JP5155653B2 - 立軸ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、立軸ポンプに係り、特に河川水や排水などの液体を揚水する立軸ポンプに関するものである。

図１は、従来の立軸ポンプを示す模式図である。図１に示すように、一般に、立軸ポンプは、水槽上部のポンプ据付床５００に設置され、吊下管５０２を介して羽根車５０４を収容するケーシング５０６が吊り下げられる。このような立軸ポンプは、羽根車５０４や水中軸受５０８が水中に浸漬された状態で運転され、使用時間の経過とともにこれらの部材に徐々に摩耗や腐食が起こる。このため、立軸ポンプの点検作業を定期的に行って軸受部（外軸受５１０や水中軸受５０８）や羽根車５０４の摩耗状況、ケーシング５０６の腐食状況を確認し、必要に応じて補修または交換を行うことが必要となる。その中でも、水中軸受５０８の損傷や摩耗は、ポンプの異常振動の原因となり、最終的にポンプ故障（運転不能）にまで至る要因となる。このため、水中軸受５０８の点検は重要点検項目の１つとされる。

従来、立軸ポンプの点検・整備方法としては、天井クレーンを用いてポンプを引き上げて行う方法がある。しかしながら、この方法は、費用がかかり、点検・整備にかかる時間も長くなってしまう。例えば、天井クレーンを用いて立軸ポンプを引き上げるときには、点検員となる機械技術者、作業員およびクレーンオペレータなどが必要となり、引き上げのために相当の作業費用を要する。また、重量物であるポンプの引き上げ、再組立作業は危険作業といえる。

また、引き上げおよび点検作業は、引き上げ後に、点検整備を行い、その後、再設置、芯出し、試運転という工程を経なければならず、かなりの日数を要する。さらに、機場によっては、点検・整備時でも、常に必要量の排水をできる状態にしておく必要があるが、点検期間中は、点検を行っているポンプを運転することができないため、仮設ポンプを設置するなどして、排水能力を確保する必要がある。

また、ポンプが減速機に連結されている場合は、この減速機を取り外す作業が必要となり、ポンプが電動機に直結されている場合は、給電線と電動機の取り外し作業が必要となる。駆動源としてガスタービンを用いている場合には、排気および換気ダクトを取り外した後、ガスタービンを移動させなければならない。いずれの場合でも、ポンプの引き上げ作業にかなりの期間を要してしまう。さらに、取り外した減速機や電動機、ガスタービンを一時的に保管しておくスペースをポンプ機場内に確保する必要もある。

このような問題を解決するために、最近では、ポンプを据え付けた状態で、水槽内でポンプを分解する方法が採用されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この方法にも以下のような問題がある。第１に、分解した部品を吊り下げるためのチェーンブロックなどの昇降機や、作業員用の足場の設置など、大きな仮設設備が必要となり、多大な作業時間と費用を要してしまう。また、狭い水槽内にこれらの設備を設置するため、作業空間はさらに狭くなり、作業の安全性に問題がある。

第２に、ポンプ機場の躯体（例えば水槽の壁）にフックを打ち込み、チェーンブロックなどの昇降機を躯体に取り付ける必要がある。この場合、躯体にフックを打ち込むと、躯体の水密性が損なわれてしまい、躯体内に水が浸入し、内部配筋の腐食等が発生し、躯体の健全性を損なうおそれがある。また、分解されたポンプ部品の重量が躯体に作用するため、躯体には十分な強度を持つことが必要とされる。しかしながら、一般的に、ポンプ機場の躯体は、そのような付加的な荷重を想定して設計されていないため、昇降機を躯体に取り付けることができないことがある。

第３に、ポンプの近傍に壁などの躯体がない場合には、水槽の底部に設置台を構築し、これを作業足場とすることが必要となる。しかしながら、この設置台の構築はかなりの期間を要し、作業時間全体が長期化してしまう。

特開２００１−３２３８９８号公報 特開２００７−２８５２５３号公報

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、ポンプ機場の躯体にフックを打ち込むことを不要とし、ポンプの分解作業を容易にして維持管理性を向上させることができる立軸ポンプを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一参考例は、回転軸と、前記回転軸に連結された羽根車と、前記羽根車の回転を支持する水中軸受と、前記回転軸および前記羽根車を収容するポンプケーシングとを備え、前記ポンプケーシングは、複数の分割体から構成され、前記分割体には、前記分割体の荷重を支持する荷重受け部が設けられていることを特徴とする立軸ポンプである。

上記参考例の好ましい態様は、前記荷重受け部は、前記分割体の少なくとも１つを支持するのに十分な強度を有することを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記荷重受け部は、前記分割体に着脱可能に取り付けられることを特徴とする。

上述した目的を達成するための本発明の一態様は、回転軸と、前記回転軸に連結された羽根車と、前記羽根車の回転を支持する水中軸受と、前記回転軸および前記羽根車を収容するポンプケーシングと、前記回転軸と同心上に配置された固定軸とを有し、前記水中軸受は、前記羽根車のインペラハブの内部に設けられており、前記固定軸と前記水中軸受によって、前記羽根車のラジアル力を支持することを特徴とする立軸ポンプである。
本発明の好ましい態様は、前記水中軸受は、上端が密閉された空間内に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングは、複数の分割体から構成され、前記分割体には、前記分割体の荷重を支持する荷重受け部が設けられていることを特徴とする。

本発明の上記参考例によれば、チェーンブロックなどの昇降機を荷重受け部に係止させ、分割体を昇降機によって取り外すことができる。したがって、水槽の壁など躯体にフックを打ち込む必要がなく、ポンプの分解作業が容易となり、作業時間を短縮することができる。また、躯体にフックを打ち込む必要がないので、躯体の水密性を損なうことがなく、躯体の強度を考慮する必要もない。
また、本発明によれば、前記羽根車の内部に前記水中軸受を配置することにより、前記水中軸受に作用する力を小さくすることができる。その結果、前記水中軸受の摩耗の度合いおよび取替頻度を低くすることができる。また、前記羽根車に作用するラジアル力のほぼ全部を前記水中軸受が受けるため、外軸受や他の水中軸受へ作用するラジアル力が軽減され、これら軸受の摩耗を抑制することができる。さらに、前記羽根車内に配置された前記水中軸受は、吸込ベルマウスを取り外すことにより、比較的簡単に交換することができる。したがって、磨耗部品の取替作業が容易となり、ポンプの維持管理性が向上する。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図２は本発明の第１の実施形態に係る立軸ポンプの全体構成を示す断面図である。
図２に示すように、立軸ポンプは、吸込ベルマウス１ａ及びポンプボウル１ｂを有するインペラケーシング１と、インペラケーシング１を水槽内に吊り下げる吊下管３と、吊下管３の上端に接続される吐出曲管４と、インペラケーシング１内に収容される羽根車１０と、羽根車１０が固定される回転軸（立軸）６とを備えている。吊下管３は、水槽上部のポンプ据付床２２に形成された挿通孔２４を通して下方に延び、吊下管３の上端に設けられた据付用ベース２３を介してポンプ据付床２２に固定される。回転軸６は、吐出曲管４、吊下管３、及びインペラケーシング１内を通って鉛直方向に延びている。なお、インペラケーシング１及び吊下管３によりポンプケーシング２が構成される。

吸込ベルマウス１ａは下方を向いて開口し、吸込ベルマウス１ａの上端はポンプボウル１ｂの下端に固定されている。羽根車１０は回転軸６の下端に固定されており、羽根車１０と回転軸６とは一体的に回転するようになっている。この羽根車１０の上方（吐出側）には複数のガイドベーン１４が配置されている。これらのガイドベーン１４はポンプボウル１ｂの内周面に固定されている。回転軸６は外軸受１１および水中軸受１２，１５により回転自在に支持されている。水中軸受１２はポンプボウル１ｂに収容されており、羽根車１０の上方に位置している。水中軸受１５は吊下管３に収容されている。水中軸受１２を支持する支持部材７はボウルブッシュ１３の内面に固定されており、さらに、ボウルブッシュ１３はガイドベーン１４を介してインペラケーシング１に支持されている。また、水中軸受１５を支持する支持部材１７は、吊下管３の内周面に固定されている。水中軸受１２，１５は、回転軸６に滑り接触する、いわゆる滑り軸受である。なお、符号１９はハンドホールである。

回転軸６は吐出曲管４から上方に突出して、駆動源１８に連結されている。駆動源１８により回転軸６を介して羽根車１０を回転させると、水槽内の水（取扱液）が吸込ベルマウス１ａから吸い込まれ、ポンプボウル１ｂ、吊下管３、吐出曲管４を通って図示しない吐出配管に移送される。なお、立軸ポンプ運転時においては、羽根車１０や水中軸受１２を収容するインペラケーシング１は、液面よりも下に位置している。

吊下管３とポンプボウル１ｂとは、ボルトなどの締結具（図示せず）により互いに固定されている。締結具を取り外すことにより、吊下管３とポンプボウル１ｂとが切り離されるように構成されている。同様に、ポンプボウル１ｂと吸込ベルマウス１ａとは、ボルトなどの締結具（図示せず）により互いに固定されており、締結具を取り外すことにより、ポンプボウル１ｂと吸込ベルマウス１ａとが切り離されるようになっている。このように、吊下管３、ポンプボウル１ｂ、および吸込ベルマウス１ａは、互いに切り離し可能な分割体として構成されている。なお、吊下管３を複数の分割体から構成することもできる。

吊下管３には、半環状の複数の荷重受け部２５Ａが設けられている。これらの荷重受け部２５Ａは、吊下管３の外周面に固定されており、吊下管３の周方向に沿って等間隔に配置されている。同様に、ポンプボウル１ｂと吸込ベルマウス１ａにも、半環状の複数の荷重受け部２５Ｂ，２５Ｃが設けられている。これらの荷重受け部２５Ｂ，２５Ｃも、ポンプボウル１ｂと吸込ベルマウス１ａの外周面にそれぞれ固定されており、ポンプボウル１ｂおよび吸込ベルマウス１ａの周方向に沿って等間隔に配置されている。これら荷重受け部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃには、チェーンブロックやワイヤーホイストなどの昇降機が係止されるようになっている。

図３は、ポンプの分解作業時および組み立て時の様子を示す図である。図３において、チェーンブロックやワイヤーホイストなどの昇降機２６は、荷重受け部２５Ｂ，２５Ｃに係止されており、吸込ベルマウス１ａは昇降機２６によりポンプボウル１ｂから吊り下げられている。同様にして、ポンプボウル１ｂを昇降機２６により吊下管３から吊り下げることができる。このように、荷重受け部２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、それぞれ、少なくとも１つの分割体を支持するのに十分な強度を有している。

吸込ベルマウス１ａの重量は、ポンプボウル１ｂおよび吊下管３を介してポンプ据付床２２に作用する。このポンプ据付床２２に作用する力は、分解作業中であるか否かにかかわらず、実質的に一定である。したがって、ポンプ据付床２２を補強する必要はなく、既存のポンプ据付床２２をそのまま用いることができる。また、水槽の壁など躯体にフックを打ち込む必要がないので、躯体の水密性を損なうことなく、また、躯体が高い強度を持つ必要もない。

なお、荷重受け部としては図２に示す半環状の部材に限られず、通孔、フック、環状の部材であってもよい。例えば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すような、吸込ベルマウス１ａの下部に形成された通孔２５Ｄを荷重受け部とすることができる。また、図５に示すような、フランジ部に着脱可能に取り付けられた環状の部材２５Ｅから荷重受け部を構成することができる。さらに、図６に示すように、吊下管３やポンプボウル１ｂなどの分割体の外面に台座２７を設け、この台座２７にボルトなどの締結具により、通孔を有する荷重受け部２５Ｆを取り付けてもよい。これら各態様の荷重受け部を１つの立軸ポンプに用いてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は本発明の第２の実施形態に係る立軸ポンプの一部を示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成及び動作は、上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態では、回転軸６と固定軸３０の２軸が設けられ、インペラハブ１０ａ内に水中軸受１２が設けられている。さらに、図７に示すように、本実施形態の好ましい態様によれば、ポンプケーシング２の分解組立時用の荷重受け部として、ポンプボウル１ｂと吸込ベルマウス１ａとの結合部（フランジ部）に着脱可能に取り付けられたリング部材２５Ｅと、吸込ベルマウス１ａの下部に形成された通孔２５Ｄが採用されている。

羽根車１０は、回転軸６に連結されるインペラハブ１０ａと、該インペラハブ１０ａの外周面に固定された複数のインペラ１０ｂとから基本的に構成されており、水中軸受１２はインペラハブ１０ａの内部空間２９内に配置されている。水中軸受１２は、軸方向（回転軸６の延びる方向）においてインペラ１０ｂと実質的に同じ位置にある。この水中軸受１２と、回転軸６と同心上に配列された固定軸３０とにより、ポンプの運転により生じる羽根車１０のラジアル力を支持している。この固定軸３０は、吸込ベルマウス１ａの内周面に固定された複数の支持部材３１によって支持されている。

インペラハブ１０ａの内部空間２９は、その上端が密閉された空間である。したがって、この内部空間２９にはエアポケットが形成され、水中軸受１２が水に浸漬されることが防止される。これにより、水中軸受１２の摩耗の原因となるスラリーの浸入が防止され、水中軸受１２の寿命を長くすることができる。

羽根車１０の内部に水中軸受１２を配置することにより、第１の実施形態に比べて、水中軸受１２に作用する力を小さくすることができる。この原理について図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して説明する。図８（ａ）は第１の実施形態に係るポンプ支持構造を示す模式図であり、図８（ｂ）は第２の実施形態に係るポンプの回転軸の支持構造を示す模式図である。図８（ａ）に示すような片持ち支持構造の場合、羽根車１０に作用するラジアル力Ｆ、外軸受１１に作用するラジアル力ｆ１、水中軸受１２に作用するラジアル力ｆ２、外軸受１１と羽根車１０との間の距離Ｌ、羽根車１０と水中軸受１２との間の距離Ｈとすると、モーメントの釣り合いから以下の式が成り立つ。
Ｌ×Ｆ＝ｆ２×（Ｌ−Ｈ） ・・・（１）
すなわち、
ｆ２＝Ｌ×Ｆ／（Ｌ−Ｈ） ・・・（２）

一方、図８（ｂ）に示す本実施形態の支持構造の場合、外軸受１１に作用するラジアル力ｆ１´、水中軸受１２に作用するラジアル力ｆ２´、羽根車１０と水中軸受１２との間の距離Ｈ´とすると、モーメントの釣り合いから以下の式が成り立つ。
Ｌ×Ｆ＝ｆ２´×（Ｌ＋Ｈ´） ・・・（３）
すなわち、
ｆ２´＝Ｌ×Ｆ／（Ｌ＋Ｈ´） ・・・（４）
ここで、Ｈ´≒０であるから、式（４）から次の式が導かれる。
ｆ２´＝Ｆ ・・・（５）
上記式（２）および式（５）から以下の式が導かれる。
ｆ２´／ｆ２＝（Ｌ−Ｈ）／Ｌ＜１ ・・・（６）
よって、ｆ２´＜ｆ２となる。このことから、水中軸受１２に作用する力は、第１の実施形態に係る支持構造第よりも、２の実施形態に係る支持構造の方が小さくなることがわかる。その結果、水中軸受１２の摩耗の度合いおよび取替頻度を低くすることができる。

さらに、本実施形態によれば、羽根車１０に作用するラジアル力のほぼ全部を水中軸受１２が受けるため、外軸受１１や水中軸受１５へ作用するラジアル力が軽減され、これら軸受１１，１５摩耗を抑制することができる。また、羽根車１０内に配置された水中軸受１２は、吸込ベルマウス１ａを取り外すことにより、比較的簡単に交換することができる。したがって、磨耗部品の取替作業が容易となり、ポンプの維持管理性が向上する。

なお、図９に示すように、吸込ベルマウス１ａに流入する水に対する抵抗を下げるために、固定軸３０の先端を曲面形状に形成し、さらに固定軸３０はボウルブッシュ１３と滑らかに繋がる外周面を有することが好ましい。また、固定軸３０の支持部材３１は、翼形状のような、流水抵抗を低減する形状を有することが好ましい。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

従来の立軸ポンプを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る立軸ポンプの全体構成を示す断面図である。 ポンプの分解作業時および組み立て時の様子を示す図である。 図４（ａ）は荷重受け部の一例を示す吸込ベルマウスの部分断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す吸込ベルマウスの下面図である。 荷重受け部の他の例を示す図である。 荷重受け部の他の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る立軸ポンプの一部を示す断面図である。 図８（ａ）は第１の実施形態に係るポンプ支持構造を示す模式図であり、図８（ｂ）は第２の実施形態に係るポンプの回転軸支持構造を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る立軸ポンプの変形例を示す断面図である。

符号の説明

１ インペラケーシング
１ａ 吸込ベルマウス
１ｂ ポンプボウル
２ ポンプケーシング
３ 吊下管
４ 吐出曲管
６ 回転軸
７，１７ 支持部材
１０ 羽根車
１０ａ インペラハブ
１０ｂ インペラ
１１ 外軸受
１２，１５ 水中軸受
１３ ボウルブッシュ
１４ ガイドベーン
１８ 駆動源
１９ ハンドホール
２２ ポンプ据付床
２３ 据付用ベース
２４ ポンプ挿通孔
２５Ａ〜２５Ｅ 荷重受け部
２６ 昇降機
２７ 台座
２９ 内部空間
３０ 固定軸
３１ 支持部材

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸に連結された羽根車と、
   前記羽根車の回転を支持する水中軸受と、
   前記回転軸および前記羽根車を収容するポンプケーシングと、
   前記回転軸と同心上に配置された固定軸とを有し、
   前記水中軸受は、前記羽根車のインペラハブの内部に設けられており、
   前記固定軸と前記水中軸受によって、前記羽根車のラジアル力を支持することを特徴とする立軸ポンプ。
2. 前記水中軸受は、上端が密閉された空間内に配置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。
3. 前記ポンプケーシングは、複数の分割体から構成され、
   前記分割体には、前記分割体の荷重を支持する荷重受け部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の立軸ポンプ。

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