WO2021187217A1 - 渦流ポンプ - Google Patents
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- F04D9/02—Self-priming pumps
Definitions
- This disclosure relates to a self-priming vortex pump.
- FIG. 5 is a schematic view showing the configuration of the vortex pump 101.
- the vortex pump 101 is formed with an impeller 103 having a plurality of blades 102 on the outer periphery thereof, an impeller 103 that rotatably accommodates the impeller 103, a suction port 105 that sucks in liquid, and a discharge port 106 that discharges liquid. It is provided with a pump casing 104.
- the pump casing 104 includes a gas-liquid separation chamber 108 for separating a liquid and a gas such as air.
- the impeller 103 is rotationally driven by the motor 107 in a state where the inside of the pump casing 104 is filled with the liquid, so that the vortex pump 101 discharges the liquid sucked from the suction port 105 from the discharge port 106.
- the vortex pump 101 separates the liquid and the gas such as air in the gas-liquid separation chamber 108, discharges the air in the pipe, and sucks up the water at a deep position such as a well.
- the vortex pump according to the present disclosure includes an impeller and a pump casing in which the impeller is rotatably accommodated and a discharge port is formed to discharge the liquid sucked by the rotation of the impeller.
- the pump casing is a vortex chamber in which the impeller is housed, and in the installed state, the vortex chamber installed below the discharge port and the liquid are guided from the vortex chamber to the discharge port to remove air bubbles in the liquid. It is equipped with a gas-liquid separation chamber.
- the ceiling surface that forms the gas-liquid separation chamber and is in contact with the discharge port has an inclination with the discharge port as the apex.
- the vortex pump according to the present disclosure is configured to have an inclined ceiling surface, the liquid containing the gas introduced into the gas-liquid separation chamber is guided in the direction of the discharge port along the discharge port, and the gas is discharged more quickly. Since it is discharged from the air, the self-priming time can be shortened.
- FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a vortex pump according to a first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a schematic view of a side half cross section showing the configuration of the vortex pump.
- FIG. 3 is a schematic view of a side half cross section showing the configuration of the vortex pump according to the second embodiment of the present disclosure.
- FIG. 4 is a schematic view of a side half cross section showing the configuration of the vortex pump according to the third embodiment of the present disclosure.
- FIG. 5 is a schematic view showing the configuration of a conventional vortex pump.
- the vortex pump includes an impeller and a pump casing in which the impeller is rotatably accommodated and a discharge port is formed to discharge the liquid sucked by the rotation of the impeller.
- the pump casing is a vortex chamber in which the impeller is housed, and in the installed state, the vortex chamber installed below the discharge port and the liquid are guided from the vortex chamber to the discharge port to remove air bubbles in the liquid. It is equipped with a gas-liquid separation chamber.
- the ceiling surface that forms the gas-liquid separation chamber and is in contact with the discharge port has an inclination with the discharge port as the apex.
- the liquid containing air bubbles induced in the gas-liquid separation chamber is sent to the upper part having the discharge port due to the inclination provided on the ceiling surface of the gas-liquid separation chamber. Then, the bubbles induced in the gas-liquid separation chamber receive their own buoyancy and head toward the discharge port along the inclination, and are discharged from the gas-liquid separation chamber more quickly. Therefore, the vortex pump according to one aspect of the present disclosure can shorten the self-priming time.
- the inclination angle of the ceiling surface may be continuously changed from the peripheral edge of the ceiling surface toward the discharge port.
- the liquid guided to the gas-liquid separation chamber flows smoothly along the curved surface in the vicinity of the ceiling surface, so that the vortex pump according to one aspect of the present disclosure can further shorten the self-priming time.
- the inclination provided on the ceiling surface may be provided so as to continuously face upward from the peripheral edge of the ceiling surface toward the discharge port in the installed state.
- the inclination provided on the ceiling surface is composed of a plurality of inclinations having different inclination angles, the liquid guided to the gas-liquid separation chamber flows along each different inclination near the ceiling surface while changing the angle. ..
- the vortex pump according to one aspect of the present disclosure can further shorten the self-priming time.
- a wall portion is provided in the region on the vortex chamber side in the gas-liquid separation chamber to divide the region into an upstream side flow path and a downstream side flow path in the rotation direction of the impeller. May be configured.
- the liquid pressurized in the vortex chamber can have an action of rushing into the downstream flow path, passing through the gas-liquid separation chamber, and returning to the vortex chamber again from the upstream side flow path.
- the vortex pump 101 is formed with an impeller 103 having a plurality of blades 102 on the outer periphery thereof, an impeller 103 that rotatably accommodates the impeller 103, a suction port 105 that sucks in liquid, and a discharge port 106 that discharges liquid. It is provided with a pump casing 104.
- the pump casing 104 includes a gas-liquid separation chamber 108 for separating a liquid and a gas such as air.
- the flow of the liquid flowing into the gas-liquid separation chamber 108 from the gas-liquid separation chamber inflow port 112 directly collides with the ceiling surface 113 above the gas-liquid separation chamber 108. Therefore, the flow of the liquid that has flowed into the gas-liquid separation chamber 108 is disturbed. As a result, the efficiency of discharging the gas (air bubbles) contained in the liquid from the discharge port 106 becomes low, and the self-priming time of the vortex pump 101 becomes long.
- the vortex pump 1 controls the flow of the liquid in the gas-liquid separation chamber 14 to smoothly discharge the gas to the outside of the gas-liquid separation chamber 14 and reduce the self-priming time. It is shortened.
- FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of the vortex pump 1.
- FIG. 2 is a schematic view of a side half cross section showing the configuration of the vortex pump 1.
- the vertical direction in the state where the vortex pump 1 is installed may be described as the vertical direction.
- the cooling fan 8 side of the vortex pump 1 shown in FIG. 1 may be described as "rear surface", and the side facing the back surface may be described as "front surface”. The same applies to the vortex pumps 1A and 1B according to the other embodiments.
- the vortex pump 1 includes a motor 2 and a pump casing 3.
- the pump casing 3 includes a suction port 4 and a discharge port 5, to which a pipe (not shown) is attached to each of the suction port 4 and the discharge port 5.
- the motor 2 includes a rotating shaft 6.
- the impeller 7 is fixed to the protruding portion at one end of the rotating shaft 6.
- the impeller 7 is arranged so as to be included in the pump casing 3. That is, the pump casing 3 included in the vortex pump 1 is formed with a discharge port 5 that rotatably accommodates the impeller 7 and discharges the liquid sucked by the rotation of the impeller 7.
- the vortex pump 1 is provided with a cooling fan 8 at the protruding portion of the other end of the rotating shaft 6 on the side opposite to one end of the rotating shaft 6 to which the impeller 7 is fixed.
- the fan cover 9 is fixed to the motor 2 and covers the cooling fan 8.
- the motor 2 is provided with a terminal cover 10 at the top thereof.
- the terminal cover 10 is fixed to the motor 2.
- the vortex chamber 11 is open, and when the impeller 7 is housed in the vortex chamber 11, one main surface of the impeller 7 is exposed. Therefore, as shown in FIG. 1, a cover 12 is attached to the pump casing 3 so as to cover the impeller 7.
- a vortex chamber 11 for rotatably accommodating the impeller 7, a suction flow path 13 for guiding the liquid sucked from the suction port 4 to the vortex chamber 11, and a gas-liquid separation chamber 14 are formed.
- the gas-liquid separation chamber 14 is for guiding the liquid from the vortex chamber 11 to the discharge port 5 and removing air bubbles 25 in the liquid as described later.
- the vortex chamber 11 is formed in the lower part of the pump casing 3, and specifically, is arranged below the suction port 4, the discharge port 5, and the injection port 16. That is, the pump casing 3 is a vortex chamber 11 in which the impeller 7 is housed, and includes a vortex chamber 11 installed below the discharge port 5 in the installed state.
- a vortex chamber flow path 15 formed in an arc shape is formed in a portion corresponding to the outer peripheral portion of the impeller 7.
- the vortex chamber flow path 15 is formed with the suction side as one end and the discharge side as the other end and substantially circling the outer circumference of the impeller 7.
- the suction flow path 13 is a flow path extending in the vertical direction inside the pump casing 3, and the upper end portion thereof communicates with the suction port 4 and the lower end portion communicates with one end portion of the vortex chamber flow path 15. ..
- the impeller 7 is a rotating body having blades 17 for giving energy to a liquid by rotating. Further, although not shown in FIG. 2, the impeller 7 is connected to the rotating shaft 6 of the motor 2 as described above. That is, the impeller 7 is rotated by using the motor 2 as a drive source. As the impeller 7 rotates, the liquid in the vortex chamber 11 is discharged to the gas-liquid separation chamber 14 by the plurality of blades 17 of the impeller 7.
- the gas-liquid separation chamber 14 is arranged above the vortex chamber 11, and has a substantially trapezoidal cross-sectional shape in which the upper base is wider than the lower base.
- the lower part of the gas-liquid separation chamber 14 communicates with the other end of the vortex chamber flow path 15.
- the lower region of the gas-liquid separation chamber 14 is provided with a wall portion 18 that divides this region into two on the upstream side and the downstream side in the rotation direction Y1 of the impeller 7 facing this region.
- the wall portion 18 forms two flow paths in the gas-liquid separation chamber 14.
- a wall portion 18 which divides this region into an upstream side flow path and a downstream side flow path in the rotation direction Y1 of the impeller 7.
- the side closer to the suction flow path 13 is the downstream side in the rotation direction of the impeller 7, and the side far from the suction flow path 13 is the upstream side in the rotation direction of the impeller 7.
- the wall portion 18 is a plate-shaped wall body, and is arranged in the gas-liquid separation chamber 14 so that the longitudinal direction of the wall portion 18 is along the vertical direction. Therefore, the two flow paths formed by the wall portion 18 also form paths along the vertical direction.
- the vortex chamber 11 and the gas-liquid separation chamber 14 communicate with each other by the gas-liquid separation chamber inflow port 19 on the downstream side of the wall portion 18 and the vortex chamber return port 20 on the upstream side of the wall portion 18.
- the gas-liquid separation chamber 14 is composed of a first side surface 21 and a second side surface 22 as a surface on the gas-liquid separation chamber inflow port 19 side.
- the upper part of the gas-liquid separation chamber 14 is provided with a ceiling surface 23 as a surface connected to the injection port 16 and the discharge port 5 into which the priming water required for self-suction is poured.
- a removable stopper 24 can be attached to the injection port 16.
- the injection port 16 is arranged at the end of the gas-liquid separation chamber 14 on the ceiling surface 23 near the suction port 4, and the discharge port 5 is the ceiling surface 23 and is far from the suction port 4. It is located at the end of the side.
- the operator pours priming water (liquid) from the injection port 16, fills the vortex chamber 11 and the gas-liquid separation chamber 14 with the liquid, and plugs the injection port 16 with a stopper 24.
- the liquid and gas sucked from the suction port 4 flow into the vortex chamber flow path 15 of the vortex chamber 11 through the suction flow path 13 (see the liquid and gas flow Y2).
- the gas in the pipe is mixed with the liquid to become bubbles 25 due to the rotation of the impeller 7 and the circulation of the liquid.
- the liquid containing the air bubbles 25 in the vortex chamber flow path 15 is guided to the gas-liquid separation chamber inflow port 19 by the rotation of the impeller 7 and discharged to the gas-liquid separation chamber 14 (see liquid flow Y3).
- the gas-liquid separation chamber 14 a part of the bubbles 25 contained in the liquid is separated from the flow, and the separated bubbles 25 are discharged from the discharge port 5 by buoyancy (see the bubble discharge direction Y5).
- the remaining liquid circulates in the gas-liquid separation chamber 14 or returns to the vortex chamber 11 through the vortex chamber return port 20.
- the degree of vacuum in the pipe is increased by the continuous action of discharging the bubbles 25, and the water level in the pipe is raised (self-priming).
- the gas-liquid separation chamber 14 is formed, and the ceiling surface 23 connected to the discharge port 5 has an inclination with the discharge port 5 as the top. That is, in the installed state of the vortex pump 1, the edge portion of the discharge port 5 is located at the uppermost position in the vertical direction on the ceiling surface 23. On the contrary, on the ceiling surface 23, the second side surface 22 side is located most downward in the vertical direction.
- the flow Y3 of the liquid flowing into the gas-liquid separation chamber 14 from the gas-liquid separation chamber inflow port 19 flows in the gas-liquid separation chamber 14 along the first side surface 21 and the second side surface 22. Since the ceiling surface 23 of the gas-liquid separation chamber 14 is inclined with respect to the horizontal plane, the upward liquid flow Y3 flows in the discharge port 5 direction without colliding vertically with the ceiling surface 23. Form (see Liquid Flow Y4). Therefore, the flow of the liquid in the gas-liquid separation chamber 14 is not disturbed, and the bubbles 25 contained in the flow are carried along the flow to the vicinity of the discharge port 5. As a result, the efficiency of the bubbles 25 being discharged from the discharge port 5 (see the bubble discharge direction Y5) is increased, and the self-absorption time is shortened.
- the self-priming time is measured by using pumps having different angles (hereinafter, also referred to as “inclination angles”) formed by the ceiling surface 23 and the horizontal plane. The result is shown.
- the ceiling surface 23 is inclined by lowering the connection position between the ceiling surface 23 and the second side surface 22 without changing the position of the discharge port 5.
- the inclination angle at the inclination from the discharge port 5 to the ceiling surface 23 and the second side surface 22 is 0 degrees for the vortex pump according to the comparative example, and 2.6 degrees for the vortex pump according to the first embodiment.
- the vortex pump according to No. 2 was set to 12.8 degrees (Example 2). Then, when the self-priming time was measured, it was confirmed that the self-priming time was shortened in the vortex pumps according to Examples 1 and 2 as compared with the vortex pump according to the comparative example.
- the self-priming time of the vortex pump according to Example 1 having an inclination angle of 2.6 degrees was shortened by 4% as compared with the vortex pump according to the comparative example having an inclination angle of 0 degrees. ..
- the self-priming time of the vortex pump according to Example 2 having an inclination angle of 12.8 degrees was shortened by 16% as compared with the vortex pump according to Comparative Example.
- the gas-liquid separation chamber 14 itself becomes smaller and self-priming. It will have a negative effect on the action.
- the pump casing 3 becomes large so as to project upward, which is not preferable.
- the inclination provided on the ceiling surface 23 is not limited to the direction from the second side surface 22 toward the discharge port 5, and may be provided in the direction from the back side or the front side of the vortex pump 1 toward the discharge port 5.
- FIG. 3 is a schematic view of a side half cross section showing the configuration of the vortex pump 1A.
- the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
- the ceiling surface 23A of the gas-liquid separation chamber 14A in the vortex pump 1A according to the second embodiment and the ceiling surface 23 of the gas-liquid separation chamber 14 in the vortex pump 1 according to the first embodiment have an inclined shape. different.
- the inclination of the gas-liquid separation chamber 14A provided on the ceiling surface 23A is continuous from the peripheral edge of the ceiling surface 23A (that is, the second side surface 22A side) toward the discharge port 5 in the installed state. It is configured to go upwards.
- the ceiling surface 23A of the gas-liquid separation chamber 14A is composed of a wall surface having two inclination angles. That is, the ceiling surface 23A is composed of a ceiling surface A26 close to the second side surface 22A of the gas-liquid separation chamber 14A and a ceiling surface B27 close to the discharge port 5, and the ceiling surface B27 is inclined as compared with the ceiling surface A26. The corners are getting smaller.
- the ceiling surface A26 and the ceiling surface B27 of the gas-liquid separation chamber 14A each have an inclination with respect to the horizontal plane. Therefore, the flow Y6 of the liquid flowing into the gas-liquid separation chamber 14A from the gas-liquid separation chamber inflow port 19 advances upward in the gas-liquid separation chamber 14A along the first side surface 21A and the second side surface 22A. Then, the liquid flow Y6 passes through the ceiling surface A26 having a relatively large angle with which the liquid flows in, and after correcting the direction of the flow toward the discharge port 5, the liquid flow Y6 reaches the ceiling surface B27 having a smaller angle. To reach.
- the flow of the liquid in the gas-liquid separation chamber 14A is not disturbed, and the bubbles 25 contained in the liquid are carried along the flow to the vicinity of the discharge port 5.
- the efficiency of discharging the bubbles 25 from the discharge port 5 is further increased, and the vortex pump 1A can shorten the self-priming time.
- the ceiling surface 23A is composed of two wall surfaces, but the wall surface is such that the ceiling surface 23A is continuously upward from the peripheral edge portion toward the discharge port 5. It is not limited to two, and may be configured by combining three or more wall surfaces. At this time, the angle (inclination angle) formed by the ceiling surface 23A and the horizontal plane may be made smaller as it approaches the discharge port 5.
- the inclination of the ceiling surface 23A is not limited to the direction from the second side surface 22A toward the discharge port 5, but is also provided in the direction from the back side or the front side of the vortex pump 1A toward the discharge port 5. You may.
- FIG. 4 is a schematic view of a side half cross section showing the configuration of the vortex pump 1B.
- the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
- the ceiling surface 28 of the gas-liquid separation chamber 14B in the vortex pump 1B according to the third embodiment and the ceiling surface 23 of the gas-liquid separation chamber 14 in the vortex pump 1 according to the first embodiment have an inclined shape. different.
- the inclination angle (angle formed by the ceiling surface 23 and the horizontal plane) provided on the ceiling surface 28 of the gas-liquid separation chamber 14B is from the peripheral edge portion (second side surface 22B side) of the ceiling surface 28. It is configured to change continuously toward the discharge port 5. That is, the ceiling surface 28 of the gas-liquid separation chamber 14B connects the discharge port 5 and the second side surface 22B with a curved surface.
- the ceiling surface 28 is in a state of being concave when the ceiling surface 28 is viewed from the inside of the gas-liquid separation chamber 14B.
- the ceiling surface 28 is formed so that the height in the vertical direction increases from the second side surface 22B toward the edge of the discharge port 5.
- the liquid flow Y7 flowing into the gas-liquid separation chamber 14B from the gas-liquid separation chamber inflow port 19 passes through the gas-liquid separation chamber 14B along the first side surface 21B and the second side surface 22B. Proceeding upwards, it reaches the connecting ceiling surface 28. Since the ceiling surface 28 is smoothly connected to the discharge port 5, a series of flows from the gas-liquid separation chamber inflow port 19 to the discharge port 5 is smoothly formed (see the liquid flow Y7). Therefore, the flow of the liquid in the gas-liquid separation chamber 14B is not disturbed, and the bubbles 25 contained in the liquid are carried along the flow to the vicinity of the discharge port 5. As a result, the efficiency of discharging the bubbles 25 from the discharge port 5 is further increased, and the vortex pump 1B can further shorten the self-priming time as compared with the vortex pump 1 according to the first embodiment.
- the inclination of the ceiling surface 28 is not limited to the direction from the second side surface 22B toward the discharge port 5, but is also provided in the direction from the back side or the front side of the vortex pump 1B toward the discharge port 5. You may.
- the vortex pump according to the present disclosure has been described above based on the embodiment, but the present disclosure is not limited to the embodiment. As long as the purpose of the present disclosure is not deviated, various modifications that can be conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment, and a form constructed by combining components in different embodiments is also included in the scope of the present disclosure. ..
- the vortex pump according to the present disclosure is useful as, for example, a vortex pump used for sucking up well water.
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Abstract
渦流ポンプ（１）は、インペラ（７）と、インペラ（７）を回転自在に収容し、インペラ（７）の回転によって吸い込まれた液体を吐出する吐出口（５）が形成されたポンプケーシング（３）とを備える。ポンプケーシング（３）は、渦室（１１）と気液分離室（１４）とを備える。渦室（１１）は、インペラ（７）が収容され、設置状態において、吐出口（５）よりも下方に設置される。気液分離室（１４）は、渦室（１１）から吐出口（５）まで液体を案内し、液体内の気泡（２５）を取り除く。そして、気液分離室（１４）を形成し、吐出口（５）と連接する天井面（２３）は、吐出口（５）を頂点とする傾斜を備えている。
Description
本開示は、自吸式の渦流ポンプに関するものである。
従来、井戸などの深い位置にある水を吸い上げるために用いられる自吸式の渦流ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に係る自吸式の渦流ポンプ１０１について、図５を用いて説明する。図５は、渦流ポンプ１０１の構成を示す概略図である。
図５に示すように、渦流ポンプ１０１は、外周部に複数の羽根１０２を有するインペラ１０３と、インペラ１０３を回転自在に収容し、液体を吸い込む吸込口１０５および液体を吐き出す吐出口１０６が形成されたポンプケーシング１０４とを備えている。ポンプケーシング１０４は、液体と空気などの気体を分離するための気液分離室１０８を備えている。そして、ポンプケーシング１０４内を液体で充満させた状態でモータ１０７によりインペラ１０３を回転駆動させることにより、渦流ポンプ１０１は、吸込口１０５から吸い込んだ液体を吐出口１０６から吐出している。このように、渦流ポンプ１０１は、気液分離室１０８内で液体と空気などの気体を分離することで、配管内の空気を排出し、井戸などの深い位置にある水を吸い上げている。
このような従来の自吸式の渦流ポンプにおいては、ポンプケーシング内に液体を充満させた状態になるまでは、液体の正常な吸い込みが行われないため、渦流ポンプの起動からこの状態になるまでの時間（自吸時間）を短縮化することが望まれる。
そこで本開示は、自吸時間を短縮可能な渦流ポンプを提供することを目的とする。
そして、本開示に係る渦流ポンプは、インペラと、インペラを回転自在に収容し、インペラの回転によって吸い込まれた液体を吐出する吐出口が形成されたポンプケーシングとを備える。ポンプケーシングは、インペラが収容される渦室であって、設置状態において、吐出口よりも下方に設置された渦室と、渦室から吐出口まで液体を案内し、液体内の気泡を取り除くための気液分離室とを備える。そして、気液分離室を形成し、吐出口と連接する天井面は、吐出口を頂点とする傾斜を備えている。
本開示に係る渦流ポンプは、天井面の傾斜を備える構成にしたことにより、気液分離室に導入された気体を含む液体が、沿って吐出口方向に誘導され、気体をより速やかに吐出口から排出されるので、自吸時間を短縮することができる。
本開示の一態様に係る渦流ポンプは、インペラと、インペラを回転自在に収容し、インペラの回転によって吸い込まれた液体を吐出する吐出口が形成されたポンプケーシングと、を備える。ポンプケーシングは、インペラが収容される渦室であって、設置状態において、吐出口よりも下方に設置された渦室と、渦室から吐出口まで液体を案内し、液体内の気泡を取り除くための気液分離室と、を備える。そして、気液分離室を形成し、吐出口と連接する天井面は、吐出口を頂点とする傾斜を備えている。
この構成によれば、気液分離室に誘導された気泡を含む液体は、気液分離室の天井面が備える傾斜により、吐出口のある上部に送られる。そして、気液分離室に誘導された気泡が自身の浮力を受け傾斜に沿いながら吐出口へ向かい、より速やかに気液分離室より排出される。従って、本開示の一態様に係る渦流ポンプは、自吸時間を短縮することができる。
また、天井面に備えた傾斜の傾斜角は、天井面の周縁部から吐出口に向け、連続的に変化するという構成にしてもよい。これにより、気液分離室に誘導された液体は、天井面付近で、曲面に沿いながら滑らかに流れるので、本開示の一態様に係る渦流ポンプは、自吸時間をより短縮することができる。
また、天井面に備えた傾斜は、設置状態において、天井面の周縁部から吐出口に向け、連続的に上方に向かうように設けた構成にしてもよい。例えば、天井面に備えた傾斜を、傾斜角が異なる複数の傾斜により構成した場合、気液分離室に誘導された液体は、天井面付近で異なる各々の傾斜に沿って、角度を変えながら流れる。これにより、本開示の一態様に係る渦流ポンプは、自吸時間をより短縮することができる。
また、本開示の一態様に係る渦流ポンプは、気液分離室における渦室側の領域には、領域をインペラの回転方向における上流側流路と下流側流路とに分ける壁部が設けられた構成にしてもよい。これにより、渦室において加圧された液体は、下流側流路へ突入し、気液分離室を経て上流側流路から再度渦室へ戻るという作用を有することができる。
以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
ここで、改めて、従来の渦流ポンプ１０１における課題を、図５を用いて説明する。
ここで、改めて、従来の渦流ポンプ１０１における課題を、図５を用いて説明する。
図５に示すように、渦流ポンプ１０１は、外周部に複数の羽根１０２を有するインペラ１０３と、インペラ１０３を回転自在に収容し、液体を吸い込む吸込口１０５および液体を吐き出す吐出口１０６が形成されたポンプケーシング１０４とを備えている。ポンプケーシング１０４は、液体と空気などの気体を分離するための気液分離室１０８を備えている。
渦流ポンプ１０１において、気液分離室流入口１１２から気液分離室１０８に流入した液体の流れは、直接、気液分離室１０８上部の天井面１１３に垂直に衝突する。そのため、気液分離室１０８内に流れ込んだ液体の流れに乱れが生じてしまう。その結果、液体に含まれる気体（気泡）を吐出口１０６より排出する効率が低くなり、渦流ポンプ１０１では、自吸時間が長くなる。
そこで、本開示の実施の形態１に係る渦流ポンプ１は、気液分離室１４内における液体の流れを制御することで、円滑に気体を気液分離室１４外に排出し、自吸時間を短縮している。
以下では、本開示の実施の形態１に係る渦流ポンプ１について、図１および図２を用いて説明する。図１は、渦流ポンプ１の構成を示す分解斜視図である。図２は、渦流ポンプ１の構成を示す側半断面の概略図である。なお、以下では、図１に示すように渦流ポンプ１が設置された状態（本開示に係る設置状態に相当）での鉛直方向を上下方向として記載する場合がある。また、図１に示す渦流ポンプ１の冷却ファン８側を「背面」、背面に対向する側を「前面」として記載する場合がある。これらのことは他の実施の形態に係る渦流ポンプ１Ａ、１Ｂにおいても同様である。
図１および図２に示すように、渦流ポンプ１はモータ２とポンプケーシング３とを備えている。ポンプケーシング３は吸込口４および吐出口５を備えており、それぞれに図示しない配管が取り付けられる。モータ２は回転軸６を備えている。回転軸６の一端の突出部分にはインペラ７が固定される。インペラ７はポンプケーシング３に内包されるように配置される。すなわち、渦流ポンプ１が備えるポンプケーシング３は、インペラ７を回転自在に収容し、インペラ７の回転によって吸い込まれた液体を吐出する吐出口５が形成されている。
渦流ポンプ１は、インペラ７が固定されている回転軸６の一端とは反対側において、回転軸６の他端の突出部分に冷却ファン８を備えている。ファンカバー９は、モータ２に固定され、冷却ファン８を覆う。
モータ２は、その頂部に端子カバー１０を備えている。端子カバー１０はモータ２に固定されている。
また、渦室１１は開放されており、インペラ７が渦室１１内に収容されると、インペラ７の一方の主面が露出した状態となる。このため、図１に示すように、ポンプケーシング３には、インペラ７を覆うようにカバー１２が取り付けられている。
ポンプケーシング３の内部には、インペラ７を回転自在に収納する渦室１１と、吸込口４から吸い込まれた液体を渦室１１まで案内する吸込流路１３と、気液分離室１４とが形成されている。気液分離室１４は、渦室１１から吐出口５まで液体を案内し、後述するように、液体内の気泡２５を取り除くためのものである。
渦室１１は、ポンプケーシング３における下部に形成されており、具体的には、吸込口４、吐出口５および注入口１６よりも下方に配置されている。すなわち、ポンプケーシング３は、インペラ７が収容される渦室１１であって、設置状態において、吐出口５よりも下方に設置された渦室１１を備えている。渦室１１には、インペラ７の外周部に対応する部分に円弧状に形成された渦室流路１５が形成されている。渦室流路１５は、吸込み側を一端部、吐出側を他端部とし、インペラ７の外周を略一周して形成される。
吸込流路１３は、ポンプケーシング３の内部で上下方向に延在する流路であり、その上端部が吸込口４に連通し、下端部が渦室流路１５の一端部に連通している。
図２に示すように、インペラ７は、回転することにより、液体にエネルギーを与えるための羽根１７を有する回転体である。また、図２では図示していないが、上記のようにインペラ７は、モータ２の回転軸６に連結されている。つまりインペラ７は、モータ２を駆動源として回転するようになっている。インペラ７が回転することによって、インペラ７の複数の羽根１７で渦室１１内の液体を気液分離室１４に吐出する。
また、図２に示すように、気液分離室１４は、渦室１１の上方に配置されており、上底が下底よりも広い略台形状の断面形状を有している。気液分離室１４の下部は、渦室流路１５の他端部に連通している。気液分離室１４の下部領域には、この領域に直面するインペラ７の回転方向Ｙ１における上流側と下流側とで、この領域を２つに分ける壁部１８が設けられている。壁部１８は、気液分離室１４内に２つの流路を形成している。すなわち、気液分離室１４における渦室１１側の領域には、この領域をインペラ７の回転方向Ｙ１における上流側流路と下流側流路とに分ける壁部１８が設けられている。本実施の形態では、吸込流路１３に近い側がインペラ７の回転方向における下流側となり、吸込流路１３に対して遠い側がインペラ７の回転方向における上流側となる。壁部１８は、板状の壁体であり、気液分離室１４内において、壁部１８の長手方向が上下方向に沿うように配置されている。このため、壁部１８により形成される２つの流路も上下方向に沿う経路を形成している。渦室１１と気液分離室１４は、壁部１８の下流側の気液分離室流入口１９と、壁部１８の上流側の渦室戻り口２０とによって連通している。
また、気液分離室１４は気液分離室流入口１９側の面として第一側面２１および第二側面２２によって構成されている。
また、気液分離室１４の上部は、自吸時に必要な呼び水が注がれる注入口１６および吐出口５に連接する面として天井面２３を備えている。注入口１６には、着脱自在の栓２４が取り付けられるようになっている。そして、注入口１６は、気液分離室１４の天井面２３であって吸込口４に近い側の端部に配置されており、吐出口５は、天井面２３であって吸込口４から遠い側の端部に配置されている。
次に、渦流ポンプ１の動作について図２に基づいて説明する。
まず、作業者は、注入口１６から呼び水（液体）を注いで、渦室１１および気液分離室１４を液体で満たし、注入口１６に栓２４をする。
次いで、作業者は、モータ２を駆動し、インペラ７を回転させると、吸込流路１３を介して吸込口４から配管内へ空気の吸込みが発生する。
吸込口４から吸い込まれた液体および気体は、吸込流路１３を介して渦室１１の渦室流路１５に流れ込む（液体および気体の流れＹ２参照）。渦室流路１５ではインペラ７の回転と液体の循環により、配管内の気体は液体と混合されて気泡２５となる。渦室流路１５内の気泡２５を含む液体は、インペラ７の回転によって、気液分離室流入口１９に案内され、気液分離室１４に放出される（液体の流れＹ３参照）。気液分離室１４において、液体中に含まれていた気泡２５の一部が流れから分離され、分離した気泡２５は浮力により吐出口５より排出される（気泡の排出方向Ｙ５参照）。残る液体は気液分離室１４内を循環し、あるいは、渦室戻り口２０を通じて渦室１１に戻る。気泡２５を排出する作用の連続により配管内の真空度が高まり、配管内の水位を引き上げる（自吸）。
そして、吸込流路１３を介して吸込口４から液体が渦室１１へと流れ込み、気液分離室１４内が液体によって満たされると、吐出口５から液体が吐出され通常運転に切り替わる。渦流ポンプ１の駆動開始から、渦流ポンプ１設置位置まで液体を吸い上げるまでの時間が自吸時間である。
次に、本実施の形態に係る渦流ポンプ１における特徴的な部分について、図２に基づいて説明する。
本実施の形態の渦流ポンプ１では、気液分離室１４を形成し、吐出口５と連接する天井面２３は、吐出口５を頂部とする傾斜を備えている。すなわち、渦流ポンプ１の設置状態において、天井面２３では、吐出口５の縁部分が最も鉛直方向上方に位置している。逆に、天井面２３では、第二側面２２側が最も鉛直方向下方に位置している。
このような構成により、気液分離室流入口１９から気液分離室１４に流入した液体の流れＹ３は、第一側面２１と第二側面２２に沿いながら気液分離室１４内を流れる。そして、気液分離室１４の天井面２３が水平面に対して傾斜を備えているため、上方に向かう液体の流れＹ３は、天井面２３に垂直に衝突することなく吐出口５方向への流れを形成する（液体の流れＹ４参照）。そのため、気液分離室１４内の液体の流れが乱れず、流れに含まれる気泡２５は吐出口５付近まで流れに沿って運ばれる。その結果、気泡２５は吐出口５より排出される（気泡の排出方向Ｙ５参照）効率が高まり、自吸時間が短縮される。
ここで、本実施の形態の実施例および比較例に係る渦流ポンプとして、天井面２３と水平面との成す角（以下、「傾斜角」ともいう）が異なるものを用いて、自吸時間を測定した結果を示す。実施例および比較例に係る渦流ポンプは、吐出口５の位置を変えず、天井面２３と第二側面２２との接続位置を下方にすることによって、天井面２３の傾斜を設けている。
傾斜の一例として、吐出口５から天井面２３、第二側面２２へと至る傾斜における傾斜角を比較例に係る渦流ポンプは０度、実施例１に係る渦流ポンプは２．６度、実施例２に係る渦流ポンプは１２．８度（実施例２）とした。そして、自吸時間を測定したところ、比較例に係る渦流ポンプと比べ、実施例１および２に係る渦流ポンプにおいて自吸時間の短縮が確認された。具体的には、０度の傾斜角を備えた比較例に係る渦流ポンプと比べて、２．６度の傾斜角を備えた実施例１に係る渦流ポンプの自吸時間は４％短縮された。また、１２．８度の傾斜角を備えた実施例２に係る渦流ポンプの自吸時間は、比較例に係る渦流ポンプに比べて１６％短縮された。
なお、上記のように、吐出口５の位置を変えずに天井面２３の傾斜を設けた場合において、天井面２３の傾斜角をさらに大きくすると、気液分離室１４自体が小さくなり、自吸作用に負の影響を与えることになる。一方、天井面２３と第二側面２２との接続点を固定して天井面２３の傾斜を大きくすることも可能である。しかし、この場合だと、ポンプケーシング３が上側に突出するように大きくなるので、好ましくない。
また、天井面２３に備える傾斜は、第二側面２２から吐出口５へ向かう方向に限らず、渦流ポンプ１の背面側あるいは前面側から吐出口５に向かう方向にも備えてもよい。
（実施の形態２）
本開示の実施の形態２に係る渦流ポンプ１Ａについて、図３を用いて説明する。図３は渦流ポンプ１Ａの構成を示す側半断面の概略図である。図３において、実施の形態１同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本開示の実施の形態２に係る渦流ポンプ１Ａについて、図３を用いて説明する。図３は渦流ポンプ１Ａの構成を示す側半断面の概略図である。図３において、実施の形態１同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
ここで、実施の形態２に係る渦流ポンプ１Ａにおける気液分離室１４Ａの天井面２３Ａと、実施の形態１に係る渦流ポンプ１における気液分離室１４の天井面２３とは、傾斜の形状が異なる。
図３に示すように、気液分離室１４Ａの天井面２３Ａに備えた傾斜は、設置状態において、天井面２３Ａの周縁部（すなわち第二側面２２Ａ側）から吐出口５に向け、連続的に上方に向かうように構成されている。本実施の形態では、気液分離室１４Ａの天井面２３Ａは、２つの傾斜角を有した壁面で構成されている。すなわち、天井面２３Ａは、気液分離室１４Ａの第二側面２２Ａに近い天井面Ａ２６と、吐出口５に近い天井面Ｂ２７とで構成されており、天井面Ａ２６に比べて天井面Ｂ２７の傾斜角が小さくなっている。
このように、本実施の形態では、気液分離室１４Ａの天井面Ａ２６および天井面Ｂ２７は、水平面に対してそれぞれ傾斜を備えている。そのため、気液分離室流入口１９から気液分離室１４Ａに流入した液体の流れＹ６は、第一側面２１Ａと第二側面２２Ａに沿いながら気液分離室１４Ａを上方へと進む。そして、液体の流れＹ６は、液体が流入する角度となす角が比較的大きい天井面Ａ２６を経ることで流れの向きを吐出口５の方向へ修正した後に、なす角がより小さい天井面Ｂ２７に至る。そのため、気液分離室１４Ａ内の液体の流れが乱れず、液体に含まれる気泡２５は吐出口５付近まで流れに沿って運ばれる。その結果、気泡２５は吐出口５より排出する効率がさらに高まり、渦流ポンプ１Ａは自吸時間を短縮することができる。
なお、本実施の形態に係る渦流ポンプ１Ａは、天井面２３Ａを２つの壁面で構成したが、天井面２３Ａの周縁部から吐出口５に向け、連続的に上方に向かうような壁面であれば、２つに限定されるものではなく、３つ以上の壁面を組み合わせて構成してもよい。このとき、天井面２３Ａと水平面との成す角（傾斜角）は、吐出口５に近づくほど小さくなるようにするとよい。
なお、実施の形態１同様、天井面２３Ａに備える傾斜は、第二側面２２Ａから吐出口５へ向かう方向に限らず、渦流ポンプ１Ａの背面側あるいは前面側から吐出口５に向かう方向にも備えてもよい。
（実施の形態３）
本開示の実施の形態３に係る渦流ポンプ１Ｂについて、図４を用いて説明する。図４は渦流ポンプ１Ｂの構成を示す側半断面の概略図である。図４において、実施の形態１同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本開示の実施の形態３に係る渦流ポンプ１Ｂについて、図４を用いて説明する。図４は渦流ポンプ１Ｂの構成を示す側半断面の概略図である。図４において、実施の形態１同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
ここで、実施の形態３に係る渦流ポンプ１Ｂにおける気液分離室１４Ｂの天井面２８と、実施の形態１に係る渦流ポンプ１における気液分離室１４の天井面２３とは、傾斜の形状が異なる。
図４に示すように、気液分離室１４Ｂの天井面２８が備えた傾斜の傾斜角（天井面２３と水平面との成す角）は、天井面２８の周縁部（第二側面２２Ｂ側）から吐出口５に向け、連続的に変化するように構成している。すなわち、気液分離室１４Ｂの天井面２８は、吐出口５と第二側面２２Ｂとの間を曲面で接続している。この天井面２８は、気液分離室１４Ｂの内側から天井面２８を見た場合に凹面となるような局面となっている。そして、天井面２８の傾斜は、第二側面２２Ｂから吐出口５の縁に向けて鉛直方向の高さが高くなるように形成する。
このように、本実施の形態では、気液分離室流入口１９から気液分離室１４Ｂに流入した液体の流れＹ７は、第一側面２１Ｂと第二側面２２Ｂに沿いながら気液分離室１４Ｂを上方へと進み、連接する天井面２８に達する。天井面２８は吐出口５と円滑に接続しているため、気液分離室流入口１９から吐出口５までの一連の流れが円滑に形成される（液体の流れＹ７参照）。そのため、気液分離室１４Ｂ内の液体の流れが乱れず、液体に含まれる気泡２５は吐出口５付近まで流れに沿って運ばれる。その結果、気泡２５は吐出口５より排出する効率がさらに高まり、渦流ポンプ１Ｂは、実施の形態１に係る渦流ポンプ１と比較して自吸時間をさらに短縮することができる。
なお、実施の形態１同様、天井面２８に備える傾斜は、第二側面２２Ｂから吐出口５へ向かう方向に限らず、渦流ポンプ１Ｂの背面側あるいは前面側から吐出口５に向かう方向にも備えてもよい。
以上、本開示に係る渦流ポンプについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
本開示に係る渦流ポンプは、例えば、井戸水を吸い上げるために用いられる渦流ポンプとして有用である。
１ 渦流ポンプ
１Ａ 渦流ポンプ
１Ｂ 渦流ポンプ
２ モータ
３ ポンプケーシング
４ 吸込口
５ 吐出口
６ 回転軸
７ インペラ
８ 冷却ファン
９ ファンカバー
１０ 端子カバー
１１ 渦室
１２ カバー
１３ 吸込流路
１４ 気液分離室
１４Ａ 気液分離室
１４Ｂ 気液分離室
１５ 渦室流路
１６ 注入口
１７ 羽根
１８ 壁部
１９ 気液分離室流入口
２０ 渦室戻り口
２１ 第一側面
２１Ａ 第一側面
２１Ｂ 第一側面
２２ 第二側面
２２Ａ 第二側面
２２Ｂ 第二側面
２３ 天井面
２３Ａ 天井面
２４ 栓
２５ 気泡
２６ 天井面Ａ
２７ 天井面Ｂ
２８ 天井面
１０１ 渦流ポンプ
１０２ 羽根
１０３ インペラ
１０４ ポンプケーシング
１０５ 吸込口
１０６ 吐出口
１０７ モータ
１０８ 気液分離室
１１２ 気液分離室流入口
１１３ 天井面
Ｙ１ インペラの回転方向
Ｙ２ 液体および気体の流れ
Ｙ３ 液体の流れ
Ｙ４ 液体の流れ
Ｙ５ 気泡の排出方向
Ｙ６ 液体の流れ
Ｙ７ 液体の流れ
１Ａ 渦流ポンプ
１Ｂ 渦流ポンプ
２ モータ
３ ポンプケーシング
４ 吸込口
５ 吐出口
６ 回転軸
７ インペラ
８ 冷却ファン
９ ファンカバー
１０ 端子カバー
１１ 渦室
１２ カバー
１３ 吸込流路
１４ 気液分離室
１４Ａ 気液分離室
１４Ｂ 気液分離室
１５ 渦室流路
１６ 注入口
１７ 羽根
１８ 壁部
１９ 気液分離室流入口
２０ 渦室戻り口
２１ 第一側面
２１Ａ 第一側面
２１Ｂ 第一側面
２２ 第二側面
２２Ａ 第二側面
２２Ｂ 第二側面
２３ 天井面
２３Ａ 天井面
２４ 栓
２５ 気泡
２６ 天井面Ａ
２７ 天井面Ｂ
２８ 天井面
１０１ 渦流ポンプ
１０２ 羽根
１０３ インペラ
１０４ ポンプケーシング
１０５ 吸込口
１０６ 吐出口
１０７ モータ
１０８ 気液分離室
１１２ 気液分離室流入口
１１３ 天井面
Ｙ１ インペラの回転方向
Ｙ２ 液体および気体の流れ
Ｙ３ 液体の流れ
Ｙ４ 液体の流れ
Ｙ５ 気泡の排出方向
Ｙ６ 液体の流れ
Ｙ７ 液体の流れ
Claims (4)
- インペラと、
前記インペラを回転自在に収容し、前記インペラの回転によって吸い込まれた液体を吐出する吐出口が形成されたポンプケーシングと、を備え、
前記ポンプケーシングは、
前記インペラが収容される渦室であって、設置状態において、前記吐出口よりも下方に設置された渦室と、
前記渦室から前記吐出口まで液体を案内し、液体内の気泡を取り除くための気液分離室と、を備え、
前記気液分離室を形成し、前記吐出口と連接する天井面は、前記吐出口を頂点とする傾斜を備えている渦流ポンプ。 - 前記気液分離室における前記渦室側の領域には、前記領域を前記インペラの回転方向における上流側流路と下流側流路とに分ける壁部が設けられた請求項１に記載の渦流ポンプ。
- 前記天井面に備えた前記傾斜は、前記設置状態において、前記天井面の周縁部から前記吐出口に向け、連続的に上方に向かうように設けた請求項１または２に記載の渦流ポンプ。
- 前記天井面に備えた前記傾斜の傾斜角は、前記天井面の周縁部から前記吐出口に向け、連続的に変化する請求項３に記載の渦流ポンプ。
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|---|---|---|---|
| JP2020047071A JP2021148031A (ja) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | 渦流ポンプ |
| JP2020-047071 | 2020-03-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021187217A1 true WO2021187217A1 (ja) | 2021-09-23 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/009129 WO2021187217A1 (ja) | 2020-03-18 | 2021-03-09 | 渦流ポンプ |
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| WO (1) | WO2021187217A1 (ja) |
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2020
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-
2021
- 2021-03-09 WO PCT/JP2021/009129 patent/WO2021187217A1/ja active Application Filing
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|---|---|
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