WO2023210060A1 - ポンプ - Google Patents

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WO2023210060A1
WO2023210060A1 PCT/JP2022/047062 JP2022047062W WO2023210060A1 WO 2023210060 A1 WO2023210060 A1 WO 2023210060A1 JP 2022047062 W JP2022047062 W JP 2022047062W WO 2023210060 A1 WO2023210060 A1 WO 2023210060A1
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impeller
hub
swept
pump
leading edge
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French (fr)
Inventor
毅 前田
崇寛 野地
シュルナリ ラナデ
美帆 磯野
哲也 石渡
Original Assignee
株式会社荏原製作所
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/24—Vanes

Definitions

  • the present invention relates to a pump for transferring liquid, and particularly to a pump for transferring liquid containing foreign matter such as a string, fiber, or cloth.
  • centrifugal pumps have been used to transfer liquids such as sewage flowing through sewer pipes.
  • Such wastewater may contain elongated foreign substances such as strings, fibers, and cloth.
  • elongated foreign objects tend to get caught in the impeller and may impede the rotation of the impeller. Therefore, in order to remove foreign matter caught in the impeller, swept-back blades that are less likely to be clogged with foreign matter are employed (for example, see Patent Document 1).
  • the present invention provides a pump that can prevent foreign objects such as string-like, fibrous-like, and cloth-like substances from clogging the impeller.
  • a pump for transferring a liquid containing foreign matter includes an impeller and an impeller casing housing the impeller, the impeller including a hub and a single pump connected to the hub.
  • a pump is provided, the pump having a swept vane and a shroud to which the hub and the swept vane are connected.
  • the swept blade has a leading edge extending radially outward from the hub, and a trailing edge extending spirally from the leading edge in a direction opposite to the rotational direction of the impeller;
  • the wrap angle of the swept wing from the center of the leading edge to the center of the trailing end of the trailing edge is within the range of 320 to 410 degrees.
  • an inner end of the leading edge extends in a tangential direction to an outer circumferential surface of the hub.
  • the impeller further includes a balance weight.
  • the passage diameter inside the impeller can be increased. Therefore, foreign matter contained in the liquid can pass through the impeller without clogging the impeller.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a pump.
  • FIG. 2 is a front view of the impeller seen from the direction indicated by arrow A in FIG. 1.
  • FIG. It is a perspective view of an impeller.
  • FIG. 2 is a front view of a conventional impeller with two swept blades.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the winding angle of swept blades of the impeller shown in FIG. 2; It is a graph which shows an example of the relationship between the winding angle of a swept blade and impeller efficiency.
  • 3 is a meridional cross-sectional view of the impeller shown in FIG. 2.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram of the impeller shown in FIG. 2 seen from the back side. 3 is a side view of the impeller shown in FIG. 2.
  • FIG. 2 is a front view of the impeller seen from the direction indicated by arrow A in FIG. 1.
  • FIG. It is a perspective view of an impeller.
  • FIG. 2 is
  • FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a pump.
  • the pump shown in FIG. 1 is a centrifugal pump used for transferring a liquid (for example, sewage flowing through a sewer pipe) containing foreign matter such as a string, fiber, or cloth.
  • a liquid for example, sewage flowing through a sewer pipe
  • foreign matter such as a string, fiber, or cloth.
  • the pump has a rotating shaft 11, an impeller 1 fixed to the rotating shaft 11, and an impeller casing 5 that houses the impeller 1.
  • the rotating shaft 11 is connected to a motor 12.
  • the impeller 1 is rotated integrally with a rotating shaft 11 within an impeller casing 5 by a motor 12 .
  • a mechanical seal 15 is arranged between the motor 12 and the impeller 1. This mechanical seal 15 prevents liquid from entering the motor 12.
  • the impeller casing 5 has a casing body 6 disposed around the impeller 1 and a casing liner 8 connected to the casing body 6.
  • the impeller casing 5 has a suction port 3 and a discharge port 4. More specifically, the casing liner 8 has a cylindrical suction port 3 , and the casing body 6 has a discharge port 4 .
  • the impeller casing 5 has a volute chamber (vortex chamber) 7 formed inside the casing body 6, and the impeller 1 is arranged within the volute chamber 7.
  • the volute chamber 7 has a shape surrounding the impeller 1 .
  • the suction port 3 and the discharge port 4 communicate with a volute chamber 7.
  • FIG. 2 is a front view of the impeller 1 seen from the direction indicated by arrow A in FIG. 1
  • FIG. 3 is a perspective view of the impeller 1.
  • the impeller 1 includes a single swept blade 2, a cylindrical hub 13, and a shroud 25 to which the swept blade 2 and hub 13 are connected.
  • the hub 13 has a through hole 13a into which the end of the rotating shaft 11 shown in FIG. 1 is inserted, and the hub 13 is fixed to the end of the rotating shaft 11 with a fixture (not shown).
  • the impeller 1 is rotated by the motor 12 in the direction of the arrow.
  • the swept wing 2 has a leading edge 21 extending radially outward from the hub 13 and a trailing edge 22 extending spirally from the leading edge 21.
  • the rear edge portion 22 has a spiral shape extending from the outer end 21b of the front edge portion 21 in a direction opposite to the rotational direction of the impeller 1.
  • a rear end 22a of the rear edge portion 22 is located on the outer periphery of the shroud 25 and is connected to the shroud 25. As shown in FIG. 3, the entire swept back blade 2 is inclined with respect to the axis CL of the impeller 1.
  • the leading edge portion 21 is located within the suction port 3 of the impeller casing 5 and is exposed within the suction port 3.
  • the trailing edge portion 22 faces the inner surface of the impeller casing 5 (more specifically, the inner surface 8a of the casing liner 8). A minute gap is formed between the rear edge 22 and the inner surface 8a of the casing liner 8.
  • the shroud 25 is integral with the hub 13.
  • the swept wing 2 is connected to the front side of the shroud 25, and the swept wing 2, hub 13, and shroud 25 rotate together.
  • the front edge portion 21 extends radially outward from the hub 13 in an arc shape. More specifically, the front edge portion 21 is curved from the hub 13 in a direction opposite to the rotational direction of the impeller 1 . Therefore, the outer end 21b of the front edge 21 is located further back than the inner end 21a of the front edge 21 in the rotational direction of the rotating shaft 11.
  • the rear edge 22 extends spirally from the outer end 21b of the front edge 21.
  • the inner end 21a of the front edge portion 21 extends in the tangential direction of the outer circumferential surface of the hub 13, and is smoothly connected to the outer circumferential surface of the hub 13. It has been confirmed through actual operation of the pump that such a shape allows foreign matter in the liquid to move smoothly on the front edge 21 as the impeller 1 rotates, making it difficult to block the impeller 1. There is.
  • the symbol D1 represents a passage diameter through which a string-like, fibrous-like, cloth-like foreign substance contained in the liquid can pass. That is, if the size of the foreign object is less than or equal to the passage diameter D1, it is expected that the foreign object can pass through the impeller 1 together with the liquid without clogging the impeller 1.
  • FIG. 4 is a front view of a conventional impeller having two swept blades 100.
  • symbol D2 represents a passage diameter through which a string-like, fibrous-like, cloth-like foreign object contained in the liquid can pass.
  • the impeller 1 of this embodiment has a single swept blade 2, so the passage diameter D1 inside the impeller 1 is smaller than that of the conventional two-blade type. is larger than the passage diameter D2 inside the impeller. Therefore, according to this embodiment, foreign matter contained in the liquid can pass through the impeller 1 without blocking the impeller 1.
  • the winding angle ⁇ of the swept blade 2 of this embodiment is set within the range of 320 to 410 degrees, more preferably within the range of 330 to 390 degrees. be done.
  • the wrap angle ⁇ of the swept wing 2 is the angle from the start point to the end point of the camber line D of the swept wing 2, in other words, the angle from the center of the leading edge 21 to the center of the rear end 22a of the trailing edge 22. be.
  • the winding angle ⁇ of the swept blade 2 is defined by a straight line L1 extending from the center of the impeller 1 to the center of the leading edge 21 and a straight line L1 extending from the center of the impeller 1 to the center of the rear end 22a of the trailing edge 22. This is the angle with the extending straight line L2.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the winding angle ⁇ of the swept blade 2 and the impeller efficiency.
  • the impeller efficiency tends to improve.
  • the winding angle ⁇ of the swept blades 2 is too large, the impeller efficiency will actually decrease.
  • the wrap angle ⁇ of the swept blade 2 is within the range of 320 to 410 degrees, more preferably within the range of 330 to 390 degrees.
  • the impeller 1 having a single swept blade 2 and a winding angle ⁇ within the above-mentioned range can achieve high impeller efficiency while preventing the impeller 1 from being blocked by foreign matter.
  • FIG. 7 is a meridional cross-sectional view of the impeller 1 shown in FIG. 2, and FIG. 8 is a view of the impeller 1 shown in FIG. 2 seen from the back side. Since the impeller 1 of this embodiment has one swept back blade 2, the impeller 1 has a balance weight 30 in order to balance the rotation of the impeller 1. This balance weight 30 is provided on the back side of the shroud 25. The balance weight 30 may be integral with the shroud 25.
  • the balance weight 30 can prevent vibration when the impeller 1 is rotating at high speed, and can prevent the impeller 1 from contacting the impeller casing 5.
  • FIG. 9 is a side view of the impeller 1 shown in FIG. 2.
  • the rear end 22a of the rear edge portion 22 is diagonally connected to the shroud 25. That is, when viewed from a direction perpendicular to the axis CL of the impeller 1, the rear end 22a of the trailing edge portion 22 is inclined with respect to the axis CL of the impeller 1.
  • the connection angle ⁇ between the rear end 22a of the rear edge portion 22 and the shroud 25 is larger than 90°. In other words, the connection angle ⁇ is 90° ⁇ 180°.
  • the rear end 22a of the trailing edge portion 22 corresponds to the exit of the swept wing 2.
  • Such an oblique shape of the rear end 22a of the rear edge portion 22 can reduce the radial load that the rotating impeller 1 receives from the liquid. As a result, the rotation of the impeller 1 is stabilized.
  • connection angle ⁇ between the rear end 22a of the trailing edge 22 and the shroud 25 may be 90° or less than 90°. In other words, the connection angle ⁇ satisfies 0° ⁇ 90°.
  • the present invention can be used in a pump that transfers liquid containing foreign substances such as string-like, fiber-like, and cloth-like foreign substances.
  • Impeller casing 1 Impeller 2 Backward blade 3 Suction port 4 Discharge port 5 Impeller casing 6 Casing body 7 Volute chamber (vortex chamber) 8 Casing liner 11 Rotating shaft 12 Motor 13 Hub 15 Mechanical seal 21 Front edge 21a Inner end of the front edge 21b Outer end of the front edge 22 Rear edge 22a Rear end of the rear edge 25 Shroud 30 Balance weight

Abstract

本発明は、液体を移送するためのポンプに関し、特に、紐状、繊維状、布状などの異物を含む液体を移送するポンプに関するものである。ポンプは、羽根車（１）と、羽根車（１）を収容する羽根車ケーシング（５）を備え、羽根車（１）は、ハブ（１３）と、ハブ（１３）に接続された単一の後退翼（２）と、ハブ（１３）と後退翼（２）が接続されたシュラウド（２５）を有している。

Description

ポンプ
　本発明は、液体を移送するためのポンプに関し、特に、紐状、繊維状、布状などの異物を含む液体を移送するポンプに関する。
　従来から、下水管を流れる汚水などの液体を移送するために、渦巻ポンプが用いられている。このような汚水には、紐状、繊維状、布状などの細長い異物が含まれていることがある。このような細長い異物は羽根車に引っかかりやすく、羽根車の回転を阻害してしまうことがある。そこで、羽根車に引っかかった異物を除去するために、異物が詰まりにくい後退翼が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１６－１８６２８４号公報
　しかしながら、従来の羽根車は２枚以上の後退翼を有しているため、小型の汚水用ポンプでは、羽根車自体が小型となり、翼と翼の間の間隔（以下、通過径という）も小さくなる。結果として、汚水用ポンプとして異物を通過させるのに十分な通過径を確保することができず、羽根車が異物で閉塞することがあった。
　そこで、本発明は、紐状、繊維状、布状などの異物が羽根車を閉塞することを防止することができるポンプを提供する。
　一態様では、異物を含む液体を移送するためのポンプであって、羽根車と、前記羽根車を収容する羽根車ケーシングを備え、前記羽根車は、ハブと、前記ハブに接続された単一の後退翼と、前記ハブと前記後退翼が接続されたシュラウドを有している、ポンプが提供される。
　一態様では、前記後退翼は、前記ハブから径方向外側に延びる前縁部と、前記前縁部から前記羽根車の回転方向とは反対方向に螺旋状に延びる後縁部を有し、前記前縁部の中心から前記後縁部の後端の中心までの前記後退翼の巻き角は、３２０～４１０度の範囲内にある。
　一態様では、前記前縁部の内端は、前記ハブの外周面の接線方向に延びている。
　一態様では、前記羽根車は、バランスウエイトをさらに備えている。
　羽根車は単一の後退翼を有しているので、羽根車内の通過径を大きくすることができる。したがって、液体中に含まれる異物は、羽根車を閉塞することなく、羽根車を通過することができる。
ポンプの一実施形態を示す断面図である。 図１の矢印Ａで示す方向から見た羽根車の正面図である。 羽根車の斜視図である。 ２枚の後退翼を有する従来の羽根車の正面図である。 図２に示す羽根車の後退翼の巻き角を説明する図である。 後退翼の巻き角と、羽根車効率との関係の一例を示すグラフである。 図２に示す羽根車の子午断面図である。 図２に示す羽根車を裏側から見た図である。 図２に示す羽根車の側面図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１はポンプの一実施形態を示す断面図である。図１に示されるポンプは、例えば、紐状、繊維状、布状などの異物を含む液体（例えば、下水管を流れる汚水）を移送するために用いられる渦巻ポンプである。
　図１に示すように、ポンプは、回転軸１１と、回転軸１１に固定された羽根車１と、羽根車１を収容する羽根車ケーシング５とを有する。回転軸１１は、モータ１２に連結されている。羽根車１は、モータ１２により羽根車ケーシング５内で回転軸１１と一体に回転する。モータ１２と羽根車１との間には、メカニカルシール１５が配置されている。このメカニカルシール１５により、液体がモータ１２に浸入することが防止される。
　羽根車ケーシング５は、羽根車１の周囲に配置されたケーシング本体６と、ケーシング本体６に接続されたケーシングライナ８とを有している。羽根車ケーシング５は、吸込口３および吐出口４を有している。より具体的には、ケーシングライナ８は、円筒状の吸込口３を有し、ケーシング本体６は、吐出口４を有している。羽根車ケーシング５は、ケーシング本体６の内部に形成されたボリュート室（渦室）７を有しており、羽根車１はボリュート室７内に配置されている。ボリュート室７は、羽根車１の周囲を囲む形状を有している。吸込口３および吐出口４はボリュート室７に連通している。
　羽根車１を回転させると、液体は吸込口３から吸い込まれる。吸込口３から流入した液体は羽根車１の回転によりボリュート室７に周方向に吐出される。液体には羽根車１の回転により速度エネルギーが付与され、さらに、液体がボリュート室７を通ることによって速度エネルギーが圧力に変換され、液体が昇圧される。昇圧された液体は、吐出口４から吐出される。羽根車１の翼２は、羽根車ケーシング５のケーシングライナ８の内面８ａと僅かな隙間をあけて対向している。この隙間は、例えば０．３ｍｍから０．７ｍｍの範囲にある。
　図２は図１の矢印Ａで示す方向から見た羽根車１の正面図であり、図３は羽根車１の斜視図である。羽根車１は単一の後退翼２と、円筒状のハブ１３と、後退翼２およびハブ１３が接続されたシュラウド２５を備えている。ハブ１３は、図１に示す回転軸１１の端部が挿入される貫通孔１３ａを有しており、ハブ１３は回転軸１１の端部に固定具（図示せず）により固定されている。羽根車１は、モータ１２によって矢印方向に回転する。
　後退翼２は、ハブ１３から径方向外側に延びる前縁部２１と、前縁部２１から螺旋状に延びる後縁部２２とを有している。後縁部２２は、前縁部２１の外端２１ｂから羽根車１の回転方向と逆方向に延びる螺旋形状を有する。後縁部２２の後端２２ａは、シュラウド２５の外周部に位置し、かつシュラウド２５に接続されている。図３に示すように、後退翼２の全体は、羽根車１の軸心ＣＬに対して傾いている。
　図１に示すように、前縁部２１は、羽根車ケーシング５の吸込口３内に位置しており、吸込口３内で露出している。一方、後縁部２２は羽根車ケーシング５の内面（より具体的には、ケーシングライナ８の内面８ａ）に対向している。後縁部２２とケーシングライナ８の内面８ａとの間には微小な隙間が形成されている。
　図２および図３に示すように、シュラウド２５は、ハブ１３と一体である。後退翼２はシュラウド２５の表側に接続されており、後退翼２、ハブ１３、およびシュラウド２５は一体に回転する。
　前縁部２１は、ハブ１３から径方向外側に向かって円弧状に延びている。より具体的には、前縁部２１は、ハブ１３から羽根車１の回転方向と逆方向に湾曲している。したがって、前縁部２１の外端２１ｂは、回転軸１１の回転方向において、前縁部２１の内端２１ａよりも後方に位置される。後縁部２２は、前縁部２１の外端２１ｂから螺旋状に延びている。
　前縁部２１の内端２１ａは、ハブ１３の外周面の接線方向に延びており、ハブ１３の外周面になめらかに接続されている。このような形状により、液体中の異物は、羽根車１の回転とともに、前縁部２１上をスムーズに移動し、羽根車１を閉塞しにくくなることが、ポンプの実際の運転により確認されている。
　図２において、記号Ｄ１は、液体中に含まれる紐状、繊維状、布状などの異物が通過できる通過径を表している。すなわち、異物の大きさが通過径Ｄ１以下であれば、その異物は、羽根車１を閉塞させずに、液体とともに羽根車１を通過できると期待される。
　図４は、２枚の後退翼１００を有する従来の羽根車の正面図である。図４において、記号Ｄ２は、液体中に含まれる紐状、繊維状、布状などの異物が通過できる通過径を表している。図２と図４との対比から分かるように、本実施形態の羽根車１は単一の後退翼２を有しているので、羽根車１内の通過径Ｄ１は、従来の２枚翼型の羽根車内の通過径Ｄ２よりも大きい。したがって、本実施形態によれば、液体中に含まれる異物は、羽根車１を閉塞することなく、羽根車１を通過することができる。
　上述の通り、単一の後退翼２は異物による羽根車１の閉塞を防止できるのであるが、複数の後退翼を持つ羽根車に比べて、羽根車効率が低下しやすい。そこで、羽根車効率を向上させるために、図５に示すように、本実施形態の後退翼２の巻き角θは、３２０～４１０度の範囲内、より好ましくは３３０～３９０度の範囲内とされる。後退翼２の巻き角θは、後退翼２のキャンバー線Ｄの始点から終点までの角度であり、言い換えれば、前縁部２１の中心から後縁部２２の後端２２ａの中心までの角度である。より具体的には、後退翼２の巻き角θは、羽根車１の中心から前縁部２１の中心に延びる直線Ｌ１と、羽根車１の中心から後縁部２２の後端２２ａの中心に延びる直線Ｌ２との角度である。
　図６は、後退翼２の巻き角θと、羽根車効率との関係の一例を示すグラフである。図６に示すように、後退翼２の巻き角θが大きくなると、羽根車効率は向上する傾向にある。その一方で、後退翼２の巻き角θが大きすぎると、羽根車効率はかえって低下する。加えて、後退翼２の巻き角θが大きすぎると（特に、後退翼２の巻き角が４１０度を超えると）、図２を参照して説明した通過径Ｄ１が小さくなる。これらの観点から、後退翼２の巻き角θは、３２０～４１０度の範囲内、より好ましくは３３０～３９０度の範囲内である。
　一枚の後退翼２を持ち、かつ上述した範囲内にある巻き角θを持つ羽根車１は、異物による羽根車１の閉塞を防ぎつつ、高い羽根車効率を達成することができる。
　図７は、図２に示す羽根車１の子午断面図であり、図８は、図２に示す羽根車１を裏側から見た図である。本実施形態の羽根車１は、一枚の後退翼２を有しているので、羽根車１の回転バランスをとるために、羽根車１はバランスウエイト３０を有している。このバランスウエイト３０は、シュラウド２５の裏側に設けられている。バランスウエイト３０は、シュラウド２５と一体であってもよい。
　バランスウエイト３０は、羽根車１が高速で回転しているときの振動を防止し、羽根車１が羽根車ケーシング５に接触することを防止することができる。
　図９は、図２に示す羽根車１の側面図である。図９に示すように、後縁部２２の後端２２ａは、シュラウド２５に対して斜めに接続されている。すなわち、羽根車１の軸心ＣＬに対して垂直な方向から見たときに、後縁部２２の後端２２ａは、羽根車１の軸心ＣＬに対して傾斜している。後縁部２２の後端２２ａとシュラウド２５との接続角αは９０°よりも大きい。つまり、接続角αは９０°＜α＜１８０°となる。
　後縁部２２の後端２２ａは、後退翼２の出口に相当する。このような後縁部２２の後端２２ａの斜め形状は、回転している羽根車１が液体から受けるラジアル荷重を小さくすることができる。結果として、羽根車１の回転が安定する。
　一実施形態では、後縁部２２の後端２２ａとシュラウド２５との接続角αは、９０°であることもあり、または９０°よりも小さいこともある。つまり、接続角αは０°＜α≦９０°となる。
　上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
　本発明は、紐状、繊維状、布状などの異物を含む液体を移送するポンプに利用可能である。
　１　　　羽根車
　２　　　後退翼
　３　　　吸込口
　４　　　吐出口
　５　　　羽根車ケーシング
　６　　　ケーシング本体
　７　　　ボリュート室（渦室）
　８　　　ケーシングライナ
１１　　　回転軸
１２　　　モータ
１３　　　ハブ
１５　　　メカニカルシール
２１　　　前縁部
２１ａ　　前縁部の内端
２１ｂ　　前縁部の外端
２２　　　後縁部
２２ａ　　後縁部の後端
２５　　　シュラウド
３０　　　バランスウエイト

Claims (4)

  1. 　異物を含む液体を移送するためのポンプであって、
    　羽根車と、
    　前記羽根車を収容する羽根車ケーシングを備え、
    　前記羽根車は、
    　　ハブと、
    　　前記ハブに接続された単一の後退翼と、
    　　前記ハブと前記後退翼が接続されたシュラウドを有している、ポンプ。
  2. 　前記後退翼は、前記ハブから径方向外側に延びる前縁部と、前記前縁部から前記羽根車の回転方向とは反対方向に螺旋状に延びる後縁部を有し、
    　前記前縁部の中心から前記後縁部の後端の中心までの前記後退翼の巻き角は、３２０～４１０度の範囲内にある、請求項１に記載のポンプ。
  3. 　前記前縁部の内端は、前記ハブの外周面の接線方向に延びている、請求項１に記載のポンプ。
  4. 　前記羽根車は、バランスウエイトをさらに備えている、請求項１に記載のポンプ。
PCT/JP2022/047062 2022-04-26 2022-12-21 ポンプ WO2023210060A1 (ja)

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