JP4143185B2 - 下水を輸送するためのポンプに使用される遠心型または半軸流型のポンプ羽根車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体、主として、下水をポンプで輸送するための遠心ポンプまたは半軸流ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
文献には、この目的のための多数の型式のポンプおよびポンプ羽根車が記載されている。しかしながら、これらのポンプおよびポンプ羽根車には、ある不利点がある。とりわけ、この不利点は、詰まり（ｃｌｏｇｇｉｎｇ）および低い効率等の問題に関する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
下水は多数の異なる型式の汚染物を含んでおり、汚染物の量および構造は、汚染物から水が放出される季節および領域の型式により左右される。都市においては、プラスチック材料、衛生物品、織物等が共通であるのに対して、産業領域は摩滅粒子を発生することがある。経験によれば、最悪の問題が羽根の前縁に粘着しかつ羽根車のハブのまわりにからみつくぼろ布および同様な物質であることが判明している。このような事件は、しばしば、修理のための時間間隔を必要とし、かつ作業効率が低下する。
【０００４】
農業およびパルプ産業においては、異なる種類の特殊ポンプが使用され、これらの特殊ポンプは、麦わら、草、葉およびその他の有機材料を処理すべきである。この目的のために、汚染物が前縁に粘着するかわりに、汚染物を周囲に向かって外方に送るために、羽根の前縁が後方に曲線を描いて延在している。異なる種類の崩壊装置（ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｍｅａｎｓ）が材料を切断しかつ流れをさらに容易にするために、しばしば、使用されている。例はスウェーデン特許第４３５９５２号、スウェーデン特許第３７５８３１号および米国特許第４３４７０３５号の各明細書に示されている。
【０００５】
下水内の汚染物は制御することがさらに困難であるその他の型式でありかつ下水ポンプの操作回数が通常はるかに長いので、前述した特殊ポンプは、下水をポンプで輸送するときに、信頼性の観点および効率の観点から要求条件を満たしていない。
【０００６】
下水ポンプは、全くしばしば１日当たり１２時間まで操作されるが、これはエネルギの消費がポンプの全効率に大いに左右されることを意味している。
【０００７】
テストにより、既知の下水ポンプと比較して、本発明による下水ポンプに対して効率を５０％まで改良することができることが証明されている。電動ポンプに対するライフサイクルコストが通常全体としてエネルギコスト（８０％）のかなりの部分を占めているので、このような劇的な増大が極めて重要であることは明らかである。
【０００８】
文献には、ポンプ羽根車の設計が特に前縁のスイープ（運動曲線）（ｓｗｅｅｐ）について非常に一般的に記載されている。前記スイープの明白な定義はない。
【０００９】
テストにより、前縁のスイープ角分布の設計がポンプ羽根車の必要な自浄能力（ｓｅｌｆ ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ）を得るために非常に重要であることが判明した。汚染物の性質もまた、良好な機能を提供するために、異なるスイープ角を必要とする。
【００１０】
文献には、羽根の前縁に沿って半径方向に外方に汚染物の滑り輸送を行うために必要な事項に関するいかなる情報も記載されていない。記述されている事項は、一般に、前縁が鈍角をなして後方に曲線を描いて延在すること等である。スウェーデン特許第４３５９５２号参照。
【００１１】
より小さい汚染物、例えば、草およびその他の有機材料がポンプで輸送されるときに、半径方向の輸送を可能にしかつポンプ羽根車と周囲のハウジングとの間のスロット内の汚染物を崩壊するために比較的に小さい角度で十分であるかもしれない。実際の問題として、羽根車が１０〜２５ｍ／ｓの周速度で回転するときに、粒子が羽根車とハウジングとの接触により切断されることにより崩壊が得られる。この切断工程は、切断装置、すなわち、スロットまたは同様な部材を備えている表面により改良される。
【００１２】
異なる種類の切欠きおよび切断装置がスウェーデン特許第４３５９５２号およびスウェーデン特許第３７５８３１号の各明細書に記載されている。これらの特許は、すべて、羽根が肩部の後方に配置されている点で共通している。これは清水用高効率ポンプに使用される平坦な輪郭（ｅｖｅｎ ｃｏｎｔｏｕｒ）と比較すると効率のかなりの損失を意味する。
【００１３】
スウェーデン特許第４３５９５２号明細書には、軸線方向の開口部が肩部の後方に配置されている一実施例が示されている。その理論は、汚染物が強く後方に曲線を描いて延在した前縁を有する羽根により、汚染物が前記開口部に向かって外方に送られるようになっている。しかしながら、記載されたこの実施例は、下水内に含まれた重い汚染物をポンプで輸送するために好適ではない。
【００１４】
スウェーデン特許第３７５８３１号明細書には、汚染物がスロットから離れて中央部に向かって輸送される反対の原理を使用する解決方法が記載されている。この事実は、前述した肩部と組み合わされて、汚染物がスロット中に送られることを不可能にする。
【００１５】
前述したように、汚染物を外方に輸送しかつ周囲のスロットの中に輸送することを可能にするために、羽根の前縁が強く後方に曲線を描いて延在することが一つの条件である。もしもこの成果が得られなければ、重大な機能停止が極めて間もなく起きることになろう。この型式のポンプ羽根車は、スウェーデン特許第９７０４２２２−０号およびスウェーデン特許第９７０４２２３−８号の各明細書に記載されている。しかしながら、汚染物が外方に滑動しかつ羽根とポンプハウジング壁部との間のスロットに達したときに、汚染物が前縁の周囲に粘着しかつスロットの内部に詰まるおそれがある。
【００１６】
ドイツ特許第６１４４２６号明細書には、前述した肩部を必要とすることなく、このような問題を解決するための装置が示されている。このポンプは、軸線方向の入口から流路の半径方向の部分までを非常に鋭く結ぶリンクを有する遠心ポンプである。この場合には、前縁の周囲は、流路の半径方向の部分の前記リンクの下流側に配置されている。
【００１７】
さらに、三角形の横断面と鋭い隅部とを備えているらせん形のみぞを随伴する切断ナイフまでの高さが減少する前縁の前方に第一の切欠きを有しかつ周囲に向かって広がる装置が記述されている。それに加えて、この型式の解決方法の基本的な原理が汚染物を崩壊する取換え可能な切断装置を含むことが記述されている。もしもこの装置が故障し、例えば、もしも切断装置の切れ味が鈍くなれば、その結果、高さの減少した切欠きが汚染物を圧縮し、その結果、その領域が前記切断装置の領域の内部で狭い箇所に汚染物が詰まる。
【００１８】
従って、前述した特許には、ある状態の下で自浄能力を得ることができるが、しかし効率、耐摩耗性および耐用年数（ｌｉｆｅ）に関する重要な不利点を有する解決方法が記載されている。それに加えて、羽根の前縁に関する非常に重要な条件について詳細な説明がなされておらず、従って、下水をポンプで輸送するときにこの記載した装置を適用しようと試みても意味がない。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は下水をポンプで輸送しかつ従来既知の解決方法と組み合わされた不利点をなくす装置に関する。
【００２０】
本発明を同封した図面を参照して以下にさらに詳細に説明する。
図１はポンプハウジングの三次元図であり、図２は本発明によるポンプの略図を通じての半径方向切断図であり、図３はポンプハウジングの表面に向かう軸線方向の略図であり、かつ第４図はポンプハウジングの表面のみぞを通じての円筒形切断図である。
【００２１】
図面において、符号１は円筒形の入口２を有する遠心ポンプハウジングを示し、符号３は円筒形のハブ４および羽根５を有するポンプ羽根車を示し、符号６は羽根の前縁を示し、符号７はポンプハウジングの壁部を示し、符号８は壁部のみぞを示し、符号９は回転方向を示し、符号Ｚは回転軸線を示す。符号１０および１１は、みぞ８の端縁を示し、符号１２はみぞ８の表面を示し、符号１３はみぞ８の底部を示しかつ符号ｈはみぞ８の深さを示す。
【００２２】
本発明に関する重要な原理は、ポンプで輸送される液体内の汚染物が切断装置により崩壊されないことである。それと反対に、汚染物を周囲に向かって外方に送るはるかに頑丈な構造が使用される。これは、特に、摩滅粒子（ｗｅａｒｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）をポンプで輸送するときに、機械の耐用年数がかなり増大することを意味する。また、この設計は、安定しており、ポンプハウジング壁部の摩耗が減少することを意味する。
【００２３】
本発明は特殊の型式のポンプ羽根車３を有するポンプに関し、このポンプにおいては、一つまたは複数個の羽根５の前縁６がポンプハウジングの上流側、すなわち、円筒形の入口の内部に配置されかつ前縁６が前記羽根車の回転軸線Ｚに対して垂直な平面内に配置されている。
【００２４】
本発明によれば、一つまたはいくつかの切欠き、すなわち、みぞ８がポンプハウジングの壁部に設けられかつ羽根車に対向する表面７にわたって延在し、すなわち、本質的に円筒形の入口２から本質的に軸流ポンプハウジングの表面まで延在しかつ以下に指定された形態を有する。一つまたは複数個のみぞ８が汚染物がポンプの出口の方向に送られるように一つまたは複数個の羽根の前縁と協働する。
【００２５】
ポンプを通じて供給を確保しかつ既知の技術と比較してその他の利点を確認するために、みぞ８に特殊のルートおよび形状が与えられる。
【００２６】
図４には、みぞ８を通じての円筒形の切断部の形態が示されかつ羽根車が通過する側においてポンプハウジングの表面７との円滑な連結部１０を特徴としている。前記円筒形切断部のみぞの反対側１１は、ポンプハウジング壁部に関して、主として直交面１２である。直交面１２は、主として楕円形の底部１３に連続して変形する。底部１３は、特性を表す横方向軸線を有し、横方向軸線の長さは、みぞ８の深さの少なくとも２倍である。この底部１３の丸みつけは、摩滅粒子が二次の流れによりポンプハウジングの表面７から輸送されるときに重要であり、従って、前記ポンプハウジングの表面７の摩耗がかなり減少する。
【００２７】
表面７との円滑な連結部１０とみぞ８の底部１３との間には、主として、線形の遷移部１４が形成されている。前記遷移部１４とポンプハウジングの表面７との間の角度γは、２５度までの間隔２の内部に配置され、角度γは、次式により定義される。
【００２８】
【数３】

式中、△Ｚは軸線方向の変位であり、かつγ・△θは接線延長部である。
【００２９】
図３はみぞ８のスイープ角βを示す。
【００３０】
【数４】

式中、ｄｒ、ｄθおよびｄｚはみぞ８の端縁に沿った無限小の変位である。
【００３１】
本発明によれば、スイープ角βは、最良の結果を得るために、その全体のルートに沿って１０度から４５度までの範囲内の値を有する。
【００３２】
本発明の助けにより、現在までに知られている解決方法と比較していくつかの利点が得られる。これらの利点は、以下に述べる。
【００３３】
供給機能により、汚染物を処理しかつ汚染物を撤去することができるので、特定のかつ恒久的なまたは取替え可能な切断装置の必要がなくなる。
【００３４】
曲線を描いて延在したみぞ８は、スロットを通じての漏洩が減少するので、直接の効率の増大をもたらすスロットシールとして作用する。
【００３５】
摩滅粒子がみぞを通過した後にこの領域から撤去することができるので、みぞと隣接した表面の摩耗の減少が得られる。また、このようにして、下水が摩滅粒子を含むときにも、良好な効率が保持される。
【００３６】
ポンプで輸送される媒体内の摩滅粒子が細部の当初の形態を保護する耐摩耗性をひき起こすので、長い耐用年数が得られる。これはある摩耗の発生後に良好な機能が保たれることを意味する。
【００３７】
この装置は、みぞ８が軸線方向から半径方向におよぶので、性能の優れた最適の形態を有するポンプ羽根車を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポンプハウジングの三次元図。
【図２】本発明によるポンプの略図を通じての半径方向切断図。
【図３】ポンプハウジングの表面に向かう軸線方向略図。
【図４】ポンプハウジングの表面のみぞを通じての円筒形切断図。
【符号の説明】
１ 遠心ポンプハウジング
２ 円筒形の入口
３ ポンプ羽根車
４ 円筒形のハブ
５ 羽根
６ 羽根の前縁
７ ポンプハウジングの表面
８ 壁部のみぞ
９ 回転方向
１０ 平滑な連結部
１１ みぞの反対側
１２ 直交面
１３ 楕円形の底部
β スイープ角
γ みぞの傾斜部分１４とポンプハウジングの面７との間の角度

Claims (3)

1. 下水をポンプで輸送するための遠心型または半軸流型のポンプにして、円筒形の入口（２）と、羽根車（３）とを有するポンプハウジング（１）を備え、前記羽根車（３）が、前縁（６）を有し後方に延在する一つまたはいくつかの羽根（５）と中央ハブ（４）とからなり、前記前縁が羽根車の軸（Ｚ）に対し垂直な平面内の前記円筒形の入口（２）内に配置され、前記ポンプハウジング（１）の壁部内に一つまたはいくつかの供給みぞ（８）が前記羽根（５）に対向した表面（７）上に配置され、前記みぞ（８）が前記前縁（６）の領域の上流側に配置され、入口から出口に向かいかつ羽根車の回転方向に延在し、みぞ（８）を通じての円筒形の切断線Ｂ−Ｂが羽根車（３）が通過する側におけるポンプハウジンングの表面（７）との平滑な連結部を示し、みぞ（８）の傾斜部分（１４）とポンプハウジングの表面（７）との間の角度（γ）が次式により定義されかつ２度から２５度までの範囲内の値を有し、△Ｚは軸線方向の変位であり、かつγ・△θは接線延長部であることを特徴とするポンプ。
   

   
2. みぞ（８）の前記底部（１３）を特徴とする楕円の横方向軸線が前記みぞ（８）の深さ（ｈ）の少なくとも２倍の長さを有することを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
3. スイープ角（β）、すなわち、みぞ（８）の前縁と該前縁上の各々の点においてその中心として羽根車の軸線を有する円弧との間の角度が次式により定義され、式中、スイープ角（β）がその全体のルートに沿って１０度から４５度までの範囲内の値であり、ｄｒ、ｄθおよびｄｚがみぞの前縁に沿った無限小の変位であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
   

   

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