(57)【要約】      （修正有）【課題】吸込部におけるポンプ流量の周方向における相違を抑制する。【解決手段】吸い込まれる水が通過する吸込流路が形成されている吸込管２１と、回転シャフト２と、吸込管２１を通して水が流入し且つ回転シャフト２を中心にして回転可能な羽根車２５と、回転シャフト２に交わる向きに可動であり且つ吸込流路において設けられた可動翼２９と、を有する。【選択図】図３
2017172335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸い込まれる水が通過する吸込流路が形成されている吸込管と、
回転シャフトと、
前記吸込管を通して水が流入し且つ前記回転シャフトを中心にして回転可能な羽根車と、
前記回転シャフトに交わる向きに可動であり且つ前記吸込流路において設けられた可動翼と、
を備えるポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプと、
前記ポンプの水の流量を計測する流量計と、
前記流量計で計測された水の流量に応じて、前記可動翼の傾き角度を可変させる制御部と、
を備えるポンプシステム。
【請求項３】
前記制御部は、前記吸込流路の水の流量が多いほど水が前記羽根車の吸込部の周りを通ってから当該吸込部に流入するよう前記可動翼の傾き角度を変更する
請求項２に記載のポンプシステム。
【請求項４】
前記制御部は、前記吸込流路の水の流量が多いほど、当該水の流れの速度方向に対する前記可動翼の傾き角度を大きくする
請求項３に記載のポンプシステム。
【請求項５】
前記制御部は、前記可動翼にかかる揚力が０以上で且つ前記可動翼の傾き角度に応じて前記揚力が単調に増加する角度範囲で、前記可動翼の傾き角度を可変させる
請求項２から４のいずれか一項に記載のポンプシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のポンプと、
前記ポンプの水の流量に応じて、前記可動翼の傾き角度を可変させる制御部と、
を備えるポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ及びポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプには羽根車が設けられており、図９の矢印Ｃに示すように、羽根車の水の吸込み口である吸込部ＩＮから流入した水が回転シャフトに沿って進んだ後に、矢印Ｄのように、羽根ＷＧにそって径方向に押し出され、矢印Ｅに示すように出口ＯＵＴから吐き出される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１７７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１０に示すように、羽根車は回転シャフトを中心に回転しているため、羽根車の吸込部ＩＮにおける流体の接線速度ベクトルｕを有する。また、吸込部ＩＮにおける流体の絶対速度ベクトルｖは、接線速度ベクトルｕと吸込部ＩＮにおける羽根車から見た流体の相対速度ベクトルｗとを合成したものである。ここで、流体の絶対速度ベクトルｖは、静止座標系から見た速度ベクトルであり、実際のポンプ流量を表す。
【０００５】
ポンプ、特に両吸込みポンプでは、吸込部ＩＮにおけるポンプ流量すなわち絶対速度ベクトルｖが周方向で異なっている。羽根車は一定の速度で回転するため、接線速度ベクトルｕは周方向に一定であるから、相対速度ベクトルｗが周方向に異なっている。
【０００６】
ポンプの流量が大きい所では、相対速度ベクトルｗの接線速度ベクトルｕに対する角度である迎角δ（図１０参照）が大きくなる。迎角δが大きくなると、羽根ＷＧ近傍における水の剥離によるキャビテーションの発生（例えば、振動あるいは潰食）及びポンプ効率の低下といった問題を引き起こす。ここで、潰食とは泡が潰れる瞬間の衝撃波で破壊されることである。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、吸込部における水の流量の周方向における相違を抑制することを可能とするポンプ及びポンプシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に係るポンプは、吸い込まれる水が通過する吸込流路が形成されている吸込管と、回転シャフトと、前記吸込管を通して水が流入し且つ前記回転シャフトを中心にして回転可能な羽根車と、前記回転シャフトに交わる向きに可動であり且つ前記吸込流路において設けられた可動翼と、を備える。
【０００９】
この構成によれば、可動翼が可動することにより水が羽根車の吸込部の周りを通ってから当該吸込部に流入するようにできるため、吸込部における水の流量の周方向における相違を抑制することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様に係るポンプシステムは、請求項１に記載のポンプと、前記ポンプの水の流量を計測する流量計と、前記流量計で計測された水の流量に応じて、前記可動翼の傾き角度を可変させる制御部と、を備える。
【００１１】
この構成によれば、水の流量に応じて可動翼の傾き角度を変更することにより、吸込流量における流量分布を変化させることができるため、吸込部における水の流量の周方向における相違を抑制することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様に係るポンプシステムは、第２の態様に係るポンプシステムであって、前記制御部は、前記吸込流路の水の流量が多いほど水が前記羽根車の吸込部の周りを通ってから当該吸込部に流入するよう前記可動翼の傾き角度を変更する。
【００１３】
この構成によれば、吸込流路の水の流量が多いほど水が羽根車の吸込部の周りを通ってから当該吸込部に流入させることができる。このため、水の流量が多くなったときに吸込部における水の流量の周方向における相違が大きくなるのを抑制することができる。
【００１４】
本発明の第４の態様に係るポンプシステムは、第３の態様に係るポンプシステムであって、前記制御部は、前記吸込流路の水の流量が多いほど、当該水の流れの速度方向に対する前記可動翼の傾き角度を大きくする。
【００１５】
この構成によれば、吸込流路の水の流量が多いほど水が羽根車の吸込部の周りを通ってから当該吸込部に流入させることができる。このため、水の流量が多くなったときに吸込部における水の流量の周方向における相違が大きくなるのを抑制することができる。
【００１６】
本発明の第５の態様に係るポンプシステムは、第２から５のいずれかの態様に係るポンプシステムであって、前記制御部は、前記可動翼にかかる揚力が０以上で且つ前記可動翼の傾き角度に応じて前記揚力が単調に増加する角度範囲で、前記可動翼の傾き角度を可変させる。
【００１７】
この構成によれば、可動翼の傾き角度に応じて揚力が単調に増加する角度範囲を可動翼の傾き角度を可変させることにより、急激に揚力を失うことを下げることができ、安定して可動翼を動かすことができる。
【００１８】
本発明の第６の態様に係るポンプシステムは、請求項１に記載のポンプと、請求項１に記載のポンプと、前記ポンプの水の流量に応じて、前記可動翼の傾き角度を可変させる制御部と、を備える。
【００１９】
この構成によれば、水の流量に応じて可動翼の傾き角度を変更することにより、吸込流量における流量分布を変化させることができるため、吸込部における水の流量の周方向における相違を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、可動翼が可動することにより水が羽根車の吸込部の周りを通ってから当該吸込部に流入するようにできるため、吸込部における水の流量の周方向における相違を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係るポンプＰの斜視図である。
【図２】図１のＦ−Ｆ’断面図である。
【図３】本実施形態に係るポンプＰの一部の斜視構造図である。
【図４】図４（Ａ）は、ポンプＰの内側から吸込管２１の吸込流路部分を見た斜視図である。図４（Ｂ）は、旋回防止板２７が図４（Ａ）のように軸Ｂに沿って配置されている場合において１００％流量のときのＺ軸方向の流速のコンタマップである。図４（Ｃ）は、旋回防止板２７が図４（Ａ）のように軸Ｂに沿って配置されている場合において４０％流量のときのＺ軸方向の流速のコンタマップである。図４（Ｄ）は、旋回防止板２７が図４（Ａ）のように軸Ｂに沿って配置されている場合において２５％流量のときのＺ軸方向の流速のコンタマップである。
【図５】可動翼２９の揚力と抗力を説明するための図である。
【図６】可動翼２９の揚力と抗力のグラフの一例である。
【図７】本実施形態に係るポンプシステムＳの概略構成図である。
【図８】記憶部ＭＵに記憶されているテーブルＴ１の一例である。
【図９】羽根車の一例を説明するための図である。
【図１０】吸込部における速度三角形を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るポンプＰの斜視図である。ポンプＰは一例として、単段の両吸込渦巻ポンプである。ポンプＰは、ケーシング１、回転シャフト２、ラジアル軸受６、及びスラスト軸受７を備える。更にポンプＰは、吸込口１５から吸い込まれる水が通過する吸込流路が形成されている吸込管２１と、吐出口１６から吐き出される水が通過する吐出流路が形成されている吐出管２２とを備える。図１に示すようにケーシング１は、上部ケーシング１１と下部ケーシング１２とから構成され、回転シャフト２の軸心を通る水平面で分離可能に連結されている。
【００２３】
図２は、図１のＦ−Ｆ’断面図である。図２に示すようにポンプＰは、吸込管２１及び吐出管２２を通して水が流入し且つ回転シャフト２を中心にして回転可能な羽根車２５を備える。羽根車２５はケーシング１に収容されており、羽根車２５には、複数の羽根２６が設けられている。図２に示すように、回転シャフト２の周りに羽根車２５に水が吸い込まれる吸込部ＩＮが形成されている。更にポンプＰは、吸込流路に設けられ且つ羽根車２５に流入する水の旋回を防止する旋回防止板２７を備える。更にポンプＰは、回転シャフト２に交わる向き（例えば、略垂直）に可動であり且つ前記吸込流路において設けられた可動翼２９を備える。すなわち、可動翼２９がｘ軸となす角度（以下、可動翼２９の傾き角度という）αは可変である。
【００２４】
図３は、本実施形態に係るポンプＰの一部の斜視構造図である。図３に示すように、可動翼２９は一例として吸込流路に設けられており、旋回防止板２７は一例として、水が羽根車２５に流入する直前の吸込流路に設けられている。
【００２５】
図４（Ａ）は、ポンプＰの内側から吸込管２１の吸込流路部分を見た斜視図である。図４（Ａ）に示すように、旋回防止板２７が図４（Ａ）のように軸Ｂに沿って配置されており、吸込管２１の水の吐出口３２が、回転シャフト２を周方向に沿って形成されている。
【００２６】
図４（Ｂ）は、旋回防止板２７が図４（Ａ）のように軸Ｂに沿って配置されている場合において１００％流量のときのＺ軸方向の流速のコンタマップである。図４（Ｃ）は、旋回防止板２７が図４（Ａ）のように軸Ｂに沿って配置されている場合において４０％流量のときのＺ軸方向の流速のコンタマップである。図４（Ｄ）は、旋回防止板２７が図４（Ａ）のように軸Ｂに沿って配置されている場合において２５％流量のときのＺ軸方向の流速のコンタマップである。図４（Ｂ）〜（Ｄ）は、吸込管２１の水の吐出口３２におけるＺ軸方向の流速分布を示している。図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、Ｚ軸方向の流速は、周方向に沿って一様ではなく、またその流速分布も流量に応じて変化する。また、流量が多いほど、周方向の流速分布の不均一性が増す傾向にある。
【００２７】
図５は、可動翼２９の揚力と抗力を説明するための図である。図５に示すように、可動翼２９には、流れの速度方向に垂直な方向に揚力Ｌがかかり、流れの速度に平行な方向で同じ向きの抗力Ｄがかかる。揚力Ｌは、次の式（１）で表される。
【００２８】
Ｌ＝１／２×ρ×Ｓ×Ｖ2×ＣL  …（１）
【００２９】
ここで、ρは水密度で、Ｓは可動翼２９の面積、Ｖは流速、ＣLは揚力係数であり図５に示すようにｘｙ平面における可動翼２９の長さを表す。また抗力Ｄは次の式（２）で表される。
【００３０】
Ｄ＝１／２×ρ×Ｓ×Ｖ2×ＣD  …（２）
【００３１】
ここで、ＣDは抗力係数である。
続いて、図６を用いて可動翼２９の傾き角度αの可動範囲について説明する。図６は、可動翼２９の揚力と抗力のグラフの一例である。縦軸が揚力または抗力で、横軸が可動翼２９の傾き角度αである。線ＧLが揚力を表し、線ＧDが抗力を表す。角度範囲Ｒは、可動翼２９にかかる揚力が０以上で且つ可動翼２９の傾き角度αに応じて揚力が単調に増加する角度範囲である。本実施形態では、この角度範囲Ｒで可動翼２９の傾き角度αが可変する。
【００３２】
図７は、本実施形態に係るポンプシステムの概略構成図である。図７に示すように、ポンプシステムＳは、貯水されているタンクＴＫと、電動機（モータ）Ｍと、タンクＴＫに連通し電動機（モータ）Ｍによって駆動するポンプＰと、ポンプＰの吐出口に連通しており且つポンプＰから吐き出される水の流量を計測する流量計ＦＭとを備える。更にポンプシステムＳは、入口が流量計ＦＭに連通している弁Ｖと、弁Ｖの出口に連通しており弁Ｖから排出された水を増圧してタンクＴＫに排出するブースターポンプＢＰとを備える。更にポンプシステムＳは、データを記憶している記憶部ＭＵと、記憶部ＭＵにデータ信号線で接続され且つ流量計ＦＭに計測信号線を介して接続されており、電動機Ｍ、ポンプＰの可動翼２９及び弁Ｖに制御信号線を介して接続されている制御部ＣＯＮとを備える。
【００３３】
図８は、記憶部ＭＵに記憶されているテーブルＴ１の一例である。図８に示すように、記憶部ＭＵには、可動翼２９の傾き角度αと流量とが関連付けられて記憶されている。
制御部ＣＯＮは、例えば記憶部ＭＵのテーブルＴ１を参照して、流量計ＦＭで計測された水の流量に応じて、可動翼２９の傾き角度αを可変させる。これにより、水の流量に応じて可動翼２９の傾き角度αを変更することにより、吸込流量における流量分布を変化させることができるため、吸込部ＩＮにおける水の流量の周方向における相違を抑制することができる。
【００３４】
より詳細には、制御部ＣＯＮは、吸込流路の水の流量が多いほど水が羽根車２５の吸込部ＩＮの周りを通ってから当該吸込部ＩＮに流入するよう可動翼２９の傾き角度を変更する。これにより、吸込流路の水の流量が多いほど水が羽根車２５の吸込部ＩＮの周りを通ってから当該吸込部ＩＮに流入させることができる。このため、水の流量が多くなったときに吸込部ＩＮにおける水の流量の周方向における相違が大きくなるのを抑制することができる。
【００３５】
その具体的な動作例として、制御部ＣＯＮは、吸込流路の水の流量が多いほど、当該水の流れの速度方向に対する可動翼２９の傾き角度αを大きくする。これにより、吸込流路の水の流量が多いほど水が羽根車２５の吸込部ＩＮの周りを通ってから当該吸込部ＩＮに流入させることができる。このため、水の流量が多くなったときに吸込部ＩＮにおける水の流量の周方向における相違が大きくなるのを抑制することができる。
【００３６】
また制御部ＣＯＮは、可動翼２９にかかる揚力が０以上で且つ可動翼２９の傾き角度αに応じて揚力が単調に増加する角度範囲Ｒ（図６の角度範囲Ｒ参照）で、可動翼２９の傾き角度αを可変させる。これにより、可動翼２９の傾き角度αに応じて揚力が単調に増加する角度範囲Ｒを可動翼２９の傾き角度αを可変させることにより、急激に揚力を失うことを下げることができ、安定して可動翼２９を動かすことができる。
【００３７】
以上、本実施形態に係るポンプＰは、吸い込まれる水が通過する吸込流路が形成されている吸込管２１と、回転シャフト２と、吸込管２１を通して水が流入し且つ回転シャフト２を中心にして回転可能な羽根車２５と、回転シャフト２に交わる向きに可動であり且つ吸込流路において設けられた可動翼２９とを備える。この構成により、可動翼２９が可動することにより水が羽根車２５の吸込部ＩＮの周りを通ってから当該吸込部ＩＮに流入するようにできるため、吸込部ＩＮにおける水の流量の周方向における相違を抑制することができる。
【００３８】
なお、本実施形態に係る流量計ＦＭは、ポンプＰから吐き出される水の流量を計測したがこれに限らず、ポンプＰに流入する水の流量を計測してもよいし、ポンプＰの水の流量（例えば、吸込流量）を直接的にあるいは間接的に計測できればよい。
【００３９】
以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１：ケーシング
２：回転シャフト
１１：上部ケーシング
１２：下部ケーシング
１５：吸込口
１６：吐出口
２１：吸込管
２２：吐出管
２５：羽根車
２６：羽根
２７：旋回防止板
２９：可動翼
Ｐ：ポンプ
Ｓ：ポンプシステム
ＴＫ：タンク
Ｍ：電動機（モータ）
ＦＭ：流量計
Ｖ：弁
ＢＰ：ブースターポンプ
ＭＵ：記憶部
ＣＯＮ：制御部
ＩＮ：吸込部
【図１】
2017172335.tif 000003
【図２】
2017172335.tif 000004
【図３】
2017172335.tif 000005
【図４】
2017172335.tif 000006
【図５】
2017172335.tif 000007
【図６】
2017172335.tif 000008
【図７】
2017172335.tif 000009
【図８】
2017172335.tif 000010
【図９】
2017172335.tif 000011
【図１０】
2017172335.tif 000012