33は、筒状に構成され、インペラ14及びガイドベーン15の外周を囲む。ケーシングボディ33の軸方向一端側に吸込部34が連続して配される。ケーシングボディ33の他端側は、カバー32によって閉塞される開口33aを形成している。ケーシングボディ33の下部にはプラグ39の着脱により開閉されるプラグ孔33bが形成されている。ケーシングボディ33は、吸込部34に接続される底部33cと、底部33cから軸方向に延出する周壁部33dと、を一体に有し、周壁部33dに吐出部35が設けられるとともに、周壁部33dのモータ側の端部に開口33aが形成される。
気液分離板301と、単数または複数の補助分離板302と、は、ケーシングボディ33に一体に形成される。本実施形態において、1枚の気液分離板301と、3枚の補助分離板302,303,304が、ケーシングボディ33の内面に一体に形成される。
1枚の気液分離板301と、3枚の補助分離板302,303,304は、ケーシングボディ33の周壁部33dの上部の内面から分離室38b内方に向けて突出する壁状部材である。気液分離板301及び補助分離板302,303,304は、軸方向及び径方向に沿った壁面を形成し、少なくとも一部が分離室38bの流路に配置されることで、分離室38bの流体と空気の混合を促し、気液分離を促進する。
例えば気液分離板301は、ケーシングボディ33の周壁部のうち、吐出部35に繋がる上端部近傍において、径方向内方に突出する。例えば、気液分離板301は、周壁部に沿って吐出部35へ向かう流れ方向において、吐出部35の中心よりも一次側、すなわち図3中において流れ方向が時計回りである場合には上端部の左側の位置から、径方向内方に突出する。
また、複数の補助分離板302,303,304は、気液分離板301に対して流れ方向の一次側に並んで配置される。例えば補助分離板302,303,304は、気液分離板301の一次側に発生する剥離領域に設けられる。一例として本実施形態において、1枚の気液分離板301と、3枚の補助分離板302,303,304は、ケーシングボディ33の周壁部において、周方向に等間隔に並んで配置される。例えば、吐出口35aの中心軸を始点とし、ケーシングボディ33の中心位置を中心として、22.5度の中心角で、4枚の分離板301,302,303,304が、並んでいる。
補助分離板302,303,304は、気液分離板301よりも、小さく構成されることが望ましい。一例として本実施形態では補助分離板302,303,304は、気液分離板301よりも、流れ方向に直交する対向面積が小さく、具体的には突出高さである径方向の長さが小さく構成される。例えば補助分離板302,303,304の突出高さL2は例えば気液分離板301の突出高さL1の1/4~3/4であり、好ましくは、補助分離板302,303,304の突出高さL2は例えば気液分離板301の突出高さL1の1/2程度である。一例として、気液分離板301の軸方向の寸法S1と複数の補助分離板302,303,304の軸方向の寸法S2は同程度に構成されている。すなわち、複数の分離板301,302,303,304のモータ12側の端部は軸方向において同位置に配置される。また、一例として、気液分離板301の厚さ寸法T1と複数の補助分離板302,303,304の厚さ寸法T2は同程度に構成されている。
気液分離板301、及び補助分離板302,303,304は軸方向において、吐出口35aと対応する位置に至って形成される。すなわち、気液分離板301、補助分離板302,303,304のモータ12側の端部は軸方向において吐出口35aよりもモータ12側の位置に配置される。
ケーシングボディ33の内面には、補強用のリブ305が形成されている。例えばリブ305は、ケーシングボディ33の内面から内方に突出する壁状部であり、吸込口34a側の底部33cから周壁部33dに繋がるコーナー部にわたって形成される。
例えば分離板301、302,303,304は、リブ305と一体に連続して形成される。例えば気液分離板301、及び補助分離板302,303,304は、吸込口34a側の底部33c及びコーナー部に形成されるリブ305から、モータ12側に向けて軸方向に延出して形成される。
吸込部34は、筒状に構成され、軸方向の一方側に開口する吸込口34aを有するとともに吸込口34aに連通する吸込室38aを形成する。吸込室38aには、逆止弁37が設けられている。
吐出部35は、筒状に構成され、ケーシングボディ33の上部に連続して配される。吐出部35は、上向きに開口する吐出口35aを有するとともに、ポンプ室38の上部に連通する吐出室38cを形成する。
隔壁部36は、インペラ14の一次側と二次側とを区画する壁状部材である。
カバー32は、樹脂または金属材料で構成され、モータ12の一端に接続される第1カバー体32aと、ケーシングボディ33の開口を塞ぐ円盤状の第2カバー体32bと、を一体に連続して備える。第1カバー体32aは内周縁がモータ12の一端の外周縁に接続されるとともに、外周縁が第2カバー体32bの外周縁に接続されている。第2カバー体32bの中央にはシール装置16を介して回転軸12aが通る軸孔32cが形成されている。第2カバー体32bは径方向中央側が軸方向においてモータ12側に隆起している。
ポンプケーシング13内の空間であるポンプ室38に、インペラ14及びガイドベーン15が配されることにより、吸込口34aからインペラ14の流入口14aに至る吸込室38aと、インペラ14の流出口14bの二次側(流出側)に配される分離室38bと、分離室38bの上部に連続して吐出口35aに至る吐出室38cと、インペラ14の裏側に形成される後室38dと、が形成される。例えば分離室38bはインペラ14の中心よりも上側に形成される。
インペラ14は、例えばセミオープンタイプであり、第1シュラウド41と、第1シュラウド41の一方の面に形成された1枚以上の羽根部材42と、を備える。インペラ14は、回転軸12aを中心に回転可能に支持されている。
第1シュラウド41は円形の板状に構成され、中央に軸孔41aを有している。第1シュラウド41は、ポンプケーシング13のカバーとの間にギャップが形成されている。また、第1シュラウド41の径方向の中央側は軸方向の一方側に隆起しており、第1シュラウド41の裏側において、モータ12側に隆起する第2カバー体32bとの間に、後室38dが形成されている。
羽根部材42は、複数枚、例えば本実施形態においては5枚、周方向に等間隔で設けられている。複数の羽根部材42は、第1シュラウド41の外縁から、所定の曲率で湾曲し、中心部に向かって延びている。
インペラ14はモータ12の駆動により回転することで、流入口14aから流体を吸込み、外周の流出口14bから外方かつ周方向に向けて、流体を排出し、流体を一次側から二次側へ圧送する。
ガイドベーン15は、インペラ14の軸方向一方側に対向配置される。ガイドベーン15は、インペラ14の一方側に対向配置されるガイド板51と、ガイド板51のインペラ14側の主面に形成された複数の案内羽根52と、を備える。
ガイド板51は中心に開口51aを有する。ガイド板51の開口51aの縁部にはOリング51dを収容する凹部が形成される。ガイド板51はOリング51dを介してポンプケーシング13に組付けられる。
複数の案内羽根52はガイド板51から立設される。案内羽根52は、インペラ14の外周に配され、インペラ14から流出する流体を案内する。
シール装置16は、回転軸12a周りに装着されたメカニカルシールであり、ポンプケーシング13とモータ12の回転軸12aとの間を流体密に塞ぐ。
以上のように構成された自吸式ポンプにおいて、ポンプケーシング13内には吸込口34aから、インペラ14の流入口14a、流出口14b、分離室38b、吐出室38c、を通って吐出口35aに至る所定の流路が形成される。
以上のように構成された自吸式ポンプ10は、通常運転である揚水運転と、起動開始から揚水運転に移行するまでの自吸運転とを行う。
自吸式ポンプ10は、吸込口34aの一次側に連結された揚水管から吸い上げた水を増圧して吐出口35aから吐出する揚水運転を行う。また、自吸式ポンプ10は、起動後、吸込口34aから吐出口35aまでの一次側の揚水配管内の流路が水で満たされていない場合は、自吸運転を行う。
自吸運転の開始時には、例えば別に設けられたタンクから起動開始用の水をポンプ室に注入し、インペラ14を水に浸した状態とする。この状態で、自吸運転として、インペラ14を回転させることで、ポンプケーシング13内の空気と水が混合され、気液混合水として分離室38bに送られる。このとき、分離室38b内の気液分離板301によって空気と水の分離が促される。また気液分離板301の二次側に生じる剥離領域において、水の流れはスムーズな水流とはならず、遅い渦流れとなる。ここで、気泡が集まり気泡同士が接触することで、気泡同士が合体しやすくなり、気液分離が促進される。気液分離板301の一次側の領域において、さらに補助分離板302,303,304によって、気液分離が促される。
自吸運転においては、吸込室内の水は、インペラが回転することで空気が混合されて、気液混合水として吐出側の分離室に吐出される。この作用により、吸込室に負圧が発生し、揚水管内の空気が吸上げられる。分離室に吐出された気液混合水は、分離室内で空気と水とに分離される。空気が分離された水の一部は、吸込室またはポンプ室に戻る。そして、インペラの回転によって再び空気と混合されて気液混合水として、分離室に吐出される。
自吸式ポンプ10は、このプロセスにより、揚水配管内の水面を上昇させ、水面が吸込口34aの高さに達し、揚水配管内が水で満たされたら、揚水運転に移行する。
本実施形態にかかる自吸式ポンプ10は、ケーシングにおいて分離室38b内に向けて突出する分離板と、当該分離板の一次側に配置される補助分離板とを有する。したがって、分離室内で気液分離を促すことができ、自吸動作を促進して、自吸時間を短縮することができる。また、補助分離板の位置を、気液分離板の一次側の例えば剥離領域に設けることで、水流への影響を抑え、H-Q性能を維持することができる。
例えば、補助分離板302を備えない比較例1と、1枚の補助分離板302を設けた実施例1とで、試験をした結果、比較例1では、吸込全揚程6mにて自吸不能(4m以上自吸不可)であったのに対して、1枚の補助分離板302を設けた実施例1では、自吸可能となり、H-Q性能には変化が無かった。すなわち、実施例1によれば、補助分離板302を設けることにより、自吸性能を向上しながら、H-Q性能を維持することができる。
2枚の補助分離板302、303を設けた実施例2について試験をした結果、1枚の補助分離板302を設けた実施例1よりも短時間で自吸可能となり、H-Q性能には変化が無かった。すなわち、実施例2によれば、気液分離板の一次側に2枚の補助分離板302、303を設けることにより、自吸性能をさらに向上させることができるとともに、H-Q性能を維持することができる。
3枚の補助分離板302,303,304を設けた実施例3について試験をした結果、1枚の補助分離板302を設けた実施例1や2枚の補助分離板302を設けた実施例2よりもさらに短い時間で自吸可能となり、H-Q性能には変化が無かった。すなわち、実施例3によれば、気液分離板の一次側に3枚の補助分離板302,303,304を設けることにより、自吸性能をさらに向上させることができるとともに、H-Q性能を維持することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば上記実施形態において、3枚の補助分離板302,303,304を備える例を示したが、これに限られるものではなく、補助分離板302は1枚、2枚、あるいは4枚以上であってもよい。
また、上記実施形態において3枚の補助分離板302,303,304の突出高さが等しい例を示したが、これに限られるものではなく、複数枚の補助分離板302,303,304の突出高さは互いに異なっていてもよい。例えば一次側ほど低くなる様に構成してもよい。あるいは、突出高さの高低が交互に順番となるように配置されていてもよい。
また、上記実施形態において、気液分離板301及び複数の補助分離板302は軸方向の長さが等しい例を示したが、これに限られるものではなく、気液分離板301及び複数の補助分離板302,303,304の軸方向の寸法が異なっていてもよい。
また、上記実施形態において、気液分離板301及び複数の補助分離板302,303,304は吐出口35aに対向する位置まで延びる例を示したがこれに限られるものではない。例えば気液分離板301,補助分離板302,303,304は、吐出口35aよりもモータ12の位置にまで延びていてもよい。
上記実施形態において、丸形のポンプケーシングを示したがこれに限られるものではない。例えば他の実施形態として図9に示すように、角形部を有するポンプケーシング13Aにも適用できる。本実施形態の角形のポンプケーシング13Aにおいて、上壁部の中央に、下方に突出する気液分離板301Aが形成され、この気液分離板301Aよりも、羽根車の回転方向における一次側の位置に、気液分離板301Aより小さい補助分離板302A、303Aが形成されている。本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、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。
10…自吸式ポンプ、11…架台、11a…設置面、12…モータ、12a…回転軸、13…ポンプケーシング、13A…ポンプケーシング、14…インペラ、14a…流入口、14b…流出口、15…ガイドベーン、16…シール装置、31…ケーシング、32…カバー、32a…カバー体、32b…カバー体、32c…軸孔、33…ケーシングボディ、33a…開口、33b…プラグ孔、33c…底部、33d…周壁部、34…吸込部、34a…吸込口、35…吐出部、35a…吐出口、36…隔壁部、37…逆止弁、38…ポンプ室、38a…吸込室、38b…分離室、38c…吐出室、38d…後室、39…プラグ、41…シュラウド、41a…軸孔、42…羽根部材、51…ガイド板、51a…開口、51d…Oリング、52…案内羽根、301、301A…気液分離板、302、302A、303、303A、304…補助分離板、305…リブ。
Claims (6)
- 分離室を有するとともにインペラが配されるポンプ室を形成し、
少なくとも一部が前記分離室に配される複数の分離板を備える、ポンプケーシング。 - 前記ポンプ室を形成するケーシングボディと、
吐出口を有する吐出部と、
吸込口を有する吸込部と、を備え、
前記複数の分離板は、前記ケーシングボディの上部に設けられる第1分離板と、前記第1分離板の流れ方向の一次側に配置されるとともに、前記第1分離板よりも小さい第2分離板と、を備える、請求項1に記載のポンプケーシング。 - 前記ケーシングボディは、筒状の周壁部を有し、前記インペラの流出側に前記分離室が形成され、
前記第1分離板及び前記第2分離板は前記周壁部の上部から前記分離室内方に突出する壁状部材であり、
前記第2分離板の突出高さは、前記第1分離板の突出高さよりも低い、請求項2に記載のポンプケーシング。 - 前記第2分離板を複数備える、請求項2に記載のポンプケーシング。
- 複数の前記第2分離板において流れ方向の一次側に配される第2分離板は二次側に配される第2分離板よりも小さい、請求項3記載のポンプケーシング。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載のポンプケーシングと、
前記ポンプケーシング内に収容されるインペラと、
前記インペラの軸方向における一方側に対向配置されるガイド板、及び1枚以上の案内羽根、を有するガイドベーンと、
を備える自吸式ポンプ。
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