JP4916202B2 - 羽根車および羽根車を備えたポンプ - Google Patents

Description

本発明は、異物を含有した液体を揚水する渦巻ポンプ等に使用される羽根車、および、羽根車を備えたポンプに関する。

従来、ポンプに備えられる羽根車としては、例えば図１３（ａ）（ｂ）に示すように、ハブ７１の中心部にボス７２が設けられ、ボス７２の周囲に複数の羽根７３が設けられたものがある（下記特許文献１参照）。羽根７３の回転方向Ａの前方に形成される前縁７４がボス７２側から後方へ曲線を描きながら径方向の外側へ向かって延びている。羽根７３は、その前縁７４の外端部７４ａがボス７２側の内端部７４ｂよりも回転方向Ａにおける後方へ後退した後退翼である。

回転軸心７５を中心とする前縁７４の内端部７４ｂ（ボス７２と前縁７４との連結部）から外端部７４ａ（前縁７４の周囲）までの周方向における扇角θが１２５°〜１９５°の範囲内に設定されている。

上記羽根車７７は遠心ポンプのハウジング７８内に設けられ、ハウジング７８には円筒形の入口７９が形成されている。
これによると、羽根車７７が所定の回転方向Ａへ回転することによって、水が、入口７９からハウジング７８内に吸込まれ、その後、吐出口（図示省略）から吐出される。水にハンドタオルやハンカチ等の布切れが異物として含有されている場合であっても、上記のように扇角θを１２５°〜１９５°の範囲内に設定することにより、上記異物が羽根７３の前縁７４に引っ掛かって羽根車７７を通過しないといった不具合の発生率を低減することができ、異物の通過率を良好に保つことができる。
特開平１１−１８２４９２

しかしながら上記の従来形式では、異物の通過率は向上するが、その反面、ポンプの効率が低下してしまうといった問題がある。
本発明は、異物の通過率を良好に保つとともに、高いポンプの効率を実現させることが可能な羽根車および羽根車を備えたポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本第１発明では、ポンプに設けられる羽根車であって、
シュラウドの中心部にボスが設けられ、
ボスの周囲に羽根が設けられ、
羽根の回転方向の前方に形成される前縁がボス側から後方へ曲線を描きながら径方向の外側へ向かって延びており、
羽根はその前縁の外端部がボス側の内端部よりも回転方向における後方へ後退した後退翼であり、
羽根は、前縁の径方向の外端部から羽根の後縁に至るチップラインと、前縁の内端部からボスの外周面を経てシュラウドに面して羽根の後縁に至るボスラインとを有し、
回転軸心を中心とする前縁の内端部から外端部までの周方向における扇角を８０°〜１２０°の範囲内に設定し、
羽根の前縁の内端部の肉厚が外端部の肉厚よりも厚いものである。

これによると、後退翼の羽根の扇角を８０°〜１２０°の範囲内に設定したことによって、異物が羽根車を通過する際の通過率を良好に保つとともに、高いポンプの効率を実現させることができる。
また、羽根車が所定の回転方向に回転している際、液体中に混入したハンカチやタオル等の布状の異物が羽根の前縁に引っ掛かろうとした場合、異物は遠心力によって羽根の前縁の内端部から外端部へ移動しようとする。この際、上記前縁の内端部の肉厚は外端部の肉厚よりも厚いため、異物が上記前縁の内端部に引っ掛かる範囲（引っ掛かり部分）は、異物が上記前縁の外端部に引っ掛かる範囲に比べて、肉厚の差だけ拡大する。したがって、上記のように異物が遠心力によって羽根の前縁の内端部から外端部へ移動した際、異物の引っ掛かり範囲が縮小するため、縮小した分だけ異物に弛みが発生する。この弛みによって、異物が羽根の前縁の内端部から外端部へ円滑かつ確実に移動して羽根の前縁から離脱するため、異物が羽根車を通過する際の通過率がより一段と向上する。

本第２発明では、扇角を８０°〜１０５°の範囲内に設定したものである。
これによると、異物が羽根車を通過する際の通過率を良好に保つとともに、より高いポンプの効率を実現させることができる。

本第３発明では、羽根の前縁の肉厚は外端部から内端部に近付くほど次第に増大するものである。

本第４発明では、羽根の前縁の内端部の肉厚は外端部の肉厚の２倍〜８倍であるものである。
本第５発明では、羽根の前縁の内端部の肉厚は外端部の肉厚の４倍〜６倍であるものである。

本第６発明では、上記第１発明から第５発明のいずれか１項に記載の羽根車を備えたポンプであって、
ケーシング内に渦巻室が形成され、
渦巻室に羽根車が設けられ、
ケーシングは、吸込孔と、吸込孔の内周面の奥端部から径方向外側へ次第に広がって渦巻室に至る拡径面とを有し、
羽根車の羽根は、前縁が吸込孔に突入しているとともに、チップラインが拡径面に対向しているものである。

これによると、羽根車が所定の回転方向へ回転することによって、液体が、吸込孔から渦巻室内に吸込まれ、その後、吐出口から吐出される。

以上のように、本発明によると、後退翼の羽根の扇角を８０°〜１２０°の範囲内、好ましくは８０°〜１０５°の範囲内に設定したことによって、異物が羽根車を通過する際の通過率を良好に保つとともに、高いポンプの効率を実現させることができる。

また、羽根の前縁の内端部の肉厚を外端部の肉厚よりも厚くすることによって、布状の異物の通過率をより一段と向上させることができる。

以下、本発明における実施の形態を図１〜図１２に基いて説明する。
図１に示すように、１は渦巻ポンプであり、そのケーシング２は、ケーシング本体３と、ケーシング本体３の底部に取付けられた吸込部４と、ケーシング本体３の側部に取付けられた吐出部５と、ケーシング本体３の上部に取付けられたケーシングカバー６とで構成されている。

ケーシング本体３の内部には渦巻室７が形成されている。渦巻室７には、回転軸８の上下方向の回転軸心９を中心に所定の回転方向Ａへ回転自在な羽根車１０が設けられている。ケーシングカバー６内には、回転軸８を回転させるモーター１１等が内蔵されている。

図１，図２に示すように、吸込部４は、渦巻室７に連通する吸込孔１６と、吸込孔１６の内周面１７の上端部（奥端部）から径方向外側へ連続的にらっぱ状に広がって渦巻室７に至る拡径面１８とを有している。また、吸込部４には、吸込孔１６の内周面から拡径面１８に亘って複数本の溝１９が形成されている。図３に示すように、吸込孔１６の内周面１７と溝１９の壁面１９ａとによって先端の尖った鋭角のエッジ部２５が形成されている。

図４〜図６に示すように、羽根車１０は、２枚（複数枚）の羽根２０と、シュラウド２１と、ボス２２とを備えている。シュラウド２１は、円板状に形成されており、回転軸８の先端部に取付けられている。ボス２２は、円柱状をしており、シュラウド２１の中心部に一体に形成されて回転軸心９上に位置し、吸込孔１６に向かって下向きに突出している。各羽根２０は、ボス２２の周囲に配置され、シュラウド２１に一体に形成されている。

各羽根２０の回転方向Ａの前方に形成される前縁２０ａは、ボス２２側から後方へ円弧状の曲線を描きながら、径方向の外側へ向かって延びている。各羽根２０は、前縁２０ａの径方向の外端部２０ｂがボス２２側の径方向の内端部２０ｃよりも回転方向Ａにおける後方へ後退した後退翼である。

また、各羽根２０は、前縁２０ａの外端部２０ｂから羽根２０の後縁２０ｄに至る円弧状のチップライン２０ｅと、前縁２０ａの内端部２０ｃからボス２２の外周面を経てシュラウド２１に面して羽根２０の後縁２０ｄに至る円弧状のボスライン２０ｆとを有している。各羽根２０は、前縁２０ａが吸込孔１６に突入しているとともに、チップライン２０ｅが拡径面１８に対向している。

回転軸心９を中心とする前縁２０ａの内端部２０ｃから外端部２０ｂまでの周方向における扇角θが８０°〜１２０°の範囲内に設定されている。また、図８，図９に示すように、各羽根２０の前縁２０ａの内端部２０ｃの肉厚Ｔ１は外端部２０ｂの肉厚Ｔ２よりも厚くなっており、前縁２０ａの肉厚は外端部２０ｂから内端部２０ｃに近付くほど次第に増大する。尚、上記内端部２０ｃの肉厚Ｔ１は外端部２０ｂの肉厚Ｔ２の２倍〜８倍の範囲内に設定されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
モータ１１で回転軸８を回転することにより、羽根車１０が所定の回転方向Ａへ回転し、水が、吸込孔１６から渦巻室７内に吸込まれ、その後、吐出口５ａから吐出される。図１０（ａ）は、上記羽根車１０の扇角θに対する水に混入したハンドタオルやハンカチ等の布状の異物の羽根車通過率を示すグラフであり、白丸点はハンカチの通過率、黒四角点はハンドタオルの通過率を示している。このグラフにより、上記扇角θを８０°〜１２０°の範囲内に設定しているため、異物が羽根車１０を通過する際の通過率を良好に保つことができる。尚、図１０（ａ）のグラフは各羽根２０の前縁２０ａの肉厚を４ｍｍに均一にした場合のものである。

また、図１０（ｂ）は、上記羽根車１０の扇角θに対するポンプ１の効率を示すグラフである。このグラフにより、上記扇角θを８０°〜１２０°の範囲内に設定しているため、ポンプ１の効率を高く維持することができる。したがって、上記扇角θを８０°〜１２０°の範囲内に設定することで、異物の通過率が良好に保たれるとともに、高いポンプ１の効率を実現できる。尚、先述した特許文献１の羽根車７７（図１３参照）の扇角θは１２５°〜１９５°の範囲であるため、図１０（ｂ）のグラフに示されるように、ポンプの効率が大幅に低下してしまう。

また、図８，図９に示すように、羽根車１０が所定の回転方向Ａへ回転しており、水に混入したハンドタオルやハンカチ等の異物２７が羽根２０の前縁２０ａに引っ掛かかろうとした場合、異物２７は遠心力によって羽根２０の前縁２０ａの内端部２０ｃから外端部２０ｂへ移動しようとする。この際、上記前縁２０ａの内端部２０ｃの肉厚Ｔ１は外端部２０ｂの肉厚Ｔ２よりも厚いため、図８（ｃ）に示すように異物２７が上記前縁２０ａの内端部２０ｃに引っ掛かる範囲（引っ掛かり部分）は、図９（ｃ）に示すように異物２７が上記前縁２０ａの外端部２０ｂに引っ掛かる範囲に比べて、肉厚の差（すなわちＴ１−Ｔ２）だけ拡大する。したがって、上記のように異物２７が遠心力によって前縁２０ａの内端部２０ｃから外端部２０ｂへ移動しようとした際、異物２７の引っ掛かり範囲が縮小するため、図９（ｃ）に示すように、縮小した分だけ異物２７に弛みが発生する。この弛みによって、異物２７が前縁２０ａの内端部２０ｃから外端部２０ｂへ円滑かつ確実に移動して図９（ｃ）の仮想線で示すように前縁２０ａから離脱するため、異物２７が羽根車１０を通過する際の通過率がより一段と向上する。

尚、図１１は、扇角θを８５°とし、内端部２０ｃの肉厚Ｔ１を２３ｍｍとし、外端部２０ｂの肉厚Ｔ２を４ｍｍとした場合における前縁２０ａの内端部２０ｃから外端部２０ｂに至る肉厚の変化を示したグラフである。これによると、内端部２０ｃの肉厚Ｔ１は外端部２０ｂの肉厚Ｔ２の５．７５倍に設定されている。上記図１０（ａ）のグラフにおいて、扇角θが８５°の場合、羽根２０の前縁２０ａの肉厚を均一（＝４ｍｍ）にすると、黒四角点Ｐ１で示すように異物の通過率は約２０％であるが、上記のように前縁２０ａの内端部２０ｃの肉厚Ｔ１を外端部２０ｂの肉厚Ｔ２の５．７５倍にすると、白四角点Ｐ２で示すように異物の通過率は約７０％に向上する。

また、上記羽根２０の前縁２０ａの内端部２０ｃから外端部２０ｂへ移動した異物２７の一部は、その後、図１２に示すように、羽根２０のチップライン２０ｅと溝１９のエッジ部２５との間に挟まれて切断され、水と共に渦巻室７から吐出口５ａへ吐出される。

上記実施の形態では、扇角θを８０°〜１２０°の範囲内に設定しているが、好ましくは８０°〜１０５°の範囲内に設定してもよい。これによると、異物の通過率を良好に保つとともに、ポンプ１の効率をより高くすることができる。

上記実施の形態では、羽根２０の前縁２０ａの内端部２０ｃの肉厚Ｔ１を外端部２０ｂの肉厚Ｔ２の２倍〜８倍にしているが、４倍〜６倍にしてもよい。この範囲を採用した場合には、羽根車１０の前縁２０ａの強度バランスと異物通過性とを両立させることができる。

上記実施の形態では、図１１において、羽根２０の前縁２０ａの内端部２０ｃの肉厚Ｔ１を２３ｍｍとし、外端部２０ｂの肉厚Ｔ２を４ｍｍとしたグラフを示したが、上記２３ｍｍや４ｍｍといった数値は一例であり、これらに限定されるものではなく、他の数値であっても構わない。

上記実施の形態では、図６に示すように、羽根車１０は２枚の羽根２０を有しているが、３枚以上有するものでもよい。
上記実施の形態では、図１に示すように、ケーシング本体３と吸込部４とを別部材にしているが、ケーシング本体３と吸込部４とを一体物にしてもよい。

上記実施の形態では、渦巻ポンプ１で水を揚水しているが、水以外の液体であってもよい。また、ポンプの一例として渦巻ポンプ１を挙げたが、他の形式のポンプであってもよい。

本発明の実施の形態における羽根車を備えた渦巻ポンプの図である。 同、渦巻ポンプの吸込部の平面図である。 図２におけるａ−ａ矢視図である。 同、羽根車の斜視図である。 同、羽根車の縦断面図である。 図４におけるａ−ａ矢視図である。 同、羽根車の羽根の前縁部分の角度別の断面図であり、（ａ）は図６における回転軸心から半径方向ａの断面図、（ｂ）は図６における回転軸心から半径方向ｂの断面図、（ｃ）は図６における回転軸心から半径方向ｃの断面図、（ｄ）は図６における回転軸心から半径方向ｄの断面図、（ｅ）は図６における回転軸心から半径方向ｅの断面図を示す。 同、羽根車の図であり、（ａ）は羽根車をポンプの吸込孔側から見た図、（ｂ）は羽根車の羽根の前縁部分を径方向から見た図、（ｃ）は上記（ｂ）におけるＸ−Ｘ断面図を示す。 同、羽根車の図であり、（ａ）は羽根車をポンプの吸込孔側から見た図、（ｂ）は羽根車の羽根の前縁部分を径方向から見た図、（ｃ）は上記（ｂ）におけるＸ−Ｘ断面図を示す。 （ａ）は羽根車の扇角に対する異物の通過率を示すグラフであり、（ｂ）は羽根車の扇角に対するポンプの効率を示すグラフである。 同、羽根車の羽根の前縁の内端部から外端部に至る肉厚の変化を示すグラフである。 同、羽根車の羽根が異物を切断する様子を示す図であって、（ａ）は羽根車をポンプの吸込孔側から見た図、（ｂ）は上記（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図、（ｃ）は上記（ｂ）における一部拡大図を示す。 （ａ）は従来の羽根車を備えたポンプの半径方向の断面図、（ｂ）は羽根車をポンプの入口から見た図である。

符号の説明

１ 渦巻ポンプ（ポンプ）
２ ケーシング
７ 渦巻室
９ 回転軸心
１０ 羽根車
１６ 吸込孔
１７ 内周面
１８ 拡径面
２０ 羽根
２０ａ 羽根の前縁
２０ｂ 前縁の外端部
２０ｃ 前縁の内端部
２０ｄ 羽根の後縁
２０ｅ チップライン
２０ｆ ボスライン
２１ シュラウド
２２ ボス
Ａ 回転方向
Ｔ１ 前縁の内端部の肉厚
Ｔ２ 前縁の外端部の肉厚
θ 扇角

Claims (6)

1. ポンプに設けられる羽根車であって、
   シュラウドの中心部にボスが設けられ、
   ボスの周囲に羽根が設けられ、
   羽根の回転方向の前方に形成される前縁がボス側から後方へ曲線を描きながら径方向の外側へ向かって延びており、
   羽根はその前縁の外端部がボス側の内端部よりも回転方向における後方へ後退した後退翼であり、
   羽根は、前縁の径方向の外端部から羽根の後縁に至るチップラインと、前縁の内端部からボスの外周面を経てシュラウドに面して羽根の後縁に至るボスラインとを有し、
   回転軸心を中心とする前縁の内端部から外端部までの周方向における扇角を８０°〜１２０°の範囲内に設定し、
   羽根の前縁の内端部の肉厚が外端部の肉厚よりも厚いことを特徴とする羽根車。
2. 扇角を８０°〜１０５°の範囲内に設定したことを特徴とする請求項１記載の羽根車。
3. 羽根の前縁の肉厚は外端部から内端部に近付くほど次第に増大することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の羽根車。
4. 羽根の前縁の内端部の肉厚は外端部の肉厚の２倍〜８倍であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の羽根車。
5. 羽根の前縁の内端部の肉厚は外端部の肉厚の４倍〜６倍であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の羽根車。
6. 上記請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の羽根車を備えたポンプであって、
   ケーシング内に渦巻室が形成され、
   渦巻室に羽根車が設けられ、
   ケーシングは、吸込孔と、吸込孔の内周面の奥端部から径方向外側へ次第に広がって渦巻室に至る拡径面とを有し、
   羽根車の羽根は、前縁が吸込孔に突入しているとともに、チップラインが拡径面に対向していることを特徴とするポンプ。

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