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JP3576068B2 - High-speed gate pump - Google Patents

High-speed gate pump Download PDF

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JP3576068B2
JP3576068B2 JP2000120707A JP2000120707A JP3576068B2 JP 3576068 B2 JP3576068 B2 JP 3576068B2 JP 2000120707 A JP2000120707 A JP 2000120707A JP 2000120707 A JP2000120707 A JP 2000120707A JP 3576068 B2 JP3576068 B2 JP 3576068B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate pump
speed gate
motor unit
impeller
speed
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP2000120707A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001304190A (en
Inventor
元秀 坂田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mizota Co Ltd
Original Assignee
Mizota Co Ltd
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Publication date
Application filed by Mizota Co Ltd filed Critical Mizota Co Ltd
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Publication of JP3576068B2 publication Critical patent/JP3576068B2/en
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速ゲートポンプに関する。更に詳しくは、河川等を横断して設けられる水門の扉体に固定配置した水中ポンプである高速ゲートポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
水門の扉体に直接配置した水中ポンプ、即ちゲートポンプ(本出願人の登録商標)は、種々提案されている。このゲートポンプは一般に吸込みベルマウス、羽根車、後置案内羽根及び吐き出しケーシング、吐き出しフラップ弁等から構成される。ゲートの扉体へのポンプの搭載形式としては次の3つの形式が知られている。扉体の上流側側面にポンプを配置する縦軸形式、ゲートの内部にポンプを配置するゲート内蔵形式、ポンプの回転軸を水平に配置した横軸形式である。
【0003】
縦軸形式は、桁構造のゲートに立軸の水中ポンプをエルボ形のケーシングを介して取り付ける方式である。この方式は、ゲートおよびポンプは特殊な構造は必要なく製作が簡単である等の利点がある。しかしながら、水路幅が高速ゲートポンプ2台付の場合、通常口径の6倍必要とされる、吸込側水深は通常、口径の約2.6倍必要とされる。
【0004】
また、ゲート内蔵形式は、ゲート扉体の内に水中ポンプが内臓されており、吐き出し口を下流側に開口している形式である。このゲート内蔵形式は、ゲートポンプ全体の形状はバランスのよい形状をしている、扉体の厚みが大きくなる、扉体の内部に横方向の主桁が配置できないので大型の場合、強度設計がやりにくい、水路の寸法はゲート取り付け形式にほぼ同じにとれる、等の特徴がある。
【0005】
横軸形式(例えば、特開平11ー166496号)は、アウタロータ型の水中モータポンプを横軸(水平方向)に取り付けたタイプである。モータ軸が横軸でこの横軸に水の流れ込み方向と開口の向きが一致しているので、水路の流れ込み流速度を上げることができ水路幅を狭くできる、モータのフレームの外周に羽根車が取り付けてあるので軸方向寸法を短く出来る、羽根車外径が大きくなるので、キャビテーションに対して不利であり、したがってモータの極数が大きくなり、大容量化に限界がある、吸込み口径が大きくなり、それ以下の低水位運転は不可能となる、等の特徴がある。
【0006】
一方、軸流ポンプの場合、(揚排水技術基準によると)一般に比速度Nsは1300〜2000とされる。この場合、低揚程大口径のポンプだと低速度回転のためモータの極数が大きくなり、それに伴い全体が大きくなる。モーターの極数が大きくなればなるほどモーター効率、モーターカ率が低下するので、20極程度が実用上の限界となり、したがってポンプの大口径製作には限界がある。
【0007】
例えば、吐出し量Q=90m/min、全揚程=2m、のポンプをNs=2000で設計すると、回転数Nは354rpmとなる。これは60Hzの電源の場合、20極に相当するので、このポンプ容量でほぼ限界となる。
【0008】
次に、軸流ポンプで後置案内羽根形式のものは、機械加工が困難な案内羽根のねじれを製作する必要上、一般に鋳造加工で作られので木型等の製作費がかさむうえ、鋳造品は重量が重くなる。また、後置案内羽根を無くせば寸法、重量ともに小さくなるがポンプ効率が悪くなり、所要動力が大きくなる。従って、モーター寸法の増大を招き、結果として小型軽量化が出来ないばかりか設備全体のコストアップになる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
特にゲートポンプは、ゲートの内水側から外水側へ直線的に水を移動させるほうが、水路の流れ込み方向と吸込み及び吐き出し方向が一致するので損失が少ないので望ましい。しかしながら従来のポンプを単に横軸にしただけでは、全体が大きく、重量がかさみ、特に横長になりすぎてゲートに取り付けたときバランスが悪い。
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、ゲートポンプに必要とされる低揚程で小型軽量の高速ゲートポンプを提供することにある。
本発明の他の目的は、ゲートポンプに必要とされる低揚程で構造が簡単な高速ゲートポンプを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、比速度が大きく外形寸法を小さくした大容量のゲートポンプを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の高速ゲートポンプは、回転駆動するためのモータユニットと、前記モータユニットの外周に前記モータユニットの駆動軸線と同芯に配置され、前記モータユニットとの間で環状の隙間が形成されるガイドケーシングとからなる高速ゲートポンプであって、ポンプアップされる水が流入する側にモータユニットを配置し、前記隙間が前記駆動軸線と略平行な周面を備えた環状隙間と、前記環状隙間と連続するテーパー孔と、前記テーパー孔には、吸入される水に旋回流れを与えるために配置された前置案内羽根と、前記モータユニットに連結され、前記前置案内羽根から送られる水を前記前置案内羽根とは逆方向の旋回を与える羽根車と、前記羽根車でポンプアップされた水を案内し、テーパー状の内孔が形成された吐出管とからなる。
【0011】
前記高速ゲートポンプは、前記羽根車の中心軸線が水平線と角度をなし、前記モータユニットが前記羽根車より下方に位置するように配置したものでも良い。
【0012】
前記吐出管の先端面に揺動自在に配置され、前記羽根車からの吐出時にのみ前記吐出管を開放するフラップ弁とからなると良い。前記ガイドケーシングの開口側の上部に一端が固定され水平方向と角度を成して、かつ前記吐出管側が高くなるように配置されたカバーを配置すると良い。
【0013】
前記高速ゲートポンプは、前記モータユニットの略重心位置で上下駆動手段により上下駆動するようにしたものでも良い。また、前記高速ゲートポンプは、ポンプアップされた水が吐出する側の扉体に配置されたものでも良い。
【0014】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
以下、本発明の実施の形態1を図面に従って説明する。図1は、本発明の高速ゲートポンプを示す一部断面の側面図である。扉体1は、ゲートを構成する堰である。本実施の形態ではこのゲートの一種であるローラーゲートを構成する扉体1に高速ゲートポンプ2が配置固定されている。扉体1の裏面の両端が戸みぞの中を上下して支持され、かつ水圧を受け止める。この水圧を受け止めるために扉体1の裏面で戸みぞと接する部分には、ローラ(図示せず)が固定配置されている。これらの構造、機能は周知技術でありその説明は省略する。
【0015】
扉体1の側面の一方の面である流入側には、ポンプ固定板3がボルト4で固定されている。なお、この固定は溶接で固定するものであっても良い。ポンプ固定板3は、本発明の高速ゲートポンプ2を扉体1に着脱自在に固定するためのものであり、矩形で所定の肉厚を備えた固定板である。ポンプ固定板3の中央部には、開口5が形成されている。開口5は、ポンプアップされた水を通すための貫通孔である。
【0016】
開口5の水の流入側(通常は上流側となる。)には、ガイドケーシング6が固定配置されている。ガイドケーシング6は、高速ゲートポンプ2を構成する外側の本体である。ガイドケーシング6は、外形が環状部7とこれと一体で連続するテーパー部8とからなる。ガイドケーシング6の前方には、固定フランジ9が一体に形成されて、後方は環状の隙間でテーパー部8に連通する開口32を有している。開口32は流入側から水を吸い込むためのものである。複数のボルト10により、ポンプ固定板3に固定フランジ9を固定することにより高速ゲートポンプ2は扉体1に固定される。
【0017】
環状部7の環状内孔11は、内径寸法が変わらないストレート部分である。環状部7に連続するテーパー部8のテーパー内孔12は、環状内孔11と連続するテーパーを備えた円筒孔である。テーパー内孔12のテーパー角度は、本例では18度に形成されている。このテーパー角度は、後述するように前置案内羽根15の形状等の設計によって異なるものであり、決まった値ではではない。テーパー内孔12は、ガイドケーシング6の環状内孔11に流入した水をテーパー内孔12に案内して、速度を早くするためのものである。
【0018】
テーパー内孔12の内周面には、本例では等角度位置に6枚の前置案内羽根15が配置されている。前置案内羽根15は、中心軸線の方向にリード角を成している。環状内孔11から流入した水にそのリード角に応じた旋回運動を与える。前置案内羽根15と一体に連結され、その中心位置には、外形が円筒状のモータユニット取付部20が配置されている。従って、前置案内羽根15は、水に旋回運動を与えると共に、モータユニット21を固定する機能も備えている。
【0019】
モータユニット取付部20は、外形はテーパー内孔12とほぼ同一のテーパーが形成され、その内部は空洞である。モータユニット取付部20とモータユニット21とは、ボルト22でモータユニット取付部20の後端部に固定されている。前置案内羽根15は、開口32に流入してくる水に対して後述する羽根車27と逆方向の旋回流れを与えるものである。
【0020】
モータユニット21は、かご形誘導電動機が内蔵されており電力で回転駆動力を発生する電動機である。本例では、従来のかご形誘導電動機の磁極の極数を減らして回転数が大きくなるようにしたものであり、比速度NS2000〜3000増加させた。モータユニット21は、ケーシングケーブル保護管23に収納された電力線から電力が供給される。モータユニット21の出力軸の外周には、メカニカルシール等のシール部材(図示せず)が配置され、モータユニット21の内部に水が浸入しないように配置されている。
【0021】
このモータユニット21の出力軸には、羽根車ハブ25がキー固定されている。羽根車ハブ25の外周には、本例では外周に等角度間隔に4枚(2〜3枚であっても良い。)の羽根26が配置されている。羽根車ハブ25と羽根26とで羽根車27を構成する。モータユニット21により羽根車27は回転駆動される。羽根車ハブ25の前方には、前方が丸く形成された曲面を備え、先端面が平らな羽根車ボス28がボルト(図示せず。)でモータユニット21の出力軸に固定されている。
【0022】
高い比速度を確保するために、羽根車ボス28の直径(d)を小さく設計し、開口5の直径(D)との直径比、即ちボス比(d/D)を小さくしてボス流路面積を広くしている。羽根車27は、後述するように前置案内羽根15の旋回流れを受けた後、必要とされる所要揚程を発生すると同時に、後流に羽根車27と順方向の旋回流れを残す。羽根車27による旋回流れの大きさは、後述する円錐拡大管である吐出管35での損失が最も少なくなるように適切な旋回量となるような値である。
【0023】
他方、ガイドケーシング6の後端面の上部には、カバー30の一端がボルト31により固定されている。カバー30は矩形の板材であり、水面が低下ししたときに空気を吸い込む確率を低下させる。即ち、高速ゲートポンプが作動しているとき、吸い込み口であるガイドケーシング6の開口32の付近の水位が低下する。この水位低下により空気を吸い込み、有害な振動を発生させ、ポンプ効率を低下させるので、水面付近をカバーして空気が開口32に流入するのを防ぐためのものである。又、水面状に浮かぶゴミ等を吸い込まないように排除するための機能もある。
【0024】
開口5の前方には、吐出管35が配置固定されている。吐出管35は管状で前方に拡がった円錐拡大管、即ちテーパー管である。吐出管35のテーパー内孔36は、本実施の形態ではテーパー内孔36のテーパー角度は18度である。キャビテーションが発生しないように、かつ高い比速度が得られるように羽根車27を設計をした場合、通常は羽根車27の外径はポンプの呼び径である吐出口径より小さくなる。
【0025】
従って、吐出管35のテーパー内孔36は、なるべく圧力損失のないようにする必要がある。このため通常は、6°〜12°の緩やかなテーパーが望ましいが、本例の場合は適度な旋回流れの効果で12°〜20°の急なテーパーで同等な効果が得られる。
【0026】
即ち、羽根車27から送り出される後流は、全圧に対する動圧の割合が大きくなるので効率を良くするためには、この動圧をできるだけ静圧に変換することが必要となる。この変換機能を果たすのが吐出管35の機能である。吐出管35は、適度な旋回流れの効果で軸方向長さを短く保ちながら、しかも良好な圧力回復を実現することが出来る。このとき旋回流れ成分のエネルギーは捨てられるがその量はわずかである。
【0027】
吐出管35の基端の外周には、環状のフランジ37が溶接により一体に形成されている。フランジ37は、ポンプ固定板3にボルト10によりガイドケーシング6の固定フランジ9と共に固定される。吐出管35の先端の外周には、環状のフランジ38が溶接により一体に形成されている。フランジ38の前面には、フラップ弁40が配置されている。フラップ弁40は、一方向弁であり高速ゲートポンプ2からポンプアップされた水が吐出されているときに開き、高速ゲートポンプ2が停止し下流側から水が逆流するときに閉じるためのものである。
【0028】
フラップ弁40は、その上端の延長部41の部分が揺動軸42により、揺動自在に支持されている。フラップ弁40の弁本体43の裏面(吐出管35側)には、シール部材44が環状に配置されている。シール部材44は、ゴム等の弾性部材で作られたものであり、フランジ37と弁本体43との間に介在させて、シール及びフラップ弁40の開閉音を緩和する。
【0029】
図2は、前置案内羽根と羽根の関係を回転円周面で展開して示した展開図である。環状の開口32から吸い込まれた水流は、前置案内羽根15により周方向に旋回させられる。旋回させられた水流は周速度Uで回転している羽根車27の羽根26に、羽根車入口流速度C、羽根車入口相対速度Wで流入する。
【0030】
これが羽根26で加速されて、出口では羽根車出口流速度C、羽根車出口相対速度Wとなる。図2は、羽根車入口および出口の各速度の関係を示す速度線図である。図3は、羽根車入口及び出口の各速度の関係を求めた速度線図である。ただし、水流の軸線方向の流れの成分を軸流速度Cmとすると、図3から理解されるように、羽根車27の入口の水流は、負の方向の回転成分CU1が予め付与されている(この方向を負と定義する。)。この負の回転成分は前述したように前置案内羽根15により与えられる。
【0031】
これが羽根26による加速により水流は、羽根車27の出口の回転成分はプラス成分である回転成分CU2となる。即ち、羽根26により水流は、角度θの転向角が与えられる。絶対値でいうと、回転成分CU1と回転成分CU2が羽根車27の羽根26により与えられることになる。回転成分CU2は円錐拡大管である吐出管35により、適度な旋回流れを起こして軸方向長さを短く保ちながら、しかも良好な圧力回復を実現するためのものである。このとき旋回流れ成分のエネルギーは捨てられるがその量はわずかである。
【0032】
羽根車27の理論揚程Hは、次式で表される。
【0033】
H=ηU(CU2−CU1)/g …(1)
ただし、ηは、効率である。
【0034】
羽根車27の周速度Uの小さいボス側は、(1)式から理解されるように、(CU2−CU1)を大きくする必要があるが、前置案内羽根15の働きで−CU1(ただし、CU1は負である。)を大きくすれば、小さい転向角θであっても良い。即ち、羽根車27のねじれを少なくする効果があるということになる。即ち、前置案内羽根15は中心側、即ちモータユニット取付部20に近い程ねじれが大きく、外周側は小さくて良いということになる。
【0035】
[実施の形態2]
前述した実施の形態1は、羽根車27の中心軸線が水平になるように設置されるものであった。しかしながら、高速ゲートポンプ2は、必ずしも水平に設置する必要はない。図4に示すものは、羽根車27の回転軸線50を水平から角度αの位置で固定して設置した例である。この設置方法は、高速ゲートポンプ2の吐出が上方に向けられるためにエネルギーの損失が若干あるが、水深が浅い位置まで水を吸い込みポンプアップできる利点がある。
【0036】
[実施の形態3]
前述した実施の形態1及び2は、何れも扉体1の水の流入側である上流側に配置した例であった。しかしながら、必ずしも上流側に配置する必要はない。図5は、扉体1の上流側に配置した例である。扉体1の両側には、4個のローラ51が配置されている。ローラ51は、案内溝(図示せず)内を上下に案内される。しかしながら、この実施の形態3では、扉体1を案内するローラ51だけでは重量のバランスがとれない。高速ゲートポンプ2は、扉体1のボックス状の2つのの固定部52が横方向に配置され、これにそれぞれローラ軸55が固定されている。
【0037】
扉体1の上部には、連結部53がそれぞれ配置されている。連結部53には、2本のラック54の下端がピンにより連結されている。この位置は、概略すると高速ゲートポンプ2の重心位置である。ラック54は、駆動装置により上下動されるので、結局のところ扉体1が上下駆動される。扉体1に曲げ応力が作用しないので安定して扉体1を上下動できる利点がある。
【0038】
【発明の実施例】
本発明のポンプは、次のような仕様のポンプを実施した。何れも高い比速度で低揚程の小型で効率の良いポンプが実現できた。
【0039】
【表1】

Figure 0003576068
【0040】
(その他の実施例の形態)
前述したガイドケーシング6とモータユニット21との間で形成される開口32は、断面が円形の環状の隙間であった。しかしながら、この開口32の断面形状は、横長又は縦長の多角形、扁平の円形、楕円形等の断面を有するものであっても良い。
【0041】
【発明の効果】
本発明の高速小型の水中ポンプである高速ゲートポンプをゲートに取り付けることにより、従来のゲートポンプよりもコンパクト、省スペース、低コストのゲートポンプを製作をすることがができる。更に、従来、モータの極数の増大、キャビテーション条件、水路の水深の不足等の制約から出来なかった大口径ゲートポンプの製作及び設置ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の高速ゲートポンプを示す一部断面の側面図である。
【図2】図2は、前置案内羽根と羽根の関係を回転円周面で展開して示した展開図である。
【図3】図3は、羽根車入口及び出口の各速度の関係を求めた速度線図である。
【図4】図4は、本発明の実施の形態2を示し、角度αで高速ゲートポンプを傾けて扉体に配置した例である。
【図5】図5は、本発明の実施の形態3を示し、扉体の上流川に高速ゲートポンプを配置した例である。
【図6】図6は、本発明の実施の形態3の2台の高速ゲートポンプを扉体に配置した例であり、図6(a)は正面図、図6(b)は側面図である。
【符号の説明】
1…扉体
2…高速ゲートポンプ
6…ガイドケーシング
7…環状部
9…固定フランジ
15…前置案内羽根
21…モータユニット
26…羽根
27…羽根車
30…カバー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-speed gate pump. More specifically, the present invention relates to a high-speed gate pump which is a submersible pump fixedly arranged on a door of a floodgate provided across a river or the like.
[0002]
[Prior art]
Various submersible pumps, that is, gate pumps (registered trademark of the present applicant) directly disposed on the door of a floodgate have been proposed. This gate pump generally includes a suction bell mouth, an impeller, a rear guide blade, a discharge casing, a discharge flap valve, and the like. The following three types are known as mounting types of the pump on the gate door. A vertical axis type in which the pump is arranged on the upstream side surface of the door body, a gate built-in type in which the pump is arranged inside the gate, and a horizontal axis type in which the rotation axis of the pump is horizontally arranged.
[0003]
The vertical axis type is a method in which a vertical shaft submersible pump is attached to a girder gate through an elbow-shaped casing. This method has an advantage that the gate and the pump do not require a special structure and are easy to manufacture. However, when two high-speed gate pumps are used for the waterway width, the water depth on the suction side is usually required to be 6 times the diameter, and the water depth on the suction side is usually required to be about 2.6 times the diameter.
[0004]
The built-in gate type is a type in which a submersible pump is built in a gate door body, and a discharge port is opened on the downstream side. With this built-in gate type, the overall shape of the gate pump has a well-balanced shape, the thickness of the door body is large, and the horizontal main girder can not be placed inside the door body, so if it is large, the strength design is It is difficult to do, and the dimensions of the water channel can be almost the same as the gate mounting type.
[0005]
The horizontal axis type (for example, JP-A-11-166496) is a type in which an outer rotor type submersible motor pump is mounted on a horizontal axis (horizontal direction). Since the motor shaft is horizontal and the direction of water flow and the direction of the opening coincide with each other on this horizontal axis, the flow speed of the water flowing into the water channel can be increased and the width of the water channel can be narrowed. Because it is installed, the axial dimension can be shortened, the outer diameter of the impeller becomes large, so it is disadvantageous for cavitation, so the number of poles of the motor increases, there is a limit to increasing the capacity, the suction aperture becomes large, It is not possible to operate at a low water level lower than that.
[0006]
On the other hand, in the case of an axial pump, the specific speed Ns is generally set to 1300 to 2000 (according to the technical standards for pumping and drainage). In this case, if the pump has a low head and a large diameter, the number of poles of the motor increases due to low-speed rotation, and accordingly the whole motor becomes large. As the number of poles of the motor increases, the motor efficiency and the motor power decrease. Therefore, the practical limit is about 20 poles, and therefore, there is a limit in manufacturing a large-diameter pump.
[0007]
For example, if a pump having a discharge amount Q = 90 m 3 / min and a total head = 2 m is designed with Ns = 2000, the rotation speed N is 354 rpm. Since this corresponds to 20 poles in the case of a power supply of 60 Hz, the pump capacity is almost limited.
[0008]
Next, axial flow pumps with rear guide vanes are required to produce twisted guide vanes, which are difficult to machine. Becomes heavier. In addition, if the rear guide vane is eliminated, the size and weight are reduced, but the pump efficiency is deteriorated and the required power is increased. Therefore, the size of the motor is increased, and as a result, not only the size and weight cannot be reduced, but also the cost of the entire equipment increases.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In particular, in the gate pump, it is preferable to move the water linearly from the inner water side to the outer water side of the gate because the flow direction and the suction and discharge directions of the water channel coincide with each other, so that the loss is small, so that it is preferable. However, if the conventional pump is simply arranged on the horizontal axis, the overall size is large, the weight is large, and it becomes too long, and the balance is poor when attached to the gate.
The present invention has been made under the above-mentioned technical background, and achieves the following objects.
An object of the present invention is to provide a small-sized, lightweight, high-speed gate pump required for a gate pump.
It is another object of the present invention to provide a high-speed gate pump having a low head and a simple structure required for the gate pump.
Still another object of the present invention is to provide a large capacity gate pump having a large specific speed and a small external dimension.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The high-speed gate pump according to the present invention is provided with a motor unit for rotationally driving, and an annular gap is formed between the motor unit and an outer periphery of the motor unit so as to be concentric with the drive axis of the motor unit. A high-speed gate pump comprising a guide casing, wherein a motor unit is arranged on a side where water to be pumped in flows, wherein the gap has a peripheral surface substantially parallel to the drive axis; and And a tapered hole that is continuous with the front guide blade arranged to give a swirling flow to the water to be sucked, and water that is connected to the motor unit and sent from the front guide blade. It comprises an impeller that gives a turn in the opposite direction to the front guide blade, and a discharge pipe that guides water pumped up by the impeller and has a tapered inner hole.
[0011]
The high-speed gate pump may be arranged such that a center axis of the impeller forms an angle with a horizontal line, and the motor unit is positioned below the impeller.
[0012]
It is preferable that a flap valve is disposed on the distal end surface of the discharge pipe so as to be swingable, and opens the discharge pipe only when discharging from the impeller. It is preferable to dispose a cover having one end fixed to the upper part on the opening side of the guide casing and forming an angle with the horizontal direction, and disposed so that the discharge pipe side is higher.
[0013]
The high-speed gate pump may be driven up and down by a vertical drive unit at a position substantially at the center of gravity of the motor unit. Further, the high-speed gate pump may be arranged on a door on the side from which the pumped-up water is discharged.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[Embodiment 1]
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional side view showing a high-speed gate pump according to the present invention. The door 1 is a weir constituting a gate. In the present embodiment, a high-speed gate pump 2 is arranged and fixed to a door 1 constituting a roller gate, which is a kind of the gate. Both ends of the back surface of the door body 1 are supported up and down in the door groove, and receive water pressure. To receive the water pressure, a roller (not shown) is fixedly disposed at a portion of the back surface of the door body 1 which contacts the door groove. These structures and functions are well-known technologies, and the description thereof will be omitted.
[0015]
A pump fixing plate 3 is fixed by bolts 4 on one of the side surfaces of the door 1, that is, on the inflow side. This fixing may be performed by welding. The pump fixing plate 3 is for fixing the high-speed gate pump 2 of the present invention to the door 1 in a detachable manner, and is a rectangular fixing plate having a predetermined thickness. An opening 5 is formed in the center of the pump fixing plate 3. The opening 5 is a through hole for passing the pumped up water.
[0016]
A guide casing 6 is fixedly arranged on the water inflow side (normally, on the upstream side) of the opening 5. The guide casing 6 is an outer main body constituting the high-speed gate pump 2. The guide casing 6 includes an annular portion 7 and a tapered portion 8 that is continuous with the annular portion 7. A fixed flange 9 is integrally formed at the front of the guide casing 6, and the rear has an opening 32 communicating with the tapered portion 8 through an annular gap. The opening 32 is for sucking water from the inflow side. The high-speed gate pump 2 is fixed to the door 1 by fixing the fixing flange 9 to the pump fixing plate 3 with the plurality of bolts 10.
[0017]
The annular inner hole 11 of the annular portion 7 is a straight portion whose inner diameter dimension does not change. The tapered inner hole 12 of the tapered portion 8 continuous with the annular portion 7 is a cylindrical hole having a taper continuous with the annular inner hole 11. The taper angle of the tapered inner hole 12 is formed at 18 degrees in this example. This taper angle differs depending on the design such as the shape of the front guide blade 15 as described later, and is not a fixed value. The tapered inner hole 12 guides water flowing into the annular inner hole 11 of the guide casing 6 to the tapered inner hole 12 to increase the speed.
[0018]
On the inner peripheral surface of the tapered inner hole 12, six front guide blades 15 are arranged at equiangular positions in this example. The front guide blade 15 forms a lead angle in the direction of the central axis. The swirling motion according to the lead angle is given to the water flowing from the annular inner hole 11. A motor unit mounting portion 20 having a cylindrical outer shape is disposed at a center position of the motor unit mounting portion 20 and integrally connected to the front guide blade 15. Therefore, the front guide vane 15 has a function of imparting a turning motion to water and fixing the motor unit 21.
[0019]
The outer shape of the motor unit mounting portion 20 is substantially the same as that of the tapered inner hole 12, and the inside thereof is hollow. The motor unit mounting portion 20 and the motor unit 21 are fixed to the rear end of the motor unit mounting portion 20 with bolts 22. The front guide blade 15 gives the water flowing into the opening 32 a swirling flow in a direction opposite to an impeller 27 described later.
[0020]
The motor unit 21 is a motor having a built-in squirrel-cage induction motor and generating a rotational driving force by electric power. In this example, the number of magnetic poles of the conventional squirrel-cage induction motor is reduced to increase the number of revolutions, and the specific speed NS2000 to 3000 is increased. The motor unit 21 is supplied with power from a power line housed in the casing cable protection tube 23. A seal member (not shown) such as a mechanical seal is disposed on the outer periphery of the output shaft of the motor unit 21 so that water does not enter the inside of the motor unit 21.
[0021]
An impeller hub 25 is key-fixed to the output shaft of the motor unit 21. In this example, four (or two or three) blades 26 are arranged on the outer periphery of the impeller hub 25 at equal angular intervals on the outer periphery in this example. The impeller hub 25 and the blade 26 constitute an impeller 27. The motor unit 21 drives the impeller 27 to rotate. In front of the impeller hub 25, an impeller boss 28 having a curved surface with a rounded front and a flat end surface is fixed to the output shaft of the motor unit 21 with bolts (not shown).
[0022]
In order to secure a high specific speed, the diameter (d) of the impeller boss 28 is designed to be small, and the diameter ratio to the diameter (D) of the opening 5, that is, the boss ratio (d / D) is reduced, so that the boss passage The area is large. The impeller 27 receives a swirling flow of the front guide blade 15 as described later, and then generates a required lift while leaving a forward swirling flow with the impeller 27 in the wake. The magnitude of the swirling flow by the impeller 27 is a value that provides an appropriate swirling amount so as to minimize the loss in the discharge pipe 35 that is a conical expanding pipe described later.
[0023]
On the other hand, one end of the cover 30 is fixed to the upper part of the rear end face of the guide casing 6 by bolts 31. The cover 30 is a rectangular plate, and reduces the probability of inhaling air when the water level drops. That is, when the high-speed gate pump is operating, the water level near the opening 32 of the guide casing 6, which is the suction port, decreases. This lowering of the water level causes air to be sucked in, causing harmful vibrations and lowering the pump efficiency. This is to cover the vicinity of the water surface and prevent air from flowing into the opening 32. There is also a function for removing dust floating on the water surface so as not to be sucked.
[0024]
A discharge pipe 35 is disposed and fixed in front of the opening 5. The discharge pipe 35 is a tubular conically expanded pipe that expands forward, that is, a tapered pipe. In the present embodiment, the taper angle of the tapered inner hole 36 of the discharge pipe 35 is 18 degrees. When the impeller 27 is designed so that cavitation does not occur and a high specific speed is obtained, the outer diameter of the impeller 27 is usually smaller than the discharge port diameter which is the nominal diameter of the pump.
[0025]
Therefore, the tapered inner hole 36 of the discharge pipe 35 needs to have as little pressure loss as possible. For this reason, a gentle taper of 6 ° to 12 ° is usually desirable, but in the case of this example, an equivalent effect can be obtained with a steep taper of 12 ° to 20 ° due to the effect of an appropriate swirling flow.
[0026]
That is, in the wake flow sent out from the impeller 27, the ratio of the dynamic pressure to the total pressure becomes large. Therefore, in order to improve the efficiency, it is necessary to convert the dynamic pressure to a static pressure as much as possible. The function of the discharge pipe 35 fulfills this conversion function. The discharge pipe 35 can realize good pressure recovery while keeping the length in the axial direction short by the effect of an appropriate swirling flow. At this time, the energy of the swirling flow component is discarded, but the amount is small.
[0027]
An annular flange 37 is integrally formed on the outer periphery of the base end of the discharge pipe 35 by welding. The flange 37 is fixed to the pump fixing plate 3 by the bolt 10 together with the fixing flange 9 of the guide casing 6. An annular flange 38 is integrally formed on the outer periphery of the distal end of the discharge pipe 35 by welding. A flap valve 40 is arranged on the front surface of the flange 38. The flap valve 40 is a one-way valve that opens when the water pumped up from the high-speed gate pump 2 is being discharged, and closes when the high-speed gate pump 2 stops and water flows backward from the downstream side. is there.
[0028]
The upper end of the flap valve 40 is supported by a swing shaft 42 so as to be swingable. A seal member 44 is annularly arranged on the back surface (the discharge pipe 35 side) of the valve body 43 of the flap valve 40. The seal member 44 is made of an elastic member such as rubber, and is interposed between the flange 37 and the valve body 43 to reduce the opening and closing noise of the seal and flap valve 40.
[0029]
FIG. 2 is a developed view showing the relationship between the front guide vanes and the vanes on a rotating circumferential surface. The water flow sucked from the annular opening 32 is swirled in the circumferential direction by the front guide blade 15. The swirled water flow flows into the blades 26 of the impeller 27 rotating at the peripheral speed U at an impeller inlet flow speed C 1 and an impeller inlet relative speed W 1 .
[0030]
This is accelerated by the blades 26, and at the outlet, the impeller outlet flow speed C 2 and the impeller outlet relative speed W 2 are obtained. FIG. 2 is a velocity diagram showing the relationship between the respective velocities of the impeller entrance and the exit. FIG. 3 is a velocity diagram in which the relationship between the respective velocities at the entrance and exit of the impeller is obtained. However, assuming that the axial flow component of the water flow is the axial flow velocity Cm, the water flow at the inlet of the impeller 27 is given in advance a negative rotation component C U1 as understood from FIG. 3. (This direction is defined as negative.) This negative rotation component is provided by the front guide blade 15 as described above.
[0031]
Due to this acceleration by the blade 26, the water flow becomes a rotation component CU2 in which the rotation component at the outlet of the impeller 27 is a plus component. That is, the blade 26 gives the water stream a turning angle of the angle θ. In terms of absolute values, the rotation component CU1 and the rotation component CU2 are given by the blade 26 of the impeller 27. The rotation component CU2 is intended to achieve an appropriate swirling flow by the discharge pipe 35, which is a conical expanding pipe, to realize a good pressure recovery while keeping the axial length short. At this time, the energy of the swirling flow component is discarded, but the amount is small.
[0032]
The theoretical head H of the impeller 27 is represented by the following equation.
[0033]
H = η H U (C U2 −C U1 ) / g (1)
Here, η H is efficiency.
[0034]
Small bosses side of the circumferential velocity U of the impeller 27, as will be appreciated from equation (1), (C U2 -C U1) it is necessary to be increased, before -C by the action of置案the blade 15 U1 (However, if CU1 is negative.), The turning angle θ may be small. That is, there is an effect of reducing the twist of the impeller 27. That is, the closer the guide blade 15 is to the center side, that is, the closer to the motor unit mounting portion 20, the greater the torsion and the smaller the outer periphery.
[0035]
[Embodiment 2]
In the first embodiment described above, the impeller 27 is installed so that the central axis is horizontal. However, the high-speed gate pump 2 does not need to be installed horizontally. FIG. 4 shows an example in which the rotation axis 50 of the impeller 27 is fixed and installed at an angle α from the horizontal. This installation method has a small energy loss because the discharge of the high-speed gate pump 2 is directed upward, but has an advantage that the water can be sucked up to a position where the water depth is shallow and the pump can be pumped up.
[0036]
[Embodiment 3]
Embodiments 1 and 2 described above are both examples in which the door 1 is disposed on the upstream side that is the water inflow side. However, it is not always necessary to arrange it upstream. FIG. 5 is an example in which the door body 1 is arranged on the upstream side. On both sides of the door 1, four rollers 51 are arranged. The roller 51 is guided up and down in a guide groove (not shown). However, in the third embodiment, the weight cannot be balanced only by the rollers 51 that guide the door 1. In the high-speed gate pump 2, two box-shaped fixing portions 52 of the door 1 are arranged in a lateral direction, and a roller shaft 55 is fixed to each of them.
[0037]
On the upper part of the door 1, connecting parts 53 are arranged, respectively. The lower ends of the two racks 54 are connected to the connecting portion 53 by pins. This position is roughly the center of gravity of the high-speed gate pump 2. Since the rack 54 is moved up and down by the driving device, the door 1 is eventually driven up and down. Since no bending stress acts on the door 1, there is an advantage that the door 1 can be moved up and down stably.
[0038]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
The pump of the present invention implemented a pump having the following specifications. In each case, a small and efficient pump with a high specific speed and a low head was realized.
[0039]
[Table 1]
Figure 0003576068
[0040]
(Other Embodiments)
The opening 32 formed between the guide casing 6 and the motor unit 21 was an annular gap having a circular cross section. However, the cross-sectional shape of the opening 32 may have a cross-section such as a horizontally long or vertically long polygon, a flat circle, and an ellipse.
[0041]
【The invention's effect】
By attaching the high-speed gate pump, which is the high-speed and small submersible pump of the present invention, to the gate, a gate pump that is more compact, space-saving, and lower in cost than conventional gate pumps can be manufactured. Furthermore, there is an effect that it is possible to manufacture and install a large-diameter gate pump, which could not be conventionally performed due to restrictions such as an increase in the number of motor poles, cavitation conditions, and insufficient water depth in a water channel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional side view showing a high-speed gate pump of the present invention.
FIG. 2 is a developed view showing a relationship between a front guide blade and a blade, which is developed on a rotating circumferential surface.
FIG. 3 is a velocity diagram showing a relationship between respective speeds of an impeller inlet and an outlet.
FIG. 4 shows Embodiment 2 of the present invention, and is an example in which a high-speed gate pump is tilted at an angle α and disposed on a door body.
FIG. 5 shows the third embodiment of the present invention, and is an example in which a high-speed gate pump is arranged on an upstream river of a door body.
FIG. 6 is an example in which two high-speed gate pumps according to Embodiment 3 of the present invention are arranged on a door body. FIG. 6 (a) is a front view, and FIG. 6 (b) is a side view. is there.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Door 2 ... High-speed gate pump 6 ... Guide casing 7 ... Annular part 9 ... Fixed flange 15 ... Front guide blade 21 ... Motor unit 26 ... Blade 27 ... Impeller 30 ... Cover

Claims (6)

回転駆動するためのモータユニットと、
前記モータユニットの外周に前記モータユニットの駆動軸線と同芯に配置され、前記モータユニットとの間で環状の隙間が形成されるガイドケーシングとからなる高速ゲートポンプであって、
ポンプアップされる水が流入する側に前記モータユニットを配置し、前記隙間が前記駆動軸線と略平行な周面を備えた環状隙間と、
前記環状隙間と連続するテーパー孔と、
前記テーパー孔には、吸入される水に旋回流れを与えるために配置された前置案内羽根と、
前記モータユニットに連結され、前記前置案内羽根から送られる水を前記前置案内羽根とは逆方向の旋回を与える羽根車と、
前記羽根車でポンプアップされた水を案内し、テーパー状の内孔が形成された吐出管と
からなることを特徴とする高速ゲートポンプ。
A motor unit for rotating and driving;
A high-speed gate pump comprising: a guide casing disposed concentrically with the drive axis of the motor unit on the outer periphery of the motor unit, and an annular gap formed between the motor unit and the motor casing;
An annular gap having a peripheral surface substantially parallel to the drive axis, wherein the motor unit is disposed on a side where water to be pumped flows in;
A tapered hole continuous with the annular gap,
In the tapered hole, a front guide vane arranged to give a swirling flow to the water to be sucked,
An impeller that is connected to the motor unit and gives water sent from the front guide blade to turn in a direction opposite to that of the front guide blade;
A high-speed gate pump, comprising: a discharge pipe having a tapered inner hole formed therein for guiding water pumped up by the impeller.
請求項1に記載の高速ゲートポンプにおいて、
前記羽根車の中心軸線が水平線と角度をなし、前記モータユニットが前記羽根車より下方に位置するように配置されている
ことを特徴とする高速ゲートポンプ。
The high-speed gate pump according to claim 1,
A high-speed gate pump, wherein a center axis of the impeller forms an angle with a horizontal line, and the motor unit is disposed below the impeller.
請求項1又は2に記載の高速ゲートポンプにおいて、
前記吐出管の先端面に揺動自在に配置され、前記羽根車からの吐出時にのみ前記吐出管を開放するフラップ弁と
からなることを特徴とする高速ゲートポンプ。
The high-speed gate pump according to claim 1 or 2,
A high-speed gate pump, comprising: a flap valve that is swingably disposed on a distal end surface of the discharge pipe and that opens the discharge pipe only when discharging from the impeller.
請求項1ないし3から選択される1項に記載の高速ゲートポンプにおいて、
前記ガイドケーシングの開口側の上部に一端が固定され水平方向と角度を成して、かつ前記吐出管側が高くなるように配置されたカバーと
からなることを特徴とする高速ゲートポンプ。
The high-speed gate pump according to claim 1, which is selected from claims 1 to 3,
A high-speed gate pump, comprising: a cover fixed at one end to an upper portion on the opening side of the guide casing and forming an angle with a horizontal direction, and disposed so that the discharge pipe side is higher.
請求項1ないし4から選択される1項に記載の高速ゲートポンプにおいて、
前記モータユニットの略重心位置で連結した上下駆動部材で上下駆動するようにした
ことを特徴とする高速ゲートポンプ。
The high-speed gate pump according to claim 1, which is selected from claims 1 to 4,
A high-speed gate pump, wherein the motor unit is driven up and down by an up-down driving member connected at a substantially center of gravity of the motor unit.
請求項5に記載の高速ゲートポンプにおいて、
前記高速ゲートポンプは、前記高速ゲートポンプが吐出する側の前記扉体に配置されている
ことを特徴とする高速ゲートポンプ。
The high-speed gate pump according to claim 5,
The high-speed gate pump is arranged on the door on the side where the high-speed gate pump discharges.
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