JPH0260878B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、ウオータハンマ防止を主目的とする
水中ポンプの改良に関するものである。 ［従来の技術およびその問題点］ 従来、陸上ポンプにおける長距離配管等に起因
するウオータハンマ防止策としては、サージタン
クまたはエアタンクを用いる方法および、ポン
プ・モートルまたは直結カツプリング部にフライ
ホイールを付加する方法などが採用されていた。 そのうち、フライホイールを採用した陸上ポン
プを示すものとして米国特許第3215083号がある。
しかし、そこで開示されている陸上ポンプは、回
転軸に沿つて延びた中空円筒の支持リング体の下
方にフライホイールが取付けられている。そし
て、支持リング体は回転軸の上部位置に固定板を
介して取付けられる構造となつている。したがつ
て、フライホイールと回転軸の固定位置とフライ
ホイールの質量の大きい部分の位置とは回転軸方
向にずれた関係となつている。このために、フラ
イホイールを安定回転させるためには支持リング
体などを強固な部材とするか、あるいはフライホ
イールの下方端部に軸受を必要とすることにな
り、構造が複雑化し、また製品コストも高くな
る。さらに、フライホイールの取付のために回転
軸を長くする必要があり装置が大型化する。 一方、水中ポンプ用としては可潜モートルの軸
をポンプ軸兼用とする構成のものが主流であるた
め、前述の陸上用のごとくたとえば直結用カツプ
リングをフライホイール兼用とするごとき簡単な
構成による解決手段がなかつた。羽根車を貫通さ
せたポンプ軸をポンプ外にまで延長して外部にお
いてフライホイールを設けようとすれば、ポンプ
軸の軸受手段の採用が極めて困難となる。しか
も、ポンプ全長が長くなるのみならず、露出した
フライホイールが抵抗体となり、また吸込口周辺
環境によつては長尺異物の絡みつきなど種々の不
都合が生じる。そこで、水中ポンプにおける解決
手段としては一般に、サージタンクまたはエアタ
ンクが用いられていた。 しかしながら、このようなタンクは、いずれも
相当な高さあるいは容積を必要とすることから、
設置スペース上からも種々の不都合があるのみな
らず、設備費も高価となる。 本発明は、前述のような現状に鑑み、ポンプ全
長が従来一般の水中ポンプとほぼ同じで、運転中
の水による抵抗などがなくなり、しかも簡単な構
造でウオータハンマが防止できる安価な水中ポン
プを提供することを目的としている。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明にかかる縦形水中ポンプは、鉛直上方に
沿つて上から順にモートル収納空間とフライホイ
ール収納空間とを有し、常時空気が満たされてい
るモートル室と、このモートル室の鉛直下方に配
置され、作動時に液が満たされるポンプ室と、モ
ートル室とポンプ室との間に設けられ、この両室
を区分する隔壁とを有し、フライホイール収納空
間を取り囲む内壁面をモートル収納空間を取り囲
む内壁面よりも外方へ膨出して形成したハウジン
グと、鉛直方向に延び、モートル室の上部に配置
される第１軸受および隔壁内に配置される第２軸
受を介してハウジングに回転自在に支持される回
転軸と、モートル室のモートル収納空間内に配置
され、回転軸に取付けられるロータおよびこのロ
ータに対面するようにハウジングに固定されるス
テータと、ポンプ室内に配置され、回転軸の下方
端部に固定して取付けられた羽根車と、隔壁と回
転軸との間に配置され、モートル室とポンプ室と
の間の液密を保つメカニカルシールと、フライホ
イール収納空間内であつてロータと第２軸受との
間に挾まれた領域に位置する回転軸部分に直接固
定され、この固定位置を含む水平面内に沿つて回
転軸を中心とする半径方向に延びているフライホ
イールとを備えている。そして、フライホイール
はモートル収納空間を取り囲む内壁面の径よりも
大きい径を有している。 ［作 用］ モートル部が始動すると、ポンプ部において水
が吸引・吐出される。このとき、フライホイール
も一体に回転する。フライホイールは、回転軸に
一体的に固定されているので、フライホイールと
回転軸との間でがたつきがなく長寿命を発揮す
る。 運転停止時は、フライホイールが空気室内に配
置されていることからフライホイールの貫性力に
より急激なポンプ停止とはならず、緩徐な減速回
転により吐出量を徐々に低下させる。このため、
吐出配管が長くてもウオータハンマの発生は防止
できる。また、オイルや水によつてフライホイー
ルの回転が妨げられることがないので、水やオイ
ルによるフライホイールの抵抗損失がなく、ポン
プ停止時の緩徐な減速回転によるウオータハンマ
防止効果は高い。 また、フライホイールは第２軸受との境界近傍
の空気室内最下部に配置されており、このフライ
ホイールの位置するモートル室壁内は外方へ膨出
されていることにより、フライホイールは径方向
に拡大して形成することができる。このために、
フライホイールは比較的軸方向に薄い形状に形成
することが可能となりポンプ全体の高さを抑制で
き、またポンプ全体の下方に配置することにより
据付安定性が向上し、かつ径方向に拡大したフラ
イホイールの慣性効果によつて慣性効果が向上す
る。 さらに、フライホイールは第１軸受および第２
軸受の２個の軸受に支持された回転軸の中間位置
に取付けられている。したがつて、片持支持され
る場合や３点支持される場合などに比べて遠心力
などによる回転むらが生じ、振動原因となるなど
の弊害を防止でき、安定した回転を行なうことが
できる。 ［実施例］ 本発明にかかる水中ポンプの一実施例を示す第
１図から明らかなように、モートル部１と、軸封
部２と、ポンプ３とは上方より順に連接されて、
水密構造とした縦形水中ポンプを構成している。
なお、図示しないが、たとえば公知の吊下げ手段
および昇降ガイド手段などにより、予め槽底に固
定した吐出配管と自動接合可能とする接続手段が
設けられている。 モートル部１は、主として、電線取出部を有す
る上部蓋４、結線板を備えた蓋金具５、互いに同
心に配置された内筒６および外筒７、内筒６の内
周面に取付けられたステータ８、ステータ８の内
周側に配置されたロータ９、ロータ９に一体的に
固定されポンプ軸とモートル軸とを兼用した回転
軸１０とから構成されている。蓋金具５と軸封部
２との間において、内筒６の内部は空気室２０と
なつている。空気室２０内には、軸封部２側から
順に第２軸受２１ａ、フライホイール１１、ロー
タ９、第１軸受２１ｂが配置されている。前記回
転軸１０は、１対の軸受２１ａ，２１ｂによつて
回転自在に支持されている。第１軸受２１ａとロ
ータ９との間に配置されたフライホイール１１
は、その中心部が回転軸１０に嵌合・固定されて
一体的に支持されている。 フライホイール１１には、ステータ８に対面す
る側に適宜数の羽根１１ａが形成されており、こ
れによつてフライホイール１１はフアン兼用とな
つている。ロータ９に穿設された適宜数の貫通孔
９ａは吸込通路であり、内筒６とステータ８外周
間に貫通状に形成された適宜数の空〓部６ａは吐
出通路であつて（第２図参照）、フライホイール
１１の回転によりこれら通路内を冷却用循環空気
流が矢印のように生じるようになつている。さら
に、フライホイール１１の軸封部２側の側面に
は、適宜曲面を持つ凹所１１ｂが形成されてい
る。 軸封部２は、主として、フライホイール１１側
に第１軸受２１ａを備えたオイルケーシング１
２、オイルケーシング１２内においてポンプ部３
側に配置されたメカニカルシール１３などにより
構成されている。オイルケーシング１２の空気室
２０に対する外面には漏水溜め１２ａが形成され
ている。漏水溜め１２ａ内には、漏水検知器１４
が配置されて、適宜信号が発せられるようになつ
ている。 ポンプ部３は、主として、吐出口が一体形成さ
れたポンプケーシング１５、ポンプケーシング１
５内に回転自在に配置された羽根車１６、ポンプ
ケーシング１５の下端部に取付けられた吸込側蓋
金具１７などから構成されている。吐出側と連通
する羽根車１６の背面空所１８は、各ケーシング
１２，１５に形成された通路を経て、前記内・外
筒６，７間に形成された空洞１９を連通してい
る。 なお、特許請求の範囲記載のハウジングは上部
蓋４、蓋金具５、内筒６、外筒７、オイルケーシ
ング１２、ポンプケーシング１５および吸込側蓋
金具１７などを総称するものである。 次に動作を説明する。 モートル部１のロータ９が回転すると、羽根車
１６が回転して、水を吸入・吐出する。この運転
により、吐出水の一部は、羽根車背面空所１８よ
り空洞１９に充満してモートル部１内を冷却す
る。一方、フライホイール１１の回転により、貫
通孔９ａおよび空〓部６ａを経る循環空気流が発
生し、空〓部６ａを通過するときに冷却された空
気が貫通孔９ａ通過時においてロータ９の発熱を
吸収する。 万一、メカニカルシール１３の不調により回転
軸１０を伝つてステータ８側へ上昇しようとする
漏水が生じた場合には、フライホイール１１の水
切り作用によつて漏水は内筒６の内側壁に飛散
し、該内側壁を伝つて漏水溜め１２ａ内に溜ま
る。そして、漏水検知器１４の発信により漏水を
検知する。これにより、モートルの保護を図るこ
とができる。なお、フライホイール１１に削設し
た曲面状凹所１１ｂは水切り性能を一層向上させ
るものである。 ポンプ運転時には、フライホイール１１は回転
軸１０に対して一体に回転する。この場合におい
て、フライホイール１１は回転軸１０に嵌合・固
定されて一体的に支持されていることから、フラ
イホイールと回転軸との間でがたが生じたり強度
上の問題が生じたりすることがなく長寿命を発揮
する。 運転停止時には、フライホイール１１の慣性力
によりポンプは急激に停止せず、緩除な減速回転
により吐出流の速度も徐々に低下する。このため
吐出配管が長くてもウオータハンマの発生は防止
される。この際、フライホイール１１は空気室２
０内に配置されていることから、水やオイルなど
による抵抗損失がないので、ポンプの回転は徐々
に減速し、ウオータハンマの防止効果は高い。 次に、空気室２０内にフライホイール１１が配
置されているこの実施例の効果を、油中にフライ
ホイールが配置されている場合などを比較して説
明する。 中心軸に直角な円板状のフライホイールを流体
中で中心軸のまわりに回転させる場合、必要なト
ルクは次式によつて与えられる。 Ｍ＝Cf・ρ・ω²・r⁵ 上式において； Ｍ：流体抵抗に打勝つために必要なモーメント
（Kg・ｍ） ｒ：半径（ｍ） ω：角速度（rad／ｓ） ρ：流体の密度（Kgm^-4s²） Cf：摩擦抵抗係数 ここで、フライホイールを空気中で回転させる
ときと、油中で回転させるときとにおける一般的
な条件として、第１表の数値を用いる。

【表】 第１表の条件値に基づけば、トルク値は上式に
よつて第１表のようになる。そして、そのトルク
値に基づいて、1800r.p.m.のときの消費動力は第
１表のようになる。すなわち、空気中の場合に無
視できる程度に小さい消費電力は、油中になると
極めて大となり、フライホイールを回転させるの
に相当に余分な力が必要となることがわかる。 以上のことから明らかなように、フライホイー
ル１１を空気室２０内に配置した前記実施例によ
れば、フライホイールを油中に配置した場合に比
べて、より緩徐にポンプの回転は減速し、高いウ
オータハンマ防止効果が得られる。 また、フライホイールの一部が油中に浸される
ような場合に比べても、フライホイールの慣性効
果が優れていることは容易に推測し得る。 ［発明の効果］ 本発明にかかる水中ポンプによれば、フライホ
イールを空気室内に配置したことから、オイルや
水によつてフライホイールの回転が妨げられるこ
とがない。このため、水やオイルによるフライホ
イールの抵抗損失がなく、ポンプ停止時の緩徐な
減速回転による高いウオータハンマ防止効果が得
られる。 また、フライホイールを、モートル部下方の壁
面を外方に膨出して形成した収納空間内に配置
し、径方向に拡大した構造としたことにより、慣
性効果の大きいフライホイールがポンプ全体の下
部に配置され、かつポンプ全体の高さを抑制した
ことによりポンプの重心位置が下がりポンプの据
付が安定性が向上する。 さらに、フライホイールを回転軸に一体的に固
定したことから、フライホイールと回転軸との間
でがたがなく、長寿命を発揮するようになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図
は縦断面図、第２図は第１図におけるＡ―Ａ断面
図である。 １はモートル部、２は軸封部、３はポンプ部、
１０は回転軸、１１はフライホイール、２０は空
気室である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉛直方向に沿つて上から順にモートル収納空
   間とフライホイール収納空間とを有し、常時空気
   が満たされているモートル室と、このモートル室
   の鉛直下方に配置され、作動時に液が満たされる
   ポンプ室と、前記モートル室と前記ポンプ室との
   間に設けられ、この両室を区分する隔壁とを有
   し、前記フライホイール収納空間を取り囲む内壁
   面を前記モートル収納空間を取り囲む内壁面より
   も外方へ膨出して形成したハウジング４，５，
   ６，７，１２，１５，１７）と、 鉛直方向に延び、前記モートル室の上部に配置
   される第１軸受２１ｂおよび前記隔壁内に配置さ
   れる第２軸受２１ａを介して前記ハウジングに回
   転自在に支持される回転軸１０と、 前記モートル室のモートル収納空間内に配置さ
   れ、前記回転軸に取付けられるロータ９およびこ
   のロータに対面するように前記ハウジングに固定
   されるステータ８と、 前記ポンプ室内に配置され、前記回転軸の下方
   端部に固定して取付けられた羽根車１６と、 前記隔壁と前記回転軸との間に配置され、前記
   モートル室と前記ポンプ室との間の液密を保つメ
   カニカルシール１３と、 前記フライホイール収納空間内であつて、前記
   ロータと前記第２軸受との間に挾まれた領域に位
   置する前記回転軸部分に直接固定され、この固定
   位置を含む水平面内に沿つて前記回転軸を中心と
   する半径方向に延びているフライホイール１１と
   を備え、 前記フライホイールは、前記モートル収納空間
   を取囲む内壁面の径よりも大きい径を有してい
   る、縦形水中ポンプ。