JP4963836B2 - 渦巻ポンプ装置 - 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装置に関する。

従来、この種のポンプ装置としては、例えば図１３に示すような遠心ポンプ６０がある。遠心ポンプ６０のケーシング６１内には渦巻室６２が形成され、ケーシング６１の底部に吸込孔６３が形成され、ケーシング６１の側部に吐出孔６４が形成され、渦巻室６２内に回転自在な羽根車６５が設けられている（特許文献１参照）。

これによると、羽根車６５が回転することによって、水（液体）が、吸込孔６３から渦巻室６２内に流入し、吐出孔６４から吐出される。図１３に示した遠心ポンプ６０では、羽根車６５とケーシング６１の内部底面との間隔６７を広く確保しているため、水に含まれている異物が、羽根車６５とケーシング６１との間に詰まることはなく、水と共に吸込孔６３から渦巻室６２内を経て吐出孔６４から確実に吐出される。

しかしながら図１３に示した遠心ポンプ６０では、羽根車６５とケーシング６１の内部底面との間隔６７が非常に大きくなるため、ポンプ６６の効率が大幅に低下するといった問題がある。

これに対して、羽根車とケーシングの内部底面との間隔を狭くした遠心ポンプとしては、図１４に示すものがある（特許文献２参照）。
すなわち、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、ケーシング７１に円筒形状の吸込孔７２が形成され、ケーシング７１内に回転自在な羽根車７３が設けられ、羽根車７３はハブ７３ａと複数の羽根７３ｂとで構成されている。ケーシング７１の内面壁部７５には、異物排出用の溝７６が形成されている。図１４（ｃ）に示すように、上記溝７６の断面は、溝７６の幅方向における外側の端縁７６ａから内側の端縁７６ｂにわたって緩やかに傾斜した傾斜面７６ｃと、内側の端縁７６ｂに形成され且つ内面壁部７５に対して直交する直交面７６ｄとを有している。尚、溝７６の深さは内面壁部７５を基準にして所定深さＤに設定されている。

これによると、図１４に示す遠心ポンプ７７の羽根車７３の羽根７３ｂとケーシング７１の内面壁部７５との間隔７８が図１３に示した遠心ポンプ６０のものよりも狭くなるため、遠心ポンプ７７の効率が向上する。また、羽根車７３が回転方向Ｆに回転することにより、水に含まれる異物は、水と共に吸込孔７２からケーシング７１内に吸込まれ、溝７６の内部を通過して羽根車７３の上流側から下流側へ排出される。

しかしながら上記遠心ポンプ７７では、図１４（ｃ）に示すように、溝７６の傾斜面７６ｃが外側の端縁７６ａから内側の端縁７６ｂにわたって緩やかに傾斜しているため、所定深さＤを有するのは傾斜面７６ｃの幅方向における一部分しかなく、傾斜面７６ｃの他の大部分の領域は所定深さＤよりも浅くなる。したがって、ハンドタオル等の厚い布状の異物が溝７６内を通過する際の通過率が劣るといった問題がある。
特開平１１−２５７２７０ 特開平１１−２０１０８７

本発明は、効率の大幅な低下を防止し、異物を容易に切断することができ、ハンドタオルのような厚い布状の異物が羽根車を通過する際の通過率が向上する渦巻ポンプ装置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、ケーシング内に渦巻室が形成され、
渦巻室に、羽根を有する羽根車が回転軸心を中心に回転自在に設けられた渦巻ポンプ装置であって、
ケーシングは、円筒状の吸込孔と、吸込孔の内周面の奥端部から径方向外側へらっぱ状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、先端部が吸込孔に突入しているとともに、外周部が拡径面に対向しており、
ケーシング内に、吸込孔の内周面から拡径面に亘って溝が形成され、
溝は、羽根車の回転方向において前方に位置する前方側壁面と、上記回転方向において後方に位置する後方側壁面と、これら前後両側壁面間に形成された底面とで構成されており、且つ、羽根車の上流側で異物を収容する収容領域と、収容領域の下流側で異物を切断する切断領域と、切断領域の下流側で前記切断された異物を羽根車の下流側へ排出する排出領域とを有し、
切断領域は吸込孔の内周面に面しており、
切断領域に異物切断用エッジ部が形成され、
異物切断用エッジ部は、吸込孔の内周面と溝の前方側壁面とがなす角度を略直角又は鋭角とし、吸込孔内で、羽根の先端部外周の端縁に対向しており、
切断領域は異物を羽根の先端部外周の端縁と異物切断用エッジ部との間に挟んで羽根車の回転軸心方向から切断するように構成され、
溝の幅方向断面の底面は、拡径面において、拡径面と略平行に形成されているものである。

これによると、羽根車が回転することによって、液体が、吸込孔から渦巻室に吸込まれ、羽根車の下流側へ吐出される。この際、液体中に含まれる異物は、吸込孔から拡径面に沿って流れ方向が変わるよりも前に、羽根車の羽根と異物切断用エッジ部との間に挟まれて切断される。切断された異物の一部分は溝の内部を通過して羽根車の上流側から下流側へ排出される。このとき切断された分、異物は羽根車とケーシング内面との間を通過し易くなり、羽根車の羽根とケーシング内面との間隔を狭くすることが可能となる。これにより、ポンプの効率の大幅な低下を防止することができる。

また、溝の幅方向断面の底面は拡径面において拡径面と略平行に形成されているため、厚さの分厚い異物であっても、切断後、異物の一部分を溝の内部に収容して羽根車の下流側へ送り出すことができる。

本第２発明では、拡径面は、平面部と、平面部から吸込孔にかけて連続する曲面部とを有し、
排出領域は拡径面の平面部と曲面部とに面しており、
平面部において、溝の底面は、溝の長手方向にわたって、平面部から一定深さに位置しているものである。

これによると、拡径面の平面部において、溝の底面は溝の長手方向にわたって平面部から一定深さに保たれているため、厚さの分厚い異物であっても、切断後、異物の一部分を確実に溝の内部に収容して羽根車の下流側へ送り出すことができる。

本第３発明では、拡径面の平面部において、溝の後方側壁面と平面部とがなす角度を略直角〜１３５°の範囲内にしたものである。
これによると、切断された後の異物が排出領域における溝の内部を通過する際の通過率が向上する。

本第４発明では、拡径面の平面部において、溝の後方側壁面と平面部とがなす角度を略直角〜１２５°の範囲内にしたものである。
これによると、切断された後の異物が排出領域における溝の内部を通過する際の通過率がより一層向上する。

本第５発明では、拡径面の平面部において、溝の前方側壁面と平面部とがなす角度を略直角〜１２５°の範囲内にしたものである。
これによると、切断された後の異物が排出領域における溝の内部を通過する際の通過率が向上する。

本第６発明では、溝は、吸込孔の内周面から拡径面に亘って、羽根車の回転方向において次第に外側へ広がっていく滑らかな曲線を描いて形成されているものである。
本第７発明では、羽根車は、回転方向において前向きとなる前縁部が回転方向とは逆方向へ曲線を描くように形成された羽根を有する後退翼形式のものである。

これによると、紐状や布状の異物が羽根車に絡みつくのを低減することができる。

以上のように本発明によると、吸込方向と排出方向が異なる渦巻ポンプにおいて、異物が羽根車の上流側から下流側へ排出される際に切断され、その一部分が流れ方向を変えて溝の内部を通過する。このとき切断された分、異物は羽根車とケーシング内面との間を通過し易くなる。これにより、羽根車の羽根とケーシング内面との間隔を狭くすることが可能となり、ポンプの効率の大幅な低下を防止することができる。

また、溝の幅方向断面の底面は拡径面において拡径面と略平行に形成されているため、厚さの分厚い異物であっても、切断後、異物の一部分を溝の内部に収容して羽根車の下流側へ送り出すことができ、これにより、異物が羽根車を通過する際の通過率が向上する。

さらに、溝の後方側壁面と拡径面の平面部とがなす角度を略直角〜１３５°又は略直角〜１２５°の範囲内にすることにより、切断された後の異物が排出領域における溝の内部を通過する際の通過率が向上する。

以下、本発明における実施の形態を図面に基いて説明する。
図１に示すように、１は渦巻ポンプ装置であり、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３に示すように、吸込部４は、ケーシング本体３の下方へ突出する円筒状部１４と、この円筒状部１４の上端から径方向外側へ広がる拡径部１５とで構成されている。円筒状部１４には、渦巻室７に連通する吸込孔１６が形成されている。また、拡径部１５には、吸込孔１６の内周面１６ａ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１５ａが形成されている。尚、拡径面１５ａは、回転軸心９に直交する平面部１５ｂと、平面部１５ｂから吸込孔１６の内周面１６ａに連続する円弧状の曲面部１５ｃとを有している。

ケーシング２の吸込部４には、吸込孔１６の内周面１６ａから拡径部１５の拡径面１５ａに亘って２本（複数本）の溝１８が形成されている。これら溝１８は、羽根車１０の回転方向Ｆにおいて次第に外側へ広がっていく滑らかな曲線を描いて形成されている。尚、各溝１８の上流側始端部Ｅ１は吸込孔１６の内周面１６ａに達しており、各溝１８の下流側終端部Ｅ２は拡径面１５ａの外周端に達している。

また、各溝１８は、羽根車１０の回転方向Ｆにおいて前方に位置する前方側壁面１８ａと、上記回転方向Ｆにおいて後方に位置する後方側壁面１８ｂと、これら前後両側壁面１８ａ，１８ｂ間に形成された底面１８ｃとで構成されている。尚、前方側壁面１８ａと後方側壁面１８ｂとは上記回転軸心９を中心とする径方向において相対向している。

図２に示すように、各溝１８は、羽根車１０の上流側で異物２１を収容する収容領域Ｒ１と、収容領域Ｒ１の下流側で異物２１を切断する切断領域Ｒ２と、切断領域Ｒ２の下流側で前記切断された異物２１を羽根車１０の下流側へ排出する排出領域Ｒ３とを有している。尚、収容領域Ｒ１と切断領域Ｒ２とはそれぞれ吸込孔１６の内周面１６ａに面している。また、排出領域Ｒ３は拡径面１５ａの平面部１５ｂと曲面部１５ｃとに面している。

図４は切断領域Ｒ２から排出領域Ｒ３に至る溝１８の幅方向に沿った断面（図２，図３におけるａ−ａ断面〜ｆ−ｆ断面）の形状を示している。図４（１）（２）に示すように、切断領域Ｒ２において、吸込孔１６の内周面１６ａと溝１８の前方側壁面１８ａとによって先端の尖った異物切断用エッジ部２２が形成されている。この異物切断用エッジ部２２は羽根車１０に対向している。上記内周面１６ａと前方側壁面１８ａとがなす角度Ａ（異物切断用エッジ部２２の角度）は、ａ−ａ断面およびｂ−ｂ断面において鋭角となっている。

また、図５は排出領域Ｒ３における拡径面１５ａの平面部１５ｂの溝１８の幅方向に沿った断面（図２，図３におけるｇ−ｇ断面〜ｉ−ｉ断面）の形状を示している。拡径面１５ａの平面部１５ｂにおける溝１８の底面１８ｃは、上記平面部１５ｂとほぼ平行であり、且つ溝１８の長手方向にわたって平面部１５ｂから一定深さＤの位置に形成されている。また、上記平面部１５ｂにおいて、溝１８の後方側壁面１８ｂと平面部１５ｂとがなす角度Ｂを１２０°に設定し、溝１８の前方側壁面１８ａと平面部１５ｂとがなす角度Ｃを直角に設定している。

尚、上記図２，図３におけるａ−ａ断面〜ｄ−ｄ断面は回転軸心９の方向に対して傾斜した断面であり、ｅ−ｅ断面〜ｉ−ｉ断面は回転軸心９と同方向の断面である。
図６に示すように、羽根車１０は、後退翼形式のものであり、円板状のハブ２５と、このハブ２５に設けられた２枚（複数枚）の羽根２６とから構成されている。各羽根２６は、回転方向Ｆにおいて前向きとなる前縁部２６ａが上記回転方向Ｆとは逆方向へ滑らかな曲線を描くように形成されている。

図１に示すように、羽根車１０の羽根２６の先端部は、上方から吸込孔１６の上部に突入しており、切断領域Ｒ２における溝１８の異物切断用エッジ部２２との間で異物２１を切断する。また、羽根２６の外周部は、拡径面１５ａに対向している。尚、羽根２６と吸込孔１６の内周面１６ａとの間並びに羽根２３と拡径面１５ａとの間にはそれぞれ僅かな間隔が空いている。

以下、上記構成における作用を説明する。
羽根車１０が所定の回転方向Ｆに回転することによって、水（流体の一例）は、吸込孔１６から渦巻室７に吸込まれ、渦巻室７を経て吐出部５から吐出される。この際、水に異物２１（例えばハンドタオルや布切れ、紐等）が含まれている場合、上記異物２１は、図８に示すように遠心力によって吸込孔１６の内周面１６ａに面して移動し、図９に示すように、溝１８の収容領域Ｒ１において、その一部分が溝１８に入り込み、図１０に示すように、溝１８の切断領域Ｒ２において、回転している羽根車１０の羽根２６の端縁２６ｂと異物切断用エッジ部２２との間に挟まれて切断される。

切断された異物２１の一部分は、回転軸心９の方向から径方向へ流れを変えながら、図１１に示すように、溝１８の内部を通って切断領域Ｒ２から排出領域Ｒ３へ送られ、排出領域Ｒ３において溝１８の内部を通過し下流側終端部Ｅ２から渦巻室７に排出される。このように、切断された異物２１の一部分が溝１８の内部を通過して羽根車１０の上流側から下流側へ排出される。このとき切断された分、異物２１は羽根車１０とケーシング２の吸込部４の内面との間を通過し易くなる。これにより、羽根車１０の羽根２６とケーシング２の吸込部４の内面との間隔を狭くすることが可能となり、ポンプ１の効率の大幅な低下を防止することができる。

また、図５に示すように、拡径面１５ａの平面部１５ｂにおいて、溝１８の底面１８ｃは、平面部１５ｂとほぼ平行であり且つ溝１８の長手方向にわたって平面部１５ｂから一定深さＤに保たれているため、ハンドタオルのような厚さの分厚い異物２１であっても、切断後、一部分を溝１８の内部に収容して羽根車１０の下流側へ送り出すことができる。

また、図１２（ａ）のグラフは、溝１８の後方側壁面１８ｂと拡径面１５ａの平面部１５ｂとがなす角度Ｂ（図５参照）に対する異物２１の羽根車部の通過率の関係を示すものである。尚、このグラフは、吸込孔１６の口径がΦ１００〜Φ１１０ｍｍで、深さＤが２．０〜３．５ｍｍの溝１８を２本備えた渦巻ポンプ１についての実験データを元に作成したものであり、異物２１としては、大きさ３４０×３４０ｍｍ、質量３４ｇのハンドタオルを用いている。

これによると、上記実施の形態では、上記角度Ｂを１２０°に設定しているため、異物通過率は９５％以上と非常に良好な値になり、異物２１が溝１８に詰まるのを防止することができる。

尚、上記実施の形態では上記角度Ｂを１２０°に設定しているが、１２０°に限定されるものではなく、上記異物通過率が９０％を超える約９０°〜１３５°の範囲内の値であればよく、さらには、上記異物通過率が９５％を超える約９０°〜１２５°の範囲内の値にするのが好ましい。

また、図１２（ｂ）のグラフは、上記角度Ｂに対する渦巻ポンプ１の効率の関係を示すものである。これによると、上記角度Ｂが９０°〜１３５°の範囲内である場合、渦巻ポンプ１の効率はほとんど変動せずにほぼ一定の値を示す。

上記実施の形態では、図５に示すように、溝１８の前方側壁面１８ａと拡径面１５ａの平面部１５ｂとがなす角度Ｃを直角に設定しているが、直角に限定されるものではなく、約９０°〜１２５°の範囲内の値であればよい。尚、この数値範囲（約９０°〜１２５°）において、上記と同じハンドタオルの通過率が９０％を超えることを実験で確認している。

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２６を有しているが、３枚以上の羽根２６を有したものでもよい。
上記実施の形態では、図２に示すように、吸込部４に溝１８を２本形成しているが、１本又は３本以上形成してもよい。

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、溝１８は、羽根車１０の回転方向Ｆにおいて次第に外側へ広がっていく滑らかな曲線を描いて形成されているが、直線状や放射状に形成されているものでもよい。

上記実施の形態では、拡径面１５ａの平面部１５ｂが回転軸心９に直交しているが、直交してなくてもよい。また、拡径面１５ａに平面部１５ｂが存在していないものでもよい。

上記実施の形態では、図４（１）（２）に示すように、異物切断用エッジ部２２は、吸込孔１６の内周面１６ａと溝１８の前方側壁面１８ａとがなす角度Ａを鋭角としているが、略直角にしてもよい。

上記実施の形態では、流体の一例として水を挙げたが、水以外の液体であってもよい。

本発明の実施の形態における渦巻ポンプ装置の一部切欠き側面図である。 同、渦巻ポンプ装置の吸込部の平面図である。 図２におけるＸ−Ｘ矢視図である。 同、渦巻ポンプ装置の溝の幅方向に沿った断面図であり、（１）は図２，図３におけるａ−ａ矢視図、（２）は図２，図３におけるｂ−ｂ矢視図、（３）は図２，図３におけるｃ−ｃ矢視図、（４）は図２，図３におけるｄ−ｄ矢視図、（５）は図２，図３におけるｅ−ｅ矢視図、（６）は図２，図３におけるｆ−ｆ矢視図を示す。 同、渦巻ポンプ装置の溝の幅方向に沿った断面図であり、（１）は図２，図３におけるｇ−ｇ矢視図、（２）は図２，図３におけるｈ−ｈ矢視図、（３）は図２，図３におけるｉ−ｉ矢視図を示す。 同、渦巻ポンプ装置の羽根車を吸込孔の入口側となる方向から見た図である。 同、渦巻ポンプ装置の羽根車の断面図であり、（１）は図６におけるａ−ａ矢視図、（２）は図６におけるｂ−ｂ矢視図、（３）は図６におけるｃ−ｃ矢視図を示す。 同、渦巻ポンプ装置による異物切断のメカニズムを示す図であり、（ａ）は吸込部と羽根車とを吸込孔の入口側から見た図、（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。 同、渦巻ポンプ装置による異物切断のメカニズムを示す図であり、（ａ）は吸込部と羽根車とを吸込孔の入口側から見た図、（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。 同、渦巻ポンプ装置による異物切断のメカニズムを示す図であり、（ａ）は吸込部と羽根車とを吸込孔の入口側から見た図、（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。 同、渦巻ポンプ装置による異物切断のメカニズムを示す図であり、（ａ）は吸込部と羽根車とを吸込孔の入口側から見た図、（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）は溝の後方側壁面と拡径面とがなす角度に対する異物の通過率の関係を示すグラフであり、（ｂ）は溝の後方側壁面と拡径面とがなす角度に対するポンプの効率の関係を示すグラフである。 従来のポンプ装置の断面図である。 従来の別のポンプ装置の図であり、（ａ）はケーシングの吸込孔と羽根車との断面図、（ｂ）は上記（ａ）におけるａ−ａ矢視図、（ｃ）は上記（ｂ）におけるｂ−ｂ矢視図を示す。

符号の説明

１ 渦巻ポンプ装置
２ ケーシング
７ 渦巻室
９ 回転軸心
１０ 羽根車
１５ａ 拡径面
１５ｂ 平面部
１５ｃ 曲面部
１６ 吸込孔
１６ａ 吸込孔の内周面
１８ 溝
１８ａ 前方側壁面
１８ｂ 後方側壁面
１８ｃ 底面
２２ 異物切断用エッジ部
２６ 羽根
２６ａ 前縁部
Ａ 吸込孔の内周面と溝の前方側壁面とがなす角度
Ｂ 後方側壁面と拡径面とがなす角度
Ｃ 前方側壁面と拡径面とがなす角度
Ｄ 一定深さ
Ｆ 羽根車の回転方向
Ｒ１ 収容領域
Ｒ２ 切断領域
Ｒ３ 排出領域

Claims (7)

1. ケーシング内に渦巻室が形成され、
   渦巻室に、羽根を有する羽根車が回転軸心を中心に回転自在に設けられた渦巻ポンプ装置であって、
   ケーシングは、円筒状の吸込孔と、吸込孔の内周面の奥端部から径方向外側へらっぱ状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、先端部が吸込孔に突入しているとともに、外周部が拡径面に対向しており、
   ケーシング内に、吸込孔の内周面から拡径面に亘って溝が形成され、
   溝は、羽根車の回転方向において前方に位置する前方側壁面と、上記回転方向において後方に位置する後方側壁面と、これら前後両側壁面間に形成された底面とで構成されており、且つ、羽根車の上流側で異物を収容する収容領域と、収容領域の下流側で異物を切断する切断領域と、切断領域の下流側で前記切断された異物を羽根車の下流側へ排出する排出領域とを有し、
   切断領域は吸込孔の内周面に面しており、
   切断領域に異物切断用エッジ部が形成され、
   異物切断用エッジ部は、吸込孔の内周面と溝の前方側壁面とがなす角度を略直角又は鋭角とし、吸込孔内で、羽根の先端部外周の端縁に対向しており、
   切断領域は異物を羽根の先端部外周の端縁と異物切断用エッジ部との間に挟んで羽根車の回転軸心方向から切断するように構成され、
   溝の幅方向断面の底面は、拡径面において、拡径面と略平行に形成されていることを特徴とする渦巻ポンプ装置。
2. 拡径面は、平面部と、平面部から吸込孔にかけて連続する曲面部とを有し、
   排出領域は拡径面の平面部と曲面部とに面しており、
   平面部において、溝の底面は、溝の長手方向にわたって、平面部から一定深さに位置していることを特徴とする請求項１記載の渦巻ポンプ装置。
3. 拡径面の平面部において、溝の後方側壁面と平面部とがなす角度を略直角〜１３５°の範囲内にしたことを特徴とする請求項２記載の渦巻ポンプ装置。
4. 拡径面の平面部において、溝の後方側壁面と平面部とがなす角度を略直角〜１２５°の範囲内にしたことを特徴とする請求項２記載の渦巻ポンプ装置。
5. 拡径面の平面部において、溝の前方側壁面と平面部とがなす角度を略直角〜１２５°の範囲内にしたことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の渦巻ポンプ装置。
6. 溝は、吸込孔の内周面から拡径面に亘って、羽根車の回転方向において次第に外側へ広がっていく滑らかな曲線を描いて形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の渦巻ポンプ装置。
7. 羽根車は、回転方向において前向きとなる前縁部が回転方向とは逆方向へ曲線を描くように形成された羽根を有する後退翼形式のものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の渦巻ポンプ装置。

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