JP5879073B2 - 羽根車及び水中ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、汚水等を送水する羽根車及び羽根車を用いた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、羽根車が回転することで、ケーシングの下面に設けられた吸込口から吸い込まれた汚水をケーシングの側面に設けられた吐出口から吐出する構成が知られている。

このような汚水等の送水に用いられる水中ポンプは、汚水中に含まれた異物が回転軸や羽根車等に巻き込まれることによる故障等を防止するために、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、高効率が要求さ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）。

クローズド羽根を用いた羽根車は、二枚のシュラウド間に羽根が設けられる構成であり、セミオープン羽根を用いた羽根車に比べて、羽根車内に異物が巻き込まれる虞が高い。このため、異物の巻き込みを防止するために、クローズド羽根としてシュラウド間に一枚の羽根を設けた羽根車も知られている。

一枚羽根の羽根車は、ポンプ効率を向上させるために、羽根の厚みを厚くする技術が知られている。具体的には、一枚羽根の羽根車は、その羽根の厚みが一端側、中央側及び他端側で異なる構成、例えば、羽根車の中心側に位置する一端側から中央側に向かって漸次その厚みが厚くなり、当該中央側から羽根車の外周側に位置する他端側に向かって漸次その厚みが薄くなる構成である。

このような一枚羽根の羽根車は、シュラウド間に羽根が一枚だけ設けられる構成であるとともに、その羽根の厚みが異なることから、配置や重量等の機械的バランスが悪く、振動や騒音の増大となる虞がある。

このため、水中ポンプを配置した場合に上方側に位置するシュラウドから羽根の内部を中空とする凹部を設け、他の部位との重量の差を極力低減することで、機械的バランスを向上させる技術が知られている。

しかし、羽根車に凹部が設けられていると、汚水中の異物等が当該凹部に蓄積されるため、振動や騒音の発生の原因となる。また、凹部は、羽根車の回転時に流体抵抗の増大の原因となり、水中ポンプの軸動力が増加する、という問題もある。

そこで、凹部を含めたシュラウドの上面を蓋体で覆い、さらに凹部の侵入物の排出口を設け、振動や騒音の発生を防止する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−２０２０９２号公報 特開２００６−９０２７９号公報

上述した羽根車及び水中ポンプでは、以下の問題があった。即ち、一枚羽根に凹部を設け蓋体で凹部を設ける羽根車では、蓋体が必要であるため、製造コストが増大する、という問題がある。特に、羽根車の外径が大きくなるにしたがって、蓋体の外径も増大することから、製造コストも増大する。また、凹部を覆う蓋体には、排出口が設けられていることから、凹部内への異物の滞留を防止できない、という問題があった。

そこで本発明は、製造コストを低減可能、且つ、異物の滞留により発生する振動、騒音を抑制可能な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、水中ポンプのケーシング内に収納され、重力方向に沿って延設された回転軸により回転することで、流体を圧送する羽根車は、前記回転軸に固定される円板状の上シュラウドと、前記上シュラウドと対向して設けられ、その中心に吸込口を有する円環状の下シュラウドと、前記上シュラウド及び前記下シュラウド間に一体に成形され、前記上シュラウド及び前記下シュラウドの中心側から外周側まで連続するとともに、その下端及び前記下シュラウドから前記上シュラウドに向かって開口する中空の凹部が形成された一枚の羽根と、を備える。

本発明の一態様として、水中ポンプは、モータと、前記モータに接続された回転軸と、前記回転軸に固定される円板状の上シュラウド、前記上シュラウドと対向して設けられ、その中心に吸込口を有する円環状の下シュラウド、並びに、前記上シュラウド及び前記下シュラウド間に一体に成形され、前記上シュラウド及び前記下シュラウドの中心側から外周側まで連続するとともに、その下端及び前記下シュラウドから前記上シュラウドに向かって開口する中空の凹部が形成された一枚の羽根を具備する羽根車と、前記羽根車を収納するポンプケーシングと、を備える。

本発明によれば、製造コストを低減可能、且つ、異物の滞留により発生する振動、騒音を抑制可能な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。

以下、本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ１を、図１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である。なお、図１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、ポンプ１２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）を含む汚水を送水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から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、潤滑油が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、その口径（吐出径）が羽根車４２を通過可能な粒径の異物を通過可能に形成されている。具体的には、吐出開口５０の口径は、羽根車４２を通過可能な所定の粒径の異物と略同一径に形成されている。ここで、羽根車４２を通過可能な所定の粒径の異物とは、水中ポンプ１の吐出開口５０の口径（吐出径）と同直径（所定の粒径）の球形固形物である。

吸込開口４９は、羽根車４２の後述する吸込口５８と略同一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。第１支持部４７及び第２支持部４９ａは、これらライナリングＬの内面により形成される。

羽根車４２は、ノンクロッグのクローズド羽根車であって、所定の粒径の異物を通過可能に形成されている。このような羽根車４２は、軸封装置１１側に配置される上シュラウド（第１シュラウド）５２と、吸込開口４９側に配置される下シュラウド（第２シュラウド）５３と、これらシュラウド５２，５３間に設けられた羽根５４と、を備えている。また、羽根車４２は、下シュラウド５３に設けられた流体を吸込む吸込口５８と、上シュラウド５２、下シュラウド５３及び羽根５４により形成され、吸込んだ流体を吐出する吐出口６３を有している。このような羽根車４２は、上シュラウド５２、下シュラウド５３及び羽根５４が鋳造等により一体に成型される。

上シュラウド５２は、円板状に形成されている。上シュラウド５２は、その中央側に、回転軸２４が挿通可能であって、キー溝５６ａを有する挿通孔５６が形成された第１被支持部５７が形成されている。なお、上シュラウド５２は、羽根車４２が回転軸２４に固定された際に、重力方向に対して下シュラウド５３の上方に位置する。

下シュラウド５３は、円環状に形成されている。下シュラウド５３は、その中央に吸込口５８が形成されている。また、下シュラウド５３は、その中央側が円環状に突起し、当該突起の外周側に第２被支持部５９が形成されている。

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、上下シュラウド５２，５３間に１枚設けられている。羽根５４は、その一方の端部が、シュラウド５２，５３の中心側に、その他方の端部がシュラウド５２，５３の外周縁に配置される。羽根５４は、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、その厚さがその両端側で薄く、中央側に向かって漸次肉厚となる。羽根５４は、シュラウド５２，５３及び端部間であって、そのシュラウド５２，５３の外周側に位置する端部と中途部との間に、下シュラウド５３の吸込口５８から吸い込まれた汚水をポンプ室４３内へと移動させる吐出口６３を形成する。

羽根５４は、その内部に中空を形成するとともに、その下端が下シュラウド５３とともに開口する凹部５５が形成されている。羽根５４は、下方が開口する凹部５５を有することで、その内部の肉抜きが成される。

具体的には、凹部５５は、羽根５４の外形状に沿って下シュラウド５３から、下シュラウド５３及び羽根５４の一部に設けられ、羽根５４の外形状に沿って下シュラウド５３及び羽根５４の下端から、これら下シュラウド５３及び羽根５４の一部が窪む中空部である。

この吐出口６３は、吸込口５８から吸込んだ汚水をポンプ室４３へと吐出する開口である。吐出口６３は、所定の粒径、即ち、羽根車４２内を通過可能な異物の最大粒径の異物が吐出可能に形成されている。

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が駆動され、固定子２２により回転子２３が回転することで回転軸２４が回転する。当該回転子２３の回転により、羽根車４２も回転する。

図１の水の流れＦに示すように、羽根車４２の回転により、ストレーナ５１を通過して吸込口５８から吸い込まれた汚水がケーシング４１及び羽根車４２で増圧されて、吐出口６３から吐出される。

このように構成された水中ポンプ１によれば、羽根５４に下端が開口する中空部である凹部５５を設けることで、羽根５４による重量バランスの偏りを極力低減することが可能となる。これにより、配置や重量等の機械的バランスを向上させることが可能となり、回転時における振動や騒音を極力防止することが可能となる。

また、凹部５５は、下シュラウド５３の一部が開口し、その開口（凹部５５の下端）がケーシング４１の下方に連通することで、汚水が凹部５５内に浸入しても、汚水に含まれる異物が凹部５５内に滞留することがない。

さらに言えば、水中ポンプ１は、羽根車４２の回転中心が、重力方向に略沿って配置され、且つ、下シュラウド５３が羽根車４２の下方に設けられることから、凹部５５は、重力方向の下方が開口することとなる。このため、水中ポンプ１の駆動時に、異物が含有された汚水が凹部５５内に侵入しても、水中ポンプ１の停止時に、重力により異物が落下し、凹部５５内に滞留することがない。

凹部５５内に異物が滞留することがないことから、異物が凹部５５内に蓄積されることでの重量の増加等による振動や騒音の発生を防止し、且つ、流体抵抗の増加による軸動力の増大を防止することが可能となり、ポンプ効率の低下を防止することが可能となる。

また、凹部５５には異物が滞留することがないことから、凹部５５を蓋体等の別構成品により閉塞する必要がなく、このため、製造工程や部品点数を低減することが可能となり、結果、羽根車４２の製造コストを低減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、下方が開口する凹部５５を羽根５４に設けることで、羽根車４２の機械的バランスを向上させ、且つ、凹部５５に異物の滞留防止により、振動及び騒音の抑制が可能であっても、製造コストを低減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、上シュラウド５２、下シュラウド５３及び羽根５４を鋳造により一体に製造する構成を説明したが、これに限定されない。例えば、上シュラウド５２を、下シュラウド５３及び羽根５４と別体に製造し、上シュラウド５２と羽根５４とを溶接等により接合させる構成であってもよく、上シュラウド５２、下シュラウド５３及び羽根５４を全て別体で製造し、それぞれ接合させる構成であってもよい。即ち、羽根５４の凹部５５の下端を下シュラウド５３の開口と連続させる構成であれば、適宜設定可能である。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、重力方向に沿って延設された回転軸により回転することで、流体を圧送する羽根車であって、
前記回転軸に固定される上シュラウドと、
前記上シュラウドと対向して設けられ、その中心に吸込口を有する下シュラウドと、
前記上シュラウド及び前記下シュラウド間に一体に成形され、前記上シュラウド及び前記下シュラウドの中心側から外周側まで連続するとともに、その下端及び前記下シュラウドから開口する中空の凹部が形成された一枚の羽根と、
を備えることを特徴とする羽根車。
［２］ 前記上シュラウド、前記下シュラウド及び前記羽根は、一体に成形されていることを特徴とする［１］に記載の羽根車。
［３］ モータと、
前記モータに接続された回転軸と、
前記回転軸に固定される上シュラウド、前記上シュラウドと対向して設けられ、その中心に吸込口を有する下シュラウド、並びに、前記上シュラウド及び前記下シュラウド間に一体に成形され、前記上シュラウド及び前記下シュラウドの中心側から外周側まで連続するとともに、その下端及び前記下シュラウドから開口する中空の凹部が形成された一枚の羽根を具備する羽根車と、
前記羽根車を収納するポンプケーシングと、
を備えることを特徴とする水中ポンプ。
［４］ 前記上シュラウド、前記下シュラウド及び前記羽根は、一体に成形されていることを特徴とする［３］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、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、４３…ポンプ室、４４…上部材、４５…下部材、４７…支持部、４８…脚部、４９…吸込開口、４９ａ…支持部、５０…吐出開口、５１…ストレーナ、５２…上シュラウド、５３…下シュラウド、５４…羽根、５５…凹部、５６ａ…キー溝、５６…挿通孔、５７…被支持部、５８…吸込口、５９…被支持部、６３…吐出口、Ｂ…ボルト、Ｋ…電源ケーブル、Ｌ…ライナリング。

Claims (4)

1. 水中ポンプのケーシング内に収納され、重力方向に沿って延設された回転軸により回転することで、流体を圧送する羽根車であって、
   前記回転軸に固定される円板状の上シュラウドと、
   前記上シュラウドと対向して設けられ、その中心に吸込口を有する円環状の下シュラウドと、
   前記上シュラウド及び前記下シュラウド間に一体に成形され、前記上シュラウド及び前記下シュラウドの中心側から外周側まで連続するとともに、その下端及び前記下シュラウドから前記上シュラウドに向かって開口する中空の凹部が形成された一枚の羽根と、
   を備えることを特徴とする羽根車。
2. 前記上シュラウド、前記下シュラウド及び前記羽根は、一体に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
3. モータと、
   前記モータに接続された回転軸と、
   前記回転軸に固定される円板状の上シュラウド、前記上シュラウドと対向して設けられ、その中心に吸込口を有する円環状の下シュラウド、並びに、前記上シュラウド及び前記下シュラウド間に一体に成形され、前記上シュラウド及び前記下シュラウドの中心側から外周側まで連続するとともに、その下端及び前記下シュラウドから前記上シュラウドに向かって開口する中空の凹部が形成された一枚の羽根を具備する羽根車と、
   前記羽根車を収納するポンプケーシングと、
   を備えることを特徴とする水中ポンプ。
4. 前記上シュラウド、前記下シュラウド及び前記羽根は、一体に成形されていることを特徴とする請求項３に記載の水中ポンプ。

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