JP2016176456A - ポンプ装置及びポンプ装置の起動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】羽根車を気中運転することでポンプ装置の起動トルクを低減するために、羽根車の一部または全部が気中にさらされていることを正確に検知できる高信頼性のポンプ装置を提供する。【解決手段】ケーシング4と、ケーシング内で回転駆動可能に配設された主軸2と、主軸2に固定された羽根車3と、ケーシングに設けられた吸込部7と、羽根車により送水される送水部6とを備えているポンプ装置であって、ケーシングに圧縮空気を供給する給気管30と、下端が吸込部より上方位置で開口し、上端が給気管30、ケーシングまたはケーシング連通部の何れかに接続されている参照管40と、ケーシング4と参照管40との間の圧力差を検出する圧力検出部50とを備え、圧力差が所定値になると羽根車3を始動するように構成されている。【選択図】図3
Description
本発明はポンプ装置及びポンプ装置の起動方法に関する。
給配水設備や河川等の排水設備のポンプ井に設置されたポンプ装置は、ケーシング内で立軸心周りに回転可能に配設された主軸と、主軸の下端部に固定され主軸と一体回転する羽根車と、ケーシングの下側に連設された吸込ケーシングと、羽根車により吸い込まれた水を送水する揚水管とを備えている。
そして、ポンプ装置の主軸にはインダクションモータ等の電動モータやディーゼルエンジンやガスタービン等の内燃機関の出力軸が機械的に連結され、電動モータや内燃機関によってポンプ装置が起動されるように構成されている。
図4に示すように、停電時等に備えてディーゼルエンジン等の内燃機関によってポンプ装置を駆動する場合に、計画点で十分にポンプ装置を駆動可能な内燃機関を選定すると、低回転領域でポンプ装置の起動トルクよりもトルクが低くなるため、内燃機関の出力軸とポンプ装置の主軸とを直結できず、油圧クラッチ、遠心クラッチ、流体継手等の動力伝達機構を介して内燃機関の出力軸とポンプ装置の主軸とを連結する必要があり、構造が複雑になるという問題があった。
また、図5に示すように、電動モータを用いる場合に大きな始動電流の発生を回避するために減電圧始動すると、電動モータのトルクがポンプ装置の起動トルクより低下して安定的にポンプ装置を起動することができないという問題があった。そのため減電圧始動の程度が制限され、比較的大きな始動電流が流れるため、それに耐え得る高価な電源設備が必要になるという問題があった。
特許文献1には、フランシス形の多段ポンプ水車を用いて発電駆動し、或いはポンプ装置駆動する場合に、ランナ起動トルクの軽減を図るために、高圧空気の吸気により流路の水を押し下げてランナを空中で運転し、その後に流路を充水する運転制御方式が開示されている。
上述した特許文献1に開示された運転制御方式では、吸出し管の水位がランナより下方に押し下げられた状態であるか否かを検知するために、吸出し管の水位を検知する水位センサを備えたり、ランナ室の圧力を検知する圧力検出器を備えたりする必要があった。
特許文献1に開示された運転制御方式をケーシング内で立軸心周りに回転可能に配設された主軸と、主軸の下端部に固定され主軸と一体回転する羽根車と、ケーシングの下側に連設された吸込ケーシングと、羽根車により吸い込まれた水を送水する揚水管とを備えたポンプ装置に適用して、水位センサや圧力検出器をケーシングに備える場合には、ポンプ装置で送水される水に浮遊する異物が水位センサや圧力検出器に接触して故障が生じ易いという問題や、水位センサや圧力検出器に異物が絡まって閉塞する虞があるという問題があった。
また、ケーシングに備えた圧力検出器で検出される圧力値は、ポンプ井の水位変動に応じて変動するため、当該圧力値のみに基づいてケーシング内の水位を正確に検出することは非常に困難であり、ポンプ装置を適切に起動できない場合が生じるという問題もあった。
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、羽根車を気中運転することでポンプ装置の起動トルクを低減するために、羽根車の一部または全部が気中にさらされていることを正確に検知できる高信頼性のポンプ装置及びポンプ装置の起動方法を提供する点にある。
上述の目的を達成するため、本発明によるポンプ装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項1に記載した通り、ケーシングと、前記ケーシング内で回転駆動可能に配設された主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、前記ケーシングに設けられた吸込部と、前記羽根車により送水される送水部とを備えているポンプ装置であって、前記ケーシングに圧縮空気を供給する給気管と、下端が前記吸込部より上方位置で開口し、上端が前記給気管、前記ケーシングまたはケーシング連通部の何れかに接続されている参照管と、前記ケーシングと前記参照管との間の圧力差を検出する圧力検出部と、を備えている点にある。
給気管を介してケーシングに圧縮空気が供給されると、ケーシング内の水面が次第に下降して羽根車が気中に露出するようになる。この状態で主軸に連結される駆動機を起動することで、羽根車が水中に没している場合よりも起動トルクが小さくなり、低回転領域でトルクの小さな駆動機や減電圧起動する必要がある電動モータであっても確実に羽根車を起動できるようになる。
このときケーシング内の圧力はケーシング内の水面とケーシングの外側の水面との差に対応する値になるので、ケーシングの外側の水面が変動するとケーシング内の水面と羽根車の位置との相対関係が把握できず、羽根車が没水状態で起動したりケーシング内の水位が必要な水位よりも大きく下降した状態で起動したりする虞がある。
しかし、圧力検出部によりケーシングと参照管との間の圧力差が検知されると、ケーシング内の水位と参照管の水位との相対的な水位差が求まるので、参照管の開放端の位置を予め把握しておけばケーシングの外側の水面の水位変動に関わらずケーシング内の水位が羽根車が気中に露出した水位に達したことを確実に把握することができるようになる。尚、ケーシングと参照管との間の圧力差とは、ケーシング内の圧力と参照管内の圧力差であり、ケーシング内の圧力はケーシングと連通する任意の空間の圧力で代替できる。つまり、吸込部の圧力、送水部の圧力、給気管の圧力を計測してもよい。
同第二の特徴構成は、同請求項2に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記参照管に絞り機構が設けられ、前記圧力検出部は前記ケーシングと前記絞り機構よりも圧縮空気の流れ方向下流側の前記参照管との間の圧力差を検出するように構成されている点にある。
給気管からの圧縮空気がケーシングと参照管の双方に供給される場合、参照管に圧縮空気が流れてケーシング内の水位が低下しない虞がある。そのような場合でも、参照管に絞り機構を設けて、参照管内に少量の圧縮空気しか流れないようにすることにより、確実にケーシング内に圧縮空気を供給することができるようになり、ケーシング内の水位を低下させることができるようになる。このような場合、圧力検出部はケーシングと絞り機構よりも圧縮空気の流れ方向下流側の参照管との間の圧力差を検出すればよい。
同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、ケーシングと、前記ケーシング内で回転駆動可能に配設された主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、前記ケーシングに設けられた吸込部と、前記羽根車により送水される送水部とを備えているポンプ装置であって、前記ケーシングに圧縮空気を供給する給気管と、下端が前記ポンプ装置の起動水位より下方で開口し、上端が封止された参照管と、前記ケーシングと前記参照管との間の圧力差を検出する圧力検出部と、を備えている点にある。
第一または第二の特徴構成のように参照管に圧縮空気を供給しなくても、参照管の開放下端をポンプ装置の起動水位より下方に位置するように設置しておけば、ポンプ装置の起動時に参照管の下端が確実に水没するので、ケーシングと参照管との間の圧力差に基づいてケーシング内の水位がポンプ装置の起動トルクが低下する水位に達したことを確実に把握することができるようになる。尚、ケーシング内の圧力はケーシングと連通する任意の空間の圧力で代替できることは上述した通りである。つまり、吸込部の圧力、送水部の圧力、給気管の圧力を計測してもよい。
同第四の特徴構成は、同請求項4に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記参照管の下端が前記ポンプ装置の停止水位より上方で開口するように構成されている点にある。
参照管の下端が長時間没水していると参照管内の空気が水に溶けて空気の圧力が低下する。そのため参照管内の圧力が変動することがある。このような場合でも、水位がポンプ装置の停止水位より低下すると、参照管の開放下端が大気に開放されるので参照管内に新たな空気が導入され、次にポンプ装置の起動水位に上昇した場合に水面と参照管の下端との水位差を正確に計測することができるようになる。
同第五の特徴構成は、同請求項5に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記ケーシング内の圧縮空気を排気する排気弁を備えている点にある。
羽根車を起動した後にケーシング内に空気が混入した状態ではポンプ装置の運転時に振動を生じる問題がある。そこで、排気弁を介してケーシング内の空気を排気するように構成すれば、ポンプ装置の安定した運転が可能になる。
同第六の特徴構成は、同請求項6に記載した通り、上述の第五の特徴構成に加えて、圧縮空気の給気と排気とを切り替える切替弁を有し、前記切替弁は前記排気弁としても機能するように構成されている点にある。
通常、揚水管等のケーシングに連なる送水部には揚水時にケーシング内の空気を排出する排気弁を備えている。そのような排気弁の機能を切替弁で代替し、起動時にはケーシングに圧縮空気を供給し、起動後にはケーシング内の圧縮空気を排気するように構成すれば、ケーシングに圧縮空気を供給するための別途の給気ポート設ける必要がなく、既存の排気弁が接続された排気ポートを給気ポートとして有効に活用できる。
本発明によるポンプ装置の起動方法の第一の特徴構成は、同請求項7に記載した通り、ケーシングと、前記ケーシング内で回転駆動可能に配設された主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、前記ケーシングに設けられた吸込部と、前記羽根車により送水される送水部と、前記ケーシングに圧縮空気を供給する給気管と、下端が前記吸込部より上方位置で開口し、上端が前記給気管、前記ケーシングまたはケーシング連通部の何れかに接続されている参照管と、を備えているポンプ装置の起動方法であって、前記給気管から前記ケーシングへ圧縮空気を供給し、前記給気管または前記ケーシングと前記参照管との間の圧力差が所定値に達したときに前記羽根車を起動させる点にある。
羽根車の起動トルクが低下するケーシングと参照管との間の圧力差を予め把握しておけば外部水面の水位変動に関わらずケーシング内の水位が低下してポンプ装置の起動トルクが低下したことを圧力差で確実に把握することができるようになり、低回転領域で始動トルクの小さな駆動機や減電圧始動する必要がある電動モータであっても確実に羽根車を起動できるようになる。
同第二の特徴構成は、同請求項8に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記参照管に絞り機構が設けられ、前記ケーシングと前記絞り機構よりも圧縮空気の流れ方向下流側の前記参照管との間の圧力差を検出するように構成されている点にある。
同第三の特徴構成は、同請求項9に記載した通り、ケーシングと、前記ケーシング内で回転駆動可能に配設された主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、前記ケーシングに設けられた吸込部と、前記羽根車により送水される送水部と、前記ケーシングに圧縮空気を供給する給気管と、下端が前記ポンプ装置の起動水位より下方で開口し、上端が封止された参照管と、を備えているポンプ装置の起動方法であって、前記給気管から前記ケーシングへ圧縮空気を供給し、前記ケーシングと前記参照管との間の圧力差が所定値に達したときに前記羽根車を起動させる点にある。
参照管に絞り機構を設けることで、圧縮空気の供給源から参照管とケーシングの双方に適切に圧縮空気を供給することができる。また、絞り機構を通過する圧縮空気の流れを抑制し、絞り機構の流れ方向の下流側の参照管内の圧力を参照管の下端の圧力とより等しい状態に保持することができる。そのため、ケーシングと絞り機構よりも圧縮空気の流れ方向下流側の参照配管との圧力差を検出することにより、確実にケーシング内の水位が、羽根車が気中に露出した水位に達したことを把握することができる。
同第四の特徴構成は、同請求項10に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記ポンプ装置は前記参照管の一端が前記ポンプ装置の停止水位より上方で開口するように構成されている点にある。
同第五の特徴構成は、同請求項11に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記ポンプ装置は前記ケーシング内の圧縮空気を排気する排気弁を備え、前記羽根車の起動後に前記排気弁を開放する点にある。
同第六の特徴構成は、同請求項12に記載した通り、上述の第五の特徴構成に加えて、前記ポンプ装置は圧縮空気の給気と排気とを切り替える切替弁を有し、前記切替弁は前記排気弁としても機能するように構成され、前記羽根車の起動後に前記切替弁を排気弁として機能させる点にある。
同第七の特徴構成は、同請求項13に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記所定値は前記羽根車の少なくとも一部が気中に晒される圧力値に設定されている点にある。
同第八の特徴構成は、同請求項14に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記ポンプ装置は前記給気管に圧縮空気の給気と排気とを切り替える切替弁を備え、前記羽根車の起動前に前記切替弁は前記給気管と前記ケーシングを連通させるように流路を切り替えて圧縮空気を前記ケーシングへ供給し、前記羽根車の起動後に前記切替弁は前記給気管と前記ケーシングを遮断するように流路を切り替えて前記ケーシング内の圧縮空気を排気する点にある。
以上説明した通り、本発明によれば、羽根車の一部または全部が気中にさらされていることを正確に検知できる高信頼性のポンプ装置及びポンプ装置の起動方法を提供することができるようになった。
以下に本発明によるポンプ装置及びポンプ装置の起動方法を説明する。
図1(a),(b)に示すように、ポンプ装置100は、ケーシング4と、ケーシング4内で回転駆動可能に配設された主軸2と、主軸2に固定された羽根車3と、ケーシング4の先端に設けられた吸込部7と、羽根車3により送水される揚水管で構成される送水部6とを備えて構成される立軸ポンプP(以下、単に「ポンプP」と記す場合もある。)ケーシング4に圧縮空気を供給する給気管30と、参照管40と、ケーシング4と参照管40との間の圧力差を検出する圧力検出部50とを備えている。
図1(a),(b)に示すように、ポンプ装置100は、ケーシング4と、ケーシング4内で回転駆動可能に配設された主軸2と、主軸2に固定された羽根車3と、ケーシング4の先端に設けられた吸込部7と、羽根車3により送水される揚水管で構成される送水部6とを備えて構成される立軸ポンプP(以下、単に「ポンプP」と記す場合もある。)ケーシング4に圧縮空気を供給する給気管30と、参照管40と、ケーシング4と参照管40との間の圧力差を検出する圧力検出部50とを備えている。
立軸ポンプPの主軸2は上端で減速機15に接続され、駆動機16からの軸動力が減速機15で減速されて主軸2に伝達される。
参照管40は、下端が吸込部7より上方位置で開口し、上端が給気管30に接続されている。参照管40の上端は給気管30に接続されており、給気管30から圧縮空気が供給される参照管40には、絞り機構41が設けられている。上端は給気管30に接続される以外に、給気管30と圧力が等しければ、ケーシング4またはケーシング4と連通している箇所であれば圧力が等しくなるため、例えば送水部6の何れかに接続されていてもよい。
圧力検出部50によって検出されるケーシング4と参照管40との間の圧力差とは、ケーシング4内の圧力と参照管40内の圧力差であり、ケーシング4内の圧力はケーシング4と連通する任意の空間の圧力で代替可能である。つまり、吸込部4の圧力、送水部6の圧力、給気管30の圧力の何れを計測してもよい。
ポンプ井110の水位が上昇してポンプ装置100の起動水位HWLに達すると、給気弁V1が開放されてコンプレッサCから供給される圧縮空気が給気管30を介してケーシング4に供給される。
ポンプ井110の水位と同水位にあるケーシング4内の水位が圧縮空気により下方に押圧されて徐々に低下し、やがて没水していた羽根車3が気中に露出するまで低下する。一方、給気管30に接続されている参照管40内の水位も絞りを介して少量の空気が送られることによりケーシング4と同様に圧縮空気により下方に押圧されて徐々に低下する。最終的に参照管40の下端から少量の空気が出る状態となり、下端がh2での水圧と等しい圧力に参照管40内が保たれる。
このようにして、参照管40内の空気は参照管40の下端から出ることでh2地点での水圧を管内圧力として検出するので、参照管40の下端はケーシング4内の測定したい水位より上にある必要がある。つまり、吸込部7より具体的には羽根車3の下端より上方位置で開口、より詳細には後述する羽根車3の起動水位以上に参照管40の下端が位置する。
ポンプ井110の水位と参照管40の下端との水位差h2、換言すれば参照管40下端における水圧が参照管40の圧力により検知でき、ポンプ井110の水位とケーシング4内の水位の水位差h1、換言すればケーシング4内の水位における水圧がケーシング4の圧力により検知できる。従って、参照管40とケーシング4との圧力差により参照管40内の水位とケーシング4内の水位との水位差Δhが求まる。参照管40内の水位は参照管40の下端位置になり、参照管40内の圧力は一定になるため、ポンプ井110の水位が変動しても既知の参照管40の下端位置を基準として、ポンプ井110の水位を検出することなくケーシング4内の水位が適正に把握できる。
つまり、参照管40とケーシング4との圧力差から水位差Δh=h1−h2が求まり、一方参照管40の下端と羽根車3の位置はポンプ装置100の構造から変わることなく一定のため、参照管40の下端を基準として、ケーシング4内のどこに水面があるのか求めることができる。
このようにして把握されたケーシング4内の水位が羽根車3より低い位置にあり、羽根車3が気中にさらされているときに駆動機16を駆動することで、没水状態で羽根車3を起動する場合よりも低い起動トルクでポンプPを起動することが可能になり、始動トルクの小さなエンジンや、大きな始動電流の発生を回避する減電圧始動回路を備えた電動モータであっても適切にポンプPを起動することができるようになる。
尚、ポンプPの起動時期つまり羽根車3の起動水位は羽根車3が完全に気中にさらされている必要はなく、ポンプPつまり羽根車3の起動トルクが駆動機16の始動トルク以下になっていれば、羽根車3の一部が没水下状態であってもよい。こうすることで、ポンプPの起動トルクが駆動機16の始動トルクより大きい状態で駆動し、その結果起動の失敗やケーシング4内の水位を必要以上に押し下げて、消費電力を無駄にすることもなくなる。
給気管30から圧縮空気が供給される参照管40には、絞り機構41が設けられ、圧力検出部50はケーシング4と絞り機構41よりも圧縮空気の流れ方向下流側の参照管40との間の圧力差を検出するように構成されている。
参照管40に絞り機構41を設けることで、給気管30からの圧縮空気が専ら参照管40に流れてケーシング4内の水位が低下しないようなことが無いように、圧縮空気の供給源から参照管40とケーシング4の双方に適切に圧縮空気を供給することができる。これにより、参照管40への圧縮空気の流れを抑制し、確実にケーシング4内に圧縮空気を供給することができるようになり、ケーシング4内の水位を低下させることができるようになる。また、絞り機構41を通過する圧縮空気の流れを抑制し、参照管40へ少量の空気を送ることで絞り機構41の流れ方向の下流側の参照管40内の圧力を参照管40の下端の圧力とより等しい状態に保持することができる。そのため、参照管40内の圧力変動を防止しケーシング4と絞り機構41よりも圧縮空気の流れ方向下流側の参照管40との圧力差を検出することにより、確実にケーシング4内の水位が、羽根車3が気中に露出した水位に達したことを把握することができる。
絞り機構41として参照管40に設けたバルブで構成してもよいし、部分的に設けた絞り流路で構成してもよい。さらに参照管40の断面積を給気管30の断面積よりも著しく小さく構成して、参照管40そのものが絞り機構41を構成するようにしてもよい。尚、給気管30と参照管40に夫々異なる経路で圧縮空気を供給してもよい。
図1(b)に示すように、ポンプPを起動する、つまり駆動機16を駆動し羽根車3が回転を始めると、給気弁V1が閉塞されて給気管30への圧縮空気の供給が停止され、排気弁V2が開放されてケーシング4内の空気が排気される。それに伴ってケーシング4内の水位はポンプ井110の水位に向けて上昇し、羽根車3が没水する水位となるとポンプ井110内の水は羽根車3によって送水部6に揚水される。尚、図示していないが、排気弁V2の先端側には逆止弁が設けられている。その後、水が送水されポンプ井110の水位がポンプ装置100の停止水位LWLになると、駆動機16が停止されてポンプ装置100が停止する。
上述した例では参照管40に圧縮空気が供給される例を説明したが、参照管40に圧縮空気が供給されず、下端が羽根車3が起動するケーシング4内の水位より上方でポンプ装置100の起動水位HWLより下方で開口し、上端が封止されたような構成であってもよい。
図2(a),(b)にはそのような態様が示されている。参照管40に圧縮空気を供給しなくても、参照管40の下端をポンプ装置100の起動水位HWLより下方に位置するように設置しておけば、ポンプ装置100の起動時に参照管40の下端が確実に水没するので、ケーシング4と参照管40との間の圧力差に基づいてケーシング40内の水位がポンプPの起動トルクが低下する水位に達したことを確実に把握することができるようになる。
図2(a)は、ポンプ井110の水位がポンプ装置100の起動水位HWLに達してポンプ装置100を起動する必要がある場合に、給気管30からケーシング4に圧縮空気を供給して、ケーシング4内の水面を低下させる過程が示されている。
この場合も、ポンプ井110の水位と参照管40の下端との水位差h2、換言すれば参照管40下端における水圧が参照管40の圧力と参照管40の形状から求まり、ポンプ井110の水位とケーシング4内の水位との水位差h1、換言すればケーシング4内の水位における水圧がケーシング4の圧力により検知できる。従って、参照管40とケーシング4との圧力差により参照管40内の水位とケーシング4内の水位との水位差Δhが求まる。ポンプ井110の水位が変動しても参照管40の下端位置が既知であればその位置を基準としてポンプ井110の水位を計測することなくケーシング4内の水位が適正に把握できる。
参照管40の下端位置を基準としたケーシング4内の水面の位置は下記の通り求めることができる。
参照管40の下端が大気に開放された状態から下端まで水位が上昇し、水面に接するまでは参照管40内の圧力は大気圧(P0)となる。この時の参照管40内の空気の体積V0とする。
上述の水位より更にポンプ井110の水位が上昇し、参照管40の下端からポンプ井110の高さがh2となると、参照管40内の圧力は、大気圧に加え水圧も考慮したP2が計測される。参照管40内の空気の体積をV2としたとき、ボイルシャルルの法則(PV=一定)に従い、P0V0=P2V2が成り立ち、参照管40の下端からポンプ井110の高さがh2の時の体積V2は、V2=P0Vo/P2から求まる。
この求まった体積V2と参照管40の高さや断面積等の形状寸法から参照管40の下側から参照管40内の水面までの高さhaが求まる。例えば、底面積S、高さLの円柱状の参照管40を採用した時、参照管40内の空気の体積V2、haの間にはV2=S(L−ha)の関係が成り立つ。ha=L−V2/Sとなりhaが求まる。
一方、参照管40内の圧力P2は重力加速度=g、水の密度Pとすると下記の通り表せ、P2,haが既知となり、h2が求まる。
P2=P0+ρg(h2−ha)・・・(1)
P2=P0+ρg(h2−ha)・・・(1)
一方、ケーシング4内の圧力P1は下記の通り表せる。
P1=P0+ρgh1・・・(2)
ここで、差圧ΔPは(1)、(2)より下記のとおりとなる。
ΔP=P1−P2
=ρg{h1−(h2−ha)}
=ρg(Δh+ha)
以上により、既知のhaと、計測されるΔPにより、参照管40の下端位置を基準としたケーシング4内の水面の位置Δhを求まる。没水深さh2に対してhaが無視できるような高さである場合はh2−haをh2と近似して本実施形態においてもΔPの計測によりケーシング4内の水面の位置Δhを求めることができる。
P1=P0+ρgh1・・・(2)
ここで、差圧ΔPは(1)、(2)より下記のとおりとなる。
ΔP=P1−P2
=ρg{h1−(h2−ha)}
=ρg(Δh+ha)
以上により、既知のhaと、計測されるΔPにより、参照管40の下端位置を基準としたケーシング4内の水面の位置Δhを求まる。没水深さh2に対してhaが無視できるような高さである場合はh2−haをh2と近似して本実施形態においてもΔPの計測によりケーシング4内の水面の位置Δhを求めることができる。
参照管40の下端は、ポンプ装置100の停止水位LWLより上方で開口するように構成するとより好適である。参照管40の下端が長時間没水していると参照管40内の空気が水に溶けて空気の圧力が低下する。そのため参照管40内の圧力が変動することがある。このように参照管40内の圧力が低下した場合でも、水位がポンプ装置100の停止水位より低下すると、参照管40の開放下端が大気に開放されるので参照管40内に新たな空気が導入され、次にポンプ装置100の起動水位に上昇した場合に水面と参照管40の下端との水位差を正確に計測することができるようになる。
図3(a),(b)には、ポンプ装置100の具体例が示されている。図3(a)はポンプ井110の水位がポンプ装置100の起動水位HWLに達し、ケーシング4内に圧縮空気を供給し羽根車3の起動水位に達している状態、図3(b)はポンプPを起動つまり羽根車3を起動しケーシング4内の水位が上昇している状態が示されている。
揚排水機場に設置される立軸ポンプPは、複数の水中軸受(図示せず)に回転自在に支持された鉛直姿勢の主軸2と、主軸2に取り付けられた羽根車3と、羽根車3を回転自在に収容したケーシング4と、ケーシング4の上側に連設されるとともに、主軸2を貫通させた鉛直方向の揚水管5と、揚水管5の上側に連設され、主軸2を液密かつ回転自在に貫通させて上側に導出した吐出曲管6を備えている。
ケーシング4の下部に吸込部となる吸込ベル7が設けられ、吐出曲管6の流れ方向下流側に吐出管8が連設され、吐出管8の出口は吐出水槽の内部に臨み、出口に逆流防止用のフラップ弁9が取付けられている。揚水管5、吐出曲管6が羽根車3により送水される送水部6となる。
建屋の床部22に形成された開口20にアンカーボルトで位置決め固定された取付座に、止水ゴムを介して円環状の鋼板でなるポンプ台としてのベースプレート23が固定され、ベースプレート23を介して揚水管5及び吐出曲管6がフランジで連接されている。
吐出曲管6の上端側には、主軸2の周囲に封水機構と主軸2を支持する軸受機構が設けられ、上側に延出した主軸2はカップリングと連結軸を介して減速機15の出力軸に連結されている。当該減速機15は駆動機16となる電動モータやディーゼル機関と接続されている。
コンプレッサCからの圧縮空気の給気と、ケーシング4からの空気の排気とを切り替える切替弁V2が自動排気弁のポートを利用して組み込まれている。自動排気弁は手動弁V5と逆止弁4を備えて構成され、通常はポンプPの吐出曲管6等に設置され、ポンプPの起動後にケーシング4や揚水管5の内部空気を排気する機能を備えている。
そのような既存の排気弁のポートを利用すべく、手動弁V5と逆止弁V4との間に三方弁V3を設けて、ポンプ装置100の起動時には三方弁V3を介して給気管30からケーシング4に圧縮空気を供給し、ポンプPつまり羽根車の起動後には三方弁V3を介してケーシング4から逆止弁4に圧縮空気が抜けるように構成されている。
以上説明したように、本発明によるポンプ装置100の起動方法は、給気管30から参照管40及びケーシング4へ圧縮空気を供給し、ケーシング4と参照管40との間の圧力差が所定値に達したときに羽根車3を起動させるように構成されている。
そして、ケーシング4内の圧縮空気を排気する排気弁V2を備え、羽根車3の起動後に排気弁V2を開放するように制御することが好ましい。こうすることで、ポンプ装置100の運転時に振動を生じる問題が、排気弁V2を介してケーシング4内の空気を排気することで、ポンプ装置100の安定した運転が可能になる。尚、排気弁V2以外に自動排気弁を備えている場合には、圧縮空気をケーシング4に供給する際に自動排気弁を閉止するように構成していることが好ましい。なぜなら、自動排気弁を作動状態とするとケーシング4に供給した圧縮空気を自動排気弁から排出してケーシング4内の水位降下に時間がかかる、または水位降下しないことがあるためである。
羽根車3の起動トルクが駆動機16の始動トルク以下になっていれば、羽根車3を起動させる圧力差である所定値は、羽根車3の少なくとも一部が没水される圧力値に設定されていてもよい。
上述した実施形態では、主軸2を駆動する内燃機関や電動モータでなる駆動機16がケーシング4の外部に設けられた立軸ポンプPを説明したが、水中ポンプ装置のように、駆動機16がケーシング4の内部に設けられ、減速機15を有さない立軸ポンプPにも本発明が適用可能である。
上述した実施形態では、立軸ポンプPを例に本発明を説明したが、斜流ポンプであってもよいし軸流ポンプであってもよい。また、立軸ポンプとして、斜流渦巻ポンプ、水中ポンプ等にも本発明を適用することができる。
上述した実施形態は本発明の一態様であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
2:主軸
3:羽根車
4:ケーシング
6:送水部
7:吸込部
30:給気管
40:参照管
41:絞り機構
50:圧力検出部
100:ポンプ装置
3:羽根車
4:ケーシング
6:送水部
7:吸込部
30:給気管
40:参照管
41:絞り機構
50:圧力検出部
100:ポンプ装置
Claims (14)
- ケーシングと、前記ケーシング内で回転駆動可能に配設された主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、前記ケーシングに設けられた吸込部と、前記羽根車により送水される送水部とを備えているポンプ装置であって、
前記ケーシングに圧縮空気を供給する給気管と、
下端が前記吸込部より上方位置で開口し、上端が前記給気管、前記ケーシングまたはケーシング連通部の何れかに接続されている参照管と、
前記ケーシングと前記参照管との間の圧力差を検出する圧力検出部と、
を備えているポンプ装置。 - 前記参照管に絞り機構が設けられ、前記圧力検出部は前記ケーシングと前記絞り機構よりも圧縮空気の流れ方向下流側の前記参照管との間の圧力差を検出するように構成されている請求項1記載のポンプ装置。
- ケーシングと、前記ケーシング内で回転駆動可能に配設された主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、前記ケーシングに設けられた吸込部と、前記羽根車により送水される送水部とを備えているポンプ装置であって、
前記ケーシングに圧縮空気を供給する給気管と、
下端が前記ポンプ装置の起動水位より下方で開口し、上端が封止された参照管と、
前記ケーシングと前記参照管との間の圧力差を検出する圧力検出部と、
を備えているポンプ装置。 - 前記参照管の下端が前記ポンプ装置の停止水位より上方で開口するように構成されている請求項3記載のポンプ装置。
- 前記ケーシング内の圧縮空気を排気する排気弁を備えている請求項1から4の何れかに記載のポンプ装置。
- 圧縮空気の給気と排気とを切り替える切替弁を有し、前記切替弁は前記排気弁としても機能するように構成されている請求項5記載のポンプ装置。
- ケーシングと、前記ケーシング内で回転駆動可能に配設された主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、前記ケーシングに設けられた吸込部と、前記羽根車により送水される送水部と、前記ケーシングに圧縮空気を供給する給気管と、下端が前記吸込部より上方位置で開口し、上端が前記給気管、前記ケーシングまたはケーシング連通部の何れかに接続されている参照管と、を備えているポンプ装置の起動方法であって、
前記給気管から前記ケーシングへ圧縮空気を供給し、前記ケーシングと前記参照管との間の圧力差が所定値に達したときに前記羽根車を起動させるポンプ装置の起動方法。 - 前記参照管に絞り機構が設けられ、前記給気管または前記ケーシングと前記絞り機構よりも圧縮空気の流れ方向下流側の前記参照管との間の圧力差を検出するように構成されている請求項7記載のポンプ装置の起動方法。
- ケーシングと、前記ケーシング内で回転駆動可能に配設された主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、前記ケーシングに設けられた吸込部と、前記羽根車により送水される送水部と、前記ケーシングに圧縮空気を供給する給気管と、下端が前記ポンプ装置の起動水位より下方で開口し、上端が封止された参照管と、を備えているポンプ装置の起動方法であって、
前記給気管から前記ケーシングへ圧縮空気を供給し、前記ケーシングと前記参照管との間の圧力差が所定値に達したときに前記羽根車を起動させるポンプ装置の起動方法。 - 前記ポンプ装置は前記参照管の一端が前記ポンプ装置の停止水位より上方で開口するように構成されている請求項9記載のポンプ装置の起動方法。
- 前記ポンプ装置は前記ケーシング内の圧縮空気を排気する排気弁を備え、前記羽根車の起動後に前記排気弁を開放する請求項7から10の何れかに記載のポンプ装置の起動方法。
- 前記ポンプ装置は圧縮空気の給気と排気とを切り替える切替弁を有し、前記切替弁は前記排気弁としても機能するように構成され、前記羽根車の起動後に前記切替弁を排気弁として機能させる請求項11記載のポンプ装置の起動方法。
- 前記所定値は前記羽根車の少なくとも一部が気中に晒される圧力値に設定されている請求項7から12の何れかに記載のポンプ装置の起動方法。
- 前記ポンプ装置は前記給気管に圧縮空気の給気と排気とを切り替える切替弁を備え、
前記羽根車の起動前に前記切替弁は前記給気管と前記ケーシングを連通させるように流路を切り替えて圧縮空気を前記ケーシングへ供給し、前記羽根車の起動後に前記切替弁は前記給気管と前記ケーシングを遮断するように流路を切り替えて前記ケーシング内の圧縮空気を排気する請求項7から13の何れかに記載のポンプ装置の起動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015059198A JP2016176456A (ja) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | ポンプ装置及びポンプ装置の起動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015059198A JP2016176456A (ja) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | ポンプ装置及びポンプ装置の起動方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016176456A true JP2016176456A (ja) | 2016-10-06 |
Family
ID=57069832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2015059198A Pending JP2016176456A (ja) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | ポンプ装置及びポンプ装置の起動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2016176456A (ja) |
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2015
- 2015-03-23 JP JP2015059198A patent/JP2016176456A/ja active Pending
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