JP5133026B2 - 汚水用ポンプ羽根車、汚水用ポンプ - Google Patents

Description

本発明は水処理装置における下水送水用ポンプ等に用いられる汚水用ポンプの羽根車に関し、特にバランスウエイトの構造を改良し、ポンプ効率を向上させることができる汚水用ポンプの羽根車及び該汚水用ポンプ羽根車を用いた汚水用ポンプに関するものである。

夾雑物等の異物が混入する汚水処理に用いる汚水用ポンプの羽根車は、異物の巻き付きや羽根車内における閉塞の問題が生じやすいため、主板と側板の間に１枚の翼を有する構成のものが知られている。このように主板と側板の間に１枚の翼を有する構成の汚水用ポンプ羽根車では翼が１枚であるため、例えば、図１に示すように、羽根車１００の主板１０１の背面（翼１０２の反対側面）、羽根車１００のバランスをとるためバランスウエイト１０３を設けている。なお、図１は汚水用ポンプの羽根車の背面図（主板側から見た図）であり、１０４は羽根車ボスである。

上記汚水用ポンプの羽根車のバランスウエイトは、質量バランスをとるために設けたものであり、該バランスウエイトの流体抵抗を考慮していなかった。そのためバランスウエイトの流体抵抗により、ポンプ効率が低下するという問題があった。また、公知技術として、主板の背面に凹部を蓋部材で覆った構造の羽根車もある。この構造ではバランスウエイトが形成された主板の背面の凹部を蓋部材で覆っているから、流体抵抗は低減するが、蓋部材を設けるため構造が複雑になるという問題がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、簡単な構造で且つ流体抵抗が少ないバランスウエイトを設けることにより、ポンプ効率を向上させた汚水用ポンプの羽根車、該羽根車を用いた汚水用ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は主板と側板の間に１枚の翼を有する羽根車本体と、主板の翼の反対側に該主板と一体に形成されたバランスウエイトとを有する構成の汚水用ポンプ羽根車であって、バランスウエイトは翼の反対側面が平坦で羽根車本体の重心と当該羽根車の回転中心を結ぶ第１の直線に線対称に配置され、その重心が該第１の直線上にあり、該バランスウエイトの内側面は主板垂直面に対して所定角度外周側に傾斜した面であり、バランスウエイトの内側面の中心部は円弧状面で、バランスウエイトの内側面の中心部における最も主板に近い点は羽根車ボスの外周に接するか又は所定寸法離間しており、バランスウエイトの外周両端部における最も主板に近い点は、羽根車の回転中心を通り且つ第１の直線に直角な第２の直線に接するように設定されており、バランスウエイトの内側面の中心部円弧状端部と外周端部の間は直線状面に形成され、バランスウエイトの傾斜面は翼の反対側の主板側から見て中心部円弧状部が反主板側に凹んだ形状に形成されていることを特徴とする。

上記のようにバランスウエイトの翼の反対側面が平坦であって、内側面は主板垂直面に対して所定角度外周側に傾斜した面であり、バランスウエイトの内側面の中心部円弧状端部と外周端部の間は直線状面に形成され、バランスウエイトの傾斜面は前記翼の反対側の主板側から見て中心部円弧状部が反主板側に凹んだ形状に形成されているので、羽根車を回転した場合、主板面上にある流体は内側面の傾斜面を通って翼の反対側面の平坦面にスムーズに流れ、更に一部は内側面に沿って流れる旋回流となり、バランスウエイト構造が簡単で且つ流体抵抗が大幅に低減する。また、バランスウエイトの内側面の中心部における最も主板に近い点は羽根車ボスの外周に接するか又は所定寸法離間しており、バランスウエイトの外周両端部における最も主板に近い点は、羽根車の回転中心を通り且つ第１の直線に直角な第２の直線に接するように設定されているので、バランスウエイトは主板の第２の直線で区分された一方の面で第１の直線上を線対称として両側に配置されたシンプルな構造となる。

上記のようにバランスウエイトの内側面の中心部円弧状端部と外周端部の間は直線状面又は翼形状面に形成されているので、羽根車を回転した場合、主板面上にある流体は傾斜した直線状面又は翼形状面を通って翼の反対側面の平坦面にスムーズに流れることになり、バランスウエイトの流体抵抗が低減する。

また、本発明は上記汚水用ポンプ羽根車において、バランスウエイトの内側面の主板垂直面に対する傾斜角度は３０°〜４５°であることを特徴とする。

また、本発明は上記汚水用ポンプ羽根車において、バランスウエイトの高さは、羽根車本体とバランスウエイトからなる羽根車の重心が羽根車の回転中心と一致するように設定したことを特徴とする。

また、本発明は羽根車に上記汚水用ポンプ羽根車を用いたことを特徴とする汚水用ポンプにある。

本発明によれば、羽根車のバランスウエイトの構造が簡単で且つ流体抵抗が低減するので、バランスウエイトの流体損失が少なくなり、その分ポンプ効率を改善できるという効果が得られる。

以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係る汚水用ポンプの羽根車の構成例を示す図で、図２（ａ）は汚水用ポンプの羽根車の背面図（主板側から見た図）、図２（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図示するように、本汚水用ポンプの羽根車１０は、主板４と側板５の間に１枚の翼２を有する羽根車本体と、主板４の翼２の反対側に該主板４と一体に形成されたバランスウエイト３とを有する構成である。

バランスウエイト３は翼２の反対側面が平坦で、羽根車本体（汚水用ポンプの羽根車１０からバランスウエイト３を除いた部分）の重心Ｇ１と当該羽根車の回転中心Ｏを結ぶ第１の直線Ｌ１に線対称に配置され、該バランスウエイト３の重心Ｇ２が第１の直線Ｌ１上にある。バランスウエイト３の内側面（外周側とは反対側の面）３ａは、図３に示すように主板４の垂直面Ｐに対して所定角度αだけ外周側に傾斜した傾斜面となっている。ここでαは、α＝３０°〜４５°とするのが好ましい。また、主板４の中心部には羽根車ボス１が設けられており、バランスウエイト３の内側面３ａの中心部３ｂは、羽根車ボス１の外周に接して円弧状面（羽根車ボス１の外周と同じ円の円弧状面）となっている。

また、バランスウエイト３の外周両端部３ｃ、３ｃは汚水用ポンプの羽根車１０の回転中心Ｏを通り且つ第１の直線Ｌ１に直角な第２の直線Ｌ２に接するか接近するように設定されている。また、バランスウエイト３の内側面３ａの中心部３ｂの円弧状端部と外周端部３ｃの間は直線状面に形成されている。バランスウエイト３の高さＨは、羽根車本体（汚水用ポンプの羽根車１０からバランスウエイト３を除いた部分）とバランスウエイト３からなる羽根車１０の重心が回転中心Ｏと一致するように設定している。

上記のように、バランスウエイト３を第２の直線Ｌ２で２分された主板４の一方の面に、直線Ｌ１を線対称として左右に拡げ、且つ内側面３ａを主板４の垂直面Ｐに対して所定角度α（α＝３０°〜４５°）だけ外周側に傾斜した傾斜面とすることにより、バランスウエイトは簡単な構造となる。また、汚水用ポンプの羽根車１０が図４の矢印Ｂに示すように回転した場合、主板４の上面にある液は矢印Ｃに示すように、主板４の上面からバランスウエイト３の内側面３ａの傾斜面及びバランスウエイト３の上面を通ってスムーズに流れると共に、更に一部は矢印Ｄに示すように内側面３ａに沿って流れる旋回流となり、バランスウエイト３の流体抵抗は大幅に低減される。

図５は本発明に係る汚水用ポンプの羽根車の構成例を示す図で、図５（ａ）は汚水用ポンプの羽根車の背面図（主板側から見た図）、図５（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図示するように、本汚水用ポンプの羽根車１０は、図２に示す汚水用ポンプの羽根車と同様、主板４と側板５の間に１枚の翼２を有する羽根車本体と、主板４の翼２の反対側に該主板４と一体に形成されたバランスウエイト３とを有する構成である。

バランスウエイト３は翼２の反対側面が平坦で羽根車本体（汚水用ポンプの羽根車１０からバランスウエイト３を除いた部分）の重心Ｇ１と当該羽根車の回転中心Ｏを結ぶ第１の直線Ｌ１に線対称に配置され、該バランスウエイト３の重心Ｇ２が第１の直線Ｌ１上にある点、バランスウエイト３の内側面３ａが主板４の垂直面に対して所定角度αだけ外周側に傾斜した傾斜面となっている点は図２に示す汚水用ポンプの羽根車１０と同一である。図５に示す汚水用ポンプの羽根車１０が図２に示した汚水用ポンプの羽根車１０と相違する点は、バランスウエイト３の内側面３ａの中心部３ｂは、羽根車ボス１の外周から所定寸法ｄだけ離間した円弧状面（羽根車ボス１の外周と同心円の円弧状面）となっている点である。

上記のようにバランスウエイト３の内側面３ａの中心部３ｂは、羽根車ボス１の外周から所定寸法ｄだけ離間していることにより、羽根車１０が図６の矢印Ｂに示すように回転した場合、バランスウエイト３の内側面３ａに沿って流れる旋回流Ｄが多くなり、バランスウエイト３の流体抵抗が更に減少する。なお、図２及び図５に示す羽根車１０はステンレス（ＳＣＳ１３）鋳物で構成されている。なお、この材質に限るものではない。

図７は羽根車に上記本発明に係る汚水用ポンプの羽根車を用いた汚水用ポンプの構成を示す断面図である。本汚水用ポンプは電動機と一体に構成された構造である。羽根車１０は図２、図５に示す構造のもので、電動機軸１６の先端にボルト１１により固着されている。ポンプケーシング１２は吐出口１２ｂと吸込口１２ａを有し、中間ケーシング２８とボルト２６、２７で固着されポンプ室を形成している。ポンプケーシング１２の吸込口１２ａには吸込短管２９が接続され、吐出口１２ｂには吐出曲管１３が接続されている。

ポンプケーシング１２にはポンプを自立させるための複数の脚１２ｃが設けられている。また、ポンプ部の圧力水が電動機側へ漏洩しないように、ポンプ部と電動機部の間にメカニカルシール１４が設けられ、軸封されている。該メカニカルシール１４の軸封部の外側には油室１５が設けられ、該油室１５に油が封入されており、これによりメカニカルシール１４の摺動面の潤滑と冷却を行なっている。

電動機フレーム１９内には電動機の固定子２０が嵌合固定されており、該固定子２０内に電動機軸１６に固定された回転子２１が貫通配置されている。電動機軸１６は上下両端部を上部軸受１８と下部軸受１７で電動機フレーム１９に回転自在に支持されている。電動機は水中で使用されるので、Ｏリング２５等により電動機フレーム１９内は気密に構成されており、水中ケーブル２２を通って電力が供給されるようになっている。電動機フレーム１９の上部には把手２３が設けられており、これにより汚水槽内へ汚水用ポンプの吊り下げや移動を行なう。また、電動機フレーム１９内にはプロテクタ２４が設けられており、過電流や欠相運転等による電動機の焼損を防止している。

上記構成の汚水用ポンプにおいて、電動機を起動し、電動機軸１６が回転すると、羽根車１０が回転し、吸込短管２９を通してポンプケーシング１２の吸込口１２ａから吸い込まれた汚水は、翼２の翼負圧面内及び翼圧面とポンプケーシング１２の間の流路を通って、ポンプケーシング１２の吐出口１２ｂから、吐出曲管１３を通って送水される。このとき主板４の上面に存在する水をバランスウエイト３が攪拌することになり、その流体抵抗がポンプ効率を低下させることになるが、ここではバランスウエイト３が上記構造となっているので、流体抵抗が低減され、ポンプ効率は向上する。なお、翼２の詳細形状は特開平１１−６４９６号公報に開示されており、本発明とは直接関係がないのでその説明は省略する。

図８（ａ）は本発明に係る羽根車を用いた汚水用ポンプと図１に示す従来の羽根車を用いた汚水用ポンプのポンプ揚程とポンプ効率の比較例を示す図である。なお、両羽根車の前記翼の形状は同一であり、横軸を流量、縦軸を揚程、効率を示す。図８（ａ）において、Ａは本発明に係る羽根車を用いた汚水用ポンプの揚程を、Ｂは従来の羽根車を用いた汚水用ポンプの揚程を、Ｃは本発明に係る羽根車を用いた汚水用ポンプの効率を、Ｄは従来の羽根車を用いた汚水用ポンプの効率をそれぞれ示す。図８（ａ）から明らかなように、本発明に係る羽根車を用いた汚水用ポンプは従来の羽根車を用いた汚水用ポンプに比較し、揚程はやや低下するがポンプ効率が向上する。

図８（ｂ）は本発明に係る羽根車を用いた汚水用ポンプと図１に示す従来の羽根車を用いた汚水用ポンプの軸動力の比較例を示す図である。なお、横軸を流量、縦軸を軸動力を示す。図８（ｂ）において、Ａは本発明に係る羽根車を用いた汚水用ポンプの軸動力を、Ｂは従来の羽根車を用いた汚水用ポンプの軸動力をそれぞれ示す。図８（ｂ）から明らかなように、本発明に係る羽根車を用いた汚水用ポンプは従来の羽根車を用いた汚水用ポンプに比較し、軸動力が小さい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば図９に示すように、主板４の羽根車ボス１に接近してバランスウエイト３の突出部３ｄ、３ｄを形成し、外周両端部３ｃ、３ｃを該突出部３ｄ、３ｄの後方に位置するように配置してもよい。また、ここでもバランスウエイト３は翼２の反対側面が平坦で、羽根車本体の重心Ｇ１と当該羽根車の回転中心Ｏを結ぶ第１の直線Ｌ１に線対称に配置され、該バランスウエイト３の重心Ｇ２が第１の直線Ｌ１上にある。なお、図９（ａ）は汚水用ポンプの羽根車の背面図、図９（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

従来の汚水用ポンプの羽根車の構成例を示す図である。 本発明に係る汚水用ポンプの羽根車の構成例を示す図である。 本発明に係る汚水用ポンプの羽根車のバランスウエイトの内側面の断面形状を示す図である。 本発明に係る汚水用ポンプの羽根車の主板上の液流れ状態を示す図である。 本発明に係る汚水用ポンプの羽根車の構成例を示す図である。 本発明に係る汚水用ポンプの羽根車の主板上の液流れ状態を示す図である。 本発明に係る汚水用ポンプの構成例を示す断面図である。 汚水用ポンプの揚程と効率の比較例を示す図である。 汚水用ポンプの軸動力の比較例を示す図である。 本発明に係る汚水用ポンプの羽根車の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 羽根車ボス
２ 翼
３ バランスウエイト
４ 主板
５ 側板
１０ 羽根車
１１ ボルト
１２ ポンプケーシング
１３ 吐出曲管
１４ メカニカルシール
１５ 油室
１６ 電動機軸
１９ 電動機フレーム
２０ 固定子
２１ 回転子
２２ 水中ケーブル
２３ 把手
２４ プロテクタ
２５ Ｏリング
２６ ボルト
２７ ボルト
２８ 中間ケーシング
２９ 吸込短管

Claims (4)

1. 主板と側板の間に１枚の翼を有する羽根車本体と、前記主板の前記翼の反対側に該主板と一体に形成されたバランスウエイトとを有する構成の汚水用ポンプ羽根車であって、
   前記バランスウエイトは前記翼の反対側面が平坦で前記羽根車本体の重心と当該羽根車の回転中心を結ぶ第１の直線に線対称に配置され、その重心が該第１の直線上にあり、該バランスウエイトの内側面は主板垂直面に対して所定角度外周側に傾斜した面であり、
   前記バランスウエイトの内側面の中心部は円弧状面で、バランスウエイトの内側面の中心部における最も主板に近い点は羽根車ボスの外周に接するか又は所定寸法離間しており、
   前記バランスウエイトの外周両端部における最も主板に近い点は、前記羽根車の回転中心を通り且つ前記第１の直線に直角な第２の直線に接するように設定されており、
   前記バランスウエイトの内側面の前記中心部円弧状端部と前記外周端部の間は直線状面に形成され、前記バランスウエイトの傾斜面は前記翼の反対側の主板側から見て前記中心部円弧状部が反主板側に凹んだ形状に形成されていることを特徴とする汚水用ポンプ羽根車。
2. 請求項１に記載の汚水用ポンプ羽根車において、
   前記バランスウエイトの内側面の前記主板垂直面に対する傾斜角度は３０°〜４５°であることを特徴とする汚水用ポンプ羽根車。
3. 請求項１又は２に記載の汚水用ポンプ羽根車において、
   前記バランスウエイトの高さは、前記羽根車本体と前記バランスウエイトからなる羽根車の重心が前記羽根車の回転中心と一致するように設定したことを特徴とする汚水用ポンプ羽根車。
4. 羽根車に請求項１乃至３のいずれか１項に記載の汚水用ポンプ羽根車を用いたことを特徴とする汚水用ポンプ。

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