特許 7476071 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】

(24)【登録日】2024-04-19

(45)【発行日】2024-04-30

(54)【発明の名称】立軸ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/66 20060101AFI20240422BHJP

   F04D 29/60 20060101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

F04D29/66 F

F04D29/60 D

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020166206

(22)【出願日】2020-09-30

(65)【公開番号】P2022057780

(43)【公開日】2022-04-11

【審査請求日】2023-05-25

(73)【特許権者】

【識別番号】319007240

【氏名又は名称】株式会社日立インダストリアルプロダクツ

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】沖原 崇

(72)【発明者】

【氏名】宮地 孝義

(72)【発明者】

【氏名】入江 浩一

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１５５８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０４１２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３７２０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／６６

Ｆ０４Ｄ ２９／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

羽根車を内部に収容する吸込ケーシングと、
前記吸込ケーシングを設置する吸込水槽内の流体の主流方向における前記吸込ケーシングの下流側の左右に、前記吸込ケーシングに対向してそれぞれ配置され、空気吸込渦の発生を抑制する渦防止装置と、を備え、
前記渦防止装置は、第１の渦抑制板と、前記主流方向における前記第１の渦抑制板の下流側に配置された第２の渦抑制板と、を有し、
前記第１の渦抑制板は、前記吸込ケーシングの中心軸から、前記第２の渦抑制板よりも離れて設置され、
前記第１の渦抑制板は、前記中心軸を中心とした第１の半径を有する円弧面状の板であり、前記第２の渦抑制板は、前記中心軸を中心とした第２の半径を有する円弧面状の板であり、
前記第１の半径は、前記第２の半径よりも大きく、
前記第１の渦抑制板の前記主流方向における下流側の端部と、前記第２の渦抑制板の前記主流方向における上流側の端部とは、前記中心軸を中心とした円周方向位置において重なっているとともに、前記第１の渦抑制板の前記下流側の端部以外の箇所および前記第２の渦抑制板の前記上流側の端部以外の箇所は重なっておらず、
前記第２の渦抑制板の前記主流方向における下流側は、流路が設けられている
ことを特徴とする立軸ポンプ。

【請求項2】

前記渦防止装置は、複数の貫通孔を有していることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。

【請求項3】

前記渦防止装置は、上下方向において分割されていることを特徴とする請求項１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、立軸ポンプに関し、特に、空気吸込渦の発生を抑制する渦防止装置を備える立軸ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

自由表面を有する吸込水槽に設置される立軸ポンプ（以下、単に「ポンプ」ともいう）を使用する際に、吸込水槽における水位の変動やポンプの更新時における吐出し量増加等の仕様変更によって、吸込水槽内における流れ場が変化する結果、水面から、羽根車を内部に収容する吸込ケーシングの吸込口であるベルマウス付近に達する空気吸込渦が生じる場合がある。

【0003】

この空気吸込渦は、吸込水槽内の流体の水面付近の流れが吸込ケーシングを通り過ぎる際に、吸込ケーシングの下流側で剥離し、旋回する流れ（以下、「旋回流」ともいう）が生じるために発生することが多い。このような渦がポンプに吸い込まれると、過大な振動や性能低下等の支障をきたすおそれがあり、ポンプ損傷の要因ともなる。

【0004】

空気吸込渦の発生を防止するために、ポンプ吸込管３０（吸込ケーシング）の下流側の左右に、防止板３４（渦抑制板）をそれぞれ配置したポンプが開示されている（特許文献１の段落０００６、図１１参照）。

【0005】

特許文献１記載のポンプは、ポンプ吸込管３０の上流側からの流れがポンプ吸込管３０と防止板３４との間を通って下流側から流出することで、ポンプ吸込管３０の下流側での旋回流の生成を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００１－０４１２００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１記載のポンプでは、吸込水槽内の流速が大きくなる場合や吸込水槽の上流側に偏流が生じた場合に、ポンプ吸込管３０（吸込ケーシング）の上流側からの流れが防止板３４（渦抑制板）の外側中間部で剥離して、空気吸込渦の要因となる旋回流が生じるおそれがある。つまり、渦抑制板を設置することで、渦抑制板自体によって空気吸込渦が発生するおそれがある。

【0008】

そこで、本発明の目的は、吸込水槽内の高流速化に伴う空気吸込渦の発生をより抑制できる立軸ポンプを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記した目的を達成するために、本発明に係る立軸ポンプは、羽根車を内部に収容する吸込ケーシングと、空気吸込渦の発生を抑制する渦防止装置とを備えている。渦防止装置は、前記吸込ケーシングを設置する吸込水槽内の流体の主流方向における前記吸込ケーシングの下流側の左右に、前記吸込ケーシングに対向してそれぞれ配置されている。前記渦防止装置は、第１の渦抑制板と、前記主流方向における前記第１の渦抑制板の下流側に配置された第２の渦抑制板とを有している。前記第１の渦抑制板は、前記吸込ケーシングの中心軸から、前記第２の渦抑制板よりも離れて設置され、前記第１の渦抑制板は、前記中心軸を中心とした第１の半径を有する円弧面状の板であり、前記第２の渦抑制板は、前記中心軸を中心とした第２の半径を有する円弧面状の板であり、前記第１の半径は、前記第２の半径よりも大きく、前記第１の渦抑制板の前記主流方向における下流側の端部と、前記第２の渦抑制板の前記主流方向における上流側の端部とは、前記中心軸を中心とした円周方向位置において重なっているとともに、前記第１の渦抑制板の前記下流側の端部以外の箇所および前記第２の渦抑制板の前記上流側の端部以外の箇所は重なっておらず、前記第２の渦抑制板の前記主流方向における下流側は、流路が設けられている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、空気吸込渦の発生をより抑制できる立軸ポンプを提供することができる。

【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概略縦断面図である。

【図2】本実施形態に係る渦防止装置の周辺を示す拡大側面図である。

【図3】図２のIII－III線に沿う断面図である。

【図4】本実施形態に係る渦防止装置の周辺を下流側から見た図である。

【図5】本実施形態に係る渦防止装置の周辺を示す拡大斜視図である。

【図6】１枚の渦抑制板から構成された渦防止装置の周辺の流れを模式的に示す平面図である。

【図7】第１の渦抑制板と第２の渦抑制板とに分割されて構成された本実施形態の渦防止装置の周辺の流れを模式的に示す平面図である。

【図8】第２実施形態に係る渦防止装置の周辺を下流側から見た図である。

【図9】第３実施形態に係る渦防止装置の周辺を下流側から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、共通する部材や同種の部材については、同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。

【0013】

〔第１実施形態〕
図１～図７を参照しながら本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る立軸ポンプ１００の概略縦断面図である。
図１に示すように、立軸ポンプ１００は、例えば排水機場の水路１（吸込水槽）に設置されるものである。

【0014】

立軸ポンプ１００は、鉛直方向に沿う回転軸２と、回転軸２の下端に取り付けられる羽根車（インペラ）３と、羽根車３を内部に収容する吸込ケーシング４とを備えている。吸込ケーシング４は、水路１の底盤１２、水路１の左右の側壁面１５および水路１の下流側壁面１６と所定の間隔をおいて設置されている。

【0015】

吸込ケーシング４は、ケーシングライナ４１と、ベルマウス（吸込口）４２と、ボウル部４３とを備えている。ケーシングライナ４１は、羽根車３のシュラウド側に配置されている。ベルマウス４２は、ケーシングライナ４１の下側に配置されている。ボウル部４３は、ケーシングライナ４１の上側に配置されている。ここでは、立軸ポンプ１００において、羽根車３から回転軸２に対して斜め方向に流体を吐き出す斜流ポンプが使用されている。

【0016】

また、立軸ポンプ１００は、揚水管５と、吐出しベンド６と、原動機７とを備えている。揚水管５は、吸込ケーシング４の上側に接続されるとともに回転軸２が挿通され、流体を鉛直上向きに流す。吐出しベンド６は、揚水管５の上側に接続され、揚水管５から送られる流体の流れを水平方向へ変化させる。原動機７は、吐出しベンド６の上方に突出する回転軸２の上端部に接続されており、回転軸２を回転駆動するモータ等である。

【0017】

吐出しベンド６の揚水管５とは反対側の端部には、排水管８が接続される。立軸ポンプ１００は、吸込み端部側から取付け用孔１０に挿通されて、吐出しベンド６に設けられたフランジ９がポンプ設置床１１に支持されるようにして、水路１に設置されている。

【0018】

そして、原動機７の駆動によって回転軸２を介して羽根車３が回転されると、ベルマウス４２から流入した水は昇圧され、吸込ケーシング４を通り、揚水管５、吐出しベンド６および排水管８を介して放水路（図示せず）へ排出されるようになっている。

【0019】

本実施形態の立軸ポンプ１００は、水面からベルマウス付近に達する空気吸込渦の発生を抑制する渦防止装置２０を備えている。

【0020】

図２は、本実施形態に係る渦防止装置２０の周辺を示す拡大側面図である。図３は、図２のIII－III線に沿う断面図である。図４は、本実施形態に係る渦防止装置２０の周辺を下流側から見た図、すなわち図２のＡから見た図である。図５は、本実施形態に係る渦防止装置２０の周辺を示す拡大斜視図である。なお、図３では、吸込ケーシング４および揚水管５の内部の構成は、省略してある。

【0021】

図２～図４に示すように、渦防止装置２０は、吸込ケーシング４を設置する水路１内の流体の主流方向１７における吸込ケーシング４の下流側の左右（図３参照）に、吸込ケーシング４に対向してそれぞれ配置されている。渦防止装置２０は、吸込ケーシング４の径方向外側に、吸込ケーシング４とは間隔をおいて配置されている。

【0022】

渦防止装置２０は、第１の渦抑制板２１と、第２の渦抑制板２２とを有している。第２の渦抑制板２２は、主流方向１７における第１の渦抑制板２１の下流側に配置されている。第１の渦抑制板２１は、吸込ケーシング４の中心軸ＣＬから、第２の渦抑制板２２よりも離れて設置されている。第１の渦抑制板２１および第２の渦抑制板２２は、それぞれ上下方向の長さが一致する板である。

【0023】

図５に示すように、第１の渦抑制板２１は、第１の渦抑制板２１の内面に基端部が固定された支持板３１，３１を介して、吸込ケーシング４または揚水管５に取り付けられている。第２の渦抑制板２２は、第２の渦抑制板２２の内面に基端部が固定された支持板３２，３２を介して、吸込ケーシング４または揚水管５に取り付けられている。ここでは、上側の支持板３１，３２の先端部は、揚水管５の下端に設けられたフランジ５１に溶接等によって固定されている。また、下側の支持板３１，３２の先端部は、ボウル部４３の下端に設けられたフランジ４４に溶接等によって固定されている。

【0024】

なお、支持板３１，３２の先端部の固定箇所は、吸込ケーシング４または揚水管５におけるいずれの箇所であってもよく、適宜変更可能である。また、第１の渦抑制板２１および第２の渦抑制板２２の幅寸法、厚さ寸法は適宜変更可能であり、上下方向の長さ寸法は、立軸ポンプ１００の使用時における吸込対象水の最高水位及び最低水位を考慮して決められる。

【0025】

図３に示すように、第１の渦抑制板２１は、中心軸ＣＬを中心とした第１の半径Ｒ１（図３参照）を有する円弧面状の板である。また、第２の渦抑制板２２は、中心軸ＣＬを中心とした第２の半径Ｒ２（図３参照）を有する円弧面状の板である。ここでは、第１の渦抑制板２１および第２の渦抑制板２２は、同じ厚さの板で形成されている。第１の半径Ｒ１は、内半径で示されており、第２の半径Ｒ２は、外半径で示されている。第１の半径Ｒ１は、第２の半径Ｒ２よりも大きく設定されている。

【0026】

第１の渦抑制板２１の主流方向１７における下流側の端部２３と、第２の渦抑制板２２の主流方向１７における上流側の端部２４とは、中心軸ＣＬを中心とした円周方向位置において重なっている。すなわち、中心軸ＣＬ上の位置から見て、第１の渦抑制板２１と第２の渦抑制板２２との間に、円周方向の隙間が存在しない。

【0027】

次に、前記のように構成された立軸ポンプ１００の作用について説明する。
図１に示すように、水路１内の吸込対象水の水位がベルマウス４２の下端を上回り（図１の水位Ｌ１参照）、ベルマウス４２が十分に没水した状態では、立軸ポンプ１００が起動すると、羽根車３の回転により、水がベルマウス４２から吸い込まれて昇圧され、吸込ケーシング４を通り、揚水管５、吐出しベンド６を経て排水管８へ送られる。

【0028】

ここで、立軸ポンプ１００が仮に渦防止装置２０を備えていない場合、水路１内の流体の水面付近の流れが吸込ケーシング４を通り過ぎる際に、吸込ケーシング４の下流側で剥離して旋回流が生じることがある。この場合、水面から吸込ケーシング４のベルマウス４２付近に達する空気吸込渦が生じるおそれがある。
しかし、本実施形態では、吸込ケーシング４の主流方向１７における上流側からの流れが、吸込ケーシング４と渦防止装置２０との間を通って下流側から流出する。これにより、吸込ケーシング４の下流側での旋回流の生成が抑制され、空気吸込渦の発生を抑制できる。

【0029】

次に、図６、図７を参照して、渦防止装置２０のさらなる作用について説明する。
図６は、１枚の渦抑制板３６から構成された渦防止装置３５の周辺の流れを模式的に示す平面図である。図７は、第１の渦抑制板２１と第２の渦抑制板２２とに分割されて構成された本実施形態の渦防止装置２０の周辺の流れを模式的に示す平面図である。

【0030】

図６に示すように、１枚の渦抑制板３６が使用される場合、吸込ケーシング４の主流方向１７における上流側からの流れは、渦抑制板３６の外側を通る流れと、渦抑制板３６の内側を通る流れとに分かれる。立軸ポンプの更新の際にその仕様が変更され、吸込水槽内の流速が大きくなる場合、渦抑制板３６の外側を通る流れは、渦抑制板３６の外側中間部で剥離して、空気吸込渦の要因となる旋回流３７が生じてしまうことがある。ここで、外側とは中心軸ＣＬを中心とした半径方向の外側であり、内側とは中心軸ＣＬを中心とした半径方向の内側である。

【0031】

一方、図７に示す渦防止装置２０が使用される場合、大きい第１の半径Ｒ１を有する第１の渦抑制板２１と、小さい第２の半径Ｒ２を有する第２の渦抑制板２２との間には、中心軸ＣＬを中心とした半径方向の隙間が生じる。このため、第１の渦抑制板２１の内側を通る流れの一部が、半径方向の隙間を通って、第２の渦抑制板２２の外側を通過する。これにより、渦防止装置２０の外側中間部での旋回流（図６の旋回流３７参照）の生成が抑制され、空気吸込渦の発生を抑制できる。

【0032】

前記したように本実施形態に係る立軸ポンプ１００は、吸込ケーシング４の下流側の左右に、吸込ケーシング４に対向してそれぞれ配置された渦防止装置２０を備えている。渦防止装置２０は、第１の渦抑制板２１と、主流方向１７における第１の渦抑制板２１の下流側に配置された第２の渦抑制板２２とを有している。第１の渦抑制板２１は、吸込ケーシング４の中心軸ＣＬから、第２の渦抑制板２２よりも離れて設置されている。

【0033】

このような本実施形態では、上流側からの流れが吸込ケーシング４と渦防止装置２０との間を通って下流側から流出することで、吸込ケーシング４の下流側での旋回流の生成が抑制される。
さらに、第１の渦抑制板２１の内側を通る流れの一部が、中心軸ＣＬを中心とした半径方向の隙間を通って、第２の渦抑制板２２の外側を通過することで、渦防止装置２０の外側中間部での旋回流の生成が抑制される。
したがって、本実施形態によれば、空気吸込渦の発生をより抑制できる立軸ポンプ１００を提供することができる。

【0034】

なお、本実施形態では、渦防止装置２０は、主流方向１７において第１の渦抑制板２１と第２の渦抑制板２２とに２分割されているが、これに限定されるものではなく、３つ以上に分割されていてもよい。

【0035】

また、本実施形態では、第１の渦抑制板２１は、中心軸ＣＬを中心とした第１の半径Ｒ１を有する円弧面状の板であり、第２の渦抑制板２２は、中心軸ＣＬを中心とした第２の半径Ｒ２を有する円弧面状の板である。そして、第１の半径Ｒ１は、第２の半径Ｒ２よりも大きく設定されている。この構成では、第１の渦抑制板２１の内側を通って第２の渦抑制板２２の外側を通過する流れを含め、渦防止装置２０周辺の流れがより滑らかになる。

【0036】

また、本実施形態では、第１の渦抑制板２１の下流側の端部２３と、第２の渦抑制板２２の上流側の端部２４とは、中心軸ＣＬを中心とした円周方向位置において重なっている。この構成では、第１の渦抑制板２１と第２の渦抑制板２２との間に、円周方向の隙間がなくなる。このため、第１の渦抑制板２１の内側を通る流れの一部をより確実に第２の渦抑制板２２の外側を通過させることができ、渦防止装置２０の外側中間部での旋回流の生成がより抑制される。

【0037】

〔第２実施形態〕
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態について、前記した第１実施形態の立軸ポンプ１００と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図８は、第２実施形態に係る渦防止装置２０ａの周辺を下流側から見た図である。

【0038】

図８に示すように、第２実施形態は、渦防止装置２０ａが複数の貫通孔２５を有している点で、第１実施形態と相違している。図８では、第１の渦抑制板２１ａおよび第２の渦抑制板２２ａが、それぞれ複数の貫通孔２５を有している。

【0039】

なお、第１の渦抑制板２１ａおよび第２の渦抑制板２２ａのいずれか一方のみが複数の貫通孔２５を有していてもよい。また、第２実施形態では、貫通孔２５の形状は円形であるが、これに限定されるものではなく、例えば、長円、楕円、四角形、スリット形状（縦長、横長を含む）等であってもよい。

【0040】

第２実施形態によれば、渦防止装置２０ａの内側を通る流れの一部を、貫通孔２５を通って渦防止装置２０ａの外側に通すことができる。これにより、旋回流の生成がより抑制される。また、渦防止装置２０ａが軽量化されるため、渦防止装置２０ａを立軸ポンプ１００に取り付けることが容易となる。

【0041】

〔第３実施形態〕
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態について、前記した第１実施形態の立軸ポンプ１００と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図９は、第３実施形態に係る渦防止装置２０ｂの周辺を下流側から見た図である。

【0042】

図９に示すように、第３実施形態は、渦防止装置２０ｂが上下方向において分割されている点で、第１実施形態と相違している。図９では、第１の渦抑制板２１ｂおよび第２の渦抑制板２２ｂが、それぞれ上下方向において分割されている。

【0043】

なお、第１の渦抑制板２１ａおよび第２の渦抑制板２２ａのいずれか一方のみが上下方向において分割されていてもよい。また、第３実施形態では、渦防止装置２０ｂは、上下方向において２分割されているが、これに限定されるものではなく、３つ以上に分割されていてもよい。

【0044】

第３実施形態によれば、渦防止装置２０ｂが上下方向に分割される結果、各構成部材としては軽量化されるため、部材が大きいために加工が困難になることを回避できるとともに、渦防止装置２０ｂを立軸ポンプ１００に取り付けることが容易となる。

【0045】

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0046】

前記した渦防止装置２０，２０ａ，２０ｂは、適宜組み合わせて実施され得る。例えば、第３実施形態の渦防止装置２０ｂが複数の貫通孔２５を有していてもよい。
また、前記した第１の渦抑制板２１，２１ａ，２１ｂおよび第２の渦抑制板２２，２２ａ，２２ｂは、円弧面状の板であるが、これに限定されるものではなく、楕円面等の任意の曲面状の板、あるいは平面状の板であってもよい。
また、前記した実施形態では、本発明の立軸ポンプが、羽根車３から吐き出される流れが回転軸２を軸とする円すい面内にある斜流ポンプに適用される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、羽根車３から吐き出される流れが回転軸２と同心の円筒面内にある軸流ポンプにも適用可能である。

【符号の説明】

【0047】

１ 水路（吸込水槽）
３ 羽根車
４ 吸込ケーシング
１７ 主流方向
２０，２０ａ，２０ｂ 渦防止装置
２１，２１ａ，２１ｂ 第１の渦抑制板
２２，２２ａ，２２ｂ 第２の渦抑制板
２３ 端部
２４ 端部
２５ 貫通孔
１００ 立軸ポンプ
Ｒ１ 第１の半径
Ｒ２ 第２の半径
ＣＬ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】