JP2021139319A5 - - Google Patents

Description

特許第６５０４２４７号公報

図２は、本発明に係る吸込カバー７の形状を示す三面図である。吸込カバー７は、上壁１０と、上壁１０の両側端および前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１ａ，１１ｂ，１１ｃとを有する。後端の側壁１１ｃには取付部１２を形成してもよい。また、前後端の側壁１１ｂ，１１ｃは、必要に応じて除いてもよい。上壁１０は、吸込側（側面図の左方向）に向かって下方に傾斜している。側壁１１の下端は、羽根車３の中心より下方まで延設する。また、側壁１１は、上壁１０の両端部および前後端から垂設されるものとしたが、下方に延設されるものであれば、吸込カバー７の外側又は内側に向かって傾斜するものであってもよいし、例えば、丸みを帯びた形状であってもよい。また、ここでの上壁１０の両端部は、厳密な端のみを表すのではなく、両端から内側にずれた位置も許容される。

吸込カバー７の側壁１１の下端近傍には、少なくとも１以上の第２吸込開口１４を有している。第２吸込開口１４は、側壁１１の表面と裏面とを貫通する開口で、水及び空気が流入自在外部から吸込カバー７内に空気を取り込むことが可能な開口であればよい。例えば、上壁１０や側壁１１に形成した孔や切り欠き、あるいは部材間の間隙であってもよい。第２吸込開口１４は、第１吸込開口８の上端よりも高い位置に開口し、第２吸込開口１４の最も低い位置にある下端１４ｂは、第１吸込開口８に連通していてもよい。また、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａは、排水機場や横軸水中ポンプ１の仕様に応じて、後述する排水待機運転Ｍ３で運転可能な位置に設定される。

第２吸込開口１４の上方には、少なくとも１以上の第３吸込開口１６を有している。第３吸込開口１６は、側壁１１の表面と裏面とを貫通する開口で、水及び空気が流入自在外部から吸込カバー内に空気を取り込むことが可能な開口であればよい。例えば、上壁１０や側壁１１に形成した孔や切り欠き、あるいは部材間の間隙であってもよい。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１６ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４より上方でも下方でもよく、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通していてもよい。また、第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、排水機場や横軸水中ポンプ１の仕様に応じて、後述する気水混合排水運転Ｍ２で運転可能な位置に設定される。

吸込カバー７が図２に示す形状である場合、水位Ｈは、吸込カバー７の第３吸込開口１６の上端１６ａの位置に設定される。水位Ｍは、吸込カバー７の第２吸込開口１４の上端１４ａの位置に設定される。また、水位Ｌは、羽根車３が回転していても、水中電動機６に十分な水が供給できない水位の上限に設定される。なお、吸込カバー７が図２に示す形状である場合には、水位Ｈは、吸込カバー７の第３吸込開口１６の上端１６ａの位置に設定され、水位Ｍは、第２吸込開口１４の上端１４ａの位置に設定される。

＜全量排水運転＞
図５は、運転モードが全量排水運転Ｍ１（吸込側水位＞水位Ｈ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。全量排水運転Ｍ１は、上流側で吸い込んだ水を下流側に全量排出させる運転モードである。大雨等によりゲート下流側（吐出側）の水位が上昇すると、逆流を抑止するために、ゲート扉体１８が降下され、水路が閉止される。そして、ゲート上流側（吸込側）の水位が水位Ｈを越えると、横軸水中ポンプ１が起動され、横軸水中ポンプ１は、全量排水運転Ｍ１で、定格回転数で運転して下流側に排水する。このとき、横軸水中ポンプ１の内部に連通する開口（第１吸込開口８及び第２吸込開口１４，第３吸込開口１６）は全て没水しており、横軸水中ポンプ１の吐出圧力により吐出側のフラップゲート９は開放した状態となっている。ここで、横軸水中ポンプ１の運転開始のタイミングは、不図示の制御装置が、公知の水位計等により水位Ｈを超えていることを検知した上で判断してもよいし、実際に水位Ｈを検知することなく、予め設定された開始時間等に基づいて自動で判断してもよい。

排水待機運転Ｍ３の具体的な水位としては、吸込カバー７の第２吸込開口１４の一部もしくは全部が大気開放しているものの、吸込カバー７の第１吸込開口８と羽根車３の一部が没水している水位である。吸込カバー７の第２吸込開口１４の上端１４ａを水位Ｍに設定することにより、水位が水位Ｍ低下になったときに、吸込カバー７の第２吸込開口１４，第３吸込開口１６から大量の空気を吸い込むことができる。その結果、横軸水中ポンプ１の吐出圧力は低下するが、ケーシング２内で水と空気とが混合した状態で運転が継続される。ケーシング２内の水量は、吸込側水位に応じて変動する。この排水待機運転Ｍ３では、ケーシング２内で攪拌される水により、水中電動機６が冷却されるため、過度の発熱を抑えることができる。

一方、いずれかの運転モード中に上流側の流入量が増大して水位が上昇したときも、別の運転モードに移行する。例えば、水位Ｌ以下の状態で水位が上昇し、吸込側の水位が水位Ｌを超えたとする。この場合、運転モードは、第２吸込開口１４からは水と空気を、第３吸込開口１６からは空気を吸気しつつ、フラップゲート９を閉じた状態でケーシング２内の水を攪拌する排水待機運転Ｍ３に移行する。また、排水待機運転Ｍ３中に水位が上昇し、吸込側の水位が水位Ｍを超えると、運転モードは、第２吸込開口１４からは水を、第３吸込開口１６からは空気を吸気しながら排水する気水混合排水運転Ｍ２に移行する。更に、気水混合排水運転Ｍ２中に水位が上昇し、吸込側の水位が水位Ｈを超えると、運転モードは、第１吸込開口８及び第２吸込開口１４，第３吸込開口１６から水を吸い込む全量排水運転Ｍ１に移行する。

次に、横軸水中ポンプ１の作用及び効果について説明する。横軸水中ポンプ１
は、上記のように、第２吸込開口１４の上端１４ａよりも高い位置に開口する
第３吸込開口１６を有するので、吸込側の水位の変化に応じて運転モードを自
動的に切り替えることができる。具体的には、横軸水中ポンプ１は、吸込側の
水位が第３吸込開口１６の上端１６ａよりも高いときには、第１～３吸込開口
を没水させて、全量排水運転Ｍ１で運転する。また、横軸水中ポンプ１は、吸
込側の水位が、第３吸込開口１６の上端１６ａよりも低く、かつ、第２吸込開
口１４の上端１４ａよりも高いときには、第１及び第２吸込開口から水を吸い
込みつつ第３吸込開口１６から空気を吸い込む気水混合排水運転Ｍ２で運転を
行う。更に、横軸水中ポンプ１は、吸込側の水位が第２吸込開口１４の上端１
４ａよりも低いときには、第２及び第３吸込開口から空気を吸い込んでケーシ
ング２内で水を循環流動させる排水待機運転Ｍ３で運転を行う。

例えば、吸込側の水位が急速に低下した場合には、全量排水運転Ｍ１から気水
混合排水運転Ｍ２へ、又は、気水混合排水運転Ｍ２から排水待機運転Ｍ３へ移
行する。これにより、横軸水中ポンプ１は、羽根車３を駆動する水中電動機６
の定格回転数での運転を維持したまま、吸込側の水位の低下速度を抑制するこ
とができる。また、例えば、吸込側の水位が急速に上昇した場合には、排水待
機運転Ｍ３から気水混合排水運転Ｍ２へ、又は、気水混合排水運転Ｍ２から全
量排水運転Ｍ１へ移行する。これにより、横軸水中ポンプ１は、水中電動機６
の定格回転数での運転を維持したまま、吸込側の水位の上昇速度を抑制するこ
とができる。したがって、水中電動機６すなわちポンプのＯＮ／ＯＦＦの繰り
返し頻度を低下させることができる。

第３吸込開口１６の総開口面積を、横軸水中ポンプ１が排水待機運転Ｍ３に移
行するのに必要な吸気量を満たさないだけの総開口面積とすると、吸込側の水
位が、水位Ｈ以下で、かつ、水位Ｍを超えている範囲で気水混合排水運転Ｍ２
を持続させることができる。

第３吸込開口１６の上端１６ａから第２吸込開口１４の上端１４ａまでの距離
を調整することで気水混合排水運転Ｍ２にて運転する吸込水位の幅を任意に設
定できる。例えば、第２吸込開口１４の上端１４ａから離して第３吸込開口１
６の上端１６ａを上方に設定すれば気水混合排水運転Ｍ２で運転できる水位が
広くなり、第２吸込開口１４の上端１４ａから近づけて第３吸込開口１６の上
端１６ａを上方に設定すれば気水混合排水運転Ｍ２で運転できる水位が狭くな
る。少量の水位変動による全量排水運転Ｍ１から排水待機運転Ｍ３への切り替
え、又は、排水待機運転Ｍ３から全量排水運転Ｍ１への切り替え頻度を抑える
ことが可能となる。気水混合排水運転Ｍ２時の運転時間を長く継続させること
になるので、常時上流側から新鮮な水をケーシング２内に供給して水中電動機
６の冷却効率を高められる。

第３吸込開口１６の総開口面積と第２吸込開口１４の上端１４ａ近傍の開口面
積からの吸気量で排水待機運転Ｍ３に移行するように開口面積を形成すると、
気水混合排水運転Ｍ２と排水待機運転Ｍ３の閾値となる水位Ｍが明確になり、
予め設定した水位にて横軸水中ポンプ１を排水待機運転Ｍ３に移行させること
ができる。

以上のように、本実施形態によれば、気水混合排水運転Ｍ２の許容水位を長く
設定できるので、全量排水運転Ｍ１から排水待機運転Ｍ３への急激な移行を防止し、ポンプに掛かる負荷を軽減することが可能な横軸水中ポンプ１を提供することができる。

図１１（ａ）は、他の実施例の第２吸込開口の平面図である。上壁１０の前縁１３から下方に延設される側壁１１ａを有しない吸込カバー７であって、本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の前縁１３に形成する少なくとも１以上の吸気部を有している。第２吸込開口１４は、下方に向かって拡開した切り欠きであって、第１吸込開口８に連通しており、これらの切り欠きを全体として見ると、その形状は、鋸状又は波状である。この場合、本実施形態における第２吸込開口１４は、切り欠きと、上壁１０の下端を結ぶ直線（２点鎖線）とで囲まれる開口としての第２吸込開口１４である。また、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａと、最も低い位置にある下端１４ｂは、気水混合排水運転Ｍ２や排水待機運転Ｍ３の運転状況により適宜設定される。

図１２は、他の実施例の第３吸込開口の三面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図２に示すようなものに限定されず、図１４に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１に形成する切り欠き状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。その際、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより下方に位置する第３吸込開口１６は、第２吸込開口１４として機能する。また、第３吸込開口１６の形状は、テーパー状、矩形状、円状等、適宜選択可能であり、第３吸込開口１６の個数や幅なども、気水混合排水運転Ｍ２や排水待機運転Ｍ３の運転条件に応じて適宜決定される。なお、第３吸込開口１６の開口による応力集中を軽減するために、各角を円弧状に形成してもよい。

図１３は、他の実施例の第３吸込開口の三面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図１４に示すようなものに限定されず、図１５に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。

図１４は、他の実施例の第３吸込開口の三面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図１４に示すようなものに限定されず、図１６に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する複数の細孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。

図１５（ａ）は、他の実施例の第３吸込開口の平面図である。上壁１０の前縁１３から下方に延設される側壁１１ａを有しない吸込カバー７であって、本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の前縁１３に形成する切り欠き状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。

図１５（ｂ）は、他の実施例の第３吸込開口の平面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図１７に示すようなものに限定されず、図１８に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。

図１５（ｃ）は、他の実施例の第３吸込開口の平面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図１７に示すようなものに限定されず、図１９に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０を貫通する複数の細孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。

図１６は、他の実施例の第３吸込開口の説明図である。本実施形態において、第２吸込開口１４および第３吸込開口１６は図２に示すようなものに限定されず、図２０に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、吸込カバー７の上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１の吸気部である。第３吸込開口１６は、羽根車３の上流側のケーシング２を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。なお、第２吸込開口１４は、上壁１０又はケーシング２に形成してもよく、第３吸込開口１６は、上壁１０又は側壁１１に形成してもよい。

第２吸込開口１４および第３吸込開口１６の吸気部は、直線状に開口する必要はなく、水位に応じて順次吸込部の開口面積が増加あるいは減少するように吸込カバー７に形成しても同様の効果を得ることができる。

第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａから第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａまでの水位高さを、第１吸込開口８の最も高い位置から第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａまでの水位高さ以上とすることで、気水混合排水運転Ｍ２の運転時間を長く継続させることが可能となる。

このように本発明は、第３吸込開口１６を一定の開口率で上下方向に開口し、水位Ｍにて第２吸込開口１４の開口面積を急拡大させることを特徴とする。具体的には、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａ近傍の開口面積を第３吸込開口１６の総開口面積と同等以上とすることで、水位低下時に、水位Ｍにおいて第２吸込開口１４から大量の空気混入により、確実に排水待機運転Ｍ３に移行させることができる。水位Ｍを気水混合排水運転Ｍ２と排水待機運転Ｍ３の閾値であることを明確にでき、羽根車３との水位設定が容易となり、排水待機運転Ｍ３時に水中電動機６の冷却を効果的に行うことができる。なお、上端１４ａ近傍の開口面積とは、流入水の脈動等により生じる振幅高さ、つまり上端１４ａから数ｍｍ下方までの開口面積である。

Claims (4)

1. 吸込口と排出口とを有するケーシング（２）と、
   ケーシング（２）内で支持された羽根車（３）と、
   吸込口に接続された吸込カバー（７）と、
   吸込カバー（７）に設けられ、羽根車（３）の中心より下方に開口する第１吸込開口（８）と、
   吸込カバー（７）及びケーシング（２）のうち少なくとも一方において羽根車（３）よりも上流側に設けられ、
   第１吸込開口（８）の上端よりも高い位置に開口し、吸気部の上端（１４ａ）が気水混合排水運転（Ｍ２）と排水待機運転（Ｍ３）の閾値である第２吸込開口（１４）と、
   第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）よりも高い位置に開口し、吸気部の上端（１６ａ）が全量排水運転（Ｍ１）と気水混合排水運転（Ｍ２）の閾値である第３吸込開口（１６）と、を有する
   ことを特徴とする横軸水中ポンプ。
2. 前記第３吸込開口（１６）の上端（１６ａ）から第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）までの水位高さが、第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）から第１吸込開口（８）の上端までの水位高さ以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の横軸水中ポンプ。
3. 前記第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）近傍の開口面積が、第３吸込開口（１６）の総開口面積と同等以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の横軸水中ポンプ。
4. 排出開口と、
   上壁（１０）と、
   上壁（１０）の両側端および前後端から下方に延設される側壁（１１）と、
   側壁（１１）の下端で囲まれる第１吸込開口（８）と、
   吸込カバー（７）内部に連通し、上壁（１０）又は側壁（１１）に形成された少なくとも１以上の開口を備え、吸気部の上端（１４ａ）が気水混合排水運転（Ｍ２）と排水待機運転（Ｍ３）の閾値である第２吸込開口（１４）と、
   第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）よりも高い位置で吸込カバー（７）内部に連通し、上壁（１０）又は側壁（１１）に形成された少なくとも１以上の開口を備え、吸気部の上端（１６ａ）が全量排水運転（Ｍ１）と気水混合排水運転（Ｍ２）の閾値である第３吸込開口（１６）と、を有する
   ことを特徴とする横軸水中ポンプに用いられる吸込カバー。