(57)【要約】【課題】羽根とケーシングとの間のクリアランスへの固形物の噛み込みを簡便な装置構成でより確実に抑制する。【解決手段】ケーシングと、ケーシング内に設けられ、複数の羽根を有する羽根車とを備える可動羽根ポンプが提供される。上記可動羽根ポンプは、複数の羽根の取付角度を変化させる角度可変機構と、取付角度が周期的に変化するように角度可変機構を制御する制御装置とをさらに備える。制御装置は、取付角度が連続的または間欠的に振動するように角度可変機構を制御してもよい。【選択図】図１
2017040171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、複数の羽根を有する羽根車とを備える可動羽根ポンプであって、
前記複数の羽根の取付角度を変化させる角度可変機構と、
前記取付角度が周期的に変化するように前記角度可変機構を制御する制御装置と
をさらに備える、可動羽根ポンプ。
【請求項２】
前記制御装置は、前記取付角度が連続的または間欠的に振動するように前記角度可変機構を制御する、請求項１に記載の可動羽根ポンプ。
【請求項３】
前記制御装置は、前記取付角度が設定角度を中心にして対称に振動するように前記角度可変機構を制御する、請求項２に記載の可動羽根ポンプ。
【請求項４】
前記制御装置は、前記取付角度が少なくとも設定可能な最大角度または最小角度を含む領域で周期的に変化するように前記角度可変機構を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の可動羽根ポンプ。
【請求項５】
ケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、複数の羽根を有する羽根車とを含む可動羽根ポンプの運転方法であって、
前記羽根車は、前記複数の羽根の取付角度を変化させる角度可変機構をさらに有し、
前記運転方法は、前記取付角度が周期的に変化するように前記角度可変機構を制御するステップを含む、可動羽根ポンプの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動羽根ポンプおよび可動羽根ポンプの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可動羽根ポンプは、流量の変動に対して羽根の取付角度を変化させることによって軸動力を削減し、効率を向上させることが可能である、といったような特徴のために、揚水または排水などの用途で広く用いられている。
【０００３】
ところが、可動羽根ポンプでは、羽根の取付角度を変化させると、羽根とケーシングとの間のクリアランスの大きさも変化する。このため、例えば、汲み上げる流体に固形物が含まれる場合、流体中に含まれる固形物がこのクリアランスに噛み込まれてしまうことがあった。固形物が噛み込まれると、羽根の回転が阻害され、羽根の破損または角度可変機構などの故障につながる可能性がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１では、羽根車の回転駆動機構、または羽根の角度可変機構において固形物の噛み込みによる異常トルクが検出された場合、羽根がケーシングに設けられた溝に平行になるように羽根の取付角度を調整する技術が記載されている。このような取付角度が設定された場合、羽根とケーシングとの間のクリアランスは最大になるため、噛み込まれていた固形物が取り除かれ、運転を継続することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２１１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１に記載されたような技術では、異常トルクを検出する装置が必要とされる。このような装置は、可動羽根ポンプの装置構成をより複雑にする。また、装置故障のために異常トルクが正しく検出されなかった場合には、羽根の破損または角度可変機構などの故障を避けられない可能性がある。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされた。本発明の目的の一つは、羽根とケーシングとの間のクリアランスへの固形物の噛み込みを簡便な装置構成でより確実に抑制することが可能な、新規かつ改良された可動羽根ポンプおよび可動羽根ポンプの運転方法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、ケーシングと、ケーシング内に設けられ、複数の羽根を有する羽根車とを備える可動羽根ポンプが提供される。上記可動羽根ポンプは、複数の羽根の取付角度を変化させる角度可変機構と、取付角度が周期的に変化するように角度可変機構を制御する制御装置とをさらに備える。
【０００９】
上記の構成では、検出装置のような複雑な装置構成を用いなくても、羽根の取付角度が周期的に変化することによって固形物の噛み込みが抑制される。例えば、羽根とケーシングとの間のクリアランスを徐々に大きくすることによって噛み込まれた固形物を解放したり、または羽根とケーシングとの間のクリアランスを徐々に小さくすることによって固形物を弾き出したりすることができる。
【００１０】
上記の可動羽根ポンプにおいて、制御装置は、取付角度が連続的または間欠的に振動するように角度可変機構を制御してもよい。また、この場合、制御装置は、取付角度が設定角度を中心にして対称に振動するように角度可変機構を制御してもよい。
【００１１】
取付角度を連続的または間欠的に振動させる場合、羽根が連続的に、または間欠的に、駆動軸の回りに揺動している状態になる。従って、羽根とケーシングとの間のクリアランスに噛み込まれそうになった固形物が、クリアランスが広がったことによって噛み込まれずに通過したり、クリアランスが狭まったことによって噛み込まれずに弾き出されたりする作用が、連続的または間欠的に発生する。取付角度が設定角度を中心にして対称に振動する場合には、取付角度の時間平均を設定角度に一致させることができる。
【００１２】
上記の可動羽根ポンプにおいて、制御装置は、取付角度が少なくとも設定可能な最大角度または最小角度を含む領域で周期的に変化するように角度可変機構を制御してもよい。この場合、羽根とケーシングとの間のクリアランスが徐々に大きくなるときに噛み込まれた固形物を解放する作用を最大限に利用して、固形物の噛み込みを抑制することができる。
【００１３】
本発明の別の観点によれば、ケーシングと、ケーシング内に設けられ、複数の羽根を有する羽根車とを含む可動羽根ポンプの運転方法が提供される。上記運転方法において、羽根車は、複数の羽根の取付角度を変化させる角度可変機構をさらに有する。また、運転方法は、取付角度が周期的に変化するように角度可変機構を制御するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る可動羽根ポンプの縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における羽根の取付角度の定義の例について説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態における羽根の取付角度の制御の第１の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における羽根の取付角度の制御の第２の例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における羽根の取付角度の制御の第３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の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可動羽根ポンプの縦断面図である。図１を参照すると、本実施形態に係る可動羽根ポンプ１は、ケーシング２と、羽根車３と、角度可変機構５と、制御装置６とを含む。ケーシング２内に設けられる羽根車３は、複数の羽根４を有する。角度可変機構５は、羽根４の取付角度を変化させる。本実施形態において、角度可変機構５は、駆動軸５ａと、リンク５ｂと、ロッド５ｃとを含む。羽根車３の回転軸ＲＡに沿って延びるロッド５ｃを軸方向に移動させることによって、リンク５ｂが駆動軸５ａを回動させ、羽根４の取付角度が変化する。制御装置６は、このような角度可変機構５を制御する。より具体的には、制御装置６は、駆動装置（図示せず）によるロッド５ｃの軸方向の移動を制御する。なお、図示された例において、角度可変機構５のロッド５ｃは、羽根車３の下流側に向かって延びているが、他の例では、ロッド５ｃが羽根車３の上流側に向かって延び、羽根車３の前端部ＦＥに制御装置６が設けられてもよい。
【００１７】
本実施形態において、制御装置６は、羽根４の取付角度が可動羽根ポンプ１の流量に応
じた適切な設定角度になるように、角度可変機構５を制御する。さらに、制御装置６は、羽根４の取付角度が周期的に変化するように、角度可変機構５を制御する。このような制御装置６は、例えば、プロセッサおよびメモリを有するコンピュータでありうる。この場合、プロセッサは、別途測定または設定された可動羽根ポンプ１の流量などのデータを処理し、角度可変機構５のロッド５ｃを軸方向に移動させる駆動装置への制御信号を発生させる。メモリは、プロセッサが動作するためのプログラム、流量ごとの設定角度の定義、および取付角度を周期的に変化させるパターンなどのデータを記憶する。
【００１８】
制御装置６が羽根４の取付角度を周期的に変化させる制御を実行することによって、可動羽根ポンプ１では、羽根４とケーシング２との間のクリアランスの大きさが周期的に変化する。図では、ケーシング２との間のクリアランスの大きさが最小であるときの羽根４ａと、取付角度が変化したことによってクリアランスが広がったときの羽根４ｂとが示されている。例えば、このような周期的な変化において、クリアランスを徐々に大きくすることによって噛み込まれた固形物を解放したり、クリアランスを徐々に小さくすることによって固形物を弾き出したりすることができる。
【００１９】
以下では、上記のような制御装置６による羽根４の取付角度の制御の具体例について、さらに説明する。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態における羽根の取付角度の定義の例について説明するための図である。図２には、羽根４と、角度可変機構５の駆動軸５ａと、羽根車３の回転軸ＲＡと、羽根４の中立面ＮＳとが示されている。羽根４は三次元的な形状を有するため、さまざまな取付角度が定義できうるが、図２を参照して説明するのはその一例である。図示された例では、回転軸ＲＡと駆動軸５ａとを含む平面と、羽根４の中立面ＮＳとがなす角度が、羽根４の取付角度θとして定義される。なお、中立面ＮＳは曲面でありうるため、取付角度θは、羽根４の内側（回転軸ＲＡに近い側）と外側（回転軸ＲＡから遠い側）とで異なりうる。この場合も、例えば取付角度θが定義される位置の回転軸ＲＡからの距離が一定であれば、どの位置で取付角度θを定義してもよい。
【００２１】
図３は、本発明の一実施形態における羽根の取付角度の制御の第１の例を示す図である。図示された例では、取付角度θが、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧを中心にして、上限角度θＴＯＰと下限角度θＢＯＴＴＯＭとの間で連続的に振動する。上限角度θＴＯＰおよび下限角度θＢＯＴＴＯＭは、それぞれ、例えば設定角度θＳＥＴＴＩＮＧに所定の角度を加算および減算することによって算出される。図示された例では、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧに対して上限角度θＴＯＰと下限角度θＢＯＴＴＯＭとがほぼ対称に決定されている。他の例では、上限角度θＴＯＰおよび下限角度θＢＯＴＴＯＭは、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧに対して非対称に決定されてもよい。例えば、取付角度θを上限角度θＴＯＰまたは下限角度θＢＯＴＴＯＭにした場合に可動羽根ポンプ１の軸動力または効率がどの程度変化するかに応じて、上限角度θＴＯＰおよび下限角度θＢＯＴＴＯＭを個別に決定してもよい。
【００２２】
この第１の例では、羽根４が連続的に駆動軸５ａの回りに揺動している状態になる。従って、羽根４とケーシング２との間のクリアランスに噛み込まれそうになった固形物が、クリアランスが広がったことによって噛み込まれずに通過したり、クリアランスが狭まったことによって噛み込まれずに弾き出されたりする作用が連続的に発生し、これによって固形物の噛み込みを抑制することができる。また、取付角度θが設定角度θＳＥＴＴＩＮＧを中心にして対称に振動する場合には、取付角度θの時間平均を設定角度θＳＥＴＴＩＮＧに一致させることができる。
【００２３】
図４は、本発明の一実施形態における羽根の取付角度の制御の第２の例を示す図である
。図示された例では、取付角度θが、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧを中心にして、最大角度θＭＡＸと最小角度θＭＩＮとの間で間欠的に振動する。最大角度θＭＡＸは、角度可変機構５によって設定可能な取付角度θの最大値であり、最小角度θＭＩＮは、同じく角度可変機構５によって設定可能な取付角度θの最小値である。図示された例では、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧはどちらかといえば最大角度θＭＡＸに近い。それゆえ、例えば取付角度θを最大角度θＭＡＸと最小角度θＭＩＮとの間で１回振動させた場合、振動中の取付角度θの時間平均は設定角度θＳＥＴＴＩＮＧよりも小さくなる。従って、この例では、時間間隔ＩＮＴを設定することで、取付角度θの長期的な時間平均が、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧから離れすぎないようにしている。さらに、制御装置６は、取付角度θの長期的な時間平均が設定角度θＳＥＴＴＩＮＧよりも小さくなることを見越して、必要とされる可動羽根ポンプ１の軸動力および効率に対してわずかに大きい設定角度θＳＥＴＴＩＮＧを決定してもよい。この場合、逆に設定角度θＳＥＴＴＩＮＧがどちらかといえば最小角度θＭＩＮに近い場合、制御装置６は、必要とされる軸動力および効率に対してわずかに小さい設定角度θＳＥＴＴＩＮＧを決定する。
【００２４】
この第２の例では、取付角度θが最大角度θＭＡＸと最小角度θＭＩＮとの間で振動する。羽根４とケーシング２との間のクリアランスは、取付角度θが最大角度θＭＡＸまたは最小角度θＭＩＮのいずれか、または両方の場合に、最大になる。従って、取付角度θが振動する範囲に最大角度θＭＡＸおよび最小角度θＭＩＮの両方を含めることによって、確実に、取付角度θの振動中にクリアランスを最大にすることができる。これによって、クリアランスが徐々に大きくなるときに噛み込まれた固形物を解放する作用を最大限に利用して、固形物の噛み込みを抑制することができる。ただし、取付角度θの振幅が大きくなることによって、振動の間は取付角度θが設定角度θＳＥＴＴＩＮＧから大きく離れてしまうことになるため、時間間隔ＩＮＴを設定して、取付角度θを間欠的に振動させることが望ましい。なお、図４の例に示されているように、取付角度θの間欠的な振動において、時間間隔ＩＮＴをおいて実行される振動のシーケンスは必ずしも同じでなくてもよい。図４の例では、時間間隔ＩＮＴをおいて実行される２つの振動のシーケンスが、時間的に反転している。また、図４の例では、振動のシーケンスが１周期分の振動だけを含むが、他の例では、振動のシーケンスが１周期以上の振動、または半周期単位の振動を含んでもよい。
【００２５】
図５は、本発明の一実施形態における羽根の取付角度の制御の第３の例を示す図である。図示された例では、取付角度θが間欠的に設定角度θＳＥＴＴＩＮＧから最大角度θＭＡＸまで上昇し、また設定角度θＳＥＴＴＩＮＧに戻る。上記の通り、最大角度θＭＡＸは、角度可変機構５によって設定可能な取付角度θの最大値である。この第３の例でも、上記の２つの例と同様に羽根４の取付角度θは周期的に変化する。ただし、この第３の例では、上記の２つの例とは異なり、取付角度θは振動しない。従って、このような変化を導入することによって、取付角度θの時間平均は設定角度θＳＥＴＴＩＮＧよりも大きくなる。従って、この例では、時間間隔ＩＮＴを設定することで、取付角度θの長期的な時間平均が、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧから離れすぎないようにしている。さらに、制御装置６は、取付角度θの長期的な時間平均が設定角度θＳＥＴＴＩＮＧよりも大きくなることを見越して、必要とされる可動羽根ポンプ１の軸動力および効率に対してわずかに大きい設定角度θＳＥＴＴＩＮＧを決定してもよい。
【００２６】
この第３の例では、上記の第２の例と同様に、取付角度θが最大角度θＭＡＸを含む領域で周期的に変化するため、羽根４とケーシング２との間のクリアランスが徐々に大きくなるときに噛み込まれた固形物を解放する作用を最大限に利用して、固形物の噛み込みを抑制することができる。ただし、取付角度θは振動せず、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧから最大角度θＭＡＸまで上昇して戻るだけであるため、時間間隔ＩＮＴを設定して取付角度θの変化を間欠的にし、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧで実現されるものに近い可動羽根ポン
プ１の軸動力および効率を実現できるようにすることが望ましい。なお、図５に示された例では、取付角度θが設定角度θＳＥＴＴＩＮＧから最大角度θＭＡＸまで上昇しているが、本実施形態はこのような例には限られない。例えば、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧと最大角度θＭＡＸとの差が大きいような場合には、上記の第１の例で説明されたような上限角度θＴＯＰを別途設定してもよい。この場合、制御装置６は、取付角度θが間欠的に設定角度θＳＥＴＴＩＮＧから上限角度θＴＯＰまで上昇し、また設定角度θＳＥＴＴＩＮＧに戻るように角度可変機構５を制御する。あるいは、逆に、取付角度θが設定角度θＳＥＴＴＩＮＧから下限角度θＭＩＮまたは下限角度θＢＯＴＴＯＭまで下降して戻るように、制御装置６が角度可変機構５を制御することも可能である。
【００２７】
上記の第３の例のような制御は、例えば、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧがどちらかといえば最大角度θＭＡＸに近く、羽根４とケーシング２との間のクリアランスが最大角度θＭＡＸで実質的に最大になることが既知である場合に有効である。逆に、例えば、設定角度θＳＥＴＴＩＮＧが最大角度θＭＡＸと最小角度θＭＩＮのどちらに近いかが不明であったり、クリアランスの大きさが最大角度θＭＡＸと最小角度θＭＩＮとで大きく異なる（つまり、クリアランスは最大角度θＭＡＸまたは最小角度θＭＩＮの一方で最大になるが、他方ではそれほど大きくない）可能性があったりする場合には、上記の第２の例のような制御を採用することによって、より確実に、取付角度θの振動中にクリアランスを最大にすることができる。
【００２８】
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】
【００２９】
１    可動羽根ポンプ
２    ケーシング
３    羽根車
４    羽根
５    角度可変機構
６    制御装置
【図１】
2017040171.tif 000003
【図２】
2017040171.tif 000004
【図３】
2017040171.tif 000005
【図４】
2017040171.tif 000006
【図５】
2017040171.tif 000007