(57)【要約】【課題】立軸ポンプの発散的な振動を低減する。【解決手段】立軸ポンプが提供される。この立軸ポンプは、羽根車を備えた回転軸と、前記回転軸の少なくとも一部を取り囲む連絡管と、を有し、前記回転軸の軸方向に直交する断面における、前記連絡管の第１の方向における断面２次モーメントが、前記第１の方向に直交する第２の方向における断面２次モーメントの１．５倍以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車を備えた回転軸と、
前記回転軸の少なくとも一部を取り囲む連絡管と、を有し、
前記回転軸の軸方向に直交する断面における、前記連絡管の第１の方向に関する断面２次モーメントが、前記第１の方向に直交する第２の方向に関する断面２次モーメントの１．５倍以上である、立軸ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載された立軸ポンプにおいて、
前記連絡管は、前記軸方向に延在する第１のリブ及び第２のリブを有する、立軸ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載された立軸ポンプにおいて、
前記第１のリブは、前記第２のリブに対して前記連絡管の前記断面の中心位置を基準として対称となる位置に配置される、立軸ポンプ。
【請求項４】
請求項１に記載されたポンプにおいて、
前記連絡管は、前記軸方向に延在する単一リブを有する、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】
汚水ポンプ設備や排水ポンプ設備では、容量が比較的大きく、口径５００ｍｍを超える立軸ポンプ等が設置されている。図４は、従来の立軸ポンプの概略図である。図示のように、立軸ポンプ１００は、立軸ポンプ１００を設置する基礎床１１０の上方に設けられる電動機１０１と、電動機１０１によって回転される回転軸１０２と、回転軸１０２の下方先端に設けられる羽根車１０３とを有する。回転軸１０２は、駆動機１０１から、基礎床１１０の下に設けられる巨大な吸込水槽１１１に向かって鉛直下方に延在する。
【０００３】
立軸ポンプ１００はさらに、略円筒状の連絡管１０５と、連絡管１０５の上端に接続される曲管１０４と、連絡管１０５の下側端部に設けられるポンプボウル１０６と、ポンプボウル１０６の下端側に設けられる吸込ベルマウス１０７と、を有する。電動機１０１は、曲管１０４より上方に位置する。このため、回転軸１０２は、曲管１０４に設けられた開口部を通じて電動機１０１に接続される。この開口部と回転軸１０２との間は、曲管１０４内の水が漏れないように密封される。このような立軸ポンプは、例えば特許文献１等に開示されている。
【０００４】
一般に、立軸ポンプ１００のような回転機械を運転すると、流体荷重等によって回転体に生じる加振力により、回転機械が振動することがある。しかしながら、この他に回転機械の振動の原因として、回転体の振れ回りによる変位方向（回転体の径方向）と直交する方向（回転体の周方向）に発生する力がある。この力は不安定化力と呼ばれ、回転体の減衰作用を打ち消す働きがある。結果、不安定化力によって回転体全体の減衰作用が負になると、発散的な振動（自励振動）を引き起こす場合がある。また、このような自励振動は、回転軸１０２及び羽根車１０３を含むロータだけではなく、ステータである連絡管１０５の振動特性も顕著に影響することが分かっている。この自励振動を防止するには、不安定化力の低減、又は減衰の付加により回転機械の安定性を向上させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５は、図４のＡ−Ａ断面における連絡管１０５の断面図である。図示のように、従来の連絡管１０５の断面は、連絡管１０５の中心に対称となる円形断面を有する。また、図６は、図４のＡ−Ａ断面における連絡管１０５の他の形態の断面図である。図６に示すように、この連絡管１０５は、連絡管１０５を補強するための４つのリブ１０８を有する。リブ１０８は、Ｘ軸及びＹ軸に対称となるように、連絡管１０５に設けられる。
【０００７】
図５及び図６に示した連絡管１０５は、Ｘ軸及びＹ軸に対称な形状を有する。したがって、これらの連絡管１０５のＸ軸に関する断面二次モーメントＩＸは、Ｙ軸に関する断面二次モーメントＩＹと一致する。
【０００８】
このようにＸ軸に関する断面二次モーメントＩＸとＹ軸に関する断面二次モーメントＩＹとが一致する場合、上述した不安定化力によりロータが振れまわる際、その反力によっ
て連絡管１０５が、軸方向に直交する断面において円形の軌道を有して振れ回る。連絡管１０５が円形の軌道を有して振れ回ると、必然的にロータの軌道も円形となるため、不安定化力によって生じた振動エネルギーが効率的に自励振動へと変換され、自励振動を引き起こす虞がある。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、立軸ポンプの自励振動を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態によれば、立軸ポンプが提供される。この立軸ポンプは、羽根車を備えた回転軸と、前記回転軸の少なくとも一部を取り囲む連絡管と、を有し、前記回転軸の軸方向に直交する断面における、前記連絡管の第１の方向に関する断面２次モーメントが、前記第１の方向に直交する第２の方向に関する断面２次モーメントの１．５倍以上である。
【００１１】
この一形態によれば、連絡管は、軸方向に直交する断面において楕円形の軌道を有して触れ回る。これにより、ロータの振れまわり軌道も楕円になり、発散的な振動を低減することができる。なお、連絡管の第１の方向に関する断面２次モーメントと第２の方向に関する断面２次モーメントとの比が１．５倍未満であると、減衰作用が小さく、有効な減衰作用を期待することができない。
【００１２】
本発明の一形態において、前記連絡管は、前記軸方向に延在する第１のリブ及び第２のリブを有する。
【００１３】
従来のように連絡管が円形の軌道を有して振れ回って、発散的な振動が生じた場合、連絡管を補強するために多くの（例えば４つ）のリブが必要なことがあった。この一形態によれば、連絡管の振動を低減することができるので、リブの数を２つに低減することができる。このため、コストを低減し、且つポンプ重量を低減することができる。
【００１４】
本発明の一形態において、前記第１のリブは、前記第２のリブに対して前記連絡管の前記断面の中心位置を基準として対称となる位置に配置される。
【００１５】
この一形態によれば、第１のリブは第２のリブに対して、対向する側（連絡管の周方向において１８０°反対側）に設けられるので、連絡管を２つのリブで最も効率よく補強することができる。
【００１６】
本発明の一形態において、前記連絡管は、前記軸方向に延在する単一リブを有する。
【００１７】
従来のように連絡管が円形の軌道を有して振れ回って、発散的な振動が生じた場合、連絡管を補強するために多くの（例えば４つ）のリブが必要なことがあった。この一形態によれば、連絡管の振動を低減することができるので、リブの数を１つに低減することができる。このため、コストを低減し、且つポンプ重量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一つによれば、立軸ポンプの発散的な振動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る立軸ポンプが備える連絡管の断面図である。
【図２】第２実施形態に係る立軸ポンプが備える連絡管の断面図である。
【図３】第３実施形態に係る立軸ポンプが備える連絡管の断面図である。
【図４】従来の立軸ポンプの概略図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面における連絡管の断面図である。
【図６】図４のＡ−Ａ断面における連絡管の他の形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２１】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る立軸ポンプは、図４に示した連絡管１０５の形状を除いて、図４に示した立軸ポンプと同一である。このため、立軸ポンプ全体の説明は省略し、図４と異なる連絡管の形状についてのみ詳細に説明する。
【００２２】
図１は、第１実施形態に係る立軸ポンプが備える連絡管の断面図である。この断面図は、連絡管１５の軸方向に直交する断面を示す。図示の例では、連絡管１５の断面中心位置を０として、Ｘ軸及びＹ軸が表記される。図示のように、連絡管１５は、その外周面に第１のリブ１０Ａ及び第２のリブ１０Ｂ、並びに第３のリブ１１Ａ及び第４のリブ１１Ｂを有する。これら４つのリブは、連絡管１５の軸方向（即ち、紙面奥行方向）に沿って延在する。また、これら４つのリブは、互いに同一の材料から形成される。
【００２３】
第１のリブ１０Ａ及び第２のリブ１０Ｂは、第３のリブ１１Ａ及び第４のリブ１１Ｂよりも大きな断面を有する。また、第１のリブ１０Ａは、第２のリブ１０Ｂに対して連絡管１５の断面の中心位置を基準として対称となるように配置される。言い換えれば、第１のリブ１０Ａは、第２のリブ１０Ｂに対して連絡管１５の周方向に１８０°ずれるように配置される。本実施形態では、第１のリブ１０Ａ及び第２のリブ１０Ｂが存在する位置とＹ軸が一致するように、Ｙ軸が設定されている。
【００２４】
第３のリブ１１Ａは、第４のリブ１１Ｂに対して連絡管１５の断面の中心位置を基準として対称となるように配置される。言い換えれば、第３のリブ１１Ａは、第４のリブ１１Ｂに対して連絡管１５の周方向に１８０°ずれるように配置される。また、第３のリブ１１Ａ及び第４のリブ１１Ｂは、第１のリブ１０Ａ及び第２のリブ１０Ｂに対して連絡管１５の周方向に９０°ずれるように配置される。即ち、本実施形態では、第３のリブ１１Ａ及び第４のリブ１１Ｂは、Ｘ軸上に配置されている。
【００２５】
ここで、第１実施形態において、図１に示すＸ軸に関する断面二次モーメントＩＸは、Ｙ軸に関する断面二次モーメントＩＹに対して１．５倍以上になるように、４つのリブの断面積が調整される。この場合、連絡管１５は、軸方向に直交する断面において楕円形の軌道を有して触れ回る。ロータである回転軸１０２の振動軌跡は、回転軸１０２だけでなく、回転軸１０２を支持する軸受や、軸受を支持する連絡管１５の振動軌跡に影響を受ける。このため、第１実施形態では、連絡管１５の剛性を直交方向に大きく異ならせることで、連絡管１５に軸受を介して接触する回転軸１０２の振れ回り軌道を楕円にすることができる。一般的に、自励振動は、ロータの回転方向と同じ方向に円形軌道で回転する振れ回りに起因する。これに対して、楕円軌道の振れ回りは、前向き成分（ロータ回転方向と同一方向）の振れ回りと、後ろ向き成分（ロータ回転方向と逆方向）の振れ回りを含むので、不安定化力のエネルギーの一部が自励振動とは関係のないロータ回転方向とは逆方向の振れ回りに消費される。その結果、ロータが楕円軌道で振れ回る場合には、自励振動に消費されるエネルギーが、円形軌道の場合に比べて減少する。したがって、第１実施形態では、回転軸１０２の振れ回り軌道が楕円になるので、発散的な振動を低減することができる。なお、連絡管のＸ軸に関する断面２次モーメントとＹ軸に関する断面２次モーメントとの比が１．５倍未満であると、減衰作用が小さく、有効な減衰作用を期待することが
できない。
【００２６】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る立軸ポンプについて説明する。第２実施形態に係る立軸ポンプは、第１実施形態の立軸ポンプと同様に、図４に示した連絡管１０５の形状を除いて、図４に示した立軸ポンプと同一である。このため、立軸ポンプ全体の説明は省略し、図４と異なる連絡管の形状についてのみ詳細に説明する。
【００２７】
図２は、第２実施形態に係る立軸ポンプが備える連絡管の断面図である。この断面図は、連絡管１５の軸方向に直交する断面を示す。図示の例では、連絡管１５の断面中心位置を０として、Ｘ軸及びＹ軸が表記される。図示のように、第２実施形態に係る立軸ポンプが備える連絡管は、図１に示した連絡管に比べてリブの数が異なる。具体的には、連絡管１５は、その外周面に第１のリブ１２Ａ及び第２のリブ１２Ｂを有する。第１のリブ１２Ａ及び第２のリブ１２Ｂは、連絡管１５の軸方向（即ち、紙面奥行方向）に沿って延在する。また、第１のリブ１２Ａ及び第２のリブ１２Ｂは、互いに同一の材料から形成される。
【００２８】
第１のリブ１２Ａは、第２のリブ１２Ｂに対して連絡管１５の断面の中心位置を基準として対称となるように配置される。言い換えれば、第１のリブ１２Ａは、第２のリブ１２Ｂに対して連絡管１５の周方向に１８０°ずれるように配置される。本実施形態では、第１のリブ１２Ａ及び第２のリブ１２Ｂが存在する位置とＹ軸が一致するように、Ｙ軸が設定されている。
【００２９】
ここで、第２実施形態において、図１に示すＸ軸に関する断面二次モーメントＩＸは、Ｙ軸に関する断面二次モーメントＩＹに対して１．５倍以上になるように、第１のリブ１２Ａ及び第２のリブ１２Ｂの断面積が調整される。この場合、連絡管１５は、軸方向に直交する断面において楕円形の軌道を有して触れ回る。これにより、ロータである回転軸１０２の振れ回り軌道も楕円になるので、第１実施形態と同様の原理により、発散的な振動を低減することができる。なお、連絡管のＸ軸に関する断面２次モーメントとＹ軸に関する断面２次モーメントとの比が１．５倍未満であると、減衰作用が小さく、有効な減衰作用を期待することができない。
【００３０】
従来のように連絡管が円形の軌道を有して振れ回って、発散的な振動が生じた場合、従来では、連絡管を補強するために多くの（例えば４つ）のリブが必要なことがあった。これに対して、第２実施形態によれば、連絡管１５及び回転軸１０２の振動を低減することができるので、従来ほどの補強を要さず、補強のためのリブの数を２つに低減することができる。このため、コストを低減し、且つポンプ重量を低減することができる。また、第２実施形態では、第１のリブ１２Ａは第２のリブ１２Ｂに対して、対向する側（連絡管１５の周方向において１８０°反対側）に設けられるので、連絡管１５を２つのリブで最も効率よく補強することができる。
【００３１】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る立軸ポンプについて説明する。第３実施形態に係る立軸ポンプは、第１実施形態の立軸ポンプと同様に、図４に示した連絡管１０５の形状を除いて、図４に示した立軸ポンプと同一である。このため、立軸ポンプ全体の説明は省略し、図４と異なる連絡管の形状についてのみ詳細に説明する。
【００３２】
図３は、第３実施形態に係る立軸ポンプが備える連絡管の断面図である。この断面図は、連絡管１５の軸方向に直交する断面を示す。図示の例では、連絡管１５の断面中心位置を０として、Ｘ軸及びＹ軸が表記される。図示のように、第３実施形態に係る立軸ポンプ
が備える連絡管は、図１及び図２に示した連絡管に比べてリブの数が異なる。具体的には、連絡管１５は、その外周面に単一リブ１４を有する。単一リブ１４は、連絡管１５の軸方向（即ち、紙面奥行方向）に沿って延在する。
【００３３】
ここで、第３実施形態において、図１に示すＸ軸に関する断面二次モーメントＩＸは、Ｙ軸に関する断面二次モーメントＩＹに対して１．５倍以上になるように、単一リブ１４の断面積が調整される。この場合、連絡管１５は、軸方向に直交する断面において楕円形の軌道を有して触れ回る。これにより、ロータである回転軸１０２の振れ回り軌道も楕円になるので、第１実施形態及び第２実施形態と同様の原理により、発散的な振動を低減することができる。なお、連絡管のＸ軸に関する断面２次モーメントとＹ軸に関する断面２次モーメントとの比が１．５倍未満であると、減衰作用が小さく、有効な減衰作用を期待することができない。
【００３４】
従来のように連絡管が円形の軌道を有して振れ回って、発散的な振動が生じた場合、従来では、連絡管を補強するために多くの（例えば４つ）のリブが必要なことがあった。これに対して、第３実施形態によれば、連絡管１５及び回転軸１０２の振動を低減することができるので、従来ほどの補強を要さず、補強のためのリブの数を１つに低減することができる。このため、コストを低減し、且つポンプ重量を低減することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。例えば、図１ないし図３に示した連絡管１５の断面形状は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、連絡管の軸方向に直交する断面における、連絡管の第１の方向に関する断面２次モーメントが、第１の方向に直交する第２の方向に関する断面２次モーメントの１．５倍以上となる任意の断面形状の連絡管を採用することができる。具体的には、図１ないし図３に示したリブの配置を適宜変更してもよい。また、連絡管の一部の厚みを大きくして、第１の方向と第２の方向の断面２次モーメントを調節してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０Ａ，１２Ａ  第１のリブ
１０Ｂ，１２Ｂ  第２のリブ
１１Ａ  第３のリブ
１１Ｂ  第４のリブ
１４  単一リブ
１５  連絡管
１０２  回転軸
１０３  羽根車
【図１】
2017129043.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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