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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5904900
(24)【登録日】2016年3月25日
(45)【発行日】2016年4月20日
(54)【発明の名称】水ポンプ用羽根車およびそれを備えた水中モータポンプ
(51)【国際特許分類】
F04D 7/04 20060101AFI20160407BHJP
F04D 13/08 20060101ALI20160407BHJP
F04D 29/24 20060101ALI20160407BHJP
【ＦＩ】
F04D7/04 D
F04D7/04 J
F04D13/08 W
F04D29/24 B
【請求項の数】16
【全頁数】31
(21)【出願番号】特願2012-174884(P2012-174884)
(22)【出願日】2012年8月7日
(65)【公開番号】特開2014-34884(P2014-34884A)
(43)【公開日】2014年2月24日
【審査請求日】2015年2月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】000150844
【氏名又は名称】株式会社鶴見製作所
(72)【発明者】
【氏名】吉田 慎吾
(72)【発明者】
【氏名】田中 裕之
【審査官】
佐藤 秀之
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００６−２９１９３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭６０−０３２９９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−２０２５８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−０９０２７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−０１４０４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−１６３２６３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ０４Ｄ ７／０４
Ｆ０４Ｄ １３／０８
Ｆ０４Ｄ ２９／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
水中モータの下端に装着されたポンプケーシングに内装された水ポンプ用羽根車において、主板に形成された凹部の中心部分に、水中モータ軸の導下先端部に取付けるためのボス部を設け、凹部上端には主板上端面から突出しないように蓋を蓋装するための環状溝を設け、該蓋は締結具で環状溝に固定され、蓋の中心部分にボス部外縁よりも大きい孔を穿設し、該孔とボス部外縁間には凹部内外を連通させて水位が上昇してポンプ部が浸漬されると、凹部内に水を導入すると共に、凹部内に滞留する空気を排気するための隙間を形成し、蓋と環状溝の接合部にシール材を用いて封止構成されていることを特徴とする水ポンプ用羽根車。
【請求項2】
請求項１に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記羽根車のボス部外縁に形成される隙間が同心状であることを特徴とする水ポンプ用羽根車。
【請求項3】
請求項１に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記羽根車のボス部外縁に形成される隙間が偏心状であることを特徴とする水ポンプ用羽根車。
【請求項4】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記羽根車のボス部外縁に形成される隙間が環状で形成されていることを特徴とする水ポンプ用羽根車。
【請求項5】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記凹部の外周壁凸部の下流低圧発生部の蓋に、凹部内外を連通する空運転時の水抜き孔を穿設させたことを特徴とする水ポンプ用羽根車。
【請求項6】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記凹部の外周壁に縦設された溝の下流低圧発生部の蓋に、凹部内外を連通する空運転時の水抜き孔を穿設させたことを特徴とする水ポンプ用羽根車。
【請求項7】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記蓋の凹部側の外周側において外周から内周に向かって垂下状態に遮蔽板を垂設することで、該遮蔽板の下流低圧発生部の蓋に、凹部内外を連通する空運転時の水抜き孔を穿設させたことを特徴とする水ポンプ用羽根車。
【請求項8】
請求項５または６に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記下流低圧発生部の羽根車回転方向に対する上流側の凹部の外側面に整流ガイドを形成することで、該下流低圧発生部の羽根車回転方向に対する下流側の低圧発生部の形成を促進することを特徴とする水ポンプ用羽根車。
【請求項9】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記蓋の上面に、前記羽根車の回転によって外周から内周に向かって水が掻込まれるような形態の掻込ガイドを二ヶ所以上で等配置されていることを特徴とする水ポンプ用羽根車。
【請求項10】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車を用いた遠心式の水中モータポンプであって、前記主板が収まるような伏鉢状部が設けられたポンプケーシングに内装された羽根車を水中モータ軸の導下先端に装着し、該主板外側壁とそれに対向する該伏鉢状部の内側壁間に３ｍｍないし１０ｍｍの環状隙間を設けると共に、前記蓋上端面とそれに対向する該伏鉢状部の上端面間に５ｍｍないし１５ｍｍの軸方向隙間が設けられていることを特徴とする水中モータポンプ。
【請求項11】
請求項１０に記載の水中モータポンプであって、前記蓋上端面とそれに対向する前記伏鉢状部の上端面間の軸方向隙間で形成された空間と、ポンプケーシングの揚水流路とを連通する溝が該伏鉢状部の内周壁に刻設されていることを特徴とする水中モータポンプ。
【請求項12】
請求項１１に記載の水中モータポンプであって、前記溝の内周側を開放したコの字状或いは、溝の側壁を羽根車回転方向に対して上流側や下流側のいずれか一方または双方を傾斜させた、各態様の溝形状に構成したことを特徴とする水中モータポンプ。
【請求項13】
請求項１２に記載の水中モータポンプであって、前記溝がポンプケーシングのボリュート巻き始めから４５°以内に刻設されていることを特徴とする水中モータポンプ。
【請求項14】
請求項１２に記載の水中モータポンプであって、前記溝を１８０°対称位置に２つで１セットとして、１セット以上刻設されていることを特徴とする水中モータポンプ。
【請求項15】
請求項１０ないし１４のいずれか一項に記載の水中モータポンプであって、前記軸方向隙間が外方向に向かって順次広がるように、前記蓋上端面または伏鉢状部の上端面のいずれか一方または双方を傾斜面に形成されていることを特徴とする水中モータポンプ。
【請求項16】
請求項１０ないし１５のいずれか一項に記載の水中モータポンプであって、前記蓋上端面とそれに対向する前記伏鉢状部の上端面間の軸方向隙間で形成された空間内に、前記羽根車の回転によって発生する旋回流を内周に向かって誘導する案内羽根を、該伏鉢状部の上端面に１箇所以上凸設されていることを特徴とする水中モータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水ポンプ用羽根車およびそれを備えた水中モータポンプに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、水ポンプ用羽根車には様々な種類があり、汚水などを送水するクローズド型羽根車においては、汚水に含まれる固形物を羽根車の通水路に詰ることなく通過排出させなけばならないことから、ＪＩＳＢ０１３１番号１３２３「ノンクロッグポンプ」（付図２５参照。）や、番号１３２４「スクリューインペラ渦巻ポンプ」（付図１２参照。）や、番号１３２５「ブレードレスポンプ」などで定義されているような、通水路すなわち羽根幅の大きな軸方向に大きな重い羽根車の構成となってしまうことから、羽根車の軽量化を図るために主板や側板に肉盗みの凹部を設けるが、該凹部を開放した状態でポンプを運転すると、凹部内に異物が侵入することで振動や騒音が発生したり、該凹部が抵抗となって流れが乱されることで動力損失が発生するため、ポンプ効率の低下などという問題を招来することから、該凹部を蓋装することで凹部内への異物の侵入や旋回抵抗などを防止しなけばならないことから、特に一枚羽根などの凹部形状が不均一な羽根車においては、蓋装により蓋と凹部との空間内に空気が滞留した状態で羽根車が浸漬されることで、不均一な形状の凹部内の滞留空気によって羽根車自体に不均衡な浮力が作用されることで、羽根車がアンバランスとなって運転時に過大振動が発生するため、凹部内の滞留空気を全て凹部外へ排出していなければならないことから、ポンプ運転中は空気よりも比重の大きい水は遠心作用により凹部内の外周側へ移動させることで、その水の移動に伴って比重の小さな空気は凹部内の内周側に置換移動させて、蓋の回転軸中心から半径の１／２以下の位置に異物侵入を考慮した小径に穿設させた複数の孔の一部より凹部内に水が導入されれば、他の孔より気泡が押し出され、凹部内の空気を円滑に排出する手法は公知である（例えば、下記の特許文献１参照）。
【0003】
また、これとは別に羽根車の凹部を覆う板状の蓋部材の、例えば、蓋部材の外周縁に設けた切り欠きで構成する凹部内の侵入物を排出するための排出口によって、水ポンプ用羽根車が水中で使用されると、水が蓋部材の排出口から凹部内に侵入して凹部内が水で満たされるが、凹部内の水の密度と凹部外の水の密度とが同じであるので、質量バランスは維持されると共に、水位が低下するなどにより、水ポンプ用羽根車が空気中にさらされると、水ポンプ用羽根車にかかる遠心力により、凹部内の水が排出口から排出されて空洞となるが、凹部内の空気の密度と凹部外の空気の密度とが同じであるので、質量バランスは維持されるので、予め凹部内に侵入した水を、該羽根車を装備したポンプを空運転したり、或いは傾斜させたりすることにより排出口から排出させておけば、出荷時や運搬時などに凹部から水が漏れ出すという不具合は発生しないよう構成されたものも公知である（例えば、下記の特許文献２参照）。
【0004】
更に、別の従来技術として異物などが混入し得る汚水の排出に適している遠心ポンプの羽根車として、ノンクロッグポンプに用いられる一枚羽根の羽根車も周知であり、通常このような羽根車は羽根形状が回転軸に対して非軸対称であり、機械的バランスが取り難くなることから、羽根車の回転軸周りにおいて、比較的質量の大きい部分の肉を盗むことで機械的バランスを保っているが、肉を盗むことでその部分に凹部が生じ、その凹部が抵抗となって流れを乱すので動力損失が発生するため、通常該凹部は蓋で覆われており、蓋で凹部を覆うと凹部に水が浸入し難くなり、内部に空洞部が形成され易くなることから、そのままでは外水圧により蓋に大きな圧力がかかることを回避するために、凹部の内外を連通する孔を蓋に穿設した羽根車を備えたノンクロッグポンプが用いられていることから、固形物がポンプ室に留まることなく排出されるよう、一般的に羽根車の主板とケーシングで構成される半径方向隙間および軸方向隙間は、羽根車が回転するのに必要な最小限に構成され、例えばＪＩＳＢ８３０７：２００９ 遠心ポンプの技術仕様−クラスＩの第１９頁「表２−最小運転隙間」に規定されているように、回転側直径が２５０ｍｍの最小直径隙間は０．５５５ｍｍとなると共に、ケーシングの内壁に摺動しないよう羽根車（主板）の端面の内側に取付けられた蓋上端面とケーシングの内壁との対向空間に形成される空気溜りに、該蓋に穿設された孔を通って凹部から排気された空気が溜ってしまうことから、該空気溜りは該狭小の半径方向隙間および軸方向隙間によってケーシング内の排出流路と実質的に隔絶されてしまうために、空気溜りに溜った空気は排気されることなく溜り続けることになり、ポンプの運転振動を大きくさせるという問題を解決するため、該羽根車を用いた汚水用の遠心ポンプにおいて、ケーシングの上端壁に空気溜りに開口するエア抜き用の連通孔を形成することで、空気溜りに空気が滞留することを抑制するよう意図された汚水用の遠心ポンプは公知である（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【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、前記特許文献１ないし３の構成を用いて検証実験を行った結果、次の問題点があることが判明した。
【0007】
先ず、前記特許文献１の段落００４６−００４７の記載および図３，４に示すように、羽根車の凹部内に異物を侵入させないよう、該凹部に蓋を３箇所のボルトにより固定させており、蓋の中心から半径の１／２以下の位置に異物侵入を考慮した小径に穿設させた５個の孔から凹部内に水が導入されても、ポンプ運転中にこれがそのまま蓋と羽根車本体との隙間、即ち蓋外周に形成された隙間から漏れ出てしまうので、遠心作用により凹部内周に形成される水の層である封水層が求心方向に厚みを増すのが遅くなるので、内周側の空気の層を押す力が弱く、凹部内の空気の排気速度は極めて遅いことから、該蓋外周隙間からの漏水量と該小径に穿設させた５個の孔からの流入量が均衡される過程において、該外周隙間からの漏水量分を補うように凹部内に５個の孔から水が流入されるので、該孔より気泡が押し出されることは全くなく、やがて漏水量と流入量が均衡状態となって、凹部内の空気が羽根車ボス部の外周部にすり鉢状の空洞となって排気することができなくなり、空気の浮力によって生じる機械的バランスの崩れを回避できずに、当初目的の振動を防ぐという効果を奏することができずに、ポンプ運転時の致命的な問題を有している。
【0008】
また、前記特許文献２の構造だけでは、水ポンプ用羽根車が空気中の空運転時は凹部内の水が排出口から排出されて、前記の如く不具合は発生しないが、水中で水が蓋部材の排出口から凹部内に侵入して水が満たされた状態において、水中で運転した場合には、凹部内の水に遠心力の作用と重量の軽量化のために内部の螺旋状通路の形態にあわせた、羽根車のブレードのような大きな凹部内の螺旋形状の肉ヌスミ形態によるポンプ作用と相俟って、凹部内を満たしている水が該排出口から排出されて凹部内が空洞化されてしまうことから、凹部内外の重量バランスが崩壊されてしまい、当初目的の凹部内の侵入物を排出して重量バランスを保ち、振動を防ぐという効果を奏することができずに、本来のポンプ水中運転時には全くの逆効果の致命的な問題を有している。
【0009】
更に、前記特許文献３の構造では、前記半径方向隙間および軸方向隙間は固形物がポンプ室に留まることなく排出されるように、羽根車が回転するのに必要な最小限にとどめられて狭小であるため、固形物の侵入は抑制できるが、一般的に人間ではφ０．０５〜０．１ｍｍ、猫ではφ０．０１〜０．０８ｍｍといわれる細く長い体毛などの繊維や、小さな磨耗粒子であるスラリーポンプ０．３ｍｍ以下，サンドポンプ０．３ｍｍ以上｛下記文献「ポンプとその使用法」（以降、文献１と呼ぶ）第１５０頁中段の（２）スラリーポンプ，サンドポンプと第２６７頁の表５・６を参照。｝、凝固した油分、長尺異物などの侵入を完全に防止することはできないため、前記の狭小な隙間に詰って羽根車の拘束（ロック）や過度の磨耗および振動や騒音などを招来する恐れを有すると共に、停止状態において遠心ポンプが水中に浸漬されたとき、凹部内の空気を排出するには蓋に開口された連通孔の付近に水が存在して、それと空気が置換される必要があるが、水の通り道である羽根車の主板とケーシングで構成される半径方向隙間および軸方向隙間は、羽根車が回転するのに必要な最小限にとどめられており、また、狭小な隙間が連続しているため、水が羽根裏へ侵入する際の流動（通水）抵抗が非常に大きく、実質的に揚水流路と隔離されていることから、凹部から空気を排出するためには、羽根裏の空気溜りの空気が、自身の浮力によりエア抜き孔から排出されることから、該空気溜りの圧力低下により、羽根車の主板とケーシングで構成される半径方向および軸方向の狭小な隙間より少量の水が空気溜りに導入されることで、該空気溜りの圧力が回復するとともに水が蓋の孔より凹部に侵入することで、凹部より空気が押し出されて空気溜りに溜った空気は、該エア抜き孔から再び排出されという手順を繰り返しながら、あたかも呼吸の如く脈動を生じながら、空気溜りおよび凹部の空気排出に長い時間がかかるため、残留空気のアンバランスによる振動が長く継続されてポンプを破損するという重大な問題を有している。＜文献１．「ポンプとその使用法」の出典＞
【0010】
また、ポンプ運転中の羽根裏の空気溜りにおいては、前記半径方向隙間および軸方向隙間が狭小であるため水の出入りが少なく、ポンプ圧による羽根裏の空気溜りへの水の侵入も全周において均等に行われ、またボリュートの周方向圧力変化による圧力差による羽根裏への循環流れもほとんどないため、空気溜りの内周付近に集まった空気を循環流に巻き込んで排出することも出来ないと共に、羽根裏には循環流れが無いため、凹部内と同様に空気が内周側に移動するので、蓋に開口された孔がその空気で塞がれることで、所謂エアーロック現象のために水が凹部に侵入することが出来ずに、凹部内に残留した空気は排出されることはなく、仮にポンプ外へ空気を排出するためのエア抜き孔をポンプ室上端面の内周側に設けたとしても、羽根車の回転によって内周側は低圧となっているため空気はほとんど排出されないことから、内周側に異物の侵入を防止するオイルシールが設置されている場合は、エア抜き孔は設け難くなり、逆に無理やりオイルシールを配置した場合には、オイルシール固定部に孔を開口すると長尺異物が絡まったり詰まったりして過負荷や異常振動が発生することになる。
【0011】
いずれにしても、水に混入する異物により蓋に開口された孔やポンプ外へ空気を排出するためのエア抜き孔またはエアバルブが閉塞した場合、凹部内や空気溜りの空気がほとんど排出されないため、残留空気のアンバランスによる振動を生じてポンプを破損する危険性を払拭することが出来ない。
【0012】
更に、ボリュート内の圧力の周方向変化によって生じる羽根裏への循環流れについて詳述すると、遠心ポンプに用いられるポンプケーシングには通常、回転に伴って羽根車から吐出される揚液を効率よく集めて吐出し口へ導くため、吐出し口に向かって徐々に断面積が大きくなる揚水流路を羽根車の吐出し口の外周に周方向に渦を巻いて形成したＪＩＳＢ０１３１の用語の番号４１０２に定義され付図３に示されるような「渦巻ケーシング」が採用され、特に渦巻状の部分はＪＩＳＢ０１３１の用語の番号５１０１に定義される「ボリュート」と呼ばれ、ＪＩＳＢ０１３１の用語の番号２１０５に定義される「最高効率点」となるＪＩＳＢ０１３１の用語の番号２１２９に定義される「設計吐出し量」または文献によっては正規吐出し量とも呼ばれる吐出し量において、下記文献「ターボポンプ（新改訂版）」（以降、文献２と呼ぶ）第６８頁上段の図５．１１（ｂ）正規流量の上のボリュート図に描画される周方向に時計回りに旋回する矢印の長さが巻き終わりに向かって全て等しい長さであることによって示されるように揚水流路内の流速が変化しないように「ボリュート」の断面積が決定されているため、「最高効率点」より少ない吐出し量の運転域としてＪＩＳＢ０１３１の用語の番号２１６８に定義される「部分流量域」または文献によっては低流量域と呼ばれる流量域では、回転に伴って羽根車から吐出されて集められる揚液の量が前記正規吐出し量より少ないため、前記正規吐出し量によって決定された「ボリュート」断面積に対する揚液の量の比率が吐出し口に向かって徐々に小さくなるため、文献２の第６８頁上段の図５．１１（ａ）低流量の上のボリュート図に描画される周方向に時計回りに旋回する矢印の長さが巻き終わりに向かって短くなるように示されていることから、揚水流路内の流速が吐出し口に向かって漸次減速されることで、文献２の第６８頁中段の図５．１２「ボリュート内の圧力の周方向変化」の線図のＱ／Ｑｎ＝０．１０の特性曲線に示されるように、同図左側（θ°＝０）の巻き始めから右側（θ°＝３６０）の巻き終わりに向かって圧力は徐々に増加する一方、「最高効率点」より多い吐出し量の運転域としてＪＩＳＢ０１３１の用語の番号２１６９に定義される「過大流量域」と呼ばれる流量域では、回転に伴って羽根車から吐出されて集められる揚液の量が前記正規吐出し量より多いため、前記正規吐出し量によって決定された「ボリュート」断面積に対する揚液の量の比率が吐出し口に向かって徐々に大きくなるため、文献２の第６８頁上段の図５．１１（ｃ）過大流量の上のボリュート図に描画される時計回りに周方向に旋回する矢印の長さが巻き終わりに向かって長くなるように示されていることから、揚水流路内の流速が吐出し口に向かって漸次増速されることで、文献２の第６８頁中段の図５．１２の線図のＱ／Ｑｎ＝１．２８の特性曲線に示されるように、同図左側（θ°＝０）の巻き始めから右側（θ°＝３６０）の巻き終わりに向かって圧力は徐々に低下される。＜文献２．「ターボポンプ（新改訂版）」の出典＞
【0013】
そして、本来ならばボリュート内の圧力は周方向に変化するのでその圧力差が原動力となり、圧力の高い周方向位置から圧力の低い周方向位置に向かって流れ（以降、循環流れと呼ぶ）が発生すべきところですが、その循環流れは羽根車から吐出される流れに押し返されることにより、羽根車内を通過することができずに羽根裏へ流れようとしますが、前記半径方向隙間および前記軸方向隙間が狭小なために流動抵抗が大きくなるために、該循環流れはほとんど生じることはありませんが、前記半径方向隙間および軸方向隙間が広大だと流動抵抗が小さいことから、ボリュート内の揚水圧力差によって羽根裏への循環流のリーク流れが形成されることで、液体の速度エネルギーを圧力エネルギーに変化するボリュートケーシングの機能が低下されてしまうために、ポンプ揚程が低下するという問題があった。
【0014】
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、水中でのポンプ運転時には凹部内を速やかに水で満たし、ポンプ設置段階においても凹部内の空気を排出することができ、凹部内外の連通路は閉塞することがないためこれらの機能を損なうことはなく、空気によるアンバランスで発生する振動を抑制するとともに、梱包や搬送前にはポンプを倒したり分解することなく凹部内に溜まった水を排出し得ることに加えて、ポンプ揚程の低下を必要最小限に留めうる、水ポンプ用羽根車およびそれを備えた水中モータポンプ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】
【0015】
前記課題を達成するために、先ず透明なアクリル板で作製された蓋部材を羽根車の凹部を覆うように装着して、該羽根車の凹部に滞留する空気の状況を視認できる可視化装置を用いて、前記特許文献１，２の蓋に孔や切欠きを穿設した状態において、羽根車の凹部内の空気の滞留状況を検証したところ、前記段落番号０００７の記載の如く、羽根車の凹内の空気は孔から排気されることなく、羽根車ボス部の外周部にすり鉢状の空洞となって滞留しており、また、前記段落番号０００８の記載の如く、蓋の外周に穿設された切欠き部から凹部内を満たしている水は排出されて、凹部内が空洞化されてしまうことから、特許文献１，２のいずれの場合も凹部内の空洞化による振動を防ぐことはできないことから、蓋外周に切欠きを設けずに、羽根車ボス部近くの蓋の内周の対称位置に２個の長孔を穿設して検証を試みたが、ある程度は該長孔より排気されるが全ての空気を凹部外に排気することはできずに振動を防げなかったので、次に羽根車ボス部外周と蓋内周間に隙間を設けて再び検証を試みたところ、該対称位置に２個の長孔を穿設した場合に比べて凹部内の空気の排気状況は改善されたものの、やはり全ての空気を凹部外に排気することはできなかったことから、該隙間を少しずつ広げながら再度検証を繰り返したが、やはり全ての空気を凹部外に排気することはできなかったが、幾度と検証を繰り返すうちに偶然凹部内の微細気泡が蓋の外周部から排気されたのを見かけたことで、凹部を満たす水が蓋の外周部の接合隙間から微量の漏水が発生していることに気付く切っ掛けを得たことにより、蓋の外周部をシールしたところ、図１に示すように羽根車の回転に伴って該隙間から水が導入されて凹部を満たす水に遠心力が作用することにより、該水が凹部外周側へ移動され前記封水層が形成されて、該シールの止水作用で行場の無くなった封水層は求心方向に成長されることにより、比重の小さな空気が凹部内周側に置換移動される作用によって、ボス部外縁近傍の凹部内周側に集められてくる空気は、該隙間から円滑且つ迅速に凹部外へ残らず排気され、更に同心状の隙間を偏心状の隙間に形成したところ、該同心状の隙間の場合よりも更に迅速に凹部外へ残らず排気される構成に辿り着いたが、該シール構成により工場などで出荷前のポンプ性能確認試験を行った後で出荷する際、ポンプを気中運転しただけでは凹部内に溜まった水が蓋の外周部の接合隙間から排出されないため、梱包時や搬送時に凹部内の水を排出するためにはポンプを倒したり分解したりする必要が生じるという新たな課題が生じることとなり、そこで、本願発明者らは、流動解析結果より凹部内の圧力分布を把握することで、凹部外周部において最も圧力の低下する低圧発生部位を見出し、その部位上方の蓋に凹部内外を連通する孔を設けることで、ポンプ運転時は凹部内の水が羽根車回転による遠心力によって凹部外に出ようとする作用が、凹部内の圧力の低い低圧発生部位と外力のポンプ水圧の抗力作用によって抑えられ、気中運転時は該孔に外力のポンプ水圧が作用しないため遠心力によって凹部内の水は凹部外へと排出させることで、ポンプ運転時の凹部内の空気排出と気中運転時の凹部内の水の排出という矛盾する課題を両立させることに成功した訳であります。
【0016】
また、前記循環流れがボリュート内の高圧部から羽根裏を通ってボリュート内の低圧部に流れることに着目し、前記該凹部内に水を導入すると共に凹部内に滞留する空気を排気するために、前記羽根車ボス部外周と前記蓋内周間で形成された隙間へ循環流れを用いて水を供給して凹部内に滞留する空気を排気させて羽根裏の空気と共に循環流れに巻き込ませることにより、羽根裏の空間および凹部内の空気をボリュート内へ移送させ、最終的にポンプケーシングの吐出し口よりポンプ外に排気するという新たな構成を創出するに至った。
【0017】
そして、図２に示すように前記構成のボリュート内と羽根裏の空間を繋ぐ通水路となる羽根車の主板外側壁に対向するポンプケーシングの伏鉢状部内側壁間の環状隙間Ｇ１の大きさおよび、蓋上端面と対向する前記伏鉢状部の上端面間の軸方向隙間Ｇ２の大きさによってはボリュート内の揚水圧力差によって羽根裏の空間への循環流のリーク流れが形成されることで、液体の速度エネルギーを圧力エネルギーに変化するボリュートケーシングの機能が低下されてしまうために、ポンプ揚程が低下したり、環状隙間および軸方向隙間に異物が詰るのではという懸念があることから、羽根裏の空間および凹部内に滞留する空気の排出速度が速く、且つポンプ揚程の維持効果が高い最適な環状隙間Ｇ１および軸方向隙間Ｇ２の寸法を求めるために、空気が排気されたか否かは、ポンプに加速度計を取付けて振動値を測定し、その振動値がポンプ始動時より小さく安定するまでの時間を計測することで判断することとして、環状隙間を様々に変化させて多くの実験を行った際、先ず該軸方向隙間Ｇ１は狭小でない８ｍｍの寸法に設定した状態で、下記表１に示すように環状隙間Ｇ１を１ｍｍから１２ｍｍまで順に１ｍｍ間隔毎に広げながら空気排出速度改善効果とポンプ揚程の維持効果を確認し、環状隙間Ｇ１が２ｍｍ以下では環状隙間Ｇ１が狭過ぎて、空間８への循環流れが不十分となることに加えて、羽根車の回転に伴って主板外側壁によって生じる環状隙間内の旋回流の旋回作用がボリュート内と羽根裏間の流通の阻害要因となって、空気排出速度改善効果が小さくなってその改善効果は発揮されず、逆に環状隙間Ｇ１が１１ｍｍ以上に広がれば、ボリュート内の揚水圧力差によって羽根裏の空間への循環流のリーク流れが形成されることで、液体の速度エネルギーを圧力エネルギーに変化するボリュートケーシングの機能が低下されてしまうため、特にポンプ揚程の高い部分流量域においてはボリュート内の揚水圧力差による漏れが多くなるため、ポンプ揚程が顕著に低下したことで、下記表１の結果となった。＜表１．環状隙間Ｇ１による凹部の空気排出速度改善およびポンプ揚程維持の効果＞
【0018】
次に、軸方向隙間Ｇ２の変化による空気排出速度改善効果とポンプ揚程の維持効果を環状隙間Ｇ１を先ず７ｍｍに設定した状態で、下記表２に示すように軸方向隙間Ｇ２を４ｍｍから１７ｍｍまで順に１ｍｍ間隔毎に広げながら空気排出速度改善効果とポンプ揚程の維持効果を確認し、軸方向隙間Ｇ２が４ｍｍ以下では空間８の容積が少な過ぎて、空間８への循環流れが不十分となることで、空気排出速度改善効果が小さくなってその改善効果は発揮されず、逆に軸方向隙間Ｇ２が１６ｍｍ以上では空間８の容積が大き過ぎて羽根裏の空間に内在する空気量も増加することに加えて、『流速＝流量÷流路断面積』の関係により、羽根裏の空間を流れる循環流れの流速が遅くなって、凹部内に水を導入すると共に凹部内に滞留する空気を排気するために前記羽根車ボス部外周と前記蓋内周間で形成された隙間への水の供給および該隙間からの空気の排気が遅くなってしまうことで、空気排出速度改善効果が小さくなってその改善効果は発揮されないことから、下記表２の結果となった。＜表２．軸方向隙間Ｇ２による凹部の空気排出速度改善およびポンプ揚程維持の効果＞
【0019】
そして、前記良好な効果が確認された表１と表２の太枠で示す、環状隙間Ｇ１を３ｍｍから１０ｍｍと軸方向隙間Ｇ２を５ｍｍから１５ｍｍの夫々１ｍｍ間隔毎に各隙間状態を組み合わせて、空気排出速度改善効果とポンプ揚程の維持効果を検証した結果、前記表１と表２の太枠で示した効果と略同一の効果が得られることが確認された。
【0020】
更に、前記環状隙間および前記軸方向隙間を表１および表２で「▲」および「×」の付いていない最適な範囲として別途行った異物通過試験や磨耗試験において、環状隙間および軸方向隙間は狭小では無いと共に前記循環流れの流量が適切に制御されているので、当初懸念されていたように異物が環状隙間および軸方向隙間へ詰ることも羽根裏の空間へ滞留することもほとんど無く、また、磨耗粒子の滞留による過度の磨耗が無いことが確認され、実用上問題の無いレベルであることが判明したが、本願発明者らは更なる改善を目指して、環状隙間および軸方向隙間を最適な範囲としたまま前記伏鉢状部の内側壁に羽根裏の空間とポンプケーシングの揚水流路とを連通する溝を刻設したところ、ポンプ揚程の低下を伴うことなく羽根裏および前記凹部内に滞留する空気の排出速度が速くなることを見出したことで、環状隙間の通水抵抗に対して溝内の通水抵抗が小さくなることで、溝以外の環状隙間においてボリュート内の揚水圧力が羽根裏に漏れる量が減少してポンプ揚程の低下が抑えられるとともに、溝に流れが集中して大きな流れが形成されることで羽根裏への液体の流入および空気の排出が促進されることに加えて、羽根裏への流入および流出が環状隙間より広い溝で行われるため、環状隙間のみの場合に比べて異物の詰りが抑制されるという相乗効果を奏すると共に、溝の内周側開放部が広がるように溝の上流側側壁または下流側側壁のいずれか一方あるいは双方を傾斜させた形状とすれば、羽根車の回転に伴って主板外側壁によって生じる環状隙間内の旋回流の旋回作用が該溝に流入および流出することで、より速やかに水の流入と、水および空気の排出を行うことができると共に、下流側側壁への長尺異物の絡みも抑制され、また、ポンプは始動時の流量ゼロの状態から運転流量となるまでの間、必ず「部分流量域」を通過することになるので、前記「部分流量域」において圧力の低くなるボリュート巻き始めから所定の範囲、例えば０°ないし４５°の範囲に該溝を刻設すれば、水および空気の排出を迅速に行うことが出来る。
【0021】
そして、前記溝２つを１８０°位置に刻設すれば、前記凹部内に水を導入すると共に凹部内に滞留する空気を排気するために前記羽根車ボス部外周と前記蓋内周間で形成された隙間が溝間に挟まれることになるため、凹部内への水の流入と、凹部内からの空気の排出をより速やかに行うことができ、さらに、前記伏鉢状部の上端面を外方向に向かって上り勾配の傾斜面とすれば、ポンプ停止時には、隙間より排出された凹部内の空気の気泡が浮力により上昇しながら該傾斜面に沿って速やかに外周側へ移動するため、その空気と入れ替わりに水が隙間へと導入されるので、凹部内の空気が速やかに排出され、また、ポンプ運転時には、該傾斜面により外周から内周に向かって軸方向にも断面積が減少してあたかも楔のような形状となることから、隙間に水が押し込まれると共に、隙間付近の前記循環流の流速が速くなるので、より速やかに凹部内の空気と水の置換を行うことが出来ることに加えて、羽根車の回転によって発生する旋回流を内周に向かって誘導する案内羽根を、伏鉢状部の上端面に凸設すれば、隙間への水の供給が促進されて凹部内の空気が排出され易くなり、また、該凹部内より排出された空気は、案内羽根の羽根車回転方向に対する下流側側壁の低圧部に引込まれて外周側へ排出されるため排出速度が速くなり、案内羽根は羽根車側にも形成できるが（以降、区別のため、羽根車側の該案内羽根は掻込ガイドと呼称）、バランス調整の必要があるため二ヵ所以上で等配置とすることが望ましい。
【0022】
以上このように、試行錯誤の末に辿り着いた構成に基づいた、具体的手段は以下の通りです。
【0023】
本発明の請求項１に係る発明では、水中モータの下端に装着されたポンプケーシング内に内装された水ポンプ用羽根車において、主板に形成された凹部の中心部分に、水中モータ軸の導下先端部に取付けるためのボス部を設け、凹部上端には主板上端面から突出しないように蓋を蓋装するための環状溝を設け、該蓋は締結具で環状溝に固定され、蓋の中心部分にボス部外縁よりも大きい孔を穿設し、該孔とボス部外縁間には凹部内外を連通させて水位が上昇してポンプ部が浸漬されると、凹部内に水を導入すると共に、凹部内に滞留する空気を排気するための隙間を形成し、蓋と環状溝の接合部にシール材を用いて封止構成されていることを最も主要な特徴とする。
【0024】
本発明の請求項１の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項２に係る発明は、前記羽根車のボス部外縁に形成される隙間が同心状である。
【0025】
また、本発明の請求項１の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項３に係る発明は、前記羽根車のボス部外縁に形成される隙間が偏心状である。
【0026】
更に、本発明の請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項４に係る発明は、前記羽根車のボス部外縁に形成される隙間が環状で形成されている。
【0027】
また、本発明の請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項５に係る発明は、前記凹部の外周壁凸部の下流低圧発生部の蓋に、凹部内外を連通する空運転時の水抜き孔を穿設している。
【0028】
また、本発明の請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項６に係る発明は、前記凹部の外周壁に縦設された溝の下流低圧発生部の蓋に、凹部内外を連通する空運転時の水抜き孔を穿設している。
【0029】
また、本発明の請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項７に係る発明は、前記蓋の凹部側の外周側において外周から内周に向かって垂下状態に遮蔽板を垂設することで、該遮蔽板の下流低圧発生部の蓋に、凹部内外を連通する空運転時の水抜き孔を穿設している。
【0030】
更に、本発明の請求項５または６に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項８に係る発明は、前記下流低圧発生部の羽根車回転方向に対する上流側の凹部の外側面に整流ガイドを形成することで、該下流低圧発生部の羽根車回転方向に対する下流側の低圧発生部の形成を促進している。
【0031】
更にまた、本発明の請求項１ないし８のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項９に係る発明は、前記蓋の上面に、前記羽根車の回転によって外周から内周に向かって水が掻込まれるような形態の掻込ガイドを二ヶ所以上で等配置している。
【0032】
次に、本発明の請求項１ないし９のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車を用いた遠心式の水中モータポンプにおいて、本発明の請求項１０に係る発明は、前記主板が収まるような伏鉢状部が設けられたポンプケーシング内に内装された羽根車を水中モータ軸の導下先端に装着し、該主板外側壁とそれに対向する該伏鉢状部の内側壁間に３ｍｍないし１０ｍｍの環状隙間を設けると共に、前記蓋上端面とそれに対向する該伏鉢状部の上端面間に５ｍｍないし１５ｍｍの軸方向隙間が設けられている。
【0033】
そして、本発明の請求項１０の水中モータポンプにおいて、本発明の請求項１１に係る発明は、前記蓋上端面とそれに対向する前記伏鉢状部の上端面間の軸方向隙間で形成された空間と、ポンプケーシングの揚水流路とを連通する溝を該伏鉢状部の内周壁に刻設している。
【0034】
また、本発明の請求項１１の水中モータポンプにおいて、本発明の請求項１２に係る発明は、前記溝の内周側を開放したコの字状或いは、溝の側壁を羽根車回転方向に対して上流側や下流側のいずれか一方または双方を傾斜させた、各様態の溝形状に構成している。
【0035】
更に、本発明の請求項１１または１２に記載の水中モータポンプにおいて、本発明の請求項１３に係る発明は、前記溝がポンプケーシングのボリュート巻き始めから４５°以内に刻設している。
【0036】
更にまた、本発明の請求項１１または１２に記載の水中モータポンプにおいて、本発明の請求項１４に係る発明は、前記溝を１８０°対称位置に２つで１セットとして、１セット以上刻設している。
【0037】
また、本発明の請求項１０ないし１４のいずれか一項に記載の水中モータポンプにおいて、本発明の請求項１５に係る発明は、前記軸方向隙間が外方向に向かって順次広がるように、前記蓋上端面または伏鉢状部の上端面のいずれか一方または双方を傾斜面に形成している。
【0038】
また、本発明の請求項１０ないし１５のいずれか一項に記載の水中モータポンプにおいて、本発明の請求項１６に係る発明は、前記蓋上端面とそれに対向する前記伏鉢状部の上端面間の軸方向隙間で形成された空間内に、前記羽根車の回転によって発生する旋回流を内周に向かって誘導する案内羽根を、該伏鉢状部の上端面に１箇所以上凸設している。
【発明の効果】
【0039】
請求項１の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２と図３に示すように主板に形成された凹部の中心部分に、水中モータ軸の導下先端部に取付けるためのボス部を設け、凹部上端には主板上端面から突出しないように蓋を蓋装するための環状溝を設け、該蓋は締結具で環状溝に固定され、蓋の中心部分にボス部外縁よりも大きい孔を穿設し、該孔とボス部外縁間には凹部内外を連通させて水位が上昇してポンプ部が浸漬されると、凹部内に水を導入すると共に、凹部内に滞留する空気を排気するための隙間を形成し、蓋と環状溝の接合部にシール材を用いて封止構成されているため、水中でのポンプ運転時にはポンプケーシング内の水が昇圧されることにより、前記隙間より空気が残留する圧力の低い凹部内に水が導入されることで、図１に示すように空気よりも比重の大きい水は羽根車の回転による遠心力の作用により凹部外周側へ移動され前記封水層が形成されて、該シールの止水作用で行場の無くなった封水層は求心方向に成長されることにより、比重の小さな空気が凹部内周側に置換移動される作用によって、ボス部外縁近傍の凹部内周側に集められてくるた空気は、該隙間から円滑且つ迅速に凹部外へ残らず排気されることで、凹部内に残留した空気のアンバランスに起因した振動の発生を抑止すると共に、前記封止構成により水中でのポンプ運転時を含めて凹部外周縁からの漏出がないことから、一度凹部内が水で満たされれば、凹部内外は同一比重の水によって水がそれ以上凹部内へ流入されることがないことから、長尺物を含めた凹部内への異物侵入も阻止されることで、凹部内への異物堆積のアンバランスに起因した振動の発生も防止することができることに加えて、本願発明では蓋中心部分に穿設されたボス部外縁よりも大きな孔の内周縁にボス部外周縁が接触しないように遊嵌されているので、ボス部外周縁にインローや座部を機械加工する必要はなく、またボス部貫通孔や空気排出と水流入のための孔を複数設けた従来品と比べて、加工工数が少なく加工コストと時間を抑えることができるという利点を有している。
【0040】
本発明の請求項１に基づいた請求項２の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２と図３に示すように前記羽根車のボス部外縁に形成される隙間が同心状に構成させることで、該隙間はボス部外縁の全周に開口された均等巾の間隙となることで、ポンプ本体の設置状態が水平でなくても、ポンプ設置後に水位が上昇して主板上端面を越えて浸漬される際に、該隙間の一方向から凹部内に水が流入すれば、間隙の他方向から凹部内の空気が排気されるので、ポンプ設置時の傾き方向の制約を受けることなく、自動的に該間隙の最も流入と排気し易い夫々の最適な方向から、凹部内に流入と排気が円滑かつ迅速に行なわれることで、凹部内の残留空気のアンバランスによる振動を防止することができる。
【0041】
本発明の請求項１に基づいた請求項３の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２と図４ないし図８に示すように前記羽根車のボス部外縁に形成される隙間が偏心状に構成させれることで、該隙間巾には広い部分と狭い部分が形成されるので、水没状態でポンプが運転されると、該隙間を周方向に展開した隙間巾の変化の図５ないし図８に示すように、該ボス部の回転方向に対して隙間巾が広い箇所から次第に狭くなる圧縮作用の領域を流れる水は増圧されることから、残留空気の存在する圧力の低い凹部内に強制的に水が流入されながら、隙間巾が狭い箇所から次第に広くなる膨張作用の領域を流れる水は減圧されることから、凹部内の空気が圧力の低い該膨張作用の領域の間隙から強制的に吸引排気されることで、極めて短時間に凹部内の空気が排気処理されるため、該凹部内の残留空気のアンバランスによる振動を迅速に防止することができることに加えて、ポンプ設置後に水位が上昇して主板上端面を越えて浸漬される際に、空気に較べて密度の大きな水では、該隙間巾の狭いところでは顕著に流通抵抗が大きくなるので、水は隙間巾の広いところから凹部内に流入され、該流入の対称位置となる隙間巾の狭いところから、該水の流入量に対応した容量の空気が凹部内から排気されるので、水の流入と空気の排気に係る凹部内の入口と出口の位置と面積の関係を、自動的に最も互いに干渉の少ない対称の１８０°離れた位置で互いに最適な開口面積の隙間領域から流入と排気がされることで、段落００４０に示す請求項２の同心状の場合よりも、更に凹部内に流入と排気が円滑かつ迅速に行なわれるため、該凹部内の残留空気のアンバランスによる振動防止の効果を大きくすることができる。
【0042】
本発明の請求項１ないし３のいずれか一項に基づいた請求項４の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２と図３に示すように前記羽根車のボス部外縁に形成される隙間を環状に構成させることで、該隙間の旋回時の抵抗を最小限に抑えられることから、段落００３９ないし００４１に示す請求項１ないし３のいずれか一項に記載のポンプ運転時において、該隙間を流通する水の流入と空気の排気を極めて円滑に行なうことができるので、該凹部内の残留空気のアンバランスによる振動防止の効果をより一層向上させることができる。
【0043】
本発明の請求項１ないし４のいずれか一項に基づいた請求項５の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２および図９ないし図１１に示すように前記凹部の外周壁凸部の下流低圧発生部の蓋に、凹部内外を連通する空運転時の水抜き孔を穿設させたことにより、本来ならば水中でのポンプ運転時には前記隙間より空気が残留する圧力の低い凹部内に水が導入されることで、空気よりも比重の大きい水は羽根車の回転による遠心力の作用により凹部外周側へ移動された水は、水抜き孔より凹部外に流出するところ、該水抜き孔には二次側水流の渦作用により凹部内に引き戻そうとする低圧と凹部外の外圧の相乗作用による対抗圧力の止水効果によって、前記封止構成が維持されることで、該凹部内の残留空気のアンバランスによる振動を防止することができると共に、出荷時の該凹部内の残留水の除去に多くの時間と労力が必要な煩わしい作業がポンプを気中運転するだけで、遠心力の作用によって凹部内の残留水が水抜き孔から極めて容易に排水されるので、出荷時の該凹部内の残留水の除去作業を容易にすると共に、気中運転状態における凹部内残留水のアンバランスによる振動を防止することができると共に、図１３に示すように蓋上端面の流れが蓋締結具の頭部の遮蔽作用により、水抜き孔より離隔された流れが形成されることから、該水抜き孔への異物侵入に対して極めて大きな効果を奏する。
【0044】
本発明の請求項１ないし４のいずれか一項に基づいた請求項６の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２と図１２に示すように前記凹部の外周壁に縦設された溝の下流低圧発生部の蓋に、凹部内外を連通する空運転時の水抜き孔を穿設させたことにより、段落００４３に示す請求項５の発明と同様の効果を奏することができると共に、図１３に示すように蓋上端面の流れが蓋締結具の頭部の遮蔽作用により、水抜き孔より離隔された流れが形成されることから、該水抜き孔への異物侵入に対して極めて大きな効果を奏する。
【0045】
本発明の請求項１ないし４のいずれか一項に基づいた請求項７の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２および図１４と図１５に示すように前記蓋の凹部側の外周側において外周から内周に向かって垂下状態に遮蔽板を垂設することで、該遮蔽板の下流低圧発生部の蓋に、凹部内外を連通する空運転時の水抜き孔を穿設させたことにより、段落００４３または００４４並びに請求項５または６に示すように、凹部の外周壁に凸部または縦設溝を設ける必要がないことから、凹部内をシンプルな無駄のない形態に構成することができることから、必然的に造形型もシンプルで且つ造形性にも秀でていると共に、羽根車を軽量化することができることに加えて、羽根車の凹部内の形態に制約されることがないので、蓋の任意位置に一体不可分に垂設された遮蔽板の下流低圧発生部の水抜き孔の位置も自由に穿設できることから、最適な水抜き孔の位置と個数を極めて容易に選定加工することができると共に、実施例５ないし７に記載のように水抜き孔を複数のネジ孔に構成しておけば、不要な水抜き孔はビスネジなどを螺合することで極めて容易に止水できることに加えて、水抜き孔位置の組立間違いによる水没状態のポンプ運転時における凹部内の排気不良を来たすことがない。
【0046】
本発明の請求項５または６に基づいた請求項８の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２および図１１と図１２に示すように前記下流低圧発生部の羽根車回転方向に対する上流側の凹部の外側面に整流ガイドを形成することで、該下流低圧発生部の速度の遅い渦流が整流ガイド終端の流れが整えられた速い流れの誘引作用によって、該低圧発生部の圧力をより一層低下することができる。
【0047】
本発明の請求項１ないし８のいずれか一項に基づいた請求項９の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図１６と図１７に示すように前記蓋の上面に、前記羽根車の回転によって外周から内周に向かって水が掻込まれるような形態の掻込ガイドを二ヶ所以上で等配置されていることで、水没状態でポンプが運転されると、該掻込ガイドによって水が求心方向に掻込まれるため、前記隙間から空気が残留する圧力の低い凹部内に水が強制的に流入されることで、極めて短時間に凹部内の空気を排気することができる。
【0048】
本発明の請求項１ないし９のいずれか一項に基づいた請求項１０の発明に係る水ポンプ用羽根車を用いた遠心式の水中モータポンプによれば、図２ないし図１７に示すように前記主板が収まるような伏鉢状部が設けられたポンプケーシングに内装された羽根車を水中モータ軸の導下先端に装着し、該主板外側壁とそれに対向する該伏鉢状部の内側壁間に３ｍｍないし１０ｍｍの環状隙間を設けると共に、前記蓋上端面とそれに対向する該伏鉢状部の上端面間に５ｍｍないし１５ｍｍの軸方向隙間を設けることで、前記循環流れにより、前記羽根裏の空間および前記凹部内に滞留する空気が速やかに排出されて空気によるアンバランスで発生する振動を抑制すると共に、ポンプ揚程の低下も極力抑えられ、該環状隙間および該軸方向隙間は狭小では無いと共に該循環流れの流量が適切に制御されているので、異物が該環状隙間へ詰ることも羽根裏の空間へ滞留することもほとんど無く、また、磨耗粒子の滞留による過度の磨耗が無いためこれらの機能を損なうことが無い水中モータポンプを提供することが出来る。
【0049】
本発明の請求項１０に基づいた請求項１１の発明に係る水中モータポンプによれば、図１８と図１９に示されるように前記蓋上端面とそれに対向する前記伏鉢状部の上端面間の軸方向隙間で形成された空間と、ポンプケーシングの揚水流路とを連通する溝が該伏鉢状部の内周壁に刻設されていることで、該環状隙間の通水抵抗に対して前記溝内の通水抵抗が小さくなり、該溝以外の該環状隙間において「ボリュート」内の揚水圧力が羽根裏の空間に漏れる量が減少してポンプ揚程の低下が抑えられると共に、該溝に流れが集中して大きな流れが形成されることで羽根裏の空間への水の流入および空気の排出が促進されるため、ポンプ揚程の低下を伴うことなく前記羽根裏の空間および前記凹部内に滞留する空気の排出速度が速くなり、くわえて、羽根裏の空間への流入および流出が該環状隙間より広い該溝で行われるため、さらに異物の詰りが抑制される。
【0050】
本発明の請求項１１に基づいた請求項１２の発明に係る水中モータポンプによれば、図１８および図１９ないし図２２に示されるように、溝の内周側を開放したコの字状或いは、溝の側壁を羽根車の回転方向に対して上流側や下流側のいずれか一方または双方を傾斜させた、各態様の溝形状に構成したことで、羽根車の回転に伴って主板外側壁に同伴する旋回流が該溝に流入および流出することで、より速やかに水の流入と、水および空気の排出を行うことができると共に、下流側側壁への長尺異物の絡みも抑制される。
【0051】
本発明の請求項１２に基づいた請求項１３の発明に係る水中モータポンプによれば、図２３に示されるように前記溝が「部分流量域」において圧力の低くなるポンプケーシングのボリュート巻き始めから４５°以内に刻設されていることで、ポンプ始動時の流量ゼロの状態から運転流量となるまでの間も、水および空気の排出を迅速に行うことが出来る。
【0052】
本発明の請求項１２に基づいた請求項１４の発明に係る水中モータポンプによれば、図２４ないし図３３に示されるように１８０°位置に前記溝を２つで１セットとして、１セット以上刻設されていることで、該凹部内に水を導入すると共に凹部内に滞留する空気を排気するために該羽根車と該蓋で形成された隙間が該溝間に挟まれることになるため、該凹部内への水の流入と、該凹部内からの空気の排出をより速やかに行うことができる。
【0053】
本発明の請求項１０ないし１４のいずれか一項に基づいた請求項１５の発明に係る水中モータポンプによれば、図３４ないし図３９に示されるように前記軸方向隙間が外方向に向かって順次広がるように、前記蓋上端面または伏鉢状部の上端面のいずれか一方または双方を傾斜面に形成されていることで、前記隙間より排出された該凹部内の空気の気泡が浮力により上昇しながら該傾斜面に沿って速やかに外周側へ移動するため、その空気と入れ替わりに水が該隙間へと導入されるので、該凹部内の空気が速やかに排出され、また、該傾斜面により外周から内周に向かって軸方向にも断面積が減少してあたかも楔のような形状となることから、該隙間に水が押し込まれると共に、該隙間付近の該循環流の流速が速くなるので、より速やかに凹部内の空気と水の置換を行うことが出来る。
【0054】
本発明の請求項１０ないし１５のいずれか一項に基づいた請求項１６の発明に係る水中モータポンプによれば、図４０ないし図４４に示されるように前記蓋上端面とそれに対向する前記伏鉢状部の上端面間の軸方向隙間で形成された空間内に、前記羽根車の回転によって発生する旋回流を内周に向かって誘導する案内羽根を、該伏鉢状部の上端面に１箇所以上凸設されていることで、該隙間への水の供給が促進されて該凹部内の空気が排出され易くなり、また、該凹部内より排出された空気は、該案内羽根の羽根車回転方向に対する下流側側壁の低圧部に引込まれて外周側へ排出されるため排出速度が速くなる。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1】本発明の羽根車回転時の凹部内の空気排出状況を示す説明図である。
【図2】本発明の実施例１ないし８および１０の水中モータポンプの構成を示した縦断側面図である。
【図16】本発明の実施例９の水中モータポンプの構成を示した縦断側面図である。
【図18】本発明の実施例１１の水中モータポンプの構成を示した縦断側面図である。
【図25】図１８のＳ１−Ｓ１線における、実施例１４の他の事例による溝の内周側を開放した、一方をコの字状の溝形状として、他方を羽根車の回転方向に対して上流側の溝側壁を傾斜させた各態様の溝形状とした、互いの溝の位置関係を示した断面矢視図である。
【図26】図１８のＳ１−Ｓ１線における、実施例１４の他の事例による溝の内周側を開放した、一方をコの字状の溝形状として、他方を羽根車の回転方向に対して下流側の溝側壁を傾斜させた各態様の溝形状とした、互いの溝の位置関係を示した断面矢視図である。
【図27】図１８のＳ１−Ｓ１線における、実施例１４の他の事例による溝の内周側を開放した、一方をコの字状の溝形状として、他方を羽根車の回転方向に対して上下流側の溝側壁を傾斜させた各態様の溝形状とした、互いの溝の位置関係を示した断面矢視図である。
【図30】図１８のＳ１−Ｓ１線における、実施例１４の他の事例による溝の内周側を開放した、羽根車の回転方向に対して上下流側の双方の溝側壁を傾斜させた溝形状の、互いの溝の位置関係を示した断面矢視図である。
【図31】図１８のＳ１−Ｓ１線における、実施例１４の他の事例による溝の内周側を開放した、羽根車の回転方向に対して溝側壁を、一方は上流側に他方は下流側に傾斜させた溝形状の、互いの溝の位置関係を示した断面矢視図である。
【図32】図１８のＳ１−Ｓ１線における、実施例１４の他の事例による溝の内周側を開放した、羽根車の回転方向に対して溝側壁を、一方は上流側に他方は上下流側の双方を傾斜させた溝形状の、互いの溝の位置関係を示した断面矢視図である。
【図33】図１８のＳ１−Ｓ１線における、実施例１４の他の事例による溝の内周側を開放した、羽根車の回転方向に対して溝側壁を、一方は下流側に他方は上下流側の双方を傾斜させた溝形状の、互いの溝の位置関係を示した断面矢視図である。
【図34】本発明の実施例１５の水中モータポンプの構成を示した縦断側面図である。
【図35】図３４の詳細Ｘにおいて、実施例１５の他の事例の伏鉢状部の上端面を外周方向に向けて上り勾配の傾斜面として、ポンプケーシングの揚水流路とを連通する溝を伏鉢状部の内周壁に刻設させた態様の要部断面図である。
【図37】図３４の詳細Ｘにおいて、実施例１５の他の事例の蓋上端面を外周方向に向けて下り勾配の傾斜面として、ポンプケーシングの揚水流路とを連通する溝を伏鉢状部の内周壁に刻設させた態様の要部断面図である。
【図39】図３４の詳細Ｘにおいて、実施例１５の他の事例の伏鉢状部の上端面を外周方向に向けて上り勾配の傾斜面と、蓋上端面を外周方向に向けて下り勾配の傾斜面として、ポンプケーシングの揚水流路とを連通する溝を伏鉢状部の内周壁に刻設させた態様の要部断面図である。
【図40】本発明の実施例１６の水中モータポンプの構成を示した縦断側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0056】
以下、本発明の水中モータの下端に装着されたポンプケーシング内に内装された水ポンプ用羽根車において、主板に形成された凹部の中心部分に、該水中モータ軸の導下先端を取付けるためのボス部を設け、該凹部上端には主板上端面から突出しないように蓋を蓋装するための環状溝を設け、該蓋は締結具で前記環状溝に固定され、該蓋の中心部分にボス部外縁よりも大きい孔を穿設し、該孔とボス部外縁間には凹部内外を連通させて水位が上昇してポンプ部が浸漬されると、凹部内に水を導入すると共に、凹部内に滞留する空気を排気するための隙間を形成し、該蓋と環状溝の接合部にシール材を用いて封止構成される実施形態として、以下の如く本願発明の実施例に基づき、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施例の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例1】
【0057】
図２と図３において、１は水中モータポンプのモータ部であり、該水中モータ１の下端に装着されるポンプケーシング７との間に介在する、潤滑オイルが封入されたオイル室３内を貫通し、該ポンプケーシング７内に導下される水中モータ軸２の導下先端に、水ポンプ用羽根車４の主板４ａに形成された凹部４ｂの中心部分に設けられたボス部４ｅを装着し、該凹部４ｂ上端には主板上端面４ｄから突出しないように、望ましくは蓋上端面５ｃと面一状に蓋５を蓋装するための環状溝４ｇを設け、該蓋５は締結具１２で該環状溝４ｇに固定され、該締結具１２は異物の絡みつきの防止効果から図１３に示すように頭部が半球状のなべこねじなどを用いることが好ましく、該蓋５の中心部分にボス部外縁４ｅｂよりも大きい孔５ａを穿設し、該孔５ａとボス部外縁４ｅｂ間には凹部４ｂ内外を連通させて水位が上昇してポンプ部が浸漬されると、凹部４ｂ内に水を導入すると共に、凹部４ｂ内に滞留する空気を排気するための隙間６を形成し、該蓋５と環状溝４ｇの接合部にシール材１１を用いて封止構成されている。
【実施例3】
【0059】
前記実施例１に基づいて、例えば図２と図４ないし図８を用いて説明すると、前記羽根車４のボス部外縁４ｅｂに形成される隙間６を偏心状に構成し、該隙間６の幅広部分から凹部４ｂ内の空気が排気され易いことから、該幅広部分を凹部４ｂの最深部位に位置するように構成することが好ましく、また水中モータ軸２中心とボス部４ｅ中心を同心として該ボス部４ｅ中心位置より蓋５に穿設された孔５ａの中心を偏心させてもよいが、水中モータ軸２中心よりボス部４ｅ中心を偏心させて該隙間６を偏心状に構成されることが望ましい。
【実施例5】
【0061】
前記実施例１ないし４のいずれかの実施例に基づいて、例えば図２および図９ないし図１１用いて説明すると、前記凹部外周壁の凸部４ｈの下流低圧発生部１４の蓋５に、凹部４ｂ内外を連通する空運転時の水抜き孔５ｂを穿設するように構成し、望ましくは水抜き孔５ｂを複数のネジ孔として不要な水抜き孔５ｂはビスネジなど（図示せず。）を螺合することで容易に止水できるように構成する。
【実施例6】
【0062】
前記実施例１ないし４のいずれかの実施例に基づいて、例えば図２と図１２を用いて説明すると、前記凹部外周壁に縦設された溝４ｊの下流低圧発生部１４の蓋５に、凹部４ｂ内外を連通する空運転時の水抜き孔５ｂを穿設するように構成し、望ましくは水抜き孔５ｂを複数のネジ孔として不要な水抜き孔５ｂはビスネジなど（図示せず。）を螺合することで容易に止水できるように構成する。
【実施例7】
【0063】
前記実施例１ないし４のいずれかの実施例に基づいて、例えば図２および図１４と図１５を用いて説明すると、前記蓋５の凹部４ｂ側の外周側において外周から内周に向かって垂下状態に遮蔽板５ｅを垂設することで、該遮蔽板５ｅの下流低圧発生部１４位置の蓋５に、凹部４ｂ内外を連通する空運転時の水抜き孔５ｂを穿設するように構成し、望ましくは水抜き孔５ｂを複数のネジ孔として不要な水抜き孔５ｂはビスネジなど（図示せず。）を螺合することで容易に止水できるように構成する。
【実施例8】
【0064】
前記実施例５または６の実施例に基づいて、例えば図２および図１１と図１２を用いて説明すると、前記下流低圧発生部１４の羽根車４の回転方向に対する上流側の凹部４ｂの外側面に整流ガイド４ｉを形成することで、該下流低圧発生部１４の羽根車４の回転方向に対する下流側の低圧発生部の形成を促進するように構成する。
【実施例9】
【0065】
前記実施例１ないし８のいずれかの実施例に基づいて、例えば図１６と図１７を用いて説明すると、前記蓋５の上面に、前記羽根車４の回転によって外周から内周に向かって水が掻込まれるような形態の掻込ガイド５ｄを二ヶ所以上で等配置されるように構成し、該掻込ガイド５ｄは凹設としてもよいが、望ましくは図１７に示すように該掻込ガイド５ｄは凸設として掻込側外周のコーナエッジ部を丸みを持たせた形状とすることで、強力な掻込作用を有しながら該掻込ガイド５ｄへの長尺異物の絡みつきを抑制することができる。
【実施例10】
【0066】
前記実施例１ないし９のいずれかの実施例に基づいて、例えば図２ないし図１７を用いて説明すると、前記主板４ａが収まるような伏鉢状部７ｂが設けられたポンプケーシング７に、前記羽根車４を内装して水中モータ軸２の導下先端に装着し、該主板外側壁４ｃとそれに対向する前記伏鉢状部７ｂの内側壁７ｃ間に３ｍｍないし１０ｍｍの環状隙間Ｇ１を設けると共に、前記蓋５の上端面５ｃとそれに対向する前記伏鉢状部７ｂの上端面７ｄ間に５ｍｍないし１５ｍｍの軸方向隙間Ｇ２を設けるように構成し、望ましくは段落００１７の表１に記載の如く該環状隙間Ｇ１は７ｍｍないし１０ｍｍに形成すると共に、望ましくは段落００１８の表２に記載の如く該軸方向隙間Ｇ２は７ｍｍないし１２ｍｍに形成する。
【実施例11】
【0067】
前記実施例１０に基づいて、例えば図１８と図１９を用いて説明すると、前記蓋５の上端面５ｃとそれに対向する前記伏鉢状部７ｂの上端面７ｄ間の軸方向隙間Ｇ２で形成された空間８と、ポンプケーシング７の揚水流路７ａとを連通する溝９を該伏鉢状部７ｂの内周壁７ｃに刻設されるように構成する。
【実施例12】
【0068】
前記実施例１１に基づいて、例えば図１８および図１９ないし図２２を用いて説明すると、前記溝９の内周側を開放したコの字状或いは、該溝９の側壁を羽根車４の回転方向に対して上流側や下流側のいずれか一方または双方を傾斜させた、各態様の溝形状に構成する。
【実施例13】
【0069】
前記実施例１２に基づいて、例えば図２３を用いて説明すると、ポンプケーシング７のボリュート巻き始め７ｅから４５°以内に、前記溝９の内周側を開放した該溝９の側壁を羽根車４の回転方向に対して下流側を傾斜させた溝形状を刻設されるように構成しているが、本実施例の溝形状に換えて段落００６８に記載の他の溝形状を刻設する構成としてもよい。
【実施例14】
【0070】
前記実施例１２に基づいて、例えば図２４ないし図３３を用いて説明すると、前記溝９を１８０°対称位置に内周側を開放したコの字状或いは、該溝９の側壁を羽根車４の回転方向に対して上流側や下流側のいずれか一方または双方を傾斜させた各態様の溝形状を、同一溝形状同士或いは夫々異なった溝形状同士を組合せて、該溝９を２つで１セットとして、１セット以上刻設されるように構成する。
【実施例15】
【0071】
前記実施例１０ないし１４のいずれかの実施例に基づいて、例えば図３４ないし図３９を用いて説明すると、前記軸方向隙間Ｇ２が外方向に向かって順次広がるように、前記蓋５の上端面５ｃまたは伏鉢状部７ｂの上端面７ｄのいずれか一方または双方を傾斜面５ｆまたは７ｆに形成されるように構成し、望ましくは該傾斜面５ｆまたは７ｆの傾斜角度は水平に対して２°ないし５°とすることで、前記羽根裏の空間８の容積を必要以上に大きくすることなく、空気が傾斜面に沿って速やかに外周側へ移動するため、空気と水の置換作用が適正に行われることから、該凹部内の空気が速やかに排出される。
【実施例16】
【0072】
前記実施例１０ないし１５のいずれかの実施例に基づいて、例えば図４０ないし図４４を用いて説明すると、前記蓋５の上端面５ｃとそれに対向する前記ポンプケーシング７の伏鉢状部７ｂの上端面７ｄ間の軸方向隙間Ｇ２で形成された空間８内に、前記羽根車４の回転によって発生する旋回流を内周に向かって誘導する案内羽根７ｇを、該伏鉢状部７ｂの上端面７ｄに１箇所以上凸設されるように構成し、望ましくは図４１に示すように該案内羽根７ｇの内周端に丸みを持たせた形状とすると共に、該案内羽根７ｇの外周と伏鉢状部７ｂの内側壁７ｃの内周間を組立に必要な最小隙間を隔てて近接させることにより、該案内羽根７ｇへの長尺異物の絡みつきをより一層抑制することができる。
【符号の説明】
【0073】
１ 水中モータ２ 水中モータ軸
３ オイル室
４ 羽根車
４ａ 主板
４ｂ 凹部
４ｃ 主板外側壁
４ｄ 主板上端面
４ｅ ボス部
４ｅｂ ボス部外縁
４ｇ 環状溝
４ｈ 凹部の外周壁凸部
４ｉ 整流ガイド
４ｊ 凹部の外周壁に縦設された溝
５ 蓋
５ａ 孔
５ｂ 水抜き孔
５ｃ 蓋上端面
５ｄ 掻込ガイド
５ｅ 遮蔽板
５ｆ 蓋の上端傾斜面
６ 隙間
７ ポンプケーシング
７ａ 揚水流路
７ｂ 伏鉢状部
７ｃ 内側壁
７ｄ 上端面
７ｅ ボリュート巻き始め
７ｆ 傾斜面
７ｇ 案内羽根
８ 空間
９ 溝
１１ シール材
１２ 蓋締結具
１４ 下流低圧発生部
Ｇ１ 環状隙間
Ｇ２ 軸方向隙間