(57)【要約】【課題】組立を容易にし、且つ、ポンプ効率を向上可能な縦型多段ポンプを提供すること。【解決手段】複数積層することで周囲に上方から下方へ向かって流れる第１ケーシング流路３２ａを構成する第１ポンプケーシング４１及び第１インペラ４２を有し、水を上方に圧送する複数の第１ポンプ３２と、複数の第１ポンプ３２の上方に配置され、複数積層することで周囲に第１ポンプ３２の二次側から下方に向かって流れる第２ケーシング流路３３ａを構成する第２ポンプケーシング６１及び第２インペラ６２を有し、水を下方に圧送する、第１ケーシング流路３２ａに連続する複数の第２ポンプ３３と、最上段の第１ポンプ３２及び第２ケーシング流路３３ａを連続する上昇流路３４ａ並びに最下段の第２ポンプ３３及び第１ケーシング流路３２ａを連続する下降流路３４ｂを構成する中央ケーシング３４と、を備える縦型多段ポンプ。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重力方向に延設される主軸と、
複数積層することで周囲に上方から下方へ向かって流れる第１ケーシング流路を構成する第１ポンプケーシング、及び、前記主軸に固定される第１インペラを有し、下方から吸い込んだ水を上方に圧送する複数の第１ポンプと、
前記複数の第１ポンプの上方に配置され、複数積層することで周囲に前記第１ポンプの二次側から下方に向かって流れる第２ケーシング流路を構成する第２ポンプケーシング、及び、前記主軸に固定される第２インペラを有し、上方から吸い込んだ水を下方に圧送する、前記第１ケーシング流路に連続する複数の第２ポンプと、
複数積層された最上段の前記第１ポンプ及び前記第２ケーシング流路を連続する上昇流路、並びに、複数積層された最下段の前記第２ポンプ及び前記第１ケーシング流路を連続する下降流路を構成する中央ケーシングと、
を備える縦型多段ポンプ。
【請求項２】
前記第１ポンプケーシング及び前記第２ポンプケーシングは、第１内筒部、前記第１内筒部を覆う第１外筒部、並びに、前記第１内筒部及び前記第１外筒部を一体に連結する複数の第１リブを有し、前記第１内筒部の外周面の一部、前記第１外筒部の内周面の一部、及び、隣り合う二つの前記第１リブの周方向で対向する面により形成される開口により前記第１ケーシング流路及び前記第２ケーシング流路を構成する請求項１に記載の縦型多段ポンプ。
【請求項３】
前記中央ケーシングは、
軸方向で中心を区画する板部を有する第２内筒部と、
前記第２内筒部を覆う第２外筒部と、
前記第２内筒部及び前記第２外筒部を一体に連続する複数の第２リブと、
前記板部及び複数の前記第２リブで区画され、上方側及び下方側の一方が開口し、他方が閉塞することで前記上昇流路、及び、前記下降流路を構成する複数の開口部と、
を備える請求項１または請求項２に記載の縦型多段ポンプ。
【請求項４】
前記第１ポンプケーシング、前記第２ポンプケーシング、及び、前記中央ケーシングは、複数積層される前記第１ポンプケーシングの前記開口、複数積層される前記第２ポンプケーシングの前記開口、及び、前記開口部を軸方向に同位置に合わせる位置合わせ部を有する請求項３に記載の縦型多段ポンプ。
【請求項５】
前記中央ケーシングは、円筒状に構成された円筒部、前記円筒部の軸方向で中心を区画する板部、及び、前記板部の両主面に設けられた複数の筒部を有し、前記板部及び複数の前記筒部によって、前記上昇流路及び前記下降流路を構成し、
前記板部の一方の主面側に設けられた一対の前記筒部と、前記板部の他方の主面側に設けられた一対の前記筒部は、同じ配置関係を有し、一方側が他方側に対して軸周りで９０度位相して配置される請求項１または請求項２に記載の縦型多段ポンプ。
【請求項６】
複数積層された最下段の前記第２ポンプケーシングに収納される前記第２インペラは、裏羽根を有する請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の縦型多段ポンプ。
【請求項７】
前記第１インペラ及び前記第２インペラは、前記第１インペラの枚数が前記第２インペラの枚数よりも多いか、または、前記第１インペラの枚数と前記第２インペラの枚数が同数、且つ、前記第1インペラの直径が前記第２インペラの直径よりも大きい請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の縦型多段ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のポンプを有する縦型多段ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
超高層ビルやタワーマンション等の給水等を行う給水装置として、縦型多段ポンプを用いる技術が知られている。
【０００３】
縦型多段ポンプは、複数のポンプを有することから、駆動時にインペラを固定した主軸に大きなスラスト荷重が生じる。このスラスト荷重を支持するため、モータ軸受とは別途に、モータの下部に、アンギュラ軸受を組み合わせたポンプ軸受を設ける必要がある。
【０００４】
しかし、このようなポンプ軸受は高価であり、また、組み立てが複雑で精度を要するものである。したがって、このようなポンプ軸受を設けた縦型多段ポンプは、製造コストが増大するという問題があった。
【０００５】
また、組み立て性を改善するため、ポンプ段数を減らすべく、例えばインバータによりブラシレスモータを高速回転する構成とすると、軸受寿命が低下するという問題がある。したがって、従来の縦型多段ポンプは、組み立て性を改善する場合には、ポンプ段数と軸受寿命の関係による設計上の制約があった。
【０００６】
そこで、一次側に設けた第１ポンプ群のインペラ及び二次側に設けた第２ポンプ群のインペラの吸込方向を、互いに逆向きに配置した多段ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような多段ポンプは、第１ポンプ群及び第２ポンプ群それぞれのインペラに作用するスラスト荷重を反対向きとすることで、主軸に加わるスラスト荷重を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−７４３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、このような多段ポンプは、第１ポンプ群のインペラにより増圧した水を第２ポンプ群のインペラへ迂回する流路が狭く、大きな損失が発生し、揚水性能の低下を招く恐れがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、組立を容易にし、且つ、ポンプ効率を向上可能な縦型多段ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様として、縦型多段ポンプは、重力方向に延設される主軸と、複数積層することで周囲に上方から下方へ向かって流れる第１ケーシング流路を構成する第１ポンプケーシング、及び、前記主軸に固定される第１インペラを有し、下方から吸い込んだ水を上方に圧送する複数の第１ポンプと、前記複数の第１ポンプの上方に配置され、複数積層することで周囲に前記第１ポンプの二次側から下方に向かって流れる第２ケーシング流路を構成する第２ポンプケーシング、及び、前記主軸に固定される第２インペラを有し、上方から吸い込んだ水を下方に圧送する、前記第１ケーシング流路に連続する複数の第２ポンプと、複数積層された最上段の前記第１ポンプ及び前記第２ケーシング流路を連続する上昇流路、並びに、複数積層された最下段の前記第２ポンプ及び前記第１ケーシング流路を連続する下降流路を構成する中央ケーシングと、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、組立を容易にし、且つ、ポンプ効率を向上可能な縦型多段ポンプが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る縦型多段ポンプの構成を一部断面で示す概略図。
【図２】同縦型多段ポンプに用いられる第１ポンプケーシング及び第２ポンプケーシングの構成を示す一次側の平面図及び二次側の平面図。
【図３】同第１ポンプケーシングの構成を一部断面で示す斜視図。
【図４】同縦型多段ポンプに用いられる第１インペラの構成を示す断面図。
【図５】同縦型多段ポンプに用いられる中央ケーシングの構成を示す斜視図。
【図６】同中央ケーシングの構成を一部断面で示す斜視図。
【図７】本発明の他の実施形態に係る縦型多段ポンプに用いられる中央ケーシングの構成を示す断面図。
【図８】同中央ケーシングの構成を図７中ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面で示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の第１の実施形態に係る縦型多段ポンプ１の構成を、図１乃至図６を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る縦型多段ポンプ１の構成を示す断面図である。図１に示すように、縦型多段ポンプ１は、モータ１１と、主軸１２と、ポンプ１３と、を備える。
【００１５】
モータ１１は、モータケーシング１１ａと、モータケーシング１１ａ内に設けられる固定子と、固定子により回転される回転子と、を備える。
【００１６】
主軸１２は、モータ１１により回転可能に構成される。主軸１２は、ポンプ１３に設けられる複数のインペラを固定可能に重力方向に延設される。主軸１２は、例えば、モータ主軸２１と、ポンプ主軸２２と、軸接手２３と、を備える。
【００１７】
モータ主軸２１は、回転子に固定される。モータ主軸２１は、回転子の回転に伴い回転する。また、モータ主軸２１は、モータケーシング内で軸受により支持される。
【００１８】
ポンプ主軸２２は、ポンプ１３に配置される。ポンプ主軸２２は、ポンプ１３に設けられる複数のインペラ４２、６２が固定可能に形成される。
【００１９】
軸接手２３は、モータ主軸２１の回転に伴いポンプ主軸２２を回転可能に、モータ主軸２１とポンプ主軸２２を連結する。また、軸接手２３は、主軸１２との間に、主軸１２が回転摺動可能、且つ、主軸１２との間の隙間を密封するメカニカルシール２３ａを備えている。
【００２０】
ポンプ１３は、吸込口３１ａ及び吐出口３１ｂを形成する流路カバー３１と、上方へ向かう流れを形成する第１ポンプ群３２Ａと、第１ポンプ群３２Ａの上方に配置され、下方へ向かう流れを形成する第２ポンプ群３３Ａと、中央ケーシング３４と、を備える。なお、図１に示すように、流路カバー３１の吸込口３１ａは、最下段の第１ポンプ３２への流路を形成する。流路カバー３１の吐出口３１ｂは、第１ポンプ群３２Ａの後述する第１ケーシング流路３２ａに連続する流路を形成する。
【００２１】
なお、第１ポンプ群３２Ａ及び第２ポンプ群３３Ａは、収納したインペラ４２、６２が互いに逆向きに配置されることで、水の圧送方向が軸方向で互いに逆向きに設定される。即ち、第１ポンプ群３２Ａは水の流れ方向が上方向に、第２ポンプ群３３Ａは水の流れ方向が下方向に設定される。
【００２２】
第１ポンプ群３２Ａは、複数の第１ポンプ３２を積層することで構成される。第１ポンプ３２は、下方から吸い込んだ水を上方に圧送する。第１ポンプ３２は、第１ポンプケーシング４１と、ポンプ主軸２２に固定され、第１ポンプケーシング４１に収納される第１インペラ４２と、を備える。
【００２３】
図２及び図３に示すように、第１ポンプケーシング４１は、内筒部（第１内筒部）５１と、内筒部５１を覆う外筒部（第１外筒部）５２と、内筒部５１及び外筒部５２を一体に連結する複数のリブ（第１リブ）５３と、を備える。また、第１ポンプケーシング４１は、内筒部５１の外周面の一部、外筒部５２の内周面の一部、及び、隣り合う二つのリブ５３の周方向で対向する面により形成される開口５４を複数備える。複数の開口５４は、等間隔に設けられる。
【００２４】
図１乃至図３に示すように、第１ポンプケーシング４１は、内部に第１インペラ４２を収納する収納部４１ａと、第１ポンプケーシング４１の外周側から収納部４１ａの中心側に向かって形成された戻し流路４１ｂと、一次側に連結された第１ポンプケーシング４１の収納部４１ａに配置される案内羽根４１ｃを備えている。
【００２５】
戻し流路４１ｂは、二次側の第１ポンプケーシング４１の吸込口に水を誘導する複数の戻し羽根４１ｄを有する。戻し流路４１ｂは、二次側の第１ポンプケーシング４１の収納部４１ａと連続する水の流れを形成する。
【００２６】
また、第１ポンプケーシング４１は、上下に隣り合う第１ポンプケーシング４１、中央ケーシング３４及び流路カバー３１と連結可能に形成されている。また、第１ポンプケーシング４１は、上下に隣り合う第１ポンプケーシング４１が軸周りに所定位置で連結する位置合わせ部を有する。ここで、所定位置とは、隣り合う第１ポンプケーシング４１のリブ５３及び開口５４が軸方向に同位置となる位置である。
【００２７】
例えば、図２及び図３に示すように、第１ポンプケーシング４１の外筒部５２は、上端または下端に係合部（第１係合部）５２ａを有し、下端または上端に係合部５２ａと係合する被係合部（第１被係合部）５２ｂを有する。また、第１ポンプケーシング４１の外筒部５２は、例えば、周方向で所定の位置に形成され、軸方向に延びる溝（第１溝）５２ｃを有する。また、外筒部５２は、周方向で所定の位置に形成され、外周面の一部が径方向に突出した突起部（第１突起部）５２ｄを有する。
【００２８】
複数の第１ポンプケーシング４１は、外筒部５２に形成された溝５２ｃの位置を周方向で合わせて組み合わせられるか、または、突起部５２ｄの周方向の面に棒状の治具等を当接させて組み合わせられ、係合部５２ａ及び被係合部５２ｂにより係合する。これにより、複数の第１ポンプケーシング４１は、軸回りに所定位置で連結される。
【００２９】
連結された２つの第１ポンプケーシング４１の間、第１ポンプケーシング４１及び中央ケーシング３４の間、並びに、第１ポンプケーシング４１及び流路カバー３１の間は、内部の水が漏水することを防止可能にＯリング等のシール部材により密封されている。
【００３０】
また、第１ポンプケーシング４１は、第１インペラ４２と所定の隙間により離間する開口と、ポンプ主軸２２及び主軸受が配置される開口とを備えており、第１インペラ４２と対向する開口の内周縁部には、ライナリング４１ｅが設けられる。
【００３１】
第１インペラ４２は、例えばステンレスや樹脂等で形成される。図１及び図４に示すように、第１インペラ４２は、第１インペラ４２の外周側に設けられた吐出部４２ａと、第１インペラ４２の一方の主面側に設けられた吸込部４２ｂと、を備えている。第１インペラ４２は、吸込部４２ｂを軸方向で下方に向け第１ポンプケーシング４１内に収納される。
【００３２】
第１ポンプ群３２Ａは、複数の第１ポンプケーシング４１及び中央ケーシング３４が積層されることで、複数の開口５４が軸方向に連通した第１ケーシング流路３２ａを構成する。
【００３３】
第２ポンプ３３は、上方から吸い込んだ水を下方に圧送可能に構成される。第２ポンプ３３は、第２ポンプケーシング６１と、ポンプ主軸２２に固定され、第２ポンプケーシング６１に収納される第２インペラ６２と、を備える。ここで、図２に示すように、第２ポンプケーシング６１は、第１ポンプケーシング４１と同等の構成である。即ち、第２ポンプ３３は、第１ポンプ３２と比較して、第１ポンプケーシング４１及び第１インペラ４２に対して第２ポンプケーシング６１及び第２インペラ６２を逆向きに配置することで水の圧送方向を逆向きに設定される。このため、多段の第１ポンプ群３２Ａは、水の流れ方向で最下段が一次側、最上段が二次側になり、そして、多段の第２ポンプ群３３Ａは、水の流れ方向で最上段が一次側、最下段が二次側になる。
【００３４】
第２ポンプ群３３Ａは、複数の第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４が積層されることで、複数の開口５４が軸方向に連通した第２ケーシング流路３３ａを構成する。
【００３５】
図１及び図２に示すように、第２ポンプケーシング６１は、内部に第２インペラ６２を収納する収納部６１ａと、第２ポンプケーシング６１の外周側から収納部６１ａの中心側に向かって形成された戻し流路６１ｂと、一次側に連結された第２ポンプケーシング６１の収納部６１ａに配置される案内羽根６１ｃと、を備えている。なお、第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１は同等の構成であることから、図２を用いて、第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１の同一の構成についての説明は省略する。
【００３６】
戻し流路６１ｂは、二次側の第２ポンプケーシング６１の吸込口に水を誘導する複数の戻し羽根６１ｄを有する。戻し流路６１ｂは、第２ポンプケーシング６１を接続させた際に、第２ポンプケーシング６１の収納部６１ａと連続する水の流れを形成する。
【００３７】
また、第２ポンプケーシング６１は、上下に隣り合う第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４と連結可能に形成されている。また、第２ポンプケーシング６１は、上下に隣り合う第２ポンプケーシング６１が軸周りに所定位置で連結する位置合わせ部を有する。ここで、所定位置とは、隣り合う第２ポンプケーシング６１のリブ５３及び開口５４が軸方向に同位置となる位置である。
【００３８】
例えば、図２に示すように、第２ポンプケーシング６１の外筒部５２は、上端または下端に係合部５２ａを有し、下端または上端に係合部５２ａと係合する被係合部５２ｂを有する。また、第２ポンプケーシング６１の外筒部５２は、例えば、周方向で所定の位置に形成され、軸方向に延びる溝５２ｃを有する。また、第２ポンプケーシング６１の外筒部５２は、周方向で所定の位置に形成され、外周面の一部が径方向に突出した突起部５２ｄを有する。
【００３９】
複数の第２ポンプケーシング６１は、外筒部に形成された溝５２ｃの位置を周方向で合わせて組み合わせられるか、または、突起部５２ｄの周方向の面に棒状の治具等を当接して組み合わせられ、係合部５２ａ及び被係合部５２ｂにより係合する。これにより、複数の第２ポンプケーシング６１は、軸回りに所定位置で連結される。なお、第１ポンプケーシング４１の外筒部５２に形成される溝５２ｃ及び突起部５２ｄと、第２ポンプケーシング６１の外筒部５２に形成される溝５２ｃ及び突起部５２ｄとが周方向で同位置であることで、複数の第１ポンプケーシング及び複数の第２ポンプケーシングのリブ５３及び開口５４が全て軸方向で同位置に連結される。
【００４０】
連結された２つの第２ポンプケーシング６１の間、並びに、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４の間は、Ｏリング等のシール部材により内部の水が漏水しないよう密封されている。
【００４１】
また、第２ポンプケーシング６１は、第２インペラ６２と所定の隙間により離間する開口と、ポンプ主軸２２及び主軸受が配置される開口とを備えており、第２インペラ６２と対向する開口の内周縁部には、ライナリング６１ｅが設けられる。
【００４２】
第２インペラ６２は、例えばステンレスや樹脂等で形成される。図１に示すように、第２インペラ６２は、第２インペラ６２の外周側に設けられた吐出部６２ａと、第２インペラ６２の一方の主面側に設けられた吸込部６２ｂと、を備えている。第２インペラ６２は、第１インペラ４２とは逆向きに、即ち、吸込部６２ｂを上方に向け、第２ポンプケーシング６１内に収納される。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１ポンプ群３２Ａ及び第２ポンプ群３３Ａは、第１インペラ４２の枚数と第２インペラ６２の枚数を同数としている。
【００４４】
図５及び図６に示すように、中央ケーシング３４は、内筒部（第２内筒部）７１と、内筒部７１を覆う外筒部（第２外筒部）７２と、内筒部７１及び外筒部７２を一体に連続する複数のリブ（第２リブ）７３と、を備える。中央ケーシング３４は、最上段の第１ポンプ３２及び最下段の第２ポンプ３３に連結される。換言すると、中央ケーシング３４は、第１ポンプ群３２Ａの二次側及び第２ポンプ群３３Ａの二次側に連結される。
【００４５】
中央ケーシング３４は、内部に第１インペラ４２及び第２インペラ６２を収納する。また、中央ケーシング３４は、収納した第１インペラ４２から上方に圧送された水を第２ケーシング流路３３ａに誘導する第１流路１０１の一部である上昇流路３４ａ、及び、収納した第２インペラ６２から下方に圧送された水を第１ケーシング流路３２ａに誘導する第２流路１０２の一部である下降流路３４ｂを構成する。
【００４６】
内筒部７１は、軸方向で中心を区画する板部７１ａを有する。内筒部７１は、板部７１ａにより区画された下方側に設けられた第１インペラ４２を収納する収納部４１ａと、上方側に設けられた第２インペラ６２を収納する収納部６１ａを有する。また、板部７１ａの中央部には、ポンプ主軸２２に設けられたスリーブと微小な隙間を介して相対する円筒状のライナリング部が設けられる。
【００４７】
また、図１に示すように、板部７１ａのライナリング部には、水中軸受７１ｂが設けられる。水中軸受７１ｂは、例えば、第１ポンプ群３２Ａまたは第２ポンプ群３３Ａの高圧側から低圧側に向かって挿入される。
【００４８】
外筒部７２は、複数のリブ７３によって内筒部７１と一体に連続する。複数のリブ７３は、第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１と同位置に同数形成される。このような外筒部７２は、内筒部７１の板部７１ａ及び複数のリブ７３によって区画された、内筒部７１の上方側及び下方側に連通する複数の開口部８１を備える。開口部８１は、第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１の開口５４と同数且つ同形状に形成される。
【００４９】
外筒部７２は、隣り合う第１ポンプケーシング４１の被係合部５２ｂまたは係合部５２ａに係合する係合部（第２係合部）７２ａまたは被係合部（第２被係合部）７２ｂと、隣り合う第２ポンプケーシング６１の係合部５２ａまたは被係合部５２ｂに係合する被係合部７２ｂまたは係合部７２ａと、を有する。また、外筒部７２は、例えば、周方向で所定の位置に形成され、軸方向に延びる溝（第２溝）７２ｃを有する。また、外筒部７２は、周方向で所定の位置に形成され、外周面の一部が径方向に突出した突起部（第２突起部）７２ｄを有する。
【００５０】
このような外筒部７２を備える中央ケーシング３４は、隣り合う第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１と、外筒部７２及び外筒部５２に形成された溝７２ｃ及び溝５２ｃの位置を周方向で合わせて組み合わせられるか、または、突起部７２ｄ及び突起部５２ｄの周方向の面に棒状の治具等を当接して組み合わせられ、係合部７２ａ及び被係合部７２ｂにより係合する。これにより、中央ケーシング３４は、リブ７３及び開口部８１が、複数の第１ポンプケーシング及び複数の第２ポンプケーシングのリブ５３及び開口５４と軸方向で同位置に連結される。
【００５１】
複数の開口部８１は、それぞれ周方向で２つに区画されることで形成された第１開口部８１ａと、第２開口部８１ｂと、を含む。
【００５２】
第１開口部８１ａは、板部７１ａで区画された内筒部７１の下方側が内筒部７１の内周面に開口し、上方側が内筒部７１の内周面に対して閉塞する。第１開口部８１ａは、内筒部７１の内周面に対して開口する下方側が収納部４１ａに連続し、内筒部７１の内周面に対して閉塞する上方側が第２ポンプケーシング６１の開口５４に連続する。
【００５３】
第２開口部８１ｂは、板部７１ａで区画された内筒部７１の上方側が内筒部７１の内周面に開口し、下方側が内筒部７１の内周面に対して閉塞する。第２開口部８１ｂは、内筒部７１の内周面に対して開口する上方側が収納部６１ａに連続し、内筒部７１の内周面に対して閉塞する下方側が第１ポンプケーシング４１の開口５４に連続する。
【００５４】
また、中央ケーシング３４は、収納部４１ａ及び収納部６１ａに配置される案内羽根８２を備える。案内羽根８２は、第１インペラ４２及び第２インペラ６２から吐き出された水を、収納部４１ａ及び収納部６１ａから第１開口部８１ａ及び第２開口部８１ｂに誘導する。
【００５５】
このような中央ケーシング３４は、内筒部７１の収納部４１ａ及び複数の第１開口部８１ａが、第１ポンプ群３２Ａの二次側と第２ポンプ群３３Ａの第２ケーシング流路３３ａを連続する上昇流路３４ａを構成する。また、中央ケーシング３４は、内筒部７１の収納部６１ａ及び複数の第２開口部８１ｂが、第２ポンプ群３３Ａの二次側と第１ポンプ群３２Ａの第１ケーシング流路３２ａを連続する下降流路３４ｂを構成する。
【００５６】
なお、中央ケーシング３４は、上下に隣り合う第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１と軸周りに所定位置で連結する位置合わせ部を有する。ここで、所定位置とは、リブ７３及び開口部８１が、隣り合う第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１のリブ５３及び開口５４と軸方向に同位置となる位置である。本実施形態では、外筒部７２の溝７２ｃ及び突起部７２ｄが当該位置合わせ部を構成している。
【００５７】
このように構成された縦型多段ポンプ１では、モータ１１の駆動によりモータ主軸２１が回転すると、軸接手２３を介して連結されたポンプ主軸２２が回転する。ポンプ主軸２２が回転することで、ポンプ主軸２２に固定されている第１インペラ４２及び第２インペラ６２が追従して回転する。
【００５８】
第１インペラ４２が回転することで、第１インペラ４２の吸込部から水が吸い込まれ、第１インペラ４２内で吸い込まれた水が増圧して第１インペラ４２の吐出部４２ａから水が吐き出される。このように、第１インペラ４２の吸込部４２ｂから吸い込まれた水は、第１インペラ４２内部及び第１ポンプケーシング４１を介して、順次第１インペラ４２内を通過し、流路カバー３１の吸込口３１ａから中央ケーシング３４の上昇流路３４ａへと水が揚水される。
【００５９】
続いて、上昇流路３４ａへ揚水された水は、第２ケーシング流路３３ａを介して最上段の第２ポンプ３３へ誘導される。最上段の第２ポンプ３３へ誘導された水は、回転する第２インペラ６２の吸込部６２ｂから吸い込まれ、第２インペラ６２内で増圧して第２インペラ６２の吐出部６２ａから吐き出される。このように、第２インペラ６２の吸込部６２ｂから吸い込まれた水は、第２インペラ６２内部及び第２ポンプケーシング６１を介して、順次第２インペラ６２内を通過し、最下段の第２ポンプ３３から中央ケーシング３４の下降流路３４ｂへと下方向に圧送される。
【００６０】
そして、下降流路３４ｂへ圧送された水は、第１ケーシング流路３２ａを介して流路カバー３１の吐出口３１ｂへ誘導され、吐出口３１ｂより吐き出される。
【００６１】
ここで、複数の第１ポンプ３２においては、各第１インペラ４２により順次水が増圧されるため、各第１ポンプ３２間に圧力差が生じ、ポンプ主軸２２に下方向のスラスト荷重が加わる。
【００６２】
一方、複数の第２ポンプ３３においては、各第２インペラ６２により順次水が増圧されるため、各第２ポンプ３３間に圧力差が生じ、ポンプ主軸２２に上方向のスラスト荷重が加わる。
【００６３】
よって、複数の第１ポンプ３２により生じるスラスト荷重と複数の第２ポンプ３３により生じるスラスト荷重とが軸方向で逆向きに作用することで、ポンプ主軸２２に生じるスラスト荷重の合力を低減することができる。これにより、主軸１２に加わるスラスト荷重が低減されることから、主軸１２は、モータ主軸２１を支持するモータ１１内の軸受を大きくせずとも支持可能となる。
【００６４】
このように構成された縦型多段ポンプ１によれば、主軸１２に加わるスラスト荷重が低減されることから、モータ１１内の軸受によって主軸１２に加わるスラスト荷重を支持することができる。これにより、モータ１１内の軸受とは別に主軸１２にポンプ軸受を設ける必要がなく、製造コストを低減できる。また、主軸１２に加わるスラスト荷重が低減されることから、主軸１２を支持するモータ１１内の軸受及びメカニカルシール２３ａを長寿命化することができる。
【００６５】
また、第１ケーシング流路３２ａ及び第２ケーシング流路３３ａは、リブ５３により軸周りに複数に区切られている。これにより、第１ケーシング流路３２ａ及び第２ケーシング流路３３ａを通過する水は、リブ５３により流速の旋回成分が減少する。減少した流速のエネルギの一部は圧力エネルギに変換され、ポンプの揚程が増加することになる。このように、縦型多段ポンプ１は、リブ５３により、流速エネルギの一部を圧力エネルギに変換することで、ポンプ効率を向上することができる。また、リブ５３を有する第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１を用いることにより、ポンプ１３の強度を向上することができる。
【００６６】
また、第１ケーシング流路３２ａ及び第２ケーシング流路３３ａは、それぞれ複数の第１ポンプケーシング４１及び複数の第２ポンプケーシング６１を積層することで連続する開口５４により構成される。即ち、第１ケーシング流路３２ａ及び第２ケーシング流路３３ａは、第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１の他の部品を要することなく構成される。これにより、縦型多段ポンプ１は、部品点数を削減できることから、組み立て性が向上される。
【００６７】
また、第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１は、位置合わせ部を有することから、上下に隣り合う第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１のリブ５３及び開口５４の位置を軸方向に同位置に合わせることができる。また、中央ケーシング３４も位置合わせ部を有することから、中央ケーシング３４のリブ７３及び開口部８１の位置を、連結される第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１のリブ５３及び開口５４の位置と軸方向に同位置に合わせることができる。
【００６８】
換言すると、第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４は、位置合わせ部によって位置を合わせて組み合わせることで、複数の第１ポンプケーシング４１の複数のリブ５３、複数の第２ポンプケーシング６１の複数のリブ５３及び中央ケーシング３４の複数のリブ７３が対向して配置される。このため、複数の第１ポンプケーシング４１の複数の開口５４、複数の第２ポンプケーシングの開口５４及び中央ケーシング３４の開口部８１が、軸方向で対向し、軸方向で隣り合う開口５４、開口部８１が連続する。
【００６９】
これにより、リブ５３及びリブ７３、並びに、開口５４及び開口部８１の位置が軸周りにずれることによって、リブ５３やリブ７３が第１流路１０１及び第２流路１０２を流れる水の抵抗となることを防止できる。
【００７０】
また、第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４は、少なくとも外筒部５２及び外筒部７２の溝５２ｃ及び溝７２ｃの位置を周方向で合わせて組み合わせられるか、または、突起部５２ｄ及び突起部７２ｄの周方向の面を棒状の治具等に当接して組み合わせられることで、周方向の位置合わせがなされた上で所定の位置で連結される。これにより、第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４は、リブ５３及びリブ７３、並びに、開口５４及び開口部８１の位置合わせが容易となる。即ち、縦型多段ポンプ１は、ポンプ１３の組み立てが容易である。
【００７１】
また、第１流路１０１及び第２流路１０２は、中央ケーシング３４、第１ケーシング流路３２ａ、及び、第２ケーシング流路３３ａにより構成される。これにより、縦型多段ポンプ１は、第１流路１０１及び第２流路１０２を構成するための配管を別途備える必要がなく、小型化することができる。縦型多段ポンプ１を小型化することにより、縦型多段ポンプ１の給水装置への組み込みが容易となる。
【００７２】
また、中央ケーシング３４は、内部に、第１インペラ４２及び第２インペラ６２をそれぞれ収納可能に構成されている。これにより、第１インペラ４２及び第２インペラ６２の枚数に対して、これらを収納する第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１の数を減らすことができる。これにより、縦型多段ポンプ１は、部品点数を減らすことができるとともに、重心を下方に位置することができ、且つ、全高を低くできる。また、第１ポンプケーシング４１及び第２ポンプケーシング６１は、外筒部５２を有することにより、外径が大きく構成される。これにより、縦型多段ポンプ１は、重心が下方に位置し、且つ、全高が低く、さらに外径が大きく構成されることから、耐震性を向上することができる。
【００７３】
上述したように、本発明の一実施形態に係る縦型多段ポンプ１によれば、組立を容易にし、且つ、ポンプ効率を向上することができる。
【００７４】
なお、本実施形態では、第１インペラ４２及び第２インペラ６２が同数設けられる例を説明したが、これに限定されず、適宜設定可能である。例えば、第１インペラ４２が第２インペラよりも多く設けられてもよい。
【００７５】
ただし、第１ポンプ群３２Ａの一次側と二次側の差圧が、第２ポンプ群３３Ａの一次側と二次側の差圧よりも大きくなるように構成されることが好ましい。このような差圧の大小関係は、例えば、第１インペラ４２の枚数が第２インペラ６２の枚数よりも多い構成とするか、または、第１インペラ４２の枚数と第２インペラ６２の枚数が同数、且つ、各第1インペラ４２の直径の平均値が各第２インペラ６２の直径の平均値よりも大きく設定することで生じる。
【００７６】
このように構成された縦型多段ポンプ１によれば、複数の第１ポンプ３２によりポンプ主軸２２に作用するスラスト荷重と、複数の第２ポンプ３３によりポンプ主軸２２に作用するスラスト荷重との合力が、下方向に作用する。これにより、縦型多段ポンプ１の駆動時に主軸１２に作用する力は、下方向に作用することから、主軸１２を支持するモータ１１の軸受に逆スラストが作用することを防止できる。
【００７７】
なお、第２ポンプ群３３Ａの最下段に配置される第２インペラ６２は、裏羽根を有していてもよい。これにより、最下段の第２ポンプ３３から中央ケーシング３４を経由して最上段の第１ポンプ３２へ漏洩する水の量を低減することができる。
【００７８】
また、上述した例では、中央ケーシング３４が第１インペラ４２及び第２インペラ６２を収容する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、第１インペラ４２及び第２インペラ６２を収容しない中央ケーシング３４Ａとしてもよい。このような中央ケーシング３４Ａとする場合には、図７及び図８に示すように、円筒状に構成された円筒部７１Ａと、円筒部７１Ａの軸方向で中心を区画する板部７２Ａと、板部７２Ａの両主面に設けられた複数の筒部７３Ａと、を備え、板部７２Ａ及び複数の筒部７３Ａによって、第１流路１０１の一部である上昇流路３４ａ及び第２流路１０２の一部である下降流路３４ｂを構成してもよい。
【００７９】
このような中央ケーシング３４Ａは、例えば、板部７２Ａの両主面側のそれぞれにおいて、筒部７３Ａが構成する開口断面積の和が、当該筒部７３Ａが構成する開口断面積の和を除した円筒部の開口断面積よりも小さく設定される。板部７２Ａの一方の主面側に設けられた一対の筒部７３Ａと、板部７２Ａの他方の主面側に設けられた一対の筒部７３Ａは、同じ配置関係を有し、一方側が他方側に対して軸周りで９０度位相して配置される。
【００８０】
これにより、中央ケーシング３４Ａは、上昇流路３４ａを通過する水流及び下降流路３４ｂを通過する水流によってポンプ主軸２２に生じるラジアル荷重がそれぞれ逆向きに作用するため、主軸１２にラジアル方向の偏荷重が生じることを防止できる。
【００８１】
また、本実施形態では、中央ケーシング３４のライナリング部に水中軸受７１ｂを設ける例を説明したが、これに限定されない。水中軸受７１ｂは、主軸１２に生じるラジアル荷重を支持するとともに、中央ケーシング３４とポンプ主軸２２との間で漏れが生じることを防止できる。このため、中央ケーシング３４にライナリング部を設けなくてもよい。
【００８２】
また、本実施形態では、第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４は、軸方向に延びる溝を周方向で合わせるか、または、外周面の一部が径方向に突出した突起部に棒状の治具等を当接して組み合わせることで、リブ５３及びリブ７３、並びに、開口５４及び開口部８１の位置合わせを行うことができる例を説明したが、これに限定されない。
【００８３】
例えば、第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４は、周方向で所定の位置に設けられ、溝にはめ合わせられる凸部を有していてもよい。このように構成された第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４によれば、溝と凸部とを組み合わせることで、リブ５３及びリブ７３、並びに、開口５４及び開口部８１の位置が合わせられる。
【００８４】
また、第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４は、溝及び突起部の双方を有している例を説明したが、これに限定されず、溝または突起部のいずれか一方を有している構成であってもよい。
【００８５】
また、第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４が、周方向の所定位置を示す目印を有する構成であってもよい。これによれば、第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４は、目印の位置を目視で合わせることで、周方向の位置が合わせられる。なお、当該目印として、第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４に設けられた溝を用いてもよい。
【００８６】
即ち、第１ポンプケーシング４１、第２ポンプケーシング６１及び中央ケーシング３４は、リブ５３及びリブ７３、並びに、開口５４及び開口部８１の周方向の位置合わせができる構成であれば、適宜設定可能である。
【００８７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００８８】
１…縦型多段ポンプ、１１…モータ、１１ａ…モータケーシング、１２…主軸、１３…ポンプ、２１…モータ主軸、２２…ポンプ主軸、２３…軸接手、２３ａ…メカニカルシール、３１…流路カバー、３１ａ…吸込口、３１ｂ…吐出口、３２…第１ポンプ、３２ａ…第１ケーシング流路、３２Ａ…第１ポンプ群、３３…第２ポンプ、３３ａ…第２ケーシング流路、３３Ａ…第２ポンプ群、３４…中央ケーシング、３４Ａ…中央ケーシング、３４ａ…上昇流路、３４ｂ…下降流路、４１…第１ポンプケーシング、４１ａ…収納部、４１ｂ…戻し流路、４１ｃ…案内羽根、４１ｄ…戻し羽根、４１ｅ…ライナリング、４２…第１インペラ、４２ａ…吐出部、４２ｂ…吸込部、５１…内筒部（第１内筒部）、５２…外筒部（第１外筒部）、５２ａ…係合部（第１係合部）、５２ｂ…被係合部（第１被係合部）、５２ｃ…溝（第１溝）、５２ｄ…突起部（第１突起部）、５３…リブ（第１リブ）、５４…開口、６１…第２ポンプケーシング、６１ａ…収納部、６１ｂ…戻し流路、６１ｃ…案内羽根、６１ｄ…戻し羽根、６１ｅ…ライナリング、６２…第２インペラ、６２ａ…吐出部、６２ｂ…吸込部、７１…内筒部（第２内筒部）、７１Ａ…円筒部、７１ａ…板部、７１ｂ…水中軸受、７２…外筒部（第２外筒部）、７２Ａ…板部、７２ａ…係合部（第２係合部）、７２ｂ…被係合部（第２被係合部）、７２ｃ…溝（第２溝）、７２ｄ…突起部（第２突起部）、７３…リブ（第２リブ）、７３Ａ…筒部、８１…開口部、８１ａ…第１開口部、８１ｂ…第２開口部、８２…案内羽根、１０１…第１流路、１０２…第２流路。
【図１】
2020070792.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020070792.tif 000009
【図８】
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