JP2006266191A - 立軸ポンプの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸込口から空気が吸込まれて空気吸込渦が発生するのを防止することができるとともに、揚水遮断水位を従来よりも引き下げることが可能な立軸ポンプの運転方法を提供する。
【解決手段】 水位が気水切替弁閉水位Ｌａよりも下位にある場合、羽根車１１を回転させた状態で気水切替弁２２を開き、吸気通路２１から吸込通路１４内へ空気を吸入して揚水を遮断する先行待機運転を行い、水位が上昇して気水切替弁閉水位Ｌａに達すると、気水切替弁２２を閉じて、吸気通路２１から吸込通路１４内への空気の吸入を停止し、さらに水位が上昇して揚水開始水位Ｌｂに達すると揚水が開始され、揚水により水位が低下して制御水位Ｌｄに達すると、制御水位Ｌｄから揚水遮断水位Ｌｃまでの領域Ｂにおいて、吐出部１６から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくし、水位が揚水遮断水位Ｌｃまで低下すると、気水切替弁２２を開いて揚水を遮断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、先行待機運転が可能な立軸ポンプの運転方法に関するものである。

従来、この種の立軸ポンプとしては、例えば図６に示すように、ポンプ場の吸込水槽８に流入した雨水等を排水するものがある。この立軸ポンプ９は、ケーシング１０の内部に羽根車１１が回転自在に設けられ、ケーシング１０の下部吸込側に吸込口管１２が設けられている。上記羽根車１１の下方すなわち吸込口管１２の下端には吸込口１３が形成されており、上記羽根車１１と吸込口１３との間すなわち吸込口管１２の内部には吸込通路１４が形成されている。

また、上記羽根車１１の上方には、吸込口１３から吸込んだ水を吐出する吐出部１６が設けれている。この吐出部１６は、ケーシング１０の上部吐出側に設けられた縦管部１７と、縦管部１７の上端部に接続された横管部１８とで構成されている。この横管部１８には吐出弁１９が設けられている。

また、上記吸込口管１２には、吸込通路１４内に空気を吸入する吸気通路２１が接続されている。吸気通路２１には、この吸気通路２１を開閉する気水切替弁２２が設けられている。尚、上記羽根車１１は回転軸２４に設けられ、この回転軸２４は減速機２６を介してモーター２５に連動連結されている。

このような構成の立軸ポンプ９に対して、気水切替弁閉水位Ｌａと揚水開始水位Ｌｂと揚水遮断水位Ｌｃとを設定している。このうち、上記気水切替弁閉水位Ｌａは羽根車１１の吸込側（下方側）に設定されている。また、上記揚水開始水位Ｌｂは気水切替弁閉水位Ｌａの上方で且つ羽根車１１の吸込側に設定されている。また、上記揚水遮断水位Ｌｃは、立軸ポンプ９を定格運転している時に、水位がこれ以下になると吸込口１３から空気を吸い込んでしまう水位に相当するものであり、気水切替弁閉水位Ｌａよりも下方且つ吸込口管１２の下端よりも上方に設定されている。尚、上記定格運転とは、通常は全速・全水量運転に相当する。

次に、上記立軸ポンプ９の運転方法を説明する。
吸込水槽８の水位が気水切替弁閉水位Ｌａよりも下位にある場合、定格運転で羽根車１１を回転させた状態で気水切替弁２２を開き、吸気通路２１から吸込通路１４内へ空気を吸入して揚水を遮断する。これにより、雨水が吸込水槽８に流入する前に、定格運転での先行待機運転が行える。

降雨等によって雨水が吸込水槽８に流入し、吸込水槽８の水位が上昇して気水切替弁閉水位Ｌａに達すると、気水切替弁２２を閉じて、吸気通路２１から吸込通路１４内への空気の吸入を停止する。そして、水位がさらに上昇して揚水開始水位Ｌｂに達すると、定格運転で水を吸込口１３から吸い込んで吐出部１６から吐出する揚水が開始される。

上記揚水により吸込水槽８の水位が次第に低下して揚水遮断水位Ｌｃ以下に下降すると、気水切替弁２２を開き、吸気通路２１から吸込通路１４内へ空気を吸入する。これにより、吸込口管１２内の水が真空破壊され落下して揚水が遮断され、気中運転が行われる。したがって、立軸ポンプ９を定格運転している状態で、揚水遮断水位Ｌｃ以下の領域Ａでは揚水が行われないため、吸込口１３から空気を吸い込んでしまう恐れはなく、空気吸込み渦の発生が防止される。

尚、上記のような先行待機運転が行える立軸ポンプは下記特許文献１に記載されている。
しかしながら上記の従来形式のものでは、吸込水槽８内の水位が揚水遮断水位Ｌｃ以下の領域Ａでは、気中運転が行われて、立軸ポンプ９による揚水が行われないため、吸込水槽８内の水位を揚水遮断水位Ｌｃ以下に下げることはできなかった。したがって、立軸ポンプ９とは別に小型の排水用ポンプを用いて吸込水槽８内に滞留した水を排水し、吸込水槽８内をドライ状態にしているが、これでは上記排水用ポンプの運転時間や負荷が増大した。

また、仮に、揚水遮断水位Ｌｃ以下の水位においても、気水切替弁２２を閉じたままの状態で、引き続き定格運転で揚水した場合、吸込口１３から空気が吸い込まれて空気吸込渦が発生し、振動や騒音が起きるといった問題がある。
特公平５−９６４０

本発明は、吸込口から空気が吸い込まれて空気吸込渦が発生するのを防止することができるとともに、揚水を遮断する揚水遮断水位を従来よりも引き下げて、吸込水槽内の水位をより一層下げることが可能な立軸ポンプの運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本第１発明では、羽根車の下方に吸込口が備えられ、羽根車の上方に、吸込口から吸込んだ流体を吐出する吐出部が備えられ、羽根車と吸込口との間に吸込通路が形成され、吸込通路内に空気を吸入する吸気通路が接続され、上記吸気通路を開閉する気水切替装置が設けられ、羽根車の吸込側に気水切替装置閉水位を設定し、上記気水切替装置閉水位の上方に揚水開始水位を設定し、上記気水切替装置閉水位の下方に揚水遮断水位を設定し、定格運転される立軸ポンプの運転方法であって、
上記揚水遮断水位よりも上方で且つ気水切替装置閉水位以下の所定位置に制御水位を設定し、水位が気水切替装置閉水位よりも下位にある場合、羽根車を回転させた状態で気水切替装置を開き、吸気通路から吸込通路内へ空気を吸入して揚水を遮断する先行待機運転を行い、水位が上昇して気水切替装置閉水位に達すると、気水切替装置を閉じて、吸気通路から吸込通路内への空気の吸入を停止し、水位が揚水開始水位に達すると、流体を吸込口から吸い込んで吐出部から吐出する揚水が開始され、上記揚水により水位が低下して制御水位に達すると、制御水位から揚水遮断水位までの領域において、吐出部から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくし、水位が揚水遮断水位まで低下すると、気水切替装置を開いて揚水を遮断するものである。

これによると、揚水により次第に水位が低下して制御水位に達すると、制御水位から揚水遮断水位までの領域において、吐出部から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくするため、上記の領域内で引き続き揚水しながらも、吸込口から空気が吸い込まれて空気吸込渦が発生するのを防止することができる。

したがって、例えば上記制御水位を従来の揚水遮断水位に相当させることによって、従来の揚水遮断水位以下でも、吸込口からの空気の吸込みを防止しながら、揚水を行うことが可能となる。このように、立軸ポンプの揚水遮断水位を従来よりも引き下げることができ、立軸ポンプを用いて吸込水槽内の水位をより一層下げることができる。

また、本第２発明では、制御水位から揚水遮断水位までの領域において、吐出部に設けられた吐出弁の開度を絞ることによって、吐出部から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくする制御が行われるものである。

また、本第３発明では、制御水位から揚水遮断水位までの領域において、羽根車の回転速度を低速にすることによって、吐出部から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくする制御が行われるものである。

また、本第４発明では、羽根車は羽根の角度を変更可能な可動翼式であり、
制御水位から揚水遮断水位までの領域において、羽根車の羽根の角度を調整することによって、吐出部から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくする制御が行われるものである。

また、本第５発明では、制御水位から揚水遮断水位までの領域において、吐出水量を水位に応じて制御するものである。

以上のように、本発明では、立軸ポンプの揚水遮断水位を従来よりも引き下げることができ、立軸ポンプを用いて吸込水槽内の水位をより一層下げることができる。これにより、立軸ポンプとは別に小型の排水用ポンプを用いて吸込水槽内に滞留した水を排水する場合、上記排水用ポンプの運転時間や負荷が大幅に低減される。

以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。尚、先述した従来のものと同一の部材については同じ符号を付記して説明を省略する。
図１に示すように、気水切替弁２２は気水切替装置の一例であり、気水切替弁閉水位Ｌａが気水切替装置閉水位に相当する。また、揚水遮断水位Ｌｃよりも上方で且つ気水切替弁閉水位Ｌａ以下の所定位置に制御水位Ｌｄを設定している。尚、上記揚水遮断水位Ｌｃは吸込口管１２の下端よりも僅かに上方に位置している。

吸込水槽８の上方には、超音波を利用して吸込水槽８内の水位を検出する水位検出器２７が設けられている。また、上記水位検出器２７で検出された水位に基づいて気水切替弁２２の開閉と吐出弁１９の開度とを制御する制御装置２８が設けられている。また、吐出部１６の上端部には、吸排気管３０と吸排気弁３１とが設けられている。

以下、上記立軸ポンプ９の運転方法を説明する。
吸込水槽８内の水位は水位検出器２７によって検出されており、この水位が気水切替弁閉水位Ｌａよりも下位にある場合、定格運転（すなわち全速・全水量運転）で羽根車１１を回転させた状態で気水切替弁２２を開き、吸気通路２１から吸込通路１４内へ空気を吸入して揚水を遮断する。これにより、雨水が吸込水槽８に流入する前に、定格運転での先行待機運転が行える。

降雨等によって雨水が吸込水槽８に流入し、吸込水槽８の水位が上昇して気水切替弁閉水位Ｌａに達すると、気水切替弁２２を閉じて、吸気通路２１から吸込通路１４内への空気の吸入を停止する。そして、水位がさらに上昇して揚水開始水位Ｌｂに達すると、回転する羽根車１１の自吸効果により、定格運転で水を吸込口１３から吸い込んで吐出部１６から吐出する揚水が開始される。

上記揚水により吸込水槽８の水位が次第に低下して制御水位Ｌｄまで下降すると、制御水位Ｌｄから揚水遮断水位Ｌｃまでの領域Ｂにおいて、制御装置２８が吐出弁１９の開度を全開から絞ることによって、吐出部１６から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくする。これにより、上記の領域Ｂ内で引き続き揚水しながらも、吸込口１３から空気が吸い込まれて空気吸込渦が発生するのを防止することができる。

したがって、上記制御水位Ｌｄを図６に示した従来の揚水遮断水位Ｌｃに相当させることによって、従来の揚水遮断水位Ｌｃ以下でも、吸込口１３からの空気の吸込みを防止しながら、揚水を行うことが可能となる。これにより、立軸ポンプ９の揚水遮断水位Ｌｃを従来よりも引き下げることができ、立軸ポンプ９を用いて吸込水槽８内の水位をより一層下げることができる。

そして、図１に示すように、水位がさらに低下して揚水遮断水位Ｌｃ以下に下降すると、気水切替弁２２を開き、吸気通路２１から吸込通路１４内へ空気を吸入する。これにより、吸込口管１２内の水が真空破壊されて落下して揚水が遮断され、気中運転が行われる。したがって、揚水遮断水位Ｌｃ以下の領域Ａでは揚水が行われないため、吸込口１３から空気を吸い込んでしまう恐れはなく、空気吸込み渦の発生が防止される。尚、この際、制御装置２８は吐出弁１９の開度を全開に戻す。

また、上記のような運転方法において、制御装置２８は、図２に示すグラフのように、吸込水槽８の水位に応じて吐出水量を制御している。このグラフによると、制御水位Ｌｄ以上の領域では吐出水量を１００％定格値にしている。また、制御水位Ｌｄから揚水遮断水位Ｌｃまでの領域Ｂでは、水位の低下に応じて、吐出水量を１００％定格値から定格値のほぼ３０％程度まで徐々に絞っている。

また、図３は、吐出水量（ｍ^３／ｓ）と吸込口管１２の必要没水深さＧ（ｍ）との関係を示すグラフである。尚、必要没水深さＧとは、図１の点線で示すように、水面から吸込口管１２の下端までの深さである。このグラフによると、例えば、吐出水量が１ｍ^３／ｓの場合、必要没水深さＧは最低１．０５ｍ必要であり、必要没水深さＧがこの値よりも少ない場合、吸込口１３から空気が吸い込まれる恐れがあることを意味している。したがって、本実施の形態における立軸ポンプ９の運転では、制御水位Ｌｄから揚水遮断水位Ｌｃまでの領域Ｂにおいて、吐出水量と必要没水深さＧとの関係を上記グラフ上又はグラフよりも上の範囲に含まれるように制御している。

上記第１の実施の形態では、図１に示すように制御水位Ｌｄを従来の揚水遮断水位Ｌｃ（図６参照）に相当させている例を示したが、上記制御水位Ｌｄを従来の揚水遮断水位Ｌｃ（図６参照）とは異なった水位に設定してもよい。

上記第１の実施の形態では、水位検出器２７で検出された水位に基づいて制御装置２８が吐出弁１９の開度を制御する吐出弁制御方式を用いているが、次に説明する第２の実施の形態では、制御装置２８がモーター２５の回転速度を制御する回転速度制御方式を用いている。

これによると、揚水により吸込水槽８の水位が次第に低下して制御水位Ｌｄまで下降すると、制御水位Ｌｄから揚水遮断水位Ｌｃまでの領域Ｂにおいて、制御装置２８がモーター２５の回転速度を低速にすることにより、羽根車１１の回転速度を低速にし、吐出部１６から吐出される吐出水量を定格運転（すなわち全速・全水量運転）時よりも少なくする。このため、上記の領域Ｂ内で引き続き揚水しながらも、吸込口１３から空気が吸い込まれて空気吸込渦が発生するのを防止することができる。尚、モーター２５の回転速度はインバータ制御や抵抗器制御によって制御される。

上記第１および第２の実施の形態では、羽根車１１を回転させる回転駆動装置の一例としてモーター２５を用いたが、他の例として、モーター２５の代わりに、エンジンを用いてもよい。この場合、制御装置２８がエンジンの回転速度を制御し、揚水により吸込水槽８の水位が制御水位Ｌｄまで下降すると、制御水位Ｌｄから揚水遮断水位Ｌｃまでの領域Ｂにおいて、制御装置２８がエンジンの回転速度を低速にすることにより、羽根車１１の回転速度を低速にし、吐出部１６から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくする。尚、エンジンの回転速度はガバナー調整によって制御される。

上記第１および第２の実施の形態では、制御水位Ｌｄから揚水遮断水位Ｌｃまでの領域Ｂにおいて、吐出部１６から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくする方法として、吐出弁制御方式や回転速度制御方式を採用しているが、これ以外に、第３の実施の形態として、下記のような可動翼制御方式がある。

すなわち、羽根車１１は各羽根１１ａの傾斜角度を変更することが可能な可動翼式に構成され、制御装置２８は、水位検出器２７で検出された水位に基づいて、上記羽根１１ａの傾斜角度を制御する。

これによると、揚水により吸込水槽８の水位が制御水位Ｌｄまで下降すると、制御水位Ｌｄから揚水遮断水位Ｌｃまでの領域Ｂにおいて、制御装置２８が羽根１１ａの傾斜角度を変更することにより、吐出部１６から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくする。尚、上記羽根１１ａの傾斜角度は機械式制御又は油圧式制御によって変更される。

次に、第４の実施の形態を図４，図５に基づいて説明する。
図４に示すように、運転停止スイッチ２９が制御装置２８に接続され、さらに、制御装置２８には、水位検出器２７により検出される吸込水槽８内の水位と、吸込水槽８よりも上流側の降雨情報と、吸込水槽８内の水位の上昇速度と、吸込水槽８内へ流入する雨水等の流入速度とがデータとして入力されるように構成されている。上記制御装置２８は、上記運転停止スイッチ２９から入力される制御信号と上記各データとに基づいて、先の第１〜第３の実施の形態で説明した吐出弁制御方式と回転速度制御方式と可動翼制御方式の少なくともいずれか１つの制御方式を実行する。

図５は制御装置２８による制御を示すフローチャートである。これによると、降雨等によって吸込水槽８の水位が上昇して気水切替弁閉水位Ｌａに達すると、気水切替弁２２を閉じ、さらに水位が上昇して揚水開始水位Ｌｂに達すると、定格運転で水を吸込口１３から吸い込んで吐出部１６から吐出する定格揚水が開始される（ステップ−１）。

上記揚水により吸込水槽８の水位が次第に低下して制御水位Ｌｄまで下降すると（ステップ−２）、制御装置２８は、水位検出器２７により検出される吸込水槽８内の水位と、吸込水槽８よりも上流側の降雨情報と、吸込水槽８内の水位の上昇速度と、吸込水槽８内へ流入する雨水等の流入速度とをデータとして入力し、これらのデータに基づいて適正な吐出水量を算出する（ステップ−３）。

次に、制御装置２８は、吐出弁制御方式と回転速度制御方式と可動翼制御方式とのいずれか１つ或いは複数の方式を選択して、吐出水量を定格運転時の吐出水量から上記ステップ−３で求めた適正な吐出水量に減少させる（ステップ−４）。これにより、制御水位Ｌｄから揚水遮断水位Ｌｃまでの領域Ｂ内で引き続き揚水しながらも、吸込口１３から空気が吸い込まれて空気吸込渦が発生するのを防止することができる。

その後、水位がさらに低下して揚水遮断水位Ｌｃに達した場合（ステップ−５）、気水切替弁２２を開き、吸気通路２１から吸込通路１４内へ空気を吸入することで、揚水を遮断する（ステップ−６）。これにより、揚水遮断水位Ｌｃ以下の領域Ａでは揚水が行われないため、吸込口１３から空気を吸い込んでしまう恐れはなく、空気吸込み渦の発生が防止される。

その後、さらに降水量が増えて所定時間（例えば３０分）以内に吸込水槽８内の水位が再び上昇した場合（ステップ−７）、或いは、上記ステップ−４において吐出水量を少なくした結果、吸込水槽８内の水位が低下せずに上昇した場合（ステップ−８）、上記ステップ−１に戻る。

また、上記ステップ−５の後に、作業者が運転停止スイッチ２９をオンにした場合（ステップ−９）、運転停止スイッチ２９からの制御信号が制御装置２８に入力され、制御装置２８は吐出弁１９を締め切り（ステップ−１０）、モーター２５を停止させて立軸ポンプ９の運転を停止する（ステップ−１１）。また、上記ステップ−６において、所定時間（例えば３０分）経過しても吸込水槽８内の水位が上昇しない場合、上記ステップ−１１において、制御装置２８はモーター２５を停止させて立軸ポンプ９の運転を停止する。

尚、上記ステップ−１１において立軸ポンプ９の運転を停止した際、吸排気弁３１を開いて、吸排気管３０から立軸ポンプ９の内部に空気を吸込み、立軸ポンプ９内に滞留した水を落水させる。
上記第４の実施の形態では、所定時間を３０分に設定した例を示したが、３０分に限定されるものではない。

また、例えば、ポンプ場の吸込水槽８が平野部に設置され、雨水等が導水流路を通って吸込水槽８に流れ込む時の上記導水流路の導水勾配が十分に確保できない場合であっても、従来では平野部で洪水が発生する可能性があったが、上記第１〜第４の実施の形態では洪水災害の発生を大幅に抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態における立軸ポンプの断面図である。 同、立軸ポンプの水位に対する吐出水量の制御を示すグラフである。 同、立軸ポンプの吐出量と必要没水深さとの関係を示すグラフである。 本発明の第４の実施の形態における立軸ポンプの断面図である。 同、立軸ポンプの運転方法を示すフローチャートである。 従来の立軸ポンプの断面図である。

符号の説明

９ 立軸ポンプ
１１ 羽根車
１１ａ 羽根
１３ 吸込口
１４ 吸込通路
１６ 吐出部
１９ 吐出弁
２１ 吸気通路
２２ 気水切替弁（気水切替装置）
Ｌａ 気水切替弁閉水位（気水切替装置閉水位）
Ｌｂ 揚水開始水位
Ｌｃ 揚水遮断水位
Ｌｄ 制御水位
Ｂ 領域

Claims (5)

1. 羽根車の下方に吸込口が備えられ、羽根車の上方に、吸込口から吸込んだ流体を吐出する吐出部が備えられ、羽根車と吸込口との間に吸込通路が形成され、吸込通路内に空気を吸入する吸気通路が接続され、上記吸気通路を開閉する気水切替装置が設けられ、羽根車の吸込側に気水切替装置閉水位を設定し、上記気水切替装置閉水位の上方に揚水開始水位を設定し、上記気水切替装置閉水位の下方に揚水遮断水位を設定し、定格運転される立軸ポンプの運転方法であって、
   上記揚水遮断水位よりも上方で且つ気水切替装置閉水位以下の所定位置に制御水位を設定し、
   水位が気水切替装置閉水位よりも下位にある場合、羽根車を回転させた状態で気水切替装置を開き、吸気通路から吸込通路内へ空気を吸入して揚水を遮断する先行待機運転を行い、
   水位が上昇して気水切替装置閉水位に達すると、気水切替装置を閉じて、吸気通路から吸込通路内への空気の吸入を停止し、水位が揚水開始水位に達すると、流体を吸込口から吸い込んで吐出部から吐出する揚水が開始され、
   上記揚水により水位が低下して制御水位に達すると、制御水位から揚水遮断水位までの領域において、吐出部から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくし、
   水位が揚水遮断水位まで低下すると、気水切替装置を開いて揚水を遮断することを特徴とする立軸ポンプの運転方法。
2. 制御水位から揚水遮断水位までの領域において、吐出部に設けられた吐出弁の開度を絞ることによって、吐出部から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくする制御が行われることを特徴とする請求項１記載の立軸ポンプの運転方法。
3. 制御水位から揚水遮断水位までの領域において、羽根車の回転速度を低速にすることによって、吐出部から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくする制御が行われることを特徴とする請求項１記載の立軸ポンプの運転方法。
4. 羽根車は羽根の角度を変更可能な可動翼式であり、制御水位から揚水遮断水位までの領域において、羽根車の羽根の角度を調整することによって、吐出部から吐出される吐出水量を定格運転時よりも少なくする制御が行われることを特徴とする請求項１記載の立軸ポンプの運転方法。
5. 制御水位から揚水遮断水位までの領域において、吐出水量を水位に応じて制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の立軸ポンプの運転方法。

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