JP4623493B2 - 着脱式水中ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、配管と当該配管に対して着脱自在な水中ポンプとを備えた着脱式水中ポンプ装置に関するものである。

従来より、例えばポンプゲートシステムや曝気攪拌装置等において、配管と当該配管に着脱自在な水中ポンプとを備えた着脱式水中ポンプ装置が用いられている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。

図６を参照しながら、従来の着脱式水中ポンプ装置について説明する。この着脱式水中ポンプ装置は、横置きの水中ポンプ１０１と、流路方向が水平方向から垂直上向きに変化する配管１０２とを備えたものである。

配管１０２は、水槽内に固定されている。これに対し、水中ポンプ１０１は水槽内で昇降され、配管１０２に着脱される。すなわち、水中ポンプ１０１は、配管１０２に装着される際には水槽内に吊り降ろされ、配管１０２から取り外される際には水槽から吊り上げられる。

水中ポンプ１０１は、略水平方向に延びる回転軸（図示せず）を有する水中モータ１０３と、水中モータ１０３の回転軸に連結された羽根車１０４と、羽根車１０４の吐出側（図６における右側）に設けられた案内羽根（ガイドベーン）１０５と、これら水中モータ１０３、羽根車１０４及び案内羽根１０５を囲むケーシング１０６とを備えている。案内羽根１０５は、羽根車１０４から吐出される水の流れを整え、水中ポンプ１０１のポンプ性能を向上させるものである。十分な整流作用を発揮させるため、案内羽根１０５の大きさは羽根車と同等か又はそれ以上の大きさであることが好ましい。
特開昭６３−２７４４９５号公報 特開平５−８７０８４号公報 特開２００１−３４２９９９号公報

従来の着脱式水中ポンプ装置では、案内羽根１０５は水中ポンプ１０１に設けられていた。そのため、水中ポンプ１０１は案内羽根１０５の分だけ大型化し、重量が大きくなっていた。ところが、着脱式の水中ポンプ装置では、着脱の際に水中ポンプ１０１を水槽内で上げ下ろしする必要がある。そのため、水中ポンプ１０１には、より一層の小型化及び軽量化が求められている。

従来より、水中ポンプ１０１を小型化及び軽量化するために、水中モータ１０３や羽根車１０４の小型化が図られてきた。しかし、所定のポンプ能力を発揮させるためには、水中モータ１０３や羽根車１０４の小型化には一定の限界があった。

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、従来と根本的に異なる構成を採用することによって着脱式水中ポンプ装置における水中ポンプの小型化又は軽量化を図り、水中ポンプの着脱を容易にすることにある。

上記目的を達成するために、本発明者らは、案内羽根は水中ポンプのように頻繁にメンテナンスを行う必要がないことに着目した。そして、案内羽根を水中ポンプ側に設けるのではなく、配管側に設けることとした。

具体的には、本発明に係る着脱式水中ポンプ装置は、水槽内に固定され、前記水槽内に開放された開口端を有する配管と、水中モータと前記水中モータに連結された羽根車とを有し、前記配管の前記開口端に着脱自在に装着された水中ポンプと、を備えた着脱式水中ポンプ装置であって、前記配管内における前記開口端側に、案内羽根が設けられているものである。

上記着脱式水中ポンプ装置によれば、案内羽根は水中ポンプ側ではなく配管側に設けられているので、水中ポンプに案内羽根は不要となる。そのため、案内羽根がない分だけ、水中ポンプの小型化又は軽量化を図ることができる。

前記案内羽根は、前記配管内の横断面の中心部に設けられ、前記配管の流路方向に延びる中核部材と、前記中核部材から前記配管の内周面に向かって延びる羽根部材と、を備えていてもよい。

このことにより、水中ポンプから配管に向かって吐出された水は、中核部材と羽根部材とによって整流され、配管内を円滑に流通することになる。

前記案内羽根は、前記配管の内周面から前記配管内の横断面の中心に向かって延びる複数の羽根部材を備え、前記羽根部材の先端は互いに離隔し、前記配管の横断面の中心部に開放空間が形成されていてもよい。

このことにより、水中ポンプから配管に向かって吐出された水は、羽根部材によって整流され、配管内を円滑に流通することになる。ところで、上記着脱式水中ポンプ装置では、案内羽根を配管側に設けられているので、案内羽根のメンテナンス作業は従来よりも面倒になるおそれがある。しかし、上記着脱式水中ポンプ装置では、羽根部材の内側、すなわち配管の横断面の中心側には、開放空間が形成されている。そのため、例えば汚水の搬送の際など、水中ポンプからの吐出水に固形物等の異物が含まれている場合であっても、当該異物は上記開放空間を通じて円滑に排出される。したがって、異物が羽根部材に絡みにくいので、案内羽根を頻繁にメンテナンスしなくても、長期間にわたって所定の性能を発揮することができる。

前記羽根部材の前記水中ポンプ側の縁部は、前記配管の横断面の中心側にいくほど下流側に位置するように、下流側に向かって傾斜していることが好ましい。

水中ポンプからの吐出水に異物が含まれている場合、当該異物は羽根部材の水中ポンプ側の縁部（前縁部）に衝突する。しかしながら、上記着脱式水中ポンプ装置では、羽根部材の前縁部は下流側に向かって傾斜しているので、上記異物は羽根部材の前縁部に沿って配管の中心側に移動し、前記開放空間を通じて下流側に排出される。したがって、異物は排出されやすくなり、羽根部材に対する異物の絡みつきは効果的に抑制される。

前記配管の前記開口端は、略水平方向に開口し、前記水中ポンプは、前記水中モータの長手方向が略水平方向となるような姿勢で前記配管に装着され、前記水中ポンプの羽根車と前記案内羽根とは、略水平方向に並んでいてもよい。

水中モータの長手方向が略水平方向となるような姿勢で水中ポンプが設置される場合、水中ポンプの羽根車と案内羽根とは、略水平方向に隣り合うことになる。そのため、案内羽根が水中ポンプ側に設けられていた従来の着脱式水中ポンプ装置では、水中ポンプの水平方向長さは、案内羽根の分だけ長くなっていた。したがって、水中ポンプの水平方向長さが長いことから、着脱式水中ポンプ装置の全体の設置面積（つまり、水中ポンプ及び配管の設置面積の合計）は、比較的大きくなっていた。これに対し、上記着脱式水中ポンプ装置では、案内羽根は配管の内部に設けられているので、案内羽根が不要な分だけ、水中ポンプの水平方向長さを短くすることができる。したがって、水中ポンプの水平方向長さを短くすることによって、着脱式水中ポンプ装置の全体の設置面積を低減することができる。

以上のように、本発明によれば、羽根車からの吐出水を整流する案内羽根を配管側に設けることとしたので、水中ポンプの小型化又は軽量化を図ることができる。したがって、案内羽根によるポンプ性能の向上を図りつつ、水中ポンプの着脱を容易化することができる。

配管の内周面から中心部に延びる複数の羽根部材を設け、前記配管の横断面の中心部に開放空間を形成することとすれば、異物を含んだ汚水等を搬送する場合に、案内部材に対する異物の絡みつきを抑制することができる。そのため、頻繁にメンテナンスを行わなくても、長期間にわたって案内羽根の性能を維持することができる。

さらに、羽根部材の水中ポンプ側の縁部を下流側に向かって傾斜させることとすれば、異物の排出をより円滑化することができる。

水中ポンプの羽根車と羽根部材とが略水平方向に並ぶように配置する場合、装置全体の設置面積を従来よりも低減させることができる。

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。

（実施形態１）
図１に示すように、実施形態１に係る着脱式水中ポンプ装置５０は、配管２０と、配管２０に対して着脱自在な水中ポンプ１０とを備えている。

水槽５の底面には架台２４が設置され、配管２０は架台２４に支持されている。配管２０は、流路方向が約９０度変化するいわゆる曲がり管であり、一方の開口端２２は略水平方向に開口し、他方の開口端は上方に開口している。他方の開口端の周りには、フランジ２１が設けられている。配管２０のフランジ２１には、他の配管２３のフランジ２５が接続されている。

配管２３は、配管２０からの水を水槽５の内部に導くように構成されていてもよく、水槽５の外部に延びていてもよい。すなわち、着脱式水中ポンプ装置５０は、水を水槽５の内部で循環させるものであってもよく、水を水槽５の外部に搬送するものであってもよい。着脱式水中ポンプ装置５０の用途は、何ら限定されるものではない。

配管２０の開口端２２側の上部には、略上下方向に延びる案内棒１１が固定されている。図示は省略するが、案内棒１１は、左右両側（図１の紙面裏表側）にそれぞれ一本ずつ設けられている。

水中ポンプ１０は、略水平方向に延びる水中モータ１と、水中モータ１の回転軸（図示せず）に連結された羽根車２と、羽根車２の周囲を囲む環状フード３とを備えている。羽根車２は、軸流式又は斜流式の羽根車であり、羽根車２の背面側（図１の左側）から吸い込んだ水を正面側（図１の右側）に向かって吐出する。環状フード３は、羽根車２の吸込み側に向かって末広がり状に形成されている。水中ポンプ１０が配管２０に装着された状態では、環状フード３は配管２０の開口端２２と滑らかに連続する。

水中ポンプ１０には、昇降案内部材１２が取り付けられている。昇降案内部材１２の先端部は案内棒１１と係合しており、昇降案内部材１２は案内棒１１に沿って上下動自在に構成されている。昇降案内部材１２の具体的構成は特に限定されず、昇降案内部材１２と案内棒１１との係合構造も何ら限定されるものではない。例えば、昇降案内部材１２の先端部に、案内棒１１の断面形状に応じた窪みが形成されていてもよい。また、昇降案内部材１２の先端部に、案内棒１１を狭持する狭持部材、例えば一対のローラ等を設けるようにしてもよい。

水中ポンプ１０には更に、吊り下げ用のチェーン１３が取り付けられている。この着脱式水中ポンプ装置５０では、チェーン１３を上げ下げすることによって、水中ポンプ１０の着脱が行われる。すなわち、チェーン１３を吊り上げると、水中ポンプ１０は案内棒１１に沿って上昇し、配管２０から取り外される。一方、チェーン１３を吊り降ろすと、水中ポンプ１０は案内棒１１に沿って下降し、配管２０に装着される。

配管２０の開口端２２の内側には、案内羽根（ガイドベーン）３０が固定されている。案内羽根３０は、配管２０の流路方向に沿って延びる中核部材３１と、中核部材３１の外周面から配管２０の内周面に向かって延びる複数の羽根部材３２とを備えている。ここでは中核部材３１は、上流側及び下流側に向かって先細りの形状に形成され、いわゆる流線形状を有している。ただし、中核部材３１の形状は何ら限定されず、例えば、略円柱状に形成されていてもよく、略円錐状に形成されていてもよい。中核部材３１は、羽根部材３２と共に、開口端２２から流入する水を整流させる。

図２に模式的に示すように、中核部材３１は、配管２０の横断面の中心部に設けられている。羽根部材３２は、中核部材３１から外方に広がっており、配管２０の内周面に向かって延びている。羽根部材３２の形状は特に限定されない。羽根部材３２は、配管２０の径方向に沿って直線状に延びていてもよい。ただし、本実施形態では、水中ポンプ１０は軸流式又は斜流式の水中ポンプであり、水中ポンプ１０から吐出される水は旋回流となって配管２０に導入されるので、当該旋回流を円滑に整流するよう、羽根部材３２は螺旋状に形成されている。羽根部材３２における配管２０の流路方向に沿った形状は一定でなく、羽根部材３２はいわゆる３次元翼によって形成されている。

図１に示すように、水中ポンプ１０の羽根車２と案内羽根３０とは、略水平方向に並んでいる。つまり、羽根車２と案内羽根３０とは、横方向に隣り合っている。案内羽根３０は開口端２２の近傍に配置されているので、羽根車２と案内羽根３０とは互いに接近した位置に設けられている。

以上のように、本実施形態に係る着脱式水中ポンプ装置５０によれば、羽根車２から吐出される水を整流する案内羽根３０は、配管２０の内部に設けられている。そのため、水中ポンプ１０に案内羽根３０を設ける必要がなく、案内羽根３０がない分だけ、水中ポンプ１０は小型化及び軽量化されている。

水中ポンプ１０が小型かつ軽量になっているので、水中ポンプ１０の上げ下ろしは容易である。そのため、配管２０に対する水中ポンプ１０の着脱を容易に行うことができる。

本実施形態では、水中ポンプ１０は横向きに設置され、羽根車２と案内羽根３０とは横方向に並んでいる。しかしながら、案内羽根３０は配管２０内に設けられているので、案内羽根３０を水中ポンプ１０に設ける場合に比べて、水中ポンプ１０の横方向長さは短くなる。すなわち、案内羽根３０が水中ポンプ１０に設けられていた従来の着脱式水中ポンプ装置では、通常、案内羽根３０は配管２０の開口端２２よりも外側（図１における左側）に配置されていた。これに対し、本実施形態では、案内羽根３０は配管２０の内部に収容されている。したがって、水中ポンプ１０の横方向長さは短くなる。また、水中ポンプ１０の羽根車２は開口端２２の近傍に配置されており、羽根車２と配管２０の開口端２２との間の距離は短くなっている。その結果、水中ポンプ１０の平面視面積と配管２０の平面視面積とを足し合わせた合計の面積、つまり水中ポンプ装置５０の全体の平面視面積は、従来よりも小さくなっている。したがって、本実施形態によれば、水中ポンプ装置５０の設置面積を低減することができる。

（実施形態２）
ところで、着脱式水中ポンプ装置５０の搬送対象流体が異物（例えば、固形物や繊維物等）を含んだ汚水等であった場合には、異物が案内羽根３０に絡みつくおそれがある。案内羽根３０が水中ポンプ１０に設けられていた従来の着脱式水中ポンプ装置では、案内羽根３０に異物が絡みついたとしても、水中ポンプ１０のメンテナンスの際に、案内羽根３０の清掃を併せて行うことが可能であった。すなわち、水中ポンプ１０を水槽５から吊り上げることによって、案内羽根３０も水槽５の外部に搬出することができた。そのため、案内羽根３０の清掃は比較的容易であった。しかしながら、案内羽根３０が配管２０内に設けられている場合、水中ポンプ１０を水槽５から引き上げただけでは、案内羽根３０の清掃を行うことはできない。したがって、案内羽根３０には、異物４０が絡みつきにくい特性を有することが強く望まれる。

実施形態２に係る着脱式水中ポンプ装置５０は、実施形態１において、異物が絡みつきにくいように案内羽根３０の形状に変更を加えたものである。以下の説明では、実施形態１と同様の部分には同様の符号を付し、その説明は省略する。

図３に示すように、実施形態２に係る案内羽根３０は、配管２０の内周面から配管２０の中心部に向かって延びる複数の羽根部材３３から構成されている。羽根部材３３は、いわゆる３次元翼によって形成されている。また、図４に示すように、羽根部材３３は、断面形状が螺旋状に形成されている。ただし、羽根部材３３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、羽根部材３３の前縁部３３ａは、下流側に向かって傾斜している。具体的には、羽根部材３３の前縁部３３ａは、配管２０の中心側にいくほど下流側に位置するように傾斜している。羽根部材３３の先端は、互いに離隔している。その結果、配管２０の中心部には、羽根部材３３の存在しない開放空間３４が形成されている（図４も参照）。

本実施形態によれば、案内羽根３０が配管２０に設けられているので、実施形態１と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態では、搬送対象流体が異物を含んだ汚水等であった場合に、案内羽根３０に対する異物の絡みつきを抑制する効果を得ることができる。

すなわち、本実施形態によれば、配管２０の中心部に開放空間３４が形成されている。そのため、図５に示すように、水中ポンプ１０から吐出される水の中に異物４０が含まれているときに、異物４０は開放空間３４を通じて排出されやすくなる。特に、本実施形態に係る羽根部材３３は、前縁部３３ａが下流側に向かって傾斜している。そのため、異物４０が羽根部材３３の前縁部３３ａに絡みついたとしても、その異物４０は前縁部３３ａに沿って移動し（言い換えると、前縁部３３ａに誘導され）、開放空間３４に向かって流れやすくなる。したがって、異物４０は、最終的には開放空間３４を通じて下流側に排出されやすい。そのため、案内羽根３０に対する異物４０の絡みつきは効果的に抑制される。

したがって、本実施形態によれば、所定のポンプ性能を長期間にわたって維持することができる。そのため、案内羽根３０を配管２０内に設けたことによって案内羽根３０の清掃作業を長期間にわたって実施できなくなったとしても、水中ポンプ装置５０の所定の機能を特段の支障なく発揮させ続けることが可能となる。

なお、実施形態２は、異物４０の排出を容易にする開放空間３４を、配管２０の中心部に設けたものであった。これは、本水中ポンプ装置５０では水中モータ１が配管２０の中心部に対応する位置に設けられており、水中モータ１の下流側では水が円滑に流れにくいことから、配管２０の中心部において、特に異物４０が滞留しやすいからである。しかしながら、開放空間３４は、必ずしも配管２０の中心部になくてもよい。例えば、実施形態１において（図２参照）、羽根部材３２の外周側（配管２０の内周面側）の一部を削除し、羽根部材３２と配管２０の内周面との間に略環状の開放空間を形成することも可能である。開放空間３４の位置、形状又は大きさは、適宜に設定することができる。

（その他の実施形態）
前記各実施形態は、水中ポンプ１０を横向きに設置したものであった。しかしながら、水中ポンプ１０は縦向きに設置されていてもよい。すなわち、配管２０の開口端２２は上向きに開口し、水中ポンプ１０は当該開口端２２に対して上方から装着されるものであってもよい。

配管２０は曲がり管でなくてもよく、直管であってもよいことは勿論である。

水中ポンプ１０の着脱構造には、任意の構造を利用することができる。水中ポンプ１０の着脱構造は、前記実施形態のものに何ら限定される訳ではない。

以上説明したように、本発明は、例えば、汚水処理施設等の水処理施設やポンプゲートシステム等の排水施設などにおいて利用される着脱式水中ポンプ装置について有用である。

実施形態１に係る着脱式水中ポンプ装置の一部を断面表示した側面図である。 実施形態１に係る案内羽根の正面図である。 実施形態２に係る着脱式水中ポンプ装置の一部を断面表示した側面図である。 実施形態２に係る案内羽根の正面図である。 異物の排出を模式的に示した着脱式ポンプ装置の部分断面図である。 従来の着脱式水中ポンプ装置の一部を断面表示した側面図である。

符号の説明

１ 水中モータ
２ 羽根車
３ 環状フード
５ 水槽
１０ 水中ポンプ
２０ 配管
２２ 開口端
３０ 案内羽根
３１ 中核部材
３２ 羽根部材
３３ 羽根部材
３４ 開放空間
４０ 異物

Claims (5)

1. 水槽内に固定され、前記水槽内に開放された開口端を有する配管と、
   水中モータと前記水中モータに連結された羽根車とを有し、前記配管の前記開口端に着脱自在に装着された水中ポンプと、
   を備えた着脱式水中ポンプ装置であって、
   前記配管内における前記開口端側に、案内羽根が設けられている着脱式水中ポンプ装置。
2. 前記案内羽根は、
   前記配管内の横断面の中心部に設けられ、前記配管の流路方向に延びる中核部材と、
   前記中核部材から前記配管の内周面に向かって延びる羽根部材と、
   を備えている請求項１に記載の着脱式水中ポンプ装置。
3. 前記案内羽根は、前記配管の内周面から前記配管内の横断面の中心に向かって延びる複数の羽根部材を備え、
   前記羽根部材の先端は互いに離隔し、前記配管の横断面の中心部に開放空間が形成されている請求項１に記載の着脱式水中ポンプ装置。
4. 前記羽根部材の前記水中ポンプ側の縁部は、前記配管の横断面の中心側にいくほど下流側に位置するように、下流側に向かって傾斜している請求項３に記載の着脱式水中ポンプ装置。
5. 前記配管の前記開口端は、略水平方向に開口し、
   前記水中ポンプは、前記水中モータの長手方向が略水平方向となるような姿勢で前記配管に装着され、
   前記水中ポンプの羽根車と前記案内羽根とは、略水平方向に並んでいる請求項１〜４のいずれか一つに記載の着脱式水中ポンプ装置。
   

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