(57)【要約】【課題】自吸式を採用し、しかも、貯水空間のより小型化を図るとともに、この貯水空間を揚水時に有効に利用できるようにする。【解決手段】羽根車２４を収容した吐出渦巻室２８の下方に、横方向に向けて開口する吸込口１０と連通する吸込渦巻室２６を設け、吸込口１０をその下端Ｂが羽根車２４の入口外周端の高さ方向に沿った位置Ａより上方に位置する（Ｂ＞Ａ）ように配置し、吐出渦巻室２８の下部に吸込渦巻室２６に連通する戻り流路３６を設けた。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車を収容した吐出渦巻室の下方に、横方向に向けて開口する吸込口と連通する吸込渦巻室を設け、
前記吸込口をその下端が前記羽根車の入口外周端の高さ方向に沿った位置より上方に位置するように配置し、
前記吐出渦巻室の下部に前記吸込渦巻室に連通する戻り流路を設けたことを特徴とする立軸ポンプ。
【請求項２】
前記吐出渦巻室またはその下流側に、ポンプが通常運転に入った時に自動的に閉じる空気抜き弁を設置したことを特徴とする請求項１記載の立軸ポンプ。
【請求項３】
前記戻り流路の内部に開閉弁を配置したことを特徴とする請求項１または２記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記開閉弁は、中空円筒状または円柱状で、回転または軸方向に移動させることで前記戻り流路を開閉する弁体を有することを特徴とする請求項３記載の立軸ポンプ。
【請求項５】
前記羽根車として、クローズ羽根またはセミオープン羽根を使用したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の立軸ポンプ。
【請求項６】
前記吐出渦巻室を２重渦巻構造としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の立軸ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、羽根車を収容した吸込渦巻室を有し、立軸に設置される立軸ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
立軸ポンプの多くは、羽根車を水中に没した状態で設置されるため、駆動用原動機の起動とともに揚水を開始することができる。ところが、羽根車が水中に没していない状態で設置される立軸ポンプは、その起動に際して、別置きの真空ポンプで吸込側の水を引き上げるか、または別置きのポンプで水を供給する、いわゆる呼び水を行う必要があり、この呼び水により、ポンプ羽根車に連続的に吸込管内から水が供給される状態にならないと、ポンプを起動することができない。
【０００３】
ここで、横軸ポンプにあっては、運転開始に際して呼び水を必要とせず、揚水用の羽根車が呼び水作用を行うようにすることで、呼び水を自動的に行って通常の運転に入ることができるようにした自吸水式のものが知られている。
【０００４】
ポンプを自吸式にする時には、一般にポンプケーシングの内部に、ポンプ停止時に水を溜める貯水空間を設け、この貯水空間の上部に吸込口が位置するようにして、ポンプ停止時に揚水の一部を貯水空間に貯留させる構造が採用される。そして、ポンプ起動に際して、貯水空間内の貯留水を使用し羽根車に揚水作用を生じさせ、その際に生じる吸込圧力で吸込配管中の水を吸い上げるようにしている。この自吸作用は、吸込側の水が羽根車に到達して羽根車が通常の揚水作用を発揮するまで継続させる必要があり、このため、羽根車から吐出渦巻室に出た流れを気水分離し、分離した水を羽根車の吸込口に戻して揚水作用を継続させるようにしている。
【０００５】
立軸ポンプを自吸式とするためには、前述のように、羽根車の吸込口の直前に貯水空間を設けて、ポンプ停止時にこの貯水空間内に水を貯留させ、ポンプ起動時に貯水空間内の水を循環させて利用し、前述の作用を起こして自吸するようにする必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、立軸ポンプを自吸式とするためには、通常の揚水時には不要ながら、水溜めとしての役割を果たす貯水空間をポンプケーシング内に別途設ける必要があり、ポンプ自体のかなりの大型化に繋がってしまう。このため、自吸式を採用した立軸ポンプは、一般には実現されていなかった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、自吸式を採用し、しかも、貯水空間のより小型化を図るとともに、この貯水空間を揚水時に有効に利用できるようにした立軸ポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、羽根車を収容した吐出渦巻室の下方に、横方向に向けて開口する吸込口と連通する吸込渦巻室を設け、前記吸込口をその下端が前記羽根車の入口外周端の高さ方向に沿った位置より上方に位置するように配置し、前記吐出渦巻室の下部に前記吸込渦巻室に連通する戻り流路を設けたことを特徴とする立軸ポンプである。
【０００９】
これにより、ポンプ起動時に、外部から水を供給しなくても、貯水空間としての役割を果たす吸込渦巻室内に貯留している水を利用して羽根車に揚水作用を生じさせ、その際に生じる吸込圧力で吸込配管中の水を吸い上げる自吸作用を行わせ、この時に空気と共に吐出渦巻室に流れ出た水を、空気と分離した後に、戻り流路を通じて吸込側に戻して、水が羽根車に到達するまで自吸作用を継続させることができる。しかも、羽根車を収容した吐出渦巻室の下方に羽根車の回転方向に沿って徐々に縮小する吸込渦巻室を設けることで、羽根車の入口角度を大きくして、ポンプ及び吸込管内に空気がある場合に、より多量の空気を吸込むようにすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記吐出渦巻室またはその下流側に、ポンプが通常運転に入った時に自動的に閉じる空気抜き弁を設置したことを特徴とする請求項１記載の立軸ポンプである。これにより、ポンプ起動時に吸込配管から吸上げた空気を空気抜き弁から排出し、ポンプが通常運転に入った時に、この空気抜き弁から水が漏れることを防止することができる。この空気抜き弁は、ポンプ吐出口後流に設置される吐出管の上部に設けてもよい。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記戻り流路の内部に開閉弁を配置したことを特徴とする請求項１または２記載の立軸ポンプである。これにより、ポンプが通常運転に入った時に、戻り流路を閉じることで、水の流れが吸込側に戻ってポンプ動力の損出に繋がることを防止することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記開閉弁は、弁体がポンプケーシング内にある場合には中空円筒状または円柱状で、回転または軸方向に移動させることで前記戻り流路を開閉する弁体を有することを特徴とする請求項３記載の立軸ポンプである。これにより、ポンプが通常運転に入った時に、比較的簡単な構成の弁体で戻り流路を確実に閉止することができる。戻り流路を、吐出渦巻室の外部に導き、外部配管により吸込渦巻室に導くことも可能で、このとき開閉弁はその配管中に設置する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記羽根車として、クローズ羽根またはセミオープン羽根を使用したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の立軸ポンプである。羽根車として、セミオープン羽根を使用すると、羽根車の翼端隙間による漏れ流れが生じるため、クローズ羽根を使用した場合に比べて、自吸吸上げ時間がやや長くなり、最大吸上げ高さも低くなると考えられるが、使用条件等によっては十分である場合があり、これにより仕様範囲を拡大することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記吐出渦巻室を２重渦巻構造としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の立軸ポンプである。このように、吐出渦巻室を２重渦巻構造とすることで、吐出渦巻室の巻始め（舌部）を２箇所となして、羽根車から出てくる水の流れを受ける箇所を増やし、これによって、自吸作用を行う際に、羽根車の吸込圧が低下してもポンプ羽根車の揚水作用を継続できるようにするとともに、自吸水ポンプの自吸吸上げ時間をより短縮し、更に最大吸上げ高さをより高くすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明の実施の形態の立軸ポンプを示す。この立軸ポンプは、吸込口１０と吐出口１２を有するポンプケーシング１４と、このポンプケーシング１４の上方に配置されたケーシングカバー１６とを有している。そして、このケーシングカバー１６の内部を上下方向に貫通して主軸１８が配置され、この主軸１８は、上部軸受２０と下部軸受２１で回転自在に支承されているとともに、グランドパッキン２２で軸封されている。更に、下端には、羽根車２４が主軸１８と一体に回転するように取付けられている。
【００１６】
この例では、羽根車２４として、主板２４ａと羽根２４ｂとを有するセミオープン羽根を使用した例を示している。このセミオープン羽根の代わりに、主板を更に備えたクローズ羽根を使用しても良いことは勿論であり、このように、羽根車２４として、セミオープン羽根やクローズ羽根を使用することで、仕様範囲を拡大することができる。
【００１７】
ポンプケーシング１４は、その吸込口１０が横方向に向けて開口し、水を横方向から吸込む形状に形成されており、その内部には、吸込口１０に連続して、ポンプ停止時に水を滞留させる貯水空間としての役割を果たすボリュート形状の吸込渦巻室２６が区画形成されている。この吸込渦巻室２６の上方に位置して、この吸込渦巻室２６に連続する吐出渦巻室２８が区画形成され、この吐出渦巻室２８の内部に羽根車２４が収納されている。
【００１８】
ここで、吸込口１０は、その下端Ｂが羽根車２４の入口外周部の高さ方向に沿った位置Ａよりも高い位置Ｂ＞Ａに位置するように配置されている。これにより、ポンプ停止時に吸込側に空気が入っても、吸込口１０の下端Ｂ以下のレベルの吸込渦巻室２６内及び吐出渦巻室２８内に水が貯留し、しかもこの貯留された水の上端は、少なくとも羽根車２４の吸込口に接しているため、ポンプ起動時に、羽根車２４の回転によりこの貯留水が吸上げられ、羽根車作用が発揮されるようになっている。
【００１９】
吐出渦巻室２８と吸込渦巻室２６は、同軸上に上下に位置するように設けられ、吸込渦巻室２６は、ポンプ（羽根車２４）の回転方向に沿って断面積（ボリュート面積）が徐々に減少する形状に形成されている。この渦巻の巻終りまでの吸込渦巻室２６の断面は、内部損失が最小になり、羽根車２４の入口の周囲に亘って、流れに一様な回転（予旋回）が与えられるようなボリュート形状が最適である。
【００２０】
一方、吐出渦巻室２８は、ポンプ（羽根車２４）の回転方向に沿って断面積（ボリュート面積）が徐々に増大する形状に形成され、吐出口１２に連通している。この吐出口１２のやや上流側に、空気抜き弁３０が設置されている。ここに示す空気抜き弁３０は、内部にフロート３２を収容し、このフロート３２の上部に取付けた弁体３４を弁座３５に接離させることで弁の開閉を行う、いわゆるフロート弁で構成され、ポンプケーシング１４内が水で満たされた通常の運転状態になった時に自動的に閉じるようになっている。
【００２１】
このように、貯水空間としての役割を果たすボリュート形状の吸込渦巻室２６を備えることで、水がポンプの回転方向に曲げられた予旋回をもって羽根車２４に流れ込むようにして、羽根車２４の入口角度を大きくして、これによって、ポンプ起動後の空気排出時における空気の排出流量を多くすることができる。
そして、羽根車全体で水を排出する、いわゆる通常運転時には、水は、吸込渦巻室２６を回転して予旋回し、羽根車２４の入口角度に合致した状態で羽根車２４に吸込まれて運転が続行される。
【００２２】
吐出渦巻室２８と吸込渦巻室２６とを仕切る壁部には、上下に貫通して両者を連通させる戻り流路３６が設けられている。これによって、吐出渦巻室２８内に流入し、ここで空気と分離された水は、戻り流路３６を通って吸込渦巻室２６に戻り、再度、羽根車２４へ吸込まれるようになっている。
【００２３】
ポンプが通常の揚水運転を行う場合は、戻り流路３６を開いたままでポンプを運転すると、ポンプ通常運転時に昇圧された水が羽根車２４の吸込側に戻ってポンプ動力の損失に繋がる。そこで、この例では、戻り流路３６内に開閉弁４０を設けて、ポンプが通常運転に入ったら、この開閉弁４０により戻り流路３６を手動で閉じるようにしている。つまり、図２に示すように、上下に貫通する戻り流路３６の途中には、円柱状で、上下に連通する貫通孔４２ａを有する弁体４２が戻り流路３６を横切って水平方向に回転自在に配置されている。そして、この弁体４２は、ポンプケーシング１４の外部に露出する連結棒４４の先端に直列に固着され、この連結棒４４の露出端にはハンドル４６が取付けられている。
【００２４】
これにより、弁体４２に設けた貫通孔４２ａが戻り流路３６と連通するようにハンドル４６を介して弁体４２を回転させることで、戻り流路３６を開き、弁体４２の周壁が戻り流路３６を閉塞するようにハンドル４６を介して弁体４２を回転させることで、戻り流路３６を閉じるようになっている。
【００２５】
この戻り流路は、吐出ボリュートの周方向のいずれの位置に設置しても、その機能を発揮できるが、例えば吐出渦巻室２８の断面積が吸込渦巻室２６の断面積より極端に大きい位置に設置する場合は、図３に示すように、鈎状に直角に屈曲する戻り流路５０を形成し、この戻り流路５０内に、反吸込渦巻室側の一端を閉塞させた中空円筒状の弁体５２を配置し、この弁体５２に設けた通孔５２ａが戻り流路５０と連通するようにハンドル４６を介して弁体５２を回転させることで戻り流路５０を開き、弁体５２の周壁が戻り流路５０を閉塞させるようにハンドル４６を介して弁体５２を回転させることで戻り流路５０を閉じるようにしてもよい。これにより、弁体５２の回転に伴う開閉動作をスムーズに行うことができる。
【００２６】
この例では、手動開閉弁４０を用いて、手動で戻り流路３６を開閉するようにしているが、この手動開閉弁４０の代わりに、電気または空気などの動力で開閉する自動弁を設けて戻り流路３６を開閉するようにしてもよく、また円柱状の弁体を軸方向に移動させることで、戻り流路３６を開閉するようにしてもよい。
【００２７】
次に、この立軸ポンプの動作について説明する。
この立軸ポンプにあっては、ポンプ据付け後の最初の運転時に、この内部に水を供給して、前述のように、吸込口１０の下端Ｂ以下のレベルの吸込渦巻室２６内及び吐出渦巻室２８内に水を貯留する。このように吸込口１０の下端Ｂ以下のレベルの吸込渦巻室２６内及び吐出渦巻室２８内に水が貯留されていることは、ポンプを停止して再始動する時も同様である。そして、ポンプ起動時に、羽根車２４が回転すると、内部に残されていた水は、羽根車２４に吸込まれ、ポンプの揚水作用により吐出渦巻室２８へ移動する。空気排出時には、この吐出渦巻室２８で気液を分離して、空気のみを空気抜き弁３０から外部に排出する。分離した水（戻り水）は、戻り流路３６に沿って流れ、吸込渦巻室２６を通って羽根車２４の吸込側に戻り、再度、羽根車２４へ吸込まれて揚水作用が継続する。これにより、羽根車２４の空気排出作用が継続して行われる。
【００２８】
この羽根車２４の空気排出作用により、羽根車２４の吸込側は負圧になり、このため、ポンプ起動後、しばらくの間は、吸込口１０から空気が吸込まれる。この時に吸込まれた空気も、羽根車２４の中を通って吐出渦巻室２８へ流入する。この時、羽根車２４の内部は気液２相流になるが、空気の量と水（液体）の割合に見合った水と空気が排出される。吸込管内の空気を徐々に排出すると、吸込管内の水が上昇してきて、やがて吸込口１０に達し、これにより、ポンプは液体のみの揚水を行うようになる。
【００２９】
そして、吸込管内の水が上昇して羽根車２４に達したなら、開閉弁４０を閉じて、通常のポンプ揚水運転に入る。ポンプケーシング１４の内部が水で満杯になると、即ちポンプが通常運転に入ると、空気抜き弁３０の内部のフロート３２が浮き上がって、その上部につけられた弁体３４により、空気抜き弁３０は自動的に閉じる。
なお、ポンプ起動時のポンプ作用時に、吐出渦巻室２８に入った水が吐出配管側へ抜け出る場合には、吐出口１２の直後に、あるいは、空気抜き弁が吐出管側に設置される場合は、その直後に開閉弁を装備してそれを閉じて起動するようにしてもよい。
【００３０】
図４は、本発明の第２の実施の形態の立軸ポンプを示す。この例の第１の実施の形態と異なる点は、吐出渦巻室２８を、ポンプケーシング１４の内部に仕切壁６０を設けて２重の渦巻室２８ａ，２８ｂを形成した２重渦巻構造とした点である。その他の構成は、第１の実施の形態とほぼ同様である。
【００３１】
このように、吐出渦巻室２８を２重渦巻構造とすることで、ポンプケーシング１４の吐出しボリュート（渦巻室）の巻始め（舌部）１４ａの他に、仕切壁６０の巻始め（舌部）６０ａを有するようになし、しかもこの舌部１４ａ，６０ａと羽根車２４の外径とを近接させることにより、羽根車２４を出た流れを吐出渦巻室２８内に流入させて、羽根車作用を継続させ、たとえ、内部の水が少なくなって気液２相流になっても、羽根車２４の吸込口の圧力の低下を防止して、吸込管内の水を引き上げる作用が減少しないようにすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、自吸式を採用して、ポンプケーシング内に水を外部から供給することなく、ポンプを起動することができ、しかも、貯水空間としての役割を果たす吸込渦巻室を設けて、羽根車の入口角度を大きくすることができるようにすることで、単位時間当たりの空気吸込み量を多くして、起動時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の立軸ポンプを示す断面図である。
【図２】図１の開閉弁を拡大して示す拡大断面図である。
【図３】開閉弁の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の立軸ポンプの吐出渦巻室を示す平面図である。
【符号の説明】
１０　吸込口
１２　吐出口
１４　ポンプケーシング
１８　主軸
２４　羽根車
２６　吸込渦巻室
２８　吐出渦巻室
２８ａ，２８ｂ　渦巻室
３０　空気抜き弁
３２　フロート
３４　弁体
３６，５０　戻り流路
４０　開閉弁
４２，５２　弁体
４６　ハンドル
６０　仕切壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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