JP2019035389A

JP2019035389A - 立軸ポンプ

Info

Publication number: JP2019035389A
Application number: JP2017158179A
Authority: JP
Inventors: 祐治兼森; Yuji Kanemori
Original assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2037-08-18
Also published as: JP6885824B2

Abstract

【課題】空気吸込渦の発生を効果的に消滅ないし抑制する。【解決手段】立軸ポンプ１０は、吸込水槽１内に配置された筒状の揚水管１３と、揚水管１３の下側外周部に配置され、吸込水槽１内の水流よって揚水管１３の軸線Ａに対して交差する方向に旋回可能な渦抑制部材３２とを備える。揚水管１３の軸線Ａに沿って配置された軸部材３９と、軸部材３９の軸線と交差する向きへ突出するアーム４２とを備え、渦抑制部材３２は、アーム４２に沿って移動可能に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、立軸ポンプに関する。

排水機場では、排出により吸込水槽内が低水位になると発生する空気吸込渦が、据付床の劣化を引き起こすポンプの振動の原因になっている。この空気吸込渦の発生を抑制するために、特許文献１に開示された立軸ポンプには、揚水管の下側外周部に中空円柱が配置されている。この中空円柱は、吸込水槽内の水位に追従して浮動できるように、揚水管に対して上下方向に移動自在に取り付けられている。

特開２００３−３２８９７８号公報

空気吸込渦が発生する位置は、排水機場によって異なり、揚水管の周囲の特定位置に限られない。よって、特許文献１の立軸ポンプでは、空気吸込渦を効果的に消滅ないし抑制できない。

本発明は、空気吸込渦の発生を効果的に消滅ないし抑制できる立軸ポンプを提供することを課題とする。

本発明は、吸込水槽内に配置された筒状の揚水管と、前記揚水管の下側外周部に配置され、前記吸込水槽内の水流よって前記揚水管の軸線に対して交差する方向に旋回可能な渦抑制部材とを備える、立軸ポンプを提供する。

吸込水槽内に空気吸込渦が発生すると、水面から揚水管の吸込口にかけて水流が生じるため、周囲の水は空気吸込渦に向けて流れる。この態様の立軸ポンプによれば、渦抑制部材は、吸込水槽内の水流によって旋回可能であるため、発生した空気吸込渦に向けて移動する。そして、空気吸込渦は、渦中心に渦抑制部材が位置することで消滅され、その位置での以後の発生が抑制される。よって、据付床の劣化を引き起こすポンプの振動を抑制できる。

前記揚水管の下側外周部に、前記揚水管の軸線に沿って配置された軸部材と、前記軸部材の軸線と交差する向きへ突出するアームとを備え、前記渦抑制部材は、前記アームに沿って移動可能に配置されている。また、前記軸部材は、前記揚水管の下側外周部に回転可能に配置され、前記アームは、前記軸部材に一体に設けられている。この態様によれば、渦抑制部材は、揚水管の軸線を中心として旋回できるとともに、アームに沿って揚水管に対して近接及び離反できるため、確実に空気吸込渦上に移動できる。

前記軸部材から前記アームが突出する向きを、所定の回転角度位置に位置決めする位置決め機構を備える。例えば、前記軸部材に接続された下端部と、前記吸込水槽の上方を覆う据付床上に配置された上端部とを有し、前記上端部の操作によって前記軸部材及び前記アームを介して前記渦抑制部材を旋回可能なロッドを備え、前記位置決め機構は、前記据付床に対して前記ロッドの前記上端部を回転不可能に位置決めする位置決め部材を有する。この態様によれば、吸込水槽内の実際に空気吸込渦が発生し易い位置に、渦抑制部材を位置決めすることで、空気吸込渦を効果的に消滅ないし抑制できる。

前記吸込水槽の上部に配置され、測位のための基準信号を無線送信する電波送信部と、前記渦抑制部材に配置され、前記基準信号を無線受信する測位側受信部と、前記渦抑制部材に配置され、前記測位側受信部が受信した前記基準信号に基づいて前記渦抑制部材の位置を計測する測位部と、前記渦抑制部材に配置され、前記測位部の測位結果を含む信号を無線送信する測位側送信部と、前記吸込水槽の上部に配置され、前記測位側送信部の信号を無線受信する監視側受信部と、前記吸込水槽の上部に配置され、前記監視側受信部が受信した前記測位部の測位結果に基づいて、前記吸込水槽内の前記渦抑制部材の位置を特定するコントローラとを備える。この態様によれば、渦抑制部材が停止する位置の統計を得ることができる。よって、メンテナンス時に、頻繁に停止する位置に渦抑制部材を位置決めすることで、空気吸込渦を効果的に消滅ないし抑制できる。

前記吸込水槽内での空気吸込渦の発生の有無を監視する監視装置を備え、前記コントローラは、前記監視装置の監視結果と前記測位部の測位結果とに基づいて、空気吸込渦の位置を特定してもよい。空気吸込渦の発生場所はポンプ機場によって異なるが、この態様によれば、空気吸込渦が発生する位置を効果的に特定できる。つまり、空気吸込渦が発生したと監視装置が判断した後、渦抑制部材が移動し、空気吸込渦が消滅したと監視装置が判断した時の渦抑制部材の位置が、渦抑制部材の最良の配置場所である。よって、この場所に渦抑制部材を位置決めすることで、空気吸込渦の発生を抑制し、据付床の劣化を引き起こすポンプの振動を抑制できる。

本発明の立軸ポンプでは、吸込水槽内に発生した空気吸込渦に向けて渦抑制部材が移動するため、空気吸込渦を効果的に消滅でき、その位置での以後の空気吸込渦の発生を抑制できる。よって、据付床の劣化を引き起こすポンプの振動を抑制できる。

本発明の実施形態に係る立軸ポンプを示す断面図。図１の一部拡大断面図。吸込水槽の平断面図。立軸ポンプの構成を示すブロック図。位置決め機構の構成を示す斜視図。断続空気吸込渦の発生状態でのボイド率を示すグラフ。連続空気吸込渦の発生状態でのボイド率を示すグラフ。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る立軸ポンプ１０を示す。この立軸ポンプ１０は、吸込水槽１に流入した雨水等を下流側へ排出するもので、揚水管１３の下部に渦抑制機構３０を備える。渦抑制機構３０は、吸込水槽１内の水流によって移動可能な渦抑制部材３２を備え、渦抑制部材３２によって空気吸込渦Ｓを効果的に消滅ないし抑制する。

（立軸ポンプの概要）
図１に示すように、立軸ポンプ１０は、ポンプケーシング１２、回転軸２３、及び羽根車２６を備える。

ポンプケーシング１２は、吸込水槽１の上方を覆う据付床２に設置されている。ポンプケーシング１２は、吸込水槽１内に配置された揚水管１３と、据付床２上に配置された吐出管１９とを備える。

揚水管１３は、ストレート管１４、ベーンケース１５、及びベルマウス１７を備え、据付床２の取付孔２ａを貫通して配置されている。ストレート管１４は、直径が一様な配管であり、取付孔２ａ内から下方へ延びている。ベーンケース１５は、径方向外向きに膨出した概ね楕円筒状の配管であり、ストレート管１４の下端に接続されている。ベルマウス１７は、下端に向けて次第に拡径した概ね円錐筒状の配管であり、ベーンケース１５の下端に接続されている。ベルマウス１７の下端は、吸込水槽１内の水を吸い込む吸込口１８であり、吸込水槽１の底壁３に対して定められた間隔をあけて配置されている。

吐出管１９は、揚水管１３の上端に接続された吐出エルボ２０と、据付床２上に配置された送水管（図示せず）とを備える。吐出エルボ２０は、軸線が９０度湾曲した曲がり管であり、ストレート管１４の上端に接続されている。吐出エルボ２０の下部には、ポンプケーシング１２を据付床２に固定するためのベースプレート２１が設けられている。送水管は、軸線が直線状のストレート管である。吐出エルボ２０と送水管との間には、軸方向と径方向に変形可能な可撓管（図示せず）が介設されている。

回転軸２３は、吐出エルボ２０を貫通し、揚水管１３の軸線Ａに沿って回転可能に配置されている。回転軸２３の上端は、吐出エルボ２０から外方へ突出されている。吐出エルボ２０の回転軸２３が貫通する部分は、軸封装置２４によって水密にシールされている。

羽根車２６は、ベーンケース１５の内部に位置する回転軸２３の下端に固定されている。ベーンケース１５の内部には軸受ケーシング１６が配設されており、この軸受ケーシング１６の下側に、羽根車２６が配置されている。

回転軸２３の上端には、駆動モータ２８が接続されている。駆動モータ２８の駆動により回転軸２３が回転されると、回転軸２３と一体に羽根車２６が回転することで、吸込水槽１内の水がポンプケーシング１２内を通って下流側へ排出される。

例えば、吸込水槽１内の水位がベーンケース１５よりも高い場合、吸込水槽１内の水の流れは低速であるため、図１のような空気吸込渦Ｓは発生しない。排出により吸込水槽１内の水位がベーンケース１５よりも低下すると、吸込水槽１内の水の流れが高速になるため、空気吸込渦Ｓが発生する。

空気吸込渦Ｓは、水面から吸込口１８にかけて生じる水流である。空気吸込渦Ｓが発生していない定常状態では、ポンプケーシング１２内に空気が流入しないため、排出流体は水のみの単相流である。空気吸込渦Ｓの発生状態では、断続的又は連続的に空気が吸い込まれるため、ポンプケーシング１２内の排出流体は、水と空気の二相流になる。排出流体が二相流の場合、排出流体が単相流の場合よりも、立軸ポンプ１０の全揚程は低く、吐出量は少なくなる。また、立軸ポンプ１０の振動が大きくなるため、この振動によって据付床２も劣化する。

このような問題の原因になる空気吸込渦Ｓを消滅し、以後の空気吸込渦Ｓの発生を抑制するために、渦抑制機構３０が設けられている。また、空気吸込渦Ｓの発生位置を特定するために、渦抑制部材３２の移動位置を特定するための測位装置４５が設けられている。さらに、特定した空気吸込渦Ｓの発生位置に渦抑制部材３２を位置決めするために、位置決め機構６０が設けられている。

（渦抑制機構の概要）
図１及び図２に示すように、渦抑制機構３０は、渦抑制部材３２と、渦抑制部材３２を揚水管１３の下側外周部に移動自在に取り付けるための取付枠３６とを備える。この取付枠３６は、ベース部材３７、軸部材３９、及び連結部材４０を備える。

渦抑制部材３２は、ベルマウス１７の下部からベーンケース１５の上部にかけて、揚水管１３の軸線Ａに沿って鉛直方向に延びる平面視円形状の部材である。渦抑制部材３２は、強度に優れた樹脂（例えばエンジニアリングプラスチック (Engineering plastic) ）製であり、吸込水槽１内の水流によって移動できるように、中空状に形成されている。渦抑制部材３２は、取付枠３６に対して周方向に間隔をあけて複数（本実施形態では４本）配置されている。図３を参照すると、渦抑制部材３２は、揚水管１３の外周部に近接した第１位置（図３において左側の２個）から、第１位置よりも揚水管１３の外周部から最も離反した第２位置（図３において右側の２個）を経て、概ね１８０度の角度範囲を回転可能である。

ベース部材３７は、揚水管１３の軸線Ａと同軸の円環状のパイプであり、吸込口１８の上側外周部に位置するように、ベルマウス１７に形成された固定部１７ａに固定されている。ベース部材３７には、軸部材３９の下端を回転可能に支持する軸受け３８Ａが設けられている。ベーンケース１５の外周部には、軸部材３９の上部を回転可能に支持する軸受け３８Ｂが設けられている。

軸部材３９は、揚水管１３の軸線Ａに沿って平行に延びる直管であり、下端と上部が軸受け３８Ａ，３８Ｂに軸支されている。軸部材３９は、吸込水槽１内に流入した水による負荷、及び渦抑制部材３２の回転による負荷では変形しない剛体（例えば金属）によって形成されている。

連結部材４０は、渦抑制部材３２の上下２箇所に設けられ、軸部材３９と渦抑制部材３２を連結することで、揚水管１３に対して渦抑制部材３２を水平方向に旋回可能とする。連結部材４０は、軸部材３９に固定された円筒状の筒部４１と、筒部４１から突出したアーム４２とを備える。

アーム４２は、軸部材３９の軸線と交差する向きに突出している。アーム４２は、径方向に貫通するように渦抑制部材３２に形成された貫通孔３３を貫通している。これにより、渦抑制部材３２がアーム４２に沿って移動可能に配置されている。アーム４２の先端には、渦抑制部材３２の脱落を防止するために、貫通孔３３の直径よりも大径の抜止部４３が設けられている。アーム４２の全長は、統計的に空気吸込渦Ｓが発生する部分に、渦抑制部材３２を配置可能な寸法に設定されている。

（渦抑制部材の移動）
図３に示すように、上流側（図３において左側）から吸込水槽１内に流入した水は、吸込水槽１の端壁４に衝突することで、ポンプケーシング１２に向けて旋回する。そして、渦抑制部材３２は、吸込水槽１内の水流によって自動的に移動する。

立軸ポンプ１０の運転により空気吸込渦Ｓが発生すると、水面から揚水管１３の吸込口１８にかけて水流が生じるため、周囲の水は空気吸込渦Ｓに向けて流れる。この水流によって渦抑制部材３２は、空気吸込渦Ｓ上に移動する。この際、渦抑制部材３２は、軸部材３９に対して回転する方向への移動だけでなく、アーム４２に沿ってポンプケーシング１２に対して接近及び離反する方向への移動も可能なため、空気吸込渦Ｓの渦中心に確実に移動できる。

このように、渦抑制部材３２が空気吸込渦Ｓ上に自動的に移動するため、空気吸込渦Ｓを効果的に消滅でき、その位置での以後の空気吸込渦Ｓの発生を抑制できる。また、立軸ポンプ１０の振動、及び振動による据付床２の劣化を確実に抑制できる。しかも、渦抑制機構３０は、渦抑制部材３２を移動させる専用の駆動手段を用いたり、複雑な制御を行ったりする必要がないため、渦抑制機構３０を設けることによるコストの増加を抑えることができる。

（測位装置の概要）
測位装置４５は、渦抑制部材３２の移動位置を特定することで、空気吸込渦Ｓの発生位置を特定するものである。図１及び図４に示すように、測位装置４５は、電波送信部４７、測位側通信部４９、測位部５０、制御部５１、監視側通信部５４、及びコントローラ５５を備える。測位側通信部４９、測位部５０、及び制御部５１は、渦抑制部材３２の上部に形成された収容部３４内に配置されている。電波送信部４７、監視側通信部５４、及びコントローラ５５は、吸込水槽１の上部に配置されている。

電波送信部４７は、定められた時間（例えば３００〜３６００秒）毎に、測位のための基準信号を吸込水槽１内に無線送信するものである。基準信号には、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）測位と同様に、電波送信部４７の取付位置と送信時刻の情報が含まれている。図１及び図３に示すように、電波送信部４７は、ポンプケーシング１２を中心として９０度間隔をあけて、据付床２の下面に４個配置されることが好ましい。この電波送信部４７は、コントローラ５５に対して電気的に接続されてもよいし、接続されなくてもよい。コントローラ５５に電気的に接続することで、基準信号を送信するタイミングを必要に応じて変更できる。

測位側通信部４９は、無線信号を送信する送信部４９ａと、無線信号を受信する受信部４９ｂとを備える。受信部４９ｂが受信する無線信号には、電波送信部４７が出力した基準信号が含まれている。測位側通信部４９は、通信ケーブルによって測位部５０及び制御部５１と電気的に接続されている。

測位部５０は、測位側通信部４９（受信部４９ｂ）が受信した電波送信部４７の基準信号が入力されることで、この基準信号に基づいて渦抑制部材３２の位置を計測する。詳しくは、測位部５０は、受信した第１から第４の基準信号に基づいて、個々の電波送信部４７までの距離を演算（計測）し、全ての演算結果（距離）から吸込水槽１内の自身の位置を測位する。距離を演算するためのデータは、記憶部５２に記憶されている。

制御部５１は、マイクロコンピュータ、及びその他の電子デバイスにより構成されている。制御部５１は、測位部５０から測位結果が入力されると、測位側通信部４９を駆動し、測位結果を測位側通信部４９（送信部４９ａ）からコントローラ５５へ出力する。

監視側通信部５４は、測位側通信部４９と同様に、無線信号を送信する送信部５４ａと、無線信号を受信する受信部５４ｂとを備える。受信部５４ｂが受信する無線信号には、測位側通信部４９が出力した測位部５０の測位結果信号が含まれている。監視側通信部５４は、通信ケーブルによってコントローラ５５と電気的に接続されているが、無線接続されていてもよい。また、監視側通信部５４は、据付床２の下面に配置されているが、据付床２上に配置されてもよい。

コントローラ５５は、例えばパーソナルコンピュータによって構成されており、据付床２上に配置されている。コントローラ５５は、監視側通信部５４（受信部５４ｂ）から測位部５０の測位結果が入力されると、その測位結果に基づいて吸込水槽１内の渦抑制部材３２の位置を特定する。この特定結果は記憶部５６に記憶される。これにより、渦抑制部材３２が停止する位置の統計を得ることができる。

立軸ポンプ１０のメンテナンス時に管理者は、記憶部５６に記憶された測位部５０の測位結果に基づいて、渦抑制部材３２が長時間停止する箇所が空気吸込渦Ｓの発生位置であると判断できる。よって、長時間停止する位置に渦抑制部材３２を位置決めすることで、空気吸込渦Ｓの発生を効果的に抑制でき、立軸ポンプ１０の排水効率を向上できる。空気吸込渦Ｓの発生位置の判断（特定）は、コントローラ５５が行うようにしてもよい。

なお、吸込水槽１内の渦抑制部材３２の位置の特定方法は、ＧＰＳ測位と同様の方式に限られず、ＩＭＥＳ（Indoor Messaging System）測位、Ｗｉ−Ｆｉ測位、ビーコン測位、ＰＤＲ（Pedestrian Dead Reckoning）測位等、基準信号を無線送信する電波送信部４７と、受信した基準信号に基づいて位置を計測する測位部５０とを備える方式であれば、必要に応じて変更が可能である。

（位置決め機構の概要）
図１及び図５に示すように、位置決め機構６０は、軸部材３９からアーム４２が突出する向きを、所定の回転角度位置に位置決めすることで、渦抑制部材３２を保持するものである。位置決め機構６０は、ロッド６１Ａ〜６１Ｃ、及び上端のロッド６１Ａに着脱可能に配置する操作部材６８と位置決め部材７０を備える。

ロッド６１Ａ〜６１Ｃは、渦抑制部材３２毎に設けられている。第１のロッド６１Ａと第２のロッド６１Ｂ、並びに第２のロッド６１Ｂと第３のロッド６１Ｃは、自在継手６２によって互いの角度を変更可能に接続されている。ロッド６１Ａの上端６１ａは、吐出エルボ２０のベースプレート２１を貫通して、据付床２の上側に突出されている。ロッド６１Ｃの下端６１ｂは、軸部材３９の上端に固定されている。

ロッド６１Ａの上端６１ａには、操作部材６８及び位置決め部材７０を取り付けるための取付部（上端部）６３が設けられている。取付部６３は、四角柱状であり、ベースプレート２１に形成された概ね円柱状の位置決め部６５内に、回転可能に配置されている。位置決め部６５の内周には、軸方向に沿って延びる複数の係止溝６６が形成されている。

操作部材６８は、取付部６３に嵌め込む取付穴（図示せず）を備えるレバーである。操作部材６８は、位置決め部６５の軸線を中心として、据付床２上でロッド６１Ａ〜６１Ｃを回転させることで、軸部材３９及び連結部材４０を介して渦抑制部材３２を回転させることができる。

位置決め部材７０は、ベースプレート２１（据付床２）に対してロッド６１Ａ〜６１Ｃを回転不可能に位置決めするものである。位置決め部材７０は、位置決め部６５内に挿入される挿入部７１と、挿入部７１の上端に形成された蓋部７４とを備える。挿入部７１は、位置決め部６５の内径と概ね同一の外径を有する円柱状で、中心に取付部６３を嵌め込む断面四角形状の取付孔７２を備える。挿入部７１の外周には、位置決め部６５の係止溝６６に挿入係止される複数の係止突起７３が形成されている。蓋部７４は、位置決め部６５の外径よりも大径の円板状である。

この位置決め機構６０では、操作部材６８を取付部６３に取り付けて、ロッド６１Ａ〜６１Ｃ、軸部材３９、及び連結部材４０を介して渦抑制部材３２を希望位置に回転させた後、操作部材６８を取り外して位置決め部材７０を取り付ける。この際、取付孔７２に取付部６３を嵌め込み、係止溝６６に係止突起７３を係止させる。これにより、位置決め部６５に対して位置決め部材７０を回転不可能に装着し、位置決め部材７０にロッド６１Ａ〜６１Ｃを回転不可能に位置決めできる。

このように、本実施形態では、据付床２に対してロッド６１Ａ〜６１Ｃを回転不可能に位置決めでき、軸部材３９及び連結部材４０を介して渦抑制部材３２の自由移動を規制できる。つまり、吸込水槽１内の実際に空気吸込渦Ｓが発生し易い位置に、渦抑制部材３２を位置決めできるため、空気吸込渦Ｓを効果的に消滅ないし抑制できる。

（ポンプ監視装置の概要）
吸込水槽１内での空気吸込渦Ｓの発生位置を高精度に判断するために、空気吸込渦Ｓの発生の有無を監視するポンプ監視装置７６が設けられている。コントローラ５５は、測位装置４５の測位結果とポンプ監視装置７６の監視結果とを併せて判断することで、空気吸込渦Ｓの発生位置を正確に特定するように構成されている。

詳しくは、空気吸込渦Ｓが発生した後、渦抑制部材３２が移動して空気吸込渦Ｓが消滅すれば、この時の渦抑制部材３２の位置が空気吸込渦Ｓの発生位置であり、渦抑制部材３２の最良の配置場所である。よって、コントローラ５５は、ポンプ監視装置７６によって空気吸込渦Ｓの発生の有無を監視するとともに、測位装置４５によって渦抑制部材３２が移動を計測することで、渦抑制部材３２の発生位置を特定する。

図１及び図４に示すように、ポンプ監視装置７６は、排出流体の電気抵抗（ボイド率α）の変化により空気吸込渦Ｓの発生の有無を監視するもので、コントローラ５５の他に、センサ７８、及びデータロガー８６を備える。センサ７８は、ポンプケーシング１２内に配置され、データロガー８６は、据付床２上に配置されている。

図２を併せて参照すると、センサ７８は、ポンプケーシング１２内の排出流体に定電流を通電し、排出流体を通した電圧を測定する定電流法を用いた検出センサである。このセンサ７８は、羽根車２６よりも吸込口１８側であるベルマウス１７に配置されている。センサ７８は、１組の正電極７９及び負電極８０と、一対の検出電極８１Ａ，８１Ｂとを備える。これらの電極７９，８０，８１Ａ，８１Ｂは、全て円環状であり、取付部分の直径に応じた直径で形成されている。

正電極７９は、吸込口１８の近傍に配置されている。負電極８０は、羽根車２６の近傍、つまり正電極７９よりも排出方向下流側に配置されている。一対の検出電極８１Ａ，８１Ｂは、正電極７９と負電極８０の間に配置されている。また、検出電極８１Ａと検出電極８１Ｂは、揚水管１３の軸線Ａに沿って定められた間隔をあけて配置されている。これらの電極７９，８０，８１Ａ，８１Ｂは、ベルマウス１７の内周部に形成された凹部に、絶縁部材８２を介して配置されている。

センサ７８は、据付床２上に配置された駆動電源８４を備える。この駆動電源８４は、正電極７９と負電極８０に電気的に接続されるとともに、コントローラ５５に電気的に接続されている。駆動電源８４は、コントローラ５５によって駆動され、ベルマウス１７内の排出流体に定められた値の電流を通電する定電流電源である。

データロガー８６は、検出電極８１Ａ，８１Ｂに電気的に接続されるとともに、コントローラ５５に電気的に接続されている。このデータロガー８６は、検出電極８１Ａ，８１Ｂから入力された排出流体の検出電圧を記憶する記憶手段である。

コントローラ５５は、排出処理の実行時に駆動電源８４を制御し、センサ７８によって排出流体に定電流を通電させるとともに、センサ７８の検出結果をデータロガー８６から取り込む。そして、コントローラ５５は、センサ７８の検出結果から得られるポンプケーシング１２内の排出流体の電気抵抗（ボイド率α）を監視し、その変化によって空気吸込渦Ｓの発生の有無を判断する。

詳しくは、排出流体の電気抵抗とセンサ７８による検出電圧には相関関係があり、電流が一定の場合、排出流体の電気抵抗が増えれば、センサ７８による検出電圧も増える（Ｖ＝Ｉ×Ｒ）。つまり、排出流体を通した検出電圧を監視することで、排出流体の電気抵抗の変化を監視できる。また、排出流体の電気抵抗と、排出流体中の水に含まれる空気（気相）の比率であるボイド率αとは対応しており、ボイド率αが増えれば、排出流体の電気抵抗も増える。これは、水と空気の電気抵抗率が異なるためである。よって、ボイド率αが変化すると、センサ７８による検出電圧も変化する。また、ボイド率αは、単相流時の検出電圧Ｖ_０と二相流時の検出電圧Ｖとで算出できる。このような知見に基づき、ポンプ監視装置７６は以下のように構成されている。

コントローラ５５の記憶部５６には、空気吸込渦Ｓの発生の有無を判断するための閾値が記憶されている。本実施形態の閾値は、定常状態（単相流）での排出流体のボイド率α０よりも高い、定められた上限ボイド率α１（例えば１％）に設定されている。そして、コントローラ５５は、予め定められた時間当たりのボイド率αの平均値が閾値を超えると、吸込水槽１内に空気吸込渦Ｓが発生したと判断する。また、定められた時間当たりのボイド率αの平均値が閾値を超えない場合には、空気吸込渦Ｓが発生していないと判断する。なお、定められた時間は、ボイド率αの上昇勾配のサンプリングデータと下降勾配のサンプリングデータとが、それぞれ２以上含まれる長さに設定されている。

さらに詳しく説明すると、図６Ａ及び図６Ｂは、排出流体が二相流の場合のボイド率αを示す。図６Ａは断続空気吸込渦Ｓが発生した状態でのボイド率αの変化を示し、図６Ｂは連続空気吸込渦Ｓが発生した状態でのボイド率αの変化を示す。図６Ａ及び図６Ｂの横軸は時間である。断続空気吸込渦とは、空気が断続的に吸い込まれる空気吸込渦Ｓを意味し、連続空気吸込渦とは、空気が連続的に吸い込まれる空気吸込渦Ｓを意味する。

空気吸込渦Ｓが発生していない状態とクボミ渦が発生した状態では、ポンプケーシング１２内に空気が吸い込まれないため、ボイド率αはゼロである。図６Ａに示すように、断続空気吸込渦Ｓが発生すると、不規則にボイド率αが変動し始める。図６Ｂに示すように、連続空気吸込渦Ｓが発生すると、ボイド率αの変動が大きくなり、ボイド率αの平均値はある一定の値になる。

次に、定電流法を用いた排出流体のボイド率αと検出電圧Ｖの関係について説明する。

二相流の排出流体の電気抵抗Ｒは、以下の式（１）で求めることができる。

一方、単相流の排出流体の電気抵抗Ｒ０は、全断面積をＳ０とすると、以下の式（２）で求めることができる。

体積ボイド率αは、全体積に対する気相の総体積と定義されるため、以下の式（３）となる。

検出領域（検出電極８１Ａ，８１Ｂ間の距離）内の液相断面積が一定ならば、以下の式（４）となる。

この式（４）に式（１），（２）を用いると、以下の式（５）が得られる。また、ボイド率αは二相流時の検出電圧Ｖと単相流時の検出電圧Ｖ_０で表すことができる。

よって、液相のみの検出電圧Ｖ_０で気液二相流時の検出電圧Ｖを規格化し、電圧比ｖ≡（Ｖ／Ｖ_０）でボイド率αを表すと、以下の式（６）となる。

このように、ボイド率αは、電圧比ｖによって求めることができる。また、ポンプ監視装置７６では、排出流体の電気抵抗（ボイド率α）に関連する排出流体の電圧をセンサ７８によって検出できる。

よって、コントローラ５５は、センサ７８によって検出した排出流体の電圧に基づいて、排出流体の電気抵抗に対応するボイド率αを確実に監視できる。その結果、コントローラ５５は、吸込水槽１内での空気吸込渦Ｓの発生の有無を高精度に判断できる。また、ベルマウス１７内でのボイド率α（電気抵抗）は、空気漏れ等の他の影響を受け難いため、この点でも空気吸込渦Ｓの発生の有無を高精度に検出できる。

以上のように、本実施形態の立軸ポンプ１０では、水流によって移動可能な渦抑制部材３２によって、吸込水槽１内に発生した空気吸込渦Ｓを効果的に消滅ないし抑制できる。また、測位装置４５によって渦抑制部材３２の移動位置を特定でき、ポンプ監視装置７６によって空気吸込渦Ｓの発生の有無を判断できる。さらに、位置決め機構６０によって渦抑制部材３２を希望の位置に位置決めできる。よって、ポンプ監視装置７６による監視結果と、測位装置４５による測位結果とに基づいて、空気吸込渦Ｓの発生位置を特定し、位置決め機構６０によって渦抑制部材３２を位置決めすることで、効果的に空気吸込渦Ｓの発生を抑制できる。

なお、本発明の立軸ポンプ１０は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、揚水管１３に対して渦抑制部材３２を旋回可能に配置するための取付枠３６は、ベース部材３７、軸部材３９、及び連結部材４０を備える構成に限られず、必要に応じて変更してもよい。また、軸部材３９を回転不可能に固定し、軸部材３９に対して連結部材４０を回転可能に配置してもよい。

位置決め機構６０は、軸部材３９に接続したロッド６１Ａ〜６１Ｃを据付床２に位置決めする構成に限られず、揚水管１３に対してアーム４２を所定の回転角度位置に位置決めできる構成であれば、必要に応じて変更してもよい。

ポンプ監視装置７６は、ポンプケーシング１２内を流れる排出流体の電気抵抗（ボイド率α）の変化を監視する構成に限られず、必要に応じて変更してもよい。例えば、回転軸２３には、運転時に水の排出方向とは逆向きのスラスト荷重が作用し、このスラスト荷重の変動は、定常状態では小さく（概ね一定）、空気吸込渦Ｓが発生した場合には定常状態よりも大きくなる。よって、回転軸２３の上端にスラストセンサを配置し、回転軸２３に作用するスラスト荷重の変動を監視することで、コントローラ５５が空気吸込渦Ｓの発生の有無を判断するようにしてもよい。

１…吸込水槽
２…据付床
２ａ…取付孔
３…底壁
４…端壁
１０…立軸ポンプ
１２…ポンプケーシング
１３…揚水管
１４…ストレート管
１５…ベーンケース
１６…軸受ケーシング
１７…ベルマウス
１７ａ…固定部
１８…吸込口
１９…吐出管
２０…吐出エルボ
２１…ベースプレート
２３…回転軸
２４…軸封装置
２６…羽根車
２８…駆動モータ
３０…渦抑制機構
３２…渦抑制部材
３３…貫通孔
３４…収容部
３６…取付枠
３７…ベース部材
３８Ａ，３８Ｂ…軸受け
３９…軸部材
４０…連結部材
４１…筒部
４２…アーム
４３…抜止部
４５…測位装置
４７…電波送信部
４９…測位側通信部
４９ａ…送信部
４９ｂ…受信部
５０…測位部
５１…制御部
５２…記憶部
５４…監視側通信部
５４ａ…送信部
５４ｂ…受信部
５５…コントローラ
５６…記憶部
６０…位置決め機構
６１Ａ〜６１Ｃ…ロッド
６１ａ…上端
６１ｂ…下端
６２…自在継手
６３…取付部
６５…位置決め部
６６…係止溝
６８…操作部材
７０…位置決め部材
７１…挿入部
７２…取付孔
７３…係止突起
７４…蓋部
７６…ポンプ監視装置
７８…センサ
７９…正電極
８０…負電極
８１Ａ，８１Ｂ…検出電極
８２…絶縁部材
８４…駆動電源
８６…データロガー

Claims

吸込水槽内に配置された筒状の揚水管と、
前記揚水管の下側外周部に配置され、前記吸込水槽内の水流よって前記揚水管の軸線に対して交差する方向に旋回可能な渦抑制部材と
を備える、立軸ポンプ。
前記揚水管の下側外周部に、前記揚水管の軸線に沿って配置された軸部材と、
前記軸部材の軸線と交差する向きへ突出するアームと
を備え、
前記渦抑制部材は、前記アームに沿って移動可能に配置されている、請求項１に記載の立軸ポンプ。
前記軸部材は、前記揚水管の下側外周部に回転可能に配置され、
前記アームは、前記軸部材に一体に設けられている、請求項２に記載の立軸ポンプ。
前記軸部材から前記アームが突出する向きを、所定の回転角度位置に位置決めする位置決め機構を備える、請求項３に記載の立軸ポンプ。
前記軸部材に接続された下端部と、前記吸込水槽の上方を覆う据付床上に配置された上端部とを有し、前記上端部の操作によって前記軸部材及び前記アームを介して前記渦抑制部材を旋回可能なロッドを備え、
前記位置決め機構は、前記据付床に対して前記ロッドの前記上端部を回転不可能に位置決めする位置決め部材を有する、請求項４に記載の立軸ポンプ。
前記吸込水槽の上部に配置され、測位のための基準信号を無線送信する電波送信部と、
前記渦抑制部材に配置され、前記基準信号を無線受信する測位側受信部と、
前記渦抑制部材に配置され、前記測位側受信部が受信した前記基準信号に基づいて前記渦抑制部材の位置を計測する測位部と、
前記渦抑制部材に配置され、前記測位部の測位結果を含む信号を無線送信する測位側送信部と、
前記吸込水槽の上部に配置され、前記測位側送信部の信号を無線受信する監視側受信部と、
前記吸込水槽の上部に配置され、前記監視側受信部が受信した前記測位部の測位結果に基づいて、前記吸込水槽内の前記渦抑制部材の位置を特定するコントローラと
を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。
前記吸込水槽内での空気吸込渦の発生の有無を監視する監視装置を備え、
前記コントローラは、前記監視装置の監視結果と前記測位部の測位結果とに基づいて、空気吸込渦の位置を特定する、請求項６に記載の立軸ポンプ。