JP2006029107A - ポンプゲート用水中ポンプの整流部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプゲートシステムにおいて、水中ポンプによる水中渦の発生を抑制し、水中ポンプの振動又は騒音を抑制する。
【解決手段】 水中ポンプ１６は、ポンプゲートシステムのゲートに取り付けられた排水管に接続されている。整流板３０は、水中ポンプ１６の吸込みケーシング１７に取り付けられている。整流板３０は、吸込みケーシング１７の吸込み口２９の右側、上側、左側をそれぞれ仕切る右板３１、上板３２、左板３３を備えている。右板３１及び左板３３の下側側板３１ｂ，３３ｂには、複数のスリット孔３５が形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ポンプゲートに使用される水中ポンプの整流部材に関するものである。

従来より、雨水排水用又は灌漑用の水門等において、ゲート自体に水中ポンプが取り付けられてなるいわゆるポンプゲートが用いられている。水門等にあっては、水位は一定ではなく変動する。そのため、ポンプゲート用水中ポンプには、水位の変動による影響を受けにくい特性、すなわち、水位が変動しても所定の能力を維持し、振動や騒音の増加を招かないような特性が要求される。

ところで、従来より、ポンプゲートにおいて水位が低下すると、水中ポンプと水面との間の距離が短くなり、水中ポンプの吸込み部においていわゆる空気吸込み渦が発生することが知られている。一般に、空気吸込み渦の発生については、流速が零である水面位置から流速の大きな水中ポンプの吸込み部に向かって、水が急激に吸い込まれることが原因であると考えられている。すなわち、水の急激な速度変化が空気吸込み渦の主な原因と考えられている。

水中ポンプの吸込み部において空気吸込み渦が生じると、ポンプ性能の低下や振動又は騒音を招きやすい。そこで、従来より、空気吸込み渦を防止する種々の技術が提案されている。

例えば、下記特許文献１には、吸込口が斜め下向きになるように水中ポンプを取り付け、水中ポンプの吸込口の周囲にベルマウス（フード）を付加したポンプゲートが開示されている。このポンプゲートでは、吸込口を斜め下向きに傾斜させることによって、吸込口の真上から吸い込まれる水の流れを減速させ、空気吸込み渦の発生を抑制している。

下記特許文献２には、吸込ケーシングの先端に吸込口の上方を覆う整流板が設けられた水中ポンプが開示されている。この水中ポンプでは、水中ポンプの吸込み部と水面とを整流板で仕切ることにより、水面位置から吸込み部に向かう急激な流れを防止し、空気吸込み渦の発生を抑制している。
特開２００３−５５９４６号公報 特開２００４−４４３１６号公報

しかしながら、ポンプゲートにおいて、振動や騒音等の原因となる渦は、空気吸込み渦だけではない。例えば、水中ポンプの吸込み部と水槽の壁面（底面又は側面等）との間の距離が短い場合、前述の空気吸込み渦の発生と同様に、流速が零の位置（つまり、壁面の位置）から吸込み部に向かって水が急激に吸い込まれるため、渦が生じやすくなる。また、吸込み部にベルマウスや整流板を設けることにより、ベルマウス又は整流板自体の壁面から渦が生じる場合もある。なお、以下では、空気吸込み渦との区別のため、このような渦を水中渦と呼ぶことにする。

従来は、ポンプゲート用の水中ポンプに対して、そのような水中渦を抑制するための対策は特に施されていなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ポンプゲート用水中ポンプにおける水中渦の発生を抑制し、水中ポンプの振動又は騒音を抑制することにある。

本発明に係る整流部材は、羽根車と、吸込み口が形成されかつ前記羽根車を覆う吸込みケーシングと、を備えたポンプゲート用水中ポンプの前記吸込みケーシングに取り付けられる整流部材であって、前記吸込み口の開放方向側に延びるとともに前記吸込み口の周囲の一部又は全部を囲む板状又は筒状の仕切部材を有し、前記仕切部材の少なくとも一部に貫通孔が形成されているものである。

上記整流部材によれば、吸込み口の周囲の一部又は全部は、仕切部材によって水槽の底壁又は側壁から仕切られる。そのため、流速が零の位置である水槽の底壁又は側壁から吸込み口に向かって、水が急激に吸い込まれることは防止される。したがって、水槽の底壁又は側壁からの水中渦の発生は抑制される。また、仕切部材の少なくとも一部に貫通孔が形成されているので、この貫通孔を通じて、仕切部材の外側から内側に向かって微量の水が流れ込む。そのため、仕切部材の内面上の位置であっても、ある程度の流速が確保される。その結果、仕切部材の内面位置から吸込み口に向かって水が急激に吸い込まれることが防止される。したがって、仕切部材の内面からの水中渦の発生も抑制される。このように本整流部材によれば、水中渦の発生を抑制することができるので、ポンプゲート用水中ポンプの振動又は騒音の発生を抑えることができる。

前記ポンプゲート用水中ポンプは、流体を略水平方向から吸い込む横型ポンプからなり、前記仕切部材は、少なくとも前記吸込み口の左右両側と上側とを囲み、前記仕切部材の左側及び右側の少なくとも一方に、貫通孔が形成されていることが好ましい。

このことにより、水中ポンプの吸込み口の上側は、仕切部材によって仕切られる。したがって、水中渦に加えて空気吸込み渦も抑制されることになる。

なお、仕切部材の上側には、貫通孔が形成されていなくてもよく、貫通孔が形成されていてもよい。たとえ仕切部材の上側に貫通孔が形成されていたとしても、吸込み口の上側が全く仕切られていない場合に比べて、水面から吸込み口に向かう急激な流れをある程度緩和することができるので、空気吸込み渦を抑制することができる。

前記仕切部材の左側及び右側の両方に、それぞれ貫通孔が形成されていることが好ましい。

このことにより、吸込み口の左右両側から微量の水を導くことができ、水中渦の抑制効果が高まる。また、水の導入に偏りが生じにくくなる。

前記仕切部材の上側には、貫通孔が形成されていないことが好ましい。

このことにより、空気吸込み渦の発生が更に抑制される。

前記仕切部材は、前記吸込み口の左側、上側、右側にそれぞれ設けられた左板部、上板部、右板部を有し、断面が略コ字状に形成されていてもよい。

このことにより、整流部材の構造が簡単になり、整流部材を安価に製作することができる。

前記仕切部材は、前記吸込み口の全周を囲む吸込みベルマウスからなっていてもよい。

このことにより、整流部材の整流効果が向上する。

前記貫通孔は、複数のスリット孔からなっていてもよい。

このことにより、簡単な構成で好適な整流部材を実現することができる。

以上のように、本発明によれば、整流部材は吸込み口の周囲の一部又は全部を囲む仕切部材を有しているので、水槽の底壁や側壁から生じる水中渦を効果的に抑制することができる。加えて、本整流部材では、仕切部材の少なくとも一部に貫通孔が形成されているので、整流部材自体から水中渦が発生することをも抑制することができる。したがって、水中渦を効果的に抑制することができるので、ポンプゲート用水中ポンプにおける振動又は騒音を低減させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、実施形態に係る整流部材は、ポンプゲート用水中ポンプ１６の吸込みケーシング１７に取り付けられた整流板３０である。ポンプゲートシステム１は、ゲート３と水中ポンプ１６とを一体化した排水設備であり、河川や排水路等（例えば雨水排水用又は灌漑用の排水路等）の水路に設けられている。水路の両側壁（図示せず）には、上下方向に延びる門柱２が形成されている。ゲート３は、両門柱２の間に設けられている。水路は、ゲート３によって内水側Ａと外水側Ｂとに区画されている。そして、例えば集中豪雨などにより内水側Ａの水位が危険水位を超え、かつ、外水側Ｂの水位が内水側Ａの水位よりも高くなった場合等には、水中ポンプ１６が駆動され、内水側Ａの水が外水側Ｂに向かって排出される。

ゲート３の上部には、上下方向に延びかつ水路の幅方向（図１の紙面表裏方向）に並ぶ２本のスピンドル４が固定されている。門柱２には、各スピンドル４と噛み合うウォームギア（図示せず）と、このウォームギアを回転させる昇降モータ５とを内蔵したゲート開閉機構６が設けられている。このゲート開閉機構６によって、ゲート３は上下方向に昇降する。また、門柱２の下側には、水路の周囲を形成する戸当たり７が設けられている。ゲート３の全閉時には、ゲート３と戸当たり７とが接触することにより、ゲート３の水密性が確保されることになる。

また、ゲート３には、排水管１０が固定されている。この排水管１０は水平方向に延びており、ゲート３を貫通している。排水管１０は、ゲート３の一方から他方に水を排出するための配管であり、内水側Ａに臨む内水側端部１０ａと、外水側Ｂに臨む外水側端部１０ｂとを有している。内水側端部１０ａには、フランジ１１が設けられている。外水側端部１０ｂは、下部の方が上部よりも突出するように、鉛直面に対して傾斜している。

排水管１０の外水側端部１０ｂには、この外水側端部１０ｂを開閉する揺動弁からなるフラップ弁１２が取り付けられている。フラップ弁１２は、外水側端部１０ｂの開口全体を覆う略円板状の弁体１３を備えている。弁体１３は、上端部に設けられたヒンジ１４を介して、排水管１０の上部に揺動自在に支持されている。フラップ弁１２はいわゆる逆流防止弁であり、内水側Ａから外水側Ｂへの流れを許容する一方、外水側Ｂから内水側Ａへの流れ（逆流）を阻止する。

排水管１０の上端部には、上下方向に延びる２本のガイドレール１５が固定されている。これらガイドレール１５は、水路の幅方向に並んでおり、上端において互いにつながっている。

排水管１０の内水側端部１０ａには、水中ポンプ１６が着脱自在に取り付けられている。水中ポンプ１６は、内水側Ａの水を外水側Ｂに強制的に排出するものである。本実施形態に係る水中ポンプ１６は、水を略水平方向から吸い込む横型のポンプであり、軸流ポンプによって構成されている。ただし、水中ポンプ１６の種類は何ら限定されず、水中ポンプ１６として斜流ポンプ等を用いることももちろん可能である。また、水の吸込み方向も略水平方向に限定されるものではない。

次に、水中ポンプ１６の構成について説明する。

図２に示すように、水中ポンプ１６は、それぞれ略円筒状の吸込みケーシング１７と、ガイドケーシング１８と、吐出ケーシング１９とが順に接続されてなるポンプケーシング２０を備えている。吐出ケーシング１９は、排水管１０の内水側端部１０ａのフランジ１１に接続されるフランジ１９ａを有している。ポンプケーシング２０の中心部には、水中モータ２１が配置されている。水中モータ２１の回転軸（図示せず）は略水平方向に延び、吸込みケーシング１７側に突出している。水中モータ２１の回転軸には羽根車２２が固定され、羽根車２２は吸込みケーシング１７に収容されている。吸込みケーシング１７の端部には、略水平方向に開いた吸込み口２９が形成されている。吐出ケーシング１９には、排水管１０のフランジ１１と係合する係合部材２５が固定されている。なお、水中モータ２１には、電力供給用の水中ケーブル２３が接続されている。

図３及び図４に示すように、整流板３０は、吸込みケーシング１７の吸込み口２９側に取り付けられている。整流板３０は、吸込み口２９の左右両側と上側とを覆っており、右板３１と上板３２と左板３３とから構成されている。整流板３０は、全体的には、平板状部材を複数段に屈曲したような形状に形成されており、断面略コ字状に形成されている。整流板３０は、１枚の平板状部材から機械加工（プレス加工等）によって形成されていてもよく、複数の平板状部材を接合又は組み立てることによって形成されていてもよい。

右板３１と左板３３とは、左右対称に形成されている。右板３１は、鉛直面に平行な下側側板３１ｂと、鉛直面に対して若干傾斜した上側側板３１ａとから構成されている。下側側板３１ｂには、貫通孔の一種である複数のスリット孔３５が形成されている。本実施形態では、下側側板３１ｂには、互いに平行な４本のスリット孔３５が形成されている。各スリット孔３５は略水平方向に延びている。すなわち、各スリット孔３５は、水の吸込み方向と平行であり、また、羽根車２２の軸方向と平行である。ただし、スリット孔３５の長手方向は略水平方向に限定されず、スリット孔３５の個数も何ら限定されるものではない。スリット孔３５は互いに非平行であってもよい。なお、上側側板３１ａには、貫通孔は形成されていない。

図１に示すように、本実施形態では、スリット孔３５は、水中ポンプ１６の中心線２７よりも下方に配置されている。すなわち、スリット孔３５は、水中ポンプ１６の下側に設けられている。ただし、スリット孔３５の位置は特に限定されるものではない。

図４に示すように、上板３２は、水平面と略平行な天井板３２ａと、天井板３２ａの前側及び左右両側からそれぞれ前方及び側方に向かって斜め下方に延びる前方傾斜板３２ｂ及び側方傾斜板３２ｃとを備えている。左右の側方傾斜板３２ｃは、右板３１の上側側板３１ａ及び左板３３の上側側板３３ａにそれぞれ連続している。なお、上板３２には、貫通孔は形成されていない。

本実施形態によれば、水中ポンプ１６の吸込みケーシング１７の吸込み口２９は、右板３１と上板３２と左板３３とを有する整流板３０によって囲まれている。そのため、吸込み口２９の上方及び側方は、整流板３０によって仕切られている。したがって、吸込み口２９から吸い込まれる水の流れは、吸込み口２９の開口方向とほぼ平行な流れとなり、水が吸込み口２９に対して斜め方向から急激に吸い込まれることは防止される。本実施形態によれば、たとえ吸込みケーシング１７と水路の壁面（図示せず）との間の距離が短い場合であっても、水路の壁面位置から吸込み口２９に向かう水の急激な流れは防止されるので、水路の壁面から生じる水中渦を抑制することができる。

ところで、整流板３０によって吸込み口２９の上方及び側方を仕切ることにより、整流板３０の内面自体から水中渦が生じるおそれがある。しかし、本実施形態に係る整流板３０では、右板３１及び左板３３にスリット孔３５が形成されている。そのため、整流板３０の内面には、スリット孔３５を通じて、外部から内部に向かう微量の流れが発生する。したがって、整流板３０の内面上であっても流速は零となりにくく、整流板３０の内面から吸込み口２９に向かう急激な流れは生じにくくなる。その結果、整流板３０に起因する水中渦の発生も抑制することができる。

このように、本実施形態に係る整流板３０によれば、吸込み口２９の側方をある程度仕切る一方で、スリット孔３５を通じて微量の流れを確保することとしたので、水中渦の発生を効果的に抑制することが可能となる。

また、本実施形態に係る整流板３０によれば、吸込み口２９の上方を仕切る上板３２を備えているので、水位が低下して吸込み口２９と水面との間の距離が短くなった場合であっても、空気吸込み渦の発生を抑制することができる。特に、上板３２には貫通孔が形成されていないので、空気吸込み渦の発生を効果的に抑制することが可能となる。

また、右板３１及び左板３３において、スリット孔３５はそれぞれ下側に設けられている。具体的には、スリット孔３５は、右板３１及び左板３３の下側側壁３１ｂ，３３ｂに集中的に配設されている。そのため、スリット孔３５を通じて空気吸込み渦が発生することをより確実に防止することができる。

なお、羽根車２２は吸込みケーシング１７内で回転しているので、吸込み口２９の手前側では、水は旋回流となっている。そのため、整流板３０の一部のみ（例えば、整流板３０の右側のみ）にスリット孔３５が形成されている場合であっても、整流板３０の内面上において流速が零になることを防止する効果は、整流板３０の全周にわたって発揮される。したがって、整流板３０の少なくとも一部にスリット孔３５が形成されている限り、整流板３０に起因する水中渦の発生は抑制される。本実施形態では、上板３２には貫通孔が形成されていないが、右板３１及び左板３３にスリット孔３５が形成されていることから、上板３２に起因する水中渦の発生も抑制されている。

上述の理由により、スリット孔３５を右板３１及び左板３３のいずれか一方のみに設けることも可能である。しかしながら、本実施形態では、右板３１及び左板３３の両方にスリット孔３５を設けることとした。これにより、吸込みケーシング１７の手前側における水の流れは、左右のバランスが整った流れとなる。したがって、水の偏流が抑制されるので、水中渦の発生をより効果的に抑制することができる。また、本実施形態では、右板３１及び左板３３に形成されたスリット孔３５の形状及び個数は、互いに同一である。しかしながら、スリット孔３５の形状又は個数等は、右板３１と左板３３とで異なっていてもよい。

ところで、上記実施形態では、吸込みケーシング１７と水面との間には、障害物は何ら存在していなかった（図１参照）。しかしながら、ポンプゲートシステムの形式によっては、水中ポンプ１６が水門の内部に入り込んで設置され、吸込みケーシング１７の上方に壁面が接近している場合などがある。そのような場合には、空気吸込み渦が発生するおそれはなく、むしろ、上方の壁面から水中渦が生じるおそれがある。そこで、このような場合には、整流板３０の上板３２にもスリット孔３５を設けることが好ましい。

本実施形態に係る整流板３０は、簡単な構造を有している。したがって、整流板３０は製作が容易であり、低コストで製作することができる。

整流板３０に設けられる貫通孔は、スリット孔３５に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、円孔３６であってもよい。整流板３０として、パンチングメタル等の複数の打ち抜き孔を有する鋼材や、あるいは、金網（特に、目の細かい金網が好ましい）等を利用してもよい。

上記実施形態では、整流部材の仕切部材は、吸込み口２９の周囲の一部を囲むような板状部材からなっていた。しかし、本発明に係る仕切部材は、吸込み口２９の周囲全体を囲むような筒状部材からなっていてもよい。例えば、整流部材の他の実施形態として、図６に示すように、吸込みベルマウス４０を用いてもよい。ここでは、吸込みベルマウス４０は、吸込み口２９に対応するように円筒形状に形成されている。この吸込みベルマウス４０は、吸込みケーシング１７に接続されており、斜め下方に湾曲している。したがって、吸込みベルマウス４０は、水を斜め下方から吸い込むように形成されている。吸込みベルマウス４０の左右両側には、略水平方向に延びる複数のスリット孔３５が形成されている。

上記吸込みベルマウス４０においても、貫通孔（スリット孔３５）が形成されているので、水中渦の発生を抑制することができる。加えて、吸込みベルマウス４０は、水を斜め下方から吸い込むように形成されているので、水位が低くなっても水を吸い込むことができ、低水位においても良好な排水性能を発揮することができる。また、吸込み口２９に合った形状、すなわち円筒形状に形成されているので、吸込みケーシング１７に対して水を円滑に導くことができる。また、本吸込みベルマウス４０は斜め下方に湾曲しているので、水位が低下した場合であっても、空気吸込み渦の発生を効果的に防止することができる。

なお、吸込みベルマウス４０の形状は、吸込み口２９の形状に応じた形状であることが特に好ましいが、特定の形状に限定されるものではない。吸込みベルマウス４０は、円筒形状以外の形状、例えば、角筒等であってもよい。本実施形態においても、貫通孔はスリット孔３５に限らず、円孔等であってもよい。貫通孔は吸込みベルマウス４０の一方の側面のみに設けられていてもよい。吸込みベルマウス４０の上側部分にスリット孔を設けることも可能である。

以上説明したように、本発明は、ポンプゲート用水中ポンプに使用される整流部材について有用である。

ポンプゲートシステムの一部を破断して示す側面図である。 水中ポンプの一部を破断して示す側面図である。 水中ポンプの斜視図である。 水中ポンプの斜視図である。 変形例に係る水中ポンプの側面図である。 他の実施形態に係る水中ポンプの側面図である。

符号の説明

１ ポンプゲートシステム
３ ゲート
１０ 排水管
１６ 水中ポンプ
１７ 吸込みケーシング
２２ 羽根車
２９ 吸込み口
３０ 整流板（整流部材，仕切部材）
３１ 右板（右板部）
３２ 上板（上板部）
３３ 左板（左板部）
３５ スリット孔（貫通孔）
Ａ 内水側
Ｂ 外水側

Claims (7)

1. 羽根車と、吸込み口が形成されかつ前記羽根車を覆う吸込みケーシングと、を備えたポンプゲート用水中ポンプの前記吸込みケーシングに取り付けられる整流部材であって、
   前記吸込み口の開放方向側に延びるとともに前記吸込み口の周囲の一部又は全部を囲む板状又は筒状の仕切部材を有し、
   前記仕切部材の少なくとも一部に貫通孔が形成されているポンプゲート用水中ポンプの整流部材。
2. 前記ポンプゲート用水中ポンプは、流体を略水平方向から吸い込む横型ポンプからなり、
   前記仕切部材は、少なくとも前記吸込み口の左右両側と上側とを囲み、
   前記仕切部材の左側及び右側の少なくとも一方に、貫通孔が形成されている請求項１に記載のポンプゲート用水中ポンプの整流部材。
3. 前記仕切部材の左側及び右側の両方に、それぞれ貫通孔が形成されている請求項２に記載のポンプゲート用水中ポンプの整流部材。
4. 前記仕切部材の上側には、貫通孔が形成されていない請求項２又は３に記載のポンプゲート用水中ポンプの整流部材。
5. 前記仕切部材は、前記吸込み口の左側、上側、右側にそれぞれ設けられた左板部、上板部、右板部を有し、断面が略コ字状に形成されている請求項２〜４のいずれか一つに記載のポンプゲート用水中ポンプの整流部材。
6. 前記仕切部材は、前記吸込み口の全周を囲む吸込みベルマウスからなっている請求項２〜４のいずれか一つに記載のポンプゲート用水中ポンプの整流部材。
7. 前記貫通孔は、複数のスリット孔からなっている請求項１〜６のいずれか一つに記載のポンプゲート用水中ポンプの整流部材。

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