JPH03160195A - 渦巻ポンプ及び自動給水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は羽根車を有する単段或いは多段の渦巻ポンプ及
び該渦巻ポンプを給水ポンプとする自動給水装置に関す
るものである． 〔従来技術〕 第３図及び第４図はクローズド形羽根車を有する一般の
渦巻ポンプの構造及び部分流量域における流動状態を示
す図である。第３図は子午断面図で、第４は側面図であ
る。

図示するように、渦巻ポンプはケーシング１０と吸込カ
バー２０で囲まれた空間に羽根車３０が配置された構造
である。

ケーシング１０は上部に吐出し口１１が形成された吐出
しロフランジ１２を有し、内部に該吐出し口１１に連通
ずるボリュート流路１３が形成された構造である。

また、吸込カバー２０は前端に吸込口２１が形成された
吸込フランジ２２を有し、内部に吸込流路２３が形成さ
れた構造である．吸込カバー２０の後端はケーシング１
０の前面に嵌合するようになっている。

また、羽根車３０は主板３１と側板３２の間に複数の渦
巻状の羽根翼３３が一体に形成され、前端部にはライナ
ーリング３７が形成された構造である．該羽根翼３３と
羽根翼３３の間に羽根翼間流路３４が形成され、前面に
該羽根翼間流路３４に連通する羽根人口３５が形成され
、外周に該羽根翼間流路３４に連通する羽根出口３６が
形成されている．また、羽根車３０は主軸４０に羽根止
ナット４１で締め付け固定されている．また、主軸４０
とケーシング１０の間には軸封装置４２が配置されてい
る． 上記構造の渦巻ポンプにおいて、主軸４０を回転させる
ことにより、吸込口２１から吸い込まれた水は吸込流路
２３を通って羽根車３０の羽根人口３５から羽根翼間流
路３４．羽根出口３６，ボリュート流路１３を通って、
吐出し口１１から排出される． 一般の渦巻ポンプは吐出し流量が極端に少ない所謂部分
流量域で運転すると、羽根車３０の羽根翼間流路３４内
の相対速度が極端に小さくなると同時に、羽根人口３５
の角度に対して流体の流入角度が食い違うため流れが乱
れ、そのために流体中に含まれた空気が分離して気泡Ａ
として羽根翼間流路３４内に停滞する。そしてこの分離
した空気は運転時間と共に増加し、羽根翼間入口部付近
でも、特に負圧面側に寄って溜まり、空気層が徐々に増
大し、流路を璽ぐ状態になると最終的にはポンプの吐出
し圧力が降下し、ポンプの揚水能力が著しく低下する。

この現象をエアーロックと呼んでいる。これは吸込圧力
が負圧の場合、即ち吸上げ状態で使用する際に多く発生
する。

従来このエアーロックを避けるために、ポンプ運転点を
できるだけ大流量域にして、ポンプの羽根車３０の羽根
翼間流路３４内の相対速度を大きくし、羽根人口３５付
近に停滞している空気をポンプ吐出し側に排出していた
。とごろが自動給水装置は、マンション，アパート，ビ
ルディング等の一般的な生活給水が主体であり、その場
合の使用流量は微少の部分流量域まである。これまでの
自動給水装置は、大型の圧力タンクを使用していたので
、ポンプを運転する際の作動点が、第６図に示すように
、圧力スイッチの下限値Ｈ，でＯＮ信号（ポンプの運転
開始）、上限値ＨＩでＯＦＦ信号（ポンプの運転停止）
でそれぞれ作動していた。この場合、ポンプの流量範囲
はＱ，からＱ．であり比較的大流量であった．そのため
に部分流量域における運転がなく上述したエアーロック
現象がなかった。

ところが、最近の自動給水装置は、非常に小型の圧力タ
ンクを使用しているため、圧力タンク内の容積が小さく
ポンプの停止時間を多くすることができない。言い替え
ると、それだけ起動停止の頻度が多くなる．そこでポン
プの運転時間を多くする方法として一般に以下のような
手段が採用されている。

（ｌ冫フロースイッチ方式 （２〉減圧弁方式 （３）タイマ一方式 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記（１）フロースイッチ方式，（２）
減圧弁方式，（３〉タイマ一方式のいずれも下記のよう
な問題点があった． （１）フロースイッチ方式 第５図は自動給水装置の代表的なシステムフローを示す
図である。同図において、５１は主水道管、５２は受水
槽、５３は給水ポンプ、５４はデエッキ内蔵のフロース
イッチ、５５は圧力スイッチ、５６は圧力計、５７は圧
カタンク、５８は仕切弁（蛇口）である。

第６図はフロースイッチを用いた給水ポンプの制御方法
を示す図である。第７図の自動給水装置において、吐出
し口の仕切弁（蛇口）５Ｂを開けると、初期段階では圧
力タンク５７に貯蔵されている清水が給水される。その
後圧力タンク５７内の圧力が徐々に低下し、配管中に接
続された圧力スイッチ５５の下限値Ｈｌ（ＯＮ信号）に
なると、圧力スイッチ５５が作動し給水ポンプ５３の運
転が開始する。その状態では圧力タンク５７内にも清水
が供給されると同時に、仕切弁（蛇口）５８へも給水を
行なっている。その後圧力タンク５７内が充分に満たさ
れると、仕切弁（蛇口）５８だけへの給水となる。その
後。給水ポンプ５３の吐出し圧力は上昇し、圧力スイッ
チ５５の上限値Ｈ．に達し、給水ポンプ５３の運転条件
の１つになる。更に使用流量が減ると吐出し流量Ｑ．に
なり、フロースイッチ５４が作動し、上述の条件と重な
り給水ポンプ５３はＯＦＦ信号で運転を停止する。この
場合吐出し口からの使用流量Ｑとフロースイッチ５４の
動作流量Ｑ．との関係がＱ〉Ｑ，であれば、給水運転を
継続する．ところが使用流量Ｑが微少流量の部分流量域
であるとき、これまで述べたエアーロック現象がポンプ
の羽根車で発生する。

そこで従来は、この現象を回避するため、第５図に示す
ように給水ポンプ５３の吐出し側からバイパス管５９を
通して一定流量を逃がす方法を採用していた。しかしな
がらこれは当然給水量及びそれを吐出しするために給水
ポンプ５３の駆動エネルギーの損失となり、ランニング
コストの上昇を招くという問題があった． （２〉減圧弁方式 第８図は減圧弁と圧力スイッチによる給水ポンプの制御
方法を示す図である．減圧弁を用いると吐出し圧力は一
定圧力になり、部分流量Ｑ１より少ない流量Ｑ＋’で急
激に圧力が上昇し、その後締切圧力Ｈ．となる．自動給
水装置の仕切弁（蛇口）５８を開けると圧力タンク５７
内の清水が減り、圧力スイッチ５５の下限値Ｈ．（ＯＮ
信号）になり、圧力スイッチ５５が作動して、給水ポン
プ５３の運転を開始する．その後使用流量Ｑが減り、流
量Ｑ，となると減圧弁の作用により、流量に対して圧力
が一定となり、さらに少ない流量Ｑｌ’になると給水ポ
ンプ５３の吐出し圧力が急激に上昇し、圧力スイッチ５
５の上限値Ｈ　Ｉ　（　ｏＦＦスイッチ）になり給水ポ
ンプ５３の運転は停止する．この場合も使用流量が微少
流量の部分流量域であるとき、上述したエアーロック現
象が給水ポンプ５３内に発生する． この現象を避けるため給水ポンプ５３の吐出し側から、
バイパス管５９を通して一定流量を逃がす方法をとって
いた．しかしながらこの方法も上記（１）と同様ランニ
ングコストの上昇を招くという問題があった。

〈３〉タイマ一方式 タイマ一方式を第５図及び第６図で説明する．自動給水
装置の仕切弁（蛇口）５８を開けると、圧力タンク５７
内から給水を開始する．その後圧力タンク５７を徐々に
低下し、第６図に示すように、圧力スイッチ５５の下限
値Ｈ，になるとＯＮ信号で給水ポンプ５３が運転を開始
する。その時給水ポンプ５３から圧カタンク５７に清水
が供給されると同時に仕切弁（蛇口）５８へも供給する
。その状態で圧力タンク５７内の圧力が上昇し、圧力ス
イッチ５５の上限値Ｈ１になるとＯＦＦ信号で給水ポン
プ５３は停止する。この場合給水ポンプ５３の吐出し流
量に対して圧力タンク５７の容積が小さいため短時間で
設定値Ｈ，になり、その際のＯＮ，ＯＦＦ信号で起動停
止を頻繁に繰り返すことになる．これを防ぐため圧力ス
イッチ５５がＯＮ又はＯＦＦＬ，てからタイマーを連動
させて、給水ポンプ５３を一定時間だけ強制的に運転さ
せる。給水ポンプの運転流量Ｑが部分流量域Ｑ．より小
流量であれば上述したエアーロック現象 が給水ポンプ５３内で発生する． この現象を避けるため従来は、吸上げ高さ（吸込圧力）
に応じて給水ポンプ５３の吐出し側からバイパス管５９
を通して一定流量を逃がす方法をとっていた。これはポ
ンプ運転流量を部分流量域から大流量域に変えエアーロ
ックを防止するものであるが、ランニングコストの上昇
を招くという問題があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点
を除去し、ポンプ運転流量が微少な部分流量域でもエア
ーロック現象の発生しない渦巻ポンプ及び渦巻ポンプを
使用する自動給水装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本発明は、単段或いは多段の渦
巻ポンプにおいて、当該ポンプの羽根車の羽根翼間流路
を３等分に分割した場合の羽根翼の圧力面側流線を含め
、羽根翼間流路の２／３までの範囲で、且つライナーリ
ング径より外側より外側の位置の羽根車の側板又ほ／及
び主板に小穴を設けたことを特徴とする． また、給水ポンプ及び圧力タンク等を具備する自給水装
置において、該給水ポンプに上記構成の渦巻ポンプを用
いたことを特徴とする。

〔作用〕

上記の如くクローズド形羽根車の羽根翼間流路を３等分
に分割した場合の羽根翼の圧力面側流線を含め羽根翼間
流路の２／３までの範囲で且つ羽根人口径ＤＩの２．５
倍以下の内径からライナーリング径より外側の範囲の羽
根車の側板又は／及び主板に小穴を設けることにより、
羽根入口に吸込まれた流体は羽根翼間流路を通過する際
に、羽根車の回転による遠心力を受け昇圧するが、羽根
出口の高圧水の一部は羽根車の側板及び主板とケーシン
グ吸込カバーに囲まれた波路を経て前記小穴に流れ込む
。

この小穴は一種の才リフィスであり、この部分の流れ辻
ジェット流となり、このジェット流が羽根翼間流路の入
口部に溜った空気（気泡）を攪拌し同時に、その場所の
圧力を上昇させる作用を奏し、流体中の空気を分離しに
くくする。

一方小穴から羽根翼間流路内に流入したジェット流は、
羽根車の回転により、円周方向成分を持ち羽根翼の圧力
面側から負圧面倒に向かって流れることになり、滞留し
た空気を羽根出口の方向に運び出す。

〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の渦巻ポンブに用いるクローズド形の羽
根車の構造を示す図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ
）は（ａ）のｚ−ｚ線上断面図である。また、第２図は
羽根翼間流路の側面図である、第１図及び第２図におい
て、第３図及び第４図と同一符号を付した部分は同一部
分を示す。第１図に示すように、羽根車３０ほ主板３１
と側板３２の間に複数個（図では５個）の渦巻状の羽根
翼３３が一体に形或され、前端部にはライナーリング３
７が形成された構造である。羽根翼３３と羽根翼３３の
間に羽根翼間流路３４が形成されている。そして、主板
３１と側板３２の所定位置（後に詳述する）にエアーロ
ック防止用の小穴Ｙ及びＸを設ける。

ここで、第１図及び第２図において、Ｄ１は羽根入口３
５の内径である羽根入口径、Ｄ，はライナーリング３７
の外径であるライナーリング外径、Ｄ４は羽根車３０の
外径である羽根車外径、点ａｌｕ　ａ！＋　８８＋　ａ
ａを結ぶ曲線は負圧面側流線、点ｂｓ．ｂｔ，ｂｓ，ｂ
ａを結ぶ曲線は中間流線、点ＣＩ＋　Ｃａｒ　Ｃｊｒ　
Ｃａを結ぶ曲線は中間流線、点ｄ＋，ｄｌｙ　ｄｓ，ｄ
ａを結ぶ曲線は圧力面側流線である．また、Ｄ，は前記
負圧面側流線，中間流線及び圧力面側流線の各点ａｓｅ
ｌ）ｓｙｅｓ＋ｄ，が通過する円の直径であり、この円
は羽根人口径ＤＩの２．５倍以内の円である．また、羽
根翼間流路３４は中間流線により３つの領域３４−１　
．３４−２　．３４−３に等分されている．エアーロッ
ク防止用の小穴Ｙ及びＸは、第１図（ａ）及び第２図に
示すように圧力面側流線ｄＩｔ　ｄ！＋　ｄｓ＋　ｄ４
に接近した方が効果が大きい。

そしてこの小穴Ｙ及びＸの開ける位置はライナーリング
外径Ｄ，より外側で、しかも前記Ｄ．（　２．５ＸＤＩ
）より内側で、中間流線上の点ｂ，，ｂ，及び圧力面側
流線上の点ｄ＊，ｄａで囲まれた場所、即ち図面にハッ
チングが施され場所に単数又は複数個設ける。なお、第
１図に示す構造の羽根車３０を用いる渦巻ポンプのケー
シング１０及び吸込カバー２０は、第３図及び第４図に
示す構造のものと同じである。主板３１と側板３２のハ
ツチングが施され場所に小穴Ｙ及びＸを設けことにより
、エアー口ツタが防止できる原理を第１図（ａ）を用い
て説明する。

羽根人口３５に吸込まれた流体は羽根翼間流路３４を通
遇する際に、羽根車３０の回転による遠心力を受け昇圧
するが、羽根出口３６の高圧水の一部は側板３２及び主
板３１とケーシング１０及び吸込カバー２０とに囲まれ
た流路を経て側板３２上に設けられた小穴Ｘ及び主板３
１に設けられた小穴Ｙに流れ込む。この主板３１及び側
板３２に設けられた小穴Ｙ及びＸは一種の才リフィスで
あり、この部分の流れはジェット流である。そしてこの
ジェット流は、羽根人口３５からの主流と略直角に衝突
する。このために羽根翼間流路３４の入口部に溜った空
気（気泡）はこのジェット流により攪拌される。そして
これと同時に、その場所の圧力は上昇する方に作用する
。この付近の圧力が上昇すれば、流体中の空気は分離し
にくくなる。今この作用をジェット効果と呼ぶと、この
ジェット効果は羽根車３０の単段当りの揚程が高い程、
また小穴Ｘ，Ｙの径が大きい程有効である。一方、第１
図（ｂ）と第２図の羽根車側面図上で流れを見ると、ま
た小穴Ｘ，Ｙから羽根翼間流路３４内に流入したジェッ
ト流は、羽根車３０の回転により、円周方向成分を持ち
、第１図（ｂ），第２図に示すように、羽根翼３３の圧
力面側（圧力面側流線ｄｌ＋　ｄｍ，ｄｓ，ｄ４側）か
ら負圧面側（負圧面側流線ａｌ＋　ａｍ，　ａｉｒ　ａ
．側）に向かって矢印で示すような流れとなる。この矢
印の流れが空気を羽根出口３６の方向に運び出す？目を
すると同時に、その場所の圧力を上昇させる。従って、
この小六Ｘ，Ｙを負圧面側（負圧面側流線ａｔ＋ａ＊１
ａ■ａ．側）に接近した位置に設けたのではジェット流
の流れは広がらず空気の攪拌作用もないことからエアー
口ツタ現象を防止の効果はないことになる。

なお、小穴Ｘ，Ｙの形状には制約がなく、丸形、角形、
楕円その他いずれでもよい．また、小穴Ｘ，Ｙは羽根翼
間流路３４には必ず設ける必要がある。また、小穴Ｘ，
Ｙを設けた後の開口面積は大きい程ポンプ性能に悪影響
を及ぼすが、エアー口ツタ現象を防止の効果は該開口面
積が大きい程効果がある． また、上記実施例ではクローズト形羽根車を有する渦巻
ポンプを例に説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、例えば才一ブン形の羽根車を有する渦巻ポ
ンプでもよい． また、上記羽根車３０を用いた渦巻ポンプ仕エアー口ツ
タ現象が発生しないから、この渦巻ポンプを自動給水装
置の給水ポンプとして用いれば、圧力タンクを小さくし
ても、上記従来例のようにエアーロック回避するため給
水ポンプの吐出し側からバイパス管を通して一定流量を
逃がし、ポンプ運転流量を部分流量域から大流量域に変
える必要がなく、ランニングコストの低い自動給水装置
となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば下記のような優れた
効果が得られる． （１）羽根車の側板や主板に、羽根翼間流路の入口部付
近に小穴を設けるだけでエアーロック現象を回避できる
ので、ポンプの連続運転流量範囲が拡大されるだけでな
く、吸込圧力が低い場合、即ち吸上げ状態でも、ポンプ
吐出し側から一定流量をバイパスさせる必要がなくなる
． （２）本発明の渦巻ポンプを自動給水装置の給水ポンプ
として使用するごとにより、吸上げ状態で、吸込圧力が
低い場合でも、給水ポンプ吐出し側から一定流量を逃が
すことなく、給水ポンプを微少流量の部分流量域まで運
転ができ、しかも運転時間を強制的に延長でき、フロー
スイッチの作動流量を小さくできることから、圧力タン
クを小型化することができる。

（３〉減圧弁方式については、フロースイッチの作動流
量が拡大するので、小流量域まで確実に一定圧力となる
ので、例えば湯沸し器などの使用中でも流量を一定に維
持できるから、温度の変化なく、また例えばシャワーを
併用しても使用中の温度の変化がなく、使用者にとって
便利である．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の渦巻ポンプに用いるクローズド形の羽
根車の構造を示す図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ
）は（ａ）の２−２線上断面図、第２図は羽根翼間流路
の側面図、第３図はクローズド形羽根車を有する一般の
渦巻ポンプの構造及び部分流量域における流動状態を示
す子午断面図で、第４図はその側面図、第５図は自動給
水装置のシステムフローを示す図、第６図は圧力スイッ
チによる給水ポンプの制御方法を示す図、第７図は圧力
スイッチ及びフロースイッチによる給水ポンプの制御方
法を示す図、第８図は減圧弁及び圧力スイッチによる給
水ポンプの制御方法を示す図である．

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）単段或いは多段の渦巻ポンプにおいて、当該ポン
   プの羽根車の羽根翼間流路を３等分に分割した場合の羽
   根翼の圧力面側流線を含め、羽根翼間流路の２／３まで
   の範囲で、且つライナーリング径より外側より外側の位
   置の羽根車の側板又は／及び主板に小穴を設けたことを
   特徴とする渦巻ポンプ。
2. （２）給水ポンプ及び圧力タンク等を具備する自給水装
   置において、 前記給水ポンプに前記請求項（１）記載の渦巻ポンプを
   用いたことを特徴とする自動給水装置。