JP5508840B2

JP5508840B2 - 水中ポンプ

Info

Publication number: JP5508840B2
Application number: JP2009295794A
Authority: JP
Inventors: 竜治井谷
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: JP2011137377A

Description

本発明は、水中ポンプに関する。

従来より、排水処理等に使用される仮設式の、携行可能な水中ポンプとして、全周流型の水中ポンプが知られている（例えば特許文献１参照）。この全周流型の水中ポンプはモータ部とポンプ部とを備えて構成され、モータ部は、モータを収容するモータケーシングと、そのモータケーシングの外周囲を覆う外ケーシングとの間に、モータの駆動軸（回転軸）方向に延びる環状流路が区画形成されて構成される一方、ポンプ部は、モータ部の下側に配置された遠心羽根車と、それを囲む羽根車ケーシングとを備えて構成されている。羽根車ケーシングには、環状流路に連通する複数の貫通口が周方向に等間隔を空けて形成されている一方、環状通路には、周方向の所定位置に吐出口が形成されており、この全周流型の水中ポンプは、遠心羽根車がモータによって駆動されることに伴い、各貫通口を通じて環状流路に流入した流体を、吐出口を介して外部に吐出するようにしている。

こうした建設現場等の溜水部の排水に使用される仮設の水中ポンプは、砂や小石等の異物混じりの水を吸い込んでこれを排出することになるため、羽根車の背面と羽根車ケーシングとの間に、例えばゴム製の後面ライナーを配設し、それによって耐摩耗性を向上させるようにしている。

特開２００７−２３６０３９号公報

前述したように、建設現場等の溜水部の排水に使用される仮設の水中ポンプは異物混じりの水の排出を行うが、駆動中の水中ポンプを停止したときに、吐出口に接続された排水ホースや、環状流路内に存在する異物混じりの水が、貫通口を通じてポンプ部側に逆流するようになる。この逆流がポンプ部内で砂や小石等の異物を巻き上げ、その異物が遠心羽根車と後面ライナーとの隙間に入り込んでしまう場合がある。

ここで、遠心羽根車と後面ライナーとの隙間は、ポンプ効率の観点から比較的狭く設定されているため、この隙間に入り込んだ異物が、遠心羽根車と後面ライナーとに挟まれた状態のままで、遠心羽根車の回転に伴い回転軸回りに回転（公転）するようになって、その隙間から排出されなくなる場合があり、この場合は、遠心羽根車や後面ライナーの摩耗を進行させてしまうことになる。さらに、隙間に入り込んだ異物が遠心羽根車と後面ライナーとの間に噛み込まれて、遠心羽根車をロックしてしまうことも起こり得る。特に水位センサの検出に基づいて水中ポンプの起動及び停止を行う自動運転時には、水中ポンプの停止と起動とが何度も繰り返される場合があり、その場合には、遠心羽根車と後面ライナーとの隙間に異物の入り込む機会が増えると共に、それに伴い、異物を噛み込んでしまう可能性が高くなることから、水中ポンプの起動不良や動作不良を起こしやすくなるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水中ポンプにおける、遠心羽根車と後面ライナーとの間に異物が入り込んだ状態を回避することにある。

水中ポンプは、回転軸を中心として所定の一方向に回転する遠心羽根車と、前記遠心羽根車を囲む羽根車ケーシングと、前記羽根車ケーシングに取り付けられると共に、前記遠心羽根車の裏面に対して所定の隙間を空けて配設された後面ライナーと、を備え、前記後面ライナーには、前記遠心羽根車との対向面から凹陥すると共に、当該後面ライナーと前記遠心羽根車との隙間に存在する異物を、前記遠心羽根車の回転に伴い当該隙間から排出するための凹陥溝が形成されている。

こうすることで、異物混じりの水等の排出を行っている駆動中の水中ポンプを停止させたときに、逆流に伴い遠心羽根車と後面ライナーとの隙間に異物が入り込んだとしても、凹陥溝の部分は、遠心羽根車との対向面から凹陥している分だけ遠心羽根車との隙間が大きいため、凹陥溝内の異物は、その凹陥溝に沿って容易に移動可能になる。従って、隙間に存在する異物が、遠心羽根車が回転することに伴い周方向に移動して凹陥溝内に入れば、その後、その異物は凹陥溝に沿って移動して隙間から排出される。こうして、遠心羽根車と後面ライナーとの間に異物が入り込んだ状態のままになることが回避され、異物の噛み込みに起因する水中ポンプ起動不良や動作不良が回避されると共に、遠心羽根車や後面ライナーの摩耗が抑制される。

前記水中ポンプは、前記羽根車ケーシングを挟んで前記遠心羽根車とは逆側に配置されると共に、当該遠心羽根車を回転駆動するモータと、前記モータを収容するモータケーシングと、前記モータケーシングの外周面との間で、前記回転軸方向に延びる環状流路を区画形成する外ケーシングと、をさらに備え、前記羽根車ケーシングには、前記環状流路に連通する複数の貫通口が周方向に等間隔を空けて形成されており、前記環状流路に連通すると共に、前記各貫通口を通じて当該環状流路内に流入した流体を外部に吐出する吐出口が、前記周方向の所定位置に配設され、前記凹陥溝は、前記吐出口の配設位置に対し、前記回転軸を挟んだ反対側の位置に、１つ形成されている。

凹陥溝は、前述したように、遠心羽根車との隙間が大きいため異物を排出し得るものの、この凹陥溝を通じて隙間内に異物が入り込む場合も起こり得る。そこで、凹陥溝は１つにし、その数を少なくすることで、凹陥溝を通じた隙間への異物の入り込みが可及的に防止される。また、水中ポンプの停止時には、吐出口を通じて異物混じりの水が逆流することになるため、仮に凹陥溝を、この吐出口の配設位置と同じ周方向位置に形成した場合には、吐出口からの逆流によって、凹陥溝を通じた隙間内への異物の入り込みが起こりやすくなるのに対し、凹陥溝を、吐出口の配設位置に対し回転軸を挟んだ反対側の位置に形成することによって、凹陥溝が吐出口から離れることになり、この凹陥溝を通じた隙間内への異物の入り込みが抑制される。

前記凹陥溝は、前記遠心羽根車における径方向の内方位置に対応する基端から、当該遠心羽根車の回転方向に向かって周方向に延びつつ、径方向の外方に向かって延びるように形成されていて、その先端は、前記遠心羽根車の外周縁よりも外側の位置で開口している、としてもよい。

こうすることで、凹陥溝は径方向の内方位置から外方位置までの全域に亘って延びているため、遠心羽根車が回転することに伴い、隙間に入り込んだ異物が回転軸を中心として公転するように移動したときに、その異物が、径方向のいずれの位置に位置していたとしても、凹陥溝内に必ず入るようになる。前記凹陥溝はまた、遠心羽根車の回転方向に向かって周方向に延びているため、凹溝内の異物は、遠心羽根車の回転に伴いその凹陥溝に沿って効率的に移動して、隙間から排出される。

前記凹陥溝は、前記基端から前記先端に向かうにつれて幅広となるように形成されている、としてもよい。

こうすることで、凹溝内の異物は、遠心羽根車の回転に伴いその凹陥溝に沿ってさらに効率的に移動し、隙間から確実に排出される。

以上説明したように、本発明によると、後面ライナーに凹陥溝を形成することによって、遠心羽根車と後面ライナーとの隙間に異物が入り込んだとしても、遠心羽根車の回転に伴い、その異物を凹陥溝を通じて排出させることができる。その結果、遠心羽根車と後面ライナーとの間に異物が入り込んだ状態のままになることが回避され、異物の噛み込みに起因する水中ポンプ起動不良や動作不良を回避することができると共に、遠心羽根車や後面ライナーの摩耗を抑制することができる。

実施形態１に係る水中ポンプの断面図である。図１のII−II断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る水中ポンプＡの断面図を示している。この水中ポンプＡは、例えば工事現場における排水処理等に使用される仮設式のポンプであって、溜水部内に配設されることによって、この水中ポンプＡは、砂や小石等の異物混じりの水を吸い込んで、これを吐き出すことになる。水中ポンプＡは、遠心羽根車２１を有するポンプ部２と、該遠心羽根車２１を駆動するモータ４を有するモータ部３と、を備えて構成されており、オイルケーシング６を挟んだ下側にポンプ部２を、その上側にモータ部３をそれぞれ配置することによって、ポンプ部２及びモータ部３が上下方向に並んで配置されている。

前記モータ部３は、ステータ４１及びロータ４２からなる前記モータ４と、該モータ４のステータ４１を覆うステータケーシング（モータケーシング）３１と、ステータケーシング３１の上端に取り付けられるモートルカバー３２と、を備えている。

前記モータ４は、単相モータであり、そのロータ４２の略中心に上下方向に延びて、回転軸Ｘを構成する駆動軸４３が配設されている。そして、前記駆動軸４３の下端部は、遠心羽根車２１に連結されており、これにより、前記モータ４の回転が該遠心羽根車２１に伝達される。

前記ステータケーシング３１は、有底円筒状でかつ、その上端が開口している。ステータケーシング３１の底部には、その略中心位置に前記駆動軸４３が貫通する貫通孔が形成されていると共に、前記駆動軸４３の略中間部分を回転可能に支持する軸受が取り付けられている。

前記モートルカバー３２は、断面略逆Ｕ字状を有していて、前記ステータケーシング３１の上端開口を閉塞するように、このステータケーシング３１の上端に対して取り付けられている。このモートルカバー３２の上壁の内面には、前記駆動軸４３の上端部を回転可能に支持する軸受が取り付けられるブラケットが一体に形成されている。尚、図示は省略するが、モートルカバー３２内には、前記モータ４を駆動するための各種電気部品が収容される。

前記オイルケーシング６は、略円筒状であり、その筒軸方向の中央位置に、前記ポンプ部２とモータ部３とを区画する区画壁６１が形成されている。そうして、区画壁６１の上面側には、上方に突出する環状の起立壁６２が区画壁６１と一体に形成されていると共に、その下面側には、下方に突出する取付部６３が区画壁６１と一体に形成されている。また、区画壁６１には、その起立壁６２に囲まれた空間の中心に相当する位置に、上下に貫通する中心貫通孔６８が形成されており、この中心貫通孔６８内をモータ４の駆動軸４３が貫通して配置されている。

前記オイルケーシング６は、その起立壁６２の上端が、前記ステータケーシング３１の下面に対して固定されることによって、区画壁６１、起立壁６２及びステータケーシング３１の下面によって囲まれた密閉空間を形成する。この密閉空間内には、メカニカルシール６４が配置されているのに対し、区画壁の下面側には、オイルシール６５が取り付けられている。

前記取付部６３は、図２に示すように、中心貫通孔６８を囲むように配設された３つのボリュート部６７を含んでおり、３つのボリュート部６７は、周方向に並んで互いに連続するように配設されていると共に、各ボリュート部６７は、図２においては反時計回り方向である遠心羽根車２１の回転方向に対し、径方向の外方に向かって拡がるような所定の湾曲形状を有している。そうして各ボリュート部６７における回転方向の先端部分に、区画壁６１を厚み方向に貫通する貫通口６６が形成されており、各貫通口６６によりオイルケーシング６の下面側（ポンプ部２）が外ケーシング５（環状流路５１）内に連通するようになっている。

前記外ケーシング５は、断面略Ｕ字形の有蓋円筒状を有しており、その下端が前記オイルケーシング６の上端に取り付けられることによって、オイルケーシング６と共にモータ部３を収容するモータ収容部を形成する。そうして、外ケーシング５とステータケーシング３１との間に、モータ４の周囲を周回する環状流路５１が形成される。

前記外ケーシング５の上壁における外周縁近傍には、前記環状流路５１に連通する吐出口５５が形成されており、この吐出口５５にホースカップリング５３が取り付けられている。尚、符号５４は、外ケーシング５の上壁に取り付けられた、本水中ポンプＡの携行用のハンドルであり、符号７１は、前記モータ４に給電する給電ケーブルが挿通されるケーブルブーツである。

前記ポンプ部２は、上述したように、モータ４の駆動軸４３の下端に取り付けられた遠心羽根車２１を備えると共に、ポンプケーシング２２を備えている。

前記ポンプケーシング２２は、断面略Ｕ字形の略有底筒状に形成されていて、前記遠心羽根車２１を下側から覆うように配設されて前記オイルケーシング６の取付部６３に対して固定されている。

前記ポンプケーシング２２の底部には、前記遠心羽根車２１の中心位置に対応する位置に吸込口２２ａが形成されていると共に、詳細な図示は省略するが、３つのボリュート部が吸込口２２ａを囲むように形成されており、このポンプケーシング２２のボリュート部と、前記オイルケーシング６のボリュート部６７とが互いに相対することによって、遠心羽根車２１の回転駆動によって径方向の外方へと吐き出された水を、各貫通口６６へと導くボリュートが、３つ形成されることになる。

前記オイルケーシング６の下側にはまた、前記ポンプケーシング２２を覆うようにストレーナ７が配設されている。このストレーナ７は、縦断面略Ｕ字形の略有底円筒状に形成されており、その外周壁部に複数の吸引穴が形成されている。そうして、ストレーナ７の上端が前記オイルケーシング６に対し取り付けられることによって、ストレーナ７とオイルケーシング６とによってポンプ部２を収容するポンプ収容部が形成される。

遠心羽根車２１の背面側には、耐摩耗性を向上させるための後面ライナー２３が配置されており、この後面ライナー２３は、ポンプケーシング２２とオイルケーシング６とに挟持されている。後面ライナー２３は、図２に示すように、ゴム製の概略円盤状部材であって、その中心位置に、モータ４の駆動軸４３が貫通する中心孔８１が形成されている一方、その外周縁形状は、前記３つのボリュート部６７の形状に対応するような回転軸Ｘに対する軸対称形状とされている。後面ライナー２３にはまた、前記貫通口６６に対応して周方向に等間隔を空けて３つの開口２３ａが形成されている。

そうして後面ライナー２３の下面（遠心羽根車２１との対向面）には、当該下面から凹陥する、１つの凹陥溝８２が形成されている。凹陥溝８２は、図２において二点鎖線で示す吐出口５５に対して、回転軸Ｘを挟んだ逆側に位置しており、後面ライナー２３において径方向の内方位置に相当する基端から、遠心羽根車２１の回転方向に向かって、つまり図２において反時計回り方向に向かって延びつつ、径方向の外方に向かって延びるように形成されている。そうして凹陥溝８２の先端は、図２において仮想的に示す遠心羽根車２１の外周縁よりも、径方向の外側の位置まで延びて、所定のボリュート部６７内において開口している。凹陥溝８２はまた、その溝幅が基端から先端に向かって次第に幅広となるように設定されている。ここで後面ライナー２３には、中心孔８１を囲むように３つの貫通孔８３が周方向に等間隔を空けて配設されており、凹陥溝８２の基端部は、この３つの貫通孔８３の内の１つに対して接続されている。尚、各貫通孔８３は、後面ライナー２３とオイルケーシング６との間の圧力を抜いて、後面ライナー２３がオイルケーシング６の下面から浮き上がることを防止するための圧力抜き孔８３である。

この水中ポンプＡには、図示は省略するが水位センサが取り付けられており、その水位センサによる水位の検出に基づいて、水中ポンプＡは、起動及び停止が自動的に行われるように構成されている。

この構成の水中ポンプＡにおいて、例えば建築現場の建築用穴内の溜まり水を排水するような場合には、まずホースカップリング５３に図示省略の排水ホースの一端を連結しておいて、水中ポンプＡを溜まり水に浸るように建築用穴に配置し、モータ４を駆動させる。

それによって、遠心羽根車２１が回転しその遠心力により遠心羽根車２１の周辺部の水が側方へ押し出されて、遠心羽根車２１の中央下部に対応する領域が減圧される。この減圧により、水がストレーナ７の側方から吸引穴、及び吸込口２２ａを通ってポンプケーシング２２内に吸引される。さらに、その水が前記遠心力により遠心羽根車２１の側方に押し出されて、各ボリュートからオイルケーシング６の貫通口６６を通り外ケーシング５内の環状流路５１に導かれる。こうして、水が環状流路５１内に所定量以上溜まると、吐出口５５及び排水ホースを通って外部に排出され、建築用穴内の溜まり水が排水される。

ここで、水中ポンプＡは、前記水位センサによる水位の検出に基づいて自動的に停止するようになり、その停止時には、ホースカップリング５３に接続された排水ホース内の、砂や小石混じりの水が逆流して下向きに落ちるようになる。この逆流は、環状流路５１及び貫通口６６を通じて、ポンプ部２側へと至り、そのポンプ部２内で砂や小石を巻き上げ、そのことにより、遠心羽根車２１と後面ライナー２３との間に小石等の異物が入り込んでしまう場合がある。

この状態で、水位センサの検出に基づいて水中ポンプＡが再起動するときには、従来の水中ポンプでは、そうした異物を挟み込んだまま遠心羽根車２１が回転することにより、遠心羽根車２１や後面ライナー２３の摩耗を招いたり、場合によっては異物が噛み込んで遠心羽根車２１をロックしてしまうことになる。特にこの水中ポンプＡは、単相モータを備えており起動トルクが比較的小さいため、起動時に遠心羽根車２１がロックされるようになり、水中ポンプＡの起動不良を招き易い。

これに対し、この構成の水中ポンプＡは、後面ライナー２３に凹陥溝８２が形成されていて、その凹陥溝８２の部分では、遠心羽根車２１と後面ライナー２３との隙間が大きいため、水中ポンプＡの起動により、遠心羽根車２１が回転したときには、例えば図２に一点鎖線で示すように、異物９が回転軸Ｘ回りに公転するように移動して、凹陥溝８２に至ると共に、その後はその凹陥溝８２に沿って当該溝内を径方向の外方へと移動するようになり、最終的に遠心羽根車２１と後面ライナー２３との隙間から排出されて、貫通口６６を通じて環状流路５１へと至るようになる。こうして、異物を挟み込んだまま遠心羽根車２１が回転することや、異物が隙間に噛み込むことが回避され、遠心羽根車２１及び後面ライナー２３の摩耗や、遠心羽根車２１のロックが防止される。この水中ポンプＡはまた、水位センサの検出に基づいて自動的に起動及び停止するため、起動及び停止が頻繁に行われる場合があり、その場合、遠心羽根車２１と後面ライナー２３との隙間に異物の入り込む機会が増えると共に、それに伴い、異物を噛み込んでしまう可能性も高くなってしまうところ、そうした異物は隙間から確実に排出されるため、水中ポンプＡの起動不良や動作不良を回避することでき、自動運転を行う水中ポンプＡにおいて特に有効である。

ここで、凹陥溝８２は径方向の内方位置から外方位置までの全域に亘って延びているため、隙間に入り込んだ異物が径方向のいずれの位置に位置していても、その異物が回転軸Ｘを中心とした公転移動をしたときに、凹陥溝８２内に必ず入るようになる。また、凹陥溝８２は遠心羽根車２１の回転方向に向かって周方向に延びていると共に、凹陥溝８２は、基端から先端に向かうにつれて幅広となるように形成されているため、凹陥溝８２内の異物は、遠心羽根車２１の回転に伴いその凹陥溝８２に沿って効率的に移動する。そうして、異物は隙間から確実に排出されるようになる。

また、この水中ポンプＡは、３つのボリュートと３つの貫通口６６とを有している一方で、凹陥溝８２は１つのみ有しているが、凹陥溝８２の数を少なくすることによって、凹陥溝８２を通じて隙間内に異物が入り込むことが可及的に防止される。さらにその凹陥溝８２を、吐出口５５に対し回転軸Ｘを挟んだ反対側の位置に形成しているため、水中ポンプＡの停止時に吐出口５５を通じて異物混じりの水が逆流したときにも、凹陥溝８２が吐出口から離れていることにより、この凹陥溝８２を通じた隙間への異物の入り込みが抑制される。

こうして遠心羽根車２１と後面ライナー２３との隙間に異物が入り込んだ状態のままになることが回避されるため、遠心羽根車２１と後面ライナー２３との隙間を狭くすることも可能であり、そうすることによって、水中ポンプＡの効率の向上が図られるという利点がある。

また、後面ライナー２３には圧力抜き孔８３が形成されており、この圧力抜き孔８３に異物が嵌り込むことも起こり得るが、凹陥溝８２は、その基端が圧力抜き孔８３に接続されているため、圧力抜き孔８３に嵌り込んだ異物も凹陥溝８２を通じて、遠心羽根車２１と後面ライナー２３との隙間から容易に排出することが可能である。

尚、水中ポンプの構成は前記の構成に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。ここに開示する技術は、砂や小石等が混じった水を排出する用途に用いられる水中ポンプに広く適用することが可能である。

以上説明したように、本発明は、遠心羽根車と後面ライナーとの隙間に異物が入り込んだとしても、その異物が入り込んだ状態のままになることを回避することができるから、特に砂混じりの水等を排出するための水中ポンプとして有用である。

Ａ水中ポンプ
２１遠心羽根車
２３後面ライナー
３１ステータケーシング（モータケーシング）
４モータ
５外ケーシング
５１環状流路
５５吐出口
６オイルケーシング（羽根車ケーシング）
６６貫通口
８２凹陥溝
Ｘ回転軸

Claims

回転軸を中心として所定の一方向に回転する遠心羽根車と、
前記遠心羽根車を囲む羽根車ケーシングと、
前記羽根車ケーシングに取り付けられると共に、前記遠心羽根車の裏面に対して所定の隙間を空けて配設された後面ライナーと、
前記羽根車ケーシングを挟んで前記遠心羽根車とは逆側に配置されると共に、当該遠心羽根車を回転駆動するモータと、
前記モータを収容するモータケーシングと、
前記モータケーシングの外周面との間で、前記回転軸方向に延びる環状流路を区画形成する外ケーシングと、を備え、
前記羽根車ケーシングには、前記環状流路に連通する複数の貫通口が周方向に等間隔を空けて形成されており、
前記環状流路に連通すると共に、前記各貫通口を通じて当該環状流路内に流入した流体を外部に吐出する吐出口が、前記周方向の所定位置に配設され、
前記後面ライナーには、前記遠心羽根車との対向面から凹陥すると共に、当該後面ライナーと前記遠心羽根車との隙間に存在する異物を、前記遠心羽根車の回転に伴い当該隙間から排出するための凹陥溝が形成され、
前記凹陥溝は、前記吐出口の配設位置に対し、前記回転軸を挟んだ反対側の位置に、１つ形成されている水中ポンプ。
請求項１に記載の水中ポンプにおいて、
前記凹陥溝は、前記遠心羽根車における径方向の内方位置に対応する基端から、当該遠心羽根車の回転方向に向かって周方向に延びつつ、径方向の外方に向かって延びるように形成されていて、その先端は、前記遠心羽根車の外周縁よりも外側の位置で開口している水中ポンプ。
請求項２に記載の水中ポンプにおいて、
前記凹陥溝は、前記基端から前記先端に向かうにつれて幅広となるように形成されている水中ポンプ。