WO2016158666A1 - 渦巻ポンプ - Google Patents

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WO2016158666A1
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volute chamber
groove
casing
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川井　政人
浩美 坂頂
真志 大渕
博 打田
美帆 磯野
健太 東海林
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal pump, and more particularly to a centrifugal pump for transferring a liquid containing a fibrous substance.
  • a vortex pump has been used to transfer liquid such as sewage flowing through a sewer pipe.
  • sewage may contain fibrous materials such as strings or cloth. If this fibrous material accumulates on the blades of the impeller, the pump may be blocked. Therefore, in order to prevent the accumulation of fibrous material on the impeller, there is a centrifugal pump provided with an impeller having receding blades (see Patent Document 1).
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing a centrifugal pump provided with an impeller having receding blades.
  • the impeller 100 includes a plurality of receding blades 101.
  • the impeller 100 is fixed to the rotating shaft 102 and is accommodated in the impeller casing 105.
  • the impeller 100 is rotated integrally with the rotary shaft 102 in the direction of the solid arrow shown in FIG.
  • the liquid is discharged in the circumferential direction into the volute chamber 113 formed in the impeller casing 105 by the rotation of the impeller 100.
  • the liquid flowing through the volute chamber 113 is discharged to the outside through the discharge port 107.
  • the retreat wing 101 has a front edge portion 101a extending in a spiral shape and a rear edge portion 101b extending in a spiral shape from the front edge portion 101a.
  • the retreating wing 101 has a spiral shape in which the front edge portion 101a extends in the direction opposite to the rotation direction of the impeller 100 from the base end thereof. With such a shape, the fibrous substance 109 is not easily caught by the front edge portion 101a.
  • the impeller casing 105 is provided with a tongue portion 110 constituting a winding start portion of the volute chamber 113.
  • the liquid flowing through the volute chamber 113 is diverted by the tongue 110, most of the liquid flows to the discharge port 107 of the impeller casing 105, and a part of the liquid circulates in the volute chamber 113 (see the dotted arrow shown in FIG. 22). ).
  • FIG. 23 is a view of the impeller casing 105 that houses the impeller 100 as viewed from the suction port 106 side
  • FIG. 24 is a view of the inner surface of the impeller casing 105 as viewed from the drive device side.
  • illustration of the impeller 100 is omitted.
  • a groove 108 that spirally extends from the suction port 106 to the volute chamber 113 is formed on the inner surface of the impeller casing 105.
  • the groove 108 is provided for moving the fibrous substance contained in the liquid from the suction port 106 to the volute chamber 113 by the rotating impeller 100.
  • FIGS. 25 to 29 are views showing a state in which the fibrous substance 109 is transferred to the volute chamber 113 through the groove 108.
  • the groove 108 is indicated by a two-dot chain line.
  • the fibrous substance 109 contained in the liquid is conveyed to the inlet of the groove 108 by the front edge portion 101 a of the rotating impeller 100 and pushed into the groove 108.
  • the fibrous substance 109 is pushed by the rear edge portion 101b of the rotating impeller 100 and moves along the groove 108 while being sandwiched between the groove 108 and the rear edge portion 101b of the impeller 100 (see FIG. 26 to 28). Then, as shown in FIG. 29, the fibrous substance 109 is released into the volute chamber 113.
  • FIG. 30 is a view showing the fibrous substance 109 caught on the tongue 110. As shown in FIG. 30, if the fibrous substance 109 is continuously caught, the fibrous substance 109 deposited on the tongue 110 may come into contact with the impeller 100 and hinder the rotation of the impeller 100.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a centrifugal pump that can prevent the fibrous material contained in the liquid from being deposited on the tongue of the impeller casing.
  • one embodiment of the present invention includes an impeller having blades and an impeller casing that accommodates the impeller, and the impeller casing includes a volute chamber and the volute chamber.
  • a suction port and a discharge port that communicate with each other, and a tongue portion that forms a winding start portion of the volute chamber, and a groove extending from the suction port to the volute chamber is formed on the inner surface of the impeller casing, The intersection point where the end of the blade crosses the groove when viewed from the axial direction of the impeller is located on the opposite side of the tongue with respect to the center point of the impeller.
  • an angle formed by a reference line connecting the center point of the impeller and the tongue portion and a line segment connecting the center point of the impeller and the intersection is 90 degrees to 270 degrees. It is within the range. In a preferred aspect of the present invention, an angle formed by the reference line and the line segment is in a range of 135 degrees to 225 degrees. In a preferred aspect of the present invention, the intersection is located on an extension line of the reference line.
  • the fibrous substance is discharged into the volute chamber at a position opposite to the tongue. Thereafter, the fibrous material is carried in the volute chamber by the liquid flowing while receiving the centrifugal force. That is, the fibrous substance is transferred into the volute chamber while receiving a centrifugal force acting in a direction away from the tongue. Accordingly, the fibrous substance is prevented from being caught on the tongue.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1. It is a B line arrow directional view of FIG. It is the figure which looked at the inner surface of the impeller casing from the motor side. It is a figure which shows a mode that a fibrous substance is transferred to a volute chamber through a groove
  • FIG. 15 is a sectional view taken along the line DD of the front edge portion of the swept wing shown in FIG. 14.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the front edge portion of the swept wing shown in FIG. 14 taken along the line EE.
  • FIG. 19A is a schematic diagram showing a state in which the fibrous material is placed on the front edge portion of the swept wing, and FIG. 19B shows that the fibrous material is moved to the front edge portion as the swept wing rotates.
  • FIG.19 (c) is a model which shows a mode that a fibrous material reached
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the state by which the fibrous material guide
  • the ratio of the radius of curvature of the front curved surface to the thickness of the front edge and the ratio of the radius of curvature of the rear curved surface to the thickness of the front edge is 1/2, and the front curved surface is connected to the rear curved surface.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a centrifugal pump according to an embodiment of the present invention.
  • the centrifugal pump shown in FIG. 1 is used, for example, to transfer a liquid such as sewage flowing through a sewer pipe.
  • the centrifugal pump includes an impeller 1 fixed to the end of the rotating shaft 11 and an impeller casing 5 that houses the impeller 1.
  • the rotating shaft 11 is rotated by a motor 20, and the impeller 1 rotates integrally with the rotating shaft 11 in the impeller casing 5.
  • a mechanical seal 21 is disposed between the motor 20 and the impeller 1. The mechanical seal 21 prevents liquid from entering the motor 20.
  • the impeller casing 5 has a casing main body 6 disposed around the impeller 1 and a casing liner 8 connected to the casing main body 6.
  • a cylindrical suction port 3 is formed in the casing liner 8.
  • a volute chamber (vortex chamber) 7 is formed inside the casing body 6, and the volute chamber 7 has a shape surrounding the periphery of the impeller 1.
  • a discharge port 4 is formed in the casing body 6.
  • the impeller 1 When the impeller 1 is rotated, the liquid is sucked from the suction port 3. The liquid is given velocity energy by the rotation of the impeller 1, and further, the liquid passes through the volute chamber 7 so that the velocity energy is converted into pressure energy and the liquid is pressurized. The pressurized liquid is discharged from the discharge port 4.
  • the blade (retreating blade) 2 of the impeller 1 is opposed to the inner surface 8a of the casing liner 8 of the impeller casing 5 with a slight gap.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the impeller 1 includes a plurality (two in the present embodiment) of retracted blades 2 and a cylindrical hub 13.
  • the impeller 1 is fixed to the rotating shaft 11 and is rotated in the direction of the solid arrow by the motor (driving device) 20 together with the rotating shaft 11.
  • the end of the rotating shaft 11 is inserted into the hub 13, and the impeller 1 is fixed to the end of the rotating shaft 11 by a fastener (not shown).
  • the retreat wing 2 has a front edge portion 2a extending spirally from the hub 13 and a rear edge portion 2b extending spirally from the front edge portion 2a.
  • the swept wing 2 has a spiral shape extending from the hub 13 in the direction opposite to the rotation direction of the impeller 1.
  • the impeller casing 5 is provided with a tongue portion 10 constituting a winding start portion of the volute chamber 7.
  • the volute chamber 7 has a shape in which the cross-sectional area gradually increases while extending along the circumferential direction of the impeller 1.
  • the liquid flowing through the volute chamber 7 is diverted by the tongue 10, and most of the liquid flows to the discharge port 4, while a part of the liquid circulates in the volute chamber 7 (see the dotted arrow shown in FIG. 2).
  • FIG. 3 is a view taken in the direction of arrow B in FIG.
  • the impeller casing 5 is formed with a suction port 3 and a discharge port 4.
  • the suction port 3 and the discharge port 4 communicate with the volute chamber 7.
  • the suction port 3 is formed in the casing liner 8, and the discharge port 4 is formed in the casing body 6.
  • the liquid flowing in from the suction port 3 is discharged in the circumferential direction into the volute chamber 7 by the rotation of the impeller 1.
  • the liquid flowing through the volute chamber 7 is discharged to the outside through the discharge port 4.
  • FIG. 4 is a view of the inner surface of the impeller casing 5 as viewed from the motor 20 side.
  • the impeller 1 is not shown.
  • a groove 18 that spirally extends from the suction port 3 to the volute chamber 7 is formed on the inner surface of the impeller casing 5, more specifically, the inner surface 8 a of the casing liner 8.
  • the groove 18 is provided to move the fibrous substance contained in the liquid from the suction port 3 to the volute chamber 7 by the rotating impeller 1.
  • the groove 18 is disposed at a position facing the rear edge 2 b of the receding wing 2.
  • 5 to 9 are views showing a state in which the fibrous substance 9 is transferred to the volute chamber 7 through the groove 18.
  • the groove 18 is indicated by a two-dot chain line.
  • the fibrous substance 9 contained in the liquid is conveyed to the inlet of the groove 18 by the front edge 2a of the rotating impeller 1 and is pushed into the groove 18 by the front edge 2a.
  • the fibrous substance 9 is pushed by the rear edge 2b of the rotating impeller 1 and moves along the groove 18 while being sandwiched between the groove 18 and the rear edge 2b of the impeller 1 (FIG. 6 to 8). Then, as shown in FIG.
  • the fibrous substance 9 is discharged from the groove 18 to the volute chamber 7 at the intersection B where the end of the retracted blade 2 crosses the groove 18 when viewed from the axial direction of the impeller 1.
  • the end of the swept wing 2 is the outer end of the trailing edge 2b.
  • FIG. 10 is a view showing the fibrous substance 9 carried by the liquid flowing in the volute chamber 7.
  • the intersection B is located on the opposite side of the tongue 10 with respect to the center point of the impeller 1.
  • the fibrous substance 9 discharged to the volute chamber 7 at the intersection B is carried in the volute chamber 7 by the liquid flowing while receiving the centrifugal force acting in the radially outward direction. That is, the fibrous substance 9 is transferred through the volute chamber 7 while receiving a centrifugal force acting in a direction away from the tongue 10. Therefore, the fibrous substance 9 is discharged outside through the discharge port 4 without being caught by the tongue 10.
  • FIG. 11 is a diagram showing the positional relationship between the tongue 10 and the intersection B.
  • the reference line RL is a line segment connecting the center point P of the impeller 1 and the tongue 10 (more specifically, the tip of the tongue 10), and the angle line AL is the center of the impeller 1. It is a line segment connecting the point P and the intersection point B.
  • the angle ⁇ represents an angle formed by the reference line RL and the angle line AL.
  • the intersection point B is located on an extension line of the reference line RL, and the angle ⁇ is 180 degrees. That is, the intersection point B of the present embodiment is at a position farthest from the tongue portion 10.
  • the fibrous substance 9 is discharged to the volute chamber 7 at the position farthest from the tongue 10. Therefore, even if the fibrous substance 9 flows into the impeller casing 5, the fibrous substance 9 is discharged to the outside through the discharge port 4 without being caught by the tongue portion 10.
  • the angle ⁇ may not be 180 degrees. For example, when a relatively short fibrous material flows into the impeller casing 5, even if the fibrous material is discharged to the volute chamber 7 at a position closer to the tongue portion 10 than the position B shown in FIG. Without being caught in the water, it is discharged to the outside through the discharge port 4.
  • FIG. 12 and 13 are diagrams showing another arrangement example of the groove 18.
  • the angle ⁇ is smaller than 180 degrees
  • the angle ⁇ is larger than 180 degrees.
  • the intersection B is located on the opposite side of the tongue 10 with respect to the center point of the impeller 1.
  • the angle ⁇ formed by the angle line AL and the reference line RL is preferably in the range of 90 degrees to 270 degrees, and more preferably in the range of 135 degrees to 225 degrees. If the angle ⁇ is within this range, the fibrous substance is discharged to the outside through the discharge port 4 without being caught by the tongue portion 10.
  • FIG. 14 is a perspective view of the impeller 1 of the centrifugal pump shown in FIG.
  • the impeller 1 includes a disk-shaped shroud 12 having a hub 13 to which the rotating shaft 11 is fixed, and a retreating blade 2 that extends spirally from the hub 13.
  • the hub 13 is formed with a through hole 13 a into which the end of the rotating shaft 11 is inserted.
  • the entire swept wing 2 has a spiral shape extending from the hub 13 in the direction opposite to the rotation direction of the impeller 1.
  • the retreat wing 2 has a front edge portion 2a extending spirally from the hub 13 and a rear edge portion 2b extending spirally from the front edge portion 2a.
  • the front edge portion 2a extends from the hub 13 in the direction opposite to the rotational direction of the impeller 1. Therefore, the outer end 2d of the front edge portion 2a is located behind the inner end 2c of the front edge portion 2a in the rotation direction of the rotary shaft 11.
  • the rear edge 2b faces the inner surface 8a of the casing liner 8 with a slight gap.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line CC of the leading edge 2a of the swept wing 2 shown in FIG.
  • FIG. 17 is a sectional view taken along the line DD of the front edge portion 2a of the swept wing 2 shown in FIG. 18 is a cross-sectional view of the front edge portion 2a of the swept wing 2 shown in FIG. 14 taken along the line EE.
  • the front edge 2a has a front curved surface 2e formed from the inner end 2c to the outer end 2d of the front edge 2a.
  • the front curved surface 2e is the frontmost surface of the front edge 2a.
  • the front curved surface 2e is the surface of the front edge 2a that is located on the most front side in the rotation direction of the front edge 2a (that is, the rotation direction of the impeller 1), and is outside the inner end 2c of the front edge 2a. Formed over end 2d.
  • the cross section of the front curved surface 2e is an arc with a radius of curvature r1.
  • the curvature radius r1 is constant from the inner end 2c to the outer end 2d of the front edge 2a, as shown in FIGS. 16, 17, and 18.
  • the curvature radius r1 of the front curved surface 2e may be different from the inner end 2c to the outer end 2d of the front edge 2a.
  • the curvature radius r1 of the front curved surface 2e may be gradually increased according to the distance from the hub 13, or may be gradually decreased.
  • the front edge 2a has a front curved surface 2e formed from the inner end 2c to the outer end 2d, as shown in FIG. 19 (a), the fibrous material placed on the front edge 2a.
  • FIG. 19B 9 smoothly moves toward the outer end 2d of the front edge 2a without being caught by the front edge 2a, and as shown in FIG. It reaches the outer end 2d of the front edge 2a. Therefore, the front edge portion 2a can smoothly guide the fibrous substance 9 to the inlet 18a (see FIG. 15) of the groove 18.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing a state in which the fibrous substance 9 guided to the outer end 2d of the front edge 2a is pushed into the groove 18 by the front curved surface 2e.
  • the outer end 2d of the front edge 2a of the retreating blade 2 passes through the groove 18 (see FIGS. 15 and 4) formed in the inner surface 8a of the casing liner 8.
  • the fibrous substance 9 guided to the outer end 2d is pushed into the groove 18 by the front curved surface 2e when the outer end 2d passes over the groove 18.
  • the fibrous substance 9 Since the front curved surface 2e is formed up to the outer end 2d of the front edge 2a, the fibrous substance 9 is pushed into the groove 18 by the front curved surface 2e without being caught by the outer end 2d of the front edge 2a. As a result, the fibrous substance 9 can be reliably moved into the groove 18.
  • the front edge 2a may have a rear curved surface 2f formed from the inner end 2c to the outer end 2d of the front edge 2a.
  • the rear curved surface 2f is the rearmost surface of the front edge 2a. That is, the rear curved surface 2 f is the surface of the front edge portion 2 a that is located most rearward in the rotation direction of the front edge portion 2 a (that is, the rotation direction of the impeller 1), and is the front side in the rotation direction of the impeller 1. It is located behind the curved surface 2e. Similar to the front curved surface 2e, the rear curved surface 2f is formed from the inner end 2c to the outer end 2d of the front edge portion 2a.
  • the cross section of the rear curved surface 2f is an arc with a radius of curvature r2.
  • the curvature radius r2 is constant from the inner end 2c to the outer end 2d of the front edge portion 2a, as shown in FIGS.
  • the curvature radius r2 of the rear curved surface 2f may be the same as or different from the curvature radius r1 of the front curved surface 2e.
  • the curvature radius r2 of the rear curved surface 2f may be different from the inner end 2c to the outer end 2d of the front edge 2a.
  • the radius of curvature r2 of the rear curved surface 2f may be gradually increased according to the distance from the hub 13, or may be gradually decreased.
  • the fibrous substance 9 can be slid more smoothly on the front edge 2a.
  • the front edge 2a can smoothly guide the fibrous substance 9 to the outer end 2d of the front edge 2a.
  • the fibrous substance 9 is less likely to be caught on the outer end 2d of the front edge 2a.
  • the front-side curved surface 2e of the front edge portion 2a can reliably push the fibrous substance 9 through the inlet 18a (see FIG. 15) of the groove 18.
  • the fibrous substance 9 on the front curved surface 2e slides toward the outer end 2d of the front edge 2a.
  • the ratio of the curvature radius r1 of the front curved surface 2e to the thickness t of the front edge 2a ie, r1 / t
  • the front edge 2a becomes sharper.
  • r1 / t is 1/7 or more
  • the fibrous material 9 placed on the front edge portion 2a can be more smoothly guided toward the outer end 2d of the front edge portion 2a, and can be surely pushed by the groove 18. It has been confirmed that it can be done. Therefore, r1 / t is preferably 1/7 or more.
  • r1 / t increases, the discharge performance of the centrifugal pump decreases.
  • the optimum value of r1 / t for smoothly sliding the fibrous substance 9 to the outer end 2d of the front edge 2a while suppressing a decrease in the discharge performance of the spiral pump is 1/4. Therefore, r1 / t is more preferably 1/4 or more.
  • FIG. 21 shows the ratio (r1 / t) of the curvature radius r1 of the front curved surface 2e to the thickness t of the front edge 2a and the ratio (r2) of the curvature radius r2 of the rear curved surface 2f to the thickness t of the front edge 2a.
  • / T) is 1/2, and is a cross-sectional view of the front edge 2a in which the front curved surface 2e is connected to the rear curved surface 2f.
  • the cross section of the front edge 2a is a complete arc.
  • the fibrous substance 9 can slide more smoothly on the front edge 2a toward the outer end 2d. Therefore, r1 / t is preferably 1/2 or less.
  • the thickness t of the front edge 2 a is gradually decreased according to the distance from the hub 13.
  • the curvature radius r1 of the front curved surface 2e and the curvature radius r2 of the rear curved surface 2f are constant from the inner end 2c to the outer end 2d of the front edge portion 2a. Therefore, r1 / t and r2 / t gradually increase according to the distance from the hub 13. According to such a configuration, the front edge portion 2a can smoothly guide the fibrous substance 9 toward the inlet 18a (see FIG. 15) of the groove 18 while suppressing a decrease in the discharge performance of the centrifugal pump. .
  • the present invention can be used for a centrifugal pump for transferring a liquid containing a fibrous substance.

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Abstract

　本発明は、繊維状物質を含む液体を移送する渦巻ポンプに関する。渦巻ポンプは、翼（２）を有する羽根車（１）と、羽根車（１）を収容する羽根車ケーシング（５）とを備える。羽根車ケーシング（５）は、ボリュート室（７）と、ボリュート室（７）に連通する吸込口（３）および吐出口（４）と、ボリュート室（７）の巻き始め部を構成する舌部（１０）とを備える。羽根車ケーシング（５）の内面には、吸込口（３）からボリュート室（７）まで延びる溝（１８）が形成されている。羽根車（１）の軸方向から見て翼（２）の終端が溝（１８）を横切る交点（Ｂ）は、羽根車（１）の中心点に関して舌部（１０）の反対側に位置する。

Description

渦巻ポンプ
　本発明は渦巻ポンプに関し、特に繊維状物質を含む液体を移送する渦巻ポンプに関する。
　従来から、下水管を流れる汚水などの液体を移送するために、渦巻ポンプが用いられている。このような汚水には、紐または布などの繊維状物質が含まれていることがある。この繊維状物質が羽根車の翼に堆積すると、ポンプを閉塞するおそれがある。そこで、繊維状物質の羽根車への堆積を防ぐために、後退翼を有する羽根車を備えた渦巻ポンプがある（特許文献１参照）。
　図２２は後退翼を有する羽根車を備えた渦巻ポンプを示す断面図である。図２２に示すように、羽根車１００は複数の後退翼１０１を備えている。羽根車１００は回転軸１０２に固定されており、羽根車ケーシング１０５内に収容されている。羽根車１００は図示しない駆動装置（モータ等）によって回転軸１０２と一体に図２２に示す実線矢印方向に回転する。液体は、羽根車１００の回転により羽根車ケーシング１０５内に形成されたボリュート室１１３に周方向に吐出される。ボリュート室１１３を流れる液体は吐出口１０７を通って外部に排出される。
　後退翼１０１は、螺旋状に延びる前縁部１０１ａと、前縁部１０１ａから螺旋状に延びる後縁部１０１ｂとを有する。後退翼１０１は、前縁部１０１ａがその基端から羽根車１００の回転方向と逆方向に延びる螺旋形状を有している。このような形状により、繊維状物質１０９は前縁部１０１ａに引っかかりづらくなる。
　羽根車ケーシング１０５にはボリュート室１１３の巻き始め部を構成する舌部１１０が設けられている。ボリュート室１１３を流れる液体は舌部１１０で分流され、液体の大部分は羽根車ケーシング１０５の吐出口１０７に流れ、液体の一部はボリュート室１１３内を循環する（図２２に示す点線矢印参照）。
　図２３は羽根車１００を収容する羽根車ケーシング１０５を吸込口１０６側から見た図であり、図２４は、羽根車ケーシング１０５の内面を駆動装置側から見た図である。図２４では羽根車１００の図示は省略されている。図２３および図２４に示すように、羽根車ケーシング１０５の内面には吸込口１０６からボリュート室１１３まで螺旋状に延びる溝１０８が形成されている。この溝１０８は、液体に含まれる繊維状物質を、回転する羽根車１００によって吸込口１０６からボリュート室１１３に移動させるために設けられている。
実開昭６４－１１３９０号公報
　図２５乃至図２９は、繊維状物質１０９が溝１０８を通じてボリュート室１１３に移送される様子を示す図である。図２５乃至図２９において、溝１０８は二点鎖線で表示されている。図２５に示すように、液体に含まれる繊維状物質１０９は、回転する羽根車１００の前縁部１０１ａによって溝１０８の入口に運ばれ、溝１０８内に押し込まれる。繊維状物質１０９は、溝１０８と羽根車１００の後縁部１０１ｂとの間に挟まれた状態で、回転する羽根車１００の後縁部１０１ｂにより押されて溝１０８に沿って移動する（図２６乃至図２８参照）。そして、図２９に示すように、繊維状物質１０９はボリュート室１１３に放出される。
　しかしながら、ボリュート室１１３に放出された繊維状物質１０９は、突出した形状を有した舌部１１０に引っかかることがある。図３０は舌部１１０に引っかかった繊維状物質１０９を示す図である。図３０に示すように、繊維状物質１０９の引っかかりが継続して発生すると、舌部１１０上に堆積した繊維状物質１０９が羽根車１００に接触し、羽根車１００の回転を妨げるおそれがある。
　本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、液体に含まれる繊維状物質の羽根車ケーシングの舌部への堆積を防止することができる渦巻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、本発明の一態様は、翼を有する羽根車と、前記羽根車を収容する羽根車ケーシングとを備え、前記羽根車ケーシングは、ボリュート室と、前記ボリュート室に連通する吸込口および吐出口と、前記ボリュート室の巻き始め部を構成する舌部とを備え、前記羽根車ケーシングの内面には、前記吸込口から前記ボリュート室まで延びる溝が形成されており、前記羽根車の軸方向から見て前記翼の終端が前記溝を横切る交点は、前記羽根車の中心点に関して前記舌部の反対側に位置することを特徴とする渦巻ポンプである。
　本発明の好ましい態様は、前記羽根車の中心点と前記舌部とを結ぶ基準線と、前記羽根車の中心点と前記交点とを結ぶ線分とのなす角度は、９０度から２７０度の範囲内であることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記基準線と、前記線分とのなす角度は、１３５度から２２５度の範囲内であることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記交点は前記基準線の延長線上に位置していることを特徴とする。
　本発明によれば、繊維状物質は、舌部とは反対側の位置でボリュート室に放出される。その後、繊維状物質は、遠心力を受けながら流れる液体によってボリュート室内を運ばれる。つまり、繊維状物質は、舌部から離れる方向に作用する遠心力を受けながらボリュート室内を移送される。したがって、繊維状物質が舌部に引っかかることが防止される。
本発明の一実施形態に係る渦巻ポンプの概略断面図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 図１のＢ線矢視図である。 羽根車ケーシングの内面をモータ側から見た図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 ボリュート室内を流れる液体によって運ばれる繊維状物質を示す図である。 舌部と溝との位置関係を示す図である。 舌部と溝との位置関係の他の例を示す図である。 舌部と溝との位置関係のさらに他の例を示す図である。 図１に示した渦巻ポンプの羽根車の斜視図である。 図１に示した渦巻ポンプのケーシングライナの断面図である。 図１４に示した後退翼の前縁部のＣ－Ｃ線断面図である。 図１４に示した後退翼の前縁部のＤ－Ｄ線断面図である。 図１４に示した後退翼の前縁部のＥ－Ｅ線断面図である。 図１９（ａ）は、後退翼の前縁部に繊維状物質が載った状態を示す模式図であり、図１９（ｂ）は、後退翼の回転に伴って、繊維状物質が前縁部の外端に向かって円滑に移動する様子を示す模式図であり、図１９（ｃ）は、後退翼の回転に伴って、繊維状物質が前縁部の外端に到達した様子を示す模式図である。 前縁部の外端まで導かれた繊維状物質が前縁部の前側曲面によってケーシングライナの内面に形成された溝に押し込まれる状態を示す模式図である。 前縁部の厚さに対する前側曲面の曲率半径の比と、前縁部の厚さに対する後側曲面の曲率半径の比が１／２であり、前側曲面が後側曲面に接続されている前縁部の断面図である。 後退翼を有する羽根車を備えた渦巻ポンプを示す断面図である。 羽根車を収容する羽根車ケーシングを吸込口側から見た図である。 羽根車ケーシングの内面を駆動装置側から見た図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 繊維状物質が溝を通じてボリュート室に移送される様子を示す図である。 舌部に引っかかった繊維状物質を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１乃至図２１において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
　図１は本発明の一実施形態に係る渦巻ポンプの概略断面図である。図１に示される渦巻ポンプは、例えば、下水管を流れる汚水などの液体を移送するために用いられる。図１に示すように、渦巻ポンプは、回転軸１１の端部に固定された羽根車１と、羽根車１を収容する羽根車ケーシング５とを有する。回転軸１１は、モータ２０によって回転され、羽根車１は羽根車ケーシング５内で回転軸１１と一体に回転する。モータ２０と羽根車１との間には、メカニカルシール２１が配置されている。このメカニカルシール２１により、液体がモータ２０に浸入することが防止される。
　羽根車ケーシング５は、羽根車１の周囲に配置されたケーシング本体６と、ケーシング本体６に接続されたケーシングライナ８とを有している。ケーシングライナ８には、円筒状の吸込口３が形成されている。ケーシング本体６の内部には、ボリュート室（渦室）７が形成され、ボリュート室７は、羽根車１の周囲を囲む形状を有している。ケーシング本体６には、吐出口４が形成される。
　羽根車１を回転させると、液体は吸込口３から吸い込まれる。液体には羽根車１の回転により速度エネルギーが付与され、さらに、液体がボリュート室７を通ることによって速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、液体が昇圧される。昇圧された液体は、吐出口４から吐出される。羽根車１の翼（後退翼）２は、羽根車ケーシング５のケーシングライナ８の内面８ａと僅かな隙間をあけて対向している。
　図２は図１のＡ－Ａ線断面図である。図２に示すように、羽根車１は複数（本実施形態では２枚）の後退翼２と、円筒状のハブ１３とを備えている。羽根車１は、回転軸１１に固定されており、モータ（駆動装置）２０によって回転軸１１と一体に実線矢印方向に回転する。回転軸１１の端部はハブ１３に挿入され、羽根車１は締結具（図示しない）によって回転軸１１の端部に固定される。
　後退翼２は、ハブ１３から螺旋状に延びる前縁部２ａと、前縁部２ａから螺旋状に延びる後縁部２ｂとを有している。後退翼２は、ハブ１３から羽根車１の回転方向と逆方向に延びる螺旋形状を有している。
　図２に示すように、羽根車ケーシング５にはボリュート室７の巻き始め部を構成する舌部１０が設けられている。ボリュート室７は、羽根車１の周方向に沿って延びつつ、断面積が徐々に拡大する形状を有している。ボリュート室７を流れる液体は舌部１０で分流され、液体の大部分は吐出口４に流れる一方で、液体の一部はボリュート室７内を循環する（図２に示す点線矢印参照）。
　図３は図１のＢ線矢視図である。図３に示すように、羽根車ケーシング５には、吸込口３および吐出口４が形成されている。吸込口３および吐出口４はボリュート室７に連通している。吸込口３はケーシングライナ８に形成されており、吐出口４はケーシング本体６に形成されている。吸込口３から流入した液体は羽根車１の回転によりボリュート室７に周方向に吐出される。ボリュート室７を流れる液体は吐出口４を通って外部に排出される。
　図４は羽根車ケーシング５の内面をモータ２０側から見た図である。図４では羽根車１の図示は省略されている。図４に示すように、羽根車ケーシング５の内面、より具体的にはケーシングライナ８の内面８ａには、吸込口３からボリュート室７まで螺旋状に延びる溝１８が形成されている。この溝１８は、液体に含まれる繊維状物質を、回転する羽根車１によって吸込口３からボリュート室７に移動させるために設けられている。溝１８は、後退翼２の後縁部２ｂに対向する位置に配置されている。
　図５乃至図９は、繊維状物質９が溝１８を通じてボリュート室７に移送される様子を示す図である。図５乃至図９において、溝１８は二点鎖線で表示されている。図５に示すように、液体に含まれる繊維状物質９は、回転する羽根車１の前縁部２ａによって溝１８の入口に運ばれ、前縁部２ａによって溝１８内に押し込まれる。繊維状物質９は、溝１８と羽根車１の後縁部２ｂとの間に挟まれた状態で、回転する羽根車１の後縁部２ｂにより押されて溝１８に沿って移動する（図６乃至図８参照）。そして、図９に示すように、繊維状物質９は、羽根車１の軸方向から見て後退翼２の終端が溝１８を横切る交点Ｂにおいて、溝１８からボリュート室７に放出される。後退翼２の終端は、後縁部２ｂの外側端部である。
　図１０はボリュート室７内を流れる液体によって運ばれる繊維状物質９を示す図である。図１０に示すように、交点Ｂは、羽根車１の中心点に関して舌部１０の反対側に位置している。交点Ｂでボリュート室７に放出された繊維状物質９は、半径方向外側の方向に作用する遠心力を受けながら流れる液体によってボリュート室７内を運ばれる。つまり、繊維状物質９は、舌部１０から離れる方向に作用する遠心力を受けながらボリュート室７内を移送される。したがって、繊維状物質９は、舌部１０に引っかかることなく、吐出口４を通って外部に排出される。
　図１１は舌部１０と交点Ｂとの位置関係を示す図である。図１１において、基準線ＲＬは、羽根車１の中心点Ｐと舌部１０（より具体的には舌部１０の先端）とを結ぶ線分であり、角度線ＡＬは、羽根車１の中心点Ｐと交点Ｂとを結ぶ線分である。角度θは基準線ＲＬと角度線ＡＬとのなす角度を表している。本実施形態では、交点Ｂは基準線ＲＬの延長線上に位置しており、角度θは１８０度である。つまり、本実施形態の交点Ｂは舌部１０から最も離れた位置にある。
　交点Ｂを基準線ＲＬの延長線上に位置させることにより、繊維状物質９は舌部１０から最も離れた位置でボリュート室７に放出される。したがって、繊維状物質９が羽根車ケーシング５内に流入しても、繊維状物質９は舌部１０に引っかかることなく、吐出口４を通って外部に排出される。ただし、繊維状物質９の長さによっては、角度θは１８０度でなくてもよい。例えば、比較的短い繊維状物質が羽根車ケーシング５内に流入した場合、繊維状物質は図１１に示す位置Ｂよりも舌部１０に近い位置でボリュート室７に放出されても、舌部１０に引っかかることなく、吐出口４を通って外部に排出される。
　図１２および図１３は、溝１８の他の配置例を示す図である。図１２に示す例では、角度θは１８０度よりも小さく、図１３に示す例では、角度θは１８０度よりも大きい。いずれの例でも、交点Ｂは、羽根車１の中心点に関して舌部１０の反対側に位置している。
　角度線ＡＬと基準線ＲＬとのなす角度θは、好ましくは、９０度から２７０度の範囲であり、さらに好ましくは、１３５度から２２５度の範囲である。角度θがこの範囲内にあれば、繊維状物質は舌部１０に引っかかることなく、吐出口４を通って外部に排出される。
　図１４は、図１に示した渦巻ポンプの羽根車１の斜視図である。図１４に示されるように、羽根車１は、回転軸１１が固定されるハブ１３を有する円板状のシュラウド１２と、ハブ１３から螺旋状に延びる後退翼２と、を有する。ハブ１３には、回転軸１１の端部が挿入される貫通孔１３ａが形成されている。後退翼２の全体は、ハブ１３から羽根車１の回転方向と逆方向に延びる螺旋形状を有している。
　後退翼２は、ハブ１３から螺旋状に延びる前縁部２ａと、前縁部２ａから螺旋状に延びる後縁部２ｂを有する。前縁部２ａは、ハブ１３から羽根車１の回転方向と逆方向に延びている。したがって、前縁部２ａの外端２ｄは、回転軸１１の回転方向において、前縁部２ａの内端２ｃよりも後方に位置される。後縁部２ｂは、ケーシングライナ８の内面８ａと僅かな隙間をあけて対向している。羽根車１が回転したときに、前縁部２ａの外端２ｄは、溝１８の入口１８ａ（図１５参照）を横切って移動する。図１５は図１に示した渦巻ポンプのケーシングライナの断面図である。
　図１６は、図１４に示した後退翼２の前縁部２ａのＣ－Ｃ線断面図である。図１７は、図１４に示した後退翼２の前縁部２ａのＤ－Ｄ線断面図である。図１８は、図１４に示した後退翼２の前縁部２ａのＥ－Ｅ線断面図である。図１６、図１７、および図１８に示されるように、前縁部２ａは、該前縁部２ａの内端２ｃから外端２ｄにわたって形成される前側曲面２ｅを有する。前側曲面２ｅは、前縁部２ａの最も前側の表面である。すなわち、前側曲面２ｅは、前縁部２ａの回転方向（すなわち、羽根車１の回転方向）において最も前側に位置する、前縁部２ａの表面であり、前縁部２ａの内端２ｃから外端２ｄにわたって形成される。
　前側曲面２ｅの断面は、曲率半径ｒ１の円弧である。本実施形態では、曲率半径ｒ１は、図１６、図１７、および図１８に示されるように、前縁部２ａの内端２ｃから外端２ｄにわたって一定である。前側曲面２ｅの曲率半径ｒ１は、前縁部２ａの内端２ｃから外端２ｄにわたって異なっていてもよい。例えば、前側曲面２ｅの曲率半径ｒ１は、ハブ１３からの距離に従って徐々に大きくなってもよいし、徐々に小さくなってもよい。
　前縁部２ａは、その内端２ｃから外端２ｄにわたって形成される前側曲面２ｅを有しているので、図１９（ａ）に示されるように、前縁部２ａ上に載った繊維状物質９は、図１９（ｂ）に示されるように、前縁部２ａに引っかかることなく、円滑に前縁部２ａの外端２ｄに向かって移動し、図１９（ｃ）に示されるように、前縁部２ａの外端２ｄに到達する。したがって、前縁部２ａは、繊維状物質９を、溝１８の入口１８ａ（図１５参照）まで円滑に導くことができる。
　図２０は、前縁部２ａの外端２ｄまで導かれた繊維状物質９が前側曲面２ｅによって溝１８に押し込まれる状態を示す模式図である。上述したように、羽根車１が回転したときに、後退翼２の前縁部２ａの外端２ｄは、ケーシングライナ８の内面８ａに形成された溝１８（図１５および図４参照）を通過する。図２０に示されるように、外端２ｄまで導かれた繊維状物質９は、該外端２ｄが溝１８上方を通過する時に、前側曲面２ｅによって溝１８に押し込まれる。前側曲面２ｅは、前縁部２ａの外端２ｄまで形成されているので、繊維状物質９は、前縁部２ａの外端２ｄに引っかかることなく、前側曲面２ｅによって溝１８に押し込まれる。その結果、繊維状物質９を溝１８内に確実に移動させることができる。
　図１６、図１７、および図１８に示されるように、前縁部２ａは、該前縁部２ａの内端２ｃから外端２ｄにわたって形成される後側曲面２ｆを有してもよい。後側曲面２ｆは、前縁部２ａの最も後側の面である。すなわち、後側曲面２ｆは、前縁部２ａの回転方向（すなわち、羽根車１の回転方向）において最も後側に位置する、前縁部２ａの表面であり、羽根車１の回転方向において前側曲面２ｅよりも後方に位置している。後側曲面２ｆは、前側曲面２ｅと同様に、前縁部２ａの内端２ｃから外端２ｄにわたって形成される。
　後側曲面２ｆの断面は、曲率半径ｒ２の円弧である。本実施形態では、曲率半径ｒ２は、図１６、図１７、および図１８に示されるように、前縁部２ａの内端２ｃから外端２ｄにわたって一定である。後側曲面２ｆの曲率半径ｒ２は、前側曲面２ｅの曲率半径ｒ１と同じであってもよいし、異なっていてもよい。さらに、後側曲面２ｆの曲率半径ｒ２は、前縁部２ａの内端２ｃから外端２ｄにわたって異なっていてもよい。例えば、後側曲面２ｆの曲率半径ｒ２は、ハブ１３からの距離に従って徐々に大きくなってもよいし、徐々に小さくなってもよい。
　前縁部２ａが前側曲面２ｅだけでなく後側曲面２ｆも有している場合、繊維状物質９をより円滑に前縁部２ａ上で滑らせることができる。その結果、前縁部２ａは、繊維状物質９を前縁部２ａの外端２ｄにまで円滑に導くことができる。さらに、繊維状物質９は、前縁部２ａの外端２ｄに引っかかりにくくなる。その結果、前縁部２ａの前側曲面２ｅは、繊維状物質９を溝１８の入口１８ａ（図１５参照）により確実に押し込むことができる。
　上述したように、羽根車１の回転に伴って、前側曲面２ｅ上の繊維状物質９は、前縁部２ａの外端２ｄに向かって滑る。前縁部２ａの厚さｔ（図１６、図１７、および図１８参照）に対する前側曲面２ｅの曲率半径ｒ１の比（すなわち、ｒ１／ｔ）が小さくなるほど、前縁部２ａは尖っていく。ｒ１／ｔが１／７以上のときに、前縁部２ａに載った繊維状物質９を、前縁部２ａの外端２ｄに向かってより円滑に導き、かつ溝１８により確実に押し込むことができることが確認されている。したがって、ｒ１／ｔは、好ましくは、１／７以上である。
　ｒ１／ｔが、大きくなるほど、渦巻ポンプの吐出性能は低下する。渦巻ポンプの吐出性能の低下を抑制しつつ、繊維状物質９を円滑に前縁部２ａの外端２ｄに滑らせるためのｒ１／ｔの最適値は１／４である。したがって、ｒ１／ｔが１／４以上であるのがより好ましい。
　図２１は、前縁部２ａの厚さｔに対する前側曲面２ｅの曲率半径ｒ１の比（ｒ１／ｔ）と、前縁部２ａの厚さｔに対する後側曲面２ｆの曲率半径ｒ２の比（ｒ２／ｔ）が１／２であり、前側曲面２ｅが後側曲面２ｆに接続されている前縁部２ａの断面図である。図２１に示されるように、ｒ１／ｔおよびｒ２／ｔが１／２であり、前側曲面２ｅが後側曲面２ｆに接続されている場合、前縁部２ａの断面は完全な円弧となる。この場合、前縁部２ａが最も丸められた形状を有するので、繊維状物質９は、より円滑に前縁部２ａ上を外端２ｄに向かって滑ることができる。したがって、ｒ１／ｔは、１／２以下であるのが好ましい。
　図１６、図１７、および図１８に示されるように、前縁部２ａの厚さｔは、ハブ１３からの距離に従って徐々に減少している。一方で、前側曲面２ｅの曲率半径ｒ１と、後側曲面２ｆの曲率半径ｒ２は、前縁部２ａの内端２ｃから外端２ｄまで一定である。したがって、ｒ１／ｔおよびｒ２／ｔは、ハブ１３からの距離に従って徐々に大きくなる。このような構成によれば、渦巻ポンプの吐出性能の低下を抑えつつ、前縁部２ａは、繊維状物質９を、溝１８の入口１８ａ（図１５参照）に向かって円滑に導くことができる。
　上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
　本発明は、繊維状物質を含む液体を移送する渦巻ポンプに利用可能である。
　１，１００　　　羽根車
　２，１０１　　　後退翼
２ａ，１０１ａ　　　前縁部
２ｂ，１０１ｂ　　　後縁部
２ｃ　　　内端
２ｄ　　　外端
２ｅ　　　前側曲面
２ｆ　　　後側曲面
　３，１０６　　　吸込口
　４，１０７　　　吐出口
　５，１０５　　　羽根車ケーシング
　６　　　　ケーシング本体
　７，１１３　　　ボリュート室
　８　　　　ケーシングライナ
　９，１０９　　　繊維状物質
１０，１１０　　舌部
１１，１０２　　　回転軸
１２　　　シュラウド
１３　　　ハブ
１８，１０８　　　溝
２０　　　モータ
２１　　　メカニカルシール
ＲＬ　　　基準線
ＡＬ　　　角度線
Ｐ　　　　羽根車の中心点

Claims (4)

  1. 　翼を有する羽根車と、
    　前記羽根車を収容する羽根車ケーシングとを備え、
    　前記羽根車ケーシングは、ボリュート室と、前記ボリュート室に連通する吸込口および吐出口と、前記ボリュート室の巻き始め部を構成する舌部とを備え、
    　前記羽根車ケーシングの内面には、前記吸込口から前記ボリュート室まで延びる溝が形成されており、
    　前記羽根車の軸方向から見て前記翼の終端が前記溝を横切る交点は、前記羽根車の中心点に関して前記舌部の反対側に位置することを特徴とする渦巻ポンプ。
  2. 　前記羽根車の中心点と前記舌部とを結ぶ基準線と、前記羽根車の中心点と前記交点とを結ぶ線分とのなす角度は、９０度から２７０度の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の渦巻ポンプ。
  3. 　前記基準線と、前記線分とのなす角度は、１３５度から２２５度の範囲内であることを特徴とする請求項２に記載の渦巻ポンプ。
  4. 　前記交点は前記基準線の延長線上に位置していることを特徴とする請求項３に記載の渦巻ポンプ。
PCT/JP2016/059379 2015-03-27 2016-03-24 渦巻ポンプ Ceased WO2016158666A1 (ja)

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