JP5204588B2

JP5204588B2 - 立軸ポンプ

Info

Publication number: JP5204588B2
Application number: JP2008214139A
Authority: JP
Inventors: 卓司津川
Original assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-08-22
Also published as: JP2010048191A

Description

本発明は、略水平方向に供給された排水を鉛直方向に吸い上げて排出する立軸ポンプに関するものである。

この種の立軸ポンプは、水平方向に延びるように設けられた吸込水槽を備え、この吸込水槽の閉塞された先端近傍に上向きに延びるケーシング本体が配設されている。そして、このケーシング本体内に配設した回転軸が回転駆動されることにより、下端のインペラが回転され、吸込水槽内の排水がケーシング本体内を通して鉛直上向きに吸い上げられる。その後、ケーシング本体の上部に設けた吐出ベンド部によって水平方向に水流が更に変更され、下流側の下水処理場に圧送されることにより、浄化処理が施されて河川などに放出される。

この立軸ポンプに関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特開２００５−１９４９０１号公報

この特許文献１の立軸ポンプは、吸込水槽で水平方向の水流を鉛直上向きに方向転換する際の水流を安定させるために、インペラの鉛直下方に位置するように、円錐台形状をなす吸込コーンが突設されている。この吸込コーンを設けた構成では、インペラの回転に伴って排水が吸込コーンの外周部を旋回するため、その旋回流によって排水の通水方向を安定して方向転換できる。しかし、この旋回流は、インペラによる下流側への圧送が困難なため、その旋回流が排出の妨げになる。そのため、吸込水槽の流出口には、排水を整流（旋回流を破壊）する整流板が放射状に突出するように設けられている。

なお、吸込コーンの外周部で生じる旋回流は、運転開始時などの運転効率が悪い少水量運転時に著しく発生し、運転効率が良い多水量運転時には殆ど生じない。そのため、整流板は、運転効率が最も良い状態（仕様点）で排出抵抗が生じないように、その時の水流と平行に延びる傾斜角度で形成されている。

しかしながら、仕様点付近で生じる水流の傾斜角度は、全ての立軸ポンプで一致するものではないうえ、同一の立軸ポンプでも状況によっては異なることがある。そして、水流の傾斜角度と整流板の傾斜角度との微妙な相違により、仕様点付近で僅かな排水抵抗が生じ、効率を低下させることがある。

本発明は、従来の問題に鑑みてなされたもので、水量に拘わらず、確実に運転効率を向上できる立軸ポンプを提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明の立軸ポンプは、一端開口が流入口を構成し、該流入口に対して略水平方向に位置する他端が閉塞部を構成し、この閉塞部の側の上板部に流出口を形成するとともに、該流出口の中心に位置するように下板部に鉛直方向に延びる吸込コーンを形成した吸込水槽と、前記吸込水槽の前記流出口に下端開口が接続され、該流出口から鉛直方向に延びる筒状のケーシング本体と、前記吸込コーン上から鉛直方向に延びるようにケーシング本体内に回転可能に配設された回転軸と、前記回転軸の下端に固定されたインペラと、を備えた立軸ポンプにおいて、前記吸込水槽の前記閉塞部と前記吸込コーンとの間に、前記流入口から前記閉塞部に向けた通水方向に沿って延び、鉛直方向に突出する整流板を設け、前記整流板を、前記下板部から突出する一対のガイド板を上端で連続させた断面略逆Ｖ字形状に形成した構成としている。

この立軸ポンプによれば、回転軸を介してインペラが回転駆動されると、吸込コーンの外周部に旋回流が発生するが、この流れを閉塞部と吸込コーンとの間の整流板で破壊できる。その結果、排水をケーシング本体の軸方向に沿って通水させることが可能になる。よって、運転時の水量に拘わらず確実に運転効率を向上することができる。また、整流板を断面逆Ｖ字形状としているため、旋回流を確実に破壊したうえで、滞留領域を作ることなく、排水の流れを下流側のケーシング本体に向けることができる。

この立軸ポンプでは、前記一対のガイド板は、互いに略接円状をなすように湾曲していることが好ましい。このようにすれば、旋回流を確実に破壊したうえで、滞留領域を作ることなく、排水の流れを下流側のケーシング本体に向けることができる。

また、前記吸込水槽の閉塞部の両側隅部に、該吸込水槽の一方側板部から他方側板部と対向する吸込コーンの側部に向けて湾曲する湾曲部を設けることが好ましい。このようにすれば、吸込水槽内に滞留領域を作ることなく、排水の流れを効率的に下流側のケーシング本体に向けることができる。

本発明の立軸ポンプでは、吸込コーンの外周部に生じる旋回流を、閉塞部と吸込コーンとの間に設けた整流板で破壊できる。その結果、少水量運転時には排水をケーシング本体の軸方向に沿って通水させることができ、多水量運転時には排水抵抗になることを防止できる。よって、運転時の水量に拘わらず確実に運転効率を向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る立軸ポンプ１０を示す。この立軸ポンプ１０は、図示しない流入側管路（下水道管）から流入する雨水などの排水を、下流側の処理場などの吐出水槽に排出するためのものである。この立軸ポンプ１０は、大略、排水が流入される吸込水槽１１と、該吸込水槽１１に接続されたケーシング本体２４とを備え、ケーシング本体２４の内部に回転軸３１とインペラ３９とを配設したものである。

前記吸込水槽１１は、一端開口の略直方体形状をなす金属製の吸込ケーシング１２を備えている。この吸込ケーシング１２は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、水平方向に延びる上板部１３と、該上板部１３と平行に位置する下板部１４と、これらの両側縁に連続する一対の側板部１５ａ，１５ｂとを備えている。そして、これらにより囲繞された一端は開口され、下水道管である上流側に配置される流入口１６を構成している。また、流入口１６に対して水平方向に位置する他端は閉塞され、排水の通水方向下流側に配置される閉塞部１７を構成している。

そのうち、上板部１３には、閉塞部１７の側の幅方向中央に位置するように円形状に開口した流出口１８が設けられている。この流出口１８は、閉塞部１７の先端から所定間隔をもって上流側に位置するように設けられている。また、この流出口１８の周囲には、下向きに窪む環状凹部１９が設けられている。これにより、流出口１８は、その周壁が上向きに延びる筒形状をなすように形成されている。また、環状凹部１９の内周部は、下方に向けて外側に広がるベルマウスを構成する。

また、下板部１４には、平面視で流出口１８の中心に位置するように、鉛直方向に延びる吸込コーン２０が設けられている。この吸込コーン２０は、下側から上側に向けて直径が徐々に小さくなる二段構造の円錐台形部２０ａと、該円錐台形部２０ａの上部に位置する円筒部２０ｂとからなる。また、円筒部２０ｂの直径は、後述するインペラ３９のボス４０の直径に対応するように設けられている。さらに、円筒部２０ｂの上端は、流出口１８の上端縁より僅かに下方に位置するように形成されている。なお、この吸込コーン２０は、吸込ケーシング１２の下板部１４を上向きに膨出するように形成されている。

さらに、閉塞部１７の両側隅部には、閉塞部１７に衝突する排水を吸込コーン２０に向けて旋回させるための湾曲部２１，２１が設けられている。即ち、閉塞部１７は、上板部１３と下板部１４の先端縁間を連続するように設けた一対の湾曲部２１，２１により構成されている。これら湾曲部２１，２１は、一方の側板部１５ａ，１５ｂから他方の側板部１５ｂ，１５ａと対向する吸込コーン２０の側部に向けて湾曲するように、吸込ケーシング１２の幅の半分の寸法より大きい直径で形成されている。また、これら湾曲部２１，２１は、図３（Ａ）に示すように、各側板部１５ａ，１５ｂにおいて、吸込コーン２０の中心Ｃを基準として、通水方向に対する直交方向に対応する位置が湾曲始点Ｐとなるように形成されている。さらに、各湾曲部２１，２１は、その交点Ｉが吸込コーン２０の中心Ｃと通水方向に一致するとともに、吸込コーン２０に向けて鋭角に突出するように、その湾曲率が設定されている。

そして、本実施形態の吸込ケーシング１２には、図２（Ｂ）および図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、閉塞部１７と吸込コーン２０との間に、排水の通水方向に沿って延びる整流板２２が設けられている。この整流板２２は、下板部１４から突出する一対のガイド板２３ａ，２３ｂを上端で連続させることにより、鉛直方向上向きに突出する断面略逆Ｖ字形状に形成されている。また、各ガイド板２３ａ，２３ｂは、通水方向と直交する方向の断面が、互いに略接円状をなすように湾曲する形状とされている。なお、本実施形態のガイド板２３ａ，２３ｂは、吸込コーン２０と同様に、下板部１４の一部が山状に膨出するように加工を施して形成されている。また、これらガイド板２３ａ，２３ｂは、鉛直方向の突出寸法を大きくすればする程、整流効果を得ることができる。但し、製造面を考慮すると、図示のように、ベルマウスを構成する環状凹部１９の下側頂部に位置するように形成することが好ましい。

前記ケーシング本体２４は、図１に示すように、吸込水槽１１の流出口１８から鉛直方向上向きに延びるように配管される揚水管２５と、該揚水管２５の上端に連結された吐出ベンド部２９とを有する。揚水管２５は円筒状をなし、その下端開口が吸込ケーシング１２の流出口１８に接続される。この揚水管２５の上側部分には、軸心が吸込コーン２０の軸心と一致する水中軸受部２７が設けられている。この水中軸受部２７は、連結部材２８によって揚水管２５の内部に連結されている。吐出ベンド部２９は９０度湾曲した湾曲管からなり、一端に設けた設置兼用接合フランジ部３０を揚水管２５の上端に接合することにより、揚水管２５を通した鉛直方向上向きの水流を略水平方向の水流に変更するものである。なお、この吐出ベンド部２９の下流側開口端には、吐出水槽に接続する配管（図示せず）が接合される。

前記回転軸３１は、吸込コーン２０の軸心の延長線上を鉛直方向に延びるようにケーシング本体２４内に回転可能に配設されるものである。この回転軸３１は、吐出ベンド部２９の外部上方から内部に貫通される上側軸部３２と、ケーシング本体２４内で中間軸継手３３を介して上側軸部３２と連結される下側軸部３４とからなる。上側軸部３２は、軸封装置３５およびスラスト軸受３６により、吐出ベンド部２９の外側に回転可能に支持されている。また、上側軸部３２の上端には撓み軸継手３７が配設され、この撓み軸継手３７に駆動モータ３８の出力軸が接続される。下側軸部３４は、揚水管２５内の水中軸受部２７を貫通し、回転可能に支持されている。

前記インペラ３９は、回転軸３１の下端に固定され、運動範囲の全域で安定した特性を有する軸流形のものである。このインペラ３９は、下側軸部３４を貫通して固定されるボス４０を備え、このボス４０から放射状をなすように周方向に所定間隔をもって翼部４１が突設されている。本実施形態の翼部４１は、排水に対して回転軸３１に沿った揚力により圧力を生じさせる（軸流）ものである。但し、一部は排水に対して回転軸３１に沿った揚力により圧力を生じさせ、他の一部は遠心力による圧力を生じさせる（斜流）ものとしてもよい。

この立軸ポンプ１０を設置する場合には、例えば、まず、既存の地盤４２中に下水道管と連続する通路４３を形成する。この通路４３は、吸込ケーシング１２より大きいもので、その端部には鉛直上方に延びるポンプ取付部４４が開口されている。そして、ポンプ取付部４４から通路４３内に吸込ケーシング１２を配設し、この吸込ケーシング１２と通路４３との隙間にコンクリートを打設し、コンクリート層４５によって通路４３内に吸込ケーシング１２を固定する。その後、ポンプ取付部４４に回転軸３１およびインペラ３９を装着したケーシング本体２４を配設して固定する。

この立軸ポンプ１０では、回転軸３１を介してインペラ３９が回転駆動されることにより、吸込コーン２０の外周部に位置する排水がケーシング本体２４内を通して揚水される。この際、排水には、インペラ３９の回転によって従来と同様に吸込コーン２０の外周部に螺旋状の旋回流が生じる。この旋回流は、運転開始時などの運転効率が悪い少水量運転時に著しく発生する。また、流入口１６から閉塞部１７に向けて連続的に供給される排水は、閉塞部１７に衝突することにより吸込コーン２０に向けて旋回する。そして、これらの旋回流が相俟って大きな１つの旋回流となる。

しかし、本実施形態では、吸込水槽１１を構成する吸込ケーシング１２に、閉塞部１７と吸込コーン２０との間にかけて延びる整流板２２を設けているため、螺旋状の旋回流が生じても、その旋回流を直ぐに破壊することができる。即ち、インペラ３９の上流側で旋回流が生じることを確実に防止できるため、インペラ３９に対して均一に排水を付与できる。その結果、運転効率が悪い少水量運転時は勿論、運転効率が最も良い仕様点での運転時にも、確実に排水効率を向上することができる。

具体的には、図４に示すように、吸込コーンのみを設け、整流板を設けていない第１比較（従来）形態では、運転効率が悪い少水量運転状態で、ポンプが水を揚げる高さを意味する揚程が低くなっていた。また、吸込コーンを設け、この吸込コーン２０の外周部に放射状に突出する整流板を設けた第２比較（特許文献１）形態では、少水量運転状態での揚程を高めることができる。しかし、運転効率が良い多水量運転状態では、特に最も効率が良い仕様点で、整流板の傾斜角度が水流の角度と一致ない場合、整流板が排水抵抗となり、揚程を低下させている。

これに対して、本実施形態では、少水量運転時に吸込コーン２０の外周部で旋回流が生じると、その水流を下板部１４から突出する整流板２２によって破壊できる。そのため、第２比較形態と同様に、少水量運転時の揚程を高めることができる。また、整流板２２の形成位置は、吸込ケーシング１２の底に位置し、インペラ３９による揚水作用に殆ど影響を及ぼさない。よって、旋回流が発生し難い多水量運転時には、整流板２２が排水の流れを阻害しない。そのため、第１比較形態と同様に、揚程を低下させることはない。よって、運転時の水量に拘わらず、確実に運転効率を向上することができる。

しかも、本実施形態では、整流板２２を一対のガイド板２３ａ，２３ｂによって断面略逆Ｖ字形状をなすように形成し、かつ、各ガイド板２３ａ，２３ｂを接円状をなすように湾曲させている。そのため、整流板２２と下板部１４との境界部分に排水が滞留する領域が作られることはない。また、吸込水槽１１の閉塞部１７にも、側板部１５ａ，１５ｂから吸込コーン２０に向けて湾曲する湾曲部２１を設け、吸込水槽１１の通水方向先端隅部にも滞留領域が生じないようにしている。そして、これらの湾曲形状により、排水の流れを下流側のケーシング本体２４に確実に向けることができるため、排水効率を更に向上できる。

なお、本発明の立軸ポンプ１０は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、吸込水槽１１に別体の吸込ケーシング１２を配設し、この吸込ケーシング１２に吸込コーン２０と整流板２２とを設けたが、これらをコンクリートによって吸込水槽１１に一体的に設けてもよい。勿論、吸込コーン２０と整流板２２だけを別体で設け、吸込水槽１１をコンクリートによって形成する際に埋設する構成としてもよい。また、別体の吸込ケーシング１２自体をコンクリートによって製造してもよい。

また、前記実施形態では、整流板２２は、一対のガイド板２３ａ，２３ｂを略接円状をなすように湾曲させて設けたが、平坦な板状をなすように形成してもよい。

本発明に係る実施形態の立軸ポンプを示す断面図である。吸込水槽を構成する吸込ケーシングを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は上部を破断した斜視図である。図２の吸込ケーシングを示し、（Ａ）は上方から見た断面図、（Ｂ）背面から見た断面図、（Ｃ）は側方から見た断面図である。本実施形態のポンプと従来のポンプの性能を比較したＨ−Ｑ線図である。

符号の説明

１０…立軸ポンプ
１１…吸込水槽
１２…吸込ケーシング
１３…上板部
１４…下板部
１５ａ，１５ｂ…側板部
１６…流入口
１７…閉塞部
１８…流出口
２０…吸込コーン
２１…湾曲部
２２…整流板
２３ａ，２３ｂ…ガイド板
２４…ケーシング本体
３１…回転軸
３９…インペラ

Claims

一端開口が流入口を構成し、該流入口に対して略水平方向に位置する他端が閉塞部を構成し、この閉塞部の側の上板部に流出口を形成するとともに、該流出口の中心に位置するように下板部に鉛直方向に延びる吸込コーンを形成した吸込水槽と、
前記吸込水槽の前記流出口に下端開口が接続され、該流出口から鉛直方向に延びる筒状のケーシング本体と、
前記吸込コーン上から鉛直方向に延びるようにケーシング本体内に回転可能に配設された回転軸と、
前記回転軸の下端に固定されたインペラと、
を備えた立軸ポンプにおいて、
前記吸込水槽の前記閉塞部と前記吸込コーンとの間に、前記流入口から前記閉塞部に向けた通水方向に沿って延び、鉛直方向に突出する整流板を設け、
前記整流板を、前記下板部から突出する一対のガイド板を上端で連続させた断面略逆Ｖ字形状に形成したことを特徴とする立軸ポンプ。
前記一対のガイド板は、互いに略接円状をなすように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。
前記吸込水槽の閉塞部の両側隅部に、該吸込水槽の一方側板部から他方側板部と対向する吸込コーンの側部に向けて湾曲する湾曲部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立軸ポンプ。