JP3659784B2

JP3659784B2 - ポンプの流路切替装置

Info

Publication number: JP3659784B2
Application number: JP35690497A
Authority: JP
Inventors: 憲司横山
Original assignee: 石川島芝浦機械株式会社
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: JPH11190291A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、呼び水を必要とするポンプにおいて、特に、消防ポンプのように速やかに呼び水を供給するポンプ（吸入ポンプ）の流路切替装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、呼び水を必要とするポンプ、例えば、渦巻きポンプを消防ポンプ等に適用した場合、速やかに給水して吐出するために、呼び水用の吸入ポンプが連結され、この吸入ポンプはできるだけ速く吸水するにはその容量を大きくする必要があり、一般に吸入ポンプとして用いられているロータリポンプでは、外径を大きくしたり全長を長くして要求に応えている。しかし、ロータリポンプの外径を大きくすると周速が大きくなり、潤滑が限界に達し、内部が焼き付いてしまう。また、全長を長くすると機械加工の精度が悪くなり円滑に回らなくなるものであった。
【０００３】
このような場合は、複数の吸入ポンプを設けて吸水管内の被作用気体を吸引する回路を並列に接続して吸引容量を増加する方法が採用されている。
一方、高所位置のポンプに吸水する場合は、吸水管の内部の絶対圧力を低くするように要求されるので、複数の吸入ポンプを設けて吸水管内の被作用気体を吸引する回路を直列に配置する方法が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来の消防ポンプの呼び水用の吸入ポンプでは、吸入ポンプを複数設け、直列につないで、吸水管内の絶対圧力を低くし、高い位置に吸水する構成とし、さらにその吸入ポンプの吸引する容量を比較的大きいものを用いて吸水管内の空気を大量に吸引して短時間に吸水できるようにしていた。この構成においては、各吸入ポンプの容量を大きくしており、吸入ポンプの外径が大きくなり、重量が重く、駆動に要する動力が大きくなっていた。
【０００５】
また、小型の呼び水用吸入ポンプを複数設け、管内の空気を吸引するために並列に配置する構成においては、吸水時間を短くすることはできるが、管内の絶対圧力を低く保つことができず、高所に配した吸入ポンプに速やかに吸水することができなかった。
本発明ではこのような不具合をなくし、吸水時間が短く、高真空を発生でき、小径で、軽く、駆動力が小さくでき安価な吸入ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような問題点を解消するために、呼び水を必要とするメインポンプの吸入側に、同時駆動される複数の吸入ポンプを接続し、該複数の吸入ポンプ間に切替弁を配置し、該切替弁の切り替えで並列又は直列に切り替え可能に構成した。
また、前記吸入側の圧力が予め設定した値より高い場合には並列につなぎ、設定した値より低い場合には直列につなぐように構成した。
また、前記複数の吸入ポンプを同軸上に配置するとともに、それぞれの吸入ポンプの入口を吸気連通管に接続し、それぞれの吸入ポンプの出口を排気連通管に接続し、該吸気連通管と排気連通管を直列連通管でつなぎ、各連通管の交差点に切替弁を設けた。
また、前記切替弁を駆動する手段を、大気圧と吸気側の圧力の差圧を用いた。また、前記切替弁と吸気連通管と排気連通管をつなぐ直列連通管をを隣り合う吸入ポンプの間に設けている。
また、前記切替弁を一軸上に設けるようにしたものである。
【０００７】
【本発明の実施の形態】
本発明が解決しようとする課題及び解決するための手段は以上の如くであり、次に添付の図面に示した実施例の構成を説明する。図１は本発明による第一実施例の水ポンプの呼び水用吸入ポンプを介在した空気回路を並列に切り替えた回路図である。図２は同じく空気回路を直列に切り替えた回路図である。図３は空気回路の切り替え手段を有する第二実施例についての回路図である。図４は本発明の吸入ポンプの空気回路を切り替える弁を組み込んだ二つの呼び水用吸入ポンプの正面図である。図５は図４のＡ−Ａ断面図である。図６は図４のＢ−Ｂ断面図である。
【０００８】
図１において、メインポンプ１は渦巻きポンプからなる消防用のポンプであり、該メインポンプ１の吸水口１５に吸水管８の一端を接続し、該吸水管８の他端を水源１９に投入している。放水口１８には放水弁１４を介して放水管１６が接続される。前記吸水管８の途中部（吸入側）には、圧力感知器（圧力センサー）３と吸気連通管４を接続している。前記吸気連通管４の上流側に呼び水弁１３が介装され、下流側が分岐して一方の吸気連通管４ａは一段目の呼び水用吸入ポンプ２ａの入口に接続し、他方の吸気連通管４ｂは三方切替弁７ａを介して二段目の呼び水用吸入ポンプ２ｂの入口に接続している。この吸入ポンプ２ａ・２ｂはロータリーポンプ（ローラーポンプやベーンポンプ等）から構成され、両吸入ポンプ２ａ・２ｂは同一駆動軸上に配置されて同時に運転される。また、メインポンプ１の駆動軸と連結して同時に駆動することも可能である。
【０００９】
一段目の吸入ポンプ２ａの出口は、排気連通管５ａと接続され、三方切替弁７ｂにつながれている。二段目の吸入ポンプ２ｂの出口は排気連通管５ｂと接続され、排気連通管５ｂ途中部が分岐され、一端は三方切替弁７ｂにつながり、他端は排気管１７につながっている。前記三方切替弁７ａ及び三方切替弁７ｂの弁体には各々アーム９が固定され、該アーム９の他端にはリンク１０を介して圧力感知器３の指令で作動する駆動手段１１のアーム１２に回動自在に接続され、流路切替装置が構成されている。該駆動手段１１はモーターまたは電動シリンダーまたはソレノイド等で構成されている。図１においては、前記吸気連通管４ａと吸気連通管４ｂとが三方切替弁７ａを介して連通され、排気連通管５ａと排気連通管５ｂとが三方切替弁７ｂを介して連通されており、吸入ポンプ２ａと吸入ポンプ２ｂとを並列に配置する流路が形成されている。
また、前記三方切替弁７ａと三方切替弁７ｂの残りのポートは直列連通管６で連通されている。つまり、吸気連通管４ａ・４ｂと排気連通管５ａ・５ｂと直列連通管６の交差点に切替弁７ａ・７ｂが配置されている。
【００１０】
図２においては駆動手段１１・１１を作動させた状態を示しており、三方切替弁７ａが切り替わることによって、直列連通管６と二段目の吸入ポンプ２ｂに接続する吸気連通管４ｂとが連通し、三方切替弁７ｂが切り替わることによって、直列連通管６と一段目の吸入ポンプ２ａに接続する排気連通管５ａとが連通され、吸入ポンプ２ａと吸入ポンプ２ｂとが直列に接続する流路が形成される。
【００１１】
このような構成において、メインポンプ１を水源１９に対して比較的に低い位置で運転する場合には、図１に示すように、呼び水弁１３を開けて呼び水用吸入ポンプ２ａ及び２ｂを運転すると、吸水管８、吸気連通管４ａ及び吸気連通管４ｂ内の空気を吸い込み、排気連通管５ａ及び排気連通管５ｂから排気管１７を通して空気を排出するので、吸気連通管４の内部の絶対圧力が下がり、これに接続している吸水管８の内部の絶対圧力も大気圧より下がり、水源１９の水面が大気圧に押されて吸水管８の内部に水が上がってくる。この状態では二台の吸入ポンプ２ａ・２ｂが並列に接続されているので、二個の吸入ポンプ２ａ・２ｂが併行して働き大量の被作用気体である吸気連通管４及び吸水管８内の空気を吸い込み、吸水管８内への水の上がりは早い。
従って、吸水管８からメインポンプ１の吸入側に呼び水が送られて、メインポンプ１を運転して放水弁１４を開けることにより放水管１６を通して放水作業を開始でき、放水開始までは短時間で行える。
【００１２】
これに対して、メインポンプ１が水源１９に対して高い位置に配置された場合には、図１に示すように、先ず吸入ポンプ２ａ・２ｂを並列とする流路を用いて吸引する。吸引し続けて吸水管８内の圧力が低くなり、予め設定した絶対圧力に達したところで、圧力感知器３がその設定圧力を検知し、駆動指示信号を駆動手段１１に発して、アーム１２が回動される。該アーム１２の回動によってリンク１０、アーム９を介して三方切替弁７ａ及び三方切替弁７ｂが、図２のように回動される。このとき空気は吸水管８から吸気連通管４ａを通り一段目の呼び水用吸入ポンプ２ａから三方切替弁７ｂに接続した直列連通管６を通り、更に、三方切替弁７ａから吸気連通管４ｂを通り、二段目の呼び水用吸入ポンプ２ｂを通り排気連通管５ｂにつながる排気管１７から外部に排出される。
【００１３】
従って、一個の吸入ポンプ２ａで吸引した空気をもう一度吸引するので、吸気連通管４の内部の絶対圧力が設定圧力より下がり、これに接続している吸水管８の内部の絶対圧力も低くなり、吸水管８の内部の絶対圧力と大気圧との差圧が大きくなり、高い位置のメインポンプ１に吸水することが可能となる。
また、このような回路では、吸水管８内の全空気を一段目の吸入ポンプ２ａを通過させているが、このとき既に吸気の絶対圧力はある程度低く、従って空気の密度は低くなっている。例えば、圧力感知器３の設定値を大気圧の二分の一に設定すれば、吸入ポンプ２ａ・２ａが同じ容量の場合、一段当たりの排出空気重量は大気圧における並列運転時と同じになる。従って、直列に配した吸入ポンプ２ａ・２ｂによる吸引時間が遅延することはない。
このようにして呼び水がメインポンプ１に到達した後にメインポンプ１を運転して放水弁１４を開けると放水口１８から出た水は放水管１６を通り外部に放出され、放水作業ができる。
【００１４】
次に、第二実施例の吸入ポンプの流路切替装置を組み込んだ構成について図３を用いて説明する。図３は呼び水用吸入ポンプ２ａ・２ｂを直列接続した回路図である。回路構成及び作用は第一実施例と同様である。
第二実施例における流路切替装置は、三方切替弁７ａ・７ｂはリンク等で連結され連動して切り替えられる。該三方切替弁７ｂの弁体に固定したアーム９にリンク１０を介して差圧駆動装置２０のロッド２５が接続されている。ロッド２５は大気室２０ａと受圧室２０ｂを仕切る膜体２１に接続されている。受圧室２０ｂの圧力取り入れ口２２と吸気連通管４は導管２３を介して連通されている。前記アーム９は、戻しばね２４で三方切替弁７ａ・７ｂが回路を並列側に切り替える方向に付勢している。
【００１５】
このような構成において呼び水用吸入ポンプ２ａ及び２ｂを運転したとき、吸気連通管４の内部の絶対圧力が比較的高い間は戻しばね２４の付勢力で三方切替弁７ａ・７ｂは並列接続に切り替わっており、二台の吸入ポンプ２ａ・２ｂは併行して働き、大量の空気を吸引して、吸水高さが低い場合は短時間で吸水ができる。
【００１６】
そして、高い位置で水を汲み上げる場合には、前記吸入ポンプ２ａ及び２ｂを並列接続で吸入し続けると、吸気連通管４の内部の絶対圧力が低くなり、この圧力は導管２３、圧力取り入れ口２２を介して差圧駆動装置２０における受圧室２０ｂ内の絶対圧力を低くする。大気室２０ａ側は大気圧が作用しているので、膜体２１は、図３に示すように、受圧室２０ｂ側に湾曲し、該膜体２１に固定したロッド２５は戻しばね２４に抗して引き込まれ、ロッド２５の他端に連結したリンク１０を介してアーム９が回動され、該アーム９の回動によって三方切替弁７ａ・７ｂが直列に切り替えられる。従って、圧力検出器や複雑な信号処理回路や駆動手段を設けることなく差圧駆動装置２０と戻しばね２４で本発明の効果、即ち、並列から直列、若しくは直列から並列に替えることができる。
【００１７】
次に、第一実施例と第二実施例の流路切替装置を組み込み可能な呼び水用吸入ポンプ２ａ・２ｂの構成について説明する。図４〜図６に示すように、呼び水用吸入ポンプ２ａ・２ｂは同一の駆動軸２７上に併設され、該駆動軸２７の一端に駆動プーリ２６が固設されて回転駆動される。また、呼び水用吸入ポンプ２ａ・２ｂの間には軸７ｃを駆動軸２７に対して直角方向に配置し、前記三方切替弁７ａと三方切替弁７ｂとを単一の前記軸７ｃ上に成形し、該軸７ｃの一端に前記アーム９を固定して、該アーム９の回動によって三方切替弁７ａ・７ｂを同時に切り替えられるようにしてある。更に、呼び水用吸入ポンプ２ａ・２ｂの間には、直列連通管６が駆動軸２７を迂回して流路を形成し、前記三方切替弁７ａ・７ｂの間を連通できるようにしている。
【００１８】
また、前記吸入ポンプ２ｂの内部構造は、図６に示すように、駆動軸２７上にロータ２８が固定され、該ロータ２８の外周には半径方向に溝が刻まれ、該溝にベーン２９が摺動自在に挿入され、該ベーン２９の先端はケース３０の内面に摺接するようにしている。該ケース３０と前記駆動軸２７の軸心は偏心して配置され、ロータ２８の外周がケース３０内周に接する両側に、吸気連通管４ｂと排気連通管５ｂを開口している。また、前記吸入ポンプ２ａの内部構造も吸入ポンプ２ｂと同形状に構成されている。
【００１９】
このような構成において、図示してない駆動装置により駆動プーリ２６が回転駆動されると、駆動軸２７に固定されたロータ２８が回転され、このロータ２８に摺動自在に挿入されたベーン２９が吸入ポンプ２内面３０に摺接し、ロータ２８の外周とケース３０内面とベーン２９の間に挟まれた空間は、回転と共に次第に大きくなり吸気連通管４ａ（若しくは４ｂ）から空気が吸い込まれ、更に回動されるとその空気は閉じ込められて、排気連通管５ａ（若しくは５ｂ）側へ移動して排出される。このようにして、吸気連通管４ａ（若しくは４ｂ）側に低い絶対圧力を発生することができる。
【００２０】
従って、一本の駆動軸２７を回動するだけで二個の呼び水用吸入ポンプ２ａ・２ｂを駆動できる。
更に、呼び水用吸入ポンプ２ａ・２ｂの間には駆動軸２７を保持する軸受けの幅が必要であるので、必然的に呼び水用吸入ポンプ２ａ・２ｂの間には隙間ができる。この隙間に直列連通管６及び吸気と排気の二個の三方切替弁７ａ・７ｂを設置することにより全体の寸法を大きくせずにこれらの部品を配設でき、二個の三方切替弁７ａ・７ｂを一本の軸７ｃ上に成形でき、二個の弁を簡単に連動することができる。
【００２１】
そして、前記アーム９が一側に操作されると、三方切替弁７ａ・７ｂを構成する軸７ｃが回動され、吸気連通管４ａと吸気連通管４ｂとを連通し、同時に排気連通管５ａと排気連通管５ｂとを連通し、吸入ポンプ２ａ・２ｂを並列とする流路としている。前記アーム９が逆側に操作されると、三方切替弁７ａ・７ｂが切り替わり、一段目の吸入ポンプ２ａの排気連通管５ａが三方切替弁７ｂを介して直列連通管６と接続され、直列連通管６他端が三方切替弁７ａを介して吸気連通管４ａと連通され、吸入ポンプ２ｂの排気連通管５ｂが排気管１７と連通され、吸入ポンプ２ａ・２ｂを直列とする流路に切り替える。
【００２２】
尚、本実施例では偏芯ロータリ式ベーンポンプの例を取って説明したが、吸入ポンプの方式はどのような形式でもよく、さらに、二個の吸入ポンプの切り替えについて説明したが吸入ポンプは複数であれば個数及び個々の容量は問わない。また、吸入ポンプの用途は呼び水ポンプを例によって説明したがどのような用途の吸入ポンプに利用してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、以上の如く構成したことにより、次のような効果が得られる。即ち請求項１の如く、呼び水を必要とするメインポンプの吸入側に、同時駆動される複数の吸入ポンプを接続し、該複数の吸入ポンプ間に切替弁を配置し、該切替弁の切り替えで並列又は直列に切り替え可能に構成したので、メインポンプが水源に対して低い位置と高い位置に設置した場合に応じて切り替えて、速やかに呼び水を導いてメインポンプより吐出することが可能となった。
【００２４】
また、請求項２の如く、吸入側の圧力が予め設定した値より高い場合には並列につなぎ、設定した値より低い場合には直列につなぐように構成したので、例えば、吸水高さが低い場合は、吸入ポンプを並列に配した流路で短時間で呼び水をポンプまで汲み上げることができる。これに対して、吸水高さが高い場合は途中までは吸入ポンプを並列に配した流路で呼び水を管の途中まで引き上げた後に、直列に配した流路に切り替えて、管内の絶対圧力をさらに下げて、高い位置までスムーズに吸水することができる。従って、従来のように比較的容量が大きな複数の吸入ポンプを直列に接続する方式とし、吸入ポンプの寸法が大きく重量が重く駆動に要する動力が大きく高価にする必要がなく、本発明の吸入ポンプの流路を切り替える流路切替装置を使うことにより小型で軽く駆動に要する動力が少なく、安価な吸入ポンプを提供できるものである。
【００２５】
また、請求項３記載の如く、複数の吸入ポンプを同軸上に配置するとともに、それぞれの吸入ポンプの入口を吸気連通管に接続し、それぞれの吸入ポンプの出口を排気連通管に接続し、該吸気連通管と排気連通管を直列連通管でつなぎ、各連通管の交差点に切替弁を設けたことによって、同一の駆動軸を用いて複数の吸入ポンプを駆動することができて、シンプルな構成としてコスト低減化を図ることができ、その複数の吸入ポンプを切替弁を切り替え操作することで、並列の流路と直列の流路に切り替えることができ、機能的に複数の吸入ポンプを併設した構成とすることができる。
【００２６】
また、請求項４記載の如く、切替弁を駆動する手段を、大気圧と吸入側の圧力の差圧を用いたことで、吸気側の圧力を検出する圧力検出器や、該検出器より発進する複雑な信号を処理する処理回路や、信号を受けて駆動する駆動手段等を設けることなく、機械的に管内の圧力を検出するとともに、切替弁を自動的に切り替えられ、コスト低減化を図ることができる。
【００２７】
また、請求項５記載の如く、切替弁を隣り合う吸入ポンプの間に設けたことによって、隣り合う吸入ポンプの駆動軸を保持する軸受けを配置するために、必然的に設けた隙間を利用でき、隣り合うように配置した吸入ポンプ全体の寸法を大きくすることがなく、複数のポンプを一体化させることができ、消防用のポンプ等に容易に並設することができる。
【００２８】
また、請求項６記載の如く、吸気連通管と排気連通管をつなぐ直列連通管を隣り合う吸入ポンプの間に設けたことによって、隣り合う吸入ポンプの駆動軸を保持する軸受けを配置するために、必然的に設けた隙間を利用でき、隣り合うように配置した吸入ポンプ全体の寸法が大きくなることがなく、複数のポンプを一体化させることができる。
【００２９】
また、請求項７記載の如く、切替弁を一軸上に設けたことによって、複数の吸入ポンプの吸気側の切替弁と、排気側の切替弁とを一本の軸上に設けて二個の弁を簡単に連動することができ、複数の吸入ポンプの空気回路を並列と直列とに切り替える構成としても、その切り替え操作をシンプルな構成として、容易に切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第一実施例の水ポンプの呼び水用吸入ポンプを介在した空気回路を並列に切り替えた回路図である。
【図２】同じく空気回路を直列に切り替えた回路図である。
【図３】空気回路の切り替え手段を有する第二実施例についての回路図である。
【図４】本発明の吸入ポンプの空気回路を切り替える弁を組み込んだ二つの呼び水用吸入ポンプの正面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
２吸入ポンプ
４ａ・４ｂ吸気連通管
５ａ・５ｂ排気連通管
６直列連通管
７ａ・７ｂ三方切替弁
２０差圧駆動装置
２７駆動軸

Claims

呼び水を必要とするメインポンプの吸入側に、同時駆動される複数の吸入ポンプを接続し、該複数の吸入ポンプ間に切替弁を配置し、該切替弁の切り替えで並列又は直列に切り替え可能に構成したことを特徴とするポンプの流路切替装置。
前記吸入側の圧力が予め設定した値より高い場合には並列につなぎ、設定した値より低い場合には直列につなぐように構成したことを特徴とする請求項１記載のポンプの流路切替装置。
前記複数の吸入ポンプを同軸上に配置するとともに、それぞれの吸入ポンプの入口を吸気連通管に接続し、それぞれの吸入ポンプの出口を排気連通管に接続し、該吸気連通管と排気連通管を直列連通管でつなぎ、各連通管の交差点に切替弁を設けたことを特徴とする請求項２記載のポンプの流路切替装置。
前記切替弁を駆動する手段を、大気圧と吸入側の圧力の差圧を用いたことを特徴とする請求項３記載のポンプの流路切替装置。
前記切替弁を隣り合う吸入ポンプの間に設けたことを特徴とする請求項３記載のポンプの流路切替装置。
吸気連通管と排気連通管をつなぐ直列連通管を隣り合う吸入ポンプの間に設けたことを特徴とする請求項３記載のポンプの流路切替装置。
前記切替弁を一軸上に設けたことを特徴とする請求項３記載のポンプの流路切替装置。