JP5654308B2 - 水中ポンプ用羽根車及び水中ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、汚水等の送水に用いる水中ポンプ用羽根車及び水中ポンプに関する。

汚水等の送水に用いる水中ポンプは、渦巻形のケーシング内に羽根車が収容された渦巻ポンプが用いられる。水中ポンプは、ケーシングの下方側に吸込口、ケーシングの側方に吐出口が設けられ、羽根車が回転することで、吸込口から吸い込まれた汚水を、吐出口から吐出させる構成である。

このような汚水等の送水に用いられる水中ポンプは、汚水中に異物（汚物等）が含まれる虞があり、汚物が巻き込まれる等による故障を防止するために、汚水中に含まれる汚物を確実に排出できる構成が要求される。

このため、例えば、羽根車として、一枚のシュラウドに羽根が複数設けられた所謂セミオープン羽根と呼ばれるものが用いられる。しかし、このような羽根車は、ポンプ効率が悪いことから、高い効率が求められる場合においては、所謂クローズド羽根と呼ばれる羽根車が用いられたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。このような羽根車は、二枚のシュラウド間に羽根が設けられる構成であり、羽根車内に異物が巻き込まれる虞がセミオープン羽根と呼ばれる羽根車に比べて高い。

このため、汚水等の送水に用いられる水中ポンプは、例えば、汚物を球体と仮定した場合に、吸込み側の口径に対して７０％以上の粒径の汚物が通過できるように規定されている。このため、羽根出口幅が、吸込口の幅に対して、７０％〜１００％となるように形成された羽根車が用いられている。

また、羽根出口幅は、吸込口の幅に対して７０％〜１００％となるように構成されているため、羽根出口幅より大の汚物が羽根車内に吸込まれる虞がある。このため、水中ポンプは、吸込口の構成又は水中ポンプ自体に付加する部材等により、羽根出口幅より大の汚物が羽根車内に流入しないように構成されている。

特開２００２−２０２０９２号公報

上述した水中ポンプでは、以下の問題があった。即ち、汚物を通過させるために、羽根車の羽根出口幅を大きく取る必要があるため、ポンプ効率が低く、ポンプの動力を高めてポンプ容量を必要以上に大きくする必要がある。

このため、高いポンプ効率を有する水中ポンプの要望があった。

そこで本発明は、ポンプ効率の向上が可能な水中ポンプ用羽根車及び水中ポンプを提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の水中ポンプ用羽根車及び水中ポンプは次のように構成されている。

本発明の一態様として、その吸込口の口径に対して７０％〜１００％の粒径の汚物を含む汚水を吐出可能な水中ポンプのケーシング内に収納され、回転軸により回転することで、流体を圧送する水中ポンプ用羽根車であって、一方に吸込口が形成された一対のシュラウドと、前記一対のシュラウド間に形成され、前記シュラウドの中心側から前記シュラウドの外周縁まで異なる径で連続する羽根と、前記一対のシュラウド及び前記羽根により形成され、前記吸込口が設けられた前記シュラウド側の開口幅が、他の開口幅よりも小さい開口幅を有し、前記粒径の汚物を吐出可能な開口面積を有する吐出口と、を備える。

本発明の一態様として、その吸込口の口径に対して７０％〜１００％の粒径の汚物を含む汚水を吐出可能な水中ポンプであって、モータと、前記モータより回転する回転軸と、前記回転軸に接続され、一方に吸込口が形成された一対のシュラウド、前記一対のシュラウド間に形成され、前記シュラウドの中心側から前記シュラウドの外周縁まで異なる径で連続する羽根、及び、前記一対のシュラウド及び前記羽根により形成され、前記吸込口が設けられた前記シュラウド側の開口幅が、他の開口幅よりも小さい開口幅を有し、前記粒径の汚物を吐出可能な開口面積を有する吐出口を具備する羽根車と、前記羽根車を収納するポンプ室を有するケーシングと、を備える。

本発明によれば、ポンプ効率の向上が可能な水中ポンプ用羽根車及び水中ポンプを提供することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る水中ポンプの構成を断面で示す説明図。 同水中ポンプに用いられる羽根車及びポンプケーシングの構成を一部断面で示す斜視図。 同羽根車の構成を示す側面図。 同羽根車の構成を模式的に示す断面図。 本発明の変形例にかかわる水中ポンプに用いられる羽根車の構成を示す側面図。

以下、本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ１を図１乃至図４を用いて説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ１の構成を断面で示す説明図、図２は同水中ポンプ１の要部であって、特にケーシング４１及び羽根車４２の構成を一部断面で分解して示す斜視図、図３は同羽根車４２の構成を示す側面図、図４は同羽根車４２の構成を図３中ＩＶ−ＩＶ断面により模式的に示す断面図である。なお、図１〜４中、Ｂはボルトを、Ｆは水の流れを、Ｋは電源ケーブル、Ｌはライナリングをそれぞれ示す。

図１に示すように、水中ポンプ１は、モータ１０と、軸封装置１１と、モータ１０と、を備えている。このような水中ポンプ１は、汚水槽及び下水道等に設置され、異物（汚物等）を含む汚水を移送する所謂水中汚水ポンプと呼ばれるものである。

モータ１０は、モータケーシング２１と、固定子２２と、回転子２３と、回転軸２４と、を備えている。またモータ１０は、外部電源等に接続される電源ケーブルＫを有している。モータケーシング２１は、両端が閉塞する円筒形状に形成され、一方の端面が軸封装置１１にボルトＢ等により固定される。

固定子２２は、モータケーシング２１の内面に固定されている。また固定子２２は、電源ケーブルＫを介して供給された電力により、回転子２３を回転可能に形成されている。回転子２３は、その回転に追従して回転軸２４を回転可能に、回転軸２４と固定されている。

回転軸２４は、モータケーシング２１の一端側から突出し、且つ、モータケーシング２１にベアリング等の軸受２５を介して回転自在に軸支されている。なお、回転軸２４は、モータケーシング２１に、重力方向に延設される。

軸封装置１１は、シールケーシング３０と、メカニカルシール３１と、を備えている。軸封装置１１は、モータ１０、ポンプ１２及び回転軸２４間を液密に仕切る。

シールケーシング３０は、内部にメカニカルシール３１を収納可能に形成されている。このようなシールケーシング３０は、両端が閉塞する円筒状に形成され、その両端面に回転軸２４を挿通する挿通孔３３を備えている。また、シールケーシング３０は、その内部に、メカニカルシール３１の潤滑油を充満可能な油室３４を形成する。

メカニカルシール３１は、シールケーシング３０と回転軸２４との間を密閉することで、ポンプ１２からの汚水の浸入及びモータ１０への潤滑油の浸入を防止可能に形成されている。このように、軸封装置１１は、潤滑油により充満したシールケーシング３０内にメカニカルシール３１を設けることで、モータ１０への異物混入を防止する所謂二段構造が用いられる。

ポンプ１２は、ケーシング４１と、羽根車４２と、を備えている。ケーシング４１は、その内部に羽根車４２を収納する渦巻ケーシングであり、その内部にポンプ室４３を形成する。ケーシング４１は、組み立てることでその内部にポンプ室４３を形成する上部材４４及び下部材４５を有し、羽根車４２を回転軸２４に固定した状態で分解可能に形成されている。

上部材４４は、本実施の形態では、シールケーシング３０の一部に一体に形成されている。上部材４４は、上述した挿通孔３３の下方に、羽根車４２を回動可能に指示する第１支持部４７を有している。

下部材４５は、水中ポンプ１を据付面に据付ける複数の脚部４８を備えている。また、下部材４５は、その底面であって、複数の脚部４８間に設けられた吸込開口４９と、その側面に設けられた吐出開口５０と、を備えている。なお、吐出開口５０は、後述する羽根車４２の吸込口５８の口径に対して７０％〜１００％の口径に形成されている。

吸込開口４９は、羽根車４２を回動可能に支持する第２支持部４９ａを有している。なお、挿通孔３３、第１支持部４７及び第２支持部４９ａには、回転軸２４及び羽根車４２と摺動可能なライナリングＬが設けられる。

図２乃至図４に示すように、羽根車４２は、ノンクロッグのクローズド羽根車である。このような羽根車４２は、例えば、一対のシュラウド５２，５３と、これらシュラウド５２，５３間に一体に設けられた羽根５４と、を備えている。羽根車４２は、その流体を吸込む吸込口５８と、吸込んだ流体を吐出する吐出口６３を有している。

一対のシュラウド５２，５３の一方（以下、シュラウド５２）は、円板状に形成されている。シュラウド５２は、その中央側に、回転軸２４が挿通可能、且つ、キー溝が形成された挿通孔５６が形成された第１被支持部５７が形成されている。

一対のシュラウド５２，５３の他方（以下、シュラウド５３）は、円環状に形成されている。シュラウド５３は、その中央側に、吸込口５８が形成された第２被支持部５９が形成されている。なお、重力方向に対してシュラウド５２は、シュラウド５３の上方に位置する。

第１被支持部５７は、ライナリングＬを介して第１支持部４７に回転及び摺動自在に支持される。第２被支持部５９は、ライナリングＬを介して第２支持部４９ａに回転及び摺動自在に支持される。

羽根５４は、シュラウド５２，５３間に例えば１枚設けられている。羽根５４は、図４にその断面形状を模式的に示すように、シュラウド５２、５３の中心（インペラ５４の回転中心）からの径が各位置で異なる形状、例えば渦巻形状やインボリュート形状に形成されている。なお、その詳細な形状は、羽根車４２が、汚水を所定のポンプ効率で圧送（移送）可能な形状であれば、適宜設定可能である。

羽根５４は、その一方の端部６１が、シュラウド５２，５３の中心側に、その他方の端部６２がシュラウド５２，５３の外周縁にそれぞれ配置される。羽根５４は、これら一方の端部６１及び他方の端部６２間が異なる径の曲面により連続することで形成される。

羽根５４は、シュラウド５２，５３及び端部６１、６２間に、シュラウド５３の吸込口５８から吸い込まれた汚水をポンプ室４３内へと移動させる開口６３を形成する。この開口６３は、吸込口５８から吸込んだ汚水をポンプ室４３へと吐出する吐出口６３である。吐出口６３は、吸込口５８の口径に対して７０％〜１００％の粒径が通過可能に形成されている。

羽根５４は、吐出口６３が、シュラウド５２側（上側）からシュラウド５３側（下側）に向って漸次小さな開口幅（開口面積）となるように形成されている。具体的には、羽根５４は、シュラウド５２側の長さが、シュラウド５３側の長さよりも短く形成されている。

換言すると、羽根５４は、図３の平面視、及び図４に示す断面及び破線により端部６１，６２を示すように、一方の端部６１で、シュラウド５３側からシュラウド５２側に向って切欠するように傾斜し、同様に、他方の端部６２で、シュラウド５３側からシュラウド５２側に向って切欠するように傾斜する。なお、この傾斜は、例えば１０°〜１１°程度である。

このように、端部６１，６２がそれぞれ傾斜することで、端部６１，６２の開口幅は、上側から下側に向って漸次小となり、結果、吐出口６３の開口面積が、上側から下側に向って、漸次小となるように形成される。

なお、他方の端部６２は、シュラウド５２，５３の外周縁に位置するとともに、外周縁に沿って所定の長さ、具体的には、シュラウド５３側で長く、シュラウド５３側で短く形成される。この他方の端部６２は、羽根５４の端部に設けられるが、シュラウド５２、５３の外周縁と面一に設けられており、このため、当該端部６２では流体の圧送は行われない。

このように構成された水中ポンプ１は、電源ケーブルＫを介して電力が供給されることで、モータ１０を駆動される。モータ１０は、固定子２２により、回転子２３に固定された回転軸２４を回転させる。回転子２３の回転により、ポンプ１２は、羽根車４２が回転する。

図１の水の流れＦに示すように、ポンプ１２は、羽根車４２の回転により、吸込口５８から吸い込まれた汚水が羽根車４２の吐出口６３から吐出され、ケーシング４１及び羽根車４２により圧送される。この圧送によりポンプ１２は、この圧送された水を、吐出開口５０を介して水中ポンプ１の二次側へ移送することが可能となる。

このように構成された水中ポンプ１によれば、羽根車４２は、羽根５４の端部６１，６２を、羽根５４の出口の上側が切欠するようにシュラウド５２，５３間に傾斜して形成し、吐出口６３を、所定の粒径の汚物は通過可能としたまま、その上側と下側で異なる開口幅（開口面積）に形成される。これにより、羽根車４２の吐出口６３の上側で、より多くの汚水を吐出することが可能となる。

詳しく説明すると、ポンプ１２により圧送される水は、吐出口６３の上側（モータ１０側、シュラウド５３側）の流れにおいて、主としてポンプ室４３内へと汚水を吐出するように流れる。また、ポンプ１２により圧送される汚水は、その吐出口６３の下側（吸込口５８側、シュラウド５２側）の流れにおいて、ポンプ室４３内へと吐出する流れだけでなく、吸込口５８側へと戻るような流れも発生する。

換言すると、羽根車４２においては、その吐出口６３の下側においては、その流体の流れの少なくとも一部は、吐出口６３に移動した流体（汚水）が吸込口５８側に戻る流れとなる。このため、吐出口６３の下側では、吐出口６３の上側よりもその吐出される流量は少ない。

しかし、本実施の形態では、吐出口６３の開口幅（開口面積）を、吐出口６３の、より汚水が流れる上側から下側に向って漸次小さくなるように、端部６１，６２を重力方向に対して傾斜させて形成する。このため、羽根車４２により吐出される汚水は、吐出口６３の上側で流量を増大することが可能となり、且つ、吐出口６３の下側での吸込口５８側に戻る流れを抑制可能となる。このため、ポンプ１２のポンプ効率を向上することが可能となる。

上述したように本実施の形態に係る水中ポンプ１によれば、羽根車４２の吐出口６３の開口幅を、下側よりも上側で大きくすることで、吐出側への水の流れがより多い上側の吐出口６３の流路を大きくすることが可能となる。また、吐出口６３での下側の吸込口５８側に戻る流れを抑制可能となる。これらのことから、ポンプ効率を向上することが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、端部６１，６２の両方が、吐出口６３の開口幅が上側から下側に向って漸次小さくなるように傾斜する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、端部６１のみを傾斜させる構成でも良く、また、端部６２のみを傾斜させる構成であってもよい。

即ち、吐出口６３の吸込口５８側の開口幅（開口面積）を、他部よりも小さくすることで、吐出口６３の上側で吐出する流量を大とすること、及び、吐出口６３の下側で吐出する流量を小とすることができればよい。このため、端部６１、６２は、傾斜する形状でなく、例えば、図５に示すように、羽根車４２Ａとして、吐出口６３の下方が突出することで、その端部６１Ａ及び６２Ａ、又は、いずれか一方を異なる長さに形成する構成であってもよい。このような構成とすることで、吐出口６３の下方の開口幅（開口面積）は、その上方の開口幅（開口面積）よりも小さくなる。このため、上述した羽根車４２と同様の効果を得ることが可能となる。

また、上述した例では、羽根車４２の羽根５４の枚数は、単数（１枚）の構成を説明したがこれに限定されない。吐出口６３が、上述したように、吸込口５８側でその開口幅が小となる形状であれば、羽根車４２の羽根枚数は、２枚以上であってもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 水中ポンプのケーシング内に収納され、回転軸により回転することで、流体を圧送する水中ポンプ用羽根車であって、
一方に吸込口が形成された一対のシュラウドと、
前記一対のシュラウド間に形成され、前記シュラウドの中心側から前記シュラウドの外周縁まで異なる径で連続する羽根と、
前記一対のシュラウド及び前記羽根により形成され、前記吸込口が設けられた前記シュラウド側の開口幅が、他の開口幅よりも小さい開口幅を有する吐出口と、
を備えることを特徴とする水中ポンプ用羽根車。
［２］ 前記羽根は、その両端部の少なくとも一方が傾斜することで、前記吸込口が形成された前記シュラウド側で前記吐出口の開口幅が小となることを特徴とする［１］に記載の水中ポンプ用羽根車。
［３］ 前記羽根は、その両端部の少なくとも一方の、前記吸込口が形成された前記シュラウド側が突出することで、前記吸込口が形成された前記シュラウド側で前記吐出口の開口幅が小となることを特徴とする［２］に記載の水中ポンプ用羽根車。
［４］ その吸込口の口径に対して７０％〜１００％の粒径の汚物を含む汚水を吐出可能な水中ポンプであって、
モータと、
前記モータより回転する回転軸と、
前記回転軸に接続され、一方に吸込口が形成された一対のシュラウド、前記一対のシュラウド間に形成され、前記シュラウドの中心側から前記シュラウドの外周縁まで異なる径で連続する羽根、及び、前記一対のシュラウド及び前記羽根により形成され、前記吸込口が設けられた前記シュラウド側の開口幅が、他の開口幅よりも小さい開口幅を有し、前記粒径の汚物を吐出可能な開口面積を有する吐出口を具備する羽根車と、
前記羽根車を収納するポンプ室を有するケーシングと、
を備えることを特徴とする水中ポンプ。
［５］ 前記羽根は、その両端部の少なくとも一方が傾斜することで、前記吸込口が形成された前記シュラウド側で前記吐出口の開口幅が小となることを特徴とする［４］に記載の水中ポンプ。
［６］ 前記羽根は、その両端部の少なくとも一方の、前記吸込口が形成された前記シュラウド側が突出することで、前記吸込口が形成された前記シュラウド側で前記吐出口の開口幅が小となることを特徴とする［５］に記載の水中ポンプ。

１…水中ポンプ、１０…モータ、１１…軸封装置、１２…ポンプ、１３…回転軸、２１…モータケーシング、２２…固定子、２３…回転子、２４…回転軸、２５…軸受、３０…シールケーシング、３１…メカニカルシール、３３…挿通孔、３４…油室、４１…ケーシング、４２…羽根車（水中ポンプ用羽根車）、４３…ポンプ室、４４…上部材、４５…下部材、４７…第１支持部、４８…脚部、４９…吸込開口、４９ａ…第２支持部、５０…吐出開口、５２、５３…シュラウド、５４…羽根、５６…挿通孔、５７…第１被支持部、５８…吸込口、５９…第２被支持部、６１…端部、６２…端部、６３…吐出口、Ｂ…ボルト、Ｆ…汚水の流れ、Ｋ…電源ケーブル、Ｌ…ライナリング。

Claims (6)

1. その吸込口の口径に対して７０％〜１００％の粒径の汚物を含む汚水を吐出可能な水中ポンプのケーシング内に収納され、回転軸により回転することで、流体を圧送する水中ポンプ用羽根車であって、
   一方に吸込口が形成された一対のシュラウドと、
   前記一対のシュラウド間に形成され、前記シュラウドの中心側から前記シュラウドの外周縁まで異なる径で連続する羽根と、
   前記一対のシュラウド及び前記羽根により形成され、前記吸込口が設けられた前記シュラウド側の開口幅が、他の開口幅よりも小さい開口幅を有し、前記粒径の汚物を吐出可能な開口面積を有する吐出口と、
   を備えることを特徴とする水中ポンプ用羽根車。
2. 前記羽根は、その翼弦方向の両端部の少なくとも一方が前記回転軸に対して傾斜することで、前記吸込口が形成された前記シュラウド側で前記吐出口の開口幅が小となることを特徴とする請求項１に記載の水中ポンプ用羽根車。
3. 前記羽根は、その翼弦方向の両端部の少なくとも一方の、前記吸込口が形成された前記シュラウド側が前記翼弦方向に突出することで、前記吸込口が形成された前記シュラウド側で前記吐出口の開口幅が小となることを特徴とする請求項２に記載の水中ポンプ用羽根車。
4. その吸込口の口径に対して７０％〜１００％の粒径の汚物を含む汚水を吐出可能な水中ポンプであって、
   モータと、
   前記モータより回転する回転軸と、
   前記回転軸に接続され、一方に吸込口が形成された一対のシュラウド、前記一対のシュラウド間に形成され、前記シュラウドの中心側から前記シュラウドの外周縁まで異なる径で連続する羽根、及び、前記一対のシュラウド及び前記羽根により形成され、前記吸込口が設けられた前記シュラウド側の開口幅が、他の開口幅よりも小さい開口幅を有し、前記粒径の汚物を吐出可能な開口面積を有する吐出口を具備する羽根車と、
   前記羽根車を収納するポンプ室を有するケーシングと、
   を備えることを特徴とする水中ポンプ。
5. 前記羽根は、その翼弦方向の両端部の少なくとも一方が前記回転軸に対して傾斜することで、前記吸込口が形成された前記シュラウド側で前記吐出口の開口幅が小となることを特徴とする請求項４に記載の水中ポンプ。
6. 前記羽根は、その翼弦方向の両端部の少なくとも一方の、前記吸込口が形成された前記シュラウド側が前記翼弦方向に突出することで、前記吸込口が形成された前記シュラウド側で前記吐出口の開口幅が小となることを特徴とする請求項５に記載の水中ポンプ。

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