JP7108561B2

JP7108561B2 - ポンプ設備

Info

Publication number: JP7108561B2
Application number: JP2019024657A
Authority: JP
Inventors: 祐治兼森; 博一薬師神; 啓手塚; 渡矢尾; 快彰犬山
Original assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2039-02-14
Also published as: JP2020133434A

Description

本発明は、ポンプ設備に関する。

ポンプ設備は、大雨や津波等でポンプ及びモータが水没した場合、継続したポンプの運転が不可能となる。そのため、耐水モータを使用することが知られている。

特許文献１では、モータの周囲を水密構造とすることでモータの浸水を防ぐ方法が開示されている。しかし、ポンプを運転すると、モータが継続的に発熱するため、冷却する必要があるが、この方法ではモータの冷却は考慮されておらず、実際には水没時にポンプを適切に運転するのは困難である。

特開２００１－３０４１６３号

本発明は、ポンプ設備が水没した状態においてポンプの運転を可能とすることを目的とする。

上記課題を解決するため、この発明のポンプ設備は、吸込管及びベンド管を備えるポンプ本体と、前記ベンド管を覆うように配設され、側面に換気孔及び前記ベンド管が通る開口を有する筒状部と、台座部とを備えるモータ保持台と、前記台座部上に水密状態で配設される水浸入防止筐体と、前記台座部に固定されるとともに、前記水浸入防止筐体の内側に配設され、前記台座部より下側に通気孔を有し、上端及び下端が開放された筒状である仕切部材と、前記モータ保持台上の、前記仕切部材の内側に配設されるモータとを備える。

上記構成のポンプ設備によれば、モータ保持台と、水浸入防止筐体との接続部は水密構造であり、また、モータ保持台の台座部に連通部を有する。このことによりポンプ全体が水没した場合であっても、水浸入防止筐体とモータ保持台の換気孔又はベンド管が通る開口より上方とに、空気を保持することができ、水圧が加わってもモータ保持台内の空気は、水浸入防止筐体の方向へ圧縮され、その空気が水圧に対抗することで水が浸入せず、モータの浸水を防ぐことが可能となる。

また、仕切部材がモータ保持台及び水浸入防止筐体の内側に設けられている。仕切部材は、側面に通気孔を有することによって、ポンプの水没時にモータの冷却に利用される空気の経路が確保されている。これにより、水没時でも継続したポンプの運転が可能となる。

また、前記台座部の最大長は、前記水浸入防止筐体の幅より長い。

この態様によれば、モータ保持台内部に多くの空気を保持するため、この空気が水圧に対抗して水の浸入を防ぐ。これにより、モータの浸水を防ぐことが可能となる。

更に、前記仕切部材は、内部に冷却用媒体が封入される媒体空間を形成する。

この態様によれば、モータの冷却に利用される空気が冷却されるため、自然放熱よりも効率的にモータを冷却できる。

また、前記吸込管、前記ベンド管のうちいずれかに設けられ、前記媒体空間内の冷却用媒体を冷却する熱交換器をさらに備える。

この態様によれば、冷却用媒体が冷却されるため、モータの冷却に利用される空気を冷却できる。

また、前記モータ保持台の内部に配置された水位計と、前記モータ保持台の内部に気体を供給するためのコンプレッサーとをさらに備える。

この態様によれば、モータ保持台内部の水位の上昇を測定し、その水位に応じてモータ保持台内部にコンプレッサーから気体を供給することによって、水位の上昇を抑えることができる。

前記吸込管は鉛直方向に延びており、前記ポンプ本体は、前記吸込管内で鉛直方向に延びる主軸と、前記主軸に連結された出力軸と、前記吸込管内の下部において前記主軸に固定されたインペラとを備え、前記モータは、前記主軸を回転させるものである。

この態様によれば、モータを上方位置に設置することができるため、モータへの水の浸入を防止することができる。

この発明のポンプ設備によれば、ポンプ設備が水没した状態においてもポンプの運転が可能となる。

本発明のポンプ設備の通常時を示す概略断面図。図１のポンプ設備の概略右側面図。図１のポンプ設備のモータ保持台の平面図。図１のポンプ設備の水没時を示す概略断面図。図１のポンプ設備のベンド管を示す概略断面図。図１のポンプ設備のベンド管を示す概略断面図。ポンプ設備を示す模式図。ポンプ設備を示す模式図。図１のポンプ設備の水没時を示す概略断面図。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明のポンプ設備１０を示す。図を参照して、ポンプ設備１０は、ポンプ本体１１と、ポンプ本体１１を駆動するモータ２１と、モータ２１を取り付けるモータ保持台３０と、水浸入防止筐体２２と、仕切部材２３とを備える。それぞれの位置関係は、ポンプ本体１１を覆うようにモータ保持台３０が配置され、モータ保持台３０の上部に水浸入防止筐体２２を設け、水浸入防止筐体２２の内側に仕切部材２３を備え、仕切部材２３の内側にモータ２１を備える。

ポンプ本体１１は、例えば排水機場に配置された立軸ポンプであり、鉛直方向に配管された吸込管１２と、ベンド管１３とを備え、吸込管１２内で鉛直方向に延びる主軸１７と、主軸１７に連結された出力軸１８と、主軸１７の下部に固定されるインペラ１４と、主軸１７を回転させるモータ２１とを備える。モータ２１が主軸１７を介し、インペラ１４を回転させることにより、吸込管１２から水を汲み上げてベンド管１３を介して排水する。

モータ保持台３０は、筒状部３１と台座部３４とを有し、台座部３４は開放した筒状部３１の上端に取り付けられる。図２を併せて参照して、筒状部３１にはベンド管１３が通る開口３２と、開口３２に対向して位置する換気孔３３とが設けられる。開口３２はアーチ状であり、本実施形態では、その上端が換気孔３３より上方に位置する。尚、開口３２の上端が換気孔３３より下方に位置してもよい。

図３を併せて参照して、台座部３４は円板状であり、中心に厚み方向に貫通する軸孔３５を有し、内周縁３６と外周縁３７が径方向に間隔をあけて配置され、内周縁３６と外周縁３７とは複数箇所の連結部３８によって連結されている。内周縁３６と外周縁３７との間は厚み方向に貫通する複数の連通部３９が形成されており、これらの連通部３９を通ってモータ保持台３０内と、水浸入防止筐体２２内とで互いに空気が移動できる。また、内周縁３６の上部にはモータ２１が取り付けられる。

また、台座部３４の直径は、水浸入防止筐体２２の直径よりも長く設定されている。これによる効果については後述する。

仕切部材２３は、上端２４及び下端２５が開放された筒状体であり、上端２４は水浸入防止筐体２２の上端から下方に間隔をあけて位置し、下端２５はモータ保持台３０の筒状部３１の換気孔３３及び開口３２より低い位置に設けられる。

また、仕切部材２３は、それぞれの連結部３８の長さ方向中央に直交して接続される。仕切部材２３は、台座部３４より下に通気孔２６を有する。

水浸入防止筐体２２は、下端に開口２２ｂを有する筒状部２２ａと、蓋部２２ｃとを備える。仕切部材２３とは間隔をあけて外側に配置されており、仕切部材２３の上端２４は蓋部２２ｃより下方に位置し、通気経路が確保される。水浸入防止筐体２２は、台座部３４の上部に配置され、台座部３４との接続面は水密構造となっている。

次に、ポンプが水没していない状態での、モータ２１を冷却する空気の流れを説明する。

一般的に、ポンプの使用中はモータが発熱するため、ポンプを継続的に運転させる場合にはモータの冷却を行い、モータの過熱を防ぐ必要がある。

図１中に示す矢印を併せて参照して、モータ２１で発生した熱をもった空気は、モータ２１のファンによって強制的に下方に送られる。その際、熱風は仕切部材２３の内側に沿って、また、連通部３９を通過し、モータ保持台３０に形成された開口３２と換気孔３３とから外へ排出される。

同時に開口３２と換気孔３３とから外の冷気空気を吸い込み、仕切部材２３の外側に沿って、また、連通部３９を通過し、水浸入防止筐体２２の筒状部２２ａと、仕切部材２３との間を通って、モータ２１に空気が供給される。

したがってモータ２１に、常に冷気空気が供給されるため、モータ２１の冷却が可能である。更に、仕切部材２３の下端２５は、モータ保持台３０の開口３２及び換気孔３３の上端より下に位置するため、効率的に熱風を開口３２及び換気孔３３に誘導することができる。

続いて、図４を参照してポンプが水没した状態について説明する。

ポンプ設備１０が、図４に示す水没時の水位になったとき、モータ保持台３０には開口３２及び換気孔３３から水が入り込むが、水浸入防止筐体２２の下端と、モータ保持台３０との接続部が水密構造をしていることより、モータ保持台３０の開口３２より上の空間４０と、水浸入防止筐体２２の内部とに水を排除できるだけの空気量を保持できる。

また、台座部３４の連通部３９は通気する構造であるため、水圧が加わると、空間４０の空気は水浸入防止筐体２２の方向に圧縮される。この空気が水圧に対抗することで水の浸入を防ぎ、モータ２１の水没を防ぐことができる。

ここで、図５及び図６を参照して、台座部３４の直径（図５中の径Ｂ）は、水浸入防止筐体２２の直径（図５及び図６中の径Ａ）より長く設定されている。例えば台座部３４の直径が水浸入防止筐体２２の直径と同一でＡである場合、水圧と比例して水位が上昇するが、台座部３４の直径がＢである場合、直径がＡである場合と比べ保持できる空気の体積が増加するため、水没時の水位の上昇量が減少する。したがって水浸入防止筐体２２内に確実に空気を残存させることができ、モータ２１の水没を防ぐことができる。

次に、ポンプが水没した状態の空気の流れを説明する。

モータ２１で発生した熱をもつ空気は、モータ２１によって仕切部材２３の内側を通って、強制的に下方に送られる。空気は、仕切部材２３に設けられている通気孔２６を通り、仕切部材２３の外側と水浸入防止筐体２２の筒状部２２ａとの間を通って、再びモータ２１に供給される。空気は水没による水位の上昇のため、閉じた空間内を循環するが、モータ２１からの熱風は、通気孔２６を通る際、モータ保持台３０内に浸入した水と接触し放熱されるため、再度モータ２１に送られることでモータ２１の排熱ができる。

また、仕切部材２３は、内部に冷却用媒体を封入する媒体空間が形成されており、冷却用媒体と接することで、空気をより効率良く冷却できる。熱風と熱交換を行った冷却用媒体は、ベンド管１３に設けられる熱交換器１９によって冷却され、ポンプ外部に設置された循環冷却ポンプ２０を運転させることによって、再び仕切部材２３の内部へ送られる。これによりモータ２１で発生した空気を効率的に冷却することができる。なお、熱交換器１９は吸込管１２、吐出管（図示せず）、ベンド管１３のフランジ部１５、または軸封部１６のいずれかに設けてもよい。

図７は、ベンド管１３の内部に冷却管４１が配置された図を示す。冷却管４１をベンド管１３の内部に配置することにより、ベンド管１３内を流れる水は流速が速いため、効率的に熱交換を行うことができる。

また、図８に示されるように、ベンド管１３の周囲の水によっても冷却されるため、冷却管４１をベンド管１３の外側へ巻くように配置してもよい。この場合、ベンド管１３の周囲の水は流速が小さいため冷却管４１を内部に配置したときと比較して、単位面積あたりの熱交換量が少なくなる。したがって、冷却管４１の巻き数を増やす等熱交換を行う面積を広く確保しておくのが好ましい。

しかしながら、このようにして水没時にポンプを長期間運転する場合、モータ保持台３０及び水浸入防止筐体２２内に保持する空気が水に溶け込み、水位が上昇し、モータ２１が水没に至るおそれがある。

図９を参照して、ポンプ設備１０は、水位計４５と、コンプレッサー４２と、制御弁４３と、制御部４４とをさらに備える。また、コンプレッサー４２は空気タンク（図示せず）を備え、水浸入防止筐体２２内に接続される。

水位計４５はモータ保持台３０内の水位を計測し、所定の水位を上回ると制御部４４は水位計４５から信号を受信し、次にコンプレッサー４２へ信号を送信し、コンプレッサー４２は、空気タンクの圧縮空気を水浸入防止筐体２２内へ補充する。コンプレッサー４２と水浸入防止筐体２２との間には制御弁４３が取り付けられているため、圧縮空気は任意の体積で補充することができる。

圧縮空気の圧力によってモータ保持台３０内に浸入した水を排除できるため、モータ２１の浸水を防ぐことができる。尚、コンプレッサー４２は複数台のポンプに接続され同時に制御し、共通で使用することができる。また、本実施形態では空気の補充を自動で行ったが、制御弁４３を目視で確認し、コンプレッサー４２及び制御弁４３を手動で操作してもよい。

尚、本発明は、モータへの浸水を防止する構造であるため、ポンプ設備１０において使用するモータは防水モータのみでなく、通常モータも可能になる。

１０・・・ポンプ設備
１１・・・ポンプ本体
１２・・・吸込管
１３・・・ベンド管
１４・・・インペラ
１５・・・フランジ部
１６・・・軸封部
１７・・・主軸
１８・・・出力軸
１９・・・熱交換器
２０・・・ポンプ
２１・・・モータ
２２・・・水浸入防止筐体
２２ａ・・・筒状部
２２ｂ・・・開口
２２ｃ・・・蓋部
２３・・・仕切部材
２４・・・上端
２５・・・下端
２６・・・通気孔
３０・・・モータ保持台
３１・・・筒状部
３２・・・開口
３３・・・換気孔
３４・・・台座部
３５・・・軸孔
３６・・・内周縁
３７・・・外周縁
３８・・・連結部
３９・・・連通部
４０・・・空間
４１・・・冷却管
４２・・・コンプレッサー
４３・・・制御弁
４４・・・制御部
４５・・・水位計

Claims

吸込管及びベンド管を備えるポンプ本体と、
前記ベンド管を覆うように配設され、側面に換気孔及び前記ベンド管が通る開口を有する筒状部と、台座部とを備えるモータ保持台と、
前記台座部上に水密状態で配設される水浸入防止筐体と、
前記台座部に固定されるとともに、前記水浸入防止筐体の内側に配設され、前記台座部より下側に通気孔を有し、上端及び下端が開放された筒状である仕切部材と、
前記モータ保持台上の、前記仕切部材の内側に配設されるモータとを備える、ポンプ設備。
前記台座部の最大長は、前記水浸入防止筐体の幅の長さより長い、請求項１に記載のポンプ設備。
前記仕切部材は、内部に冷却用媒体が封入される媒体空間を形成する、請求項１または請求項２に記載のポンプ設備。
前記吸込管、前記ベンド管のうちいずれかに設けられ、前記媒体空間内の冷却用媒体を冷却する熱交換器をさらに備える、請求項３に記載のポンプ設備。
前記モータ保持台の内部に配置され、前記モータ保持台内の水位を読み取る水位計と、
所定の水位を上回ると前記水位計から信号を受信する制御部と、
前記制御部によって制御され、前記水浸入防止筐体内に空気を補充するコンプレッサーとをさらに備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載のポンプ設備。
前記吸込管は鉛直方向に延びており、
前記ポンプ本体は、前記吸込管内で鉛直方向に延びる主軸と、
前記主軸に連結された出力軸と、
前記吸込管内の下部において前記主軸に固定されたインペラとを備え、
前記モータは、前記主軸を回転させる、請求項１から請求項５のいずれかに記載のポンプ設備。