JP3191099B2 - 立軸ポンプ及びポンプ機場 - Google Patents

立軸ポンプ及びポンプ機場

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JP3191099B2 JP33266198A JP33266198A JP3191099B2 JP 3191099 B2 JP3191099 B2 JP 3191099B2 JP 33266198 A JP33266198 A JP 33266198A JP 33266198 A JP33266198 A JP 33266198A JP 3191099 B2 JP3191099 B2 JP 3191099B2
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慶彦 吉川
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  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

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
を排水する為に先行待機運転する立軸ポンプ、及びその
立軸ポンプを複数設置するポンプ機場に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のポンプ機場に用いられる立軸ポン
プは、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。
【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。
【0005】特に、同一の吸水槽に複数台の立軸ポンプ
を設置して先行待機運転を行った場合、水位が上昇して
羽根車位置の近傍に達したときに、それら複数台の立軸
ポンプが一斉に排水を開始するので、吸水槽の水位が急
激に変化し、吸水槽のサージ現象が生ずる。また、急激
な負荷変動により、電源設備に対する影響が問題とな
る。
【0006】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。また、他の課題
は、吸水槽のサージ現象を軽減することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題は、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
い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、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
は大気に連通され、ポンプ運転中には前記一端側と他端
側とが常時連通状態にされる吸気管を備え、前記最低水
位レベル以下の水位では前記吸気管から前記ポンプケー
シング内に吸気しながら揚水運転するように、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、前記最低水位レベルに相当する水位以下でも渦の
発生なく揚水運転するように構成することにより解決で
きる。
【0008】この場合において、最低水位レベル以下の
揚水不能となる直前の水位においても渦が発生しないよ
うに、前記吸気管を前記ポンプケーシング内に連通させ
る高さを設定することが好ましい。
【0009】また、上記いずれかの場合において、ポン
プの羽根車は最低水位レベルに相当する位置より下方に
配置することにより、より低い水位から排水を開始でき
るので好ましい。
【0010】また、他の解決手段として、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い
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水位より下方に配置したポンプ
羽根車と、該羽根車下方のポンプケーシング内に一端側
が連通され他端側は大気に連通される構成とされ、少な
くともポンプ運転中は連通状態に保持される吸気管とを
備え、前記立軸ポンプの揚水状態において、前記最低水
位レベルに相当する水位以下では水位低下に応じて前記
吸気管から前記ポンプケーシング内への吸気量が次第に
増大するようにしてポンプ流量が次第に低減される構成
することができる。
【0011】また、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い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、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は大気に連通される吸
気管を備え、該吸気管の前記他端側を前記吸水槽内に下
向きに開口させてなる構成とすることができる。
【0012】少なくとも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、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、前記最低水位レベルに相当する位置からの
距離が、ポンプ吸込部の損失水頭と前記吸気管の連通部
位における速度水頭分との和より小さく設定することが
好ましい。
【0013】上記いずれかの場合において、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
ことにより、吸気量を増減調整することができる。
【0014】また、上記いずれかにの立軸ポンプを、同
一吸水槽内に複数台設置してポンプ機場を構成すること
により、吸水槽のサージ現象を軽減できる。
【0015】
【作用】ポンプ運転時に、吸気管がポンプケーシング内
に連通された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。したが
って、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。
【0016】先行待機運転中に水位が上昇して揚水が開
始される際、又はポンプ運転中に水位が低下して揚水が
停止する際、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
る。その結果、吸水槽のサージ現象を緩和でき、安定し
た運転ができる。特に、急激な揚水開始及び停止の緩和
作用は、複数台の立軸ポンプを同一レベルに設置した場
合に効果があり、これによりサージ現象を軽減できると
ともに、電源設備に対する負荷の急激な増減を軽減でき
る。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1,2により説明
する。
【0018】図1は、本発明にかかるポンプ機場の一実
施例であり、本実施例では図2に示す構成の立軸ポンプ
を3台、同一の吸水槽に設置した場合を示す。図示のよ
うにそれらの立軸ポンプNo.1〜3は、それぞれ羽根
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の下方側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及び吐出エルボ6が接続されている。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が設けられている。また、各立軸ポンプの羽根
車位置は、同一高さ位置に配置され、かつ最低水位レベ
ルに相当する位置より下方に配置されている。尚、20
は吸水槽の底壁である。
【0019】このように構成されるポンプ機場の動作に
ついて以下に説明する。立軸ポンプは水位が羽根車1の
位置近傍に達すると排水(揚水)を開始するから、図示
のNo.1ポンプ、No.2ポンプ、No.3ポンプの
排水開始水位WL5は同一であり、また排水停止水位W
L4も同一である。仮に吸気管10がなければ、出水に
より水位が上昇しWL5に達すると、全ての立軸ポンプ
No.1〜3は、空転運転状態から排水運転に移行して
排水を開始する。一方、水位が低下する状況下を考える
と、WL4に水位が低下すると、全ての立軸ポンプN
o.1〜3は空転運転状態に移行して排水を停止する。
【0020】ここで、本実施例により、急激な揚水開始
等による吸水槽のサージ現象を軽減できることについ
て、本発明の特徴部である吸気孔9,吸気管10及び吸
気量調節弁11について図2を用いて説明する。
【0021】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においては、その吸気孔9から吸気
されない位置に設けられている。この最低水位レベル
は、一般に、吸込ベルの吸込口から、その径の1.4〜
1.7倍とされ、それよりも低い水位では、空気吸込み
渦が発生して安定な排水運転ができないとされている。
吸気孔9における静圧P(m)は、次式で表わされる。
【0022】
【数1】
【0023】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。
【0024】
【数2】
【0025】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。
【0026】
【数3】
【0027】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。特
に、図1のように複数台の立軸ポンプNo.1〜3を設
置した場合の効果が大きい。
【0028】一方、図1のポンプ機場において、水位が
低下する状況下を考える。水位がWL4になると全ての
立軸ポンプNo.1〜3が排水運転から空転状態へと移
行する。しかし、水位が低下すれば吸気管10の連通部
の圧力は、水位の低下に応じて低くなるから、吸気管1
0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。そのため、ポンプの実質的な揚
水量は水位の低下に応じてポンプの揚水量が減少する。
また、最低水位レベルより低い水位でも吸込ベルからの
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。
【0029】上述したように、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るから、
吸水槽のサージ現象を緩和でき、安定した運転ができ
る。特に、急激な揚水開始及び停止の緩和作用は、複数
台の立軸ポンプを同一レベルに設置した場合に効果があ
り、これによりサージ現象を軽減できるとともに、電源
設備に対する負荷の急激な増減を軽減できる。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、吸気作用により吸水槽
内の水位に応じてポンプの吸込流量を制御できる。その
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。
【0031】また、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に対
する負荷の急激な増加又は減少を緩和できる。これは、
特に、同一の吸水槽に複数台の立軸ポンプを設置する場
合に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のポンプ機場を示す側面図で
ある。
【図2】図1実施例の立軸ポンプの動作を説明する図で
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 9 吸気孔 10 吸気管 11 吸気量調整弁 12 吸込口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04D 13/00

Claims (8)

    (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い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、 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
    端側は大気に連通され、ポンプ運転中には前記一端側と
    他端側とが常時連通状態にされる吸気管を備え、前記最
    低水位レベル以下の水位では前記吸気管から前記ポンプ
    ケーシング内に吸気しながら揚水運転するように、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、前記最低水位レベルに相当する水位以下でも
    渦の発生なく揚水運転するように構成したことを特徴と
    する立軸ポンプ。
  2. 【請求項2】 請求項1において、最低水位レベル以下
    の揚水不能となる直前の水位においても渦が発生しない
    ように、前記吸気管を前記ポンプケーシング内に連通さ
    せる高さを設定したことを特徴とする立軸ポンプ。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、ポンプの羽
    根車は最低水位レベルに相当する位置より下方に配置さ
    れていることを特徴とする立軸ポンプ。
  4. 【請求項4】 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い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水位より下方に配置した
    ポンプ羽根車と、 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
    他端側は大気に連通される構成とされ、少なくともポン
    プ運転中は連通状態に保持される吸気管とを備え、 前記立軸ポンプの揚水状態において、前記最低水位レベ
    ルに相当する水位以下では水位低下に応じて前記吸気管
    から前記ポンプケーシング内への吸気量が次第に増大す
    るようにしてポンプ流量が次第に低減される構成とした
    ことを特徴とする立軸ポンプ。
  5. 【請求項5】 吸水槽に設置され、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い込ん
    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、 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
    端側は大気に連通される吸気管を備え、該吸気管の前記
    他端側を前記吸水槽内に下向きに開口させてなる構成と
    したことを特徴とする立軸ポンプ。
  6. 【請求項6】 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い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水位より下方に配置した
    ポンプ羽根車と、 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る吸気管とを備え、 前記立軸ポンプの揚水運転時に、少なくとも前記最低水
    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、前記最低
    水位レベルに相当する位置からの距離が、ポンプ吸込部
    の損失水頭と前記吸気管の連通部位における速度水頭分
    との和より小さく設定したことを特徴とする立軸ポン
    プ。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかにおいて、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
    設けたことを特徴とする立軸ポンプ。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の立軸ポ
    ンプを、同一吸水槽内に複数台設置したことを特徴とす
    るポンプ機場。
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