(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入口と吐出口とを備えたケーシング内に一対の３葉ルーツロータを装着すると共に当該ルーツロータのローター軸をケーシングの両側に固定されたハウジングの軸受により回転自由に支持し、前記ルーツロータについては芯金部材にゴムライニング加工を施すと共に各凹円弧部にキャビテーションを防止するための連通口を設け、そのルーツロータの側面に凹凸状のカッター部が外周に形成されたサイドスリンガを固定し、そのサイドスリンガの外周と前記ハウジングの内周面とに僅かな間隙を設け、さらに、前記ルーツロータの凸円弧部側面の回転範囲に対応するハウジングの内面に半径方向に延びる凹溝を設け、前記ルーツロータの凸円弧部側面と該凹溝とによる剪断刃作用及び前記サイドスリンガによって、ケーシング内に混入する夾雑物を破断するように構成したルーツ式ウォータポンプであって、
前記ハウジングの軸封部については、前記ロータ軸にリップをほぼ接触状とした複数のオイルシールを列設すると共に、ポンプ作用時に外部からハウジング内に進入する少量の空気によってケーシング内からの漏水を防止するために当該空気量を適宜規制するためのエアコントロールリングを最も外側のオイルシールに並べて設けるようにしたことを特徴とする外部空気を導入する軸封部を備えたルーツ式ウォータポンプ。
【請求項２】
前記エアコントロールリングと前記軸受との間のロータ軸部分にスリンガを取り付けると共に当該スリンガに接触するダストシールを装着したことを特徴とする請求項１に記載の外部空気を導入する軸封部を備えたルーツ式ウォータポンプの軸封構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水害又は干害等の非常時に排水用ポンプとして利用される、外部空気を導入する軸封部を備えたルーツ式ウォータポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水害時に使用される排水用ポンプについてはいろいろ開発されているが、例えば、水中式ポンプは揚水量が大きくなると重量がかなり大きくなり、運搬や据付作業を容易に行えない。これを水害時に地盤が緩んだ堤防等の近くまで車載して設置することは極めて困難であると言えよう。持ち運ぶことができる自吸式渦巻きポンプも開発されてはいるが、重量の割りに排水量が少なくて自吸時間も長く、少量の空気が混入すると揚水が中断するという危惧がある。また、本件出願人にかかる自吸式ルーツ式ポンプが、特公昭４４−１１３４５号公報に記載されて公知とされている。このポンプは自吸性能に優れているが、ポンプ自体が揚水量の割りに大きいものであることから、非常時の排水用ポンプとしては適さない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の大型・中型水中式ポンプ、自吸式渦巻きポンプの軸封部については、殆んどメカニカルシール方式を採用しており、揚水又は自吸動作までの時間が数分かかるとフローティングシート及びシールリングに摩擦熱が生じ、冷却水、冷却オイルに守られていても揚水による急冷作用によってそれらにクラックを生ずる虞があり、シールトラブルの要因となる。また、大型のルーツ式ウォータポンプの軸封部をグランドパッキン方式とした場合には、揚水による脈動作用によりグランドパッキン材が損傷してパッキンとしての機能が発揮されないという問題があった。上述した不具合を鑑みると、水害又は干害等の非常時に利用する排水用ポンプとしては、以下に述べる性能を備えることが望ましいと言えよう。
すなわち、小型軽量であって大排水量が得られること、ポンプの起動から排水開始までの自吸時間が約１０〜２０秒の短時間であること、吸込ホースから大量の空気が混入しても自吸作用の大幅な中断がないこと、軸封部についてはメインテナンスを要しないこと等である。
【０００４】
この発明の目的は、小型軽量で大揚水量が得られると共に揚水開始までの段取り時間の短縮化、軸封部のメインテナンスの不要化及び運搬を考慮した軽量化を図る外部空気を導入する軸封部を備えたルーツ式ウォータポンプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、吸入口と吐出口とを備えたケーシング内に一対の３葉ルーツロータを装着すると共に当該ルーツロータのローター軸をケーシングの両側に固定されたハウジングの軸受により回転自由に支持し、前記ルーツロータについては芯金部材にゴムライニング加工を施すと共に各凹円弧部にキャビテーションを防止するための連通口を設け、そのルーツロータの側面に凹凸状のカッター部が外周に形成されたサイドスリンガを固定し、そのサイドスリンガの外周と前記ハウジングの内周面とに僅かな間隙を設け、さらに、前記ルーツロータの凸円弧部側面の回転範囲に対応するハウジングの内面に半径方向に延びる凹溝を設け、前記ルーツロータの凸円弧部側面と該凹溝とによる剪断刃作用及び前記サイドスリンガによって、ケーシング内に混入する夾雑物を破断するように構成したルーツ式ウォータポンプであって、
前記ハウジングの軸封については、前記ロータ軸にリップをほぼ接触状とした複数のオイルシールを列設すると共に、ポンプ作用時に外部からハウジング内に進入する少量の空気によってケーシング内からの漏水を防止するために当該空気量を適宜規制するためのエアコントロールリングを最も外側のオイルシールに並べて設けるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
同様の目的を達成するために本発明は、請求項１に記載の外部空気を導入する軸封部を備えたルーツ式ウォータポンプにおいて、前記エアコントロールリングと前記軸受との間のロータ軸部分にスリンガを取り付けると共に当該スリンガに接触するダストシールを装着したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の作用及び効果】
ロータ軸とオイルシールのリツプとには、ポンプの運転時に発生する真空作用によって僅かな間隙（０.１〜０.１５ｍｍ程度）を生じる。しかして、その間隙から外部の少量の空気がエアコントロールリングで適宜規制されつつハウジング内に進入する。その結果、オイルシールのリツプは摩擦熱等により損傷することなく、しかも、ケーシング内の水が軸封部に漏出することが防止される。
【０００８】
なお、仮に揚水の一部の水がロータ軸を伝って軸封部内に漏出した場合、その水はスリンガの遠心力作用により吹き飛ばされて外部に排出される。
【０００９】
揚水中に混入する夾雑物についてはポンプに付設されるストレーナにより殆んど除去されるが、それを通過した夾雑物がケーシング内に流入することがある。このときには、その夾雑物は、ルーツロータの凸円弧部側面とハウジング内面に設けられた凹溝とによる剪断刃作用及びサイドスリンガによって細かく破断されて揚水と一緒に外部に排出される。
【００１０】
また、圧力の高い吐出側の揚水の一部は、ルーツロータの凹円弧部に設けられた連通口を通って低圧力の吸込側に還流するので局部的真空部分がなくなり、キャビテーションが生じにくく、ルーツロータの凹円弧部と凸円弧部との間に生ずる水の閉じ込み現象についても緩和される。
【００１１】
この外部空気を導入する軸封部を備えたルーツ式ウォータポンプは、小型軽量であっても大風量が得られるルーツ式ブロワに準じた構成になり、揚水開始までの段取り時間の短縮化、軸封部のメインテナンスの不要化を図ることが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１はルーツ式ウォータポンプを一部破断して示す側面図、図２は同ポンプの平面図、図３はルーツロータの縦断面図、図４はハウジングの要部の断面図である。
【００１３】
図１、図２において、ｐは排水用ポンプとして利用されるルーツ式ウォータポンプである。この外部空気を導入する軸封部を備えたルーツ式ウォータポンプｐは、吸入口２と吐出口３とを備えたケーシング１内に一対の３葉ルーツロータ（以下、ルーツロータと略称する）１０が収められて、ケーシング１の両側にライナー６を介して固定されたハウジング４，５で密封状に装着されている。そのルーツロータ１０のローター軸１１ａ，１１ｂの両端は、ハウジング４，５に固定した軸受８により回転自由に支持されている。また、一方のハウジング４から外部に突出するローター軸１１ａの端部には、図示しないプーリーを取り付けてこれをエンジン又はモーター駆動装置により駆動するように設ける。他方のハウジング５から突出する各ローター軸１１ａ，１１ｂには夫々タイミングギヤ（図示せず）を固定し、それらタイミングギヤが噛合するように設ける。９はハウジング５に取り付けられたギヤケースである。
【００１４】
ルーツロータ１０については、本件出願人の所有する特許第２８６４３５７  号公報に開示されたルーツロータと同様の公知構成とされている。すなわち、ルーツロータ１０は、図３に示すように、芯金部材１２にウレタンゴム等のゴムライニング加工１３を施すと共に、１２０゜の等角度間隔に配置された各凸円弧部１５間の凹円弧部１６にキャビテーション及び閉じ込み現象を防止するための小径の連通口１７が設けられている。１８は凸円弧部１５に設けられる切欠部である。この切欠部１８については、揚水中に小砂利が含まれているときにケーシング１内を円滑に通過させるために有効である。
【００１５】
そのルーツロータ１０の両側面１０ａの中心位置には、凹凸状のカッター部２１が外周に連続して形成された円板形のサイドスリンガ２０を固定する。そして、前記ハウジング４のケーシング１への固定側の内周面４ａと、それらカッター部２１の外周とには僅かな間隙を設ける。
【００１６】
図３に仮想線にて示すように、ルーツロータ１０の側面１０ａの回転範囲に対応するハウジング４，５、この実施形態例ではライナー６の内面に、ローター軸１１ａ，１１ｂの仮想中心線ｃを中心として半径方向に延びる複数の凹溝７を形成する。これと同様の構成については、本件出願にかかる実公昭５１−５１４４３号公報に開示されて公知である。
しかして、ルーツロータ１０の凸円弧部側面１０ａとそれらの凹溝７とによる剪断刃作用及びサイドスリンガ２０によって、ケーシング１内に流入する揚水に混じった細かい夾雑物が破断されるように設ける。
【００１７】
つぎに、このルーツ式ウォータポンプｐの軸封構造について説明する。
なお、ハウジング４，５とも同一構成とされていることから、一方のハウジング４を主体として述べる。
図４に示すように、ロータ軸１１ａ，１１ｂの基部には、リップ２６をほぼ接触状とした複数、この実施形態例では３つのバネ付オイルシール２５を列設すると共に、ポンプ作用時にハウジング４に設けた小孔４ｄから内部に進入する少量の空気によってケーシング１内からの漏水を防止するために、当該空気量を適宜規制するエアコントロールリング２８を最も外側のオイルシール２５に並べて設ける。それらオイルシール２５とエアコントロールリング２８は、ハウジング４の軸孔４ｂに装着されている。そのエアコントロールリング２８には、前記小孔４ｄに連通する透孔２８ａが形成されている。
【００１８】
そのエアコントロールリング２８と前記軸受８との間のロータ軸部分には、万一、ケーシング１側から水が進入することを考慮して当該水を振り切るためのスリンガ２９を嵌着する。そして、ハウジング４の軸穴４ｃにダストシール３０を装着し、そのダストシール３０のリップ３１がスリンガ２９のボス２９ａに接触するように設ける。３２，３３は軸受８の抜けを防ぐための止めリング、３４は軸受８の外側に装着されたダストシールである。
【００１９】
図１に示すように、上記ケーシング１の吸入口２には、開閉バルブ４１・ホースカップリング４２を備えた吸込管４０を取り付けている。４３はホースカップリング４２に取り付けられた吸込用ホースである。同様に、ケーシング１の吐出口３には、開閉バルブ４６・ホースカップリング４７を備えた吸込管４５を取り付ける。４８はホースカップリング４７に取り付けた吐出用ホースである。
以上により、外部空気を導入する軸封部を備えたルーツ式ウォータポンプｐが構成される。
【００２０】
本発明のルーツ式ウォータポンプｐの重量については、揚水量６０００リットル／分のもので１８０ｋｇ（鋳鉄製）である。因みに、従来の同揚水量のポンプでは、約５００ｋｇである。
【００２１】
なお、このルーツ式ウォータポンプｐの作動については、発明の作用の項で既に述べている内容と変わることがないので説明を省略する。
【００２２】
（実験）
本発明のルーツ式ウォータポンプｐのポンプ作用時において、軸封部のオイルシールにて囲まれる空間内に外部から進入する空気量、吸込揚程と揚水量との関係につき、下記条件にて測定を行った。その測定結果を表１及び図５のグラフに示す。
ルーツ式ウォータポンプ
口径：１２５ｍｍ  毎分回転数：３００〜６００回
実吸込揚程：６.１ｍ
吸込及び吐出用ホース・・・直径１００ｍｍ
【００２３】
【表１】
0003857087.tif 000002
【００２４】
測定の結果、オイルシールにて囲まれる空間内に外部から進入する空気量については、２〜３ｍの低吸込揚程において揚水量の約１００分の１、高吸込揚程において約１００分の２であることが確認され、軸封部から外部への漏水は見られなかった。また、ポンプの起動から排水開始までの自吸時間については、６〜１３秒のきわめて短い時間であった。
【００２５】
以上のとおり、この外部空気を導入する軸封部を備えたルーツ式ウォータポンプは、小型軽量で大揚水量が得られると共に揚水開始までの段取り時間の短縮化、軸封部のメインテナンスの不要化及び運搬を考慮した軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ルーツ式ウォータポンプを一部破断して示す側面図
【図２】同ポンプの平面図
【図３】ルーツロータの縦断面図
【図４】ハウジングの要部の断面図
【図５】オイルシールにて囲まれる空間内に外部から進入する空気量と吸込揚程及び揚水量との関係を示すグラフ
【符号の説明】
ｐ・・・外部空気を導入する軸封部を備えたルーツ式ウォータポンプ
１・・・ケーシング
２・・・吸入口  ３・・・吐出口  ４，５・・・ハウジング
４ｄ・・・小孔  ７・・・凹溝  ８・・・軸受
１０・・・ルーツロータ  １０ａ・・・側面
１１ａ，１１ｂ・・・ローター軸  １２・・・芯金部材
１３・・・ゴムライニング加工  １５・・・凸円弧部
１６・・・凹円弧部  １７・・・連通口
２５・・・オイルシール  ２６・・・リップ
２８・・・エアコントロールリング  ２８ａ・・・透孔
２９・・・スリンガ
３０・・・ダストシール
【図１】
0003857087.tif 000003
【図２】
0003857087.tif 000004
【図３】
0003857087.tif 000005
【図４】
0003857087.tif 000006
【図５】
0003857087.tif 000007