JP3352922B2 - ボルテックス形ポンプ - Google Patents

ボルテックス形ポンプ

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JP3352922B2 JP27505797A JP27505797A JP3352922B2 JP 3352922 B2 JP3352922 B2 JP 3352922B2 JP 27505797 A JP27505797 A JP 27505797A JP 27505797 A JP27505797 A JP 27505797A JP 3352922 B2 JP3352922 B2 JP 3352922B2
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば水処理装置
における下水の送水等に用いられるボルテックス形ポン
プに係り、特にポンプ効率を維持しつつ、軸動力にリミ
ットロード性を付与したボルテックス形ポンプに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】ボルテックス形ポンプは、羽根車の翼下
面とケーシング底面との間に大きな間隔を有し、異物に
よるポンプ内での閉塞事故の発生が少ないために、汚水
・汚物用ポンプとして広く使用されている。
【0003】従来の一般的なボルテックス形ポンプの構
造を図9に示す。これは、主軸1を駆動するモータ部2
と、該主軸1の回転によって揚水を行うポンプ部3とを
一体に備えている。そして、ポンプ部3の圧力水がモー
タ部2側へ漏洩しないように、ポンプ部3とモータ部2
の間を上部メカニカルシール4a及び下部メカニカルシ
ール4bで2重に軸封したものである。
【0004】前記モータ部2には、前記主軸1と一体に
回転するロータ5と、ステータ巻線6を備えたステータ
7とがモータ室8内に収納されている。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と該
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とともに、上部には、水中ケ
ーブル12が接続されている。
【0005】そして、前記主軸1は、前記モータカバー
11に取付けた上部軸受13と前記モータフレーム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
けた下部軸受15を介して回転自在に支承されている。
更に、前記モータカバー11の上面には、湧水現場への
吊下げや移動を行なう把手16が設けられている。
【0006】一方、前記ポンプ部3には、複数の翼20
を有し前記主軸1の先端にこれと一体に回転するように
連結されたボルテックス形羽根車21を備えている。こ
の羽根車21は、吐出口22aと吸込口22bを有し、
内部をポンプ室23としたポンプケーシング22で覆わ
れて、下部から工事現場に於ける湧き水等を吸い込んで
側面から吐出するようになっている。ここに、前記吐出
口22aには、吐出曲管24が連結されている。
【0007】前記羽根車21の翼20の下端面とポンプ
ケーシング22の底面の間には、ボルテックス形ポンプ
の特徴である広い空隙が設けられており、比較的大きな
異物でも容易に排出することができるようになってい
る。また、ポンプケーシング22には、ポンプを自立さ
せるようにしたポンプ台25が取付けられている。
【0008】前記メカニカルシール4a,4bは、前記
負荷側ブラケット14とポンプケーシング22とを接続
する中間ケーシング30と該負荷側ブラケット14とで
区画されたメカニカルシール室31内に配置され、この
軸封部には、メカニカルシール摺動面の潤滑と冷却を行
う油が封入されている。また、メカニカルシール4a,
4bの寿命を長くするため、前記中間ケーシング30と
羽根車21のボス部との間にオイルシール32が組み込
まれて、砂等の異物がメカニカルシール摺動面に接近す
るのを防いでいる。
【0009】ここに、図10及び図11に示すように、
前記羽根車21の翼20の入口側の翼角度(入口角度)
β1 及び出口側の翼角度(出口角度)β2 は、例えば3
0〜45°で、翼20の全長に亘って翼角度がほぼ一定
になるように設定されているとともに、この各翼20の
平面形状は、例えば半径R1 と半径R2 といった複数の
円弧で定義されている。
【0010】この種のボルテックス形ポンプのポンプ特
性曲線を図12に示す。同図に示すように、ポンプ揚水
量の増加に従って軸動力が増大するが、この軸動力に
は、一定流量以上で飽和或いは低下する特性(リミット
ロード特性)が見られないことが判る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
ボルテックス形ポンプにあっては、リミットロード特性
が見られないため、配管抵抗に比べて揚程の高いポンプ
を選定したような場合では、過大流量が流れることとな
る。このため、過大流量運転時にモータの定格出力を越
えた出力で運転することとなり、モータの焼損或いはモ
ータ保護装置が動作して連続運転できないことがあると
いった問題があった。
【0012】なお、ボルテックス形ポンプ及び一般の渦
巻きポンプでリミットロード特性を付与する方策として
は、従来から羽根車の翼の出口側の翼角度(出口角度)
を低くすることが行なわれていた。しかしながら、従来
のボルテックス形ポンプの場合、十分なリミットロード
特性が得られるように翼の出口角度を低く設定すると、
ポンプ効率が顕著に低下するという欠点があり、ポンプ
性能を維持しつつ、高いリミットロード特性を実現する
ことは困難であった。
【0013】本発明は上記事情に鑑みて為されたもの
で、一定のポンプ効率を維持しつつ、同時に軸動力特性
にリミットロード性を付与できるようにしたボルテック
ス形ポンプを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のボルテックス形
ポンプは、羽根車を収納する円形断面のポンプケーシン
グを備え、このポンプケーシングの内部に前記羽根車の
回転によって流路を形成するようにしたボルテックス形
ポンプにおいて、入口側の翼角度を0°に、出口側の翼
角度を17.5〜32.5°にそれぞれ設定し該翼角度
が入口側から立ち上がって出口側に円滑につなげるよう
にした翼を有する羽根車を備えたことを特徴とする。
【0015】これにより、各翼の出口側の翼角度(出口
角度)を低くしてリミットロード特性を付与し、しかも
この出口角度を入口側の翼角度(入口角度)を0°から
円滑に立ち上げることにより、ポンプ効率が低下してし
まうことを防止することができる。ここに、前記翼の平
面形状を、入口側の翼角度が0°の直線と、この直線か
ら出口側に連続して延びる複数の円弧で形成することが
好ましい。
【0016】また、前記ポンプケーシングの円形流路の
径の前記羽根車の外径に対する比を1.15以上に設定
することが好ましく、これにより、ポンプのリミットロ
ード特性を更に向上させることができる。
【0017】更に、前記羽根車の翼幅を、ポンプ内部に
おける異物の最大通過径の68%以上に設定することが
好ましく、これにより、異物通過とポンプ効率とをバラ
ンスよく達成することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明のボルテックス形ポ
ンプの実施の形態を図1乃至図8を参照して説明する。
なお、前記図9乃至図11に示す従来例と同一部分には
同一符号を付してその説明を省略する。
【0019】この実施の形態にあっては、図1に示すよ
うにポンプ部3に複数の翼40を有し、主軸1の先端に
これと一体に回転するように連結されたボルテックス形
羽根車41が備えられた基本的な構造は、従来の技術と
同様である。また、この羽根車41は、吐出口42aと
吸込口42bを有しポンプ台45に支持されたポンプケ
ーシング42によって覆われ、ポンプ室43内に収納さ
れている。ポンプケーシング42の下部から工事現場に
於ける湧き水等を吸い込んでその側面から吐出するよう
になっている構造も、従来の技術と同様である。
【0020】ここに本発明においては、前記各翼40
は、図4の翼展開図に示すように、その入口側の翼角度
(入口角度)α1 が0°に、出口側の翼角度(出口角
度)α2が17.5〜32.5°にそれぞれ設定され、
翼40の全長に亘って翼角度が円滑につながるように形
成されている。即ち、翼40の流入側の入口角度を0°
とし、この入口角度0°から翼角度が立ち上がって、出
口角度の17.5〜32.5°に円滑につながるように
連続的に円弧で接続されている。
【0021】そして、前記各翼40の平面形状は、図2
に示すように、入口側の翼角度(入口角度)0°の直線
40aと、この直線40aから出口側に連続して延びる
半径R3 と半径R4 の円弧40bで定義されている。な
お、この実施の形態にあっては、翼40の平面形状を2
個の円弧で定義した例を示しているが、3個以上の円弧
で定義しても良い。
【0022】このように、翼40の入口角度α1を0に
設定し、出口角度α2 を17.5〜32.5°に設定し
たのは、以下の理由による。即ち、図6は、翼の出口角
度(図10における角度β2 )の変化に伴うポンプ特性
の変化の例を示すもので、(a)は流量−揚程(QH)
特性であり、(b)は流量と軸出力との関係を示す。
尚、入口角度α1は0゜である。同図から翼の出口角度
が45°のものでは軸動力にリミットロード特性が得ら
れず、翼の出口角度が30°より小さい角度のものでリ
ミットロード特性が認められ、また翼の出口角度が小さ
くなるに従ってリミットロード性が高くなることが認め
られる。しかしながら、翼の出口角度が小さくなるに従
い、ポンプの流量−揚程特性も低下して行くことが分か
る。
【0023】これにより、翼40の出口角度α2 を3
2.5°以下に設定することで軸動力にリミットロード
特性を付与することができる。また、翼40の出口角度
α2 を17.5以上に設定することで、ポンプ効率の低
下を防止することができる。この出口角度に翼角度を入
口角度0°から立ち上げて円滑につながるようにするこ
とによって、リミットロード特性を付与しつつポンプ効
率が低下してしまうことを防止することができる。
【0024】そして、ポンプ内部を通過できる異物の最
大径(最大通過径)は、ポンプ内で最も揚水の流路が狭
い部分の直径(通常は羽根車翼先端とポンプケーシング
底面とで形成される流路幅)で定義される。この実施の
形態にあっては、羽根車41の翼40の幅H(図3参
照)を異物の最大通過径D1 (図3参照)に対して0.
68D1 以上(H>0.68D1 )の範囲に設定してい
る。
【0025】即ち、図7は羽根車の翼幅Hを変えた場合
のポンプ性能の変化を示すもので、同図から、最大通過
径D1 が100mmの場合における羽根車の翼幅Hが7
5mm(H=0.75D1 )及び100mm(H=1.
00D1 )のものに対して、羽根車の翼幅Hが50mm
(H=0.5D1 )のものはポンプ効率が大きく低下し
ていることが分かる。このような試験結果から、羽根車
41の翼40の幅Hを異物の最大通過径D1 に対して
0.68D1 以上(H>0.68D1 )の範囲に設定す
ることにより、異物の最大通過径D1を確保しつつ、ポ
ンプ効率の低下を防止することができる。
【0026】また、この実施の形態にあっては、ポンプ
ケーシング42として円形断面形状のものを使用してい
るが、このポンプケーシング42の円形断面の径D
3 (図3参照)の羽根車41の外径D2 (図3参照)に
対する比D3 /D2 を1.15以上(D3 /D2 >1.
15)に設定している。
【0027】即ち、図8は、ポンプケーシング42の円
形断面の径D3 と羽根車41の外径D2 との比D3 /D
2 の違いによるポンプ性能の差を示すもので、同図か
ら、D3 /D2 が小さいとポンプのリミットロード性が
低下し、ポンプ軸動力は右上がりの傾向を強めることが
分かる。このような試験結果から、D3 /D2 の比を
1.15以上とすることにより、ポンプのリミットロー
ド特性を更に向上させることができる。
【0028】図5は前記実施の形態おけるボルテックス
形ポンプの性能例を示すものである。同図と前記図12
に示す従来のポンプ特性曲線と比較すると、この実施の
形態のボルテックス形ポンプにあっては、そのリミット
ロード特性が大幅に向上していることが分かる。なお、
図5は、定格出力が7.5kWのものに適用した例を示
しているが、7.5kWに対して完全なリミットロード
性が得られており、且つポンプ効率、流量−揚程性能に
おいても従来品を上回る性能が得られていることが判
る。
【0029】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、従来のボルテックス形ポンプと比較して効率面でも
遜色なくリミットロード特性を実現できる。従って、配
管抵抗に比べて揚程の高いポンプを現場に設置したよう
な場合に、過大流量運転となった場合でもモータの出力
が制限されることで、モータの焼損或いはモータ保護装
置が動作して連続運転できないという問題を防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のボルテックス形ポンプの
縦断正面図。
【図2】同じく、羽根車の平面図。
【図3】同じく、ポンプケーシングと羽根車の軸方向の
相対位置を示す断面図。
【図4】同じく、羽根車の翼展開図。
【図5】同じく、ポンプ性能例を示すグラフ。
【図6】翼の出口角度の変化に伴うポンプ性能の変化の
例を示すグラフ。
【図7】羽根車の翼幅を変えた場合のポンプ性能の変化
の例を示すグラフ。
【図8】ポンプケーシングの円形断面の径D3 の羽根車
の外径D2 に対する比の違いによるポンプ性能の差を示
すグラフ。
【図9】従来のボルテックス形ポンプを示す縦断正面
図。
【図10】同じく、羽根車の正面図。
【図11】同じく、ポンプケーシングと羽根車の軸方向
の相対位置を示す断面図。
【図12】同じく、ポンプ性能例を示すグラフ。
【符号の説明】
1 主軸 2 モータ部 3 ポンプ部 5 ロータ 7 ステータ 40 翼 41 羽根車 42 ポンプケーシング 43 ポンプ室 α1 入口側の翼角度(入口角度) α2 出口側の翼角度(出口角度) H 翼幅 D1 異物の最大通過径 D2 羽根車の外径 D3 ポンプケーシングの円形断面の径
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−195986(JP,A) 特開 平9−32791(JP,A) 特開 平3−130598(JP,A) 特開 昭47−13703(JP,A) 特開 昭55−7967(JP,A) 実開 昭56−101496(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04D 7/04 F04D 29/24

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 羽根車を収納する円形断面のポンプケー
    シングを備え、このポンプケーシングの内部に前記羽根
    車の回転によって流路を形成するようにしたボルテック
    ス形ポンプにおいて、 入口側の翼角度を0°に、出口側の翼角度を17.5〜
    32.5°にそれぞれ設定し該翼角度が入口側から立ち
    上がって出口側に円滑につなげるようにした翼を有する
    羽根車を備えたことを特徴とするボルテックス形ポン
    プ。
  2. 【請求項2】 前記翼の平面形状を、入口側の翼角度が
    0°の直線と、この直線から出口側に連続して延びる複
    数の円弧で形成したことを特徴とする請求項1記載のボ
    ルテックス形ポンプ。
  3. 【請求項3】 前記ポンプケーシングの円形流路の径の
    前記羽根車の外径に対する比を1.15以上に設定した
    ことを特徴とする請求項1または2記載のボルテックス
    形ポンプ。
  4. 【請求項4】 前記羽根車の翼幅を、ポンプ内部におけ
    る異物の最大通過径の68%以上に設定したことを特徴
    とする請求項1乃至3のいずれかに記載のボルテックス
    形ポンプ。
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