JP2022179126A - 空気管付き水中ポンプとその設備 - Google Patents

Abstract

【課題】吸込口側の水位が全量排水運転可能な最低水位以下でも、定格回転数での運転を維持し、ポンプの起動と停止の繰り返しを抑制することを可能にする。【解決手段】横軸の水中斜流ポンプ１には、羽根車３２と対向して吐出口６５が配置され、吸引された空気が吸込カバー５に設けられた吐出口６５から供給される。水位下降時、気水混合運転に入る直前のタイミングで吐出口６５から空気を供給させる。水中斜流ポンプ１のケーシング２内の水が瞬時に落水して、羽根車３２が水を吐き出させなくなるため、ポンプ内圧力が下がり、フラップ弁４が自重と外水の圧力により閉じ、羽根車３２が空気中に露出した気中待機運転（電動機３は定格回転数で回転駆動状態を継続）となる。振動が小さく、電動機３への負担が少ない。又、気中待機運転中に水位上昇すれば、吐出口６５からの空気を遮断して、全量排水運転に瞬時に移行する。【選択図】図１

Description

本発明は、空気管付き水中ポンプとその設備に関する。更に詳しくは、河川等を横断して設けられる水門の扉体に固定して配置される水中ポンプにおいて、吸込口側の水位が全量排水運転可能な最低水位以下でも、定格回転数の運転を維持し、ポンプの起動と停止の繰り返しを抑制することを可能にした空気管付き水中ポンプとその設備に関する。

水中ポンプでは、吸込口側の水位がある水位以下になると、吸込口から空気がポンプケーシングに吸いまれて気水混合運転となり、排水量が低下して振動や騒音が大きくなる。そのため、吸込口側の水位がある水位以下になると、ポンプの運転を一旦停止させ、その後流入量が増大して吸込口側の水位が上昇した時にポンプを再起動している。このような場合、吸込口側の水位に応じて頻繁にポンプのオン、オフが繰り返されると、運転管理が煩雑で、ポンプの起動、停止の頻度が煩雑になり、水中電動機及び始動器への負担が大きくなるため好ましくない。

特許文献１に記載のポンプゲートは、ポンプの吸込口の上部に整流効果を備えた吸込カバーを設置することで、空気吸込渦、水中渦の発生を抑え、より低水位まで運転できるようにしている。特許文献２に記載の先行待機運転ポンプは、排水運転から保持運転に切替えられるとき、異常振動や騒音を防ぐために、立軸であるポンプの主軸内に圧縮空気供給通路を設けたものである。この圧縮空気供給通路は、羽根車の入口側から圧縮空気を吐出し、吐出管内の残存水を速やかに給水井に落水して、ポンプ井の水位に関係なく全速運転が可能な保持運転を短時間にするものである。更に、特許文献３に記載の水中ポンプは、吸込口側の水位の低下時には、吸込カバーに設けた切り欠き、又は吸気管から空気を吸わせ、気水混合運転を行って排水量を低下させ、吸込口側の水位が全量排水運転時の水位以下でも、定格回転数での運転を維持し、ポンプのオン、オフの繰り返しを抑制している。

特開２００３－３４５０号公報 特開平８－３１２５８０号公報 ＷＯ２０１６／１７８３８７

しかし、特許文献１に記載のポンプは、連続的な空気吸込渦の発生を防止し空気を吸い込むと発生する振動騒音を防ぐものであるが、吸込口側の水位に応じてポンプのオン、オフを繰り返すものであり、最低水位以下でも、定格回転数での運転を可能にするものではない。特許文献２に記載の先行待機運転ポンプは、羽根車の駆動軸は立軸のポンプであり、横軸、又は斜軸を想定したものではない。特許文献３に記載の水中ポンプは、横軸であり、ある水位以下になると空気を導入するものであるが、気水混合運転中は振動や騒音が大きくなり、排水量も低下する。また、更に水位が低下すると、排水量が失われたまま定格回転数で運転すると、気水混合運転から気中待機運転に移行するが、この気水混合運転は可能な限り短時間、又は事実上ないほうが良い。
本発明は、以上のような背景で発明されたものであり、以下の目的を達成するものである。
本発明の目的は、空気開閉弁を用いて、気水混合運転のない空気管付き水中ポンプとその設備を提供することにある。
本発明の他の目的は、吸込口側の水位が全量排水運転可能な最低水位以下でも、定格回転数での運転を維持し、ポンプの起動と停止の繰り返しを抑制することを可能にした空気管付き水中ポンプとその設備を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するために、次の手段を採る。
即ち、本発明１の空気管付き水中ポンプは、
一方に吸込口と他方に排出口を有したケーシングと、
前記ケーシング内に固定され回転駆動するための電動機と、
前記電動機の出力軸の軸心が水平である横方向、又は、前記軸心が水平から所定角度傾斜して配置される前記出力軸に連結されて回転駆動される羽根車と、
前記ケーシングに固定され、流体を吸い込むための開口部が形成された吸込カバーと
からなる水中ポンプにおいて、
前記羽根車の上流側で、かつ前記水中ポンプ内に配置された吐出口から空気を前記水中ポンプ内に吸引するための空気管と、
前記空気管への空気の供給、又は遮断するための空気開閉弁とからなることを特徴とする。

本発明２の空気管付き水中ポンプは、本発明１の空気管付き水中ポンプにおいて、前記空気管付き水中ポンプは、前記羽根車で駆動される流体の流路が前記軸心に対して傾斜している水中斜流ポンプ、又は前記流体の流路が前記軸心方向である水中軸流ポンプであることを特徴とする。
本発明３の空気管付き水中ポンプは、本発明１又は２の空気管付き水中ポンプにおいて、前記吸込口側の水位を検知する水位計と、前記水位計の水位検出値により前記空気開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段とからなることを特徴とする。

本発明４の空気管付き水中ポンプは、本発明３の空気管付き水中ポンプにおいて、前記開閉弁制御手段は、前記空気開閉弁を開閉するときの水位が、前記水位の上昇時と前記水位の下降時で異なる制御を行うことを特徴とする。
本発明５の空気管付き水中ポンプは、本発明１ないし４の空気管付き水中ポンプにおいて、前記吐出口は、前記吐出口の中心軸が前記軸心と平行に配置されていることを特徴とする。

本発明６の空気管付き水中ポンプは、本発明の１ないし５の空気管付き水中ポンプにおいて、前記吐出口は、前記羽根車と対向して配置されていることを特徴とする。
本発明７の空気管付き水中ポンプは、本発明の１ないし６の空気管付き水中ポンプにおいて、前記空気管は、前記吸込カバー又は前記ケーシングに接続されていることを特徴とする。
本発明８の空気管付き水中ポンプ設備は、本発明の１ないし７の空気管付き水中ポンプを用いた水中ポンプ設備であって、前記空気管付き水中ポンプは、河川又は水路を横断する水門、又は樋門に搭載されていることを特徴とする。

本発明の空気管付き水中ポンプとその設備は、吸込口側水位が全量排水運転可能な最低水位以下になれば、空気管から空気を供給するので、全量排水運転から気中待機運転に瞬時に移行できる。気中待機運転中に吸込口側水位が上昇すれば、空気を遮断して、気中待機運転から全量排水運転に瞬時に移行できる。従って、気水混合運転を短時間に、又は無くして終了させるので、振動を小さくしながら、定格回転数での運転を維持し、ポンプの起動と停止の繰り返しを抑制することが可能となった。

図１は、本発明の第１の実施の形態の空気供給回路６０を備えた水中斜流ポンプ１を示す縦断面図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態の水中斜流ポンプ１へ空気を供給又は遮断するための空気供給回路６０の概要を示す説明図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態の水中斜流ポンプ１へ空気を供給又は遮断するための電動弁制御回路７１の動作の一例を示すフロー図である。 図４は、吸込口側水位を上下した時の本発明の第１の実施の形態の水中斜流ポンプ１の電流と振動を示すグラフである。 図５は、吸込口側水位を上下した時の従来の水中斜流ポンプの電流と振動を示すグラフである。 図６は、本発明の第２の実施の形態の空気供給回路６０を備えた水中軸流ポンプ１０を示す縦断面図である。

〔第１の実施の形態の水中斜流ポンプ１〕
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の水中斜流ポンプ１を示す縦断面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の水中斜流ポンプ１は、河川、水路、下水路等を横断して設けられた水門又は樋門の扉体１００に、ブラケット１０１等を介してボルト等で固定されている。なお、水中斜流ポンプ１のケーシング２のフランジ部を、直接、水門又は樋門の扉体１００に固定する構造のものでも良い。これらの構造は、水門（ゲート）に水中ポンプを搭載して両者を一体化したものであり、ゲートポンプ（商標登録第２５８５９７３号、一般名称は「ポンプゲート」である。）と呼ばれているものである。

本実施の形態の水中斜流ポンプ１は、羽根車から吐出される流体の流れが、出力軸３１の中心線から斜め方向に流体を送る斜流ポンプと呼ばれているものである。水中斜流ポンプ１は、一方に吸込口２１（図１の左側）と他方（図１の右側）に排出口２２を有したケーシング２を有している。ケーシング２の内部には、羽根車３２を回転駆動するための電動機３が固定されている。水中斜流ポンプ１の電動機３には、吸込口２１側に出力軸３１が取り付けられ、出力軸３１に羽根車３２が固定され、電動機３の回転トルクが羽根車３２に伝達される。羽根車３２よりも下流側に隣接して、ケーシング２の内周とオイル室３４の外周との間に、案内羽根３３が固定されている。案内羽根３３は、羽根車３２で汲み上げられる水を案内している。

ケーシング２の排出口２２側には、開閉可能に支持されたフラップ弁４が配置されている。このフラップ弁４は、ケーシング２の上部に配置した支点４ａで、揺動自在に取り付けられている。フラップ弁４は、排出口２２からの水の吐出圧力が低い時には、自重により閉じ、水の吐出圧力が高くなると、上部の支点４ａを中心にして開くことで、排出口２２からの水の排出を可能にする。ケーシング２の吸込口２１には、水を吸込口２１に円滑に誘導するための吸込カバー５が固定されている。吸込カバー５の先端の開口部５３は、水平から斜め下方を向いており（迎角θ）、この開口部５３から上流側の河川水を吸い込む。

図１に示すように、水中斜流ポンプ１は、この出力軸３１の軸心３１１が水平に配置されている。水路の底面１０２から、吸込カバー５の開口部５３の上縁（吸込案内板５１１の下面）５３１までの高さをＹ１、水路の底面１０２から羽根車３２の下端までの高さをＹ３とすると、Ｙ１がＹ３よりも高い位置に配置されている。なお、吸込カバー５の開口部５３の上縁５３１は、電動機３の出力軸３１の軸心３１１よりも低い位置に配置されている。開口部５３の下縁５３２は、水路の底面１０２からＹ２の高さである。水位が開口部５３の下縁５３２の水位Ｙ２以下のときは、羽根車３２の下端までの高さＹ３より低い位置であるので、水中斜流ポンプ１は河川水を吸い込むことはない。図１の左に示す水位は、本発明の第１の実施の形態の水中斜流ポンプ１の運転において、水位下降時、又は、水位上昇時の全量排水運転可能な水位と、待機運転水位（気中待機運転）の境界を示したものである。

空気供給回路６０
図２は、水中斜流ポンプ１に空気を供給又は遮断するための空気供給回路６０の概要を示すブロック図である。空気供給回路６０は、水位計７０、電動弁制御回路７１、電動空気弁６３、空気管６４、吐出口６５等からなる。大気である空気は、水中斜流ポンプ１の運転中の吸引力（負圧）により、電動空気弁６３、空気管６４を通り、吐出口６５からケーシング２内へ吸引される。吐出口６５は、吸込カバー５に取り付けられた空気管６４に配管されている。電動空気弁６３は、水に濡れないように、水密に密封された収納室６６内に収納されている（図１参照）。管である吐出口６５の中心軸線は、水中斜流ポンプ１の出力軸３１の軸心３１１と平行に配置されている。より正確には、吐出口６５の中心軸線は、出力軸３１の軸心３１１より低い位置に配置されている。すなわち、羽根車３２と対向して、軸心３１１より低い位置に吐出口６５が配置されている。

このために、吐出口６５から吸引された空気は、その空気の浮力により若干上方に向かいながら、羽根車３２の中心方向と羽根車３２の上下にほぼ均一に吸い込まれる。電動空気弁６３の開閉のタイミングは、電動弁制御回路７１により制御される。水位計７０は、上流側の河川の水位を常時計測するものであり、水圧等でその水位を計測するものである。この構造、機能は、周知技術でありその説明は省略する。電動弁制御回路７１は、水中斜流ポンプ１が稼働しているとき、水位計７０の水位を見ながら電動空気弁６３の開閉を制御する。電動空気弁６３の開閉制御は、水位計７０で検知された水位に応じて行う。図１において、最左部には、水位下降時の全量排水運転時から気中待機運転に切り替えるとき、電動空気弁６３を開く水位を示している。この右には、水位上昇時に、気中待機運転から全量排水運転に切り替えるときの電動空気弁６３を閉じる水位を示している。

水位下降時と水位上昇時において、電動空気弁６３の開閉の水位位置が異なる理由は、以下の通りである。即ち、水位の上昇時と下降時に、気水混合運転を回避するために、『水位降下時は、吸込カバー５の開口部５３の上縁５３１付近まで水位があれば、ケーシング２内は満水状態で全量排水運転がなされ、上縁５３１より水位が下がれば吸込カバー５から空気を吸込む。上縁５３１付近の水位となる「空気弁開水位」（本実施の形態では、上縁５３１より１０ミリ程度高い水位）で電動空気弁６３を開き、空気管６４から空気をケーシング２内に吸引し、ケーシング２内の水を一気に落水させ、瞬時に全量排水運転から気中待機運転に移行する。』又、『水位上昇時は、水位が羽根車３２の６０％以上の高さになると、羽根車３２が自らケーシング２内の水を吐出できるようになる。水位上昇時のこの付近の水位において、気水混合運転を確実に回避するため、その水位より少し低い水位となる「空気弁閉水位」（本実施の形態では、羽根車３２の５５％程度の水位）で電動空気弁６３を閉じ、空気管６４からの空気を遮断し、水位が全量排水運転可能水位（羽根車３２の約６０％水位）に達すれば、気中待機運転から全量排水運転に瞬時に移行する。』以上の理由で、水位下降時と水位上昇時において、電動空気弁６３の開閉の水位位置が異なる。

空気供給回路６０の作動
図３は、空気供給回路６０の電動弁制御回路７１の動作例を示すフロー図である。このフロー図は、図１に示す位置に、電動空気弁６３の「空気弁開水位」、「空気弁閉水位」を設定した場合の制御例である。電動機３（図１）の電源をオンにする（Ｓ１）。電動機３の運転時間を設定するタイマーカウンターをゼロに設定し、空気を遮断する状態である電動空気弁６３の弁を閉じる（Ｓ２、Ｓ３）。この制御装置の動作開始時は、制御上は全量排水運転状態である。次に、水位計７０で、取水側の水位を計測し水位データを得る（Ｓ４）。この水位データが、「空気弁閉水位以上」（図１参照）か、否かを判断する（Ｓ５）。

Ｓ３で電動空気弁６３は閉じており、このＳ５において、水位が「空気弁閉水位以上」である場合（ＹＥＳ）、即ち、この水位は気中待機運転ではなく、全量排水運転領域の水位である（図１参照）。この場合（ＹＥＳ）、「電動空気弁６３：閉？」か、否かを判断する（Ｓ１２）。電動空気弁６３が閉じている場合（ＹＥＳ）は、全量排水運転可能な状態であり、タイマーカウンターをゼロに設定して（Ｓ１４）、「水位計測」（Ｓ４）に戻り全量排水運転を続行する。電動空気弁６３が閉じていない場合（ＮＯ）、電動空気弁６３が閉じて（Ｓ１３）、タイマーカウンターをゼロに設定して（Ｓ１４）、同様に「水位計測」（Ｓ４）に戻り全量排水運転を続行する。

Ｓ５において、水位が「空気弁閉水位以上？」でない場合（ＮＯ）、更に、この水位が「空気弁開水位以下？」か、否かを判断する（Ｓ６）。このＳ６で、水位が「空気弁開水位以下」である場合（ＹＥＳ）、このときの水位は、「水位下降時」、「水位上昇時」を問わず、気中待機運転領域であることを意味する（図１参照）。この気中待機運転領域と判断された場合（ＹＥＳ）、電動空気弁６３が開いている必要があるので、確認のために次のステップＳ７に進み、「電動空気弁６３：開？」か、否かを判断する（Ｓ７）。既に、電動空気弁６３が開いている場合（ＹＥＳ）、ステッブＳ９に進む。電動空気弁６３が閉じている場合（ＮＯ）、気中待機運転領域であるから、電動空気弁６３を開き、電動機３を気中待機運転する稼働時間を設定する（Ｓ８、Ｓ９）。この稼働時間の設定は、水位が低い領域であり、必要以上に気中待機運転を継続する必要はないので、電動機３の稼働時間を設定するものである。Ｓ１０において、気中待機運転に移行した時間が「稼働時間以上？」か、否かを判断する。

この電動機３の稼働時間が設定時間以上でない場合（ＮＯ）、ステップＳ４に戻る、即ち、気中待機運転を継続する。電動機３が稼働時間以上の場合（ＹＥＳ）、電動機３の電源を切る（ステップＳ１１）。即ち、設定した水中斜流ポンプ１の運転時間が設定時間に達したので運転を停止するものである。他方、Ｓ６において、水位が「空気弁開水位以下？」でない場合（ＮＯ）、Ｓ１５に移行する。このときの水位は、「空気弁閉水位以上？」（Ｓ５）でもなく、「空気弁開水位以下？」（Ｓ６）でもないので、この時の水位は、「空気弁開水位」と「空気弁閉水位」の間の中間水位を意味する（図１参照）。この中間水位では、水位上昇時は電動空気弁６３を開いておき、水位下降時は電動空気弁６３を閉じておく設定領域である。

このＳ１５の「電動空気弁６３：開？」において、電動空気弁６３を開いている場合（ＹＥＳ）、「水位上昇時」の状態であることを意味する。「水位上昇時」において、上記中間水位である水位領域は、気中待機運転領域である。電動空気弁６３をそのまま開いている状態とし、Ｓ９に飛び気中待機運転を設定時間まで続行する。即ち、この中間水位において、電動空気弁６３が既に開いているということは、通常は水位が上昇していることを意味し、この水位では気中待機運転水位を意味する。このために電動空気弁６３は開いた状態のままである。そして、Ｓ４に飛び、電動機３の運転を続行する。このステップＳ１５の「電動空気弁６３：開？」において、電動空気弁６３を開いていない場合（ＮＯ）は、水位下降状態であることを意味する。電動空気弁６３を閉じたまま運転を続行する。即ち、この中間水位において、電動空気弁６３が開いていないということは、水位が下降している「水位下降時」であり、全量排水運転領域である領域を意味し、電動空気弁６３が閉じた状態で、タイマーカウンターをゼロ設定（Ｓ１６）し、「水位計側」（Ｓ４）に戻り全量排水運転を続行する。

以上の動作を概括すれば、以下のような制御となる。例えば、運転員が水中斜流ポンプ１の電動機３のスイッチ（図示せず）を入れてＯＮにすると、電動機３は回転を開始し、上流側の河川水を汲み上げて下流側に流す。電動弁制御回路７１は、水位計７０からの水位信号により、現在の水位を判断し、電動空気弁６３の開閉を制御し、全量排水運転、気中待機運転かを選択する。そして、その水位が上昇中か、又は下降中か否かによって、電動空気弁６３の開閉のタイミングを変える。水位が下降中、全量排水運転中に吸込口側水位が低下しても、図１に示すように、吸込口側水位が「空気弁開水位」以上高ければ、開口部５３から空気を吸い込まないので、吸込カバー５内及びケーシング２内は水で満たされている。従って、水中斜流ポンプ１は定格回転数で全量排水運転が継続して行われる。そして、全量排水運転の水位から水位が下降する場合、電動弁制御回路７１は、「空気弁開水位」の位置に達したら電動空気弁６３を開いて、空気を空気管６４を介して、水中斜流ポンプ１に供給する。この空気の供給により、水中斜流ポンプ１は、一気に気中待機運転モードになる。

気中待機運転から水位が上昇する場合、電動弁制御回路７１は、「空気弁閉水位」の位置に達したら電動空気弁６３を閉じて、空気管６４による水中斜流ポンプ１への空気を遮断する。この空気の遮断により、本実施の形態では水位が羽根車３２の６０％以上となったとき、羽根車が自らケーシング２内の水を吐出できる状態となるので、水中斜流ポンプ１は、一気に気中待機運転モードから全量排水運転モードになる。また、水位が上昇中、全量排水運転中に吸込口側水位が低下しても、図１に示すように、吸込口側水位が「空気弁閉水位」で、電動空気弁６３を閉じるので、この水位より高ければ、開口部５３から空気を吸い込まないので、吸込カバー５内及びケーシング２内は水で満たされている。従って、水中斜流ポンプ１は定格回転数で全量排水運転が継続して行われる。「空気弁開水位」と「空気弁閉水位」は、ポンプ（水中斜流ポンプ１）が設置される自然条件、正確には現場条件でも異なるので、実際に設置される河川で運転を行って、その結果で最適な水位を決めると良い。

吸込口側水位が図１の「空気弁開水位」よりも低下すると、開口部５３から空気が吸い込まれる。この開口部５３から空気が吸込まれる前に電動空気弁６３が開かれ、空気管６４を通して、空気が供給される。その結果、水中斜流ポンプ１の吸込カバー５内及びケーシング２内の水が瞬時に落水して、羽根車３２が水を吐き出させなくなるため、ポンプ内圧力が下がり、フラップ弁４が自重と外水の圧力により閉じ、羽根車３２が空気中に露出した気中待機運転（電動機３は定格回転数で回転駆動状態を継続）となるために振動が小さく、電動機３への負担が少ない。吸込口側水位が更に低下しても、設定された時間内（例えば図示しないタイマーで設定）であれば、気中待機運転を継続する。従って、本発明の第１の実施の形態の水中斜流ポンプ１は、気水混合運転が無いため、振動が少ない。本実施の形態の水中斜流ポンプ１は、吸込口側水位が全量排水運転可能な最低水位以下になれば、全量排水運転から気中待機運転に瞬時に移行し、気中待機運転中に吸込口側水位が上昇し全量排水運転可能水位（羽根車３２の約６０％水位）に達すれば、気中待機運転から全量排水運転に瞬時に移行する。この結果、気水混合運転がなく、振動を小さくして、定格回転数での運転を維持できる。

水位が吸込カバー５の開口部５３の下縁５３２の水位Ｙ２以下の場合、物理的に河川水を吸い込むことはできないので、空気管６４の吐出口６５からケーシング２内へ空気を吸引する必要はないが、気中待機運転の水位（図１参照）では、電動空気弁６３を開いた状態で、設定された時間内（図示しないタイマーで設定）であれば、気中待機運転を継続する。この制御により、水中斜流ポンプ１の起動と停止の繰り返しを抑制することが可能となる。図４は本発明の本実施の形態の水中斜流ポンプ（ポンプ口径が３００ミリ）１の電動機３の電流（Ａ）と振動（注：Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の合成振動）（μｍ）を示すグラフである。図４では、吸込口側水位を２００ミリから６００ミリまで上昇させた後、２００ミリまで下降させている。図４に示すように、水位が上昇する時は、気中待機運転から全量排水運転に瞬時に移行し、水位が下降する時は、全量排水運転から気中待機運転に瞬時に移行し、気水混合運転が起きないため、電流（Ａ）の変動と、振動（μｍ）の変動が小さくなる。

図５は空気管を備えていない従来の水中斜流ポンプ（ポンプ口径が３００ミリ）の電動機３の電流（Ａ）と振動（注：Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の合成振動）（μｍ）を示すグラフである。図５に示すように、従来の水中斜流ポンプは開口部５３の上縁５３１より空気を吸い込んで気水混合運転が起きるため、気中待機運転から全量排水運転への切り替わり、及び、全量排水運転から気中待機運転への切り替わりに時間がかかり、振動も大きい。これに対して本発明の第１の実施の形態の水中斜流ポンプ１は、図４に示すように気水混合運転が起きないため、気中待機運転から全量排水運転への切り替わり、及び、全量排水運転から気中待機運転への切り替わりが瞬時に行われ、振動も小さい。

〔第２の実施の形態の水中軸流ポンプ１０〕
図６に示す第２の実施の形態の水中軸流ポンプ１０は、前述した第１の実施の形態のものと異なる構造のポンプである。水中軸流ポンプ１０は、出力軸３１の軸心３１１方向に流体を送るポンプであり、一方（図６の左側）に吸込口２１と、他方（図６の右側）に排出口２２を有したケーシング２を有している。ケーシング２の内部には、回転駆動するための電動機３が固定されている。電動機３には、排出口２２側に出力軸３１が取り付けられ、出力軸３１に羽根車３２が固定され、電動機３の回転が羽根車３２に伝達される。羽根車３２よりも吸込口２１側（上流側）には、ケーシング２の内周とオイル室３４の外周との間に案内羽根３３が固定されている。案内羽根３３は、羽根車３２で汲み上げられる水を案内している。

ケーシング２には、排出口２２側に開閉可能に支持されたフラップ弁４が取り付けられている。フラップ弁４は、排出口２２からの水の吐出圧力が低い時には、自重により閉じ、水の吐出圧力が高くなると上部の支点４ａを中心にして開くことで、排出口２２からの水の排出を可能にする。ケーシング２の吸込口２１には、水を吸込口２１に円滑に誘導するための吸込カバー５が固定されている。図６に示すように、吸込カバー５は、一枚以上の板材から上板、側板等で形成されている。第２の実施の形態の水中軸流ポンプ１０には、前述した第１の実施の形態と同様の原理で動作する空気供給回路６０が配置されている。水位計７０、電動弁制御回路７１、電動空気弁６３、空気管６４、吐出口６５等からなる。

大気である空気は、水中軸流ポンプ１０の運転中の吸引力により、電動空気弁６３に連結された空気管６４が二つに分岐され、分岐管（図示せず）からそれぞれ二つの吐出口６５からケーシング２内へ吸引される。二つの吐出口６５は、電動機３の外周の左右、即ち電動機３の両側を挟んで吸込カバー５内に、吐出口６５がそれぞれ配置されている。この吐出口６５は、吸込カバー５に固定された空気管６４に配管されている。吐出口６５の中心軸線は、水中軸流ポンプ１０の出力軸３１の軸心３１１と平行に配置されている。正確には、吐出口６５の中心軸線は、出力軸３１の軸心３１１より若干低い位置に配置されている。すなわち、羽根車３２の正面に対向するように、軸心３１１より低い位置に吐出口６５が配置されている。第２の実施の形態の水中軸流ポンプ１０の電動空気弁６３を作動させるための水位計、制御回路等は、実質的に第１の実施の形態の水中斜流ポンプ１と同一であり、その説明は省略する。尚、図６の最左部に示すように、水位下降時と水位上昇時において、電動空気弁６３の開閉の水位位置が異なる理由は、以下のとおりである。即ち、水位の上昇時と下降時に、気水混合運転を回避するために、『水位降下時は、吸込カバー５の開口部５３の上縁５３１付近まで水位があれば、ケーシング２内は満水状態で全量排水運転がなされ、上縁５３１より水位が下がれば吸込カバー５から空気を吸込む。

上縁５３１付近の水位となる「空気弁開水位」（本実施の形態では、上縁５３１より１０ミリ程度高い水位）で電動空気弁６３を開き、空気管６４から空気をケーシング２内に吸引し、ケーシング２内の水を一気に落水させ、瞬時に全量排水運転から気中待機運転に移行する。』又、『水位上昇時は、水位が羽根車３２の６０％以上の高さになると、羽根車３２が自らケーシング２内の水を吐出できるようになる。水位上昇時のこの付近の水位において、気水混合運転を確実に回避するため、その水位より少し低い水位となる「空気弁閉水位」（本実施の形態では、羽根車３２の５５％程度の水位）で電動空気弁６３を閉じ、空気管６４からの空気を遮断し、水位が全量排水運転可能水位（羽根車３２の約６０％水位）に達すれば、気中待機運転から全量排水運転に瞬時に移行する。』以上の理由で、水位下降時と水位上昇時において、電動空気弁６３の開閉の水位位置が異なる。

［その他の実施の形態］
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施例に限定されることはない。例えば、前述した実施の形態の電動空気弁６３は、モーター（電動機）を使用したアクチュエーターで駆動する弁であるが、これをソレノイド電磁石を使用した電磁弁であっても良い。また、前述した水中斜流ポンプ１及び水中軸流ポンプ１０は、何れも電動機３の出力軸３１、及びこれに連結されている羽根車３２の軸心は、水平である横方向に配置されているものである。しかしながら、この軸心を水平から傾斜させたものであっても良い。また、気水混合運転を回避するために空気管に供給される空気は大気であるが、積極的にポンプケーシング内の水を落水させるため、ブロワー又はコンプレッサーによる加圧空気を供給しても良い。更に、前述した水中斜流ポンプ１、及び水中軸流ポンプ１０の吸込カバー５の形状は、水中ポンプの構造により異なる。従って、本発明でいう吸込カバー５とは、ポンプ本体の吸込側のカバーに限らず本体部分を含む概念である。

１…水中斜流ポンプ
１０…水中軸流ポンプ
１００…扉体
１０１…ブラケット
１０２…水路の底面
２…ケーシング
２１…吸込口
２２…排出口
３…電動機
３１…出力軸
３１１…軸心
３２…羽根車
３３…案内羽根
３４…オイル室
４…フラップ弁
５…吸込カバー
６０…空気供給回路
６３…電動空気弁

Claims (8)

1. 一方に吸込口と他方に排出口を有したケーシングと、
   前記ケーシング内に固定され回転駆動するための電動機と、
   前記電動機の出力軸の軸心が水平である横方向、又は、前記軸心が水平から所定角度傾斜して配置される前記出力軸に連結されて回転駆動される羽根車と、
   前記ケーシングに固定され、流体を吸い込むための開口部が形成された吸込カバーと
   からなる水中ポンプにおいて、
   前記羽根車の上流側で、かつ前記水中ポンプ内に配置された吐出口から空気を前記水中ポンプ内に吸引するための空気管と、
   前記空気管への空気の供給、又は遮断するための空気開閉弁と
   からなることを特徴とする空気管付き水中ポンプ。
2. 請求項１に記載の空気管付き水中ポンプにおいて、
   前記空気管付き水中ポンプは、前記羽根車で駆動される流体の流路が前記軸心に対して傾斜している水中斜流ポンプ、又は前記流体の流路が前記軸心方向である水中軸流ポンプである
   ことを特徴とする空気管付き水中ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載の空気管付き水中ポンプにおいて、
   前記吸込口側の水位を検知する水位計と、
   前記水位計の水位検出値により前記空気開閉弁の開閉を制御する開閉弁制御手段と
   からなることを特徴とする空気管付き水中ポンプ。
4. 請求項３に記載の空気管付き水中ポンプにおいて、
   前記開閉弁制御手段は、前記空気開閉弁を開閉するときの水位が、前記水位の上昇時と前記水位の下降時で異なる制御を行う
   ことを特徴とする空気管付き水中ポンプ。
5. 請求項１ないし４から選択される１項に記載の空気管付き水中ポンプにおいて、
   前記吐出口は、前記吐出口の中心軸が前記軸心と平行に配置されている
   ことを特徴とする空気管付き水中ポンプ。
6. 請求項１ないし５から選択される１項に記載の空気管付き水中ポンプにおいて、
   前記吐出口は、前記羽根車と対向して配置されている
   ことを特徴とする空気管付き水中ポンプ。
7. 請求項１ないし６から選択される１項に記載の空気管付き水中ポンプにおいて、
   前記空気管は、前記吸込カバー又は前記ケーシングに接続されている
   ことを特徴とする空気管付き水中ポンプ。
8. 請求項１ないし７から選択される１項に記載の空気管付き水中ポンプを用いた水中ポンプ設備であって、
   前記空気管付き水中ポンプは、河川又は水路を横断する水門、又は樋門に搭載されている
   ことを特徴とする空気管付き水中ポンプ設備。

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