JP5215732B2

JP5215732B2 - 可動羽根ポンプ

Info

Publication number: JP5215732B2
Application number: JP2008138454A
Authority: JP
Inventors: 栄清水; 真小宮
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: JP2009287420A

Description

本発明は、可動羽根を有する可動羽根ポンプに関するものである。

従来、ポンプは、発電プラント（例えば冷却水としての海水を送水する海水ポンプ）や、各種排水設備（例えば洪水排水設備、下水道雨水排水設備等）や各種揚水設備等に利用されている。そしてこの種のポンプの中には、例えば特許文献１の図１に示すように、ポンプ主軸と一体に回転する羽根車として、インペラハブの周囲に取付角度を調整（可変）できる可動羽根を取り付けた構造の羽根車を有する可動羽根ポンプがある。この種の可動羽根ポンプによれば、運転状況に合わせてその送水量や排水量や揚水量等を変更・制御でき、好適である。なおこの種の可動羽根ポンプにおいては、前記羽根車のインペラハブの内部に可動羽根の取付角度を変更するための羽根変角機構が収納されており、且つインペラハブの内部には軸受を潤滑する潤滑液、例えば油が充満されている。潤滑液は油以外に、水、不凍液などがあり、また、潤滑液が不要な軸受を使用する場合は、インペラハブの内部は空気が充満されている。また可動羽根はこれを取り付けたインペラハブに対して回動するので、インペラハブの内部に外部の海水や水などが浸入しないように、可動羽根がインペラハブに回動自在に装着されている部分は、外側の流水と内側の潤滑液とを遮断するためのシール機構によってシールされている。

一方この種の可動羽根ポンプにおいて、羽根車の可動羽根の外径寸法が輸送限界を超えている場合は、羽根車を分解（例えばインペラハブから可動羽根を取り外す）して輸送し、輸送完了後に現地においてインペラハブに可動羽根を取り付けたり、インペラハブ内に潤滑液を充填したりして可動羽根ポンプを完成しなければならなかった。またインペラハブと可動羽根間のシール機構の漏れテストなどの再テストも現地において行なわなければならなかった。そしてこれらのことから可動羽根ポンプの現地での据え付け作業性が悪く煩雑で、現地搬送後の組立日数もかさんでいた。
特開平８−２００２８７号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、現地における組み立てが容易に行なえ、また現地においてシール機構の漏れテストなどを行なう必要がなく、これらのことから現地での組み立て日数が少なくて済む可動羽根ポンプを提供することにある。

本願請求項１に記載の発明は、ポンプ主軸と一体に回転するインペラハブと、軸部と羽根部とを有し、軸部をインペラハブに設けた軸受穴に回動自在に装着することで羽根部をインペラハブより外方に突出して設置する可動羽根と、インペラハブ内部に収納され可動羽根の軸部と連結されて可動羽根を所定の羽根角度に回転させる羽根変角機構と、を具備し、可動羽根の軸部の部分はインペラハブの軸受穴の部分でシールされ、該可動羽根の軸部は前記羽根部を取り付ける羽根目玉を有し、この羽根目玉の部分が外側羽根目玉と内側羽根目玉に着脱可能に分離される構造であり、且つ内側羽根目玉の部分で前記シールを行い、これによって可動羽根は前記シールされている内側羽根目玉の部分よりも羽根部側の部分で着脱可能に分離されることを特徴とする可動羽根ポンプにある。

請求項１に記載の発明によれば、可動羽根をインペラハブへのシール部分よりも羽根部側の部分で分離する構造としたので、例えば羽根車の可動羽根の外径寸法が輸送限界を超えているような場合であっても、可動羽根のシールされている部分よりも羽根部側の部分だけを取り外すことで、インペラハブ内部の前記シールによる密閉性を保ったまま、この可動羽根ポンプを輸送することが可能となる。従って可動羽根ポンプの組み立て工場においてシール機構のテストを行なっておけば、現地においては単に可動羽根の羽根部側の部分を取り付けるだけの作業で済み、その作業性が大きく改善され、可動羽根ポンプの現地搬送後の組立日数を短縮することができる。

請求項１に記載の発明によれば、羽根目玉の部分を分離する構造としたので、軸部側に残る羽根目玉の部分（内側羽根目玉）を用いて容易且つ確実にインペラハブの軸受穴とのシールを行なうことができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は本発明を横軸ポンプ（横軸軸流ポンプ）に適用した第１実施形態にかかる可動羽根ポンプ１−１の全体概略断面図である。同図に示す可動羽根ポンプ１−１は、横軸ポンプとして、ポンプ全体が真直な水路として設置される円筒型ポンプ（チューブラポンプ）を用いている。この可動羽根ポンプ１−１は、据付構造体２００に横置きの状態で一部埋設して据付けられる円筒形状の外ケーシング１１と、外ケーシング１１の内部に駆動部１３によって回転駆動される羽根車１５とを設置して構成されている。駆動部１３は外ケーシング１１内にある内ケーシング２１の内部に駆動機（電動機やエンジン等）１７を備え、必要に応じて駆動機１７の回転速度を減速してその動力を羽根車１５に伝達する減速機１９を備え構成されている。羽根車１５はインペラハブ５０の外周に複数枚の可動羽根９０を取り付けて構成されており、また羽根車１５の前方（吸込側）には吸込み側内ケーシング２７が取り付けられている。吸込み側内ケーシング２７の周囲にはインレットベーン２９が取り付けられ、また駆動部１３の内ケーシング２１の周囲にはガイドベーン３１が取り付けられている。

一方据付構造体２００は、例えばコンクリートなどの躯体によって構成されており、その両側に吸込水槽２０１と吐出水槽２０３とを設置している。

そして駆動機１７を駆動すると減速機１９を介して羽根車１５が回転され、吸込水槽２０１内の水が外ケーシング１１の吸込口１１Ａから吸い込まれ、可動羽根９０やガイドベーン３１を通過して吐出口１１Ｂから吐出水槽２０３内に吐き出される。そして前記可動羽根９０はその取付角度がインペラハブ５０内に収納設置した下記する羽根変角機構１３０によって変更でき、必要に応じて移送する水の流量を変更することができる。

図２は前記羽根車１５の部分の要部概略断面拡大図である。同図に示すように羽根車１５は、可動羽根ポンプ１−１のポンプ主軸３３の端部に取り付けられるインペラハブ５０と、インペラハブ５０の外周側壁５１に設けた軸受穴５９に回動自在に装着される可動羽根９０と、インペラハブ５０内部の羽根変角機構収納部５７に収納され可動羽根９０を所定の羽根角度に回転させる羽根変角機構１３０とを具備して構成されている。以下各構成部品について説明する。

インペラハブ５０は略円筒形状であり、可動羽根９０を取り付ける外周側壁５１の一方の側（図の右側）に主軸取付面５３を、他方の側（図の左側）に吸込み側内ケーシング側の軸取付面５５を設け、またその内部に潤滑液で満たされる羽根変角機構収納部５７を設けて構成されている。外周側壁５１には周方向に向けて等間隔に複数の貫通孔からなる軸受穴５９が設けられている。各軸受穴５９は外側の大径で円形の羽根目玉収納部６１と、内側の小径で円形の軸部収納部６３とを有して構成されている。軸部収納部６３には筒状の軸受６４が取り付けられている。

主軸取付面５３にはその中央に下記するテンションロッド１３１を挿通するロッド挿通孔６５が設けられている。ポンプ主軸３３は、その端部のフランジ３５が主軸取付面５３の外側面（ポンプ主軸３３側の面）のロッド挿通孔６５の周囲の面に当接してボルト３９によって固定されている。つまりポンプ主軸３３とインペラハブ５０とは一体に回転する。また主軸取付面５３の反対側の面のロッド挿通孔６５の周囲からは吸込み側内ケーシング２７側に向かって突出する軸受突部６９が設けられ、その先端近傍の各可動羽根９０に対向する位置には軸支穴７１が設けられている。軸支穴７１にも筒状の軸受６４が取り付けられている。

図３は可動羽根９０を示す一部断側面図である。同図に示すように可動羽根９０は、この可動羽根９０を回動自在に軸支する軸部９１と、インペラハブ５０の外周側壁５１から外方に突出する羽根部１１１とを有して構成されており、軸部９１はさらに羽根部１１１を取り付ける略円板形状の羽根目玉９３、羽根目玉９３の下面中央から突出する円柱状の外側被軸受部１０３、アーム取付部１０５、内側被軸受部１０７を具備して構成されている。

羽根目玉９３は、その厚み方向の略中央にて上下に分離（羽根目玉９３の回転軸に略垂直な面にて分離）した外側羽根目玉９３ａと内側羽根目玉９３ｂとを有しており、両者は着脱自在に取付具（この例では締結ボルト）９５によって固定されている。内側羽根目玉９３ｂの下面（羽根部１１１とは反対側の面）にはシール機構９７が取り付けられている。

そして可動羽根９０は、図２，図３に示すように、その軸部９１の部分がインペラハブ５０の外周側壁５１に設けた軸受穴５９内に回動自在に挿入され、軸受穴５９を貫通した軸部９１のアーム取付部１０５に下記する羽根変角機構１３０のアーム１３５が固定され、さらにその先端側の内側被軸受部１０７がインペラハブ５０の軸支穴７１に回動自在に挿入されている。このとき外側被軸受部１０３と内側被軸受部１０７とがそれぞれ軸受６４，６４に回動自在に軸支される。また前記シール機構９７が軸受穴５９の何れかの内面（この例では羽根目玉収納部６１の底面）に押圧されることで軸受穴５９と軸部９１の間の隙間がシールされ、潤滑液を満たした羽根変角機構収納部５７を外部の水（海水）から密閉している。

羽根変角機構１３０は前記インペラハブ５０の羽根変角機構収納部５７内に収納されており、前記ポンプ主軸３３中央に設けた貫通孔３７及び前記インペラハブ５０のロッド挿通孔６５を貫通するテンションロッド１３１の先端に取り付けられる板状のクロスヘッド１３３と、前記可動羽根９０のアーム取付部１０５の外周に固定されるリング形状で１ヶ所の腕を有するアーム１３５と、前記クロスヘッド１３３とアーム１３５に両端がそれぞれ回動自在に連結されるヒンジ１３７とを具備して構成されている。なおこの羽根変角機構１３０の構造は、下記する図７に示す羽根変角機構４００の構造と同一の構造である。クロスヘッド１３３はテンションロッド１３１と共に軸方向に往復運動する。ヒンジ１３７は、クロスヘッド１３３の往復運動を、アーム１３５の回転運動に変換するものである。なおテンションロッド１３１のもう一方の端部には、図示していないがポンプ主軸３３に対してテンションロッド１３１を往復運動させる例えば油圧による駆動機構が接続されている。

以上のように構成された可動羽根ポンプ１−１において、ポンプ主軸３３及びテンションロッド１３１を同時に回転すると、ポンプ主軸３３に固定されているインペラハブ５０及びインペラハブ５０に取り付けている可動羽根９０が回転し、前述のように外ケーシング１１内を水が移送されていく。一方可動羽根９０の取付角度を変更する場合は、ポンプ主軸３３に対してテンションロッド１３１を相対的に主軸３３と平行方向に往復運動し、これによってクロスヘッド１３３とヒンジ１３７を介してアーム１３５及び可動羽根９０を所定角度に回転する。

一方この可動羽根ポンプ１−１においては、可動羽根９０の軸部９１の部分がインペラハブ５０の軸受穴５９の部分でシールされるとともに、この可動羽根９０は前記シールされている部分よりも羽根部１１１側で着脱可能に分離できる構造となっている。このため図４に示すように、前記取付具９５を取り外すことでシール状態を維持したまま外側羽根目玉９３ａ及びこれと一体の羽根部１１１の部分のみを取り外すことができる。つまり可動羽根９０をインペラハブ５０にシール機構９７によってシールしている部分よりも羽根部１１１側の部分で分離可能としたので、例えば可動羽根９０の外径寸法が輸送限界を超えているような場合であっても、可動羽根９０のシールされている部分よりも羽根部１１１側の部分だけを分離して取り外すことでインペラハブ５０内部の前記シールによる密閉性を保ったままこの可動羽根ポンプ１−１を輸送することが可能となる。従って可動羽根ポンプ１−１の組み立て工場においてシール機構９７のテストを行なっておけば、現地においては単に可動羽根９０の羽根部１１１側の部分を取付具９５によって取り付けるだけの作業で済み、その作業性が大きく改善され、可動羽根ポンプ１−１の現地搬送後の組立日数を短くすることができる。

またこの可動羽根ポンプ１−１においては、羽根目玉９３の部分を分離する構造としたので、軸部９１側に残る羽根目玉９３の部分（内側羽根目玉９３ｂ）を用いて容易且つ確実にインペラハブ５０の軸受穴５９とのシールを行なうことができる。

〔第２実施形態〕
図５は本発明を立軸ポンプ（立軸斜流ポンプ）に適用した第２実施形態にかかる可動羽根ポンプ１−２の要部概略断面図である。この可動羽根ポンプ１−２は、上下方向に立てて設置される円筒形状の外ケーシング３１０の内部に、ポンプ主軸３２０を設置し、ポンプ主軸３２０の上端を外ケーシング３１０の上部に設置した図示しない駆動機構に連結し、ポンプ主軸３２０の下端に羽根車３３０を取り付け、前記駆動機構によって羽根車３３０を回転駆動することで外ケーシング３１０下端の吸込ベル３１１から水を吸い込んで外ケーシング３１０上部に揚水していく構造となっている。

羽根車３３０は、ポンプ主軸３２０の端部に取り付けられるインペラハブ３４０と、インペラハブ３４０の周方向に等間隔に設けた複数の軸受穴３４３にそれぞれ回動自在に装着される可動羽根３７０と、インペラハブ３４０の下面側に設けた羽根変角機構収納部３４５に収納され可動羽根３７０を所定の羽根角度に回転させる羽根変角機構４００とを具備して構成されている。

インペラハブ３４０は全体として略円錐形状であり、その上部中央にポンプ主軸３２０が固定されている。羽根変角機構収納部３４５の下端はカバー３４７によって覆われており、内部は潤滑液で満たされている。また前記各軸受穴３４３は外側の大径で円形の羽根目玉収納部３４９と、内側の小径で円形の軸部収納部３５１とを有して構成されている。軸部収納部３５１の内周面には筒状の軸受３５２が取り付けられている。またインペラハブ３４０の内部にはその上部外方から中央のポンプ主軸３２０に向かって斜め下方向に突出する軸受突部３５３が設けられており、その複数位置（各可動羽根３７０に対向する位置）には軸支穴３５５が設けられている。軸支穴３５５にも筒状の軸受３５２が取り付けられている。

図６は可動羽根３７０を示す一部断側面図である。同図に示すように可動羽根３７０は、前記可動羽根９０と同じ構造であり、可動羽根３７０を回動自在に軸支する軸部３７１と、インペラハブ３４０の外周から外方に突出する羽根部３９０とを有して構成されており、軸部３７１はさらに羽根部３９０を取り付ける略円板形状の羽根目玉３７３、羽根目玉３７３の下面中央から突出する円柱状の外側被軸受部３７９、アーム取付部３８１、内側被軸受部３８３を具備して構成されている。

羽根目玉３７３は、その厚み方向の略中央にて上下に分離した外側羽根目玉３７３ａと内側羽根目玉３７３ｂとを有しており、両者は着脱自在に取付具（この例では締結ボルト）３７５によって固定されている。内側羽根目玉３７３ｂの下面（羽根部３９０とは反対側の面）にはシール機構３７７が取り付けられている。

そして可動羽根３７０は、その軸部３７１の部分が図５に示すインペラハブ３４０に設けた軸受穴３４３内に回動自在に挿入され、軸受穴３４３を貫通した軸部３７１のアーム取付部３８１に下記する羽根変角機構４００のアーム４０５が固定され、さらにその先端側の内側被軸受部３８３がインペラハブ３４０の軸支穴３５５に回動自在に挿入されている。このときシール機構３７７は軸受穴３４３の何れかの内面（この例では羽根目玉収納部３４９の底面）に押圧されることで軸受穴３４３と軸部３７１の間の隙間がシールされている。

図７は羽根変角機構４００及び可動羽根３７０の部分のみを示す概略斜視図である。図７および図５に示すように、羽根変角機構４００はインペラハブ３４０の羽根変角機構収納部３４５内に収納されており、ポンプ主軸３２０中央に設けた貫通孔３２１を貫通するテンションロッド４０１の先端に取り付けられる板状のクロスヘッド４０３と、前記可動羽根３７０のアーム取付部３８１の外周に固定されたリング形状で１ヶ所の腕を有するアーム４０５と、前記クロスヘッド４０３とアーム４０５とに両端がそれぞれ回動自在に連結されるヒンジ４０７とを具備して構成されている。クロスヘッド４０３はテンションロッド４０１と共に軸方向に往復運動する。ヒンジ４０７は、クロスヘッド４０３の往復運動を、アーム４０５の回転運動に変換するものである。なおテンションロッド４０１の図示しない上端にはポンプ主軸３２０に対してテンションロッド４０１を往復運動させる例えば油圧による駆動機構が接続されている。

以上のように構成された可動羽根ポンプ１−２において、ポンプ主軸３２０及びテンションロッド４０１を同時に回転すると、ポンプ主軸３２０に固定されているインペラハブ３４０及びインペラハブ３４０に取り付けている可動羽根３７０が回転し、前述のように外ケーシング３１０内を水が揚水されていく。一方可動羽根３７０の取付角度を変更する場合は、ポンプ主軸３２０に対してテンションロッド４０１を相対的に主軸と平行方向に往復運動し、これによってクロスヘッド４０３とヒンジ４０７を介してアーム４０５及び可動羽根３７０を所定角度に回転する。

一方この可動羽根ポンプ１−２においても、前記可動羽根ポンプ１−１の場合と同様に、可動羽根３７０の軸部３７１の部分がインペラハブ３４０の軸受穴３４３の部分でシールされるとともに、この可動羽根３７０は前記シールされている部分よりも羽根部３９０側で着脱可能に分離できる構造となっている。このため取付具３７５を取り外すことでシール状態を維持したまま外側羽根目玉３７３ａ及びこれと一体の羽根部３９０の部分のみを取り外すことができる。従って上記可動羽根ポンプ１−１で説明したのと同一の作用・効果を有する。

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。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば上記可動羽根ポンプ１−１として横軸軸流ポンプを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、軸流又は斜流の他の各種横軸ポンプにも同様に適用することができる。また上記可動羽根ポンプ１−２として立軸斜流ポンプを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、軸流又は斜流の他の各種立軸ポンプにも同様に適用することができる。

また上記可動羽根ポンプ１−１，１−２においては、シール機構９７，３７７を内側羽根目玉９３ｂ，３７３ｂの下面に設けたが、シール機構は内側羽根目玉９３ｂ，３７３ｂの外周側面に設けても良い。図８はシール機構を内側羽根目玉９３ｂの外周側面に設ける場合に用いる可動羽根９０Ａの一例を示す一部断側面図、図９は可動羽根９０Ａの羽根部１１１側の部分を取り外した状態の可動羽根ポンプ１−３の要部概略断面拡大図である。両図において前記可動羽根ポンプ１−１で説明したのと同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。この可動羽根ポンプ１−３において前記可動羽根ポンプ１−１と相違する点は、シール機構９７を、図３，図４に示すように内側羽根目玉９３ｂの下面に取り付ける代りに、内側羽根目玉９３ｂの外周側面（羽根目玉収納部６１の内周側面）に取り付け、これによってシール機構９７を軸受穴５９（羽根目玉収納部６１）の内周側面と内側羽根目玉９３ｂの外周側面との間に挟持することで軸受穴５９と軸部９１の間の隙間をシールし、これによって潤滑液を満たした羽根変角機構収納部５７を外部の水（海水）から密閉した点である。以上のようにシール機構を設ける位置は、可動羽根の分離される部分よりもインペラハブ側の部分であればどの位置であっても良い。

また可動羽根の形状・構造や、インペラハブの形状・構造や、羽根変角機構の形状・構造や、シール機構の形状・構造等にも種々の変更が可能であることはいうまでもない。例えば、シール機構は、オイルシール、Ｖパッキン、Ｏリングなどを使用できる。

可動羽根ポンプ１−１の全体概略断面図である。羽根車１５の部分の要部概略断面拡大図である。可動羽根９０を示す一部断側面図である。可動羽根９０の羽根部１１１側の部分を取り外した状態を示す図である。可動羽根ポンプ１−２の要部概略断面図である。可動羽根３７０を示す一部断側面図である。羽根変角機構４００及び可動羽根３７０の部分を示す概略斜視図である。可動羽根９０Ａを示す一部断側面図である。可動羽根９０Ａの羽根部１１１側の部分を取り外した状態の可動羽根ポンプ１−３の要部概略断面拡大図である。

符号の説明

１−１可動羽根ポンプ
１１外ケーシング
１３駆動部
１５羽根車
３３ポンプ主軸
５０インペラハブ
５７羽根変角機構収納部
５９軸受穴
９０可動羽根
９１軸部
９３羽根目玉
９７シール機構
１１１羽根部
１３０羽根変角機構
１３１テンションロッド
１−２可動羽根ポンプ
３１０外ケーシング
３２０ポンプ主軸
３３０羽根車
３４０インペラハブ
３４３軸受穴
３４５羽根変角機構収納部
３７０可動羽根
３７１軸部
３７３羽根目玉
３７７シール機構
３９０羽根部
４００羽根変角機構
４０１テンションロッド
１−３可動羽根ポンプ
９０Ａ可動羽根

Claims

ポンプ主軸と一体に回転するインペラハブと、
軸部と羽根部とを有し、軸部をインペラハブに設けた軸受穴に回動自在に装着することで羽根部をインペラハブより外方に突出して設置する可動羽根と、
インペラハブ内部に収納され可動羽根の軸部と連結されて可動羽根を所定の羽根角度に回転させる羽根変角機構と、を具備し、
可動羽根の軸部の部分はインペラハブの軸受穴の部分でシールされ、
該可動羽根の軸部は前記羽根部を取り付ける羽根目玉を有し、この羽根目玉の部分が外側羽根目玉と内側羽根目玉に着脱可能に分離される構造であり、且つ内側羽根目玉の部分で前記シールを行い、これによって可動羽根は前記シールされている内側羽根目玉の部分よりも羽根部側の部分で着脱可能に分離されることを特徴とする可動羽根ポンプ。