(57)【要約】【課題】振動の発生が抑制された立軸多段ポンプを提供する。【解決手段】立軸多段ポンプは、ケーシングと、第１羽根車群と、第２羽根車群と、回転軸と、軸受と、を備える。ケーシングは、吸込口と吐出口とを有し、流路を画定する。第１羽根車群は、ケーシング内の吸込口側に設けられた１または連続する２以上の羽根車である。第２羽根車群は、第１羽根車群とスペースを空けてケーシング内の吐出口側に設けられた１または２以上の羽根車である。回転軸は、第１羽根車群および第２羽根車群が固定される。軸受は、第２羽根車群に隣接してスペースに設けられ、回転軸を軸支する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を画定するケーシングと、
前記ケーシング内に設けられた１または連続する２以上の羽根車である第１羽根車群と、
前記流路における前記第１羽根車群より下流側において前記ケーシング内に前記第１羽根車群とスペースを空けて設けられた１または２以上の羽根車である第２羽根車群と、
前記第１羽根車群および前記第２羽根車群が固定された回転軸と、
前記第２羽根車群に隣接して前記スペースに設けられ、前記回転軸を軸支する軸受と、
を備える立軸多段ポンプ。
【請求項２】
前記立軸多段ポンプは、前記第１羽根車群が設置面よりも下方に位置するように設置されるものであり、
前記第１羽根車群は、前記回転軸の軸方向において前記ケーシングの下端からの距離が前記ケーシングの前記設置面以下の長さの２０％以内である領域に設けられている、
請求項１に記載の立軸多段ポンプ。
【請求項３】
前記立軸多段ポンプは、前記第１羽根車群が設置面よりも下方に位置するように設置されるものであり、
前記第２羽根車群は、前記回転軸の軸方向において前記設置面からの距離が前記ケーシングの前記設置面以下の長さの２０％以内である領域に設けられている、
請求項１または２に記載の立軸多段ポンプ。
【請求項４】
前記ケーシングの前記スペースに対応する外周面には、前記ケーシングの振動を減衰するダンパーが設けられている、
請求項１から３の何れか１つに記載の立軸多段ポンプ。
【請求項５】
前記立軸多段ポンプは、前記第１羽根車群が設置面よりも下方に位置するように設置されるものであり、
前記ダンパーは、前記回転軸の軸方向において前記ケーシングの中央からの距離が前記ケーシングの前記設置面以下の長さの１０％以内である領域に設けられている、
請求項４に記載の立軸多段ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立軸多段ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
立軸ポンプは、従来から例えば下水道での揚水または河川での排水等に用いられている。立軸ポンプは、一般に、流路を画定する略円筒状のケーシングと、ケーシング内で回転する主軸と、回転軸に固定された羽根車と、を有する。立軸ポンプは、主軸および駆動源としてのモータの回転軸が鉛直方向に沿って配置され、据付面積を小さくできるという利点を有する。
【０００３】
立軸ポンプでは、羽根車を回転させて流体を圧送するときに、羽根車および主軸自体の重量の不釣り合い、主軸のねじれ、及び、流体荷重によって羽根車に強制的に生じる加振力などにより、振動が生じる場合がある。この振動は、ケーシングにも作用して立軸ポンプ全体に振動を生じさせる原因となる。こうした振動は、騒音の原因となるとともに、装置の耐久性を低下させる原因となる。このため、従来、例えばすべり軸受を用いて立軸ポンプの振動を低減する試みが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１３３０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
立軸ポンプでは、一般に装置の下端から液体を昇圧して圧送するために、羽根車がケーシングの下端近傍に設けられる。小型化、高速化などの目的から必要な圧力を複数段の羽根車によって得ることが多いが、従来の設計では複数段のインペラ（羽根車）をポンプ下端にまとめることが多く、最終段（もっとも上に位置する羽根車）より上の主軸は動力伝達の観点から太く設計せざるを得なかった。また、振動加振源でもある羽根車がポンプ下端に集中することで、回転軸およびポンプケーシングの振動が大きくなりやすいという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、振動の発生が抑制された立軸多段ポンプを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［形態１］形態１によれば、立軸多段ポンプが提案され、かかる立軸ポンプは、流路を画定するケーシングと、ケーシング内に設けられた１または連続する２以上の羽根車である第１羽根車群と、流路における第１羽根車群より下流側においてケーシング内に第１羽根車群とスペースを空けて設けられた１または２以上の羽根車である第２羽根車群と、第１羽根車群および第２羽根車群が固定された回転軸と、記第２羽根車群に隣接してスペースに設けられ回転軸を軸支する軸受と、を備える。
形態１によれば、ケーシング内の流路の上流側に第１羽根車群が設けられ、第１羽根車群とスペースを空けてケーシング内の流路の下流側に第２羽根車群が設けられる。これにより、加振源を分散させることができる。また、第２羽根車群に隣接してスペースに軸受が設けられているので、特に第２羽根車群で生じる振動を抑制することができる。したがって、形態１によれば、立軸多段ポンプにおける振動の発生を抑制することができる。
【０００８】
［形態２］形態２によれば、形態１の立軸多段ポンプであって、立軸多段ポンプは、第１羽根車群が設置面よりも下方に位置するように設置されるものであり、第１羽根車群は、回転軸の軸方向においてケーシングの下端からの距離がケーシングの設置面以下の長さの２０％以内である領域に設けられている。
形態２によれば、第１羽根車群がケーシングの下端側に設けられているので、液体を効率よく圧送することができる。また、第１羽根車群が下端からの距離がケーシングの設置面以下の長さの２０％以内である領域に配置されることにより、ケーシングで振動が生じることを抑制できる。
【０００９】
［形態３］形態３によれば、形態１または２の立軸多段ポンプであって、立軸多段ポンプは、第１羽根車群が設置面よりも下方に位置するように設置されるものであり、第２羽根車群は、回転軸の軸方向において設置面からの距離がケーシングの設置面以下の長さの２０％以内である領域に設けられている。
形態３によれば、第２羽根車群が設置面の近傍に設けられているので、ケーシングで振動が生じることを抑制できる。
【００１０】
［形態４］形態４によれば、形態１から３の何れか１つの立軸多段ポンプであって、ケーシングのスペースに対応する外周面には、ケーシングの振動を減衰するダンパーが設けられている。
形態４によれば、第１羽根車群と第２羽根車群との間のスペースにダンパーが設けられている。これにより、ケーシングの振動が減衰され、立軸多段ポンプにおける振動の発生をより抑制することができる。
【００１１】
［形態５］形態５によれば、形態４の立軸多段ポンプであって、立軸多段ポンプは、第１羽根車群が設置面よりも下方に位置するように設置されるものであり、ダンパーは、回転軸の軸方向においてケーシングの中央からの距離がケーシングの設置面以下の長さの１０％以内である領域に設けられている。
形態５によれば、ケーシングの振動が大きくなりやすい中央近傍にダンパーが設けられている。これにより、立軸多段ポンプにおける振動の発生をより抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の立軸多段ポンプの概略的な縦断面図である。
【図２】本実施形態におけるケーシングの固有振動モードにおける位置ごとの振幅の大きさを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る立軸多段ポンプを図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の立軸多段ポンプの概略的な縦断面図である。立軸多段ポンプ１００は、図示しない駆動源からの動力を用いて羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂ（２０Ａａ，２０Ａｂ，２０Ｂａ，２０Ｂｂ）を回転させて流体を圧送する。なお、立軸多段ポンプ１００は、駆動源と別々に構成されるものに限定されず、電気モータなどの駆動源を構成の一部に含んでもよい。
【００１４】
図１に示すように、立軸多段ポンプ１００は、軸方向Ａｓの延びる回転軸１５と、回転軸１５に固定された複数の羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂと、複数の羽根車１０Ａａ〜１０Ｂを収容するケーシング２０と、を備えている。本実施形態の立軸多段ポンプ１００は、ケーシング２０のフランジ２０ｆが設置面Ｇｓにボルト等で締結されることにより、設置面Ｇｓに固定されている。ただし、立軸多段ポンプ１００は、たとえばケーシング２０の下端近傍が周囲に固定されることによって支持されてもよいし、装置全体が吊り下げられることにより支持されてもよい。
【００１５】
回転軸１５は、ケーシング２０の内部で回転可能に設けられている。本実施形態では、回転軸１５の軸方向Ａｓは設置面Ｇｓに垂直な方向に延びている。回転軸１５の上端は、ケーシング２０から突出して、カップリング３０を介して図示しない駆動源の駆動軸に接続される。また、回転軸１５のケーシング２０から突出した部分には、軸封装置３２が設けられている。軸封装置３２は、ケーシング２０の内部と外部とで流体が行き来しないように、ケーシング２０と回転軸１５との隙間を封止する。
【００１６】
本実施形態では、複数の羽根車として４つの羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂが回転軸１５に固定されている。そして、４つの羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂのうち２つの羽根車１０Ａａ、１０Ａｂは、回転軸１５の下端近傍に固定されており、残りの２つの羽根車１０Ｂａ、１０Ｂｂは、設置面Ｇｓの近傍で回転軸１５に固定されている。下方の２つの羽根車１０Ａａ、１０Ａｂは互いに連続しており、吸込口２３から吸い込まれた液体を始めに昇圧する第１羽根車群１０Ａを構成する。ここで、「連続」とは、羽根車１０Ａａ，１０Ａｂが隣接して設けられていることと、本実施形態では羽根車１０Ａａ，１０Ａｂをそれぞれに収容する羽根車ケーシング２６Ａａ、２６Ａｂが互いに連結されていることとの少なくとも一方を意味する。また、上方の２つの羽根車１０Ｂａ、１０Ｂｂは、第１羽根車群１０Ａに対してスペースＳｐを空けて互いに連続しており、第１羽根車群１０Ａによって昇圧された液体を更に昇圧する第２羽根車群１０Ｂを構成する。
【００１７】
なお、第１羽根車群１０Ａおよび第２羽根車群１０Ｂのそれぞれは、２つの羽根車から構成されるものに限定されず、１つの羽根車から構成されてもよいし、３つ以上の羽根車から構成されてもよい。また、第１羽根車群１０Ａと第２羽根車群１０Ｂとで羽根車の数が異なっていてもよい。このときには、第１羽根車群１０Ａにおける羽根車の数が第２羽根車群１０Ｂにおける羽根車の数よりも多くてもよいし、第１羽根車群１０Ａにおける羽根車の数が第２羽根車群１０Ｂにおける羽根車の数よりも少なくてもよい。
【００１８】
第２羽根車群１０Ｂの下端には、第２羽根車群１０Ｂに隣接して軸受１６が設けられている。軸受１６は、ケーシング２０に対して回転軸１５を軸支する。ここで、「隣接」とは、第２羽根車群１０Ｂと軸受１６とが連続していることと、第２羽根車群１０Ｂの吸込口の近傍に軸受１６が設けられていることとの少なくとも一方を意味する。具体的には、第２羽根車群１０Ｂのハブと軸受１６のスリーブとが接触している、または、第２羽根車群１０Ｂと軸受１６とが干渉しない程度にスペーサを介在させただけの状態を意味している。軸受１６は、例えば、軸方向Ａｓに垂直な方向に延びる棒状または板状の支持部材によってケーシング２０に支持される。なお、本実施形態では、軸受１６は、ケーシング２０（後述する中間ケーシング２７）のうち、第２羽根車群１０Ｂの吸込口を画定するケーシング部材と、円筒状の流路を画定するケーシング部材と、の連結部分に設けられるものとした。しかし、軸受１６は、ケーシング２０の複数の部材の連結部分に設けられるものに限定されず、たとえば第２羽根車群１０Ｂの吸込口を画定する部材に組み付けられてもよい。
【００１９】
ケーシング２０は、流体の吸込口２３と吐出口２４とを有し、圧送対象である流体の流路２１を画定する。本実施形態では、ケーシング２０は、外側容器２９に収容されている。外側容器２９は、ケーシング２０の吐出口２４とほぼ同じ高さの容器吸込口２２を有し、容器吸込口２２から吸い込まれた流体をケーシング２０の吸込口２３に案内する。ケーシング２０内の流路２１において、外側容器２９によって案内されて吸込口２３から吸い込まれた流体は、複数の羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂを通過して上方に圧送されて、吐出口２４から吐出される。本実施形態では、図１に示すように、吸込口２３はケーシング２０の下端に設けられて下方に開口し、吐出口２４は設置面Ｇｓよりも上方に位置して水平方向に開口している。ただし、吸込口２３及び吐出口２４は、こうした例に限定されず、立
軸多段ポンプ１００の用途及び設置される場所に応じて設計されればよい。また、本実施形態では、ケーシング２０は、外側容器２９を含まないものとして説明するが、外側容器２９を含むものとしてもよい。
【００２０】
ケーシング２０は、複数の部品が組み付けられて構成されている。本実施形態のケーシング２０は、複数の羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂをそれぞれに収容する複数の羽根車ケーシング２６Ａａ〜２６Ｂｂ（２６Ａａ，２６Ａｂ，２６Ｂａ，２６Ｂｂ）を有する。また、ケーシング２０は、吸込口２３を有する下端ケーシング２５、羽根車２０Ａｂと羽根車２０Ｂａの間にスペースＳｐを形成する中間ケーシング２７、及び、図示しない駆動源を支持するための上端ケーシング２８、を備えている。
【００２１】
複数の羽根車ケーシング２６Ａａ〜２６Ｂｂは、複数の羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂをそれぞれに収容する。各羽根車ケーシング２６Ａａ〜２６Ｂｂは、羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂで昇圧された液体を案内するガイドベインを有している。また、複数の羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂと羽根車ケーシング２６Ａａ〜２６Ｂｂの内周面とのそれぞれの間にはライナーリング３４が設けられており、複数の羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂの吐出側には封止機構３５が設けられている。ライナーリング３４および封止機構３５は、羽根車１０Ａａ〜１０Ｂｂによって圧送される液体が流路の上流側に戻ることを防止する。本実施形態の立軸多段ポンプ１００では、羽根車と羽根車ケーシングとの組を１段として任意の段数を積層することにより、所望の性能のポンプを実現することができる。そして、本実施形態では、第１羽根車群１０Ａの各羽根車１０Ａａ，１０Ａｂは、対応する羽根車ケーシング２６Ａａ，２６Ａｂが互いに連結されることにより、連続して設けられている。また、第２羽根車群１０Ｂの各羽根車１０Ｂａ，１０Ｂｂも同様に、対応する羽根車ケーシング２６Ｂａ，２６Ｂｂが互いに連結されることにより、連続して設けられている。
【００２２】
第１羽根車群１０Ａを収容する羽根車ケーシング２６Ａａ，２６Ａｂと、第２羽根車群１０Ｂを収容する羽根車ケーシング２６Ｂａ，２６Ｂｂとは、中間ケーシング２７を介して連結されている。つまり、中間ケーシング２７によって第１羽根車群１０Ａと第２羽根車群１０Ｂとの間にはスペースＳｐが形成されている。本実施形態では、スペースＳｐは、軸方向Ａｓにおいて、第１羽根車群１０Ａによって圧送された液体の旋回流れがほぼ解消する程度の長さ以上の長さを有している。スペースＳｐには、上記したように第２羽根車群１０Ｂに隣接して軸受１６が設けられている。なお、中間ケーシング２７は、ケーシング２０の設置面Ｇｓ以下の長さＬｐに応じて、複数の部材が組み合わされて構成されてもよい。このときには、部材同士の継ぎ目に軸受１６と同様の軸受等が設けられてもよい。
【００２３】
中間ケーシング２７の外側には、ケーシング２０の振動を減衰させるダンパー１８が設けられている。本実施形態では、ダンパー１８は、中間ケーシング２７の外周面と外側容器２９の内周面との間に設けられている。ただし、例えば立軸多段ポンプ１００が外側容器２９を備えない場合などには、ダンパー１８は、中間ケーシング２７の外側と、周囲の地面または構造物との間に設けられてもよい。ダンパーとしては、例えば粘弾性ダンパー、摩擦ダンパー、磁力ダンパーなどを用いることができる。なお、ダンパー１８は、中間ケーシング２７を構成する複数の部材の連結部に設けられてもよい。
【００２４】
次に、立軸多段ポンプ１００の構成の具体的な配置について説明する。本実施形態の立軸多段ポンプ１００は、回転軸１５の軸方向Ａｓが設置面Ｇｓに垂直な方向となり、第１羽根車群１０Ａが設置面Ｇｓよりも下方に位置するように設置される。ここで、第１羽根車群１０Ａは、吸込口２３から吸い込まれる液体が羽根車で効率よく圧送できるように、立軸多段ポンプ１００の下端近傍に設けられることが好ましい。例えば第１羽根車群１０Ａは、立軸多段ポンプ１００の下端から第１羽根車群１０Ａの上端までの距離Ｌａが、立
軸多段ポンプ１００の設置面Ｇｓ以下の長さＬｐの３０％以下であることが好ましく、特に２０％以下であることが好ましい。つまり、第１羽根車群１０Ａは、立軸多段ポンプ１００の下端からの距離Ｌａが立軸多段ポンプ１００の設置面Ｇｓ以下の長さＬｐの３０％または２０％以下である領域に設けられることが好ましい。または、立軸多段ポンプ１００の下端から第１羽根車群１０Ａの上端までの距離Ｌａは、ケーシング２０の最大外径の４倍〜６倍以下であることが好ましい。
【００２５】
また、第２羽根車群１０Ｂは、第１羽根車群１０Ａと離間して設けられており、特に設置面Ｇｓの近傍に設けられることが好ましい。例えば第２羽根車群１０Ｂは、設置面Ｇｓから第２羽根車群１０Ｂの下端までの距離Ｌｂが、立軸多段ポンプ１００の設置面Ｇｓ以下の長さＬｐの３０％以下であることが好ましく、特に２０％以下であることが好ましい。つまり、第２羽根車群１０Ｂは、設置面Ｇｓからの距離Ｌｂが立軸多段ポンプ１００の設置面Ｇｓ以下の長さＬｐの３０％または２０％以下である領域に設けられることが好ましい。または、立軸多段ポンプ１００の上端から第２羽根車群１０Ｂの下端までの距離Ｌｂは、ケーシング２０の最大外径の４倍〜６倍以下であることが好ましい。ここで、図１に示す例では、第２羽根車群１０Ｂは、設置面Ｇｓよりも下方に位置している。しかし、第２羽根車群１０Ｂは、設置面Ｇｓと同じ高さの領域を含んで設けられていてもよいし、設置面Ｇｓよりも上方に設けられてもよい。この場合においても、第２羽根車群１０Ｂは、設置面Ｇｓからの距離Ｌｂが立軸多段ポンプ１００の設置面Ｇｓ以下の長さＬｐの３０％または２０％以下である領域に設けられることが好ましい。
【００２６】
また、第１羽根車群１０Ａと第２羽根車群１０ＢとのスペースＳｐに設けられているダンパー１８は、軸方向Ａｓにおいて、立軸多段ポンプ１００の設置面Ｇｓ以下の中央部Ｃｐ近傍に設けられることが好ましい。具体的には、ダンパー１８は、立軸多段ポンプ１００の設置面Ｇｓ以下の中央部Ｃｐからの距離Ｌｄが、立軸多段ポンプ１００の設置面Ｇｓ以下の長さＬｐの２０％以下であることが好ましく、特に１０％以下であることが好ましい。
【００２７】
図２は、本実施形態における立軸多段ポンプのケーシングの固有振動モードにおける位置ごとの振幅の大きさを示す図である。図２では、横軸が、ケーシング２０の軸方向Ａｓにおける設置面Ｇｓからの距離を示しており、縦軸が、振幅の大きさを無次元量で示している。また、図２では、設置面Ｇｓ（横軸「０」）で立軸多段ポンプが固定されており振幅が値０となるものとし、ケーシングの径を一定とした数値解析の結果を示している。本実施形態の立軸多段ポンプ１００では、実験により、ポンプを駆動させたときに２次モードによる固有振動の影響が大きくなることが理解されている。これはポンプ回転周波数と２次モードの固有振動数が近くなりやすいためである。図２を参照すると、２次モードによる振幅は、ケーシング２０の中央部Ｃｐ（横軸「０．５」）近傍と、下端（横軸「１．０」）とで大きくなる（腹となる）。また、設置面Ｇｓ近傍と、横軸の値０．８近傍で、振幅が小さくなる（節となる）。なお、ケーシング２０の口径は軸方向Ａｓに応じて増減するため、実験によると横軸の値０．８より若干大きい場所にて振幅は小さくなる。
【００２８】
こうした解析および実験の結果に基づいて、本実施形態の立軸多段ポンプ１００では、加振源である羽根車を節となる領域に設けている。つまり、第１羽根車群１０Ａを立軸多段ポンプ１００の下端から３０％または２０％以下の領域に設け、第２羽根車群１０Ｂを設置面Ｇｓ近傍に設けている。これにより、ケーシング２０に振動が生じることを抑制することができ、騒音の発生を抑制できるとともに、装置の耐久性が低下することを抑制できる。また、第２羽根車群１０Ｂの吸込口側には第２羽根車群１０Ｂに隣接して軸受１６が設けられている。回転軸１５は、ケーシング２０とは個別に固有振動を有しており、ケーシング２０の節となる部分に軸受１６を設けて回転軸１５の振動を抑制することにより、立軸多段ポンプ１００に振動が生じることをより抑制できる。
【００２９】
さらに、本実施形態では、ケーシング２０の固有振動モードの腹となる中央部Ｃｐ近傍に、ダンパー１８が設けられている。これにより、ケーシング２０で生じる振動を減衰させることができ、立軸多段ポンプ１００に振動が生じることを更に抑制できる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
Ａｓ…軸方向
Ｃｐ…中央部
Ｇｓ…設置面
Ｓｐ…スペース
１０Ａ…第１羽根車群
１０Ｂ…第２羽根車群
１０Ａａ，１０Ａｂ，１０Ｂａ，１０Ｂｂ…羽根車
１５…回転軸
１６…軸受
１８…ダンパー
２０…ケーシング
２１…流路
２３…吸込口
２４…吐出口
２５…下端ケーシング
２６Ａａ，２６Ａｂ，２６Ｂａ，２６Ｂｂ…羽根車ケーシング
２７…中間ケーシング
２８…上端ケーシング
２９…外側容器
３０…カップリング
３２…軸封装置
３４…ライナーリング
３５…封止機構
１００…立軸多段ポンプ
【図１】
2018123807.tif 000003
【図２】
2018123807.tif 000004