JP7294997B2

JP7294997B2 - ポンプ

Info

Publication number: JP7294997B2
Application number: JP2019216562A
Authority: JP
Inventors: 祐治兼森
Original assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2039-11-29
Also published as: JP2021085390A

Description

本発明はポンプに関する。

従来、主軸を回転駆動して羽根車を回転させることにより、揚水管の下端開口部から吸水槽内の水を吸い込んで他の場所へと搬送するようにしたポンプが公知である（例えば、特許文献１参照）。このポンプには、潤滑液貯留タンクを含む潤滑液補充機構が設けられ、循環閉水路での液圧を揚水管内の水圧よりも自動的に高くする自動調整機能を発揮できるようにしている。

しかしながら、前記従来のポンプでは、潤滑液貯留タンク内には、貯留された潤滑液を加圧するための圧縮空気が充填されている。このため、長期に亘る使用により、圧縮空気が潤滑液に溶けて圧力が低下し、装置の自動調整機能が弱まることがある。また、自動調整機能は構造が複雑で高価であり、メンテナンス性の点で改善の余地がある。

特許第５４２２７１１号公報

本発明は、簡単かつ安価な構成であるにも拘わらず、メンテナンス性にも優れ、主軸に供給する循環液の自動調整機能を安定させることができるポンプを提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、中空筒状の揚水管と、下端部に前記揚水管内に配置される羽根車を有する主軸と、前記主軸を回転駆動させる駆動手段と、前記揚水管内で前記主軸を囲み、前記主軸との間に潤滑液が流動する内側空間を形成する保護管と、前記内側空間に潤滑液を循環供給するための循環閉水路と、前記循環閉水路の途中に設けられ、潤滑液を貯留する潤滑液貯留タンクと、前記潤滑液貯留タンクに貯留された潤滑液を前記循環閉水路を介して前記内側空間へと供給するための循環用ポンプと、前記循環閉水路に潤滑液を補給するための高架水槽とを備えるポンプを提供する。

この構成によれば、潤滑液が漏洩したとしても、高架水槽から自動的に補給することができる。このため、循環閉水路内の液圧を揚水管内の水圧よりも常に高く維持し、内側空間内への砂やゴミ等の異物の侵入を防止できる。また、高架水槽を設置して配管を接続するだけでよく、複雑な制御や電気設備は不要であるので、簡単かつ安価な構成とすることができ、メンテナンス性も優れている。しかも、既存のポンプにも簡単に設置することができる。

この場合、前記高架水槽は、水頭圧Ｈが次式を満足するように配置されるのが好ましい。
Ｈ＞（１－α）Ｐｄ－Ｐｃ
Ｐｄ：立軸ポンプの吐出圧力
Ｐｃ：循環用ポンプの揚程
α：圧力追随係数

前記潤滑液貯留タンク内の空気を排出するための自動空気抜き機構を備えるのが好ましい。

この構成によれば、潤滑液貯留タンク内を完全に循環液で満たすことができ、保護管の内側空間へと安定して循環液を供給することが可能となる。

前記高架水槽から前記循環閉水路に接続される配管に流量計が設けられているのが好ましい。

この構成によれば、稼働開始から潤滑液が補給される頻度やその流量の変化に基づいて潤滑液の漏洩状態、すなわちシールされている部分の劣化具合等を把握することができる。

前記主軸に着脱可能なプーリと、前記プーリと前記循環用ポンプの回転軸との間に掛け渡されるベルトとを備えるのが好ましい。

この構成によれば、必要に応じて循環用ポンプの交換を行うことができる。

前記潤滑液貯留タンクは、前記揚水管と連通し、前記潤滑液貯留タンク内の液圧と、前記揚水管内の水圧とに基づいて伸縮する調圧ベローズを備え、前記高架水槽は、逆止弁を介して前記循環閉水路に接続されているのが好ましい。

この構成によれば、循環閉水路内の潤滑液が漏洩した場合には、調圧ベローズの働きにより、複雑な設備や制御等を必要とすることなく、潤滑液貯留タンクから循環閉水路内に自動的に潤滑液を補給することができる。

本発明によれば、主軸を囲む保護管内には循環閉水路を循環する潤滑液が供給され、循環閉水路には高架水槽から適宜、潤滑液を補給することができる。したがって、保護管内の液圧を常に揚水管内の水圧よりも高くして、異物の侵入を防止することができる。異物が侵入しないため、軸受部分等が損傷することもない。また、高架水槽を設置するだけでよいので、電気設備や複雑な制御も必要なく、簡単かつ安価な構成とすることができ、メンテナンス性にも優れている。しかも、既存のポンプにも簡単に設置することができる。

本実施形態に係る立軸ポンプの概略断面図である。図１の部分拡大図である。図１に示す立軸ポンプの配管図である。図１に示す立軸ポンプによる時間経過に伴う循環閉水路内の液圧の変化を示すグラフである。

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。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、本実施形態に係る立軸ポンプ１は、揚水管２内に、下端部に羽根車３を有する主軸４を配置した構成である。

揚水管２は中空筒状で、図１中、１点鎖線で示すように、軸心が鉛直方向に沿って延びている。揚水管２の上端開口部には吐出エルボ５が接続されている。吐出エルボ５は側方に屈曲し、その先端が水平方向に向かって開口している。揚水管２の下端開口部には羽根車収容部６、さらにその下方にはベルマウス７が揚水管２と同一軸心上に接続されている。

羽根車収容部６は中空筒状で、上端開口部を揚水管２の下端開口部に接続されている。羽根車収容部６は、上端開口部から下端開口部に向かって徐々に径方向外側に大きくなった後、徐々に径方向内側に小さくなっている。

ベルマウス７は中空筒状で、羽根車収容部６の下端開口部に接続されている。ベルマウス７は、上端開口部から下端開口部に向かって徐々に径方向外側に大きくなっている。

主軸４は、揚水管２と同一軸心上に配置されている。

主軸４の下端部に設けた羽根車３は羽根車収容部６内の下方側に配置されている。羽根車収容部６内ではガイドベーン８を介して軸受ケーシング９が固定されている。軸受ケーシング９の軸心にはスリーブ１０が一体的に設けられている。スリーブ１０には第１軸受部１１が収容されている。第１軸受部１１は主軸４の下方部を回転可能に支持する。ここでは、第１軸受部１１にはラジアルタイプの水中ゴム軸受が使用されている。スリーブ１０の下端は第１メカニカルシール１２によって密閉されている。

主軸４の上方部は、より詳しくは図２に示すように、吐出エルボ５を貫通し、第２軸受部１３及び第３軸受部１４によって回転可能に支持されている。

第２軸受部１３は、吐出エルボ５に形成した筒状部１５に収容されている。ここでは、第２軸受部１３にはラジアルタイプの水中ゴム軸受が使用されている。筒状部１５の上端は第２メカニカルシール１６によって密閉されている。

第３軸受部１４は、台座部１７に取り付けられている。ここでは、第３軸受部１４にはボール軸受が使用されている。台座部１７は、収容壁１８の上端に取り付けられ、側方へと延びている。収容壁１８は、吐出エルボ５の外周部から突出し、主軸４を覆う筒状に形成されている。

台座部１７には、冷却タンク１９、潤滑液貯留タンク２０及び循環用ポンプ２１が固定されている。

冷却タンク１９は、内周壁と外周壁とによって囲まれた内部空間を有し、内周壁の内周面には第３軸受部１４が保持されている。冷却タンク１９の内部空間には冷却パイプ２２が配置されている。冷却パイプ２２は、後述する第１水路３６を循環する潤滑液を冷却するためのものである。

潤滑液貯留タンク２０は中空筒状で、上下端面が閉鎖されている。潤滑液貯留タンク２０内には調圧ベローズ２３が配置されている。潤滑液貯留タンク２０と調圧ベローズ２３とで形成される内部空間は密封構造で、潤滑液で満たされている。調圧ベローズ２３は、外周部が上下に伸縮可能な蛇腹状に形成されている。調圧ベローズ２３の内部空間は、連通管２４を介して吐出エルボ５に接続されている。調圧ベローズ２３の外面には潤滑液貯留タンク２０内の潤滑液の液圧が作用する。一方、調圧ベローズ２３の内面には吐出エルボ５を流動する水の水圧が作用する。これにより、調圧ベローズ２３は液圧と水圧が釣り合うように伸縮位置を変化させる。

循環用ポンプ２１は、ポンプ本体２５の下方側に第１配管２６が接続され、上方側に第２配管２７が接続されている。第１配管２６は潤滑液貯留タンク２０に接続されている。第２配管２７は第２軸受部１３に接続されている。第１配管２６及び第２配管２７は、潤滑液貯留タンク２０の近傍部分がフランジ継手２８ａ，２８ｂでそれぞれ構成されており、潤滑液貯留タンク２０を取り外すことができるようになっている。ポンプ本体２５の上端からは回転軸２９が突出している。回転軸２９が回転すると、内蔵する羽根車（図示せず）が回転して、第１配管２６から潤滑液貯留タンク２０内の潤滑液が吸い込まれ、第２配管２７を介して第２軸受部１３に供給されるようになっている。

主軸４の上端部には、伝動機構（図示せず）を介して原動機（図示せず）の動力が伝達されるようになっている。また、主軸４の上端部にはプーリ３０が取り付けられている。ここでは、プーリ３０には２つ割タイプのものが使用されており、主軸４に対して着脱可能となっている。プーリ３０と循環用ポンプ２１の回転軸２９との間にはベルト３１が掛け渡されている。これにより、主軸４の回転力がベルト３１を介して循環ポンプの回転軸２９に伝達される。

主軸４の周囲は中空筒状の保護管３２で覆われている。主軸４と保護管３２の間の内側空間３３には、循環ポンプの駆動により潤滑液貯留タンク２０から第２軸受部１３に供給された潤滑液が流動する。保護管３２と揚水管２及び吐出エルボ５との間の外側空間３４には、羽根車３の回転によって揚水管２内に吸い込まれた吸水槽５２内の水が流動する。スリーブ１０の下端が第１メカニカルシール１２によって密閉され、筒状部１５の上端が第２メカニカルシール１６で密封されることにより、保護管３２の内側空間３３に収容された潤滑液と外側空間３４を流動する水との混合が防止されている。

潤滑液貯留タンク２０、第１軸受部１１、第２軸受部１３、第３軸受部１４及び保護管３２の内側空間３３には、密封状態の循環閉水路３５によって循環液が循環するようになっている。循環閉水路３５は、第１水路３６と第２水路３７とからなる。

第１水路３６は、潤滑液貯留タンク２０と循環用ポンプ２１を接続する第１配管２６と、循環用ポンプ２１と第２軸受部１３を接続する第２配管２７と、第２軸受部１３と冷却タンク１９を接続する第３配管３８と、冷却タンク１９と潤滑液貯留タンク２０を接続する第４配管３９及び第５配管４０とを備える。

第２水路３７は、潤滑液貯留タンク２０と循環用ポンプ２１を接続する第１配管２６と、循環用ポンプ２１と第２軸受部１３を接続する第２配管２７と、保護管３２の内側空間３３と、第１軸受部１１と潤滑液貯留タンク２０を接続する第６配管４１及び第５配管４０とを備える。

また、循環閉水路３５には、第４配管３９の途中に接続される第７配管４２を介して高架水槽４３から潤滑液が補給されるようになっている。高架水槽４３は、潤滑液貯留タンク２０よりも上方に配置され、後述するように、所定の水頭圧Ｈを提供できる高さとされている。

循環閉水路３５には、図３に示すように、各種弁等が設けられている。第１配管２６には、メンテナンス時に閉鎖する常開の仕切弁４４が設けられている。第３配管３８には第１逆止弁４５が設けられている。第６配管４１には第２逆止弁４６が設けられている。第５配管４０には、ストレーナ４７が設けられ、潤滑液貯留タンク２０内へのゴミ等の侵入が防止されている。第７配管４２には、流量計４８と第３逆止弁４９が設けられている。潤滑液貯留タンク２０には、上部空間に連通する第８配管５０が接続され、そこには安全弁５１が設けられている。安全弁は、潤滑液貯留タンク２０内の空気を自動的に排出し、潤滑液貯留タンク２０内に残留することを防止する自動空気抜き機構としての役割を果たす。

潤滑液貯留タンク２０からの吐出圧力をＰｄ、循環用ポンプ２１の揚程をＰｃ、高架水槽４３の水頭圧をＨとしたとき、保護管３２内で第１メカニカルシール１２に作用する潤滑液の液圧Ｐｍは次式で表される。
Ｐｍ＝αＰｄ＋Ｐｃ＋Ｈ（１）
また、潤滑液貯留タンク２０内に於ける潤滑液の液圧をＰＴとしたとき、圧力追随係数αは次式で表される。
α＝ＰＴ／Ｐｄ（２）
そして、液圧Ｐｍが吐出圧力Ｐｄを超えていれば、立軸ポンプ１を駆動することにより揚水管２の外側空間３４を流動する水が、保護管３２によって囲まれた内側空間３３へと流入することはない。
したがって、高架水槽４３の設置位置を、その水頭圧Ｈが次式を満足するものとすれば、揚水管２内において、内側空間３３を流動する潤滑液に外側空間３４を流動する水が混入することを防止できる。
Ｈ＞（１－α）Ｐｄ－Ｐｃ＝Ｐｄ－ＰＴ－Ｐｃ（３）
なお、高架水槽４３は、既存の立軸ポンプ１にも簡単に追加することができる。すなわち、立軸ポンプ１に対して裁置台を形成し、前記式（３）を満足する位置に高架水槽４３を設置すればよい。

次に、前記構成からなる立軸ポンプ１の動作について説明する。

立軸ポンプ１は、吸水槽５２内に設置して使用する。立軸ポンプ１の設置位置は、吸水槽５２に流入する水が所定水位となったときにベルマウス７が浸漬可能な位置である。そして、吸水槽５２に雨水等が流入し、所定水位を超えれば、図示しない原動機を駆動して主軸４を回転させる。主軸４の回転により羽根車３が回転し、吸水槽５２内の水はベルマウス７から吸い込まれる。ベルマウス７から吸い込まれた水は、揚水管２内の外側空間３４を上昇し、吐出エルボ５を介して水平方向へと流動方向を変換される。方向変換された水は、図示しない配管を介して他の場所へと排出される。このとき、吐出エルボ５からの吐出圧力は、例えば、０．１ＭＰａまで上昇する。

また、主軸４の回転に伴って循環用ポンプ２１が駆動し、潤滑液貯留タンク２０に貯留された潤滑液が循環閉水路３５を流動する。すなわち、第１配管２６を介して循環用ポンプ２１内に潤滑液が吸引される。循環用ポンプ２１内に吸引された潤滑液は、第２配管２７を介して第２軸受部１３へと流動し、そこで分岐する。分岐した一方は、第３配管３８を流動して第３軸受部１４に向かった後、第４配管３９及び第５配管４０を流動して潤滑液貯留タンク２０に戻って循環する。つまり、潤滑液は第１水路３６を循環する。また、第２軸受部１３で分岐した他方は、保護管３２の内側空間３３を第１軸受部１１に向かって流下する。そして、第１軸受部１１から第６配管４１及び第５配管４０を流動して潤滑液貯留タンク２０に戻って循環する。つまり、潤滑液は第２水路３７をも循環する。

循環閉水路３５を流動する潤滑液の液圧Ｐｍは前記式（１）を満足する。すなわち、循環閉水路３５を流動する潤滑液の液圧Ｐｍは、高架水槽４３の水頭圧Ｈに対して、吐出圧力Ｐｄに圧力追随係数αを乗算し、循環用ポンプ２１の揚程Ｐｃを加算した値となる。この値は、高架水槽４３を設けない場合に比べて高い値となっている。

原動機の駆動を停止し、主軸４すなわち羽根車３の回転を止めると、真空破壊により吐出エルボ５内の圧力が低下し、調圧ベローズ２３が収縮する。このとき、循環閉水路３５内の潤滑液が漏洩していれば、高架水槽４３内の潤滑液が潤滑液貯留タンク２０内へと自動吸引される。これにより、調圧ベローズ２３の弾性力とも相まって、液圧Ｐｍが所定圧Δｂだけ上昇する（図４中、左側のΔｂで示す）。所定圧Δｂは次式で表される。
Δｂ＝αＨｖ
Ｈｖ：立軸ポンプ１の駆動停止時の真空水頭圧（図３に示すように、立軸ポンプ１の停止時の吸水槽５２内の水面位置から潤滑液貯留タンク２０の底面までの水頭圧）

以下、立軸ポンプ１の駆動及び停止を繰り返すが、潤滑液の漏洩量に応じて、適宜、高架水槽４３から自動補給され、循環閉水路３５内の液圧は高い値に維持される。特に、潤滑液の漏洩量が大きくなった場合であっても（図４中、右側の停止時で示す）、少なくとも高架水槽４３の水頭圧Ｈよりも大きい値に維持される。このため、高架水槽４３を設けていない場合のように、潤滑液の漏れ量に従って液圧Ｐｍが低下するのを防止できる。

また、流量計４８で検出される流量を記録しておけば、循環閉水路３５からの循環液の漏洩状態を時系列で把握することができる。例えば、流量の変化量に対してある閾値を設定し、流量の変化量がその閾値を超えて大きくなれば、シールが破壊されていると判断し、メンテナンスを行うようにすればよい。

前記構成からなる立軸ポンプ１によれば、次のような効果が得られる。
（１）高架水槽４３を設けることにより、循環閉水路３５内の液圧が揚水管２内の水圧よりも低下することを防止できる。このため、循環閉水路３５内の潤滑液に、揚水管２内の砂やゴミ等を含んだ水が流入しない。したがって、循環液の自動調整機能を安定させ、軸受や循環用ポンプ２１が損傷して故障に至ることを防止できる。
（２）高架水槽４３を設け、配管を接続するだけでよいので、簡単かつ安価な構成とすることができる。また、既存の立軸ポンプ１であっても、簡単に設置することができる。しかも、制御系や電気系の設備は一切必要ないため、故障しにくい。さらに、地震等により配管系統が損傷したとしても、損傷箇所のみを交換すればよく、迅速に復旧させることができる。
（３）循環用ポンプ２１が故障して新しいものと交換したり、性能の相違するものに交換したりする必要が生じた場合であっても、簡単に対応することができる。

本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

前記実施形態では、１つの立軸ポンプ１に対して１つの高架水槽４３を設ける場合について説明したが、次のように構成してもよい。

１つの立軸ポンプ１に対して複数の高架水槽４３を設置するようにしてもよいし、複数の立軸ポンプ１に対して１つの高架水槽４３を設置するようにしてもよいし、複数の立軸ポンプ１に対して複数の高架水槽４３を設置するようにしてもよい。１つの立軸ポンプ１に対して複数の高架水槽４３を設置する場合、高架水槽４３を小型にして設置場所の自由度を高めることができる、また、各高架水槽４３の高さすなわち水頭圧を相違させることにより、立軸ポンプ１での潤滑液の漏洩状態に応じていずれの高架水槽４３から潤滑液を供給するのかを使い分けるようにしてもよい（漏れ量が大きくなれば、高い位置の高架水槽４３から潤滑液を供給するようにすればよい。）。複数の立軸ポンプ１に対して１つの高架水槽４３を設置する場合、高架水槽４３の設置場所さえ確保できれば、複数の立軸ポンプ１に対して配管を接続するだけでよく、設置作業を簡単に行うことができる。複数の立軸ポンプ１に対して複数の高架水槽４３を設置する場合、立軸ポンプ１や高架水槽４３を設置可能なスペース等の条件の違いに応じて柔軟に対応することができる。

前記実施形態では、高架水槽４３を立軸ポンプ１に採用する場合について説明したが、主軸４が水平方向に延びるように配置された横軸ポンプに採用するようにしてもよい。

前記実施形態では、高架水槽４３から循環閉水路３５に供給される流量を測定する流量計４８を設けただけとしたが、この流量計４８での測定結果を、有線又は無線により読み込む制御手段を別に設けるようにしてもよい。そして、制御手段で、読み込んだ測定結果に基づいて演算によりメンテナンス時期等を演算し、ユーザに報知すれば、より利便性を高めることができる点で好ましい。

１…立軸ポンプ
２…揚水管
３…羽根車
４…主軸
５…吐出エルボ
６…羽根車収容部
７…ベルマウス
８…ガイドベーン
９…軸受ケーシング
１０…スリーブ
１１…第１軸受部
１２…第１メカニカルシール
１３…第２軸受部
１４…第３軸受部
１５…筒状部
１６…第２メカニカルシール
１７…台座部
１８…収容壁
１９…冷却タンク
２０…潤滑液貯留タンク
２１…循環用ポンプ
２２…冷却パイプ
２３…調圧ベローズ
２４…連通管
２５…ポンプ本体
２６…第１配管
２７…第２配管
２８ａ，２８ｂ…フランジ継手
２９…回転軸
３０…プーリ
３１…ベルト
３２…保護管
３３…内側空間
３４…外側空間
３５…循環閉水路
３６…第１水路
３７…第２水路
３８…第３配管
３９…第４配管
４０…第５配管
４１…第６配管
４２…第７配管
４３…高架水槽
４４…仕切弁
４５…第１逆止弁
４６…第２逆止弁
４７…ストレーナ
４８…流量計
４９…第３逆止弁
５０…第８配管
５１…安全弁
５２…吸水槽

Claims

中空筒状の揚水管と、
下端部に前記揚水管内に配置される羽根車を有する主軸と、
前記主軸を回転駆動させる駆動手段と、
前記揚水管内で前記主軸を囲み、前記主軸との間に潤滑液が流動する内側空間を形成する保護管と、
前記内側空間に潤滑液を循環供給するための循環閉水路と、
前記循環閉水路の途中に設けられ、潤滑液を貯留する潤滑液貯留タンクと、
前記潤滑液貯留タンクに貯留された潤滑液を前記循環閉水路を介して前記内側空間へと供給するための循環用ポンプと、
前記循環閉水路に潤滑液を補給するための高架水槽と、
を備え、
前記高架水槽は、水頭圧Ｈが次式を満足するように配置されている、ポンプ。
Ｈ＞（１－α）Ｐｄ－Ｐｃ
Ｐｄ：立軸ポンプの吐出圧力
Ｐｃ：循環用ポンプの揚程
α：圧力追随係数
前記潤滑液貯留タンク内の空気を排出するための自動空気抜き機構を備える、請求項１に記載のポンプ。
前記高架水槽から前記循環閉水路に接続される配管に流量計が設けられている、請求項１又は２に記載のポンプ。
前記主軸に着脱可能なプーリと、前記プーリと前記循環用ポンプの回転軸との間に掛け渡されるベルトと、を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ。
前記潤滑液貯留タンクは、前記揚水管と連通し、前記潤滑液貯留タンク内の液圧と、前記揚水管内の水圧とに基づいて伸縮する調圧ベローズを備え、
前記高架水槽は、逆止弁を介して前記循環閉水路に接続されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のポンプ。