特許 7499603 水力機械

(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】2024-06-06

(45)【発行日】2024-06-14

(54)【発明の名称】水力機械

(51)【国際特許分類】

   F04D 13/08 20060101AFI20240607BHJP

   F04D 29/70 20060101ALI20240607BHJP

【ＦＩ】

F04D13/08 T

F04D29/70 E

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020079153

(22)【出願日】2020-04-28

(65)【公開番号】P2021173247

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2022-11-25

(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】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】常田 友紀

(72)【発明者】

【氏名】能見 基彦

【審査官】森 秀太

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３３２５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－０８１４８１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１５－０１０５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３２０３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ １３／０８

Ｆ０４Ｄ ２９／７０

Ｆ１６Ｌ ５５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主軸に固定され回転することで、流体を軸方向に吐出する羽根車と、
筒状に形成され、前記羽根車を収容するケーシングと、
前記ケーシングの内部の流体流路において、前記羽根車の上流側に配置され、前記流体流路を部分的に覆う異物捕捉スクリーンと、を備え、
前記異物捕捉スクリーンは、前記流体流路において、前記羽根車と前記ケーシングとのチップクリアランスの上流側に配置されると共に、流体の主流方向から見て、前記チップクリアランスを環状に覆っている第１環状部を備える、ことを特徴とする水力機械。

【請求項2】

主軸に固定され回転することで、流体を軸方向に吐出する羽根車と、
筒状に形成され、前記羽根車を収容するケーシングと、
前記ケーシングの内部の流体流路において、前記羽根車の上流側に配置され、前記流体流路を部分的に覆う異物捕捉スクリーンと、を備え、
前記羽根車は、ハブと、前記ハブの周面に回転軸を介して翼本体が接続された複数の可動翼と、を備え、
前記異物捕捉スクリーンは、前記流体流路において、前記ハブの周面と前記可動翼の翼本体との隙間の上流側に配置されると共に、流体の主流方向から見て、前記ハブの周面と前記可動翼の翼本体との隙間を環状に覆っている第２環状部を備える、ことを特徴とする水力機械。

【請求項3】

主軸に固定され回転することで、流体を軸方向に吐出する羽根車と、
筒状に形成され、前記羽根車を収容するケーシングと、
前記ケーシングの内部の流体流路において、前記羽根車の上流側に配置され、前記流体流路を部分的に覆う異物捕捉スクリーンと、を備え、
前記羽根車は、ハブと、前記ハブの周面に回転軸を介して翼本体が接続された複数の可動翼と、を備え、
前記異物捕捉スクリーンは、
前記流体流路において、前記羽根車と前記ケーシングとのチップクリアランスの上流側に配置されると共に、流体の主流方向から見て、前記チップクリアランスを環状に覆っている第１環状部と、
前記流体流路において、前記ハブの周面と前記可動翼の翼本体との隙間の上流側に配置されると共に、前記流体の主流方向から見て、前記ハブの周面と前記可動翼の翼本体との隙間を環状に覆っている第２環状部と、
前記第１環状部と前記第２環状部とを周方向において間隔をあけて接続する複数の接続部材と、を備える、ことを特徴とする水力機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水力機械に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、羽根車が回転軸に回転可能に取り付けられて、ポンプケーシングに回転自在に収容され、このポンプケーシングに導入されて羽根車を回転駆動する動力水の流れ方向における羽根車の上流位置で、ポンプケーシングの内部に、固形異物補足用のスクリーンが設けられているスクリーン内蔵型ポンプが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－３３２５７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記スクリーン内蔵型ポンプは、羽根車を水車ランナーとして機能させたときにスクリーンで固形異物を補足し、羽根車をポンプインペラとして機能させたときに補足されている固形異物を逆洗して排出する。しかしながら、流体に大量の固形異物が含まれている場合、スクリーン上に固形異物が堆積し、流体流路自体が閉塞してしまう虞があった。

【0005】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、流体に大量の固形異物が含まれている場合であっても、固形異物の詰まりや挟まり、堆積を防止できる水力機械の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る水力機械は、主軸に固定され回転する羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングと、前記ケーシングの内部の流体流路において、前記羽根車の上流側に配置され、前記流体流路を部分的に覆う異物補足スクリーンと、を備える。

【0007】

上記水力機械においては、前記異物補足スクリーンは、前記流体流路において、前記羽根車と前記ケーシングとのチップクリアランスの上流側に配置された第１環状部を備えてもよい。
上記水力機械においては、前記羽根車は、ハブと、前記ハブの周面に回転軸を介して翼本体が接続された複数の可動翼と、を備え、前記異物補足スクリーンは、前記流体流路において、前記ハブの周面と前記可動翼の翼本体との隙間の上流側に配置された第２環状部を備えてもよい。
上記水力機械においては、前記羽根車は、ハブと、前記ハブの周面に回転軸を介して翼本体が接続された複数の可動翼と、を備え、前記異物補足スクリーンは、前記流体流路において、前記羽根車と前記ケーシングとのチップクリアランスの上流側に配置された第１環状部と、前記流体流路において、前記ハブの周面と前記可動翼の翼本体との隙間の上流側に配置された第２環状部と、前記第１環状部と前記第２環状部とを周方向において間隔をあけて接続する複数の接続部材と、を備えてもよい。

【発明の効果】

【0008】

上記本発明の態様によれば、流体に大量の固形異物が含まれている場合であっても、固形異物の詰まりや挟まり、堆積を防止できる水力機械を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る水力機械断面構成図である。

【図2】図１に示す矢視Ａ図である。

【図3】第２実施形態に係る水力機械の要部の断面構成図である。

【図4】図３に示す矢視Ｂ図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、水力機械としてポンプを例示する。

【0011】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る水力機械１００の断面構成図である。
図１に示す水力機械１００は、非容積型ポンプの一つである横軸軸流ポンプであり、液体を軸方向に吐出する羽根車１を備えている。羽根車１は、複数の翼２と、複数の翼２が接続されたハブ３と、を備えている。なお、水力機械１００は、立軸ポンプであっても、斜流ポンプであっても、遠心ポンプであっても構わない。

【0012】

水力機械１００は、羽根車１が固定された主軸１０１と、主軸１０１と他の軸とを連結する軸継手１０２と、主軸１０１を支持する軸受１０３と、羽根車１及び主軸１０１の一部を収容するケーシング１０４と、を備えている。ケーシング１０４は、吐出し側ケーシング１０４ａと、吐出し側ケーシング１０４ａに接続された吸込み側ケーシング１０４ｂと、を備えている。

【0013】

吐出し側ケーシング１０４ａは、水平方向に延びる筒状に形成され、羽根車１を取り囲んでいる。吸込み側ケーシング１０４ｂは、エルボ形状に形成され、吐出し側ケーシング１０４ａの上流側に水平方向に接続されている。吸込み側ケーシング１０４ｂの吐出し側ケーシング１０４ａと接続されていない側には、液体吸込み口１０５が形成されている。

【0014】

液体吸込み口１０５は、鉛直下方向を向いている。つまり、吸込み側ケーシング１０４ｂは、液体吸込み口１０５から上方に延びた後、水平方向に延び、吐出し側ケーシング１０４ａと接続されている。吐出し側ケーシング１０４ａは、吸込み側ケーシング１０４ｂと接続されていない側に、液体吐出し口１０６を備えている。このように、ケーシング１０４の内部には、屈曲した流体流路１０４Ａが形成されている。

【0015】

主軸１０１は、吐出し側ケーシング１０４ａに沿って水平方向に延び、吸込み側ケーシング１０４ｂを貫通している。軸継手１０２は、吸込み側ケーシング１０４ｂを貫通し、ケーシング１０４の外部に突出した主軸１０１を、図示しない駆動機と連結させさせている。吐出し側ケーシング１０４ａ内には、ガイドベーン１０７が設けられている。ガイドベーン１０７は、液体を効率的に加速するためにベーンの開放角度を変えることができる。

【0016】

主軸１０１は、上述した図示しない駆動機によって回転し、主軸１０１の回転によって羽根車１が回転する。羽根車１の回転により、取扱い液（液体、例えば水）は、液体吸込み口１０５から上方に流れ、エルボ状の吸込み側ケーシング１０４ｂにより水平方向に流れが曲げられて羽根車１へ至る。液体は、羽根車１の回転によりさらに水平方向に送られ、液体吐出し口１０６から吐出される。

【0017】

ケーシング１０４の内部の流体流路１０４Ａにおいて、羽根車１の翼２の上流側には、異物補足スクリーン１０が配置されている。図１に示す異物補足スクリーン１０は、吐出し側ケーシング１０４ａと吸込み側ケーシング１０４ｂとの間に挟持されている。なお、異物補足スクリーン１０は、吐出し側ケーシング１０４ａと吸込み側ケーシング１０４ｂのいずれかの内壁面に固定しても構わない。

【0018】

異物補足スクリーン１０は、羽根車１の上流側において、流体流路１０４Ａを部分的に覆っている。具体的に、異物補足スクリーン１０は、流体流路１０４Ａにおいて、羽根車１とケーシング１０４とのチップクリアランス１１０の上流側を部分的に覆う環状（リング状）に形成されている。この環状部分を、第１環状部１０Ａと称する。

【0019】

図２は、図１に示す矢視Ａ図である。
図２に示すように、第１環状部１０Ａは、異物補足部１１と、異物補足部１１を保持する枠部１２と、を有している。異物補足部１１は、格子または網状の構造体であることが好ましい。枠部１２は、異物補足部１１の形状を環状に保持する強度部材である。なお、異物補足部１１自体が強度部材（例えばパンチメタルなど）である場合には、枠部１２は無くても構わない。

【0020】

第１環状部１０Ａは、図２に示すように、液体の主流方向から見て、羽根車１とケーシング１０４とのチップクリアランス１１０を環状に覆っている。具体的に、第１環状部１０Ａは、液体の主流方向から見て、羽根車１の翼２の先端部（翼２の全高の１／３程度）を覆っている。つまり、羽根車１の翼２の中腹部から根本まで（翼２の全高の２／３程度）は、第１環状部１０Ａに覆われておらず、液体に含まれる固形異物が通過可能な構成となっている。

【0021】

上記構成の水力機械１００によれば、図１に示すように、羽根車１の上流側に、流体流路１０４Ａを部分的に覆う異物補足スクリーン１０が配置されているため、固形異物が挟まりやすい箇所を部分的に保護しつつ、それ以外の部分（固形異物が挟まり難い箇所）からは、積極的に固形異物を下流側に排出することができる。これにより、液体に大量の固形異物が含まれている場合であっても、固形異物が異物補足スクリーン１０上に堆積し、流体流路１０４Ａが閉塞されてしまうことを防止できる。

【0022】

このように、上述の本実施形態によれば、主軸１０１に固定され回転する羽根車１と、羽根車１を収容するケーシング１０４と、ケーシング１０４の内部の流体流路１０４Ａにおいて、羽根車１の上流側に配置され、流体流路１０４Ａを部分的に覆う異物補足スクリーン１０と、を備える、という構成を採用することによって、液体に大量の固形異物が含まれている場合であっても、固形異物の詰まりや挟まり、堆積を防止できる水力機械１００が得られる。

【0023】

また、本実施形態においては、異物補足スクリーン１０は、流体流路１０４Ａにおいて、羽根車１とケーシング１０４とのチップクリアランス１１０の上流側に配置された第１環状部１０Ａを備えている。この構成によれば、特に固形異物が挟まり易いチップクリアランス１１０における固形異物の挟まりを防止できる。

【0024】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0025】

図３は、第２実施形態に係る水力機械１００の要部の断面構成図である。図４は、図３に示す矢視Ｂ図である。
図３に示すように、第２実施形態の羽根車１は、ハブ３の周面に可動翼２Ａを備えている。可動翼２Ａの翼本体２Ａ１は、回転軸２Ａ２を介してハブ３の周面に回転可能に接続されている。

【0026】

第２実施形態の異物補足スクリーン１０は、上述した第１環状部１０Ａと、さらに、第２環状部１０Ｂと、を備えている。第２環状部１０Ｂは、流体流路１０４Ａにおいて、ハブ３の周面と可動翼２Ａの翼本体２Ａ１との隙間１１１の上流側に配置されている。第２環状部１０Ｂは、第１環状部１０Ａと同様の構成となっており、異物補足部１１と、枠部１２と、を有している。

【0027】

第２環状部１０Ｂは、第１環状部１０Ａよりも小径の環状に形成されている。第２環状部１０Ｂの外周縁と、第１環状部１０Ａの内周縁との間には、隙間が形成されている。なお、第２環状部１０Ｂの外周縁と、第１環状部１０Ａの内周縁との間は、接続部材１３によって接続されている。

【0028】

図４に示すように、接続部材１３は、径方向に延びる強度部材（スポーク部材）であり、第２環状部１０Ｂの外周縁と第１環状部１０Ａの内周縁とを、周方向において間隔をあけて複数個所で接続している。つまり、接続部材１３は、第１環状部１０Ａと第２環状部１０Ｂとの隙間から、固形異物を下流側に排出できるように、両者を接続している。

【0029】

上記構成の第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の作用効果に加え、流体流路１０４Ａにおいて、ハブ３の周面と可動翼２Ａの翼本体２Ａ１との隙間１１１の上流側に配置された第２環状部１０Ｂを備えているので、この隙間１１１への固形異物の挟み込みを防止することができる。また、第２実施形態によれば、第１環状部１０Ａと第２環状部１０Ｂとを周方向において間隔をあけて接続する複数の接続部材１３を備えているので、第１環状部１０Ａと第２環状部１０Ｂとの隙間から、固形異物を下流側に排出する機能を維持しつつ、両者を接続することができる。

【0030】

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

【0031】

変形例として、例えば、図１に示すガイドベーン１０７（可動翼）の上流側に、上述した異物補足スクリーン１０を取り付けても構わない。
また、異物補足スクリーン１０は、第１環状部１０Ａ若しくは第１環状部１０Ａと第２環状部１０Ｂの組み合わせだけでなく、第２環状部１０Ｂのみであっても構わない。
また、水力機械１００としては、ポンプに限らず、水車であっても構わない。

【符号の説明】

【0032】

１ 羽根車
２Ａ 可動翼
２Ａ１ 翼本体
２Ａ２ 回転軸
３ ハブ
１０ 異物補足スクリーン
１０Ａ 第１環状部
１０Ｂ 第２環状部
１３ 接続部材
１００ 水力機械
１０１ 主軸
１０４ ケーシング
１０４Ａ 流体流路
１１０ チップクリアランス
１１１ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】