JP3091998B2 - 立軸ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主として、降雨時の出水
を排水する為に設けられる先行待機運転を実施するポン
プ機場の立軸ポンプに関し、さらに、平常時におけるポ
ンプの管理運転にも利用できるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置は、特開昭６３−９０６９７
号公報に記載されているように、ポンプ没水時の水位が
これ以下では空気を吸込む最低水位レベルに相当するポ
ンプ固有のポンプ特定部位より僅かに上方位置に羽根車
を設け、上記最低水位レベル相当する水位より低い水位
になったとき、真空破壊により空転状態とし、落水させ
て排水運転ができないようにしたものがある。また、特
開昭６３−１３４８９７号公報に記載されているよう
に、雨水の急激な流入量変動などに対して、吸水槽の貯
溜能力を十分に確保できない場合にポンプを先行待機運
転させるものにおいて、水位が低下して最低水位レベル
以下になったときに起こる空気吸い込み渦等による不都
合の発生を防止するため、ポンプ羽根車とベルマウスと
の間に空気を供給する吸気通路を接続し、水位が羽根車
入口レベル以下になったときに、吸気通路に備えた吸気
弁を開いて、羽根車の入口部に空気を送り込むことによ
り、吸い込みベルマウス内の水を真空破壊により落下さ
せて、ポンプを気中運転するようにすることが提案され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常、降雨情報などに
基づいて先行待機運転を行うには、吸水槽や管渠の貯留
効果を増大させるために、出来る限り低い水位で排水運
転を開始することが望ましく、かつ、吸水槽の水位レベ
ルに応じ適切な流量とすることが、渦防止や吸水槽のサ
ージ現象に対し有効で、ポンプの安定な運転ができる。

【０００４】しかしながら、上記前者の従来技術は、最
低水位レベルより低い水位で排水運転する配慮がされて
おらず例えば、吸込ベルの吸込口からこの径の１．４〜
１．７倍の公知の最低水位レベルより低い水位では排水
運転ができない。また、後者の従来技術は、羽根車を最
低水位レベルよりも上方に配置していることから、水位
が低い水位から上昇してきても、羽根車の位置に達する
までは揚水を開始することができないので、吸水槽の貯
留能力を十分に高めることができない。さらに、水位が
羽根車位置に達すると急激に揚水が開始され、ポンプの
負荷が急激に増加するとともに、吸水槽の水位が大きく
変動して吸水槽のサージ現象の問題がある。同様に、揚
水中に水位が低下して最低水位レベル以下になると、吸
気弁が開かれて吸い込みベルマウス部の真空が破壊され
るから、急激に揚水が停止されることになる。これによ
り、吸水層のサージ現象の問題が生ずる。

【０００５】本発明が解決しようとする課題は、最低水
位レベルよりも低い水位に応じてポンプの流量を制御
し、有害な渦を発生せずに最低水位レベルより低い水位
で排水運転を可能とすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する本
発明の立軸ポンプは、揚水運転中の水位が、それ以下で
は、吸込ベルマウスから空気を吸込んでしまう最低水位
レベルに相当する水位より低い水位から先行待機運転を
行う立軸ポンプにおいて、最低水位レベルに相当する位
置より下方に配置したポンプの羽根車と、この羽根車下
方のポンプケーシング内に一端側が連通され他端側が大
気に開放された吸気管とを備え、立軸ポンプの揚水運転
時に最低水位レベルに相当する水位以下で、吸気管から
ポンプケーシング内に吸気するように吸気管を前記ポン
プケーシング内に連通させる高さ位置を設定し、かつ前
記吸気管の一部に大気の吸気量を調整する吸気量調整弁
を設けるとともに、この吸気量調整弁の開度は吸込水槽
の水位の変動にかかわらず一定としたことを特徴とす
る。

【０００７】

【０００８】この場合において、吸気管の他端側を吸水
槽内の上端部側の大気に開放される位置に設けることが
好ましい。

【０００９】また、一端が吸気管に連通され他端がポン
プケーシングの吐出側に連通されたパイプと、該パイプ
に設けられたバルブとを設けてもよい。この場合におい
て、ポンプケーシングの吐出側に吐出弁を設け、この吐
出弁と羽根車との間のポンプケーシングにパイプの他端
を連通することが好ましい。また、このパイプに代え
て、吸気管に水を供給するための給水装置と、一端が吸
気管に接続され他端が給水装置に接続されたパイプを設
けてもよい。

【００１０】

【作用】ポンプの羽根車位置を最低水位以下に配置した
ことから、最低水位レベル以下でも揚水をともなう先行
待機運転を行うことができる。そして、ポンプ運転時
に、吸気管の一端がポンプケーシングに連通する位置
（以下、吸気管連通部という。）における圧力が大気圧
以上となるような水位では吸気しない。ポンプ運転時
に、水位が低くなれば、吸気管連通部の圧力は、水位の
低下に応じて低くなるから、吸気管を介して吸気管連通
部に吸い込まれる吸気量は水位の低下に応じて多くな
る。ポンプの実質的な揚水量は吸気量が多くなれば減少
する。すなわち、水位が低下すれば、それに応じてポン
プの揚水量が減少するので、最低水位レベルより低い水
位でも吸気管を介して吸気させることにより吸込ベルか
らの空気の巻き込みは防止され、揚水が可能となり、か
つ異常振動や騒音を防止できる。

【００１１】また、最低水位レベルに相当する水位以下
で吸気するようにしていることから、吸水槽の貯留能力
を十分に活用できるとともに、揚水開始時及び揚水停止
時は、揚水量が吸気により制御され、所定の流量より少
ないので急激な揚水開始及び停止を緩和でき、吸水槽の
サージ現象を緩和できるので安定した運転ができる。

【００１２】なお、吸気管連通部の高さ位置を、立軸ポ
ンプの揚水運転時に最低水位レベルに相当する水位以下
で、吸気管からポンプケ−シング内に吸気開始するよう
に設定すれば、最低水位レベル以上の水位になると吸気
を停止させて通常のポンプ能力による揚水を行わせるこ
とができる。

【００１３】

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。

【００１５】図１において、羽根車１を収納したポンプ
ケーシング４のケーシングライナー２の下方向にポンプ
ケーシングの吸込ベル３が接続され、かつ、上方側には
ポンプケーシング４の一部である揚水管５および吐出エ
ルボ６が接続され立軸ポンプを構成している。吐出エル
ボ６の吐出側には吐出管７及び吐出弁８が設けられてい
る。また、羽根車１の下方近傍には吸気孔９が設けら
れ、吸気孔９と連結して吸気管１０が設けられ、吸気管
１０に吸気量調整弁１１が設けられ、吸気管１０の吸込
口１２が吸水槽に設置された流量制御装置を構成してい
る。吸気孔９は従来の最低水位レベル、すなわち、この
水位以下では吸込ベル３から空気を吸込む最低水位レベ
ルＷＬ１において該吸気孔９から吸気されない位置に設
けられている。吸気孔９における静圧Ｐ（ｍ）は、次式
で表わされる。

【００１６】

【数１】

【００１７】ここで、 Ｐｏ：大気圧（１０.３ｍ）、 Ｂａ：飽和蒸気圧（０.３ｍ）、 Ｌ：水面から吸気孔までの距離（ｍ）、 ｈｓ：ポンプケーシング吸込部損失水頭（ｍ）、 ｖ：吸気孔部の取扱液の流速（ｍ） 数１において、吸気孔９における静圧ＰがＰｏ−Ｂａよ
り大きくなれば吸気はしない。よって、数２の関係に設
定すれば吸気はしない。

【００１８】

【数２】

【００１９】つまり、従来の最低水位レベルＷＬ１よ
り、下式の数３だけ下方に吸気孔９を設ければ水位が、
ＷＬ１以上の範囲Ａでは吸気をしないので、所定のポン
プ能力で排水運転を行うことができる。

【００２０】

【数３】

【００２１】一方、水位がＷＬ１より低い範囲Ｂでは数
１においてＬが減少するので、Ｐが大気圧より小さくな
り吸気を行う。吸気量は吸気量調節弁１１により、適切
な損失が与えられているので、水位に伴い、適切な量の
吸気を行い流量制御を行う。範囲Ｂにおいて、水位が、
ＷＬ２の場合は、Ｐは大気圧より若干低い程度であるの
で吸気量が少く、ポンプの流量も若干減少する。この場
合、ポンプの没水深さＳ１はこの時のポンプ流量に対し
て十分であるので渦は発生しない。水位がＷＬ３の場
合、Ｐは水位の低下にほぼ比例して低下するので、大気
圧よりその分小さくなり、吸気量が増大し、ポンプの流
量も大幅に少くなり、没水深さＳ２でも渦が発生しない
流量とすることができる。水位がＷＬ４の場合、吸気量
はポンプ流量の１５％〜２０％となり揚水不能となって
空転運転状態となる。この時の没水深さＳ３は、揚水不
能となる直前の流量において渦の発生しない長さになる
ように、吸込ベル入口のレベルを設計する。尚水位の変
動する全範囲において、吸気量調節弁１１の開度は一定
である。従来の最低水位レベルＷＬ１以下でも渦が発生
せず、異常な振動や騒音のでない安全な運転が可能とな
る。また空転運転から排水運転に移行する羽根車１が若
干没水する水位及び排水運転から空転運転に移行する水
位ＷＬ４より若干高い水位において、ポンプの流量は吸
気により所定の流量の約半分程度に制御されているの
で、排水開始及び排水停止時の流量変化が少く、サージ
現象が緩和できポンプの安定な運転が可能である。な
お、２０は吸水槽の底壁である。

【００２２】図２及び図３は、図１に示す立軸ポンプが
複数台設置される場合の実施例を示す。図２は、各ポン
プの羽根車位置が同レベルに設けられた場合の例であ
る。この場合、各ポンプは前述のように流量制御により
サージ現象の緩和は図られているが、各ポンプ共、排水
開始水位ＷＬ５、排水停止水位ＷＬ４が同一であり、複
数台分の流量が一度に排水、あるいは排水停止されるこ
とになり、吸水槽のサージ現象が問題となる恐れがあ
る。更に急激な負荷変動により電源設備に悪影響を及ぼ
す恐れもある。

【００２３】図３は、図２の例の改良例で、この実施例
では、各ポンプは羽根車位置がそれぞれ異なる位置にあ
り、各ポンプの排水開始水位、排水停止水位は別個のも
のとなる。Ｎｏ．１ポンプ、Ｎｏ．２ポンプ、Ｎｏ．３
ポンプの排水開始水位、排水停止水位はそれぞれ、ＷＬ
５１，ＷＬ４１，ＷＬ５２，ＷＬ４２，ＷＬ５３，ＷＬ
４３となる。出水により水位が上昇しＷＬ５１に達する
とＮｏ．１ポンプは排水を開始する。この時Ｎｏ．２，
Ｎｏ．３ポンプは依然空転状態を維持している。さらに
水位が上昇しＷＬ５２に達するとＮｏ．２ポンプが排水
を開始し、ＷＬ５３に達するとＮｏ．３ポンプが排水を
開始する。このように順次に空転運転状態から排水運転
に移行するので、急激な排水が阻止でき、急激な水位低
下が生じなくなり、サージ現象を緩和できる。更に負荷
の急激な変動も避けられる。一方水位が低下する状況下
を考えると、ＷＬ４３となるとＮｏ．３ポンプのみがま
ず排水運転から空転状態へと移行し、以下ＷＬ４２，Ｗ
Ｌ４１と水位が低下するにつれ、Ｎｏ．２ポンプ、Ｎ
ｏ．１ポンプと空転運転状態へと移行する。従って、急
激排水停止が阻止でき、急激な水位上昇が生じなくな
り、サージ現象を緩和でき、負荷変動も緩和できる。以
上により、サージ現象と負荷変動が緩和できるので安定
したポンプの運転が行える。

【００２４】次に図４を用いて、吸気管１０がゴミ等の
異物により閉塞した場合の自液による逆洗方法について
述べる。図１に示すような構成の立軸ポンプに吸気管１
０の一部とポンプケーシングの吐出管７をパイプ１４で
連結し、パイプ１４にバルブ１３を設けた。水位が排水
開始水位ＷＬ５以上の状態において、吐出弁８をポンプ
の原動機がオーバーロードしない範囲で絞り運転を行
う。この時、通常閉としてあるバルブ１３を開とし、ポ
ンプの高圧水を吸気管１０に流すことにより、吸気管１
０につまっている異物を逆洗できる。尚、図４は吸気管
１０と吐出管７をパイプで連結したものであるが、吸気
管１０とポンプケーシングの吐出エルボ６を連結しても
良い。

【００２５】次に図５を用いて、吸気管１０がゴミ等の
異物により閉塞した場合における水道水や処理水あるい
はろ過水等による逆洗方法について述べる。図１に示す
ような立軸ポンプにおいて、吸気管１０の１部と給水装
置１５をパイプ１４で連結しパイプ１４にバルブ１３を
設けた。この時水位はどの状態にあってもよい。給水装
置１５より水を送り、通常閉としてあるバルブ１３を開
とし、給水装置１５から高圧水を吸水管１０に流すこと
により、吸気管１０の異物を逆洗できる。

【００２６】以上述べたように、本発明の立軸ポンプに
よれば水位に応じて自動的かつ適切な吸気を行えるの
で、従来の最低水位レベルより、「ポンプ吸込部損失＋
吸気孔部速度水頭分」の距離程度低い水位まで排水運転
が可能となり、かつ渦の発生や空気の吸込ベル下端から
巻き込みを防止できる。また、急激な排水開始や排水停
止が緩和できるので吸水槽のサージ現象も緩和でき、安
定したポンプ運転ができる。

【００２７】図１に示す実施例では、吸気管の吸入口を
吸水槽内上部の大気に開放させているので、吸水槽内の
臭いが吸気管を通してポンプ上部の大気に漏れ出ること
がなく、また、運転の誤操作等により吸気管より取扱液
が逆流しても外部に漏れ出ることがない。

【００２８】図３に示す実施例では、複数台のポンプが
設置される場合、それぞれ立軸ポンプの羽根車の位置を
上下にずらして配置し、排水運転開始水位に差をつける
ようにしたので、出水により水位が上昇すると水位上昇
に従って順次１台ずつ排水を開始し、水位が低下し待機
運転へ移行する際も順次空転運転待機へと移行する。し
たがって、全台のポンプが同時に排水運転を行ったり、
空転運転待機へと移行することがなくなるので、吸水槽
のサージ現象を防止でき、負荷変動も軽減できるので、
安定な運転を行うことができるという効果がある。

【００２９】図４に示す実施例によれば、吸気管がゴミ
等の異物により閉塞した場合、ポンプの吐出弁を締切又
は、絞った状態で運転すれば、ポンプの高圧水により逆
洗できるので、簡単に吸気管内の異物が除去できる効果
がある。

【００３０】また、図５に示す実施例では、吸気管がゴ
ミ等の異物により閉塞した場合、給水装置から清水等を
高圧給水するようにしているので、図４に示す実施例よ
りさらに確実に異物の除去ができ、しかも吸水槽水位に
関係なく吸気管の逆洗が可能である。

【００３１】尚、図４の実施例では、吸気管を自液によ
り逆洗しているので装置を簡単化できる効果はある。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、最低水位レベルより下
方に羽根車を設け、かつこの羽根車下方のポンプケーシ
ングに吸気孔を設けると共に、この吸気孔に吸気管を接
続し、その吸気管の吸込口を大気に開放させたので、吸
水槽内の水位に応じてポンプの吸込流量を制御でき、こ
の結果、渦が発生し始める従来の最低水位レベルよりも
低い水位においても渦の発生なく排水運転を続行できる
ので、先行待機運転を安定に行うことができる。

【００３３】また、本発明によれば、吸気作用により揚
水開始や揚水停止が徐々に行われるので、吸水槽のサー
ジ現象や電源負荷変動を緩和できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立軸ポンプの実施例を示す側面図であ
る。

【図２】本発明の立軸ポンプの他の実施例を複数設置し
てなるポンプ機場の実施例の側面図である。

【図３】図２の実施例のポンプ機場を示す側面図であ
る。

【図４】本発明の立軸ポンプの更に他の実施例を示す側
面図である。

【図５】図４の実施例の変形例を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 羽根車 ２ ケーシングライナ ３ 吸込ベル ４ ポンプケーシング ５ 揚水管 ６ 吐出エルボ ７ 吐出管 ８ 吐出弁 ９ 吸気孔 １０ 吸気管 １１ 吸気量調整弁 １２ 吸込口 １３ バルブ １４ パイプ １５ 給水装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−90697（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−150097（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−121793（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 1/00 - 13/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 揚水運転中の水位が、それ以下では、吸
   込ベルマウスから空気を吸込んでしまう最低水位レベル
   に相当する水位より低い水位から先行待機運転を行う立
   軸ポンプにおいて、前記最低水位レベルに相当する位置
   より下方に配置したポンプの羽根車と、該羽根車下方の
   ポンプケーシング内に一端側が連通され他端側が大気に
   開放された吸気管とを備え、前記立軸ポンプの揚水運転
   時に前記最低水位レベルに相当する水位以下で、前記吸
   気管から前記ポンプケーシング内に吸気するように前記
   吸気管を前記ポンプケーシング内に連通させる高さ位置
   を設定し、かつ前記吸気管の一部に大気の吸気量を調整
   する吸気量調整弁を設けるとともに、該吸気量調整弁の
   開度は吸込水槽の水位の変動にかかわらず一定としたこ
   とを特徴とする立軸ポンプ。
2. 【請求項２】 揚水運転中の水位が、それ以下では、吸
   込ベルマウスから空気を吸込んでしまう最低水位レベル
   に相当する水位より低い水位から先行待機運転を行う立
   軸ポンプにおいて、前記最低水位レベルに相当する位置
   より下方に配置したポンプの羽根車と、該羽根車下方の
   ポンプケーシング内に一端側が連通され他端側が大気に
   開放された吸気管とを備え、前記立軸ポンプの揚水運転
   時に前記最低水位レベルに相当する水位以下で、前記吸
   気管から前記ポンプケーシング内に吸気するように前記
   吸気管を前記ポンプケーシング内に連通させる高さ位置
   を設定し、かつ前記吸気管の一部に大気の吸気量を調整
   する吸気量調整弁を設けるとともに、該吸気量調整弁の
   開度は水位の変動にかかわらず一定としたことを特徴と
   する立軸ポンプ。