JP2006177240A - 自吸式渦巻ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気が混入した水が送水管２４に送水されないようにした自吸式渦巻ポンプ装置を提供する。
【解決手段】ポンプ羽根車１０より上流側のポンプケーシング１２とその吸込口１２ａに連通する吸込管１４を含んで形成される吸込管路の一部がポンプ羽根車１０よりも高い位置となるようにするとともに、ポンプ羽根車１０より下流側のポンプケーシング１２とその吐出口１２ｂに連通する吐出管２０を含んで形成される吐出管路の一部がポンプ羽根車１０よりも高い位置となるようになし、吐出管路に開閉自在な吐出弁２２を設けた自吸式渦巻ポンプ装置において、吐出管路の最も高い位置の上側壁に排気管３０の一端を連通し、この排気管３０に開閉自在な制御弁３２を設けて構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気が混入した水が送水管に送水されないようにした自吸式渦巻ポンプ装置に関するものである。

従来の自吸式渦巻ポンプ装置の一例を図１０ないし図１６を参照して説明する。図１０は、従来の自吸式渦巻ポンプ装置の一例も構造を示す縦断面図である。図１１ないし図１６は、図１０に示す従来の自吸式渦巻ポンプ装置の自吸運転から送水運転に移行するまでの動作の変化を説明する図である。

まず、図１０を参照して従来の自吸式渦巻ポンプ装置の構造につき説明する。ポンプ羽根車１０を囲むとともに回転自在に支持するポンプケーシング１２は、上流側の吸込口１２ａと下流側の吐出口１２ｂがともにポンプ羽根車１０よりも高い位置に設けられている。そして、吸込口１２ａに吸込管１４の一端が連通接続され、他端が吸込水槽１６の水面下に没入されている。このポンプ羽根車１０よりも上流側のポンプケーシング１２と吸込管１４を含んで吸込管路が形成され、その最も高い位置で管路が適当な長さで水平に配設されるとともに注水用開閉弁１８が連通される。また、吐出口１２ｂに吐出管２０の一端が連通接続され、その他端が吐出弁２２と逆止弁３４を直列にを介して送水管２４に連通される。このポンプ羽根車１０よりも下流側のポンプケーシング１２と吐出管２０を含んで吐出管路が形成され、その最も高い位置の上側壁に自動排気弁２６が連通される。この自動排気弁２６は、連通口が満水状態となると浮き子の作用により自動的に閉成される弁である。なお、逆止弁３４は、吸込水槽１６の水位よりも吐出水槽（図示せず）の水位が高くなる場合に設けられるが、低くなる場合には設けられなくても良い。

かかる構成の従来の自吸式渦巻ポンプ装置の自吸運転から送水運転へ変化する動作につき図１１ないし図１６を参照して説明する。まず、注水用開閉弁１８を開成させて、図１１に示すごとく、この弁１８を通過させてポンプケーシング１２内にポンプ羽根車１０がほぼ没水する所定の水位まで呼び水を注水する。この注水が終了すれば、注水用開閉弁１８は閉成される。ここで、吐出弁２２は、全開状態とされている。次に、吐出弁２２を全開状態としたままで、ポンプを始動させると、ポンプ羽根車１０の回転に伴い、図１２に示すごとく、ポンプケーシング１２内の呼び水が吐出管２０側に移動し、吐出管路内の水面が上昇して吐出管路内の空気の一部が自動排気弁２６を介して外部に排出される。また、吸込管１４内に吸込水槽１６から水が吸い込まれてその水面が上昇する。さらに、運転の継続により、図１３に示すごとく、吐出管路内の空気が自動排気弁を介して外部に排出されるとともに、吸込管路内の水面が上昇して、ついには吸込管路の最も高い位置の下側内壁に達する。すると、吸込管路内の水が最も高い位置の下側内壁を越えて、ポンプケーシング１２内のポンプ羽根車１０が配設された位置に流下する。ここで、吸込管路の最も高い位置で管路を適当な長さで水平にすることで、吸込管路からポンプ羽根車１０が配設された位置に水が滑らかに流下し得る。この吸込管路からの水の流下に伴い、図１４に示すごとく、吐出管路内の水面が急激に上昇し、送水管２４から送水が開始される。このとき、吸込管路の最も高い位置の上側壁の下には残留する空気により空気溜まり２８が形成される。やがて、吐出管路内の水面が自動排気弁２６の連通口に達し、図１５に示すごとく、自動排気弁２６が自動的に閉成される。ここで、吸込管路内にある空気溜まり２８の空気が水の流れとともに吐出管路側に気泡となって連行移動され、空気が混入した水が送水管２４に送水される。そして、図１６に示すごとく、吸込管路内の空気溜まり２８の空気が全て吐出管路側に連行移動されて空気溜まり２８が消滅すると、自吸運転は終了し、空気が混入しない水が送水管２４に送水されて送水運転となる。

上述のごとき従来の自吸式渦巻ポンプ装置にあっては、自吸運転の最終段階において空気が混入した水が送水管２４に送水されることとなり、送水管２４にエアーハンマー現象を生じる虞がある。特に、吸込管路が長い場合には、それだけ送水管２４に流入する空気の量が多くなり、エアーハンマー現象による送水管２４のダメージが大きいものとなる虞がある。

なお、発明者らは、先に特開２００２−３７１９８５号公報にて、ポンプ羽根車から吐き出される気水混合状態の水を気液分離器によって空気と水に分離し、分離された水をポンプ羽根車の吸込側に戻すことによって、吸込管路に生ずる空気溜まりを速やかに消滅させるようにした技術を提案した。しかし、この提案技術は、自吸運転から送水運転に至る時間を短くすることはできるが、送水管側に空気が混入した水を送水するのを改善するものでない。
特開２００２−３７１９８５号公報

本発明は、かかる従来技術の事情に鑑みてなされたもので、送水管に空気が混入した水が送水されないようにした自吸式渦巻ポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明は上述のごとき問題点を解決するためになされたもので、本発明の自吸式渦巻ポンプ装置は、ポンプ羽根車より上流側のポンプケーシングとその吸込口に連通する吸込管を含んで形成される吸込管路の一部が前記ポンプ羽根車よりも高い位置となるようにするとともに、前記ポンプ羽根車より下流側のポンプケーシングとその吐出口に連通する吐出管を含んで形成される吐出管路の一部が前記ポンプ羽根車よりも高い位置となるようになし、前記吐出管路に開閉自在な吐出弁を設けた自吸式渦巻ポンプ装置において、前記吐出管路の最も高い位置の上側壁に排気管の一端を連通し、前記排気管に開閉自在な制御弁を設けて構成されている。

そして、ポンプ吐出圧が０．１２ＭＰａ以上となるように設定し、前記排気管および開成状態の前記制御弁の最小の断面積Ｓ１と前記吸気管路の空気溜まりが形成される位置の吸気管路断面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２が０．１１以上となるように設定して構成しても良い。

また、前記排気管の他端から流出する水を、前記吸込管の他端が水面下に没入される吸込水槽に戻すようにして構成することもできる。

請求項１記載の自吸式渦巻ポンプ装置にあっては、吐出弁を閉じ制御弁を開いた状態で自吸運転を開始すると、吐出管路内にあった空気が制御弁と排気管を通って外部に排出され、さらに吸込管路内にあった空気が呼び水および吸込水槽から吸い込まれた水とともに制御弁と排気管を通って外部に排出される。そして、吸込管路内および吐出管路内にあった空気が全て外部に排出されたときに、制御弁を閉じるとともに吐出弁を開くことで、送水管には空気が混入していない水を最初から送水することができる。

請求項２記載の自吸式渦巻ポンプ装置にあっては、ポンプの吐出圧力が０．１２ＭＰａであって、排気管および開成状態の制御弁の最小の断面積Ｓ１と吸込管路の空気溜まりが形成される位置の吸気管路断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が０．１１以上であれば、吸込管路に生ずる空気溜まりの空気が確実に外部に排出されることが、実験的に確認されている。そして、ポンプの吐出圧力が０．１２ＭＰａよりも大きな場合には、吸込管路内の流速が大きくなり、より効果的に空気溜まりの空気を吐出管路側に連行移行させるので、より確実に空気溜まりの空気を外部に排出することができる。

請求項３記載の自吸式渦巻ポンプ装置にあっては、排気管により、空気が混入した水を吸込水槽に戻すことができるため、吸込水槽とは別な排出先を確保する必要がない。

以下、本発明の実施例を図１ないし図９を参照して説明する。図１は、本発明の自吸式渦巻ポンプ装置の実施例の構造を示す縦断面図である。図２ないし図８は、図１に示す本発明の自吸式渦巻ポンプ装置の実施例の自吸運転から送水運転に移行するまでの動作の変
化を説明する図である。図９は、ポンプの吐出圧力を０．１２ＭＰａに設定し、排気管および開成状態の制御弁の最小の断面積Ｓ１と吸込管路の空気溜まりが形成される位置の吸気管路断面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２の変化に対する空気溜まりの空気の残留量の変化を測定した結果を示す図である。図１ないし図８において、図１０ないし図１６に示すものと同一または均等な部材には、同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

図１に示す本発明の自吸式渦巻ポンプ装置の構造において、図１０に示す従来の自吸式渦巻ポンプ装置の構造と相違するところは、以下の通りである。吐出管路の最も高い位置の上側壁に配設された自動排気弁２６に代えて、排気管３０の一端が連通され、この排気管３０に開閉自在な制御弁３２が介装される。そして、排気管３０の他端が吸込水槽１６の水面上に開口されるように配設されている。

かかる構成の本発明の自吸式渦巻ポンプ装置の自吸運転から送水運転へ変化する動作につき図２ないし図８を参照して説明する。まず、注水用開閉弁１８を開成させて、図２に示すごとく、この弁１８を通過させてポンプケーシング１２内にポンプ羽根車１０がほぼ没水する所定の水位Ｌまで呼び水を注水する。この注水が終了すれば、注水用開閉弁１８は閉成される。ここで、制御弁３２は開いた状態とされ、吐出弁２２は全閉状態とされている。次に、吐出弁２２を全閉状態としたままで制御弁３２も開いた状態のままでポンプを始動させると、ポンプ羽根車１０の回転に伴い、図３に示すごとく、ポンプケーシング１２内の呼び水が吐出管２０側に移動し、吐出管路内の水面が上昇して吐出管路内の空気の一部が排気管３０および制御弁３２を介して外部に排出される。また、吸込管１４内に吸込水槽１６から水が吸い込まれてその水面が上昇する。さらに、運転の継続により、図４に示すごとく、吐出管路内の空気が排気管３０および制御弁３２を介して外部に排出されるとともに、吸込管路内の水面が上昇して、ついには吸込管路の最も高い位置の下側内壁に達する。すると、吸込管路内の水が最も高い位置の下側内壁を越えて、ポンプケーシング１２内のポンプ羽根車１０が配設された位置に流下する。この吸込管１４からの水の流下に伴い、図５に示すごとく、吐出管路内の水面が急激に上昇し、排気管３０の連通位置まで達し、さらに排気管３０と制御弁３２を介して吸込水槽１６へ排出される。このとき、吸込管路の最も高い位置の上側壁の下には残留する空気により空気溜まり２８が形成される。すると、図６に示すごとく、吸込管路内にある空気溜まり２８の空気が水の流れとともに吐出管路側に気泡となって連行移動され、空気が混入した水が排気管３０と制御弁３２を介して吸込水槽１６に排出され、空気溜まり２８に残留する空気が減少する。そしてさらに、図７に示すごとく、吸込管路内の空気溜まり２８の空気が全て吐出管路側に連行移動されて空気溜まり２８が完全に消滅すると、自吸運転は終了する。そこで、図８に示すごとく、制御弁３２を閉じるとともに、吐出弁２２を開くことにより、空気が混入しない水が送水管２４に送水されて送水運転となる。

ところで、図６に示す状態で、吸込管路の空気溜まり２８の空気が水流により連行移動される際に、吸気管路の空気溜まり２８における水流の流速が大きいほど、空気の連行が効果的になされることが予測される。そして、この流速を大きくするには、排気管３０および開成状態の制御弁３２の最小の断面積を大きくして水が容易に通過し得るようにすることと、ポンプの吐出圧力を大きくすることが要因となる。そこで、発明者らは、ポンプの吐出圧力を、一般的なポンプで用いられている実用上の最低の吐出圧力である０．１２ＭＰａに設定し、排気管３０および制御弁３２の最小の断面積Ｓ１と、吸込管路の空気溜まり２８が形成される位置の吸気管路断面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２の変化に対する空気溜まり２８の空気の残留量の変化を実験により測定した。その結果を図９に示す。これは、図６に示す状態から２０分ほど運転を継続して空気溜まり２８にある空気の残留量が変化しなくなった状態における測定値である。図９において、Ｓ１／Ｓ２が大きくなるほど、すなわち排気管３０および開成状態の制御弁３２の最小断面積Ｓ１が大きいほど空気の残留量が減少し、Ｓ１／Ｓ２が０．１１で空気の残留量が０となっている。よって、Ｓ１／Ｓ２が０．１１以上であれば、空気溜まり２８の空気は確実に吐出管路側に連行移動される。そして、ポンプの吐出圧力が大きいほど、空気溜まり２８から空気が連行移動され易いことは明らかである。そこで、ポンプの吐出圧力が０．１２ＭＰより大きいならば、Ｓ１／Ｓ２は０．１１よりも小さくて足りるが、その限界は実験により容易に測定することができる。

なお、上記実施例において、ポンプケーシング１２の吸込口１２ａに吸込管１４を直接接続して吸込管路を形成しているが、これに限られず、吸込口１２ａと吸込管１４の間に直管または曲管を適宜に介装して吸込管路を形成しても良い。また、吐出管路において、ポンプケーシング１２の吐出口１２ｂと吐出管２０の間に直管または曲管を適宜に介装しても良い。そして、上記実施例では、ポンプケーシング１２の吸込口１２ａおよび吐出口１２ｂがともにポンプ羽根車１０よりも高い位置に設けることで、吸込管路および吐出管路の一部がポンプ羽根車１０よりも高くなるようにしているが、これに限られず、吸込口１２ａに連通接続される吸込管１４の一部をポンプ羽根車１０よりも高く配設し、吐出口１２ｂに連通接続される吐出管２０の一部をポンプ羽根車１０よりも高く配設しても良い。また、吸込管１４や吐出管２０の配管は、鋼管に限られず、プラスチック製の管や可撓性のある管およびホースなどを用いても良い。さらに、上記実施例では排気管３０の他端が吸込水槽１６の水面上に開口されて、他端から流出する水が吸込水槽１６に戻るようにされているが、これに限られず、吸込水槽１６に流入する水路等に排気管３０から流出する水が流れ込むように構成しても良い。

本発明の自吸式渦巻ポンプ装置の実施例の構造を示す縦断面図である。 図１に示す本発明の自吸式渦巻ポンプ装置の実施例で自吸運転を開始すべくポンプケーシング内にポンプ羽根車がほぼ没水する所定の水位まで呼び水を注水した状態の図である。 制御弁を開き吐出弁を閉じた状態として、ポンプを始動させ、ポンプ羽根車の回転に伴い、ポンプケーシング内の呼び水が吐出管側に移動して吐出管路内の水面が上昇して吐出管路内の空気の一部が排気管と制御弁を通過して外部に排出され、吸込管内に吸込水槽から水が吸い込まれてその水面が上昇した状態を示す図である。 さらなる運転の継続により、吐出管路内の空気が排気管と制御弁を通過して外部に排出されるとともに、吸込管路内の水面が上昇して、ついには吸込管路の最も高い位置の下側内壁に達した状態の図である。 吸込管路内の水が最も高い位置の下側内壁を越えてポンプケーシング内のポンプ羽根車が配設された位置に流下して、吐出管路内の水面が急激に上昇し、排気管と制御弁を通過して水が吸込水槽に戻され、しかも吸込管路の最も高い位置の上側壁の下には残留する空気により空気溜まりが形成されることを示す図である。 吸込管路内にある空気溜まりの空気が水の流れとともに吐出管路側に気泡となって連行移動され、空気が混入した水が排気管と制御弁を通過して吸い込み水槽の戻される状態を示す図である。 吸込管路内の空気溜まりの空気が全て吐出管路側に連行移動されて空気溜まりが消滅して、自吸運転は終了し、空気が混入しない水が排気管と制御弁を通過して吸い込み水槽の戻される状態を示す図である。 制御弁が閉じられるとともに吐出弁が開かれて、送水管に空気の混入していない水が送水されて送水運転となった状態を示す図である。 ポンプの吐出圧力を０．１２ＭＰａに設定し、排気管および開成状態の制御弁の最小の断面積Ｓ１と吸込管路の最小の断面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２の変化に対する空気溜まりの空気の残留量の変化を測定した結果を示す図である。 従来の自吸式渦巻ポンプ装置の一例の構造を示す縦断面図である。 図１０の示す従来の自吸式渦巻ポンプ装置一例の自吸運転を開始すべくポンプケーシング内にポンプ羽根車がほぼ没水する所定の水位まで呼び水を注水した状態の図である。 吐出弁を全開状態としたままで、ポンプを始動させて、ポンプ羽根車の回転に伴い、ポンプケーシング内の呼び水が吐出管側に移動して吐出管路内の水面が上昇して吐出管路内の空気の一部が自動排気弁を介して外部に排出され、吸込管内に吸込水槽から水が吸い込まれてその水面が上昇した状態を示す図である。 さらなる運転の継続により、吐出管路内の空気が自動排気弁を介して外部に排出されるとともに、吸込管路内の水面が上昇して、ついには吸込管路の最も高い位置の下側内壁に達した状態の図である。 吸込管路内の水が最も高い位置の下側内壁を越えてポンプケーシング内のポンプ羽根車が配設された位置に流下して、吐出管路内の水面が急激に上昇し、送水管から送水が開始され、吸込管路の最も高い位置の上側壁の下には残留する空気により空気溜まりが形成されることを示す図である。 吐出管路内の水面が自動排気弁の連通口に達し、自動排気弁が自動的に閉成され、吸込管路内にある空気溜まりの空気が水の流れとともに吐出管路側に気泡となって連行移動され、空気が混入した水が送水される状態を示す図である。 吸込管路内の空気溜まりの空気が全て吐出管路側に連行移動されて空気溜まりが消滅して、自吸運転は終了し、空気が混入しない水が送水管から送水されて送水運転となった状態を示す図である。

符号の説明

１０ ポンプ羽根車
１２ ポンプケーシング
１２ａ 吸込口
１２ｂ 吐出口
１４ 吸込管
１６ 吸込水槽
１８ 注水用開閉弁
２０ 吐出管
２２ 吐出弁
２４ 送水管
２６ 自動排気弁
２８ 空気溜まり
３０ 排気管
３２ 制御弁
３４ 逆止弁

Claims (3)

1. ポンプ羽根車より上流側のポンプケーシングとその吸込口に連通する吸込管を含んで形成される吸込管路の一部が前記ポンプ羽根車よりも高い位置となるようにするとともに、前記ポンプ羽根車より下流側のポンプケーシングとその吐出口に連通する吐出管を含んで形成される吐出管路の一部が前記ポンプ羽根車よりも高い位置となるようになし、前記吐出管路に開閉自在な吐出弁を設けた自吸式渦巻ポンプ装置において、前記吐出管路の最も高い位置の上側壁に排気管の一端を連通し、前記排気管に開閉自在な制御弁を設けて構成したことを特徴とする自吸式渦巻ポンプ装置。
2. 請求項１記載の自吸式渦巻ポンプ装置において、ポンプ吐出圧が０．１２ＭＰａ以上となるように設定し、前記排気管および開成状態の前記制御弁の最小の断面積Ｓ１と前記吸気管路の空気溜まりが形成される位置の吸気管路断面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２が０．１１以上となるように設定して構成したことを特徴とする自吸式渦巻ポンプ装置。
3. 請求項１記載の自吸式渦巻ポンプ装置において、前記排気管の他端から流出する水を、前記吸込管の他端が水面下に没入される吸込水槽に戻すようにして構成したことを特徴とする自吸式渦巻ポンプ装置。