JP6375216B2 - 縦型多段ポンプ - Google Patents

Description

本発明は縦型多段ポンプに関する。

ポンプはビルの給水に用いられることが主要な用途の一つである。近年、ビルの高層化が進み、それに伴い縦型多段ポンプの適用が多くなっている。高層化の進展で縦型多段ポンプの段数も多くなっている。今後ビルのさらなる高層化が計画されている。これに適用するためには縦型多段ポンプの羽根車段数をさらに多くする必要があるが、主軸が長軸となるため回転すると主軸にたわみが生じることから限界がある。主軸の長さをたわみが生じない長さに抑えて高い全揚程を実現する技術として特許文献１がある。

特開昭５９−０００５８９号公報

しかしながら，特許文献１に記載された多段ポンプはその図２や図３に示すように水流の流れが複雑であるためケーシング流路も複雑な構造になり、製作コストが高くなるという課題がある。

本発明の第一の課題は，高い全揚程を実現する二つの主軸を持つ縦型多段ポンプにおいて、ポンプの構造を簡易にし、製作コストが低い縦型多段ポンプを提供することである。また、第二の課題は、簡易な構造としつつ、さらに高い全揚程を実現する縦型多段ポンプを提供することである。また、高い全揚程を実現するためには、ポンプの羽根車を高速回転させる必要があるが、高速回転に伴いキャビテーションの発生が課題となる。そこで、本発明の第三の課題は高い全揚程を実現し、且つ、キャビテーション性能がよい縦型多段ポンプを提供することである。

第一の課題を解決するため本発明は，電動機により回転する第１の主軸と第２の主軸が並んで設けられたポンプであって、前記第１の主軸に複数個の羽根車が多段に取り付けられ、前記第１の主軸に対する前記複数個の羽根車の向きはすべて同じ方向であり、前記第１の主軸と前記羽根車を内蔵する第１のケーシングを有し、前記第２の主軸にも複数個の羽根車が多段に取り付けられ、前記第２の主軸に取り付けられた前記複数個の羽根車の向きは、前記第１の主軸に取り付けられた羽根車の向きとは反対であり、前記第２の主軸と前記羽根車を内蔵する第２のケーシングを有し、前記第１の主軸の回転方向と前記第２の主軸の回転方向が反対であり、前記第１の主軸における最終段の羽根車と、前記第２の主軸における初段の羽根車とを繋ぐ流路が前記第１のケーシングと前記第２のケーシング間に設けられている構成とする。

また、第二の課題を解決するために、さらに、電動機により回転する第３の主軸と第４の主軸が前記第１の主軸及び前記第２の主軸に並んで設けられ、 前記第３の主軸に複数個の羽根車が多段に取り付けられ、前記第３の主軸に対する前記複数個の羽根車の向きは前記第２の主軸に取り付けられた羽根車の向きとは反対の方向であり、前記第３の主軸と前記羽根車を内蔵する第３のケーシングを有し、前記第４の主軸にも複数個の羽根車が多段に取り付けられ、前記第４の主軸に取り付けられた前記複数個の羽根車の向きは、前記第３の主軸に取り付けられた羽根車の向きとは反対であり、前記第４の主軸と前記羽根車を内蔵する第４のケーシングを有し、前記第２の主軸と前記第３の主軸の回転方向が反対であり、前記第３の主軸の回転方向と前記第４の主軸の回転方向が反対であり、前記第２の主軸における最終段の羽根車と、前記第３の主軸における初段の羽根車とを繋ぐ流路が前記第２のケーシングと前記第３のケーシング間に設けられ、前記第３の主軸における最終段の羽根車と、前記第４の主軸における初段の羽根車とを繋ぐ流路が前記第３のケーシングと前記第４のケーシング間に設けられる構成とする。

また、第三の課題を解決するために、さらに、前記第１の主軸の回転速度は、他の主軸の回転速度よりも低い構成とする。

本発明によれば、製造コストを抑えながら揚程の高い多段ポンプを提供することができる。

本発明の縦型多段ポンプ（側面構造図） 本発明の縦型多段ポンプ（上面構造図） 本発明の第二の実施例の縦型多段ポンプ（上面構造図） 本発明の第三の実施例の縦型多段ポンプ（上面構造図）

本発明は，縦型多段ポンプに係わる。従来技術の縦型多段ポンプは、モータの主軸に軸継手を介して主軸が取り付けられている。主軸には複数個の遠心羽根車が取り付けられている。ポンプの全揚程は遠心羽根車の段数に比例するから、高い全揚程を実現するためには遠心羽根車の段数を多くしなければならない。そのためには長い主軸4406が必要である。しかしながら、主軸を長くすることは剛性が低下するため主軸のたわみや振れが大きくなり、主軸の長さには限界がある。したがって、従来技術では実現できる全揚程にも制限が生じる。

一方、特許文献1はこの課題に対し主軸を二つにすることで高い全揚程を実現しているが、水流の流路が複雑になっているため製作コストが高くなるという問題がある。

また、高い全揚程を実現するためには、羽根車を高速回転させる必要があるが、羽根車の高速回転に伴いキャビテーションが発生することも課題である。

図１に本発明の縦型多段ポンプを示す。二つの平行な主軸１−１、１−２を有し、第１の主軸１−１に複数個の遠心羽根車２−１が多段に取り付けられ、複数個の遠心羽根車２−１の主軸に対する向きはすべて同じ方向であり、その向きは遠心羽根車の吸込み流路が縦型多段ポンプの下方向を向いている。第１の主軸１−１と主軸に取り付けられた複数個の遠心羽根車２−1は、その外側に設けられた１つの円筒状の第１のケーシング３−１に内蔵されており、ケーシングの下側は吸込みノズル４につながっている。

第２の主軸１−２にも複数個の遠心羽根車２−２が多段に取り付けられ、複数個の遠心羽根車の向きは、第１の主軸１−１に取り付けられた遠心羽根車の向きと正反対になっている。第２の主軸１−２と主軸に取り付けられた複数個の遠心羽根車２−２は、その外側に設けられた１つの円筒状の第２のケーシング３−２に内蔵されており、ケーシングの下側は吐出しノズル５につながっている。

第１のケーシング３−１の上部と第２のケーシング３−２の上部は流路６−１でつながっており、第１のケーシング上部から流出する水流が第２のケーシング上部へ流入できるように構成されている。

さらに第１の主軸１−１と第２の主軸１−２は正反対に回転するように駆動機構８を介して電動機９で駆動される。

このように第１の主軸１−１と第２の主軸１−２を比べると、遠心羽根車２の取り付け向きが正反対であり、図２に示す通り回転方向ωが正反対なので、水流は第１のケーシング３−１を下側から上側に進み、第２のケーシング３−２を上側から下側へ向かって進む１回の往復流動に簡素化される。

即ち、吸込みノズル４から第１のケーシング３−１へ流入した水流は、第１の主軸１−１に取り付けられた多段の遠心羽根車２−１により昇圧されながら第１のケーシング３−１を下側から上側に向かって進み、ケーシングの上側から流出する。さらに水流は第１のケーシング３―１と第２のケーシング３―２を繋ぐ流路６―１を通過して第２のケーシング３−２へ流入する。第２のケーシング３−２では、水流は第２の主軸１−２へ多段に取り付けられた複数個の遠心羽根車２−２によりさらに昇圧されながらケーシング内を上側から下側へ向かって進み、第２のケーシング３−２につながっている吐出しノズル５から流出する。

本発明の第二の実施例を図３に示す。第１の主軸１−１、第２の主軸１−２で構成する図１の縦型多段ポンプに対し、さらに第３の主軸１−３と第４の主軸１−４を追加して、四つの平行な主軸を持つ縦型多段ポンプである。第３の主軸１−３には複数個の遠心羽根車２−３が多段に取り付けられ、主軸に対する複数個の遠心羽根車の向きはすべて同じ方向であり、その方向は第１の主軸１−１に取り付けられた遠心羽根車２−１と同じであり、第３の主軸１−３と主軸に取り付けられた羽根車は、その外側に設けられた１つの円筒状の第３のケーシング３−３に内蔵されており、第３のケーシング３−３の下側は第２のケーシング３−２の下側と流路６−２でつながっている。第４の主軸１−４には複数個の遠心羽根車２−４が多段に取り付けられ、主軸に対する複数個の遠心羽根車２−４の向きはすべて同じ方向であり、その方向は第２の主軸１−２に取り付けられた遠心羽根車と同じであり、第４の主軸１−４と主軸に取り付けられた遠心羽根車２−４は、その外側に設けられた１つの円筒状の第４のケーシング３−４に内蔵されており、第４のケーシング３−４の下側に吐出しノズル５が繋がっている。第３のケーシング３−３と第４のケーシング３−４を繋ぐ流路６−３が第３、第４のケーシングの上側に設けられている。

さらに第３の主軸１−３は第１の主軸１−１と同じ方向に回転し、第４の主軸１−４は第２の主軸１−２と同じ方向に回転するように駆動機構８を介して電動機９で駆動される。

このように第１の主軸１−１から第４の主軸１−４を構成することで、水流は吸込みノズル４から第１のケーシング３−1へ流入し、第１の主軸１−１に取り付けられた多段の遠心羽根車２−１により昇圧されながら第１のケーシング３―１を下側から上側に向かって進み、上側に設けられた第１のケーシングと第２のケーシングを繋ぐ流路６−１を通過して第２のケーシング３−２の上側へ流入する。水流は第２の主軸１−２に取り付けられた多段の遠心羽根車２−２により昇圧されながら第２のケーシング３−２を上側から下側へ向かって進み、下側に設けられた第２のケーシング３−２と第３のケーシング３−３を繋ぐ流路６−２を通過して第３のケーシング３−３へ流入する。水流は第３の主軸１−１に取り付けられた多段の遠心羽根車２−３により昇圧されながら第３のケーシング３−３を下側から上側に向かって進み、上側に設けられた第３のケーシング３−３と第４のケーシング３−４を繋ぐ流路６−３を通過して第４のケーシングへ流入する。水流は第４の主軸１−４に取り付けられた多段の遠心羽根車２−４により昇圧されながら第４のケーシング３−４を上側から下側へ向かって進み、第４のケーシング３−４の下側につながっている吐き出しノズル５から流出する。

即ち、水流は第１〜第４のケ-シング３を通過する間にケーシング３の上下間を２往復する流動により二つの主軸を持つ第１の実施例に比べ２倍の羽根車２により昇圧されるので２倍の全揚程を得ることができる
本発明の第三の実施例を図４に示す。複数の主軸を持つ縦型多段ポンプにおいて、駆動機構のギア比を変えることにより第１の主軸の回転速度をその他の主軸の回転速度より小さくする。これにより第１の主軸に取り付けられた羽根車の水流に対する相対速度をその他の羽根車より小さくすることができる。

即ち、回転速度を高速とすることで、羽根車における圧力が飽和蒸気圧以下となり気泡ができることによるキャビテーションが発生する場合がある。キャビテーションの発生により、ポンプの吸込圧が低くなり落水等、性能に影響を与えてしまう。特に高い全揚程を得るために、羽根車の回転速度を高速にする場合には対策が必要となる。

羽根車における圧力の低下は、ポンプの流入側の初段の羽根車にて発生する。二段目以降の羽根車では、それよりも前段の羽根車にて昇圧された水による圧力が加えられるため、圧力が低下しない。従って、ポンプの流入側の初段の羽根車の回転速度を抑えることが有効となる。しかしながら、本発明の縦型多段ポンプにおいては、複数の羽根車が軸に固定されるため、初段の羽根車の回転速度を抑えるために、流入側の第1の主軸の回転速度を他の主軸の回転速度よりも小さくすることが有効となる。

例えば、図４に示すように、駆動機構８のギア比を異ならせることで、流入側の第1の主軸の回転速度をω１、第２の主軸の回転速度をω２、第３の主軸の回転速度をω３、第４の主軸の回転速度をω４とするとき、
｜ω１｜＜｜ω２｜＝｜ω３｜＝｜ω４｜
とすることにより、流入側羽根車の圧力低下を防止し、キャビテーション性能を良くすることができる。

また、｜ω１｜＜｜ω２｜＜｜ω３｜＜｜ω４｜
とすることで、キャビテーション性能を良くしながら、さらに後段に行くに従い回転速度を上げることで高い全揚程を得ることが可能となる。

なお、本実施例では遠心羽根車を用いて説明したが、本発明は斜流羽根車及び軸流羽根車を用いることも可能である。また、第３の実施例において第２〜第４の主軸の回転速度を任意にすることも可能であり、さらに回転速度と羽根車形式を各々の主軸で別にすることも可能である。

以上のように、本発明では、第１の課題に対して、二つの平行な主軸を持つポンプの水流は第１のケーシングを下側から上側に進み、第２のケーシングを上側から下側へ向かって進む１回の往復流動に簡素化される。したがって、第１のケーシングと第２のケーシングを繋ぐ流路がケーシング上部に一つ設けられただけの簡素な構造になる。その結果、先行技術に比べ製作コストが低い縦型多段ポンプを提供することができる。

また、第２の課題に対して、水流は四つのケーシングの間を上下２往復するだけの簡素な流動で二つの平行な主軸を持つ本発明による縦型多段ポンプの２倍の全揚程を実現できる。

また、第３の課題に対して、キャビテーションが発生する第１の主軸に取り付けられた羽根車の水流に対する相対速度が低下するので、羽根車の静圧力を高くすることができキャビテーションの発生を抑制することができる。

１−１、１−２、１−３、１−４ 主軸
２−１、２−２、２−３、２−４ 遠心羽根車
３−１、３−２、３−３、３−４ ケーシング
４ 吸込ノズル
５ 吐出しノズル
６−１、６−２、６−３ 二つのケーシングを繋ぐ流路
７ 軸受
８ 駆動機構
９ 電動機

Claims (2)

1. 電動機により回転する第１の主軸と第２の主軸が並んで設けられたポンプであって、前記第１の主軸に複数個の羽根車が多段に取り付けられ、前記第１の主軸に対する前記複数個の羽根車の向きはすべて同じ方向であり、前記第１の主軸と前記羽根車を内蔵する第１のケーシングを有し、前記第２の主軸にも複数個の羽根車が多段に取り付けられ、前記第２の主軸に取り付けられた前記複数個の羽根車の向きは、前記第１の主軸に取り付けられた羽根車の向きとは反対であり、前記第２の主軸と前記羽根車を内蔵する第２のケーシングを有し、前記第１の主軸の回転方向と前記第２の主軸の回転方向が反対であり、前記第１の主軸における最終段の羽根車と、前記第２の主軸における初段の羽根車とを繋ぐ流路が前記第１のケーシングと前記第２のケーシング間に設けられており、
   電動機により回転する第３の主軸と第４の主軸が前記第１の主軸及び前記第２の主軸に並んで設けられ、
   前記第３の主軸に複数個の羽根車が多段に取り付けられ、前記第３の主軸に対する前記複数個の羽根車の向きは前記第２の主軸に取り付けられた羽根車の向きとは反対の方向であり、前記第３の主軸と前記羽根車を内蔵する第３のケーシングを有し、前記第４の主軸にも複数個の羽根車が多段に取り付けられ、前記第４の主軸に取り付けられた前記複数個の羽根車の向きは、前記第３の主軸に取り付けられた羽根車の向きとは反対であり、前記第４の主軸と前記羽根車を内蔵する第４のケーシングを有し、前記第２の主軸と前記第３の主軸の回転方向が反対であり、前記第３の主軸の回転方向と前記第４の主軸の回転方向が反対であり、
   前記第２の主軸における最終段の羽根車と、前記第３の主軸における初段の羽根車とを繋ぐ流路が前記第２のケーシングと前記第３のケーシング間に設けられ、前記第３の主軸における最終段の羽根車と、前記第４の主軸における初段の羽根車とを繋ぐ流路が前記第３のケーシングと前記第４のケーシング間に設けられることを特徴とする縦型多段ポンプ。
2. 請求項１に記載の縦型多段ポンプであって、
   前記第１の主軸の回転速度は、他の主軸の回転速度よりも低いことを特徴とする縦型多段ポンプ。

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