(57)【要約】【課題】従来の羽根形状を複雑に変形させることなく、低コストでポンプ効率を向上させることができるボルテックス形ポンプ用羽根車を提供する。【解決手段】ボルテックス形ポンプ用の羽根車であって、複数の羽根を備えており、複数の羽根のうち少なくとも１つの羽根の前方面が、少なくとも部分的に、羽根車の回転方向と逆方向に羽根車の中心軸に対して傾斜している、羽根車。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルテックス形ポンプ用の羽根車であって、複数の羽根を備えており、前記複数の羽根のうち少なくとも１つの羽根の前方面が、少なくとも部分的に、前記羽根車の回転方向と逆方向に前記羽根車の中心軸に対して傾斜している、羽根車。
【請求項２】
前記少なくとも１つの羽根の前方面が、部分的に、前記羽根車の回転方向と逆方向に前記中心軸に対して傾斜している、請求項１に記載の羽根車。
【請求項３】
前記少なくとも１つの羽根の前方面が、全体的に、前記羽根車の回転方向と逆方向に前記中心軸に対して傾斜している、請求項１に記載の羽根車。
【請求項４】
前記少なくとも１つの羽根は、前記複数の羽根のうち一部の羽根である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の羽根車。
【請求項５】
前記少なくとも１つの羽根は、前記複数の羽根のうち全ての羽根である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の羽根車。
【請求項６】
前記少なくとも１つの羽根の前方面の前記中心軸に対する傾斜角度が１０度〜８０度である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の羽根車。
【請求項７】
前記少なくとも１つの羽根の前方面の前記中心軸に対する傾斜角度が２５度〜４０度である、請求項６に記載の羽根車。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の羽根車を備える、ボルテックス形ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルテックス形ポンプ用羽根車及びボルテックス形ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボルテックス形ポンプは、羽根車の羽根の下面と羽根車を収容するケーシング底面との間に大きな間隔を有している。従って、ボルテックス形ポンプは、異物によるポンプ内での閉塞事故の発生を防止することができる汚水・汚物用ポンプとして広く使用されている。
【０００３】
従来の一般的なボルテックス形ポンプの構造を図５に示す。これは、主軸１を駆動するモータ部２と、主軸１の回転によって揚水を行うポンプ部３とを一体に備えている。そして、ポンプ部３の圧力水がモータ部２側へ漏洩しないように、ポンプ部３とモータ部２の間を上部メカニカルシール４ａ及び下部メカニカルシール４ｂで２重に軸封したものである。
【０００４】
モータ部２には、主軸１と一体に回転するロータ５と、ステータ巻線６を備えたステータ７とがモータ室８内に収納されている。このモータ室８は、上方に開口した略円筒状のモータフレーム１０とモータフレーム１０の上端に連結したモータカバー１１で水密的に封止されているとともに、上部には、水中ケーブル１２が接続されている。
【０００５】
そして、主軸１は、モータカバー１１に取付けた上部軸受１３とモータフレーム１０の下端に連結した負荷側ブラケット１４の内周面に取付けた下部軸受１５を介して回転自在に支承されている。更に、モータカバー１１の上面には、湧水現場への吊下げや移動を行なう把手１６が設けられている。
【０００６】
一方、ポンプ部３は、複数の羽根４０を有し主軸１の先端にこれと一体に回転するように連結されたボルテックス形ポンプ用羽根車４１を備えている。この羽根車４１は、吐出口４２ａと吸込口４２ｂを有し、内部をポンプ室４３としたポンプケーシング４２で覆われて、下部から湧水・汚水等を吸い込んで側面から吐出するようになっている。ここに、吐出口４２ａには、吐出曲管２４が連結されている。
【０００７】
羽根車４１の羽根４０の下端面とポンプケーシング４２の底面の間には、ボルテックス形ポンプの特徴である広い空隙が設けられており、比較的大きな異物でも容易に排出することができるようになっている。また、ポンプケーシング４２には、ポンプを自立させるようにしたポンプ台４５が取付けられている。
【０００８】
メカニカルシール４ａ，４ｂは、負荷側ブラケット１４とポンプケーシング４２とを接続する中間ケーシング３０と負荷側ブラケット１４とで区画されたメカニカルシール室３１内に配置され、この軸封部には、メカニカルシール摺動面の潤滑と冷却を行う油が封入されている。また、メカニカルシール４ａ，４ｂの寿命を長くするため、中間ケーシング３０と羽根車４１のボス部との間にオイルシール３２が組み込まれて、砂等の異物がメカニカルシール摺動面に接近するのを防いでいる。
【０００９】
ここで、従来のボルテックス形ポンプ用羽根車４１の形状の例を図６に示す。図６の例では、従来のボルテックス形ポンプ用羽根車４１は、互いに平行に延在する前方面４０ａ及び後方面４０ｂを有する複数の羽根４０を備えている。複数の羽根４０の各々は、シュラウド面４０ｃから羽根車４１の中心軸Ｃに対して平行に延在している。ここで、「羽根
の前方面」とは、羽根車４１の回転方向Ｒに関して前方を向く面を意味し、「羽根の後方面」とは、羽根車４１の回転方向Ｒに関して後方を向く面を意味する。
【００１０】
図７は、図５のポンプケーシング４２の内部を拡大して示す図である。吸込口４２ｂから吸い込まれた汚水は、回転する羽根車４１の羽根４０の間を通って半径方向外側（換言すれば、羽根車４１の外周側）に流れ、ポンプケーシング４２の側壁に衝突して軸方向に向きを変える。こうして、図７の矢印Ｖで示すような渦流が形成される。渦の強さが大きいほど汚水は効率よく吐出口４２ａから排出される。
【００１１】
上記したように、ボルテックス形ポンプは、比較的大きな異物でも容易に排出することができるように、羽根車の羽根の下面とケーシング底面との間に大きな間隙を形成するように構成されている。これにより、異物によるポンプ内での閉塞事故の発生を低減することができる。しかし、この大きな間隙によって、ボルテックス形ポンプは、他のセミオープン羽根車やクローズ羽根車と比較して低いポンプ効率を有することが知られている。
【００１２】
特開昭６１−２７９７９８号は、渦ポンプの羽根車の各羽根にフランジ部を設けることにより、有害な流れを羽根内部から遮断しポンプ効率の向上を図っている。また、特開２００９−２９３５４７号は、羽根の前縁勾配を段階的に変化させることでボルテックスポンプのポンプ効率と異物通過性の両立を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭６１−２７９７９８号
【特許文献２】特開２００９−２９３５４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の一つの目的は、従来の羽根形状を複雑に変形させることなく、低コストでポンプ効率を向上させることができるボルテックス形ポンプ用羽根車を提供することである。また、本発明のもう一つの目的は、従来の羽根形状を複雑に変形させることなく、低コストでポンプ効率を向上させることができるボルテックス形ポンプ用羽根車を備えるボルテックス形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】
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、ボルテックス形ポンプ用の羽根車であって、複数の羽根を備えており、複数の羽根のうち少なくとも１つの羽根の前方面が、少なくとも部分的に、羽根車の回転方向と逆方向に羽根車の中心軸に対して傾斜している、羽根車が提供される。この構成によれば、羽根の入口側から出口側に向けて流れる汚水は、ケーシングの側壁に到達する前に羽根の前方面の傾斜部によって軸方向に押される。これにより、汚水の軸方向の流れを強くすることができる。従って、羽根の前方面が中心軸に対して平行に延在する従来のボルテックス形ポンプと比較して、ポンプ効率を向上させることができる。また、汚水中の異物が羽根の出口側まで運ばれて羽根に引っ掛かるおそれを最小限にすることができる。従って、異物によって羽根車の回転が妨げられることがないので、従来技術と比較してポンプ効率を向上させることができる。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの羽根の前方面が、部分的に、羽根車の回転方向と逆方向に中心軸に対して傾斜している。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの羽根の前方面が、全体的に、羽根車の回転方向と逆方向に中心軸に対して傾斜している。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの羽根は、複数の羽根のうち一部の羽根である。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの羽根は、複数の羽根のうち全ての羽根である。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの羽根の前方面の中心軸に対する傾斜角度が１０度〜８０度である。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの羽根の前方面の中心軸に対する傾斜角度が２５度〜４０度である。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、上記のいずれかに記載の羽根車を備える、ボルテックス形ポンプが提供される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、従来の羽根形状を複雑に変形させることなく、低コストでボルテックス形ポンプのポンプ効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態によるボルテックス形ポンプの構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるボルテックス形ポンプ用羽根車を示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】羽根の傾斜角度とポンプ効率との関係を示す図である。
【図５】従来のボルテックス形ポンプの構造の例を示す図である。
【図６】従来のボルテックス形ポンプ用羽根車の例を示す図である。
【図７】図６のケーシング内部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態によるボルテックス形ポンプの構造を示す図である。なお、図５乃至図７に示す従来例と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２６】
本実施形態では、図１に示すようにポンプ部３に複数の羽根５０を有し、主軸１の先端にこれと一体に回転するように連結されたボルテックス形ポンプ用羽根車５１が備えられた基本的な構造は、従来の技術と同様である。また、この羽根車５１は、吐出口５２ａと吸込口５２ｂを有しポンプ台５５に支持されたポンプケーシング５２によって覆われ、ポンプ室５３内に収納されている。ポンプケーシング５２の下部から湧水・汚水等を吸い込んでその側面から吐出するようになっている構造も、従来の技術と同様である。
【００２７】
図２は、本発明の一実施形態によるボルテックス形ポンプ用羽根車５１を示す図である。図２の例において、シュラウド面５０ｃから延在する各羽根５０は、互いに平行に延在する前方面５０ａと後方面５０ｂを備える。この例では、羽根車５１の複数の羽根５０のうち全ての羽根５０が、羽根車５１の回転方向Ｒと逆方向に羽根車５１の中心軸（換言すれば、回転中心軸）Ｃに対して傾斜している。ここで、「羽根の前方面」とは、羽根車５１の回転方向Ｒに関して前方を向く面を意味し、「羽根の後方面」とは、羽根車５１の回転方向Ｒに関して後方を向く面を意味する。
【００２８】
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図であり、羽根５０の出口側から羽根車５１の内部（すなわち、羽根車５１の周方向に隣接する羽根５０の間に形成される流路）を見た図である。
図３に示すように、本実施形態では、各羽根５０は、中心軸Ｃに対して角度θだけ回転方向Ｒと逆方向に傾斜している。
【００２９】
本発明者等は、羽根５０の前方面５０ａの傾斜角度（θ）を変えた場合のポンプ効率の変化を求める解析を行った。その結果を図４に示す。図４の横軸は羽根の前方面の傾斜角度（換言すれば、テーパ角度）（θ）を示し、縦軸はポンプ効率の改善率（％）を示す。傾斜角度（θ）は、羽根車５１の回転方向Ｒと逆方向の傾斜角度であり、ポンプ効率の改善率（％）は、傾斜角度（θ）が０度である（すなわち、図６に示すように中心軸Ｃと平行である）場合を基準として計算されている。尚、解析では、図２に示すように、羽根車５１の全ての羽根５０の前方面５０ａが、全体的に（換言すれば、前方面５０ａの全体が）傾斜していると仮定している。
【００３０】
解析結果から、前方面５０ａに傾斜角度があれば（０＜θ＜９０）、ポンプ効率は向上することが分かる。本実施形態では、傾斜角度を、例えば、１０度〜８０度にすることができる。また、解析結果から、傾斜角度は、２５度〜４０度であることがより好ましいことが分かる。
【００３１】
ポンプ効率の向上は、例えば、次のような理由によるものと考えられる。羽根４０の前方面４０ａが中心軸Ｃに対して平行に延びている従来のボルテックス形ポンプ用羽根車４１では、羽根４０の間を通る汚水が羽根４０の出口側でケーシング４２の側壁と衝突して軸方向流れを形成する。従って、衝突によるエネルギー損失により軸方向流れが弱いものとなる。一方、本実施形態では、羽根５０の前方面５０ａが、回転方向Ｒと逆方向に中心軸Ｃに対して傾斜している。この傾斜する前方面５０ａは、図３の矢印Ｆで示すように、羽根５０の入口側から出口側に流れる汚水を、羽根５０の下面に向けて（すなわち、軸方向に向けて）押し出すように作用する。従って、軸方向の流れを強くすることができる。これにより、渦の強さを大きくすることができ、汚水を効率よく排出することができる。
【００３２】
従って、本発明の一実施形態によれば、図３に示すように、少なくとも羽根５０の前方面５０ａが、回転方向Ｒと逆方向に中心軸Ｃに対して傾斜していればよい。しかし、本発明の他の実施形態によれば、羽根車５１の羽根５０の前方面５０ａは、部分的に中心軸Ｃに対して傾斜していてもよい。この場合でも、少なくとも、前方面５０ａの傾斜する部分によって汚水は軸方向に押し出されるので、渦の強さを従来よりも大きくすることができる。羽根車５１の羽根５０の前方面５０ａが部分的に傾斜する場合、羽根５０の出口側（換言すれば、羽根車５１の外周側）に位置する部分が傾斜することが好ましい。これにより、全体的に大きな強い渦流を形成することができる。
【００３３】
また、図２の実施形態では、複数の羽根５０のうち全ての羽根５０の前方面５０ａが、回転方向Ｒと逆方向に中心軸Ｃに対して傾斜している。しかし、本発明の他の実施形態では、複数の羽根５０のうち一部の羽根５０が傾斜していてよい。この場合でも、少なくとも、傾斜する羽根５０の前方面５０ａを通過する汚水は軸方向に押し出されるので、渦の強さを従来よりも大きくすることができる。
【００３４】
また、本発明の各実施形態によれば、強い渦流を形成することができることに加えて、羽根車５１の内部に入り込んだ異物が羽根５０の出口側で引っ掛かり、羽根車５１の回転を妨げるおそれを最小限にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ボルテックス形ポンプに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
Ｒ…回転方向
Ｃ…中心軸
１…主軸
２…モータ部
３…ポンプ部
５…ロータ
６…ステータ巻線
７…ステータ
８…モータ室
１０…モータフレーム
１１…モータカバー
１２…水中ケーブル
１３…上部軸受
１４…負荷側ブラケット
１５…下部軸受
１６…把手
２４…吐出曲管
３０…中間ケーシング
３１…メカニカルシール室
３２…オイルシール
４０…羽根
４１…ボルテックス形ポンプ用羽根車
４２…ポンプケーシング
４３…ポンプ室
４５…ポンプ台
４ａ…上部メカニカルシール
４ｂ…下部メカニカルシール
５０…羽根
５１…ボルテックス形ポンプ用羽根車
５２…ポンプケーシング
５３…ポンプ室
５５…ポンプ台
４０ａ…前方面
４０ｂ…後方面
４０ｃ…シュラウド面
４２ａ…吐出口
４２ｂ…吸込口
５０ａ…前方面
５０ｂ…後方面
５０ｃ…シュラウド面
５２ａ…吐出口
５２ｂ…吸込口
【図１】
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【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】
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