JP4835280B2 - 立軸樹脂製水中ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、水災害時の排水などに使用される排水ポンプ車に搭載される立軸樹脂製水中ポンプに係り、特に緊急排水するのに好適な立軸樹脂製水中ポンプに関する。

従来の排水ポンプ車に搭載の水中ポンプの例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の水中ポンプでは、人力による移動を容易にするとともにクレーン等の手段を不要にした水中投下型の水中ポンプを実現するために、円筒状のポンプ本体では、ポンプケーシングと原動機フレームと水密カバーとを一体にしている。そしてこのポンプ本体の外周に、ポンプケーシングの吸込口を開放した状態で、一対の転動輪を固着している。さらにポンプ本体に把手を設け、人力で転動輪を転動させながら水中ポンプを移動できるようにしている。

従来の排水ポンプ車搭載水中ポンプの他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載の水中ポンプでは、設置作業の困難性や、設置場所の制約を緩和するために、水中ポンプをフロートで水中に水平に吊り下げている。そしてこの水中ポンプのケーシング外周面に結合用片と締め付け具を設け、これらを用いて横方向に水中ポンプを並列結合可能にしている。

特開２００１−１５３０８４号公報 特開２００１−１１５９８３号公報

上記特許文献１に記載の水中ポンプは一対の転動輪を有しており、一方の転動輪をフロートに他方の転動輪を錘とすることにより、吸込口を水面近くの水中に没入した垂直姿勢で排水運転をすることが可能になっている。しかしながら、この公報に記載の水中ポンプを水中に投入するときは、一方の転動輪を中空にし他方の転動輪を充水するまで、その姿勢が不安定である。その結果、投入時に河川等にある岩等に衝突する恐れがある。

現在の水中ポンプには、氾濫する河川に人手によって容易に水中ポンプを投入できるように、小型軽量化に対する要求が強くなっており、排水ポンプの主要部品を樹脂製にして水中ポンプを小型軽量化することが多い。上記公報では、樹脂製の水中ポンプが損傷するのを防止することについては、十分には考慮されていない。また、転動輪を水中ポンプの外周部に設けているので水中ポンプの構造が大きくなり、重量が増すとともに容量が制限されるポンプ車において収容体積の増大を招く。

上記特許文献２に記載の水中ポンプは、フロート構造により水中ポンプの連結を可能にしている。ところで、氾濫する河川を排水運転する際には、排水先河川と氾濫する河川との水位差で決まるシステムヘッドカーブ上でポンプを運転する。その際、ポンプの吐出揚程が、河川護岸堤防を乗り越えてサイホンを形成するまでは、護岸堤防と氾濫する河川との水位差で決まるシステムヘッドカーブ上で水中ポンプを運転することとなる。この場合、ポンプの吸込側と吐出側との水位差が変動し、ポンプ吐出量が変動する。

横置きで配置されるポンプでは、この変動により次のような好ましくない影響が生じる。ポンプを大流量側で運転した場合には、吐出側に軸スラストが発生する。一方、最高効率点から低流量側でポンプを運転すると、吸込側に軸スラストが発生する。その結果、水中ポンプは吸吐両側に作用する荷重を支持できなければならず、軸受構成が複雑になるとともに大型化する。

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は重量低減を図って樹脂を水中ポンプに適用したときであっても、信頼性の高い排水を可能にする。また、樹脂を用いた水中ポンプを、小形コンパクトに形成することも目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の立軸樹脂製水中ポンプでは、少なくとも吸込ケーシングと吐出ケーシングとを樹脂製としている。モータケーシングの上方に吸込ケーシングを、この吸込ケーシングの上方に吐出ケーシングとを配置して円筒状にケーシングを形成する。モータケーシングに収納したモータと、このモータが有する回転軸の延在部に取り付けられ、ケーシングの周囲部に形成した吸込口から吸込まれた水を加圧する羽根車とを水中ポンプは有する。吐出ケーシングの上部に、環状に形成されたフロートに接続された吊り下げ金具を取り付けている。

そしてこの特徴において、吐出ケーシングの上端部にフランジを形成し、このフランジとモータケーシングとを補強材で連結するのがよく、フランジは排水ホースを接続可能であり、環状に形成されたフロートの内周側を排水ホースが通過可能に形成されていることが好ましい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、立軸樹脂製水中ポンプが、少なくとも吸込ケーシングと吐出ケーシングとを樹脂製とし、モータケーシングの上方に吸込ケーシングを、この吸込ケーシングの上方に吐出ケーシングを配置して円筒状に形成されたケーシングと、このケーシングの下部に収納したモータと、このモータが有する回転軸の延在部に取り付けられ、前記ケーシングの周囲部に形成した吸込口から吸込まれた水を加圧する羽根車とを備え、その重心位置が、吸込口の形成位置よりも下方にあって、前記吐出ケーシングの上端部にフランジを形成し、このフランジと前記モータケーシングとを補強材で連結し、この補強材は立軸樹脂製水中ポンプを水中に投下するときの取手として使用可能であることにある。

本発明によれば、水中ポンプの主要部品を樹脂化したので、水中ポンプを小型軽量化できる。それとともに、水中ポンプに複数のモーメントの伝達部分を形成したので、波浪の影響を受けず安定して水中ポンプを河川に係留させることができる。その結果、信頼性の高い排水作業が可能となる。

近年頻発する局地的な大雨による河川の氾濫に迅速に対応するため、機動性に優れた排水ポンプの有意性が認識されている。これに伴い、排水ポンプ車が普及し、水中ポンプの総排水量が大容量化している。また、排水ポンプ車による排水では、水中ポンプを含む排水に必要な設備一式を排水ポンプ車に搭載して、河川の氾濫による洪水が発生した排水現場まで出動する。その洪水現場で、水中ポンプを水中に投入して水を汲み上げ、排水している。

この様子を、図３を用いて説明する。排水ポンプ車７は、水中ポンプ６と排水作業に最低限必要な機材とを搭載している。すなわち、排水ポンプ車７には、この排水ポンプ車７で発生した動力を取出すための動力取り出し装置（ＰＴＯ）１、このＰＴＯ１が取り出した動力を用いて電力を発生する発電機２，発電機２から供給された電力で排水する水中ポンプ６，水中ポンプ６を駆動するときに水中ポンプ６の回転速度を制御するインバータ盤４，インバータ盤４と発電機の間に配置した操作盤３，水中ポンプ６から吐出される水を排水河川まで導く排水ホース５とが搭載される。

洪水現場では、排水ポンプ車７を水際まで走行させる。そして、排水ポンプ車７の動力をＰＴＯ１を介して取り出し、ＰＴＯ１から得られた動力で排水ポンプ車７に積載した発電機２を駆動させる。このとき、発電機２から供給された電力を、インバータ盤４を介して水中ポンプ６に供給する。水中ポンプ６とインバータ盤４間を、電線ケーブル８で接続する。それとともに水中ポンプ６に排水ホース５を接続する。水中ポンプを水中に投下したら、排水ホース５を介して氾濫水が河川側に排水される。

この排水ポンプ車７に搭載した立軸水中ポンプ６の一実施例を、図１に縦断面図で示す。本実施例に示す水中ポンプ５０は、外周吸込みで軸方向吐出型のポンプであり、モータ１８のロータ１８ｂを構成する回転軸１５の延在部に、羽根車１７が取り付けられている。

図１において、モータ１８の回転軸１５は上側に大きく延在しており、この回転軸１５の中間部および下端側を、軸受１６ａ，１６ｂが回転支持する。ロータ１８ｂとともにモータ１８を形成するステータ１８ａは、円筒状のモータケーシング１３内に保持されている。モータケーシング１３の下端面は、軸受１６ａを保持する軸受保持部が形成されたエンドカバー１４で覆われている。エンドカバー１４には、モータ１８に電力を供給する端子やポンプの各種測定信号を伝送する端子が形成されている。

モータケーシング１３の上面には、軸受１６ｂを保持する軸受保持部が形成されたベアリングハウジング１２が取り付けられている。ベアリングハウジング１２の上面には、ベアリングハウジング１２およびモータケーシング１３と外径がほぼ同じに形成された吸込ケーシング１１が取り付けられている。

吸込ケーシング１１は図で下側に位置する内筒１１ｂと、図で上側に位置する外筒11ａとを有し、内筒１１ｂと外筒１１ａ間を周方向に間隔をおいて複数配置されたリブ２０で接続している。吸込ケーシング１１の外周のほぼ全域にわたって、外周吸込みを可能にするため、開口部（吸込口）２４が形成されている。吸込口２４の外周部は、ごみ等がポンプ内部に侵入するのを防止するために、ストレーナ２２で覆われている。

内筒１１ｂの軸心部は、軸方向に延びた円筒状であり、回転軸１５に隙間を有して嵌合する。内筒１１ｂのベアリングハウジング１２への取り付け部と軸心部間は、吸込み流路を形成するようにラッパ状になっている。回転軸１５の内筒１１ｂの背面側に位置する部分には、メカニカルシール１９が取り付けられており、モータ１８側に水等が侵入するのを防止する。外筒１１ａは、縦断面形状がＵ字型に形成されており、下側の部分が内筒
１１ｂとともに吸込み流路を形成し、上側の部分が詳細を後述する羽根車１７の流路の壁面を形成する。さらに上端部はフランジ状に形成されており、ほぼ円筒に形成された吐出ケーシング１０の外筒１０ａのフランジ部と係合する。

回転軸１５は、吸込ケーシング１１の内筒１１ｂからさらに上方に延在しており、この延在部に斜流羽根車１７を嵌合させ、回転軸１５の端部に形成したボルトにナットを係合して固定している。斜流羽根車１７はオープンタイプの羽根車で、上述したように吸込ケーシング１１の外筒１１ａが流路壁面を形成する。

斜流羽根車１７のボス部に隣り合って、吐出ケーシング１０の内筒１０ｂが配置されている。吐出ケーシング１０の内筒１０ｂは、円筒部とドーム部とを有しており、円筒部の外周には複数枚の静翼２１が、周方向に間隔をおいて配置されている。静翼２１の外径側は、吐出ケーシング１０の外筒１０ａ内面に固定されている。吐出ケーシング１０の外筒１０ａのフランジ部には、排水ホースを取り付けるためのホース取付け具２３ａが取り付けられており、吐出口２５を形成する。ホース取付け具２３ａにはホース金具２３ｂを介して排水ホース２３ｃが取り付けられる。

このように構成した本実施例に示す水中ポンプ６では、羽根車１７が回転すると、水中ポンプ６の外周部に形成した吸込口２４からストレーナ２２を通って、矢印２６に示すように斜めに水が水中ポンプ６の内部に吸込まれる。そして、羽根車１７で昇圧されて、静翼２１および吐出ケーシング１０を経て、矢印２７で示すように排水ホース２８側へ流入する。

ところで、水中ポンプ６を横置きにして排水することが主流であるが、本実施例では立置きで使用するために、立軸樹脂製水中ポンプとしている。この理由は、以下の通りである。河川へ水中ポンプ６を投入するときは、水中ポンプ６を重量の大であるモータ１８側から投入する。その結果、樹脂で構成された主要部である吸込ケーシング１１や吐出ケーシング１０が、ほぼまっすぐ下向きの状態で落下する。川底や岩などに衝突するおそれがあるのはモータケーシング１３だけであるから、樹脂でできた主要部が破損することを回避できる。

また、立軸樹脂製水中ポンプ６であるから、ロータ１８ｂに作用する曲げ力が小さく、自重を全てモータケーシング１３で支持できる。そのため、吸込ケーシング１１や吐出ケーシング１０等の荷重は、樹脂製主要部に圧縮応力としてしか作用しない。その結果、樹脂製主要部の強度，信頼性が向上する。

ところで、排水ポンプ車７を用いた排水運転では、排水先河川と中小河川との水位差で決まるシステムヘッドカーブ上で水中ポンプ６を運転する。しかしながら、水中ポンプ６の吐出し揚程が河川護岸堤防を乗り越えてサイホンを形成するまでの立ち上がり運転時には、護岸堤防との水位差で決まるシステムヘッドカーブ上の運転となる。この立ち上がり時には、吸込側と吐出側の水位差が所定水位差または水位差が無くなるまで、水中ポンプ６の吐出量が変動する。

水中ポンプ６では、吐出量が最高効率点から大流量側では吐出側に軸スラストが発生し、最高効率点から低流量側では吸込側に軸スラストが発生する。本実施例の立軸樹脂製水中ポンプ６では、大流量側運転時に発生する軸スラストよりロータ自重が大きいので、軸受１６ａ，１６ｂには吐出側の荷重は作用せず、軸受１６ａ，１６ｂとして一方向の荷重しか支持できないものを使用できる。その結果、軸受１６ａ，１６ｂ部を含む水中ポンプ６を小型軽量化することが可能になる。

図２に、本発明に係る立軸樹脂製水中ポンプ６の他の実施例を、正面図で示す。この図２は、立軸樹脂製水中ポンプ６の水中での使用状態を示している。吐出側フランジ２３とモータケーシング１３とを、丸棒状の補強材３１で連結している。これにより、排水ホース２８から発生するねじりモーメントと曲げモーメントが、吐出側フランジ２３を経てモータケーシング１３にも伝達され、樹脂製の吐出ケーシング１０への負荷が低減される。これにより、強度および信頼性が向上する。なお、補強材３１の形状は、丸棒に限らず板状でもよく、後述するように人が持ちやすい形状であることが望ましい。

本実施例によれば、人手により樹脂製水中ポンプ６を中小河川まで運搬する際に、補強材３１を取手としても活用することができる。樹脂製水中ポンプ６を水中に投下するときの作業性が向上する。また、水中ポンプ６の上部にポンプ吊り下げ金具３０を取り付け、このポンプ吊り下げ金具３０の上端部にフロート２９を接続しているので、立軸樹脂製水中ポンプ６を河川に投下して係留する際に、立軸樹脂製水中ポンプ６の重心が吸込口２４よりも下方のモータ１８側になり、排水作業を行う際には流体力の反力が重力方向に働き、波浪などの影響を受けにくく、安定した係留が可能になる。

上記各実施例によれば、大流量で排水作業する際に、吐出側に取り付けた排水ホース
２８に作用する流体力の反力によるねじりモーメントや曲げモーメントを補強材３１にも伝達させて複数のモーメント伝達部を形成したので、自由度の高い排水ホース２８に連結された吐出側フランジ２３に作用するモーメント量を低減できる。これにより、樹脂製の吐出ケーシング１０に作用するモーメントが、吐出ケーシングの強度を経年劣化させるのを低減できる。

本発明に係る立軸樹脂製水中ポンプの一実施例の縦断面図である。 本発明に係る立軸樹脂製水中ポンプの他の実施例の正面図である。 排水ポンプ車での緊急排水作業を説明する図である。

符号の説明

１…ＰＴＯ、２…発電機、３…操作盤、４…インバータ盤、５，２８…排水ホース、６…水中ポンプ、７…排水ポンプ車、８…電線ケーブル、１０…吐出ケーシング、１０ａ…吐出ケーシングの外筒、１０ｂ…吐出ケーシングの内筒、１１…吸込ケーシング、１１ａ…吸込ケーシングの外筒、１１ｂ…吸込ケーシングの内筒、１２…ベアリングハウジング、１３…モータケーシング、１４…エンドカバー、１５…主軸（回転軸）、１６…軸受、１７…羽根車、１８ａ…ステータ、１８ｂ…ロータ、１９…メカニカルシール、２０…リブ、２１…静翼、２２…ストレーナ、２３…吐出側フランジ、２４…吸込口、２５…吐出口、２６，２７…水の流れ、２９…フロート、３０…ポンプ吊り下げ金具、３１…補強材。

Claims (4)

1. 少なくとも吸込ケーシングと吐出ケーシングとを樹脂製とし、モータケーシングの上方に吸込ケーシングを、この吸込ケーシングの上方に吐出ケーシングとを配置して円筒状に形成されたケーシングと、前記モータケーシングに収納したモータと、このモータが有する回転軸の延在部に取り付けられ、前記ケーシングの周囲部に形成した吸込口から吸込まれた水を加圧する羽根車とを備え、前記吐出ケーシングの上部に、環状に形成されたフロートに接続された吊り下げ金具を取り付けたことを特徴とする立軸樹脂製水中ポンプ。
2. 前記吐出ケーシングの上端部にフランジを形成し、このフランジと前記モータケーシングとを補強材で連結したことを特徴とする請求項１に記載の立軸樹脂製水中ポンプ。
3. 前記フランジは排水ホースを接続可能であり、環状に形成された前記フロートの内周側を排水ホースが通過可能に形成されていることを特徴とする
   請求項２に記載の立軸樹脂製水中ポンプ。
4. 少なくとも吸込ケーシングと吐出ケーシングとを樹脂製とし、モータケーシングの上方に吸込ケーシングを、この吸込ケーシングの上方に吐出ケーシングを配置して円筒状に形成されたケーシングと、このケーシングの下部に収納したモータと、このモータが有する回転軸の延在部に取り付けられ、前記ケーシングの周囲部に形成した吸込口から吸込まれた水を加圧する羽根車とを備え、その重心位置が、吸込口の形成位置よりも下方にある立軸樹脂製水中ポンプであって、前記吐出ケーシングの上端部にフランジを形成し、このフランジと前記モータケーシングとを補強材で連結し、この補強材は立軸樹脂製水中ポンプを水中に投下するときの取手として使用可能であることを特徴とする立軸樹脂製水中ポンプ。

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