JP5909124B2 - コラム型液中ポンプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータケーシング内に駆動軸を有する回転子が収容された電動モータと、ポンプケーシング内に回転自在に収容された羽根車とを含む液中ポンプがコラム内に吊下げ設置されるコラム型液中ポンプの製造方法に関する。

特許文献１には、電動モータによって羽根車を回転駆動して揚水する液中ポンプとして、コラム１内周の揚水路２に設置される乾式水中モータポンプ３が提案されている。

乾式水中モータポンプ３は、縦型円筒状に組み立てられたハウジング４と、このハウジング４で囲まれた空間５に設置された電動モータ６と、電動モータ６の駆動軸７の下端に取り付けられた羽根車８などを備えている。

電動モータ６は、駆動軸７と、この駆動軸７が固着された回転子９と回転子９の周囲に配備されたステータ１０とを有しており、回転子９及びステータ１０が円筒状のモータフレーム１１に収納されている。

電動モータ６に通電することにより回転子９及び駆動軸７が回転し、駆動軸７とともに、羽根車８が回転する。羽根車８の回転により、吸込みケーシング１８から吸込まれた水が案内羽根１７により整流された後、揚水路２を上向きに流れて、吐出管へ吐出される。なお、各構成の符号は特許文献１の記載に対応するものであり、以下の実施形態で用いる符号に対応するものではない。

特開平７―１８９９８１号公報

このような液中ポンプを構成する電動モータや羽根車は、所定の流量と揚程の範囲に対応して複数の型式を備えているが、その組合せは限りなく多い。それら複数の型式は一度に大量に生産されるものではなく、所望の揚程や流量等の条件を満たすように、その都度電動モータや羽根車が選択され、それらを一体化するための設計が行なわれて製造されるため高価なものとなっていた。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、標準化された電動モータと羽根車をフレキシブルに組み合わせるための調整部材を予め準備しておくことで、その都度設計を不要にして、各標準部品を組み合わせて製品化することで製造コストを低減させることが可能なコラム型液中ポンプの製造方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明によるコラム型液中ポンプの製造方法の第一特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、モータケーシング内に駆動軸を有する回転子が収容された電動モータと、ポンプケーシング内に回転自在に収容された羽根車と、を含む液中ポンプがコラム内に吊下げ設置されるコラム型液中ポンプの製造方法であって、揚程と流量に応じて標準化された複数の羽根車の中から所要の羽根車が収容されたポンプケーシングを選択する工程と、出力範囲に応じて標準化された複数の電動モータの中から所要の電動モータが収容されたモータケーシングを選択する工程と、各ポンプケーシング及びモータケーシングが所定の位置関係で配置されるように標準化された複数のフレームアダプタから所要のフレームアダプタを選択する工程と、選択したポンプケーシング及びモータケーシングを選択したフレームアダプタで連結する工程と、を含む点にある。

液中ポンプは、必要とされる揚程と流量に応じて電動モータと羽根車が組み合わされ、コラム内に吊り下げられる。このとき、コラムとモータケーシングとポンプケーシングとの位置関係が適切でないと、コラムとモータケーシングやポンプケーシングとの間の流路で圧力損失が増大し、所望の性能が得られない場合がある。

そこで、フレームアダプタによって、コラムとモータケーシングとポンプケーシングとを所定の位置関係で配置することで、円滑な揚水を行うことができ必要な流量と揚程を確保できる液中ポンプが得られる。

フレームアダプタによって、コラムとモータケーシングとポンプケーシングの位置関係を適切に調整できるので、電動モータと羽根車及びコラムを夫々別に設計することができ、予め設計された電動モータと羽根車及びコラムを適宜選択して組み合わせることができる。尚、コラム型液中ポンプとして、コラム内に吊下げ設置される軸流ポンプ、斜流ポンプ、遠心ポンプ等の液中ポンプが好ましい適用対象となる。

また、電動モータと羽根車の組み合せによっては、モータケーシングの接続部とポンプケーシングの接続部の径方向サイズが大きく異なる場合がある。このようなモータケーシングとポンプケーシングを直接接続すると、夫々の接続部で流路断面積が大きく変動するため、圧力損失が大きくなってしまう虞がある。

フレームアダプタにより、互いに径方向サイズが異なるモータケーシングとポンプケーシングであっても、夫々の接続部の流路断面の急激な拡径または縮径を緩和することで、圧力損失が大きくなることを防止することができる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記フレームアダプタで連結されたポンプケーシング及びモータケーシングにそれぞれ収容された電動モータの駆動軸及び羽根車の回転軸を、軸継手を介して前記所定の位置関係を維持しながら連結する工程を含む点にある。

駆動軸の一端が、モータケーシングから突設され、その先端に羽根車を取り付ける構成の大型の電動モータでは、モータケーシングが大型化するとともに駆動軸の突出長さも長くなる。羽根車を取り付ける前の試験運転時には、その長く突出した駆動軸が回転するため危険であり、広い範囲を立ち入り禁止にする必要がある。また、電動モータの保管や輸送時には長く突出した駆動軸を養生する手間がかかり、取り扱いが不便であった。

電動モータの駆動軸と羽根車の回転軸を別体で構成することで、電動モータの駆動軸の突出長さを短くすることができるので、試験運転時に安全確保に必要なスペースを小さくするとともに安全に作業ができる。また、保管や輸送時の養生も容易となった。

液中ポンプの組み立て時には、電動モータの駆動軸と羽根車の回転軸を連結する前に、電動モータと羽根車とを別々に組み立てることができるので、組み立て作業が早い。

また、駆動軸の先端に羽根車を取り付ける構成の電動モータでは、駆動軸は流体と接触するため、長い駆動軸全体をステンレス鋼等の耐食性のある高価な材料を用いる必要があるが、電動モータの駆動軸と羽根車の回転軸を別体で構成することで、それぞれ異なる材料を用いることができる。例えば、電動モータの駆動軸は、炭素鋼等の安価な材料で製造し、流体の接触する羽根車の回転軸のみステンレス鋼等の耐食性のある高価な材料で製造すればコストダウンできる。

尚、軸継手は、キー、スプライン、ギアカップリング等の安価でありながら確実な軸動力の伝達が可能な継手が好ましく採用される。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記フレームアダプタに設けられた開閉自在の作業窓から前記駆動軸と前記回転軸との軸端面間を前記軸継手で連結する工程を含む点にある。

フレームアダプタに形成された作業窓から軸継手の状況を確認しながら、電動モータの駆動軸と羽根車の回転軸を確実に連結することができる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、流量範囲に応じて標準化された複数のコラムから所要のコラムを選択する工程と、選択したコラムに選択したポンプケーシングを所定の位置関係で配置する工程と、前記ポンプケーシングの基端側から前記コラムに送液される流体の流路径が次第に拡径するようにケーシングフードを選択して前記ポンプケーシングの基端側に接続する工程と、を含む点にある。

ポンプケーシングの外径に対してコラムの径が大きい場合は、ポンプケーシングの基端側とコラムとの間に大きな段差ができてしまう。このような段差によって流路断面積が大きく変化すると圧力損失が増大してしまう。

ポンプケーシング基端側から前記コラムに送液される流体の流路径を次第に拡径させるケーシングフードをポンプケーシング基端側に接続することで、ポンプケーシング基端側からコラムへ流れる流体の流路断面積の急激な変化を抑制することができ、圧力損失の増大を防ぎポンプ効率の低下を最小限に抑えることができる。

ポンプケーシングとコラムの位置関係は、ケーシングフードで調整することができるので、ポンプケーシングとコラムを別に設計製作することができる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記羽根車が、羽根と、前記羽根に取り付けられる羽根軸と、前記羽根軸を介して前記羽根を取り付けるボスと、前記羽根軸と前記ボスを締結する羽根締結部材とを備えて構成されており、揚程と流量に応じて前記羽根の前記羽根軸に対する角度を所要角度に調整する工程を含む点にある。

揚程と流量は、羽根車の羽根の羽根軸に対する取り付け角度によっても変更することができる。当該取り付け角度が変更できる羽根車は、ひとつの枠番でカバーする揚程と流量の範囲を広くすることができ、つまり少ない枠番で様々な流量や揚程をカバーできるようになるため、製造、管理が簡素化できるので、コストダウンが可能となる。

羽根と羽根軸とボスと羽根締結部材を夫々別体に構成し、要求コストに応じて、各部の材料を選定して組み合わせて自由度の高い羽根車を構成することができる。例えば、羽根は、羽根にかかる流体からの負荷や、羽根自身の遠心力等の大きな荷重を支える必要があるため、強度があり、耐食性のあるステンレス鋳鋼や青銅鋳物等によって構成する。ボスは、羽根ほど強度が必要でなく、安価なねずみ鋳鉄や鋳鋼で構成することができる。

以上説明した通り、本発明によれば、標準化された電動モータと羽根車をフレキシブルに組み合わせるための調整部材を予め準備しておくことで、その都度設計を不要にして、各標準部品を組み合わせて製品化することで製造コストを低減させることが可能なコラム型液中ポンプの製造方法を提供することができるようになった。

本発明によるコラム型液中ポンプの概略図 斜流ポンプの説明図 （ａ）は電動モータの側断面図、（ｂ）は電動モータの平断面図 羽根車の説明図 （ａ）は電動モータの枠番の説明図、（ｂ）羽根車の枠番の説明図 （ａ）は調整部材の第一説明図、（ｂ）は調整部材の第二説明図、（ｃ）は調整部材の第三説明図 （ａ）は調整部材の第四説明図、（ｂ）は調整部材の第五説明図、（ｃ）は調整部材の第六説明図 （ａ）は調整部材を備えない場合の斜流ポンプの説明図、（ｂ）は調整部材の第七説明図 斜流ポンプの説明図

以下、本発明によるコラム型液中ポンプの製造方法について実施形態を説明する。図１及び図２に示すように、液中ポンプの一例としての立軸の斜流ポンプ１０は、コラム１の内部空間の揚水路２に設置されている。

斜流ポンプ１０は、縦型筒状に構成されたモータケーシング２１内に収容された電動モータ２０と、ポンプケーシング３１内に回転自在に収容された羽根車３０等を備えている。

電動モータ２０の駆動軸２２は、モータケーシング２１の下部に備えられた下部ブラケット２１ｂに設置された下部軸受２２ｂと、モータケーシング２１の上部に取り付けられる上部カバー１１に備えられた上部ブラケット２１ａに設置された上部軸受２２ａにより鉛直方向の軸芯周りに回転自在に支持されている。

駆動軸２２の下端部は、下部ブラケット２１ｂを下方に貫通して配置されている。下部軸受２２ｂ、上部軸受２２ａはそれぞれ転がり軸受や滑り軸受等の油若しくはグリースで潤滑される軸受で構成されている。

駆動軸２２の周囲には回転子２５ａが一体回転するように備えられている。モータケーシング２１の内周壁には、固定子としてのコイル２５ｂが備えられている。

大型の電動モータのような発熱量の多いモータの場合、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、電動モータ２０の回転子２５ａは、駆動軸２２の周りに所定間隔で配列された複数の平板状の取付部２５ｃを介して駆動軸２２に固定されている。

隣接する取付部２５ｃ間には、駆動軸２２の軸心方向に第一通気路２６が貫通形成されており、これらの第一通気路２６によって、モータケーシング２１内では回転子２５ａの上下の空間２７ａ、２７ｂが連通されている。モータケーシング２１には、空間２７ａ、２７ｂを連通する第二通気路２８が周方向に複数箇所形成されている。

さらに、電動モータ２０の上側の空間２７ａ内には、駆動軸２２に、ファン２９が取り付けられている。ファン２９は、下端中央部に吸込口が形成されたシロッコファンで構成されている。尚、ファン２９はシロッコファンで構成する場合に限らず、その他公知のファンであってよい。さらに、例えば回転子２５ａの駆動軸２２に対する取付部２５ｃを、駆動軸２２の軸心に対して捻って螺旋状や翼形状に形成することで、駆動軸２２の回転と共に螺旋状や翼形状の取付部２５ｃが回転して気流を発生させる構成であってもよい。

斜流ポンプ１０は、液中に設置されるとはいえ、電動モータ２０での発熱によるモータケーシング２１内の温度上昇が大きい。斜流ポンプ１０の運転中において、駆動軸２２と共に、ファン２９が回転すると、下空間２７ｂの空気が回転子２５ａの第一通気路２６を通って、ファン２９に吸込まれ、上部空間２７ａに吐出され、第二通気路２８を通って、下部空間２７ｂに循環され、内部温度の均一化が図られる。

このとき、空気が回転子２５ａの第一通気路２６を対流するときの通風作用により、回転子２５ａでの発熱は上部空間２７ａに移動され、これにより駆動軸２２での蓄熱が抑制され温度の上昇が抑制される。また、モータケーシング２１はコラム１内を通流する水により冷却されているので、発熱した空気は第二通気路２８を通過するときに冷却される。

尚、上述のような第一通気路２６や第二通気路２８を備えていない電動モータを用いて斜流ポンプ１０を構成してもよい。

図１及び図２に示すように、上部カバー１１には給電ケーブル１２や信号ケーブル１３が接続されている。上部カバー１１には、上部ブラケット２１ａが備えられ、その中央に駆動軸２２の上端を支持する上部軸受２２ａが備えられている。また、上部カバー１１の外周面には、吊金具１４が備えられている。

吊金具１４は、棒状の鋼材を所定の形状に曲げた吊上部１４ａと、吊上部１４ａの頂部の下方に溶接され吊上部１４ａの形状を保持する平板部１４ｂと、吊上部１４ａの両下端に溶接された把持部１４ｃとで構成されている。

尚、上記説明では平板部１４ｂを設けたが、斜流ポンプの重量によっては設けない場合もある。さらに、吊上部１４ａは、二本の鋼材用いて十文字状に設けられる場合もある。

把持部１４ｃは、平板部材の下端が側面視Ｌ字状に屈曲された形状に構成され、前記Ｌ字状の屈曲部１４ｄが上部カバー１１の側面の係合部に係合させられると共に、把持部１４ｃの平板部分が上部カバー１１の側面にネジで螺合される。

把持部１４ｃは、斜流ポンプ１０を吊り上げる際には、その重量を屈曲部１４ｄで支持する。つまり、平板部１４ｅを上部カバー１１の側面部に螺合するネジに、斜流ポンプ１０の重量に起因する剪断力が全て働くわけではなく、わずかなものに低減できる。

よって、当該ネジは、それほどの強固なもの用いる必要はなく、把持部１４ｃを上部カバーの側面に固定できる程度以上のものであればよい。斜流ポンプ１０は、液中に設置されるため、吊金具１４は耐食性のある材質で構成することが好ましい。例えばステンレス鋳鋼が例示できる。

斜流ポンプ１０自体を組み立てるときや、完成した斜流ポンプ１０をコラム１内へ設置するときや、斜流ポンプ１０を点検時にコラム１内から吊り上げるときには、図示しないチェーンブロック等の吊り上げ装置のフックを、吊上部１４ａの頂部に係合して、斜流ポンプ１０の吊り上げを行う。

ポンプケーシング３１は、内筒部３１ａと外筒部３１ｂが周方向に配列された複数の案内羽根３２を介して、鋳造により一体形成され、内筒部３１ａの外壁部と外筒部３１ａの内壁部との間に形成される空間が水の流路３３となるように構成されている。

内筒部３１ｂの上端内部には、下端に羽根車３０が取り付けられた回転軸３４を支持する軸受部３５が備えられている。内筒部３１ａの下端内部には、羽根車３０と軸受部３５の間に軸封室３６が形成されている。

軸封室３６は、羽根車３０側に設けられたメカニカルシール３６ａと、軸受部３５側に設けられたメカニカルシール３６ｂとで構成される上下２段のタンデム形のメカニカルシールにより軸封され、羽根車３０側から水が軸受部３５側に浸入しないように構成されている。仮に、メカニカルシール３６ａが破損して軸封室３６に水が浸入するような場合があっても、メカニカルシール３６ｂによって軸受部３５側への水の浸入を防ぐことができる。なお、メカニカルシール３６ｂは、潤滑剤による潤滑を行っている。

また、軸封室３６に備えるメカニカルシールは、上下２段のタンデム形に限らず、図９に示すように、上下２段のダブル形のメカニカルシール３６ａ，３６ｂであってもよい。軸封室３６に備えるシールは、上述のようなメカニカルシールに限らず、軸受部３５側への水の浸入を防ぐことができればグランドパッキンやオイルシール等の別のシールであってもよい。

図４に示すように、羽根車３０は、羽根３０ａと、羽根３０ａに取り付けられる羽根軸３０ｂと、羽根３０ａを羽根軸３０ｂを介して取り付けるボス３０ｃと、羽根軸３０ｂとボス３０ｃを締結する羽根締結部材としてのナット３０ｄとで構成され、羽根３０ａと羽根軸３０ｂとボス３０ｃとナット３０ｄは夫々着脱可能に構成されている。羽根軸３０ｂは、両端に雄ネジが形成された棒状部材で構成されている。

ボス３０ｃの中央には、キーと共に回転軸３４が挿通され、回転軸３４の先端の周方向に形成された係合溝に係合部材３４ａを係合させて、当該係合部材３４ａがボス３０ｃにネジで螺合され、ボス３０ｃと回転軸３４が固定される。ボス３０ｃの周囲には複数の羽根軸３０ｂの取付開口部３０ｅが形成され、羽根３０ａと羽根軸３０ｂとを固定した状態で、ボス３０ｃの外周側から羽根軸３０ｂの先端を取付開口部３０ｅに挿通し、ボス３０ｃの内周側からナット３０ｄで螺合することで、羽根３０ａが所定角度でボス３０ｃに固定される。

羽根軸３０ｂに形成される雄ネジは、ナット３０ｄとの締め付け力を上げるために、細目ネジを採用するのが望ましい。なお、本実施形態では、羽根軸３０ｂは１本だが、複数本の羽根軸３０ｂで羽根３０ａをボス３０ｃに固定してもよい。

羽根３０ａは、羽根３０ａにかかる流体からの負荷や、羽根３０ａ自身の遠心力等の大きな荷重を支える必要があるため、強度があり、耐食性のあるステンレス鋳鋼や青銅鋳物等によって構成する。ボス３０ｃは、羽根３０ａや羽根軸３０ｂほど強度が必要でなく、安価なねずみ鋳鉄や鋳鋼で構成することができる。さらに羽根軸３０ｂは、羽根３０ａにかかる大きな荷重を支えるため強度のあるステンレス鋼等によって構成する。このように、羽根３０ａと羽根軸３０ｂとボス３０ｃとナット３０ｄは夫々別体で構成されているので、要求コストに応じて、各部の材料を選定して組み合わせて羽根車３０を構成することができる。

図１及び図２に示すように、外筒部３１ｂの下フランジには、下端に吸込口３８ａを備えたベルマウス状の吸込ケーシング３８の上フランジが取り付けられる。さらに、外筒部３１ｂの下フランジ外周部には、周方向に複数個所の回転防止部が形成され、当該回転防止部がコラム１の下端に備えられたポンプ載置部４に立設された複数のリブ５と周方向に当接するように構成されている。これにより、羽根車３０が異物を噛み込んでも斜流ポンプ１０がコラム１内で回転移動することがない。また、外筒部３１ｂの上端開口にはケーシングフード３９の下端が取り付けられている。

ケーシングフード３９は、ポンプケーシング３１の外筒部３１ｂの最下流側である基端側からコラム１に送液される流体の流路径を次第に拡径させるように構成されている。ケーシングフード３９をポンプケーシング３１の外筒部３１ｂの最下流側である基端側に接続することで、当該基端側からコラム１内へ流れる流体の流路断面積の急激な変化を抑制することで圧力損失の増大を防ぎポンプ効率の低下を最小限に抑えることができる。

モータケーシング２１の下端と内筒部３１ａの上端は、フレームアダプタ４０によって連結されている。フレームアダプタ４０は、下端から上端にかけて拡径された筒状部４０ａの両端に夫々フランジを備え、前記筒状部の周囲には駆動軸２２の軸心方向に沿って複数のリブ４０ｂを備えている。

本実施形態では、モータケーシング２１の下端は、内筒部３１ａの上端に対して大径となっている。このように、モータケーシング２１の接続部とポンプケーシング３１の接続部の径が異なる場合には、夫々の接続部で流路断面積が大きく変動するため、圧力損失が大きくなってしまう。

そこで、フレームアダプタ４０により、互いに径方向サイズが異なるモータケーシング２１の接続部とポンプケーシング３１の接続部を滑らかに接続して、夫々の接続部の流路断面の急激な拡径を緩和することで、圧力損失が高くなることを防止している。

尚、フレームアダプタ４０は、羽根車３０の軸心に対する傾斜角度があまり大きいと圧力損失を低減できない。傾斜角度θは、流路断面積の急激な拡径または縮径を緩和する観点から、例えば４５度以下に設定されていることが好ましい。本実施形態では、傾斜角度θが約３０度に設定されている。

フレームアダプタ４０の内部では、回転軸３４の上端と、電動モータ２０の駆動軸２２の下端が軸継手４２を介して連結されている。軸継手４２は、内周の軸心方向にキー溝が形成された中空の筒状に形成され、上部から駆動軸２２がキーと共に挿通され、下部から回転軸３４がキーと共に挿通される。駆動軸２２と回転軸３４は、軸継手４２にネジで固定され、駆動軸２２の動力が回転軸３４に伝達される。

モータケーシング２１の接続部とポンプケーシング３１の接続部の径が大きく異なる場合には、フレームアダプタ４０の羽根車３０の軸心に対する傾斜角度θを４５度以下にするためには、フレームアダプタの円筒部４０ａの軸心方向距離を長くする必要がある。フレームアダプタ４０の羽根車３０の軸心方向に沿った長さに応じて、駆動軸２２と回転軸３４の軸継手４２に対する挿通距離を調整することで、駆動軸２２と回転軸３４との軸端面間の距離が調整できる。つまり、軸継手４２はその継ぎ手部分の長さが調整可能に構成されている。

尚、軸継手４２は、上述の構成に限らず、固定軸継手、たわみ軸継手等の公知の軸継手であればよく、キー、スプライン、ギアカップリング等の安価でありながら確実な軸動力の伝達が可能な継手が好ましく例示できる。さらに、駆動軸２２と回転軸３４とが同径であるか異径であるかを問わない。

フレームアダプタ４０の周囲の一部には、開閉自在の作業窓４１が備えられている。斜流ポンプ１０の組み立て時においては、軸継手４２に電動モータ２０の駆動軸２２の下端と羽根車３０の回転軸３４の上端を挿通した状態で、モータケーシング２１の下端とポンプケーシング３１の上端をフレームアダプタ４０で連結した後、作業窓４１から工具を挿入して軸継手４２のネジを締めて駆動軸２２と回転軸３４を固定し、夫々を確実に連結する。その後、作業窓４１を封止する。斜流ポンプ１０の分解時においては、上述の組み立てと逆の手順で、モータケーシング２１とポンプケーシング３１を分解する。

尚、作業窓４１はパッキンを介してフレームアダプタ４０にネジ等で固定されている。従って、斜流ポンプ１０の運転中に作業窓４１とフレームアダプタ４０の隙間からフレームアダプタ４０内に水が浸入するようなことはない。

このように、電動モータ２０の駆動軸２２と、羽根車３０の回転軸３４を別体で構成したので、大型の電動モータであって、駆動軸２２の突出長さを短くすることができ、試験運転時に安全確保に必要なスペースを小さくするとともに安全に作業ができる。また、保管や輸送時の養生も容易となった。

斜流ポンプ１０の組み立て時には、電動モータ２０の駆動軸２２と羽根車３０の回転軸３４を連結する前に、電動モータ２０と羽根車３０とを別々に組み立てることができ、電動モータ２０と羽根車３０を連続して一緒に組み立てることと比較して、組み立て作業が早い。

また、電動モータ２０の駆動軸２２と羽根車３０の回転軸３４を別体で構成することで、それぞれ異なる材料を用いることができる。例えば、駆動軸２２は、炭素鋼等の安価な材料で製造し、回転軸３４のみステンレス鋼等の耐食性のある高価な材料で製造すればコストダウンできる。

上述のように構成された斜流ポンプ１０は、コラム１の下端から吸込みケーシング３８が突出するように、コラム１の内部の揚水路２に配備される。尚、コラム１の下端と吸込みケーシング３８の吸込口３８ａは面一となる配置であってもよい。

地上に設置された制御盤からの電力が給電ケーブル１２を介して電動モータ２０に供給され、回転子２５ａと共に駆動軸２２が回転し、駆動軸２２と共に羽根車３０が回転する。すると、吸込ケーシング３８の吸込口３８ａから吸込まれた水は、流路３３を通流する際にポンプケーシング３１の案内羽根３２により整流された後、ケーシングフード３９の下流端から揚水路２に吐出され、揚水路２を上向きに流れて、吐出管３へ吐出される。

このように、本実施形態では、ケーシングフード３９と、フレームアダプタ４０と、軸継手４２が、電動モータ２０と羽根車３０を組み合わせるときにコラム１とモータケーシング２１とポンプケーシング３１とを所定の位置関係で配置するための調整部材として機能する。

以下に、調整部材について詳述する。
斜流ポンプ１０は、設置される状況に応じて必要とされる揚程や流量が様々ではある。斜流ポンプ１０を構成する羽根車３０は必要とされる揚程と流量を想定し、所定の流量範囲ごとに数段階の枠番が設けられて製造される。電動モータ２０も負荷に対する対応能力を想定し、所定の出力範囲ごとに数段階の枠番が設けられて製造される。コラム１も所定の流量範囲ごとに数段階の枠番が設けられて製造される。

そして、必要とされる揚程と流量に応じて、最適な枠番の羽根車３０が選択される。羽根車３０の回転に必要な動力は、羽根車３０による仕事分だけではなく、流路摩擦や揚水の対象となる水の粘度や温度等の性状による圧力損失分が含まれている。

電動モータ２０は、設計された能力以上の負荷には対応できない。逆に必要以上の能力を持つ電動モータ２０ではオーバースペックになり、イニシャルコストやランニングコストが高くなってしまう。

そこで、電動モータ２０は、選択された羽根車３０を回転させるのに必要な動力に対して、適切な余裕が得られるものが選択される。コラム１は、摩擦損失を考慮し流量を適切な流速で通流できる口径をもった枠番が選択される。

斜流ポンプ１０の流量は電動モータ２０の回転数に比例し、その揚程は回転数の２乗に比例する。電動モータ２０の軸動力は、流量と揚程の積に比例する。よって、同じ羽根車３０であっても電動モータ２０の枠番を替えたり、同じ電動モータ２０であっても羽根車３０の枠番を替えたりすることで、揚程や流量を変更することができるのである。

斜流ポンプ１０は、電動モータ２０と羽根車３０の夫々は数段階に枠番に分けて標準化されている。例えば、図５（ａ）に示すように、電動モータは３段階の枠番に分けて標準化され、電動モータ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、順に軸動力が段階的に大きく設定され、低揚程、小流量から高揚程、大流量に対応できるように構成されている。

図５（ｂ）に示すように、羽根車は３段階の枠番に分けて標準化され、羽根車３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、順に羽根やポンプケーシング３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃや吸込みケーシングが大きく設定され、高揚程、あるいは大流量に対応できるように構成されている。

本実施形態では、電動モータ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、羽根車３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃのように夫々３つの枠番が設定され、それらの組み合せで９通りの斜流ポンプを得ることができる。

例えば、電動モータ２０Ｂに対して羽根車３０Ａを組み合わせた液中ポンプより、羽根車３０Ｂを選択して組み合わせた液中ポンプのほうが揚程と流量が大きくなる。羽根車３０Ｂに対して電動モータ２０Ｂを組み合わせた斜流ポンプより、電動モータ２０Ｃを組み合わせた斜流ポンプのほうが揚程と流量が大きくなる。

電動モータ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、羽根車３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの中から夫々必要な揚程と流量に応じて最適なものが選択され、そのモータケーシング２１とポンプケーシング３１とが組み合わされ斜流ポンプ１０が構成され、この斜流ポンプ１０が選択されたコラム１内に吊り下げられ、コラム型液中ポンプが構築される。

このとき、コラム１とモータケーシング２１とポンプケーシング３１との位置関係が適切でないと、コラム１とモータケーシング２１やポンプケーシング３１との間の流路で圧力損失が増大し、所望の性能が得られない場合がある。

例えば、選択された電動モータ２０と羽根車３０の組み合せによっては、電動モータ２０と羽根車３０の接合部や、コラム１とモータケーシング２１やポンプケーシング３１との間の流路で圧力損失が増大すると所望の揚程と流量を得られないことがある。このような場合に、調整部材によって、コラム１とモータケーシング２１とポンプケーシング３１とを所定の位置関係で配置するのである。

以下に、調節部材に含まれるフレームアダプタと軸継手について詳述する。
揚程や流量に応じて選択された電動モータ２０と羽根車３０の組み合せによっては、モータケーシング２１の接続部とポンプケーシング３１の接続部の径方向サイズが大きく異なる場合がある。この場合には、夫々の接続部で流路断面積が大きく変動するため、圧力損失が大きくなってしまう。

例えば、図６（ａ）に記載された斜流ポンプ１０Ａでは、電動モータ２０のモータケーシング２１の接続部に対して羽根車３０のポンプケーシング３１の接続部が小径となっている。そこで、羽根車３０側から電動モータ２０側にかけて拡径する形状のフレームアダプタ４０Ａにより、互いに径方向サイズが異なるモータケーシング２１とポンプケーシング３１を接続して、夫々の接続部の流路断面の急激な拡径を緩和することで、圧力損失が高くなること防止している。

図６（ｂ）に記載された斜流ポンプ１０Ｂでは、電動モータ２０のモータケーシングの接続部に対して羽根車３０のポンプケーシングの接続部が大径となっている。羽根車３０側から電動モータ２０側にかけて縮径する形状のフレームアダプタ４０Ｂにより、互いに径方向サイズが異なるモータケーシング２１とポンプケーシング３１を接続して、夫々の接続部の流路断面の急激な拡径を緩和することで、圧力損失が高くなること防止している。

このようにフレームアダプタ４０Ａ，４０Ｂは、流路断面積の急激な拡径または縮径を緩和し、流体の円滑な流れを促すために、羽根車３０の回転軸心に対する傾斜角度が約３０度に設定されている。当該傾斜角度は、流路断面積の急激な拡径または縮径を緩和する観点から、例えば４５度以下に設定されていることが好ましい。

尚、図６（ｃ）に記載された斜流ポンプ１０Ｃのように、電動モータ２０のモータケーシングの接続部と、羽根車３０のポンプケーシングの接続部は略同径となっている。フレームアダプタ４０Ｃは、羽根車３０側から電動モータ２０側にかけて同径の形状に構成され、夫々の接続部を滑らかに接続して、圧力損失が高くなること防止している。

軸継手４２は、モータケーシング２１の接続部とポンプケーシング３１の接続部の径が大きく異なる場合には、フレームアダプタ４０の羽根車３０の軸心に対する傾斜角度を４５度以下にするためには、フレームアダプタ４０の円筒部４０ａの軸心方向距離を大きくする必要がある。

このような場合であっても、駆動軸２２と回転軸３４の軸継手４２に対する挿通距離を調整することで、駆動軸２２と回転軸３４との軸端面間の距離が調整できる。つまり、フレームアダプタ４０の羽根車３０の軸心方向に沿った長さに応じて長さが調整可能に構成されている。

また、軸継手４２をかえずに、接液しないため安価な材料で製造できる電動モータ２０の駆動軸を長くし、高価で強度のある材料で製造される羽根車３０の回転軸３４を短くして、フレームアダプタ４０の羽根車３０の軸心方向に沿った長さに応じて長さが調整可能をしてもよい。

尚、調整部材は、軸継手を含まず、フレームアダプタだけで構成してもよい。
図７（ａ）から図７（ｃ）には、所定の流量範囲ごとに数段階の枠番が設けられて製造された羽根車群と、所定の出力範囲ごとに数段階の枠番が設けられて製造された電動モータ群のうち、ある同一の枠番の電動モータに、夫々枠番の異なる羽根車５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃを組み合わせた斜流ポンプ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが示されている。尚、何れの斜流ポンプ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃもコラムの記載を省略し、図２に示す斜流ポンプ１０と同一の機能を有する構成については説明を省略する。

図７（ａ）に示される斜流ポンプ５０Ａは、縦型筒状に構成されたモータケーシング５１Ａ内に収容された電動モータ５２Ａと、ポンプケーシング５３Ａ内に回転自在に収容された羽根車５４Ａ等を備えている。電動モータ５２Ａの駆動軸５５Ａの下端部は、下部ブラケット２１ｂを下方に貫通し、その先端に羽根車５４Ａが取り付けられている。モータケーシング５１Ａとポンプケーシング５３Ａの間には、フレームアダプタ５６Ａが備えられている。

フレームアダプタ５６Ａは、ポンプケーシング５３Ａ側からモータケーシング５１Ａ側にかけて拡径する円筒部材で構成され、互いに径方向サイズが異なるモータケーシング５１Ａの接続部とポンプケーシング５３Ａの接続部とを滑らかに連結するように構成されている。

フレームアダプタ５６Ａは、流路断面積の急激な拡径を緩和し、流体の円滑な流れを促すために、羽根車５４Ａの回転軸心に対する傾斜角度が約３０度に設定されている。当該傾斜角度は、流路断面積の急激な拡径または縮径を緩和する観点から、例えば４５度以下に設定されていることが好ましい。

図７（ｂ）に示された斜流ポンプ５０Ｂは、斜流ポンプ５０Ａと同じ枠番の電動モータ５２Ａと、羽根車５４Ａより大きい枠番の羽根車５４Ｂを備えている。斜流ポンプ５０Ｂのモータケーシング５１Ａとポンプケーシング５３Ｂの間には、フレームアダプタ５６Ｂが備えられている。

フレームアダプタ５６Ｂは、円筒部材で構成され、モータケーシング５１Ａの接続部とポンプケーシング５３Ｂの接続部とを滑らかに連結するように構成されている。

図７（ｃ）に示された斜流ポンプ５０Ｃは、斜流ポンプ５０Ｂと同じ枠番の電動モータ５２Ａと、羽根車５４Ｂより大きい枠番の羽根車５４Ｃを備えている。斜流ポンプ５０Ｃのモータケーシング５１Ａとポンプケーシング５３Ｃの間には、フレームアダプタ５６Ｃが備えられている。

フレームアダプタ５６Ｃは、ポンプケーシング５３Ａ側からモータケーシング５１Ｃ側にかけて縮径する円筒部材で構成され、互いに径方向サイズが異なるモータケーシング５１Ａの接続部とポンプケーシング５３Ｃの接続部とを滑らかに連結するように構成されている。

モータケーシングとポンプケーシングとの位置関係が適切でないと、コラムとモータケーシングやポンプケーシングとの間の流路で圧力損失が増大し、所望の性能が得られない場合があるが、フレームアダプタ５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃによって、モータケーシングとポンプケーシングとを所定の位置関係で配置することで、円滑な揚水を行うことができ必要な流量と揚程を確保できる。

このように、斜流ポンプ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは軸継手を備えず、フレームアダプタ５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃが、モータケーシング５１とポンプケーシング５３とを所定の位置関係で配置するための調整部材として機能する。尚、軸継手を備えていないため、電動モータと羽根車を別で組み立てて一体化するより組立作業に時間はかかるが、軸継手や作業窓が不要となり部品点数が減る利点が生じる。

尚、斜流ポンプ１０の揚程と流量は、電動モータ２０と羽根車３０の組み合わせによって揚程と流量を変更するに限らない。同じ羽根車３０と電動モータ２０の組み合せであっても、インバータ制御により周波数を調整することで電動モータの回転数を調整し、揚程や流量を変更することができる。また、揚程と流量は、電動モータ２０が同じであっても、羽根車３０の羽根３０ａの羽根軸３０ｂに対する取り付け角度によって変更することができる。

斜流ポンプ１０の流量を羽根車３０の枠番を変えずに増加させると、流量に応じてコラム１の径も大きいものを選択する必要があり、このような場合に、図８（ａ）に示すように、ポンプケーシング３１の吐出部とコラム１との間に大きな段差Ｄができてしまう場合がある。段差Ｄの部分では、流路断面積が大きく変化するため、ポンプケーシング３１の吐出部では、図８（ａ）の破線矢印で示すように、水の流れが乱れ、剥離や渦が発生し、この部分で圧力損失が増大してしまう。

そこで、図８（ｂ）に示すように、ポンプケーシング３１の吐出口にケーシングフード３９を備える。ケーシングフード３９をポンプケーシング３１の吐出口（基端側）に接続して、ポンプケーシング３１の吐出口からコラム１に送液される流体の流路径を次第に拡径させることで、ポンプケーシング３１からコラム１へ流れる流体の流路断面積の急激な変化を抑制することができ、圧力損失の増大を防ぎポンプ効率の低下を最小限に抑えることができる。

つまり、ケーシングフード３９が、コラム１とモータケーシング３９とポンプケーシング３１とを所定の位置関係で配置するための調整部材として機能する。

尚、コラム１の内径に対して大きい外径のケーシングフードの下流側縁部を切削してコラム１との段差を調整することも可能である。ポンプケーシング３９とコラム１間の段差が大きくない場合は、ケーシングフードを備えない場合もある。

このように、電動モータや羽根車の枠番を変更せずに流量を変更するときは、ケーシングフードによって、コラムとモータケーシングとポンプケーシングとを所定の位置関係で配置することができる。

ポンプケーシング３１とコラム１の位置関係は、ケーシングフード３９で調整することができるので、ポンプケーシング３１とコラム１を別に設計することができる。

つまり、本発明によるコラム型液中ポンプの製造方法では、揚程と流量に応じて選択される電動モータと羽根車の組み合わせに対して、コラムとモータケーシングとポンプケーシングとを所定の位置関係で配置するための調整部材が組み込まれていればよく、上述したフレームアダプタ、駆動軸の軸継手、ケーシングフードの全てを備えている必要は無く、何れか一つの調整部材が組み込まれていればよく、また、何れか二つを組合せた調整部材が組み込まれていればよい。

上述の実施形態では、コラム型液中ポンプとして、コラム内に駆動軸が鉛直方向となるように吊下げ設置される斜流ポンプを例に説明したが、これに限らない。液中ポンプの出力軸が鉛直以外の方向、例えば水平方向に配置された横軸の斜流ポンプであってもよい。また、斜流ポンプに限らず、軸流ポンプ、遠心ポンプ等の液中ポンプであってもよい。さらに、液中ポンプは、上水、下水、工業用水等様々な分野で給水または排水に用いられる液中ポンプに適用することができる。

標準化された電動モータと羽根車を組み合わせる場合に必要となる調整部材を予め準備しておくことにより、任意の組合せの液中ポンプであっても安価に製造でき、また調整部材によって、任意のコラムとモータケーシングとポンプケーシングとを所定の位置関係で適切に配置することができ、様々な流量や揚程が得られる斜流ポンプを容易に得ることができる。

調整部材によって、コラムとモータケーシングとポンプケーシングとを所定の位置関係で配置することができるので、電動モータと、羽根車とを標準化する際に夫々別に設計することができる。

上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１：コラム
２：揚水路
３：吐出口
１０：斜流ポンプ
１１：上部カバー
１２：給電ケーブル
１３：信号ケーブル
１４：吊金具
２０：電動モータ
２２：駆動軸
２１：モータケーシング
２５ａ：回転子
２５ｂ：コイル
３０：羽根車
３１：ポンプケーシング
３２：案内羽根
３３：流路
３４：回転軸
３５：軸受部
３６：軸封室
３０ａ：羽根
３０ｂ：羽根軸
３０ｃ：ボス
３０ｄ：ナット（羽根締結部材）
３８：吸込ケーシング
３８ａ：吸込口
３９：ケーシングフード
４０：フレームアダプタ
４１：作業窓
４２：軸継手

Claims (5)

1. モータケーシング内に駆動軸を有する回転子が収容された電動モータと、ポンプケーシング内に回転自在に収容された羽根車と、を含む液中ポンプがコラム内に吊下げ設置されるコラム型液中ポンプの製造方法であって、
   揚程と流量に応じて標準化された複数の羽根車の中から所要の羽根車が収容されたポンプケーシングを選択する工程と、
   出力範囲に応じて標準化された複数の電動モータの中から所要の電動モータが収容されたモータケーシングを選択する工程と、
   各ポンプケーシング及びモータケーシングが所定の位置関係で配置されるように標準化された複数のフレームアダプタから所要のフレームアダプタを選択する工程と、
   選択したポンプケーシング及びモータケーシングを選択したフレームアダプタで連結する工程と、
   を含むコラム型液中ポンプの製造方法。
2. 前記フレームアダプタで連結されたポンプケーシング及びモータケーシングにそれぞれ収容された電動モータの駆動軸及び羽根車の回転軸を、軸継手を介して前記所定の位置関係を維持しながら連結する工程を含む請求項１記載のコラム型液中ポンプの製造方法。
3. 前記フレームアダプタに設けられた開閉自在の作業窓から前記駆動軸と前記回転軸との軸端面間を前記軸継手で連結する工程を含む請求項２記載のコラム型液中ポンプの製造方法。
4. 流量範囲に応じて標準化された複数のコラムから所要のコラムを選択する工程と、
   選択したコラムに選択したポンプケーシングを所定の位置関係で配置する工程と、
   前記ポンプケーシングの基端側から前記コラムに送液される流体の流路径が次第に拡径するようにケーシングフードを選択して前記ポンプケーシングの基端側に接続する工程と、
   を含む請求項１から３の何れかに記載のコラム型液中ポンプの製造方法。
5. 前記羽根車が、羽根と、前記羽根に取り付けられる羽根軸と、前記羽根軸を介して前記羽根を取り付けるボスと、前記羽根軸と前記ボスを締結する羽根締結部材とを備えて構成されており、揚程と流量に応じて前記羽根の前記羽根軸に対する角度を所要角度に調整する工程を含む請求項１から４の何れかに記載のコラム型液中ポンプの製造方法。

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