(57)【要約】【課題】水路損失の低減を図ることができる立軸ポンプを提供する。【解決手段】羽根車２と、この羽根車２を内包するケーシング３と、このケーシング３の下流側に接続されたベンド管５と、ケーシング３及びベンド管５内に回転可能に設けられ、下端部に羽根車２を取付けた回転軸８と、この回転軸８の周囲を覆う保護管１４とを備えた立軸ポンプ１において、ベンド管５は、ベンド管５の中心線Ｏより内側に設けた第１の整流板１５と、この第１の整流板１５との間に隙間１８を形成するように、第１の整流板１５の下流側かつ内側にずらして設けた第２の整流板１６とを有し、第１の整流板１５の下流側端部は、第１の整流板１５と第２の整流板１６との間の隙間１８を通過する流れに第１の整流板１５の幅方向成分を生じさせる形状とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車と、前記羽根車を内包するケーシングと、前記ケーシングの下流側に接続されたベンド管と、前記ケーシング及びベンド管内に回転可能に設けられ、下端部に前記羽根車を取付けた回転軸と、前記回転軸の周囲を覆う保護管とを備えた立軸ポンプにおいて、
前記ベンド管は、前記ベンド管の中心線より内側に設けた第１の整流板と、前記第１の整流板との間に隙間を形成するように、前記第１の整流板の下流側かつ内側にずらして設けた第２の整流板とを有し、
前記第１の整流板の下流側端部は、前記第１の整流板と前記第２の整流板との間の隙間を通過する流れに前記第１の整流板の幅方向成分を生じさせる形状としたことを特徴とする立軸ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の立軸ポンプにおいて、前記第１の整流板の下流側段部は、円弧状に形成したことを特徴とする立軸ポンプ。
【請求項３】
請求項１記載の立軸ポンプにおいて、前記第１の整流板の下流側端部は、前記第１の整流板の幅方向に傾斜した斜辺を有する形状に形成したことを特徴とする立軸ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水機場等に設置された立軸ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
排水機場等に設置される立軸ポンプは、羽根車と、この羽根車を内包するケーシングと、このケーシングの下流側に接続されたベンド管と、ケーシング及びベンド管内に軸受装置を介し回転可能に設けられ、下端部に羽根車を取付けた回転軸と、この回転軸を覆う保護管と、ベンド管の上方側に突出する回転軸の上端部に接続された原動機とを備えている。この立軸ポンプにおいては、大型化を招くのを防ぐため、ベンド管の曲率半径を十分に確保することが難しい。このような場合、ベンド管の曲がり内側壁面に沿って流れる水流に剥離が生じ、水路損失（混合損失）が増加するため、ポンプ性能が低下してしまう。そこで、ベンド管の中心線より内側に整流板を設けた構造が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、ベンド管の曲がり内側壁面に沿って流れる水流における剥離を抑え、水路損失の低減を図るようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。
すなわち、上記整流板の曲率半径を十分に確保することが難しいことがあり、このような場合には整流板の外周面に沿って流れる水流に剥離が生じ、水路損失（混合損失）が増加する。そのため、整流板の外周面に沿って流れる水流における剥離を抑え、水路損失の低減を図る点で、改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上記の事柄に基づいてなされたものであり、その目的は、水路損失の低減を図ることができる立軸ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、羽根車と、前記羽根車を内包するケーシングと、前記ケーシングの下流側に接続されたベンド管と、前記ケーシング及びベンド管内に回転可能に設けられ、前記羽根車に接続した回転軸と、前記回転軸の周囲を覆う保護管とを備えた立軸ポンプにおいて、前記ベンド管は、前記ベンド管の中心線より内側に設けた第１の整流板と、前記第１の整流板との間に隙間を形成するように、前記第１の整流板の下流側かつ内側にずらして設けた第２の整流板とを有し、前記第１の整流板の下流側端部は、前記第１の整流板と前記第２の整流板との間の隙間を通過する流れに前記第１の整流板の幅方向成分を生じさせる形状とする。
【０００７】
本発明においては、ベンド管の中心線より内側に設けた第１の整流板と、この第１の整流板との間に隙間を形成するように、第１の整流板の下流側かつ内側にずらして設けた第２の整流板とを有している。これにより、第１の整流板の内周面に沿って流れた流体は、第１の整流板と第２の整流板との間の隙間を通じて第２の整流板の外側領域に流入し、第２の整流板の外周面に沿って流れる。すなわち、第１の整流板の内側のエネルギーの高い流れを、第２の整流板の外側領域に付与することができる。これにより、第２の整流板の外周面に沿って流れる水流における剥離を抑え、さらには、上流側の第１の整流板の外周面に沿って流れる水流における剥離を抑える効果も有し、水路損失を低減することができる。
【０００８】
また、ベンド管のような曲がり流路では、流体に作用する遠心力により流路断面に二次流れが生じている。そして、第１の整流板と第２の整流板との間の隙間を通過する流れと保護管の後流域の流れとの影響により、第１及び第２の整流板の外側領域に低速領域が生じ、この低速領域が大きいと水路損失（混合損失）が増加してしまう。そこで本発明においては、第１の整流板の下流側端部は、例えば円弧状、若しくは第１の整流板の幅方向に傾斜した斜辺を有する形状などに形成し、これによって第１の整流板と第２の整流板との間の隙間を通過する流れに第１の整流板の幅方向成分を生じさせる。この幅方向成分の流れにより第１及び第２の整流板の外側領域における二次流れが促進され、二次流れにより低速領域を小さくすることができる。したがって、水路損失をさらに低減することができる。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１の整流板の下流側段部は、円弧状に形成する。
【００１０】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記第１の整流板の下流側端部は、前記第１の整流板の幅方向に傾斜した斜辺を有する形状に形成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１の整流板の内周面に沿って流れた流体は、第１の整流板と第２の整流板との間の隙間を通じて第２の整流板の外側領域に流入し、第２の整流板の外周面に沿って流れる。これにより、第２の整流板の外周面に沿って流れる水流における剥離を抑え、水路損失を低減することができる。また、第１の整流板と第２の整流板との間の隙間を通過する流れに第１の整流板の幅方向成分を生じさせることにより、第１及び第２の整流板の外側領域における二次流れが促進され、二次流れにより低速領域を狭めることができる。したがって、水路損失をさらに低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の立軸ポンプの一実施形態の全体構造を表す断面図であり、図２は、図１中断面II−IIによる断面図であり、図３は、断面III−IIIによる断面図である。また、図４は、後述する第１の整流板と第２の整流板との間の隙間を通過する流れを表す図（但し、便宜上、第２の整流板を図示せず）であり、図５は、図１中断面Ｖ−Ｖにおける流路断面の二次流れを表す図である。
【００１３】
これら図１〜図５において、立軸ポンプ１は、例えば排水機場に設置された軸流ポンプであり、羽根車２と、この羽根車２を内包する例えば円筒状のケーシング３と、このケーシング３の上流側（図１中下側）に接続された吸込ベルマウス４と、ケーシング３の下流側（図１中上側）に接続されたベンド管５と、このベンド管５の下流側（図１中右側）に接続された排水管６と、ケーシング３及びベンド管５内に軸受７を介し回転可能に設けられ、下端部に羽根車２を取付けた回転軸（シャフト）８と、ベンド管５の上方側に突出する回転軸７の上端部に接続された原動機（図示せず）とを備えている。そして、原動機の駆動によって回転軸８を介し羽根車２が回転すると、吸水路９から吸込ベルマウス４を介しケーシング３内に流入した水を昇圧して、ベンド管５及び排水管６を介し放水路（図示せず）へ排出するようになっている。
【００１４】
吸込ベルマウス４の中心部には吸込コーン１０が設けられ、この吸込コーン１０と吸込ベルマウス４との間に複数の案内羽根１１が設けられている。また、ケーシング３の中心部における羽根車２の下流側には、軸受７を収納する軸受スリーブ１２が設けられており、この軸受スリーブ１２とケーシング３との間に複数の案内羽根１３が設けられている。また、ベンド管５内には軸受スリーブ１２に接続された保護管１４が設けられており、軸受スリーブ１２及び保護管１４は回転軸８の周囲を覆うようになっている。
【００１５】
本実施形態の要部であるベンド管５は、例えば流路断面が円形状で９０度に曲げられた構造となっている。そして、ベンド管５の内部には、ベンド管５の中心線Ｏより内側に設けた第１の整流板１５と、この第１の整流板１５の下流側かつ内側にずらして設けた第２の整流板１６とが設けられている。
【００１６】
第１の整流板１５は、下流側端部が円弧状となる半円板をベンド管５の曲げ方向に沿って湾曲するように形成されており、その曲率半径Ｒ１がベンド管５の中心線Ｏの曲率半径Ｒ０より小さくなっている。また、第１の整流板１５は、上流側端部が保護管１４から離間するとともにその２角がベンド管５の管壁に溶接され、下流側端部の中央が支持棒１７を介し保護管１４に接続されている。このような第１の整流板１５の支持構造とすることにより、ベンド管５内の流れの影響による第１の整流板１５の振動を抑えるようになっている。なお、支持棒１７の断面形状は、図３に示すように、流体抵抗が小さくなるように、例えば上流側が比較的大きな円弧状、下流側が比較的小さな円弧状となるように形成されている。
【００１７】
第２の整流板１６は、上流側端部が第１の整流板１５の下流側端部に対応するように円弧状に切り欠いた板をベンド管５の曲げ方向に沿って湾曲するように形成されており、その曲率半径Ｒ２が第１の整流板１５の曲率半径Ｒ１より小さくなっている。そして、第２の整流板１６の上流側端部は、例えば第１の整流板１５の下流側端部よりベンド管５の曲げ方向に離間しており、第１の整流板１５と第２の整流板１６との間に隙間１８が形成されている。
【００１８】
このように構成された本実施形態においては、第１の整流板１５の内周面に沿って流れた流体は、第１の整流板１５と第２の整流板１６との間の隙間１８を通じて第２の整流板１６の外側領域に流入し、第２の整流板１６の外周面に沿って流れる（図１中矢印Ａで図示）。すなわち、第１の整流板１５の内側のエネルギーの高い流れを、第２の整流板１６の外側領域に付与することができる。これにより、第２の整流板１６の外周面に沿って流れる水流における剥離を抑え、さらには、上流側の第１の整流板１５の外周面に沿って流れる水流における剥離を抑える効果も有し、水路損失を低減することができる。
【００１９】
また、本実施形態においては、第１の整流板１５の下流側端部を円弧状に形成することにより、図４に示すように、第１の整流板１５と第２の整流板１６との間の隙間１８を通過する流れに第１の整流板１５の幅方向成分Ｂを生じさせる（言い換えれば、流れの自由度を増加させる）。その作用効果を、比較例を用いて以下説明する。
【００２０】
図６は、比較例による第１及び第２の整流板の構造を表す図であり、上述の図２に相当するものである。また、図７は、比較例における第１の整流板と第２の整流板との間の隙間を通過する流れを表す図（但し、便宜上、第２の整流板を図示せず）であり、上述の図４に相当するものである。また、図８は、比較例における流路断面の二次流れを表す図であり、上述の図５に相当するものである。
【００２１】
これら図６〜図８に示す比較例では、上記一実施形態同様、ベンド管５の内部には、ベンド管５の中心線Ｏより内側に設けた第１の整流板１９と、この第１の整流板１９との間に隙間２０を形成するように、第１の整流板１９の下流側かつ内側にずらして設けた第２の整流板２１とが設けられている。ところが、上記一実施形態とは異なり、第１の整流板１９の下流側端部及び第２整流板２１の上流側端部は直線状に形成されている。そのため、第１の整流板１９と第２の整流板２１との間の隙間２０を通過する流れは、ほぼベンド管５の曲げ方向（図７中右方向）のみとなる。そして、第１の整流板１９と第２の整流板２１との間の隙間２０を通過する流れと保護管１４の後流域の流れＣとの影響により、第１の整流板１９の外側領域には低速領域Ｄ１が生じ、この低速領域Ｄ１は比較的大きくなっている（図８参照）。
【００２２】
これに対し本実施形態では、第１の整流板１５の下流側端部を円弧状に形成することにより、第１の整流板１５と第２の整流板１６との間の隙間１８を通過する流れに第１の整流板１５の幅方向成分（二次流れ成分）を生じさせている。この幅方向成分の流れにより第１の整流板１５の外側領域における二次流れが促進され、流路断面の中心部を流れる二次流れＥが生じ、二次流れにより低速領域Ｄ２を小さくすることができる（図５参照）。したがって本実施形態においては、水路損失をさらに低減することができる。
【００２３】
なお、上記一実施形態においては、第１の整流板１５の下流側端部を円弧状に形成した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば第１の整流板１５の幅方向に傾斜した斜辺を有する形状に形成してもよい。具体例を挙げると、図１０に示すように、第１の整流板１５Ａの下流側端部を三角状に形成し、これに対応して第２の上流側端部を三角状に切り欠くように形成してもよい。このような変形例においても、上記一実施形態同様の効果を得ることができる。
【００２４】
また、上記一実施形態においては、第２の整流板１６の上流側端部は、第１の整流板１５の下流側端部に対応する形状に形成し、かつ第１の整流板１５の下流側端部からベンド管５の曲げ方向に離間した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば図１１に示すように、第１の整流板１５Ａの下流側端部を三角状に形成し、第２の整流板１６Ｂの上流側端部を直線状に形成し、これら第１の整流板１５Ａの下流側端部と第２の整流板１６Ｂの上流側端部とをベンド管５の曲げ方向に重なるように配設してもよい。また、図示しないが、例えば第２の整流板の上流側端部を、第１の整流板の下流側端部に対応する形状に形成しつつ、第１の整流板の下流側端部と重なるように配設してもよい。これらの変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
また、上記一実施形態においては、第１の整流板１５及び第２の整流板１６は、ベンド管５の曲げ方向に沿って湾曲するように形成した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば第２の整流板１６の下流側端部をベンド管５の内側にずらすように湾曲して設け、その曲率半径が大きくなるようにしてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００２６】
なお、以上においては、流路断面が円形状であるベンド管５を例にとって説明したが、これに限られず、例えば流路断面が矩形状であるベンド管や流路断面が円形状から矩形状に変化する扁平ベンド管などに適用してもよい。また、本発明の適用対象として軸流ポンプを例にとって説明したが、これに限られず、例えば斜流ポンプに適用してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の立軸ポンプの一実施形態の全体構造を表す縦断面図である。
【図２】図１中断面II−IIによる断面図であり、第１及び第２の整流板の構造を表す。
【図３】図１中断面III−IIIによる断面図であり、第１の整流板を支持する支持棒の断面形状を表す。
【図４】本発明の立軸ポンプの一実施形態における第１の整流板と第２の整流板との間の隙間を通過する流れを表す図である。
【図５】図１中断面Ｖ−Ｖにおける流路断面の二次流れを表す図である。
【図６】比較例による第１及び第２の整流板の構造を表す図である。
【図７】比較例における第１の整流板と第２の整流板との間の隙間を通過する流れを表す図である。
【図８】比較例における流路断面の二次流れを表す図である。
【図９】本発明の立軸ポンプを構成する第１及び第２の整流板の一変形例の構造を表す図である。
【図１０】本発明の立軸ポンプを構成する第１及び第２の整流板の他の変形例の構造を表す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    立軸ポンプ
２    羽根車
３    ケーシング
５    ベンド管
８    回転軸
１４  保護管
１５，１５Ａ  第１の整流板
１６，１６Ａ，１６Ｂ  第２の整流板
１８，１８Ａ，１８Ｂ  隙間
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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