JPH10238490A - 立軸ポンプの吸込流路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 立軸ポンプの据付面積を削減するため、吸込
流路の水平水路部の水路幅、水路高さを縮小した場合の
性能低下を防止する。 【解決手段】 水平水路底部２ｂから、ベルマウス部３
および吸込直管部４と同芯状に直立する吸込コ−ン５の
頂部に、組立および分解可能な組立構造体８を設け、羽
根車芯出し作業時に組立て、運転時に取り外す。それに
より、立軸ポンプ吸込流路内の流れが高速化しても水中
渦を生じることなく、吸込コ−ン背後の後流の影響を羽
根車に及ぼさないため、組立て作業性を犠牲にすること
なく性能低下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立軸ポンプの吸込流
路に係り、特に雨水排水や灌漑用の大形ポンプに好適な
吸込流路に関する。

【０００２】

【従来の技術】排水用などの大形立軸ポンプでは、土木
施工の点から、図７に示すような吸込流路が多く使用さ
れている。すなわち、吸込流路１は主にコンクリ−トで
構築されるため、図７において、羽根車への導入部であ
る水平水路部２は、ほぼ水平の上下壁２ａ、２ｂと立壁
２ｃとから成るトンネル構造である。そして、水平水路
部２に対して垂直方向に回転軸６を持つ羽根車７へは、
羽根車と同芯状のベルマウス部３を経て、流れ方向を水
平方向から羽根車の回転軸方向に転向し、水平水路部２
に対して垂直で、かつ、ベルマウス部と同芯状の吸込直
管部４で流れを整流して流入する。上記要素のみの構造
では、ベルマウス部３で水平方向から垂直方向へ流れを
転向する際、周方向から流入する流れと干渉して流れが
よじれ、高流速になると水平水路底部２ｂから水中渦が
生ずることがある。したがって、水平水路部２の底部２
ｂから、ベルマウス部３および吸込直管部４と同芯状に
直立する吸込コ−ン５を設けることが多い。

【０００３】さらに、図８に示すように、水平水路部２
が羽根車回転軸６に対して対称の場合には、吸込口側２
ｄから奥側水平水路壁２ｅへ流れが流入しにくくなり、
羽根車７の入口速度分布が非一様となりやすい。すなわ
ち、水平水路部２の幅Ｂが狭い場合には吸込コ−ン５を
流れが横切るため、吸込コ−ン５の背後に一対の渦１３
を生じる。また、奥側水平水路壁２ｅまでの間隔が不適
切な場合には、水平水路の奥側で水中渦１４を発生しや
すくなる。このような場合、特開平６−２６４９７号公
報に開示されるように、ベルマウス部３の裾野の傾きを
周方向に変化させて、流路抵抗により羽根車への流入の
周方向の均一化を図る構造が考案されている。また、特
開平６−２６４９８号公報に開示されるように、水平流
路上部壁を吸込口側から傾けて、羽根車への流入の周方
向の均一化を図る技術も公知である。しかし、これらの
構造ではいずれもベルマウス形状が複雑となる。したが
って、従来、水平水路部２の幅Ｂが狭い場合には、羽根
車７の回転方向に合せて流れが旋回しながら流入するよ
うに、図９の吸込流路平面図に示すように、水平水路部
２を羽根車回転軸６に対して非対称として水平水路部２
を構成することもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常、排水用等の立軸
ポンプでは、吐出し量に対して必要な全揚程が小さいた
め、羽根車には軸流または斜流羽根車が用いられる。軸
流または斜流羽根車では、出口径の小さいハブ側では羽
根角度が大きい。したがって、吸込流路から羽根車の回
転方向の旋回流れが流入する場合には、羽根車を小形化
する、すなわち仕事量を大きくする要求に対して、特に
ハブ側では羽根の設計が困難となる。このような場合に
は、図１０に示すように、羽根車直前の吸込直管部に整
流板９を設け、羽根車回転方向の旋回流れ１５を除去し
ていた。

【０００５】しかし従来の吸込流路では、整流板は製作
性を優先して形状が簡単になるように、吸込直管部４と
吸込コ−ン５の垂直部との間に設けていたため、吸込流
路を小形化して吸込流速が増加すると、ポンプ性能が低
下するという問題が顕著になってきた。すなわち、吸込
流路では水平水路からベンド部を経由して流れの方向を
転向しつつ流れを増速し、周方向に流れを均一化する。
したがって、吸込直管部では増速後の高速流が流れるた
め、この部分に整流板を設けると旋回流の衝突損失が大
きくなるばかりでなく、整流板９による後流１６が羽根
車７に流入して羽根車性能を低下させる。

【０００６】本発明の目的は、上記問題点に鑑みなされ
たものであり、第１に、立軸ポンプの吸込流路内の流れ
が高速化したとき、水中渦を生じることなしに吸込コ−
ン背後の後流の影響を羽根車に及ぼさない吸込流路を提
供することにある。また第２に、立軸大形ポンプの羽根
車の据付芯出し作業性と運転時の性能の両者を改善する
ことにある。さらに第３として、水路幅を大幅に縮小し
た場合に、羽根車入口流れを悪化させない立軸ポンプの
吸込流路を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は以下のように
解決される。請求項１記載発明は、水平水路部と、羽根
車に対して同芯状の吸込直管部と、前記吸込直管部と同
芯状のベルマウス部と、前記水平水路部の底部から前記
吸込直管部と同芯状に直立する吸込コ−ンとで構成され
る立軸ポンプの吸込水路において、前記吸込コ−ンの頂
部高さを、前記ベルマウス部の頂部高さ以上で、かつ、
前記吸込コ−ンの頂部における流路幅より大きな距離だ
け、前記羽根車の最下端部より下方にしたことを特徴と
するものである。このような構成によれば、流れがベル
マウス部で水平方向から羽根車回転軸方向に転向する
際、吸込コ−ンがガイドとなり、周方向からの流れと干
渉して水平水路底部から水中渦を発生することはない。
さらに、吸込コ−ン高さを羽根車最下端より流路幅分以
上だけ下げているため、吸込直管部内で流れが偏って
も、吸込コ−ンからの後流は羽根車には及ばない。その
ため、立軸ポンプの吸込流路内の流れが高速化したと
き、水中渦を生じることなしに吸込コ−ン背後の後流の
影響を羽根車に及ぼさない吸込流路を提供でき、上記第
１の目的が達成される。また、請求項２記載発明は、水
平水路部と、羽根車に対して同芯状の吸込直管部と、前
記吸込直管部と同芯状のベルマウス部と、前記水平水路
部の底部から前記吸込直管部と同芯状に直立する吸込コ
−ンとで構成される立軸ポンプの吸込水路において、前
記吸込コ−ンの頂部と前記羽根車の入口ボスとの間に、
円筒状の取外し可能な組立構造体を設けたことを特徴と
するものである。このような構成によれば、組立構造体
の長さを水平水路高さより短くすることにより、羽根車
を取付けた状態でも分解撤去が容易となり、また大型構
造でも、組立構造体を２個以上に分割することにより、
分解作業がさらに容易となる。したがって、上記第２の
目的が達成される。また、請求項３記載発明は、水平水
路部と、羽根車に対して同芯状の吸込直管部と、前記吸
込直管部と同芯状のベルマウス部と、前記水平水路部の
底部から前記吸込直管部と同芯状に直立する吸込コ−ン
とで構成される立軸ポンプの吸込水路において、前記吸
込コ−ンの頂部高さを、前記ベルマウス部の頂部高さ以
上で、かつ、前記吸込コ−ンの頂部における流路幅より
大きな距離だけ、前記羽根車の最下端部より下方にする
とともに、前記吸込コ−ンの頂部と前記羽根車の入口ボ
スとの間に、円筒状の取外し可能な組立構造体を設けた
ことを特徴とするものである。このような構成によれ
ば、周方向からの流れの干渉による水中渦の発生が防止
され、吸込直管部内で流れが偏っても、吸込コ−ンから
の後流は羽根車には及ばない。しかも、羽根車の分解撤
去作業も容易となり、したがって、上記第１および第２
の目的が達成される。また、請求項４記載発明は、羽根
車回転軸と水路中心位置とが異なる非対称な水平水路部
と、前記羽根車に対して同芯状の吸込直管部と、前記吸
込直管部と同芯状のベルマウス部とで構成される立軸ポ
ンプの吸込水路において、前記ベルマウス部の頂部の円
筒状断面積を、前記水平水路部と前記ベルマウス部との
境界の吸込口側断面における、前記水平水路部の水路高
さおよび水路幅で定義される断面積以下とし、かつ、前
記吸込直管部の前記羽根車直前の断面積以上としたこと
を特徴とするものである。このような構成によれば、ベ
ルマウス部と比較して水平水路部の断面積が広いため、
奥側水平水路壁へも均一に流入し、また、ベルマウス部
から吸込直管部では、平均流速を増速流としたことによ
り、ベルマウス部での流れの剥離を防止することがで
き、立軸ポンプの吸込流路を小型化して、吸込流路内の
流れを高速化しても、吸込流路内の流れを一様に保つこ
とができ、性能が低下することがない。したがって、上
記第３の目的が達成される。また、請求項５記載発明
は、羽根車回転軸と水路中心位置とが異なる非対称な水
平水路部と、前記羽根車に対して同芯状の吸込直管部
と、前記吸込直管部と同芯状のベルマウス部と、前記水
平水路部の底部から前記吸込直管部と同芯状に直立する
吸込コ−ンとで構成される立軸ポンプの吸込水路におい
て、前記吸込コ−ンの底部と前記ベルマウス部との間の
流路に、前記吸込コ−ンの底部から放射状の整流板を設
けたことを特徴とするものである。このような構成によ
れば、整流板を吸込コ−ン底部の半径の大きい位置に取
り付けているため、旋回速度成分を持つ流れが流入して
も、整流板入り口部での衝突損失は小さく、立軸ポンプ
の吸込流路を小型化して吸込流路内の流れを高速化して
も、吸込流路内の流れを一様に保つことができ、性能を
低下することがない。したがって、上記第３の目的が達
成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明になる立軸ポンプの
吸込流路の実施形態を、図面を参照して説明する。図１
は、本発明の一実施形態の主要部を示す断面図である。
図において、羽根車７は回転軸６により回転を与えられ
水を揚水する。羽根車７の下方には、水平水路部２と、
羽根車７に対して同芯状の吸込直管部４と、水平水路部
２に対して垂直で、かつ吸込直管部４と同芯状のベルマ
ウス部３と、さらに水平水路底部２ｂからベルマウス部
および吸込直管部と同芯状に直立する吸込コ−ン５とで
構成される吸込水路１が設けられ、水路口（図示せず）
から水を導入する。図１において、吸込コ−ン５は、そ
の頂部高さＨがベルマウス頂部高さＨb 以上であり、か
つ、吸込コ−ン頂部での流路幅ｂ分以上の距離だけ、羽
根車最下端部７ａより下方に設けている。

【０００９】上記吸込流路１では、吸込コ−ン高さＨを
ベルマウス頂部高さＨb 以上としているため、流れが水
平方向から羽根車回転軸方向に、ベルマウス部を曲がっ
て転向する際、吸込コ−ンがガイドとなり、周方向から
の流れと干渉して水平水路底部２ｂから水中渦を発生す
ることはない。さらに、吸込水路を小型化するとベルマ
ウス部の曲がりが急になり、吸込直管部４では、流れは
吸込口２ｄ側から奥側水平水路壁２ｅの方へ偏流する。
しかし本実施形態では、吸込コ−ン高さＨを羽根車最下
端７ａより流路幅ｂ以上だけ下げているため、吸込直管
部４内で流れが偏っても、吸込コ−ン５からの後流１７
は羽根車７には及ばない。以上のように、本実施形態に
よる吸込流路は、吸込コ−ン高さを、流れに対して適正
化した構成としているため、小型高流速化しても、性能
に著しい低下を招かない。

【００１０】また、大形の立軸ポンプでは、羽根車とケ
−シングやケ−シングライナとの芯出し作業は、クレ−
ン等により羽根車を垂直に吊り下げた後、羽根車に対し
てケ−シングやケ−シングライナの水平および芯出しを
行い、最終的に回転軸の軸受部のシム調整により軸方向
位置を設定する。したがって、羽根車を垂直状態で仮置
きできる部材が必要である。従来は、図７に示すよう
に、吸込コ−ン５を羽根車直前まで延長し、この吸込コ
−ンに羽根車ボス部７ｂを置いて芯出し作業を行ってい
た。

【００１１】図２は、本発明の他の実施形態の主要部を
示す断面図である。本実施形態では、吸込コ−ン５の頂
部に、円筒状の組立構造体８を、吸込コ−ン５と羽根車
７の入口ボス７ｂとの間に設けている。図３は、図２に
示す組立構造体８の組立および分解を示す説明図であ
る。図３において、組立構造体８はパイプ状に形成さ
れ、頂部８ａを吊り下げ可能に、下部８ｂを吸込コ−ン
５と嵌合可能な構造としている。さらに、組立構造体下
部８ｂは円周の一部を切欠き、水平（図では紙面垂直方
向）に移動するだけで分解が可能である。

【００１２】本実施形態による組立構造体８を用いた組
立て芯出し作業を次に説明する。まず、羽根車７を垂直
に吊り下げ、羽根車入口ボス部７ｂと組立構造体８との
間のシム１１で調整して、垂直状態を保って羽根車７を
組立構造体８上に仮置きする。この羽根車に対して同芯
状で、かつ、隙間１２が均一となるように、ケ−シング
ライナ１０の位置を調整する。つぎに、羽根車回転軸６
の軸受部（図示せず）に、羽根車とケ−シングライナと
の隙間が所定ギャップとなるように、シムを入れて羽根
車を上げ、羽根車の位置決めを行う。羽根車、ケ−シン
グライナの芯出し、据付け作業終了後、組立構造体８を
水平方向に移動して吸込コ−ンから分解し、図２に示す
水平水路部２を経て水路口（図示せず）から搬出する。
尚、組立構造体８は、長さＬを水平水路部高さＨs より
短くすることにより、羽根車７を取付けた状態でも分解
撤去が容易となる。さらに大型構造の場合には、組立構
造体８を２個以上に分割することにより、分解作業がさ
らに容易となる。

【００１３】以上説明した吸込流路は、一般には構造を
簡単にするため、図７に示すように羽根車回転軸６に対
して水平水路部を対称形状とすることが多い。しかし、
羽根車に直角に流入する流路が対称の場合には、吸込口
側２ｄから奥側水平水路壁２ｅへ流れが流入しにくくな
り、羽根車７の入口速度分布が非一様となりやすい。す
なわち、水平水路部２の幅Ｂが狭い場合には吸込コ−ン
５を流れが横切るため、吸込コ−ン５の背後に一対の渦
を生じる。また、奥側水平水路壁２ｅまでの間隔が不適
切な場合には、水平水路の奥側で水中渦を発生しやすく
なる。したがって、流れが羽根車７の回転に合せて旋回
しながら流入できるように、図９の平面図に示すごと
く、水平水路部２を羽根車回転軸６に対して非対称とし
て水平水路部２を構成することもある。

【００１４】図４は、このような非対称の吸込流路に本
発明を適用した場合の一実施形態を示す平面図であり、
図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。本実施形態では、
水路中心位置２ｆが羽根車回転軸位置６とは異なる非対
称な水平水路部２と、羽根車７に対して同芯状の吸込直
管部４、および水平水路部２に対して垂直で、かつ吸込
直管部４と同芯状のベルマウス部３とで構成される非対
称の吸込水路１において、ベルマウス頂部の円筒状断面
積Ａb を、水平水路部とベルマウス部との境界の吸込口
側断面３ａにおける、水平水路部水路高さＨs と水路幅
Ｂで定義される断面積Ａs 以下とし、かつ、吸込直管部
の羽根車直前の断面積Ａi 以上としている。このことを
数式で表すと、 Ａb ＝πＤb ×Ｈb ………（式１） Ａs ＝Ｂ×Ｈs ………（式２） Ａi ＝πＤi² ／４ ………（式３） のようになる。

【００１５】本実施形態の吸込流路は、以上のように、
水平水路部２からベルマウス部３、吸込直管部４に順次
流れを増速した構成としている。したがって、水平水路
部からベルマウス部では、ベルマウス部と比較して水平
水路部の断面積が広いため、奥側水平水路壁２ｅへも流
入でき、ベルマウス部へは均一に流入する。また、ベル
マウス部から吸込直管部では、平均流速を増速流とした
ことにより、ベルマウス部での流れの剥離を防止するこ
とができる。この結果、立軸ポンプの吸込流路を小型化
して、吸込流路内の流れを高速化しても、吸込流路内の
流れを一様に保つことができ、性能が低下することがな
い。

【００１６】図６は、本発明のさらに他の実施形態の主
要部を示す断面図である。本実施形態では、羽根車回転
軸６と水路中心位置２ｆが異なる非対称な水平水路部２
と、羽根車７に対して同芯状の吸込直管部４、および水
平水路部２に対して垂直で、かつ、吸込直管部４と同芯
状のベルマウス部３、さらに水平水路底部からベルマウ
ス部および吸込直管部と同芯状に直立する吸込コ−ン５
とで構成される吸込水路１において、吸込コ−ン５から
放射状の整流板９を複数枚設け、この整流板はそれぞれ
の取付け位置を、ベルマウス部３と吸込コ−ン底部５ｂ
との間に設けている。

【００１７】本実施形態の吸込流路は、以上のように、
整流板取付け位置を流路内外壁で、それぞれ流速の低い
箇所とした構成としている。すなわち、流路外壁側では
ベルマウス部を曲がる際、断面内流速が増加する箇所よ
り上流側に整流板取付け位置を設けているため、放射状
の整流板に対して旋回速度成分を持つ流れが流入して
も、整流板入り口部での衝突損失は小さい。また、流路
内壁側では流入流れの旋回速度成分は、旋回中心（この
場合には、吸込コ−ン軸中心）からの半径に逆比例して
自由渦的に変化するが、本実施形態による整流板は、吸
込コ−ン底部の半径の大きい位置に取り付けているた
め、特に旋回速度成分の整流板入り口部への衝突による
損失が少ない。したがって、立軸ポンプの吸込流路を小
型化して吸込流路内の流れを高速化しても、吸込流路内
の流れを一様に保つことができ、性能を低下することが
ない。

【００１８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、立軸ポンプの吸込流路内の流れが高速化したと
き、水中渦を生じることなしに、吸込コ−ン背後の後流
の影響を羽根車に及ぼさないため、吸込性能が低下する
ことがない。また、立軸大形ポンプ羽根車の据付芯出し
作業性と運転時の性能の両者を改善することができ、さ
らにまた、水路幅を大幅に縮小した場合でも、羽根車入
口流れを悪化させず、したがって、性能低下を最小に抑
えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸込流路を持つ立軸ポンプの主要部の
断面図である。

【図２】本発明の他の吸込流路を持つ立軸ポンプの主要
部の断面図である。

【図３】図２に示す円筒状組立構造体の組立状態を示す
説明図である。

【図４】本発明を非対称の吸込流路に適用した場合の一
実施形態の平面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。

【図６】本発明の他の吸込流路を持つ立軸ポンプの主要
部の断面図である。

【図７】従来の吸込流路を持つ立軸ポンプの主要部の断
面図である。

【図８】対称形吸込流路の流れの説明図である。

【図９】非対称吸込流路の流れの説明図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１ 吸込流路 ２ 水平水路部 ２ａ 水平水路上壁 ２ｂ 水平水路底部 ２ｃ 立壁 ２ｄ 吸込口 ２ｅ 奥側水平水路壁 ２ｆ 水路中心位置 ３ ベルマウス部 ３ａ ベルマウス吸込口側断面 ４ 吸込直管部 ５ 吸込コ−ン ６ 羽根車回転軸 ７ 羽根車 ７ａ 羽根車最下端部 ７ｂ 羽根車入口ボス部 ８ 組立構造体 ８ａ 組立構造体頂部 ８ｂ 組立構造体下部 ９ 整流板 １０ ケーシングライナ １１ シム １２ 隙間 １３ 渦 １４ 水中渦 １５ 旋回流れ １６ 整流板後流 １７ 吸込コ−ン後流 Ｂ 水平水路幅 ｂ 吸込コ−ン頂部流路幅 Ｈ 吸込コ−ン頂部高さ Ｈb ベルマウス頂部高さ Ｈs 水平水路高さ Ｌ 組立構造体長さ Ａb ベルマウス頂部円筒状断面積 Ａi 吸込直管部羽根車直前断面積 Ａs 水平水路部水路高さと水路幅とで定義される断面
積

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 国雄 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平水路部と、羽根車に対して同芯状の
   吸込直管部と、前記吸込直管部と同芯状のベルマウス部
   と、前記水平水路部の底部から前記吸込直管部と同芯状
   に直立する吸込コ−ンとで構成される立軸ポンプの吸込
   水路において、前記吸込コ−ンの頂部高さを、前記ベル
   マウス部の頂部高さ以上で、かつ、前記吸込コ−ンの頂
   部における流路幅より大きな距離だけ、前記羽根車の最
   下端部より下方にしたことを特徴とする立軸ポンプの吸
   込流路。
2. 【請求項２】 水平水路部と、羽根車に対して同芯状の
   吸込直管部と、前記吸込直管部と同芯状のベルマウス部
   と、前記水平水路部の底部から前記吸込直管部と同芯状
   に直立する吸込コ−ンとで構成される立軸ポンプの吸込
   水路において、前記吸込コ−ンの頂部と前記羽根車の入
   口ボスとの間に、円筒状の取外し可能な組立構造体を設
   けたことを特徴とする立軸ポンプの吸込流路。
3. 【請求項３】 水平水路部と、羽根車に対して同芯状の
   吸込直管部と、前記吸込直管部と同芯状のベルマウス部
   と、前記水平水路部の底部から前記吸込直管部と同芯状
   に直立する吸込コ−ンとで構成される立軸ポンプの吸込
   水路において、前記吸込コ−ンの頂部高さを、前記ベル
   マウス部の頂部高さ以上で、かつ、前記吸込コ−ンの頂
   部における流路幅より大きな距離だけ、前記羽根車の最
   下端部より下方にするとともに、前記吸込コ−ンの頂部
   と前記羽根車の入口ボスとの間に、円筒状の取外し可能
   な組立構造体を設けたことを特徴とする立軸ポンプの吸
   込流路。
4. 【請求項４】 羽根車回転軸と水路中心位置とが異なる
   非対称な水平水路部と、前記羽根車に対して同芯状の吸
   込直管部と、前記吸込直管部と同芯状のベルマウス部と
   で構成される立軸ポンプの吸込水路において、前記ベル
   マウス部の頂部の円筒状断面積を、前記水平水路部と前
   記ベルマウス部との境界の吸込口側断面における、前記
   水平水路部の水路高さおよび水路幅で定義される断面積
   以下とし、かつ、前記吸込直管部の前記羽根車直前の断
   面積以上としたことを特徴とする立軸ポンプの吸込流
   路。
5. 【請求項５】 羽根車回転軸と水路中心位置とが異なる
   非対称な水平水路部と、前記羽根車に対して同芯状の吸
   込直管部と、前記吸込直管部と同芯状のベルマウス部
   と、前記水平水路部の底部から前記吸込直管部と同芯状
   に直立する吸込コ−ンとで構成される立軸ポンプの吸込
   水路において、前記吸込コ−ンの底部と前記ベルマウス
   部との間の流路に、前記吸込コ−ンの底部から放射状の
   整流板を設けたことを特徴とする立軸ポンプの吸込流
   路。