JP4157725B2 - 方向変換機内蔵立軸ポンプの吐出ケーシング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、方向変換機内蔵立軸ポンプの吐出ケーシングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポンプ設置床部からの立軸ポンプの突出高さを低くすることにより、高さが低く軽量の原動機台をポンプ設置床部に立設し、この原動機台に原動機を設置して、ポンプ設置床部から原動機の頂上までの高さを低くするとともに、ポンプ設置床部に負荷される荷重を軽減することのできる方向変換機内蔵立軸ポンプが本発明出願人によってすでに提案されている（特願２００１−１０６９９３号）。
【０００３】
前記方向変換機内蔵立軸ポンプは、図２および図３に示すように構成されている。この図において、１４は方向変換機を示す。この方向変換機１４は原動機２０の出力回転を直交変換（方向変換）してポンプ主軸２に伝達するためのもので、吐出ベンド（吐出ケーシング）６の上端に設けた上向きの開口部２７を開閉可能に塞ぐ蓋部２８に固定した状態で、開口部２７から出し入れ可能に吐出ベンド６に内蔵されている。すなわち、開口部２７を蓋部２８で塞ぐことによって、方向変換機１４は吐出ベンド６に内蔵され、メンテナンスなどに際しては、蓋部２８を引上げることによって、吐出ベンド６から方向変換機１４を取出すことができる。また、吐出ベンド６の側面には、横向きの開口部２７Ａが設けられている。
【０００４】
方向変換機１４は、縦軸線Ｃ１を有するケーシング２９と、縦軸線Ｃ１に直交する横軸線Ｃ２を有して内端部がケーシング２９の側壁部に水密に取付けられて側方にのびる軸受ケース３０と、縦軸線Ｃ１上にある出力回転軸３１と、横軸線Ｃ２上にある入力回転軸３２とを備え、ケーシング２９の内部は、上側の方向変換機構室３３と、下側のメカニカルシール室３４との上下二室に区画されており、軸受ケース３０の内端面は方向変換機構室３３に臨んでいる。
【０００５】
蓋部２８は、縦軸線Ｃ１方向の両端部を開口した中心ボス部２８Ａと、この中心ボス部２８Ａの上端部に形成された大径フランジ部２８Ｂと、中心ボス部２８Ａの下端部近くに形成された小径フランジ部２８Ｃとを備えている。そして、シールリング（図示省略）を介在して、ケーシング２９における上端開口部３５の外周縁部に小径フランジ部２８Ｃを載置し、図示していない複数のボルトによって締結することで、蓋部２８に方向変換機１４のケーシング２９を液密かつ着脱可能に固定してある。また、シールリング（図示省略）を介在して、吐出ベンド６における開口部２７外周のフランジ部２７Ｂに大径フランジ部２８Ｂの外周縁部を載置し、図示していない複数のボルト・ナットによって締結することで、開口部２７を蓋部２８によって水密かつ開閉可能に塞いでいる。
【０００６】
出力回転軸３１は、蓋部２８における中心ボス部２８Ａの下端部に組付けられた軸受ケース３６内の上下２段の軸受３７Ａ，３７Ｂと、ケーシング２９における方向変換機構室３３内に設けた軸受支持部３８に支持されている軸受３７Ｃによって、回転自在に支持されてケーシング２９の下方に延出している。また、これら軸受３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃは、出力回転軸３１、主軸２、羽根車３などの回転体の重量を含むポンプ運転時の軸スラストを受推している。
【０００７】
入力回転軸３２は、軸受ケース３０内の軸受３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃによって、回転自在かつ横軸線Ｃ２方向の移動を不能に支持されている。軸受ケース３０は、横向きの開口部２７Ａから吐出ベンド６の外側に導出され、この軸受ケース３０の外側に入力回転軸３２の外端部が延出している。また、軸受ケース３０の外端開口部は、入力回転軸３２が摺接するシールリング４０を中心部に嵌め込んだ軸受カバー４１によって水密に塞がれている。なお、軸受カバー４１は、カバー押さえ４２が図示していないボルトによって軸受ケース３０の外端部に締め付けられることで軸受ケース３０の外端面に押し付けられている。
【０００８】
軸受ケース３０とケーシング２９の側壁の一部に保持筒４３が外嵌され、この保持筒４３を吐出ベンド６の外側から横向きの開口部２７Ａに挿入し、シールリング（図示省略）を介在して開口部２７Ａの外周に外端フランジ部４３Ａを当接させ、図示していない複数のボルトによって締結することで、吐出ベンド６に保持筒４３を水密かつ着脱可能に固定してある。
【０００９】
入力回転軸３２の内端部には小傘歯車４５が形成または固着され、この小傘歯車４５が出力回転軸３１に固着されている大傘歯車４６に噛み合うことで、直交変換伝達機能を有する歯車減速機を構成しており、小傘歯車４５と大傘歯車４６は方向変換機構室３３の内部に位置している。また、メカニカルシール室３４に上下２段のメカニカルシール４７Ａ，４７Ｂが設けられ、上段のメカニカルシール４７Ａによって、方向変換機構室３３内の潤滑油４８がメカニカルシール室３４に漏出したり、メカニカルシール室３４内の潤滑油４９が方向変換機構室３３に漏出するのを防止するとともに、下段のメカニカルシール４７Ｂによって、吐出ベンド６内の揚水がメカニカルシール室３４に侵入したり、メカニカルシール室３４内の潤滑油４９が吐出ベンド６内に漏出するのを防止して、出力回転軸３１を回転自在かつ水密に軸封している。
【００１０】
出力回転軸３１の下端部はカップリング１５を介して主軸２に同時回転可能に連結され、入力回転軸３２の外端部は、カップリング１８，１８と中間軸１９などを介して原動機２０の水平方向の出力回転軸２１に同時回転可能に連結されている。
【００１１】
一方、蓋部２８における中心ボス部２８Ａの上端開口部は、蓋５２により気密に塞がれ、軸受ケース３６内の軸受３７Ａ，３７Ｂにゴミが侵入するのを防止している。また、ケーシング２９には、メカニカルシール室３４に潤滑油４９を供給して、メカニカルシール４７Ａ，４７Ｂを潤滑密封するとともに、潤滑油４９の交換や点検に際して、潤滑油４９を排出する給・排油通路５８が設けられ、この給・排油通路５８は、潤滑油給・排管５９の接続を可能に閉塞されている。なお、図２において、Ｐは立軸ポンプ、１は複数の軸受、４は吐出しボウル、５は揚水管、７は吸込ベル、８は吐出弁、９は排水管、１０は吐出水槽、１１は逆流防止用のフラップ弁を示す。
【００１２】
このような構成であれば、原動機２０の出力は、水平方向の出力回転軸２１→方向変換機１４の入力回転軸３２→小傘歯車４５→大傘歯車４６→出力回転軸３１→カップリング５０の動力伝達経路で主軸２に伝達され、主軸２を減速回転して立軸ポンプＰの運転がなされる。また、方向変換機１４が入力回転軸３２側の小傘歯車４５と出力回転軸３１側の大傘歯車４６とを噛み合せた直交変換伝達機能を有する歯車減速機によって構成されているので、原動機２０の高回転数を所定の減速比で立軸ポンプＰの必要回転数まで減速して運転することができる。
【００１３】
しかも、方向変換機１４が吐出ベンド６に内蔵されているので、立軸ポンプＰの突出高さＨを吐出ベンド６の高さに低減できる。したがって、高さが低く軽量の原動機台２２をポンプ設置床部１２に立設し、この原動機台２２に原動機２０を設置できるので、ポンプ設置床部１２から原動機２０の頂上までの高さＨ４が低くなるとともに、ポンプ設置床部１２に負荷される荷重を軽減することができる効果が得られる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４に示すように、縦軸線Ｃ１を中心にして該縦軸線Ｃ１に直交する下向きの入口６Ａの口径がＤ、横軸線Ｃ２を中心にして該横軸線Ｃ２に直交する右向きの出口６Ｂの口径がＤ、半径Ｒを有して入口６Ａの中心で縦軸線Ｃ１に交わりかつ出口６Ｂの中心で横軸線Ｃ２に交わる中心曲率軸線Ｃ３、半径Ｒ１を有する曲率内周壁６Ｃ、半径Ｒ２を有する曲率外周壁６Ｄを備えた吐出ベンド６では、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−０゜，Ｏ−１０゜，Ｏ−２０゜〜Ｏ−７０゜，Ｏ−８０゜，Ｏ−９０゜上の断面形状の全てが、図５に示す正円形であるとともに、その直径Ｄ、つまり曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄまでの寸法Ｄが入口６Ａと出口６Ｂの口径Ｄに等しく、したがって、右上がりの斜線群で示す断面積Ａは、入口６Ａと出口６Ｂの開口面積に等しい値である。
【００１５】
ところが、図２および図３で説明した方向変換機内蔵立軸ポンプでは、方向変換機１４が吐出ベンド６に内蔵されていることにより、吐出ベンド６内の水の通過断面積が小さくなる。たとえば、図６に示す前記図４の吐出ベンド６と同じ吐出ベンド６に対して、外径ｄ＝０．５６Ｄの円筒形方向変換機１４の下端面を横軸線Ｃ２よりもｈ＝０．３Ｄ相当分下側に突出させた状態で内蔵すると、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−０゜〜Ｏ−９０゜上の水の通過断面積の全てが等しくならず、図７（エ），（オ），（カ），（キ）に示すように、直線Ｏ−３０゜〜Ｏ−６０゜上の水の通過断面積が小さくなる。
【００１６】
すなわち、図６および図７において、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−０゜，Ｏ−１０゜，Ｏ−２０゜，Ｏ−７０゜，Ｏ−８０゜，Ｏ−９０゜上の断面形状が全て正円形であるとともに、その直径Ｄ、つまり曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄまでの寸法Ｄが入口６Ａと出口６Ｂの口径Ｄに等しく、したがって、右上がりの斜線群で示す断面積Ａは、入口６Ａと出口６Ｂの開口面積に等しい値である。しかし、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−３０゜上の水の通過断面積Ａ１，Ｏ−４０゜上の水の通過断面積Ａ２，Ｏ−５０゜上の水の通過断面積Ａ３，Ｏ−６０゜上の水の通過断面積Ａ４は、各直線Ｏ−３０゜〜Ｏ−６０゜上で占める方向変換機１４の面積１４Ａ１〜１４Ａ４（左上がりの斜線群で示す面積）分だけ右上がりの斜線群で示す断面積Ａよりも小さく、かつＡ１＞Ａ２≧Ａ３＜Ａ４、Ａ１＝Ａ４の関係を呈し、吐出ベンド６の入口６Ａから中間部分に至る水の通過断面積が入口６Ａの基準断面積Ａから最小断面積Ａ２〜Ａ３に縮小され、中間部分から出口６Ｂに至る水の通過断面積が最小断面積Ａ２〜Ａ３から基準断面積Ａに拡大される。
【００１７】
このように、吐出ベンド６における水の流れ方向の中間部分の水の通過断面積が方向変換機１４の内蔵によって小さくなると、この水の通過断面積の小さい部分の流速が大きくなって、吐出ベンド６内の損失を著しく増大させ、ポンプ効率を低下させるように作用する。したがって、方向変換機１４が内蔵されている吐出ベンド６において、方向変換機１４の内蔵による水の通過断面積の縮小を避けて、流速を抑えることにより、吐出ベンド６内の損失を削減し、ポンプ効率の低下を抑制することが必要であると考えられる。
【００１８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、方向変換機の内蔵により水の通過断面積が縮小されるのを避けて、流速が高くなるのを抑えることで、吐出ケーシング内の損失を削減し、ポンプ効率の低下を抑制することができる方向変換機内蔵立軸ポンプの吐出ケーシングを提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る方向変換機内蔵立軸ポンプの吐出ケーシングは、ポンプ主軸を貫通させた揚水管の下流に連通して設けられ、前記ポンプ主軸を回転駆動する原動機の出力回転を方向変換してポンプ主軸に伝達する方向変換機を内蔵しているとともに、前記揚水管から導入した水の流れを交差方向に方向変換して吐出させる方向変換機内蔵立軸ポンプの吐出ケーシングにおいて、該吐出ケーシングの入口から出口までの水の流れ方向の中間部分に前記方向変換機が内蔵されており、該吐出ケーシングは、前記入口から前記中間部分までの断面積が漸次拡大されて前記中間部分で最大になり、前記中間部分から前記出口までの断面積が漸次縮小され、前記中間部分の水の通過断面積が該吐出ケーシングの入口の断面積より縮小されることがないように構成されていることを特徴としている。
【００２０】
本発明によれば、方向変換機の内蔵による水の通過断面積の縮小を避けることができる。また、水の通過断面積が急激に拡縮したり断面形状が急激に変化することによって生じる様々な弊害（たとえば渦や偏流による振動・騒音など）を避けることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図６に示す外径ｄ＝０．５６Ｄの円筒形方向変換機１４の下端面を横軸線Ｃ２よりもｈ＝０．３Ｄ相当分下側に突出させた状態で内蔵し、入口６Ａと出口６Ｂの口径がＤの吐出ベンド（吐出ケーシング）６において、該吐出ベンド６の揚水管５（図２参照）側の入口６Ａから反揚水管側の出口６Ｂに至る断面形状を、入口６Ａから中間部分にかけて連続的に変化させ、かつ中間部分から出口６Ｂにかけて連続的に変化させてあるとともに、入口６Ａから中間部分に至る断面積が基準断面積Ａから最大断面積Ａｍａｘに漸次拡大され、中間部分から出口６Ｂに至る断面積を最大断面積Ａｍａｘから基準断面積Ａに漸次縮小したものである。
【００２２】
図１（ア）〜（コ）において、図１（ア）は、図６に示す吐出ベンド６の曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−０゜上の断面を示し、図１（イ）は、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−１０゜上の断面を示し、図１（ウ）は、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−２０゜上の断面を示し、図１（エ）は、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−３０゜上の断面を示し、図１（オ）は、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−４０゜上の断面を示し、図１（カ）は、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−５０゜上の断面を示し、図１（キ）は、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−６０゜上の断面を示し、図１（ク）は、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−７０゜上の断面を示し、図１（ケ）は、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−８０゜上の断面を示し、図１（コ）は、曲率内周壁６Ｃから曲率外周壁６Ｄ間の直線Ｏ−９０゜上の断面を示している。
【００２３】
図１（ア），（コ）に示す直線Ｏ−０゜，Ｏ−９０゜上の断面形状は、図７（ア）と同じく口径Ｄに等しい直径Ｄを有する正円形（基準形）に形成されており、右上がりの斜線群で示す断面積Ａは、入口６Ａと出口６Ｂの開口面積に等しい値（基準断面積）になっている。また、図１（イ），（ケ）に示す直線Ｏ−１０゜，Ｏ−８０゜上の断面形状は、幅寸法Ｗを二点鎖線で示す基準形の直径Ｄよりも少し大きくして、基準形を収容できる異形に形成され、右上がりの斜線群で示す断面積Ａ５は、前記基準断面積Ａよりも少し大きくなっている。さらに、図１（ウ），（ク）に示す直線Ｏ−２０゜，Ｏ−７０゜上の断面形状は、前記幅寸法Ｗよりも少し大きい幅寸法Ｗ１を有して、二点鎖線で示す基準形を収容できるトンネル形に形成され、右上がりの斜線群で示す断面積Ａ６は、前記断面積Ａ５よりもさらに大きくなっている。
【００２４】
一方、図１（エ），（キ）に示す方向変換機１４の小さい面積１４Ａ１，１４Ａ４（左上がりの斜線群で示す面積）を含む直線Ｏ−３０゜，Ｏ−６０゜上の断面形状は、前記幅寸法Ｗ１よりもさらに大きい幅寸法Ｗ２を有して、二点鎖線で示す基準形を収容できるトンネル形に形成され、右上がりの斜線群で示す断面積Ａ７は、前記断面積Ａ６よりもさらに大きくなっている。また、一方、図１（オ），（カ）に示す方向変換機１４の大きい面積１４Ａ２，１４Ａ３（左上がりの斜線群で示す面積）を含む直線Ｏ−４０゜，Ｏ−５０゜上の断面形状は、最も大きい幅寸法Ｗ３を有して、二点鎖線で示す基準形を収容できるトンネル形に形成され、右上がりの斜線群で示す断面積Ａ８は、最大断面積Ａｍａｘになっている。
【００２５】
このように、本発明に係る吐出ベンド６は、入口６Ａから中間部分（直線Ｏ−４０゜〜Ｏ−５０゜）に至る断面積が基準断面積Ａから最大断面積Ａｍａｘに漸次拡大され、中間部分（直線Ｏ−４０゜〜Ｏ−５０゜）から出口６Ｂに至る断面積が最大断面積Ａｍａｘから基準断面積Ａに漸次縮小されているので、方向変換機１４の内蔵により水の通過断面積（右上がりの斜線郡で示す断面積から左上がりの斜線群で示す面積を引いた面積）が縮小されることはない。このため、方向変換機１４が内蔵されている吐出ベンド６の入口から出口までの水の流れ方向の中間部分で流速が高くなるのを抑えて、吐出ベンド６内の損失を削減し、ポンプ効率の低下を抑制することができる。また、入口６Ａから出口６Ｂに至る断面形状を、入口６Ａから中間部分（直線Ｏ−４０゜〜Ｏ−５０゜）にかけて緩やかに変化させ、かつ中間部分（直線Ｏ−４０゜〜Ｏ−５０゜）から出口６Ｂにかけて緩やか変化させてあるので、断面積が急激に拡縮したり断面形状が急激に変化することによって生じる様々な弊害（たとえばたとえば渦や偏流による振動・騒音など）を避けることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方向変換機内蔵立軸ポンプの吐出ケーシングは構成されているので、以下のような格別の効果を奏する。
【００２７】
すなわち、方向変換機が内蔵される吐出ケーシングの入口から出口までの水の流れ方向の中間部分で流速が高くなるのを抑えて、吐出ケーシング内の損失を削減し、ポンプ効率の低下を抑制することができるとともに、断面積が急激に拡縮したり断面形状が急激に変化することによって生じる様々な弊害を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ア）〜（コ）は、本発明の一実施の形態における吐出ケーシング各部の水の通過断面図である。
【図２】 従来例の全体図である。
【図３】 方向変換機内蔵吐出ケーシングの一例の内部を示す拡大断面図である。
【図４】 方向変換機非内蔵吐出ケーシングの説明正面図である。
【図５】 図４の吐出ケーシング各部の水の通過断面図である。
【図６】 方向変換機内蔵吐出ケーシングの説明正面図である。
【図７】 （ア）〜（コ）は、図６の吐出ケーシング各部の水の通過断面図である。
【符号の説明】
２ ポンプ主軸
５ 揚水管
６ 吐出ベンド（吐出ケーシング）
６Ａ 吐出ベンド（吐出ケーシング）の入口
６Ｂ 吐出ベンド（吐出ケーシング）の出口
１４ 方向変換機
２０ 原動機

Claims (1)

1. ポンプ主軸を貫通させた揚水管の下流に連通して設けられ、前記ポンプ主軸を回転駆動する原動機の出力回転を方向変換してポンプ主軸に伝達する方向変換機を内蔵しているとともに、前記揚水管から導入した水の流れを交差方向に方向変換して吐出させる方向変換機内蔵立軸ポンプの吐出ケーシングにおいて、該吐出ケーシングの入口から出口までの水の流れ方向の中間部分に前記方向変換機が内蔵されており、該吐出ケーシングは、前記入口から前記中間部分までの断面積が漸次拡大されて前記中間部分で最大になり、前記中間部分から前記出口までの断面積が漸次縮小され、前記中間部分の水の通過断面積が該吐出ケーシングの入口の断面積より縮小されることがないように構成されていることを特徴とする方向変換機内蔵立軸ポンプの吐出ケーシング。

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