JPH055498A - 縦形水中ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 縦形水中ポンプにおいて、フライホイールを
取付けることよってポンプの緩徐な回転停止動作を実現
させることである。 【構成】 縦形水中ポンプは、鉛直方向に沿って下部に
ポンプ部、上部にモートル室を配置している。回転軸は
モートル室とポンプ室の間の隔壁を貫通して鉛直方向に
延びており、モートル室の上部と隔壁に設けられた第１
および第２軸受によって回転支持されている。気密保持
されたモートル室の内部にはロータおよびステータを配
置したモートル室と、モートル室下部に形成されたフラ
イホイール収納空間が配置されている。フライホイール
収納空間は、ケーシングの内壁をモートル室の外壁より
も膨出させて形成されている。このフライホイール収納
空間内に平板状のフライホイールが配置され、回転軸と
一体的に固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウオータハンマ防止を
主目的とする縦形水中ポンプの改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】従来、陸上ポンプにおけ
る長距離配管などに起因するウオータハンマ防止策とし
ては、サージタンクまたはエアタンクを用いる方法、お
よびポンプ・モートルまたは直結カップリング部にフラ
イホイールを付加する方法などが採用されていた。

【０００３】そのうち、フライホイールを採用した陸上
ポンプを示すものとして米国特許第３２１５０８３号が
ある。しかし、そこで開示されている陸上ポンプは、回
転軸に沿って延びた中空円筒の支持リング体の下方にフ
ライホイールが取付けられている。そして、支持リング
体は回転軸の上部位置に固定板を介して取付けられる構
造となっている。したがって、フライホイールと回転軸
の固定位置とフライホイールの質量の大きい部分の位置
とは回転軸方向にずれた関係となっている。このため
に、フライホイールを安定回転させるためには支持リン
グ体などを強固な部材とするか、あるいはフライホイー
ルの下方端部に軸受を必要とすることになり、構造が複
雑化し、また製品コストも高くなる。さらに、フライホ
イールの取付けのために回転軸を長くする必要があり装
置が大型化する。

【０００４】一方、水中ポンプ用としては可潜モートル
の軸をポンプ軸兼用とする構成のものが主流であるた
め、前述の陸上用のごとくたとえば直結用カップリング
をフライホイール兼用とするごとき簡単な構成による解
決手段がなかった。羽根車を貫通させたポンプ軸をポン
プ外にまで延長して外部においてフライホイールを設け
ようとすれば、ポンプ軸の軸受手段の採用が極めて困難
となる。しかも、ポンプ全長が長くなるのみならず、露
出したフライホイールが抵抗体となり、また吸込口周辺
環境によっては長尺異物の絡みつきなど種々の不都合が
生じる。そこで、水中ポンプにおける解決手段としては
一般に、サージタンクまたはエアタンクが用いられてい
た。

【０００５】しかしながら、このようなタンクは、いず
れも相当な高さあるいは容積を必要とすることが、接地
スペース上からも種々の不都合があるのみならず、設備
費も高価となる。

【０００６】本発明は、前述のような現状に鑑み、ポン
プ全長が従来一般の水中ポンプとほぼ同じで、運転中の
水による抵抗などがなくなり、しかも簡単な構造でウオ
ータハンマが防止できる安価な水中ポンプを提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる縦形水中
ポンプは、鉛直上方に沿って上から順にモートル収納空
間とフライホイール収納空間とを有し、常時空気が満た
されているモートル室と、このモートル室の鉛直下方に
配置され、作動時に液が満たされるポンプ室と、モート
ル室とポンプ室との間に設けられ、この両室を区分する
隔壁とを有し、フライホイール収納空間を取囲む内壁面
をモートル収納空間を取囲む外壁面よりも外方へ膨出し
て形成したハウジングと、鉛直方向に延び、モートル室
の上部に配置される第１軸受および隔壁内に配置される
第２軸受を介してハウジングに回転自在に支持される回
転軸と、モートル室のモートル収納空間内に配置され、
回転軸に取付けられるロータおよびこのロータに対面す
るようにハウジングに固定されるステータと、ポンプ室
内に配置され、回転軸の下方端部に固定して取付けられ
た羽根車と、隔壁と回転軸との間に配置され、モートル
室とポンプ室との間の液密を保つメカニカルシールと、
フライホイール収納空間内であってロータと第２軸受と
の間に挟まれた領域に位置する回転軸部分に直接固定さ
れ、この固定位置を含む水平面内に沿って回転軸を中心
とする半径方向に延びているフライホイールとを備えて
いる。そして、フライホイールはモートル収納空間を取
囲む外壁面の径よりも大きい径を有している。

【０００８】

【作用】モートル部が始動すると、ポンプ部において水
が吸引・吐出される。このとき、フライホイールも一体
に回転する。フライホイールは、回転軸に一体的に固定
されているので、フライホイールと回転軸との間でがた
つきがなく長寿命を発揮する。

【０００９】運転停止時は、フライホイールが空気室内
に配置されていることからフライホイールの慣性力によ
り急激なポンプ停止はならず、緩徐な減速回転により吐
出量を徐々に低下させる。このため、突出配管が長くて
もウオータハンマの発生は防止できる。また、オイルや
水によってフライホイールの回転が妨げられることがな
いので、水やオイルによるフライホイールの抵抗損失が
なく、ポンプ停止時の緩徐な減速回転によるウオータハ
ンマ防止効果は高い。

【００１０】また、フライホイールは第２軸受との境界
近傍の空気室内最下部に配置されており、このフライホ
イールの位置するモートル室内壁は外方へ膨出されてい
ることにより、フライホイールは径方向に拡大形成する
ことができる。このために、フライホイールは比較的軸
方向に薄い形状に形成することが可能となりポンプ全体
の高さを抑制でき、またポンプ全体の下方に配置するこ
とにより据付安定性が向上し、かつ径方向に拡大したフ
ライホイールの作用によって慣性効果が向上する。

【００１１】さらに、フライホイールは第１軸受および
第２軸受の２個の軸受に支持された回転軸の中間位置に
取付けられている。したがって、遠心力などによる回転
むらが生じたり振動原因となるなどの弊害を防止でき、
安定した回転を行なうことができる。

【００１２】

【実施例】本発明にかかる水中ポンプの実施例を示す図
１から明らかなように、モートル部１と、軸封部２と、
ポンプ部３とは上方より順に連接されて、水密構造とし
た縦形水中ポンプ構成している。なお、図示しないが、
たとえば公知の吊下げ手段および昇降ガイド手段などに
より、予め槽底に固定した吐出配管と自動接合可能とす
る接続手段が設けられている。

【００１３】モートル部１は、主として、電線取出部を
有する上部蓋４、結線板を備えた蓋金具５、互いに同心
に配置された内筒６および外筒７、内筒６の内周面に取
付けられたステータ８、ステータ８の内周面に配置され
たロータ９、ロータ９に一体的に固定されポンプ軸とモ
ートル軸とを兼用した回転軸１０とから構成されてい
る。蓋金具５と軸封部２との間において、内筒６の内部
を空気室２０となっている。空気室２１には、軸封部２
側から順に第２軸受２１ａ、フライホイール１１、ロー
タ９、第１軸受２１ｂが配置されている。前記回転軸１
０は、一対の軸受２１ａ、２１ｂによって回転自在に支
持されている。第１軸受２１ａとロータ９との間に配置
されたフライホイール１１は、その中心部が回転軸１０
に嵌合・固定されて一体的に支持されている。

【００１４】フライホイール１１には、ステート８に対
面する側に適宜数の羽根１１ａが形成されており、これ
によってフライホイール１１はファン兼用となってい
る。ロータ９に穿設された適宜数の貫通孔９ａは吸込通
路であり、内筒６とステータ８外周間に貫通状に形成さ
れた適宜数の空隙部６ａは吐出通路であって（図２を参
照）、フライホイール１１の回転によりこれら通路内を
冷却用循環空気流が矢印のように生じるようになってい
る。さらに、フライホイール１１の軸封部２側の側面に
は、適宜曲面を持つ凹所１１ｂが形成されている。

【００１５】軸封部２は、主として、フライホイール１
１側に第２軸受２１ａを備えたオイルケーシング１２、
オイルケーシング１２内においてポンプ部３側に配置さ
れたメカニカルシール１３などにより構成されている。
オイルケーシング１２の空気室２０に対する外面には漏
水溜め１２ａが形成されている。漏水溜め１２ａ内に
は、漏水検知器１４が配置されて、適宜信号が発せられ
るようになっている。

【００１６】ポンプ部３は、主として、吐出口が一体形
成されたポンプケーシング１５、ポンプケーシング１５
内に回転自在に配置された羽根車１６、ポンプケーシン
グ１５の下端部に取付けられた吸込側蓋金具１７などか
ら構成されている。吐出側と連通する羽根車１６の背面
空所１８は、各ケーシング１２、１５に形成された通路
を経て、前記内・外筒６、７間に形成された空胴１９を
連通している。なお、特許請求の範囲記載のハウジング
は上部蓋４、蓋金具５、内筒６、外筒７、オイルケーシ
ング１２、ポンプケーシング１５および吸込側蓋金具１
７などを総称するものである。

【００１７】次に動作を説明する。モートル部１のロー
タ９が回転すると、羽根車１６が回転して水を吸入・吐
出する。この運転により、吐出水の一部は、羽根車背面
空所１８より空洞１９に充満してモートル部１内を冷却
する。一方、フライホイール１１の回転により、貫通孔
９ａおよび空隙部６ａを経る循環空気流が発生し、空隙
部６ａを通過するときに冷却された空気が貫通孔９ａ通
過時においてロータ９の発熱を吸収する。

【００１８】万一、メカニカルシール１３の不調により
回転軸１０を伝ってステータ８側へ上昇しようとする漏
水が生じた場合には、フライホイール１１の水切り作用
によって漏水は内筒６の内側壁に飛散し、該内側壁を伝
って漏水溜め１２ａ内に溜まる。そして、漏水検知器１
４の発信により漏水を検知する。これにより、モートル
の保護を図ることができる。なお、フライホイール１１
に削設した曲面状凹所１１ｂは水切り性能を一層向上さ
せるものである。

【００１９】ポンプ運転時には、フライホイール１１は
回転軸１０に対して一体に回転する。この場合におい
て、フライホイール１１は回転軸１０に嵌合・固定され
て一体的に支持されていることから、フライホイールと
回転軸との間でがたが生じたり強度上の問題が生じたり
することがなく長寿命を発揮する。

【００２０】運転停止時には、フライホイール１１の慣
性力によりポンプは急激に停止せず、緩徐な減速回転に
より吐出流の速度を徐々に低下する。このため吐出配管
が長くてもウオータハンマの発生は防止される。この
際、フライホイール１１は空気室２０内に配置されてい
ることから、水やオイルなどによる低コスト性がないの
で、ポンプの回転は徐々に減速し、ウオータハンマの防
止効果は高い。

【００２１】次に、空気室２０内にフライホイール１１
が配置されているこの実験例の効果を、油中にフライホ
イールが配置されている場合などを比較して説明する。

【００２２】中心軸に直角な円板状のフライホイールを
流体中で中心軸のまわりに回転させる場合、必要なトル
クは次式によって与えられる。

【００２３】Ｍ＝Ｃｆ・ρ・ω² ・ｒ⁵ 上式において； Ｍ：流体抵抗に打勝つために必要なモーメント（Ｋｇ・
ｍ） ｒ：半径（ｍ） ω：角速度（ｒａｄ／ｓ） ρ：流体の密度（Ｋｇｍ^{- 4} ｓ² ） Ｃｆ：摩擦抵抗係数 ここで、フライホイールを空気中で回転させるときと、
油中で回転させるときとにおける一般的な条件として、
表１の数値を用いる。

【００２４】

【表１】 表１の条件値に基づけば、トルク値は上式によって表１
のようになる。そして、そのトルク値に基づいて、１８
００ｒ．ｐ．ｍのときの消費動力は表１のようになる。
すなわち、空気中の場合に無視できる程度に小さい消費
動力は、油中になると極めて大となり、フライホイール
を回転させるのに相当に余分な力を必要となることがわ
かる。

【００２５】以上のことから明らかなように、フライホ
イール１１を空気室２０内に配置した前記実施例によれ
ば、フライホイールを油中に配置した場合に比べて、よ
り緩徐にポンプの回転を減速し、高いウオータハンマ防
止効果が得られる。

【００２６】また、フライホイールの一部が油中に浸さ
れるような場合に比べても、フライホイールの慣性効果
が優れていることは容易に推測し得る。

【００２７】

【発明の効果】本発明にかかる水中ポンプによれば、フ
ライホイールを空気室内に配置したことから、オイルや
水によってフライホイールの回転が妨げられることがな
い。このため、水やオイルによるフライホイールの抵抗
損失がなく、ポンプ停止時の緩徐な減速回転による高い
ウオータハンマ防止効果が得られる。

【００２８】また、フライホイールを、モートル部下方
の壁面を外方に膨出して形成した収納空間内に配置し、
径方向に拡大した構造としたことにより、慣性効果の大
きいフライホイールがポンプ全体の下部に配置され、か
つポンプ全体の高さを抑制したことによりポンプの重心
位置が下がりポンプの据付安定性が向上する。

【００２９】さらに、フライホイールを回転軸に一体的
に固定したことから、フライホイールと回転軸との間で
がたがなく、長寿命を発揮するようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による縦形水中ポンプの断面
構造図である。

【図２】図１における切断面Ａ−Ａに沿った方向からの
断面構造図である。

【符号の簡単な説明】

１ モートル ２ 軸封部 ３ ポンプ部 １０ 回転軸 １１ フライホイール ２０ 空気室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 鉛直上方に位置し、常時空気が満たされ
   ているモートル室と、このモートル室の鉛直下方に配置
   され、作動時に液が満たされるポンプ室と、前記モート
   ル室と前記ポンプ室との間に設けられ、この両室を区分
   する隔壁とを有し、前記フライホイール収納空間を取囲
   む内壁面を前記モートル収納空間を取囲む外壁面よりも
   外方へ膨出して形成したハウジング（４、５、６、７、
   １２、１５、１７）と、鉛直方向に延び、前記モートル
   室の上部に配置される第１軸受（２１ｂ）および前記隔
   壁内に配置される第２軸受（２１ａ）を介して前記ハウ
   ジングに回転自在に支持される回転軸（１０）と、前記
   モートル室のモートル収納空間内に配置され、前記回転
   軸に取付けられるロータ（９）およびこのロータに対面
   するように前記ハウジングに固定されるステータ（８）
   と、前記ポンプ室内に配置され、前記回転軸の下方端部
   に固定して取付けられた羽根車（１６）と、前記隔壁と
   前記回転軸との間に配置され、前記モートル室と前記ポ
   ンプ室との間の液密を保つメカニカルシール（１３）
   と、前記フライホイール収納空間内であって、前記ロー
   タと前記第２軸受との間に挟まれた領域に位置する前記
   回転軸部分に直接固定され、この固定位置を含む水平面
   内に沿って前記回転軸を中心とする半径方向に延びてい
   るフライホイール（１１）とを備え、前記フライホイー
   ルは、前記モートル収納空間を取囲む外壁面の径よりも
   大きい径を有している、縦形水中ポンプ。