JPH09100792A - 吸込側自吸室形の立軸ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置床面積が小さく高揚程であり、ポンプよ
り低い吸水水面から瞬間に自吸可能にする。 【解決手段】 遠心形羽根車３を収納した多段の羽根車
室５ｍ，５ｎの入口５ｇを上向きに配置し、この羽根車
室５ｍの上部に入口５ｇを介して連通する吸込側自吸室
１１を設置し、吸込側自吸室１１の上部にポンプの吸込
口８を形成する。羽根車室５ｍ，５ｎの周囲を外ケーシ
ング７で包囲して環状流路１２を形成し、この環状流路
１２を一方では羽根車室５ｎの出口５ｈに連通させると
共に、他方では上向きに設けられた吐出流路１０に連通
させ、この吐出流路１０の上端にポンプの吐出口９を形
成する。その際、羽根車室５ｍより上方に位置する吐出
流路１０の部分を羽根車室５ｍ，５ｎの外径より軸心側
に突出させて吸込側自吸室１１と一体形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠心形ポンプに自
吸機能を持たせるために、ポンプの吸込側に自吸室を設
けた吸込側自吸室形の立軸ポンプ、特に高揚程のポンプ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自吸機能の概要と自吸方式の種類並びに
高揚程ポンプの従来の技術を説明する。 ａ）通常運転状態では遠心形ポンプの吸込圧が吸込管に
及ぶので、理論的にはトリチエリの原理によりポンプの
下方約１０ｍ、実際にはキャビテーション等により５〜
８ｍの水面から吸水できる。ポンプが空の状態から運転
に入る時には吸込圧は実質零となって吸水できないの
で、吸込管に逆止弁を設けておいて吸込管全体に大量の
呼び水をして起動し、通常運転に継げる。

【０００３】ｂ）逆止弁は故障の要因を持ち、大量の呼
び水は大変で、しかもポンプの停止毎に必要になること
もあり、自吸式ポンプが従来から使用されている。自吸
式には吐出側に気水分離室を設けるものがよく用いら
れ、例えば特公昭５７−４４８３５号，特公昭５９−４
８３１９号等に示されたものである。これはポンプが停
止しても羽根車室と気水分離室に水が残るようにし、自
吸運転中にポンプの吸込圧で吸込管内の水位を徐々に上
昇させ、気水分離室で空気のみを排出させ、水を羽根車
室に漏れるように戻して自吸を続行させる。この時、羽
根車は水と空気が混合するものなので、取扱流体の密度
に比例して揚程を生じる遠心形ポンプでは流量も吸込圧
も小さく、吸込管の長さと太さや自吸機能の良否により
通常数分〜１０分で自吸が完了し、すなわち吸込管内の
水位がポンプに達し、通常運転に至る。

【０００４】この吐出側気水分離室形の自吸式ポンプは
設置後の初回のみ又は長時間運転を停止して気水分離室
の水が蒸発してしまった後の再運転の時だけ少量の呼び
水で通常運転に入るので都合がよい。しかし必ず自吸時
間が存在するという性質がある。従って、工作機械に研
削液又は切削液を送るクーラントポンプでは、自吸時間
内で刃物等の焼付の恐れがある。

【０００５】ｃ）これに対し吸込側自吸室形のポンプも
よく用いられ、例えば特開昭５６−１１０５９３号公
報，実開昭５６−１６５９９６号公報等に示されたもの
であり、日本電機工業会標準規格ＪＥＭ１２４２（１９
７０）「クーラントポンプ」も自吸形である。吸込側自
吸室形ポンプには原理的に自吸時間がない。前記文献は
この原理まで説明してはいないので、以下にこの原理の
要点を説明する。

【０００６】吸込側自吸室形ポンプの基本構造は、遠心
形羽根車を収納する羽根車室の入口を上向きに配置し、
この羽根車室の上部に前記入口を介して連通する吸込側
自吸込室を設け、この吸込側自吸室の上部にポンプの吸
込口を形成し、前記羽根車室の出口に連通する吐出流路
を上向きに設けてその上端にポンプの吐出口を形成する
ものである。逆止弁は必要でない。

【０００７】ポンプが停止し、吐出管の先端が大気に開
放していると、吐出管，ポンプ，吸込管，貯水槽と連通
する水は逆流する。ポンプの中で吐出口，吐出流路，羽
根車室，吸込側自吸室，吸込口と連通する水路はＵ字状
をしている。従って吐出管内の水面が吐出流路の下端ま
で降下して来ると、いわゆるサイホンが切れて空気のみ
が羽根車室，吸込側自吸室，吸込口を気泡状に逆流して
吸込管内に流れ込む。吸込管に生じた水面は降下して貯
水槽の水面近くに達しバランスして逆流が停止する。こ
の間、吸込側自吸室と羽根車室内の水は大部分が残る。

【０００８】ポンプを再起動すると、水で満たされてい
る羽根車は瞬間に通常のポンプ作用を示して吐出管に水
を圧送し、吸込管内の水面も上昇される。瞬間自吸であ
る。これは吸込側自吸室の上部の空気が増し、その水面
が低下して空になっても水が補給されなくなるまで続
く。それまでに吸込管内の水が吸込側自給室に到達すれ
ば、その水はこの室を落下し、羽根車室に連続して水を
補給し、ポンプは通常運転を続ける。吸込側自吸室が空
にならない基本条件は吸込側自吸室の容積が吸込管内容
積（管断面積×長さ）より大きいということである。吸
込側自吸室の上部にたまる空気は、通常運転中に徐々に
水に混入し吐出されるが、羽根車内の取扱流体の密度を
大きく下げるものではなく、前述の吐出側気水分離室形
の自吸中の流量・揚程の低下のような大きな低下はな
い。

【０００９】ｄ）特公昭５９−４４５１８号公報，実開
昭６０−１２８９９７号公報は立軸多段遠心ポンプの例
であり、非自吸形である。高揚程を得るために羽根車直
径を大きくするには比速度等による限界があり、多段に
構成する。比速度の制約はないが、羽根車を小径にして
多段とし、立軸ポンプの設置床面積を有利にすることも
ある。前記文献のものはいずれも多段の羽根車室の入口
を下向きに配置し、ポンプの下部に吸込口を設けてい
る。吐出口は後者が単純にポンプ上部に設けるのに対
し、前者は戻し通路で上部から下部に導いて吐出口を設
ける。いずれも吸込側に吸込側自吸室の如きものを付加
しても前述した吸込側自吸室の動作原理からわかるよう
に、自吸機能を発揮するわけがなく、吐出側気水分離室
を付加して自吸形に改良することは考えられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術を要約
すると、 ａ）非自吸形は吸込側の貯水槽の水面がポンプより高い
か、低くてもほとんど連続運転する場合には何ら問題が
ない。しかし水面がポンプより低い場合には逆止弁の故
障要因を持ち、再起動の度に大量の呼び水を必要とす
る。

【００１１】ｂ）吐出側気水分離室形はポンプの最大吸
込揚程以内であれば、小量の呼び水で容易に自吸して通
常運転に入れるが、自吸時間が原理上あって、それを持
てない用途例えば工作機械のクーラント液移送用には使
用しにくい。 ｃ）吸込側自吸室形は吸込配管容積（管断面積×長さ）
に制限があるが瞬間に自吸する。

【００１２】ｄ）高揚程の多段ポンプを自吸式にすると
き、吐出側気水分離室形を適用できるが、吸込側自吸室
形には適用しにくい。この発明の目的は、設置床面積が
小さく高揚程のポンプであって、ポンプより低い吸込水
面から瞬間に自吸することのできるポンプを得ることに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、遠心形羽根車
を収納する羽根車室の入口を上向きに配置し、この羽根
車室の上部に前記入口を介して連通する吸込側自吸室を
設け、この吸込側自吸室の上部にポンプの吸込口を形成
し、前記羽根車室の出口に連通する吐出流路を上向きに
設けてその上端にポンプの吐出口を形成する吸込側自吸
室形の立軸ポンプにおいて、前記羽根車室を複数、その
入口を上向きにして多段に接続し、この複数の羽根車室
の外側を外ケーシングで包囲して形成される環状流路を
最下段の羽根車室の出口に連通し、前記環状流路を前記
吐出流路を介して前記吐出口に連通し、前記外ケーシン
グを前記吸込側自吸室に液密に当接させ、最上段の羽根
車室より上方にある吐出流路の部分を前記羽根車室の外
径より軸心側に突出させて吸込側自吸込室と一体に形成
したものである。

【００１４】このような本発明において、吸込口，吸込
側自吸室，多段の羽根車室，環状流路，吐出流路及び吐
出口はＵ字状に連通し、このＵ字状の流路において吸込
口と吐出口とがＵ字の始端と終端となり、羽根車室の出
口がＵ字の下端となる。このような構成は、多段であり
ながらも吸込側自吸室形のポンプの機能を持つことにな
る。従って吸込管の逆止弁を備えることなく、停止後に
ポンプを再起動するとポンプより低い吸込水面から瞬間
に自吸してポンプの本来の流量を吐出し、自吸時間が存
在しない。もっとも吐出管が空になっている時には、吐
出管内をポンプが水で満してからその先端から水が出る
ようになるのは、この技術の問題外である。その時間も
吐出側気水分離室形より原理的に極めて短い。多段であ
りながら、羽根車室は外ケーシング７に囲まれているの
で羽根車室の接合面等から漏れがあってもポンプの外に
漏水することがない。環状流路１２はほぼ全円周にある
ので半径方向寸法が小さくても流体抵抗が少なく、ポン
プの設置床面積を縮小できる。

【００１５】吐出流路を羽根車外径より内側に突出させ
て吸込側自吸室を少し高くさせることにより、設置床面
積は更に縮小できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態を示す断
面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図１及び
図２において、駆動モータの軸２は吸込側自吸室１１を
形成する自吸室ケーシング１の壁をメカニカルシール等
の軸封装置２ａを介して貫通し、その先端に羽根車３，
３ａをボルト４で固定している。それぞれの羽根車は内
ケーシング５，５ａで形成され、上向に入口５ｇを、下
向に出口５ｈを持つ羽根車室５ｍ，５ｎに収納されて多
段に接続される。これらの羽根車室５ｍ，５ｎを包囲
し、ポンプ据付用のフランジ６を備えた外ケーシング７
はその内側下面の円周上に断続して設けられた突起７ａ
で前記内ケーシング５ａを支持する。一方、外ケーシン
グ７の上端は前記自吸室ケーシング１にＯリング１３を
介して液密に当接し、ボルト１３ａで固定される。かく
して羽根車室５ｍ，５ｎと外ケーシング７との間には環
状流路１２が形成され、この環状流路１２は断続する突
起７ａの相互間を介して最下段の羽根車室５ａの出口と
連通する。

【００１７】図２から判るように、自吸室ケーシング１
は円周上の一部１ａが羽根車室５ｍの外径から軸心に向
かって突出している。言い換えると環状流路１２の上部
は円周上の一部が軸心に向かって突出し、その上部に吐
出口９が連通する。一方、自吸室ケーシング１には吸込
側自吸室１１に連通する吸込口８が設けられる。結局、
吸込口８，吸込側自吸室１１，多段の羽根車室５ｍ，５
ｎ，環状流路１２，吐出流路１０及び吐出口９はＵ字状
に連通する。このＵ字状の流路において吸込口８と吐出
口９とがＵ字の始端と終端となり、羽根車室５ｎの出口
５ｈがＵ字の下端となる。ポンプを停止して吐出口９に
接続した図示しない吐出管から水が逆流しても、吐出管
内水面が前記Ｕ字の下端まで来るといわゆるサイホンが
切れて、この下端、すなわち出口５ｈから空気が吸込側
に吸われて、羽根車室５ｍ，５ｎ及び吸込側自吸室１１
内の水はもはや逆流しない。

【００１８】環状流路１２は全周にあるので半径方向の
寸法はわずかでよく、また吐出流路１０は軸心に突出し
ているのでポンプの最大径、すなわち設置床面積が減少
する。多段に形成するために生じる内ケーシング５，５
ａの接合面等は外ケーシング７に囲まれているので、Ｏ
リング１３の１箇所のみの液密処理をすれば、ポンプ全
体から液が漏出して外部を汚損することがない。同時に
外部からの力は外ケーシング７が受け、内ケーシング
５，５ａに及ばないので、内ケーシングの強度はわずか
でよい。多段ポンプは比速度の関係で羽根車、内ケーシ
ングが極めて偏平であるので液体的な寸法・形状を追求
することが可能であって、ポンプ効率の向上に有益であ
る。

【００１９】この実施例の変形を説明する。駆動機はポ
ンプの下部に設けてもよい。突起７ａ部にフランジ６の
ボルト穴６ａ部分を軸心に向かって突出させれば、更に
設置床面積が減少する。この時、環状流路１２が円周上
で分割されるが、突起７ａの上方では環状流路１２は連
続する。羽根車室５，５ａと外ケーシングとは同心でな
く偏心して内接し、その内接点を吐出流路１０の反対側
に位置させてもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、吸込口，吸込側自吸室，多段
の羽根車室，環状流路，吐出流路及び吐出口をＵ字状に
連通し、このＵ字状の流路において吸込口と吐出口とが
Ｕ字の始端と終端となり、最下段の羽根車室の出口がＵ
字の下端となるようにし、更に外ケーシングで羽根車室
を囲んで環状流路を形成したので多段でありながらも吸
込側自吸室形のポンプの機能を持つことになり、いわゆ
る自吸時間の存在しない瞬間自吸形となるという効果が
あり、しかも羽根車室の多数の接続面の水漏れは外ケー
シングと吸込側自吸室との当接面の１個所のみで阻止で
きるという効果がある。従って高揚程のために偏平な羽
根車及び羽根車室が取付強度や、水漏れ対策から自由に
なって、ポンプ特性の追求にのみ専念できるという効果
があり、液体抵抗の小さい環状流路は設置床面積を縮小
するという効果がある。吐出流路を羽根車室外径より内
側に突出させれば更に床面積を縮小できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す断面図

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図

【符号の説明】

１・・・自吸室ケーシング、２・・・軸、３，３ａ・・
・羽根車、５，５ａ・・・内ケーシング、５ｇ・・・入
口、５ｈ・・・出口、５ｍ，５ｎ・・・羽根車室、７・
・・外ケーシング、１０・・・吐出流路、１１・・・吸
込側自吸室、１２・・・環状流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】遠心形羽根車を収納する羽根車室の入口を
   上向きに配置し、この羽根車室の上部に前記入口を介し
   て連通する吸込側自吸室を設け、この吸込側自吸室の上
   部にポンプの吸込口を形成し、前記羽根車室の出口に連
   通する吐出流路を上向きに設けてその上端にポンプの吐
   出口を形成する吸込側自吸室形の立軸ポンプにおいて、
   前記羽根車室を複数、その入口を上向きにして多段に接
   続し、この複数の羽根車室の外側を外ケーシングで包囲
   して形成される環状流路を最下段の羽根車室の出口に連
   通し、前記環状流路を前記吐出流路を介して前記吐出口
   に連通し、前記外ケーシングを前記吸込側自吸室に液密
   に当接させ、最上段の羽根車室より上方にある吐出流路
   の部分を前記羽根車室の外径より軸心側に突出させて吸
   込側自吸室と一体に形成したことを特徴とする吸込側自
   吸室形の立軸ポンプ。