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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024029981
(43)【公開日】2024-03-07
(54)【発明の名称】横軸ポンプ
(51)【国際特許分類】
F04D 29/58 20060101AFI20240229BHJP
【ＦＩ】
F04D29/58 S
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022132490
(22)【出願日】2022-08-23
(71)【出願人】
【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】230104019
【弁護士】
【氏名又は名称】大野 聖二
(74)【代理人】
【識別番号】230112025
【弁護士】
【氏名又は名称】小林 英了
(74)【代理人】
【識別番号】230117802
【弁護士】
【氏名又は名称】大野 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100106840
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 耕司
(74)【代理人】
【識別番号】100131451
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 理
(74)【代理人】
【識別番号】100167933
【弁理士】
【氏名又は名称】松野 知紘
(74)【代理人】
【識別番号】100174137
【弁理士】
【氏名又は名称】酒谷 誠一
(74)【代理人】
【識別番号】100184181
【弁理士】
【氏名又は名称】野本 裕史
(72)【発明者】
【氏名】千葉 真
(72)【発明者】
【氏名】宮本 雅樹
【テーマコード（参考）】
3H130
【Ｆターム（参考）】
3H130AA03
3H130AB05
3H130AB12
3H130AB22
3H130AB50
3H130AC08
3H130BA32D
3H130BA32E
3H130BA97A
3H130CA21
3H130DA02X
3H130DB11Z
3H130DD01Z
3H130DJ06Z
3H130EA02A
3H130EB04A
3H130ED02A
(57)【要約】 （修正有）
【課題】設置スペースを縮小することが可能であり且つ水中軸受の摩擦熱を抑制可能であり且つ水中軸受の片アタリを軽減可能とする。
【解決手段】主軸１１と、当該主軸に連結された羽根車１２と、吸込口が形成され且つ吐出口の下側が形成されている下部ケーシング１４と、当該下部ケーシングの上に設けられた吸込ケーシング１５と、当該下部ケーシング及び当該吸込ケーシングの上に設けられ、吐出口の上側が形成されている上部ケーシング１６と、を備え、当該吸込ケーシングは、主軸の長軸方向に略垂直な縦断面において円状であり且つ当該主軸の長軸方向に略平行な当該縦断面において当該主軸の長軸方向に沿って当該羽根車側に進むに従って外形が狭まる形状を有する。
【選択図】図１
【解決手段】主軸１１と、当該主軸に連結された羽根車１２と、吸込口が形成され且つ吐出口の下側が形成されている下部ケーシング１４と、当該下部ケーシングの上に設けられた吸込ケーシング１５と、当該下部ケーシング及び当該吸込ケーシングの上に設けられ、吐出口の上側が形成されている上部ケーシング１６と、を備え、当該吸込ケーシングは、主軸の長軸方向に略垂直な縦断面において円状であり且つ当該主軸の長軸方向に略平行な当該縦断面において当該主軸の長軸方向に沿って当該羽根車側に進むに従って外形が狭まる形状を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主軸と、
前記主軸に連結された羽根車と、
吸込口が形成され且つ吐出口の下側が形成されている下部ケーシングと、
前記羽根車より吸込側に設けられ且つ前記下部ケーシングの上に設けられた吸込ケーシングと、
前記下部ケーシング及び前記吸込ケーシングの上に設けられ、吐出口の上側が形成されている上部ケーシングと、
を備え、
前記吸込ケーシングは、主軸の長軸方向に略垂直な縦断面において円状であり且つ当該主軸の長軸方向に略平行な当該縦断面において当該主軸の長軸方向に沿って前記羽根車側に進むに従って外形が狭まる形状を有する横軸ポンプ。
前記主軸に連結された羽根車と、
吸込口が形成され且つ吐出口の下側が形成されている下部ケーシングと、
前記羽根車より吸込側に設けられ且つ前記下部ケーシングの上に設けられた吸込ケーシングと、
前記下部ケーシング及び前記吸込ケーシングの上に設けられ、吐出口の上側が形成されている上部ケーシングと、
を備え、
前記吸込ケーシングは、主軸の長軸方向に略垂直な縦断面において円状であり且つ当該主軸の長軸方向に略平行な当該縦断面において当該主軸の長軸方向に沿って前記羽根車側に進むに従って外形が狭まる形状を有する横軸ポンプ。
【請求項2】
前記吸込ケーシング内に設けられ且つ前記主軸の周囲に設けられた外軸受と、
前記吸込ケーシング内に設けられ且つ前記外軸受よりも前記羽根車側において前記主軸の周囲に設けられた軸封部と、
を備える請求項１に記載の横軸ポンプ。
前記吸込ケーシング内に設けられ且つ前記外軸受よりも前記羽根車側において前記主軸の周囲に設けられた軸封部と、
を備える請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項3】
前記下部ケーシングには、減速機及び／または駆動機を下から支持する支持部材が設けられている
請求項１または２に記載の横軸ポンプ。
請求項１または２に記載の横軸ポンプ。
【請求項4】
真空ポンプに接続する真空配管を備え、
前記真空配管の一端は、前記上部ケーシングの高さが最も高い頂部に連通している
請求項１に記載の横軸ポンプ。
前記真空配管の一端は、前記上部ケーシングの高さが最も高い頂部に連通している
請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項5】
前記上部ケーシングの内部に設けられた旋回流防止部材を更に備え、
前記旋回流防止部材は、当該上部ケーシングの内部の旋回流に対向する対向面が形成され、内部は空洞であり、当該対向面より内部旋回流の下流側に空気吸入口が形成されている
請求項１に記載の横軸ポンプ。
前記旋回流防止部材は、当該上部ケーシングの内部の旋回流に対向する対向面が形成され、内部は空洞であり、当該対向面より内部旋回流の下流側に空気吸入口が形成されている
請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項6】
前記主軸に垂直な縦断面において、前記旋回流防止部材は、Ｖ字状、Ｌ字状、または一部に開口が設けられたコの字状である
請求項５に記載の横軸ポンプ。
請求項５に記載の横軸ポンプ。
【請求項7】
土木駆体の上に固定された水密なポンプベースを更に備え、
前記下部ケーシングは、開口端部から外側に延伸する延伸部を有し、当該延伸部が前記ポンプベースの上に固定されており、
前記延伸部の下方に接して円周状に設けられ且つ前記土木駆体に接して設けられたベルマウスを更に備え、
前記ベルマウスの流入口寸法が、吸込槽に設けられた流入水路の寸法に略一致しており、
前記ベルマウスの吐出口寸法が、前記下部ケーシングの開口端部の寸法に略一致している請求項１に記載の横軸ポンプ。
前記下部ケーシングは、開口端部から外側に延伸する延伸部を有し、当該延伸部が前記ポンプベースの上に固定されており、
前記延伸部の下方に接して円周状に設けられ且つ前記土木駆体に接して設けられたベルマウスを更に備え、
前記ベルマウスの流入口寸法が、吸込槽に設けられた流入水路の寸法に略一致しており、
前記ベルマウスの吐出口寸法が、前記下部ケーシングの開口端部の寸法に略一致している請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項8】
前記ベルマウスの流入口及び／または前記下部ケーシングの流入口の形状は矩形または円形であり、
前記ベルマウスの吐出口と前記下部ケーシングの流入口は、形状が同じであり且つ面積が同じである
請求項７に記載の横軸ポンプ。
前記ベルマウスの吐出口と前記下部ケーシングの流入口は、形状が同じであり且つ面積が同じである
請求項７に記載の横軸ポンプ。
【請求項9】
前記ポンプベースの内側の端部の水平位置は、吸込槽に設けられた流入水路の外縁の水平位置である
請求項７または８に記載の横軸ポンプ。
請求項７または８に記載の横軸ポンプ。
【請求項10】
前記上部ケーシング及び／または前記下部ケーシングには点検口が設けられている
請求項１に記載の横軸ポンプ。
請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項11】
土木駆体に固定され、且つ前記下部ケーシングの内部空間の下部及び／または当該内部空間の下方に設けられた整流部材を備える
請求項１に記載の横軸ポンプ。
請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項12】
前記上部ケーシングのボリュート形状が異なり、前記主軸の軸中心が流入水路中心からオフセットされている
請求項１に記載の横軸ポンプ。
請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項13】
吸込管が設けられておらず、
前記吸込ケーシングにおいて前記羽根車へ供給する液体の整流を行い、
吸込槽に設けられた流入水路を介して吸上げを行う
請求項１に記載の横軸ポンプ。
前記吸込ケーシングにおいて前記羽根車へ供給する液体の整流を行い、
吸込槽に設けられた流入水路を介して吸上げを行う
請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項14】
前記下部ケーシングの下方に設けられ且つ流入水路を形成する流入口ケーシングを更に備える
請求項１に記載の横軸ポンプ。
請求項１に記載の横軸ポンプ。
【請求項15】
前記上部ケーシングに連結する案内翼を更に備える請求項１に記載の横軸ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、横軸ポンプに関する。
【背景技術】
【0002】
従来の横軸斜流ポンプの吸込形状は、ケーシング内に横置きされた羽根車入口に向けて均等に流入するように曲率の大きい曲管型の吸込ケーシングが採用されている（例えば特許文献１参照）。吸込ケーシング内で生じる旋回流がそのまま羽根車に流入するとポンプ性能に影響するため、羽根車入口部に旋回防止板や曲胴内に案内翼を設ける必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１１－９４５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
曲率の大きい曲管型の吸込ケーシング自体が大型化するため、ポンプ全体寸法が軸方向に伸びて設置スペースが大きくなり、限られたスペースへの配置が立軸軸斜流ポンプに比べて困難という問題がある。
また吸込ケーシングの大型化により主軸の全長が長くなるので、主軸を含む回転体の質量が重くなり水中軸受のＰＶ値が高くなり摩擦熱が大きくなるという問題がある。ここで、ＰＶ値とは面圧Ｐと表面速度Ｖの積であり摩擦熱の尺度である。
また吸込ケーシングの大型化により主軸の全長が長くなるので、主軸の撓みによる水中軸受の片アタリへの影響が大きくなるという問題がある。
また吸込ケーシングの大型化により主軸の全長が長くなるので、主軸を含む回転体の質量が重くなり水中軸受のＰＶ値が高くなり摩擦熱が大きくなるという問題がある。ここで、ＰＶ値とは面圧Ｐと表面速度Ｖの積であり摩擦熱の尺度である。
また吸込ケーシングの大型化により主軸の全長が長くなるので、主軸の撓みによる水中軸受の片アタリへの影響が大きくなるという問題がある。
【0005】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、設置スペースを縮小することが可能であり且つ水中軸受の摩擦熱を抑制可能であり且つ水中軸受の片アタリを軽減可能な横軸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】
【0006】
本発明の第１の態様に係る横軸ポンプは、主軸と、前記主軸に連結された羽根車と、吸込口が形成され且つ吐出口の下側が形成されている下部ケーシングと、前記羽根車より吸込側に設けられ且つ前記下部ケーシングの上に設けられた吸込ケーシングと、前記下部ケーシング及び前記吸込ケーシングの上に設けられ、吐出口の上側が形成されている上部ケーシングと、を備え、前記吸込ケーシングは、主軸の長軸方向に略垂直な縦断面において円状であり且つ当該主軸の長軸方向に略平行な当該縦断面において当該主軸の長軸方向に沿って前記羽根車側に進むに従って外形が狭まる形状を有する。
【0007】
本発明の第２の態様に係る横軸ポンプは、第１の態様に係る横軸ポンプであって、前記吸込ケーシング内に設けられ且つ前記主軸の周囲に設けられた外軸受と、前記吸込ケーシング内に設けられ且つ前記外軸受よりも前記羽根車側において前記主軸の周囲に設けられた軸封部と、を備える。
【0008】
本発明の第３の態様に係る横軸ポンプは、第１または２の態様に係る横軸ポンプであって、前記下部ケーシングには、減速機及び／または駆動機を下から支持する支持部材が設けられている。
【0009】
本発明の第４の態様に係る横軸ポンプは、第１から３のいずれかの態様に係る横軸ポンプであって、真空ポンプに接続する真空配管を備え、前記真空配管の一端は、前記上部ケーシングの高さが最も高い頂部に連通している。
【0010】
本発明の第５の態様に係る横軸ポンプは、第１から４のいずれかの態様に係る横軸ポンプであって、前記上部ケーシングの内部に設けられた旋回流防止部材を更に備え、前記旋回流防止部材は、当該上部ケーシングの内部の旋回流に対向する対向面が形成され、内部は空洞であり、当該対向面より内部旋回流の下流側に空気吸入口が形成されている。
【0011】
本発明の第６の態様に係る横軸ポンプは、第５の態様に係る横軸ポンプであって、前記主軸に垂直な縦断面において、前記旋回流防止部材は、Ｖ字状、Ｌ字状、または一部に開口が設けられたコの字状である。
【0012】
本発明の第７の態様に係る横軸ポンプは、第１から６のいずれかの態様に係る横軸ポンプであって、土木駆体の上に固定された水密なポンプベースを更に備え、前記下部ケーシングは、開口端部から外側に延伸する延伸部を有し、当該延伸部が前記ポンプベースの上に固定されており、前記延伸部の下方に接して円周状に設けられ且つ前記土木駆体に接して設けられたベルマウスを更に備え、前記ベルマウスの流入口寸法が、吸込槽に設けられた流入水路の寸法に略一致しており、前記ベルマウスの吐出口寸法が、前記下部ケーシングの開口端部の寸法に略一致している。
【0013】
本発明の第８の態様に係る横軸ポンプは、第７の態様に係る横軸ポンプであって、前記ベルマウスの流入口及び／または前記下部ケーシングの流入口の形状は矩形または円形であり、前記ベルマウスの吐出口と前記下部ケーシングの流入口は、形状が同じであり且つ面積が同じである。
【0014】
本発明の第９の態様に係る横軸ポンプは、第７または８の態様に係る横軸ポンプであって、前記ポンプベースの内側の端部の水平位置は、吸込槽に設けられた流入水路の外縁の水平位置である。
【0015】
本発明の第１０の態様に係る横軸ポンプは、第１から９のいずれかの態様に係る横軸ポンプであって、前記上部ケーシング及び／または前記下部ケーシングには点検口が設けられている。
【0016】
本発明の第１１の態様に係る横軸ポンプは、第１から１０のいずれかの態様に係る横軸ポンプであって、土木駆体に固定され、且つ前記下部ケーシングの内部空間の下部及び／または当該内部空間の下方に設けられた整流部材を備える。
【0017】
本発明の第１２の態様に係る横軸ポンプは、第１から１１のいずれかの態様に係る横軸ポンプであって、前記上部ケーシングのボリュート形状が異なり、前記主軸の軸中心が流入水路中心からオフセットされている。
【0018】
本発明の第１３の態様に係る横軸ポンプは、第１から１２のいずれかの態様に係る横軸ポンプであって、吸込管が設けられておらず、前記吸込ケーシングにおいて前記羽根車へ供給する液体の整流を行い、吸込槽に設けられた流入水路を介して吸上げを行う。
【0019】
本発明の第１４の態様に係る横軸ポンプは、第１から１２のいずれかの態様に係る横軸ポンプであって、前記下部ケーシングの下方に設けられ且つ流入水路を形成する流入口ケーシングを更に備える。
【0020】
本発明の第１５の態様に係る横軸ポンプは、第１から１４のいずれかの態様に係る横軸ポンプであって、前記上部ケーシングに連結する案内翼を更に備える。
【発明の効果】
【0021】
本発明の一態様によれば、従来の曲胴形式吸込ケーシングより軸方向の長さが短縮され設置スペースが削減される。上部ケーシングと下部ケーシングで上下２つ割りの構造を持つことで、従来の横軸軸流斜流ポンプと同様の維持管理性を持つ。また、主軸の長さが短くなり、主軸の質量が軽くなり、面圧（＝質量÷軸の接触面積）が小さくなり、その結果水中軸受のＰＶ値が小さくなり、摩擦熱を抑制することができる。また羽根車前後の軸受間の距離が短くなることで、片アタリも軽減される。このように設置スペースを縮小することが可能であり且つ水中軸受の摩擦熱を抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】第１の実施形態に係る横軸ポンプの主軸に平行な縦断面図の一例である。
【図2】第１の実施形態に係る吸込ケーシングの拡大図である。
【図4A】流入水路を示す概略断面図である。
【図5】第１の実施形態に係る横軸ポンプの主軸に略垂直な一部縦断面図である。
【図10】分解前の横軸ポンプの縦断面図の一例である。
【図11】上部ケーシングを取り外した場合の横軸ポンプの縦断面図の一例である。
【図12】吸込ケーシング及び回転体を外した場合の横軸ポンプの縦断面図の一例である。
【図13】回転体部分の分解工程の縦断面図を示す模式図である。
【図14】旋回流防止部材の変形例１の概略断面図である。
【図15】旋回流防止部材の変形例２の概略断面図である。
【図16】上部ケーシングの変形例１の概略断面図である。
【図17】上部ケーシングの変形例２の概略断面図である。
【図18A】第２の実施形態に係る横軸ポンプの主軸に平行な縦断面図の一例である。
【図19】従来の横軸ポンプの主軸に平行な縦断面図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【0024】
従来の問題点を明確にするために、まず図１９を用いて従来の横軸ポンプについて説明する。図１９は、従来の横軸ポンプの主軸に平行な縦断面図の一例である。図１９に示すように、従来の横軸ポンプ２０１は、主軸２０２と主軸２０２に連結された羽根車２０３と吸込ケーシング２０４を備える。図２１には吸込ケーシング２０４の主軸に沿った長さＬが示されている。吸込ケーシング２０４は、単純な曲管形状が採用されており、主軸方向の寸法が大きくなる。この寸法が大きくなる理由としては、曲管形状の曲率を大きくとり内部流れで偏流が生じずに、羽根車入口に極力均一に流入する必要があるためである。
【0025】
＜本実施形態の別の課題＞
上記の課題に加えて、設置計画の観点からは、吸込形状による損失水頭や旋回流の影響により効率が低いという問題がある。横軸ポンプではこの効率の低さから、駆動機が立軸斜流ポンプのものに比べて大きい。更に施工上の観点からは、吸込形状と全体長さにより、ポンプの下部ケーシングをコンクリート基礎に埋設する必要があり、施工日数が掛かるという問題がある。本実施形態ではこれらの問題も解決する。各実施形態に係る横軸ポンプは揚水機場または排水機場に設置されるものとして、以下説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る横軸ポンプの主軸に平行な縦断面図の一例である。図１に示すように、横軸ポンプ１は、土木駆体３０に設けられており、回転体１０を備える。回転体１０は例えば主軸１１と、主軸１１に連結された羽根車１２と、主軸１１に外周に設けられた水中軸受１３とを有する。駆動機２の出力軸の回転力が減速機３で減速され、減速後の回転力が主軸１１に伝達されることによって主軸１１が回転しそれに伴って羽根車１２が回転する。駆動機２は例えば電動機であり減速機３が省略される場合もある。図１の矢印Ａ１が流水方向である。
上記の課題に加えて、設置計画の観点からは、吸込形状による損失水頭や旋回流の影響により効率が低いという問題がある。横軸ポンプではこの効率の低さから、駆動機が立軸斜流ポンプのものに比べて大きい。更に施工上の観点からは、吸込形状と全体長さにより、ポンプの下部ケーシングをコンクリート基礎に埋設する必要があり、施工日数が掛かるという問題がある。本実施形態ではこれらの問題も解決する。各実施形態に係る横軸ポンプは揚水機場または排水機場に設置されるものとして、以下説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る横軸ポンプの主軸に平行な縦断面図の一例である。図１に示すように、横軸ポンプ１は、土木駆体３０に設けられており、回転体１０を備える。回転体１０は例えば主軸１１と、主軸１１に連結された羽根車１２と、主軸１１に外周に設けられた水中軸受１３とを有する。駆動機２の出力軸の回転力が減速機３で減速され、減速後の回転力が主軸１１に伝達されることによって主軸１１が回転しそれに伴って羽根車１２が回転する。駆動機２は例えば電動機であり減速機３が省略される場合もある。図１の矢印Ａ１が流水方向である。
【0026】
横軸ポンプ１は、羽根車１２より吐出側において主軸１１の外周に設けられた水中軸受１３を備える。更に横軸ポンプ１は、下部ケーシング１４、下部ケーシング１４の上に設けられた吸込ケーシング１５、下部ケーシング１４及び吸込ケーシング１５の上に設けられた上部ケーシング１６を備える。
下部ケーシング１４には、吸込口が形成され且つ吐出口の下側が形成されている。
一方、上部ケーシング１６には、吐出口の上側が形成されている。
下部ケーシング１４には、吸込口が形成され且つ吐出口の下側が形成されている。
一方、上部ケーシング１６には、吐出口の上側が形成されている。
【0027】
吸込ケーシング１５は、羽根車１２より吸込側に設けられている。換言すれば羽根車１２は、吸込ケーシング１５より吐出側において主軸１１に連結されている。
吸込ケーシング１５は、主軸１１の長軸方向に略垂直な縦断面において円状であり且つ当該主軸１１の長軸方向に略平行な当該縦断面において当該主軸の長軸方向に沿って羽根車１２側に進むに従って外形が狭まる形状を有する。
吸込ケーシング１５は、主軸１１の長軸方向に略垂直な縦断面において円状であり且つ当該主軸１１の長軸方向に略平行な当該縦断面において当該主軸の長軸方向に沿って羽根車１２側に進むに従って外形が狭まる形状を有する。
【0028】
この構成により、従来の曲胴形式吸込ケーシングより軸方向の長さが短縮され設置スペースが削減される。上部ケーシング１６と下部ケーシング１４で上下２つ割りの構造を持つことで、従来の横軸軸流斜流ポンプと同様の維持管理性を持つ。
また、主軸１１の長さが短くなり、主軸の質量が軽くなり、面圧（＝質量÷軸の接触面積）が小さくなり、その結果水中軸受のＰＶ値が小さくなり、摩擦熱を抑制することができる。
また羽根車１２前後の軸受間の距離が短くなることで、片アタリも軽減される。
更に主軸１１の軸方向の長さが短縮されることで軽量となり、設置される土木駆体への荷重が軽減される。
また、主軸１１の長さが短くなり、主軸の質量が軽くなり、面圧（＝質量÷軸の接触面積）が小さくなり、その結果水中軸受のＰＶ値が小さくなり、摩擦熱を抑制することができる。
また羽根車１２前後の軸受間の距離が短くなることで、片アタリも軽減される。
更に主軸１１の軸方向の長さが短縮されることで軽量となり、設置される土木駆体への荷重が軽減される。
【0029】
上部ケーシング１６には、案内翼１６１が連結されている。
【0030】
下部ケーシング１４には、案内翼１４１が連結されている。また下部ケーシング１４には、外周側に設けられた支持部材１４２を有する。
なお、本実施形態では、支持部材１４２は一例として減速機３を下から支持する。なお、支持部材１４２は一例として減速機３に換えてまたは加えて駆動機２を下から支持してもよい。このように、下部ケーシング１４には、減速機及び／または駆動機を下から支持する支持部材１４２が形成されている。
なお、本実施形態では、支持部材１４２は一例として減速機３を下から支持する。なお、支持部材１４２は一例として減速機３に換えてまたは加えて駆動機２を下から支持してもよい。このように、下部ケーシング１４には、減速機及び／または駆動機を下から支持する支持部材１４２が形成されている。
【0031】
また、下部ケーシング１４がその上の吸込ケーシング１５及び上部ケーシング１６と減速機３を支える強度を有する。このように、下部ケーシング１４がその上の吸込ケーシング１５及び上部ケーシング１６と減速機３を支えることができるので、従来の横軸軸斜流ポンプと異なり、下部ケーシングを基礎に埋設して固定設置をせずに済むため工期短縮が可能である。減速機とポンプを共通の下部ケーシングに設置する構造により、一体搬入及び据付と芯出し作業の簡略化で工程短縮が可能である。
【0032】
図２は、第１の実施形態に係る吸込ケーシングの拡大図である。図１及び図２に示すように、横軸ポンプ１は、吸込ケーシング１５内に設けられ且つ主軸１１の周囲に設けられた外軸受１７を備える。更に横軸ポンプ１は、吸込ケーシング１５内に設けられ且つ外軸受１７よりも羽根車１２側において主軸１１の周囲に設けられた軸封部１８を備える。軸封部１８は例えばメカニカルシールである。
【0033】
図２に示すように、外軸受１７は外軸受ケース１７１を有し、外軸受ケース１７１には、内部に軸受１７２、軸受１７３が設けられている。ここで軸受は一例としてベアリングである。また、外軸受ケース１７１には、内部に外軸受用油室１７４が形成されており、この外軸受用油室１７４の内部において、軸受１７２、１７３が潤滑油に浸るように、潤滑油が所定の高さまで充填されている。
【0034】
更に吸込ケーシングは、円錐台状で当該円錐台の上面と下面に開口が設けられ内部に空間が設けられている外形部材１５０と外形部材１５０の上に連結されている連結部材１５１を有する。更に外軸受１７は、その内部において第１部材１７５を有する。第１部材１７５は、外形部材１５０の内面に接続されており軸封部１８の外周側に設けられた略円盤状である。
【0035】
従来の曲胴形式吸込ケーシングでは、外軸受及び軸封部はケーシング外に張り出したが、本実施形態では吸込ケーシング１５内に設置することで主軸１１の軸方向の長さが短縮される。
【0036】
図１に戻って、横軸ポンプ１は、土木駆体３０の上に固定された水密なポンプベース１９を更に備える。下部ケーシング１４は、開口端部から外側に延伸する延伸部１４３を有し、当該延伸部１４３がポンプベース１９の上に固定されている。また横軸ポンプ１は、延伸部１４３の下方に接して円弧状に設けられベルマウス２０を更に備える。
【0037】
横軸ポンプ１は、土木駆体３０に固定され、且つ下部ケーシング１４の内部空間の下部及び／または当該内部空間の下方に設けられた整流部材２１を備える。整流部材２１は、図２の主軸１１に垂直な縦断面において向かって左側と右側の下部ケーシング１４及び上部ケーシング１６に、ほぼ均等に水が流入するように配置されている。整流部材２１は一例として下部ケーシングに連結されており、具体的には例えばボルト・ナットで固定されている。
【0038】
図３は、図１のＡ－Ａ断面図である。図３に示すように、横軸ポンプ１は、真空ポンプに接続する真空配管２５を備える。真空配管２５の一端は、上部ケーシング１６の高さが最も高い頂部の開口１６５に連通している。これにより、真空配管２５は、羽根車１２の吸込側にある上部ケーシング１６の頂部からとすることで、満水後の起動時に負圧部より吸気するため真空配管２５への圧力水混入を少なくする。その結果、真空ポンプへの異物流入防止や、セパレートタンクの小容量化が可能である。
【0039】
図３の矢印Ａ２に示すような内部旋回流を抑えるために、横軸ポンプ１は、上部ケーシング１６の内部に設けられた旋回流防止部材１６３を更に備える。旋回流防止部材１６３は、上部ケーシング１６の内面（ここでは一例として内天面）に固定されている。
これにより、ポンプ運転時に上部ケーシング１６および下部ケーシング１４内で生じる羽根車１２と同回転方向の旋回流を低減できるので、効率を向上させることができる。
旋回流防止部材１６３は、上部ケーシング１６の内部の旋回流に対向する対向面１６３１が形成され、内部は空洞であり、当該対向面より内部旋回流の下流側に空気吸入口１６４が形成されている。
これにより、ポンプ運転時に上部ケーシング１６および下部ケーシング１４内で生じる羽根車１２と同回転方向の旋回流を低減できるので、効率を向上させることができる。
旋回流防止部材１６３は、上部ケーシング１６の内部の旋回流に対向する対向面１６３１が形成され、内部は空洞であり、当該対向面より内部旋回流の下流側に空気吸入口１６４が形成されている。
【0040】
これにより、図３の矢印Ａ３の方向に空気吸入口１６４を介して空気が旋回流防止部材１６３内に入り、図３の矢印Ａ４に示すように、気液二相流においても最上部の開口１６５から真空ポンプにより脱気される。このように、回転体を空転したまま真空ポンプ等で脱気する空転起動では、羽根車１２に接水した際に軸中心部分から最外周部分に旋回流が発生する。その際、旋回流防止部材１６３で旋回流を断ち切り、その反対側から脱気を継続することができる。
【0041】
ここでは主軸に垂直な縦断面において、旋回流防止部材１６３は一例としてＶ字状である。
【0042】
図１及び図３に示すように、上部ケーシング１６には点検口１６２が設けられ、下部ケーシング１４には点検口１４４が設けられている。これにより、点検口１６２からから、羽根車１２に対向する上部ケーシング１６の内面と羽根車１２との隙間を計測することが可能となり、点検口１４４から、羽根車１２に対向する下部ケーシング１４の内面と羽根車１２との隙間を計測することが可能となる。
なお、これに限らず、上部ケーシング１６または下部ケーシング１４のいずれか一方に点検口が設けられていてもよい。このように、上部ケーシング１６及び／または下部ケーシング１４には点検口が設けられている。
なお、これに限らず、上部ケーシング１６または下部ケーシング１４のいずれか一方に点検口が設けられていてもよい。このように、上部ケーシング１６及び／または下部ケーシング１４には点検口が設けられている。
【0043】
図４Ａは、流入水路を示す概略断面図である。図４Ｂは、図４ＡのＦ－Ｆ断面図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、吸込槽３１において土木躯体３０に固定され土木躯体３０から吸込槽３１の内部において下方に延伸する構造体３３が設けられることによって、流入水路３２が設けられている。構造体３３は例えば土木工事によって設けられる。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、整流部材２１が設けられている。
【0044】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、一例として吸込管が設けられておらず、吸込ケーシング１５において羽根車へ供給する液体の整流を行い、吸込槽３１に設けられた流入水路３２を介して吸上げを行う。
このように一態様では、吸込ケーシング１５でのみ、羽根車１２への整流を行うため、従来の横軸軸斜流ポンプの様に吸込管を持たずに吸込槽３１の躯体上部から流入水路を介して吸上げを行う。
このように一態様では、吸込ケーシング１５でのみ、羽根車１２への整流を行うため、従来の横軸軸斜流ポンプの様に吸込管を持たずに吸込槽３１の躯体上部から流入水路を介して吸上げを行う。
【0045】
従来の横軸軸斜流ポンプでは、吸込槽からポンプまでは吸込管により接続されていたが、吸込槽の躯体構造で吸込槽上部までの構造体３３を設けることで鉛直方向の流入水路３２を設け、直接ポンプを接続することで吸込管を省略する。従来の吸込管よりも水路断面積は大きくなり流速が遅くなることから吸込損失の低減や、吸込管廻りの渦流発生に配慮が不要となり、増量及び低水位化がし易い。また既設の横軸軸斜流ポンプのように、吸込管を吸込槽内で組立した後に、横軸ポンプ１と接続する。吸込槽内での養生等の施工手間が無くなり、工程短縮につながる。
【0046】
図３の主軸に略垂直な縦断面及び図４Ａの主軸に略平行な縦断面において、ベルマウス２０の流入口寸法が、吸込槽に設けられた流入水路３２の寸法に略一致しており、ベルマウス２０の吐出口寸法が、下部ケーシング１４の開口端部の寸法に略一致している。
【0047】
これにより、ベルマウス２０が土木構造の流入水路３２と下部ケーシング１４の寸法差を吸収する役割を持つことで、吸込ケーシングは標準寸法による製品化を図り、各機場の土木構造寸法に対応できるものとする。
【0048】
図３の主軸に略垂直な縦断面においてベルマウス２０は一例として表面形状が円弧状である。これにより、整流作用を発揮することができる。
【0049】
一態様では、ベルマウス２０の流入口及び／または下部ケーシング１４の流入口の形状は矩形または円形であり、ベルマウス２０の吐出口と下部ケーシング１４の流入口は、形状が同じであり且つ面積が同じである。
【0050】
一態様ではポンプベース１９は矩形または円形であり、図１、図３及び図４Ａに示すように、一態様においてポンプベース１９の内側の端部の水平位置は、吸込槽３１に設けられた流入水路３２の外縁の水平位置である。このように、ポンプベース１９の縦断面において対向する内面間の距離は流入水路３２の幅と略同じであり、流入水路３２の幅に対して下部ケーシング１４の流入口幅寸法が小さい場合は、ベルマウス２０により水路幅に合わせたものとする。
【0051】
図４Ａに示すように、土木躯体３０は、上盤部分３０１と壁３０２を有し、ポンプベース１９は、吸込槽３１の土木躯体３０の上盤部分３０１の上に固定され、吸込槽３１の土木躯体３０の壁３０２の上に固定されている。これにより、ポンプベース１９を介してポンプ荷重が吸込槽３１の土木躯体３０の上盤部分３０１のみに掛かるだけでなく、吸込槽３１の壁３０２の上に掛かることで、土木躯体３０への荷重分散が図られる。
【0052】
図５は、第１の実施形態に係る横軸ポンプの主軸に略垂直な一部縦断面図である。図５において、吸込ケーシング１５の連結部材１５１の断面が示されており、下部ケーシング１４の内面側に設けられた突出部材１４６が示されている。
【0053】
図６は、図５のＢ－Ｂ矢視図である。図６に示すように、吸込ケーシング１５の連結部材１５１の上に、旋回流防止部材１６３が設けられており、旋回流防止部材１６３に空気吸入口１６４が設けられ、上部ケーシングの頂部に、真空配管２５に連通する開口１６５が設けられている。
【0054】
図７は、図５のＣ－Ｃ矢視図である。図７において突出部材１４６が円周状に設けられており、突出部材１４６の一端が旋回流防止部材１６３の一面に連結され、突出部材１４６の他端が旋回流防止部材１６３の他面に連結されている。
【0055】
図８は、図５のＤ－Ｄ矢視図である。図８において主軸１１の軸に対して突出部材１４６が略左右対称に設けられている。また図８に示すように、吸込ケーシング１５は、円錐台状であって裾野が広がるように湾曲した形状を有し、円錐台の上面と下面に主軸１１が通るように開口が設けられており、内部に空間が設けられている。吸込ケーシング１５の内部に、外軸受１７と軸封部１８が設けられている。
【0056】
【0057】
＜組立および整備時の状態＞
続いて組立および整備時の状態について、整備時等に分解する工程を例に図１０～図１３を用いて説明する。図１０は分解前の横軸ポンプの縦断面図の一例である。図１１は、上部ケーシングを取り外した場合の横軸ポンプの縦断面図の一例である。図１２は、吸込ケーシング及び回転体を外した場合の横軸ポンプの縦断面図の一例である。図１３は、回転体部分の分解工程の縦断面図を示す模式図である。
続いて組立および整備時の状態について、整備時等に分解する工程を例に図１０～図１３を用いて説明する。図１０は分解前の横軸ポンプの縦断面図の一例である。図１１は、上部ケーシングを取り外した場合の横軸ポンプの縦断面図の一例である。図１２は、吸込ケーシング及び回転体を外した場合の横軸ポンプの縦断面図の一例である。図１３は、回転体部分の分解工程の縦断面図を示す模式図である。
【0058】
図１１に示すように、上部ケーシング１６と一体となった案内翼１６１までのケーシングは上下で２分割の構造となっており、上部ケーシング１６を取り外すことで、吸込ケーシング１５と羽根車１２、主軸１１、水中軸受１３から構成される回転体部分全体を確認できる。
【0059】
図１２に示すように下部ケーシング１４に固定されている吸込ケーシング１５と水中軸受１３を取り外すことで、回転体全体を着脱できる。これにより、減速機３を取り外すことなく、吸込ケーシング１５の内部に設置される外軸受１７の整備が可能となる。
【0060】
回転体部分の分解工程は、図１３に示すように、まず主軸１１から水中軸受１３を抜き、主軸１１に固定された羽根車１２を抜く。また主軸１１から、減速機３と接続するための接続部材１１１を取り外す。（ステップ１）。次に吸込ケーシング１５を主軸１５から抜く（ステップ２）。このとき、一例として軸封部１８を構成する第１構成部材１８１が吸込ケーシング１５に連結されているため、吸込ケーシング１５とともにシール部材１８１が取り外される。一方、軸封部１８を構成する第２構成部材１８２は、主軸１１の外周外側に残る。その後に外軸受１７が取り外される。
【0061】
続いて旋回流防止部材の変形例について説明する。
＜旋回流防止部材の変形例１＞
図１４は、旋回流防止部材の変形例１の概略断面図である。図１４は図３に対応する図である。図１４に示すように、旋回流防止部材１６３ｂは、Ｌ字状であり、矢印Ａ５の内部旋回流の対向面１６３１ｂより内部旋回流の下流側に空気吸入口１６４ｂが形成されている。矢印Ａ６に示すように空気吸入口１６４ｂから空気が入り、矢印Ａ７に示すように真空ポンプへ吸引される。
＜旋回流防止部材の変形例１＞
図１４は、旋回流防止部材の変形例１の概略断面図である。図１４は図３に対応する図である。図１４に示すように、旋回流防止部材１６３ｂは、Ｌ字状であり、矢印Ａ５の内部旋回流の対向面１６３１ｂより内部旋回流の下流側に空気吸入口１６４ｂが形成されている。矢印Ａ６に示すように空気吸入口１６４ｂから空気が入り、矢印Ａ７に示すように真空ポンプへ吸引される。
【0062】
＜旋回流防止部材の変形例２＞
図１５は、旋回流防止部材の変形例２の概略断面図である。図１５は図３に対応する図である。図１５に示すように、旋回流防止部材１６３ｃは、一部に開口が設けられたコの字状であり、矢印Ａ８の内部旋回流の対向面１６３１ｃより内部旋回流の下流側に空気吸入口１６４ｃが形成されている。矢印Ａ９に示すように空気吸入口１６４ｃから空気が入り、矢印Ａ１０に示すように真空ポンプへ吸引される。
図１５は、旋回流防止部材の変形例２の概略断面図である。図１５は図３に対応する図である。図１５に示すように、旋回流防止部材１６３ｃは、一部に開口が設けられたコの字状であり、矢印Ａ８の内部旋回流の対向面１６３１ｃより内部旋回流の下流側に空気吸入口１６４ｃが形成されている。矢印Ａ９に示すように空気吸入口１６４ｃから空気が入り、矢印Ａ１０に示すように真空ポンプへ吸引される。
【0063】
続いて、上部ケーシングの別形状タイプとして２つの変形例について説明する。２つの変形例いずれも上下２つ割り構造や流入水路構造、吸込ケーシング内への外軸受・軸封構造を持つことは同様だが、上部ケーシングのボリュート形状が異なり、主軸１１の軸中心（すなわち回転体中心）が流入水路中心からオフセットされている。
これにより、減速機３が平行軸歯車減速機の場合、駆動機２から横軸ポンプ１への軸がオフセットされる。この場合、駆動機２の設置スペースがポンプ幅より外にはみ出すことで設置スペースを要するが、これを解消することができる。
これにより、減速機３が平行軸歯車減速機の場合、駆動機２から横軸ポンプ１への軸がオフセットされる。この場合、駆動機２の設置スペースがポンプ幅より外にはみ出すことで設置スペースを要するが、これを解消することができる。
【0064】
＜上部ケーシングの変形例１：通常起動タイプ＞
図１６は、上部ケーシングの変形例１の概略断面図である。図１５に示すように、上部ケーシング１６ｂの内面から内部方向に突出する突出部１６６を有し、主軸１１の軸中心及び吸込ケーシング１５が流入水路中心からオフセットされている。この突出部１６６は内部が空洞になっている。また図３と比べて上部ケーシングの点検口１６２ｂの位置が変更されている。また矢印Ａ１２に示すように開口１６５から真空ポンプへ空気が吸引される。
図１６は、上部ケーシングの変形例１の概略断面図である。図１５に示すように、上部ケーシング１６ｂの内面から内部方向に突出する突出部１６６を有し、主軸１１の軸中心及び吸込ケーシング１５が流入水路中心からオフセットされている。この突出部１６６は内部が空洞になっている。また図３と比べて上部ケーシングの点検口１６２ｂの位置が変更されている。また矢印Ａ１２に示すように開口１６５から真空ポンプへ空気が吸引される。
【0065】
＜上部ケーシングの変形例２：空転起動タイプ＞
図１７は、上部ケーシングの変形例２の概略断面図である。図１７に示すように、主軸１１の軸中心及び吸込ケーシング１５が流入水路中心からオフセットされている。また上部ケーシング１６ｃの内面から内部方向に突出する突出部１６６ｃにおいて空気吸入口１６４ｄが設けられている。この突出部１６６ｃの下側端部に対して略垂直方向に接続された接続部材１６７、この突出部１６６ｃの上側端部に略水平方向に接続された接続部材１６８が設けられている。接続部材１６７と接続部材１６８との間に開口１６５ｃが設けられており、矢印Ａ１３に示すようにからこの開口１６５ｃから真空ポンプへ空気が吸引される。また図３と比べて上部ケーシングの点検口１６２ｃの位置が変更されている。
図１７は、上部ケーシングの変形例２の概略断面図である。図１７に示すように、主軸１１の軸中心及び吸込ケーシング１５が流入水路中心からオフセットされている。また上部ケーシング１６ｃの内面から内部方向に突出する突出部１６６ｃにおいて空気吸入口１６４ｄが設けられている。この突出部１６６ｃの下側端部に対して略垂直方向に接続された接続部材１６７、この突出部１６６ｃの上側端部に略水平方向に接続された接続部材１６８が設けられている。接続部材１６７と接続部材１６８との間に開口１６５ｃが設けられており、矢印Ａ１３に示すようにからこの開口１６５ｃから真空ポンプへ空気が吸引される。また図３と比べて上部ケーシングの点検口１６２ｃの位置が変更されている。
【0066】
＜第２の実施形態＞
続いて第２の実施形態について図１８Ａ及び図１８Ｂを用いて説明する。図１８Ａは、第２の実施形態に係る横軸ポンプの主軸に平行な縦断面図の一例である。図１８Ｂは、図１８ＡのＧ－Ｇ断面図である。図１８Ａに示すように、第２の実施形態に係る横軸ポンプ１ｂは、下部ケーシング１４の下方に設けられ且つ流入水路２４を形成する流入口ケーシング２３を更に備える。より具体的には流入口ケーシング２３はベルマウス２０の下方に設けられている。
続いて第２の実施形態について図１８Ａ及び図１８Ｂを用いて説明する。図１８Ａは、第２の実施形態に係る横軸ポンプの主軸に平行な縦断面図の一例である。図１８Ｂは、図１８ＡのＧ－Ｇ断面図である。図１８Ａに示すように、第２の実施形態に係る横軸ポンプ１ｂは、下部ケーシング１４の下方に設けられ且つ流入水路２４を形成する流入口ケーシング２３を更に備える。より具体的には流入口ケーシング２３はベルマウス２０の下方に設けられている。
【0067】
これにより、既設躯体構造側で老朽化等の理由でコンクリート構造の鉛直水路が設けられない場合は、流入口ケーシングを流入水路２４とすることによって、様々な吸込槽構造への対応が可能である。
【0068】
一態様では流入口ケーシング２３は例えば鋼板製であり、一例として土木躯体３０に固定されている。一態様では、流入口ケーシング２３の入口部には渦対策構造体（図示せず）を有してもよい。一態様では図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように第２の実施形態に係る横軸ポンプ１ｂは、第１の実施形態と同様に整流部材２１を備える。
【0069】
以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0070】
１、１ｂ 横軸ポンプ
１０ 回転体
１１ 主軸
１２ 羽根車
１３ 水中軸受
１４ 下部ケーシング
１４１ 案内翼
１４２ 支持部材
１４３ 延伸部
１４４ 点検口
１４６ 突出部材
１５ 吸込ケーシング
１５０ 外形部材
１５１ 連結部材
１６、１６ｂ、１６ｃ 上部ケーシング
１６１ 案内翼
１６２、１６２ｂ、１６２ｃ 点検口
１６３、１６３ｂ、１６３ｃ 旋回流防止部材
１６３１、１６３１ｂ、１６３１ｃ 対向面
１６３ｂ旋回流防止部材
１６４、１６４ｂ、１６４ｃ 空気吸入口
１６５、１６５ｃ 開口
１６６、１６６ｃ 突出部
１６７ 接続部材
１６８ 接続部材
１７ 外軸受
１７１ 外軸受ケース
１７２ 軸受
１７３ 軸受
１７４ 外軸受用油室
１７５ 第１部材
１８ 軸封部
１９ ポンプベース
２ 駆動機
２０ ベルマウス
２０１ 横軸ポンプ
２０２ 主軸
２０３ 羽根車
２０４ 吸込ケーシング
２１ 整流部材
２３ 流入口ケーシング
２４ 流入水路
２５ 真空配管
３ 減速機
３０ 土木躯体
３０１ 上盤部分
３０２ 壁
３１ 吸込槽
３２ 流入水路
３３ 構造体
１０ 回転体
１１ 主軸
１２ 羽根車
１３ 水中軸受
１４ 下部ケーシング
１４１ 案内翼
１４２ 支持部材
１４３ 延伸部
１４４ 点検口
１４６ 突出部材
１５ 吸込ケーシング
１５０ 外形部材
１５１ 連結部材
１６、１６ｂ、１６ｃ 上部ケーシング
１６１ 案内翼
１６２、１６２ｂ、１６２ｃ 点検口
１６３、１６３ｂ、１６３ｃ 旋回流防止部材
１６３１、１６３１ｂ、１６３１ｃ 対向面
１６３ｂ旋回流防止部材
１６４、１６４ｂ、１６４ｃ 空気吸入口
１６５、１６５ｃ 開口
１６６、１６６ｃ 突出部
１６７ 接続部材
１６８ 接続部材
１７ 外軸受
１７１ 外軸受ケース
１７２ 軸受
１７３ 軸受
１７４ 外軸受用油室
１７５ 第１部材
１８ 軸封部
１９ ポンプベース
２ 駆動機
２０ ベルマウス
２０１ 横軸ポンプ
２０２ 主軸
２０３ 羽根車
２０４ 吸込ケーシング
２１ 整流部材
２３ 流入口ケーシング
２４ 流入水路
２５ 真空配管
３ 減速機
３０ 土木躯体
３０１ 上盤部分
３０２ 壁
３１ 吸込槽
３２ 流入水路
３３ 構造体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図19】
