立軸ポンプ
【課題】排水効率を低下させることなく、簡単な構成で水中渦や空気吸込渦の発生を大幅に抑制する。
【解決手段】揚水管１１と、この揚水管１１内で延びて下端側に羽根車１９が固定された主軸１５とを備えた立軸ポンプにおいて、揚水管１１の下端側の羽根車１９の下側に設けられた筒状の外側ラッパ部２４と、外側ラッパ部２４の内側に設けられ、外側ラッパ部２４と所定間隔をあけて下向きに延び、その下端開口部２６ｃが外側ラッパ部２４の下端開口部２４ｃより下側に位置する筒状の内側ラッパ部２６と、内側ラッパ部２６の内側に設けられ、内側ラッパ部２６の下端開口部２６ｃから下向きに突出する３以上の渦流防止リブ３１とを備える構成とする。
【解決手段】揚水管１１と、この揚水管１１内で延びて下端側に羽根車１９が固定された主軸１５とを備えた立軸ポンプにおいて、揚水管１１の下端側の羽根車１９の下側に設けられた筒状の外側ラッパ部２４と、外側ラッパ部２４の内側に設けられ、外側ラッパ部２４と所定間隔をあけて下向きに延び、その下端開口部２６ｃが外側ラッパ部２４の下端開口部２４ｃより下側に位置する筒状の内側ラッパ部２６と、内側ラッパ部２６の内側に設けられ、内側ラッパ部２６の下端開口部２６ｃから下向きに突出する３以上の渦流防止リブ３１とを備える構成とする。
【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ものである。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ設備に設置する主ポンプは、設置条件に適した形式で始動性、信頼性、保守性に優れ、水位変動や流量変動に対応する運転性能を有するものとすることが、非特許文献１に規定されている。そして、この規定を実現するための１つの手段として、１０ｍ３／ｓ以下の吐出し量のポンプについても、吸水槽のセミクローズ化または渦流防止板付オープン形吸水槽を適宜採用することが記載されている。
【０００３】
そして、特許文献１には、吸水槽内の水を揚水する際に、空気吸込渦や水中渦の発生を防止することを目的としたポンプ渦防止装置が記載されている。このポンプ渦防止装置は、吸込口を有する下端のラッパ部の外周部に略同心状の副流路形成体を配設し、ラッパ部の外周面と副流路形成体との間に副流路を形成している。これにより、水面側から吸込口へ向かう流れを、主流と副流路に沿って流れる副流に分流し、空気吸込渦の原因となる局部的な下向きの強い流れが生じないようにしている。また、吸込口の下方に山形に突出する吸込コーンを配置し、この吸込コーンによって水中渦の発生を防止している。
【０００４】
また、特許文献２には、吸込口を有するラッパ部の内部に、略円錐筒状をなす内側ラッパ部を配設し、これらの間に流路を形成した立軸ポンプが記載されている。そして、内側ラッパ部は、放射状に突出させたリブによって外側ラッパ部の内側に連結されている。
【０００５】
これらの特許文献１，２では、吸水槽に施工する渦流防止用の板（＋字バッフル）やコーンの代わりに、ポンプケーシング下端の副流路形成体や吸込コーンまたは内側ラッパ部によって、空気吸込渦や水中渦の発生を抑制できる。よって、吸水槽に大掛かりな施工を施すことなく、新規構築機場および既設機場のいずれでも適用可能であり、安価に非特許文献１に記載の規定を厳守できる。しかしながら、これらの渦流防止対策には、渦の発生抑制の点で未だ改良の余地がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】監修 国土交通省総合政策局建設施工企画課「揚排水ポンプ設備技術基準(案)同解説 揚排水ポンプ設備設計指針(案)同解説」，編集兼発行所 社団法人 河川ポンプ施設技術協会，平成１３年２月発行，４頁
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１１７６９９号公報
【特許文献２】特許第３７３５６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、排水効率を低下させることなく、簡単な構成で水中渦や空気吸込渦の発生を大幅に抑制できる立軸ポンプを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の立軸ポンプは、揚水管と、この揚水管内で延びて下端側に羽根車が固定された主軸とを備えた立軸ポンプにおいて、前記揚水管の下端側の前記羽根車の下側に設けられた筒状の外側ラッパ部と、前記外側ラッパ部の内側に設けられ、前記外側ラッパ部と所定間隔をあけて下向きに延び、その下端開口部が前記外側ラッパ部の下端開口部より下側に位置する筒状の内側ラッパ部と、前記内側ラッパ部の内側に設けられ、前記内側ラッパ部の下端開口部から下向きに突出する３以上の渦流防止リブとを備える構成としている。
【００１０】
この立軸ポンプは、内側ラッパ部の内側に、放射状に突出するとともに下端開口部から下向きに突出する３以上の渦流防止リブを連結しているため、簡単な構成で水中渦の発生を抑制できる。そして、渦流防止リブは、大掛かりな施工を要する＋字バッフルやコーンと比較すると、大幅にコストダウンを図ることができる。また、内側ラッパ部および渦流防止リブは、揚水管の下端の外側ラッパ部の内側に配設するものであるため、新規構築機場に設置する立軸ポンプは勿論、既設機場の立軸ポンプであっても確実に配設できる。しかも、揚水管の軸線に沿って容易に位置決めできるため、吸水槽に＋字バッフルやコーンを施工する場合と比較すると、設置精度に関する作業性も大幅に向上できる。また、この立軸ポンプは、外側ラッパ部内の流路が、内側ラッパ部によって区画される。その結果、渦流防止リブとの相乗効果により、水中渦や空気吸込渦の発生を確実に抑制でき、吸込性能を向上できる。
【００１１】
この立軸ポンプでは、前記内側ラッパ部の内側に、前記内側ラッパ部と所定間隔をあけて下向きに延び、その下端開口部が前記内側ラッパ部の前記下端開口部より下側に位置する筒状の軸心部を設け、この軸心部の外面から前記渦流防止リブを突設して前記内側ラッパ部の内側に連結することが好ましい。
また、前記内側ラッパ部に径方向外向きに突出する３以上の連結リブを設け、この連結リブを前記外側ラッパ部の内側に連結することが好ましい。この場合、前記連結リブを、前記外側ラッパ部の下端開口部より下方に突出させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の立軸ポンプでは、外側ラッパ部の内側に、放射状に突出するとともに下端開口部から下向きに突出する３以上の渦流防止リブを連結しているため、簡単な構成で水中渦の発生を抑制できる。そして、渦流防止リブは、吸水槽に＋字バッフルやコーンを施工する場合と比較すると、大掛かりな施工を必要としないため、大幅にコストダウンを図ることができる。また、渦流防止リブは、新規構築機場に設置する立軸ポンプは勿論、既設機場の立軸ポンプであっても確実に配設できる。さらに、外側ラッパ部の内部に、軸心ラッパ部や内側ラッパ部を設けることにより、渦流防止リブとの相乗効果で水中渦や空気吸込渦の発生を大幅に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の立軸ポンプを示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】図２の一部を破断した斜視図である。
【図４】図３の分解斜視図である。
【図５】第２実施形態の立軸ポンプの要部拡大断面図である。
【図６】図５の一部を破断した斜視図である。
【図７】図６の分解斜視図である。
【図８】第３実施形態の立軸ポンプの要部拡大断面図である。
【図９】図８の一部を破断した斜視図である。
【図１０】図９の分解斜視図である。
【図１１】第４実施形態の立軸ポンプの要部拡大断面図である。
【図１２】図１１の一部を破断した斜視図である。
【図１３】図１２の分解斜視図である。
【図１４】第５実施形態の立軸ポンプを示す断面図である。
【図１５】従来の立軸ポンプと本発明の立軸ポンプの性能を比較した図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１乃至図４は、本発明に係る第１実施形態の立軸ポンプを示す。この立軸ポンプは、吸水槽１に溜められた水を下流側の吐出水槽などへ排水するものである。本実施形態の立軸ポンプは、ポンプケーシング１０の外側ラッパ部２４の内側に、渦流防止リブ３１、軸心ラッパ部３０および内側ラッパ部２６を配設することにより、運転時の水中渦や空気吸込渦の発生を大幅に抑制するものである。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の立軸ポンプは、外周部をバレルケーシング２で覆うことにより内部に吸水槽１を形成したバレルポンプである。バレルケーシング２には、水を流入させるための流入口３が設けられ、この流入口３が上流側の宅内下水設備などに接続されている。この流入口３から流入された水は、バレルケーシング２内の吸水槽１に一時的に溜められ、立軸ポンプによって揚水されて下流側へ吐出される。
【００１７】
ポンプケーシング１０は、鉛直方向に延びる直管状の揚水管１１を備えている。この揚水管１１には、上端に水流を鉛直方向から水平方向へ変える吐出エルボ１２が連結されている。この吐出エルボ１２は、下端に揚水管１１およびバレルケーシング２が液密に連結され、上端の吐出口１３が吐出水槽側への配管（図示せず）に液密に連結されている。また、揚水管１１には、下端にベーンケーシング１４が連結され、このベーンケーシング１４の下端に後述するベルマウス２１が連結されている。
【００１８】
ポンプケーシング１０には、揚水管１１内を鉛直方向に貫通して延びるように主軸１５が配設されている。この主軸１５は、下端側がベーンケーシング１４内に位置する第１軸受１６によって回転自在に支持され、上端側が吐出エルボ１２に位置する第２軸受１８によって回転自在に支持されている。第１軸受１６は、ベーンケーシング１４に連結されたホルダ１７に配設されている。第２軸受１８は、吐出エルボ１２の貫通部内に配設されている。これら軸受１６，１８は、カットレス軸受、セラミック軸受などのすべり軸受からなる。
【００１９】
主軸１５は、第１軸受１６を貫通して下方に突出され、その下端に水を汲み上げるための羽根車１９が固定されている。また、主軸１５は、第２軸受１８および吐出エルボ１２の外側部に設けた基台２０を貫通し、その上端に図示しない原動機が連結される。そして、原動機の駆動により、主軸１５を介して羽根車１９を回転させ、吸水槽１内の水を汲み上げる。
【００２０】
ベーンケーシング１４の下端に連結されたベルマウス２１は、図２、図３および図４に示すように、上端にベーンケーシング１４に固定するためのフランジ部２２を備えている。このフランジ部２２には、周方向に所定間隔をもってボルト挿通孔２３が設けられている。また、ベルマウス２１は、フランジ部２２から下向きに漸次縮径した上部の下側に、外側ラッパ部２４が設けられている。この外側ラッパ部２４の内側には、連結リブ２８を一体成形した内側ラッパ部２６と、渦流防止リブ３１を一体成形した軸心ラッパ部３０とが配設されている。
【００２１】
外側ラッパ部２４は、ベルマウス２１の上下方向の略中央部から下端に向けて漸次拡径する略円錐筒状のものである。具体的には、外側ラッパ部２４は、上側の円筒部２４ａと、この円筒部２４ａの下端から下向きに拡径する円錐筒部２４ｂとを有する。この外側ラッパ部２４は、羽根車１９の下側に位置し、その下端開口部２４ｃが吸水槽１の底であるバレルケーシング２の底面から所定間隔をもって上方に位置する。また、外側ラッパ部２４には、内側ラッパ部２６を連結するための連結孔２５が、周方向に等間隔（等角度）で４箇所設けられている。
【００２２】
内側ラッパ部２６は、ＦＲＰなどの樹脂からなり、外側ラッパ部２４の内側に所定間隔をあけて配設される略円錐筒状のものである。具体的には、内側ラッパ部２６は、上側の円筒部２６ａと、この円筒部２６ａの下端から下向きに拡径する円錐筒部２６ｂとを有する。この内側ラッパ部２６は、下端開口部２６ｃが外側ラッパ部２４の下端開口部２４ｃより下側に位置する。また、この内側ラッパ部２６は、最も直径が大きい下端外周部が、外側ラッパ部２４の下端外周部より小径に形成されている。さらに、内側ラッパ部２６には、軸心ラッパ部３０を連結するための連結孔２７が、周方向に等間隔で４箇所設けられている。
【００２３】
内側ラッパ部２６の外面部には、外側ラッパ部２４に連結するための連結リブ２８が周方向に等間隔で４箇所、径方向外方へ放射状に延びるように設けられている。これら連結リブ２８は、連結孔２７に対して等間隔（４５度）で周方向に位相するように設けられている。連結リブ２８の上端面は、外側ラッパ部２４の内面に沿う円弧状に形成され、その外端部近傍に連結孔２５と一致するボルト穴２９が設けられている。また、連結リブ２８は、内側ラッパ部２６の下端外周部近傍より突設されている。これにより、各連結リブ２８は、外側ラッパ部２４の下端開口部２４ｃより下方に突出するように構成されている。
【００２４】
軸心ラッパ部３０は、ＦＲＰなどの樹脂からなり、外側ラッパ部２４および内側ラッパ部２６の軸線に沿って延びるように配設される軸心部である。この軸心ラッパ部３０は、下端に向けて徐々に拡径するように、径方向外向きに張り出した略円錐筒状をなす。具体的には、軸心ラッパ部３０は、上側の円筒部３０ａと、この円筒部３０ａの下端から下向きに拡径する円錐筒部３０ｂとを有する。軸心ラッパ部３０の下端開口部３０ｃは、内側ラッパ部２６の下端開口部２６ｃより下側に位置するとともに、バレルケーシング２の底面から所定間隔をもって上方に位置するように配設される。また、軸心ラッパ部３０の下端開口部３０ｃは、内側ラッパ部２６の下端開口部２６ｃの直径より小径に形成されている。
【００２５】
軸心ラッパ部３０の外面部には、水中渦の発生を抑制するとともに内側ラッパ部２６に連結するための渦流防止リブ３１が設けられている。この渦流防止リブ３１は、周方向に等間隔で４箇所、径方向外方へ放射状に延びるように設けられている。渦流防止リブ３１の上端面は、内側ラッパ部２６の内面に沿う円弧状に形成され、その外端部近傍には、連結孔２７と一致するボルト孔３２が設けられている。また、渦流防止リブ３１は、軸心ラッパ部３０の下端外周部から外向きに突設されている。これにより、各渦流防止リブ３１は、内側ラッパ部２６の下端開口部２６ｃより下方に突出するように構成されている。また、渦流防止リブ３１の上端は、外側ラッパ部２４内に位置するように構成されている。
【００２６】
本実施形態では、外側ラッパ部２４は、その下端外径Ｄｏ１を基準として、上端内径Ｄｏ２を0.575Ｄｏ１に設定している。また、内側ラッパ部２６は、下端外径Ｄｉ１を0.950Ｄｏ１に設定し、上端外径Ｄｉ２を0.475Ｄｏ１に設定している。さらに、軸心ラッパ部３０は、下端外径Ｄａ１を0.500Ｄｏ１に設定し、上端外径Ｄａ２を0.100Ｄｏ１に設定している。一方、外側ラッパ部２４の下端から軸心ラッパ部３０の渦流防止リブ３１の下端までの突出寸法Ｌ１は0.440Ｄｏ１に設定し、内側ラッパ部２６の下端から軸心ラッパ部３０の渦流防止リブ３１の下端までの突出寸法Ｌ２は0.310Ｄｏ１以上に設定している。ここで、渦流防止リブ３１の突出寸法Ｌ２は、0.310Ｄｏ１未満にすると、渦発生流量が低下、即ち低流量で水中渦が発生するようになる。その結果、ポンプ効率の低下に繋がるためである。
【００２７】
これら内側ラッパ部２６および軸心ラッパ部３０を、外側ラッパ部２４を有するポンプケーシング１０に組み付ける場合、まず、内側ラッパ部２６に軸心ラッパ部３０を組み付ける。この際、軸心ラッパ部３０を内側ラッパ部２６の下端開口部２６ｃから内側に配置し、連結孔２７に渦流防止リブ３１のボルト孔３２を一致させ、ボルトによって締め付けて連結する。その後、軸心ラッパ部３０を連結した内側ラッパ部２６を外側ラッパ部２４に組み付ける。この際、内側ラッパ部２６を外側ラッパ部２４の下端開口部２４ｃから内側に配置し、連結孔２５に連結リブ２８のボルト孔を一致させ、ボルトによって締め付けて連結する。
【００２８】
そして、これらを組み付けた立軸ポンプは、外側ラッパ部２４の内側に、放射状に突出するとともに下端開口部２４ｃから下向きに突出する渦流防止リブ３１を有する。そのため、吸水槽１に施工する＋字バッフルやコーンの代わりに、揚水の流れを整流することにより、確実に水中渦の発生を抑制できる。そして、渦流防止リブ３１は、大掛かりな施工を要する＋字バッフルやコーンと比較すると、極めて簡単な構成であるため、大幅にコストダウンを図ることができる。
【００２９】
また、渦流防止リブ３１は、揚水管１１の下端の外側ラッパ部２４の内側に配設するものであるため、揚水管１１の軸線に沿って容易に位置決めできる。よって、吸水槽１に＋字バッフルやコーンを施工する場合と比較すると、設置精度に関する作業性も大幅に向上できる。しかも、本実施形態の渦流防止リブ３１は、新規構築機場に設置する立軸ポンプに限られず、既設機場の立軸ポンプであっても、ベルマウス２１の外側ラッパ部２４に連結孔２５を設けるだけで、確実に配設できる。
【００３０】
さらに、立軸ポンプは、外側ラッパ部２４内の流路が、軸心ラッパ部３０および内側ラッパ部２６によって区画される。そして、エアロック運転時には区画された流路を介して内部に空気が流入するが、エアロック運転への移行前後の水位域では流路が水で閉鎖されるので、空気の流入を防止できる。その結果、空気吸込渦の発生を確実に抑制した先行待機運転を実現できる。また、渦流防止リブ３１との相乗効果により、吸込性能を向上できる。即ち、第１実施形態の三重ラッパ型の立軸ポンプは、外側ラッパ部２４内の複数のラッパ部２６，３０により、外側ラッパ部２４内での径方向の水流を防止するとともに、放射状に延びるとともに下方へ突出するリブ２８，３１により周方向の水流を防止できるため、大幅に水中渦の発生を防止できる。
【００３１】
（第２実施形態）
図５乃至図７は、第２実施形態の立軸ポンプの吸込部構造を示す。この第２実施形態では、ベルマウス２１の外側ラッパ部２４の内側に、内側ラッパ部２６を配設することなく、渦流防止リブ３１を有する軸心ラッパ部３０だけを配設する構成とした点で、第１実施形態と相違している。この第２実施形態の軸心ラッパ部３０の渦流防止リブ３１は、その上端面を外側ラッパ部２４の内面に沿う円弧状に形成し、その外端部近傍に連結孔２５と一致するボルト孔３２を設けている。
【００３２】
この第２実施形態では、外側ラッパ部２４の下端外径Ｄｏ１を基準として、上端内径Ｄｏ２を0.575Ｄｏ１に設定している。また、軸心ラッパ部３０は、下端外径Ｄａ１を0.500Ｄｏ１に設定し、上端外径Ｄａ２を0.100Ｄｏ１に設定している。一方、外側ラッパ部２４の下端から軸心ラッパ部３０の渦流防止リブ３１の下端までの突出寸法Ｌ１は0.310Ｄｏ１に設定している。即ち、本発明では、渦流防止リブ３１は、下端に位置するラッパ部２４，２６の下端からの突出寸法Ｌ２，Ｌ１が、0.310Ｄｏ１以上になるように設定している。このように構成した第２実施形態の立軸ポンプは、第１実施形態と比較して渦発生流量は低下するが、略同様の作用および効果を得ることができる。
【００３３】
（第３実施形態）
図８乃至図１０は、第３実施形態の立軸ポンプの吸込部構造を示す。この第３実施形態では、第２実施形態と同様に内側ラッパ部２６を配設しない構成とし、かつ、円錐筒状の軸心ラッパ部３０の代わりに円筒形状とした軸心円筒部３３を配設した点で、第２実施形態と相違している。このように構成した第３実施形態の立軸ポンプは、第２実施形態と比較して渦発生流量は低下するが、略同様の作用および効果を得ることができる。
【００３４】
（第４実施形態）
図１１乃至図１３は、第４実施形態の立軸ポンプの吸込部構造を示す。この第４実施形態では、第２および第３実施形態と同様に内側ラッパ部２６を配設しない構成とし、かつ、軸心ラッパ部３０も形成することなく、渦流防止リブ３１だけを配設する構成とした点で、各実施形態と相違している。このように構成した第４実施形態の立軸ポンプは、各実施形態と比較して空気吸込渦の発生を確実に防止することはできないが、水中渦の発生は確実に防止できる。
【００３５】
（第５実施形態）
図１４は、第５実施形態の立軸ポンプを示す。この立軸ポンプは、吸水槽１の上方に設けた据付床４に吐出エルボ１２の下端を固定し、揚水管１１から下部を垂下させて設置するものである。そして、立軸ポンプのポンプケーシング１０には、第１実施形態と同様に、下端に連結リブ２８を有する内側ラッパ部２６と渦流防止リブ３１を有する軸心ラッパ部３０とが配設されている。
【００３６】
また、第５実施形態の立軸ポンプには、通常運転が長期にわたって実行されない場合など、吸水槽１内の水を排水するためではなく、性能維持などの目的で運転する管理運転時に、吸水槽１を清掃する清掃機構３４が搭載されている。この清掃機構３４は、吐出エルボ１２の左右対称の位置に接続された横配管３５Ａ，３５Ｂを備えている。この横配管３５Ａ，３５Ｂには、直管状の縦配管３６Ａ，３６Ｂが接続されている。これら縦配管３６Ａ，３６Ｂは、ポンプケーシング１０の外側に間隔を開けて配置され、主軸１５と平行に鉛直方向下向きに延びている。縦配管３６Ａ，３６Ｂには、横配管３５Ａ，３５Ｂの付近に開閉弁３７Ａ，３７Ｂが介設されている。また、縦配管３６Ａ，３６Ｂの下端には、ポンプケーシング１０の外側に間隔を隔てて取り囲むように環状配管３８が接続されている。環状配管３８には、複数個のノズル３９が周方向に等間隔で設けられている。これらノズル３９は、吸水槽１の底部に向けて全て下向きに配置されている。なお、このノズル３９の配設位置は、ポンプケーシング１０の外側に限られず、外側ラッパ部２４の外側、軸心ラッパ部３０の外側や下方など、希望に応じて変更が可能である。
【００３７】
この第５実施形態の立軸ポンプの通常運転時には、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。また、管理運転時には、立軸ポンプを起動し、開閉弁３７Ａ，３７Ｂを開弁させる。これにより、ベルマウス２１のラッパ部２４，２６，３０の下端開口部２４ｃ，２６ｃ，３０ｃから吸い込まれた吸水槽１内の水がポンプケーシング１０から横配管３５Ａ，３５Ｂおよび縦配管３６Ａ，３６Ｂを経て環状配管３８へ圧送される。環状配管３８へ圧送された水は、ノズル３９から吸水槽１内に噴出され、吸水槽１の底部に堆積していたし渣、砂などの異物が、吹き上げられて吸水槽１内の水中に浮遊する。そして、異物が十分に浮遊した状態とした後に立軸ポンプの通常運転を行うことにより、異物を水と共に下流側へ圧送し、効果的に吸水槽１内を清掃できる。
【００３８】
本願発明者らは、本発明の効果を確認するために、水中渦が発生し易いバレルケーシング２を用いて実験を行った。この実験で用いた立軸ポンプの吸込部構造を図１５に示す。従来品１は、外側ラッパ部２４だけを有する一般的な立軸ポンプである。従来品２は、外側ラッパ部２４の内部に、その下端開口部２４ｃから突出しないように平面視＋字形状のリブを設けた立軸ポンプである。従来品３は、外側ラッパ部２４の内部に、連結リブ２８を有する内側ラッパ部２６を配設した特許文献２と同様の立軸ポンプである。本発明品１は、外側ラッパ部２４の内部に、連結リブ２８を有する内側ラッパ部２６と渦流防止リブ３１を有する軸心ラッパ部３０を配設した第１実施形態の立軸ポンプである。本発明品２は、外側ラッパ部２４の内部に、渦流防止リブ３１を有する軸心ラッパ部３０だけを配設した第２実施形態の立軸ポンプである。
【００３９】
これらの立軸ポンプを、第１から第４実施形態に示す＋字バッフルやコーンは設けていないバレルケーシング２内に設置して比速度Ｎｓを７００で動作させ、渦発生流量Ｑ／ＱＢＥＰ（％）、効率（％）、吸込比速度Ｓを測定した。なお、バレルケーシング２内に配設した立軸ポンプは、一般的に内部流速が速く、水中渦が発生し易いという特徴を有する。
【００４０】
各立軸ポンプの渦発生流量Ｑ／ＱＢＥＰをバレルケーシング２の底に設けた透視窓から目視で測定した結果、従来品１が４３％、従来品２が６１％、従来品３が７４％、本発明品１が１４１％本発明品２が１２８％で水中渦が発生した。この結果から、本発明品１，２の立軸ポンプは、従来品１〜３の立軸ポンプと比較して大幅に水中渦の発生を抑制できることを確認できた。特に、外側ラッパ部２４の内側に内側ラッパ部２６だけを配設した従来品３（特許文献２）の立軸ポンプと、外側ラッパ部２４の内側に軸心ラッパ部３０だけを配設した本発明品２（第２実施形態）の立軸ポンプとを比較すると、同様の二重ラッパ型であるにも拘わらず、渦発生ポンプ流量を５０％増加できる。これは、外側ラッパ部２４から大きく突出させた渦流防止リブ３１が大きな効果をもたらしているといえる。
【００４１】
また、各立軸ポンプの排水に関する効率は、従来品１がη％、従来品２がη−０．３％、従来品３がη−０．４％、本発明品１がη−０．５％、本発明品２がη−０．４％であった。即ち、効率は、従来品１最もよく、本発明品１が最も悪い結果となっている。これは、外側ラッパ部２４内の流路を、内側ラッパ部２６、連結リブ２８、軸心ラッパ部３０および渦流防止リブ３１で塞いでいるためと考えられる。しかし、その差は０．４％であり、極めて微少である。よって、本発明品１，２は、排水効率を殆ど低下させることなく、水中渦の発生を大幅に抑制できるといえる。
【００４２】
さらに、吸込比速度Ｓｍｉｎは、従来品２の過大流量域（１４０％）ＱＢＥＰが最も小さい。そのため、この従来品２の吸込比速度Ｓｍｉｎとの比率で比較すると、各立軸ポンプによる吸込比速度比Ｓ／Ｓｍｉｎは、最高効率（１００％）ＱＢＥＰでは、従来品１が1.483で、従来品２が1.482で、従来品３が1.544で、本発明品１が1.500で、本発明品２が1.498であった。また、過大流量域（１４０％）ＱＢＥＰでは、従来品１が1.046で、従来品２が1.000で、従来品３が1.203で、本発明品１が1.123で、本発明品２が1.154であった。この結果から、本発明品１，２は従来品１，２と比較すると、吸込比速度比Ｓ／Ｓｍｉｎを改善できる。但し、吸込性能を改良した従来品３と比較すると、吸込比速度比Ｓ／Ｓｍｉｎが僅かに劣る。
【００４３】
以上の結果から、本発明品１，２の立軸ポンプは、従来品の立軸ポンプと比較すると、排水効率を殆ど低下させることなく、水中渦の発生を大幅に抑制できるといえる。そして、水中渦は、ポンプの振動に直結するものであるため、その発生を大幅に抑制できる本発明の立軸ポンプは、運転時の振動を低減できる。また、従来品２の実験結果から明らかなように、外側ラッパ部２４内だけに＋字リブを設けただけでは、水中渦の発生を大幅に抑制することはできない。そのため、渦流防止リブ３１は、外側ラッパ部２４の内側に、外方へ放射状に突出するとともに、下端開口部２４ｃから下向きに突出するように設ける必要がある。
【００４４】
なお、本発明の立軸ポンプは、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００４５】
例えば、第１実施形態に示す三重ラッパ型の立軸ポンプの軸心ラッパ部３０の代わりに、第３実施形態に示す軸心円筒部３３を配設する構成としてもよい。また、これら軸心ラッパ部３０および軸心円筒部３３からなる軸心部は、中空構造のものに限定されず、中実構造のものとしてもよい。さらに、前記各実施形態では、渦流防止リブ３１を平面視＋字形状をなすように４枚設けたが、３枚以上であれば、その数は希望に応じて変更が可能である。
【００４６】
そして、第１実施形態では、内側ラッパ部２６および軸心ラッパ部３０をそれぞれＦＲＰなどの樹脂により別体で形成したが、これらを一体成形してもよい。また、その形成材料は樹脂に限られず、鋳鉄によって形成してもよい。勿論、第２実施形態の渦流防止リブ３１を有する軸心ラッパ部３０、第３実施形態の渦流防止リブ３１を有する軸心円筒部３３、第４実施形態の渦流防止リブ３１も、鋳鉄によって形成してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…吸水槽
２…バレルケーシング
３…流入口
１０…ポンプケーシング
１１…揚水管
１２…吐出エルボ
１４…ベーンケーシング
１５…主軸
１９…羽根車
２１…ベルマウス
２４…外側ラッパ部
２４ｃ…下端開口部
２６…内側ラッパ部
２６ｃ…下端開口部
２８…連結リブ
３０…軸心ラッパ部（軸心部）
３０ｃ…下端開口部
３１…渦流防止リブ
３３…軸心円筒部（軸心部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立軸ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ設備に設置する主ポンプは、設置条件に適した形式で始動性、信頼性、保守性に優れ、水位変動や流量変動に対応する運転性能を有するものとすることが、非特許文献１に規定されている。そして、この規定を実現するための１つの手段として、１０ｍ３／ｓ以下の吐出し量のポンプについても、吸水槽のセミクローズ化または渦流防止板付オープン形吸水槽を適宜採用することが記載されている。
【０００３】
そして、特許文献１には、吸水槽内の水を揚水する際に、空気吸込渦や水中渦の発生を防止することを目的としたポンプ渦防止装置が記載されている。このポンプ渦防止装置は、吸込口を有する下端のラッパ部の外周部に略同心状の副流路形成体を配設し、ラッパ部の外周面と副流路形成体との間に副流路を形成している。これにより、水面側から吸込口へ向かう流れを、主流と副流路に沿って流れる副流に分流し、空気吸込渦の原因となる局部的な下向きの強い流れが生じないようにしている。また、吸込口の下方に山形に突出する吸込コーンを配置し、この吸込コーンによって水中渦の発生を防止している。
【０００４】
また、特許文献２には、吸込口を有するラッパ部の内部に、略円錐筒状をなす内側ラッパ部を配設し、これらの間に流路を形成した立軸ポンプが記載されている。そして、内側ラッパ部は、放射状に突出させたリブによって外側ラッパ部の内側に連結されている。
【０００５】
これらの特許文献１，２では、吸水槽に施工する渦流防止用の板（＋字バッフル）やコーンの代わりに、ポンプケーシング下端の副流路形成体や吸込コーンまたは内側ラッパ部によって、空気吸込渦や水中渦の発生を抑制できる。よって、吸水槽に大掛かりな施工を施すことなく、新規構築機場および既設機場のいずれでも適用可能であり、安価に非特許文献１に記載の規定を厳守できる。しかしながら、これらの渦流防止対策には、渦の発生抑制の点で未だ改良の余地がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】監修 国土交通省総合政策局建設施工企画課「揚排水ポンプ設備技術基準(案)同解説 揚排水ポンプ設備設計指針(案)同解説」，編集兼発行所 社団法人 河川ポンプ施設技術協会，平成１３年２月発行，４頁
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１１７６９９号公報
【特許文献２】特許第３７３５６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、排水効率を低下させることなく、簡単な構成で水中渦や空気吸込渦の発生を大幅に抑制できる立軸ポンプを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の立軸ポンプは、揚水管と、この揚水管内で延びて下端側に羽根車が固定された主軸とを備えた立軸ポンプにおいて、前記揚水管の下端側の前記羽根車の下側に設けられた筒状の外側ラッパ部と、前記外側ラッパ部の内側に設けられ、前記外側ラッパ部と所定間隔をあけて下向きに延び、その下端開口部が前記外側ラッパ部の下端開口部より下側に位置する筒状の内側ラッパ部と、前記内側ラッパ部の内側に設けられ、前記内側ラッパ部の下端開口部から下向きに突出する３以上の渦流防止リブとを備える構成としている。
【００１０】
この立軸ポンプは、内側ラッパ部の内側に、放射状に突出するとともに下端開口部から下向きに突出する３以上の渦流防止リブを連結しているため、簡単な構成で水中渦の発生を抑制できる。そして、渦流防止リブは、大掛かりな施工を要する＋字バッフルやコーンと比較すると、大幅にコストダウンを図ることができる。また、内側ラッパ部および渦流防止リブは、揚水管の下端の外側ラッパ部の内側に配設するものであるため、新規構築機場に設置する立軸ポンプは勿論、既設機場の立軸ポンプであっても確実に配設できる。しかも、揚水管の軸線に沿って容易に位置決めできるため、吸水槽に＋字バッフルやコーンを施工する場合と比較すると、設置精度に関する作業性も大幅に向上できる。また、この立軸ポンプは、外側ラッパ部内の流路が、内側ラッパ部によって区画される。その結果、渦流防止リブとの相乗効果により、水中渦や空気吸込渦の発生を確実に抑制でき、吸込性能を向上できる。
【００１１】
この立軸ポンプでは、前記内側ラッパ部の内側に、前記内側ラッパ部と所定間隔をあけて下向きに延び、その下端開口部が前記内側ラッパ部の前記下端開口部より下側に位置する筒状の軸心部を設け、この軸心部の外面から前記渦流防止リブを突設して前記内側ラッパ部の内側に連結することが好ましい。
また、前記内側ラッパ部に径方向外向きに突出する３以上の連結リブを設け、この連結リブを前記外側ラッパ部の内側に連結することが好ましい。この場合、前記連結リブを、前記外側ラッパ部の下端開口部より下方に突出させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の立軸ポンプでは、外側ラッパ部の内側に、放射状に突出するとともに下端開口部から下向きに突出する３以上の渦流防止リブを連結しているため、簡単な構成で水中渦の発生を抑制できる。そして、渦流防止リブは、吸水槽に＋字バッフルやコーンを施工する場合と比較すると、大掛かりな施工を必要としないため、大幅にコストダウンを図ることができる。また、渦流防止リブは、新規構築機場に設置する立軸ポンプは勿論、既設機場の立軸ポンプであっても確実に配設できる。さらに、外側ラッパ部の内部に、軸心ラッパ部や内側ラッパ部を設けることにより、渦流防止リブとの相乗効果で水中渦や空気吸込渦の発生を大幅に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の立軸ポンプを示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】図２の一部を破断した斜視図である。
【図４】図３の分解斜視図である。
【図５】第２実施形態の立軸ポンプの要部拡大断面図である。
【図６】図５の一部を破断した斜視図である。
【図７】図６の分解斜視図である。
【図８】第３実施形態の立軸ポンプの要部拡大断面図である。
【図９】図８の一部を破断した斜視図である。
【図１０】図９の分解斜視図である。
【図１１】第４実施形態の立軸ポンプの要部拡大断面図である。
【図１２】図１１の一部を破断した斜視図である。
【図１３】図１２の分解斜視図である。
【図１４】第５実施形態の立軸ポンプを示す断面図である。
【図１５】従来の立軸ポンプと本発明の立軸ポンプの性能を比較した図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１乃至図４は、本発明に係る第１実施形態の立軸ポンプを示す。この立軸ポンプは、吸水槽１に溜められた水を下流側の吐出水槽などへ排水するものである。本実施形態の立軸ポンプは、ポンプケーシング１０の外側ラッパ部２４の内側に、渦流防止リブ３１、軸心ラッパ部３０および内側ラッパ部２６を配設することにより、運転時の水中渦や空気吸込渦の発生を大幅に抑制するものである。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の立軸ポンプは、外周部をバレルケーシング２で覆うことにより内部に吸水槽１を形成したバレルポンプである。バレルケーシング２には、水を流入させるための流入口３が設けられ、この流入口３が上流側の宅内下水設備などに接続されている。この流入口３から流入された水は、バレルケーシング２内の吸水槽１に一時的に溜められ、立軸ポンプによって揚水されて下流側へ吐出される。
【００１７】
ポンプケーシング１０は、鉛直方向に延びる直管状の揚水管１１を備えている。この揚水管１１には、上端に水流を鉛直方向から水平方向へ変える吐出エルボ１２が連結されている。この吐出エルボ１２は、下端に揚水管１１およびバレルケーシング２が液密に連結され、上端の吐出口１３が吐出水槽側への配管（図示せず）に液密に連結されている。また、揚水管１１には、下端にベーンケーシング１４が連結され、このベーンケーシング１４の下端に後述するベルマウス２１が連結されている。
【００１８】
ポンプケーシング１０には、揚水管１１内を鉛直方向に貫通して延びるように主軸１５が配設されている。この主軸１５は、下端側がベーンケーシング１４内に位置する第１軸受１６によって回転自在に支持され、上端側が吐出エルボ１２に位置する第２軸受１８によって回転自在に支持されている。第１軸受１６は、ベーンケーシング１４に連結されたホルダ１７に配設されている。第２軸受１８は、吐出エルボ１２の貫通部内に配設されている。これら軸受１６，１８は、カットレス軸受、セラミック軸受などのすべり軸受からなる。
【００１９】
主軸１５は、第１軸受１６を貫通して下方に突出され、その下端に水を汲み上げるための羽根車１９が固定されている。また、主軸１５は、第２軸受１８および吐出エルボ１２の外側部に設けた基台２０を貫通し、その上端に図示しない原動機が連結される。そして、原動機の駆動により、主軸１５を介して羽根車１９を回転させ、吸水槽１内の水を汲み上げる。
【００２０】
ベーンケーシング１４の下端に連結されたベルマウス２１は、図２、図３および図４に示すように、上端にベーンケーシング１４に固定するためのフランジ部２２を備えている。このフランジ部２２には、周方向に所定間隔をもってボルト挿通孔２３が設けられている。また、ベルマウス２１は、フランジ部２２から下向きに漸次縮径した上部の下側に、外側ラッパ部２４が設けられている。この外側ラッパ部２４の内側には、連結リブ２８を一体成形した内側ラッパ部２６と、渦流防止リブ３１を一体成形した軸心ラッパ部３０とが配設されている。
【００２１】
外側ラッパ部２４は、ベルマウス２１の上下方向の略中央部から下端に向けて漸次拡径する略円錐筒状のものである。具体的には、外側ラッパ部２４は、上側の円筒部２４ａと、この円筒部２４ａの下端から下向きに拡径する円錐筒部２４ｂとを有する。この外側ラッパ部２４は、羽根車１９の下側に位置し、その下端開口部２４ｃが吸水槽１の底であるバレルケーシング２の底面から所定間隔をもって上方に位置する。また、外側ラッパ部２４には、内側ラッパ部２６を連結するための連結孔２５が、周方向に等間隔（等角度）で４箇所設けられている。
【００２２】
内側ラッパ部２６は、ＦＲＰなどの樹脂からなり、外側ラッパ部２４の内側に所定間隔をあけて配設される略円錐筒状のものである。具体的には、内側ラッパ部２６は、上側の円筒部２６ａと、この円筒部２６ａの下端から下向きに拡径する円錐筒部２６ｂとを有する。この内側ラッパ部２６は、下端開口部２６ｃが外側ラッパ部２４の下端開口部２４ｃより下側に位置する。また、この内側ラッパ部２６は、最も直径が大きい下端外周部が、外側ラッパ部２４の下端外周部より小径に形成されている。さらに、内側ラッパ部２６には、軸心ラッパ部３０を連結するための連結孔２７が、周方向に等間隔で４箇所設けられている。
【００２３】
内側ラッパ部２６の外面部には、外側ラッパ部２４に連結するための連結リブ２８が周方向に等間隔で４箇所、径方向外方へ放射状に延びるように設けられている。これら連結リブ２８は、連結孔２７に対して等間隔（４５度）で周方向に位相するように設けられている。連結リブ２８の上端面は、外側ラッパ部２４の内面に沿う円弧状に形成され、その外端部近傍に連結孔２５と一致するボルト穴２９が設けられている。また、連結リブ２８は、内側ラッパ部２６の下端外周部近傍より突設されている。これにより、各連結リブ２８は、外側ラッパ部２４の下端開口部２４ｃより下方に突出するように構成されている。
【００２４】
軸心ラッパ部３０は、ＦＲＰなどの樹脂からなり、外側ラッパ部２４および内側ラッパ部２６の軸線に沿って延びるように配設される軸心部である。この軸心ラッパ部３０は、下端に向けて徐々に拡径するように、径方向外向きに張り出した略円錐筒状をなす。具体的には、軸心ラッパ部３０は、上側の円筒部３０ａと、この円筒部３０ａの下端から下向きに拡径する円錐筒部３０ｂとを有する。軸心ラッパ部３０の下端開口部３０ｃは、内側ラッパ部２６の下端開口部２６ｃより下側に位置するとともに、バレルケーシング２の底面から所定間隔をもって上方に位置するように配設される。また、軸心ラッパ部３０の下端開口部３０ｃは、内側ラッパ部２６の下端開口部２６ｃの直径より小径に形成されている。
【００２５】
軸心ラッパ部３０の外面部には、水中渦の発生を抑制するとともに内側ラッパ部２６に連結するための渦流防止リブ３１が設けられている。この渦流防止リブ３１は、周方向に等間隔で４箇所、径方向外方へ放射状に延びるように設けられている。渦流防止リブ３１の上端面は、内側ラッパ部２６の内面に沿う円弧状に形成され、その外端部近傍には、連結孔２７と一致するボルト孔３２が設けられている。また、渦流防止リブ３１は、軸心ラッパ部３０の下端外周部から外向きに突設されている。これにより、各渦流防止リブ３１は、内側ラッパ部２６の下端開口部２６ｃより下方に突出するように構成されている。また、渦流防止リブ３１の上端は、外側ラッパ部２４内に位置するように構成されている。
【００２６】
本実施形態では、外側ラッパ部２４は、その下端外径Ｄｏ１を基準として、上端内径Ｄｏ２を0.575Ｄｏ１に設定している。また、内側ラッパ部２６は、下端外径Ｄｉ１を0.950Ｄｏ１に設定し、上端外径Ｄｉ２を0.475Ｄｏ１に設定している。さらに、軸心ラッパ部３０は、下端外径Ｄａ１を0.500Ｄｏ１に設定し、上端外径Ｄａ２を0.100Ｄｏ１に設定している。一方、外側ラッパ部２４の下端から軸心ラッパ部３０の渦流防止リブ３１の下端までの突出寸法Ｌ１は0.440Ｄｏ１に設定し、内側ラッパ部２６の下端から軸心ラッパ部３０の渦流防止リブ３１の下端までの突出寸法Ｌ２は0.310Ｄｏ１以上に設定している。ここで、渦流防止リブ３１の突出寸法Ｌ２は、0.310Ｄｏ１未満にすると、渦発生流量が低下、即ち低流量で水中渦が発生するようになる。その結果、ポンプ効率の低下に繋がるためである。
【００２７】
これら内側ラッパ部２６および軸心ラッパ部３０を、外側ラッパ部２４を有するポンプケーシング１０に組み付ける場合、まず、内側ラッパ部２６に軸心ラッパ部３０を組み付ける。この際、軸心ラッパ部３０を内側ラッパ部２６の下端開口部２６ｃから内側に配置し、連結孔２７に渦流防止リブ３１のボルト孔３２を一致させ、ボルトによって締め付けて連結する。その後、軸心ラッパ部３０を連結した内側ラッパ部２６を外側ラッパ部２４に組み付ける。この際、内側ラッパ部２６を外側ラッパ部２４の下端開口部２４ｃから内側に配置し、連結孔２５に連結リブ２８のボルト孔を一致させ、ボルトによって締め付けて連結する。
【００２８】
そして、これらを組み付けた立軸ポンプは、外側ラッパ部２４の内側に、放射状に突出するとともに下端開口部２４ｃから下向きに突出する渦流防止リブ３１を有する。そのため、吸水槽１に施工する＋字バッフルやコーンの代わりに、揚水の流れを整流することにより、確実に水中渦の発生を抑制できる。そして、渦流防止リブ３１は、大掛かりな施工を要する＋字バッフルやコーンと比較すると、極めて簡単な構成であるため、大幅にコストダウンを図ることができる。
【００２９】
また、渦流防止リブ３１は、揚水管１１の下端の外側ラッパ部２４の内側に配設するものであるため、揚水管１１の軸線に沿って容易に位置決めできる。よって、吸水槽１に＋字バッフルやコーンを施工する場合と比較すると、設置精度に関する作業性も大幅に向上できる。しかも、本実施形態の渦流防止リブ３１は、新規構築機場に設置する立軸ポンプに限られず、既設機場の立軸ポンプであっても、ベルマウス２１の外側ラッパ部２４に連結孔２５を設けるだけで、確実に配設できる。
【００３０】
さらに、立軸ポンプは、外側ラッパ部２４内の流路が、軸心ラッパ部３０および内側ラッパ部２６によって区画される。そして、エアロック運転時には区画された流路を介して内部に空気が流入するが、エアロック運転への移行前後の水位域では流路が水で閉鎖されるので、空気の流入を防止できる。その結果、空気吸込渦の発生を確実に抑制した先行待機運転を実現できる。また、渦流防止リブ３１との相乗効果により、吸込性能を向上できる。即ち、第１実施形態の三重ラッパ型の立軸ポンプは、外側ラッパ部２４内の複数のラッパ部２６，３０により、外側ラッパ部２４内での径方向の水流を防止するとともに、放射状に延びるとともに下方へ突出するリブ２８，３１により周方向の水流を防止できるため、大幅に水中渦の発生を防止できる。
【００３１】
（第２実施形態）
図５乃至図７は、第２実施形態の立軸ポンプの吸込部構造を示す。この第２実施形態では、ベルマウス２１の外側ラッパ部２４の内側に、内側ラッパ部２６を配設することなく、渦流防止リブ３１を有する軸心ラッパ部３０だけを配設する構成とした点で、第１実施形態と相違している。この第２実施形態の軸心ラッパ部３０の渦流防止リブ３１は、その上端面を外側ラッパ部２４の内面に沿う円弧状に形成し、その外端部近傍に連結孔２５と一致するボルト孔３２を設けている。
【００３２】
この第２実施形態では、外側ラッパ部２４の下端外径Ｄｏ１を基準として、上端内径Ｄｏ２を0.575Ｄｏ１に設定している。また、軸心ラッパ部３０は、下端外径Ｄａ１を0.500Ｄｏ１に設定し、上端外径Ｄａ２を0.100Ｄｏ１に設定している。一方、外側ラッパ部２４の下端から軸心ラッパ部３０の渦流防止リブ３１の下端までの突出寸法Ｌ１は0.310Ｄｏ１に設定している。即ち、本発明では、渦流防止リブ３１は、下端に位置するラッパ部２４，２６の下端からの突出寸法Ｌ２，Ｌ１が、0.310Ｄｏ１以上になるように設定している。このように構成した第２実施形態の立軸ポンプは、第１実施形態と比較して渦発生流量は低下するが、略同様の作用および効果を得ることができる。
【００３３】
（第３実施形態）
図８乃至図１０は、第３実施形態の立軸ポンプの吸込部構造を示す。この第３実施形態では、第２実施形態と同様に内側ラッパ部２６を配設しない構成とし、かつ、円錐筒状の軸心ラッパ部３０の代わりに円筒形状とした軸心円筒部３３を配設した点で、第２実施形態と相違している。このように構成した第３実施形態の立軸ポンプは、第２実施形態と比較して渦発生流量は低下するが、略同様の作用および効果を得ることができる。
【００３４】
（第４実施形態）
図１１乃至図１３は、第４実施形態の立軸ポンプの吸込部構造を示す。この第４実施形態では、第２および第３実施形態と同様に内側ラッパ部２６を配設しない構成とし、かつ、軸心ラッパ部３０も形成することなく、渦流防止リブ３１だけを配設する構成とした点で、各実施形態と相違している。このように構成した第４実施形態の立軸ポンプは、各実施形態と比較して空気吸込渦の発生を確実に防止することはできないが、水中渦の発生は確実に防止できる。
【００３５】
（第５実施形態）
図１４は、第５実施形態の立軸ポンプを示す。この立軸ポンプは、吸水槽１の上方に設けた据付床４に吐出エルボ１２の下端を固定し、揚水管１１から下部を垂下させて設置するものである。そして、立軸ポンプのポンプケーシング１０には、第１実施形態と同様に、下端に連結リブ２８を有する内側ラッパ部２６と渦流防止リブ３１を有する軸心ラッパ部３０とが配設されている。
【００３６】
また、第５実施形態の立軸ポンプには、通常運転が長期にわたって実行されない場合など、吸水槽１内の水を排水するためではなく、性能維持などの目的で運転する管理運転時に、吸水槽１を清掃する清掃機構３４が搭載されている。この清掃機構３４は、吐出エルボ１２の左右対称の位置に接続された横配管３５Ａ，３５Ｂを備えている。この横配管３５Ａ，３５Ｂには、直管状の縦配管３６Ａ，３６Ｂが接続されている。これら縦配管３６Ａ，３６Ｂは、ポンプケーシング１０の外側に間隔を開けて配置され、主軸１５と平行に鉛直方向下向きに延びている。縦配管３６Ａ，３６Ｂには、横配管３５Ａ，３５Ｂの付近に開閉弁３７Ａ，３７Ｂが介設されている。また、縦配管３６Ａ，３６Ｂの下端には、ポンプケーシング１０の外側に間隔を隔てて取り囲むように環状配管３８が接続されている。環状配管３８には、複数個のノズル３９が周方向に等間隔で設けられている。これらノズル３９は、吸水槽１の底部に向けて全て下向きに配置されている。なお、このノズル３９の配設位置は、ポンプケーシング１０の外側に限られず、外側ラッパ部２４の外側、軸心ラッパ部３０の外側や下方など、希望に応じて変更が可能である。
【００３７】
この第５実施形態の立軸ポンプの通常運転時には、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。また、管理運転時には、立軸ポンプを起動し、開閉弁３７Ａ，３７Ｂを開弁させる。これにより、ベルマウス２１のラッパ部２４，２６，３０の下端開口部２４ｃ，２６ｃ，３０ｃから吸い込まれた吸水槽１内の水がポンプケーシング１０から横配管３５Ａ，３５Ｂおよび縦配管３６Ａ，３６Ｂを経て環状配管３８へ圧送される。環状配管３８へ圧送された水は、ノズル３９から吸水槽１内に噴出され、吸水槽１の底部に堆積していたし渣、砂などの異物が、吹き上げられて吸水槽１内の水中に浮遊する。そして、異物が十分に浮遊した状態とした後に立軸ポンプの通常運転を行うことにより、異物を水と共に下流側へ圧送し、効果的に吸水槽１内を清掃できる。
【００３８】
本願発明者らは、本発明の効果を確認するために、水中渦が発生し易いバレルケーシング２を用いて実験を行った。この実験で用いた立軸ポンプの吸込部構造を図１５に示す。従来品１は、外側ラッパ部２４だけを有する一般的な立軸ポンプである。従来品２は、外側ラッパ部２４の内部に、その下端開口部２４ｃから突出しないように平面視＋字形状のリブを設けた立軸ポンプである。従来品３は、外側ラッパ部２４の内部に、連結リブ２８を有する内側ラッパ部２６を配設した特許文献２と同様の立軸ポンプである。本発明品１は、外側ラッパ部２４の内部に、連結リブ２８を有する内側ラッパ部２６と渦流防止リブ３１を有する軸心ラッパ部３０を配設した第１実施形態の立軸ポンプである。本発明品２は、外側ラッパ部２４の内部に、渦流防止リブ３１を有する軸心ラッパ部３０だけを配設した第２実施形態の立軸ポンプである。
【００３９】
これらの立軸ポンプを、第１から第４実施形態に示す＋字バッフルやコーンは設けていないバレルケーシング２内に設置して比速度Ｎｓを７００で動作させ、渦発生流量Ｑ／ＱＢＥＰ（％）、効率（％）、吸込比速度Ｓを測定した。なお、バレルケーシング２内に配設した立軸ポンプは、一般的に内部流速が速く、水中渦が発生し易いという特徴を有する。
【００４０】
各立軸ポンプの渦発生流量Ｑ／ＱＢＥＰをバレルケーシング２の底に設けた透視窓から目視で測定した結果、従来品１が４３％、従来品２が６１％、従来品３が７４％、本発明品１が１４１％本発明品２が１２８％で水中渦が発生した。この結果から、本発明品１，２の立軸ポンプは、従来品１〜３の立軸ポンプと比較して大幅に水中渦の発生を抑制できることを確認できた。特に、外側ラッパ部２４の内側に内側ラッパ部２６だけを配設した従来品３（特許文献２）の立軸ポンプと、外側ラッパ部２４の内側に軸心ラッパ部３０だけを配設した本発明品２（第２実施形態）の立軸ポンプとを比較すると、同様の二重ラッパ型であるにも拘わらず、渦発生ポンプ流量を５０％増加できる。これは、外側ラッパ部２４から大きく突出させた渦流防止リブ３１が大きな効果をもたらしているといえる。
【００４１】
また、各立軸ポンプの排水に関する効率は、従来品１がη％、従来品２がη−０．３％、従来品３がη−０．４％、本発明品１がη−０．５％、本発明品２がη−０．４％であった。即ち、効率は、従来品１最もよく、本発明品１が最も悪い結果となっている。これは、外側ラッパ部２４内の流路を、内側ラッパ部２６、連結リブ２８、軸心ラッパ部３０および渦流防止リブ３１で塞いでいるためと考えられる。しかし、その差は０．４％であり、極めて微少である。よって、本発明品１，２は、排水効率を殆ど低下させることなく、水中渦の発生を大幅に抑制できるといえる。
【００４２】
さらに、吸込比速度Ｓｍｉｎは、従来品２の過大流量域（１４０％）ＱＢＥＰが最も小さい。そのため、この従来品２の吸込比速度Ｓｍｉｎとの比率で比較すると、各立軸ポンプによる吸込比速度比Ｓ／Ｓｍｉｎは、最高効率（１００％）ＱＢＥＰでは、従来品１が1.483で、従来品２が1.482で、従来品３が1.544で、本発明品１が1.500で、本発明品２が1.498であった。また、過大流量域（１４０％）ＱＢＥＰでは、従来品１が1.046で、従来品２が1.000で、従来品３が1.203で、本発明品１が1.123で、本発明品２が1.154であった。この結果から、本発明品１，２は従来品１，２と比較すると、吸込比速度比Ｓ／Ｓｍｉｎを改善できる。但し、吸込性能を改良した従来品３と比較すると、吸込比速度比Ｓ／Ｓｍｉｎが僅かに劣る。
【００４３】
以上の結果から、本発明品１，２の立軸ポンプは、従来品の立軸ポンプと比較すると、排水効率を殆ど低下させることなく、水中渦の発生を大幅に抑制できるといえる。そして、水中渦は、ポンプの振動に直結するものであるため、その発生を大幅に抑制できる本発明の立軸ポンプは、運転時の振動を低減できる。また、従来品２の実験結果から明らかなように、外側ラッパ部２４内だけに＋字リブを設けただけでは、水中渦の発生を大幅に抑制することはできない。そのため、渦流防止リブ３１は、外側ラッパ部２４の内側に、外方へ放射状に突出するとともに、下端開口部２４ｃから下向きに突出するように設ける必要がある。
【００４４】
なお、本発明の立軸ポンプは、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００４５】
例えば、第１実施形態に示す三重ラッパ型の立軸ポンプの軸心ラッパ部３０の代わりに、第３実施形態に示す軸心円筒部３３を配設する構成としてもよい。また、これら軸心ラッパ部３０および軸心円筒部３３からなる軸心部は、中空構造のものに限定されず、中実構造のものとしてもよい。さらに、前記各実施形態では、渦流防止リブ３１を平面視＋字形状をなすように４枚設けたが、３枚以上であれば、その数は希望に応じて変更が可能である。
【００４６】
そして、第１実施形態では、内側ラッパ部２６および軸心ラッパ部３０をそれぞれＦＲＰなどの樹脂により別体で形成したが、これらを一体成形してもよい。また、その形成材料は樹脂に限られず、鋳鉄によって形成してもよい。勿論、第２実施形態の渦流防止リブ３１を有する軸心ラッパ部３０、第３実施形態の渦流防止リブ３１を有する軸心円筒部３３、第４実施形態の渦流防止リブ３１も、鋳鉄によって形成してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…吸水槽
２…バレルケーシング
３…流入口
１０…ポンプケーシング
１１…揚水管
１２…吐出エルボ
１４…ベーンケーシング
１５…主軸
１９…羽根車
２１…ベルマウス
２４…外側ラッパ部
２４ｃ…下端開口部
２６…内側ラッパ部
２６ｃ…下端開口部
２８…連結リブ
３０…軸心ラッパ部（軸心部）
３０ｃ…下端開口部
３１…渦流防止リブ
３３…軸心円筒部（軸心部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揚水管と、この揚水管内で延びて下端側に羽根車が固定された主軸とを備えた立軸ポンプにおいて、
前記揚水管の下端側の前記羽根車の下側に設けられた筒状の外側ラッパ部と、
前記外側ラッパ部の内側に設けられ、前記外側ラッパ部と所定間隔をあけて下向きに延び、その下端開口部が前記外側ラッパ部の下端開口部より下側に位置する筒状の内側ラッパ部と、
前記内側ラッパ部の内側に設けられ、前記内側ラッパ部の下端開口部から下向きに突出する３以上の渦流防止リブと
を備えることを特徴とする立軸ポンプ。
【請求項２】
前記内側ラッパ部の内側に、前記内側ラッパ部と所定間隔をあけて下向きに延び、その下端開口部が前記内側ラッパ部の前記下端開口部より下側に位置する筒状の軸心部を設け、この軸心部の外面から前記渦流防止リブを突設して前記内側ラッパ部の内側に連結した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】
前記内側ラッパ部に径方向外向きに突出する３以上の連結リブを設け、この連結リブを前記外側ラッパ部の内側に連結したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記連結リブを、前記外側ラッパ部の下端開口部より下方に突出させたことを特徴とする請求項３に記載の立軸ポンプ。
【請求項１】
揚水管と、この揚水管内で延びて下端側に羽根車が固定された主軸とを備えた立軸ポンプにおいて、
前記揚水管の下端側の前記羽根車の下側に設けられた筒状の外側ラッパ部と、
前記外側ラッパ部の内側に設けられ、前記外側ラッパ部と所定間隔をあけて下向きに延び、その下端開口部が前記外側ラッパ部の下端開口部より下側に位置する筒状の内側ラッパ部と、
前記内側ラッパ部の内側に設けられ、前記内側ラッパ部の下端開口部から下向きに突出する３以上の渦流防止リブと
を備えることを特徴とする立軸ポンプ。
【請求項２】
前記内側ラッパ部の内側に、前記内側ラッパ部と所定間隔をあけて下向きに延び、その下端開口部が前記内側ラッパ部の前記下端開口部より下側に位置する筒状の軸心部を設け、この軸心部の外面から前記渦流防止リブを突設して前記内側ラッパ部の内側に連結した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】
前記内側ラッパ部に径方向外向きに突出する３以上の連結リブを設け、この連結リブを前記外側ラッパ部の内側に連結したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記連結リブを、前記外側ラッパ部の下端開口部より下方に突出させたことを特徴とする請求項３に記載の立軸ポンプ。
【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】
【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】
【公開番号】特開２０１３−８３２７３（Ｐ２０１３−８３２７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−２５５２８（Ｐ２０１３−２５５２８）
【出願日】平成２５年２月１３日（２０１３．２．１３）
【分割の表示】特願２０１０−２７０１５９（Ｐ２０１０−２７０１５９）の分割
【原出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００１５２１７０）株式会社酉島製作所 (89)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月１３日（２０１３．２．１３）
【分割の表示】特願２０１０−２７０１５９（Ｐ２０１０−２７０１５９）の分割
【原出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００１５２１７０）株式会社酉島製作所 (89)
【Ｆターム（参考）】
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