JP4609939B2 - 遠心ポンプ用羽根車及びそれを備えた遠心ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、遠心ポンプ用羽根車及びそれを備えた遠心ポンプに関するものである。

従来より、遠心ポンプは、排水設備等の各種設備においてよく用いられている。遠心ポンプは、モータシャフトに連結された羽根車が渦巻形ケーシングの内部に収容されて構成されている。

遠心ポンプの羽根車には、用途に応じて様々な形態のものが使用されている。例えば汚水槽の汚水を排出する用途等においては、汚水に固形物が含まれている場合があるため、詰まりが少なく固形物をそのまま排出できるような羽根車が好ましい。そのような羽根車として、いわゆるノンクロッグタイプの羽根車が知られている。

ノンクロッグタイプの羽根車は、一端に吸込口が形成され、側面に吐出口が設けられた略円筒体からなる。円筒体の内部には、軸方向から見て渦巻き状に形成され、吸込口と吐出口とをつなぐ流路が形成されている。この流路は、１枚の羽根によって区画されている。そのため、ノンクロッグタイプの羽根車の羽根は、回転軸に対して非軸対称な形状となる。したがって、この羽根車は、そのままでは静止時における静的バランスや気中回転時における動的バランス（以下、機械的バランスという）がとれず、組立作業性の低下や、回転時の振動を引き起こすこととなる。そこで、一般的に、この種の羽根車では、重量の大きい箇所を削ること等により、機械的バランスが保たれている。

このようにして削り取られた溝部分には、通常、流体の乱れによる動力損失を削減するために、蓋が設けられている。そのため、この蓋により、溝部分には中空の区画室が形成される。しかし、この区画室を蓋により気密に覆い、外部の水を遮断することとすると、蓋に大きな圧力がかかるため、蓋の強度を高く設定しなければならない。そのため、蓋に大きな圧力がかからないように孔を設け、区画室に水を導入することにより、内外の圧力を均一化する羽根車が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開昭４９−１０５０４６号公報

しかし、蓋に水の導入孔を設け、この導入孔を通じて区画室の内部に水を導入したとしても、区画室の内部に気泡が残ってしまうことが多い。すなわち、区画室の内部の空気は、全ては排出されず、一部は区画室にとり残されることとなっていた。

ところが、区画室の内部に空気が取り残されると、該空気は羽根車に浮力を及ぼす。そのため、この浮力により羽根車は機械的バランスを崩し、回転時に振動を引き起こす原因となっていた。さらに、羽根車の回転に伴って、取り残された空気が区画室内を頻繁に移動し、振動をさらに増幅させるという問題も生じていた。

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、区画室内の空気の残留を防止し、残留空気に起因する振動の発生を防止した羽根車及びそれを備えた遠心ポンプを提供することにある。

本発明に係る遠心ポンプ用羽根車は、一端に吸込口が形成され且つ他端に軸方向に窪んだ凹部が形成されるとともに、側方に吐出口が形成され、内部に前記吸込口と前記吐出口とをつなぐ内部流路が区画形成された略円筒形状の羽根車本体と、前記凹部を覆うように前記羽根車本体の他端に取り付けられることによって前記凹部との間に区画室を形成し、前記羽根車本体と共に回転する蓋とを備え、前記蓋の回転の中心から半径の１／２以下の位置に、前記区画室の内外を連通する２つ以上の孔が形成されているものである。

上記羽根車によれば、蓋の回転中心側に２つ以上の孔が形成されている。該羽根車が回転すると、蓋と凹部とにより形成される区画室の内部において、水は遠心力を受けて回転中心から外側へ移動し、逆に、水より密度の小さい空気は内側へ移動する。そのため、区画室内の空気は、上記孔の近傍に移動することになる。ここで、上記孔は２つ以上設けられているので、少なくとも１つの孔から区画室内に水が導入されるとともに、他の孔から空気が押し出され、区画室内の空気は円滑に排出されることになる。したがって、浮力を受けて羽根車の機械的バランスが崩れること等がなく、振動の発生を抑制することができる。

前記孔の少なくとも２つは、互いに周方向にずれた位置に形成されていることが好ましい。

このことにより、区画室内の空気は円滑に排出されることになる。

前記孔の少なくとも２つは、回転の中心周りに互いに９０°以上離れた位置に形成されていることが好ましい。

このことにより、区画室内の空気は円滑に排出されることになる。

前記孔は、前記凹部の周方向の一端側と他端側とにそれぞれ設けられていることが好ましい。

このことにより、区画室内の全体にわたって空気が円滑に排出される。

前記蓋は、前記羽根車本体の他端の略全体を覆っていてもよい。

このことにより、羽根車の構成が簡単になる。羽根車本体の他端の略全体を蓋で覆うと、区画室内に空気が残留しやすいが、本羽根車によれば、上述の通り空気の残留を防止することができる。

前記羽根車は、前記蓋の前記凹部側に配置されたバランスウェイトを備え、前記孔の少なくとも一つは、半径方向に関して前記バランスウェイトよりも回転の中心側に形成されていてもよい。

上記羽根車によれば、バランスウェイトを備えているので、機械的バランス及び羽根車の水中回転時におけるバランス（以下、水力的バランスという）を容易に保つことができる。バランスウェイトは、区画室の内部に配置されているので、外側に出っ張ることがない。そのため、流体の乱れによる動力損失を防止することができる。区画室の内部にバランスウェイトを設けると、バランスウェイトの近傍に気泡が滞留するおそれがある。しかし、本羽根車によれば、前記孔の少なくとも一つがバランスウェイトの内側に形成されているので、気泡は当該孔を通じて円滑に排出されることになる。したがって、バランスウェイトを区画室内に配置したにも拘わらず、区画室内の空気の滞留を防止することができる。

前記羽根車本体は、外周面における前記吐出口よりも前記吸込口側部分から前記外周面に沿って外方に突出し、前記吸込口側と前記吐出口側とを仕切るフランジ部と、前記フランジ部よりも前記吐出口側の外周部分の一部を内側に削ったような形状に形成され、前記内部流路と連続し且つ外周面に沿って周回する外部流路を区画する外部羽根と、を備え、前記内部流路は、螺旋状に形成されていてもよい。

上記羽根車では、吸込口から吸い込まれた流体は、螺旋状の内部流路を流れた後、羽根車本体の外周面に沿った外部流路を流れる。そのため、ポンプの性能が向上する。

本発明に係る遠心ポンプは、前記遠心ポンプ用羽根車を備えたものである。

このことにより、羽根車内の空気に起因する振動等の発生を防止することができ、高性能の遠心ポンプを得ることができる。

以上のように、本発明によれば、羽根車の区画室内の空気を円滑に排出することができる。そのため、羽根車の残留空気の浮力による機械的バランスの崩れを回避することができ、また、残留空気が区画室内を頻繁に移動することを未然に防止することができる。したがって、残留空気に起因する羽根車の振動を防止することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、実施形態に係る遠心ポンプは、汚水処理用のターボ式遠心ポンプ１０である。このポンプ１０は、羽根車１１と、羽根車１１を覆うポンプケーシング１２と、羽根車１１を回転させる密閉型の水中モータ１３とを備えている。

水中モータ１３は、ステータ１４及びロータ１５からなるモータ１６と、モータ１６を覆うモータケーシング１７とを備えている。ロータ１５の中心部分には、上下方向に延びる駆動軸１８が設けられている。この駆動軸１８は、軸受１９，２０によって回転自在に支持されている。駆動軸１８の下端部は羽根車１１に連結されており、水中モータ１３の回転駆動力が羽根車１１に伝達されるようになっている。

ポンプケーシング１２は、羽根車１１を覆うとともに、羽根車１１から吐出される汚水をポンプ外へ排出する流路５０を形成している。ポンプケーシング１２の内部には、断面視で半円状に湾曲した側壁１２ａにより外周側を囲まれたポンプ室２６が形成されている。このポンプ室２６内には、羽根車１１の吐出部２８（図３参照）が収容されている。そして、図１に示すように、羽根車１１がポンプケーシング１２内に配置された状態で、ポンプ室２６の一部が前記流路５０を構成している。

また、図１に示すように、ポンプケーシング１２の下部には、下方に突出した吸込部２１が形成されている。この吸込部２１には、下方に向かって開口した吸込口２２が形成されている。吸込口２２は、羽根車１１の吸込口２９に連通している。一方、ポンプケーシング１２の側部には、側方に突出した吐出部２３が形成されている。この吐出部２３には、側方に向かって開口した吐出口２４が形成されている。この吐出口２４は流路５０の出口になっており、羽根車１１から吐出された汚水は吐出口２４からポンプ外へ排出されることになる。

図２に示すように、羽根車１１の羽根車本体１１ａには、軸方向の下側から上側に向かって順に、吸込部２７と吐出部２８とが設けられている。これらの吸込部２７及び吐出部２８は、いずれも略円筒形状に形成されており、吐出部２８は吸込部２７よりも大径に構成されている。そして、吐出部２８吸込部２７との間には、全周にわたってフランジ部４０が形成されている。図１に示すように、フランジ部４０は、羽根車１１の吐出部２８と吸込部２７とを上下に仕切っている。すなわち、この羽根車１１は、吸込部２７と吐出部２８とがフランジ部４０で仕切られたクローズドタイプの羽根車である。

図２に示すように、吸込部２７の下端には、下方に向かって開口した吸込口２９が設けられている。一方、吐出部２８の上端には、天井面３０（図４参照）が形成されている。

図４に示すように、天井面３０には、ボルト孔が形成された突起部６１が等間隔に３つ形成されている。天井面３０の一部（ここでは、軸方向から見て天井面３０の４分の３の部分であり、羽根車１１の重量が大きい側）には、下方に窪んだ窪み３３が形成されている。この窪み３３により、羽根車１は軽量化され、また、機械的バランスがとられ、回転の安定性が向上している。ただし、天井面３０の窪み３３の大きさや形状は、何ら限定されるものではない。また、窪み３３は、必ずしも必要ではなく、天井面３０の形状は特に限定されるものではない。

図３に示すように、羽根車本体１１ａの天井面３０上には、中心部分を切り欠いた円形の蓋７０がボルト６０によって取り付けられている。羽根車本体１１ａの中心部には、駆動軸１８を取り付けるための取付部３１が形成されており、蓋７０中心部の切り欠き部分には、取付部３１が挿入されている。この取付部３１の中央には、駆動軸１８の先端を挿入するための挿入穴３２が形成されている。この蓋７０は羽根車本体１１ａの窪み３３を覆っており、蓋７０と天井面３０とにより区画室５１が形成されている（図９〜図１６参照）。

図１２及び図１６に示すように、蓋７０の裏面（内部側）には、バランスウェイト８０がボルト８３によって取り付けられている。このバランスウェイト８０により、羽根車１１が回転した際に生じる流体力の不釣合が打ち消され、振動の発生が抑制される。本実施形態では、バランスウェイト８０は窪み３３が最も窪んでいる箇所に位置しているが、バランスウェイト８０の位置は何ら限定されるものではない。また、バランスウェイト８０の数、大きさ、形状も何ら限定されるものではない。

図３に示すように、蓋７０の内側端部には、複数の孔８１が形成されている。これら孔８１は、蓋７０の回転の中心（駆動軸１８の軸中心でもある）側に設けられており、具体的には、蓋７０の回転の中心から半径の１／２以下の位置に設けられている。孔８１は、蓋７０の回転の中心近傍に形成されていることが特に好ましく、例えば、回転の中心から半径の２／５以下、あるいは１／３以下の位置に形成されていてもよい。

また、これら孔８１は、バランスウェイト８０よりも半径方向の内側に形成されている。これら孔８１は、周方向に関して互いにずれた位置に形成されており、周方向に関してバランスウェイト８０の両側に位置している。これら孔８１の少なくとも２つは、回転の中心周りに互いに９０°以上離れた位置に形成されている。なお、孔８１は、回転の中心を挟んで両側（略点対称の位置）に設けられていてもよい。

また、本実施形態では、すべての孔８１は円周状に配設されているが、少なくとも２つの孔８１が半径方向に並んでいてもよい。本実施形態では、羽根車本体１１ａの窪み３３の周方向の一端から中央部にかけて、５つの孔８１が形成されている。しかし、図１９に示すように、孔８１は、窪み３３の周方向の一端側及び他端側にそれぞれ形成されていてもよい。もちろん、孔８１は窪み３３の周方向の一端から他端にわたって設けられていてもよい。孔８１は、窪み３３の周方向の一端から他端にかけて満遍なく形成されていてもよい。

これらの孔８１を通じて、区画室５１の内部と外部とが連通され（図１０等参照）、孔８１から水及び空気が出入りすることとなる。なお、これら孔８１から排出された空気は、羽根車１１とポンプケーシング１２との隙間を通って吐出口２４または空気抜きバルブ８５（図１参照）を経てポンプ１０外へ排出される。

孔８１の形状は何ら限定されないが、本実施形態では、孔８１は円形状に形成されている。複数の孔８１は、互いに形状又は寸法の異なる孔であってもよく、形状又は寸法の等しい孔であってもよい。

図７、図９、図１０及び図１２に示すように、羽根車１１の吐出部２８には、側方に向かって開口する吐出口３４が形成されている。図６、図７及び図９〜図１８に示すように、羽根車１１の内部には、吸込部２７の吸込口２９から吐出口３４に至る螺旋状の１次流路３５が区画形成されている。すなわち、図１７に示すように、吐出口３４は、螺旋状の１次流路３５の延長方向に向かって開口している。なお、本明細書では、この１次流路３５を区画している区画壁を１次羽根３６と称する。

図２及び図５〜図１８に示すように、吐出部２８の外周面上の一部には、当該外周面に沿って延びるように内側に窪んだ２次流路３７が形成されている。図１７に示すように、この２次流路３７は、吐出口３４において、羽根車１１内に形成された１次流路３５の下流側と連続している。そして、２次流路３７は、羽根車１１の半周以上の長さにわたって吐出部２８を周回している。２次流路３７の下流端は、吐出口３４の近傍にまで延びている。なお、２次流路３７の長さは、半周以上且つ１周未満が好ましいが、特に限定されるものではない。

すなわち、２次流路３７は、非螺旋状の流路であり、その流路中心は羽根車１１の軸線と直交する直交面上に位置している。この２次流路３７を区画している区画壁を２次羽根３８と称すると、２次羽根３８はいわゆる半径流形の羽根であり、この２次羽根３８によって汚水は外周側（径方向外側）に吐出される。

このポンプ１０では、汚水は、以下のようにして搬送される。すなわち、水中モータ１３によって羽根車１１が回転し、この回転によって、羽根車１１の１次羽根３６が下側の吸込口２９から汚水を上方へ向かって吸い込む。そして、吸い込まれた汚水は、羽根車１１内の螺旋状の１次流路３５を通過し、吐出口３４及び２次羽根３８によって外周側に吐出される。吐出された汚水は、羽根車１１を覆うポンプケーシング１２によって受け止められ、流路５０を流通した後、吐出口２４からポンプ外へ排出される。

ポンプ１０を水中に浸漬させると、羽根車１１の区画室５１に水が流れ込み、区画室５１内の空気の大部分は、流れ込んだ水によって押し出される。しかしながら、ポンプ１０を水中に浸漬させた後であっても、区画室５１の内部にある程度の気泡が残留することがある。

すなわち、ポンプ１０を水中に浸漬すると、区画室５１内部の空気は比重が小さいため、蓋７０の孔８１を通じて、あるいは羽根車本体１１ａと蓋７０との隙間から、空気が少しずつ抜けていく。一方、区画室５１内の空気の減少に伴い、外部の水が上記孔８１又は上記隙間から区画室５１内へ流入する。このような水と空気の移動により、区画室５１内の空気は水に置換されていく。しかし、区画室５１内の空気は、全ては排出されず一部は区画室５１内に取り残される。

ところが、本実施形態では、以下に説明するように、羽根車１１の回転（言い換えると、水中ポンプ１０の運転）に伴って、残留空気は孔８１を通じて排出される。すなわち、羽根車１１の回転を開始すると、区画室５１内部の水は遠心力をうけて回転中心から外側へ移動し、水より比重の小さな空気は回転中心の内側へ移動していく。そして、区画室５１内に取り残された空気は、蓋７０の回転中心側に設けられた孔８１に到達したところで、孔８１から外部へ排出される。一方、区画室５１内の空気の排出に伴い、他の孔８１から水が区画室５１内に流入し、空気と水の円滑な置換が行われることとなる。なお、羽根車１１の区画室５１から排出された空気は、羽根車１１とポンプケーシング１２との隙間を通って吐出口２４または空気抜きバルブ８５（図１参照）を経てポンプ１１外へ排出されることとなる。

以上のように、本実施形態によれば、区画室５１内部の空気は全て排出され、区画室５１内は水で充満される。したがって、本実施形態に係る羽根車１１によれば、空気の浮力により羽根車１１の機械的バランスが崩されることがなく、振動の発生を防止することができる。また、羽根車１１の回転に伴って空気が区画室５１内で頻繁に移動することがなく、この点においても振動の発生を防止することができる。

また、本実施形態に係る羽根車１１の蓋７０は、孔８１を二つ以上有している。これにより、空気の排出と水の導入とを別々の孔８１を通じて行うことができる。したがって、孔８１が一つしかない場合と異なり、空気の排出が水の流入により阻害されることがなく、空気と水とを円滑に置換することができる。

さらに、本実施形態では、蓋７０の孔８１はいずれも内側端部に設けられており、蓋７０の回転の中心から半径の１／２よりも外側には、孔８１は設けられていない。そのため、遠心力を受けて回転の外側へ移動した水が区画室５１から排出されることはない。したがって、区画室５１内の水は外側に集まりやすく、逆に、区画室５１内の空気は内側に集まりやすくなる。そのため、空気を区画室５１の内側に集中させることができ、内側に設けた孔８１を通じて、区画室５１内の空気を効率的に排出することができる。

また、本実施形態に係る羽根車１１の蓋７０には、バランスウェイト８０が取り付けられている。そのため、羽根車１１が回転するとバランスウェイト８０に遠心力が働き、この遠心力は、羽根車１１が受ける流体力の不釣合を打ち消すように作用する。したがって、羽根車１１の水力的バランスを保つことができ、羽根車１１の振動の発生を防止することができる。

また、本実施形態に係る羽根車１１によれば、バランスウェイト８０は、蓋７０の裏側、すなわち羽根車本体１１ａの窪み３３の側に配置されている。そのため、蓋７０の表側にバランスウェイト８０による出っ張りがなくなり、流体の乱れによる動力損失を抑制することができる。また、本実施形態では、孔８１はバランスウェイト８０の内側に設けられている。また、孔８１は、バランスウェイト８０の近傍に設けられている。そのため、バランスウェイト８０付近に空気が留まることがなく、空気は効率よく排出される。

本実施形態によれば、羽根車本体１１ａの軸方向の一端には、単一の窪み３３が設けられ、蓋７０は羽根車本体１１ａの一端の略全体を覆っている。また、蓋７０は、単一の部材からなっている。したがって、羽根車１１の構成が簡単になる。羽根車本体１１ａの一端の略全体を蓋７０で覆うと、区画室５１の内部に空気が残留しやすくなるおそれがある。しかし、本実施形態によれば、上述の通り、区画室５１の空気は円滑に排出される。したがって、羽根車１１の残留空気に起因する振動等を防止することができるので、羽根車１１の構成を簡単化することができる。

なお、本実施形態に係る羽根車１１の１次流路３５は螺旋状であったが、回転軸方向から視て渦巻き状であればよく、螺旋状に限定されるものではない。

以上説明したように、本発明は、遠心ポンプ用羽根車及びそれを備えた遠心ポンプについて有用である。

遠心ポンプの断面図である。 羽根車を下方から見た斜視図である。 羽根車を上方から見た斜視図である。 蓋を取り除いた状態の羽根車の平面図である。 図４のＡ方向矢視図である。 図４のＢ方向矢視図である。 図４のＣ方向矢視図である。 図４のＤ方向矢視図である。 図４のＮＮ線断面図である。 図６のＭＭ線断面図である。 図４のＬＬ線断面図である。 図７のＫＫ線断面図である。 図４のＪＪ線断面図である。 図８のＩＩ線断面図である。 図４のＨＨ線断面図である。 図５のＧＧ線断面図である。 図５のＥＥ線断面図である。 図５のＦＦ線断面図である。 孔の配置を変更した変形例に係る図４相当図である。

符号の説明

１０ 遠心ポンプ
１１ 羽根車
１１ａ 羽根車本体
２７ 吸込部
２８ 吐出部
２９ 吸込口
３３ 窪み
３４ 吐出口
３５ １次流路
３６ １次羽根
３７ ２次流路
３８ ２次羽根
４０ フランジ
５１ 区画室
７０ 蓋
８０ バランスウェイト
８１ 孔

Claims (8)

1. 一端に吸込口が形成され且つ他端に軸方向に窪んだ凹部が形成されるとともに、側方に吐出口が形成され、内部に前記吸込口と前記吐出口とをつなぐ内部流路が区画形成された略円筒形状の羽根車本体と、
   前記凹部を覆うように前記羽根車本体の他端に取り付けられることによって前記凹部との間に区画室を形成し、前記羽根車本体と共に回転する蓋とを備え、
   前記蓋の回転の中心から半径の１／２以下の位置に、前記区画室の内外を連通する二つ以上の孔が形成されている遠心ポンプ用羽根車。
2. 前記孔の少なくとも二つは、互いに周方向にずれた位置に形成されている請求項１に記載の遠心ポンプ用羽根車。
3. 前記孔の少なくとも二つは、回転の中心周りに互いに９０°以上離れた位置に形成されている請求項２に記載の遠心ポンプ用羽根車。
4. 前記孔は、前記凹部の周方向の一端側と他端側とにそれぞれ設けられている請求項１〜３のいずれか一つに記載の遠心ポンプ用羽根車。
5. 前記蓋は、前記羽根車本体の他端の略全体を覆っている請求項１〜４のいずれか一つに記載の遠心ポンプ用羽根車。
6. 前記蓋の前記凹部側に配置されたバランスウェイトを備え、
   前記孔の少なくとも一つは、半径方向に関して前記バランスウェイトよりも回転の中心側に形成されている請求項１〜５のいずれか一つに記載の遠心ポンプ用羽根車。
7. 前記羽根車本体は、
   外周面における前記吐出口よりも前記吸込口側部分から前記外周面に沿って外方に突出し、前記吸込口側と前記吐出口側とを仕切るフランジ部と、
   前記フランジ部よりも前記吐出口側の外周部分の一部を内側に削ったような形状に形成され、前記内部流路と連続し且つ外周面に沿って周回する外部流路を区画する外部羽根と、を備え、
   前記内部流路は、螺旋状に形成されている請求項１〜６のいずれか一つに記載の遠心ポンプ用羽根車。
8. 請求項１〜７のいずれか一つに記載の遠心ポンプ用羽根車を備えた遠心ポンプ。
   

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