(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータにより回転する回転軸と、
前記回転軸に接続された複数の羽根車と、
前記複数の羽根車を収納するケーシングと、
を備え、
前記複数の羽根車は、それぞれ少なくとも一枚の羽根を有し、
前記複数の羽根車の前記羽根は、回転軸を中心に非対称に配置され、
前記複数の羽根車は、前記羽根車の回転によって発生するラジアル方向の軸推力を互いに打ち消しあうように前記回転方向における前記羽根の位置をずらして配置されたことを特徴とする排水ポンプ。
【請求項２】
前記複数の羽根車は、前記回転方向における前記羽根の配置が互いに異なる位置に実質的に同位相差でずらして配置され、前記羽根車の数に前記位相差を乗じた値が３６０度となるように配置されることを特徴とする請求項１記載の排水ポンプ。
【請求項３】
前記ケーシングにおいて、複数の羽根車の周りに、それぞれ吐出口が設けられ、前記回転方向における前記複数の吐出口の位置が互いに異なるようにずらして配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の排水ポンプ。
【請求項４】
前記回転軸には径方向に突出するキーが形成され、
複数の前記羽根車は少なくとも一枚のシュラウドと少なくとも一枚の羽根を有し、前記シュラウドには前記回転軸を挿通するとともに前記回転軸に形成されたキーと係合するキー溝を有する挿通孔が形成され、
前記複数の羽根車に設けられた前記羽根に対する前記キー溝の位置が、前記回転方向において互いに異なる位置にずらして配置され、前記複数の羽根車の羽根の位置が前記回転方向においてずらされて位置決めされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の排水ポンプ。
【請求項５】
前記ケーシング内に、前記回転軸の軸方向に沿って前記複数の羽根車をそれぞれ収納する複数のポンプ室が配置され、前記回転軸の軸方向における前記複数のポンプ室の間に、中間室が形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の排水ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水等の送水に用いる排水ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅、学校、病院、工場などでは、汚物槽を設置して汚物や汚水を溜めておき、汚物槽内に配置された排水ポンプにより、溜まった汚物・汚水を他の設備へ中継させることが行われている。汚水等の送水に用いる排水ポンプは、渦巻形のケーシング内に羽根車が収容された渦巻ポンプが用いられる。排水ポンプは、ケーシングの下方側に吸込口、ケーシングの側方に吐出口が設けられ、羽根車が回転することで、吸込口から吸い込まれた汚水を、吐出口から吐出させる構成である。
【０００３】
このような排水ポンプにおいて、高揚程や大容量の送水に対応するために、回転軸の軸方向に沿って羽根車を複数設けた多段式の構成とすることが行われている（例えば、特許文献1参照）。この排水ポンプでは、複数枚の羽根車は同形状に構成され、回転方向において同じ方向に取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０７５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した技術では以下のような問題がある。ポンプ装置において羽根車を回転させるとラジアル方向の軸推力が発生する。特に多段式の構成とした場合には複数の羽根車によってラジアル方向の軸推力の影響が大きくなり、振動の原因となる。
【０００６】
そこで本発明は、羽根車の軸推力の影響を抑えることが可能となる排水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】
【０００７】
本発明の一形態にかかる排水ポンプは、モータと、前記モータにより回転する回転軸と、前記回転軸に接続された複数の羽根車と、前記複数の羽根車を収納するケーシングと、を備え、前記複数の羽根車は、それぞれ少なくとも一枚の羽根を有し、前記複数の羽根車の前記羽根は、回転軸を中心に非対称に配置され、前記複数の羽根車は、前記羽根車の回転によって発生するラジアル方向の軸推力を互いに打ち消しあうように前記回転方向における前記羽根の位置をずらして配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、羽根車の軸推力の影響を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る排水ポンプの構成を断面で示す説明図。
【図２】同排水ポンプの複数の羽根車における羽根の位置を示す説明図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る排水ポンプの複数の羽根車における羽根の位置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態に係る排水ポンプ１を、図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る排水ポンプ１の構成を断面で示す説明図である。図２は羽根車の構成を示す説明図である。なお、説明のため、各図において適宜構成を省略して示している。また、図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交する３方向を示している。図１中、Ｂはボルトを、Ｆは水の流れを、Ｋは電源ケーブル、Ｌはライナリングをそれぞれ示す。
【００１１】
図１に示すように、排水ポンプ１は、モータ１０と、軸封装置１１と、ポンプ部１２と、を備えている。このような排水ポンプ１は、汚水槽及び下水道等に設置され、異物（汚物等）を含む汚水を移送する所謂水中汚水ポンプと呼ばれるものである。
【００１２】
モータ１０は、モータケーシング２１と、固定子２２と、回転子２３と、回転軸２４と、を備えている。またモータ１０は、外部電源等に接続される電源ケーブルＫを有している。モータケーシング２１は、両端が閉塞する円筒形状に形成され、一方の端面が軸封装置１１にボルトＢ等により固定される。
【００１３】
固定子２２は、モータケーシング２１の内面に固定されている。また固定子２２は、電源ケーブルＫを介して供給された電力により、回転子２３を回転可能に形成されている。回転子２３は、その回転に追従して回転軸２４を回転可能に、回転軸２４と固定されている。
【００１４】
回転軸２４は、モータケーシング２１の一端側から突出し、且つ、モータケーシング２１にベアリング等の軸受２５を介して回転自在に軸支されている。回転軸２４は外周面の一部が径方向外側に突出しており、キー２４ａを形成している。このキー２４ａが後述する羽根車６１，６２のキー溝７６ａと係合することで、羽根車６１，６２の回転方向の位置決めがなされる。なお、回転軸２４は、モータケーシング２１に、重力方向に延設され、図中Ｚ方向に沿う軸心Ｃを中心として回転する。
【００１５】
軸封装置１１は、シールケーシング３０と、メカニカルシール３１と、を備えている。軸封装置１１は、モータ１０、ポンプ部１２及び回転軸２４間を液密に仕切る。
【００１６】
シールケーシング３０は、内部にメカニカルシール３１を収納可能に形成されている。このようなシールケーシング３０は、両端が閉塞する円筒状に形成され、その両端面に回転軸２４を挿通する挿通孔３３を備えている。また、シールケーシング３０は、その内部に、メカニカルシール３１の潤滑油を充満可能な油室３４を形成する。
【００１７】
メカニカルシール３１は、シールケーシング３０と回転軸２４との間を密閉することで、ポンプ部１２からの汚水の浸入及びモータ１０への潤滑油の浸入を防止可能に形成されている。このように、軸封装置１１は、潤滑油により充満したシールケーシング３０内にメカニカルシール３１を設けることで、モータ１０への異物混入を防止する所謂二段構造が用いられる。
【００１８】
ポンプ部１２は、渦巻型のケーシング４０を備えている。ケーシング４０は、上部材４１，中間部材４２および下部材４３、を組み立てて構成されている。さらにケーシング４０は、内部空間を仕切るとともに流路を形成する仕切板４４，４５が設けられている。ケーシング４０の内側は、互いに連通するとともに軸方向に仕切られた上部ポンプ室４６、および下部ポンプ室４８を形成するとともに、これら上部ポンプ室４６と下部ポンプ室４８との間に中間室４７を形成している。
【００１９】
上部ポンプ室４６の内部には羽根車６１が収納され、下部ポンプ室４８の内部に羽根車６２が収納される。中間室４７は汚物が通過しやすいように一定の高さを有するとともに内側に凹凸のない構成になっている。
【００２０】
上部材４１はシールケーシング３０の一部に一体に形成されている。上部材４１は円形状に構成され、中心部に開口４１ａを有している。この開口４１ａには回転軸２４及び羽根車６１と摺動可能なライナリングＬが設けられ、羽根車６１を回動可能に支持する支持部を形成している。
【００２１】
中間部材４２は、円形状の底部４２ａと円筒状の側部４２ｂを有して構成され、ボルトによって上部材４１に取り付けられている。底部４２ａには吸込開口５２が設けられ、側部４２ｂの一部には吐出開口５３が形成されている。吐出開口５３には、外部へと連通する吐出配管が接続される。
【００２２】
これら上部材４１と中間部材４２とによって、第１の羽根車６１を収容する円筒状の上部ポンプ室４６が形成される。
【００２３】
下部材４３は、底部４３ａと側部４３ｂとを有して構成され、中間部材４２の下方に配置されている。底部４３ａには、排水ポンプ１を据付面に据付ける複数の脚部５４が設けられている。さらに底部４３ａには複数の脚部５４間に吸込開口５５が設けられている。吸込開口５５には羽根車６２と摺動可能なライナリングＬが設けられ、羽根車６２を回動可能に支持する支持部を形成している。
【００２４】
下部材４３に囲まれる空間には仕切り板４４，４５が設けられている。仕切り板４４,４５によって内部空間を区画するとともに流路を形成している。下方の仕切り板４４の中心部には開口４４ａが形成されている。この開口４４ａには羽根車６１及び回転軸２４と摺動可能なライナリングＬが設けられ、羽根車６１及び回転軸２４を回動可能に支持する支持部を形成している。また仕切り板４４の図中左側に吐出開口４４ｂが形成されておりこの吐出開口４４ｂを通って第２の羽根車６２の図中左側の吐出口７５から吐出された流体が中間室４７側に向かって流れるようになっている。
【００２５】
羽根車６１,６２は、例えばノンクロッグのクローズド羽根車であって、所定の粒径の異物を通過可能の形成されている。このような羽根車６１,６２は、例えば、上下一対のシュラウド７１,７２と、これらシュラウド７１,７２間に一体に設けられた羽根７３と、を備えている。羽根車６１,６２は、流体を吸込む吸込口７４と、吸込んだ流体を吐出する吐出口７５をそれぞれ有している。
【００２６】
第１の羽根車６１の吐出口７５と、第２の羽根車６２の吐出口７５は、互いに１８０度ずらした位置に配置されている。ここでは、第１の羽根車６１の吐出口７５はＸ方向一方側、第２の羽根車６２の吐出口７５はＸ方向他方側に配置されている。
【００２７】
上側のシュラウド７１は、円板状に形成されている。シュラウド７１は、その中央側に、回転軸２４が挿通可能であってキー溝７６ａが形成された挿通孔７６が形成されている。キー溝７６ａは、回転軸２４に形成されたキー２４ａと係合する。
【００２８】
図２に示すように、二つの羽根車６１，６２にそれぞれ設けられたキー溝７６ａの位置は、回転方向において互いに異なる位置にずらして配置される。なお、図２においては一方のシュラウド７２を省略して平面視方向を示している。ここでは、羽根７３に対するキー溝７６ａの位置が１８０度異なるように配置されている。
【００２９】
図１に示す下側のシュラウド７２は、円環状に形成されている。シュラウド７２は、その中央側に、吸込口７４が形成されている。
【００３０】
羽根７３は、シュラウド７１，７２間に１枚設けられている。羽根７３は、その一方の端部が、シュラウド７１，７２の中心側に、その他方の端部がシュラウド７１，７２の外周縁に配置される。羽根７３は、シュラウド７１，７２の中心（羽根車６１，６２の回転中心）からの径が各位置で異なる形状、例えば渦巻形状やインボリュート形状に形成されている。なお、その詳細な形状は、羽根車６１，６２が、汚水を所定のポンプ効率で圧送（移送）可能な形状であれば、適宜設定可能である。
【００３１】
羽根７３は、シュラウド７１．７２間であって、そのシュラウド７１．７２の外周側に位置する端部と中途部との間に、シュラウド７２の吸込口７４から吸い込まれた汚水をポンプ室へ移動させる開口を形成する。この羽根７３によって吸込口７４から吸込んだ汚水を吐出口７５へ吐出する。吐出口７５は、所定の粒径、即ち、羽根車６２内を通過可能な異物の最大粒径の異物が吐出可能に形成されている。
【００３２】
図２に示すように、２つの羽根車６１と羽根車６２とは、回転方向における羽根７３の配置が互いに異なり、羽根車の回転によって発生する軸推力が互いに打ち消しあう角度にずらして配置される。具体的には羽根車の数に位相差を乗じた値が３６０度となるように設置される。
【００３３】
上下の羽根車６１，６２は、図２に示すように羽根７３に対するキー溝７６ａの位置が１８０度ずれているため、回転軸２４に取り付けられた場合に二枚の羽根車６１，６２のその羽根７３の位置が実質的に同位相差で１８０度ずらして取り付けられることとなる。さらに上述したように、２つの羽根車６１、６２の吐出口７５は吐出口方向が１８０度ずらして配置されている。このため、２つの羽根車６１、６２が回転軸２４の回転によって同時に回転すると、それぞれの羽根車６１,６２によって発生する軸推力Ｓ１、Ｓ２の方向は１８０度ずれた方向となり、互いに打ち消しあう。
【００３４】
このように構成された排水ポンプ１は、電源ケーブルＫを介して電力が供給されることで、モータ１０が駆動される。モータ１０は、固定子２２により、回転子２３に固定された回転軸２４を回転させる。回転子２３の回転により、ポンプ部１２の羽根車６１，６２が回転する。この回転により、ポンプ部１２では図中Ｚ方向に沿う軸心Ｃを中心として羽根車６１,６２が回転する。そしてケーシング４０及び羽根車６１，６２により汚水を圧送し、排水ポンプ１の二次側へ移送することが可能となる。
【００３５】
図１の水の流れに示すように、羽根車６２の回転により、Ｆ１に示すように吸込口５５から吸い込まれた汚水が、Ｆ２に示すように羽根車６１のＸ方向一方側の吐出口７５から吐出され、仕切り板４４の吐出開口４４ｂを通って上方の中間室４７へ送られる。さらに羽根車６１の回転によりＦ３に示すように吸込口５２から吸い込まれた汚水がＸ方向他方側の吐出口７５からＦ４に示すように吐出される。
【００３６】
本実施形態の排水ポンプ１では、上述したように複数の羽根車６１、６２は互いに１８０度ずれた位相で配置される。このため、それぞれの羽根車６１，６２で発生するラジアル方向の軸推力Ｓ１，Ｓ２が互いに打ち消しあい、トータルでゼロになるように配置されている。したがって、軸推力による影響を低減して流体的なバランスが保たれる。このため軸推力による振動等の不都合が解消されるとともにポンプの長寿命化が図れる。
【００３７】
また、排水ポンプ１では２つの羽根車６１、６２の吐出口７５も羽根７３の位置と同様に互いに１８０度ずれた位相で配置され、それぞれの羽根車６１、６２からの流体の吐出方向Ｆ２，Ｆ４も反対方向であり、さらに軸推力の影響を低減する効果が高まる。
【００３８】
上記実施形態に係る排水ポンプ１では、回転軸２４のキー２４ａに係合する羽根車６１，６２のキー溝７６ａの位置をずらして設定するだけの簡単な構成で羽根車６１,６２の回転方向の位置決めが可能となる。したがって、羽根車やケーシングの位置関係を考慮するだけで、構成を複雑化することなく簡単に軸推力による影響を低減することが可能となる。
【００３９】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態では２段式の排水ポンプ１を例示し、２つの羽根車６１，６２の位相をずらす場合を例示したが、これに限られるものではなく、３つ以上の羽根車を有する場合にも同様に本発明を適用可能である。この場合にも上記と同様に位相をずらして設置することで軸推力の影響を低減することが可能となる。
【００４１】
他の実施形態として、例えば３段式の排水ポンプにおいて羽根車の数に位相差を乗じた値が３６０度となるように設置される。すなわち図３に示すように３つの羽根車８１，８２，８３は、その羽根７３の位置が互いに１２０度ずつずらして配置される。この場合にもキー溝７６ａの位置を１２０度ずつずらすことにより容易に角度設定が可能である。このように構成された排水ポンプであっても、上記実施形態にかかる排水ポンプ１と同様に、３つの羽根車８１，８２，８３によって発生する軸推力Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５が互いに打ち消しあい、トータルでゼロになる。さらに、３つの羽根車をそれぞれ収容する３つのポンプ室における吐出口の位置も同様に１２０度ずつずらすことでラジアル方向の軸推力の影響を低減する効果が高まる。また４段式の場合にはぞれぞれの羽根車における羽根の位置及び吐出口を９０度ずつずらすことで同様の効果を得ることができる。
【００４２】
なお、上記実施形態においては特に軸推力の影響が大きい例として１つの羽根車に形成される羽根の数が一枚の場合を例示したが、これに限られるものではなく、複数枚の羽根を有する場合にも本発明を適用可能である。
【００４３】
さらに、上記実施形態の構成要件のうち一部を省略しても本発明を実現可能である。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］  モータと、
前記モータにより回転する回転軸と、
前記回転軸に接続された複数の羽根車と、
前記複数の羽根車を収納するケーシングと、
を備え、
前記複数の羽根車は、それぞれ少なくとも一枚の羽根を有し、前記回転方向における前記羽根の位置をずらして配置されたことを特徴とする排水ポンプ。
［２］  前記複数の羽根車は、前記羽根車の回転によって発生する軸推力が互いに打ち消しあうように前記回転方向における前記羽根の位置をずらして配置されることを特徴とする［１］記載の排水ポンプ。
［３］  前記複数の羽根車は、前記回転方向における前記羽根の配置が互いに異なる位置に実質
的に同位相差でずらして配置され、前記羽根車の数に前記位相差を乗じた値が３６０度となるように配置されることを特徴とする［１］または［２］記載の排水ポンプ。
［４］  前記ケーシングにおいて、複数の羽根車の周りに、それぞれ吐出口が設けられ、前記回転方向における前記複数の吐出口の位置が互いに異なるようにずらして配置されたことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれか記載の排水ポンプ。
［５］  前記回転軸には径方向に突出するキーが形成され、
複数の前記羽根車は少なくとも一枚のシュラウドと少なくとも一枚の羽根を有し、前記シュラウドには前記回転軸を挿通するとともに前記回転軸に形成されたキーと係合するキー溝を有する挿通孔が形成され、
前記複数の羽根車に設けられた前記羽根に対する前記キー溝の位置が、前記回転方向において互いに異なる位置にずらして配置され、前記複数の羽根車の羽根の位置が前記回転方向においてずらされて位置決めされることを特徴とする［１］乃至［４］のいずれか記載の排水ポンプ。
［６］  前記ケーシング内に、前記回転軸の軸方向に沿って前記複数の羽根車をそれぞれ収納する複数のポンプ室が配置され、前記回転軸の軸方向における前記複数のポンプ室の間に、中間室が形成されたことを特徴とする［１］乃至［５］のいずれか記載の排水ポンプ。
【符号の説明】
【００４４】
Ｓ１．Ｓ２…軸推力、１…排水ポンプ、１０…モータ、１１…軸封装置、１２…ポンプ、２１…モータケーシング、２２…固定子、２３…回転子、２４…回転軸、２４ａ…キー、２５…軸受、３０…シールケーシング、３１…メカニカルシール、４０…外部ケーシング、４１…上部材、４１ａ…開口、４２…中間部材、４３…下部材、４４．４５…仕切り板、６１．６２…羽根車、７１．７２…シュラウド、７３…羽根、７６…挿通孔、７６ａ…キー溝、７４…吸込口、７５…吐出口、８１．８２、８３…羽根車。
【図１】
0005753715.tif 000002
【図２】
0005753715.tif 000003
【図３】
0005753715.tif 000004