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技術 多段水中ポンプ用の吸込ケーシング、および、多段水中ポンプ

出願人 株式会社荏原製作所
発明者 平本和也前田毅
出願日 2016年2月10日 (4年9ヶ月経過) 出願番号 2016-023674
公開日 2017年8月17日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2017-141735
状態 特許登録済
技術分野 非容積形ポンプの構造
主要キーワード 導水板 度回転対称 動力ケーブル 流入流れ 本体同士 井戸水中 維持管理性 中間ケーシング
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月17日)のものです。
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図面 (5)

課題

多段水中ポンプにおいて、特別な部材を付加することなく、ポンプへの流入水予旋回を生じさせる。

解決手段

液体を扱う多段水中ポンプ用の吸込ケーシング100は、軸線ALに沿って延在するとともに軸線を中心として周方向に間隔を隔てて配置される複数のケーシング本体110bを備える。複数のケーシング本体同士の隙間によって、周方向に沿って複数の吸込口111a、111b、111dが形成される。複数の吸込口は、軸線と直交する断面において、複数の吸込口の各々における液体の流入方向が軸線に向かう方向とは異なる方向となり、複数の吸込口の各々における液体の流入方向が、複数の吸込口のうちの1つの吸込口における液体の流入方向を、軸線を中心として所定角度回転させた方向となるように形成される。

概要

背景

液体を扱う多段水中ポンプ(例えば、深井戸用水中ポンプ)が知られている。このような多段水中ポンプは、羽根車が内部に収容されたケーシング軸線方向に複数連結されて構成される。例えば、下記特許文献1は、水中モータに固定される吸込ケーシングと、ガイドベーンを有し、吸込ケーシングの上部に多段状に積み重ねられた複数の中間ケーシングと、最上部の中間ケーシングに取付けられた吐出ケーシングと、を備える多段水中ポンプを開示している。この多段水中ポンプでは、吸込ケーシングから吸い込まれた水が軸線方向に沿って直線的に中間ケーシングに流入する。

概要

多段水中ポンプにおいて、特別な部材を付加することなく、ポンプへの流入水予旋回を生じさせる。液体を扱う多段水中ポンプ用の吸込ケーシング100は、軸線ALに沿って延在するとともに軸線を中心として周方向に間隔を隔てて配置される複数のケーシング本体110bを備える。複数のケーシング本体同士の隙間によって、周方向に沿って複数の吸込口111a、111b、111dが形成される。複数の吸込口は、軸線と直交する断面において、複数の吸込口の各々における液体の流入方向が軸線に向かう方向とは異なる方向となり、複数の吸込口の各々における液体の流入方向が、複数の吸込口のうちの1つの吸込口における液体の流入方向を、軸線を中心として所定角度回転させた方向となるように形成される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

液体を扱う多段水中ポンプ用の吸込ケーシングであって、軸線に沿って延在するとともに前記軸線を中心として周方向に間隔を隔てて配置される複数のケーシング本体を備え、前記複数のケーシング本体同士の隙間によって、前記周方向に沿って複数の吸込口が形成され、前記複数の吸込口は、前記軸線と直交する断面において、前記複数の吸込口の各々における前記液体の流入方向が前記軸線に向かう方向とは異なる方向となり、前記複数の吸込口の各々における前記液体の流入方向が、前記複数の吸込口のうちの1つの吸込口における前記液体の流入方向を、前記軸線を中心として所定角度回転させた方向となるように形成された吸込ケーシング。

請求項2

液体を扱う多段水中ポンプ用の吸込ケーシングであって、軸線に沿って延在するとともに前記軸線を中心として周方向に間隔を隔てて配置される複数のケーシング本体を備え、前記複数のケーシング本体同士の隙間によって、前記周方向に沿って複数の吸込口が形成され、前記複数の吸込口は、該複数の吸込口から流入する前記液体が前記軸線と直交する断面において該軸線に向かう方向とは異なる方向に流入して、旋回流を生じさせるように形成されている吸込ケーシング。

請求項3

請求項1または請求項2に記載の吸込ケーシングであって、前記複数の吸込口は、該複数の吸込口の各々における前記液体の流入方向が、前記軸線を中心とした回転対称となるように形成された吸込ケーシング。

請求項4

請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の吸込ケーシングであって、さらに、前記軸線方向における前記複数のケーシング本体の一端または両端に、該複数のケーシング本体同士を周方向に連結するフランジ部を備える吸込ケーシング。

請求項5

液体を扱う多段水中ポンプであって、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の吸込ケーシングと、前記吸込ケーシングの、前記軸線方向における一方側に配置されるモータと、前記吸込ケーシングの他方側に多段に配置される中間ケーシングであって、前記モータによって回転駆動される羽根車が各段に収容される中間ケーシングとを備える多段水中ポンプ。

技術分野

0001

本発明は、多段水中ポンプ用の吸込ケーシングに関する。

背景技術

0002

液体を扱う多段水中ポンプ(例えば、深井戸用水中ポンプ)が知られている。このような多段水中ポンプは、羽根車が内部に収容されたケーシング軸線方向に複数連結されて構成される。例えば、下記特許文献1は、水中モータに固定される吸込ケーシングと、ガイドベーンを有し、吸込ケーシングの上部に多段状に積み重ねられた複数の中間ケーシングと、最上部の中間ケーシングに取付けられた吐出ケーシングと、を備える多段水中ポンプを開示している。この多段水中ポンプでは、吸込ケーシングから吸い込まれた水が軸線方向に沿って直線的に中間ケーシングに流入する。

先行技術

0003

特開平6−323291号公報
特開2005−320869号公報
公開実用昭和54−24103号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上述したような多段水中ポンプにおいては、一般的に、いかに損失を抑制し、ポンプ効率を向上させるかが課題となっている。損失を抑制するためには、羽根車へ流入する水が、軸線方向(ポンプシャフトが延在する方向)に直線的に流れることが理想的である。一方で、損失の要因の1つは、ガイドベーンを有する中間ケーシング内での水の剥離である。この剥離を抑制するためには、水の流れ方向の極端な変化を避けることが望ましい。多段水中ポンプでは、2段目以降の中間ケーシングには、1段目の羽根車によって旋回成分が付与された流れが流入する。上記の理想状態に近づけるために、この旋回成分を有する流入水を直線的な流れに変えることは、水の流れ方向の極端な変化を伴い、その結果、剥離が生じやすくなる。つまり、羽根車へ流入する水の流れを軸線方向の直線的な流れにして損失を抑制することと、水の流れ方向の極端な変化を避けて損失を抑制することは、トレードオフの関係にある。

0005

このように1段目の中間ケーシングに流入する水の流れ方向が直線的であるのに対して2段目以降に流入する水の流れが旋回成分を有する多段水中ポンプでは、近年、多段水中ポンプ全体で見れば、旋回成分を有する水の流れが支配的であることを考慮し、所定の旋回成分を有する流入流れにおいて、羽根車が最高の性能を発揮できるように多段水中ポンプの羽根車が設計される場合がある。このように設計された羽根車は、旋回設計羽根車とも称される。旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプでは、ポンプ全体として、ある程度良好な効率を確保することができる。

0006

しかしながら、旋回設計羽根車では、1段目に流入する水の流れ方向が設計最適条件とは異なる直線的な流れとなるので、1段目の羽根車の性能は2段目以降の羽根車の性能よりも劣ることになる。このため、旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプは、効率面において改善の余地を残している。

0007

旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプの効率を改善する方法の1つとして、旋回成分を有していない直線的な流れに対して最高の性能を発揮できるように、1段目の羽根車を
、2段目以降の羽根車とは別に設計することが考えられる。しかしながら、この場合、同一形状の羽根車を各段に使用することができなくなり、部品の種類が増えることになる。その結果、製造工数の増加、高コスト化維持管理性の低下などを招くことになる。

0008

旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプの効率を改善する別の方法として、1段目に流入する水の流れ方向が旋回成分を含むように、吸込ケーシングを改良することが考えられる。ポンプへの流入水に旋回成分を付与する技術として、例えば、上記の特許文献2,3が知られている。特許文献2、3では、吸込流路円弧状の整流板導水板)を設けることによって、流入水に旋回成分(予旋回とも称される)を付与している。しかしながら、このような整流板を付加することは、装置の複雑化、高コスト化、メンテナンスの煩雑化などを招くことになる。

0009

このようなことから、多段水中ポンプにおいて、特別な部材を付加することなく、ポンプへの流入水に予旋回を生じさせる技術が求められる。

課題を解決するための手段

0010

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

0011

本発明の第1の形態によれば、液体を扱う多段水中ポンプ用の吸込ケーシングが提供される。この吸込ケーシングは、軸線に沿って延在するとともに軸線を中心として周方向に間隔を隔てて配置される複数のケーシング本体を備える。複数のケーシング本体同士の隙間によって、周方向に沿って複数の吸込口が形成される。複数の吸込口は、軸線と直交する断面において、複数の吸込口の各々における液体の流入方向が軸線に向かう方向とは異なる方向となり、複数の吸込口の各々における液体の流入方向が、複数の吸込口のうちの1つの吸込口における液体の流入方向を、軸線を中心として所定角度回転させた方向となるように形成される。

0012

かかる吸込ケーシングによれば、複数の吸込口から流入する液体が旋回流を形成することができる。すなわち、多段水中ポンプの1段目に流入する液体に予旋回を生じさせることができる。しかも、そのために整流板などの部材を追加する必要もない。

0013

本発明の第2の形態によれば、液体を扱う多段水中ポンプ用の吸込ケーシングが提供される。この吸込ケーシングは、軸線に沿って延在するとともに軸線を中心として周方向に間隔を隔てて配置される複数のケーシング本体を備える。複数のケーシング本体同士の隙間によって、周方向に沿って複数の吸込口が形成される。複数の吸込口は、複数の吸込口から流入する液体が軸線と直交する断面において軸線に向かう方向とは異なる方向に流入して、旋回流を生じさせるように形成されている。かかる吸込ケーシングによれば、第1の形態と同様の効果を奏する。

0014

本発明の第3の形態によれば、第1または第2の形態において、複数の吸込口は、複数の吸込口の各々における液体の流入方向が、軸線を中心とした回転対称となるように形成される。かかる形態によれば、より均一な予旋回を生じさせることができる。

0015

本発明の第4の形態によれば、第1ないし第3のいずれかの形態において、吸込ケーシングは、さらに、軸線方向における複数のケーシング本体の一端または両端に、複数のケーシング本体同士を周方向に連結するフランジ部を備える。かかる形態によれば、フランジ部を利用して、吸込ケーシングを中間ケーシングやモータに容易に連結することができるので、多段水中ポンプの組み立てが容易になる。

0016

本発明の第5の形態によれば、液体を扱う多段水中ポンプが提供される。この多段水中ポンプは、第1ないし第4のいずれかの形態の吸込ケーシングと、吸込ケーシングの、軸線方向における一方側に配置されるモータと、吸込ケーシングの他方側に多段に配置される中間ケーシングであって、モータによって回転駆動される羽根車が各段に収容される中間ケーシングと、を備える。かかる多段水中ポンプによれば、第1ないし第4のいずれかの形態と同様の効果を奏する。

図面の簡単な説明

0017

本発明の一実施形態としての多段水中ポンプの概略構成を示す断面図である。
吸込ケーシングの斜視図である。
図1のA−A線に沿った吸込ケーシングの断面図である。
比較例としての吸込ケーシングの図3に対応する断面図である。

実施例

0018

A.実施例:
図1は、本発明の一実施形態としての多段水中ポンプ20の概略構成を示す断面図である。多段水中ポンプ20(以下、単にポンプ20とも呼ぶ)は、本実施例では、その全体が井戸水中水没するように設置される深井戸用水中ポンプである。ただし、ポンプ20の用途は限定されるものではなく、ポンプ20は、液体を扱う任意の多段水中ポンプとすることができる。また、段数は、2以上の任意の数とすることができる。

0019

図示するように、ポンプ20は、モータ30と、シャフト40と、吸込ケーシング100と、多段に連結された中間ケーシング50,60,70と、を備えている。シャフト40は、ポンプ20の内部を長手方向に延在しており、軸線ALを有している。このシャフト40は、カップリング41を介して、モータ30に連結されている。

0020

吸込ケーシング100は、軸線ALと同軸に配置されている。吸込ケーシング100は、吸込ケーシング本体110と、フランジ部120,130と、を備えている。この吸込ケーシング100には、吸込口111(本実施例では、後述するとおり、4つの吸込口111a〜111dが形成されているが、ここでは、これらを吸込口111として総称する)が形成されている。かかる吸込ケーシング100は、軸線AL方向における一端側がボルト125によってモータ30に固定されており、他端側がボルト135によって中間ケーシング50に固定されている。

0021

中間ケーシング50,60,70は、軸線ALに沿って、モータ30側から見てこの順に多段に連結されている。中間ケーシング50,60,70の内部には、それぞれ、羽根車51,61,71が収容されている。羽根車51,61,71は、シャフト40のまわりに固定されている。また、中間ケーシング50,60,70の内部には、それぞれ、羽根車51,61,71に続いて、ガイドベーン52,62,72が設けられている。

0022

かかるポンプ20では、モータ30を駆動すると、シャフト40が羽根車51,61,71とともに回転する。これにより、矢印A1に示すように吸込口111から吸込ケーシング100内に水が流入し、軸線ALに沿って中間ケーシング50側に向けて流れる。そして、1段目の中間ケーシング50内に流入した水は、羽根車51によってガイドベーン52に送られ、ガイドベーン52によって昇圧され、2段目の中間ケーシング60に流入する。同様に、2段目の中間ケーシング60に流入した水は、羽根車61によってガイドベーン62に送られ、ガイドベーン62によって昇圧され、3段目の中間ケーシング70に流入する。このようにして、吸込口111から流入した水は、各段において順次昇圧されながら、後段に送られ、最終段の中間ケーシング(図示せず)の後段に連結された吐出ケーシング(図示せず)から排出される。

0023

図2は、吸込ケーシング100の斜視図である。図3は、軸線ALに直交する図1のA−A線に沿った吸込ケーシング100の断面図である。図3に示すように、吸込ケーシング100は、本実施例では、4つの吸込ケーシング本体110a〜110dを備えている。これらの吸込ケーシング本体110a〜110dは、図2に示すように、軸線ALに沿って延在している。また、図3に示すように、吸込ケーシング本体110a〜110dは、軸線ALを中心として周方向に間隔を隔てて配置されている。吸込ケーシング本体110a〜110dは、本実施例では、同一形状を有しており、断面形状がL字状に形成されている。ただし、吸込ケーシング本体110a〜110dの形状は、任意に設定可能である。また、本実施例では、吸込ケーシング本体110a〜110dは、軸線ALを中心とした回転対称となるように配置されている。

0024

図3に示すように、これらの吸込ケーシング本体110a〜110dのうちの隣接する吸込ケーシング本体同士の隙間によって、4つの吸込口111a〜111dが周方向に沿って形成されている。本実施例では、同一形状を有する吸込ケーシング本体110a〜110dが軸線ALを中心とした回転対称となるように配置されているので、吸込口111a〜111dも軸線ALを中心とした回転対称となるように配置されている。

0025

図3に示すように、吸込口111a〜111dは、吸込口111a〜111dの各々における水の流入方向A2〜A5が軸線ALに向かう方向とは異なる方向になるように形成されている。吸込口111a〜111dは、軸線ALを中心とした回転対称となるように配置されているので、水の流入方向A2〜A5も、軸線ALを中心とした回転対称(本実施例では、90度回転対称)となる。

0026

かかる吸込口111a〜111dの流入方向A2〜A5によれば、図3に示すように、吸込口111a〜111dから流入する水によって、矢印A6で示される旋回流を発生させることができる。つまり、吸込口111a〜111dから流入する水は、軸線ALを中心として旋回しつつ、軸線ALに沿って流れ、1段目の中間ケーシング50に流入することになる。このため、整流板などの部材を追加することなく、1段目の中間ケーシング50に流入する水に予旋回を生じさせることができる。その結果、1段目を含む全ての段において、流入する水の流れを旋回流とすることができる。したがって、旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプの効率を向上させることができる。しかも、本実施例では、吸込口111a〜111dは、流入方向A2〜A5が、軸線ALを中心とした回転対称となるように形成されているので、いっそう均一な予旋回を生じさせることができる。

0027

ただし、流入方向A2〜A5は、吸込口111a〜111dのうちの1つの吸込口における水の流入方向を、軸線ALを中心として所定角度回転させた方向となるように、任意に設定可能である。つまり、各吸込口の流入方向は、吸込口から流入する水の流れ方向が旋回流を打ち消す方向とならないように、任意に設定可能である。また、吸込口の数は、4つに限らず、2以上の任意の数とすることができる。換言すれば、吸込ケーシング本体の数は、3以上の任意の数とすることができる。さらに、吸込ケーシング本体の内面流路を形成する内面)は、任意の形状とすることができ、例えば、水の流れる方向の急激な変化を極力抑制するために、円弧状(例えば、軸線ALを中心とする円の一部分の形状)に形成されていてもよい。

0028

また、図2に示すように、吸込ケーシング100は、フランジ部120,130を備えている。フランジ部120,130は、軸線AL方向における吸込ケーシング本体110a〜110dの両端に形成されており、吸込ケーシング本体110a〜110dを周方向に連結している。フランジ部120は、吸込ケーシング本体110a〜110dのうちのモータ30側の端部に形成されている。フランジ部120には、複数のボルト穴121が
周方向に複数形成されている。このボルト穴121を利用して、上述したように、モータ30と吸込ケーシング100とをボルト125によって固定することができる。

0029

フランジ部130は、吸込ケーシング本体110a〜110dのうちの中間ケーシング50側の端部に形成されている。フランジ部130は、吸込ケーシング本体110a〜110dと隣接する第1の大径部131と、中間ケーシング50に隣接する第2の大径部133と、第1の大径部131と第2の大径部133との間の小径部132と、を備えている。第2の大径部133には、ボルト穴134が周方向に複数形成されている。ボルト穴134は、小径部132の外周面よりも径方向外側に形成されている。このボルト穴134を利用して、上述したように、吸込ケーシング100と中間ケーシング50とをボルト135によって固定することができる。また、小径部132が形成されていることによって、ボルト締め工具の挿入および可動領域が良好に確保されるので、軸線ALと直交する平面上における吸込ケーシング本体110a〜110dの形成箇所においても、ボルト135を容易に締めることができる。

0030

また、図3に示すように、フランジ部120には、切欠122,123が形成されている。これらの切欠122,123は、モータ30に接続される動力ケーブル収容スペースとして利用することができる。

0031

図4は、比較例としての吸込ケーシング200の、図3に対応する断面図である。図示するように、吸込ケーシング200は、略U字状の4つの吸込ケーシング本体210a〜210dを備えており、それらの間の隙間によって吸込口211a〜211dが形成されている。吸込口211a〜211dにおける水の流入方向A7〜A10は、軸線ALに向かう方向となっている。かかる吸込ケーシング200では、図3に矢印A6で示したような旋回流は発生せず、吸込口211a〜211dから流入した水は、軸線ALに沿って直線的に中間ケーシング50に向かうことになる。したがって、旋回設計羽根車を備える多段水中ポンプに吸込ケーシング200を使用すると、本実施例の吸込ケーシング100を使用した場合と比べて、1段目での効率が低下することになる。

0032

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の組み合わせ、または、省略が可能である。

0033

20…多段水中ポンプ
30…モータ
40…シャフト
41…カップリング
50,60,70…中間ケーシング
51,61,71…羽根車
52,62,72…ガイドベーン
100…吸込ケーシング
110,110a,110b,110c,110d…吸込ケーシング本体
111,111a,111b,111c,111d…吸込口
120,130…フランジ部
121,134…ボルト穴
122,123…切欠
125,135…ボルト
131…第1の大径部
132…小径部
133…第2の大径部
AL…軸線

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