JP6488167B2 - 渦巻ポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、渦巻ポンプに関し、特に、繊維状物質を含む液体を移送する渦巻ポンプに関する。
従来から、下水管を流れる汚水などの液体を移送するために、渦巻ポンプが用いられている。このような汚水には、紐または布などの繊維状物質が含まれていることがある。この繊維状物質が羽根車の翼に堆積すると、ポンプを閉塞するおそれがある。そこで、繊維状物質の羽根車への堆積を防ぐために、後退翼を有する羽根車を備えた渦巻ポンプがある(特許文献1参照)。
図17は後退翼を有する羽根車を備えた渦巻ポンプを示す断面図である。図17に示すように、羽根車100は複数の後退翼101を備えている。羽根車100は回転軸102に固定されており、羽根車ケーシング105内に収容されている。羽根車100は図示しない駆動装置(モータ等)によって回転軸102と一体に図17に示す実線矢印方向に回転する。液体は、羽根車100の回転により羽根車ケーシング105内に形成されたボリュート室113に周方向に吐出される。ボリュート室113を流れる液体は吐出口107を通って外部に排出される。
後退翼101は、螺旋状に延びる前縁部101aと、前縁部101aから螺旋状に延びる後縁部101bとを有する。後退翼101は、前縁部101aがその基端から羽根車100の回転方向と逆方向に延びる螺旋形状を有している。
羽根車ケーシング105にはボリュート室113の巻き始め部を構成する舌部110が設けられている。ボリュート室113を流れる液体は舌部110で分流され、液体の大部分は羽根車ケーシング105の吐出口107に流れ、液体の一部はボリュート室113内を循環する(図17に示す点線矢印参照)。
図18は羽根車100を収容する羽根車ケーシング105を吸込口106側から見た図であり、図19は、羽根車ケーシング105の内面を駆動装置側から見た図である。図19では羽根車100の図示は省略されている。図18および図19に示すように、羽根車ケーシング105の内面には吸込口106からボリュート室113まで螺旋状に延びる溝108が形成されている。この溝108は、液体に含まれる繊維状物質を、回転する羽根車100によって吸込口106からボリュート室113に移動させるために設けられている。
実開昭64−11390号公報
図20乃至図24は、繊維状物質109が溝108を通じてボリュート室113に移送される様子を示す図である。図20乃至図24において、溝108は二点鎖線で表示されている。図20に示すように、液体に含まれる繊維状物質109は、回転する羽根車100の前縁部101aによって溝108の入口に運ばれ、溝108内に押し込まれる。繊維状物質109は、溝108と羽根車100の後縁部101bとの間に挟まれた状態で、回転する羽根車100の後縁部101bにより押されて溝108に沿って移動する(図21乃至図23参照)。そして、図24に示すように、繊維状物質109はボリュート室113に放出される。
上述したように、繊維状物質109は、回転する羽根車100の後退翼101によって溝108に押し込まれ、その後、図20乃至図24に示すように溝108に沿ってボリュート室113に運ばれる。しかしながら、繊維状物質109が後退翼101の前縁部101aに引っかかって、繊維状物質109を溝108の入口にまで運ぶことができない場合があった。後続の繊維状物質が同様に前縁部101aに引っかかると、繊維状物質が羽根車100上に堆積し、羽根車100の回転を阻害してしまう。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、液体に含まれる繊維状物質を羽根車ケーシングの内面に形成された溝に円滑に導き、かつ繊維状物質を溝に確実に押し込み、吐出口から吐出させることができる渦巻ポンプを提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、回転軸と一体に回転する羽根車と、吸込口とボリュート室を有する羽根車ケーシングと、を備え、前記羽根車ケーシングの内面には、前記吸込口から前記ボリュート室まで延びる溝が形成され、前記羽根車は、前記回転軸が固定されるハブと、前記ハブから螺旋状に延びる後退翼と、を有し、前記後退翼は、前記ハブから螺旋状に延びる前縁部と、前記前縁部から螺旋状に延びる後縁部と、を有し、前記前縁部は、該前縁部の内端から外端にわたって形成される前側曲面を有することを特徴とする渦巻ポンプである。
本発明の好ましい態様は、前記前縁部の厚さに対する前記前側曲面の曲率半径の比が1/7以上1/2以下の範囲にあることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記前縁部の厚さに対する前記前側曲面の曲率半径の比が1/4以上1/2以下の範囲にあることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記前縁部の厚さに対する前記前側曲面の曲率半径の比は、前記ハブからの距離に従って徐々に大きくなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記前縁部は、該前縁部の内端から外端にわたって形成される後側曲面を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記後縁部は、前記前縁部の外端に接続された前記後縁部の始端から前記後縁部の終端まで形成される前側角部と後側角部とを有することを特徴とする。
本発明によれば、後退翼の前縁部が前側曲面を有するので、繊維状物質は、前縁部に引っかかることなく、前縁部上を円滑に滑って溝の入口まで移動することができる。さらに、繊維状物質は、前側曲面によって溝に押し込まれる。したがって、繊維状物質は、羽根車の回転によって溝に沿ってボリュート室まで移送され、吐出口から吐出される。
本発明の一実施形態に係る渦巻ポンプの概略断面図である。 図1のA−A線断面図である。 図1のB線矢視図である。 羽根車ケーシングの内面をモータ側から見た図である。 図1に示した渦巻ポンプのケーシングライナの断面図である 図1に示した渦巻ポンプの羽根車の斜視図である。 図6に示した後退翼の前縁部のC−C線断面図である。 図6に示した後退翼の前縁部のD−D線断面図である。 図6に示した後退翼の前縁部のE−E線断面図である。 図10(a)は、後退翼の前縁部に繊維状物質が載った状態を示す模式図であり、図10(b)は、後退翼の回転に伴って、繊維状物質が前縁部の外端に向かって円滑に移動する様子を示す模式図であり、図10(c)は、後退翼の回転に伴って、繊維状物質が前縁部の外端に到達した様子を示す模式図である。 前縁部の外端まで導かれた繊維状物質が前縁部の前側曲面によってケーシングライナの内面に形成された溝に押し込まれる状態を示す模式図である。 前縁部の厚さに対する前側曲面の曲率半径の比と、前縁部の厚さに対する後側曲面の曲率半径の比が1/2であり、前側曲面が後側曲面に接続されている前縁部の断面図である。 図6に示した後退翼の後縁部のF−F線断面図である。 図6に示した後退翼の後縁部のG−G線断面図である。 図6に示した後退翼の後縁部のH−H線断面図である。 溝を横切ったときの後縁部を示す断面図である。 後退翼を有する羽根車を備えた渦巻ポンプを示す断面図である。 羽根車を収容する羽根車ケーシングを吸込口側から見た図である。 羽根車ケーシングの内面を駆動装置側から見た図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1乃至図16において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図1は本発明の一実施形態に係る渦巻ポンプの概略断面図である。図1に示される渦巻ポンプは、例えば、下水管を流れる汚水などの液体を移送するために用いられる。図1に示すように、渦巻ポンプは回転軸11の端部に固定された羽根車1と、羽根車1を収容する羽根車ケーシング5とを有する。回転軸11は、モータ20によって回転され、羽根車1は羽根車ケーシング5内で回転軸11と一体に回転する。モータ20と羽根車1との間には、メカニカルシール21が配置されている。このメカニカルシール21により、液体がモータ20に浸入することが防止される。
羽根車ケーシング5は、羽根車1の周囲に配置されたケーシング本体6と、ケーシング本体6に接続されたケーシングライナ8とを有している。ケーシングライナ8には、円筒状の吸込口3が形成されている。ケーシング本体6の内部には、ボリュート室(渦室)7が形成され、ボリュート室7は、羽根車1の周囲を囲む形状を有している。ケーシング本体6には、吐出口4が形成される。
羽根車1を回転させると、液体は吸込口3から吸い込まれる。液体には羽根車1の回転により速度エネルギーが付与され、さらに、液体がボリュート室7を通ることによって速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、液体が昇圧される。昇圧された液体は、吐出口4から吐出される。羽根車1の翼(後退翼)2は、羽根車ケーシング5のケーシングライナ8の内面8aと僅かな隙間をあけて対向している。この隙間は、例えば0.3mmから0.7mmの範囲にある。
図2は図1のA−A線断面図である。図2に示すように、羽根車1は複数(本実施形態では2枚)の後退翼2と、円筒状のハブ13とを備えている。羽根車1は、回転軸11に固定されており、モータ(駆動装置)20によって回転軸11と一体に実線矢印方向に回転する。回転軸11の端部はハブ13に挿入され、羽根車1は締結具(図示しない)によって回転軸11の端部に固定される。
後退翼2は、ハブ13から螺旋状に延びる前縁部2aと、前縁部2aから螺旋状に延びる後縁部2bとを有している。後退翼2は、その基端から羽根車1の回転方向と逆方向に延びる螺旋形状を有している。
図2に示すように、羽根車ケーシング5にはボリュート室7の巻き始め部を構成する舌部10が設けられている。ボリュート室7は、羽根車1の周方向に沿って延びつつ、断面積が徐々に拡大する形状を有している。ボリュート室7を流れる液体は舌部10で分流され、液体の大部分は吐出口4に流れる一方で、液体の一部はボリュート室7内を循環する(図2に示す点線矢印参照)。
図3は図1のB線矢視図である。図3に示すように、羽根車ケーシング5には、吸込口3および吐出口4が形成されている。吸込口3および吐出口4はボリュート室7に連通している。吸込口3はケーシングライナ8に形成されており、吐出口4はケーシング本体6に形成されている。吸込口3から流入した液体は羽根車1の回転によりボリュート室7に周方向に吐出される。ボリュート室7を流れる液体は吐出口4を通って外部に排出される。
図4は羽根車ケーシング5の内面をモータ20側から見た図であり、図5は、図1に示したケーシングライナ8の断面図である。図4では羽根車1の図示は省略されている。図4および図5に示すように、羽根車ケーシング5の内面、より具体的にはケーシングライナ8の内面8aには、吸込口3からボリュート室7まで螺旋状に延びる溝18が形成されている。この溝18は、液体に含まれる繊維状物質を、回転する羽根車1によって吸込口3からボリュート室7に移動させるために設けられている。溝18は、後退翼2の後縁部2bに対向する位置に配置されている。
溝18は、吸込口3に接続された入口18aを有している。溝18は、ケーシングライナ8の外周端まで延びている。このケーシングライナ8の外周端はボリュート室7に位置するので、溝18は、吸込口3からボリュート室7まで延びる。
図6は、図1に示した渦巻ポンプの羽根車1の斜視図である。図6に示されるように、羽根車1は、回転軸11が固定されるハブ13を有する円板状のシュラウド12と、ハブ13から螺旋状に延びる後退翼2と、を有する。ハブ13には、回転軸11の端部が挿入される貫通孔13aが形成されている。後退翼2の全体は、ハブ13から羽根車1の回転方向と逆方向に延びる螺旋形状を有している。
後退翼2は、ハブ13から螺旋状に延びる前縁部2aと、前縁部2aから螺旋状に延びる後縁部2bを有する。前縁部2aは、ハブ13から羽根車1の回転方向と逆方向に延びている。したがって、前縁部2aの外端2dは、回転軸11の回転方向において、前縁部2aの内端2cよりも後方に位置される。後縁部2bは、ケーシングライナ8の内面8aと僅かな隙間をあけて対向している。羽根車1が回転したときに、前縁部2aの外端2dは、溝18の入口18a(図5参照)を横切って移動する。
図7は、図6に示した後退翼2の前縁部2aのC−C線断面図である。図8は、図6に示した後退翼2の前縁部2aのD−D線断面図である。図9は、図6に示した後退翼2の前縁部2aのE−E線断面図である。図7、図8、および図9に示されるように、前縁部2aは、該前縁部2aの内端2cから外端2dにわたって形成される前側曲面2eを有する。前側曲面2eは、前縁部2aの最も前側の表面である。すなわち、前側曲面2eは、前縁部2aの回転方向(すなわち、羽根車1の回転方向)において最も前側に位置する、前縁部2aの表面であり、前縁部2aの内端2cから外端2dにわたって形成される。
前側曲面2eの断面は、曲率半径r1の円弧である。本実施形態では、曲率半径r1は、図7、図8、および図9に示されるように、前縁部2aの内端2cから外端2dにわたって一定である。前側曲面2eの曲率半径r1は、前縁部2aの内端2cから外端2dにわたって異なっていてもよい。例えば、前側曲面2eの曲率半径r1は、ハブ13からの距離に従って徐々に大きくなってもよいし、徐々に小さくなってもよい。
前縁部2aは、その内端2cから外端2dにわたって形成される前側曲面2eを有しているので、図10(a)に示されるように、前縁部2a上に載った繊維状物質30は、図10(b)に示されるように、前縁部2aに引っかかることなく、円滑に前縁部2aの外端2dに向かって移動し、図10(c)に示されるように、前縁部2aの外端2dに到達する。したがって、前縁部2aは、繊維状物質30を、溝18の入口18a(図5参照)まで円滑に導くことができる。
図11は、前縁部2aの外端2dまで導かれた繊維状物質30が前側曲面2eによって溝18に押し込まれる状態を示す模式図である。上述したように、羽根車1が回転したときに、後退翼2の前縁部2aの外端2dは、ケーシングライナ8の内面8aに形成された溝18(図5および図4参照)を通過する。図11に示されるように、外端2dまで導かれた繊維状物質30は、該外端2dが溝18上方を通過する時に、前側曲面2eによって溝18に押し込まれる。前側曲面2eは、前縁部2aの外端2dまで形成されているので、繊維状物質30は、前縁部2aの外端2dに引っかかることなく、前側曲面2eによって溝18に押し込まれる。その結果、繊維状物質30を溝18内に確実に移動させることができる。
図7、図8、および図9に示されるように、前縁部2aは、該前縁部2aの内端2cから外端2dにわたって形成される後側曲面2fを有してもよい。後側曲面2fは、前縁部2aの最も後側の面である。すなわち、後側曲面2fは、前縁部2aの回転方向(すなわち、羽根車1の回転方向)において最も後側に位置する、前縁部2aの表面であり、羽根車1の回転方向において前側曲面2eよりも後方に位置している。後側曲面2fは、前側曲面2eと同様に、前縁部2aの内端2cから外端2dにわたって形成される。
後側曲面2fの断面は、曲率半径r2の円弧である。本実施形態では、曲率半径r2は、図7、図8、および図9に示されるように、前縁部2aの内端2cから外端2dにわたって一定である。後側曲面2fの曲率半径r2は、前側曲面2eの曲率半径r1と同じであってもよいし、異なっていてもよい。さらに、後側曲面2fの曲率半径r2は、前縁部2aの内端2cから外端2dにわたって異なっていてもよい。例えば、後側曲面2fの曲率半径r2は、ハブ13からの距離に従って徐々に大きくなってもよいし、徐々に小さくなってもよい。
前縁部2aが前側曲面2eだけでなく後側曲面2fも有している場合、繊維状物質30をより円滑に前縁部2a上で滑らせることができる。その結果、前縁部2aは、繊維状物質30を前縁部2aの外端2dにまで円滑に導くことができる。さらに、繊維状物質30は、前縁部2aの外端2dに引っかかりにくくなる。その結果、前縁部2aの前側曲面2eは、繊維状物質30を溝18の入口18a(図5参照)により確実に押し込むことができる。
上述したように、羽根車1の回転に伴って、前側曲面2e上の繊維状物質30は、前縁部2aの外端2dに向かって滑る。前縁部2aの厚さt(図7、図8、および図9参照)に対する前側曲面2eの曲率半径r1の比(すなわち、r1/t)が小さくなるほど、前縁部2aは尖っていく。r1/tが1/7以上のときに、前縁部2aに載った繊維状物質30を、前縁部2aの外端2dに向かってより円滑に導き、かつ溝18により確実に押し込むことができることが確認されている。したがって、r1/tは、好ましくは、1/7以上である。
r1/tが、大きくなるほど、渦巻ポンプの吐出性能は低下する。渦巻ポンプの吐出性能の低下を抑制しつつ、繊維状物質30を円滑に前縁部2aの外端2dに滑らせるためのr1/tの最適値は1/4である。したがって、r1/tが1/4以上であるのがより好ましい。
図12は、前縁部2aの厚さtに対する前側曲面2eの曲率半径r1の比(r1/t)と、前縁部2aの厚さtに対する後側曲面2fの曲率半径r2の比(r2/t)が1/2であり、前側曲面2eが後側曲面2fに接続されている前縁部2aの断面図である。図12に示されるように、r1/tおよびr2/tが1/2であり、前側曲面2eが後側曲面2fに接続されている場合、前縁部2aの断面は完全な円弧となる。この場合、前縁部2aが最も丸められた形状を有するので、繊維状物質30は、より円滑に前縁部2a上を外端2dに向かって滑ることができる。したがって、r1/tは、1/2以下であるのが好ましい。
図7、図8、および図9に示されるように、前縁部2aの厚さtは、ハブ13からの距離に従って徐々に減少している。一方で、前側曲面2eの曲率半径r1と、後側曲面2fの曲率半径r2は、前縁部2aの内端2cから外端2dまで一定である。したがって、r1/tおよびr2/tは、ハブ13からの距離に従って徐々に大きくなる。このような構成によれば、渦巻ポンプの吐出性能の低下を抑えつつ、前縁部2aは、繊維状物質30を、溝18の入口18a(図5参照)に向かって円滑に導くことができる。
次に、後縁部2bの形状について、図13、図14、および図15を参照して説明する。図13は、図6に示した後退翼2の後縁部2bのF−F線断面図である。図14は、図6に示した後退翼2の後縁部2bのG−G線断面図である。図15は、図6に示した後退翼2の後縁部2bのH−H線断面図である。
図13、図14、および図15に示されるように、後縁部2bは、前縁部2aの外端2dに接続された後縁部2bの始端から後縁部2bの終端2i(図6参照)まで形成される前側角部2gと後側角部2hとを有する。前側角部2gは、後縁部2bの回転方向(すなわち、羽根車1の回転方向)において、該後縁部2bの最も前側に形成される。後側角部2hは、後縁部2bの回転方向(すなわち、羽根車1の回転方向)において、該後縁部2bの最も後側に形成され、羽根車1の回転方向において前側角部2gよりも後方に位置している。前側角部2gおよび後側角部2hは、前縁部2aの外端2dに接続された後縁部2bの始端から後縁部2bの終端2i(図6参照)まで形成される。前側角部2gと後側角部2hは、前縁部2aの前側曲面2eと後側曲面2fとは対照的に、刃のような角のあるエッジ部として構成される。
図16は、溝18を横切ったときの後縁部2bを示す断面図である。図16に示されるように、前側曲面2eによって溝18に押し込まれた繊維状物質30は、前側角部2gと後側角部2hに引っかかりながら、溝18に沿って移動する。したがって、後縁部2bは、ボリュート室7まで、繊維状物質30を容易に移動させることができる。さらに、図16に示されるように、溝18に沿って移動する繊維状物質30は、前側角部2gおよび後側角部2hと、溝18の角部18c,18dとに挟まれて切断される効果を期待できる。分断された繊維状物質30は、羽根車1の回転によって移送される液体と共にボリュート室7に移送され、吐出口4を通って吐出される。その結果、繊維状物質30によって渦巻ポンプが閉塞されることを防止することができる。
本実施形態の羽根車1は、例えば、鋳造により製造される。金属ブロックを研削加工することによって、本実施形態の羽根車1を製造してもよい。鋳造により羽根車1を製造する場合、前縁部2aの前側曲面2eおよび後側曲面2fに対応する部分に凹状曲面が形成された鋳型を用いて羽根車1を製造してもよいし、鋳造後の羽根車1に研磨加工や研削加工などの機械加工を施すことによって、前側曲面2eおよび後側曲面2fを形成してもよい。さらに、鋳造により羽根車2を製造する場合、後縁部2bの前側角部2gおよび後側角部2hを刃形状の角部に形成するために、前側角部2gおよび後側角部2hに対して研磨加工や研削加工などの機械加工を施すことが好ましい。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
1 羽根車
2 後退翼
2a 前縁部
2b 後縁部
2c 内端
2d 外端
2e 前側曲面
2f 後側曲面
2g 前側角部
2h 後側角部
2i 終端
3 吸込口
4 吐出口
5 ケーシング
6 ケーシング本体
7 ボリュート室
8 ケーシングライナ
8a 内面
10 舌部
11 回転軸
12 シュラウド
13 ハブ
13a 貫通孔
18 溝
20 モータ
21 メカニカルシール
30 繊維状物質

Claims (6)

  1. 回転軸と一体に回転する羽根車と、
    吸込口とボリュート室を有する羽根車ケーシングと、を備え、
    前記羽根車ケーシングの内面には、前記吸込口から前記ボリュート室まで延びる溝が形成され、
    前記羽根車は、
    前記回転軸が固定されるハブと、
    前記ハブから螺旋状に延びる後退翼と、を有し、
    前記後退翼は、
    前記ハブから螺旋状に延びる前縁部と、
    前記前縁部から螺旋状に延びる後縁部と、を有し、
    前記前縁部は、該前縁部の内端から外端にわたって形成される前側曲面を有することを特徴とする渦巻ポンプ。
  2. 前記前縁部の厚さに対する前記前側曲面の曲率半径の比が1/7以上1/2以下の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の渦巻ポンプ。
  3. 前記前縁部の厚さに対する前記前側曲面の曲率半径の比が1/4以上1/2以下の範囲にあることを特徴とする請求項2に記載の渦巻ポンプ。
  4. 前記前縁部の厚さに対する前記前側曲面の曲率半径の比は、前記ハブからの距離に従って徐々に大きくなることを特徴とする請求項2に記載の渦巻ポンプ。
  5. 前記前縁部は、該前縁部の内端から外端にわたって形成される後側曲面を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の渦巻ポンプ。
  6. 前記後縁部は、前記前縁部の外端に接続された前記後縁部の始端から前記後縁部の終端まで形成される前側角部と後側角部とを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の渦巻ポンプ。
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