JP2024048922A - ポンプケーシング及び自吸式ポンプ - Google Patents

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。

特開２００１－５０１６８号公報

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。

本発明の一実施形態にかかる自吸式ポンプの断面図。 同自吸式ポンプの側面図。 同自吸式ポンプの内部構造を示す断面図。 同自吸式ポンプの一部を示す断面図。 同自吸式ポンプの一部を示す断面図。 同自吸式ポンプのインペラの他方側の側面図。 同自吸式ポンプのガイドベーンの一方側の側面図。 同ガイドベーンの他方側の側面図。 本発明の他の実施形態にかかる自吸式ポンプのポンプケーシングの断面図。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。