JP2524872Y2 - 全速待機運転ポンプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、主として大都市の雨水排水用として設備さ
れる立軸軸・斜流ポンプ又は立軸渦巻ポンプを待機運転
に関するもので、都市化による地表の不浸透面積の拡大
による流出量の増大と、排水路の制約により、ポンプ場
への急激な流入量の変動に対応するために、吸込水位に
関係なく、降雨情報等により予めポンプを始動してお
き、なお且つ流入量の多少に拘らず迅速且つ確実に排水
を行い運転を継続する必要のある排水設備に使用され
る。

〔従来の技術〕

従来、第５図に示すように、吸込水槽１の水位WLより
低いところに羽根車２を位置させて排水する排水ポンプ
３は、吸込水位WLが降下してＢレベル、つまり最低運転
水位LWLに達するまでは、何等の不都合なく揚水作用を
続ける。しかし、水位がＢレベルから更に降下すると、
空気吸込み渦が発生し、吸込管４の入口から空気を吸込
み異常な振動、騒音を発生する。

そして、吸込水槽の水位がＡレベル付近まで降下する
と、ポンプ３の吸込管４の入口部より空気が多量に侵入
するので、も早、ポンプ作用は不可能となる。

上記のように通常の排水機場では、吸込水位が規定の
最低運転水位LWL以上にあることを条件にポンプを始動
し、水位低下による空気吸込渦のために生じる異常な振
動騒音を防止するために、水槽への流入量に応じて、ポ
ンプ台数、回転数、可動羽根、吐出弁及び起動・停止制
御等が行われていた。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記した通常の排水機場では、水位等による制御が必
要なことから、緊急時の流入量の急激な変動に対応する
ことが困難であった。

また、近年、上記したように急速な都市化によって地
表の不浸透面積が拡大し、雨水の流出割合が増大してお
り、そのため大都市の雨水排水ポンプ設備は、急激な流
入量の変化に対応する必要に迫られており、そのための
迅速且つ確実な始動が要求されている。該ポンプの始動
の遅れを防ぐ手段として、ポンプの待機運転、即ち、降
雨情報等に基づいて、吸込水位に関係なく雨水が吸込水
槽に流入して水位が上昇する前に、予めポンプを始動し
ておき、水位が上ってきて揚水水位になると同時に揚水
を開始する運転方法が採用されるようになっている。

ところが、上記のような従来の排水ポンプの待機運転
においては、第５図に示すように、吸込水槽１の水位が
空気吸込み渦を発生しない通常の最低水位（最低運転水
位）LWL以下では、ポンプ３の回転数を下げるなどして
排水を停止させ、再び水位が上昇した時回転を上げるな
どして対応していたが、このような運転方法では、吸込
水槽１への急激な流入量の変動に対応することが困難で
あり、また緊急時の制御の信頼性が低いなどの問題点が
あった。

本考案は、吸込管の先端から流入する空気吸込渦の発
生を防止すると共に、急激な排水停止及び排水開始を防
ぎ、待機時の最低水位を極力下げて、始動当初から全速
運転に入り水位上昇と同時に自動的に揚水を始める、い
わゆる全速待機することができ、また水位計等による制
御を全く必要とせずに水位に応じて排水が迅速且つ確実
に行われる全速待機運転ポンプを提供することを目的と
している。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本考案は、最低運転水
位以下に羽根車を位置させるようにした立軸ポンプの羽
根車入口側の吸込管に貫通孔を設け、該貫通孔に、最高
水位の上方に開口する空気管を取付け、該貫通孔部の吸
込管の断面積を、該貫通孔部を流れる揚水の流速が該貫
通孔付近から最低運転水位までの高さに相当する負圧を
生じるように設定し、最低運転水位以下にて、該貫通孔
を経て流入する空気の流入量を水位に応じて変化して徐
々に排水量を低下させるようにし、上記貫通孔近くの待
機時の最低水位では羽根車の入口部に空気溜りが生じて
排水を停止させるようにしたことを特徴としている。

この場合、貫通孔部分の流速によって生ずる負圧は、
ポンプ口径に関係なくポンプ全揚程によって決まるが、
吸込管の貫通孔から最低運転水位までは、ポンプ口径と
排水量によって決まる。

したがって、上記貫通孔を、小口径で没水が浅い立軸
ポンプでは、吸込管の流速が遅くなる流入口付近に設
け、また、大口径で没水が深い立軸ポンプでは、該貫通
孔部に絞りを設けている。

〔作用〕

本考案は上記のように構成されており、且つ羽根車入
口側の吸込管に設けられる貫通孔部を流れる揚水の流速
ｖが、該貫通孔付近から、最低運転水位、つまり吸込管
からの有害な空気吸込み渦の発生が生じない没水深さLW
Lまでの高さｈに相当する負圧を生ずるように、該貫通
孔の吸込管の断面積を設定している。

このため、吸込水槽内の水位が最低運転水位まで低下
したとき、羽根車の入口付近に設けられた外気に通じる
空気管より空気が吸込まれ、水位の低下に応じて空気流
入量が変化し、排水量が徐々に低下する。そして水槽内
水位が待機時の最低水位LLWL付近に達すると、該貫通孔
より多量の空気が流入して羽根車入口側に空気溜りが生
じ、排水作用が停止する。

次いで、水槽内水位が徐々に上昇し羽根車入口より若
干低い水位に達すると、ポンプ内の空気置換作用により
再び排水が開始するが、水位に応じて空気流入量が変化
するので、徐々に排水量が増大して急激な排水量の変動
が生じない。また、吸込水槽への流入量と、空気吸込に
よる排水量の変化によって、当然流入量と排水量とがバ
ランスする水位が生ずることになる。

従って、何等の制御を伴わない安定した全速待機運転
が可能となる。

なお、前記最低運転水位（通常の最低水位）LWLは、
ポンプの口径又は排水量によって決まり、小口径では小
さく、大口径では大きくなる。従って、小口径で没水が
浅いポンプでは、貫通孔は、流速が遅くなる吸込管の流
入口に近い位置に開口されるのがよく、一方、大口径で
没水が深い場合には、流速ｖによる負圧の効果（影響
力）が小さいため、上記最低運転水位に相当する負圧が
生ずるように吸込管の貫通孔部に絞りが設けられる。

〔実施例〕

次に、本考案の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本考案の一実施例を示す槽内形立軸軸・斜
流ポンプの縦断面図であって、図中、第５図に記載した
符号と同一の符号は同一ないし同類部分を示すものとす
る。

図において、ポンプ３の吸込管４の羽根車２の入口付
近に、貫通孔５が設けられており、該貫通孔５は、上方
に折れ曲った空気管６を経て、水槽１内の最高水位HWL
より上部に、常に開口6aされている。図中、LWLは通常
の最低水位（つまり最低運転水位）、LLWLは待機時の最
低水位、LLLWLは始動水位である。

上記のように構成されているので、ポンプ運転時、水
槽１内の水位が最低運転水位、つまり吸込管４からの有
害な空気吸込み渦の発生が生じない没水深さLWLより高
い間は、空気の吸込みがなく押込みヘッドが作用してい
るので、ポンプ３は正規の排水を行なっている。

次いで、水位が最低運転水位LWLより低下してくる
と、羽根車２の流入側の流速ｖの流れによる負圧作用に
よって、空気管６から外気を吸込み、該空気は貫通孔５
を経て羽根車２に吸い込まれる。このように水位の低下
に応じて空気の吸込量が変化し、徐々に排水量が低下す
る。そして、吸込水槽１への流入量と、空気吸込みによ
り低下した排水量とが一致した水位でバランスして水位
が一定になる。

更に、吸込水槽１への流入量が減少して水位が低下
し、貫通孔５附近の待機時の最低水位LLWLまで達する
と、羽根車２の入口側に空気溜りが生じて、ポンプ３は
完全に排水を停止する。

一方、水位が回復して羽根車２の入口端に近い水位に
達すると、空気の置換作用、つまり自吸作用によって、
ポンプ３の排水能力が回復して排水を開始するが、その
初期では、空気管６の上端開口6aが外気に開放されてお
り、該空気管６を経て貫通孔５から空気を吸込んでいる
ので、急激な揚水開始は起らない。

従って、何ら外部から制御することなく、安定した待
機運転が可能となる。

上記のように、第１図に示す最低運転水位LWLは、吸
込管４からの有害が空気吸込み渦の発生を生じない没水
深さであるが、待機運転用の通気管６及び貫通孔５は、
上記のLWL水位以下で安定的に空気を流入させ、異常な
騒音、振動を避ける目的で設けるものである。

この場合、上記最低運転水位LWLは、ポンプの口径又
は排水量によって決まり、小口径では小さく、大口径で
は大きくなる。一方、羽根車２の入口流速ｖの流れによ
って生ずる負圧は、ポンプの口径又は排水量には関係が
なく、ポンプの揚程によって決まる。

従って、小口径で没水が浅い場合は、貫通孔５の位置
は、流速が遅くなる吸込管４の流入口に近い位置に開口
すればよいが、大口径で没水が深い場合には、流速ｖに
よる負圧の効果（影響）が小さいため、最低運転水位LW
L以下になっても空気管６から空気が流入せず、吸込管
４の先端から有害な空気吸込渦の発生がある。この場合
は、最低運転水位LWLに相当する負圧が生ずるように吸
込管４の貫通孔５部を絞り、該部での流速ｖを大きくす
る。

または、第１図に２点鎖線で示す従来公知（特公昭57
−30988号公報参照）の渦流防止用円板８を、少くとも
２枚所定間隔をおいてポンプ胴の周面に設けることによ
り、流速ｖによる負圧に相当する没水深さまで水位が低
下しても、該円板８に沿って流れる水流の発生により、
吸込管４の先端から水面に至る有害な空気吸込み渦が発
生しないようにすることができる。

また、空気管６の上端が水中に没している場合は、貫
通孔５部の負圧によって、空気管６内に水の流れが生じ
異物閉塞の可能性があるため、空気管６の上端が最高水
位の上方で外気に開口し、最低運転水位以下での運転に
移行する際、該空気管６を経て羽根車内へ確実に速やか
に空気を流入させることによって、排水量の減少が迅速
且つ円滑に行われ、異常な振動騒音の発生を未然に防ぐ
ことができる。

第２図は、本考案の他の実施例を示す槽外形渦巻ポン
プの縦断面図であって、図中、第１図に記載した符号と
同一の符号は同一ないし同類部分を示すものとする。

この実施例では、槽外形渦巻ポンプ13の吸込曲管14の
羽根車２の入口付近に、貫通孔５が設けられており、該
貫通孔５に、最高水位HWLより上部に開口6aした空気管
６が取付けられている。

この実施例によれば、ポンプ運転時、水槽１内の水位
が最低運転水位LWLより低下してくると、羽根車２の流
入側の流速ｖによる負圧作用によって空気管６から外気
を吸込み、貫通孔５を経て羽根車２に吸込まれ、水位の
低下に応じて空気の吸込量が変化し、徐々に排水量が低
下し、前記した第１の実施例（第１図）と同様の作用効
果が奏される。

第３図は、本考案による空気流入量の変化によるポン
プ性能の変動を、縦軸に全揚程（％）を、横軸に排出量
（％）をとって示した線図であって、曲線イは揚程−流
量（Ｈ−Ｑ）曲線、曲線ロは抵抗曲線、直線ハは計画実
揚程をそれぞれ表わしており、図中、Ａ点は、空気流入
がない通常の性能を示し、Ｂ点は、水位が最低運転水位
LWLより低下した時の排水量の変化を示し、またＣ点
は、待機時の最低水位LLWLに達すると排水を、停止する
ことを示している。

第４図は、第３図に示す本考案による空気流入量の変
化によるポンプ性能の変動を、縦軸に水位を、横軸に排
出量をとって示した線図である。

これによれば、水槽内の水位の変動と、ポンプによる
排水量との関係が第３図のポンプの性能曲線との対比に
おいて示されている。

上記した各実施例において、羽根車の入口附近に設け
られる貫通孔を１個設けた構造について説明したが、該
貫通孔は１個に限らず、複数個設けることは勿論可能で
ある。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、揚水ポンプの
羽根車入口付近の吸込管に設けた貫通孔に、最高水位の
上方に開口した空気管を取付け、最低運転水位（通常の
最低水位）以下で安定的に空気を流入させるようにした
ことにより、吸込水槽の水位の如何に拘らずポンプの排
水停止及び排水開始が急激に起こらず、徐々に行われる
ので、従来の羽根車位置で、何ら制御を行なうことな
く、安定した全速待機運転が可能になる。

また、空気管の上端を最高水位の上方に開口させたこ
とにより、空気管への異物の閉塞を防ぎ、吸込水槽内の
水位が最低運転水位以下に低下したとき、該空気管を経
て速やかに且つ確実に羽根車内に空気を流入させること
ができるので、排水量の減少が迅速且つ円滑に行われ、
異常な振動騒音の発生を未然に防ぐことができる。

また、小口径で没水が浅い立軸ポンプ、或いは大口径
で没水が深い立軸ポンプに対しては、貫通孔の位置を吸
込管の流速が遅くなる流入口附近に設け、或いは該貫通
孔部に絞りを設けることにより、従来の羽根車位置及び
最低運転水位以下で本考案の所期の効果が有効に奏され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本考案の異なった実施例を示す立軸
ポンプの縦断面図、第３図及び第４図は水位変化に対す
る空気吸込量と排水量の変動を示す線図、第５図は従来
例を示す立軸ポンプの縦断面図である。 １…吸込水槽、２…羽根車、3,13…ポンプ、4,14…吸込
管、５…貫通孔、６…空気管、6a…開口。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】最低運転水位以下に羽根車を位置させるよ
   うにした立軸ポンプにおいて、羽根車入口側の吸込管に
   貫通孔を設け、該貫通孔に、最高水位の上方に開口して
   外気に通じる空気管を取付け、該貫通孔部の吸込管の断
   面積を、該貫通孔部を流れる揚水の流速が該貫通孔付近
   から最低運転水位までの高さに相当する負圧を生じるよ
   うに設定し、最低運転水位以下で安定的に空気を流入し
   て排水量を低下させるようにし、上記貫通孔近くまで水
   位が低下したとき羽根車入口に空気溜りが生じ排水を停
   止して待機状態とすることにより、外的制御を行うこと
   なく全速待機運転を可能にしたことを特徴とする全速待
   機運転ポンプ。