JP3496121B2 - 地下排水施設用ポンプ及び立軸多段可動翼ポンプ - 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、地下排水施設用ポ
ンプ及び立軸多段可動翼ポンプに係り、例えば、小河川
を含む水路に流入する雨水等の流入水を地下（特に１５
〜６０ｍ程度の大深度の深さの地下）に設けられた流入
水路（特にわずかに傾斜して設けられた大容量の地下放
水路）に集め、この集めた流入水を排水ポンプ機場に導
いて放流先の河川等に放流する構成の地下排水施設に好
適な排水ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大規模な地下排水施設が計画され
地下の深い場所に、大きな断面積を有する流入水路を長
距離埋設するようになっている。特に、大深度地下利用
が実用化されつつある。ここで、大深度地下とは、上部
構造物への影響がない深層部の堅固な地盤で、地表面よ
り概ね５０ｍ以深の空間をいう。

【０００３】従来は、このような大規模な地下排水施設
と比べると、流入水路もあまり深い場所になく、距離も
短かかったため、開水路運用（管渠の上部に空間ができ
る水位で流下させる）排水システムが主流であった。ま
た、閉水路運用（管渠に対して満水状態で流下させ
る）、開閉共存の考え方もあるが、いずれも貯留効果を
持たせるための貯留槽を持っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の開水路
運用で排水ポンプを設置すると、大容量高揚程のポンプ
が必要となり、原動機の容量も大きくなる。また、吐出
側のバルブも大口径かつ高圧のものが必要で、このバル
ブ開閉の駆動機も大きなものとなる。

【０００５】このように従来の比較的小規模な地下排水
施設の延長線上で大規模地下排水施設を建設すると、建
設時のコスト増だけでなくランニングコスト増にもなり
不経済なものになる。

【０００６】また、開閉共存、閉水路運用では、貯留効
果が少なくなるため貯留槽を設けたり、ポンプ井容積を
大きくする必要があり、やはり建設時のコスト増になっ
ていた。

【０００７】また、流入水路が非常に長くなることか
ら、上流側の水は排水ポンプが運転されてもすぐに追従
して動くことができず、従来のポンプ井の水位のみで、
排水ポンプを運転する方法では、上流側の河川等があふ
れてしまう流下追従遅れという問題点があった。

【０００８】一方、地下排水施設では、降雨による流入
量の急激な増加に対応させて計画水量の排水を行わせる
ため、流入水がポンプ井に達する前に、つまりポンプ井
の水位が低い状態から排水ポンプの運転を開始するいわ
ゆる待機運転が必要となる。このような待機運転の場
合、あるいは流入量の変化に合わせ、排水ポンプの吐出
量を容易にかつ経済的に調節することが要望される。こ
のような要望を満たす手段として、従来、ポンプ羽根車
の翼角を可変にした立軸可動翼ポンプが知られている
（特開昭５７−１８６０９２号公報）。

【０００９】しかし、従来の立軸可動翼ポンプは比較的
低揚程（例えば、約３０ｍ以下）の循環ポンプなどに用
いられているが、全揚程が５０乃至６０ｍに及ぶ高揚程
で、かつ大容量の排水ポンプには次の理由から用いられ
ていない。

【００１０】（１）全揚程が高くなると、それに応じて
可動翼に加わる流体力が大きくなるため、羽根車の翼角
を調節する翼角操作機構に加わる荷重が大きくなり、翼
角操作機構が大形なものになってしまう。一方、翼角操
作機構は羽根車ハブ内の限られた空間に収納しなければ
ならないという大きさ上の制限があるため、翼角操作機
構の許容荷重にも制限がある。したがって、全揚程が高
くかつ大容量の排水ポンプに可動翼ポンプをそのまま適
用することができない。

【００１１】（２）全揚程が高くなると、下記の数１で
表される比速度Ｎｓを従来よりも低い値にしなければな
らなくなるから、効率及び吸込性能が低下してしまうと
いう問題がある。つまり、数１において、ポンプの回転
数Ｎは吸込圧とキャビテーション条件により決まり、吐
出量Ｑと揚程Ｈは排水計画から与えられるので、揚程Ｈ
が高くなると必然的に比速度Ｎｓを低い値にしなければ
ならなくなる。

【００１２】

【数１】 しかし、可動翼羽根車は駆動軸に支持されたハブに回転
可能に軸支され、その軸周りに回転して翼角を調節する
構成が一般であることから、羽根車のケーシング側のチ
ップ面及び駆動軸側のハブ面を、それぞれケーシング内
面とハブ外面に合わせて同心の球面に形成しなければな
らない。このような形状上の制約から、低比速度にする
と効率及び吸込性能が低下してしまうという問題があ
る。

【００１３】本発明の目的は、水位が低い状態から高揚
程にて低排水量の排水運転を開始でき、低揚程にて計画
排水量を排水でき、かつ大容量でポンプ動力の低減を図
ることができる大深度地下排水施設に適した排水施設用
ポンプ、ポンプシステム又は立軸多段可動翼ポンプを提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、地下に設けられ流入した水を流下させる
地下流入水路と、河川、管渠、放水路等から前記地下流
入水路に導水するための流入立坑と、前記地下流入水路
途中に設けられた空気孔と、前記地下流入水路の下流端
に配置したポンプ井とを有する地下排水施設の前記ポン
プ井に設置されるポンプにおいて、該ポンプを、前記地
下流入水路が閉水路の状態で計画水量を排水可能で、か
つ開水路の状態では締切運転にならない程度の小流量で
排水可能に構成することを特徴とする。

【００１５】また、これに代えて、前記ポンプを、前記
地下流入水路が開水路の状態で計画水量を排水可能で、
かつ排水待機運転される小容量の高揚程ポンプと、閉水
路の状態では計画水量を排水可能な大容量低揚程ポンプ
とを備えてなる地下排水施設用ポンプシステムにしても
よい。

【００１６】また、上記ポンプとしては、複数の立軸ポ
ンプを同一軸上に多段に連結してなり、少なくとも一段
の立軸ポンプが、駆動軸に対して翼角を変更可能に軸支
された可動翼羽根車と、該可動翼羽根車を支持軸周りに
回転させて翼角を操作する翼角操作機構とを有する可動
翼ポンプである立軸多段可動翼ポンプとすることが好ま
しい。

【００１７】この立軸多段可動翼ポンプにおいて、複数
の前記立軸ポンプが全て可動翼ポンプとし、該各可動翼
ポンプの駆動軸が中空に形成され、前記翼角操作機構
が、駆動軸の中空部に挿通された操作軸と、該操作軸と
前記可動翼羽根車とに連結され該操作軸の軸方向運動を
前記可動翼羽根車の翼角回転運動に変換するリンク機構
とを含んでなり、前記各段の駆動軸と操作軸をそれぞれ
連結して構成することが望ましい。

【００１８】あるいは、複数の前記立軸ポンプの上段側
の少なくとも一段が可動翼ポンプとし、該可動翼ポンプ
の駆動軸が中空に形成され、前記翼角操作機構が、駆動
軸の中空部に挿通された操作軸と、該操作軸と前記可動
翼羽根車とに連結され該操作軸の軸方向運動を前記可動
翼羽根車の翼角回転運動に変換するリンク機構とを含ん
でなり、前記立軸ポンプの各段の駆動軸を連結するとと
もに、上段側の可動翼ポンプの操作軸を連結して構成す
ることができる。

【００１９】さらに、上記の立軸多段可動翼ポンプにお
いて、前記可動翼ポンプが二段以上の場合、前記翼角操
作機構は、上段側の翼角が最小翼角になるとき下段側の
翼角が最小翼角より若干大きな角度位置になるように設
定することが好ましい。

【００２０】

【作用】このように構成されることから、本発明によれ
ば、次の作用により目的が達成できる。

【００２１】まず、排水施設用ポンプが、地下流入水路
が閉水路の状態で計画水量を排水可能で、かつ開水路の
状態では締切運転にならない程度の小流量で排水可能に
構成されていることから、計画排水量の排水時における
ポンプの全揚程は、閉水路の水位と排水先河川等の水位
との差でよいから、開水路の状態で計画排水量を排水す
る場合に比べて小さくてすむ。その結果、同じ水量を排
水するための動力を小さくすることができる。

【００２２】ところで、開水路系での運用に比べ、閉水
路系での運用はバッファ効果が小さいため、ポンプ井水
位の上昇が速くポンプ起動までの時間が長いと水があふ
れてしまうことがある。これに対しては、例えば、ポン
プを可動翼とすることにより、ポンプ井の水が上昇しな
いうちに、あるいは上昇を始めた時点で翼角全閉（最小
翼角）で起動し、ポンプ井水位の上昇に応じて翼角を開
きポンプ井水位を一定に保つよう運転することにより対
応することが望ましい。また、可動翼ポンプとすること
により、初期の吐出水量を少量にすることが可能で、吐
出側にせきを設ければ吐出バルブをなくすことができ
る。

【００２３】さらに、この可動翼ポンプの起動タイミン
グをポンプ井の水位のみでなく、上流側の流入立坑水位
監視も入れることにより上流側の洪水防止が可能とな
り、ポンプ停止まぎわには翼角全閉として運転し、停止
時のアップサージを小さくすることが可能である。

【００２４】このことは、ポンプを回転数制御ポンプと
しても同様に可能で、低速回転で起動し、ポンプ井水位
の上昇により回転数を上昇させれば良い。

【００２５】また、可動翼ポンプを使うかわりに小容量
高揚程ポンプと大容量低揚程ポンプに分けて設置するこ
とも可能である。すなわち、翼角全閉での待機運転から
小水量排水までを小容量高揚程ポンプでポンプ井水位上
昇後の排水運転を大容量低揚程ポンプで行なうことによ
り可能となる。もちろんこれには、地下排水施設の計画
により３段階、４段階というようにポンプの容量、揚程
を増やすこともできる。次に、流入側の河川、管渠、放
水路に越流せきを設け、このせきの高さをポンプ停止時
のアップサージに見合う水量分、各々の河川、管渠、放
水路の最高水位より低くしておけば、ポンプ停止時にア
ップサージが生じても各々の最高水位内にすることが可
能となる。

【００２６】また、ポンプ運転後、各越流せきを直下の
流入水路の水が動き出すまでには、長距離の場合には数
十分ということも考えられる。これに対しては、この間
の分の流入量に相当する水量分、最高水位よりせきの高
さを低くすることにより、最高水位内で流入水路の水は
動き出すことが可能である。この動きは、上流側ほど水
の追従が悪くなるので、上流側ほど流入量に対して相対
的に流入立坑を大きくしてバッファ効果を持たせること
によっても可能となる。

【００２７】本発明にかかる可動翼ポンプは、複数の立
軸ポンプを同一軸上に多段に連結し、少なくとも一段の
立軸ポンプを可動翼ポンプとする立軸多段可動翼ポンプ
であるから、一段の可動翼ポンプが負担する全揚程は、
ポンプ全体の全揚程よりも小さくなる。したがって、可
動翼操作機構に加わる荷重を小さくできるので、操作機
構が小形になり、羽根車ハブ内に収納することが可能に
なる。また、比速度を小さくする必要がないので、ポン
プ効率及び吸込性能を良好に保つことができる。その結
果、高揚程かつ大容量の用途に適した、つまり大深度地
下排水施設の排水ポンプとして好敵な可動翼ポンプを実
現でき、待機運転あるいは流入量の変化に合わせ、排水
ポンプの吐出量を容易にかつ経済的に調節できる。

【００２８】また、全ての段を可動翼ポンプにすれば、
さらに吐出量の調整が容易になる。複数の段を可動翼ポ
ンプにした場合、各可動翼ポンプの駆動軸を中空に形成
してその中空部に操作軸を挿通し、この操作軸と可動翼
羽根車とをリンク機構で連結し、このリンク機構により
操作軸の軸方向運動を可動翼羽根車の翼角回転運動に変
換するように翼角操作機構を形成するのが好ましい。こ
れによれば、一本の操作軸により各段の羽根車翼角を連
動して調整できるから、構成を簡単化できる。

【００２９】一部の段を可動翼ポンプにする場合は、上
段側のポンプを可動翼にするのが好ましい。逆にする
と、下段側ポンプの翼角が全閉又は全閉近くに閉められ
た場合に、上段の固定翼ポンプの吸込圧が低下してキャ
ビテーションを起こす恐れがあるからである。

【００３０】同様の理由により、可動翼ポンプが二段以
上の場合、上段側の翼角が最小翼角（閉めきり）になる
とき下段側の翼角が最小翼角（閉めきり）より若干大き
な角度位置になるように、翼角操作機構を設定すること
が好ましい。また、上下段の翼角を同一に設定する場合
に比べ、大流量運転時におけるＮＰＳＨ性能を改良でき
る一方、小流量運転時は、各羽根車の逆流開始流量を及
び揚程曲線の変曲点流量をずらすことができ、安定な揚
程曲線のポンプを得ることができる。

【００３１】また、多段立軸ポンプのケーシングと駆動
軸等、及び翼角操作軸を各段ごと分割し、それらをフラ
ンジ接続やねじカップリング等の連結手段により結合す
る構成とすることが好ましい。これによれば、組立て及
び保守等のための分解を容易にすることができる。

【００３２】

【実施の形態】以下、本発明に係る地下排水施設用ポン
プの一実施の形態を、図１に示した地下排水施設の全体
構成図を用いて説明する。

【００３３】図示のように、地表面の小河川、管渠及び
放水路等に流入した排水は、流入立坑１，２，３を介し
て連結された流入水路（地下大水路、地下放水路）４に
流入する。流入水路４に流入した排水はポンプ場のポン
プ井６に流下し、ポンプ７により揚水され、吐出管１０
と越流せき１１を経て放流先の大河川に排水される。ま
た、流入水路４には空気孔５が適宜設けられている。

【００３４】ポンプ７の特性仕様は、流入水が流入水路
４を満管状態で流下する、いわゆる閉水路運用を条件と
して、所定の計画水量を排水可能なように決められてい
る。

【００３５】流入立坑１，２，３から水が流入し、流入
水路４が満管になり閉水路になるとポンプ井６の水位は
上がりポンプ７の実揚程は、低くなるため、開水路の状
態から計画水量排水したときより小さくなる。

【００３６】図２（ａ）及び図２（ｂ）はこの両者のポ
ンプの運転状態を比較した図で、ポンプＰ_１は開水路で
計画水量排出できるようにしているため、実揚程はＨ_１
が必要で動力も大きくなる。これに対し、ポンプＰ_２は
閉水路で計画水量出せるようにしているため、実揚程は
Ｈ_２ですみ、動力も小さくなる。

【００３７】ポンプ７の設置位置は、ポンプの特性曲線
Ｑ−Ｈカーブの傾向により、図３のように最大実揚程で
も締切運転にならず、できれば３０〜５０％計画水量以
上流れるように決定するのが良い。このようにポンプ設
置位置を閉水路で計画水量流れるように決めれば、大幅
な動力低減がはかれる。

【００３８】次に、図１のポンプ７を可動翼ポンプにす
ると、さらに大きなメリットが出てくる。可動翼ポンプ
は翼角を最小付近にすると所要動力が少ないために締切
運転でも連続運転が可能である。従って待機運転が可能
となる。

【００３９】今、図３（ａ），図３（ｂ）において流入
水路４が開水路の状態レベルＬ_１で翼角最小でポンプを
起動し、水位上昇しレベルＬ_２に達したら翼角を開いて
いく。運転点は図４で１→２→３→４→５と移る。さら
に流入量が多くなると、水位が上昇し実揚程が少なくな
るから、運転点は５→６へ移り計画水量排水となる。通
常、可動翼ポンプの翼操作は、１分〜３分程度で全閉→
全開操作が可能なので、開水路の状態でポンプを待機運
転させれば、翼角が全開になるまでの時間にＨＷＬにな
らないようにポンプ井の大きさを決められるので、ポン
プ井６の大きさは小さくてすむ。また、初期の排水時は
翼角が小さいので、吐出量が少量であるから従来のよう
な吐出弁をつける必要がなく、吐出側の放水先の手前に
せきを設けるだけでシステムを作ることができる。これ
は大規模なものほどメリットがあり、大口径高圧の吐出
弁を省略が可能となる。

【００４０】また、可動翼ポンプの起動方法として、単
にポンプ井の水位のみでなく、上流側の流入水路、流入
立坑の水位も監視し、水位上昇によりポンプを起動させ
ることも可能である。大規模な地下排水施設では、ポン
プ７と流入立坑の距離が離れており、ポンプが起動して
も流入立坑付近の水が動くまでに数十分かかることも考
えられる。この対応として上記のように、流入立坑の水
位が上昇しはじめたらポンプを起動させ小量排水開始す
ることで、追従遅れによる洪水を防止することができ
る。

【００４１】さらに、停止時においては、通常の固定翼
排水ポンプでは、ポンプを停止させると流入水路系にア
ップサージが起こることが考えられる場合には、ポンプ
停止時にアップサージにより河川、管渠、放水路などが
あふれることも考えられる。これを可動翼ポンプにし、
翼角を徐々に閉じながら全閉付近で待機運転した後に停
止させることにより、流入水路系のアップサージを大幅
に低減することができる。上記効果は、ポンプ７を回転
数制御のポンプにすることによっても達成できる。すな
わち、流入水路４開水路の状態レベルＬ_１で低速回転起
動し、レベルＬ _２に達したら回転数を上昇させれば良
い。

【００４２】また、停止時においても低速回転で待機運
転したのち停止させることによって、流入水路系のアッ
プサージ低減が可能となる。

【００４３】ここで、図１のポンプ７に好適な可動翼ポ
ンプの一実施の形態を図５，図６を参照して説明する。
図５はポンプ場周りの拡大立面図であり、図６は可動翼
ポンプの断面図である。それらの図に示すように、ポン
プ７に、２台の立軸斜流可動翼ポンプ７ａ，７ｂを二段
連結した立軸多段可動翼ポンプが用いられている。下段
の可動翼ポンプ７ａの吸込口はエルボ形の吸込管２１を
介してポンプ井６に連通され、吐出口は上段の可動翼ポ
ンプ７ｂに直結されている。可動翼ポンプ７ｂの吐出口
は吐出エルボ管２２を介して吐出管１０に連結され、放
流先の大河川に開口されている。ポンプ７の駆動軸は吐
出エルボ管２２部から上方に引き出され、駆動機２３に
カップリングを介して連結されている。また、駆動軸は
後述するように中空状に形成され、その中空部に翼角の
操作軸が挿通されており、この操作軸の上端に翼角制御
装置２４が連結されている。ここでは、斜流可動翼の例
を示すが、軸流型でもよい。

【００４４】次に、各可動翼ポンプ７ａ，７ｂの構成を
図６を用いて説明する。図示のように可動翼ポンプ７
ａ，７ｂの主要部は同一の構成となっている。したがっ
て、同一の機能・構成を有する部品には同一の符号を付
して説明を省略するとともに、可動翼ポンプ７ｂについ
ては相違点についてのみ説明する。可動翼ポンプ７ａの
外殻は、アウターケーシング３１と、このアウターケー
シング３１の吸込側に連結されたケーシングライナ３２
とにより、回転対称形に形成されている。このアウター
ケーシング３１の内部に、回転対称軸を一致させて回転
対称形のインナーケーシング３３が案内羽根３４により
固定されている。インナーケーシング３３の内側に中空
状の駆動軸３５が配置され、軸受３６を介してインナー
ケーシング３３に支持されている。この駆動軸３５の下
端に羽根車ハブ３７がフランジ接続により取り付けられ
ている。羽根車ハブ３７の外周縁はインナーケーシング
３３の下端外周に対し、摺動可能にかつ水封部材を介し
て取り付けられている。羽根車ハブ３７にはケーシング
ライナー３２の内面に向かって延びる複数の羽根車３８
が取り付けられている。各羽根車３８は、翼角を変更可
能にそれぞれ２個の軸受３９，４０で支持されたステム
軸４１を介して、羽根車ハブ３７に取付けられている。
また、羽根車ハブ３７の吸込側に、インナーケーシング
３３を延長する形状の羽根車ハブカバー４２が取り付け
られている。駆動軸３５の中空部と羽根車ハブ３７の中
心部に設けられた通孔に操作軸４３が挿通されている。
この操作軸４３の下端にスパイダ４４が取り付けられて
いる。このスパイダ４４は前記ステム軸４１に取り付け
られたアーム４５と、それぞれボールジョイントを介し
てターンバックル４６により連結されている。これらの
アーム４５、ターンバックル４６、ボールジョイントに
より、操作軸４３の上下直線運動を羽根車３８の翼角回
転運動に変換するリンク機構が構成されている。このリ
ンク機構は周知のもの（例えば、特開平１−１８７３９
９号公報参照）を適用できるから詳細構成の図示を省略
する。

【００４５】このように形成された可動翼ポンプ７ａの
上部に同一構成のケーシング３１，３２を有する可動翼
ポンプ７ｂが連結されている。可動翼ポンプ７ａの駆動
軸３５の上端は可動翼ポンプ７ｂの羽根車ハブ３７にフ
ランジ等により連結されている。また、可動翼ポンプ７
ａの操作軸４３の上端は、可動翼ポンプ７ｂの操作軸４
３’の下端にねじカップリング４７により連結されてい
る。すなわち、操作軸４３，４３’の端部に切られた雄
ねじを、雌ねじが切られたカップリング４７にねじ込ん
で連結されている。上段の可動翼ポンプ７ｂの駆動軸３
５’と操作軸４３’の上端は図５に示すように吐出エル
ボ管２２からまっすぐ上に引き出され、それぞれ駆動機
２３と翼角制御装置２４に連結されている。翼角制御装
置２４は操作軸４３’と４３を軸方向に進退させるアク
チュエータを具備して構成されている。このアクチュエ
ータとしては、油圧又は空圧シリンダ、電動機等が用い
られる。

【００４６】上記構成の立軸多段可動翼ポンプの動作を
説明する。まず、基本動作を説明する。駆動機２３の運
転を開始すると、上段の駆動軸３５’と羽根車ハブ３７
を介して上段の羽根車３８が回転する。これと同時に上
段の羽根車ハブ３７に連結された下段の駆動軸３５と羽
根車ハブ３７を介して下段の羽根車３８が回転する。こ
れにより、吸込エルボ管２１からポンプ井６内の流入水
が吸い込まれ、吸い込まれた揚水は吐出管１０を介して
大河川に放出される。このとき、各可動翼ポンプ７ａ，
７ｂは直列に連結されているので、ポンプ７の全揚程は
各ポンプ７ａ，７ｂの全揚程を加え合わせたものにな
る。言い換えれば、各ポンプ７ａ，７ｂの全揚程は、排
水計画から定まる必要揚程のよりも小さな揚程でよく、
例えば約１／２でよいことになる。したがって、羽根車
３８に加わる荷重もそれに応じて小さくなるので、翼角
操作機構に加わる荷重を小さくできる。その結果、翼角
操作機構の構成部材は従来と同様の大きさよいことか
ら、羽根車ハブ３７内に組み込むことができ、かつ一段
当たりの全揚程が小さいので比速度を大きく維持できる
から、単段の可動翼ポンプに比べて、キャビテーション
を回避して効率の高い、高揚程かつ大容量の用途に適し
た可動翼ポンプを実現できる。

【００４７】次に、翼角操作について説明する。翼角制
御装置２４により操作軸４３と４３’を軸方向に変位さ
せると、スパイダー４４とターンバックル４６とアーム
４５を介して、羽根車３８の翼角が上・下段同時に開閉
方向に調整される。これにより、ポンプ７の吐出量を広
い範囲にわたって可変することができ、ポンプ性能の大
幅な調整が可能になる。したがって、待機運転又は流入
水量の変動が大きい地下排水施設に適用して好適であ
る。

【００４８】また、上記図６の立軸多段可動翼ポンプに
おいて、下段の可動翼ポンプ７ａの羽根車３８の翼角
を、上段の可動翼ポンプ７ｂの羽根車３８の翼角より
も、若干（例えば、１〜２度程度）大きくなるように、
操作軸４３と４３’又はスパイダー４４の軸方向位置関
係を設定することが好ましい。これによれば、次のよう
な利点がある。 （１）上段ポンプ７ｂの翼角開度が最小の閉鎖状態にな
っても、下段ポンプ７ａの翼角開度は若干開いているの
で、上段ポンプ７ｂの吸込圧力を一定以上確保できるか
ら、吸込圧低下による上段ポンプ７ｂのキャビテーショ
ンを確実に防止できる。 （２）一般に翼角度が大きい方が大流量におけるキャビ
テーション性能がよいから、ポンプ７を設計点よりも大
流量側で使用する場合に好適である。なお、上段ポンプ
７ｂは大流量側でキャビテーション性能が悪化すること
になるが、上段の吸込圧力は下段により昇圧されるの
で、本実施の形態の場合キャビテーションは問題となら
ない。 （３）翼角度を変えると、小流量時に特有の流体の失速
や逆流が発生する流量が変化するが、上下段の翼角に差
を設けることにより、上下のポンプ７ａ，ｂの双方で同
時に失速や逆流が発生するのを防止できるから、小流量
でも安定した運転を行うことができる。

【００４９】また、図６の立軸多段可動翼ポンプによれ
ば、各段ごとにケーシング、駆動軸、操作軸等を分割
し、それらをフランジなどの継ぎ手により連結する構成
であることから、ポンプの組立て及び分解が容易であ
る。すなわち、ポンプを組み立てる場合は、まず上段の
可動翼ポンプ７ｂをケーシングライナー３２を残して組
立てる。次に、下段の操作軸４３を上段の操作軸４３’
にねじカップリング４７により連結した後、下段の駆動
軸３５を上段の羽根車ハブ３７に接合する。次に、上段
のケーシングライナー３２を取付けてから、下段の可動
翼ポンプ７ａの可動翼斜流ボール部を組み立てる。ポン
プを分解する場合は、逆の手順により下段の可動翼ポン
プ７ａの可動翼斜流ボール部、駆動軸３５、操作軸４３
を取外した後、上段の可動翼斜流部を分解する。

【００５０】図７に立軸多段可動翼ポンプの他の実施形
態を示す。本実施形態は、図６の実施形態の下段の可動
翼ポンプを固定翼の立軸ポンプ７ｃに代えたものであ
る。上段の可動翼ポンプ７ｂは図６の実施形態と同一の
構成であり、下段の固定翼ポンプ７ｃはインナーケーシ
ング３３に対し回転自由に設けられた羽根車ハブ４９に
羽根車５０が翼角を固定して取り付けられている。

【００５１】本実施形態によっても、可動翼ポンプ７ｂ
が固定翼ポンプ７ｃに直列に連結されているので、ポン
プ７の全揚程は各ポンプ７ｂ，７ｃの全揚程を加え合わ
せたものになる。したがって、単段の可動翼ポンプに比
べて、高い全揚程のポンプに適用できる。また、本実施
形態によれは、図６の実施形態に比べてポンプの構造が
簡単になり、翼各の操作力も小さくてすむ。一方、翼角
調整によるポンプ性能の変化は小さい。なお、図７の実
施形態の上段と下段を入れ替えて、上段を固定翼にする
こともできる。この場合は、下段の可動翼を閉鎖近くで
運転することがある場合は、上段のキャビテーションの
問題がある。

【００５２】また、図６，７の実施形態はいずれも立軸
斜流ポンプを適用した例を示したが、立軸軸流ポンプを
適用してもよい。さらに、直列に連結する可動翼ポンプ
の段数についても、二段に限られるものではなく、計画
揚程に応じて適宜選択する。

【００５３】図８は、図１の実施形態のポンプ７を、上
記可動翼ポンプの代わりに、小容量高揚程ポンプ８と大
容量低揚程ポンプ９を組合せて構成した実施形態であ
る。可動翼ポンプでの実施形態の翼角全閉付近の運転を
小容量高揚程ポンプで、翼角全開付近の運転を大容量低
揚程ポンプで運転することにより、同様の効果が得られ
る。ポンプの運転特性を図９に示す。ここでは２種のポ
ンプを示したが、もちろん何段階に分けて数種のポンプ
を設置しても良いことは言うまでもない。

【００５４】次に、ポンプ停止時のアップサージ及びポ
ンプが運転されてから流入水路の水が動き出すまでの時
間遅れに対する効果を説明する。河川からの排水は、せ
きを越流して流入立坑１に流入する。この時せきの高さ
は、ポンプ停止時のアップサージによる水量又は、ポン
プ運転後越流せきの直下の流入水路の水が流れ出すまで
の時間に相当する流入量が河川に入っても河川の最高水
位に達しないように高さを決めてある。このようにする
ことにより、ポンプ停止のアップサージや、流入水路が
長いことによる水の追従遅れに対しても洪水等の心配が
なくなる。また、地下排水施設全体のバッファも小さく
てすむ。

【００５５】図１０は流入水路の水の追従遅れによる洪
水を防ぐための他の実施形態で、ポンプ７に対して上流
側ほど水の追従が悪くなるので、上流側など流入量に対
し相対的に流入立坑を大きくしてバッファ効果を持たせ
たものである。

【００５６】以上説明したように、本発明の地下排水施
設の各実施形態によれば、 （１）ポンプを閉水路において計画水量排水できる位置
に設置しているので、動力の低減ができる。

【００５７】（２）ポンプを排水待機させているので、
ポンプ井等、地下排水施設のバッファが小さくてすむ。

【００５８】（３）ポンプ起動時、小水量排水が可能な
ので吐出弁が不要になる。

【００５９】（４）ポンプ起動時における流入水路の追
従遅れ、ポンプ停止時におけるアップサージを小さくで
きるので、洪水等の問題がなくなる。

【００６０】（５）立坑への流入を越流により行なって
いるので、河川、管渠、放水路をバッファとして利用で
き、洪水問題解決及び地下排水施設のバッファを小さく
することができる。

【００６１】（６）ポンプに対して上流側ほど相対的に
バッファ効果が大きいので、洪水等の問題がなくなる。

【００６２】図１１に、図６の立軸多段可動翼ポンプの
翼角制御装置のアクチュエータを上段可動翼ポンプ７ｂ
のインナーケーシング３３内に収納してなる一実施の形
態の断面図を示す。図示のように、上段の可動翼ポンプ
７ｂの羽根車ハブ３７の上部に、駆動軸３５’に連結し
て油圧シリンダ５５を設け、この油圧シリンダ５５のピ
ストン５６に操作軸５７，５８を取付け、この操作軸５
７，５８にスパイダー４４を固定する。操作軸５８の下
端は回転自由にはね車ハブカバー６０に軸支されてい
る。はね車ハブカバー６０は支持片６１により吸込管２
１に支持されている。操作軸５７，５８にはシリンダ５
５の油圧室に連通する油路が穿設されており、その油路
ははね車ハブカバー６０から外部に引き出されたホース
６２を介して油圧源に連通されている。また、羽根車ハ
ブカバー６０の操作軸５８の軸受部にホース６３を介し
てボス油が供給されるようになっている。このように構
成により、ホース６２を介して油圧シリンダ５５の油圧
室に圧油を給排して、操作軸を軸方向に変位駆動して翼
角を制御する。本実施形態によれば、翼角制御機構をコ
ンパクトにすることができる。なお、本実施形態の翼角
制御機構は特開昭５８−３５２９４号公報等により周知
の機構である。

【００６３】

【発明の効果】本発明の地下排水施設用ポンプによれ
ば、大深度地下排水施設のように高揚程かつ大容量の排
水ポンプの動力低減を図ることができる。

【００６４】また、本発明の立軸多段可動翼ポンプによ
れば、可動翼ポンプ一段当たりの全揚程を抑えることが
でき、高揚低かつ大容量の用途に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地下排水施設用ポンプの一実施の形態
を適用した地下排水施設の縦断面図である。

【図２】本発明の実施形態のポンプ運転状態の説明図で
あり、（ａ）はポンプ井周り断面図、（ｂ）はポンプ運
転状態を説明する線図である。

【図３】本発明の実施形態のポンプ設置位置と起動条件
を説明する図であり、（ａ）はポンプ運転状態を説明す
る線図、（ｂ）はポンプ井周り断面図である。

【図４】可動翼ポンプを用いた本発明の実施形態の運転
状態を説明する線図である。

【図５】本発明の立軸多段可動翼ポンプを適用したポン
プ場周りの拡大図である。

【図６】本発明の立軸多段可動翼ポンプの一実施形態の
断面図である。

【図７】本発明の立軸多段可動翼ポンプの他の実施形態
の断面図である。

【図８】本発明の他の実施形態を示す地下排水施設の縦
断面図である。

【図９】小容量高揚程ポンプと大容量低揚程ポンプを組
み合わせた本発明の実施形態の運転状態を説明する線図
である。

【図１０】本発明の他の実施形態を示す地下排水施設の
縦断面図である。

【図１１】図６の立軸多段可動翼ポンプの翼角制御装置
のアクチュエータを上段可動翼ポンプのインナーケーシ
ング内に収納してなる一実施形態の断面図である。

【符号の説明】

１ 流入立坑 ２ 流入立坑 ３ 流入立坑 ４ 流入水路 ５ 空気孔 ６ ポンプ井 ７ 排水ポンプ ７ａ，７ｂ 可動翼ポンプ ７ｃ 固定翼ポンプ ８ 小容量高揚程グループ ９ 大容量低揚程ポンプ １０ 吐出管 １１ 越流せき １３ 吐出弁 １４ 水位計 ２３ 駆動機 ２４ 翼角制御装置 ３１ ケーシング ３２ ケーシングライナー ３３ インナーケーシング ３５，３５’ 駆動軸 ３７ 羽根車ハブ ３８ 羽根車 ４３ 操作軸 ４４ スパイダー ４５ アーム ４６ ターンバックル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−163759（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−115584（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E03F 1/00 E03F 5/22 F04D 13/00 F04D 29/18 101

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地下に設けられ流入した水を流下させる
   地下流入水路と、河川、管渠、放水路等から前記地下流
   入水路に導水するための流入立坑と、前記地下流入水路
   途中に設けられた空気孔と、前記地下流入水路の下流端
   に配置したポンプ井とを有する地下排水施設の前記ポン
   プ井に設置されるポンプであって、該ポンプが、前記地
   下流入水路が閉水路の状態で計画水量を排水可能で、か
   つ開水路の状態では締切運転にならない程度の小流量で
   排水可能に構成されてなる地下排水施設用ポンプ。
2. 【請求項２】 地下に設けられ流入した水を流下させる
   地下流入水路と、河川、管渠、放水路等から前記地下流
   入水路に導水するための流入立坑と、前記地下流入水路
   途中に設けられた空気孔と、前記地下流入水路の下流端
   に配置したポンプ井とを有する地下排水施設の前記ポン
   プ井に設置されるポンプシステムであって、該ポンプシ
   ステムが、前記地下流入水路が開水路の状態で計画水量
   を排水可能で、かつ排水待機運転される小容量の高揚程
   ポンプと、閉水路の状態では計画水量を排水可能な大容
   量低揚程ポンプとを備えてなる地下排水施設用ポンプシ
   ステム。
3. 【請求項３】 複数の立軸ポンプを同一軸上に多段に連
   結してなり、少なくとも一段の立軸ポンプが、駆動軸に
   対して翼角を変更可能に軸支された可動翼羽根車と、該
   可動翼羽根車を支持軸周りに回転させて翼角を操作する
   翼角操作機構とを有する可動翼ポンプである立軸多段可
   動翼ポンプ。
4. 【請求項４】 請求項３において、複数の前記立軸ポン
   プが全て可動翼ポンプであり、該各可動翼ポンプの駆動
   軸が中空に形成され、前記翼角操作機構が、駆動軸の中
   空部に挿通された操作軸と、該操作軸と前記可動翼羽根
   車とに連結され該操作軸の軸方向運動を前記可動翼羽根
   車の翼角回転運動に変換するリンク機構とを含んでな
   り、前記各段の駆動軸と操作軸をそれぞれ連結してなる
   ことを特徴とする立軸多段可動翼ポンプ。
5. 【請求項５】 請求項３において、複数の前記立軸ポン
   プの上段側の少なくとも一段が可動翼ポンプであり、該
   可動翼ポンプの駆動軸が中空に形成され、前記翼角操作
   機構が、駆動軸の中空部に挿通された操作軸と、該操作
   軸と前記可動翼羽根車とに連結され該操作軸の軸方向運
   動を前記可動翼羽根車の翼角回転運動に変換するリンク
   機構とを含んでなり、前記立軸ポンプの各段の駆動軸を
   連結するとともに、上段側の可動翼ポンプの操作軸を連
   結してなることを特徴とする立軸多段可動翼ポンプ。
6. 【請求項６】 請求項３乃至５のいずれかにおいて、前
   記可動翼ポンプが二段以上の場合、前記翼角操作機構
   は、上段側の翼角が最小翼角になるとき下段側の翼角が
   最小翼角より若干大きな角度位置になるように設定され
   たことを特徴とする立軸多段可動翼ポンプ。