叶轮和装有此叶轮的污水处理用泵.pdf

叶轮和装有此叶轮的污水处理用泵 
    【技术领域】

    本发明涉及叶轮和装有此叶轮的污水处理用泵。 

    背景技术

    历来，在污水处理用的叶轮当中，主要使用涡流式、不堵塞式或螺旋式的叶轮。在内部设有螺旋状流道的叶轮也是已知的(参照特公昭28‑5840)。 

    在处理混入夹杂物等异物的污水用的泵当中，特别是在低流量区，容易发生异物缠绕或在叶轮内堵塞的问题。 

    【发明内容】

    本发明提供具有螺旋状流道的叶轮，以及装有此叶轮的污水处理用泵，能够即使低流量区也不易产生异物缠绕或者在叶轮内发生的堵塞，而且能够满足泵的效率。 

    本发明的叶轮，是在一端形成吸入口、在另一端侧的侧方形成排出口、在内部划分形成有将上述吸入口和上述排出口连接的螺旋状流道的略呈圆筒状的叶轮。 

    上述叶轮包括凸缘部、一次叶片和二次叶片，该凸缘部在外周面中，相比于上述排出口从上述吸入口侧的部分沿着上述外周面向外突出，并且将上述吸入口侧和上述排出口侧分隔开，该一次叶片划分出上述螺旋状流道，而该二次叶片按照将比上述凸缘部更靠近上述排出口侧的外周部分的一部分向着内侧削除的形状形成，划分出与上述螺旋状流道连续的且沿着外周面转的二次流道。 

    上述叶轮是所谓封闭型的叶轮，由凸缘部把吸入口侧和排出口侧分隔开。因此，能够减少夹杂物等缠绕在叶轮内造成的堵塞。由吸入口至排出口的流道(一次流道)是螺旋状的流道。因此，减小了在叶轮内部的污水的滞留区域，夹杂物等平滑地流过螺旋状流道。从而夹 杂物等很难堵塞在叶轮内。 

    在上述叶轮内，由于设有二次叶片，形成了与螺旋状流道连续而且沿着外周面的二次流道。由此不止是一次叶片，而且二次叶片也输送由吸入口吸入的污水，结果，提高了排出压力，也就提高泵的效率。 

    从而，上述叶轮能够同时提高异物的通过性和提高泵效率。 

    此外，由于二次叶片制造成向内侧效率：η＝(ρgQH)/L 

    叶轮圆周速度(m/s)：U₂＝2πR₂n/60 

    状，与不具有二次叶片的叶轮相比，能够谋求轻量化。 

    优选上述二次叶片旋转遍及半周以上的长度。由此可实现泵效率的进一步提高。 

    一次叶片出口端和二次叶片出口端的边界部分优选以曲线连续地形成。 

    叶片出口侧的前端和圆周切线所夹的角是叶片出口角，二次叶片的出口角优选小于一次叶片的出口角。 

    上述二次流道可以制造成大致圆周状。 

    由此，与将二次流道制造成螺旋状的情况相比，缩短了叶轮在轴向的长度。因此能够促进叶轮的小型化。 

    本发明的污水处理用泵包括了上述叶轮、形成吸入口和排出口并覆盖上述叶轮的壳体以及使上述叶轮旋转的电机。 

    由此得到难于缠绕异物而且高效率的泵。 

    【附图说明】

    图1是污水处理用泵的截面图。 

    图2是从上面看叶轮的立体图。 

    图3是从下面看叶轮的立体图。 

    图4是叶轮的平面图。 

    图5是图4的D1方向视图。 

    图6是图4的D2方向视图。 

    图7是图4的D3方向视图。 

    图8是图4的D4方向视图。 

    图9是图4的D5方向视图。 

    图10是图4的D6方向视图。 

    图11是图4的D7方向视图。 

    图12是图4的D8方向视图。 

    图13是图5的XIII‑XIII线截面图。 

    图14是图6的XIV‑XIV线截面图。 

    图15是图7的XV‑XV线截面图。 

    图16是图8的XVI‑XVI线截面图。 

    图17是图9的XVII‑XVII线截面图。 

    图18是图10的XVIII‑XVIII线截面图。 

    图19是图11的XIX‑XIX线截面图。 

    图20是图12的XX‑XX线截面图。 

    图21是图5的XXI‑XXI线截面图。 

    图22是图5的XXII‑XXII线截面图。 

    图23(a)是在确认实验中使用的实施例1的叶轮的与图22相当的图；(b)是实施例2的叶轮的与图22相当的图；(c)是比较例的叶轮的与图22相当的图。 

    图24是表示流量系数和轴动力系数之间关系的图。 

    图25是表示流量系数和功率以及扬程系数之间关系的图。 

    图26是叶轮的一个实施变性例的与图13相当的图。 

    【具体实施方式】

    下面基于附图详细说明本发明的实施方式。 

    如在图1中所示，实施方式所涉及的污水处理用泵10是一种涡轮式的水中泵。泵10包括叶轮11、覆盖着叶轮11的泵壳12、使叶轮11旋转的密闭型水中电机13。 

    水中电机13包括由定子14和转子15组成的电机16，以及覆盖着电机16的电机壳17。在转子15的中心固定着在上下方向延伸的驱动轴18。在驱动轴18的上端和稍微靠下的中间部分分别由轴承19、20支撑，能够自由地旋转。在驱动轴18的下端，连接着叶轮11。 

    在泵壳12的内部，形成有由截面以半圆形凹入的内壁25划分出的泵室26。叶轮11的排出部28(参照图2)就容纳在此泵室26中。在泵壳12的下部，形成下边突出的吸入部21。在吸入部21上形成向 下开口的吸入口22。在泵壳12的侧面，形成向侧向突出的排出部23。在排出部23，形成向侧向开口的排出口24。 

    如在图2中所示，在叶轮11上，在轴向由下而上依次设置吸入部27和排出部28。吸入部27和排出部28都形成大致的圆筒状，排出部28的直径大于吸入部27。排出部28和吸入部27被从叶轮11的外周面向外突出的凸缘部40分隔开。 

    如在图3中所示，在吸入部27的下端，设有向下开口的吸入口29。又如在图2中所示，排出部28的上侧被上端壁30覆盖着。也就是说，叶轮11的上侧由上端壁30进行密闭。 

    在上端壁30在中心部分，形成插入驱动轴18前端的孔32，此孔32的周围构成安装驱动轴18用的安装部31。上端壁30的一部分(在此是上端壁30的一半)向下凹进。这使得叶轮11整体实现重量平衡的均匀化，用来提高旋转的稳定性。这就是说，上端壁30的一边(叶轮11重量大的一边)形成被削去的形状。但是，上端壁30的凹入部33，其尺寸和形状都没有任何限制。此凹入部33并非是必要的，上端壁30的形状没有特别的限制。上端壁30的上面也可以是一个面。 

    如在图9～图11和图21中所示，在排出部28的侧面形成排出口34。如在图13～图20中所示，在叶轮11的内部，从吸入口29至排出口34，划分出螺旋状的一次流道35。在本说明书中，划分出此一次流道35的分区壁被称为一次叶片36。而如在图21中所示，排出口34向着一次流道35的螺旋状流道的延长方向开口。 

    排出部28在外周面上的一部分，形成沿着外周面的内侧被削去的形状。由此，在排出部28中的一次流道35的下游，在外周面上形成向内凹进的流道37。这就是说，在排出部28的外周面的一部分，形成与一次流道35相连续的二次流道37。在本说明书中，划分出此二次流道37的分区壁被称为二次叶片38。 

    在本实施方式中，二次流道37是非螺旋状的流道，其流道中心位于与轴向直交的同一个平面内。这就是说，二次叶片38是所谓的半径流型叶片，此叶片38在与轴向直交的方向(径向向外)排出污水。如在图6～8中所示，二次流道37的流道宽度，随着向下游前进而变窄。而如在图21～22中所示，二次叶片38的厚度也随着向下游前进而变薄。 

    在本实施方式中，二次流道37，在半周以上的长度上围绕着排出部28。如在图8中所示，二次流道37的下游一直延续到排出口34附近。二次流道37的长度，优选超过半周而不到一周。但是，二次流道37的长度没有特别的限制。 

    如在图21中所示，设定二次叶片38的叶片出口角θ2小于一次叶片36的叶片出口角θ1。所谓叶片出口角，定义为叶片出口前端与圆周切线形成的角度。在本叶轮11中，由于一次流道35和二次流道37是连续的，所以一次叶片36的出口前端(下游端)36A与二次叶片38的上游是连续的。一次叶片36的出口端与二次叶片38出口端的边界连续地形成曲线。一次叶片36和二次叶片38的平滑过渡的。 

    通常，使用表示叶片曲线的规定系数进行叶片的设计。在本实施方式中，设计一次叶片36和二次叶片38时使用的系数是不同的。 

    下面说明为了确认二次叶片38的效果所进行的实验。 

    如在图23(a)～(c)中所示，在进行本确认实验时，使用了上述实施方式的叶轮(实施例1，参照图23(a))、在上述实施方式中二次流道37的长度被缩短(具体说，二次流道37的长度不到半周)的叶轮(实施例2，参照图23(b))，以及只有一次流道35而没有二次叶片38的叶轮(比较例，参照图23(c))。实验结果显示在图24和图25中。 

    各个参数如下： 

    流量系数：φ＝Q/(2πR₂b₂U₂) 

    扬程系数： 

    轴动力系数：λ＝L/(ρπR₂b₂U₂³) 

    效率：η＝(ρgQH)/L 

    叶轮圆周速度(m/s)：U₂＝2πR₂n/60 

    Q：流量(m³/s)        H：全扬程(m) 

    L：轴动力(W)         n：旋转速度(min^‑1) 

    b₂：叶片出口宽度(m)  R₂：叶轮出口半径(m) 

    ρ：水的密度(kg/m³)  g：重力加速度(m/s²) 

    从图25可以看出，具有二次叶片38的叶轮(实施例1、实施例2)与没有二次叶片38的叶轮(比较例)相比，可以确认效率η和扬程系数 都增大。而二次流道37的长度更长的，其效率η和扬程系数 都更大。 

    如上所述，在本叶轮11中，通过设置将排出部28的外周面向着内侧削去那样形状的二次叶片38，形成了与螺旋状的一次流道35相连续的二次流道37。因此，即使没有将叶轮11大型化，也能够延长流道的总长度。由于用一次叶片36和二次叶片38两者来输送从吸入口29吸入的污水，就能够提高排出压力，或者说能够提高泵的效率。 

    由于二次叶片38是削掉排出部28的外周部分形成的，使得叶轮11在径向的长度缩短。因此，可以实现叶轮11的小型化。也就能够实现叶轮11的轻量化。 

    由于二次流道37不是螺旋状，而是形成为大致圆周状的，设置二次流道37就没有必要延长叶轮11的轴向长度。从而，即使与轴向长度有关也维持或促进了叶轮11的小型化和轻量化。 

    另外，由于从吸入口29到排出口34，形成了螺旋状的一次流道35，减小了流道内的停滞区，污水平滑地流过一次流道35。为此，在污水中所含的夹杂物等异物就难以堵塞叶轮11的内部。从而能够保持良好的异物通过性，可以达到同时提高通过性和效率。 

    叶轮11是用凸缘部40将吸入部27和排出部28分隔开的封闭型叶轮。就这一点也能够有效地防止缠绕上异物。 

    变形实施例 

    本发明涉及的叶轮和泵不限于如上所述的实施方式，也包括各式各样的实施变形例。 

    一次流道35或二次流道37的流道截面形状当然也不限于上述实施方式。比如，在上述实施方式中，二次叶片38的流道截面是半圆形的(参照图13等)，可是二次叶片38的流道截面也可以是半椭圆形的，还可以是如在图26中所示大致コ字形的。对于二次叶片38的流道截面形状没有任何的限制。 

    上述实施方式是所谓半径流型叶轮，污水在与轴向正交的方向排出。但是，涉及本发明的叶轮并不限于半径流型的叶轮，污水在斜上方排出的所谓斜流型(也称为混流型)的叶轮也是可以的。 

    在上述实施方式中，二次流道37略呈圆周状。但是，二次流道37 也可以制造成螺旋状的。二次流道37也可以是用与一次流道35不同的参数表示的螺旋状流道，二次流道38还可以包围在一周以上的长度上。 

    在上述实施方式中，叶轮11放置的姿态是吸入口29竖直向下开口，但是放置叶轮11的姿态没有任何限制。比如，吸入口29可以向着横向，无论叶轮11是否横向放置都是可以的。在上述的说明中，只是一种方便于说明的方向，实际上的放置方向是没有任何限制的。 

    如上所述，本发明是可用于输送流体的涡轮式泵。本发明特别可用于输送含有夹杂物等的污水的污水处理用泵。