特許 6595921 立軸ポンプ

(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】6595921

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】立軸ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/60 20060101AFI20191010BHJP

   F04D 11/00 20060101ALI20191010BHJP

   F04D 13/00 20060101ALI20191010BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/60 D

   F04D11/00 101

   F04D13/00 A

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-5193(P2016-5193)

(22)【出願日】2016年1月14日

(65)【公開番号】特開2017-125451(P2017-125451A)

(43)【公開日】2017年7月20日

【審査請求日】2018年10月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100186613

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100137039

【弁理士】

【氏名又は名称】田上 靖子

(74)【代理人】

【識別番号】100168594

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 拓也

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 裕輔

(72)【発明者】

【氏名】香川 修作

【審査官】 大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５６−８８９９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００９−１８０１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−２２１５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１２−００２２１２４（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／６０

Ｆ０４Ｄ １１／００

Ｆ０４Ｄ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基礎床よりも下に設置される羽根車と、
前記基礎床よりも上に設置される回転駆動源と、
前記羽根車および前記回転駆動源を互いに連結する主軸と、
前記基礎床に設置されて前記回転駆動源を支持する支持構造と、
前記支持構造を少なくとも一方に含む２つの部材によって形成される締結部における締結位置を前記主軸を中心とする径方向について調節することを可能にする締結位置調節手段と
を備え、
前記締結位置調節手段は、前記締結部に挿入される締結部材を含み、
前記締結部材は、前記径方向の位置が互いに異なる締結位置を規定する少なくとも２つの締結部材を含み、
前記少なくとも２つの締結部材のうちのいずれかを選択することによって前記締結位置が調節される、
立軸ポンプ。

【請求項2】

前記締結部は、前記支持構造と前記基礎床との間の締結部、または前記支持構造と前記回転駆動源との間の締結部を含む、請求項１に記載の立軸ポンプ。

【請求項3】

前記支持構造は、上下方向について複数の部材に分割され、
前記締結部は、前記複数の部材の間の締結部を含む、請求項１または２に記載の立軸ポンプ。

【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】

ターボポンプのうち、略鉛直方向に流体を圧送するものを立軸ポンプという。立軸ポンプは、例えば、ポンプケーシング内に配置される羽根車と、羽根車にトルクを伝達して回転させる主軸とを含む。ポンプケーシング内で羽根車を回転させることによって、流体を上方へと圧送することができる。立軸ポンプは、例えば河川水または工業用水の揚水など、様々な目的で利用されている。

【0003】

上記のような立軸ポンプでは、運転時に主軸に発生する振動（以下、運転時振動ともいう）によって共振現象が発生し、運転の支障になる場合があることが知られている。共振現象は、運転時振動の振動数が、立軸ポンプの固有振動数に近い場合に発生する。そこで、固有振動数を変化させて運転時振動の振動数から遠ざけることによって、共振現象を抑制することを意図した技術が提案されている。

【0004】

そのような技術の例として、特許文献１には、吊下管を基礎床に固定するフランジの数を従来の１つから２つにした立軸ポンプが提案されている。これによって、立軸ポンプ全体の固有振動数を変化させることができる。また、特許文献２には、ポンプケーシングの下端部に重量可変部を設けた立軸ポンプが提案されている。これによって、ポンプケーシングの固有振動数を変化させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−１６１２８５号公報

【特許文献2】特開２０１４−１４１９６０号公報

【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、立軸ポンプで運転時に発生する共振現象は、立軸ポンプ全体、およびポンプケーシングを含む立軸ポンプの床下部分で発生するものには限られない。例えば、主軸を回転駆動させる電動機などの回転駆動源と、回転駆動源を支持する支持構造とを含む立軸ポンプの床上部分でも、共振現象が発生する。このような床上部分で発生する共振現象を抑制するための技術は、上記の特許文献１および特許文献２を含め、これまでには提案されていない。

【0007】

本発明は上述の点に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一つは、回転駆動源を含む立軸ポンプの床上部分で運転時に発生する共振現象を効果的に抑制することが可能な立軸ポンプを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のある観点によれば、基礎床よりも下に設置される羽根車と、基礎床よりも上に設置される回転駆動源と、羽根車および回転駆動源を互いに連結する主軸と、基礎床に設置されて回転駆動源を支持する支持構造と、支持構造を少なくとも一方に含む２つの部材によって形成される締結部における締結位置を主軸を中心とする径方向について調節することを可能にする締結位置調節手段とを備える立軸ポンプが提供される。

【0009】

上記の構成では、床上部分に含まれる締結部における締結位置の径方向位置を調節することによって、回転駆動源を含む床上部分の曲げ剛性を変化させ、その結果として床上部分の固有振動数を変化させることができる。これによって、床上部分の固有振動数を立軸ポンプの運転時振動数から遠ざけ、運転時に床上部分で発生する共振現象を効果的に抑制することが可能になる。

【0010】

上記の立軸ポンプにおいて、締結部は、支持構造と基礎床との間の締結部、または支持構造と回転駆動源との間の締結部を含んでもよい。また、支持構造は、上下方向について複数の部材に分割され、締結部は、複数の部材の間の締結部を含んでもよい。

【0011】

締結位置の調節は、床上部分で支持構造に関連する任意の締結部、すなわち支持構造を少なくともその一方に含む２つの部材によって形成される締結部において実施することができる。例えば、支持構造と回転駆動源のハウジングまたは基礎床との間に形成される締結部で締結位置が調整されてもよいし、支持構造に含まれる複数の部材の間に形成される締結部で締結位置が調整されてもよい。どの締結部で締結位置を調節した場合でも、曲げ剛性および固有振動数を変化させる効果が得られる。

【0012】

上記の立軸ポンプにおいて、締結位置調節手段は、締結部に挿入される締結部材を含んでもよい。この場合、締結部材は、径方向の位置が互いに異なる互いに異なる締結位置を規定する少なくとも２つの締結部材を含み、少なくとも２つの締結部材のうちのいずれかを選択することによって締結位置が調節されてもよい。

【0013】

このように、締結位置の調節は、床上部分で支持構造に関連する任意の締結部に、径方向の位置が互いに異なる締結位置を規定する締結部材を選択的に挿入することによって実施することができる。

【0014】

上記の立軸ポンプにおいて、締結位置調節手段は、２つの部材のそれぞれに設けられ、径方向の位置が異なる少なくとも２つの締結位置を規定することが可能な部分を含み、少なくとも２つの締結位置のうちのいずれかを選択することによって締結位置が調節されてもよい。

【0015】

このように、締結位置の調節は、床上部分で支持構造に関連する任意の締結部を構成する２つの部材のそれぞれに、径方向の位置が異なる少なくとも２つの締結位置を規定することが可能な部分を設けることによって実施することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】本発明の第１の実施形態に係る立軸ポンプの構成を示す縦断面図である。

【図1B】本発明の第１の実施形態に係る立軸ポンプの構成を示す縦断面図である。

【図2】本発明の第２の実施形態に係る立軸ポンプの構成を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

【0018】

（第１の実施形態）
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る立軸ポンプの構成を示す縦断面図である。図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、立軸ポンプ１は、吊下管２と、ポンプケーシング３と、羽根車４と、主軸５と、電動機６と、架台７と、締結部材８ａ，８ｂとを含む。ここで、吊下管２は、フランジ２ａを介して基礎床９に固定される。また、吊下管２は、フランジ２ａよりも下の縦管部分２ｂと、フランジ２ａよりも上の曲管部分２ｃとを含む。なお、吊下管２は、例えば縦管部分２ｂと曲管部分２ｃとが一体として形成されて
もよいし、縦管部分２ｂと曲管部分２ｃとの間、および／または他の箇所で分割され、分割された複数の部分がフランジなどを用いて互いに連結されてもよい。

【0019】

ポンプケーシング３は、吊下管２の縦管部分２ｂの下端部に接続される。ポンプケーシング３内には、羽根車４が配置される。ポンプケーシング３の下端部は開放され、流体の吸込口を形成している。なお、ポンプケーシング３および羽根車４の形状は、斜流ポンプを構成するように図示されているが、このような例には限られず、例えばポンプケーシング３と羽根車４とによって軸流ポンプが構成されてもよい。また、案内羽根３ｂなどのポンプの他の付属部材が、必要に応じてポンプケーシング３内に配置されてもよい。図示された例ではポンプケーシング３内に単一の羽根車４が配置されるが、他の例では、ポンプケーシング３内に、直列に配列された複数の羽根車４が配置されてもよい。さらに、立軸ポンプ１は、それぞれ１または複数の羽根車４が中に配置された複数のポンプケーシング３を含んでもよく、この場合、ポンプケーシング３は、吊下管２の縦管部分２ｂの下端部に限らず、例えば縦管部分２ｂの途中に配置されてもよい。

【0020】

主軸５は、吊下管２の縦管部分２ｂを縦貫して延びる回転軸である。主軸５の下端部は、ポンプケーシング３内で羽根車４に連結されている。また、主軸５の他方の端部は、吊下管２の曲管部分２ｃを貫通してさらに上方に延び、電動機６に連結されている。これによって、主軸５は、電動機６が発生させたトルクを羽根車４に伝達し、羽根車４を回転させることができる。主軸５を回転可能に支持するために、ポンプケーシング３内に水中軸受３ａが、吊下管２の曲管部分２ｃに上部軸受２ｄが、それぞれ配置される。吊下管２の縦管部分２ｂに追加の水中軸受が配置されてもよい。

【0021】

電動機６は、基礎床９および吊下管２の上方に配置されている。電動機６は、主軸５を介して羽根車４を回転させる回転駆動源の一例である。他の実施形態では、回転駆動源として内燃機関などが用いられてもよい。架台７は、基礎床９に設置されて電動機６を支持する支持構造の一例である。架台７は、例えば図示されているように、上下方向について分割された複数の部材（天板７ａおよび脚部７ｂ）が互いに連結されることによって構成される。この例には限られず、架台７は、例えば天板７ａと脚部７ｂとの間に設けられる梁などの他の部材を含んでもよいし、脚部７ｂがさらに複数の部分に分割されてもよい。また、架台７は、例えば図示されているように直接的に基礎床９に設置されてもよいし、例えば吊下管２のフランジ２ａを介して間接的に基礎床９に設置されてもよい。

【0022】

上記のような立軸ポンプ１では、電動機６が、主軸５を介して、ポンプケーシング３内に配置された羽根車４を回転させる。これによって、例えば水などの流体が下方からポンプケーシング３内に吸い込まれ、加圧される。加圧された流体は、吊下管２の縦管部分２ｂを上方へと圧送され、曲管部分２ｃを経て吐出される。このようにして、立軸ポンプ１は、例えば揚水などの機能を実現することができる。しかしながら、立軸ポンプ１では、運転時に主軸５に発生する振動によって共振現象が引き起こされ、運転の支障になる場合があることは既に述べたとおりである。

【0023】

図示された例において、電動機６と架台７との間の締結部には、締結部材８ａ，８ｂのいずれかが選択的に挿入される。締結部材８ａ，８ｂは、当該締結部における締結位置を主軸５を中心とする径方向について調節することを可能にする締結位置調節手段であり、後述するように径方向について互いに異なる締結位置を規定する。換言すれば、本実施形態では、締結部材８ａ，８ｂのいずれかを選択することによって、締結位置が主軸５を中心とする径方向について調節される。締結位置の調節によって、架台７および電動機６を含む立軸ポンプ１の床上部分の曲げ剛性が変化する。より具体的には、締結位置が主軸５に近づけば曲げ剛性は低くなり、締結位置が主軸５から遠ざかれば曲げ剛性は高くなる。床上部分の曲げ剛性が変化すれば、床上部分の固有振動数も変化する。従って、締結部材
８ａ，８ｂのいずれかを選択することによって、立軸ポンプ１の床上部分の固有振動数を運転時振動の振動数から遠ざけ、運転時に立軸ポンプ１の床上部分で発生する共振現象を効果的に抑制することができる。

【0024】

図１Ａに示す第１の構成では、締結部材８ａが、架台７の天板７ａと、電動機６のハウジングの下側に形成されるフランジ６ａとの間に挿入される。締結部材８ａは、例えば図示されたような矩形断面を有する。締結部材８ａの上側および下側には、２つのねじ孔８１ａ，８２ａが形成される。ねじ孔８１ａには、フランジ６ａを貫通したボルトが貫入する。また、ねじ孔８２ａには、天板７ａを貫通したボルトが貫入する。ねじ孔８１ａ，８２ａは、いずれも、締結部材８ａを挿入したときに、主軸５からの距離がＤ１になる位置に形成されている。従って、締結部材８ａは、上側および下側の両方において、主軸５からの距離がＤ１の位置に締結位置を規定する。なお、ねじ孔８１ａ，８２ａは、図示されているように共通の貫通孔として形成されてもよい。

【0025】

一方、図１Ｂに示す第２の構成では、締結部材８ｂが、天板７ａとフランジ６ａとの間に挿入される。締結部材８ｂは、例えば図示されたようなＺ形の断面を有する。締結部材８ｂの上側および下側には、２つのねじ孔８１ｂ，８２ｂが形成される。ねじ孔８１ｂには、フランジ６ａを貫通したボルトが貫入する。ねじ孔８２ｂには、天板７ａを貫通したボルトが貫入する。ねじ孔８１ｂは、第１の構成における締結部材８ａの場合と同様に、主軸５からの距離がＤ１の位置に形成されている。その一方で、ねじ孔８２ｂは、第１の構成とは異なり、主軸５からの距離がＤ１よりも小さいＤ２の位置に形成されている。従って、締結部材８ｂは、上側では主軸５からの距離がＤ１の位置に締結位置を規定し、下側では主軸５からの距離がＤ２の位置に締結位置を規定する。

【0026】

上記の通り、距離Ｄ２はＤ１よりも小さいため、第２の構成における電動機６と架台７との間の締結部では、締結部材８ｂの下側で規定される締結位置が、第１の構成で締結部材８ａの下側で規定される締結位置よりも主軸５に近くなる。それゆえ、第２の構成では、架台７および電動機６を含む立軸ポンプ１の床上部分の曲げ剛性が第１の構成における曲げ剛性よりも（構造的には支障のない範囲で）低くなり、床上部分の固有振動数が第１の構成における固有振動数とは異なる値になる。従って、例えば、第１の構成および第２の構成のどちらで床上部分の固有振動数が運転時振動数からより離れているかをシミュレーションまたは実測によって特定し、その結果に基づいて締結部材８ａ，８ｂのいずれかを選択すれば、運転時に床上部分で発生する共振現象を抑制することができる。

【0027】

代替的な構成として、締結部材８ａ，８ｂは、本実施形態における支持構造である架台７を少なくとも一方に含む２つの部材によって形成される他の締結部に挿入されてもよい。例えば、締結部材８ａ，８ｂは、基礎床９と架台７の脚部７ｂとの間に挿入されてもよい。この場合、締結部材８ａ，８ｂは、基礎床９および脚部７ｂのそれぞれと直接的に連結されてもよいし、例えば脚部７ｂとは直接的に連結される一方で、基礎床９には吊下管２のフランジ２ａを介して間接的に連結されてもよい。あるいは、締結部材８ａ，８ｂは、上下方向について分割された架台７の複数の部材の間に挿入されてもよい。例えば、架台７の天板７ａと脚部７ｂとが分離可能に構成され、天板７ａと脚部７ｂとの間に締結部材８ａ，８ｂが挿入されてもよい。いずれの場合も、締結部材８ａ，８ｂのいずれかを選択することによって締結位置が主軸５を中心とする径方向について調節されるため、床上部分の曲げ剛性、および固有振動数を変化させることによって共振現象を効果的に抑制することができる。

【0028】

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る立軸ポンプの構成を示す縦断面図である。図２に示された立軸ポンプ１１は、吊下管２と、ポンプケーシング３と、羽根車４と、主軸５
とを含む。これらの構成要素については、第１の実施形態に係る立軸ポンプ１と同様であるため、重複した説明は省略する。立軸ポンプ１１は、さらに、電動機１６と、架台１７とを含む。電動機１６は、第１の実施形態の電動機６と同様の構成要素であるが、フランジ６ａに延長部１６ａが設けられる点で異なる。また、架台１７も、第１の実施形態の架台７と同様の構成要素であるが、天板７ａに延長部１７ａが設けられる点で異なる。

【0029】

図示された例において、電動機１６と架台１７との間の締結部では、延長部１６ａを含むフランジ６ａと、延長部１７ａを含む天板７ａとが直接的に締結される。フランジ６ａおよび天板７ａには、互いに対応する位置に貫通孔６１，７１が形成されており、これらの貫通孔を貫通するボルトおよびナットによってフランジ６ａと天板７ａとを締結することができる。さらに、延長部１６ａおよび延長部１７ａにも、互いに対応する位置に貫通孔１６１，１７１が形成されており、これらの貫通孔を貫通するボルトおよびナットによってフランジ６ａと天板７ａとを締結することもできる。それぞれの貫通孔によって、電動機１６と架台１７との間の締結位置が規定される。本実施形態では、フランジ６ａおよび延長部１６ａ、ならびに天板７ａおよび延長部１７ａによって形成される部分が、締結位置調節手段を構成する。これらの部分は、主軸５を中心とする径方向について少なくとも２つの締結位置を規定することが可能な部分である。図示された例ではこれらの部分によって２つの締結位置が規定されているが、３つ以上の締結位置が規定されてもよい。

【0030】

より具体的には、図示された例において、貫通孔６１，７１は、いずれも主軸５からの距離がＤ１の位置に形成されている。また、貫通孔１６１，１７１は、いずれも、主軸５からの距離がＤ１よりも大きいＤ３の位置に形成されている。従って、貫通孔６１，７１を貫通するボルトおよびナットによってフランジ６ａと天板７ａとを締結した第１の構成では、電動機１６と架台１７との間の締結位置が、主軸５からの距離がＤ１の位置に規定される。一方、貫通孔１６１，１７１を貫通するボルトおよびナットによってフランジ６ａと天板７ａとを締結した第２の構成では、電動機１６と架台１７との間の締結位置が、主軸５からの距離がＤ３の位置に規定される。

【0031】

上記の通り、距離Ｄ３はＤ１よりも大きいため、上記の第２の構成において、電動機１６と架台１７との間の締結位置は、第１の構成における締結位置よりも主軸５から遠くなる。それゆえ、第２の構成では、電動機１６および架台１７を含む立軸ポンプ１の床上部分の曲げ剛性が第１の構成よりも高くなり、床上部分の固有振動数が第１の構成における固有振動数とは異なる値になる。従って、例えば、第１の構成および第２の構成のどちらで床上部分の固有振動数が運転時振動数からより離れているかをシミュレーションまたは実測によって特定し、その結果に基づいて貫通孔６１，７１または貫通孔１６１，１７１のいずれかを選択することによって、運転時に床上部分で発生する共振現象を抑制することができる。

【0032】

代替的な構成として、本実施形態における支持構造である架台１７を少なくとも一方に含む２つの部材によって形成される他の締結部において、２つの部材のそれぞれに形成される部分が、径方向について複数の締結位置を規定してもよい。例えば、基礎床９および架台１７の脚部７ｂのそれぞれに、径方向の位置が異なる複数の貫通孔が形成された部分が設けられてもよい。この場合、脚部７ｂが吊下管２のフランジ２ａを介して間接的に基礎床９に連結されるのであれば、フランジ２ａに複数の貫通孔が形成されうる。あるいは、上下方向について分割された架台１７の複数の部材のそれぞれに、径方向の位置が異なる複数の貫通孔が形成された部分が設けられてもよい。例えば、架台１７の天板７ａおよび脚部７ｂのそれぞれに、径方向の位置が異なる複数の貫通孔が形成された部分が設けられてもよい。いずれの場合も、規定された複数の締結位置のいずれかを選択することによって締結位置が主軸５を中心とする径方向について調節されるため、床上部分の曲げ剛性、および固有振動数を変化させることによって共振現象を効果的に抑制することができる
。

【0033】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲はかかる例に限定されない。本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0034】

１，１１ 立軸ポンプ
２ 吊下管
２ａ フランジ
２ｂ 縦管部分
２ｃ 曲管部分
３ ポンプケーシング
４ 羽根車
５ 主軸
６，１６ 電動機
６ａ フランジ
１６ａ 延長部
７，１７ 架台
７ａ 天板
１７ａ 延長部
７ｂ 脚部
８ａ，８ｂ 締結部材
９ 基礎床
６１，７１，１６１，１７１ 貫通孔

【図1A】

【図1B】

【図2】