JP3331515B2 - 浮揚式排水機場及び排水機場の振動減衰方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポンプを備えた排水
機場に係り、特に排水機場及び周辺の振動の防止あるい
は減少を図った排水機場とその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、排水機場のポンプは地盤上に建設
された構造物に設置されている。運転時の振動は構造物
の固有振動数とポンプ、エンジン等の加振力の共振によ
り問題となる。この解決にはポンプ構造の変更により加
振振動数をずらすか或い加振力を小さくする手段がとら
れることが多い。例えば、文献（大型ポンプ場の固体伝
搬音低減に関する事例研究、工藤信之；騒音制御、Ｖo
l．18、Ｎo．4（1994）38〜42頁）では、ポンプ羽根枚
数の変更による加振振動数の固有振動数との不一致、ポ
ンプ羽根車と静止部とのすきま寸法拡大による加振力低
減の手段の適用例が述べられている。

【０００３】一方、構造物（建造物）の支持方法を工夫
することにより振動を低減する方法として免震構造がす
でに実用化されている。しかし、メンテナンスが必要な
こと、建設コストが高くなること、比較的低周波数の加
振力に対しては効果が下がるなどの問題点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】排水機場及び周辺の振
動を防止するための従来技術において、ポンプ構造の変
更により加振振動数をずらす方法や加振力を小さくする
方法ではポンプの効率、性能上不利となること、免震構
造はコストや保守上不利となること等の問題点がある。

【０００５】本発明の課題は、ポンプの効率低下やコス
ト増を招くことなく、排水機場及び周辺の振動を防止す
るにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る排水機場及
び周辺の振動を防止する方法の最も基本的な部分は、ポ
ンプを搭載した構造物（浮揚体）を水に浮揚させ、その
状態でポンプを運転することにある。この場合、浮揚体
の没水部外壁と水を湛えているプール側壁没水部の間に
少なくとも所定の間隔を保持するのが望ましい。また、
浮揚体の接水面の該浮揚体が水に浮揚したときに水面下
になる位置に、ほぼ水平に外側に張り出した安定化ひれ
を固着しておくのも振動の減衰に効果的である。浮揚体
を浮揚させる水を湛えたプールは、浮揚体に搭載された
ポンプが排水する水を一時貯溜するバッファープールと
するのが便利である。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の第１の実施例を
示す。図１に示す排水機場は、水３を湛えるプール２
と、水３に浮かべられた浮揚体１と、浮揚体１に搭載さ
れたポンプ４と、同じく浮揚体１に搭載され伝達機構６
を介して前記ポンプ４を駆動するエンジン５と、ポンプ
４の吐出口に接続された吐出弁９と、吐出弁９を弾性継
手１３を介して吐出先１０に接続する吐出配管１８と、
浮揚体１がプール２の側壁２ａに接近しすぎないように
浮揚体１を側壁２ａに係留する間隔保持手段である係留
ロープ１１と、浮揚体１の外周の没水面（接水面）に外
側に向かってほぼ水平に張り出している安定化ひれ１２
と、プール２の底部に下方に延長して形成された流入水
バッファプール１４と、この流入水バッファプール１４
に吸込弁７を介して接続された導水路８と、を含んで構
成されている。ポンプ４の吸込口は浮揚体１の底面に開
口し、バッファプール１４に面している。なお、前記プ
ール２の平面形状は矩形をなしており、浮揚体１の平面
形状も前記矩形と相似の矩形をなしている。そして、浮
揚体１は、プール２の側壁２ａとの間に浮揚体１の全周
に亘ってほぼ均一な間隔を成すように、係留ロープ１１
により係留されている。

【０００８】上記構成の排水機場において、ポンプ４
は、吸い込み弁７を開いて導水路８から流入水バッファ
プール（以下、バッファプールという）１４に流入させ
た水３を吸入し、吐出弁９を通じて河川、排水路或いは
貯蔵池である吐出先１０へ吐出する。ポンプ及び駆動系
は1或いは複数のシステムを搭載する。浮揚体１と吐出
先１０との変位のずれを吸収するため、吐出配管１８に
は許容変形が大きい弾性継手１３が介装されている。バ
ッファプール１４は流入する水を蓄えるためのバッファ
空間である。

【０００９】本実施例は、ポンプを搭載した浮揚体とそ
れを浮揚させる水を貯留するための空間を含んでなる排
水機場の１例であり、浮揚体１は吸込弁７の開閉により
着座あるいは浮揚の状態で待機する。ポンプ運転時には
浮揚の状態にあることを原則とする。ポンプ４の運転に
伴って発生する振動は、浮揚体１を介して水３に伝達さ
れ、振動のエネルギは水３に吸収されて減衰する。浮揚
体１の外壁接水面に固着された安定化ひれ１２は、浮揚
体１が振動する際の見かけ上の質量に外壁周辺の水３の
質量を付加する作用を果たし、振動振幅を減らす効果が
ある。浮揚体１は弾性継手１３を介装した吐出配管１８
によってプール２の側壁２ａに結合されているが、ポン
プ４の運転が開始されると、その振動や、ポンプ４に吸
い込まれる水の流れにより、吐出配管１８の側壁２ａに
結合された部分を中心とする首振り運動を始め、側壁２
ａに接触する恐れがある。間隔保持手段である係留ロー
プ１１は、そのような事態を避け、浮揚体１と側壁２ａ
の間隔を所定の範囲に保持する。

【００１０】図２に本発明の第２の実施例を示す。本実
施例と前記第１の実施例の相違点は、導水路８を吸込弁
７を介して直接プール２の側壁２ａに接続し、流入する
水を蓄えるためのバッファプール１５を、導水路８から
ポンプ４に至る流路とは別に設け、ポンプ４に吸込管１
６を設けたことである。他の構成は前記第１の実施例と
同じであるので、同一の符号を付し説明を省略する。本
実施例によれば、導水路８を地中の深い位置に配設する
必要がなく、土木掘削量が少なくてすむ。吸込管１６は
必ずしも設ける必要はないが、吐出弁９の中心線と浮揚
体１の底面の高さの差が小さいとき（ポンプのインペラ
が浮揚体１の底面に近いとき）は、吸込管１６を設けて
ポンプ入り口における水流を整流するのが望ましい。

【００１１】図３に本発明の第３の実施例を示す。本実
施例と前記第２の実施例の相違点は、導水路８が吸込弁
７を介することなく直接プール２の側壁２ａに接続さ
れ、流入する水を蓄えるためのバッファ空間を設けず、
浮揚体１内に浮揚体１の側面から水をポンプ４に取り込
む横吸込管１７を配置したことである。他の構成は前記
第２の実施例と同じであるので、同一の符号を付し説明
を省略する。本実施例によれば、プール２の下方に、流
入する水を蓄えるためのバッファ空間がないので、土木
掘削量が低減される。この構成は、浮揚体１の側面から
水平方向にポンプ４に水を吸い込む構造とすることによ
り可能である。なお、図では、吸込弁７が省略されてい
るが、浮揚体１やポンプ４のメンテナンス作業を考慮し
て、吸込弁７を導水路８に介装しておくのが望ましい。

【００１２】次に、浮揚体１とプール２の側壁２ａの間
隔に関して述べる。構造物のすきまにある流体が振動減
衰効果を持つことが知られている。この減衰効果は、
Ｓ．Ｓ．Ｃhen他による「Ａdded Ｍass and Ｄampin
g of a Ｖibrating Ｒodin Ｃonfined Ｖiscous
Ｆluids（粘性流体のある円管内の振動する梁の付加質
量及び付加減衰）、ＴＲＡＮＳ．ＡＳＭＥ，Ｓeries
Ｅ、Ｖol．98、Ｎo．２、 Ｊune 1976、pp．325−32
9」に記載されている。それによると水が満たされた外
管の内径をＤ、該外管内で振動する内管の外径をｄとす
ると、Ｄ／ｄ≧２．０のときは減衰比ζは、ζ≦0.01で
あるが、Ｄ／ｄ≦１．２では減衰比ζは、ζ≧0.03
（（fn）air＝58.3Ｈzの場合）あるいはζ≧0.10（（f
n）air＝16.04Ｈzの場合）となることが、解析及び実験
により確認されている。前記各実施例ではプール２及び
浮揚体１の平面図形は矩形であるが、流路の面積が等し
くなるような等価な径寸法によるＤ／ｄから、上記文献
等に基づき減衰比を評価する。鋼製のライナーや管のよ
うな鋼構造物では、減衰比ζ≦0.01であることが知られ
ており、Ｄ／ｄ≦１．２となるように内管（浮揚体１）
と外管（プール側壁２ａ）の間にすきまを設けて水を満
たせば、浮揚体の振動の減衰比が４倍以上になることが
期待できる。つまり、互いに対向しているプール側壁２
ａの間の間隔をＤ、このプール２に浮揚している浮揚体
１の前記プール側壁２ａにそれぞれ対向している外壁外
面間の間隔をｄとしたとき、Ｄ／ｄ≦１．２となるよう
にプール２と浮揚体１の大きさを設定すれば、振動を減
衰する効果が大きい。もちろん、この場合、浮揚体両側
の間隔をほぼ同じになるように係留する。なお、上記各
実施例では、間隔保持手段として係留ロープ１１を用い
たが、係留ロープに代えて、弾性体でできたフェンダー
を用いてもよい。

【００１３】一方、共振振動数で加振される場合、振動
の大きさ(振幅)は減衰比に逆比例することが周知であ
り、上記のように、Ｄ／ｄ≦１．２として、すきまに水
を満たせば振動振幅は１／４以下になることが直ちに理
解される。

【００１４】浮揚体１とプール２の側壁とは、係留ロー
プ１１のほかに、弾性継手１３を介装した吐出配管１８
によって連結されている。上記各実施例では、この吐出
配管１８は吐出先１０及びプール２の水面下になってい
るが、弾性継手１３を含む吐出配管１８を吐出先１０及
びプール２の水面よりも上に配設しておけば、弾性継手
１３を吐出配管１８から取り外して浮揚体１をプール２
からクレーン等で地上に移動させることができ、プール
２の水を抜き取ることなくポンプ４あるいは浮揚体１の
メンテナンスを行うことができる。複数のポンプが配置
された排水機場の場合、ポンプを１台づつ別浮揚体に搭
載しておけば、浮揚体を１台づつ順に取り外して地上で
メンテナンスすることにより、排水機場の機能を維持し
たまま、メンテナンスを行うことができる。

【００１５】

【発明の効果】本発明により、ポンプを設置した排水機
場の運転状態の振動を低コスト、メンテナンスフリーで
防止あるいは減少させることができ、周辺への振動も抑
制できる。

【００１６】また、プールは防災用、公園など別の用途
に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 浮揚体 ２ プール ２ａ プールの側壁 ３ プールの水 ４ ポンプ ５ エンジン ６ 伝達機構 ７ 吸込弁 ８ 導水路 ９ 吐出弁 １０ 吐出先 １１ 係留ロープ １２ 安定化ひれ １３ 弾性継ぎ手 １４ 流入水バッファプール １５ バッファプ
ール １６ 吸込管 １７ 横吸込管 １８ 吐出配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−86105（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−2846（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−99706（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭61−29782（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E03F 1/00 F04D 13/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプを搭載した浮揚体を、水のプール
   に浮かべることと、前記浮揚体は前記ポンプの吐出配管
   によってプールの側壁に結合されていることと、前記プ
   ールの平面形状は矩形をなしており、前記浮揚体の平面
   形状も前記矩形と相似の矩形をなしていることと、互い
   に対向しているプールの側壁の間の間隔をＤ，浮揚体の
   前記プールの側壁にそれぞれ対向している外壁外面間の
   間隔をｄとしたとき、Ｄ／ｄ≦１．２であることを特徴
   とする排水機場。
2. 【請求項２】 ポンプを搭載した浮揚体を、ポンプの処
   理対象とする水のプールに浮かべることと、前記浮揚体
   は前記ポンプの吐出配管によってプールの側壁に結合さ
   れていることと、前記プールの平面形状は矩形をなして
   おり、前記浮揚体の平面形状も前記矩形と相似の矩形を
   なしていることと、互いに対向しているプールの側壁の
   間の間隔をＤ，浮揚体の前記プールの側壁にそれぞれ対
   向している外壁外面間の間隔をｄとしたとき、Ｄ／ｄ≦
   １．２であることを特徴とする排水機場。
3. 【請求項３】 水のプールが、排水機場の導水路に流入
   した水を一時貯留するバッファプールであることを特徴
   とする請求項２に記載の排水機場。
4. 【請求項４】 水を貯溜するプールと、該プールに浮揚
   させた浮揚体と、該浮揚体に搭載されたポンプと、前記
   浮揚体と前記プールの側壁との間の間隔を所定の範囲に
   保持する間隔保持手段と、前記ポンプの吐出口と前記プ
   ール外の吐出先を弾性継手を介して接続する吐出配管
   と、を含んで構成され、前記浮揚体は前記ポンプの吐出
   配管によってプールの側壁に結合され、前記プールの平
   面形状は矩形をなしており、前記浮揚体の平面形状も前
   記矩形と相似の矩形をなしていることと、互いに対向し
   ているプールの側壁の間の間隔をＤ，浮揚体の前記プー
   ルの側壁にそれぞれ対向している外壁外面間の間隔をｄ
   としたとき、Ｄ／ｄ≦１．２である排水機場。
5. 【請求項５】 前記プールは導水路に接続されて該導水
   路から水が流入するように構成されており、前記ポンプ
   は前記プールの水を吸入、吐出するものであることを特
   徴とする請求項４に記載の排水機場。
6. 【請求項６】 １基の浮揚体に複数台のポンプが搭載さ
   れていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
   記載の排水機場。
7. 【請求項７】 浮揚体の接水面の該浮揚体が水に浮揚し
   たときに水面下になる位置に、ほぼ水平に外側に張り出
   した安定化ひれが固着されていることを特徴とする請求
   項１乃至６のいずれかに記載の排水機場。
8. 【請求項８】 水を貯溜するプールと、該プールに浮揚
   可能な大きさの浮揚体と、該浮揚体に搭載されたポンプ
   と、前記浮揚体と前記プールの側壁との間の間隔を所定
   の範囲に保持する間隔保持手段と、前記ポンプの吐出口
   と前記プール外の吐出先を弾性継手を介して接続する吐
   出配管と、を含んで構成され、前記浮揚体は前記ポンプ
   の吐出配管によってプールの側壁に結合されているとと
   もに、前記プールの平面形状は矩形をなしており、前記
   浮揚体の平面形状も前記矩形と相似の矩形をなしている
   ことと、互いに対向しているプールの側壁の間の間隔を
   Ｄ，浮揚体の前記プールの側壁にそれぞれ対向している
   外壁外面間の間隔をｄとしたとき、Ｄ／ｄ≦１．２であ
   る排水機場の運転方法において、ポンプを搭載した前記
   浮揚体を前記プールに貯溜された水に浮揚させ、浮揚体
   とプール壁との間隔を所定の範囲に維持してポンプを運
   転することを特徴とする排水機場の運転方法。
9. 【請求項９】 ポンプを搭載した浮揚体とプール壁によ
   り空間を形成し、前記浮揚体は前記ポンプの吐出配管に
   よってプールの側壁に結合し、前記プールの平面形状を
   矩形とするとともに前記浮揚体の平面形状も前記矩形と
   相似の矩形とし、互いに対向しているプールの側壁の間
   の間隔をＤ，浮揚体の前記プールの側壁にそれぞれ対向
   している外壁外面間の間隔をｄとしたとき、Ｄ／ｄ≦
   １．２に設定することにより該間隔における水の減衰効
   果を増加させ、運転時の振動を減少させるとともに、ポ
   ンプ運転時の振動の周辺地域への伝搬を低減させること
   を特徴とする排水機場の振動減衰方法。