JP7398405B2 - 立軸ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、自然発生する左回りの旋回流による吸込渦の発生を抑制可能な立軸ポンプに関するものである。

立軸ポンプは、通常、河川の排水ポンプ等として用いられているが、下端の吸水口から河川水を吸い上げる際に、吸水槽内において地球の自転によるコリオリ力によって北半球では左回り（左巻き）の旋回流が自然発生する。この左回りの旋回流によって吸水口周辺で吸込渦が発生すると、ポンプの吸込性能が低下してしまうため、種々の対策が提案されている。

例えば、特許文献１及び２には、吸水槽底部に渦流防止壁を土木構造物として付帯させた立軸ポンプが記載されている。これらのポンプでは、吸水槽底面に十文字型の渦流防止壁を設置したり、吸水槽壁面にＬ字型の渦流防止壁を設けて、旋回流の発生を抑える構造を採用している。

特開２０１７－３１８９４号公報 特開２０１７－２５８０７号公報

上記従来の技術において、以下の課題が残されている。
従来の特許文献１及び２に記載の技術では、旋回流による吸込渦対策として渦流防止壁などの土木構造物を吸水槽に設ける必要があり、建設費用が高額になって高コストになってしまう問題があった。また、渦流防止壁の形状は、水槽試験などで形状を検討する必要があり、吸水槽毎に形状を設定する必要があった。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、吸水槽に土木構造物を設ける必要がなく、低コストで旋回流による渦流の発生を抑制することが可能な立軸ポンプを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る立軸ポンプは、下端に羽根車が取り付けられ回転駆動される主軸と、軸受を介して前記主軸を回転可能に支持し原水を吸い上げる吸水口を端部に有したケーシングと、前記吸水口から下方に向けて前記原水の一部を排出する下方噴出管と、前記原水の一部を加圧して前記下方噴出管に供給する噴出用ポンプ部とを備えていることを特徴とする。

この立軸ポンプでは、吸水口から下方に向けて原水の一部を排出する下方噴出管と、原水の一部を加圧して下方噴出管に供給する噴出用ポンプ部とを備えているので、噴出用ポンプ部で加圧され下方噴出管から排出される原水により吸水口周辺で自然発生する旋回流が乱されることで、旋回流による渦流の発生が抑制される。

第２の発明に係る立軸ポンプは、第１の発明において、前記ケーシング内に設けられ前記ケーシング内で吸い上げられる前記原水の一部からゴミ又は泥を除去するフィルタと、前記フィルタを通過した前記原水を前記下方噴出管に送る噴流用流路とを備えていることを特徴とする。
すなわち、この立軸ポンプでは、ケーシング内に設けられケーシング内で吸い上げられる原水の一部からゴミ又は泥を除去するフィルタと、フィルタを通過した原水を下方噴出管に送る噴流用流路とを備えているので、フィルタによりゴミ等が除去された原水を噴流用流路を介して下方噴出管から吸水口下方に排出することで、ゴミ等を吸水槽等に戻さずに済むと共に噴流用流路の詰まりを防止することができる。

第３の発明に係る立軸ポンプは、第１又は第２の発明において、前記噴出用ポンプ部が、前記主軸の下部に設けられ前記ケーシング内で吸い上げる途中の前記原水の一部を前記主軸の回転によって加圧して前記下方噴出管に送ることを特徴とする。
すなわち、この立軸ポンプでは、噴出用ポンプ部が、主軸の下部に設けられケーシング内で吸い上げる途中の原水の一部を主軸の回転によって加圧して下方噴出管に送るので、別途ポンプを設置することなく、主軸の回転力によって加圧した原水を下方噴出管に送ることができる。

第４の発明に係る立軸ポンプは、第３の発明において、前記主軸内に前記下方噴出管に接続された主軸内流路が形成され、前記噴出用ポンプ部が、前記主軸の内部に形成され前記主軸の外周面に一端が開口していると共に他端が前記主軸内流路に接続された複数の原水導入流路を備え、前記複数の原水導入流路が、前記主軸の回転方向に軸線を傾けて開口していることを特徴とする。
すなわち、この立軸ポンプでは、複数の原水導入流路が、主軸の回転方向に軸線を傾けて開口しているので、主軸が回転すると原水導入流路に周囲の原水が入ると共に加圧され、主軸内流路に導かれる。

第５の発明に係る立軸ポンプは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記下方噴出管が、下部に前記原水を前記吸水口の中心軸に対して上面視で右回り方向に向けて排出する複数の排出口を周方向に有した旋回流発生部を備えていることを特徴とする。
すなわち、この立軸ポンプでは、下方噴出管が、下部に原水を吸水口の中心軸に対して上面視で右回り方向に向けて排出する複数の排出口を周方向に有した旋回流発生部を備えているので、旋回流発生部により吸水口下方で発生させる右回りの旋回流により、左回りの旋回流を相殺させて、渦の発生をさらに抑制することができる。

第６の発明に係る立軸ポンプは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記下方噴出管が、前記吸水口から下方に突出していると共に直下に向けて前記原水を排出することを特徴とする。
すなわち、この立軸ポンプでは、下方噴出管が、吸水口から下方に突出していると共に直下に向けて原水を排出するので、旋回流を抑制するだけでなく、吸水口の中心下方に堆積し易い土砂を、下方噴出管から下方に向けてジェット噴流として噴射される原水により攪拌し吹き飛ばし、安定した排水を継続することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明の立軸ポンプによれば、吸水口から下方に向けて原水の一部を排出する下方噴出管と、原水の一部を加圧して下方噴出管に供給する噴出用ポンプ部とを備えているので、噴出用ポンプ部で加圧され下方噴出管から排出される原水により吸水口周辺で自然発生する旋回流が乱されることで、旋回流による渦流の発生が抑制される。
したがって、本発明の立軸ポンプでは、吸水槽に土木構造物を設ける必要がなく、低コストで旋回流による渦流の発生を抑制することができ、吸込性能を向上させることができる。

本発明に係る立軸ポンプの第１実施形態を示す要部の拡大断面図である。 図１のＡ－Ａ線断面図（ａ）及びＢ－Ｂ線断面図（ｂ）である。 第１実施形態において、噴出用ポンプ部を示す縦断面図である。 第１実施形態において、リング部材を嵌めた噴出用ポンプ部を示す横断面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）である。 本発明に係る立軸ポンプの第２実施形態を示す要部の拡大断面図である。

以下、本発明における立軸ポンプの第１実施形態を、図１から図４に基づいて説明する。

本実施形態における立軸ポンプ１は、図１に示すように、下端に羽根車２が取り付けられ回転駆動される主軸３と、軸受４を介して主軸３を回転可能に支持し原水を吸い上げる吸水口５ａを端部に有したケーシング５と、吸水口５ａから下方に向けて原水の一部を排出する下方噴出管６と、原水の一部を加圧して下方噴出管６に供給する噴出用ポンプ部８とを備えている。

また、本実施形態の立軸ポンプ１は、ケーシング５内に設けられケーシング５内で吸い上げられる原水の一部からゴミ又は泥を除去するフィルタ５ｃと、フィルタ５ｃを通過した原水を下方噴出管６に送る噴流用流路５ｅとを備えている。
なお、本実施形態の立軸ポンプ１は、羽根車２から吐出される流れが主軸３の中心線を軸とする円錐面内にある斜流ポンプである。

上記噴出用ポンプ部８は、主軸３の下部に設けられケーシング５内で吸い上げる途中の原水の一部を主軸３の回転によって加圧して下方噴出管６に送る構造を有している。
すなわち、主軸３の下部に設けられた噴出用ポンプ部８の下端に下方噴出管６の上端が固定されており、主軸３内に下方噴出管６に接続された主軸内流路９ａが形成されている。

噴出用ポンプ部８は、図３の（ａ）及び図３に示すように、主軸３の内部に形成され主軸３の外周面に一端が開口していると共に他端が主軸内流路９ａに接続された複数の原水導入流路８ｂを備えている。
上記複数の原水導入流路８ｂは、図２の（ａ）に示すように、主軸３の回転方向に軸線を傾けて開口している。すなわち、複数の原水導入流路８ｂは、原水導入口８ａにおける軸線が主軸３の半径方向に対して上記回転方向側に向けて傾斜している。

なお、図４の（ａ）（ｂ）に示すように、噴出用ポンプ部８における主軸３，インペラボス２ａの内筒部外側に円柱状のリング部材８ｃを嵌め込むことで流路を開けることにより、下方から排出する水量を増やすことができる。すなわち、円柱状のリング部材８ｃを設けることで、噴出用ポンプ部８の外径や軸方向の開口部を大きくすることが容易にでき、噴出量や吹き出す圧力を容易に増加することができる。また、上記リング部材８ｃは、複数の原水導入流路８ｂを形成したことにより主軸３，インペラボス２ａの強度が落ちた主軸部分の補強にもなる。

原水導入流路８ｂは、主軸３の中心軸に形成された主軸内流路９ａから半径方向外方に延在した後、途中で主軸３の回転方向に向けて流路が傾いて延在しており、原水導入口８ａにおいて原水導入流路８ｂの軸線が回転方向に向けて傾いている。このように上記噴出用ポンプ部８は、水車型のポンプ構造を有している。

上記下方噴出管６は、下部に原水を吸水口５ａの中心軸に対して上面視で右回り方向に向けて排出する複数の排出口７ｃを周方向に有した旋回流発生部７を備えている。
上記旋回流発生部７は、図２の（ｂ）に示すように、下方噴出管６の下部に接続された上部筒部７ａと、上部筒部７ａの下部に設けられ下部筒部７ｂとを備えている。
上記下部筒部７ｂは、下方に向けて内径が漸次拡がっていると共に内部に設けられた複数の旋回流用羽根７ｅによって下面外周部に複数の排出口７ｃが区分けされて形成されている。

複数の旋回流用羽根７ｅは、中心の上部筒部７ａから半径方向外方に向かって、かつ右回りに曲がりながら延在しており、下方噴出管６から送り出される原水を複数の旋回流用羽根７ｅがガイドすることで、上面視で右回り方向に向けて原水を複数の排出口７ｃから排出可能となっている。

上記主軸３の下部は、噴出用ポンプ部８の上方に配されたセラミックス軸受４で支持されている。
上記ケーシング５は、内部に羽根車２より上の主軸３及び軸受４を内側に配して保護する保護管５Ａと、保護管５Ａを主軸３と共に内側に収納した外側ケーシング部５Ｂとを備えている。
上記外側ケーシング部５Ｂは、複数の筒状体が軸線方向に連結されて構成されている。

上記ケーシング５は、下端に水の吸込口である吸水口５ａを有する筒状であり、上部側に吐出管（図示略）が接続されている。
なお、本実施形態の立軸ポンプ１では、上部に屋外立軸全閉外扇電動機（図示略）を設置して主軸３を回転駆動している。このように地上型設置の電動機を採用することで、羽根車直上に水中モータを設置する場合に比べて信頼性と寿命とが向上する。

上記羽根車（インペラ）２は、主軸３の下部に固定されたインペラボス２ａの外周面に設けられている。
噴出用ポンプ部８は、インペラボス２ａの内側にインペラボス２ａと共に回転とされている。
羽根車２の上方には、案内羽根２ｂが外側ケーシング部５Ｂの内側に設けられている。

本実施形態の立軸ポンプ１は、吸込水槽の上部の据付床（図示略）に形成された据付孔に取り付けられたポンプベース（ベースプレート）（図示略）にケーシング５上部のフランジ部が固定されて吊り下げ設置されている。

外側ケーシング部５Ｂ内で羽根車２により吐き出される原水の一部は、案内羽根２ｂの内側の内壁５ｄに設けられた流通孔５ｂを介して、流通孔５ｂの内側に形成された内側空間５ｆから噴出用ポンプ部８の外周であってインペラボス２ａ内に設けられたボス内空間８ａ内に供給される。
なお、内側空間５ｆとボス内空間８ａとは、連通している。また、主軸内流路９ａと下方噴出管６とは、連通している。

ボス内空間８ａ内の原水は、原水導入流路８ｂ及び主軸内流路９ａを介して噴出用ポンプ部８により加圧され下方噴出管６に送り込まれる。
すなわち、流通孔５ｂ，内側空間５ｆ，ボス内空間８ａ，原水導入流路８ｂ及び主軸内流路９ａは、噴流用流路５ｅを構成している。
上記フィルタ５ｃは、流通孔５ｂに嵌め込まれたメッシュ板である。
なお、図中において二点鎖線の矢印線で原水の流れを示している。

このように第１実施形態の立軸ポンプ１では、吸水口５ａから下方に向けて原水の一部を排出する下方噴出管６と、原水の一部を加圧して下方噴出管６に供給する噴出用ポンプ部８とを備えているので、噴出用ポンプ部８で加圧され下方噴出管６から排出される原水により吸水口５ａ周辺で自然発生する旋回流が乱されることで、旋回流による渦流の発生が抑制される。

また、ケーシング５内に設けられケーシング５内で吸い上げられる原水の一部からゴミ又は泥を除去するフィルタ５ｃと、フィルタ５ｃを通過した原水を下方噴出管６に送る噴流用流路５ｅとを備えているので、フィルタ５ｃによりゴミ等が除去された原水を噴流用流路５ｅを介して下方噴出管６から吸水口５ａ下方に排出することで、ゴミ等を吸水槽等に戻さずに済むと共に噴流用流路５ｅ及び噴出用ポンプ部８の詰まりを防止することができる。

また、噴出用ポンプ部８が、主軸３の下部に設けられケーシング５内で吸い上げる途中の原水の一部を主軸３の回転によって加圧して下方噴出管６に送るので、別途ポンプを設置することなく、主軸３の回転力によって加圧した原水を下方噴出管６に送ることができる。
本実施形態では、複数の原水導入流路８ｂが、主軸３の回転方向に軸線を傾けて開口しているので、主軸３が回転すると原水導入流路８ｂに周囲の原水が入ると共に加圧され、主軸内流路９ａに導かれる。

さらに、下方噴出管６が、下部に原水を吸水口５ａの中心軸に対して上面視で右回り方向に向けて排出する複数の排出口７ｃを周方向に有した旋回流発生部７を備えているので、旋回流発生部７により吸水口５ａ下方で発生させる右回りの旋回流により、左回りの旋回流を相殺させて、渦の発生をさらに抑制することができる。

次に、本発明に係る立軸ポンプの第２実施形態について、図５を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、下方噴出管６の下部に旋回流発生部７が設けられているのに対し、第２実施形態の立軸ポンプ２１では、図５に示すように、下方噴出管２６が、吸水口５ａから下方に突出している点である。
すなわち、第２実施形態では、下方噴出管２６が第１実施形態よりも下方に突出した直管とされている。

第２実施形態では、下方噴出管２６が吸水口５ａから下方に突出して吸水槽底部の土砂Ｓの近傍まで延在している。
なお、底部から吸水口５ａまでの距離は、吸水口５ａの内径Ｄと同じに形成され、下方噴出管２６下端と底部までの距離は、０．５Ｄ程度に設定される。

このように第２実施形態の立軸ポンプ２１では、下方噴出管２６が、吸水口５ａから下方に突出していると共に直下に向けて原水を排出するので、旋回流を抑制するだけでなく、吸水口５ａの中心下方に堆積し易い土砂Ｓを、下方噴出管２６から下方に向けてジェット噴流として噴射される原水により攪拌し吹き飛ばし、安定した排水を継続することができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態の立軸ポンプでは、水車式の噴出用ポンプ部を採用しているが、主軸の回転力を用いた他の構造の噴出用ポンプ部を採用しても構わない。例えば、主軸の外周面に設けられた螺旋状溝（ねじポンプ）又は回転フィン（スクリューポンプ）を有した噴出用ポンプ部を採用してもよい。

１，２１…立軸ポンプ、２…羽根車、３…主軸、４…軸受、５…ケーシング、５ａ…吸水口、５Ａ…保護管、５Ｂ…外側ケーシング部、５ｃ…フィルタ、５ｅ…噴流用流路、６，２６…下方噴出管、７…旋回流発生部、７ｃ…排出口、８…噴出用ポンプ部、８ｂ…原水導入流路、９ａ…主軸内流路

Claims (6)

1. 下端に羽根車が取り付けられ回転駆動される主軸と、
   軸受を介して前記主軸を回転可能に支持し原水を吸い上げる吸水口を端部に有したケーシングと、
   前記吸水口から下方に向けて前記原水の一部を排出する下方噴出管と、
   前記原水の一部を加圧して前記下方噴出管に供給する噴出用ポンプ部とを備えていることを特徴とする立軸ポンプ。
2. 請求項１に記載の立軸ポンプにおいて、
   前記ケーシング内に設けられ前記ケーシング内で吸い上げられる前記原水の一部からゴミ又は泥を除去するフィルタと、
   前記フィルタを通過した前記原水を前記下方噴出管に送る噴流用流路とを備えていることを特徴とする立軸ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載の立軸ポンプにおいて、
   前記噴出用ポンプ部が、前記主軸の下部に設けられ前記ケーシング内で吸い上げる途中の前記原水の一部を前記主軸の回転によって加圧して前記下方噴出管に送ることを特徴とする立軸ポンプ。
4. 請求項３に記載の立軸ポンプにおいて、
   前記主軸内に前記下方噴出管に接続された主軸内流路が形成され、
   前記噴出用ポンプ部が、前記主軸の内部に形成され前記主軸の外周面に一端が開口していると共に他端が前記主軸内流路に接続された複数の原水導入流路を備え、
   前記複数の原水導入流路が、前記主軸の回転方向に軸線を傾けて開口していることを特徴とする立軸ポンプ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の立軸ポンプにおいて、
   前記下方噴出管が、下部に前記原水を前記吸水口の中心軸に対して上面視で右回り方向に向けて排出する複数の排出口を周方向に有した旋回流発生部を備えていることを特徴とする立軸ポンプ。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の立軸ポンプにおいて、
   前記下方噴出管が、前記吸水口から下方に突出していると共に直下に向けて前記原水を排出することを特徴とする立軸ポンプ。

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