(57)【要約】【課題】  羽根車の可動翼の操作装置を羽根車下方の吸込ベルに設け、浄水や食品関連にも使用できる水圧駆動式可動翼ポンプを提供する。【解決手段】  吸込ベル（１０）に設けた円筒状の操作装置（１９）を水圧駆動式とし、操作軸（２８）の往復移動で、シリンダーケース（２２）の内部に配設した翼角操作機構（２０）の連結軸（３８）を曲動させ、可動翼（１７）の角度を調整するもので、吸込ベル（１０）の吸込水流の流れを阻害しない形状となる。水没している操作装置（１９）には作動油を使用しないので、揚水による環境を汚染することがない。そして、可動翼（１７）の操作装置（１９）と翼角操作機構（２０）が短くなり、部品の加工や組立も容易となる。【選択図】      図２
2005054690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸（３）に止着した羽根車（６）に可動翼（１７）を配設し、主軸（３）に沿って往復運動する操作装置（１９）の操作軸（２８）を、回転運動に変換させる可動翼（１７）の翼角操作機構（２０）に連結し、可動翼（１７）の取付け角度を調整する可動翼ポンプにおいて、吸込ベル（１０）に立設した円筒状のケーシング（２１）に回動自在にシリンダーケース（２２）を配設し、シリンダーケース（２２）に垂下した操作軸（２８）のピストン（２９）をシリンダーケース（２２）のシリンダー室（２７）に配設すると共に、ケーシング（２１）とシリンダーケース（２２）の間に上部作動水室（２５）と下部作動水室（２６）を形成して、シリンダー室（２７）に内設したピストン（２９）の上下にそれぞれ連通させ、更に、操作軸（２８）と可動翼（１７）の翼軸（１８）に曲動自在な連結軸（３８）の両端部を連結したことを特徴とする水圧駆動式可動翼ポンプ。
【請求項２】
上記シリンダーケース（２２）の外周部に複数のメカニカルシール（２４・・・）を嵌着し、ケーシング（２１）とシリンダーケース（２２）の間を水封して上部作動水室（２５）と下部作動水室（２６）を形成したことを特徴とする請求項１に記載の水圧駆動式可動翼ポンプ。
【請求項３】
上記吸込ベル（１０）に設けた上部整流板（８）と下部整流板（９）に上部作動水管（３１）と下部作動水管（３２）を配設し、ケーシング（２１）に内設した上部作動水室（２５）と下部作動水室（２６）にそれぞれ連通させたことを特徴とする請求項１または２に記載の水圧駆動式可動翼ポンプ。
【請求項４】
上記円筒状のケーシング（２１）に無給油軸受（２３）を嵌着し、シリンダーケース（２２）を回動自在としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水圧駆動式可動翼ポンプ。
【請求項５】
上記シリンダーケース（２２）の上端部をケーシング（２１）から突出させて羽根車ボス（１５）に連結し、シリンダーケース（２２）と内設した操作軸（２８）を羽根車（６）とともに回転可能としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水圧駆動式可動翼ポンプ。
【請求項６】
上記操作軸（２８）の下端から垂下した検知杆（４３）に位置検出器（４４）を対設し、羽根車（６）の可動翼（１７）の回動角度を検知させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水圧駆動式可動翼ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、羽根車の可動翼の角度を任意に切替える操作装置を羽根車下方の吸込ベルに設けた可動翼ポンプに関し、特に、自然環境に配慮して、浄水や食品関連にも使用できる水圧駆動式可動翼ポンプの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、浄水場の取水ポンプ等では複数台のポンプを設置し、揚水量を可変制御している場合がある。複数台運転での段階的な流量制御や、吐出弁の調整等による流量制御を行なっているため、エネルギーロスが大きい問題がある。
また、インバータでの羽根車の回転数制御では、高出力となると電気設備が大型化し、高価となる欠点がある。これらの問題を解決するために、従来から可動翼ポンプが使用されている。
【０００３】
既存の羽根車ボスや羽根車の吸込側等の水中に設置した可動翼ポンプは、例えば、特許文献１に記載してあるように、羽根車ハブと主軸により構成された油圧シリンダーに地上部の油圧装置から油を供給し、羽根ボスに接続した操作ロッドを摺動させて可動翼の角度を調節する油圧式の可動翼ポンプは公知である。また、操作装置部やリンク機構部に潤滑油を使用しない可動翼ポンプは、例えば、特許文献２に記載してあるように、操作機構部の摺動部材を樹脂やカーボンを埋め込んだ部材で構成して無給油化したものがある。そして、地上に可動翼の操作部を設けた可動翼ポンプとしては、例えば、特許文献３に記載してあるように、翼角の操作軸を垂下した羽根車の主軸の内部に設け、操作軸の上端部の移動を磁気近接センサーで検知して、可動翼の角度を調節する可動翼ポンプも公知である。
【０００４】
【特許文献１】特公昭６２−４９４７９号公報（第１頁および２頁の従来技術の欄、図１）
【特許文献２】特公昭５７−１８６０９２号公報（特許請求の範囲第２項）
【特許文献３】実公平３−５３０号公報（第１乃至３頁の従来技術及び実施例の欄、図１及び図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記可動翼の操作部を水中に設置した可動翼ポンプは、羽根ボス内に油を充満させ、操作装置部やリンク機構部に潤滑油を使用しており、作動油や潤滑油が外部に漏れ、揚水した水に混入して環境を汚染することが懸念され、浄水や食品関連の分野では敬遠されている。このような課題を解決するために、たとえ、操作装置の摺動部材に樹脂やカーボンを埋込んで無給油化しても、操作装置部材のみの無給油化であり、揚水への油の混入を完全に防ぐことはできない。浄水や食品関連の分野に使用するためには、油圧駆動装置等の操作部を陸上に設置する必要がある。操作装置を陸上に設置する従来の可動翼ポンプは、翼角制御用の操作軸を主軸の中に通すため、部品の加工や組立が複雑となりコストアップの問題が発生する。長尺の翼角操作軸の上端部で可動翼の角度をセンサーで検知するため、振動により検知精度が低下する。そのために、操作軸と主軸の保持構造が複雑となる。
【０００６】
油圧駆動装置等の作動油は廃油の処理を行なうための装置が必要となり、構造が複雑となる。作動油は粘度が高いため、作動機器の効率が悪く、作動油の取扱いに注意しないと火災の発生の恐れもある。そして、既設のポンプを従来型の可動翼ポンプに更新する場合、その構造から既設のポンプの部品を流用することができないため、ポンプ本体全てを新しく製作する必要があり、費用が高くなり、製作期間も長くなる。この発明は、吸込ベルに設けた可動翼の操作装置を簡単な構造の水圧駆動式として、環境負荷の低減と安全性を向上させ、製作期間の短縮と低コストを可能とすると共に、既設ポンプを可動翼ポンプに変更する場合にも、既設ポンプの部品が流用できる可動翼ポンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る水圧駆動式可動翼ポンプは、主軸に止着した羽根車に可動翼を配設し、主軸に沿って往復運動する操作装置の操作軸を、回転運動に変換させる可動翼の翼角操作機構に連結し、可動翼の取付け角度を調整する可動翼ポンプにおいて、吸込ベルに立設した円筒状のケーシングに回動自在にシリンダーケースを配設し、シリンダーケースに垂下した操作軸のピストンをシリンダーケースのシリンダー室に配設すると共に、ケーシングとシリンダーケースの間に上部作動水室と下部作動水室を形成して、シリンダー室に内設したピストンの上下にそれぞれ連通させ、更に、操作軸と可動翼の翼軸に曲動自在な連結軸の両端部を連結したもので、吸込ベルの吸込水流の流れを阻害しない形状の操作装置となるものである。そして、可動翼の操作装置と翼角操作機構が短くなり、簡単な構造で連結軸の摺動を可動翼の回動に変換することができ、部品の加工や組立も容易となる。また、既設のポンプを可動翼ポンプに更新する場合でも、その構造から既設のポンプの上半部の部品を流用することが可能となり、ポンプ本体全てを新しく製作する必要がなく、製作費が安くなり、制作期間も短くなる。
【０００８】
シリンダーに水を供給する作動水室は、シリンダーケースの外周部に複数のメカニカルシールを嵌着し、ケーシングとシリンダーケースの間を水封して上部作動水室と下部作動水室を形成したものである。また、可動翼ポンプへの吸水手段が、吸込ベルに設けた上部整流板と下部整流板に圧力水の上部作動水管と下部作動水管を配設し、ケーシングに内設した上部作動水室と下部作動水室にそれぞれ連通して、圧力水を供給、排出させるもので、水没している操作部には作動油を使用しないので、揚水による環境を汚染することがない。そして、操作装置の操作機構部は、円筒状のケーシングに無給油軸受を嵌着し、シリンダーケースを回動自在としたもので、操作機構部の無給油化が可能となり、揚水した水に潤滑油が混入して環境を汚染することがない。
【０００９】
操作装置のシリンダーケースの回動手段が、シリンダーケースの上端部をケーシングから突出させて羽根車ボスに連結し、シリンダーケースと内設した操作軸を羽根車とともに回転可能としたもので、回転するシリンダー室に直接作動水の供給を可能とし、シリンダーケースの密封性を向上させ、操作軸の滑らかな摺動を可能とする。そして、可動翼の制御手段が、操作軸の下端から垂下した検知杆に位置検出器を対設し、羽根車の可動翼の回動角度を検知させるもので、短い操作軸に主軸の振動が直接伝達されないので、可動翼の角度の正確な検知が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の水圧駆動式可動翼ポンプは上記のように構成してあり、可動翼の操作装置が吸込水流の流れを阻害しない形状となる。短い操作軸に主軸の振動が直接伝達されないので、可動翼の正確な角度の検知が可能となる。そして、可動翼の操作装置と翼角操作機構が短くなり、簡単な構造で連結軸の摺動を可動翼の回動に変換することができ、部品の加工や組立も容易となる。また、水没させた操作装置に作動油と潤滑油を使用しないので、揚水による環境を汚染することがない。更に、既設のポンプを可動翼ポンプに更新する場合でも、その構造から既設のポンプの上半部の部品を流用することが可能となり、ポンプ本体全てを新しく製作する必要がなく、製作費が安くなり、制作期間も短くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明に係る水圧駆動式可動翼ポンプは上記のように構成してあり、揚水開始時や流入量の変動に応じて、操作装置の操作軸に配設した位置検出器で可動翼の回動角度を検知し、可動翼の羽根角度を算定して、上部作動水管または下部作動水管から高圧水を供給する。シリンダーケースの上部シリンダー室あるいは下部シリンダー室に加圧水を圧入し、操作軸に嵌着したピストンを摺動させて、可動翼の翼角度を調整するので、エネルギーロスのない流量制御が行なわれる。吐出弁の調整等をする必要がなく、自然環境を汚染することもない。
【実施例】
【００１２】
この発明に係る水圧駆動式可動翼ポンプを図面に基づき詳述すると、図１は水圧駆動式可動翼の立軸斜流ポンプの縦断面図であって、立軸斜流ポンプ１が取水ポンプ場等のフロアー２に支架してあり、立軸斜流ポンプ１の主軸３が駆動機（図示せず）に連結してある。垂下した主軸３の下部が吐出ボウル４の内側に配設した軸受５に軸支され、その下端に止着した羽根車６が羽根車ケーシング７に配設してある。羽根車ケーシング７には、上部整流板８と下部整流板９を設けた吸込ベル１０が連結してあり、吸込流路の水流を整流として羽根車６に移送させる。吐出ボウル４に羽根車６で加圧した旋回流を整流する案内羽根１１が連結してあり、吐出ボウル４の上部に揚水管１２と吐出エルボ１３が連結してある。
【００１３】
図２は立軸斜流ポンプの下半部の拡大図であって、羽根車ケーシング７に配設した羽根車６は、羽根車ハブ１４が主軸３の下端に止着してあり、羽根車ハブ１４に羽根車ボス１５が連結してある。羽根車ボス１５に複数の軸受１６・・・が嵌着してあり、この軸受１６に翼軸１８を軸支して可動翼１７を回動自在としてある。吸込ベル１０の上部整流板８と下部整流板９の中央部に主軸３の軸心に沿って立設した操作装置１９が支架してある。羽根車ボス１５の内部に配設した翼角操作機構２０が、羽根車６の可動翼１７と吸込ベル１０の操作装置１９に連動連結してある。
【００１４】
図３は可動翼の操作装置の断面図であって、吸込ベル１０に配設した操作装置１９は、円筒状のケーシング２１が上部整流板８と下部整流板９に支架されて立設してある。ケーシング２１の内部にシリンダーケース２２が配設してあり、ケーシング２１に嵌着した水中ゴム製またはセラミック製の無給油軸受２３で軸支して、シリンダーケース２２を回動自在としてある。操作機構部の無給油化が可能となり、揚水した水に潤滑油が混入して環境を汚染することがない。シリンダーケース２２は上端部をケーシング２１から突出させて、羽根車ボス１５の下端に連結してある。シリンダーケース２２が羽根車６とともにケーシング２１の内部で回転するようにしてある
【００１５】
図３に示すように、シリンダーケース２２の外周部に複数のメカニカルシール２４・・・が嵌着してあり、ケーシング２１とシリンダーケース２２の間を水封して上部作動水室２５と下部作動水室２６を形成してある。上部作動水室２５と下部作動水室２６の間のシリンダーケース２２には、その中間部を拡張してシリンダー室２７が形成してある。作動水供給部分の配置を水圧シリンダーの上下に配置して、操作装置１９の周辺を流れる吸込水流の流れを阻害しない形状としてある。シリンダーケース２２の内部に翼角操作機構２０に連結した操作軸２８が摺動自在に垂下してあり、操作軸２８に嵌着したピストン２９をシリンダー室２７に配設してある。操作軸２８をシリンダーケース２２とともに回転させながら、操作軸２８を上下に摺動させるようにしてある。上部作動水室２５に対設するシリンダーケース２２に通孔３０が設けてあり、上部作動水室２５をピストン２９の上方の上部シリンダー室２７ａに連通させてある。シリンダーケース２２の下端２２ａが開口してあり、下部作動水室２６はシリンダーケース２２の下端２２ａを通じてピストン２９の下方の下部シリンダー室２７ｂに連通させてある。吸込ベル１０の吸込水流の流れを阻害しない形状の操作装置１９となり、回転するシリンダー室２７に直接作動水の供給を可能とし、シリンダーケース２２の密封性を向上させ、操作軸２８の滑らかな摺動を可能とする。
【００１６】
図２に示すように、吸込ベル１０に止着した上部整流板８と下部整流板９に上部作動水管３１と下部作動水管３２が支架してあり、上部作動水管３１を上部作動水室２５に連通させ、下部作動水管３２を下部作動水室２６に連通させてある。上部作動水管３１と下部作動水管３２は、吸込ベル１０に連結して地上部に立設した保護管３３に内装してあり、その先端部を公知の圧力水の供給源に接続してある。上部作動水管３１と下部作動水管３２のどちらか一方に加圧水を供給して他方から排水し、上部シリンダー室２７ａまたは下部シリンダー室２７ｂに加圧水を圧入する。シリンダー室２７のピストン２９を移動して操作軸２８を上下に往復させ、操作軸２８の上端部に連結した翼角操作機構２０を作動させる。水没している操作装置１９には作動油を使用しないので、揚水による環境を汚染することがない。
【００１７】
図４は翼角操作機構２０の側面図であって、可動翼１７の翼軸１８にアーム３４のボス部３４ａが嵌着してあり、アーム３４の先端部３４ｂにコ字状の吊設杆３５がボルト３６とナット３７で吊設してある。吊設杆３５の先端部と伸縮調整可能な連結軸３８がボールジョイント３９で回動自在に連結してある。連結軸３８の他端にもボールジョイント４０が配設してあり、ボールジョイント４０が操作軸２８の上端部に横設した作動杆４１に連結してある。図３に示す、上部作動水管３１または下部作動水管３２からシリンダー室２７に加圧水を供給すれば、シリンダー室２７のピストン２９が摺動して操作軸２８が上昇または下降する。図５は翼角操作機構２０に可動翼１７と連結軸３８の連結状態を示す一部縦断面図であって、連結軸３８のボールジョイント３９、４０が摺動しながら連結軸３８が三次元に回動しながらアーム３４に嵌着した翼軸１８を回動させて可動翼１７の翼角を切替える。吸込ベル１０に配設した操作装置１９と、ボールジョイント３９、４０を使用した翼角操作機構２０が短くなり、簡単な構造で連結軸３８の摺動を可動翼１７の回動に変換することができ、部品の加工や組立も容易となる。
【００１８】
図３に示すように、操作軸２８の下端からマグネット４２を設けた検知杆４３が垂下してあり、検知杆４３に対設した位置検出器４４がケーシング２１の下端に支架してある。短い操作軸２８に主軸３の振動が直接伝達されないので、可動翼１７の角度の正確な検知が可能となる。そして、操作軸２８の上下の摺動距離を検知して羽根車６の可動翼１７の羽根角度を切替えて流量制御を行なうので、吐出弁の調整による流量制御に比較してエネルギーロスが少ない。また、既設のポンプを可動翼ポンプに更新する場合でも、その構造から既設のポンプの上半部の部品を流用することが可能となり、ポンプ本体全てを新しく製作する必要がなく、製作費が安くなり、制作期間も短くなる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
可動翼ポンプの操作装置と翼角操作機構に作動油と潤滑油を使用しないので、環境負荷の低減と安全性が向上し、浄水場や食品関連にも使用できる。既設のポンプを可動翼ポンプに更新する時にも、ポンプ本体全てを新しく製作する必要がなく、製作期間が短くなり、費用も少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明に係る水圧駆動式可動翼ポンプの縦断面図である。
【図２】同じく、水圧駆動式可動翼ポンプの下半部の縦断面図である。
【図３】同じく、可動翼に翼角操作機構を介して連結した操作装置の拡大図である。
【図４】同じく、翼角操作機構の側面図である。
【図５】同じく、翼角操作機構と可動翼および連結軸の連結状態を示す一部縦断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
３    主軸
６    羽根車
８    上部整流板
９    下部整流板
１０  吸込ベル
１５  羽根車ボス
１７  可動翼
１８  翼軸
１９  操作装置
２０  翼角操作機構
２１  ケーシング
２２  シリンダーケース
２３  無給油軸受
２４  メカニカルシール
２５  上部作動水室
２６  下部作動水室
２７  シリンダー室
２８  操作軸
２９  ピストン
３１  上部作動水管
３２  下部作動水管
３８  連結軸
４３  検知杆
４４  位置検出器
【図１】
2005054690.tif 000003
【図２】
2005054690.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005054690.tif 000006
【図５】
2005054690.tif 000007