JP2011256769A5 - - Google Patents

Description

図８は従来の吸い上げ式の横軸ポンプ設備の概略構成を示す図である。図示するように、横軸ポンプ設備は、吸込水槽１２０の上に据付けられた斜流又は軸流ポンプからなる横軸ポンプ１を備え、該横軸ポンプ１のポンプインペラ３は回転軸７に固定され、電動機４により回転駆動されるようになっている。ポンプケーシング２の頂部には吸気取出口２１が設けられ、該吸気取出口２１には吸気配管８を介して真空ポンプ９が接続されている。また、吸気配管８には吸気弁（電磁弁又は電動弁）２３、及び満水検知器１１が接続されている。

上記のように、始動電流が大きい電動機を採用する場合、電力を供給する電源系統において、瞬時的な電圧降下を起す場合があり、これを解消するために、構造が複雑で高価な巻線型電動機や、高価な始動装置（インバータやコンドルファ始動器等）を用いるか、電圧降下補償装置を別途設ける必要がある。これは電力を供給する各電力会社では、他の電力需要家への影響を考慮し、系統の電圧降下について、制限を設けており、この制限から、逸脱する設備の場合、設備側で制限を満たす設備を設けるようになっているからである。

〔ドライ始動運転〕
真空ポンプで満水化を行うと同時に主ポンプを気中で起動することで、真空ポンプのみによる満水工程と比べて満水工程に要する時間を短縮でき、主ポンプの排水運転を迅速に開始できる。しかしながら、ポンプケーシング内の水位が上昇し、水位がポンプインペラに到達して気水混合での運転状態になると、インペラの回転に影響されてポンプケーシングの内壁に旋回流（水膜）が発生するため、真空ポンプは空気と水を一緒に吸引することになり、真空ポンプが正常に吸気できず、その結果満水工程時間が長くなることだけではなく、一緒に吸引した水の影響により、満水工程完了の誤検知により真空ポンプが停止して、その結果、落水が発生することがあるという課題がある。

また、短時間で満水工程を完了させ、早期に排水運転を可能とする横軸ポンプ設備の運転方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明は、斜流又は軸流の主ポンプを備え、ポンプケーシング内を真空引き配管を通して真空ポンプにより吸気することにより水を吸い上げる吸い上げ式の横軸ポンプ設備であって、真空引き配管は、ポンプケーシングの主ポンプインペラより上流側上部に接続し、真空引き配管の接続箇所に主ポンプ始動時の気液二相流の旋回を防止する旋回流防止機構と、気液二相流から気体を分離する気液分離機構とを設け、該気液分離機構で分離された気体を真空引き配管を介して真空ポンプで吸気することを特徴とする。

本発明は、ポンプケーシングの真空引き配管の接続箇所に主ポンプ始動時の気液二相流の旋回を防止する旋回流防止機構と、気液二相流から気体を分離する気液分離機構とを設け、該気液分離機構で分離され気体を真空引き配管を介して真空ポンプで吸気するので、気液二相での運転を伴うドライ始動時に主ポンプインペラの回転により、ポンプケーシング内壁面に気液二相の旋回流が発生しても、吸気開口から水が流入することがなく、確実にケーシング内を満水にすることができ、主ポンプインペラが接水しない内の主ポンプの始動を可能としたことでポンプの始動トルクが小さくて済み、駆動機である電動機の始動電流を抑制し、安価で簡素な横軸ポンプ設備を提供できる。

また、短時間で満水工程を完了させ、早期に排水運転を可能とさせる横軸ポンプ設備の運転方法を提供できる。

旋回防止板３４は流入防止部３３の中央近くに、ポンプ軸方向と略平行になるようにポンプケーシング２の内部方向に突出して設けられている。旋回防止機構部３０の円筒状部３１は、図２及び図３に示すように、ポンプケーシング２の上部に形成された円筒状の開口部２ａ内に旋回防止板３４がポンプ軸方向と略平行に、且つポンプケーシング２内壁面から突出するように挿入されて取り付けられている。図２の矢印に示すように、旋回流（水膜）１００は旋回防止板３４に衝突し、その流れ方向がポンプケーシング２の内部に向うように変更される。旋回防止板３４の旋回流（水膜）１００が衝突する側とは反対側に位置する流入防止部３３には図４（ｃ）に示すように、扇状の吸気開口部３５が形成されている。旋回防止板３４の突出長さ（高さ）は１５０ｍｍ程度、その幅は円筒状部３１の直径と同じ長さにすることが最も効率的である。

また、吸気開口部３５の面積は、上部に設けられる気液分離短管４０に設けられる第２の吸気開口部４４の開口面積以上とすることが好ましい。図４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は旋回防止板３４のその他の態様を示す図である。図４（ｄ）に示すように、ポンプケーシング２のフランジの開口部２ａのフランジ面がポンプ軸芯と水平でない場合等については、該旋回防止板３４を傾斜させた構成としてもよい。また、ポンプの取扱水に塵芥が多い場合などには、塵芥の絡みつきを防止するため、図４（ｅ）及び（ｆ）に示すように、旋回防止板３４の角部を鈍角で構成したり、角部を無くするように円弧状に構成してもよい。

図５は気液分離短管４０の構成を示す図であり、図５（ａ）は設置時のポンプ上流側から見た図であり、図５（ｂ）は設置時ポンプ側から見た図（下方から見た図）である。また、図５（ｃ）はポンプの側方より見た図であり、図中Ｐはポンプ側、Ｍは電動機側である。気液分離短管４０は短い円筒状の筒部４１を有し、該筒部４１の下端にはフランジ４２を設け、上端は円板状の蓋体４３で閉塞されている。該蓋体４３の中心部を通る軸線上でポンプ水流の下流側に第２の吸気口４４が設けられ（図２、図４参照）、該蓋体４３に吸気配管８が接続されている。気液分離短管４０の蓋体４３の高さはポンプケーシング２の接続部から１５０ｍｍ以上でポンプケーシング２の最頂部（ボールトップ）と同程度にすることが好ましい。

気液混合状態での運転を伴うドライ始動においては、ポンプケーシング２内が満水になり定常水量運転に至るまでに、小水量運転状態でポンプが運転する状態となり、この時に生じるインペラ部の逆流旋回流により、ポンプの吸込ケーシングの内壁に旋回流（水膜）が発生する。

上記構成の気液分離機構１５をポンプインペラ３より上流側のポンプケーシング２上部に設けることにより、ポンプインペラ３の回転によりポンプケーシング２の内壁面に発生する旋回流（水膜）１００は、図２に示すように、旋回防止板３４に衝突し、ポンプケーシング２の中央部に向う流れとなり、流入防止部３３の旋回流１００の下流側に設けた吸気開口部３５から円筒状部３１内への流入を抑制することが可能となる。流入防止部３３は円筒状部３１を開口部２ａに挿入した場合に、ポンプケーシング２の内壁とに段差がないように設けられている。なお、ポンプケーシング２の開口部２ａとしては、ポンプケーシング２に設けているハンドホールを用い、ハンドホールの蓋を蓋体４３としてポンプケーシング２の間に気液分離機構１５を設けてもよい。

〔ドライ始動〕
ドライ始動制御とは、吸気弁２２の開操作、真空ポンプ９を起動、主ポンプ（横軸ポンプ１）始動、吐出弁１３の開操作を連動させる運転制御方法である。吸込水位等の始動条件が成立し（ステップＳＴ１）、ドライ始動指令が自動若しくは手動にて出されると（ステップＳＴ１−１）、次いで吸気弁２２を開き（ステップＳＴ１−３）、真空ポンプ９を起動（ステップＳＴ１−４）、主ポンプ（横軸ポンプ１）を始動し（ステップＳＴ１−５）、吐出弁１３を中間開度まで開く（ステップＳＴ１−６）。

ここで定格排水運転に移行したか否かを検知する方法としては、主ポンプ（横軸ポンプ）１の吐出圧力、若しくは電動機４の電流値により判断することが望ましい。また、本運転フローにおいては、吐出弁１３を中間開にて始動しているが全開にしての始動としても構わない。但し、できる限りの始動時間の短縮をはかる場合においては、吐出弁１３を中間開度にて始動することで、主ポンプ１の吐出流が吐出弁１３の弁体によりポンプ側に戻され、全開の時に比べ早期に、且つ確実にポンプインペラ部が満水となり、ポンプ吐出流による掃気効果を上げ、結果、始動時間の短縮を図ることができる。なお、その際の吐出弁１３の開度は１０〜３０％とすることが最も好ましい。

次いで、従来の通常始動方法を図７のフロー図に基づいて説明する。
〔通常始動〕
通常始動は、横軸ポンプ１のポンプケーシング２の略頂部の吸気取出口２１から、第１の吸気弁２３を通して真空ポンプにより吸気し満水操作を行う運転方法である。水位等の始動条件が成立し（ステップＳＴ２）、始動指令が出されると（ステップＳＴ２−１）、吸気弁２３を開き（ステップＳＴ２−２）、真空ポンプ９を始動する（ステップＳＴ２−４）。

本発明は、真空引き配管をポンプケーシングの主ポンプインペラより上流側上部に接続し、真空引き配管の接続箇所に主ポンプ始動時の気液二相流を分離する気液分離機構と、該気液分離機構で液から分離された気体を吸気する吸気開口とを設けたので、始動時に主ポンプインペラの回転により、ポンプケーシング内壁面に気液二相の旋回流が発生しても、吸気開口に水が流入することがなく、主ポンプインペラが接水しない内に主ポンプを始動するから始動トルクが小さくて済み、駆動機である電動機の始動電流を抑制し、短時間で満水工程を完了させ、早期に排水運転を可能させる横軸ポンプ設備に利用することができる。

Claims (1)

1. 斜流又は軸流の主ポンプを備え、ポンプケーシング内を真空引き配管を通して真空ポンプにより吸気することにより水を吸い上げる吸い上げ式の横軸ポンプ設備であって、
   前記真空引き配管は、前記ポンプケーシングの前記主ポンプインペラより上流側上部に接続し、
   前記真空引き配管の接続箇所に前記主ポンプ始動時の気液二相流の旋回を防止する旋回流防止機構と、気液二相流から気体を分離する気液分離機構とを設け、該気液分離機構で分離された気体を前記真空引き配管を介して前記真空ポンプで吸気することを特徴とする横軸ポンプ設備。