(57)【要約】【課題】ポンプ設備の設置面積を低減して、土木工事費用や建屋建設費用などを削減できるようにした横軸可動翼ポンプを提供する。【解決手段】ポンプケーシング１内で回転する羽根車と、羽根車が取付けられてポンプケーシング１内で回転自在に支持される横軸線Ｃを有するポンプ主軸３とを備え、変速機２８を介して原動機２９の出力がポンプ主軸３に伝達されるように構成され、羽根車の翼角を変化させる翼角制御装置２７が翼角操作棒を介して羽根車ボス１２内の翼可動機構１９に連結される横軸可動翼ポンプにおいて、翼角制御装置２７は、ポンプケーシング１の下流側に立ち上げて接続した吐出ケーシング３６の外側に設置される。【選択図】図７
2010101329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケーシング内で回転する羽根車と、この羽根車が取り付けられて前記ポンプケーシング内で回転自在に支持されている横軸線を有するポンプ主軸とを備え、変速機を介して原動機の出力が前記ポンプ主軸に伝達されるように構成されているとともに、前記羽根車の翼角を変化させる翼角制御装置が翼角操作棒を介して羽根車ボス内の翼可動機構に連結されている横軸可動翼ポンプにおいて、
前記翼角制御装置は、前記ポンプケーシングの下流側に立ち上げて接続した吐出ケーシングの外側に設置されている横軸可動翼ポンプ。
【請求項２】
前記変速機は、カップリングレスで、かつ、軸受共用構造で前記ポンプケーシングに一体に取付けられている請求項１に記載の横軸可動翼ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は横軸可動翼ポンプに関し、特に、設置面積を低減できるようにした横軸可動翼ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、横軸ポンプとして、たとえば図９に示す横軸ポンプがある。この横軸ポンプは、ポンプケーシング１内で回転する羽根車２と、羽根車２が取り付けられて前記ポンプケーシング１に回転自在に支持されている水平軸線（横軸線）Ｃを有するポンプ主軸３とを備えている。ポンプケーシング１は上流側のエルボ形吸込ケーシング４と、この吸込ケーシング４の下流側に接続された吐出ケーシング５とからなり、ポンプ主軸３は、グランドパッキンを備えた軸封部６により回転自在かつ水密を保持した状態で、吸込ケーシング４を貫通して外部に導出されて軸受７により回転自在に支持されており、その外端部にカップリング８を取付けてある。また、ポンプ主軸３の内端部は水中軸受９により回転自在に支持されており、羽根車２は水中軸受９の近傍でキー１０を介してポンプ主軸３に同時回転可能に取付けられている。なお、図中１１は案内羽根を示す（たとえば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、たとえば図１０に示す可動翼駆動装置が提案されている。この可動翼駆動装置は、ポンプ主軸３に固着された羽根車ボス１２と、ポンプ主軸３の半径方向にのびる複数の翼軸１３を介して該翼軸１３とともにその軸まわりに回転可能に羽根車ボス１２に取付けられた複数の羽根車翼２Ａと、ポンプ主軸３を軸方向に貫通して軸方向の進退移動可能かつ主軸と同時回転可能に配置された翼角操作棒１４と、該翼角操作棒１４の基端部近傍を回転自在に軸支する軸受機構１５と、軸受機構１５を翼角操作棒１４の軸方向に進退移動可能かつ軸まわりの回転不能に収容する軸受ボックス１６と、軸受機構１５の他端部側に固着される進退軸１７と、この進退軸１７と可動翼駆動装置１８の間に介設されるネジ装置１８Ａとを備え、翼角操作棒１４の先端がクロスヘッド（翼可動機構）１９を介して複数の翼軸１３に連結するとともに、前記軸受機構１５と可動翼駆動装置１８とで翼角制御装置２７を構成した立軸可動翼ポンプが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２９６５８８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】社団法人  日本機械学会著「機械図集  ポンプ」  明善印刷株式会社出版日、Ｐ．２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、前記非特許文献１に記載された横軸ポンプを、前記許文献１に記載されている立軸可動翼ポンプのような可動翼構造にした横軸可動翼ポンプに構造変換することが考えられる。非特許文献１に記載された通常の横軸ポンプを横軸可動翼ポンプに構造を変換することで、可動翼駆動装置１８の操作によって翼角操作棒１４をポンプ主軸３の軸方向に進退移動させることで、基準翼角（０度と定義する）で保持されている複数の羽根車翼２Ａを閉じ側（マイナス側）に回動させて吐出水量を小さくしたり、基準翼角（０度）で保持されている複数の羽根車翼２Ａを開き側（プラス側）に回動させて吐出水量を大きくすることができる。
【０００７】
前記許文献１に記載されている立軸可動翼ポンプを参考に通常の横軸ポンプを横軸可動翼ポンプに構造変換して設置した例の平面図を図１１に示す。なお、図９，図１０で説明したものと同一部分については同一の符号で示し、重複する構造および作用の説明は省略する。図１１に示す横軸可動翼ポンプは、スネーク形横軸ポンプと称されるもので、ポンプケーシング１におけるエルボ形吸込ケーシング４は、吐出ケーシング５の横軸線Ｃと同じ平面上にある水平な軸線を有して側方に屈曲しており、該エルボ形吸込ケーシング４の入口には、吸込曲管４Ａと吸込直管４Ｂが吐出ケーシング５の横軸線Ｃと同じ平面上で平行にのびる横軸線Ｃ１を有して接続されている。そして、吸込直管４Ｂの入口はポンプ場の上流側立壁２０を貫通して吸込水路２１に臨んでいる。また、吐出ケーシング５の出口には、逆止弁２２と吐出弁２３および吐出管２４が前記横軸線Ｃ上に接続されており、吐出管２４の出口はポンプ場の下流側立壁２５を貫通して吐出水路２６に臨んでいる。
【０００８】
前記構成のスネーク形横軸ポンプにおいて、エルボ形吸込ケーシング４から図９のポンプ主軸３を回転自在かつ水密を保持した状態で導出し、この導出部分から図１０の翼角制御装置２７における翼角操作棒１４をポンプ主軸３に挿通するとともに、ポンプ主軸３は、変速機（たとえば減速機）２８を介してディーゼルエンジンやガスタービンエンジンなどのポンプ駆動装置２９に接続することで、通常の横軸ポンプを横軸可動翼ポンプに構造変換することができる。
【０００９】
しかし、従来の横軸可動翼ポンプでは、翼角制御装置２７が横軸ポンプの外部に設置されているので、ポンプ場における上流側立壁２０と下流側立壁２５の面間距離Ｌ０が大きくなって、それだけ、ポンプ設備の設置面積が大きくなる。このように、ポンプ設備の設置面積が大きくなると、地下掘削のための土木工事費用やポンプ機場の構築のための建屋建設費用などが高くなる問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するものであって、その目的とするところは、ポンプ設備の設置面積を低減して、土木工事費用や建屋建設費用などを削減できるようにした横軸可動翼ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、ポンプケーシング１内で回転する羽根車２と、この羽根車２が取り付けられて前記ポンプケーシング１内で回転自在に支持されている横軸線Ｃを有するポンプ主軸３とを備え、変速機２８を介して原動機２９の出力が前記ポンプ主軸３に伝達されるように構成されているとともに、前記羽根車２の翼角を変化させる翼角制御装置２７が翼角操作棒１４を介して羽根車ボス１２内の翼可動機構１９に連結されている横軸可動翼ポンプにおいて、
前記翼角制御装置２７は、前記ポンプケーシング１の下流側に立ち上げて接続した吐出ケーシング３６の外側に設置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１の発明によれば、翼角制御装置をポンプケーシングの下流側に立ち上げて接続した吐出ケーシングの外側に設置してあるので、ポンプ場における上流側立壁と下流側立壁の面間距離、つまり、ポンプ設備の横軸線方向の長さを短縮して、ポンプ設備の設置面積を低減することができるばかりか、翼角制御装置のメンテナンスが容易になる。しかも、高所に設置されている下流側の吐出配管に対して横軸可動翼ポンプの吐出管を接続できる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の横軸可動翼ポンプにおいて、
前記変速機２８は、カップリングレスで、かつ、軸受共用構造で前記ポンプケーシング１に一体に取付けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の発明によれば、変速機をカップリングレスで、かつ、軸受共用構造でポンプケーシングに一体に取付けられていることにより、カップリングと、変速機側もしくはポンプ側のいずれか一方側の既存の軸受を省略できるので、これら両者の軸方向長さを加算した長さに相当して、ポンプ場における上流側立壁と下流側立壁の面間距離、つまり、ポンプ設備の横軸線方向の長さを短縮して、ポンプ設備の設置面積を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、出力側翼角制御部の軸方向長さに略相当して、ポンプ場における上流側立壁と下流側立壁の面間距離、つまり、ポンプ設備の横軸線方向の長さを短縮して、ポンプ設備の設置面積を低減することができるので、土木工事費用や建屋建設費用などを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】参考例としての横軸可動翼ポンプの配置状態を示す平面図
【図２】図１の要部を示す拡大断面図
【図３】出力側翼角制御部の一実施形態を示す拡大断面図
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図
【図５】ポンプケーシング、制御部ケーシングおよび案内羽根と翼角制御装置との関係の一実施形態を示す拡大断面図
【図６】案内羽根を連通路に適用した状態の一実施形態を示す横断面図
【図７】請求項１に対応する横軸可動翼ポンプの設置状態を示す側面図
【図８】請求項２に対応する横軸可動翼ポンプの要部を示す拡大断面図
【図９】第１従来例の断面図
【図１０】第２従来例の断面図
【図１１】従来の横軸可動翼ポンプの設置状態を示す平面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、横軸可動翼ポンプの各種実施形態、並びに翼角制御装置の各種実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、参考例としての横軸可動翼ポンプの設置状態を示す平面図であり、図２はその要部を示す拡大断面図である。なお、図９〜図１１で説明したものと同一部分については同一の符号で示して説明する。
【００１９】
図１および図２に示す横軸可動翼ポンプは、スネーク形横軸ポンプと称されるもので、ポンプケーシング１におけるエルボ形吸込ケーシング４は、吐出ケーシング５の横軸線Ｃと同じ平面上にある水平な軸線を有して側方に屈曲しており、該エルボ形吸込ケーシング４の入口には、吸込曲管４Ａと吸込直管４Ｂが吐出ケーシング５の横軸線Ｃと同じ平面上で平行にのびる横軸線Ｃ１を有して接続されている。そして、吸込直管４Ｂの入口はポンプ場の上流側立壁２０を貫通して吸込水路２１に臨んでいる。また、吐出ケーシング５の出口には、逆止弁２２と吐出弁２３および吐出管２４が前記横軸線C上に接続されており、吐出管２４の出口はポンプ場の下流側立壁２５を貫通して吐出水路２６に臨んでいる。
【００２０】
ポンプ主軸３は、エルボ形吸込ケーシング４から回転自在かつ水密を保持した状態で導出され、この導出端部は軸受装置３０によって回転自在に支持されているとともに、カップリング３１を介して変速機（たとえば、減速機）２８の出力軸に連結されており、変速機２８の入力軸はカップリング３２を介してディーゼルエンジンやガスタービンエンジンなどのポンプ駆動装置２９に接続されている。
【００２１】
ポンプ主軸３の先端部は、ポンプケーシング１における吐出ケーシング５に臨んで羽根車ボス１２が取付けられており、この羽根車ボス１２には、羽根車２を構成している複数の羽根車翼２Ａそれぞれの翼軸１３が軸まわりの回転を可能に取付けられ、翼角操作棒１４の先端がクロスヘッド（翼可動機構）１９を介して複数の翼軸１３に連結されている。したがって、翼角制御装置２７の操作によって翼角操作棒１４をポンプ主軸３の軸方向に進退移動させることで、基準翼角（０度）で保持されている複数の羽根車翼２Ａを閉じ側（マイナス側）に回動させて吐出水量を小さくしたり、基準翼角（０度）で保持されている複数の羽根車翼２Ａを開き側（プラス側）に回動させて吐出水量を大きくすることができる。
【００２２】
図２〜図５に示すように、翼角制御装置２７は、操作側翼角制御部２７０と、該操作側翼角制御部２７０の翼角操作力を受けて翼角操作棒１４に伝達する出力側翼角制御部２７１とを備え、羽根車２の下流側において吐出ケーシング５の内外部に跨がって設置される。
【００２３】
操作側翼角制御部２７０は、ポンプケーシング１における吐出ケーシング５の外部に取付けられており、操作ハンドル２７０ａまたは電動機２７０ｂによって回転する出力軸２７０ｃと、この出力軸２７０ｃに同時回転可能に連結された連結軸２７０ｄとを有し、連結軸２７０ｄは、吐出ケーシング５および該吐出ケーシング５の内部に複数の案内羽根１１と脚部材３４を介して同心に取付けられている制御部ケーシング３５を水密かつ回転自在に貫通して制御部ケーシング３５の内部に臨んでいる。
【００２４】
一方、出力側翼角制御部２７１は、架台２７１ａを介して制御部ケーシング３５の内部に取付けられている。また、出力側翼角制御部２７１の後述する中空軸の前端部は、制御部ケーシング３５に対してメカニカルシール２７１ｂによって軸封され、出力側翼角制御部２７１を制御部ケーシング３５に水密に収容してある。
【００２５】
出力側翼角制御部２７１は、操作側翼角制御部２７０側の連結軸２７０ｄに連結されて同時に回転するウオーム軸２７１ｃ、このウオーム軸２７１ｃに設けられたウオーム２７１ｄ、ウオーム２７１ｄと噛み合うウオームホイール２７１ｆ、ウオームホイール２７１ｆの内周面に外周面が台形ネジ２７１ｇと結合された軸受押さえ２７１ｈ、この軸受押さえ２７１ｈに嵌合されるとともに、一対のスラスト軸受２７１ｉにより相対回転可能に保持されたスリーブ２７１ｊ、このスリーブ２７１ｊを軸方向の進退移動を可能に外嵌している中空軸２７１ｋ、中空軸２７１ｋに設けた切欠部２７１ｌを通してスリーブ２７１ｊと、中空軸２７１ｋおよび該中空軸２７１ｋに挿通した翼角操作棒１４を連結して、これらを同時に回転させるとともに、軸受押さえ２７１ｈとスリーブ２７１ｊの軸方向の進退移動を翼角操作棒１４に伝達する連結ピン２７１ｍなどを備えている。そして、中空軸２７１ｋの先端部は、羽根車ボス１２の後端部に同時回転可能に結合して連結してある。
【００２６】
翼角制御装置２７は前述のように構成されているので、操作側翼角制御部２７０の翼角操作力は、連結軸２７０ｄを介して出力側翼角制御部２７１のウオーム軸２７１ｃに伝達され、翼角操作棒１４を中空軸２７１ｋの軸方向に進退移動させることで、基準翼角（０度）で保持されている複数の羽根車翼２Ａを閉じ側（マイナス側）に回動させて吐出水量を小さくしたり、基準翼角（０度）で保持されている複数の羽根車翼２Ａを開き側（プラス側）に回動させて吐出水量を大きくすることができる。
【００２７】
図１〜図５で説明した横軸可動翼ポンプの実施形態によれば、翼角制御装置２７の出力側翼角制御部２７１を羽根車２の下流側流路内、すなわち、ポンプケーシング１における吐出ケーシング５内の羽根車２の下流側に設置しているので、出力側翼角制御部２７１の軸方向長さに略相当して、図１に示すポンプ場における上流側立壁２０と下流側立壁２５の面間距離Ｌ１、つまり、ポンプ設備の横軸線方向の長さＬ１を図１１のＬ０よりも短縮できるので、幅方向の寸法Ｗ１が図１１の幅方向の寸法Ｗ０と同じであれば、ポンプ設備の設置面積を低減して、土木工事費用や建屋建設費用などを削減できることができる。また、操作側翼角制御部２７０は、横軸線Ｃに直交させて取付けられるので、前記面間距離Ｌ１に影響をおよぼすことはない。なお、吐出ケーシング５と逆止弁２２の間に短管を介設し、この短管の内部に出力側翼角制御部２７１を収容しても、ポンプ設備の横軸線方向の長さＬ１を図１１のＬ０よりも短縮することができる。
【００２８】
また、翼角制御装置２７における出力側翼角制御部２７１は、羽根車２の下流側流で制御部ケーシング３５に対してメカニカルシール２７１ｂによって軸封された状態で水密に収容されているので、出力側翼角制御部２７１は、吐出ケーシング５内を流下する水（流体）に影響されることがない。このため、潤滑油で出力側翼角制御部２７１を潤滑し、かつ、前記ケーシング３５を水冷できるので、耐久性を向上させることができる。
【００２９】
さらに、複数の案内羽根１１における少なくとも１つ、好ましくは上下に配置されている２つを選択して、これらを図６に示すように中空断面に形成し、その中空部を連通路１１Ａとして制御部ケーシング３５の内部と外気とを連通させることで、制御部ケーシング３５内に水密に収容されている出力側翼角制御部２７１を空冷することができる。特に、上下に配置されている２つの案内羽根１１を中空断面に形成して、これらを連通路１１Ａとして機能させることで、煙突作用によって外気の流通を促進して、空冷効果を高めることができる。
【００３０】
本発明に係る横軸可動翼ポンプは、図７に示すように、翼角制御装置２７をポンプケーシング１における吐出ケーシング５の下流側に立ち上げて接続したエルボ形吐出ケーシング３６の外側に設置することである。これによれば、下流側の吐出配管２４が高所に設置されているポンプ設備であっても、その下流側の吐出配管２４に対して横軸可動翼ポンプの吐出管３８を接続することができるとともに、上流側立壁２０と下流側立壁２５の面間距離Ｌ２、つまり、ポンプ設備の横軸線方向の長さＬ２を図１１のＬ０よりも短縮できる。従って、幅方向の寸法が図１１の幅方向の寸法Ｗ０と同じであれば、ポンプ設備の設置面積を低減して、土木工事費用や建屋建設費用などを削減できることができるばかりか、翼角制御装置２７のメンテナンスが容易なる。
【００３１】
そして、本発明に係る横軸可動翼ポンプは、図８に示すように、変速機２８が図１のカップリング３１を省略したカップリングレスで、かつ、軸受共用構造でポンプケーシング１におけるエルボ形吸込ケーシング４に一体に取付けられているものでも良い。すなわち、図８の変速機２８は遊星歯車式減速機によって構成され、その減速機ケーシング２８Ａがエルボ形吸込ケーシング４に一体に取付けられている。そして、ベアリング２８Ｂによって回転自在に支持されている入力軸２８Ｃは、カップリング３２を介して、図１に示すように、ディーゼルエンジンやガスタービンエンジンなどのポンプ駆動装置２９の出力軸に接続される。そして、図８に示すように、減速機ケーシング２８Ａの内部に臨む入力軸２８Ｃの内端部には、太陽歯車２８Ｄが固着され、この太陽歯車２８Ｄとキャプスタン歯車２８Ｅの両者に噛み合う遊星歯車２８Ｆおよび腕２８Ｇなどを備えており、腕２８Ｇは中空の出力軸２８Ｈに結合され、中空の出力軸２８Ｈは共用ベアリング２８Ｉによって回転自在に支持されるとともに、キー２８Ｊを介してポンプ主軸３に同時回転可能に結合されている。
【００３２】
このように、遊星歯車式減速機によって構成されている変速機２８を、カップリングレス（カップリング３１を省略）で、かつ、軸受共用構造（共用ベアリング２８Ｉにより中空の出力軸２８Ｈおよび該中空の出力軸２８Ｈを介してポンプ主軸３を支持する構造）でポンプケーシング１におけるエルボ形吸込ケーシング４に一体に取付けられていることにより、カップリング３１と、変速機側もしくはポンプ側のいずれか一方側の既存の軸受を省略できるので、これら両者の軸方向長さを加算した長さに相当して、図１の二点鎖線で示すように、ポンプ駆動装置２９´を配置でき、この場合のポンプ場における上流側立壁２０´と下流側立壁２５の面間距離L１´、つまり、ポンプ設備の横軸線方向の長さL１´を図１１のＬ０は勿論のことＬ１よりも短縮できるので、幅方向の寸法Ｗ１が図１１の幅方向の寸法Ｗ０と同じであれば、ポンプ設備の設置面積を低減して、土木工事費用や建屋建設費用などを削減できることができる。また、前記実施形態では、遊星歯車式減速機の例を説明したが、減速機の形態としては、これに限定するものではなく、平行軸の減速機も適用できる。
【００３３】
なお、前記各実施形態では、横方向にのびる吸込系を備えたスネーク形横軸ポンプに適用して説明しているが、鉛直方向にのびる吸込系を備えた通常の横軸ポンプに適用できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１          ポンプケーシング
２          羽根車
３          ポンプ主軸
１２        羽根車ボス
１４        翼角操作棒
１９        翼可動機構
２７        翼角制御装置
２８        変速機
２９        原動機
３６        吐出ケーシング
Ｃ          横軸線
【図１】
2010101329.tif 000003
【図２】
2010101329.tif 000004
【図３】
2010101329.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010101329.tif 000009
【図８】
2010101329.tif 000010
【図９】
2010101329.tif 000011
【図１０】
2010101329.tif 000012
【図１１】
2010101329.tif 000013