(57)【要約】【課題】回転駆動源自体の重量を活用して立軸ポンプの床上部分で運転時に発生する共振現象を効果的に抑制する。【解決手段】基礎床よりも下に設置される羽根車と、基礎床よりも上に設置される回転駆動源と、羽根車および回転駆動源を互いに連結する主軸と、基礎床に設置されて回転駆動源を支持する支持構造と、支持構造を少なくとも一方に含む２つの部材の間に設置され、基礎床に対する回転駆動源の高さを調節することを可能にする高さ調節部材とを備える立軸ポンプが提供される。【選択図】図１
2017133408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎床よりも下に設置される羽根車と、
前記基礎床よりも上に設置される回転駆動源と、
前記羽根車および前記回転駆動源を互いに連結する主軸と、
前記基礎床に設置されて前記回転駆動源を支持する支持構造と、
前記支持構造を少なくとも一方に含む２つの部材の間に設置され、前記基礎床に対する前記回転駆動源の高さを調節することを可能にする高さ調節部材と
を備える立軸ポンプ。
【請求項２】
前記高さ調節部材は、前記支持構造と前記回転駆動源との間、または前記基礎床と前記支持構造との間に挿入することが可能な少なくとも１つのスペーサを含む、請求項１に記載の立軸ポンプ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのスペーサは、高さが異なる複数のスペーサを含み、
前記高さが異なる複数のスペーサのうちのいずれかを選択することによって前記回転駆動源の高さが調節される、請求項２に記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのスペーサは、同じ高さの複数のスペーサを含み、
前記同じ高さの複数のスペーサの数を変更することによって前記回転駆動源の高さが調節される、請求項２または３に記載の立軸ポンプ。
【請求項５】
前記支持構造は、上下方向について複数の部材に分割され、
前記高さ調節部材は、前記複数の部材の間に挿入することが可能な少なくとも１つのスペーサを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。
【請求項６】
前記主軸と前記回転駆動源との連結を維持しながら前記主軸に対する前記回転駆動源の相対的な位置を変更することを可能にする可変長連結部材をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立軸ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボポンプのうち、略鉛直方向に流体を圧送するものを立軸ポンプという。立軸ポンプは、例えば、ポンプケーシング内に配置される羽根車と、羽根車にトルクを伝達して回転させる主軸とを含む。ポンプケーシング内で羽根車を回転させることによって、流体を上方へと圧送することができる。立軸ポンプは、例えば河川水または工業用水の揚水など、様々な目的で利用されている。
【０００３】
上記のような立軸ポンプでは、運転時に主軸に発生する振動（以下、運転時振動ともいう）によって共振現象が発生し、運転の支障になる場合があることが知られている。共振現象は、運転時振動の振動数が、立軸ポンプの固有振動数に近い場合に発生する。そこで、固有振動数を変化させて運転時振動の振動数から遠ざけることによって、共振現象を抑制することを意図した技術が提案されている。
【０００４】
そのような技術の例として、特許文献１には、吊下管を基礎床に固定するフランジの数を従来の１つから２つにした立軸ポンプが提案されている。これによって、立軸ポンプ全体の固有振動数を変化させることができる。特許文献２には、ポンプケーシングの下端部に重量可変部を設けた立軸ポンプが提案されている。これによって、ポンプケーシングの固有振動数を変化させることができる。また、特許文献３には、基礎に据え付けられた架台上に載置された電動機の上端部に弾性部材を設置し、さらに弾性部材の先端に動吸震装置の重錘を取り付けた立軸ポンプが提案されている。これによって、架台および電動機を含む立軸ポンプの床上部分での共振現象を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６１２８５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４１９６０号公報
【特許文献３】特開２００７−３２６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の技術のうち、特許文献１および特許文献２に記載された技術は、立軸ポンプで運転時に発生する共振現象のうち、主にポンプケーシングを含む立軸ポンプの床下部分で発生するものを抑制する。一方、特許文献３に記載された技術は、電動機などの回転駆動源と、回転駆動源を支持する支持構造とを含む立軸ポンプの床上部分で発生する共振現象を抑制するが、弾性部材や重錘を別途用意して取り付ける必要がある。このように、特に立軸ポンプの床上部分で発生する共振現象を効果的に抑制するための技術は、まだ十分に提案されているとはいえない。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一つは、回転駆動源自体の重量を活用して立軸ポンプの床上部分で運転時に発生する共振現象を効果的に抑制することが可能な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】
【０００８】
本発明のある観点によれば、基礎床よりも下に設置される羽根車と、基礎床よりも上に
設置される回転駆動源と、羽根車および回転駆動源を互いに連結する主軸と、基礎床に設置されて回転駆動源を支持する支持構造と、支持構造を少なくとも一方に含む２つの部材の間に設置され、基礎床に対する回転駆動源の高さを調節することを可能にする高さ調節部材とを備える立軸ポンプが提供される。
【０００９】
上記の構成では、基礎床に対する回転駆動源の高さを調節することによって、回転駆動源を含む床上部分の固有振動数を変化させることができる。重量物である回転駆動源自体の高さが変化するため、床上部分の固有振動数を変化させる効果は大きい。床上部分の固有振動数を立軸ポンプの運転時振動数から遠ざかるように変化させることによって、運転時に床上部分で発生する共振現象を効果的に抑制することが可能になる。
【００１０】
上記の立軸ポンプにおいて、高さ調節部材は、支持構造と回転駆動源との間、または基礎床と支持構造との間に挿入することが可能な少なくとも１つのスペーサを含んでもよい。少なくとも１つのスペーサは、高さが異なる複数のスペーサを含み、高さが異なる複数のスペーサのうちのいずれかを選択することによって回転駆動源の高さが調節されてもよい。また、少なくとも１つのスペーサは、同じ高さの複数のスペーサを含み、同じ高さの複数のスペーサの数を変更することによって回転駆動源の高さが調節されてもよい。代替的に、または付加的に、支持構造は、上下方向について複数の部材に分割され、高さ調節部材は、複数の部材の間に挿入することが可能な少なくとも１つのスペーサを含んでもよい。
【００１１】
このように、立軸ポンプにおける回転駆動源の高さの調節は、例えばスペーサのような単純な構造によって実現することができる。スペーサは、床上部分において、基礎床と支持構造との間、支持構造と回転駆動源との間、または支持構造の複数の部材の間など、任意の箇所に挿入することができる。例えば、１つの箇所に複数のスペーサを挿入したり、１つのスペーサを複数の箇所に挿入したりすることによって、回転駆動源の高さを多段階で調節することが可能であってもよい。また、床上部分の固有振動数は、スペーサ自体の重量が加わることによっても変化する。従って、例えばスペーサがある程度の重量をもつように材質または構造を選択することによって、スペーサが固有振動数を変化させる効果を向上させてもよい。
【００１２】
上記の立軸ポンプは、主軸と回転駆動源との連結を維持しながら主軸に対する回転駆動源の相対的な位置を変更することを可能にする可変長連結部材をさらに備えてもよい。
【００１３】
例えば主軸の位置が固定されている場合、回転駆動源の高さを調節するのに伴って、主軸に対する回転駆動源の相対的な位置を変更する必要が生じる。このような位置の変更は、例えば上記のような可変長連結部材によって実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る立軸ポンプの構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す立軸ポンプにおける可変長連結部材の拡大図である。
【図３】図２に示した可変長連結部材の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る立軸ポンプの構成を示す縦断面図である。図１を参照すると、立軸ポンプ１は、吊下管２と、ポンプケーシング３と、羽根車４と、主軸５と、電動機６と、架台７と、スペーサ８とを含む。ここで、吊下管２は、フランジ２ａを介して基礎床９に固定される。また、吊下管２は、フランジ２ａよりも下の縦管部分２ｂと
、フランジ２ａよりも上の曲管部分２ｃとを含む。なお、吊下管２は、例えば縦管部分２ｂと曲管部分２ｃとが一体として形成されてもよいし、縦管部分２ｂと曲管部分２ｃとの間、および／または他の箇所で分割され、分割された複数の部分がフランジなどを用いて互いに連結されてもよい。
【００１７】
ポンプケーシング３は、吊下管２の縦管部分２ｂの下端部に接続される。ポンプケーシング３内には、羽根車４が配置される。ポンプケーシング３の下端部は開放され、流体の吸込口を形成している。なお、ポンプケーシング３および羽根車４の形状は、斜流ポンプを構成するように図示されているが、このような例には限られず、例えばポンプケーシング３と羽根車４とによって軸流ポンプが構成されてもよい。また、案内羽根３ｂなどのポンプの他の付属部材が、必要に応じてポンプケーシング３内に配置されてもよい。図示された例ではポンプケーシング３内に単一の羽根車４が配置されるが、他の例では、ポンプケーシング３内に、直列に配列された複数の羽根車４が配置されてもよい。さらに、立軸ポンプ１は、それぞれ１または複数の羽根車４が中に配置された複数のポンプケーシング３を含んでもよく、この場合、ポンプケーシング３は、吊下管２の縦管部分２ｂの下端部に限らず、例えば縦管部分２ｂの途中に配置されてもよい。
【００１８】
主軸５は、吊下管２の縦管部分２ｂを縦貫して延びる回転軸である。主軸５の下端部は、ポンプケーシング３内で羽根車４に連結されている。また、主軸５の他方の端部は、吊下管２の曲管部分２ｃを貫通してさらに上方に延び、電動機６に連結されている。これによって、主軸５は、電動機６が発生させたトルクを羽根車４に伝達し、羽根車４を回転させることができる。主軸５を回転可能に支持するために、ポンプケーシング３内に水中軸受３ａが、吊下管２の曲管部分２ｃに上部軸受２ｄが、それぞれ配置される。吊下管２の縦管部分２ｂに追加の水中軸受が配置されてもよい。
【００１９】
電動機６は、基礎床９および吊下管２の上方に配置されている。電動機６は、主軸５を介して羽根車４を回転させる回転駆動源の一例である。他の実施形態では、回転駆動源として内燃機関などが用いられてもよい。架台７は、基礎床９に設置されて電動機６を支持する支持構造の一例である。架台７は、例えば図示されているように、上下方向について分割された複数の部材（天板７ａおよび脚部７ｂ）が互いに連結されることによって構成される。この例には限られず、架台７は、例えば天板７ａと脚部７ｂとの間に設けられる梁などの他の部材を含んでもよいし、脚部７ｂがさらに複数の部分に分割されてもよい。また、架台７は、例えば図示されているように直接的に基礎床９に設置されてもよいし、例えば吊下管２のフランジ２ａを介して間接的に基礎床９に設置されてもよい。
【００２０】
上記のような立軸ポンプ１では、電動機６が、主軸５を介して、ポンプケーシング３内に配置された羽根車４を回転させる。これによって、例えば水などの流体が下方からポンプケーシング３内に吸い込まれ、加圧される。加圧された流体は、吊下管２の縦管部分２ｂを上方へと圧送され、曲管部分２ｃを経て吐出される。このようにして、立軸ポンプ１は、例えば揚水などの機能を実現することができる。しかしながら、立軸ポンプ１では、運転時に主軸５に発生する振動によって共振現象が引き起こされ、運転の支障になる場合があることは既に述べたとおりである。
【００２１】
本実施形態では、立軸ポンプ１の電動機６を含む床上部分で発生する共振現象を抑制するために、基礎床９に対する電動機６の高さを調節することを可能にする高さ調節部材としてスペーサ８が設置される。架台７と電動機６との間にスペーサ８が挿入されると、基礎床９に対する電動機６の高さがスペーサ８の高さＨの分だけ高くなる。このように基礎床９に対する電動機６の高さが変化すれば、電動機６と架台７とを含む立軸ポンプ１の床上部分の固有振動数が変化する。本実施形態では、例えば電動機６の上方に重錘などを含む動吸震装置を取り付ける場合と比べて、重量物である電動機６自体の高さが変化するた
め、効果的に床上部分の固有振動数を変化させることができる。スペーサ８を挿入することによって、立軸ポンプ１の床上部分の固有振動数が運転時振動の振動数から遠ざかれば、運転時に立軸ポンプ１の床上部分で発生する共振現象を効果的に抑制することができる。
【００２２】
スペーサ８は、架台７と電動機６との間に挿入される。図示された例において、スペーサ８は、架台７の天板７ａと、電動機６のハウジングの下面に形成されるフランジ６ａとの間に挿入される。スペーサ８は、例えば、上記のフランジ６ａおよび天板７ａとの連結を容易にするために、図示された例のように両側にフランジ８ａ，８ｂが形成された溝形断面を有してもよい。この場合、フランジ６ａおよび天板７ａとフランジ８ａ，８ｂとは、フランジを貫通するボルトによって、またはフランジを挟み込むクランプなどによって連結される。あるいは、スペーサ８は、フランジが形成されない矩形断面を有してもよい。この場合、フランジ６ａと天板７ａとは、例えばスペーサ８に形成された貫通孔に挿通されたボルトによって互いに連結される。あるいは、フランジ６ａと天板７ａとは、スペーサ８の外側を回ってこれらのフランジを挟み込むクランプなどによって互いに連結されてもよい。ここで、床上部分の固有振動数は、スペーサ８自体の重量が加わることによっても変化する。従って、スペーサ８の材質または構造は、床上部分の固有振動数を変化させる効果を向上させるために、ある程度の重量をもつように選択されてもよい。
【００２３】
なお、スペーサ８は、基礎床９に対する電動機６の高さを調節することを可能にする高さ調節部材として設置されるため、常に立軸ポンプ１に設置されているとは限らない。つまり、例えば、基礎床９に対する電動機６の高さを最も低くすることが望まれる場合には、電動機６のフランジ６ａと架台７の天板７ａとが直接的に連結され、スペーサ８がそこに挿入されないことがありうる。従って、立軸ポンプ１では、架台７と電動機６との間に挿入することが可能であるようにスペーサ８が用意されるものの、実際には架台７と電動機６との間にスペーサ８が挿入されていない場合がありうる。
【００２４】
最も単純な構成として、立軸ポンプ１では、単一のスペーサ８が用意され、このスペーサ８を架台７と電動機６との間に挿入するか、しないかによって、基礎床９に対する電動機６の高さが２段階で調節可能であってもよい。例えば、床上部分において最も支配的な振動モードにおける共振現象だけが問題であり、他の振動モードでの共振現象の影響を無視できる場合、単一の固有振動数を立軸ポンプ１の運転時振動数から遠ざけることだけが必要とされる。この場合、スペーサ８は、電動機６の高さを２段階で調節可能にすれば十分でありうる。
【００２５】
あるいは、立軸ポンプ１では、高さＨの異なる複数のスペーサ８が用意され、どのスペーサ８を架台７と電動機６との間に挿入するかによって、基礎床９に対する電動機６の高さが多段階で調節可能であってもよい。例えば、床上部分の複数の振動モードのそれぞれにおける共振現象が問題になる場合、複数の固有振動数のそれぞれを立軸ポンプ１の運転時振動数から遠ざけることが必要とされる。この場合、電動機６の高さを２段階に調節するだけでは、調節の前後でそれぞれ異なる振動モードの固有振動数が立軸ポンプ１の運転時振動数に近づいてしまう可能性がある。従って、この場合、スペーサ８が、電動機６の高さを多段階で調節可能にすることが有利でありうる。
【００２６】
さらなる代替的な構成として、立軸ポンプ１において、スペーサ８は、基礎床９と架台７との間に挿入されてもよい。この場合、スペーサ８は、基礎床９および架台７のそれぞれと直接的に連結されてもよいし、例えば架台７とは直接的に連結される一方で、基礎床９には吊下管２のフランジ２ａを介して間接的に連結されてもよい。この場合、さらに別のスペーサ８が、架台７と電動機６との間に挿入されてもよい。このようにスペーサ８を挿入可能な箇所が複数ある場合、それぞれの挿入可能な箇所にスペーサ８を選択的に挿入
することによって、上述したような電動機６の高さの多段階の調節が実現されうる。
【００２７】
あるいは、立軸ポンプ１において、スペーサ８は、架台７の複数の部材の間に挿入されてもよい。例えば、架台７に含まれる天板７ａと脚部７ｂとが分離可能に構成され、天板７ａと脚部７ｂとの間にスペーサ８が挿入されてもよい。このように架台７の複数の部材の間にスペーサ８が挿入されるのに加えて、上記のように架台７と電動機６との間、または基礎床９と架台７との間にスペーサが挿入されてもよい。
【００２８】
図２は、図１に示す立軸ポンプにおける可変長連結部材の拡大図である。図１に加えて図２を参照すると、本実施形態において、立軸ポンプ１は、主軸５を電動機６に連結する可変長連結部材１０をさらに含む。可変長連結部材１０は、例えば立軸ポンプ１において主軸５の鉛直方向位置が固定されている場合に、主軸５と電動機６との連結を維持しながら主軸５に対する電動機６の相対的な位置を変更することを可能にする。より具体的には、可変長連結部材１０は、主軸５に連結される下部継手１０ａと、電動機６から延びる駆動軸６ｂに連結される上部継手１０ｂと、下部継手１０ａと上部継手１０ｂとの間に挿入される中間継手１０ｃとを含む。例えば、下部継手１０ａと中間継手１０ｃとの間は、上部継手１０ｂと中間継手１０ｃとの間と同様に、それぞれの継手に形成されたフランジを貫通するボルトなどによって連結される。また、中間継手１０ｃが挿入されない場合、下部継手１０ａと上部継手１０ｂとが、直接的に、例えばそれぞれの継手に形成されたフランジを貫通するボルトなどによって連結される。
【００２９】
図示された例において、可変長連結部材１０中間継手１０ｃの長さＬは、スペーサ８の高さＨに対応する。立軸ポンプ１において、高さＨの単一のスペーサ８が用意される場合には、長さＬの単一の中間継手１０ｃが用意されうる。また、高さＨが異なる複数のスペーサ８が用意される場合には、それぞれの高さＨに対応する長さＬを有する複数の中間継手１０ｃが用意されうる。さらに、同じ高さＨの複数のスペーサ８を組み合わせることによって電動機６の高さが多段階で調節される場合には、同じ長さＬの複数の中間継手１０ｃが用意されうる。この場合、下部継手１０ａと上部継手１０ｂとの間に複数の中間継手１０ｃが挿入され、中間継手１０ｃ同士が連結されうる。
【００３０】
図３は、図２に示した可変長連結部材の別の例を示す図である。図３を参照すると、本変形例において、立軸ポンプ１は、主軸５を電動機６に連結する別の種類の可変長連結部材２０を含む。この可変長連結部材２０もまた、例えば立軸ポンプ１において主軸５の鉛直方向位置が固定されている場合に、主軸５と電動機６との連結を維持しながら主軸５に対する電動機６の相対的な位置を変更することを可能にする。より具体的には、可変長連結部材２０は、主軸５に連結される下部継手２０ａと、電動機６から延びる駆動軸６ｂに連結される上部継手２０ｂとを含む。下部継手２０ａと、上部継手２０ｂとは、例えばフランジを用いて互いに連結される。下部継手２０ａは、主軸５が挿入されるスリーブ２０ｃと、スリーブ２０ｃ内に主軸５を固定する固定ボルト２０ｄとを含む。同様に、上部継手２０ｂは、駆動軸６ｂが挿入されるスリーブ２０ｅと、スリーブ２０ｅ内に駆動軸６ｂを固定する固定ボルト２０ｆとを含む。
【００３１】
上記のような可変長連結部材２０では、下部継手２０ａの固定ボルト２０ｄ、または上部継手２０ｂの固定ボルト２０ｆの少なくともいずれかを緩めることによって、主軸５と駆動軸６ｂとの間隔を調節することができる。つまり、例えば固定ボルト２０ｄを緩めた状態で主軸５をスリーブ２０ｃから引き出したり、固定ボルト２０ｆを緩めた状態で駆動軸６ｂをスリーブ２０ｅから引き出したりすることによって、主軸５と電動機６との間隔を広げることができる。また、同様に、固定ボルト２０ｄまたは固定ボルト２０ｆを緩めた状態で、主軸５をスリーブ２０ｃに差し込んだり、駆動軸６ｂをスリーブ２０ｅに差し込んだりすることによって、主軸５と電動機６との間隔を狭めることができる。緩められ
た固定ボルトを締めることによって、主軸５と駆動軸６ｂとは再び連結される。このようにして、可変長連結部材２０は、主軸５と電動機６との連結を維持しながら、スペーサ８の挿入による電動機６の高さの調節に応じて、主軸５と電動機６との間隔を調節することを可能にする。
【００３２】
なお、他の例では、可変長連結部材２０において、下部継手２０ａおよび上部継手２０ｂのうちの一方でのみ、調整時に緩めることが可能な固定ボルトが設置され、軸をスリーブから引き出す、または軸をスリーブに差し込むことが可能であってもよい。この場合、下部継手２０ａおよび上部継手２０ｂのうちの他方では、スリーブに差し込まれた軸が、調整時にも緩められないボルト、または溶接などによって固定される。
【００３３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲はかかる例に限定されない。本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００３４】
１    立軸ポンプ
２    吊下管
２ａ    フランジ
２ｂ    縦管部分
２ｃ    曲管部分
３    ポンプケーシング
４    羽根車
５    主軸
６    電動機
６ａ    フランジ
６ｂ    駆動軸
７    架台
７ａ    天板
７ｂ    脚部
８    スペーサ
８ａ，８ｂ    フランジ
９    基礎床
１０，２０    可変長連結部材
【図１】
2017133408.tif 000003
【図２】
2017133408.tif 000004
【図３】
2017133408.tif 000005