JP2020002908A - 縦型多段ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】揚水性能の低下を防止する縦型多段ポンプを提供すること。
【解決手段】縦型多段ポンプ１は、重力方向に延設される主軸１２と、下方から吸い込んだ水を上方に圧送する複数の第１ポンプ３２と、複数の第１ポンプ３２の上方に配置され、上方から吸い込んだ水を下方に圧送する複数の第２ポンプ３３と、複数の第１ポンプ３２及び複数の第２ポンプ３３の外周を覆い、第２ポンプ３３の周囲に、第１ポンプ３２の最上段から第２ポンプ３３の最上段へ続く上方に向かって流れる第１流路１０１、及び、第１ポンプ３２の周囲に、第２ポンプ３３の最下段から二次側へ続く下方に向かって流れる第２流路１０２を構成する流路ケーシング３４と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のインペラを有する縦型多段ポンプに関する。

超高層ビルやタワーマンション等の給水等を行う給水装置として、縦型多段ポンプを用いる技術が知られている。

縦型多段ポンプは、複数のインペラを有し、高圧を発生することから、駆動時にインペラを固定した主軸に大きなスラスト荷重が生じる。このスラスト荷重を支持するため、モータ軸受とは別途に、モータの下部に、アンギュラ軸受を組み合わせたポンプ軸受を設ける必要がある。

しかし、このようなポンプ軸受は高価であり、また、組み立てが複雑で精度を要するものである。したがって、このようなポンプ軸受を設けた縦型多段ポンプは、製造コストが増大するという問題があった。

また、組み立て性を改善するため、ポンプ段数を減らすべく、例えばインバータによりブラシレスモータを高速回転する構成とすると、軸受寿命が低下するという問題がある。したがって、従来の縦型多段ポンプは、組み立て性を改善する場合には、ポンプ段数と軸受寿命の関係による設計上の制約があった。

そこで、一次側に設けた第１ポンプ群のインペラ及び二次側に設けた第２ポンプ群のインペラの吸込方向を、互いに逆向きに配置した多段ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような多段ポンプは、第１ポンプ群及び第２ポンプ群それぞれのインペラに作用するスラスト荷重を反対向きとすることで、主軸に加わるスラスト荷重を低減する。

特開２０１４−７４３５９号公報

しかし、このような多段ポンプは、第１ポンプ群のインペラにより増圧した水を第２ポンプ群のインペラへ迂回する流路が狭く、大きな損失が発生し、揚水性能の低下を招く恐れがあった。

そこで、本発明は、揚水性能の低下を防止する縦型多段ポンプを提供することを目的とする。

本発明の一態様として、縦型多段ポンプは、重力方向に延設される主軸と、第１ポンプケーシング及び前記主軸に固定される第１インペラを有し、下方から吸い込んだ水を上方に圧送する複数の第１ポンプと、前記複数の第１ポンプケーシングの上方に配置され、第２ポンプケーシング及び前記主軸に固定される第２インペラを有し、上方から吸い込んだ水を下方に圧送する複数の第２ポンプと、前記複数の第１ポンプケーシング及び前記複数の第２ポンプケーシングの外周を覆い、前記第２ポンプケーシングの周囲に、前記第１ポンプの最上段から前記第２ポンプの最上段へ続く上方に向かって流れる第１流路、及び、前記第１ポンプケーシングの周囲に、前記第２ポンプの最下段から二次側へ続く下方に向かって流れる第２流路を構成する流路ケーシングと、を備える。

本発明によれば、揚水性能の低下を防止する縦型多段ポンプが提供される。

本発明の一実施形態に係る縦型多段ポンプの構成を示す断面図。 同縦型多段ポンプに用いられる流路カバーの構成を示す上面図。 同流路カバーの構成を示す断面図。 同縦型多段ポンプに用いられるインペラの構成を示す断面図。 同縦型多段ポンプに用いられる最下段の第１ケーシングの構成を示す断面図。 同縦型多段ポンプに用いられる最下段及び最上段以外の第１ポンプケーシングの構成を示す断面図。 同縦型多段ポンプに用いられる最上段の第１ポンプケーシングの構成を示す断面図。 第１ポンプケーシングに設けられる戻し流路の構成を示す断面図。 同縦型多段ポンプに用いられる最上段の第２ポンプケーシングの構成を示す断面図。 同縦型多段ポンプに用いられる最上段及び最下段以外の第２ポンプケーシングの構成を示す断面図。 同縦型多段ポンプに用いられる最下段の第２ポンプケーシングの構成を示す断面図。 同縦型多段ポンプに用いられるスペーサケーシングの構成を示す断面図。 同縦型多段ポンプに用いられる中央ケーシングの構成を示す断面図。 同中央ケーシングの構成を図１３とは別断面で示す断面図。 同中央ケーシングの構成を図１３中ＸＶ−ＸＶ線断面で示す断面図。 同中央ケーシングの構成を図１４中ＸＶＩ−ＸＶＩ線断面で示す断面図。

以下、本発明の第１の実施形態に係る縦型多段ポンプ１の構成を、図１乃至図１６を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る縦型多段ポンプ１の構成を示す断面図である。図１に示すように、縦型多段ポンプ１は、モータ１１と、主軸１２と、ポンプ１３と、を備える。

モータ１１は、モータケーシング１１ａと、モータケーシング１１ａ内に設けられる固定子と、固定子により回転される回転子と、を備える。

主軸１２は、モータ１１により回転可能に構成される。主軸１２は、ポンプ１３に設けられる複数のインペラを固定可能に重力方向に延設される。主軸１２は、例えば、モータ主軸２１と、ポンプ主軸２２と、軸継手２３と、を備える。

モータ主軸２１は、回転子に固定される。モータ主軸２１は、回転子の回転に伴い回転する。また、モータ主軸２１は、モータケーシング内で軸受により支持される。

ポンプ主軸２２は、ポンプ１３に配置される。ポンプ主軸２２は、ポンプ１３に設けられる複数のインペラ４２、５２が固定可能に形成される。また、ポンプ主軸２２は、後述する固定された最上段のインペラ４２のインペラボス部４２ｃ及び最下段のインペラ５２のインペラボス部５２ｃに当接する、スリーブ２２ａを有する。

軸継手２３は、モータ主軸２１の回転に伴いポンプ主軸２２を回転可能に、モータ主軸２１とポンプ主軸２２を連結する。また、軸継手２３は、主軸１２との間に、主軸１２が回転摺動可能、且つ、主軸１２との間の隙間を密封するメカニカルシール２３ａを備えている。

ポンプ１３は、吸込口３１ａ及び吐出口３１ｂを形成する流路カバー３１と、上方へ向かう流れを形成する第１ポンプ群３２Ａと、第１ポンプ群３２Ａの上方に配置され、下方へ向かう流れを形成する第２ポンプ群３３Ａと、流路ケーシング３４と、第２ポンプ群３３Ａの上方に配置される上部カバー３５と、を備える。なお、図２及び図３に示すように、流路カバー３１の吸込口３１ａは、最下段の第１ポンプ３２への流路を形成する。流路カバー３１の吐出口３１ｂは、最下段の第１ポンプ３２と流路が遮断されている。

なお、第１ポンプ群３２Ａ及び第２ポンプ群３３Ａは、収納した図４に示すようなインペラ４２、５２が互いに逆向きに配置されることで、水の圧送方向が軸方向で互いに逆向きに設定される。即ち、第１ポンプ群３２Ａは水の流れ方向が上方向に、第２ポンプ群３３Ａは水の流れ方向が下方向に設定される。

第１ポンプ群３２Ａは、複数の第１ポンプ３２を積層することで構成される。第１ポンプ３２は、下方から吸い込んだ水を上方に圧送する。第１ポンプ３２は、第１ポンプケーシング４１と、ポンプ主軸２２に固定され、第１ポンプケーシング４１に収納される第１インペラ４２と、を備える。

第１ポンプケーシング４１は、例えば、円状の吐出し口４１ａと、内部に第１インペラ４２を収納する収納部４１ｂと、第１ポンプケーシング４１の外周側から収納部４１ｂの中心側に向かって形成された、吐出し口４１ａに連通する戻し流路４１ｃと、一次側に連結された第１ポンプケーシング４１の収納部４１ｂに配置される案内羽根４１ｄを備えている。

図８に示すように、戻し流路４１ｃは、二次側の第１ポンプケーシング４１の吐出し口４１ａに水を誘導する複数の戻し羽根４１ｄを有する。戻し羽根４１ｄは、案内羽根４１ｄである。戻し流路４１ｃは、吐出し口４１ａを介して、二次側の第１ポンプケーシング４１の収納部４１ｂと連続する水の流れを形成する。

また、第１ポンプケーシング４１は、上下に隣り合う第１ポンプケーシング４１、流路カバー３１及び流路ケーシング３４と連結可能に形成されている。これら第１ポンプケーシング４１、流路カバー３１及び流路ケーシング３４は、ボルト等の締結部材９９により一体に固定される。第１ポンプケーシング４１、流路カバー３１及び流路ケーシング３４間は、内部の水が漏水することを防止可能にＯリング等のシール部材により密封されている。

また、第１ポンプケーシング４１は、第１インペラ４２と所定の隙間により離間する開口と、ポンプ主軸２２及び主軸受が配置される開口とを備えており、第１インペラ４２と対向する開口の内周縁部には、ライナリング４１ｅが設けられる。

このような第１ポンプケーシング４１は、例えば、複数の部材が一体に組み合わせられることで構成され、これら複数の部材が積層されることで、第１ポンプ群３２Ａ、そして、一次側から二次側への流路を形成する。複数の第１ポンプケーシング４１は、例えば、図１、図５乃至図７に示すように、単数の第１ポンプケーシング部材４１Ａ、複数の第２ポンプケーシング部材４１Ｂ、単数の第３ポンプケーシング部材４１Ｃにより構成される。ここで、第１ポンプケーシング部材４１Ａは、第１ポンプ群３２Ａの最下段に配置され、二次側の第１ポンプケーシング４１の収納部を構成する。第２ポンプケーシング部材４１Ｂは、第１ポンプ群３２Ａの最下段及び最上段以外に配置される。第２ポンプケーシング部材４１Ｂは、隣り合う一次側の第１ポンプケーシング４１の流水路と、二次側の第１ポンプケーシング４１の収納部を構成する。第３ポンプケーシング部材４１Ｃは、第１ポンプ群３２Ａの最上段に配置される。第３ポンプケーシング部材４１Ｃは、隣り合う一次側の第１ポンプケーシング４１の流水路を構成する。

第１インペラ４２は、例えばステンレスや樹脂等で形成される。図４に示すように、第１インペラ４２は、第１インペラ４２の外周側に設けられた吐出部４２ａと、第１インペラ４２の一方の主面側に設けられた吸込部４２ｂと、第１インペラ４２の他方の主面側から軸方向に延びるインペラボス部４２ｃと、を備えている。第１インペラ４２は、吸込部４２ｂを軸方向で下方に向け第１ポンプケーシング４１内に収納される。

第２ポンプ３３は、上方から吸い込んだ水を下方に圧送可能に構成される。第２ポンプ３３は、第２ポンプケーシング５１と、ポンプ主軸２２に固定され、第２ポンプケーシング５１に収納される第２インペラ５２と、を備える。即ち、第２ポンプ３３は、第１ポンプ３２と比較して、第２ポンプケーシング５１及び第２インペラ５２を逆向きに配置することで水の圧送方向を逆向きに設定される。このため、多段の第１ポンプ群３２Ａは、水の流れ方向で最下段が一次側、最上段が二次側になり、そして、多段の第２ポンプ群３３Ａは、水の流れ方向で最上段が一次側、最下段が二次側になる。

第２ポンプケーシング５１は、例えば、円状の吐出し口５１ａと、内部に第２インペラ５２を収納する収納部５１ｂと、収納部５１ｂの中心側から第２ポンプケーシング５１の外周方向へ形成された、吐出し口５１ａに連通する戻し流路５１ｃと、一次側に連結された第２ポンプケーシング５１の収納部５１ｂに配置される案内羽根５１ｄと、を備えている。

戻し流路５１ｃは、二次側の第２ポンプケーシング５１の吐出し口５１ａに水を誘導する複数の戻し羽根５１ｄを有する。戻し羽根５１ｄは、案内羽根５１ｄである。戻し流路５１ｃは、第２ポンプケーシング５１を接続させた際に、吐出し口５１ａを介して、二次側の第２ポンプケーシング５１の収納部５１ｂと連続する水の流れを形成する。

また、第２ポンプケーシング５１は、上下に隣り合う第２ポンプケーシング５１及び流路ケーシング３４と連結可能に形成されている。これら第２ポンプケーシング５１及び流路ケーシング３４は、締結部材９９により一体に固定される。第２ポンプケーシング５１及び流路ケーシング３４間は、Ｏリング等のシール部材により内部の水が漏水しないよう密封されている。

また、第２ポンプケーシング５１は、第２インペラ５２と所定の隙間により離間する開口と、ポンプ主軸２２及び主軸受が配置される開口とを備えており、第２インペラ５２と対向する開口の内周縁部には、ライナリング５１ｅが設けられる。

また、最下段の第２ポンプケーシング５１は、ポンプ主軸２２に設けられたスリーブ２２ａと当接する水中軸受５１ｆを有する。

このような第２ポンプケーシング５１は、例えば、複数の部材が一体に組み合わせられることで構成され、これら複数の部材が積層されることで、第２ポンプ群３３Ａ、そして、一次側から二次側への流路を形成する。複数の第２ポンプケーシング５１は、例えば、図１、図９乃至図１１に示すように、単数の第４ポンプケーシング部材５１Ａ、複数の第５ポンプケーシング部材５１Ｂ、単数の第６ポンプケーシング部材５１Ｃにより構成される。ここで、第４ポンプケーシング部材５１Ａは、第２ポンプ群３３Ａの最上段に配置され、二次側の第２ポンプケーシング５１の収納部を構成する。第５ポンプケーシング部材５１Ｂは、第２ポンプ群３３Ａの最上段及び最下段以外に配置される。第５ポンプケーシング部材５１Ｂは、隣り合う一次側の第２ポンプケーシング５１の流水路と、二次側の第２ポンプケーシング５１の収納部を構成する。第６ポンプケーシング部材５１Ｃは、第２ポンプ群３３Ａの最下段に配置される。第６ポンプケーシング部材５１Ｃは、隣り合う一次側の第２ポンプケーシング５１の流水路を構成する。

第２インペラ５２は、例えばステンレスや樹脂等で形成される。図４に示すように、第２インペラ５２は、第２インペラ５２の外周側に設けられた吐出部５２ａと、第２インペラ５２の一方の主面側に設けられた吸込部５２ｂと、第２インペラ５２の他方の主面側から軸方向に延びるインペラボス部５２ｃと、を備えている。第２インペラ５２は、第１インペラ４２とは逆向きに、即ち、吸込部５２ｂを上方に向け、第２ポンプケーシング５１内に収納される。

なお、第１ポンプ群３２Ａ及び第２ポンプ群３３Ａは、第１ポンプ群３２Ａの一次側と二次側の差圧が、第２ポンプ群３３Ａの一次側と二次側の差圧よりも大きくなるように構成される。このような差圧の大小関係は、例えば、第１ポンプ群３２Ａが有する第１インペラ４２の枚数及び直径と、第２ポンプ群３３Ａが有する第２インペラ５２の枚数及び直径の設定により生じる。

具体的には、第１インペラ４２の枚数が第２インペラ５２の枚数よりも多い構成とするか、または、第１インペラ４２の枚数と第２インペラ５２の枚数が同数、且つ、第1インペラ４２の直径が第２インペラの直径よりも大きく設定するか、または、第１インペラ４２の枚数が第２インペラ５２の枚数よりも多くし、且つ、第１インペラ４２の直径が第２インペラ５２の直径よりも小さく設定することで、差圧の大小関係が生じる。

具体例として、本実施形態では、図１に示すように、第１インペラ４２は、４つ設けられ、直径が１２０ｍｍに設定されている。一方、第２インペラ５２は、３つ設けられ、直径が１３０ｍｍに設定されている。

図１に示すように、流路ケーシング３４は、複数の第１ポンプケーシング４１及び複数の第２ポンプケーシング５１の外周を覆い、第２ポンプケーシング５１の周囲に、第１ポンプ３２の最上段から第２ポンプ３３の最上段へ続く上方に向かって流れる第１流路１０１、及び、第１ポンプケーシング４１の周囲に、第２ポンプ３３の最下段から二次側へ続く下方に向かって流れる第２流路１０２を構成する。

図１に示すように、流路ケーシング３４は、例えば、中央ケーシング６１と、複数の第２ポンプケーシング５１の外周を覆う第１管ケーシング６２と、複数の第１ポンプケーシング４１の外周を覆う第２管ケーシング６３と、スペーサケーシング６４と、を備える。流路ケーシング３４は、中央ケーシング６１及び第１管ケーシング６２により、第１ポンプ３２の最上段から第２ポンプ３３の最上段へ続く第１流路１０１を構成する。また、流路ケーシング３４は、中央ケーシング６１及び第２管ケーシング６３により、第２ポンプ３３の最下段から二次側の流路カバー３１の吐出口３１ｂへ続く第２流路１０２を構成する。

ここで、図１に示すように、スペーサケーシング６４は、最上段の第２ポンプ３３及び上部カバー３５の間に配置され、第１管ケーシング６２と上部カバー３５の接続を支持する。また、図１及び図１２に示すように、スペーサケーシング６４は、第１流路１０１により誘導された水を第２ポンプ３３に流入可能に、複数の吸込口６４ａを有する。

図１３乃至図１６に示すように、中央ケーシング６１は、円筒状に構成された円筒部７１と、円筒部７１の軸方向で中心を区画する板部７２と、板部７２の両主面に設けられた筒部７３と、を備える。

筒部７３は、板部７２の両主面のそれぞれに、対称位置で複数、例えば一対設けられる。筒部７３は、一端が板部７２に一体に形成され、且つ、板部７２の一部を開口し、他端が円筒部７１の開口端で開口する。筒部７３は、開口形状が円弧状に形成される。

図１５及び図１６に示すように、中央ケーシング６１は、板部７２の両主面側のそれぞれにおいて、筒部７３が構成する開口断面積の和が、当該筒部７３が構成する開口断面積の和を除した円筒部７１の開口断面積の１／２以下に設定される。板部７２の一方の主面側に設けられた一対の筒部７３と、板部７２の他方の主面側に設けられた一対の筒部７３は、同じ配置関係を有し、一方側が他方側に対して軸周りで９０度位相して配置される。

中央ケーシング６１は、第１流路１０１の一部である上昇流路６１ａを構成し、また、第２流路１０２の一部である下降流路６１ｂを構成する。

上昇流路６１ａは、中央ケーシング６１の板部７２に区画された下方側の筒部７３を除く空間から上方側の一対の筒部７３へと連続する流路である。下降流路６１ｂは、中央ケーシング６１の板部７２に区画された上方側の筒部７３を除く空間から下方側の一対の筒部７３へと連続する流路である。上昇流路６１ａは、板部７２の下方側の二つの開口面積の和が板部７２の上方側の二つの開口断面積の和の２倍以上に設定される。

また、円筒部７１は、第１管ケーシング６２及び第２管ケーシング６３と水密に連結するインロー部７１ａを有する。インロー部７１ａは、第１管ケーシング６２及び第２管ケーシング６３と係合可能に構成され、第１管ケーシング６２及び第２管ケーシング６３と水密に係合する。

また、板部７２の中央部には、ポンプ主軸２２に設けられ、最上段に位置する第１インペラ４２のインペラボス部４２ｃ及び最下段に位置する第２インペラのインペラボス部５２ｃに当接したスリーブ２２ａと、微小な隙間を介して相対する円筒状のライナリング部７２ａが設けられる。

また、板部７２は、最上段に位置する第１ポンプケーシング４１の一部に当接する支持部７２ｂを有する。本実施形態では、支持部７２ｂは、４つ設けられる。

図１に示すように、上部カバー３５は、第２ポンプ群３３Ａの上方に配置され、流路ケーシング３４の上部を覆う。具体的には、上部カバー３５は、第１管ケーシング６２及びスペーサケーシング６４の上部を覆う。また、上部カバー３５は、軸継手２３に連結される。

上部カバー３５は、第１管ケーシング６２の上部を覆うことで、上方への水の流出を防止するとともに、第２ポンプ群３３Ａと第１管ケーシング６２の間を通過した水をスペーサケーシング６４の吸込口６４ａへ誘導する流路を構成する。また、上部カバー３５は、スペーサケーシング６４の上部を覆うことで、上方への水の流出を防止するとともに、スペーサケーシング６４に流入した水を最上段の第２ポンプ３３へ誘導する流路を構成する。

このように構成された縦型多段ポンプ１では、モータ１１の駆動によりモータ主軸２１が回転すると、軸継手２３を介して連結されたポンプ主軸２２が回転する。ポンプ主軸２２が回転することで、ポンプ主軸２２に固定されている第１インペラ４２及び第２インペラ５２が追従して回転する。

第１インペラ４２が回転することで、第１インペラ４２の吸込部４２ｂから水が吸い込まれ、第１インペラ４２内で吸い込まれた水が増圧して第１インペラ４２の吐出部４２ａから水が吐き出される。このように、第１インペラ４２の吸込部４２ｂから吸い込まれた水は、第１インペラ４２内部及び第１ポンプケーシング４１を介して、順次第１インペラ４２内を通過し、流路カバー３１の吸込口３１ａから中央ケーシング６１の上昇流路６１ａへと水が揚水される。

続いて、上昇流路６１ａへ揚水された水は、第２ポンプ群３３Ａと第１管ケーシング６２の間の第１流路１０１を介して最上段の第２ポンプ３３へ誘導される。最上段の第２ポンプ３３へ誘導された水は、回転する第２インペラ５２の吸込部５２ｂから吸い込まれ、第２インペラ５２内で増圧して第２インペラ５２の吐出部５２ａから吐き出される。このように、第２インペラ５２の吸込部５２ｂから吸い込まれた水は、第２インペラ５２内部及び第２ポンプケーシング５１を介して、順次第２インペラ５２内を通過し、最上段の第２ポンプ３３から中央ケーシング６１の下降流路６１ｂへと下方向に圧送される。

そして、下降流路６１ｂへ圧送された水は、第１ポンプ群３２Ａと第２管ケーシング６３の間の第２流路１０２を介して流路カバー３１の吐出口３１ｂへ誘導され、吐出口３１ｂより吐き出される。

ここで、複数の第１ポンプ３２においては、各第１インペラ４２により順次水が増圧されるため、各第１ポンプ３２間に圧力差が生じ、ポンプ主軸２２に下方向のスラスト荷重が加わる。

一方、複数の第２ポンプ３３においては、各第２インペラ５２により順次水が増圧されるため、各第２ポンプ３３間に圧力差が生じ、ポンプ主軸２２に上方向のスラスト荷重が加わる。

よって、複数の第１ポンプ３２により生じるスラスト荷重と複数の第２ポンプ３３により生じるスラスト荷重とが軸方向で逆向きに作用することで、ポンプ主軸２２に生じるスラスト荷重の合力を低減することができる。これにより、主軸１２に加わるスラスト荷重が低減されることから、主軸１２は、モータ主軸２１を支持するモータ１１内の軸受により支持可能となる。

このように構成された縦型多段ポンプ１によれば、主軸１２に加わるスラスト荷重が低減されることから、モータ１１内の軸受によって主軸１２に加わるスラスト荷重を支持することができる。これにより、モータ１１内の軸受とは別に主軸１２にポンプ軸受を設ける必要がなく、製造コストを低減できる。また、主軸１２に加わるスラスト荷重が低減されることから、主軸１２を支持するモータ１１内の軸受及びメカニカルシール２３ａを長寿命化することができる。

なお、第１ポンプ群３２Ａ及び第２ポンプ群３３Ａは、第１ポンプ群３２Ａの一次側と二次側の差圧が、第２ポンプ群３３Ａの一次側と二次側の差圧よりも大きくなるように構成されることから、主軸１２に加わるスラスト荷重は下方向に作用する。これにより、縦型多段ポンプ１は、主軸１２の上下動が防止されることで安定的に運転することができる。

また、最上段の第１ポンプケーシング４１及び最下段の第２ポンプケーシング５１は、第１インペラ４２及び第２インペラ５２を収納する収納部４１ｂ、５１ｂを有していないが、戻し流路４１ｃ、５１ｃ及び戻し羽根４１ｄ、５１ｄを有することから、前段の第１インペラ４２または前段の第２インペラ５２から吐出された水を、減速及び昇圧しつつ吐出し口４１ａ、５１ａに誘導することができる。これにより、縦型多段ポンプ１は、最上段の第１ポンプケーシング４１及び最下段の第２ポンプケーシング５１が戻し流路４１ｃ、５１ｃ及び戻し羽根４１ｄ、５１ｄを有さない構成に比べ、ポンプ効率を向上することができる。

また、中央ケーシング６１の上昇流路６１ａ及び下降流路６１ｂは、連通する第１管ケーシング６２及び第２管ケーシング６３が、それぞれ複数の第２ポンプケーシング５１及び複数の第１ポンプケーシング４１の外周を覆う構成であることから、上昇流路６１ａ及び下降流路６１ｂの全長を短くすることができる。これにより、上昇流路６１ａ及び下降流路６１ｂを通過する水の損失を低減することができる。

また、中央ケーシング６１は、上昇流路６１ａ及び下降流路６１ｂが吐出し側の断面積に対して吸い込み側の断面積が２倍以上の大きさに形成されるため、通過する水の損失を低減することができる。

また、中央ケーシング６１の偶数の上昇流路６１ａ及び偶数の下降流路６１ｂは、ともに、それぞれ１８０度対向する位置に配置されている。これにより、上昇流路６１ａを通過する水流及び下降流路６１ｂを通過する水流によってポンプ主軸２２に生じるラジアル荷重がそれぞれ逆向きに作用するため、主軸１２にラジアル方向の偏荷重が生じることを防止できる。

また、中央ケーシング６１の板部７２には、上昇流路６１ａを通過する水流及び下降流路６１ｂを通過する水流によって板部７２に大きな応力が生じる。ここで、板部７２は、複数の支持部７２ｂを有し、支持部７２ｂが第１ポンプケーシング４１の一部に当接することで、当該応力によって板部７２がたわむことを防止できる。

また、第１流路１０１及び第２流路１０２は、中央ケーシング６１、複数の第２ポンプケーシング５１の外周を覆う第１管ケーシング６２、及び、複数の第１ポンプケーシング４１の外周を覆う第２管ケーシング６３により構成される。これにより、縦型多段ポンプ１は、第１流路１０１及び第２流路１０２を構成するための配管を別途備える必要がなく、小型化することができる。縦型多段ポンプ１を小型化することにより、縦型多段ポンプ１の給水装置への組み込みが容易となる。

上述したように、本発明の一実施形態に係る縦型多段ポンプ１によれば、給水装置への組み込みが容易であり、且つ、揚水性能の低下を防止することができる。

なお、本実施形態では、第１インペラ４２が４つ、第２インペラ５２が３つ設けられ、第１インペラ４２の直径が第２インペラ５２の直径よりも小さく形成される例を説明したが、これに限定されず、適宜設定可能である。ただし、第１インペラ４２及び第２インペラ５２の数及び直径は、複数の第１ポンプ３２により発生する圧力が、複数の第２ポンプ３３により発生する圧力よりも大きくなるように構成されることが好ましい。

例えば、第１インペラ４２の枚数と第２インペラ５２の枚数が同数であってもよい。この場合は、第１インペラ４２の直径を第２インペラの直径よりも大きくすることで、複数の第１ポンプ３２により発生する圧力を、複数の第２ポンプ３３により発生する圧力よりも大きくすることが好ましい。

具体例として、第１インペラ４２及び第２インペラ５２がそれぞれ３枚設けられる場合は、第１インペラ４２の直径は、例えば１３４ｍｍに形成し、第２インペラ５２の直径は、例えば第１インペラ４２の直径よりも小さい１２０ｍｍに形成する。

このように構成された縦型多段ポンプ１によれば、複数の第１ポンプ３２によりポンプ主軸２２に作用するスラスト荷重と、複数の第２ポンプ３３によりポンプ主軸２２に作用するスラスト荷重との合力が、下方向に作用する。これにより、縦型多段ポンプ１の駆動時に主軸１２に作用する力は、下方向に作用することから、主軸１２を支持するモータ１１の軸受に逆スラストが作用することを防止できる。

また、本実施形態では、複数設けられる最下段の第２ポンプケーシング５１が、ポンプ主軸２２に設けられたスリーブ２２ａと当接する水中軸受５１ｆを有する例を説明したが、これに限定されない。水中軸受５１ｆは、例えば、中央ケーシング６１のライナリング部７２ａに設けられる構成であってもよい。即ち、水中軸受５１ｆは、主軸１２に生じるラジアル荷重を支持可能であれば、設けられる位置は適宜設定可能である。

なお、中央ケーシング６１のライナリング部７２ａに水中軸受５１ｆを設けた場合は、この水中軸受５１ｆは、中央ケーシング６１とポンプ主軸２２との間で漏れが生じることも防止できるため、中央ケーシング６１にライナリング部７２ａを設ける必要がない。

また、中央ケーシング６１は、板部７２の一方の主面側に設けられた一対の筒部７３と、板部７２の他方の主面側に設けられた一対の筒部７３は、同じ配置関係を有し、一方側が他方側に対して軸周りで９０度位相して配置される例を説明したが、これに限定されない。筒部７３の数、形状、及び、配置は、同じ配置関係を有する筒部７３同士が軸周りで対称位置且つ等間隔を空けて配置されていれば、適宜設定可能である。

具体例として、中央ケーシング６１は、板部７２の両方の主面側に、開口形状が円筒部７１の外周に沿って中心角９０度以下の円弧状に等間隔で形成される筒部７３をそれぞれ偶数有し、両主面側の複数の筒部７３が軸周りで対称位置に配置される構成であってもよい。このような中央ケーシング６１は、軸周りに位相するとともに軸方向でずれた上昇流路６１ａ及び偶数の下降流路６１ｂを構成する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…縦型多段ポンプ、１１…モータ、１１ａ…モータケーシング、１２…主軸、１３…ポンプ、２１…モータ主軸、２２…ポンプ主軸、２２ａ…スリーブ、２３…軸継手、２３ａ…メカニカルシール、３１…流路カバー、３１ａ…吸込口、３１ｂ…吐出口、３２…第１ポンプ、３２Ａ…第１ポンプ群、３３…第２ポンプ、３３Ａ…第２ポンプ群、３４…流路ケーシング、３５…上部カバー、４１…第１ポンプケーシング、４１ａ…吐出し口、４１ｂ…収納部、４１ｃ…戻し流路、４１ｄ…戻し羽根（案内羽根）、４１ｅ…ライナリング、４１Ａ…第１ポンプケーシング部材、４１Ｂ…第２ポンプケーシング部材、４１Ｃ…第３ポンプケーシング部材、４２…第１インペラ（インペラ）、４２ａ…吐出部、４２ｂ…吸込部、４２ｃ…インペラボス部、５１…第２ポンプケーシング、５１ａ…吐出し口、５１ｂ…収納部、５１ｃ…戻し流路、５１ｄ…戻し羽根（案内羽根）、５１ｅ…ライナリング、５１ｆ…水中軸受、５１Ａ…第４ポンプケーシング部材、５１Ｂ…第５ポンプケーシング部材、５１Ｃ…第６ポンプケーシング部材、５２…第２インペラ（インペラ）、５２ａ…吐出部、５２ｂ…吸込部、５２ｃ…インペラボス部、６１…中央ケーシング、６１ａ…上昇流路、６１ｂ…下降流路、６２…第１管ケーシング、６３…第２管ケーシング、６４…スペーサケーシング、７１…円筒部、７１ａ…インロー部、７２…板部、７２ａ…ライナリング部、７２ｂ…支持部、７３…筒部、９９…締結部材、１０１…第１流路、１０２…第２流路。

本発明の一態様として、縦型多段ポンプは、重力方向に延設される主軸と、第１ポンプケーシング及び前記主軸に固定される第１インペラを有し、下方から吸い込んだ水を上方に圧送する複数の第１ポンプと、前記複数の第１ポンプケーシングの上方に配置され、第２ポンプケーシング及び前記主軸に固定される第２インペラを有し、上方から吸い込んだ水を下方に圧送する複数の第２ポンプと、前記複数の第１ポンプケーシング及び前記複数の第２ポンプケーシングの外周を覆い、前記第２ポンプケーシングの周囲に、前記第１ポンプの最上段から前記第２ポンプの最上段へ続く上方に向かって流れる第１流路、及び、前記第１ポンプケーシングの周囲に、前記第２ポンプの最下段から二次側へ続く下方に向かって流れる第２流路を構成する流路ケーシングと、を備え、前記流路ケーシングは、前記第１ポンプの最上段に連通し前記第１流路の一部を構成する上昇流路及び前記第２ポンプの最下段に連通し前記第２流路の一部を構成する下降流路に仕切る板部を有する中央ケーシングと、前記複数の第２ポンプケーシングの外周を覆い、前記中央ケーシングの前記上昇流路から前記第２ポンプの最上段へ続く上方に向かって流れる前記第１流路の他部を構成する第１管ケーシングと、前記複数の第１ポンプケーシングの外周を覆い、前記中央ケーシングの前記下降流路から二次側へ続く下方に向かって流れる前記第２流路の他部を構成する第２管ケーシングと、を具備し、前記第１ポンプの最上段の前記第１ポンプケーシング及び前記第２ポンプの最下段の前記第２ポンプケーシングは、円状の吐出し口と、前記吐出し口に連通する戻し流路と、を具備し、前記中央ケーシングは、外周に沿って中心角が９０度以下の円弧状で複数形成されるとともに、１８０度対向する位置に配置された前記上昇流路及び前記下降流路を構成する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。
［１］ 重力方向に延設される主軸と、
第１ポンプケーシング及び前記主軸に固定される第１インペラを有し、下方から吸い込んだ水を上方に圧送する複数の第１ポンプと、
前記複数の第１ポンプケーシングの上方に配置され、第２ポンプケーシング及び前記主軸に固定される第２インペラを有し、上方から吸い込んだ水を下方に圧送する複数の第２ポンプと、
前記複数の第１ポンプケーシング及び前記複数の第２ポンプケーシングの外周を覆い、前記第２ポンプケーシングの周囲に、前記第１ポンプの最上段から前記第２ポンプの最上段へ続く上方に向かって流れる第１流路、及び、前記第１ポンプケーシングの周囲に、前記第２ポンプの最下段から二次側へ続く下方に向かって流れる第２流路を構成する流路ケーシングと、
を備える縦型多段ポンプ。
［２］ 前記流路ケーシングは、
前記第１ポンプの最上段に連通し前記第１流路の一部を構成する上昇流路及び前記第２ポンプの最下段に連通し前記第２流路の一部を構成する下降流路に仕切る板部を有する中央ケーシングと、
前記複数の第２ポンプケーシングの外周を覆い、前記中央ケーシングの前記上昇流路から前記第２ポンプの最上段へ続く上方に向かって流れる前記第１流路の他部を構成する第１管ケーシングと、
前記複数の第１ポンプケーシングの外周を覆い、前記中央ケーシングの前記下降流路から二次側へ続く下方に向かって流れる前記第２流路の他部を構成する第２管ケーシングと、
を備える［１］に記載の縦型多段ポンプ。
［３］ 前記第１ポンプの最上段の前記第１ポンプケーシング及び前記第２ポンプの最下段の前記第２ポンプケーシングは、円状の吐出し口と、前記吐出し口に連通する戻し流路と、を備える［２］に記載の縦型多段ポンプ。
［４］ 前記中央ケーシングは、外周に沿って中心角が９０度以下の円弧状で複数形成されるとともに、１８０度対向する位置に配置された前記上昇流路及び前記下降流路を構成する［２］または［３］に記載の縦型多段ポンプ。
［５］ 前記中央ケーシングは、前記板部の下部に、前記第１ポンプの最上段の前記第１ポンプケーシングの一部に当接する複数の支持部を備える［３］または［４］に記載の縦型多段ポンプ。
［６］ 前記主軸に設けられ、前記第１ポンプの最上段の前記第１インペラのインペラボス部及び前記第２ポンプの最下段の前記第２インペラのインペラボス部に当接するスリーブと、 前記スリーブと隙間を介して相対する円筒状のライナリング部を有する前記中央ケーシングと、
を備える［２］乃至［５］のいずれか一項に記載の縦型多段ポンプ。
［７］ 前記第１インペラの及び前記第２インペラは、前記第１インペラの枚数が前記第２インペラの枚数よりも多い［１］乃至［６］のいずれか一項に記載の縦型多段ポンプ。

Claims (7)

1. 重力方向に延設される主軸と、
   第１ポンプケーシング及び前記主軸に固定される第１インペラを有し、下方から吸い込んだ水を上方に圧送する複数の第１ポンプと、
   前記複数の第１ポンプケーシングの上方に配置され、第２ポンプケーシング及び前記主軸に固定される第２インペラを有し、上方から吸い込んだ水を下方に圧送する複数の第２ポンプと、
   前記複数の第１ポンプケーシング及び前記複数の第２ポンプケーシングの外周を覆い、前記第２ポンプケーシングの周囲に、前記第１ポンプの最上段から前記第２ポンプの最上段へ続く上方に向かって流れる第１流路、及び、前記第１ポンプケーシングの周囲に、前記第２ポンプの最下段から二次側へ続く下方に向かって流れる第２流路を構成する流路ケーシングと、
   を備える縦型多段ポンプ。
2. 前記流路ケーシングは、
   前記第１ポンプの最上段に連通し前記第１流路の一部を構成する上昇流路及び前記第２ポンプの最下段に連通し前記第２流路の一部を構成する下降流路に仕切る板部を有する中央ケーシングと、
   前記複数の第２ポンプケーシングの外周を覆い、前記中央ケーシングの前記上昇流路から前記第２ポンプの最上段へ続く上方に向かって流れる前記第１流路の他部を構成する第１管ケーシングと、
   前記複数の第１ポンプケーシングの外周を覆い、前記中央ケーシングの前記下降流路から二次側へ続く下方に向かって流れる前記第２流路の他部を構成する第２管ケーシングと、
   を備える請求項１に記載の縦型多段ポンプ。
3. 前記第１ポンプの最上段の前記第１ポンプケーシング及び前記第２ポンプの最下段の前記第２ポンプケーシングは、円状の吐出し口と、前記吐出し口に連通する戻し流路と、を備える請求項２に記載の縦型多段ポンプ。
4. 前記中央ケーシングは、外周に沿って中心角が９０度以下の円弧状で複数形成されるとともに、１８０度対向する位置に配置された前記上昇流路及び前記下降流路を構成する請求項２または請求項３に記載の縦型多段ポンプ。
5. 前記中央ケーシングは、前記板部の下部に、前記第１ポンプの最上段の前記第１ポンプケーシングの一部に当接する複数の支持部を備える請求項３または請求項４に記載の縦型多段ポンプ。
6. 前記主軸に設けられ、前記第１ポンプの最上段の前記第１インペラのインペラボス部及び前記第２ポンプの最下段の前記第２インペラのインペラボス部に当接するスリーブと、
   前記スリーブと隙間を介して相対する円筒状のライナリング部を有する前記中央ケーシングと、
   を備える請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の縦型多段ポンプ。
7. 前記第１インペラの及び前記第２インペラは、前記第１インペラの枚数が前記第２インペラの枚数よりも多い請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の縦型多段ポンプ。