(57)【要約】【課題】ポンプケーシングを分解することなくインペラギャップを調整することができる横軸ポンプを提供する。【解決手段】本発明に係る横軸ポンプは、回転軸３３と、回転軸３３に固定されたインペラ３１と、インペラ３１を収容するポンプケーシング３２と、回転軸３３とポンプケーシング３２との間の隙間をシールする軸封装置５０と、回転軸３３を回転自在に支持し、回転軸３３からのラジアル荷重およびスラスト荷重を受ける軸受５２と、ポンプケーシング３２の外に配置され、回転軸３３の軸方向の位置を調整するアキシャル位置調整機構５５と、回転軸３３の端部に取り付けられ、回転軸３３の軸方向の変位を許容しつつ、トルク伝達を行う自在軸継手３８とを備える。【選択図】図４
2011021512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に固定されたインペラと、
前記インペラを収容するポンプケーシングと、
前記回転軸と前記ポンプケーシングとの間の隙間をシールする軸封装置と、
前記回転軸を回転自在に支持し、前記回転軸からのラジアル荷重およびスラスト荷重を受ける軸受と、
前記ポンプケーシングの外に配置され、前記回転軸の軸方向の位置を調整するアキシャル位置調整機構と、
前記回転軸の端部に取り付けられ、前記回転軸の軸方向の変位を許容しつつ、トルク伝達を行う自在軸継手とを備えたことを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項２】
前記アキシャル位置調整機構は、前記回転軸の外周面に係合し、前記回転軸に対して軸方向に移動可能な調整ナットであることを特徴とする請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項３】
前記軸封装置は、非接触型軸封装置であることを特徴とする請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項４】
前記ポンプケーシングの側壁には通孔が形成され、該通孔は前記インペラの近傍に位置しており、前記通孔を塞ぐ閉止部材が前記ポンプケーシングに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の横軸ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を汲み上げるポンプに関し、特に河川水や排水などの液体を汲み上げるポンプシステムに好適に使用される横軸ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、排水機場に用いられる一般的なポンプシステムを示す図である。図１に示すポンプシステムは、河川などの水源に接続される吸込水槽１内の水を汲み上げて、吐出水槽２に移送するためのポンプシステムである。このポンプシステムは、図１に示すように、水を汲み上げるポンプ１０と、このポンプ１０を駆動する駆動源１５とを備える。ポンプ１０は、水に運動エネルギーを与えるインペラ１１と、インペラ１１が収容されるポンプケーシング１２とを有しており、インペラ１１は回転軸１３および減速機１８を介して駆動源１５に連結される。
【０００３】
ポンプ１０は、吸込水槽１内に吸込口２０ａを有する吸込管２０と、吐出水槽２内に吐出口２１ａを有する吐出管２１とに接続される。吐出管２１には、吐出管２１を流れる水の流量を制限する吐出弁２５が設けられている。吐出口２１ａには、吐出水槽２に移送された水の逆流を防止するためのフラップ弁２２が設けられている。
【０００４】
図１から分かるように、吸込管２０、ポンプケーシング１２、および吐出管２１は、全体としてサイフォン型通路を形成している。ポンプケーシング１２の上部には、内部に電極棒を有する満水検知器２７が設けられており、この満水検知器２７によりポンプケーシング１２内が水で満たされているかどうかが検知される。ポンプケーシング１２の内部は満水検知器２７を介して真空ポンプ２８に連通している。
【０００５】
ポンプシステムを起動するときは、まず、吐出弁２５を全閉した後、電動機Ｍにより真空ポンプ２８を駆動してポンプケーシング１２の内部に負圧を形成し、吸込管２０内の水位を上昇させる。ポンプケーシング１２の内部が水で満たされていることを満水検知器２７が検知すると、駆動源１５によりインペラ１１が回転し、吐出弁２５が開かれ、これにより水が吸込水槽１から汲み上げられ、吐出水槽２に移送される。なお、ポンプシステムの条件によっては吐出弁２５を開状態としてから真空ポンプを駆動する場合もある。
【０００６】
ポンプ１０は、回転軸１３が水平方向に延びる、いわゆる横軸ポンプである。このタイプのポンプは吸込水槽１の上方に配置されるため、比較的メンテナンスがしやすいという利点がある。ポンプ１０の点検事項としては、インペラ１１とポンプケーシング１２（またはケーシングライナ）との間の隙間（すなわちインペラギャップ）の測定が挙げられる。具体的には、図２に示すように、上ケーシング１２ａがクレーンなどにより引き上げられ、インペラギャップの測定および調整が行われる。点検作業の終了後は、上ケーシング１２ａが元の位置に戻され、組立てられる。インペラギャップはポンプ１０の揚水性能に影響を与えるため、インペラギャップの測定および調整は定期的に行われる。
【０００７】
図２に示すように、横軸ポンプは、上ケーシング１２ａを取り外すだけでポンプの内部の点検が可能になるため、比較的維持管理のしやすいポンプとして多くの排水機場に用いられている。しかしながら、大型のポンプシステムでは、上ケーシングの重量が数トンにも達するものがある。このため、ポンプの点検作業は、危険を伴う大がかりな作業となる。
【０００８】
これに加え、インペラギャップの測定は、上ケーシングの開放、インペラギャップの測定、インペラギャップの調整、上ケーシングの取り付けなどの作業工程を経て行われるため、多くの作業日数を要する。この間、ポンプシステムの運転は停止されるため、排水機場に求められる規定排水量が確保できない場合がある。その結果、排水機場の信頼性が低下してしまう。
【０００９】
そこで、ポンプケーシングを分解せずにインペラギャップを監視する種々の方法が従来から提案されている。例えば、特許文献１は、小型カメラを立軸ポンプのケーシング内に導き、カメラからの映像を目視することによりケーシング内部を点検する方法を開示する。しかしながら、この方法では、水の汚濁や照度不足などに起因して、良好な画像が得られないことがある。
【００１０】
一方、特許文献２は、ギャップセンサをインペラの近傍に設置し、このギャップセンサによりインペラギャップを測定する方法を開示する。しかしながら、インペラギャップは、通常、０．１ｍｍ以下の精度で測定することが求められる。このため、精度のよい高価なセンサが必要となり、コストが上昇する。さらに、センサそのものの定期的な較正が必要となるとともに、センサはポンプ本体に比べ短寿命であり、維持管理コストも増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１６１７９０号公報
【特許文献２】特開平６−３１３７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプケーシングを分解することなくインペラギャップを調整することができる横軸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】
【００１３】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、回転軸と、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラを収容するポンプケーシングと、前記回転軸と前記ポンプケーシングとの間の隙間をシールする軸封装置と、前記回転軸を回転自在に支持し、前記回転軸からのラジアル荷重およびスラスト荷重を受ける軸受と、前記ポンプケーシングの外に配置され、前記回転軸の軸方向の位置を調整するアキシャル位置調整機構と、前記回転軸の端部に取り付けられ、前記回転軸の軸方向の変位を許容しつつ、トルク伝達を行う自在軸継手とを備えたことを特徴とする横軸ポンプである。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記アキシャル位置調整機構は、前記回転軸の外周面に係合し、前記回転軸に対して軸方向に移動可能な調整ナットであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸封装置は、非接触型軸封装置であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングの側壁には通孔が形成され、該通孔は前記インペラの近傍に位置しており、前記通孔を塞ぐ閉止部材が前記ポンプケーシングに取り付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ポンプケーシングの外に設置されたアキシャル位置調整機構により回転軸の軸方向の位置、すなわちインペラのポンプケーシングに対する相対位置を調整することができる。したがって、ポンプケーシングを分解することなく、インペラギャップを調整することができる。また、通孔により、現状のインペラギャップをポンプケーシングを分解することなく容易に測定することができるため、点検（測定）、補修（調整）とも容易に短期間に行うことができる信頼性及び経済性のよいポンプとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】排水機場に用いられる一般的なポンプシステムを示す図である。
【図２】上ケーシングを取り外した状態のポンプシステムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る横軸ポンプを備えたポンプシステムを示す図である。
【図４】図３に示すポンプの拡大断面図である。
【図５】インペラの軸方向の位置を調整するための機構を説明する拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図３は本発明の一実施形態に係る横軸ポンプを備えたポンプシステムを示す模式図である。なお、図１に示すポンプシステムと同一の要素には同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。本実施形態に係るポンプシステムは、図３に示すように、水を汲み上げるポンプ３０と、このポンプ３０を駆動する駆動源１５とを備えている。ポンプ３０は、吸込水槽１内に吸込口２０ａを有する吸込管２０と、吐出水槽２内に吐出口２１ａを有する吐出管２１とに接続される。吸込管２０は垂直に延び、その下端に形成された吸込口２０ａは吸込水槽１内の水中に位置している。吸込管２０の下端部はベルマウスとして構成されている。
【００１８】
ポンプ３０は、水に運動エネルギーを与えるインペラ３１と、インペラ３１が収容されるポンプケーシング３２とを有している。インペラ３１は回転軸３３に固定されており、回転軸３３の端部は自在軸継手３８を介して減速機（動力伝達装置）１８に連結されている。減速機１８は駆動源１５に連結されている。駆動源１５としては、モータ、ディーゼルエンジン、ガスタービンエンジンなどが用いられる。
【００１９】
ポンプシステムを起動するときは、まず、電動機Ｍにより真空ポンプ２８を駆動してポンプケーシング３２の内部に負圧を形成し、吸込管２０内の水位を上昇させる。ポンプケーシング３２の内部が水で満たされていることを満水検知器２７が検知すると、駆動源１５によりインペラ３１が回転し、これにより水が吸込水槽１から汲み上げられ、吐出水槽２に移送される。
【００２０】
図４は、図３に示すポンプ３０の拡大断面図である。図４に示すように、このポンプ３０は斜流ポンプである。ポンプケーシング３２の一部は、吐出しボウル３２ａとして構成されており、この吐出しボウル３２ａ内にインペラ３１が収容されている。インペラ３１は回転軸３３に固定され、インペラ３１の下流側には複数の案内羽根４０が配置されている。インペラ３１の羽根と吐出しボウル３２ａの円錐形の内周面との間には微小な隙間（すなわち、インペラギャップ）が形成されている。なお、インペラ３１を囲むようにケーシングライナが吐出しボウル３２ａの内周面に取り付けられることもある。この場合は、インペラギャップは、インペラ３１とケーシングライナとの間の隙間である。
【００２１】
吐出しボウル３２ａの側壁には、小さな通孔４２が形成されている。この通孔４２はインペラ３１の羽根の側端部の近傍に位置しており、通孔４２を通じてインペラギャップが測定可能となっている。すなわち、インペラギャップは、マイクロメータや隙間ゲージなどの一般的な計測器を用いて直接測定することができる。したがって、高価な測定センサが不要であり、低コストのポンプが提供される。通孔４２は、測定時以外は、蓋またはプラグなどの閉止部材４３によって閉じられている。これらの通孔４２および閉止部材４３は、複数組設けることが好ましい。
【００２２】
回転軸３３は、ポンプケーシング３２を貫通して延びており、回転軸３３とポンプケーシング３２との間には軸封装置５０が設けられている。この軸封装置５０としては、フローティングリングシールなどの非接触型軸封装置が好適に用いられる。なお、フローティングリングシールは、回転軸３３とフローティングリングとの間に形成される微小な隙間により軸封作用を発揮する非接触型軸封装置である。
【００２３】
軸封装置５０の近傍には、回転軸３３を回転自在に支持する軸受５２が設けられている。この軸受５２は、ポンプケーシング３２の外側に配置されており、外軸受ともいう。なお、図示しないが、ポンプケーシング３２内には回転軸３３を支持する水中軸受が設けられている。ポンプ３０の運転中は、水の流れとは逆方向のスラスト荷重がインペラ３１から回転軸３３に作用する。したがって、軸受５２は、ラジアル荷重のみならず、回転軸３３に作用するスラスト荷重も受けることができるように構成されている。なお、本実施形態では、軸受５２としてボールベアリングが使用されている。ポンプケーシング３２の外面には、軸受５２を支持する台座５３が固定されている。本実施形態では、ポンプケーシング３２と台座５３とは一体に形成されている。回転軸３３には、インペラ３１の軸方向の位置を調整するアキシャル位置調整機構としての調整ナット５５が取り付けられている。
【００２４】
図５は、インペラ３１の軸方向の位置を調整するアキシャル位置調整機構を説明する拡大断面図である。図５に示すように、回転軸３３の外周面には略円筒状のジャーナル５６が取り付けられている。このジャーナル５６と回転軸３３とは、図示しないキー及びキー溝により一体に回転するようになっている。また、回転軸３３はジャーナル５６に対して相対的に軸方向にある程度移動可能となっている。ジャーナル５６の外周面は、上述した軸受５２によって回転自在に支持されている。回転軸３３の外周面には、調整ナット５５が取り付けられている。回転軸３３の外周面の一部にはねじ山（図示せず）が形成されており、調整ナット５５はこのねじ山に係合している。したがって、調整ナット５５を回すことにより、調整ナット５５は回転軸３３に対して相対的に軸方向に移動する。
【００２５】
調整ナット５５は、ジャーナル５６に隣接して配置されており、調整ナット５５とジャーナル５６との相対位置は、セットピン５７によって固定されている。このセットピン５７は、調整ナット５５及びジャーナル５６に形成された孔に挿入されており、取り外し可能となっている。このような構成により、調整ナット５５の軸方向位置、すなわち回し量により、回転軸３３及びインペラ３１の軸方向位置を調整することができる。具体的には、セットピン５７を取り外した状態で調整ナット５５を回して回転軸３３の位置を調整し、所定のインペラギャップとなるような位置でセットピン５７を装着して調整ナット５５とジャーナル５６とを固定する。
【００２６】
回転軸３３の端部には自在軸継手３８が取り付けられており、回転軸３３と減速機１８とは自在軸継手３８によって連結されている。上述した軸受５２は自在軸継手３８と軸封装置５０との間に位置している。自在軸継手３８は、回転軸３３の軸方向の変位を許容しつつ、トルクを伝達する軸継手である。自在軸継手３８の具体例としては、回転軸の軸方向の変位を吸収する弾性材を用いたスペーサ型自在軸継手やフローティングシャフト型自在軸継手が挙げられる。このような自在軸継手３８を採用することにより、調整ナット５５による回転軸３３の軸方向の変位を自在軸継手３８によって吸収することができる。
【００２７】
インペラギャップは、次のようにして調整ナット５５によって調整される。まず、自在軸継手３８を回転軸３３から外し、さらにセットピン５７を調整ナット５５から取り外す。次に、調整ナット５５を回転させることにより、インペラ３１がポンプケーシング３２（またはケーシングライナ）に接触するまで、回転軸３３を減速機１８（反インペラ側）に向かって移動させる。その後、調整ナット５５を反対方向に回しながら、インペラギャップが所定の値になるように調整ナット５５の位置を決定する。このインペラギャップの調整は、回転軸３３の移動量を測定しながら、または通孔４２を通じてインペラギャップを直接測定しながら行われる。そして、自在軸継手３８を回転軸３３に取り付け、回転軸３３を減速機１８に連結する。このようにしてインペラギャップの調整がポンプケーシング３２を分解することなく行われる。
【００２８】
ポンプケーシング３２に対して回転軸３３を軸方向に移動させる観点からは、上述したように、軸封装置５０として非接触型軸封装置を採用することが好ましい。しかしながら、回転軸３３との接触部が取り外し可能に構成されているものであれば接触型軸封装置を用いてもよい。例えば、パッキンは、その交換時には回転軸３３から取り外されるので、交換作業中は、軸封装置５０と回転軸３３とは非接触となる。したがって、パッキンの交換作業に併せて、調整ナット５５によるインペラギャップの調整作業を行うことができる。
【００２９】
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】
【００３０】
１      吸込水槽
２      吐出水槽
１０，３０  ポンプ
１１，３１  インペラ
１２，３２  ポンプケーシング
１３，３３  回転軸
１５      駆動源
１８      減速機
２０      吸込管
２１      吐出管
２２      フラップ弁
２５      吐出弁
２７      満水検知器
２８      真空ポンプ
３８      自在軸継手
４０      案内羽根
４２      通孔
４３      閉止部材
５０      軸封装置
５２      軸受
５３      台座
５５      調整ナット（アキシャル位置調整機構）
５６      ジャーナル
５７      セットピン
【図１】
2011021512.tif 000003
【図２】
2011021512.tif 000004
【図３】
2011021512.tif 000005
【図４】
2011021512.tif 000006
【図５】
2011021512.tif 000007