(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
止水ゲートの開閉扉体に設けられた横軸ポンプを備えたポンプゲートにおいて、
前記横軸ポンプは、
内径が同一の円筒状のモータ外周部とこのモータ外周部の一方側に設けた羽根車外周部と前記モータ外周部の一方側に設けたフラップ弁支持部とからなり、前記開閉扉体に設けたケーシングと、
前記ケーシングのモータ外周部内に案内羽根によって前記ケーシングの中心線に一致させるように固定され、モータ軸とこのモータ軸の外周に配置した回転子とこの回転子の外周側に配置された固定子とこの固定子を内側に固定したケースとこのケースの軸方向両端部とこの軸方向両端部の径方向中心側にそれぞれ設けられ前記モータ軸を支持する軸受とからなる水中モータと、
複数の羽根を外周側に設け、前記水中モータのケースとほぼ同一の外径を有するハブを、その端面が前記水中モータのケースの一方の軸方向端部に対向するように前記羽根車外周部内で前記水中モータのモータ軸他方端に着脱可能に固定した羽根車と、
前記羽根車のハブの吸込側を覆うようにハブに設けたハブカバーと、
前記水中モータのモータ軸の一方端を支持するように前記フラップ弁支持部内で前記水中モータのケースの一方側端面に固定したコーンと、
前記ケーシングのモータ外周部内面と前記水中モータのケース外周面との間に設けた案内羽根とを備え、
前記水中モータのケース及びその軸方向端部の外径と前記ハブの外形とを略同一として、前記ケーシングの内周側と前記ケース及び前記ハブの外周側との間に、前記モータ軸と平行な略直線状の流路を構成したことを特徴とするポンプゲート。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプゲートにおいて、前記水中モータにおけるケースの羽根車側軸方向端部の径方向中心側に、メカニカルシールを設け、前記ケースの羽根車側軸方向端部におけるメカニカルシールの外周側に、潤滑用の油室を、その外側に、漏れ水を溜める空気室を配置したことを特徴とするポンプゲート。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のポンプゲートにおいて、前記ハブの外径Ｄ２と前記羽根車の外径Ｄ３との比を０．６以上としたことを特徴とするポンプゲート。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のポンプゲートにおいて、ポンプ口径Ｄ４とポンプ軸方向全長Ｌとの比を０．６５以上としたことを特徴とするポンプゲート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開閉扉体を備えた水門としての止水ゲートに設けられた水中モータ駆動の横軸ポンプを有するポンプゲートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポンプゲートは、例えば本川と支川とが分岐する近傍の支川側に配置され、通常の自然に流れ下るいわゆる自然流下の場合は、止水ゲートを水面以上に上昇駆動して排水を行う。一方、例えば多量の降雨等によって本川側水位が上昇し支川側から本川側への自然流下ができなくなった場合には、止水ゲートを降下して本川側から支川側への逆流を防ぐと共に、ポンプゲートの水中モータを駆動して横軸ポンプを運転し、支川側から本川側に強制的に排水を行う。
【０００３】
このようなポンプゲートの一例としては、例えば、特開平１１−１６６４９６号公報や特開２０００−３１０１９６号公報に記載のものが提唱されている。これらの従来技術は、いわゆるアウターロータ形の水中モータで駆動する横軸ポンプを搭載しており、ケーシング内に延設固定した固定軸の外周側にモータの固定子(ステータ)を固定し、この固定子の外周側に回転子(ロータ)とモータのケース(モータフレーム)の一体構造物を回転自在に設け、さらにモータのケースの外周側に一体的に羽根車を設けている。そして、ポンプ運転時には、固定軸まわりに回転子を回転駆動させることにより、羽根車を回転させ排水を行うようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下のような課題が存在する。
【０００５】
すなわち、いわゆるアウタロータ形であって、モーターケース全体が羽根車とともに回転することから、円板摩擦損失が非常に大きくなり、ポンプ効率が低下する。また、羽根車がモーターケースと一体であることから、例えば羽根車のメンテナンスを行いたい場合に、その都度モータごと取り外さなければならず、メンテナンス時における作業性が低いという課題もある。
【０００６】
本発明の目的は、ポンプ効率を向上できかつメンテナンス作業性を向上できるポンプゲートを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、止水ゲートの開閉扉体に設けられた横軸ポンプを備えたポンプゲートにおいて、
前記横軸ポンプは、
内径が同一の円筒状のモータ外周部とこのモータ外周部の一方側に設けた羽根車外周部と前記モータ外周部の一方側に設けたフラップ弁支持部とからなり、前記開閉扉体に設けたケーシングと、
前記ケーシングのモータ外周部内に案内羽根によって前記ケーシングの中心線に一致させるように固定され、モータ軸とこのモータ軸の外周に配置した回転子とこの回転子の外周側に配置された固定子とこの固定子を内側に固定したケースとこのケースの軸方向両端部とこの軸方向両端部の径方向中心側にそれぞれ設けられ前記モータ軸を支持する軸受とからなる水中モータと、
複数の羽根を外周側に設け、前記水中モータのケースとほぼ同一の外径を有するハブを、その端面が前記水中モータのケースの一方の軸方向端部に対向するように前記羽根車外周部内で前記水中モータのモータ軸他方端に着脱可能に固定した羽根車と、
前記羽根車のハブの吸込側を覆うようにハブに設けたハブカバーと、
前記水中モータのモータ軸の一方端を支持するように前記フラップ弁支持部内で前記水中モータのケースの一方側端面に固定したコーンと、
前記ケーシングのモータ外周部内面と前記水中モータのケース外周面との間に設けた案内羽根とを備え、
前記水中モータのケース及びその軸方向端部の外径と前記ハブの外形とを略同一として、前記ケーシングの内周側と前記ケース及び前記ハブの外周側との間に、前記モータ軸と平行な略直線状の流路を構成する。
【０００８】
本発明においては、水中モータの軸方向一方側に羽根車を設け、水中モータの回転軸に羽根車を取り付けて回転させる構造とすることにより、回転軸とともに回転するのは羽根車だけとなってモータ自体は固定側構造物となる。したがって、モーターケース全体が羽根車とともに回転するアウタロータ形の従来構造のように円板摩擦損失が大きくなるのを防止でき、ポンプ効率を向上できる。このとき特に、水中モータのケースの外径とハブの外径とを略同一として、ケーシングの内周側とケース及びハブの外周側との間に略直線状の流路を構成していることにより、流れの乱れを少なくして圧力損失を低減でき、これによってもポンプ効率を向上できる。また、径方向の小型化も図れる。
【０００９】
また上記のように、羽根車は、水中モータの軸方向一方側において回転軸に取り付けられる構造であることから、例えば羽根車を回転軸に対し着脱可能とするだけで、容易に羽根車自体のメンテナンス(性能変え・性能向上のための交換を含む)が可能となる。したがって、その都度モータごと取り外す必要があるアウタロータ形の従来構造に比べて、メンテナンス作業性を向上することができる。
【００１０】
（２）また、上記目的を達成するために、上記（１）において、前記水中モータにおけるケースの羽根車側軸方向端部の径方向中心側に、メカニカルシールを設け、前記ケースの羽根車側軸方向端部におけるメカニカルシールの外周側に、潤滑用の油室を、その外側に、漏れ水を溜める空気室を配置する。
（３）更に、上記目的を達成するために、上記（１）または（２）において、前記ハブの外径Ｄ２と前記羽根車の外径Ｄ３との比を０．６以上とする。
【００１１】
上記(３)のように水中モータのケースの外径とハブの外径とを略同一として略直線状の流路を構成しようとするとき、ハブ外径と羽根車外径との比を小さく設定しすぎると相対的に羽根車の外径が大きくなってポンプ装置全体の径方向大型化を招く。本発明においては、ハブ外径と羽根車外径との比を０．６以上とすることにより、羽根車の過度な径方向増大化を防止でき、確実にポンプ装置全体の径方向小型化を図ることができる。
【００１２】
（４）また、上記目的を達成するために、上記（１）または（２）において、ポンプ口径Ｄ４とポンプ軸方向全長Ｌとの比を０．６５以上とする。
【００１３】
上記(１)で説明したように、水中モータのケースの外径とハブの外径とを略同一として略直線状の流路を構成することで、乱れを防止しつつポンプ装置全体の径方向小型化を図ることができるが、このときポンプ口径とポンプ軸方向全長との比を小さく設定しすぎると相対的にポンプ装置全体の軸方向大型化を招く。本発明においては、ポンプ口径とポンプ軸方向全長との比を０．６５以上に設定することにより、ポンプ軸方向全長の過度な増大化を防止し、これによって確実にポンプ装置全体の小型化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は、本発明のポンプゲートの一実施形態の全体概略構造を表す縦断面図で、止水ゲートの降下した状態を示す。
【００１８】
図１において、ポンプゲート１は、例えば本川２と支川３とが分岐する近傍の支川３側に配置されるものであり、上下に昇降可能に設けられた開閉扉体４と、この開閉扉体４の昇降方向に対しその軸線をほぼ垂直にして設けたポンプ装置５とを備え、これら開閉扉体４とポンプ装置５は一体的に構成されている。
【００１９】
図２は、本発明のポンプゲートの一実施形態を構成する上記ポンプ装置５の全体構造を表す縦断面図であり、図３は図２中Ａ部の部分拡大縦断面図である。
【００２０】
これら図２及び図３において、ポンプ装置５は、この種のものとして公知の水中モータ６と、水中モータ６の回転軸であるモータ軸７と、このモータ軸７の軸方向一方側（図２中左側）に取り付けられた羽根車８と、水中モータ６と羽根車８の外周側に設けられ、それらを内装するケーシング９と、ポンプ装置５の吐出側に設けられ、本川２側から支川３側へ水流が逆流しないように水圧で開閉するフラップ弁１０とを備えている。
【００２１】
水中モータ６は、上記したモータ軸７と、このモータ軸７の外周側に固定された回転子（ロータ）１１と、この回転子１１のさらに外周側に配置された固定子（ステータ）１２と、この固定子１２を内周側に固定したケース１３とを備えている。なお、このとき、水中モータ６のポンプ吐出側（図２中右側）には吐出し損失を低減する為のコーン１４が備えられている。また、以上の構造の水中モータ６は、周方向複数箇所に設けた案内羽根１５によって、ケーシング９に対し中心軸を略一致させるように固定支持されている。
【００２２】
羽根車８は、上記した水中モータ６のケース１３の外径Ｄ１とほぼ同一の外径Ｄ２を備えたハブ８ａと、このハブ８ａの外周側に設けた複数の羽根８ｂとで構成されている。このとき、羽根車８の外径Ｄ３は、ハブ８ａの外径Ｄ２との比であるハブ比Ｄ２／Ｄ３が０．６以上となるように構成されている。
【００２３】
またこのとき、モータ軸７には予めキー７ａが一律的に設けられているとともに、ポンプ吸込側先端部にはねじ部７ａＡが形成されている。一方、ハブ８ａの径方向中心側には上記キー７ａと係合するキー溝部（図示せず）を含む貫通孔８ａＡが設けられている。そして、羽根車８はハブ８ａの貫通孔８ａＡをモータ軸７のねじ部７ａＡに挿入した後、ねじ部７ａＡに螺合するナット１６をねじ込むことにより、モータ軸７に対し着脱可能に取り付けられている。
【００２４】
ケーシング９は、羽根車８の外周側を覆う羽根車外周部９ａと、この羽根車外周部９ａのポンプ吐出側（図２中右側）に連結され水中モータ６の外周側を覆うモータ外周部９ｂと、このモータ外周部９ｂのさらにポンプ吐出側に連結されるフラップ弁支持部９ｃとから構成される。これら羽根車外周部９ａ、モータ外周部９ｂ及びフラップ弁支持部９ｃは、互いに内径がほぼ同一の略円筒形状に形成されており、ボルト１７により羽根車外周部９ａとモータ外周部９ｂが互いに締結固定され、ボルト１８によりモータ外周部９ｂとフラップ弁支持部９ｃが互いに締結固定されている。
【００２５】
羽根車外周部９ａの吐出側端部にはベルマウス部９ａＡが形成されており、また径方向内周側には前述のハブ８ａのポンプ吸込側（図２中左側）に近接し、これを覆うような形状のハブカバー部９ａＢが形成されている。そして、これらベルマウス部９ａＡとハブカバー部９ａＢによってポンプ外の支川３側からの吸い込み流れを滑らかに羽根車８へと導入できるようになっている。
【００２６】
フラップ弁支持部９ｃは、前述したような略円筒形状の後端側が、鉛直上下方向の上部が下部より軸方向寸法が短くなるような斜めにカットされた形状（図２参照）となっている。そして、その短長の上部に、前述のフラップ弁１０を回動可能にピン１９を介し支持するブラケット部９ｃＡが設けられている。
【００２７】
モータ軸７は、水中モータ６のケース１３の軸方向両端部の径方向中心側にそれぞれ設けた軸受２０ａ，２０ｂにより回転自在に支持されている。それらのうちポンプ吸込側の軸受け２０ａの更にポンプ吸込側には、水中モータ６への浸水を防ぐメカニカルシール２１が設けられている。このメカニカルシール２１の近傍には、潤滑用の油室２２と空気室２３とが径方向（言い換えればキー７ａと垂直方向）に並設配置されている。なお、これら油室２２と空気室２３の近傍には、メカニカルシール２１により防水できず油室２２を通過し隙間２４に溜まる水を抜き取り、空気室２３に一時的に溜める為の水抜き穴２５と、空気室２３の溜水をメンテナンス時に排水する為の抜き穴２６と、この抜き穴２６に取り付けたドレンプラグ２７が併せて設けられている。
【００２８】
そして、上記のような水中モータ６、羽根車８、ケーシング９の構造により、ケーシング９の内周面と水中モータ６のケース１３及びハブ８ａの外周面との間に略直線状の流路２８が形成されるようになっている。
【００２９】
また、ポンプ装置５は、ポンプ軸方向全長（詳細には羽根車外周部９ａの吸込側端部からフラップ弁支持部９ｃの中心線上の吐出側端部までの軸方向長さ）Ｌと、ポンプ口径（この図ではベルマウス部９ａＡを除く羽根車外周部９ａの口径）Ｄ４との比Ｄ４／Ｌが０．６５以上となっている。
【００３０】
なお、上記において、ポンプ装置５及びモータ軸７は、各請求項記載の横軸ポンプ及び羽根車８を取り付けた水中モータ６の回転軸をそれぞれ構成する。
【００３１】
次に、本実施形態のポンプゲートの動作及び作用を以下に説明する。
【００３２】
上記本発明のポンプゲート１において、通常の自然に流れ下るいわゆる自然流下の場合には、開閉扉体４を支川３側の水位以上に上昇して排水を行う。一方、例えば多量の降雨等により本川２側の水位が上昇し支川３側から本川２側への自然流下ができなくなった場合には、開閉扉体４を降下して、本川２側から支川３側への逆流を防ぐと共に、ポンプ装置５を運転し、支川３側から本川２側に強制的に排水を行うようになっている。このとき、ポンプ装置５においては、水中モータ６を駆動し、モータ軸７を回転させることにより、羽根車８が回転し、支川３側の水をポンプ吸込側のベルマウス部９ａＡより吸い込んで加圧し、略直線状の流路２８を経てポンプ吐出側のフラップ弁支持部９ｃより本川２側へ流出させるようになっている。
【００３３】
このとき、上記本発明の一実施形態においては、水中モータ６は周方向複数箇所に設けた案内羽根１５によってケーシング９に対し固定支持され、水中モータ６のモータ軸７の軸方向一方側に羽根車８を取り付けて回転させる構造とすることにより、モータ軸７とともに回転するのは羽根車８だけとなっている。したがって、モーターケース全体が羽根車とともに回転するアウタロータ形の従来構造のように円板摩擦損失が大きくなるのを防止でき、ポンプ効率を向上できる。
【００３４】
また特に、上記本発明の一実施形態においては、水中モータ６のケース１３の外径Ｄ１とハブ８ａの外径Ｄ２とを略同一として、ケーシング９の内周面と水中モータ６のケース１３及びハブ８ａの外周面との間に略直線状の流路２８を構成している。これにより、流れの乱れを少なくして圧力損失を低減でき、これによってもポンプ効率を向上できる。また、ポンプ装置５の径方向の小型化も図ることができる。
【００３５】
また上記したように、羽根車８は、水中モータ６のモータ軸７の軸方向一方側に対しナット１６の締結により着脱可能に設けられているので、容易に羽根車８自体のメンテナンス(性能変え・性能向上のための交換を含む)が可能となる。したがって、その都度モータごと取り外す必要があるアウタロータ形の従来構造に比べて、メンテナンス作業性を向上することができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、モータ軸７とともに回転するのは羽根車８だけであるので、アウターロータ形の従来構造に比べてポンプ効率を向上できる。また、羽根車８が着脱可能に設けられているので、メンテナンス作業性を向上することができる。
【００３７】
また、上記本発明の一実施形態によれば、上記以外に以下のような効果もある。
【００３８】
▲１▼ハブ比による径方向小型化
上記本発明の一実施形態のポンプゲート１において、水中モータ６のケース１３の外径Ｄ１とハブ８ａの外径Ｄ２とを略同一として略直線状の流路２８を構成しようとするとき、ハブ８ａの外径Ｄ２と羽根車８の外径Ｄ３との比Ｄ２／Ｄ３を小さく設定しすぎると、相対的に羽根車８の外径Ｄ３が大きくなってポンプ装置５全体の径方向大型化を招く。本実施形態においては、ハブ８ａの外径Ｄ２と羽根車８の外径Ｄ３との比Ｄ２／Ｄ３を０．６以上とすることにより、羽根車８の過度な径方向増大化を防止し、確実にポンプ装置５全体の径方向小型化を図ることができる。
【００３９】
▲２▼口径とポンプ軸方向全長との比による軸方向小型化
上記本発明の一実施形態のポンプゲート１において、水中モータ６のケース１３の外径Ｄ１とハブ８ａの外径Ｄ２とを略同一として略直線状の流路２８を構成しようとするとき、乱れを防止しつつポンプ装置５全体の径方向小型化を図ることができるが、このときポンプ口径Ｄ４とポンプ軸方向全長Ｌとの比Ｄ４／Ｌを小さく設定しすぎると相対的にポンプ装置５全体の軸方向大型化を招く。本実施形態においては、ポンプ口径Ｄ４とポンプ軸方向全長Ｌとの比Ｄ４／Ｌを０．６５以上に設定することにより、ポンプ軸方向全長Ｌの過度な増大化を防止し、これによって確実にポンプ装置５全体の小型化を図ることができる。また、このポンプ装置５を搭載するポンプゲート１の重量バランスも良くできる効果もある。
【００４０】
なお、上記本発明の一実施形態のポンプゲート１においては、水中モータ６への浸水を防ぐ手段としてメカニカルシール２１を備え、このメカニカルシール２１の近傍に設けた油室２２と空気室２３をポンプ装置５の径方向に並設配置した構造としている。したがって、それらを軸方向に並設した場合に比べれば、これによってもポンプ装置５の軸方向小型化を図ることができる。
【００４１】
なお、上記実施形態においては、ポンプ装置５の吐出側に設けたフラップ弁１０により本川２側から支川３側への逆流を防ぎつつ、水中モータ６の駆動（正転）により支川３側から本川２側への排水のみ行う場合を例にとって説明したが、これに限られず、本川２側から支川３側への排水も可能としてよい。このような変形例を図４及び図５により説明する。
【００４２】
図４は、この変形例によるポンプゲートの全体概略構造を表す拡大側面図で、ポンプ装置の回転前、回転後の状態を示している。図５は、図４に示した構造の平面図であり、同様にポンプ装置の回転前、回転途中、回転後の状態を示している。上記本発明の一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４３】
これら図４及び図５において、本変形例のポンプゲート１’は、上記した本発明の一実施形態を構成するポンプ装置５を取り付け、回転前及び回転後には開閉扉体４と隙間のない構造を持つポンプ装置取付部２９と、このポンプ装置取付部２９を挟むように取り付け鉛直方向に配置した主軸３０ａ，３０ｂとを備えている。このような構造により、図４に示すように、ポンプ装置５は鉛直方向の軸である主軸３０ａ，３０ｂを中心として回転可能に構成されている。なお、主軸３０ａ，３０ｂは、その軸方向を水平方向または斜め方向に配置してもよい。
本変形例においては、ポンプ装置５の回転前は、吸込側を支川３側に吐出側を本川２側となるように配置することにより、支川３側から本川２側への排水を行うことができ、回転後は吸込側を本川２側に吐出側を支川３側となるように配置することにより、本川２側から支川３側への排水を行うことができる。特にこのとき、上記した本発明の一実施形態を構成するポンプ装置５の小型化により、回転軸３０を回転すると共に、回転軸３０に固定されたポンプ装置取付部２９及びポンプ装置５も容易に回転できる。
さらに、上記のようにポンプ装置５を回転させるのにも限られず、例えば、搭載したポンプ装置５の吐出側に設けたフラップ弁１０を取り外し、ケーシング９内の水中モータ６を逆運転させるようにしても、上記同様、本川２側から支水３側への排水を行うことができる。
【００４４】
なお、本発明の技術思想の範囲ではないが、上記ポンプ装置５と同様のポンプ装置５’を例えば図６に示すように縦置きに配置し、上記ポンプ装置５’の吐出側にベント３１を取り付けて、いわゆる立軸ポンプとして使用することもできる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、ポンプ効率を向上できるとともに、メンテナンス作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポンプゲートの一実施形態の全体概略構造を表す縦断面図である。
【図２】本発明のポンプゲートの一実施形態を構成するポンプ装置５の全体構造を表す縦断面図である。
【図３】図２中Ａ部の部分拡大縦断面図である。
【図４】本川側から支川側への排水も可能とした変形例によるポンプゲートの全体概略構造を表す拡大側面図である。
【図５】本川側から支川側への排水も可能とした変形例によるポンプゲートの全体概略構造を表す平面図である。
【図６】本発明のポンプゲートの一実施形態を構成するポンプ装置と同様のポンプ装置を立軸ポンプとして使用した場合を表す図である。
【符号の説明】
１    ポンプゲート
４    開閉扉体
５    ポンプ装置
６    水中モータ
７    モータ軸
８    羽根車
８ａ  ハブ
８ｂ  羽根
９    ケーシング
１３  モータのケース
２１  メカニカルシール
２２  油室
２３  空気室
２８  ポンプ装置内の直線状の流路
Ｄ１  モータのケースの外径
Ｄ２  ハブの外径
Ｄ３  羽根車の外径、
Ｄ４  ポンプ口径
Ｌ    ポンプ軸方向全長
【図１】
0004062904.tif 000002
【図２】
0004062904.tif 000003
【図３】
0004062904.tif 000004
【図４】
0004062904.tif 000005
【図５】
0004062904.tif 000006
【図６】
0004062904.tif 000007