JP5176565B2 - ポンプ - Google Patents

Description

本発明は水を昇圧して送水するポンプに係り、特に異物が流入し得る軸流ポンプまたは斜流ポンプに関する。

従来の斜流ポンプの例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の斜流ポンプは汚水ポンプとして用いられるので、羽根車とケーシングの間における異物の通過を容易にするために、主軸の周囲に同心状の内周面を形成するケーシングを配置し、ケーシング内に羽根車を設けている。そして、羽根車に設けた羽根の縁部に対向するケーシングの内周面に、被駆動流体の絶対速度方向に沿って複数の溝を設けている。

異物をスムーズに通過させる従来の水中ポンプの他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載の軸流ポンプでは、ライナーリングを水中ポンプの羽根車に対向させてケーシング内部に設け、このライナーリングの内周に、異物を捕捉して通過させる凸部材または溝を設けている。そしてライナーリングを分割して可動ライナーとしている。これにより、羽根とライナーリングとの隙間で絡みつく異物を容易に取り除きポンプ内をスムーズに通過させている。

異物の絡みつきがほとんど生じないポンプゲートの例が、特許文献３に記載されている。この公報に記載のポンプでは、軸流ポンプの羽根車の吸込み側前縁を後退翼で構成し、羽根のハブ側後縁と羽根の前縁とを結ぶ直線の長さが、羽根前縁の半径方向位置が大きくなるに連れて、短くなるように形成されている。

特開平７−３５０８２号公報 特開２００５−４２７１４号公報 特開２００７−２３１７４８号公報

上記特許文献１ないし３に記載の従来のポンプでは、ポンプ装置内に流入した異物が、ポンプ装置内に滞留しないよう、様々な工夫がなされている。特許文献１に記載のポンプ装置では、ポンプ内を流れる流体の絶対速度方向に溝を形成することにより、溝に沿って異物が持ち去られるようにしている。しかしながら、このポンプ装置では、溝寸法に対して小さな異物や紐状異物は溝を流通できるが、空缶やペットボトルのような溝に比べてその大きさが大きい異物がポンプに流入すると、ポンプの羽根車やケーシングを損傷する恐れがある。この不具合を解消するために、ポンプ装置の上流にフィルターを設けると、費用がかさむ上、フィルターの定期的なメンテナンスが必要になる。また、溝の大きさが細かくなればなるほどメンテナンス周期が短くなる。

特許文献２に記載のポンプ装置では、羽根車入口部における異物の詰まりには有効であるが、羽根車外径端とケーシングライナとの隙間に異物が流入すると、異物を噛み込んで異物が流下しなくなるおそれがある。また、異物対策に溝形状とすると、十分な切断能力が発揮できない場合がある。例えば、切断中の詰まっている異物がある状態で他の異物が流下すると、軸動力の増加とそれに起因するモータ等の過負荷状態が発生する恐れがある。

特許文献３では、軸流羽根車のチップ側に異物を移動させ、異物の流通をスムーズ化しているが、この特許文献３に記載のポンプ装置でも、異物を羽根車とケーシング内周との間に形成される隙間を通過させるためには、隙間を十分広く取る必要が有り、ポンプ装置の効率の低下を引き起こす恐れがある。

本発明は上記従来技術に鑑みなされたものであり、その目的は、ポンプの羽根車前縁や羽根車外径端とケーシングライナの隙間への異物の詰まりを従来以上に抑制して、軸動力の増大を回避することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、オープン形の羽根車を有する斜流または軸流ポンプであって、前記羽根車を構成する羽根の前縁形状をハブ側では羽根車の回転方向に前進させ羽根チップ側では後退させたポンプにおいて、前記羽根車を収容するケーシングライナの内周面であって前記羽根のチップと対向する位置に軸方向に延びる溝と突起とを隣り合わせて形成し、前記溝を前記突起よりも前記羽根車の回転方向の上流側に形成するとともに、前記突起を前記ケーシングライナの内周面よりも前記羽根車側に突き出して形成し、さらに、溝および突起とが周方向に間隔をおいて複数個形成されているとともに、その軸方向範囲が前記羽根車の羽根チップを含む範囲としたことにある。

そしてこの特徴において、溝または突起の個数は羽根車の羽根枚数よりも少なく、羽根枚数の約数とは異なる値であるのがよい。また、溝の周方向幅Ｗは、羽根チップの直径の０．０１〜０．０５倍であり、溝の深さＤは、羽根チップの直径の０．００６〜０．０１６倍であるのが望ましい。さらに、溝の軸方向長さは、羽根チップの軸方向長さの１〜７倍であるのがよい。

本発明によれば、ケーシングライナ内周の羽根車との摺動面に溝部と突部を形成し、羽根車の回転方向の上流側に溝部を、その溝と隣り合せの下流側に突部を配置したので、異物が羽根車前縁や羽根車外径端とケーシングライナの隙間へ絡み付いたり詰まったりすることが抑制される。これにより、異物の詰まりによる軸動力の増大を回避し、ポンプの信頼性が向上する。

以下、本発明に係るポンプの一実施例を、図面を用いて説明する。図１に、ポンプ１０の吸込側から見た部分正面図を示す。図２に、ポンプ１０の主要部の縦断面図を示す。本ポンプ１０は、軸流ポンプである。軸流ポンプ１０では、回転する主軸１２に、羽根車１が取り付けられている。主軸１２は、図示しない原動機により駆動されている。羽根車１の内径側には、軸方向先端がドーム状に形成された円柱状のハブ１ａが配置されている。

ハブ１ａの外周面に、複数枚の羽根４が、周方向に間隔をおいて配置されている。羽根車１の外周側には、羽根４と僅かな間隔をおいて円筒状に形成されたケーシングライナ３が配置されている。羽根前縁４ａにおいて羽根４に異物が絡みつかないようにするために、羽根前縁４ａの形状は、ハブ側で羽根車４の回転方向に前進させ、羽根外周側であるチップ４ｂ側で回転方向から後退させた形状としている。

このように構成した本実施例では、羽根前縁４ａに絡みついた異物は、羽根車１の回転により発生する遠心力で、羽根４のチップ４ｂ側へと移動する。これにより、羽根前縁４ａに異物が滞留するのが防止され、羽根前縁４ａでの異物の絡みつきを抑制できる。

一方、羽根前縁４ａに流れ込んだ異物を積極的に羽根チップ４ｂ側へと移動させると、異物は羽根チップ４ｂとケーシングライナ３の内壁３ｂとの間に形成される隙間５に流れ込み易くなる。この隙間５に流れ込む異物を速やかに流下させるために、本実施例では、ケーシングライナ３の内壁３ｂ面に、異物除去手段を設けている。

異物除去の方法には、２種類のものが挙げられる。第１は、隙間５に異物が詰まらないようにするために隙間を大きくすることである。第２には、羽根車１が回転するから、この回転を利用して異物を切断し流下させることである。隙間５を大きくするのは異物が紐状のときに有効であり、羽根チップ４ｂとケーシングライナ内壁３ｂ間に形成される隙間５を大にして、異物を通過させる。異物を切断するのは異物が固形であるときに有効であり、羽根チップ４ｂとケーシングライナの内壁面３ｂとの間に形成される隙間５に挟まった異物を、羽根４が切断して異物の詰まりを解消する。

したがって、隙間５を大きくすると紐状異物の詰まりを解消できるが、異物の切断能力は低下する。逆に隙間５を小さくすると、異物の切断能力は向上するが、紐状異物の隙間５への詰まりを解消しにくい。この紐状異物および固形異物の両方の除去能力を向上させるためには、ケーシングライナ３の内壁３ｂに溝６と突起７とを形成するのがよい。そこで、溝６と突起７とをケーシングライナ３に形成した例を、図１に示す。ケーシングライナ３の内壁３ｂ面には、周方向に間隔をおいて複数箇所または１箇所、軸方向に延びる溝６と突起７とが形成されている。これらの溝６および突起７は、羽根４のチップ４ｂが対向する位置に、形成されている。

ポンプ１０の羽根車１の回転方向を反時計回りとしたときに、溝６を羽根車１の回転方向の上流側である右側に、突起７を羽根車１の回転方向の下流側である左側に形成する。そして、溝６と突起７とを、隣り合せに配置する。なお、溝６と突起７との相対位置は、羽根車１の回転方向に関わらず、上流側に溝６を、この溝６と隣り合せの下流側に突起７を配置する。溝６の数および溝６の幅Ｗ、溝６の深さＤは、異物をより通過しやすくするためには、大きい方が好ましい。しかしながら、溝６部の体積が大きすぎると、異物が無いときには昇圧に寄与しない流れが増えるのと同じであるから、ポンプの流体性能が低下する。

そこで、ポンプ１０の流体性能の低下を抑制するために、溝６の数を羽根４の枚数より少なくする。また、溝６の数を、羽根４枚数の約数以外とする。ポンプ１０の流体性能の維持、および羽根チップ４ｂとケーシングライナ３の内周間に形成される隙間５に異物を送り込むのに必要な面積の確保とを考慮して、溝６の周方向幅Ｗを、羽根車１の直径（羽根チップ４ｂの直径）の０．０１〜０．０５倍とする。溝６の深さＤは、羽根チップ４ｂの直径の０．００６〜０．０１６倍とする。この溝６は、ケーシングライナ３の内周面から外径側に凹となるように設ける。

突起７の形状は、対象となる異物を、突起７と羽根４とで切断するのに必要な切断能力が得られる高さとする。また、突起７の周方向幅は、ポンプ１０のメンテナンス間隔中に、突起７が摩耗してなくならないように設定する。すなわち、メンテナンス間隔における運転時間（この時間は予め定める）が経過しても、突起７が残っているようにする。

図２の軸流ポンプ１０の縦断面図を用いて、溝６長さを説明する。ケーシングライナ３の内壁３ｂに形成した溝６は、長すぎるとポンプ１０の流体性能の低下を招くので、短い方が好ましい。一方、異物の通過性を考慮すると、溝６および突起７の軸方向長さは、ポンプ１０の軸方向長さと同じであって、羽根チップ４ｂの軸方向長さＬより長くするのが好ましい。そして、羽根チップ４ｂが、軸方向に、溝６および突起７の全域に掛かるように溝６および突起７を形成する。ポンプ１０の流体性能の低下およびケーシングライナ３の加工量を抑制するために、溝６と突起７の軸方向長さを、羽根チップ４ｂの軸方向長さＬの１．０〜７．０倍とする。

本実施例によれば、ケーシングライナ３の内壁３ｂ面に突起７を形成したので、部分的に羽根チップ４ｂとケーシングライナ３間に形成される隙間５の幅を自由に調整可能である。ケーシングライナ３の突起７の角部を羽根チップ４ｂの角部が横切ることにより、異物の切断能力が向上する。また、溝６を有しているので、羽根チップ４ｂが溝６を通過する際に、溝６の深さ分だけ隙間が広くなった部分を通過する。

したがって、羽根チップ４ｂとケーシングライナ３の突起７間に形成される隙間５よりも細くて突起７では切断できなかったような紐状異物が流入しても、羽根車１が１回転しているうちに、異物が溝部６を通過して流下することが可能になる。さらに、突起７に流入した異物が、羽根４の一度の通過では切断されないときや、羽根チップ４ｂに引っ掛かってチップ４ｂ部に滞留したときでも、突起７よりも羽根車１の回転方向の上流側に溝６が形成されているので、異物は羽根チップ４ｂとケーシングライナ３との間に形成される隙間５に、より送り込まれやすくなる。これにより、異物が次の羽根４または次の突起７により切断されやすくなる。羽根チップ４ｂに異物が絡みついたときには、異物が絡みついた羽根４が異物とともに溝６と突起７とを複数回通過する。したがって、異物の切断機会が増すので、異物はより確実に切断される。

上記実施例では、ケーシングライナ３に形成する溝６および突起７の形状を、異物通過性とポンプの流体性能維持の双方を考慮して定めているが、ポンプ上流に除塵装置を設けている場合、その除塵装置により異物の流入が少なくなるときは、ポンプの流体性能の低下を抑制するために、溝の幅Ｗと溝の深さＤ、溝の軸方向長さをより小さくするのがよい。なお、上記実施例では軸流ポンプを例に説明したが、斜流ポンプ等のオープン型羽根車を有するポンプにも本発明は適用可能である。

本発明に係るポンプの一実施例の正面図。 図１に示したポンプの縦断面図。

符号の説明

１…羽根車、１ａ…ハブ、２…案内羽根、３…ケーシングライナ、３ｂ…内壁面、４…羽根、４ａ…羽根前縁、４ｂ…羽根チップ、５…隙間、６…溝、７…突起、１０…ポンプ、１２…主軸。

Claims (4)

1. オープン形の羽根車を有する斜流または軸流ポンプであって、前記羽根車を構成する羽根の前縁形状をハブ側では羽根車の回転方向に前進させ羽根チップ側では後退させたポンプにおいて、
   前記羽根車を収容するケーシングライナの内周面であって前記羽根のチップと対向する位置に軸方向に延びる溝と突起とを隣り合わせに形成し、前記溝を前記突起よりも前記羽根車の回転方向の上流側に形成するとともに、前記突起を前記ケーシングライナの内周面よりも前記羽根車側に突き出して形成し、さらに、前記溝および突起とが周方向に間隔をおいて複数個形成されるとともに、その軸方向範囲が前記羽根車の羽根チップを含む範囲であることを特徴とするポンプ。
2. 前記溝または突起の個数は前記羽根車の羽根枚数よりも少なく、羽根枚数の約数とは異なる値であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
3. 前記溝の周方向幅Ｗは、羽根チップの直径の０．０１〜０．０５倍であり、溝の深さＤは、羽根チップの直径の０．００６〜０．０１６倍であることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
4. 前記溝の軸方向長さは、羽根チップの軸方向長さの１〜７倍であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のポンプ。

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