(57)【要約】【課題】シュラウドカバーを有するクローズ型のインペラを使用する場合において、ケーシングライナの内面とシュラウドカバーの外面との間への異物の侵入を抑制しつつ、エアロック運転時にポンプ内に残留する水の外部への排出が可能な排水ポンプを提供する。【解決手段】排水ポンプ１００は、外周壁を成すシュラウドカバー３１を有するインペラ３と、インペラ３を覆うように該インペラ３の外周側に配置されるケーシングライナ５と、インペラ３の上流側に配置され、吸気孔４３が形成された吸込管４と、を備え、インペラ３の出口３２よりも下流側におけるケーシングライナ５の内面に、上流側方向に延伸する環状溝を呈する空間１３が設けられ、該空間１３内からケーシングライナ５の外部に連通する第１連通孔１４がケーシングライナ５に形成されている。【選択図】図２
2015218663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に取り付けられ、外周壁を成すシュラウドカバーを有するインペラと、
前記インペラを覆うように該インペラの外周側に配置されるケーシングライナと、
前記インペラの上流側に配置され、吸気孔が形成された吸込管と、を備え、
前記インペラの出口よりも下流側における前記ケーシングライナの内面に、上流側方向に延伸する環状溝を呈する空間が設けられ、該空間内から前記ケーシングライナの外部に連通する第１連通孔が前記ケーシングライナに形成されていることを特徴とする排水ポンプ。
【請求項２】
前記インペラの出口の外周縁と前記ケーシングライナの内面との間に形成される環状を呈する隙間の幅方向寸法は、前記空間の環状を呈する開口端の幅方向寸法よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の排水ポンプ。
【請求項３】
前記ケーシングライナの前記第１連通孔よりも上流側に、前記ケーシングライナの内部から外部に連通する第２連通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排水ポンプ。
【請求項４】
前記第１連通孔は、前記主軸の中心軸と平行な方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排水ポンプ。
【請求項５】
前記ケーシングライナと別体に形成された環状を呈する壁が前記ケーシングライナの内面から内側に延伸して設けられ、
前記空間は、前記壁と前記ケーシングライナとの間に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排水ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水ポンプに関し、特に、先行待機運転時にポンプ内に残留した水をポンプ外部に排出する連通孔を備える排水ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
都市部では地表の建設用地確保が困難であることから、都市部の雨水排水施設として、大深度地下を利用する排水機場の建設が進められている。大深度地下に建設される排水機場では、地下に送られる排水を地表の下流河川に放流して都市部での洪水を防ぐ目的から、高揚程の排水ポンプが用いられる。
【０００３】
一方、都市部の雨水排水施設に用いられる排水ポンプは、地表の舗装率向上による雨水の地下浸透面積の減少に伴う雨水の流入量の増加や、集中豪雨による急激な雨量の増加に伴う雨水の流入量変動に対応できるようにする必要がある。このため、通常の排水ポンプのように一定の吸込水位に達してから始動するのではなく、降雨情報等により予めポンプを空転稼働しておき、吸込水位に関係なく雨水の流入に備えることが可能な先行待機型の排水ポンプが用いられる。
【０００４】
また、天候によっては一時的に雨量が減少し再び雨量が増加する場合があるため、排水ポンプは、一度排水を終えた状態でも運転し続け、迅速に排水できるように対応する必要がある。ここで、排水ポンプで雨水を排水することによって吸込水槽内の水位が徐々に低下し、インペラの入口よりも吸込水槽の水位が低下した場合には、インペラの上流側に空気、インペラの下流側に水が残留した状態での運転であるエアロック運転となる。このようなエアロック運転は、雨水を排水しないにも関わらず、インペラに作用する圧力によってポンプ軸動力が浪費されることになるため不経済であるとともに、ポンプ内の残留水が長時間撹拌されることによって残留水温度が過大に上昇するおそれがある。したがって、エアロック運転時においては、ポンプ内に残留する水をポンプ外部に排出することが求められている。
【０００５】
本技術分野の背景技術として、特許文献１には、「吐出しボウルのインペラ出口側にポンプ内の滞留水を排出する水抜き管または水抜き穴を設けてなる立軸形ポンプ」が記載されている（特許請求の範囲第１項参照）。また、特許文献２には、「インペラケーシング１６の羽根車２との摺動部には、インペラケーシング１６の外部に通じる１個又は複数の水抜用貫通孔１９が形成され、この水抜用貫通孔１９により、ポンプ運転中は常時少量の水抜きが行われるようになっている。」と記載されている（段落［００１８］項参照）。このような特許文献１，２に記載の技術によれば、エアロック運転時に、ポンプ外部へ水を排出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−３１５６９１号公報
【特許文献２】特許第３３７４４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１，２に記載のポンプにおいては、羽根が外周側に露出したオープン型のインペラが使用されていると推定される（特許文献１，２の図面参照）。ところが、大深度地下に建設される排水機場で使用される高揚程の排水ポンプにおいては、インペラの強度を確保する必要があるため、外周壁を成すシュラウドカバーを有するクローズ型のインペラが使用されることが望ましい。
【０００８】
しかし、クローズ型のインペラを備える排水ポンプに特許文献１に記載の技術を適用する場合、例えば雨水には砂、布切れ、木片等の異物が多量に含まれている可能性があるため、ケーシングライナの内面とインペラのシュラウドカバーの外面との間に異物が入り込んで詰まり、排水ポンプの運転に支障をきたすおそれがある。
【０００９】
一方、特許文献２に記載の技術は、インペラの羽根の外面（先端部）とケーシングライナ（インペラケーシング）の内面との間に入り込んだ異物がケーシングライナの水抜用連通孔を閉塞しようとする場合、回転するインペラの羽根の先端部が断続的に異物に接触して切断し脱落させることによって、水抜用連通孔の閉塞を防止するようになっている。
【００１０】
しかし、クローズ型のインペラを備える排水ポンプに特許文献２に記載の技術を適用する場合、ケーシングライナの内面とインペラのシュラウドカバーの外面とが対向して隙間を形成するため、インペラの羽根の先端部が直接ケーシングライナの内面と摺動することがなく、回転するインペラの羽根の先端部による異物の切断ができない。したがって、この場合、ケーシングライナの内面とインペラのシュラウドカバーの外面との間に、異物が入り込んで詰まり、排水ポンプの運転に支障をきたすおそれがある。
【００１１】
本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、シュラウドカバーを有するクローズ型のインペラを使用する場合において、ケーシングライナの内面とシュラウドカバーの外面との間への異物の侵入を抑制しつつ、エアロック運転時にポンプ内に残留する水の外部への排出が可能な排水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】
【００１２】
前記した目的を達成するために、本発明に係る排水ポンプは、主軸に取り付けられ、外周壁を成すシュラウドカバーを有するインペラと、前記インペラを覆うように該インペラの外周側に配置されるケーシングライナと、前記インペラの上流側に配置され、吸気孔が形成された吸込管と、を備え、前記インペラの出口よりも下流側における前記ケーシングライナの内面に、上流側方向に延伸する環状溝を呈する空間が設けられ、該空間内から前記ケーシングライナの外部に連通する第１連通孔が前記ケーシングライナに形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シュラウドカバーを有するクローズ型のインペラを使用する場合において、ケーシングライナの内面とシュラウドカバーの外面との間への異物の侵入を抑制しつつ、エアロック運転時にポンプ内に残留する水の外部への排出が可能な排水ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排水ポンプの概略縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る排水ポンプの吸込み端部付近を示す拡大縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る排水ポンプの吸込み端部付近を示す拡大縦断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る排水ポンプの吸込み端部付近を示す拡大縦断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る排水ポンプの吸込み端部付近を示す拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
【００１６】
〔第１実施形態〕
まず、図１および図２を参照しながら本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る排水ポンプ１００の概略縦断面図である。
図１に示すように、排水ポンプ１００は、例えば大深度地下に建設される排水機場の吸込水槽１に設置される高揚程の排水ポンプである。
【００１７】
排水ポンプ１００は、鉛直方向に沿う回転自在な主軸２と、主軸２の下端に取り付けられるインペラ（羽根車）３と、インペラ３の上流側に配置される吸込管４と、インペラ３を覆うように該インペラ３の外周側に配置されるケーシングライナ５と、インペラ３の下流側に配置される吐出しボウル６とを備えている。ここでは、排水ポンプ１００において、インペラ３から主軸２に対して斜め方向に流体を吐き出す斜流ポンプが使用されている。
【００１８】
また、排水ポンプ１００は、吐出しボウル６の下流側に配置されるとともに主軸２が挿通され、流体を鉛直上向きに流す揚水管７と、揚水管７の下流側に接続され、該揚水管７から送られる流体の流れを水平方向へ変化させる吐出しベンド８と、吐出しベンド８の上方側に突出する主軸２の上端部に接続されるモータ等の原動機９とを備えている。吐出しベンド８の下流側には、排水管１０が接続される。
【００１９】
そして、原動機９の駆動によって主軸２を介してインペラ３が回転されると、吸込管４から流入した水は昇圧され、吐出しボウル６を通り、揚水管７、吐出しベンド８、および排水管１０を介して、下流河川等の放水路（図示せず）へ排出されるようになっている。
【００２０】
図２は、本発明の第１実施形態に係る排水ポンプ１００の吸込み端部付近を示す拡大縦断面図である。図２に示すように、インペラ３は、外周壁を成すシュラウドカバー３１を有するクローズ型のインペラである。
【００２１】
吸込管４は、ここでは、吸込み端側に配置される吸込みベル４１と、吸込みベル４１の下流側に配置される吸込ケーシング４２とを備えており、これらの吸込みベル４１と吸込ケーシング４２とが接続されて構成されている。なお、吸込みベル４１と吸込ケーシング４２とが一体に形成されることによって、吸込管４が構成されていてもよい。吸込ケーシング４２には、空気が通る吸気孔４３が形成されており、吸気孔４３には、外部空気に連通する空気抜き管１１が接続されている。
【００２２】
排水ポンプ１００は、インペラ３の入口（上流側端部）において、インペラ３とケーシングライナ５との摺動部１２を有している。すなわち、摺動部１２は、インペラ３の入口におけるシュラウドカバー３１の外周面とケーシングライナ５の内面とで構成されている。
【００２３】
本実施形態では、排水ポンプ１００は、インペラ３の出口（下流側端部）３２よりも下流側におけるケーシングライナ５の内面に設けられ、上流側方向（主軸２の先端側方向）である下方に延伸する環状溝を呈する空間１３と、ケーシングライナ５に形成され、空間１３内からケーシングライナ５の外部に連通する水抜き用の第１連通孔１４と、を有している。第１連通孔１４は、排水ポンプ１００の上流に設置されたスクリーン（除塵機）１５（図１参照）の目（網の目）と同等以上の大きさの直径を有している。このような構成によれば、インペラ３の入口よりも吸込水槽１内の水位が低下した場合におけるエアロック運転中に、第１連通孔１４を介して水抜きを行うことが可能である。なお、第１連通孔１４は、ここでは複数個形成されているが、少なくとも１個形成されていればよい。また、第１連通孔１４は、ここでは主軸２の中心軸と垂直な方向に形成されているが、第１連通孔１４の形成方向は、特にこれに限定されるものではない。
【００２４】
ここで、第１連通孔１４を設けることによって、吸込水槽１内の水位がインペラ３の入口よりも高い場合の通常運転時における排水ポンプ１００のポンプ効率が多少低下する。なお、第１連通孔１４に水抜き管を接続するとともに該水抜き管に開閉弁を設け（いずれも図示せず）、エアロック運転時には開閉弁を開放する一方で、通常運転時には開閉弁を閉止してポンプ効率の低下を抑制するように構成してもよい。
【００２５】
排水ポンプ１００は、例えば洪水を防ぐために雨水を排水する緊急用ポンプとしての使用が予定されており、ポンプ運転の信頼性向上が求められている。したがって、インペラ３とケーシングライナ５との摺動部１２に異物が詰まらないように設計する必要がある。本実施形態では、インペラ３の出口３２よりも下流側におけるケーシングライナ５の内面に、上流側方向に延伸する空間１３が設けられている。このため、インペラ３の出口３２の外周縁とケーシングライナ５の内面との間の隙間１６よりも流路抵抗の少ない空間１３に、異物を含んだ水がより多く流れ、空間１３から排水ポンプ１００の外部へ連通する第１連通孔１４に異物を誘導することができる。
【００２６】
インペラ３の出口３２の外周縁とケーシングライナ５の内面との間に形成される環状を呈する隙間１６の幅方向寸法Ａは、空間１３のポンプ内に開口する環状を呈する開口端の幅方向寸法Ｂよりも小さく設定されている。このように構成すれば、異物を含んだ水を、より確実に空間１３を介して第１連通孔１４に誘導することができる。隙間１６の幅方向寸法Ａは、例えば、インペラ３とケーシングライナ５とが干渉することのない最小限寸法に設定される。
【００２７】
次に、前記のように構成された排水ポンプ１００の作用について説明する。
図１に示すように、吸込水槽１内の吸込対象水の水位が吸込管４の下端を上回り、吸込管４が十分に没水した状態では、排水ポンプ１００が起動すると、インペラ３の回転により、水が吸込管４から吸い込まれて昇圧され、吐出しボウル６を通り、揚水管７、および吐出しベンド８を経て、排水管１０へ送られる。
ここで、図２に示すように、インペラ３がシュラウドカバー３１を有しているため、排水ポンプ１００においては、高揚程にも十分対応できる強度が確保されている。
【００２８】
一方、排水ポンプ１００によって排水することで吸込水槽１内の水位が徐々に低下し、インペラ３の入口よりも低下した場合、インペラ３の上流側に空気、インペラ３の下流側に水が残留した状態での運転であるエアロック運転となる。
【００２９】
このように排水ポンプ１００内に水が充満した状態から吸込水槽１内の水位が低下した場合には、吸気孔４３から空気が吸入されることによって、インペラ３の回転によって吸込管４内の水位が上昇するサイホン効果が破壊されるため、吸込管４内に吸い込まれた水が落水して、安定した先行待機運転が行われる。
【００３０】
また、エアロック運転中に、第１連通孔１４を介してポンプ内の残留水（滞留水）の水抜きが行われる。したがって、エアロック運転時における、インペラ３に作用する圧力によるポンプ軸動力の浪費と、ポンプ内の残留水の長時間撹拌による残留水温度の過大な上昇とを防止することができる。
【００３１】
しかも、インペラ３の出口３２よりも下流側におけるケーシングライナ５の内面に空間１３が設けられているため、インペラ３の出口３２の外周縁とケーシングライナ５の内面との間の隙間１６よりも流路抵抗の少ない空間１３に、異物を含んだ水がより多く流れ、外部へ連通する第１連通孔１４に異物が誘導される。これにより、隙間１６に異物を含んだ水が流れ込むことが抑制され、インペラ３とケーシングライナ５との摺動部１２に異物が詰まることを抑制することができる。
【００３２】
さらに、異物を含んだ水は、インペラ３の回転により遠心力を受け、主軸２に対して外向きに流出する。そして、異物も主軸２に対して外向きに流出するため、空間１３に異物が集積されやすく、さらに異物を含んだ水が空間１３から第１連通孔１４を経て外部に排出されやすくなる。
【００３３】
また、第１連通孔１４は、排水ポンプ１００の上流側に設置されたスクリーン１５（図１参照）の目と同等以上の大きさの直径を有しているため、スクリーン１５を通過した異物は、第１連通孔１４を通って容易に排出され得る。
【００３４】
前記したように、本実施形態に係る排水ポンプ１００は、外周壁を成すシュラウドカバー３１を有するインペラ３と、インペラ３を覆うように該インペラ３の外周側に配置されるケーシングライナ５と、インペラ３の上流側に配置され、吸気孔４３が形成された吸込管４と、を備え、インペラ３の出口３２よりも下流側におけるケーシングライナ５の内面に、上流側方向に延伸する環状溝を呈する空間１３が設けられ、該空間１３内からケーシングライナ５の外部に連通する第１連通孔１４がケーシングライナ５に形成されている。
【００３５】
したがって本実施形態によれば、シュラウドカバー３１を有するクローズ型のインペラ３を使用する場合において、ケーシングライナ５の内面とシュラウドカバー３１の外面との間への異物の侵入を抑制しつつ、エアロック運転時にポンプ内に残留する水の外部への排出が可能な排水ポンプ１００を提供することができる。
【００３６】
〔第２実施形態〕
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明する。
図３は、本発明の第２実施形態に係る排水ポンプ１００ａの吸込み端部付近を示す拡大縦断面図である。
【００３７】
第２実施形態に係る排水ポンプ１００ａは、ケーシングライナ５の第１連通孔１４よりも上流側に、ケーシングライナ５の内部から外部に連通する水抜き用の第２連通孔１７がさらに追加されて形成されている点で、第１実施形態と相違している。なお、第２連通孔１７は、ここでは複数個形成されているが、少なくとも１個形成されていればよい。また、第２連通孔１７は、ここでは主軸２の中心軸と垂直な方向に形成されているが、第２連通孔１７の形成方向は、特にこれに限定されるものではない。排水ポンプ１００ａのその他の構成は、図１および図２に示す排水ポンプ１００と同様であるため説明を省略する。
【００３８】
このような第２実施形態では、ケーシングライナ５に設けられた第１連通孔１４だけでなく、第２連通孔１７からも、異物を含む水を排出することができる。これにより、インペラ３の出口３２の外周縁とケーシングライナ５の内面との間に形成される隙間１６を通過した細かな異物が摺動部１２の下流側に堆積して該摺動部１２に詰まりやすくなることを回避することができる。したがって、第２実施形態によれば、前記した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができることに加えて、ポンプ運転のさらなる信頼性向上を図ることができる。
【００３９】
〔第３実施形態〕
次に、図４を参照して、本発明の第３実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明する。
図４は、本発明の第３実施形態に係る排水ポンプ１００ｂの吸込み端部付近を示す拡大縦断面図である。
【００４０】
第３実施形態に係る排水ポンプ１００ｂは、水抜き用の第１連通孔１４ａが主軸２の中心軸と平行な方向に形成されている点で、第１連通孔１４が主軸２の中心軸と垂直な方向に形成されている第１実施形態と相違している。なお、第１連通孔１４ａは、ここでは複数個形成されているが、少なくとも１個形成されていればよい。排水ポンプ１００ｂのその他の構成は、図１および図２に示す排水ポンプ１００と同様であるため説明を省略する。
【００４１】
このような第３実施形態では、主軸２の中心軸と平行な方向に第１連通孔１４ａを形成することによって、排水ポンプ１００ｂの内部における第１連通孔１４ａの上方に十分な空間を確保することができる。したがって、第３実施形態によれば、前記した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができることに加えて、排水ポンプ１００ｂの上流側に設置したスクリーン１５（図１参照）を通過した例えば棒状の異物を排出するのに有効となる。
【００４２】
〔第４実施形態〕
次に、図５を参照して、本発明の第４実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明する。
図５は、本発明の第４実施形態に係る排水ポンプ１００ｃの吸込み端部付近を示す拡大縦断面図である。
【００４３】
第４実施形態に係る排水ポンプ１００ｃは、ケーシングライナ５と別体に形成された環状を呈する壁１８がケーシングライナ５の内面から排水ポンプ１００ｃの内側に延伸して設けられており、空間１３は、壁１８とケーシングライナ５との間に形成されている点で、第１実施形態と相違している。排水ポンプ１００ｃのその他の構成は、図１および図２に示す排水ポンプ１００と同様であるため説明を省略する。ここで、壁１８におけるケーシングライナ５の内面に対向する側の面は、空間１３に流入する水を第１連通孔１４に向けて案内する凹状の曲面を呈するように形成されている。
【００４４】
このような第４実施形態では、ケーシングライナ５と壁１８とを分割して設け、壁１８を溶接等の固着手段で後からケーシングライナ５の内面に設置することによって、空間１３を形成することが可能となる。したがって、第４実施形態によれば、前記した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができることに加えて、既設の排水ポンプに対して壁１８を後から設けて空間１３を形成することが可能となる。また、排水ポンプにおいてインペラ３の出口３２側を例えば短くする等の設計変更を行ってポンプ性能の調整を行う場合には、壁１８の大きさを調整することによって対応することが可能となる。
【００４５】
以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１      吸込水槽
２      主軸
３      インペラ
３１    シュラウドカバー
３２    インペラの出口
４      吸込管
４１    吸込みベル
４２    吸込ケーシング
４３    吸気孔
５      ケーシングライナ
６      吐出しボウル
７      揚水管
８      吐出しベンド
９      原動機
１０    排水管
１１    空気抜き管
１２    摺動部
１３    空間
１４，１４ａ  第１連通孔
１５    スクリーン
１６    隙間
１７    第２連通孔
１８    壁
１００，１００ａ〜１００ｃ  排水ポンプ
Ａ      隙間の幅方向寸法
Ｂ      空間の開口端の幅方向寸法
【図１】
2015218663.tif 000003
【図２】
2015218663.tif 000004
【図３】
2015218663.tif 000005
【図４】
2015218663.tif 000006
【図５】
2015218663.tif 000007