JP3980708B2 - 汚水用ポンプの羽根車及び汚水用ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水処理装置における下水送水用ポンプ等に用いられる汚水用ポンプの羽根車に関し、特に異物が羽根車内で閉塞しないよう羽根車内の通路を大きくした一枚翼を具備する汚水用ポンプの羽根車、及び該羽根車を用いた汚水用ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のこの種の汚水用ポンプの羽根車の構造を示す図で、同図（ａ）はＢ−Ｂ断面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図示するように、羽根車１０は主板４と側板５との間に一枚の翼８を具備する構造である。翼８は翼前縁部３から翼後縁部９まで厚み（翼圧力面１と翼負圧面２との間の寸法）が略一定で、翼８は吸い込み部６の外側に位置している。矢印Ｃ方向に回転することにより、吸い込み部６から吸い込まれた汚水は主板４と側板５の間を通ってポンプケーシングの吐出口から吐き出される。図２の破線Ｂはこの翼８を巻角θに沿って展開したものを示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種の汚水用ポンプの羽根車においては、異物による羽根車１０の閉塞を防ぐため羽根車１０内の流路として７６ｍｍ（３インチ）径以上の異物が通過し得る構造が要求される場合がある。図５に示す構造の羽根車１０において、７６ｍｍの流路を確保すると、図示するように翼８の巻角θが３６０°以下になってしまう場合が多く、主に下記の点で羽根車１０の水力効率を低下させる要因となっていた。
【０００４】
図６に示すように、巻角概略θ＝０°〜１８０°の範囲で翼圧力面１の側に大きな逆流領域Ａ１が発生する。また、翼流入部の翼負圧面２の側に流速が極めて低い領域Ａ３が発生する。翼流入部の翼前縁部３の付近に逆流領域Ａ２が発生する。これらの逆流領域Ａ１，Ａ２の発生や低流速領域Ａ３の発生はいずれも翼８の流入側に発生するものであり、異物が停滞したり、翼８の翼前縁部３で異物が絡みつく等によって、羽根車１０内で異物閉塞の原因となっていた。
【０００５】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、羽根車内に７６ｍｍ径以上の大きな流路を確保し、羽根車の無閉塞性を高めると同時に、従来の汚水用ポンプの羽根車における上記問題点、即ち翼入口側の圧力面側における逆流領域、翼入口側の負圧面側の低流速領域及び翼流入部前縁部における翼圧力面側から負圧面側への逆流を軽減させ、水力効率を高めると同時に、より異物が閉塞しにくい汚水用ポンプの羽根車、及び該羽根車を用いた汚水用ポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、一枚の翼で構成される羽根車を具備する汚水用ポンプの羽根車であって、羽根車は翼の厚みと翼角（翼の表面の接線と、その表面における羽根車と同心円の接線との間の角度）を翼巻角によって変化させる構成とし、該翼の翼圧力面の翼角は巻角０°から６０°〜１５０°の範囲で翼入口角度β１から徐々に０°に変化させ、該巻角６０°〜１５０°から１８０°の範囲で０°とし、巻角１００°〜１８０°から翼角を徐々に立上げ翼出口角度β２に円滑につないだことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、一枚の翼で構成される羽根車を具備する汚水用ポンプの羽根車であって、羽根車は翼の厚みと翼角を翼巻角によって変化させる構成とし、該羽根車の翼負圧面の翼角を翼流入側の巻角０°から９０°〜１８０°の範囲で０°とし、該巻角９０°〜１８０°から翼流出側の翼出口角度β２へと徐々に変化させ、翼圧力面の翼角は巻角０°から６０°〜１５０°の範囲で翼入口角度β１から徐々に０°に変化させ、該巻角６０°〜１５０°から１８０°の範囲で０°とし、巻角１００°〜１８０°から翼角を徐々に立上げ翼出口角度β２に円滑につないだことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の汚水用ポンプの羽根車において、羽根車のメリディアン断面における翼流入側の巻角０°から１８０°の範囲で、翼負圧面の径方向位置を吸い込み径より所定量内径側に位置させたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、吸込口及び吐出口を有するポンプケーシングに羽根車を回転自在に配置した汚水用ポンプにおいて、羽根車に請求項１乃至３のいずれか１項に記載の羽根車を用いることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の汚水用ポンプの羽根車の構造を示す図で、同図（ａ）はＢ−Ｂ断面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図示するように、羽根車は主板４と側板５との間に一枚の翼８を具備する構造である。
【００１３】
図２の実線Ａは本発明の羽根車の翼８を巻角θに沿って展開したものを示す。本発明の羽根車の翼８は翼流入側（翼前縁部３側）の翼厚を大きく変化させ、翼流入側における翼負圧面２の座標を羽根車の吸い込み部６の半径Ｒよりも小さくしている。また、翼流入部における翼圧力面１の座標も従来の翼（図５の翼８参照）よりも大きくしている。このため本発明の翼８では翼負圧面２の翼角を巻角０°から約１４０°の範囲で０°とし、巻角約１４０°から徐々に翼角を大きくし翼出口角度β２へと変化させている。
【００１４】
一方、翼圧力面１側の翼角は巻角０°から約１００°の範囲で翼８の入口角度β１から０°まで徐々に変化させ、巻角約１００°から約１４０°の範囲は翼角を０°とし、巻角約１４０°から翼角を徐々に立ち上げて翼出口角度β２に滑らかに接続している。翼出口側では翼８の全長の内概略１／４は従来の翼と等しい翼厚とし、翼出口側から翼８の全長の略１／４〜２／４の範囲では徐々に翼厚を増し、一方、翼流入側では翼前縁部３から徐々に翼厚を増し、その後概略翼厚一定で且つ翼角０°の部分を経て、翼出口側へと接続した形状で翼８を形成している。
【００１５】
また、翼流入側における翼負圧面２のメリデイアン断面形状７は一本の直線或いは曲線で構成するのではなく、羽根車の吸い込み部６の端面径位置から所定量ΔＬだけ近い位置の断面Ｉの間を直線Ｅで結び、且つ、該断面Ｉと羽根車の主板４との間は翼８を鋳造する際に必要な抜き勾配を有する直線Ｄで結び、両直線Ｄ、Ｅを滑らかな円弧Ｆで結んで翼負圧面２の流入側の形状を構成している。
【００１６】
図３は本発明の翼形状における羽根車内の流れ状況を示す図である。図６に示す従来の翼形状に比べ、翼圧力面１の側で発生する逆流領域Ａ’１、翼流入部の翼負圧面２の側に発生する流速が極めて低い領域Ａ’３、翼流入部の翼前縁部付近の逆流領域Ａ’２が翼流入端の一部へと縮小していることが明らかである。即ち、翼流入部における翼圧力面１の座標を従来より大きくしたことによって、翼圧力面１側の逆流領域を大幅に低減させることができる。
【００１７】
また、翼流入側における翼負圧面２の座標を羽根車の吸い込み部６の半径Ｒよりも小さくしたことで、翼流入側の翼負圧面２の低流速領域Ａ’２も大幅に軽減できる。また、翼流入側の翼負圧面２の座標を径の小さい位置に移動させたことで、羽根車内に７６ｍｍ以上の大きな流路を確保しつつ、より大きな翼巻角が得られるようになったので、翼流入部の翼前縁部３における翼圧力面１側から翼負圧面２側への逆流領域Ａ’２も軽減できる。
【００１８】
上記実施の形態例では、翼８の翼負圧面２の翼角を巻角０°から約１４０°の範囲で０°とし、巻角約１４０°から徐々に翼角を大きくし翼出口角度β２へと変化させているが、本発明の翼形状はこれに限定されるものではなく、翼負圧面２の翼角を巻角０°から９０°〜１８０°の範囲で０°とし、該巻角９０°〜１８０°から翼出口角度β２へ徐々に変化させた形状としても本発明の上記特徴は失われるものではない。
【００１９】
また、上記実施の形態例では、翼圧力面１側の翼角は巻角０°から約１００°の範囲で翼８の入口角度β１から０°まで徐々に変化させ、巻角約１００°から約１４０°の範囲は翼角を０°とし、巻角約１４０°から翼角を徐々に立ち上げて翼出口角度β２に滑らかに接続しているが、本発明の翼形状はこれに限定されるものではなく、翼圧力面の翼角は巻角０°から６０°〜１５０°の範囲で翼入口角度β１から徐々に０°に変化させ、該巻角６０°〜１５０°から１８０°の範囲で０°とし、巻角１００°〜１８０°から翼角を徐々に立上げ翼出口角度β２に円滑につないだ形状としても本発明の上記特徴は失われるものではない。
【００２０】
図４は本発明の羽根車を組み込んだ汚水用水中ポンプの構造を示す縦断面図である。本汚水用水中ポンプは電動機と一体に構成された構造である。羽根車１０は図１に示す構造のもので、電動機軸１６の先端にボルト１１により固着されている。ポンプケーシング１２は吐出口１２ｂと吸込口１２ａを有し、中間ケーシング２８とボルト２６で固着されポンプ室を形成している。ポンプケーシング１２の吐出口１２ｂには吐出曲管１３が接続されている。
【００２１】
ポンプケーシング１２にはポンプを自立させるための複数の脚１２ｃが設けられている。また、ポンプ部の圧力水が電動機側へ漏洩しないように、電動機部の間はメカニカルシール１４によって軸封されている。該メカニカルシール１４の軸封部の外側には油室１５が設けられ、該油室１５に油が封入されており、これによってメカニカルシール１４の摺動面の潤滑と冷却を行なっている。
【００２２】
電動機フレーム１９内には電動機の固定子２０が嵌合固定されており、該固定子２０を電動機軸１６に固定された回転子２１が配置されている。電動機軸１６は上下両端部を上部軸受１８と下部軸受１７で電動機フレーム１９に回転自在に支持されている。
【００２３】
電動機は水中で使用されるので、Ｏリング２５等により電動機フレーム１９内は気密に構成されており、水中ケーブル２２を通して電力が供給されるようになっている。電動機フレーム１９の上部には把手２３が設けられており、これによって汚水槽内への水中ポンプの吊下げや移動を行なう。また、電動機フレーム１９内にはプロテクタ２４が設けられており、過電流や欠相運転等による電動機の焼損を防止している。
【００２４】
上記構造の汚水用水中ポンプにおいて、電動機を起動し、電動機軸１６が回転すると、羽根車１０が回転し、ポンプケーシング１２の吸込口１２ａから吸い込まれた汚水は、翼８の翼負圧面内及び翼圧力面とポンプケーシング１２の間の流路を通って、ポンプケーシング１２の吐出口１２ｂから、吐出曲管１３を通って送水される。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
(１)羽根車の内部において、逆流や低流速部分の少ない羽根車を実現することができ、異物通過径を大きく設計する場合において、より効率の良い羽根車が実現できる。従って、同一のポンプ揚水性能を発揮するのに電動機の消費電力を抑えることができ、省エネルギー効果がある。
【００２６】
(２)また、翼流入側の翼負圧面の低流速領域を少なくできたので、この部分における異物の堆積が軽減され、羽根車の無閉塞性も向上する。
【００２７】
( ３ ) また、汚水用ポンプに本発明に係る羽根車を用いることにより、羽根車の無閉塞性及び省エネルギーに優れた汚水用ポンプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の汚水用ポンプの羽根車の構造を示す図で、同図（ａ）はＢ−Ｂ断面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】 本発明及び従来の羽根車の翼を巻角に沿って展開した展開図である。
【図３】 本発明の汚水用ポンプの羽根車の翼形状における羽根車内の流れ状況を示す図である。
【図４】 本発明の羽根車を組み込んだ汚水用水中ポンプの構造を示す縦断面図である。
【図５】 従来の汚水用ポンプの羽根車の構造を示す図で、同図（ａ）はＢ−Ｂ断面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図６】 従来の汚水用ポンプの羽根車の翼形状における羽根車内の流れ状況を示す図である。
【符号の説明】
１ 翼圧力面
２ 翼負圧面
３ 翼前縁部
４ 主板
５ 側板
６ 羽根車の吸い込み部
７ 翼負圧面のメリディアン断面形状
８ 翼
１０ 羽根車
１１ ボルト
１２ ポンプケーシング
１３ 吐出曲管
１４ メカニカルシール
１５ 油室
１６ 電動機軸
１７ 下部軸受
１８ 上部軸受
１９ 電動機フレーム
２０ 固定子
２１ 回転子
２２ 水中ケーブル
２３ 把手
２４ プロテクタ
２５ Ｏリング
２６ ボルト

Claims (4)

1. 一枚の翼で構成される羽根車を具備する汚水用ポンプの羽根車であって、
   前記羽根車は翼の厚みと翼角（翼の表面の接線と、その表面における羽根車と同心円の接線との間の角度）を翼巻角によって変化させる構成とし、該翼の翼圧力面の翼角は巻角０°から６０°〜１５０°の範囲で翼入口角度β１から徐々に０°に変化させ、該巻角６０°〜１５０°から１８０°の範囲で０°とし、巻角１００°〜１８０°から翼角を徐々に立上げ翼出口角度β２に円滑につないだことを特徴とする汚水用ポンプの羽根車。
2. 一枚の翼で構成される羽根車を具備する汚水用ポンプの羽根車であって、
   前記羽根車は翼の厚みと翼角を翼巻角によって変化させる構成とし、該羽根車の翼負圧面の翼角を翼流入側の巻角０°から９０°〜１８０°の範囲で０°とし、該巻角９０°〜１８０°から翼流出側の翼出口角度β２へと徐々に変化させ、翼圧力面の翼角は巻角０°から６０°〜１５０°の範囲で翼入口角度β１から徐々に０°に変化させ、該巻角６０°〜１５０°から１８０°の範囲で０°とし、巻角１００°〜１８０°から翼角を徐々に立上げ翼出口角度β２に円滑につないだことを特徴とする汚水用ポンプの羽根車。
3. 請求項１又は２に記載の汚水用ポンプの羽根車において、
   前記羽根車のメリディアン断面における翼流入側の巻角０°から１８０°の範囲で、翼負圧面の径方向位置を吸い込み径より所定量内径側に位置させたことを特徴とする汚水用ポンプの羽根車。
4. 吸込口及び吐出口を有するポンプケーシングに羽根車を回転自在に配置した汚水用ポンプにおいて、
   前記羽根車に請求項１乃至３のいずれか１項に記載の羽根車を用いることを特徴とする汚水用ポンプ。

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