JP3969554B2 - 縦軸ポンプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、先行待期運転が必要な雨水排水用ポンプのように空運転が行われる縦軸ポンプ装置の改良に関し、特にボウル部分が揚水管に吊り下げられ、ボウル部分に内蔵された羽根車を駆動する主軸が揚水管の内部を通って延びて揚水管の上部に設置した原動機の軸に接続され、その主軸が水中軸受で支持されている縦軸ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
縦軸ポンプの水中軸受として、従来最も一般的に使用されてきたものとしてゴム軸受が知られている。このゴム軸受は、水中では摺動特性が良好であるが、気中では劣悪であるため、運転中は絶えず水で潤滑させねばならない。しかしながら、縦軸ポンプは一般に始動前には揚水管内に水が満たされていないので、ゴム軸受を使用する場合は、始動前に揚水管内の水中軸受に外部から充分な潤滑水を供給してから始動する必要がある。したがって、このための圧力水源、給水配管、給水量制御設備、及びそのメンテナンスが必要である。
【０００３】
このような軸受潤滑水の外部供給設備は、水中軸受に自己潤滑性を有する合成樹脂軸受などを使用すれば省略することができるので、従来実用に供されている。この技術は始動時に無水状態になるのは、軸受荷重の小さい揚水管内部の水中軸受のみに適用され、軸受荷重の大きい羽根車近傍の水中軸受は始動前から没水し、水で潤滑されているために羽根車近傍の水中軸受には適用されないものである。 ところが、近年都市部の雨水排水ポンプなどでは、急激な水位上昇に即時対応が可能なように、大雨が予想される場合に先行待期運転を行う運転方法の採用が増加しつつある。この場合は、従来の無注水始動の場合とは異なり、ボウル部分まで完全に水が無い状態で運転されるので、ボウル部分に設けた水中軸受にとっては極めて厳しい運転条件となる。そのために、従来は図６に示すように外部から潤滑水を供給していた。
【０００４】
本発明をよく理解するために、まず図６を参照して従来技術を説明する。
【０００５】
図６において、全体を符号２で示す揚水管は据付け床１０に架台１１を介して支持されており、そして揚水管２の下端にはボウル部分１が取付けられている。このボウル部分１０下部は吸込口３を形成しており、揚水管２の上端には吐出し口４が形成されている。
【０００６】
揚水管２の中を通って延びる主軸７の上部は軸継手８を介して原動機軸９に連結されており、そして主軸７の中間が揚水管２に取付けた水中軸受１４で回転可能に支持されており、下部はボウル部分１に固定した水中軸受１３によって支持されている。
【０００７】
そして、主軸７の下端のボウル部分１内には羽根車５が取付けられている。さらにボウル部分１内の羽根車５の下流側に羽根車５から流出して水の速度エネルギを圧力エネルギに変換するためのディフューザベーン６が設けられている。
【０００８】
したがって、羽根車５の回転に伴い、揚液は吸込口から吸込まれ、ディフューザベーン６で昇圧されて揚水管２内を上昇し、吐出し口４から吐出される。その間水中軸受１３、１４は液によって潤滑される。
【０００９】
しかしながら、前述の通り、待期運転中には水中軸受１３、１４に外部潤滑水を供給することが必要で、そのため水中軸受潤滑水供給配管２２やその関連設備が必要となり、その設備費用及び保守費用がかさみ、かつ運転操作手順を複雑にする傾向があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、通常の水中軸受を用いても無注水で長時間の待期運転をすることができる縦軸ポンプ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、据付け床に支持される揚水管と、揚水管の下端に吊り下げられたボウル部分と、ボウル部分に内蔵された羽根車を回転駆動する主軸と、羽根車より下方に設け主軸を支持する水中軸受と、水中軸受を収納した軸受ケーシングを備え、軸受ケーシングは、ボウル部分の下部に形成された吸込口に設けられたリブに固定され、下部が閉じられ、水中軸受の下端面との間に液を充満させる空間を有し、上部が開放され、水中軸受の外側に空間から羽根車の吸込み側に通じる流路を設け、更に揚水管又はボウル部分の吐出し側から空間に通じる流路を設け、前記軸受ケーシングの空間の下部に液室を設け、揚水管又はボウル部分の吐出し側から液室に通じる流路を設け、液室と空間との間にノズルを設け、ノズルからの噴射により空間に流入する水を強制的に旋回させるようになっている。
【００１３】
さらに本発明によれば、軸受ケーシングに取付けられた軸受シェルの下端には、ガイドコーンが取付けられている。
【００１５】
羽根車は、ポンプの回転部分の中で最も質量が大きく、したがって始動時の水中軸受の負荷を最も大きくする要素である。また、羽根車は、先行待期運転状態から送水運転に移行する過渡状態では流動状態が不規則に変動するため、水中軸受に不規則な変動荷重を負荷する。
【００１６】
本発明によれば、このような羽根車による軸受負荷は、羽根車の下方に設置された水中軸受で支持されるが、この水中軸受は空間内に満されている液によって潤滑できるように、軸受ケーシング内に設けられているので、無水運転でも羽根車の負荷に充分に耐えることができる。
【００１７】
また、下部の水中軸受が羽根車の負荷を受持つので、ボウル部分上部及び揚水管部の水中軸受は、単に軸の振れ止めとして機能すればよく、自己潤滑性を有する合成樹脂製軸受などを使用でき、無注水での先行待期運転に問題無く対応できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図１ないし図５を参照して本発明の実施例を説明するが、これらの図において、図６と同じ部品は同じ符号を付し、重複説明は省略する。
【００１９】
図１において、水中軸受１３、１４はいずれも先行待期運転中に無水運転となるために、自己潤滑性を有するもの例えば合成樹脂製とする。そして下部の水中軸受１３は図６に示す従来例ではボウル部分１の高さ方向に中間部分に設けられていたが、図１の例ではボウル部分１の上方部分に設けられている。そして主軸７の下端は羽根車の下方に延長している延長部７ａを有し、その延長部７ａは別の水中軸受１２で支持されている。
【００２０】
図２はこの水中軸受１２の近傍の拡大図であり、図において吸込口３に設けられ半径方向内方に延びるリブ１６（単数又は複数）には軸受ケーシング１５が固定されており、この軸受ケーシング１５には軸受シェル１２ａが取付けられ、水中軸受１２を支承している。この軸受ケーシング１５の底部１５ａは閉じており、その上部１５ｂは開放されており、内部に空間１８を有している。この空間１８には液が充満するようになっている。
【００２１】
したがって据付時に軸受ケーシング１５内の空間１８にあらかじめ液を充満しておけば、下部水中軸受１２は先行待期運転時にも水で潤滑されるので、信頼性の高い運転が可能である。そして運転中は揚液が凹部１８に流入できる。
【００２２】
ポンプ内は湿度が高いので、軸受ケーシングに満たされた水は殆ど蒸発せず長時間保持される。また、多少の減量が生じてもポンプの運転の都度自動的に補給されるので、ポンプはいつでも先行待期運転が可能な状態に維持される。
【００２３】
図３に示す実施例では、下部水中軸受１２の下端面と軸受ケーシング１５の底部１５ａとの間に構成される空間１８から軸受ケーシング１５の上部開放部に通じる流路１５ｃを水中軸受１２の外側に設けた点で図２の実施例と異なっている。
【００２４】
このように流路１５ｂを設けることにより、軸受ケーシング１５内の水は、ポンプ揚水運転の都度、新鮮な揚水の一部と混合置換される。この際、補助インペラー１７が揚水中の土砂などの粒子を振り飛ばし、それらが軸受ケーシング１５内に侵入するのを抑制する。したがって、土砂などの粒子による軸受寿命の短縮を防止することができる。
【００２５】
図４はさらに別の実施例を示し、この実施例では、ボウル部分１の外面から軸受ケーシングの底部１５ａと水中軸受１２の間に構成される空間１８に通じる流路１６ａが、リブ１６の内部に設けられている。流路１６ａのボウル部分１の外面側端部は、配管１９により揚水管２の下部に接続されている。その他の点は図３の実施例と同じである。
【００２６】
この図４の実施例では、ポンプの揚水運転中に揚水の一部が、揚水管下部から配管１９と流路１６ａと空間１８と流路１５ｃと羽根車５の吸込み側とに順次に流れ、軸受ケーシング１５内の水は常時新しい揚水と置換されると共に、土砂などの粒子は流路１５ｃから排出されるため、軸受ケーシング１５内に堆積されことがない。したがって、土砂などの粒子による軸受寿命の短縮を防止できる。
【００２７】
なお、空間１８に至る流路１５ｃ、１９は種々の態様で実施できることは自明である。
【００２８】
図５に示す他の実施例では、軸受ケーシング１５の下部に液室２５を設け、この液室２５に図４に示す流路１６ａを連通させ、そして液室２５と空間１８との間に複数のノズル２０を設け、空間１８内の水をノズル２０を介して空間１８内に噴射するようになっている。このノズル２０は噴射方向が主軸の同心円の接線方向で回転方向に斜め上向きとなる様に取付けられている。また、空間１８の内部には、ガイドコーン２１が軸受シェル１２ａの下端に取付けられている。
【００２９】
このように構成すると、空間１８内の水は、ノズル２０からの噴射により、強制的に旋回される。このため、土砂などの粒子は遠心力により軸受ケーシング１５の円筒部内壁側に押し付けられながら流路１５ｃを通って羽根車５の吸込み側に排出される。すなわち、土砂などの粒子濃度が比較的高い水は、軸受ケーシング１５の円筒部内壁とガイドコーン２１との間に環状流路から流路１５ｃを通って流出するが、土砂などの粒子濃度の低い水の一部は、ガイドコーン２２の内側にバイパスして水中軸受を潤滑しながら軸受シェル１２ａ上部から羽根車５の吸込み側に流出する。
【００３０】
このため、水中軸受摺動部への土砂などの粒子の侵入は、図４の実施例に比較して積極的に回避され、水中軸受の信頼性をより高めることができる。
【００３１】
なお、図示していないが、ノズル２０に代えて主軸７の先端にインペラーを設け、もって土砂等を積極的に流路１５ｃから排出することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、下記のすぐれた効果を奏する。
（１） 羽根車に近い下部水中軸受を上部が開放され、下部に閉じた底部を有する軸受ケーシング中に配設したので、外部から潤滑水を供給することなく、先行待期運転が可能である。
【００３３】
（２） 羽根車に近い下部水中軸受を設けたので、ボウル部分や揚水管中の水中軸受の荷重を軽減でき、大型のポンプでもそれらの軸受に樹脂軸受を使用でき、構成を簡単化できる。
【００３４】
（３） 空間内の土砂を積極的に排出する手段を設けることにより、下部水中軸受の寿命を長くできる。
【００３５】
（４） 下部水中軸受又は下部水中軸受ケーシングの上面に対面する補助インペラーを設けることにより、下部水中軸受部への土砂などの粒子の侵入が防止されるので、軸受寿命の短縮を防止できる。
【００３６】
（５） 下部水中軸受の下部の空間に流入する水は、回転同心円の接線方向に噴射するノズルから流入させるなどの方法で旋回させることにより、土砂などの粒子は下部水中軸受の外側流路から排出され、下部軸受には粒子濃度の低い水が供給されるため、土砂などによる軸受寿命の短縮が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す縦軸ポンプ装置の縦断面図。
【図２】図１のボウル部分下部の拡大図。
【図３】本発明の他の実施例を示す縦軸ポンプ装置のボウル部分下部の縦断面図。
【図４】本発明の別の実施例を示す縦軸ポンプ装置のボウル部分の縦断面図。
【図５】本発明のさらに別の実施例を示す縦軸ポンプ装置の下部軸受部分の縦断面図。
【図６】従来の先行待期運転用縦軸ポンプ装置の構造例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１・・・ボウル部分
２・・・揚水管
３・・・吸込み口
４・・・吐出し口
５・・・羽根車
６・・・ディフューザベーン
７・・・主軸
８・・・軸継手
９・・・原動機軸
１０・・・据付け床
１１・・・架台
１２・・・下部水中軸受
１２ａ・・・下部水中軸受シェル
１３・・・ボウル部分上部水中軸受
１４・・・揚水管部分水中軸受
１５・・・軸受ケーシング
１５ａ・・・軸受ケーシング底部
１５ｃ・・・下部水中軸受外側流路
１６・・・リブ
１６ａ・・・リブ内流路
１７・・・補助インペラー
１８・・・空間
１９・・・配管
２０・・・ノズル
２１・・・ガイドコーン
２２・・・水中軸受潤滑水供給配管

Claims (2)

1. 据付け床に支持される揚水管と、揚水管の下端に吊り下げられたボウル部分と、ボウル部分に内蔵された羽根車を回転駆動する主軸と、羽根車より下方に設け主軸を支持する水中軸受と、水中軸受を収納した軸受ケーシングを備え、軸受ケーシングは、ボウル部分の下部に形成された吸込口に設けられたリブに固定され、下部が閉じられ、水中軸受の下端面との間に液を充満させる空間を有し、上部が開放され、水中軸受の外側に空間から羽根車の吸込み側に通じる流路を設け、更に揚水管又はボウル部分の吐出し側から空間に通じる流路を設け、前記軸受ケーシングの空間の下部に液室を設け、揚水管又はボウル部分の吐出し側から液室に通じる流路を設け、液室と空間との間にノズルを設け、ノズルからの噴射により空間に流入する水を強制的に旋回させることを特徴とする縦軸ポンプ装置。
2. 軸受ケーシングに取付けられた軸受シェルの下端には、ガイドコーンが取付けられている請求項１の縦軸ポンプ装置。

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