JP2018162675A - 渦流防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型の構造物で空気吸込渦の発生を防止でき、且つ、安定したポンプの運転を確保できる渦流防止装置の提供。【解決手段】ポンプ１０が設けられた吸込水槽２０の渦流防止装置１であって、吸込水槽２０の水面ＷＬに浮遊可能な板状の浮遊体３０と、浮遊体３０の姿勢を一定に保つ姿勢制御手段４０と、を有する、という構成を採用する。【選択図】図１

Description

本発明は、渦流防止装置に関するものである。

従来から、吸込水槽に貯溜した雨水を揚水し、河川や海などに排水するために、立軸ポンプ等のポンプが使用されている。このような吸込水槽では、ポンプで揚水する際に、渦流が発生することがある。この渦流によって、ポンプが空気等を吸い込んでしまうと、ポンプ吐出量が低下し、またポンプ振動による故障に繋がる。そのため、吸込水槽に、渦流の発生を防止する渦流防止装置を設けることがある。

例えば、特許文献１に記載の吸込水槽は、ポンプの上流側に配置される渦防止構造体を有し、渦防止構造体は、水の流れに対向する面が下流に向かって上方に傾斜している。この構成によれば、旋回流が発生しにくい液面状態を形成することができるので、くぼみ渦や空気吸込渦の発生を防止することができる。また、くぼみ渦の発生を防止することにより、波立ちにより発生した気泡が連行されてポンプ内部に入ることを防止できる。

特開２００９−４７０８２号公報

上記従来技術の渦防止構造体は、吸込水槽に固定されており、水位が変化した場合であっても空気吸込渦の発生を防止するために、上下方向のサイズが大きくなっている。このような大型の構造物は、維持管理が大変である。そこで、本願発明者らは、吸込水槽の水面に、水位に応じて上下に移動できる板状の浮遊体を浮かべ、空気吸込渦の発生を防止することを考えた。しかし、当該浮遊体は、吸込水槽の水面で揺れ動いて不安定であり、ポンプに吸い込まれそうになったり、ポンプに衝突したりする等して、安定したポンプの運転を阻害することが懸念される。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型の構造物で空気吸込渦の発生を防止でき、且つ、安定したポンプの運転を確保できる渦流防止装置の提供を目的とする。

（１）本発明の一態様は、ポンプが設けられた吸込水槽の渦流防止装置であって、前記吸込水槽の水面に浮遊可能な板状の浮遊体と、前記浮遊体の姿勢を一定に保つ姿勢制御手段と、を有する。

（２）上記（１）に記載された渦流防止装置であって、前記姿勢制御手段は、前記浮遊体に接続された吊りワイヤーと、前記吊りワイヤーを前記吸込水槽の水位に応じて繰り出す巻上機と、を有してもよい。
（３）上記（１）に記載された渦流防止装置であって、前記姿勢制御手段は、前記浮遊体に設けられたローラーと、前記ローラーを前記吸込水槽の側壁に沿って上下方向に案内するガイドレールと、を有してもよい。
（４）上記（１）〜（３）に記載された渦流防止装置であって、前記姿勢制御手段は、前記ポンプの最低運転水位よりも下方への前記浮遊体の移動を規制するロック手段を有してもよい。
（５）上記（１）〜（４）に記載された渦流防止装置であって、前記浮遊体の端面は、波板状に形成されていてもよい。

上記本発明の態様によれば、小型の構造物で空気吸込渦の発生を防止でき、且つ、安定したポンプの運転を確保できる。

第１実施形態に係る渦流防止装置１が設けられた吸込水槽２０の側面図である。 図１に示す吸込水槽２０の平面図である。 第２実施形態に係る渦流防止装置１Ａが設けられた吸込水槽２０の側面図である。 図３に示す吸込水槽２０の平面図である。 第３実施形態に係る渦流防止装置１Ｂが設けられた吸込水槽２０の平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る渦流防止装置１が設けられた吸込水槽２０の側面図である。図２は、図１に示す吸込水槽２０の平面図である。
図１に示すように、吸込水槽２０には、ポンプ１０が設けられている。ポンプ１０は、立軸ポンプであって、吊下管１１と、ポンプケーシング１２と、羽根車１３と、ベルマウス１４と、を有する。

吊下管１１は、吸込水槽２０の上方に設けられた図示しないポンプ据付床に支持され、当該ポンプ据付床から下方に延在している。吊下管１１の下端には、ポンプケーシング１２が接続されている。ポンプケーシング１２は、略球状に膨らんでおり、内部に羽根車１３を収容している。

羽根車１３は、回転軸１５に支持されている。回転軸１５は、吊下管１１及びポンプケーシング１２の内部を上下方向に延びて、図示しない軸受に回転可能に支持されている。回転軸１５の下端には、羽根車１３が接続され、羽根車１３の上方（吐出側）には、ガイドベーン１７が配置されている。

ガイドベーン１７は、ポンプケーシング１２の内周面に複数固定されている。ポンプケーシング１２の下端には、ベルマウス１４が接続されている。ベルマウス１４は、下方に向かうに従って漸次大きくなる形状を有し、ポンプ１０の下端の吸込口１０ａを形成している。

吸込水槽２０は、図２に示すように、ポンプ１０の両側に配置された一対の側壁２１と、ポンプ１０の背面側に配置された背壁２２と、を有する。一対の側壁２１は、平行に延び、吸込水槽２０の水路の側面を形成している。背壁２２は、一対の側壁２１の間を接続し、吸込水槽２０の水路の終端を形成している。

図１に示すように、上記構成の吸込水槽２０において、ポンプ１０よりも上流側には、渦流防止装置１の浮遊体３０が配置されている。浮遊体３０は、吸込水槽２０の水面ＷＬに浮遊可能な部材（水よりも比重が軽い部材）である。この浮遊体３０は、その上向き面３０ａ及び下向き面３０ｂが水面ＷＬに対して略平行となる板状に形成されている。

図２に示す平面視において、浮遊体３０は、長方形状に形成されている。浮遊体３０の端面３１ａは、長方形状の短辺となる。また、浮遊体３０の側面３１ｂは、長方形状の長辺となる。浮遊体３０は、その長辺方向において、ポンプ１０に対して離間した位置に配置されている。浮遊体３０の短辺方向の大きさは、吸込水槽２０の一対の側壁２１の間隔より小さい。

浮遊体３０の端面３１ａと側面３１ｂとが交わる角部のそれぞれには、吊片３２が設けられている。吊片３２は、図１に示すように、浮遊体３０の上向き面３０ａに取り付けられたアイナット等である。吊片３２には、吊りワイヤー４１が接続されている。なお、浮遊体３０には、図２に示すように、渦の形成を阻害する程度に複数の貫通孔３３が形成されている。

渦流防止装置１は、図１に示すように、浮遊体３０の姿勢を一定に保つ姿勢制御手段４０を有する。姿勢制御手段４０は、浮遊体３０に接続された吊りワイヤー４１と、吊りワイヤー４１を吸込水槽２０の水位に応じて繰り出す巻上機４２と、を有する。巻上機４２としては、吊りワイヤー４１が撓まないように繰り出すものであることが好ましい。

巻上機４２は、例えば、吊りワイヤー４１の下端に吊下げた物品の重さの一部を相殺するワイヤー巻取式のバランサーであってもよい。この巻上機４２は、内部に設けたスプリング（ゼンマイ）の張力を利用することで吊下げた物品（浮遊体３０）を常に引き上げ、軽い力で上下に操作できるようにしたものであり、任意の高さでバランスが取れるような構成となっている。

巻上機４２は、ポンプ１０の最低運転水位ＬＷＬよりも下方への浮遊体３０の移動を規制するロック手段を有する。ポンプ１０の最低運転水位ＬＷＬとは、ポンプ１０が安定して揚水することができる最低水位のことであり、本実施形態のポンプ１０ではガイドベーン１７の上端の高さとなる。本実施形態の巻上機４２では、吊りワイヤー４１の下端がポンプ１０の最低運転水位ＬＷＬに達するとロックがかかるようになっている。

続いて、上記構成の渦流防止装置１の作用について説明する。

図１に示すポンプ１０の羽根車１３が回転すると、吸込水槽２０の水が吸込口１０ａから吸い上げられる。このとき吸込口１０ａに向かって流れていく水の渦度やその旋回流れ成分による回転軸が、ポンプ１０の軸と平行で且つ水面ＷＬ近くまで達する場合には、空気吸込渦５０が発生する。

ポンプ１０の上流側には、浮遊体３０が配置されている。浮遊体３０は、水面ＷＬ近傍において流れを遮断して、空気吸込渦５０の回転軸の水面ＷＬへの到達を阻止し、水面ＷＬからの空気の吸い込みを防止する。浮遊体３０は、吸込水槽２０の水面ＷＬに浮いているため、吸込水槽２０の水位に追従しながら、水面ＷＬからの空気の吸い込みを防止することができる。

また、浮遊体３０は、吸込水槽２０に固定されていないため、取り外しや交換が容易である。図２に示すように、浮遊体３０に複数の貫通孔３３を形成することで、浮遊体３０を軽量化することができる。このように、浮遊体３０は、上述した従来技術の構造物よりも小型でありながら、空気吸込渦５０の発生を防止でき、その維持管理は容易である。

また、この浮遊体３０は、姿勢制御手段４０によって、一定の姿勢を保ちながら吸込水槽２０の水位に追従するため、安定したポンプの運転を確保できる。姿勢制御手段４０は、浮遊体３０に接続された吊りワイヤー４１と、吊りワイヤー４１を吸込水槽２０の水位に応じて繰り出す巻上機４２と、を有しており、吸込水槽２０の水面ＷＬで揺れ動く浮遊体３０の姿勢を安定させる。

巻上機４２は、ポンプ１０の最低運転水位ＬＷＬよりも下方への浮遊体３０の移動を規制するロック手段を有している。この構成によれば、ポンプ１０が設計上考慮している最低限の流路断面を確保でき、ポンプ１０の健全性（安全な運転）が確保される。したがって、例えば、図１に示すように、浮遊体３０をポンプ１０が吸い込もうとして、斜めになること等を防止できる。

このように、上述の本実施形態によれば、ポンプ１０が設けられた吸込水槽２０の渦流防止装置１であって、吸込水槽２０の水面ＷＬに浮遊可能な板状の浮遊体３０と、浮遊体３０の姿勢を一定に保つ姿勢制御手段４０と、を有する、という構成を採用することによって、小型の構造物で空気吸込渦５０の発生を防止でき、且つ、安定したポンプ１０の運転を確保できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図３は、第２実施形態に係る渦流防止装置１Ａが設けられた吸込水槽２０の側面図である。図４は、図３に示す吸込水槽２０の平面図である。
第２実施形態の渦流防止装置１Ａは、図３に示すように、ローラー４３と、ガイドレール４４と、を備える姿勢制御手段４０Ａを有する。

ローラー４３は、図４に示す平面視において、浮遊体３０Ａの側面３１ｂに沿って複数設けられている。浮遊体３０Ａの側面３１ｂには、凹状の切欠き３１ｂ１が形成されている。切欠き３１ｂ１には、ローラー４３が配置されている。ローラー４３は、切欠き３１ｂ１において、浮遊体３０Ａの長辺方向に延びる回転軸４３ａ回りに回転可能に支持されている。

ガイドレール４４は、ローラー４３を吸込水槽２０の側壁２１に沿って上下方向に案内するものである。ガイドレール４４は、平面視コの字状に形成されており、ローラー４３の周面と対向するローラー転動部４４ａと、ローラー４３の両側面と対向する一対のローラー案内部４４ｂと、を有する。

ガイドレール４４には、図３に示すように、ポンプ１０の最低運転水位ＬＷＬよりも下方への浮遊体３０Ａの移動を規制するストッパー４５（ロック手段）が設けられている。ストッパー４５は、ガイドレール４４におけるローラー４３の移動経路上に配置されている板状部材である。このストッパー４５は、例えば、ガイドレール４４に対する嵌め合い等により着脱可能とし、その取り付け位置を上下方向に調整可能とすることが好ましい。

上記構成の第２実施形態の渦流防止装置１Ａによれば、浮遊体３０Ａに設けられたローラー４３が、吸込水槽２０の側壁２１に沿って上下方向に延びるガイドレール４４によって案内されるため、上記実施形態よりも浮遊体３０Ａの傾斜を確実に抑制することができる。また、ガイドレール４４によって、吸込水槽２０における浮遊体３０Ａの上流側及び下流側の移動が規制されるため、浮遊体３０Ａがポンプ１０に衝突する等の懸念を確実に解消することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図５は、第３実施形態に係る渦流防止装置１Ｂが設けられた吸込水槽２０の平面図である。
第３実施形態の渦流防止装置１Ｂは、図５に示すように、端面３１ａが波板状に形成された浮遊体３０Ｂを有する。波板状の端面３１ａは、吸込水槽２０において浮遊体３０Ｂの上流側及び下流側を向いている。

上記構成の第３実施形態の渦流防止装置１Ｂによれば、浮遊体３０Ｂの端面３１ａが波板状に形成されているため、浮遊体３０Ｂの不安定さを逆に利用し、吸込水槽２０における浮遊体３０Ｂの上流側及び下流側において、水面近傍の流れをかき乱し、その領域で発生しようとする空気吸込渦の成長を止める（消滅させる）ことが可能となる。

この作用効果は、第１実施形態の姿勢制御手段４０（吊下げ方式）と組み合わせると、より高い効果を発揮できる。なお、第２実施形態の姿勢制御手段４０Ａと組み合わせる場合には、図４に示す一対のロール案内部４４ｂの間隔を広げればよいが、当該間隔を広げ過ぎると浮遊体３０Ａの傾斜抑制作用とのトレードオフになる。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

例えば、上記実施形態では、浮遊体３０に複数の貫通孔３３が形成されている構成を例示したが、例えば、浮遊体３０がパンチングやメッシュ等から形成されていてもよい。また、浮遊体３０は、板状であれば適度な柔らかさを有するシート体であってもよい。また、このシート体は、水に浮く枠体に固定されていてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ…渦流防止装置、１０…ポンプ、２０…吸込水槽、２１…側壁、３０，３０Ａ，３０Ｂ…浮遊体、３１ａ…端面、４０，４０Ａ…姿勢制御手段、４１…ワイヤー、４２…巻上機（ロック手段）、４３…ローラー、４４…ガイドレール、４５…ストッパー（ロック手段）、ＬＷＬ…最低運転水位、ＷＬ…水面

Claims (5)

1. ポンプが設けられた吸込水槽の渦流防止装置であって、
   前記吸込水槽の水面に浮遊可能な板状の浮遊体と、
   前記浮遊体の姿勢を一定に保つ姿勢制御手段と、を有する、ことを特徴とする渦流防止装置。
2. 前記姿勢制御手段は、
   前記浮遊体に接続された吊りワイヤーと、
   前記吊りワイヤーを前記吸込水槽の水位に応じて繰り出す巻上機と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の渦流防止装置。
3. 前記姿勢制御手段は、
   前記浮遊体に設けられたローラーと、
   前記ローラーを前記吸込水槽の側壁に沿って上下方向に案内するガイドレールと、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の渦流防止装置。
4. 前記姿勢制御手段は、前記ポンプの最低運転水位よりも下方への前記浮遊体の移動を規制するロック手段を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の渦流防止装置。
5. 前記浮遊体の端面は、波板状に形成されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の渦流防止装置。

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