JP4602040B2 - 液体ポンプ用羽根車 - Google Patents

Description

本発明は、汚水槽、マンホールポンプ場、貯水池等において、汚水等の液体を汲み上げるために使用される液体ポンプに設けられた液体ポンプ用羽根車に関するものである。

従来より、シュラウド背面に環状凹部を設け、羽根車の軽量化を図ると共に、質量バランスを保つ液体ポンプ用羽根車は知られている。この液体ポンプ用羽根車は、凹部内に侵入物がない状態（すなわち、凹部内の空気の密度と凹部外の空気の密度とが同じ状態）で質量バランスが保たれるように設計されている。このため、この凹部に侵入物が堆積すると、質量バランスが崩れ、振動などの不具合が発生する。

そこで、例えば、特許文献１では、シュラウド背面の環状凹部の外周に座部を設け、この座部にマスキングプレート（蓋部材）をボルトで締め付けて固定し、侵入物を防いでいる。
特開２００４−２１８５７４号公報

しかしながら、従来の液体ポンプ用羽根車では、液体ポンプ用羽根車を液体中で使用すれば、単に蓋部材をボルトで締結して凹部を覆っているだけなので、液体の凹部内への侵入を完全に防ぐことはできない。このため、侵入した液体により、質量バランスが崩れるという問題があった。

さらに、液体ポンプ用羽根車を工場で製造した後、性能試験を行ったときなどに、凹部内に液体が溜まると、梱包時、運搬時などに液体が漏れ出すという問題がある。

一方、凹部内への液体の侵入を防ぐために、蓋部材をボルト止めだけではなく、他のシール構造などにより、密閉性を向上させることはできるが、そのような場合、構造が複雑となり、コスト上問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓋部材の構成に工夫を加えることにより、簡単な構造で凹部内の侵入物を排出して質量バランスを保ち、液体ポンプ用羽根車の振動を防ぐことにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、蓋部材に凹部内と凹部外とを連通させる排出口を設けるようにした。

具体的には、第１の発明では、背面に凹部が形成され、該凹部周辺の座部に凹部を覆う板状の蓋部材が固定された液体ポンプ用羽根車を対象とし、蓋部材には、凹部内の侵入物を排出するための排出口が設けられている。

上記の構成によると、凹部を覆う蓋部材により、凹部には大きな侵入物は侵入しない。液体ポンプ用羽根車が液体中で使用されると、液体が蓋部材の排出口から凹部内に侵入して液体が満たされるが、凹部内の液体の密度と凹部外の液体の密度とが同じであるので、質量バランスは維持される。一方、液体の水位が低下するなどにより、液体ポンプ用羽根車が空気中にさらされると、液体ポンプ用羽根車にかかる遠心力により、凹部内の液体が排出口から排出されて空洞となるが、凹部内の空気の密度と凹部外の空気の密度とが同じであるので、質量バランスは維持される。また、予め凹部内に侵入した液体を、空運転したり、液体ポンプ用羽根車を傾斜させたりすることにより排出口から排出させておけば、出荷時や運搬時などに凹部から液体が漏れ出すという不具合は発生しない。

そして、上記排出口は、蓋部材の外周縁に設けた切り欠き又は孔と、この切り欠き又は孔から覗く座部とで形成されている。

上記の構成によると、蓋部材の外周縁を切り欠くだけで、切り欠き又は孔と切り欠き又は孔から覗く座部によって囲まれた開口により、凹部内の侵入物を排出するための排出口が形成される。液体ポンプ用羽根車が回転すると、その遠心力で凹部内の侵入物が凹部の外周側壁部に沿って蓋部材側に移動し、排出口から外部に排出される。

第２の発明では、内部に螺旋状通路が形成されている。

上記の構成によると、内部に螺旋状の通路を有する液体ポンプ用羽根車は、一般に軸方向の高さが大きくなるので、重量の軽量化のために大きな凹部を設ける必要がある。このため、凹部の容積が増えるので、侵入物の排出作用がさらに有効に行われる。

以上説明したように、上記第１の発明によれば、液体ポンプ用羽根車の背面に設けた凹部を覆う蓋部材に排出口を設け、凹部内の侵入物を排出している。このため、液体ポンプ用羽根車が液体中と空気中とのいずれにあるときでも質量バランスを維持することができ、振動の発生が防止されるので、騒音や故障の発生を防ぐことができる。また、凹部内に液体が溜まることはないので、出荷時や運搬時などに凹部から液体が漏れ出すのを防ぐことができる。

また、蓋部材の外周縁を切り欠いて排出口を設けている。このため、簡単な構造で凹部内の侵入物を排出させて騒音や故障を防ぐことができる。

上記第２の発明では、内部に螺旋状通路を形成している。このため、重量の軽量化のために大きな凹部を設ける必要があるので、侵入物の排出作用をさらに効果的に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１にかかる液体ポンプ用羽根車３０が設けられた水中ポンプ１を示す。この水中ポンプ１は内部に羽根車３０が配置されたポンプケーシング１０と、このポンプケーシング１０の上方に配置されて羽根車３０を回転させるモータ２０とを備えている。

上記モータ２０は、軸心が鉛直状態の円筒状のステータケーシング２１と、このステータケーシング２１の軸心部を挿通する回転軸２３と、回転軸２３に取り付けられたロータ２２と、ロータ２２を取り囲むようにステータケーシング２１の内周面に取り付けられたステータ２４とを有している。

ステータケーシング２１下端部には、ステータケーシング２１の下端面を覆うオイルケーシング２５が設けられている。回転軸２３は、このオイルケーシング２５の軸心部を貫通している。回転軸２３は、オイルケーシング２５に取り付けられた軸受２６によって回転可能に支持されている。オイルケーシング２５の下端面は開放された形状を有し、その下端面が、中心部に貫通孔が設けられたポンプケーシング１０の上面にて閉塞されている。回転軸２３は、ポンプケーシング１０の中心部に設けられた貫通孔を貫通して、ポンプケーシング１０の内部に進入している。オイルケーシング２５内を挿通する回転軸２３は、メカニカルシール２７によって軸封されており、オイルケーシング２５内にはオイルが充填されている。回転軸２３の下端部は、ポンプケーシング１０内の上部に位置し、その下端部に上記羽根車３０が取り付けられている。

上記ポンプケーシング１０の底面には、回転軸２３に対向して、吸引口１５が形成されている。ポンプケーシング１０の内部には、吐出管部１４が連通している。この吐出管部１４は、ポンプケーシング１０に対して接線方向に延出しており、その先端に、ポンプケーシング１０から流出する汚水等の吐出口１４ａが形成されている。吐出管部１４は、吐出口１４ａが外側に向くように若干湾曲している。

上記ポンプケーシング１０内に配置された羽根車３０は、モータ２０によって、所定方向に回転されるようになっており、羽根車３０の回転によって、ポンプケーシング１０の底面に設けられた吸引口１５から汚水がポンプケーシング１０内に吸引される。そして、羽根車３０の回転により、ポンプケーシング１０内に吸引された汚水が、遠心力によって、吐出管部１４を通って、吐出口１４ａから吐出されるようになっている。

図２及び図３に示すように、羽根車３０は、略円柱状に形成され、その前面側（下側）に吸込口３１が設けられている。羽根車３０の内部には、吸込口３１から背面側（上側）に徐々に上昇しながら螺旋状に延びる中空の螺旋状通路３２が形成されている。螺旋状通路３２の外側端部は、羽根車３０の外周に達し、そのことで側方に吐出口３３が形成されている。

図３にも示すように、羽根車３０の背面側（シュラウド側）の軸心には、上記回転軸２３を連結するためのボス部３４が突出している。ボス部３４内には、上記螺旋状通路３２に達する貫通孔３４ａが形成されている。この貫通孔３４ａには、キー溝３４ｂが設けられている。そして、ボス部３４の下端部に挿入されるボルト１２によって、羽根車３０全体が、回転軸２３の下端部に回り止めされた状態で取り付けられている。

また、羽根車３０には、上記螺旋状通路３２に対応するように、螺旋状通路３２のない領域に重量低減用の凹部３５が形成されている。上記ボス部３４の外周には、凹部３５外周よりも若干広い範囲で周囲よりも若干削り込まれた円環状の平坦な座部３６が形成されている。座部３６の周囲は、削られていない部分が残され、座部３６の外周に段部３７が形成されている。座部３６には、凹部３５内に突出するように、３つのビス支持部３８がそれそれ１２０°の間隔を開けて設けられている。ビス支持部３８には、ビス孔３９が形成されている。

上記座部３６には、凹部３５を覆う板状の蓋部材４０が３本のビス４１により固定されている。この蓋部材４０は、例えば、１．６mm程度のステンレスの薄板よりなり、その外周縁には、矩形状の切り欠き４２が例えばそれそれ１２０°の間隔を開けて３カ所に設けられている。この切り欠き４２の内側端部は座部３６の内側端部３６ａよりも内側へ延びている。

したがって、羽根車３０は上方から見たときに、蓋部材４０の切り欠き４２から座部３６の内側端部３６ａを覗くことができる状態にある。このようにして、切り欠き４２と、切り欠き４２から覗く座部３６の内側端部３６ａとによって囲まれた開口により、排出口４３が形成されている。この排出口４３により、凹部３５の内部と外部とが連通し、凹部３５内の侵入物を排出することができるようになっている。

−運転動作−
次に、本実施形態の液体ポンプ用羽根車３０が設けられた水中ポンプ１の作動について説明する。水中ポンプ１は、例えば、汚水槽内に据え付けられて使用される。

まず、汚水槽外では、羽根車３０の凹部３５内に異物が侵入せず、空気のみが存在している。この状態では、凹部３５内の空気の密度と凹部３５外の空気の密度とが同じであるので、羽根車３０の質量バランスは保たれている。

次いで、ポンプケーシング１０が汚水槽内の汚水内に浸漬された状態になると、モータ２０が駆動され、モータ２０の回転軸２３が回転される。これにより、ポンプケーシング１０内に配置された羽根車３０が回転され、ポンプケーシング１０の底面に設けられた吸引口１５から汚水がポンプケーシング１０内に吸引される。

ポンプケーシング１０内に吸引された汚水は、羽根車３０の回転によって、遠心力により螺旋状通路３２内を通って、ポンプケーシング１０から吐出管部１４内に流動して、吐出管部１４の吐出口１４ａから吐出される。

このとき、羽根車３０の凹部３５内には、蓋部材４０の排出口４３から、汚水が出入りすることにより、凹部３５内は汚水で満たされる。ただし、排出口４３の大きさは限られているので、大きな侵入物は侵入しない。この状態では、凹部３５内の汚水の密度と凹部３５外の汚水の密度とがほぼ同じであるので、質量バランスは維持される。

そして、水中ポンプ１の作用により、汚水槽内の汚水が吸引されるなどにより、水位が低下して水中ポンプ１が水面から表れると、蓋部材４０が空気にさらされ、凹部３５内の汚水は、排出口４３から遠心力によって凹部３５外に排出される。水中ポンプ１を数秒間継続して回転することにより、凹部３５内の侵入物は全て排出口４３を通って排出される。

−実施形態１の効果−
したがって、本発明の実施形態１にかかる液体ポンプ用羽根車３０によると、液体ポンプ用羽根車３０の背面に設けた凹部３５を覆う蓋部材４０に排出口４３を設け、凹部３５内の侵入物を排出するようにしている。このため、液体ポンプ用羽根車３０が液体中と空気中とのいずれにあるときでも質量バランスを維持することができ、振動の発生が防止されるので、騒音や故障の発生を防ぐことができる。また、凹部３５内に液体が溜まることはないので、出荷時や運搬時などに凹部３５から液体が漏れ出すのを防ぐことができる。

また、本実施形態では、蓋部材４０の外周縁を切り欠いて排出口４３を設けている。このため、簡単な構造で凹部３５内の侵入物を排出させて騒音や故障を防ぐことができる。

さらに、本実施形態では、内部に螺旋状通路３２を形成している。このため、重量の軽量化のために大きな凹部３５を設ける必要があるので、侵入物の排出作用をさらに効果的に行うことができる。

−実施形態１の変形例−
上記実施形態１では、蓋部材４０の外周縁に矩形状の切り欠き４２を１２０°の間隔を開けて３カ所に設けたが、切り欠き４２の個数は３個に限定されず、その数を増減してもよい。また、切り欠きの形状も矩形状に限定されず、例えば、半円形のものとしてもよい。さらに、排出口をその開口部が蓋部材の外周端に達する切り欠きではなく、開口部が蓋部材の外周端にまで達しない外周円形又は矩形状などの孔としてもよい。要は、切り欠き又は孔から座部３６の内側端部３６ａが覗くように、切り欠き又は孔を設ければよい。

（参考例）
図４及び図５は本発明の参考例を示し、排出口４３の構成が異なる点で上記実施形態１と異なる。なお、本参考例では、図１乃至図３と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

すなわち、蓋部材４０に互いに平行なスリット部４４を例えば、１２０°の間隔を開けて３カ所に設け、各対向するスリット部４４間を背面側（上側）に押しつけて突出させることにより突部４５が形成されている。この突部４５が形成されることにより、突部４５と突部４５の回りの部分との間に隙間が形成され、その隙間により凹部３５内の侵入物を排出するための排出口４３が形成されている。

上記排出口４３は、凹部３５の外周側壁部に沿って上昇してきた汚水を排出できるように、座部３６の内側端部３６ａ上方に設けるのが望ましい。

したがって、本参考例の液体ポンプ用羽根車３０が設けられた水中ポンプ１を作動させると、上記実施形態１と同様の作用効果が得られ、さらに、突部４５がいわゆる裏ばね作用を発揮して液体ポンプ用羽根車３０の背面側の圧力が向上され、液体ポンプ用羽根車３０にかかる軸方向推力を軽減することができる。

−参考例の効果−
本参考例の液体ポンプ用羽根車３０によると、蓋部材４０に設けた各対向するスリット部４４間を背面側に押しつけて排出口４３を形成している。このため、簡単な構成で排出口４３から凹部３５内の侵入物を排出させて騒音や故障を防ぐことができると共に、裏ばね作用により、液体ポンプ用羽根車３０にかかる軸方向推力が軽減されるので、さらに故障の発生を効果的に防ぐことができる。

−参考例の変形例−
上記参考例では、蓋部材４０に互いに平行なスリット部４４を１２０°の間隔を開けて３カ所に設けたが、この対向するスリット部４４の個数には限定されず、個数を増減してもよい。また、対向するスリット部４４は互いに平行に設けられていなくてもよく、例えば、ハの字形に設けてもよい。さらに、突部４５は、背面側ではなく、前面側（下側）に突出させてもよい。

（その他の実施形態）
本発明は、上記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。

上記各実施形態では、座部３６の外周に段部３７が設けられているが、図６乃至図８に示すように、この段部３７を設けない構造としてもよい。この構成においても、上記各実施形態と同じ作用効果が得られる。

以上説明したように、本発明は、水中ポンプなどの液体を吸引するための液体ポンプ用羽根車について有用である。

本発明の実施形態１にかかる液体ポンプ用羽根車を備えた水中ポンプを側方から見た断面図である。 液体ポンプ用羽根車の平面図である。 図２のIII-III線断面図である。 本発明の参考例にかかる液体ポンプ用羽根車を示す平面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 その他の実施形態にかかる液体ポンプ用羽根車の図１相当図である。 その他の実施形態にかかる図２相当図である。 その他の実施形態にかかる図７のVIII−VIII線断面図である。

３０ 液体ポンプ用羽根車
３２ 螺旋状通路
３５ 凹部
３６ 座部
４０ 蓋部材
４２ 切り欠き
４３ 排出口

Claims (2)

1. 背面に凹部が形成され、該凹部周辺の座部に凹部を覆う板状の蓋部材が固定された液体ポンプ用羽根車であって、
   上記蓋部材には、凹部内の侵入物を排出するための排出口が設けられ、
   上記排出口は、蓋部材の外周縁に設けた切り欠き又は孔と、該切り欠き又は孔から覗く座部とで形成されていることを特徴とする液体ポンプ用羽根車。
2. 請求項１に記載の液体ポンプ用羽根車において、
   内部に螺旋状通路が形成されていることを特徴とする液体ポンプ用羽根車。

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