JP4852460B2 - 中吸込型水中ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば洪水時の内水排除や田畑冠水時の排水といった非常時の排水作業において好適に使用できる中吸込型水中ポンプに関するものである。

上述したような災害等の非常時における排水作業においては、排水が必要となる場所が予め特定できないため、持ち運びできる可搬式のポンプが用いられることになる。この場合のポンプは、特許文献１や特許文献２で開示されるように、ポンプ長手方向の中間における周面から吸込み、ポンプ長手方向端から吐出する構造の中吸込型水中ポンプが用いられることがある。

中吸込型水中ポンプは、モータと、モータで駆動回転される羽根車と、羽根車を回転自在に収容するとともに、羽根車とモータとの間に形成される吸入口、及び羽根車に対してモータと反対側に形成される吐出口を有するポンプケーシングとを有して構成されており、前述の特許文献１及び２で示されるように、フロートを用いることで水中に吊下げられて使用される。

中吸込型水中ポンプは、その構造上、軸心方向長さの寸法が径寸法よりも大きい細長い略円筒状を呈するものとなっており、長手方向の前後に亘って取り付けられる取っ手を設けることで可搬式とされていることが多い。コンパクト性や可搬性（持ち運び性）を良くするにはポンプとしての長手方向寸法の短い方が良いが、そうすると流体の吸込み効率（ポンプ効率）が低下する傾向にあるので、余り短くできない。反対に吸込み効率を良くすると長手方向寸法が長くなってしまい、コンパクト性や可搬性に劣る。

特許文献１の図１や特許文献２の図３に示されるように、円筒面状の吸込口から流入した液体は、軸心に沿う方向に向きを変換させながら羽根車に向かわせることとなる。

故に、方向変換角度を少なくして吸込み効率を良くするには吸入口の軸心方向長さを長くするしかなく、そうすればポンプ全長が長くなってコンパクト性や可搬性に劣る。逆に、ポンプ全長を短くして可搬性を改善するには吸入口の軸心方向長さを短くするしかなく、そうすれば流れの方向変換が急になって吸込み効率の悪化を招くのである。
特開２００１−１５３０８４号公報 特開２００３−００３９８５号公報

本発明の目的は、上述した実情に鑑みて、可搬性を落とすことなく吸込み効率が良い中吸込型水中ポンプを実現させる点にある。

請求項１に係る発明は、モータ１と、前記モータ１で駆動回転される羽根車３と、前記羽根車３を回転自在に収容するポンプケーシング４とを備え、前記ポンプケーシング４は、前記羽根車３と前記モータ１との間に形成される吸入口８と、前記羽根車３に対して前記モータ１の反対側に形成される吐出口９とを有して成る中吸込型水中ポンプにおいて、
前記吸入口８の羽根車側の先端部ｓと、前記ポンプケーシング４の羽根車囲繞部分１３におけるモータ側端の内周部ｎとを結ぶことで形成される仮想円錐面Ｋの、前記羽根車３の軸心Ｘに対する開き角が１０〜３０度の範囲となるように形状設定されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の中吸込型水中ポンプにおいて、前記開き角θが１０〜２５度の範囲に設定されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の中吸込型水中ポンプにおいて、前記吸入口８から前記羽根車３に至る流路内に整流板１０を備え、前記整流板１０は、これの下流側端と前記羽根車３の入口側端が回転して形成される仮想端面との距離が、前記羽根車３の入口側端における羽根３ａの高さよりも小となる位置に配置される部分を少なくとも有していることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の中吸込型水中ポンプにおいて、前記ポンプケーシング４は、前記吸入口８の羽根車側の先端部ｓと、前記羽根車囲繞部分１３におけるモータ側端の内周部ｎとを、前記吸入口８から前記羽根車３向かって縮径した後拡径するように滑らかに繋ぐ面１２ａを備えて形成されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の中吸込型水中ポンプにおいて、前記吸入口８への異物吸入を規制する円筒面状のダストカバー１６が装備されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて述べるが、吸入口の羽根車側の先端部と、ポンプケーシングの羽根車囲繞部分におけるモータ側端の内周部とを結ぶことで形成される仮想円錐面の、羽根車の軸心に対する開き角が１０〜３０度の範囲となるように形状設定されているので、ポンプケーシングに形成された吸入口に続く吸入流路における流体の流れ方向の角度変化が適切な角度範囲に保たれるとともに、流入経路の長さをあまり大きくすることなく吸入効率の良い物とすることが可能になる。その結果、コンパクト性や可搬性を落とすことなく吸込み効率が良いものとなるように改善された中吸込型水中ポンプを実現して提供することができる。この場合、請求項２のように、開き角θを１０〜２５度の範囲に設定すれば、請求項１の発明による前記効果をより強化させることが可能になる。

請求項３の発明によれば、整流板が吸入口から羽根車近傍にまで形成されているので、整流効果が高く、良好な吸入効率が得られる。

請求項４の発明によれば、吸入口から羽根車に吸込まれる流体を導き案内する内周面が円滑な湾曲面に形成されていることによって、吸入口から吸込まれた流体はスムーズに羽根車に向かうことができ、良好な吸入効率の実現に寄与できる中吸込型水中ポンプを提供することができる。

請求項５の発明によれば、請求項１〜４の何れかの発明による前記効果を奏しながら、石やゴミ等の異物吸込みが規制できて、良好なポンプ作動の維持が可能となる中吸込型水中ポンプを提供することができる。

以下に、本発明による中吸込型水中ポンプの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は中吸込型水中ポンプの断面図、図２は本発明によるポンプの吐出量とポンプ効率との関係グラフを示す図である。

〔実施例１〕
実施例１による中吸込型水中ポンプＰは、図１に示すように、電動式のモータ１と、これを液密に囲繞するモータケース２と、モータ軸１Ａの先端に一体回転状態に装備される羽根車３と、羽根車３を回転自在に収容するポンプケーシング４と、モータケース２とポンプケーシング４との間においてモータ軸１Ａに装備されるメカニカルシール５と、電力供給用の電線ケーブル６と、モータケース２とポンプケーシング４とに跨って架設される取っ手７等を有して構成されている。

ポンプケーシング４は、羽根車３とモータ１との間に形成される吸入口８、及び羽根車３に対してモータ１とは反対側に形成される吐出口９を有しており、モータケース２とポンプケーシング４とはモータ軸１Ａの軸心Ｘに沿って直列に連結一体化されている。つまり、モータ１を駆動させて羽根車３を回転させると、ポンプ長手方向の中間部に形成される円筒面状の吸入口８から周囲の水を吸い込み、ポンプとしての末端に配置される円形の吐出口９から水を吐出するように作動する。尚、モータ軸１Ａの軸心と羽根車３の軸心とは互いに同一の軸心Ｘである。

ポンプケーシング４は、吐出口９を有し、かつ、羽根車３の下流側に設けた吐出ケース部４Ｈと羽根車３を収容する本体ケース部４Ａとから成る。本体ケース部４Ａは、吸入口８の羽根車側の先端部ｓと、羽根車囲繞部分１３におけるモータ側端の内周部ｎとを、吸入口８から羽根車３向かって縮径面１１ａで縮径した後拡径面１３ａで拡径し、その間を滑らかに繋ぐ面１２ａを備えて形成されている。また、本体ケース部４Ａのメカニカルシール５側には円錐面５ａが形成され、このメカニカルシール側円錐面５ａと連結された整流板１０を備えている。吸入口８から羽根車３に至る流路内に整流板１０を備え、整流板１０は、これの下流側端と羽根車３の入口側端が回転して形成される仮想端面との距離が、羽根車３の入口側端における羽根３ａの高さよりも小となる位置に配置される部分を少なくとも有している。このように整流板１０が吸入口８から羽根車３近傍にまで形成されているので、整流効果が高く、良好な吸入効率が得られる。尚、４Ｂは、吐出ケース部４Ｈと対を為して羽根車３からの吐出し流体を流す筒状流路１４を形成するための内筒ケース部であり、１５は内筒ケース部４Ｂを吐出ケース部４Ｈに一体化するとともに流れを整流する複数の吐出側整流リブ部である。

本体ケース部４Ａの羽根車側の内周面１１ａ（縮径面）の先端部、即ち吸入口８の羽根車側の先端部ｓと、本体ケース部４Ａの羽根車囲繞部分１３におけるモータ側端の内周部ｎとを結ぶことで形成される仮想円錐面Ｋの軸心Ｘに対する開き角θが１０〜３０度の範囲（１０度≦θ≦３０度）となるように形状設定されている。実施例１においては、前記内周部ｎは、羽根車囲繞部分１３の内周面１３ａにおける羽根３Ａの外径側の吸入口側端に対応する箇所となっている。本体ケース部４Ａは、吸入口８から羽根車３に向かって縮径する縮径部１１と、縮径部１１に続く最小径部１２と、最小径部１２を経て拡径する羽根車囲繞部分１３とから成り、最小径部１２の内周面１２ａは、縮径部１１の縮径面（内周面）１１ａと、羽根車囲繞部分１３の拡径面（内周面）１３ａとを滑らかに繋ぐ湾曲面１２ａに形成されている。

図１に示すように、吸入口８の径がモータ１を囲繞するモータケース２の外径と略等しくなるように、本体ケース部４Ａが形成されているとともに、吸入口８への異物吸入を規制する円筒面状のダストカバー１６が装備されている。ダストカバー１６は、例えば格子状体又は網目状体で形成されている。

本体ケース部４Ａの内周面１１ａ（縮径面）とメカニカルシール側円錐面５ａとで形成される吸入流路１７は、吸入口８から軸心Ｘに交差する方向である矢印イ方向に吸込む水（流体）を、軸心Ｘにほぼ沿う矢印ロ方向に変換させて羽根車３に導き案内する経路である。この吸入流路１７は、その軸心Ｘ方向の長さを、吸入口８の吸込み角（矢印イの軸心Ｘに対する角度）と羽根車３への流入角（矢印ロの軸心Ｘに対する角度）との差（実質的には矢印イの軸心Ｘに対する角度）で除した値、即ち、吸入角度変化率を大きくすれば吸入効率は良くなるが、ポンプとしての軸心Ｘ方向長さ、即ち全長が長くなる。反対に、吸入角度変化率を小さくすれば吸入効率は悪くなるがポンプ全長は短くなり、コンパクト化が図られる。

吸入口８においては、羽根車３に近い箇所ほど流体の吸入作用が強く、モータ１に近い箇所ほど流体の吸入作用は弱くなるから、その先端部ｓが吸入口８からの吸込みの基準となる。従って、吸入流路１７の形状を定義する指針となる値として前述した「仮想円錐面Ｋの軸心Ｘに対する開き角θ」を用いている。

つまり、開き角θが小さいと吸込み効率は良くポンプ全長は長くなり、開き角θが大きいと吸込み効率は悪くなるがポンプ全長は短くなる、という関係が成り立つ。そこで、吐出量（単位時間当りの吐出量：立方メートル／分）とポンプ効率との関係を、幾つかの開き角θ（度）に対して実験して得られたデータを図２に示す。この図２の関係グラフにおいて、▲は開き角θを１５度に設定した実施例１による実験データであり、●は開き角θを４２度に設定した比較例１による実験データ、そして■は開き角θを３０度に設定した実施例２による実験データである。

実施例１及び２のものでは、吐出量が５．４〜７．６（単位：ｍ³／ｍｉｎ）の範囲でポンプ効率が７０％以上の高水準を維持しているが、比較例１のものではポンプ効率は最大でも６２％であり、かつ、吐出量が７m³/minを超えると大きくダウンしていることが見て取れる。例えば、実施例１，２の中吸込型ポンプでは、吐出量が７．５m³/minでポンプ効率が７０％以上あるが、比較例１のものではポンプ効率が５０％を切る程度となってしまう。また、開き角θが１５度の実施例１のものでは、吐出量が８m³/minを超えても十分実用に耐えるポンプ効率が得られる利点のあることも見て取れる。また、前記開き角θが１０度を下回ると、軸方向寸法が増大し、コンパクト性が損なわれてしまう。これらのことから、開き角θは、１０度以上３０度以下、好ましくは１０度以上２５度以下、さらに好ましくは１０度以上２０度以下に設定されるのが良い。

〔別実施例〕
本体ケース部４Ａの内周面１１ａ，１２ａの形状は、羽根車囲繞部分１３の内周面１３ａとを滑らかに繋ぐ形状であれば、図１に示す形状よりも、より仮想円錐面Ｋに近付いた形状でも、遠のいた形状でも良い。また、カップリング等の連動手段を用いることにより、羽根車を装備する主軸とモータ軸とが軸心Ｘを共有する状態で別々に存在する構造でも良い。尚、本明細書における「下流側」とは、水等の液体の流れ方向における下流側との意である。また、整流板１０は、本体ケース部４Ａとメカニカルシール側円錐面５ａとを連結一体化する部分でもある。

本発明による中吸込型水中ポンプの構造を示す断面図（実施例１） 図１のポンプにおける吐出量とポンプ効率との関係グラフを示す図

符号の説明

１ モータ
２ モータケース
３ 羽根車
４ ポンプケーシング
４Ａ 本体ケース部
４Ｈ 吐出ケース部
５ａ メカニカルシール側円錐面
８ 吸入口
９ 吐出口
１１ 縮径部
１１ａ 縮径面
１２ａ 滑らかに繋ぐ面
１３ 羽根車囲繞部分
１３ａ 拡径面
１６ ダストカバー
Ｋ 仮想円錐面
Ｘ 羽根車の軸心
θ 開き角
ｎ 羽根車囲繞部分におけるモータ側端の内周部
ｓ 内吸入ケース部の内周面における先端部

Claims (5)

1. モータと、前記モータで駆動回転される羽根車と、前記羽根車を回転自在に収容するポンプケーシングとを備え、前記ポンプケーシングは、前記羽根車と前記モータとの間に形成される吸入口と、前記羽根車に対して前記モータの反対側に形成される吐出口とを有して成る中吸込型水中ポンプであって、
   前記吸入口の羽根車側の先端部と、前記ポンプケーシングの羽根車囲繞部分におけるモータ側端の内周部とを結ぶことで形成される仮想円錐面の、前記羽根車の軸心に対する開き角が１０〜３０度の範囲となるように形状設定されている中吸込型水中ポンプ。
2. 前記開き角が１０〜２５度の範囲に設定されている請求項１に記載の中吸込型水中ポンプ。
3. 前記吸入口から前記羽根車に至る流路内に整流板を備え、前記整流板は、これの下流側端と前記羽根車の入口側端が回転して形成される仮想端面との距離が、前記羽根車の入口側端における羽根の高さよりも小となる位置に配置される部分を少なくとも有している請求項１又は２に記載の中吸込型水中ポンプ。
4. 前記ポンプケーシングは、前記吸入口の羽根車側の先端部と、前記羽根車囲繞部分におけるモータ側端の内周部とを、前記吸入口から前記羽根車向かって縮径した後拡径するように滑らかに繋ぐ面を備えて形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の中吸込型水中ポンプ。
5. 前記吸入口への異物吸入を規制する円筒面状のダストカバーが装備されている請求項１〜４の何れか一項に記載の中吸込型水中ポンプ。

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