JP2002021792A - 排水ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】主ポンプの運転に必要な補機の数を減らすこと
ができ、僅かな設備投資で、保守性、信頼性に優れ、ま
た、ポンプ機場の機器全体の管理運転が容易に行える排
水ポンプ装置を提供する。 【解決手段】吐出配管１５を接続した主ポンプ１と、こ
の主ポンプ１を減速機３を介して駆動する主原動機２
と、少なくともこれらの駆動系を冷却する冷却水系統を
含む補機とから構成される排水ポンプ装置において、上
記吐出配管１５の吐出弁１６上流側に分岐管１３を設
け、この分岐管１３に、ポンプ揚水液と前記冷却水系統
内を流動する流体とが熱交換できる熱交換器１４を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水ポンプ装置に
係り、特に、排水機場等に設置され、雨水など多量の原
水を排出，処理する排水ポンプ機場の信頼性を向上する
のに好適な排水ポンプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、排水ポンプ機場の設備機器にお
ける冷却水系統に関する従来技術を、立軸雨水排水ポン
プを例にとり、図４を参照して説明する。

【０００３】図４は、従来の立軸雨水排水ポンプにおけ
る冷却水系統図である。

【０００４】図４において、１は主ポンプ、２は主ポン
プ駆動用原動機、３は動力伝達装置（減速機）、１４は
管内クーラで、この管内クーラ１４は、主ポンプ１に接
続する吐出配管１５の吐出弁１６の上流側に設けられて
いる。１０は、冷却水系の揚水ポンプ、１１は、揚水ポ
ンプ１０で揚水された冷却水を蓄える膨張タンク、１２
は、冷却水配管系１３に具備された機付冷却水ポンプで
ある。

【０００５】なお、本例では主ポンプ１に軸封水、軸受
冷却水を供給していない、いわゆる無給水型ポンプであ
る。

【０００６】以下、冷却水の流れを説明する。

【０００７】揚水ポンプ１０で揚水された冷却水は、一
度膨張タンク１１に蓄えられ、自然流下等により機付冷
却水ポンプ１２を介して、主ポンプ駆動用原動機２およ
び動力伝達装置３に供給され各機器の冷却を行う。機器
冷却に伴う熱交換により温度の上昇した冷却水は、管内
クーラ１４により、主ポンプ１で揚水された取扱液（ポ
ンプ揚水液）と熱交換されたのち、機付冷却水ポンプ１
２の上流の冷却水配管１３へ戻る。このような冷却方式
を管内クーラ方式といい、主ポンプの無水化とあわせ
て、冷却水系統の簡素化を図る場合などに用いられてい
る。

【０００８】ところで排水機場は、その目的上、いかな
る時にも確実な排水が要求される。そのため、排水機場
設備の機能を維持することと故障要因を早期発見する観
点から、通常、平常時における当該排水機場の設備機器
の機能を確認する、いわゆる管理運転が行われている。
この管理運転は、各機器の実運転状態を再現することが
もっとも好ましいが、排水機場の規模および周辺状況な
どの要因によつては、部分的な機器の管理運転しか行え
ない場合が多い。

【０００９】その中でも、主ポンプ駆動用原動機２のみ
の管理運転を行うことがあるが、この場合、図４に示す
上記管内クーラ方式では、管内クーラ１４が主ポンプ１
の吐出配管１５途中に設置されているため、雨水などの
少ない平常時においては、主ポンプ１に対する水量が足
りなくてポンプ揚水液による冷却効果が得られず、長時
間の管理運転を行うことができなかった。また、河川の
排水制限などにより、主ポンプによる排水運転ができな
い場合には、システム全体の管理運転を実施できないと
いう問題があった。

【００１０】一方、近年、排水機場の信頼性向上の観点
から、主ポンプ、主ポンプ駆動用原動機、動力伝達装置
（減速機）などの主機といわれる機器以外の、いわゆる
補機（例えば、冷却水系統の揚水ポンプ等）の数を減ら
すことが要求されている。

【００１１】主ポンプの運転に必要とする補機が減るこ
とは、それだけ排水機場設備の故障要因が減ると言うこ
とであり、ひいては該設備システムの信頼性を向上させ
ることができることになる。前記管内クーラ方式はこれ
らの要求に対応しようとしたものである。

【００１２】また、機器については、これら従来技術の
問題点に対し、主ポンプでは軸受部にセラミックス軸
受、軸封部には無給水軸封装置を用いて無水化を図るこ
とや、減速機については、空冷化により外部からの冷却
水を不要とすることなどが開発されてきた。

【００１３】さらに、主ポンプ駆動用原動機についても
冷却水が不要なガスタービン機関が実用化され、ポンプ
設備の完全無水化が実現できるようになってきた。

【００１４】このようなシステムおよび機器の技術進歩
により、管理運転時に必要であった冷却水の供給が不要
となり、また補機を削除できることによる排水機場の信
頼性向上も実現可能になってきた。しかし、これらのシ
ステムは未だ高価なものであり、採用に当たっては十分
な検討が必要である。また、すでに据え付けられている
ポンプ設備を前記完全無水化システムに更新するに当た
っては、各機器を新たに新製する必要があり、かつ大が
かりな工事となるため、はなはだ不経済であった。

【００１５】管理運転を行い得る従来技術としては、例
えば、実開平１−１４１３９３号公報（実願昭６３−３
８２２４号）に記載の手段があり、これによつて、シス
テム全体の管理運転が可能である。しかし、上記公報記
載の技術は、主ポンプ吸込筒の周壁内に駆動装置の冷却
水通路とこの冷却水通路と熱交換を行う熱交換水通路と
を形成し、かつ熱交換水通路入口に、ポンプが気中運転
しうる最高水位レベル以下の位置に吸込ベルマウスの開
口端が配されたサブポンプの吐出口を連結したものであ
る。その方法では、主ポンプ自身に熱交換器が設けられ
ているため、当該熱交換器のメンテナンス時に主ポンプ
を取り外す必要があり、保守性において問題があった。
また、河川の排水制限などにより、主ポンプによる排水
運転ができない場合には、システム全体の管理運転を行
えない問題は改善されていなかった。

【００１６】また、例えば特開平８−１０５３９９号公
報記載の先行待機形ポンプの駆動機の冷却装置では、主
ポンプの駆動機の冷却水の循環路に迂回路を設け、この
迂回路に設けた補助クーラを吸水槽の底部に水没させた
ものが開示されており、吸水槽の水で冷却水系の水を冷
却して駆動機の過熱を防止している。

【００１７】しかし、このような水槽設置式クーラはメ
ンテナンス性に劣るばかりか、水質による影響および異
物の堆積による冷却性能の低下などの問題があつた。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来の管内クーラ方式
によれば、補機を削減することはできるが、管内クーラ
設置のために十分な建屋スペースが必要であり、また、
主配管途中に設置されるため、メンテナンス性も良くな
かった。

【００１９】本発明は、このような問題点を解決するた
めに為されたもので、主ポンプの運転に必要な補機の数
を減らすことができ、僅かな設備投資で、保守性、信頼
性に優れた排水ポンプ装置を提供することを、その目的
とするものである。

【００２０】また、本発明の他の目的は、ポンプ機場の
機器全体の管理運転が容易に行え、冷却水系統を自己完
結型にすることにより、保守性、信頼性を向上させた排
水ポンプ装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るために、本発明に係る排水ポンプ装置の第一の構成
は、吐出配管を接続した主ポンプと、この主ポンプを動
力伝達装置を介して駆動する主原動機と、少なくともこ
れらの駆動系を冷却する冷却水系統を含む補機とから構
成される排水ポンプ装置において、上記主ポンプまたは
吐出配管の吐出弁上流側に分岐管を設け、当該分岐管
に、ポンプ揚水液と前記冷却水系統内を流動する流体と
が熱交換できる熱交換器を設けたものである。

【００２２】また、上記第二の目的を達成するために、
本発明に係る排水ポンプ装置の第二の構成は、吸込側を
吸水槽に位置し吐出配管を接続した主ポンプと、この主
ポンプを動力伝達装置を介して駆動する主原動機と、少
なくともこれらの駆動系を冷却する冷却水系統を含む補
機とから構成される排水ポンプ装置において、上記主ポ
ンプまたは吐出配管の吐出弁上流側に分岐管を設け、当
該分岐管に、ポンプ揚水液と前記冷却水系統内を流動す
る流体とが熱交換できる熱交換器を設けるとともに、前
記分岐管を吸水槽に導き、排水ポンプ機場の管理運転を
行いうるように構成したものである。

【００２３】上記技術的手段による働きは次のとおりで
ある。

【００２４】本発明の排水ポンプ装置では、主ポンプの
吐出配管の吐出弁上流側から分岐させた分岐管途中に、
当該分岐管に本装置の駆動系を冷却する熱交換器が設け
られているため、当該分岐管を用いることにより、排水
ポンプ機場の設備機器全体の管理運転を行うことができ
る。また、主ポンプの揚水により熱交換を行うため、補
機の数を減らすことができ、機場の設備の信頼性を向上
させることができる。

【００２５】さらに、主ポンプをセラミックス軸受、無
給水軸封装置の採用により無水化できれば、既存の設備
を新製することなく、熱交換器等の機器を追加すること
で、システム全体の信頼性を飛躍的に向上させることが
できる。

【００２６】また、従来の管内クーラ方式に比べ、熱交
換器自体を小さくすることができるため、機器が安価で
あり、かつ設置スペースも小さくすることができること
により、維持管理面においても優位である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１ないし図３を参照して説明する。

【００２８】〔実施の形態 １〕図１は、本発明の一実
施の形態を示す排水ポンプ装置の冷却水系統図、図２
は、本発明を適用する排水ポンプ機場の構成図である。
図１において、図４と同一符号のものは従来技術と同等
機器を示す。

【００２９】まず、図２を参照して、本発明を適用する
排水ポンプ機場の概要を説明する。

【００３０】図２に示す排水ポンプ機場では、吸込水路
６から流れ込む流水は、除塵機７によりポンプの運転に
支障を来す大きさの異物が取り除かれ、吸水槽８を通っ
て主ポンプ１により汲み上げられ、吐出管１５を経て吐
出水路９へ排水される。ここで、主ポンプ１は、例えば
立軸雨水排水ポンプである。

【００３１】吐出管１５には、主ポンプ１の始動、停止
時の流水の変化を緩やかにしてサージを軽減するととも
に平常時または主ポンプ１の分解時に吐出側を止水する
ための吐出弁１６、主ポンプ１の急停止時の流水の逆流
を防ぐための逆流防止弁１７が取り付けられている。

【００３２】また、主ポンプ１の動力は、主ポンプ駆動
用原動機２から動力伝達装置（減速機）３を介して主ポ
ンプ１に伝達される。

【００３３】このような排水機場における排水ポンプ装
置の冷却水系統を図１を参照して説明する。図１，２に
おいて、同一機器は同一符号を付している。

【００３４】図１において、１は主ポンプ、２は主ポン
プ駆動用原動機、３は動力伝達装置である。

【００３５】１１は、水源からの冷却水を蓄える膨張タ
ンク、１２（１２ａ，１２ｂの総称）は、冷却水配管系
１３（１３ａ，１３ｂの総称）に具備された機付冷却水
ポンプである。

【００３６】２０は、主ポンプ１に接続する吐出配管１
５の吐出弁１６の上流側から分岐した分岐管で、この分
岐管２０は、図２に示すように吸水槽８に導かれてい
る。２１は、２１−１，２１−２よりなる熱交換器で、
この熱交換器２１（２１−１，２１−２の総称）は、分
岐管２０に設けられている。

【００３７】なお、本例では主ポンプ１に軸封水、軸受
冷却水を供給していない、いわゆる無給水型ポンプであ
る。

【００３８】主ポンプ１は、主ポンプ駆動用原動機２で
発生した動力を動力伝達装置（減速機）３を介してもら
い受け、水を揚水する。主ポンプ駆動用原動機２および
動力伝達装置３などの駆動系は、それぞれ運転時に熱が
発生するため、膨張タンク１１から自然流下を利用し冷
却水配管１３ａにより冷却水を供給する。この冷却水
は、主ポンプ駆動用原動機２に付属の機付冷却水ポンプ
１２ａ，１２ｂにより主ポンプ駆動用原動機２および動
力伝達装置３に供給され、各機器との間で熱交換を行っ
たのち、熱交換器１４（１４−１，１４−２）でポンプ
揚水液と冷却水系統配管内を流動する原水とで再度熱交
換を行い、所定の水温に戻されてから戻り冷却水配管１
３ｂにより機付冷却水ポンプ１２の上流の膨張タンク１
１に戻る。これらの冷却水系の流れがポンプ運転時常に
行われている。

【００３９】本方式によれば、冷却水系統において、ポ
ンプ運転時起動が必要な補機、例えば従来必要としてい
た二次冷却水系統の機器が必要でなく、少なくとも、図
４の従来技術で示した揚水ポンプ１０は無くてもよく、
主ポンプ駆動用原動機２が運転されることにより、前記
機付冷却水ポンプ１２で冷却水が各機器に供給されるよ
うになっている。このため、ポンプ起動スピードが大幅
にアップする。また、補機の数が少なくなることによ
り、故障等のトラブルを起こす要因が減少するため、排
水ポンプ設備機器の信頼性が向上する。

【００４０】熱交換器２１は、図２に示すように、排水
機場の陸上、例えばポンプ据付床面などに設置されるも
ので、かつ主ポンプ１または吐出配管１５の吐出弁１６
上流側に設けられた分岐管２０の途中に設置されてい
る。このため、前記特開平８−１０５３９９号公報記載
の如き、従来の水槽設置式クーラ（吸水槽・吐出槽クー
ラ）に比べ、メンテナンス性がよく、また機器の据付に
おいても、既存の建屋寸法内に設置可能であるため、工
事等のコスト面においても優位である。

【００４１】〔実施の形態 ２〕図３は、本発明の他の
実施の形態を示す排水ポンプ装置の冷却水系統図であ
る。図中、図１と同一符号のものは先の第一の実施の形
態と同等機器であるから、その説明を省略する。

【００４２】図３において、８は吸水槽を示し、分岐管
２０とは別に、吐出配管１５の吐出弁１６上流側から吸
水槽８へ第２の分岐管２２が配設されている。

【００４３】図３に示す排水ポンプ設備では、熱交換器
２１（２１−１，２１−２）は主ポンプ１に接続する吐
出配管１５の吐出弁１６上流側から分岐された分岐管２
０の途中に設置されており、当該分岐管２０は吸水槽８
へ戻っている。また、第２の分岐管２２も吸水槽８へ戻
っている。このため、吐出弁１６を閉じて運転すれば、
揚水を吐出側へ排水することなく吸水槽８へ戻すことが
でき、ポンプの実負荷運転を行うことができる。

【００４４】すなわち、出水制限などにより揚水を吐出
水路９へ排水できない場合の排水ポンプ設備の管理運転
において、吐出弁１６を閉じた状態でも、熱交換器２１
により駆動系の冷却効果が得られるため、機能維持を確
認するための管理運転が可能である。このように、排水
機場の機能確認を主ポンプ個々に行うことができるた
め、排水ポンプ機場の機能維持の面で信頼性を向上する
ことができる。

【００４５】なお、本実施形態の排水機場のポンプ設備
は、主ポンプ、主ポンプ駆動用原動機、減速機からなる
主機構成のものを説明したが、本構成だけに限定される
ものではない。

【００４６】本発明の実施の形態によれば、排水ポンプ
機場の設備において次の効果が得られる。

【００４７】（１）従来の水槽設置式クーラを用いた冷
却方式では、水質による影響および異物の堆積による冷
却性能の低下などの問題があり、使用条件が制約され
る。それに対して、本発明の実施形態では、クーラ（熱
交換器）自体を陸上に設けることで、前述の条件による
影響を低減されることができる。

【００４８】（２）主ポンプ１に接続する吐出配管１５
に具備された吐出弁１６の上流側から分岐させた分岐管
２０途中に熱交換器２１を設け、吐出配管１５に代わる
第２の分岐管２２を吸水槽８へ導くことにより、吐出水
路９側に排水することなく、排水ポンプ機場全体の管理
運転が可能となり、設備の機能維持の点においても信頼
性を向上させることができる。

【００４９】（３）既設ポンプ機場の改造において、本
方式は構成機器が安価かつ軽量にすることができるた
め、建屋の拡大等の大がかりな工事を必要とせず、容易
に設備機器の改善を行うことができる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、主ポンプの運転に必要な補機の数を減らすことが
でき、僅かな設備投資で、保守性、信頼性に優れた排水
ポンプ装置を提供することができる。

【００５１】また、本発明によれば、ポンプ機場の機器
全体の管理運転が容易に行え、冷却水系統を自己完結型
にすることにより、保守性、信頼性を向上させた排水ポ
ンプ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す排水ポンプ装置の
冷却水系統図である。

【図２】本発明を適用する排水ポンプ機場の断面図であ
る。

【図３】本発明の他の実施の形態を示す排水ポンプ装置
の冷却水系統図である。

【図４】従来の立軸雨水排水ポンプにおける冷却水系統
図である。

【符号の説明】

１…主ポンプ、２…主ポンプ駆動用原動機、３…動力伝
達装置、８…吸水槽、１１…膨張タンク、１２，１２
ａ，１２ｂ…機付冷却水ポンプ、１３…冷却水配管系、
１５…吐出配管、１６…吐出弁、２０…分岐管、２１，
２１−１，２１−２…熱交換器。２２…第２の分岐管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594044314 株式会社エミック 東京都文京区湯島３丁目10番７号 (71)出願人 000005108 株式会社日立製作所 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 (72)発明者 永江 豊 愛知県名古屋市中区三の丸二丁目５番１号 建設省中部地方建設局内 (72)発明者 小島 実 三重県桑名市大字播磨字沢南81番地 建設 省中部地方建設局内 (72)発明者 岩崎 哲也 三重県津市広明町297番地 建設省中部地 方建設局内 (72)発明者 宇賀 和夫 東京都港区虎ノ門二丁目８番10号 財団法 人国土開発技術研究センター内 (72)発明者 大塚 正二 東京都港区赤坂二丁目22番15号 社団法人 河川ポンプ施設技術協会内 (72)発明者 天田 至 東京都文京区湯島三丁目10番７号 株式会 社エミック内 (72)発明者 山口 晃 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所電力・電機グループ内 (72)発明者 末永 周一郎 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦製品本部内 Ｆターム(参考） 2D063 AA07 DC04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吐出配管を接続した主ポンプと、この主
   ポンプを動力伝達装置を介して駆動する主原動機と、少
   なくともこれらの駆動系を冷却する冷却水系統を含む補
   機とから構成される排水ポンプ装置において、 上記主ポンプまたは吐出配管の吐出弁上流側に分岐管を
   設け、当該分岐管に、ポンプ揚水液と前記冷却水系統内
   を流動する流体とが熱交換できる熱交換器を設けたこと
   を特徴とする排水ポンプ装置。
2. 【請求項２】 吸込側を吸水槽に位置し吐出配管を接続
   した主ポンプと、この主ポンプを動力伝達装置を介して
   駆動する主原動機と、少なくともこれらの駆動系を冷却
   する冷却水系統を含む補機とから構成される排水ポンプ
   装置において、上記主ポンプまたは吐出配管の吐出弁上
   流側に分岐管を設け、当該分岐管に、ポンプ揚水液と前
   記冷却水系統内を流動する流体とが熱交換できる熱交換
   器を設けるとともに、 前記分岐管を吸水槽に導き、排水ポンプ機場の管理運転
   を行いうるように構成したことを特徴とする排水ポンプ
   装置。