JP5044105B2 - 遠心ポンプ用羽根車及びそれを備えた遠心ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、遠心ポンプ用羽根車及びそれを備えた遠心ポンプに関するものである。

従来より、遠心ポンプは、排水設備等の各種設備においてよく用いられている。遠心ポンプは、モータシャフトに連結された羽根車が渦巻形ケーシングの内部に収容されて構成されている。

遠心ポンプの羽根車には、用途に応じて様々な形態のものが使用されている。例えば汚水槽の汚水を排出する用途等においては、汚水に固形物が含まれている場合があるため、詰まりが少なく固形物をそのまま排出できるような羽根車が好ましい。そのような羽根車として、いわゆるノンクロッグタイプの羽根車が知られている。

ノンクロッグタイプの羽根車は、一端に吸込口が形成され、側面に吐出口が設けられた略円筒体からなる。円筒体の内部には、軸方向から見て渦巻き状に形成され、吸込口と吐出口とをつなぐ流路が形成されている。この流路は、１枚の羽根によって区画されている。そのため、ノンクロッグタイプの羽根車の羽根は、回転軸に対して非軸対称な形状となる。したがって、この羽根車は、そのままでは静止時における静的バランスや気中回転時における動的バランス（以下、静的バランス及び動的バランスを合わせて機械的バランスという）がとれず、組立作業性の低下や、回転時の振動を引き起こすこととなる。そこで、一般的に、この種の羽根車では、重量の大きい箇所を削ること等により、機械的バランスが保たれている。

しかし、上記羽根車では、機械的バランスが修正されても、ポンプの運転に伴って、羽根車の回転のバランス（以下、水力的バランスという）がくずれることがある。すなわち、ポンプを運転させると、羽根車は回転し、吸い込んだ汚水等の流体により、羽根車の羽根は力を受けることとなる。このとき、上記羽根は非軸対称形状であるため、羽根にかかる力の分布も非軸対称となる。そのため、当該羽根車では、軸対称に配置された複数枚の羽根を有する羽根車と異なり、羽根に作用する流体力が打ち消し合わない。したがって、上記羽根車では、機械的バランスを修正してもなお、ポンプ運転時に流体力によって不釣合が生じてしまい、振動を招くことがあった。

機械的バランスを保つことを目的とした羽根車として、特許文献１に開示された羽根車が知られている。特許文献１に開示された羽根車では、表面の一部に溝を設けることにより、重量の一部を取り除いている。一方、羽根車の表面の他の部分には、溝を有する突起を設け、該溝内部にバランスウェイトを取り付けている。

水力的バランスの不釣合状態を解消することを目的とした羽根車として、特許文献２に開示された羽根車が知られている。
実公昭４５−１１４４７号公報 特開平１０−２３８４９５号公報

ところが、特許文献１に開示された羽根車のように、バランスウェイトを取り付けるために羽根車の表面に突起を設けると、回転時に羽根車の表面側の流体に乱れが生じやすく、動力の損失が大きかった。また、羽根車の表面にバランスウェイトを直接取り付けていたため、羽根車の鋳型自体を変更しなければ、バランスウェイトの取り付け位置を変更することはできなかった。したがって、羽根車を鋳造した後は、バランスウェイトの微調整が困難であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転時に羽根車に生じる流体力の不釣合を簡単な構成により解消し、振動の発生を効果的に防止することのできる羽根車及びそれを備えた遠心ポンプを提供することにある。

本発明に係る遠心ポンプ用羽根車は、一端に吸込口が形成され、他端に軸方向に窪んだ凹部が形成され、側方に吐出口が形成され、軸方向から見て渦巻き状に形成され且つ前記吸込口と前記吐出口とをつなぐ内部流路を区画する羽根を有し、回転軸まわりの機械的バランスが調整された略円筒形状の羽根車本体と、前記羽根車本体の前記吸込口と反対側の端部に取り付けられ、前記凹部を覆う蓋と、前記蓋とは別体の固体からなり、前記蓋に固定され、液中で回転した場合の液体から受ける力を相殺するバランスウェイトと、を備えたものである。

上記羽根車では、羽根車本体の機械的バランスが保たれている。また、本発明に係る羽根車は、バランスウェイトが設けられた蓋を備えている。羽根車が回転するとバランスウェイトには遠心力が働き、この遠心力が、羽根に作用する流体力の不釣合を打ち消すこととなる。したがって、水力的バランスも保つことができ、羽根車の振動及び軸振れを防止することができる。本発明によれば、上述のような制振効果を、バランスウェイトを取り付けた蓋を羽根車本体に取り付けるという簡単な構成により得ることができる。また、バランスウェイト及び蓋を微調整することにより、羽根車本体の鋳型を何ら変更することなく、水力的バランスの微調整を行うことができる。

前記羽根車本体は、外周面における前記吐出口よりも前記吸込口側部分から前記外周面に沿って外方に突出し、前記吸込口側と前記吐出口側とを仕切るフランジ部と、前記フランジ部よりも前記吐出口側の外周部分の一部を内側に削ったような形状に形成され、前記内部流路と連続し且つ外周面に沿って周回する外部流路を区画する２次羽根と、を備え、前記内部流路は、螺旋状に形成されていることが好ましい。

上記羽根車では、吸込口から吸い込まれた流体は、螺旋状の内部流路内を流れた後、羽根車本体の外周面に沿った外部流路を流れる。そのため、ポンプの性能が向上する。内部流路を区画する羽根及び上記２次羽根の全体は非軸対称形状であるが、上述の通り、羽根車の機械的バランス及び水力的バランスは保たれる。

前記バランスウェイトは、前記凹部内に配置されていることが好ましい。

上記羽根車では、羽根車本体には凹部が形成されており、当該凹部によって羽根車本体の機械的バランスが保たれる。羽根車本体の凹部は蓋によって覆われているので、凹部における流体の乱れは抑制される。よって、流体の乱れに起因する振動の発生を抑えることができる。上記羽根車は、凹部内にバランスウェイトを配置している。このことにより、上述のような制振効果を及ぼすためにバランスウェイト用の新たなスペースを必要とすることなく、省スペース化を図ることができる。また、バランスウェイトが凹部内に収まるため、羽根車外部の流体から余計な力を受けて動力を損失することも防止できる。

前記バランスウェイトは、締結具によって前記蓋に着脱自在に取り付けられていることが好ましい。

このことにより、バランスウェイトを容易に取り付けることができ、バランスウェイトを備えた羽根車の組立が容易になる。

前記蓋は、締結具によって前記羽根車本体に着脱自在に取り付けられていることが好ましい。

このことにより、羽根車本体に蓋を容易に取り付けることができ、羽根車の組立が容易になる。

本発明に係る遠心ポンプは、前記遠心ポンプ用羽根車を備えたものである。

このことにより、振動等の発生を防止し、耐久性の高い羽根車を備えた遠心ポンプが得られる。

以上のように、本発明によれば、機械的バランス及び水力的バランスのとれた羽根車を簡単な構成で得ることができる。すなわち、本発明によれば、簡単な構成に基づいて、羽根車を回転させた際に羽根に生じる流体力の不釣合を解消することができ、振動及び軸振れの発生を抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、実施形態に係る遠心ポンプは、汚水処理用のターボ式遠心ポンプ１０である。このポンプ１０は、羽根車１１と、羽根車１１を覆うポンプケーシング１２と、羽根車１１を回転させる密閉型の水中モータ１３とを備えている。

水中モータ１３は、ステータ１４及びロータ１５からなるモータ１６と、モータ１６を覆うモータケーシング１７とを備えている。ロータ１５の中心部分には、上下方向に延びる駆動軸１８が設けられている。この駆動軸１８は、軸受１９，２０によって回転自在に支持されている。駆動軸１８の下端部は羽根車１１に連結されており、水中モータ１３の回転駆動力が羽根車１１に伝達されるようになっている。

ポンプケーシング１２は、羽根車１１を覆うとともに、羽根車１１から吐出される汚水をポンプ外へ排出する流路５０を形成している。ポンプケーシング１２の内部には、断面視で半円状に湾曲した側壁１２ａにより外周側を囲まれたポンプ室２６が形成されている。このポンプ室２６内には、羽根車１１の吐出部２８（図３参照）が収容されている。そして、図１に示すように、羽根車１１がポンプケーシング１２内に配置された状態で、ポンプ室２６の一部が前記流路５０を構成している。

また、図１に示すように、ポンプケーシング１２の下部には、下方に突出した吸込部２１が形成されている。この吸込部２１には、下方に向かって開口した吸込口２２が形成されている。吸込口２２は、羽根車１１の吸込口２９に連通している。一方、ポンプケーシング１２の側部には、側方に突出した吐出部２３が形成されている。この吐出部２３には、側方に向かって開口した吐出口２４が形成されている。この吐出口２４は流路５０の出口になっており、羽根車１１から吐出された汚水は吐出口２４からポンプ外へ排出されることになる。

図２に示すように、羽根車１１の羽根車本体１１ａには、軸方向の下側から上側に向かって順に、吸込部２７と吐出部２８とが設けられている。これらの吸込部２７及び吐出部２８は、いずれも略円筒形状に形成されており、吐出部２８は吸込部２７よりも大径に構成されている。そして、吐出部２８と吸込部２７との間には、全周にわたってフランジ部４０が形成されている。図１に示すように、フランジ部４０は、羽根車１１の吐出部２８と吸込部２７とを上下に仕切っている。すなわち、この羽根車１１は、吸込部２７と吐出部２８とがフランジ部４０で仕切られたクローズドタイプの羽根車である。

図２に示すように、吸込部２７の下端には、下方に向かって開口した吸込口２９が設けられている。一方、吐出部２８の上端には、天井面３０（図４参照）が形成されている。

図４に示すように、天井面３０には、ボルト孔が形成された突起部６１が等間隔に３つ設けられている。天井面３０の一部（ここでは、軸方向から見て天井面３０の４分の３の部分であり、羽根車１１の重量が大きい側）には、下方に窪んだ窪み３３が形成されている。この窪み３３により、羽根車１は軽量化され、また、機械的バランスがとられ、回転の安定性が向上している。ただし、天井面３０の窪み３３の大きさや形状は、何ら限定されるものではない。また、機械的バランスが維持される限り、窪み３３は必ずしも必要ではなく、天井面３０の形状は特に限定されるものではない。

図３に示すように、羽根車本体１１ａの天井面３０上には、中心部分を切り欠いた円形の蓋７０がボルト６０によって取り付けられている。羽根車本体１１ａの中心部には、駆動軸１８を取り付けるための取付部３１が形成されており、蓋７０中心部の切り欠き部分には、取付部３１が挿入されている。この取付部３１の中央には、駆動軸１８の先端を挿入するための挿入穴３２が形成されている。この蓋７０は羽根車本体１１ａの窪み３３を覆っており、蓋７０と天井面３０とにより室５１が形成されている（図９〜図１６参照）。

図１２及び図１６に示すように、蓋７０の裏面（内部側）には、バランスウェイト８０がボルト８３によって取り付けられている。このバランスウェイト８０により、羽根車１１が回転した際に生じる流体力の不釣合が打ち消され、振動の発生が抑制される。本実施形態では、バランスウェイト８０は窪み３３が最も窪んでいる箇所に位置しているが、バランスウェイト８０の位置は何ら限定されるものではない。また、バランスウェイト８０の数、大きさ、形状も何ら限定されるものではない。

図３に示すように、蓋７０の内側端部には、複数の孔８１が形成されている。これら孔８１は、バランスウェイト８０よりも半径方向の内側に形成されている。また、これら孔８１は、周方向に関して、バランスウェイト８０の両側に位置している。この孔８１を通じて、室５１の内部と外部とが連通され（図１０等参照）、孔８１から水及び空気が出入りすることとなる。なお、これら孔８１から排出された空気は、羽根車１１とポンプケーシング１２との隙間を通って吐出口２４または空気抜きバルブ８５（図１参照）を経てポンプ１０外へ排出される。

一方、図７、図９、図１０及び図１２に示すように、羽根車１１の吐出部２８には、側方に向かって開口する吐出口３４が形成されている。図６、図７及び図９〜図１８に示すように、羽根車１１の内部には、吸込部２７の吸込口２９から吐出口３４に至る螺旋状の１次流路３５（螺旋状流路）が区画形成されている。すなわち、図１７に示すように、吐出口３４は、螺旋状の１次流路３５の延長方向に向かって開口している。なお、本明細書では、この１次流路３５を区画している区画壁を１次羽根３６と称する。

図２及び図５〜図１８に示すように、吐出部２８の外周面上の一部には、当該外周面に沿って延びるように内側に窪んだ２次流路３７が形成されている。図１７に示すように、この２次流路３７は、吐出口３４において、羽根車１１内に形成された１次流路３５の下流側と連続している。そして、２次流路３７は、羽根車１１の半周以上の長さにわたって吐出部２８を周回している。２次流路３７の下流端は、吐出口３４の近傍にまで延びている。なお、２次流路３７の長さは、半周以上且つ１周未満が好ましいが、特に限定されるものではない。

すなわち、２次流路３７は、非螺旋状の流路であり、その流路中心は羽根車１１の軸線と直交する直交面上に位置している。この２次流路３７を区画している区画壁を２次羽根３８と称すると、２次羽根３８はいわゆる半径流形の羽根であり、この２次羽根３８によって汚水は外周側（径方向外側）に吐出される。

以上が本実施形態に係るポンプ１０の構成である。次に、羽根車１１の製作方法について説明する。

まず、ステンレス等の金属材料を用いて羽根車本体１１ａを鋳造する。この際、軽量化及び機械的バランスの確保のために、羽根車本体１１ａには予め窪み３３を設けておく。すなわち、窪み３３を設けることにより、強度上特に必要でない部分をなくし、さらに、非軸対称形状である羽根車本体１１ａの機械的バランスをとる。

一方、羽根車本体１１ａとは別に、蓋７０を製作しておく。そして、この蓋７０に、バランスウェイト８０をボルト８３によって取り付ける。次に、蓋７０のボルト孔と羽根車本体１１ａの突起部６１のボルト孔とを合わせ、蓋７０を羽根車本体１１ａにボルト締めする。すなわち、蓋７０を羽根車１１の天井面３０上に載せ、ボルト６０によって固定する。これにより、バランスウェイト８０は、窪み３３内の所定位置（羽根車１１の回転中に生じる流体力を打ち消す位置）に配置される。

このポンプ１０では、汚水は、以下のようにして搬送される。すなわち、水中モータ１３によって羽根車１１が回転し、この回転によって、羽根車１１の１次羽根３６が下側の吸込口２９から汚水を上方へ向かって吸い込む。そして、吸い込まれた汚水は、羽根車１１内の螺旋状の１次流路３５を通過し、吐出口３４及び２次羽根３８によって外周側に吐出される。吐出された汚水は、羽根車１１を覆うポンプケーシング１２によって受け止められ、流路５０を流通した後、吐出口２４からポンプ外へ排出される。

以上のように、本実施形態に係る羽根車１１によれば、羽根車本体１１ａの天井面３０には、窪み３３が設けられている。これにより、羽根車１１の軽量化を図ることができ、あわせて機械的バランスをとることができる。

また、本実施形態によれば、羽根車本体１１ａの窪み３３は、蓋７０によって覆われている。そのため、窪み３３によって流体の流れが乱されることが抑制され、ポンプの効率を向上させることができる。また、流れの乱れに起因する振動を抑制することができる。

本実施形態の羽根車１１では、１次羽根３６と２次羽根３８とは連続しており、軸方向から見て螺旋状の一枚羽根を形成している。このような一枚羽根の羽根車１１では、羽根は非軸対称形状となる。そのため、羽根に加わる流体（汚水）の力は、羽根の一方の側と他方の側とで異なり、全体として不釣合の力となる。したがって、該流体力は、軸対称形状の羽根を有する羽根車のように打ち消し合わず、羽根車を振動させてしまう。しかし、本実施形態に係る羽根車１１には、バランスウェイト８０を固定した蓋７０が取り付けられている。そのため、羽根車１１が回転するとバランスウェイト８０に遠心力が働き、この遠心力は該流体力を打ち消すように作用する。したがって、本実施形態に係る羽根車１１によれば、機械的バランスだけでなく水力的バランスをもとることができ、振動の発生を効果的に防止することができる。

また、本実施形態に係る羽根車１１では、羽根車本体１１ａにバランスウェイトを取り付けるのではなく、蓋７０にバランスウェイト８０を取り付け、該蓋７０を羽根車１１本体に取り付けている。そのため、羽根車本体１１ａの形状に拘わらず（例えば天井面３０の凹凸に左右されずに）バランスウェイト８０を適宜に設置することができる。したがって、振動防止に好適な位置にバランスウェイト８０を容易に設置することができる。

また、バランスウェイト８０の取付位置等を微調整する必要が生じたときには、蓋７０の一部を改良すれば足り、羽根車本体１１ａの改良は必要ではない。そのため、羽根車本体１１ａの鋳型等を変更する必要がなく、バランスの微調整を容易に行うことができる。

また、本実施形態に係る羽根車１１では、バランスウェイト８０が上述の窪み３３内に設けられている。そのため、従来のように、バランスウェイト８０を設置するために新たなスペースを確保する必要がない。したがって、省スペース化、軽量化を図りつつ、バランスウェイト８０による羽根車１１の振動防止を実現することができる。

本実施形態に係る羽根車１１のバランスウェイト８０は、ボルト８３によって蓋７０に着脱自在に取り付けられている。また、蓋７０は、ボルト６０によって羽根車１１に着脱自在に取り付けられている。そのため、従来のように、溶接等の手間のかかる作業が不要となり、取り付け作業が容易となる。また、これにより、製作コストの削減、及びメンテナンスの容易さより、ランニングコストの削減を図ることもできる。

本実施形態に係る羽根車１１の１次流路は螺旋状であったが、回転軸方向から視て渦巻き状であればよく、螺旋状に限定されるものではない。

本実施形態に係る羽根車１１において、バランスウェイト８０は蓋７０にボルト８３によって、取り付けられていたが、バランスウェイト８０を着脱自在に取り付ける締結具はボルト８３に限定されるものではなく、他のもの（例えばねじ等）であってもよい。また、蓋７０を羽根車本体１１ａに着脱自在に取り付ける締結具も、ボルト６０に限らず、他のものであってもよい。

上記実施形態では、バランスウェイト８０と蓋７０とはボルト６０によって結合されていたが、バランスウェイト８０は蓋７０と一体的に形成されていてもよい。これにより、バランスウェイト８０を蓋７０に取り付ける作業は不要となり、羽根車１１の組立を容易に行うことが可能となる。また、羽根車１１の回転により、蓋７０からバランスウェイト８０が脱落してしまうことを防止することができる。なお、バランスウェイト８０と蓋７０とを同一または異なる材料で形成し、それらを接合することによって一体化してもよい。この場合であっても、蓋７０からバランスウェイト８０が脱落してしまうことを防止することができる。

以上説明したように、本発明は、遠心ポンプ用羽根車及びそれを備えた遠心ポンプについて有用である。

遠心ポンプの断面図である。 羽根車を下方から見た斜視図である。 羽根車を上方から見た斜視図である。 羽根車本体の平面図である。 図４のＡ方向矢視図である。 図４のＢ方向矢視図である。 図４のＣ方向矢視図である。 図４のＤ方向矢視図である。 図４のＮＮ線断面図である。 図６のＭＭ線断面図である。 図４のＬＬ線断面図である。 図７のＫＫ線断面図である。 図４のＪＪ線断面図である。 図８のＩＩ線断面図である。 図４のＨＨ線断面図である。 図５のＧＧ線断面図である。 図５のＥＥ線断面図である。 図５のＦＦ線断面図である。

１０ 遠心ポンプ
１１ 羽根車
１１ａ羽根車本体
２７ 吸込部
２８ 吐出部
２９ 吸込口
３３ 窪み（凹部）
３４ 吐出口
３５ １次流路（内部流路）
３６ １次羽根
３７ ２次流路（外部流路）
３８ ２次羽根
４０ フランジ（フランジ部）
５１ 室
６０ ボルト（締結具）
７０ 蓋
８０ バランスウェイト
８３ ボルト（締結具）

Claims (6)

1. 一端に吸込口が形成され、他端に軸方向に窪んだ凹部が形成され、側方に吐出口が形成され、軸方向から見て渦巻き状に形成され且つ前記吸込口と前記吐出口とをつなぐ内部流路を区画する羽根を有し、回転軸まわりの機械的バランスが調整された略円筒形状の羽根車本体と、
   前記羽根車本体の前記吸込口と反対側の端部に取り付けられ、前記凹部を覆う蓋と、
   前記蓋とは別体の固体からなり、前記蓋に固定され、液中で回転した場合の液体から受ける力を相殺するバランスウェイトと、
   を備えた遠心ポンプ用羽根車。
2. 前記羽根車本体は、
   外周面における前記吐出口よりも前記吸込口側部分から前記外周面に沿って外方に突出し、前記吸込口側と前記吐出口側とを仕切るフランジ部と、
   前記フランジ部よりも前記吐出口側の外周部分の一部を内側に削ったような形状に形成され、前記内部流路と連続し且つ外周面に沿って周回する外部流路を区画する２次羽根と、を備え、
   前記内部流路は、螺旋状に形成されている請求項１に記載の遠心ポンプ用羽根車。
3. 前記バランスウェイトは前記凹部内に配置されている請求項１または２に記載の遠心ポンプ用羽根車。
4. 前記バランスウェイトは、締結具によって前記蓋に着脱自在に取り付けられている請求項１〜３のいずれか一つに記載の遠心ポンプ用羽根車。
5. 前記蓋は、締結具によって前記羽根車本体に着脱自在に取り付けられている請求項１〜４のいずれか一つに記載の遠心ポンプ用羽根車。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の遠心ポンプ用羽根車を備えた遠心ポンプ。

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