JP6624962B2 - 多段水中ポンプ用の吸込ケーシング、および、多段水中ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、多段水中ポンプ用の吸込ケーシングに関する。

液体を扱う多段水中ポンプ（例えば、深井戸用水中ポンプ）が知られている。このような多段水中ポンプは、羽根車が内部に収容されたケーシングが軸線方向に複数連結されて構成される。例えば、下記特許文献１は、水中モータに固定される吸込ケーシングと、ガイドベーンを有し、吸込ケーシングの上部に多段状に積み重ねられた複数の中間ケーシングと、最上部の中間ケーシングに取付けられた吐出ケーシングと、を備える多段水中ポンプを開示している。この多段水中ポンプでは、吸込ケーシングから吸い込まれた水が軸線方向に沿って直線的に中間ケーシングに流入する。

特開平６−３２３２９１号公報 特開２００５−３２０８６９号公報 公開実用昭和５４−２４１０３号公報

上述したような多段水中ポンプにおいては、一般的に、いかに損失を抑制し、ポンプ効率を向上させるかが課題となっている。損失を抑制するためには、羽根車へ流入する水が、軸線方向（ポンプのシャフトが延在する方向）に直線的に流れることが理想的である。一方で、損失の要因の１つは、ガイドベーンを有する中間ケーシング内での水の剥離である。この剥離を抑制するためには、水の流れ方向の極端な変化を避けることが望ましい。多段水中ポンプでは、２段目以降の中間ケーシングには、１段目の羽根車によって旋回成分が付与された流れが流入する。上記の理想状態に近づけるために、この旋回成分を有する流入水を直線的な流れに変えることは、水の流れ方向の極端な変化を伴い、その結果、剥離が生じやすくなる。つまり、羽根車へ流入する水の流れを軸線方向の直線的な流れにして損失を抑制することと、水の流れ方向の極端な変化を避けて損失を抑制することは、トレードオフの関係にある。

このように１段目の中間ケーシングに流入する水の流れ方向が直線的であるのに対して２段目以降に流入する水の流れが旋回成分を有する多段水中ポンプでは、近年、多段水中ポンプ全体で見れば、旋回成分を有する水の流れが支配的であることを考慮し、所定の旋回成分を有する流入流れにおいて、羽根車が最高の性能を発揮できるように多段水中ポンプの羽根車が設計される場合がある。このように設計された羽根車は、旋回設計羽根車とも称される。旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプでは、ポンプ全体として、ある程度良好な効率を確保することができる。

しかしながら、旋回設計羽根車では、１段目に流入する水の流れ方向が設計最適条件とは異なる直線的な流れとなるので、１段目の羽根車の性能は２段目以降の羽根車の性能よりも劣ることになる。このため、旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプは、効率面において改善の余地を残している。

旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプの効率を改善する方法の１つとして、旋回成分を有していない直線的な流れに対して最高の性能を発揮できるように、１段目の羽根車を
、２段目以降の羽根車とは別に設計することが考えられる。しかしながら、この場合、同一形状の羽根車を各段に使用することができなくなり、部品の種類が増えることになる。その結果、製造工数の増加、高コスト化、維持管理性の低下などを招くことになる。

旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプの効率を改善する別の方法として、１段目に流入する水の流れ方向が旋回成分を含むように、吸込ケーシングを改良することが考えられる。ポンプへの流入水に旋回成分を付与する技術として、例えば、上記の特許文献２，３が知られている。特許文献２、３では、吸込流路に円弧状の整流板（導水板）を設けることによって、流入水に旋回成分（予旋回とも称される）を付与している。しかしながら、このような整流板を付加することは、装置の複雑化、高コスト化、メンテナンスの煩雑化などを招くことになる。

このようなことから、多段水中ポンプにおいて、特別な部材を付加することなく、ポンプへの流入水に予旋回を生じさせる技術が求められる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の第１の形態によれば、液体を扱う多段水中ポンプ用の吸込ケーシングが提供される。この吸込ケーシングは、軸線に沿って延在するとともに軸線を中心として周方向に間隔を隔てて配置される複数のケーシング本体を備える。複数のケーシング本体同士の隙間によって、周方向に沿って複数の吸込口が形成される。複数の吸込口は、軸線と直交する断面において、複数の吸込口の各々における液体の流入方向が軸線に向かう方向とは異なる方向となり、複数の吸込口の各々における液体の流入方向が、複数の吸込口のうちの１つの吸込口における液体の流入方向を、軸線を中心として所定角度回転させた方向となるように形成される。

かかる吸込ケーシングによれば、複数の吸込口から流入する液体が旋回流を形成することができる。すなわち、多段水中ポンプの１段目に流入する液体に予旋回を生じさせることができる。しかも、そのために整流板などの部材を追加する必要もない。

本発明の第２の形態によれば、液体を扱う多段水中ポンプ用の吸込ケーシングが提供される。この吸込ケーシングは、軸線に沿って延在するとともに軸線を中心として周方向に間隔を隔てて配置される複数のケーシング本体を備える。複数のケーシング本体同士の隙間によって、周方向に沿って複数の吸込口が形成される。複数の吸込口は、複数の吸込口から流入する液体が軸線と直交する断面において軸線に向かう方向とは異なる方向に流入して、旋回流を生じさせるように形成されている。かかる吸込ケーシングによれば、第１の形態と同様の効果を奏する。

本発明の第３の形態によれば、第１または第２の形態において、複数の吸込口は、複数の吸込口の各々における液体の流入方向が、軸線を中心とした回転対称となるように形成される。かかる形態によれば、より均一な予旋回を生じさせることができる。

本発明の第４の形態によれば、第１ないし第３のいずれかの形態において、吸込ケーシングは、さらに、軸線方向における複数のケーシング本体の一端または両端に、複数のケーシング本体同士を周方向に連結するフランジ部を備える。かかる形態によれば、フランジ部を利用して、吸込ケーシングを中間ケーシングやモータに容易に連結することができるので、多段水中ポンプの組み立てが容易になる。

本発明の第５の形態によれば、液体を扱う多段水中ポンプが提供される。この多段水中ポンプは、第１ないし第４のいずれかの形態の吸込ケーシングと、吸込ケーシングの、軸線方向における一方側に配置されるモータと、吸込ケーシングの他方側に多段に配置される中間ケーシングであって、モータによって回転駆動される羽根車が各段に収容される中間ケーシングと、を備える。かかる多段水中ポンプによれば、第１ないし第４のいずれかの形態と同様の効果を奏する。

本発明の一実施形態としての多段水中ポンプの概略構成を示す断面図である。 吸込ケーシングの斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った吸込ケーシングの断面図である。 比較例としての吸込ケーシングの図３に対応する断面図である。

Ａ．実施例：
図１は、本発明の一実施形態としての多段水中ポンプ２０の概略構成を示す断面図である。多段水中ポンプ２０（以下、単にポンプ２０とも呼ぶ）は、本実施例では、その全体が井戸水中に水没するように設置される深井戸用水中ポンプである。ただし、ポンプ２０の用途は限定されるものではなく、ポンプ２０は、液体を扱う任意の多段水中ポンプとすることができる。また、段数は、２以上の任意の数とすることができる。

図示するように、ポンプ２０は、モータ３０と、シャフト４０と、吸込ケーシング１００と、多段に連結された中間ケーシング５０，６０，７０と、を備えている。シャフト４０は、ポンプ２０の内部を長手方向に延在しており、軸線ＡＬを有している。このシャフト４０は、カップリング４１を介して、モータ３０に連結されている。

吸込ケーシング１００は、軸線ＡＬと同軸に配置されている。吸込ケーシング１００は、吸込ケーシング本体１１０と、フランジ部１２０，１３０と、を備えている。この吸込ケーシング１００には、吸込口１１１（本実施例では、後述するとおり、４つの吸込口１１１ａ〜１１１ｄが形成されているが、ここでは、これらを吸込口１１１として総称する）が形成されている。かかる吸込ケーシング１００は、軸線ＡＬ方向における一端側がボルト１２５によってモータ３０に固定されており、他端側がボルト１３５によって中間ケーシング５０に固定されている。

中間ケーシング５０，６０，７０は、軸線ＡＬに沿って、モータ３０側から見てこの順に多段に連結されている。中間ケーシング５０，６０，７０の内部には、それぞれ、羽根車５１，６１，７１が収容されている。羽根車５１，６１，７１は、シャフト４０のまわりに固定されている。また、中間ケーシング５０，６０，７０の内部には、それぞれ、羽根車５１，６１，７１に続いて、ガイドベーン５２，６２，７２が設けられている。

かかるポンプ２０では、モータ３０を駆動すると、シャフト４０が羽根車５１，６１，７１とともに回転する。これにより、矢印Ａ１に示すように吸込口１１１から吸込ケーシング１００内に水が流入し、軸線ＡＬに沿って中間ケーシング５０側に向けて流れる。そして、１段目の中間ケーシング５０内に流入した水は、羽根車５１によってガイドベーン５２に送られ、ガイドベーン５２によって昇圧され、２段目の中間ケーシング６０に流入する。同様に、２段目の中間ケーシング６０に流入した水は、羽根車６１によってガイドベーン６２に送られ、ガイドベーン６２によって昇圧され、３段目の中間ケーシング７０に流入する。このようにして、吸込口１１１から流入した水は、各段において順次昇圧されながら、後段に送られ、最終段の中間ケーシング（図示せず）の後段に連結された吐出ケーシング（図示せず）から排出される。

図２は、吸込ケーシング１００の斜視図である。図３は、軸線ＡＬに直交する図１のＡ−Ａ線に沿った吸込ケーシング１００の断面図である。図３に示すように、吸込ケーシング１００は、本実施例では、４つの吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄを備えている。これらの吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄは、図２に示すように、軸線ＡＬに沿って延在している。また、図３に示すように、吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄは、軸線ＡＬを中心として周方向に間隔を隔てて配置されている。吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄは、本実施例では、同一形状を有しており、断面形状がＬ字状に形成されている。ただし、吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄの形状は、任意に設定可能である。また、本実施例では、吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄは、軸線ＡＬを中心とした回転対称となるように配置されている。

図３に示すように、これらの吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄのうちの隣接する吸込ケーシング本体同士の隙間によって、４つの吸込口１１１ａ〜１１１ｄが周方向に沿って形成されている。本実施例では、同一形状を有する吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄが軸線ＡＬを中心とした回転対称となるように配置されているので、吸込口１１１ａ〜１１１ｄも軸線ＡＬを中心とした回転対称となるように配置されている。

図３に示すように、吸込口１１１ａ〜１１１ｄは、吸込口１１１ａ〜１１１ｄの各々における水の流入方向Ａ２〜Ａ５が軸線ＡＬに向かう方向とは異なる方向になるように形成されている。吸込口１１１ａ〜１１１ｄは、軸線ＡＬを中心とした回転対称となるように配置されているので、水の流入方向Ａ２〜Ａ５も、軸線ＡＬを中心とした回転対称（本実施例では、９０度回転対称）となる。

かかる吸込口１１１ａ〜１１１ｄの流入方向Ａ２〜Ａ５によれば、図３に示すように、吸込口１１１ａ〜１１１ｄから流入する水によって、矢印Ａ６で示される旋回流を発生させることができる。つまり、吸込口１１１ａ〜１１１ｄから流入する水は、軸線ＡＬを中心として旋回しつつ、軸線ＡＬに沿って流れ、１段目の中間ケーシング５０に流入することになる。このため、整流板などの部材を追加することなく、１段目の中間ケーシング５０に流入する水に予旋回を生じさせることができる。その結果、１段目を含む全ての段において、流入する水の流れを旋回流とすることができる。したがって、旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプの効率を向上させることができる。しかも、本実施例では、吸込口１１１ａ〜１１１ｄは、流入方向Ａ２〜Ａ５が、軸線ＡＬを中心とした回転対称となるように形成されているので、いっそう均一な予旋回を生じさせることができる。

ただし、流入方向Ａ２〜Ａ５は、吸込口１１１ａ〜１１１ｄのうちの１つの吸込口における水の流入方向を、軸線ＡＬを中心として所定角度回転させた方向となるように、任意に設定可能である。つまり、各吸込口の流入方向は、吸込口から流入する水の流れ方向が旋回流を打ち消す方向とならないように、任意に設定可能である。また、吸込口の数は、４つに限らず、２以上の任意の数とすることができる。換言すれば、吸込ケーシング本体の数は、３以上の任意の数とすることができる。さらに、吸込ケーシング本体の内面（流路を形成する内面）は、任意の形状とすることができ、例えば、水の流れる方向の急激な変化を極力抑制するために、円弧状（例えば、軸線ＡＬを中心とする円の一部分の形状）に形成されていてもよい。

また、図２に示すように、吸込ケーシング１００は、フランジ部１２０，１３０を備えている。フランジ部１２０，１３０は、軸線ＡＬ方向における吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄの両端に形成されており、吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄを周方向に連結している。フランジ部１２０は、吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄのうちのモータ３０側の端部に形成されている。フランジ部１２０には、複数のボルト穴１２１が
周方向に複数形成されている。このボルト穴１２１を利用して、上述したように、モータ３０と吸込ケーシング１００とをボルト１２５によって固定することができる。

フランジ部１３０は、吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄのうちの中間ケーシング５０側の端部に形成されている。フランジ部１３０は、吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄと隣接する第１の大径部１３１と、中間ケーシング５０に隣接する第２の大径部１３３と、第１の大径部１３１と第２の大径部１３３との間の小径部１３２と、を備えている。第２の大径部１３３には、ボルト穴１３４が周方向に複数形成されている。ボルト穴１３４は、小径部１３２の外周面よりも径方向外側に形成されている。このボルト穴１３４を利用して、上述したように、吸込ケーシング１００と中間ケーシング５０とをボルト１３５によって固定することができる。また、小径部１３２が形成されていることによって、ボルト締め用工具の挿入および可動領域が良好に確保されるので、軸線ＡＬと直交する平面上における吸込ケーシング本体１１０ａ〜１１０ｄの形成箇所においても、ボルト１３５を容易に締めることができる。

また、図３に示すように、フランジ部１２０には、切欠１２２，１２３が形成されている。これらの切欠１２２，１２３は、モータ３０に接続される動力ケーブルの収容スペースとして利用することができる。

図４は、比較例としての吸込ケーシング２００の、図３に対応する断面図である。図示するように、吸込ケーシング２００は、略Ｕ字状の４つの吸込ケーシング本体２１０ａ〜２１０ｄを備えており、それらの間の隙間によって吸込口２１１ａ〜２１１ｄが形成されている。吸込口２１１ａ〜２１１ｄにおける水の流入方向Ａ７〜Ａ１０は、軸線ＡＬに向かう方向となっている。かかる吸込ケーシング２００では、図３に矢印Ａ６で示したような旋回流は発生せず、吸込口２１１ａ〜２１１ｄから流入した水は、軸線ＡＬに沿って直線的に中間ケーシング５０に向かうことになる。したがって、旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプに吸込ケーシング２００を使用すると、本実施例の吸込ケーシング１００を使用した場合と比べて、１段目での効率が低下することになる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の組み合わせ、または、省略が可能である。

２０…多段水中ポンプ
３０…モータ
４０…シャフト
４１…カップリング
５０，６０，７０…中間ケーシング
５１，６１，７１…羽根車
５２，６２，７２…ガイドベーン
１００…吸込ケーシング
１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ…吸込ケーシング本体
１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ…吸込口
１２０，１３０…フランジ部
１２１，１３４…ボルト穴
１２２，１２３…切欠
１２５，１３５…ボルト
１３１…第１の大径部
１３２…小径部
１３３…第２の大径部
ＡＬ…軸線

Claims (5)

1. 液体を扱う多段水中ポンプ用の吸込ケーシングであって、
   軸線に沿って延在するとともに前記軸線を中心として周方向に間隔を隔てて配置される複数のケーシング本体を備え、
   前記複数のケーシング本体同士の隙間によって、前記周方向に沿って複数の吸込口が形成され、
   前記複数の吸込口は、前記軸線と直交する断面において、
   前記複数の吸込口の各々における前記液体の流入方向が前記軸線に向かう方向とは異なる方向となり、
   前記複数の吸込口の各々における前記液体の流入方向が、前記複数の吸込口のうちの１つの吸込口における前記液体の流入方向を、前記軸線を中心として所定角度回転させた方向となるように形成された
   吸込ケーシング。
2. 液体を扱う多段水中ポンプ用の吸込ケーシングであって、
   軸線に沿って延在するとともに前記軸線を中心として周方向に間隔を隔てて配置される複数のケーシング本体を備え、
   前記複数のケーシング本体同士の隙間によって、前記周方向に沿って複数の吸込口が形成され、
   前記複数の吸込口は、該複数の吸込口から流入する前記液体が前記軸線と直交する断面において該軸線に向かう方向とは異なる方向に流入して、旋回流を生じさせるように形成されている
   吸込ケーシング。
3. 請求項１または請求項２に記載の吸込ケーシングであって、
   前記複数の吸込口は、該複数の吸込口の各々における前記液体の流入方向が、前記軸線を中心とした回転対称となるように形成された
   吸込ケーシング。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の吸込ケーシングであって、
   さらに、前記軸線方向における前記複数のケーシング本体の一端または両端に、該複数のケーシング本体同士を周方向に連結するフランジ部を備える
   吸込ケーシング。
5. 液体を扱う多段水中ポンプであって、
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の吸込ケーシングと、
   前記吸込ケーシングの、前記軸線方向における一方側に配置されるモータと、
   前記吸込ケーシングの他方側に多段に配置される中間ケーシングであって、前記モータによって回転駆動される羽根車が各段に収容される中間ケーシングと
   を備える多段水中ポンプ。

Images