JP2003521612A - 設備の建屋と設備の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 冷却水浄化室とこの冷却水浄化室に直結する冷却水ポンプ用ポンプ室とを有する設備建屋に関し、その室の幾何学形状を、設備の運転中に冷却水の大きな流速によって有害な渦流の発生を防止できるように形成する。これに加えてポンプ室内のポンプ管により冷却水を室壁に押し付けるようにして、キャビテーションの発生を防止することもできる。従来両室間に設けていた沈静領域を省略し、両室を直結したので、設備の建造費用を大幅に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、冷却水ポンプ用のポンプ室と冷却水浄化室を備えた設備、特にエネ
ルギ発生設備の建屋に関する。また本発明は、設備の運転方法に関する。

【０００２】 工業設備、特にエネルギ発生用の原動所の場合、設備の運転に際し冷却水が必
要となる。水冷却を採用する代表的な例は、発電所の冷却塔での蒸気の冷却であ
る。この場合、一般に冷却水は天然の水源、例えば川や海から取水され、浄化室
でまず浄化され、それからポンプ室を経て、そこに配置されたポンプにより設備
構成要素に搬送される。大形設備の場合、ポンプ装置の搬送出力は数ｍ³／秒で
ある。そのため、流れ経路、冷却水浄化装置、ポンプ室および特にポンプは、大
きく嵩張ったものとなる。ポンプの故障のない永続的で確実な運転にとり、冷却
水のポンプへの流入挙動が重要である。このために、特にポンプへのできるだけ
渦流のない流入が必要となる。

【０００３】 構造上、一般に浄化室は非常に高く、出口断面積は非常に狭く形成され、これ
に対し浄化室に流体的に後置接続されたポンプ室は、幅が広く平らであり、例え
ば天井付ポンプ室として形成される。両室の幾何学形状が著しく異なり、かつポ
ンプ室が流れ方向において浄化装置の下流に据付けられているため、既に冷却水
に乱流が生ずる。この乱流や渦流で、ポンプにとり有害な表面渦流や底渦流を生
じるのを防止すべく、通常浄化室とポンプ室の間に沈静領域を設けている。該領
域は大きな空間を必要とし、そのため設備建屋の建造費用が高騰する。

【０００４】 １９６５年、ドイチェ フェアラーグス−アンスタルトGmbH社（シュトゥット
ガルト）出版、ルドルフ フォン ミラー編集の辞書、ルューゲル「レキシコン
デル テヒニーク（Lexikon der Technik）、４版、６巻、“レキシコン デ
ル エネルギテヒニーク ウント クラフトマシーネン、Ａ−Ｋ”、第６６６〜
６６７頁および第６６９〜６７０頁に、エネルギ発生設備の設備建屋が示されて
いる。該建屋は冷却水ポンプを配置するためのポンプ室と浄化室を備え、自由な
海洋河川からの多数の取入れ室を備えた取入れ建造物として形成される。詳しく
は、水が個々の取入れ室に一様にできるだけ渦流なしに流入し、海底や河底が流
入水により巻き上げられたり損傷されたりしないように形成している。

【０００５】 本発明の課題は、安価に製造でき確実な運転を保障する設備建屋と、設備の運
転方法とを提供することにある。

【０００６】 設備建屋に関する課題は、本発明に基づき、冷却水ポンプを配置するためのポ
ンプ室と冷却水浄化室とを備えた設備において、ポンプ室が浄化室に直結し、室
の幾何学形状が、設備の運転中に有害な渦流の発生を防止すべく冷却水が大きな
流速を生ずるように形成されていることにより解決される。

【０００７】 この場合、本発明は、浄化室をポンプ室の直前に配置し、即ちポンプ室内に渦
流、特に表面渦流を生ずることなしに、通常の沈静領域を省略できるという新た
な認識から出発している。つまり渦流の回避は、ポンプ室を非常に大きな流速が
生じる幾何学的形状とすることで達せられる。この流速と渦流発生の関係は、従
来は全く逆の結果しか予測されない、即ち渦流を防止するにはできるだけ小さな
流速に設定することが前提とされていたので、驚くべきことである。流速の十分
な大きさは複数の要因に左右され、特にポンプで搬送すべき冷却水の量によって
も左右される。ポンプ容量が数ｍ³／秒の大形設備の場合、従来、約０．５ｍ／
秒の流速にされていた。渦流を防止するために、この従来の流速に比べて大きな
流速が設定され、特に２〜３ｍ／秒の流速が設定される。

【０００８】 この構成の大きな利点は、沈静領域の省略で、設備建屋の容積が減少し、これ
に伴い設備建屋の建造費用が大幅に低減することにある。

【０００９】 室の幾何学形状を、運転中に冷却水の流速がポンプ室への流入時に増大するよ
うに形成するとよい。

【００１０】 通常の設備並びに上述の設備の場合、浄化室内に配置された浄化機械内部の冷
却水の流速は約１ｍ／秒である。通常の設備では、この流速はポンプ室に流入す
る際に沈静領域で約０．５ｍ／秒に減少されるが、本発明に基づく構成では、十
分大きな流速を得るため、速度を増大させるようにする。

【００１１】 冷却水がポンプ室に流入する際に通過する入口開口に、室側壁に対し傾斜して
延びる壁が続く。これにより、渦流発生の代表的な原因となるポンプ室内での逆
流空間の発生を回避できる。

【００１２】 特に有利な実施態様では、ポンプ室は、一般にその流入範囲での大きな広がり
角にも係らず、ポンプ管による押し付け作用によって、ポンプ室の室壁からの冷
却水流の剥離を防止すべくポンプを位置付けるよう設計されている。これは、好
適には、ポンプを据付けた状態で、ポンプ室に流入する冷却水に対する流れ断面
積を次第に狭くすることで達成される。その場合、ポンプ管の直径を広い範囲で
変化させることができ、この結果、管直径が小さくインペラ回転数が大きいポン
プ並びに管直径が大きくインペラ回転数が小さいポンプを同じ室に採用できる。
その管の直径とインペラ回転数は、所謂キャビテーションを防止するため、即ち
蒸気泡の発生とその突然の押し潰しを防止するために、所謂「低い必要保持圧力
高さ（ＮＰ／秒Ｈ）」が得られるよう選定される。このために、特にポンプ中心
軸線と室背面壁との距離並びにポンプ室底からのポンプベルマウスの距離が、ベ
ルマウス直径および室の大きさの関数として決定される。

【００１３】 壁面および底面における渦流を防止し、かつポンプ管内における許容できる速
度分布を得るために、有利な実施態様では、ポンプ室は、次の特徴を選択的にあ
るいは組み合わせて有する。 −冷却水の流入方向に対しほぼ直角に延びる案内突条が、ポンプの範囲において 室底に配置され、流れをポンプの方向に転向するために使われる。 −ほぼ冷却水の流入方向に延びる縦突条が、ポンプ室の室底に配置され、底渦流 に対する流れ抵抗として使われる。 −縦突条が室背面壁に沿って壁突条として続いている。 −渦流を防止すべくポンプの十分な流速を保障するため、天井付ポンプ室として 形成されたポンプ室の室天井が、壁突条から間隔を隔てられている。 −室側壁が、入口範囲と同様に、傾斜して延びる後部壁を介して室背面壁に移行 している。 −室底が室背面壁に対し隅きりされている。 −ポンプ室への入口開口に、特に室底に対し垂直の縦板が配置されている。 −必要に応じてポンプ室の内部空間へ、流体的な接続部を介して外側から接近で きる。該接続部は、冷却水を更に除去しあるいは冷却材特性を測定するために 用いる。冷却水の除去は、例えば沈静化のためや、冷却水により一時的に浄化 するために利用される。このため、通常ポンプはポンプ室又は沈静領域に配置 される。しかしそのポンプは流れ抵抗としても作用し、しばしば表面渦流の発 生原因となる。内部空間内へのそのようなポンプの配置は、室壁を介しての流 体的な接続部によって不要となる。 −ポンプ管がポンプ室の室天井を貫通して導かれる、所謂管形ポンプを利用する 場合、室隅の上側の多量の補助水が、追加的に又は代わりに除去される。この 水は、ポンプ室からポンプ管と室天井の間にある環状隙間を経て流出する。

【００１４】 ポンプ室自体への特別な処置の他に、本発明の有利な実施態様では、浄化室に
も、流れを一様にする機能を持ち、渦流の発生を防止し、流れを沈静化する処置
を講ずる。そのため、浄化室はポンプ室と同様にポンプ室への入口に、傾斜して
延びる側壁を備えている。更に、浄化室内、好適にはポンプ室への入口開口の直
前に浄化装置が配置され、入口開口を完全に包囲する。この浄化装置は、好適に
はその反ポンプ室側に流れ案内板を備える。

【００１５】 本発明の好適な実施態様では、ポンプをコンクリート渦巻き室形ポンプとして
形成し、その渦巻き室でポンプ室の室天井を形成する。該ポンプは、ポンプ室内
に突出する吸込み管を利用する。

【００１６】 方法に関する課題は、本発明に基づき、設備建屋が冷却水ポンプを備えたポン
プ室と、ポンプ室に直結する冷却水浄化室とを含む設備の運転方法において、冷
却水を浄化室内で浄化し、続いて、ポンプの運転に対し有害な渦流が生じないよ
うに、ポンプ室に大きな流速で流入させることで解決される。

【００１７】 設備建屋について述べた利点と有利な実施態様は、本発明に基づく方法に同じ
意味において適用される。

【００１８】 以下、図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

【００１９】 図１および図２において、例えばエネルギ発生用の原動所等の、特に大形設備
の設備建屋２は、互いに共通の室壁８によって直結されたポンプ室４と浄化室６
を備える。浄化室６とポンプ室４は、入口開口１０を経て流体的に互いに連通し
ている。ポンプ室４は所謂天井付ポンプ室として形成され、室天井２８を備えて
いる。ポンプ室４内にポンプ管１６付きポンプ１４が、室底１２から間隔を隔て
て配置されている。ポンプ管１６は室天井２８を、環状隙間２９を開けた状態で
貫通している。ポンプ室４内において、ポンプ管６の先端にベルマウス１７が続
いている。図２のポンプは、図１の通常の別個のポンプ１４と異なり、コンクリ
ート渦巻き室形ポンプ１４ａとして形成されている。該ポンプ１４ａはコンクリ
ート渦巻き室を有し、これは建屋構造物にはめ込まれたコンクリート部品１９又
は建屋構造物自体で形成されている。コンクリート渦巻き室形ポンプ１４ａから
吸込み管２０がポンプ室４内に、吸込み管２０の先端に設けられたベルマウス１
７が運転にとって適した高さに位置するように延びている。

【００２０】 フィルタ又は濾過装置２２の形をとる冷却水の浄化装置が、浄化室６内の入口
開口１０の直前に、開口１０を完全に覆って配置されている。浄化装置は、特に
所謂ベルト式濾過機として形成されている。この濾過機は、複数の濾過面２４を
持つ循環濾過ベルトを備える。濾過面２４は入口開口１０の範囲で冷却水を浄化
すべく働き、ベルト式濾過機の上部範囲で、例えば噴射にて洗浄される。この濾
過装置２２に、好適には、他の浄化装置（図示せず）が前置接続されている。

【００２１】 冷却水は、通常天然の水溜めから取水され、取入れ口２６を経て浄化室６に達
し、そこで浄化され、続いて入口開口１０を経てポンプ１４によりポンプ室４内
に吸入される。設備建屋２は水溜めの水位に関し、水位が高水位Ｈと低水位Ｎと
の間で自然変動する際、ベルマウス１７、即ちポンプ１４の流入部が十分に冷却
水で覆われるように配置される。何故なら、冷却水による覆いが不十分な場合、
ポンプ管１６内での流れの質が悪化するからである。これは、特に水位が室天井
２８より下がった際に当てはまる。従ってその状態は特別な運転状態と限られた
時間でしか許されない。例えばポンプ１４始動時の、水が長い通路や配管を経て
設備建屋２に流入するときしか許されない。冷却水による十分な覆いは、所謂キ
ャビテーションの発生、即ち気泡が瞬間的に押し潰されて材料に害を与える圧力
波が発生するのを防ぐ働きをする。ポンプ室４の、室天井２８付きポンプ室とし
て図示した構造は、表面渦流の発生を防止する。

【００２２】 以下、渦流を防止する特別な処置につき、図１と図３を参照して説明する。図
３から明らかなように、入口開口１０に続く壁３０が、室側壁３２に対し傾斜し
て延びている。この室側壁３２は、傾斜後部壁３０ａを介して室背面壁３４に移
行している。室底１２に案内突条３６と縦突条３８が配置され、これら突条３６
、３８は各々断面三角形で、互いに交差して配置されている。縦突条３８は冷却
水の流入方向４０に延びている。案内突条３６は、まず第１に冷却水をポンプ１
４の方向に転向するために使われる。このため案内突条３６は、図１から判るよ
うにポンプ中心軸線４２の幾分手前に配置するとよい。案内突条３６と縦突条３
８は、同一又は異なる形状や寸法を持つ。縦突条３８は底渦流を防止する。この
縦突条３８は壁突条４４につながっている。壁突条４４は室背面壁３４に沿って
上向きに垂直に延びている。しかし壁突条４４は、ポンプ１４を冷却水で十分に
洗流できるようにすべく、室天井２８から間隔を隔てられている。壁突条４４は
、主に冷却水をポンプに向けて転向するために使われる。

【００２３】 室底１２はポンプ室４の後部範囲で、後部壁３０ａと室背面壁３４に対し、図
１に断面で示す隅補填片４６を介して隅きりされている。この隅補填片４６は底
流れの案内を改善し、この範囲での乱流を減少する。一般にポンプ室４は、平ら
な境界面にも係らず、ポンプ室４が流れを突然変化させず、この結果異常に高い
速度レベルでも、ポンプ管１６内での小さな乱流度が得られるという特徴を有す
る。従って、危険範囲に傾斜片を配置することで、殆ど角のない有効なポンプ室
４が得られる。冷却水の代表的な流れ経路を、図中に破線矢印で示す。図１にお
いて、入口開口１０の底には自ら安定渦流４８が形成される故、そこの隅補填片
は省いている。安定渦流４８は所謂「液圧球軸受」として安定ころのように作用
するので、残りの流れは渦流４８上を殆ど影響されずに流れる。渦流４８の減少
は、例えば入口開口１０の底の適度な傾斜によって達成される。

【００２４】 特に前部傾斜壁３０は、室壁からの流れの剥離を防止する。これは、ポンプ１
４の大きさと、その壁３０に対する相対位置により大きく影響されるポンプ管１
４の押し付け作用により達成される。特に入口開口１０への接続部で流速が増大
するよう、冷却水に対する流れ断面積を減少させている。これは一方では流れの
剥離を防ぎ、これに伴い渦流を防止する助けをする。また、流れの大きな速度レ
ベルに基づき、特に表面に定常渦流が発生するのを簡単且つ確実に防止する。そ
の種定常渦流は、十分に静かな流れが生じたときにしか安定して生じない。正に
そのような非常に静かな流れを防止する室の幾何学形状に大きな特徴がある。定
常水位Ｎにおいて、室天井２８はポンプ管１６内の速度分布を改善する。

【００２５】 浄化室６とポンプ室４との間の移行部の特に危険範囲で、濾過装置２２からの
乱れを効果的に阻止するため、ここに、室底１２に対しほぼ垂直に延びる縦板５
０を配置している。更に適当な流れ案内のため、浄化室６の側壁５２を入口開口
１０に対し傾斜させ、かつ濾過装置２２の入口開口１０と反対側の端に流れ案内
板５４を設けている。この案内板５４は濾過装置２２の正面に真っ直ぐに又はこ
れに対し傾斜角度を成して、縁の側に配置してある。

【００２６】 特に壁３０の範囲の室壁８に、ポンプ室４の内部空間への流体的な接続部５６
が存在する。冷却材流に不利な影響を与えるポンプを、ポンプ室４の内部空間に
挿入することなく、接続部５６を経て冷却水をポンプ室４から取り除ける。ポン
プ室４内の流れに影響を与えることなく、その流体的な接続部５６を経て充填レ
ベル測定等の測定が行える。その代わりに又はそれに加えて、図１の実施例で、
即ち所謂管形ポンプを利用した場合に、多量の冷却水を取り除ける。その場合、
冷却水は室天井２８とポンプ管１６との間の環状隙間２９を経て流れる。

【００２７】 上述の処置で、底渦流と表面渦流の発生を確実に防止できる。そのためには、
ポンプ室４内での大きな流速レベルが重要である。沈静領域を省ける利点に加え
て、ポンプ室４はポンプ１４の冷却水による非常に小さな覆いのみで確実に運転
できる。従って表面渦流の発生の危険は、通常の形態に比べ著しく減少する。低
水位Ｎが、例えば始動時に場合により生ずる低い水位Ｒを下回り、室天井２８の
レベルより下がっても、ポンプ室４内の冷却水流は十分に安定している。従って
冷却水による必要な覆い高さは、キャビテーション問題だけでほぼ定まる。冷却
水による覆い高さが減少したことに伴い設備建屋２の必要な構造高さが減少し、
この結果製造費用が安価となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 設備建屋の部分断面側面図。

【図２】 コンクリート渦巻き室形ポンプを備えた設備建屋の部分断面側面図。

【図３】 ポンプ室の水平断面図。

【符号の説明】

２ 設備建屋 ４ ポンプ室 ６ 浄化室 １０ 入口開口 １２ 室底 １４ ポンプ １６ ポンプ管 ２８ 室天井 ２９ 環状空隙 ３０ 壁 ３２ 側壁 ３４ 室背面壁 ３６ 案内突条 ３８ 縦突条 ４０ 流入方向 ４４ 突条 ５０ 縦板 ５４ 流れ案内板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｄ 29/70 Ｆ０４Ｄ 29/70 Ｄ Ｇ２１Ｄ 1/00 Ｇ２１Ｄ 1/00 Ｒ

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却水ポンプ（１４）を収容するポンプ室（４）と冷却水浄
   化室（６）を備えた設備、特にエネルギ発生設備の建屋（２）において、ポンプ
   室（４）が浄化室（６）に直結し、室の幾何学形状が、設備の運転中に有害な渦
   流の発生を防止すべく冷却水が大きな流速を持つよう形成されたことを特徴とす
   る建屋。
2. 【請求項２】 室の幾何学形状が、運転中冷却水の流速がポンプ室（４）に
   流入する際に増大するよう形成されたことを特徴とする請求項１記載の建屋。
3. 【請求項３】 ポンプ室（４）が浄化室（６）に入口開口（１０）を介して
   連通し、この入口開口（１０）に、室側壁（３２）に対し傾斜して延びる壁（３
   ０）が続くことを特徴とする請求項２記載の建屋。
4. 【請求項４】 ポンプを据付けた状態で、ポンプ管（１６）により冷却水を
   ポンプ室（４）の室壁（３０、３２）に押し付け、該壁からの冷却水流の剥離を
   防止することを特徴とする請求項２又は３記載の建屋。
5. 【請求項５】 ポンプ（１４）を据付けた状態で、ポンプ室（４）に流入す
   る冷却水の流れ断面積が次第に狭くなることを特徴とする請求項４記載の建屋。
6. 【請求項６】 ポンプ室（４）の室底（１２）が、ポンプ（１４）の範囲で
   流れをポンプ（１４）の方向に転向すべく、冷却水の流入方向（４０）に対しほ
   ぼ直角に延びる案内突条（３６）を有することを特徴とする請求項１から５の１
   つに記載の建屋。
7. 【請求項７】 ポンプ室（４）の室底（１２）が、底渦流に対する流れ抵抗
   として、ほぼ冷却水の流入方向（４０）に延びる縦突条（３８）を有することを
   特徴とする請求項１から６の１つに記載の建屋。
8. 【請求項８】 縦突条（３８）が、室背面壁（３４）に沿い壁突条（４４）
   として続いていることを特徴とする請求項７記載の建屋。
9. 【請求項９】 ポンプ室（４）が、室天井（２８）を備えた天井付ポンプ室
   （４）として形成され、壁突条（４４）が室天井（２８）から間隔を隔てられた
   ことを特徴とする請求項８記載の建屋。
10. 【請求項１０】 室側壁（３２）が、傾斜して延びる後部壁（３０ａ）を経
    て室背面壁（３４）に移行することを特徴とする請求項１から９の１つに記載の
    建屋。
11. 【請求項１１】 室底（１２）が、ポンプ室（４）の後部範囲で室壁（３０
    ａ、３２、３４）に対して隅きりされたことを特徴とする請求項１から１０の１
    つに記載の建屋。
12. 【請求項１２】 ポンプ室（４）への入口開口（１０）に縦板（５０）が配
    置されたことを特徴とする請求項１から１１の１つに記載の建屋。
13. 【請求項１３】 ポンプ室（４）の内部空間に、流体的な接続部（５６）を
    経て接近可能なことを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の建屋。
14. 【請求項１４】 ポンプ室（４）が室天井（２８）を有し、ポンプ管（１６
    ）が室天井（２８）を環状隙間（２９）を開けた状態で貫通して導かれ、この環
    状隙間（２９）を通してポンプ室（４）から冷却水が取り除かれることを特徴と
    する請求項１から１３の１つに記載の建屋。
15. 【請求項１５】 浄化室（６）が、ポンプ室（４）に向かう範囲に傾斜した
    側壁（５２）を持つことを特徴とする請求項１から１４の１つに記載の建屋。
16. 【請求項１６】 浄化室（６）内の、ポンプ室（４）への入口開口（１０）
    の直前に浄化装置（２２）が配置されたことを特徴とする請求項１から１５の１
    つに記載の建屋。
17. 【請求項１７】 浄化装置（２２）に流れ案内板（５４）が設けられたこと
    を特徴とする請求項１６記載の建屋。
18. 【請求項１８】 ポンプ（１４）がコンクリート渦巻き室形ポンプ（１４ａ
    ）として形成され、コンクリート渦巻き室（１８）がポンプ室（４）の室天井（
    ２８）を形成することを特徴とする請求項１から１７の１つに記載の建屋。
19. 【請求項１９】 搬送流量が約１〜数ｍ³／秒であることを特徴とする請求
    項１から１８の１つに記載の建屋。
20. 【請求項２０】 建屋（２）が、冷却水ポンプ（１４）を備えたポンプ室（
    ４）とポンプ室（４）に直結する冷却水浄化室（６）を有する設備、特にエネル
    ギ発生設備の運転方法において、冷却水を浄化室（６）で浄化し、続いてポンプ
    （１４）の運転に対して有害な渦流が生じないようポンプ室（４）に大きな流速
    で流入させることを特徴とする方法。