(57)【要約】【課題】モータの大容量化に適合したポンプを提供する。【解決手段】本発明の一態様によれば、吸込ベルマウスと、吐出しボウルと、揚水管と、吐出しエルボと、前記揚水管内を延びるポンプ主軸と、前記ポンプ主軸に取り付けられたインペラと、前記ポンプ主軸を回転させるためのモータと、前記モータを覆っており、少なくとも一部が前記吐出しエルボの開口部内にあるモータハウジングと、前記吐出しエルボの開口部内において前記モータハウジングの側面に設けられた冷却フィンと、を備えるポンプが提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込ベルマウスと、吐出しボウルと、揚水管と、吐出しエルボと、
前記揚水管内を延びるポンプ主軸と、
前記ポンプ主軸に取り付けられたインペラと、
前記ポンプ主軸を回転させるためのモータと、
前記モータを覆っており、少なくとも一部が前記吐出しエルボの開口部内にあるモータハウジングと、
前記吐出しエルボの開口部内において前記モータハウジングの側面に設けられた冷却フィンと、を備えるポンプ。
【請求項２】
前記モータによって回転されるモータ主軸を備え、
減速機を介して、前記ポンプ主軸が前記モータ主軸と接続される、請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記減速機は、前記モータハウジングの下部であって前記吐出しエルボの開口部内に設けられる、請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記インペラの高さ位置は前記モータハウジングの高さ位置と連動し、
前記吐出しエルボ開口部は第１フランジを有し、
前記モータハウジングは、前記第１フランジと締結される第２フランジを有し、
当該ポンプは、
前記第１フランジと前記第２フランジとの間に設けられ、前記第２フランジの下面と水密に接する水平面と、
前記第１フランジの内面との間に止水リングを保持する円筒部と、を有する保持部材を備える、請求項３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記冷却フィンを設けることで、前記インペラによって吸い込まれた水が前記モータからの発熱を冷却する、請求項１乃至４のいずれかに記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関し、特に津波や高潮などによりモータが冠水しても運転を継続可能なポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地震による津波や巨大台風による高潮等により、通常のポンプ機場では、ポンプ等の設備機器が冠水して使用困難となることが増えてきた。そこで、地震による津波や巨大台風による高潮等の災害時においても運転を継続可能なポンプ設備が求められている。
津波や高潮等によりポンプ機場内に水が浸入した場合でも継続的に運転できるようにするため、水中ポンプ等に用いられる耐水電動機を立軸ポンプの駆動機として用いた立軸ポンプが提案されている。
【０００３】
しかしながら、先行技術の耐水電動機は低圧・低出力（〜４５０ｋＷ程度）であるが、汚水ポンプ設備や排水ポンプ設備（治水）では、比較的大きな容量が要求され、高圧・高出力（５００ｋＷ程度以上）のモータが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０４１６３号公報
【特許文献２】特許第５５５２４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータが大容量化すると発熱量が大きくなり、先行技術等で考えられている熱交換部の冷却能力の限界に達する。そこで本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、モータの大容量化に適合したポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、吸込ベルマウスと、吐出しボウルと、揚水管と、吐出しエルボと、前記揚水管内を延びるポンプ主軸と、前記ポンプ主軸に取り付けられたインペラと、前記ポンプ主軸を回転させるためのモータと、前記モータを覆っており、少なくとも一部が前記吐出しエルボ開口内にあるモータハウジングと、前記吐出しエルボ開口内において前記モータハウジングの側面に設けられた冷却フィンと、を備えるポンプが提供される。
モータハウジングの側面に冷却フィンを設けることにより冷却面積を拡大し、吐出しエルボ開口内に冷却フィンを設置することで、モータが大容量化した場合でも効率よくモータからの発熱を冷却できる。
【０００７】
前記モータによって回転されるモータ主軸を備え、減速機を介して、前記ポンプ主軸が前記モータ主軸と接続される。
減速機を設けることで、ポンプが大容量化（大口径（大水量）化）した場合であってもモータの極数を増やす必要がなく、モータを低コスト化、コンパクト化できる。
【０００８】
前記減速機は、前記モータハウジングの下部であって前記吐出しエルボ開口内に設けられてもよい。
この場合、前記冷却フィンは、前記減速機の側面にも設けられるのが望ましい。
【０００９】
前記インペラの鉛直方向位置は前記モータハウジングの鉛直方向位置と連動し、前記吐出しエルボは第１フランジを有し、前記モータハウジングは、前記第１フランジと締結される第２フランジを有し、当該ポンプは、前記第１フランジと前記第２フランジとの間に設けられ、前記第２フランジの下面と水密に接する水平面と、前記第１フランジの内面との間に止水リングを保持する円筒部と、を有する保持部材を備えるのが望ましい。
これにより、モータハウジングの下部に減速機を設ける場合であっても、水漏れを抑えつつインペラとポンプケーシングの隙間を調整可能である。
【００１０】
前記減速機は、前記吐出しエルボの外に設けられてもよい。
これにより減速機のメンテナンスが容易となる。
【００１１】
この場合、前記減速機は、前記モータハウジングの上面上に設けられ、前記モータ主軸は、内部が空洞になった中空軸であって前記モータハウジングの上面を貫通して前記減速機まで延びており、前記ポンプ主軸は、前記モータ主軸の空洞内を前記減速機まで延びていてもよい。
モータの側面に冷却フィンを設けることにより冷却面積を拡大し、前記インペラによって吸い込まれた水が前記モータからの発熱を冷却する。
【００１２】
また、本発明の別の態様によれば、前記吐出しエルボ上方に開口を画定するフランジを有し、吸込ベルマウスと、前記ポンプ主軸と、前記ポンプ主軸に取り付けられたインペラと、前記ポンプ主軸を回転させるためのモータと、前記フランジ上に配置され、第１開口および第２開口が設けられた調整ベースと、前記モータを覆っており、前記調整ベースの第１開口を覆う底部を有したモータハウジングと、を備え、前記調整ベースの前記第２開口を通って前記吐出しエルボ内の空気を抜くことができる、ポンプが提供される。
吐出しエルボ内の空気が抜けることで冷却性能（熱交換効率の悪化を防止）に関する信頼性が向上する。
【００１３】
当該ポンプは、吸込水槽内の水を吸い込み、前記調整ベースの第２開口に接続され、前記吐出しエルボ内の水を前記吸込水槽に排水する管を備えるのが望ましい。
これにより、冷却性能（熱交換効率の悪化を防止）に関する信頼性が向上する。
【００１４】
下部が前記調整ベースの第２開口に接続された自動空気抜き弁を備えるのが望ましい。
これにより、確実に吸込管内の空気を抜くことができる。
【発明の効果】
【００１５】
大容量のモータに適合したポンプが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的な立軸斜流ポンプの概略断面図。
【図２】第１の実施形態に係るポンプの概略断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図２の破線内の拡大断面図。
【図５】インペラ４の鉛直方向調整を説明する図。
【図６】インペラ４の鉛直方向調整を説明する図。
【図７】第２の実施形態に係るポンプの概略断面図。
【図８】第３の実施形態に係るポンプの概略断面図。
【図９】図８の変形例であるポンプの概略断面図。
【図１０】第４の実施形態に係るポンプの概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、一般的な立軸斜流ポンプ（以下、単にポンプという）の概略断面図である。なお、本明細書では主に立軸斜流ポンプを例示するが、本発明は立軸斜流・軸流ポンプ、立軸渦巻斜流ポンプなど他の型式のポンプにも適用可能である。
【００１９】
ポンプは、揚水管９１、吐出しボウル９２、吸込ベルマウス１３、吐出しエルボ１、ポンプ主軸２、モータ部３などを備えている。
【００２０】
ポンプベース９１ａによって床の開口に揚水管９１が固定されており、揚水管９１は水中部に延びている。揚水管９１の下端には吐出しボウル９２が接続され、吐出しボウル９２の下端には吸込ベルマウス１３が接続されている。また、床上部において、揚水管９１の上部に吐出しエルボ１が接続される。
【００２１】
ポンプ主軸２は揚水管９１内を鉛直方向に延びている。ポンプ主軸２の上部は、モータ台３ａに設置されたモータ部３に達する。ポンプ主軸２の下部に水中軸受２ａを介してインペラ４が固定される。ポンプ主軸２の回転に伴ってインペラ４が回転し、吸込ベルマウス１３から水が吸い込まれる。この水は吐出しエルボ１の先端から排出される。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るポンプの概略断面図であり、床上部の構成のみを示している。ポンプは、吐出しエルボ１、ポンプ主軸２、モータ部３およびインペラ４などを備えており、例えばポンプ機場に設置されて吸込水槽の水を吐出水槽に導く。
【００２３】
吐出しエルボ１は鉛直方向に延びる吐出しエルボ開口部１１を有し、上端には開口を画定する第１フランジ１４が設けられる。吐出しエルボ１の先端には側方を向いた吐出口１５が設けられる。当該ポンプは吸込水槽内の水を吸込ベルマウス１３から吸い込んでインペラ４、図示しない揚水管および吐出しエルボ１を介して吐出口１５から吐出水槽に排水する。また、吸込ベルマウス１３から吸い込まれた水の一部は吐出しエルボ開口部１１の上部まで導かれ、ポンプと一体となった耐水型モータ（以下、単にモータという）を後述するようにして冷却する。
【００２４】
ポンプ主軸２は揚水管内を鉛直方向に延びている。ポンプ主軸２の上部はモータ部３に達する。ポンプ主軸２の下部にインペラ４が固定される。ポンプ主軸２の回転に伴ってインペラ４が回転し、吸込ベルマウス１３から水が吸い込まれる。
【００２５】
モータ部３は、モータハウジング３１、その内側にある内部ハウジング３２、モータ主軸３３、冷却水循環羽根３５などを有する。モータ内部ハウジング３２およびモータハウジング３１に覆われている。
【００２６】
モータハウジング３１は、ハウジング本体３１１と、その外周面から外側に向かって突出した第２フランジ３１２とを有する。第２フランジ３１２は吐出しエルボ開口部１１の第１フランジ１４とボルト（不図示）などで締結される。ハウジング本体３１１は吐出しエルボ開口部１１上端の開口を通っており、より具体的にはハウジング本体３１１の第２フランジ３１２より下側は吐出しエルボ開口部１１内にあり、第２フランジ３１２より上側は吐出しエルボ開口部１１外（上）にある。また、モータハウジング３１の内部には吐出しエルボ開口部１１内の水が浸入しないようになっている。
【００２７】
モータ主軸３３は、上部は内部ハウジング３２内にあって内部ハウジング３２の下面およびモータハウジング３１の下面を貫通してポンプ主軸２に連結される。
【００２８】
内部ハウジング３２とモータハウジング３１との間は、吐出しエルボ開口部１１からの水とは異なる内部冷却水が流れる流路となっている。そして、冷却水循環羽根３５が内部ハウジング３２の底面とモータハウジング３１の底面との間において、モータ主軸３３に固定される。内部ハウジング３２内に内部冷却水が侵入しないよう、内部ハウジング３２内においてモータ主軸３３に軸封３３ｃが設けられている。モータ主軸３３の回転に伴って冷却水循環羽根３５が回転し、これによって内部冷却水が冷却水流路を循環することで、モータからの発熱が冷却される。
【００２９】
ここで、モータが大容量化（例えば５００ｋＷ程度）すると発熱も大きくなる。そうすると、内部冷却水自体の温度が高くなる。
【００３０】
そこで、本実施形態のポンプは複数の冷却フィン５を備えており、その水平方向断面図（Ａ−Ａ断面図）が図３に示されている。図３に示すように、冷却フィン５は吐出しエルボ開口部１１内においてモータハウジング３１の側面に設けられる。より具体的には、冷却フィン５はモータハウジング３１におけるハウジング本体３１１の外周面に取り付けられ、径方向外側に放射状に延びている。冷却フィン５の形状や数に特に制限はなく、モータの発熱量および冷却フィン５の冷却能力に応じて適宜冷却フィン５を設ければよい。例えば、モータの出力が大きいほど、鉛直方向に長い冷却フィン５を数多く設けるのがよい。
【００３１】
このように冷却フィン５を設けることで、モータの容量が大きく発熱量も大きい場合でも、効率よく冷却できる。
【００３２】
ポンプの容量が大きい（比較的低揚程で流量が大きい）場合、モータの極数が大きくなる。しかしながら、極数が大きいモータの製作は困難であり、特注設計とするとコストが高くなってしまう。しかしながら、モータの回転数を減らすことができれば、極数を大きくしなくても済む。
【００３３】
したがって、ポンプはモータ部３と一体（ユニット化された）となった構造の減速機６を備え、減速機６を介してモータ主軸３３とポンプ主軸２とが接続される。減速機６はモータ部３におけるモータハウジング３１の下部にあって、吐出しエルボ開口部１１内に設けられる。図２では、減速機ハウジング６１に内蔵された歯車６２（太陽歯車、遊星歯車および内歯車）を有する防水型の遊星歯車減速機を想定しているが、平行軸歯車減速機（例えばヘリカルギアやウォームギア）など他の減速機を適用してもよい。
【００３４】
減速機６は、減速機ハウジング６１内に水が侵入しないよう、減速機ハウジング６１内においてポンプ主軸２に軸封６１ｃが設けられている。また、減速機ハウジング６１の側面に冷却フィンが設けられていてもよく、例えば冷却フィン５の下部がモータ部３のモータハウジング３１から減速機ハウジング６１の側面にまで延びていてもよい。
【００３５】
続いて、吐出しエルボ開口部１１の第１フランジ１４と、モータ部３における第２フランジ３１２との締結について、望ましい態様を説明する。インペラ４とポンプケーシングの内面との間には隙間があり、ポンプの性能は隙間に依存する。インペラ隙間は、ポンプを設置した後にインペラ４を引き上げることによって調整する。しかしながら、図２に示すように、モータ部３の直下に減速機６を設けるとインペラ４を持ち上げるのが困難である。そこで、ポンプ主軸２に取り付けられたインペラ４がモータ部３（特にそのモータハウジング３１）の鉛直方向と連動することを利用して、次のように隙間を調整できるようにする。
【００３６】
図４は、吐出しエルボ開口部１１の第１フランジ１４およびモータ部３における第２フランジ３１２近辺（図２の破線内）の拡大断面図である。ポンプは、ゴムリング７１と、これを保持する保持部材７２とを備えている。保持部材７２は、水平面に延びる円環部７２１と、円環部７２１の内周端から鉛直下向きに延びる円筒部７２２とから構成される。円環部７２１は吐出しエルボ開口部１１の第１フランジ１４とモータ部３の第２フランジ３１２との間に配置される。そして、円環部７２１の下面および上面はそれぞれ第１フランジ１４の上面および第２フランジ３１２の下面に接する。円筒部７２２の外面は第１フランジ１４の内面に接している。そして、円筒部７２２の外面には１または複数の凹部が設けられ、そのそれぞれに止水用弾性リングとしてゴムリング７１が保持されている。
【００３７】
接続ボルト７５が第２フランジ３１２および円環部７２１、第１フランジ１４を貫通し、第２フランジ３１２、円環部７２１、第１フランジ１４の各々の接触面にガスケットを挟むことにより水密に締結される。また、ゴムリング７１を設けることで、円環部７２１の下面と第１フランジ１４の上面との間から水が漏れるのを抑えている。
【００３８】
インペラ隙間を調整するには次のようにする。まず、インペラ４を上昇させたい分だけジャッキボルト７３を引き上げる方向に回転させ、円環部７２１の下面と第１フランジ１４の上面との間に隙間ｈを設ける（図５）。これにより、第２フランジ３１２が上昇してモータ部３のモータハウジング３１全体が上昇する。これに伴い、インペラ４の位置も上昇する。（インペラ４を下降させる場合はその逆である）
【００３９】
続いて、この隙間ｈに適切な高さの高さ調整部材（例えば調整シム）７４を入れ込む（図６）。このとき、ゴムリング７１が第１フランジ１４の内面にあるため、やはり円環部７２１の下面とフランジ１４の上面との間から水が漏れることはない。
【００４０】
このように、保持部材７２にゴムリング７１を設けることで、水漏れを防ぎつつ、インペラ４の鉛直方向位置を調整できる。
【００４１】
以上説明したように、第１の実施形態では、モータ部３におけるモータハウジング３１の側面に冷却フィン５を設けるため、モータ３４が大容量化して発熱量が大きい場合であっても、吐出しエルボ開口部１１内の水で効率よく冷却できる。また、減速機６を介してモータ主軸３３とポンプ主軸２とを連結することで、モータが大容量化しても極数が増えることなく、製造コストを抑えられる。さらに、吐出しエルボ開口部１１の第１フランジ１４の内側にゴムリング７１を設けることで、減速機６をモータ部３の下部に設けた場合であっても、水漏れを防ぎつつインペラ４の隙間を調整できる。
【００４２】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は、モータ部３の下部において吐出しエルボ開口部１１内に減速機６を配置するものであった。これに対し、次に説明する第２の実施形態はモータ部３の上部において吐出しエルボ開口部１１外に減速機６を配置するものである。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４３】
図７は、第２の実施形態に係るポンプの概略断面図であり、ポンプの上部のみを描いている。減速機６がモータ部３のモータハウジング３１の上面上に配置される。モータ主軸３３は内部が空洞になった中空軸であり、モータハウジング３１の上面を貫通して上方に延び、減速機６と接続されている。ポンプ主軸２は中実軸であり、モータ主軸３３の空洞内を上方に延び、減速機６と接続されている。
【００４４】
また、減速機ハウジング６１の下面に下向きの冷却フィン６５を設けてもよい。同様に、モータ部３のモータハウジング３１の下面に下向きの冷却フィン３６を設けてもよい。
【００４５】
このように第２の実施形態では、吐出しエルボ開口部１１の外に減速機６を設ける。そのため、減速機６のメンテナンスが容易となる。
【００４６】
（第３の実施形態）
大容量かつ小揚程のポンプの場合、吐出しエルボ開口部１１に対してモータ部３が小さくなることもある。次に説明する第３の実施形態はそのようなケースを想定している。以下、第１および第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４７】
図８は、第３の実施形態に係るポンプの概略断面図である。吐出しエルボ開口部１１の内径よりモータ部３におけるモータハウジング３１の方が小さい。そのため、ポンプは調整ベース８を備えている。調整ベース８は円環状であり、外周部が第１フランジ１４上に配置されて固定される。
【００４８】
モータハウジング３１は２段になった底面３１３を有し、調整ベース８の開口（第１開口）を覆っている。より具体的には、底面３１３の下段３１３ａが調整ベース８の開口内に嵌まっている。下段３１３ａの下面には冷却フィン８１が設けられてもよい。底面３１３における上段３１３ｂの外周部が調整ベース８の内周部上に配置されて固定される。モータ主軸（不図示）は底面３１３を貫通しているが、吐出しエルボ開口部１１内の水がモータ部３内に侵入しないようになっている。
【００４９】
このような構造において、調整ベース８や底面３１３の下部において水が澱んだり空気が溜まったりして、冷却フィン８１を設けてもモータ部３を効率よく冷却できないことがある。
【００５０】
そこで、本実施形態では、調整ベース８に開口８ａ（第２開口）を設ける。吐出しエルボ開口部１１内の空気が開口８ａを通ってポンプの外部に通過可能である。また、ポンプは調整ベース８の開口８ａに接続された管８２を備えてもよい。第１フランジ１４や冷却フィン８１の近傍の水は管８２を通って吸込水槽に排水される。
【００５１】
このように、第３の実施形態では、調整ベース８に開口８ａを設けて管８２を接続する。そのため、空気が抜けて水の流れができ、信頼性が向上する。
なお、図９に示すように、吐出しエルボ開口部１１における冷却部分の径を大きくしてもよい。冷却部分を拡大させることにより、下部配管８３を設けることができ、浮遊ゴミなどによって管８２が詰まった際にも排水が可能となり、信頼性が向上する。
【００５２】
（第４の実施形態）
上述した第３の実施形態は、調整ベース８の開口８ａに管８２を設けるものであった。これに対し、次に説明する第４の実施形態は、開口８ａに自動空気抜弁を設けるものである。以下、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５３】
図１０は、第４の実施形態に係るポンプの概略断面図である。ポンプは自動空気抜弁９を備えている。自動空気抜弁９は、下部が調整ベース８の開口８ａに接続される。
【００５４】
通常運転時に吐出しエルボ１内が負圧にならず、かつ、吸込水槽への戻し管無しで冷却用の水の流れが確保できる場合に、このような自動空気抜弁９を設置できる。
【００５５】
吐出しエルボ開口部１１の最頂部から空気を抜くので信頼性が高い。また、モータ部３が浸水して自動空気抜き弁より上まで水が溜まった場合でも、吐出水槽の方が低水位であれば、自動空気抜弁９を介して吐出しエルボ１から溜まった水を排水することもできる。
【００５６】
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ことである。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とすべきである。
【符号の説明】
【００５７】
１  吐出しエルボ
１１  吐出しエルボ開口部
１３  吸込ベルマウス
１４  第１フランジ
１５  吐出口
２  ポンプ主軸
２ａ  水中軸受
３  モータ部
３ａ  モータ台
３１  モータハウジング
３１１  ハウジング本体
３１２  第２フランジ
３１３  底面
３１３ａ  下段
３１３ｂ  上段
３２  内部ハウジング
３３  モータ主軸
３５  冷却水循環羽根
３６  冷却フィン
４  インペラ
５  冷却フィン
６  減速機
６１  減速機ハウジング
６５  冷却フィン
７１  ゴムリング
７２  保持部材
７２１  円環部
７２２  円筒部
７３  ジャッキボルト
７４  高さ調整部材
７５  接続ボルト
８  調整ベース
８ａ  第２開口
８１  冷却フィン
８２  管
８３  下部配管
９  自動空気抜弁
９１  揚水管
９１ａ  ポンプベース
９２  吐出しボウル
【図１】
2018135764.tif 000003
【図２】
2018135764.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018135764.tif 000007
【図６】
2018135764.tif 000008
【図７】
2018135764.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018135764.tif 000011
【図１０】
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