特開 2024-82994 ポンプ

(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】P2024082994

(43)【公開日】2024-06-20

(54)【発明の名称】ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 13/00 20060101AFI20240613BHJP

   F04D 13/16 20060101ALI20240613BHJP

   F04D 29/44 20060101ALI20240613BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20240613BHJP

   F04D 29/54 20060101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

F04D13/00 E

F04D13/16 W

F04D29/44 E

F04D29/66 F

F04D29/54 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022197264

(22)【出願日】2022-12-09

(71)【出願人】

【識別番号】000152170

【氏名又は名称】株式会社酉島製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】兼森 祐治

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA03

3H130AB05

3H130AB13

3H130AB22

3H130AB52

3H130AC07

3H130AC10

3H130BA09B

3H130BA66B

3H130CA03

3H130CA04

3H130CB15

3H130DA02Z

3H130DD01Z

3H130EA07B

3H130EA07C

(57)【要約】

【課題】ミニマムフロー実行時のポンプ性能を向上できるポンプを提供する。
【解決手段】ポンプ１０は、筒状の揚水管２１と、揚水管２１の軸線Ａまわりに回転可能なインペラ３３と、揚水管２１のインペラ３３よりも下側に配置されて軸線Ａまわりに回転可能な回転体４０とを備える。回転体４０は、放射状に突出した複数の羽根板４１を有し、複数の羽根板４１のうち少なくとも１つの上端が揚水管２１内に突出し、インペラ３３の回転によるインペラ３３の下側の揚水の予旋回流ＲＦに従動して回転する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛直方向に延びる筒状の揚水管と、
前記揚水管内の下部に配置され、前記揚水管の軸線まわりに回転可能なインペラと、
放射状に突出した複数の羽根板を有し、前記揚水管の前記インペラよりも下側に配置され、前記軸線まわりに回転可能な回転体と
を備え、
前記回転体は、前記複数の羽根板のうち少なくとも１つの上端が前記揚水管内に突出し、前記インペラの回転による前記インペラの下側の揚水の予旋回流に従動して回転する、ポンプ。

【請求項2】

前記揚水管は、下端に接合された円錐筒状のベルマウスを有し、
前記複数の羽根板のうち少なくとも１つの上端は、前記ベルマウス内に突出している、請求項１に記載のポンプ。

【請求項3】

前記インペラから下向きに突出した軸部を備え、
前記回転体は、前記軸部に回転可能に取り付けられた筒状の内筒部材を有し、
前記複数の羽根板は、前記内筒部材から外側に突出している、
請求項２に記載のポンプ。

【請求項4】

前記ベルマウスの径方向に延びる複数の枠材を有し、前記ベルマウスの下端に接合された枠状の保持部材と、
前記軸線に沿って上向きに延びるように前記保持部材に設けられた軸部と
を備え、
前記回転体は、前記軸部に回転可能に取り付けられた筒状の内筒部材を有し、
前記複数の羽根板は、前記内筒部材から外側に突出している、
請求項２に記載のポンプ。

【請求項5】

前記ベルマウス及び前記回転体のうちの一方に設けられた支持部材と、
前記ベルマウス及び前記回転体のうちの他方に設けられ、前記支持部材に回転可能に支持される支持部と
を備える、請求項２に記載のポンプ。

【請求項6】

前記回転体は、前記軸線に沿って延びる円錐筒状の内側ベルマウスを有し、
前記複数の羽根板は、前記内側ベルマウスから外側に突出している、
請求項５に記載のポンプ。

【請求項7】

前記インペラから下向きに突出した軸部を備え、
前記揚水管は、下端に配置された円錐筒状のベルマウスを有し、
前記回転体は、前記ベルマウス内に少なくとも上部が位置するように、前記軸部に回転可能に取り付けられた筒状の内筒部材を有し、
前記複数の羽根板は、上端が前記ベルマウス内に突出するように、前記内筒部材と前記ベルマウスの間に設けられ、
前記回転体は、前記ベルマウスと一体に回転可能である、
請求項１に記載のポンプ。

【請求項8】

前記内筒部材は、円錐筒状の内側ベルマウスである、請求項３、４、及び７のうちいずれか１項に記載のポンプ。

【請求項9】

前記内筒部材は、直管状のスリーブである、請求項３、４、及び７のうちいずれか１項に記載のポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、空気吸込渦及び水中渦の発生を抑制するために、ケーシングの下端に渦流抑制部材を配置したポンプが開示されている。渦流抑制部材は、放射状に延びる複数の回転板を備え、インペラの回転によって吸込口から吸い込まれる水流に従動して回転可能である。この渦流抑制部材の回転によって、水面から吸込口に延びる水流に水面上の空気が吸引される空気吸込渦、及び吸水槽の底から吸込口に延びる水流にキャビテーションによる気体（泡）が混入する水中渦を破壊し、ケーシング内への気体の侵入を抑制している。渦流抑制部材が回転する向きは、ポンプの吐出し量（つまりケーシングへの吸込量）や吸水槽内（ケーシング外）の水流に依存しており、この水流は、インペラが回転する向きや回転数には関係なく、吸水槽の形状や吸込量に依存する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１９３６０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のポンプでは、ポンプ性能について何ら考慮されていない。そのため、最適流量に対する流量割合が最高効率点よりも低いミニマムフロー（管理運転）の実行時、軸動力が高くなり、ポンプ性能が低下し得る。よって、特許文献１のポンプには、ミニマムフロー実行時のポンプ性能について改善の余地がある。

【0005】

本発明は、ミニマムフロー実行時のポンプ性能を向上できるポンプを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

インペラの回転によってポンプケーシング内に吸い込んだ揚水は、揚水管の軸線まわりを周方向に旋回しながら排出される。このような揚水の旋回流のうち、インペラの下側（上流側）の予旋回流は、大略、最適流量に対する流量割合が最高効率点よりも高いときにはインペラが回転する向きとは逆向きに旋回し、流量割合が最高効率点よりも低いときにはインペラが回転する向きと同じ向きに旋回し、流量割合が最高効率点付近のときには生じない（旋回なし）。一方で、ポンプの理論揚程はオイラーの式によって算出でき、インペラが回転する向きと同じ向きの予旋回流の流速が早くなるほど、ポンプ揚程と軸動力を低く抑えることができる。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

【0007】

本発明の一態様は、鉛直方向に延びる筒状の揚水管と、前記揚水管内の下部に配置され、前記揚水管の軸線まわりに回転可能なインペラと、放射状に突出した複数の羽根板を有し、前記揚水管の前記インペラよりも下側に配置され、前記軸線まわりに回転可能な回転体とを備え、前記回転体は、前記複数の羽根板のうち少なくとも１つの上端が前記揚水管内に突出し、前記インペラの回転による前記インペラの下側の揚水の予旋回流に従動して回転する、ポンプを提供する。

【0008】

ポンプは、インペラよりも下側（上流側）に、少なくとも１つの上端が揚水管内に突出する複数の羽根板を有し、インペラの回転による揚水の予旋回流に従動して回転する回転体を備える。つまり、回転体は、吸水槽内の水流ではなく、揚水管内の予旋回流によって回転する。これにより、回転体は、最適流量に対する流量割合が最高効率点よりも高いときには予旋回流によってインペラが回転する向きとは逆向きに回転し、流量割合が最高効率点よりも低いときには予旋回流によってインペラが回転する向きと同じ向きに回転し、流量割合が最高効率点付近のときには予旋回流による回転はない。

【0009】

このようにしたポンプでは、流量割合が最高効率点よりも低いミニマムフローの実行時、回転不可能な羽根板を配置した場合と比較して、予旋回流の速度低下を抑制できる。その結果、予旋回流とインペラの上側（下流側）の旋回流との速度差を低減できるため、ミニマムフロー時の軸動力を低くでき、ポンプ性能を向上できる。また、複数の羽根板の回転によって、水面から吸込口に延びる水流に水面上の空気が吸引される空気吸込渦、及び吸水槽の底から吸込口に延びる水流にキャビテーションによる気体（泡）が混入する水中渦を破壊でき、揚水管内への気体の侵入を抑制できる。

【発明の効果】

【0010】

本発明のポンプでは、ミニマムフロー実行時のポンプ性能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１実施形態に係る立軸ポンプの断面図。

【図2】図１のII部分の拡大断面図。

【図3】図１の立軸ポンプの底面図。

【図4】図１のIV－IV線端面図。

【図5】羽根板に加わる流体力と羽根板の回転数の関係を示すグラフ。

【図6】ポンプ性能の変化を示すグラフ。

【図7】第２実施形態に係る立軸ポンプの図２と同様の断面図。

【図8】第３実施形態に係る立軸ポンプの図２と同様の断面図。

【図9】図８の立軸ポンプの底面図。

【図10】第４実施形態に係る立軸ポンプの図２と同様の断面図。

【図11】第５実施形態に係る立軸ポンプの図２と同様の断面図。

【図12】図１１のXII部分の拡大断面図。

【図13】第６実施形態に係る立軸ポンプの図２と同様の断面図。

【図14】第７実施形態に係る立軸ポンプの図２と同様の断面図。

【図15】第８実施形態に係る立軸ポンプの図２と同様の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

【0013】

（第１実施形態）
図１を参照すると、本発明の第１実施形態に係る立軸ポンプ１０は、排水機場の据付床１に固定され、据付床１の下側の吸水槽２内に流入した雨水等を下流側へ排出する。

【0014】

立軸ポンプ１０は、ポンプケーシング２０、回転軸３０、インペラ３３、モータ３８、及び制御部（図示せず）を備え、制御部によって、排水を目的とした通常運転と、排水を目的としない管理運転とを実行可能である。管理運転は、通常運転が長期にわたって実行されない場合等に、立軸ポンプ１０の性能維持等の目的で実行される。この管理運転では、吐出し量が最小限になるように、モータ３８が通常運転時よりも低速で回転され、これによりインペラ３３が通常運転時よりも低回転数で回転される。この管理運転には、吐出管５に介設された仕切弁６を開状態として行われるミニマムフロー運転と、仕切弁６を閉状態として実行される締切運転とが含まれる。例えば、仕切弁６は、開状態と閉状態が手動で切り換えられる手動弁である。

【0015】

本実施形態の立軸ポンプ１０では、ミニマムフロー時の軸動力を低くしてポンプ性能を向上するために、ポンプケーシング２０のインペラ３３の下側に、ポンプケーシング２０内の予旋回流ＲＦによって回転可能な回転体４０が設けられている。また、この回転体４０の回転によって、図２に示す空気吸込渦ＳＶと水中渦ＵＶを破壊し、ポンプケーシング２０内への気体の侵入を抑制する。

【0016】

以下、ポンプケーシング２０、回転軸３０、インペラ３３、モータ３８、及び回転体４０の構成を具体的に説明する。

【0017】

図１を参照すると、ポンプケーシング２０は、全体として筒状であり、吸水槽２内に配置される揚水管２１と、据付床１上に配置される吐出エルボ２７とを備える。

【0018】

揚水管２１は、据付床１から吸水槽２内に垂下され、鉛直方向に延びている。揚水管２１は、揚水管本体２２、ベーンケース２３、及びベルマウス２４を備え、この順で上側から下側へボルト接合されている。

【0019】

揚水管本体２２は直管状であり、全長又は数の変更によって揚水管２１の全長を変更可能である。

【0020】

ベーンケース２３は、楕円筒状であり、内部に複数のガイドベーン２５を介して接合された軸受ケーシング２６を備える。

【0021】

図２を参照すると、ベルマウス２４は、全体として筒状であり、一体に形成された接合部２４ａとベルマウス本体２４ｂを備える。接合部２４ａは、ベーンケース２３にボルト接合され、上端から下側に向かうに従って次第に縮径している。ベルマウス本体２４ｂは、接合部２４ａの下端に連なり、下側に向かうに従って次第に拡開している。このベルマウス本体２４ｂの下端は、吸水槽２内の水を吸い込む吸込口２４ｃであり、吸水槽２の底３に対して定められた間隔をあけて配置されている。但し、接合部２４ａとベルマウス本体２４ｂは別体に設けられてもよい。この場合、ベルマウス本体２４ｂがベルマウス２４と称される。

【0022】

図１を参照すると、吐出エルボ２７は、軸線が９０度湾曲した曲がり管である。吐出エルボ２７の一端は揚水管２１の上端に接合され、吐出エルボ２７の他端は吐出管５に接合されている。この吐出エルボ２７の下部には、据付床１に固定するためのベースプレート２８が設けられている。但し、ベースプレート２８は、揚水管本体２２の上部に設けられてもよい。

【0023】

回転軸３０は、吐出エルボ２７を貫通して揚水管２１の軸線Ａに沿って配置され、揚水管２１内に配置された水中軸受によって回転可能に支持されている。回転軸３０の下端は、軸受ケーシング２６を貫通して吸込口２４ｃ側に突出している。

【0024】

図２を参照すると、インペラ３３は、揚水管２１内の下部である軸受ケーシング２６の下側に配置され、回転軸３０に取り付けられている。このインペラ３３は、回転軸３０に固着するためのハブ３４と、ハブ３４から放射状に突出した複数の羽根３５とを備える。

【0025】

図１を参照すると、モータ（駆動源）３８は、ポンプケーシング２０外に位置する回転軸３０の上端に機械的に接続されている。モータ３８は駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、この駆動回路に電気的に接続された制御部によって、回転軸３０を介してインペラ３３を、揚水管２１の軸線Ａまわりを図２に矢印で示す向きＲに所定回転数で回転させる。

【0026】

図２を参照すると、インペラ３３の回転によって吸水槽２内の水は、吸込口２４ｃからポンプケーシング２０内に吸い込まれる。この揚水は、揚水管２１の軸線Ａまわりを周方向に旋回しながら下流側へ排出される。インペラ３３よりも上側（下流側）では、インペラ３３が回転する向きＲと同じ向きに揚水が旋回する。インペラ３３の下側（上流側）では、モータ３８によるインペラ３３の回転数に応じて揚水の旋回方向が変わる。この予旋回流ＲＦが旋回する向きは以下の通りである。

【0027】

図６に示す最適流量Ｑｏｐｔに対する流量割合Ｑ／Ｑｏｐｔが効率ηの最高点（最高効率点）よりも高い過大流量域では、予旋回流ＲＦは、インペラ３３が回転する向きＲとは逆向きｆ１に旋回する。図６に示す流量割合Ｑ／Ｑｏｐｔが最高効率点よりも低い部分流量域では、予旋回流ＲＦは、インペラ３３が回転する向きＲと同じ向きｆ２に旋回する。図６に示す過大流量域と部分流量域の間の定格運転域（最高効率点付近）では、予旋回流ＲＦは生じない（旋回なし）。

【0028】

回転体４０は、揚水の予旋回流ＲＦによって揚水管２１の軸線Ａまわりを回転するように、ポンプケーシング２０に設けられている。具体的には、回転体４０は、放射状に突出する複数の羽根板４１を備え、揚水管２１のインペラ３３よりも下側に配置され、揚水管２１内の予旋回流ＲＦに従動して回転する。図２及び図３を参照すると、本実施形態の回転体４０は、羽根板４１を内側ベルマウス（内筒部材）４２に一体に設けた構成であり、インペラ３３から下向きに突出した軸部４３に回転可能に取り付けられている。

【0029】

軸部４３は、回転軸３０を延設した部分によって構成されている。図２及び図４を参照すると、軸部４３は、揚水管２１の軸線Ａに沿って延びている。この軸部４３は、ベルマウス２４内にガイドベーン４８ａを介して設けられたホルダ４８内の水中軸受４７によって、回転可能に支持されている。軸部４３の下端には、後に詳述する支持板４５及びナット４６と協働して回転体４０を支持するためのボルト軸部４３ａが設けられている。但し、軸部４３は、揚水管２１の軸線Ａに沿って延びる構成であれば、インペラ３３のハブ３４に設けられていてもよい。ガイドベーン４８ａは、インペラ３３が回転する向きＲと同じ向きｆ２の予旋回流ＲＦが促進されるように傾斜させることが好ましい。

【0030】

図２及び図３を参照すると、内側ベルマウス４２は、全体として円錐筒状であり、直径が一様な上側部４２ａと、上側部４２ａから下側へ離れるに従って次第に拡開した下側部４２ｂとを備える。内側ベルマウス４２の内側には、軸部４３に摺接される一対の水中軸受４４が、上下に間隔をあけて取り付けられている。上側の水中軸受４４は上側部４２ａ内に取り付けられ、下側の水中軸受４４は下側部４２ｂ内にガイドベーンを介して取り付けられている。

【0031】

下側の水中軸受４４の下側には、水中軸受４４よりも大きい円板状の支持板４５が配置されている。支持板４５は、軸部４３のボルト軸部４３ａに螺合したナット４６によって位置決めされている。これにより、内側ベルマウス４２を含む回転体４０全体が、支持板４５上に載置され、軸部４３まわりを回転可能となっている。

【0032】

複数の羽根板４１は、内側ベルマウス４２に対して周方向に等間隔をあけて設けられ、内側ベルマウス４２から径方向外側へ突出している。本実施形態では、４枚の羽根板４１が９０度間隔をあけて設けられている。但し、羽根板４１は、２枚以上設けられていればよい。個々の羽根板４１は、下縁４１ａ、外縁４１ｂ、曲縁４１ｃ、及び上縁４１ｄを備える。

【0033】

下縁４１ａは、内側ベルマウス４２の下端外周縁に連なり、径方向外側に向かうに従って上向きに傾斜している。下縁４１ａの外端は、ベルマウス２４の下端外周縁よりも径方向内側に位置している。外縁４１ｂは、下縁４１ａの外端に連なり、ベルマウス２４の下端外周部（吸込口２４ｃ）に向けて延びるように、上側に向かうに従って径方向外側に傾斜している。曲縁４１ｃは、外縁４１ｂの上端に連なり、ベルマウス２４の内面に沿って延びている。曲縁４１ｃとベルマウス２４の内面との間には、回転体４３の回転により互いに干渉しない範囲で、可能な限り小さい一様な隙間が確保されている。上縁４１ｄの外端は曲縁４１ｃの上端に連なり、上縁４１ｄの内端はベルマウス２４内において内側ベルマウス４２の上側部４２ａに連なっている。このように構成された羽根板４１では、曲縁４１ｃよりも上側の部分がベルマウス２４内に突出している。

【0034】

このように構成された回転体４０では、羽根板４１がベルマウス２４内に突出する部分を備えるため、この突出部分が揚水管２１内の予旋回流ＲＦの流体力を受けることによって、羽根板４１と内側ベルマウス４２が一体に回転する。ここで、吸水槽２内（ポンプケーシング２０外）では、吸水槽２の形状や吸込口２４ｃからの吸込量に依存した水流が生じるが、この水流の流体力は、揚水管２１内の予旋回流ＲＦの流体力よりも基本的に弱いため、回転体４０は予旋回流ＲＦの向きｆ１，ｆ２に従動して回転する。例えば、予旋回流ＲＦの流体力は、図５に示す固定式羽根車に作用する流体力に相当する値であり、吸水槽２内の水流の流体力は、図５に示す可動式羽根車に作用する流体力に相当する値未満である。

【0035】

具体的には、図６に示す過大流量域では、回転体４０は、予旋回流ＲＦによってインペラ３３が回転する向きＲとは逆向きｆ１に回転する。図６に示す部分流量域では、回転体４０は、予旋回流ＲＦによってインペラ３３が回転する向きＲと同じ向きｆ２に回転する。図６に示す過大流量域と部分流量域の間の定格運転域では、予旋回流ＲＦが生じないため、回転体４０は、回転しない乃至吸水槽２内の水流に従動して回転する。

【0036】

ここで、予旋回流ＲＦによって羽根板４１に作用する流体力を図５に示す。図５において、縦軸は流体力Ｆで、横軸は以下の数式によって得られるΔｎである。

【0037】

【数1】

ｎ１：予旋回流の単位時間当たりの回転数
ｎ２：羽根板の単位時間当たりの回転数

【0038】

図５を参照すると、羽根板４１に作用する流体力Ｆは、予旋回流ＲＦの周方向の回転数ｎ１と羽根板４１の周方向の回転数ｎ２の差Δｎ（回転速度差）が大きくなるに従って大きくなる。羽根板が固定式、つまり回転不可能な羽根板の場合、羽根板４１の回転数ｎ２は０（零）であるため、羽根板４１に作用する流体力Ｆは最も高くなる。一方で、本実施形態のように羽根板４１が予旋回流ＲＦによって回転可能（可動式）な場合、羽根板４１に加わる流体力Ｆを逃がすことができるため、羽根板４１に作用する流体力Ｆは、固定式と比較して大幅に減少する。そのため、可動式の羽根板４１に必要な剛性は、固定式の羽根板に必要な剛性よりも低い。よって、羽根板４１を含む回転体４０を工業用プラスティック等によって製造できるため、回転体４０の軽量化が可能であり、その結果、予旋回流ＲＦによる回転体４０の回転数ｎ２も増大できる。また、インペラ３３の下側（入口側）において回転体４０による揚水の流動抵抗を低減できるため、予旋回流ＲＦの流速は、固定式の羽根板を用いた場合よりも大幅に早くなり得る。

【0039】

一方で、立軸ポンプ１０の理論揚程Ｈｔｈは、以下のオイラー式の数式によって算出できる。

【0040】

【数2】

ｇ：重力加速度
Ｕ_１：インペラ入口側の周速
Ｕ_２：インペラ出口側の周速
Ｃ_ｕ１：インペラ入口側の揚水の周方向の流速
Ｃ_ｕ２：インペラ出口側の揚水の周方向の流速

【0041】

数式２において、インペラ３３の入口側の周速Ｕ_１と出口側の周速Ｕ_２は同じである。数式２から明らかなように、ポンプ揚程Ｈｔｈと軸動力は、インペラ３３が回転する向きＲと同じ向きｆ２の予旋回流ＲＦの流速Ｃ_ｕ１が早くなるほど低く抑えられる。固定式の羽根板の場合、流動抵抗によって予旋回流ＲＦの流速Ｃ_ｕ１は低減し、０（零）に近くなるため、図６に示す部分流量域で運転されるミニマムフローの実行時、ポンプ揚程Ｈｔｈと軸動力が高くなり、ポンプ性能は低下する。一方で、本実施形態のように羽根板４１が予旋回流ＲＦによって回転可能な場合、回転体４０の従動によって予旋回流ＲＦの流速Ｃ_ｕ１の低減が抑えられるため、ポンプ揚程Ｈｔｈと軸動力が低くなり、ポンプ性能は高くなる。

【0042】

図６は、立軸ポンプ１０のポンプ性能の変化を示すグラフである。図６において、縦軸は最適揚程Ｈｏｐｔに対する揚程Ｈの割合Ｈ／Ｈｏｐｔで、横軸は最適流量Ｑｏｐｔに対する流量Ｑの割合Ｑ／Ｑｏｐｔである。図６において、細線の「Ｃ_ｕ１＝０」は、固定式の羽根板の場合のポンプ揚程Ｈを示し、太線の「＋Ｃ_ｕ１」は、可動式の羽根板４１の場合のポンプ揚程Ｈを示している。

【0043】

比速度にもよるが、図６において、流量割合Ｑ／Ｑｏｐｔが約７０％未満の領域が部分流量域であり、流量割合Ｑ／Ｑｏｐｔが約１２０％以上の領域が過大流量域であり、これらの間の範囲が定格運転域である。通常運転では定格運転域又は過大流量域になるようにモータ３８が制御され、管理運転では部分流量域になるようにモータ３８が制御される。

【0044】

図６を参照すると、細線で示す固定式の羽根板の場合、部分流量域での運転では、流量割合Ｑ／Ｑｏｐｔが低くなるに従って揚程割合Ｈ／Ｈｏｐｔが高くなるため、ポンプ揚程Ｈｔｈと軸動力が高くなり、ポンプ性能は低下することが解る。太線で示す可動式の羽根板４１の場合、部分流量域での運転では、流量割合Ｑ／Ｑｏｐｔが低くなるに従って揚程割合Ｈ／Ｈｏｐｔは高くなるが、固定式の羽根板の場合と比較して大幅に低くなることが解る。そのため、本実施形態のように、可動式の羽根板４１を備える回転体４０を用いた場合、固定式の羽根板を用いる場合よりも、ポンプ揚程Ｈｔｈと軸動力が低くでき、ポンプ性能を向上できる。

【0045】

このように構成した立軸ポンプ１０は、以下の特徴を有する。

【0046】

立軸ポンプ１０は、インペラ３３よりも下側（上流側）に、上端が揚水管２１内に突出する複数の羽根板４１を有し、インペラ３３の回転による予旋回流ＲＦに従動して回転する回転体４０を備える。つまり、回転体４０は、吸水槽２内の水流ではなく、揚水管２１内の予旋回流ＲＦによって回転する。これにより、回転体４０は、図６に示す流量割合Ｑ／Ｑｏｐｔが最高効率点よりも高いときには予旋回流ＲＦによってインペラ３３が回転する向きＲとは逆向きｆ１に回転し、図６に示す流量割合Ｑ／Ｑｏｐｔが最高効率点よりも低いときには予旋回流ＲＦによってインペラ３３が回転する向きＲと同じ向きｆ２に回転し、図６に示す流量割合Ｑ／Ｑｏｐｔが最高効率点付近のときには予旋回流ＲＦによる回転はない。

【0047】

これにより、図６に示す流量割合Ｑ／Ｑｏｐｔが最高効率点よりも低いミニマムフローの実行時、回転不可能な羽根板を配置した場合と比較して、インペラ３３の下側の予旋回流ＲＦの速度低下を抑制できる。その結果、予旋回流ＲＦとインペラ３３の上側（下流側）の旋回流との速度差を低減できるため、ミニマムフロー実行時の軸動力を低くでき、ポンプ性能を向上できる。また、複数の羽根板４１の回転によって、図２に示す水面から吸込口２４ｃに延びる水流に水面上の空気が吸引される空気吸込渦ＳＶ、及び吸水槽２の底３から吸込口２４ｃに延びる水流にキャビテーションによる気体（泡）が混入する水中渦ＵＶを破壊でき、揚水管２１内への気体の侵入を抑制できる。

【0048】

羽根板４１の上端は、揚水管２１が有する下端のベルマウス２４内に突出している。これにより、インペラ３３の下側の予旋回流ＲＦによって、複数の羽根板４１を有する回転体４０を確実に回転できる。

【0049】

インペラ３３から軸部４３が突出し、回転体４０は軸部４３に回転可能に取り付けられた内側ベルマウス４２を有し、羽根板４１が内側ベルマウス４２から外側に突出している。これにより、インペラ３３の下側の予旋回流ＲＦによって、複数の羽根板４１を有する回転体４０を確実に回転できる。また、円錐筒状のベルマウス２４内に円錐筒状の内側ベルマウス４２が配置されているため、吸水槽２内の水を揚水管２１内へ円滑に吸い込むことができる。

【0050】

以下、本発明の他の実施形態並びに種々の変形例を説明するが、これらの説明において、特に言及しない点は第１実施形態と同様である。以下で言及する図面において、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付している。

【0051】

（第２実施形態）
図７を参照すると、第２実施形態の立軸ポンプ１０は、図２に示す内側ベルマウス４２の代わりに、直管状のスリーブ（内筒部材）５０を用いて回転体４０を構成した点で、第１実施形態の立軸ポンプ１０と相違している。つまり、第２実施形態の回転体４０は、複数の羽根板４１を揚水管２１に回転可能に配置した例である。

【0052】

複数の羽根板４１は、図２に示す第１実施形態と同様に、スリーブ５０に対して周方向に等間隔をあけて設けられ、スリーブ５０から径方向外側へ突出している。個々の羽根板４１は、下縁４１ａ、外縁４１ｂ、曲縁４１ｃ、及び上縁４１ｄを備え、曲縁４１ｃよりも上側の部分がベルマウス２４内に突出している。

【0053】

第２実施形態の回転体４０では、図２に示す第１実施形態と同様に、羽根板４１がベルマウス２４内に突出する部分を備える。そのため、揚水管２１内で生じる予旋回流ＲＦによって、羽根板４１とスリーブ５０が一体に回転可能である。よって、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

【0054】

（第３実施形態）
図８及び図９を参照すると、第３実施形態の立軸ポンプ１０は、ベルマウス２４の下端に接合した保持部材５５に軸部４３を設け、この軸部４３に回転体４０を回転可能に配置した点で、第１実施形態の立軸ポンプ１０と相違している。

【0055】

保持部材５５は、回転体４０を回転可能に配置するために設けられている。この保持部材５５は、基部５５ａ、複数の枠材５５ｃ、及び接合枠５５ｇを備える枠状である。

【0056】

基部５５ａは、円板状であり、揚水管２１の軸線Ａ上に配置されている。基部５５ａには、軸部４３を取り付けるために、上下方向に貫通した取付孔５５ｂが設けられている。例えば、取付孔５５ｂに軸部４３の下端を貫通させ、基部５５ａを貫通させたキーを軸部４３に差し込むことで、基部５５ａに軸部４３を回転不可能に配置できる。

【0057】

複数の枠材５５ｃは、基部５５ａに対して周方向に等間隔をあけて設けられ、基部５５ａから径方向外側に突出している。周方向に隣り合う枠材５５ｃの間には、吸水槽２内の水の流動を妨げることのない十分な空間が確保されている。本実施形態では、４本の枠材５５ｃが９０度間隔をあけて設けられている。但し、枠材５５ｃは、３本であってもよいし、５本以上であってもよい。

【0058】

個々の枠材５５ｃは、下部５５ｄと側部５５ｅを備える。下部５５ｄは、回転体４０の下縁４１ａに沿って、揚水管２１の軸線Ａに対して直交する方向に延びている。側部５５ｅは、下部５５ｄの外端に連なり、回転体４０の外縁４１ｂに沿って、ベルマウス２４の下端外周部に向けて延びている。周方向に隣り合う枠材５５ｃは、円環状の連続部５５ｆを介して連なっている。

【0059】

接合枠５５ｇは、保持部材５５をベルマウス２４の下端に接合するために設けられている。接合枠５５ｇは、ベルマウス２４の下端外周部に対応する直径の円環状の板体からなり、複数の枠材５５ｃそれぞれの上端に接合されている。この接合枠５５ｇには、ベルマウス２４に接合するための複数のボルト孔５５ｈが、周方向に等間隔をあけて設けられている。

【0060】

軸部４３は、回転軸３０とは別体であり、揚水管２１の軸線Ａに沿って上向きに延びるように、保持部材５５の取付孔５５ｂに差し込まれ、基部５５ａに回転不可能に取り付けられている。軸部４３の下端と上端には、回転体４０を回転可能に支持するためのボルト軸部４３ａがそれぞれ設けられている。

【0061】

回転体４０は、図２に示す第１実施形態と同様に、複数の羽根板４１を内側ベルマウス４２の外周に設けた構成である。つまり、第３実施形態の回転体４０は、複数の羽根板４１と内側ベルマウス４２を揚水管２１に回転可能に配置した例である。但し、第３実施形態の回転体４０は、図７に示す第２実施形態と同様に、複数の羽根板４１をスリーブ５０の外周に設け、複数の羽根板４１を揚水管２１に回転可能な構成としてもよい。

【0062】

内側ベルマウス４２は、水中軸受４４を介して軸部４３に回転可能に取り付けられている。内側ベルマウス４２の下端と上端には支持板４５がそれぞれ配置され、これらの支持板４５が、軸部４３のボルト軸部４３ａに螺合したナット４６によってそれぞれ位置決めされている。羽根板４１は、下縁４１ａ、外縁４１ｂ、曲縁４１ｃ、及び上縁４１ｄを備え、曲縁４１ｃよりも上側の部分がベルマウス２４内に突出している。

【0063】

第３実施形態の回転体４０は、第１実施形態の回転体４０とは異なり、保持部材５５に設けられた固定式の軸部４３に取り付けられている。一方で、この回転体４０では、第１実施形態の回転体４０と同様に、羽根板４１がベルマウス２４内に突出する部分を備える。そのため、揚水管２１内で生じる予旋回流ＲＦによって、羽根板４１と内側ベルマウス４２が一体に回転可能である。よって、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

【0064】

（第４実施形態）
図１０を参照すると、第４実施形態の立軸ポンプ１０は、保持部材５５の基部５５ａに軸部４３を回転可能に配置し、回転体４０を軸部４３と一体に回転するようにした点で、第３実施形態と相違している。

【0065】

保持部材５５の基部５５ａに設けられた取付孔５５ｂには、水中軸受４４が取り付けられている。ベルマウス２４内には、図２に示す第１実施形態と同様に、ガイドベーン４８ａを介してホルダ４８が設けられ、このホルダ４８内に水中軸受４７が取り付けられている。

【0066】

回転体４０は、図２に示す第１実施形態と同様に、複数の羽根板４１を内側ベルマウス４２の外周に設けた構成である。つまり、第４実施形態の回転体４０は、複数の羽根板４１、内側ベルマウス４２、及び軸部４３を揚水管２１に回転可能に配置した例である。但し、第４実施形態の回転体４０は、図７に示す第２実施形態と同様に、複数の羽根板４１をスリーブ５０の外周に設け、複数の羽根板４１を軸部４３と一緒に揚水管２１に回転可能な構成としてもよいし、軸部４３に複数の羽根板４１を直接突設してもよい。

【0067】

内側ベルマウス４２の上側部４２ａと軸部４３には、径方向に貫通した貫通孔がそれぞれ設けられ、これらの貫通孔にキー６０が差し込まれている。このキー６０の取り付けによって、回転体４０と軸部４３が一体に回転可能になっている。

【0068】

内側ベルマウス４２内には、円環状の支持部６１が、複数のリブ６２を介して一体に設けられている。この支持部６１が基部５５ａ上に載置されることによって、保持部材５５内に回転体４０が配置されている。支持部６１は、金属製の板体によって構成されることが好ましい。本実施形態のように回転体４０が工業用プラスティックによって成形される場合、金属製の支持部６１はインサート成型によって一体に設けられる。回転体４０を金属によって形成する場合、支持部６１は接合によって一体に設けられる。

【0069】

軸部４３の下端は、保持部材５５に配置した水中軸受４４に回転可能に支持され、軸部４３の上端は、ホルダ４８に配置した水中軸受４７に回転可能に支持されている。軸部４３の下端は、支持部６１を貫通するとともに、保持部材５５の基部５５ａを貫通し、下側へ突出している。軸部４３の下端側には支持板４５が配置され、ボルト軸部４３ａにナット４６が螺合されている。

【0070】

第４実施形態の回転体４０では、図２に示す第１実施形態と同様に、羽根板４１がベルマウス２４内に突出する部分を備える。そのため、揚水管２１内で生じる予旋回流ＲＦによって、羽根板４１と内側ベルマウス４２が一体に回転可能である。よって、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

【0071】

（第５実施形態）
図１１及び図１２を参照すると、第５実施形態の立軸ポンプ１０は、軸部４３を採用することなく、ベルマウス２４に設けた支持部材６５と回転体４０に設けた支持部６６とによって、揚水管２１に回転体４０を回転可能に配置した点で、第１実施形態と相違している。但し、支持部材６５を回転体４０に設け、支持部６６をベルマウス２４に設けてもよい。

【0072】

支持部材６５は、金属製又はセラミックス製の円環体であり、ベルマウス２４の下端外周部に取り付けられている。支持部材６５は、円環体を周方向に分割した複数の分割体によって構成されることが好ましい。支持部材６５には、ベルマウス２４に取り付けるための取付溝６５ａが設けられている。また、支持部材６５には、下向きに突出した断面Ｌ字形状のレール部６５ｂが設けられている。

【0073】

支持部６６は、複数の羽根板４１それぞれの外縁４１ｂの上端に設けられた円環状の板体であり、支持部材６５に回転可能に支持されている。支持部６６の外周部は、羽根板４１から径方向外側へ突出し、支持部材６５のレール部６５ｂ内に嵌め込まれている。但し、支持部６６は、円環状の板体に限られず、扇形状の板体を羽根板４１毎に設けた構成であってもよい。支持部６６は、金属製又はセラミックス製の板体によって構成されることが好ましい。本実施形態のように回転体４０が工業用プラスティックによって成形される場合、金属製又はセラミックス製の支持部６６はインサート成型によって一体に設けられる。回転体４０を金属によって形成する場合、金属製の支持部６６は接合によって一体に設けられる。

【0074】

回転体４０は、図２に示す第１実施形態と同様に、複数の羽根板４１を内側ベルマウス４２の外周に設けた構成である。つまり、第４実施形態の回転体４０は、複数の羽根板４１と内側ベルマウス４２を揚水管２１に回転可能に配置した例である。回転体４０は、レール部６５ｂへの支持部６６の配置によって、揚水管２１に回転可能に取り付けられている。

【0075】

第５実施形態の回転体４０では、図２に示す第１実施形態と同様に、羽根板４１がベルマウス２４内に突出する部分を備える。そのため、揚水管２１内で生じる予旋回流ＲＦによって、羽根板４１と内側ベルマウス４２が一体に回転可能である。よって、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

【0076】

（第６実施形態）
図１３を参照すると、第６実施形態の立軸ポンプ１０は、図１２に示す内側ベルマウス４２を回転体４０に設けていない点で、第５実施形態と相違している。第６実施形態の回転体４０には、図７に示すスリーブ５０も設けられていない。つまり、第６実施形態の回転体４０は、複数の羽根板４１のみを揚水管２１に回転可能に配置した例である。複数の羽根板４１は、揚水管２１の軸線Ａ上で互いに連なっている。

【0077】

第６実施形態の回転体４０では、図２に示す第１実施形態と同様に、羽根板４１がベルマウス２４内に突出する部分を備える。そのため、揚水管２１内で生じる予旋回流ＲＦによって、羽根板４１が回転可能である。よって、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

【0078】

（第７実施形態）
図１４を参照すると、第７実施形態の立軸ポンプ１０は、ベルマウス２４の接合部２４ａとベルマウス本体２４ｂとを別体として構成し、ベルマウス本体２４ｂを回転体４０と一体に回転可能とした点で、第１実施形態と相違している。

【0079】

ベルマウス本体２４ｂは、上側から下側に向かうに従って次第に拡開しており、羽根板４１に接合され、接合部２４ａの下側に配置されている。ベルマウス本体２４ｂと接合部２４ａの間には、回転体４３の回転により互いに干渉しない範囲で、可能な限り小さい一様な隙間が確保されている。

【0080】

回転体４０は、羽根板４１、内側ベルマウス４２、及びベルマウス本体２４ｂを一体に設けた構成であり、インペラ３３から下向きに突出した軸部４３に回転可能に取り付けられている。内側ベルマウス４２の上部は、ベルマウス本体２４ｂ（揚水管２１）内に突出し、ベルマウス本体２４ｂによって取り囲まれている。

【0081】

複数の羽根板４１は、周方向に等間隔をあけて配置されて径方向に延びており、接合によって内側ベルマウス４２とベルマウス本体２４ｂに一体に設けられている。羽根板４１は、下縁４１ａ、外縁４１ｂ、曲縁４１ｃ、及び上縁４１ｄを備える。そのうち、曲縁４１ｃにベルマウス本体２４ｂが接合されている。上縁４１ｄはベルマウス本体２４ｂ内に位置している。

【0082】

このように構成された第７実施形態では、図２に示す第１実施形態と同様に、インペラ３３の回転によって吸水槽２内の水が、ベルマウス本体２４ｂの吸込口２４ｃからポンプケーシング２０内に吸い込まれる。そして、インペラ３３の下側（上流側）では、モータ３８によるインペラ３３の回転数に応じた向きｆ１，ｆ２の予旋回流ＲＦが生じる。この予旋回流ＲＦは、接合部２４ａ内では勿論、ベルマウス本体２４ｂ内でも生じる。

【0083】

第７実施形態の回転体４０では、羽根板４１がベルマウス本体２４ｂ内に突出する部分を備える。そのため、揚水管２１内で生じる予旋回流ＲＦによって、羽根板４１、内側ベルマウス４２、及びベルマウス本体２４ｂが一体に回転可能である。よって、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。しかも、第７実施形態では、ベルマウス本体２４ｂも羽根板４１と一体に回転可能なため、ベルマウス本体２４ｂの外側部分で生じ得る乱流Ｔによって、吸水槽２内に発生した空気吸込渦ＳＶを消滅し得る。

【0084】

（第８実施形態）
図１５を参照すると、第８実施形態の立軸ポンプ１０は、図１４に示す内側ベルマウス４２の代わりに、直管状のスリーブ５０を用いて回転体４０が構成されている点で、第７実施形態の立軸ポンプ１０と相違している。つまり、第８実施形態の回転体４０は、複数の羽根板４１とベルマウス本体２４ｂを揚水管２１に回転可能に配置した例である。

【0085】

複数の羽根板４１は、周方向に等間隔をあけて配置され、接合によってスリーブ５０とベルマウス本体２４ｂの間に一体に設けられている。個々の羽根板４１は、下縁４１ａ、外縁４１ｂ、曲縁４１ｃ、及び上縁４１ｄを備え、曲縁４１ｃにベルマウス本体２４ｂが接合されている。上縁４１ｄはベルマウス本体２４ｂ内に位置している。

【0086】

第８実施形態の回転体４０では、第７実施形態と同様に、羽根板４１がベルマウス本体２４ｂ内に突出する部分を備える。そのため、揚水管２１内で生じる予旋回流ＲＦによって、羽根板４１とスリーブ５０が一体に回転可能である。よって、第７実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

【0087】

なお、本発明は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

【0088】

例えば、図２に示す第１実施形態から図１５に示す第８実施形態では、複数の羽根板４１のうち１つのみの上端が、ベルマウス本体２４ｂ内に突出していてもよい。

【0089】

図１４に示す第７実施形態では、図１１に示す第５実施形態のように、接合部２４ａの下端に支持部材６５を設け、ベルマウス本体２４ｂ（ベルマウス２４）の上端に支持部６６を設け、複数の羽根板４１、内側ベルマウス４２、及びベルマウス本体２４ｂを一体に回転可能としてもよい。この場合、図１３に示す第６実施形態のように、内側ベルマウス４２及びスリーブ５０のいずれも設けることなく、羽根板４１とベルマウス２４を一体に回転可能としてもよい。

【0090】

ポンプは、モータを揚水管内に配置した水中モータポンプであってもよく、揚水管の下部にインペラを回転可能に配置した構成であればよい。

【符号の説明】

【0091】

１ 据付床
２ 吸水槽
３ 底
５ 吐出管
６ 仕切弁
１０ 立軸ポンプ（ポンプ）
２０ ポンプケーシング
２１ 揚水管
２２ 揚水管本体
２３ ベーンケース
２４ ベルマウス
２４ａ 接合部
２４ｂ ベルマウス本体（ベルマウス）
２４ｃ 吸込口
２５ ガイドベーン
２６ 軸受ケーシング
２７ 吐出エルボ
２８ ベースプレート
３０ 回転軸
３３ インペラ
３４ ハブ
３５ 羽根
３８ モータ
４０ 回転体
４１ 羽根板
４１ａ 下縁
４１ｂ 外縁
４１ｃ 曲縁
４１ｄ 上縁
４２ 内側ベルマウス（内筒部材）
４２ａ 上側部
４２ｂ 下側部
４３ 軸部
４３ａ ボルト軸部
４４ 水中軸受
４５ 支持板
４６ ナット
４７ 水中軸受
４８ ホルダ
４８ａ ガイドベーン
５０ スリーブ（内筒部材）
５５ 保持部材
５５ａ 基部
５５ｂ 取付孔
５５ｃ 枠材
５５ｄ 下部
５５ｅ 側部
５５ｆ 連続部
５５ｇ 接合枠
５５ｈ ボルト孔
６０ キー
６１ 支持部
６２ リブ
６５ 支持部材
６５ａ 取付溝
６５ｂ レール部
６６ 支持部
ＲＦ 予旋回流
ＳＶ 空気吸込渦
ＵＶ 水中渦
Ｔ 乱流
Ａ 揚水管の軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】