JP3569616B2

JP3569616B2 - 立軸ポンプの吸込水路

Info

Publication number: JP3569616B2
Application number: JP31039497A
Authority: JP
Inventors: 正英小西
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: JPH11148498A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立軸ポンプの吸込水路に係り、特に雨水排水や灌漑用の大型立軸ポンプの吸込水路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種立軸ポンプの吸込水路として、図４ないし図６に示すものが知られている。この吸込水路はコンクリ−トによって構築されており、立軸ポンプ１の吸込口２に連通する吸込孔３と、この吸込孔３の周囲を取囲んで下向きに膨出する傘型膨出部４を有し、この傘型膨出部４の下流側半部における径外側膨出始端に連続する立壁５と、傘型膨出部４の上流側半部における径外側膨出始端に連続する天井部６と、立壁５の上流端と天井部６に連続する両側壁７Ａ，７Ｂおよび両側壁７Ａ，７Ｂと立壁５の下端に連続する底部８によって囲まれた空間を備えている。また、吸込孔３の下方に対向する底部８上に截頭円錐形の隆起部９が形成されている。
【０００３】
したがって、立軸ポンプ１を運転した場合、略水平の水の流れが傘型膨出部４に案内されて略直角で上向きに急激に方向転換して吸込孔３を通り、吸込口２から立軸ポンプ１に吸込まれるので、吸込孔３内の流れに乱れを生じてロスが大きくなる。このロスは吸込水路の水路幅を縮小して流速を高めることにより、著しく増大するので、水路幅の縮小が制限され吸込水路のコンパクト化を妨げている。
【０００４】
一方、図７に示す予旋回型の吸込水路が知られている。この吸込水路は、吸込口２および吸込孔３の中心Ｐを通り吸込水路の流れ方向にのびる第１の中心線Ｃ１に直交する第２の中心線Ｃ２より下流側（奥側）で、立壁５に中心Ｐに向けて突出する舌部１０を形成した構造になっている。
【０００５】
このような予旋回型吸込水路によれば、水の流れは舌部１０に干渉して旋回しながら上昇し、吸込孔３を通り吸込孔３から立軸ポンプ１に吸込まれるので、図４ないし図６で説明した吸込水路よりも上向きの方向転換が緩やかになるから、吸込孔３内での流れの乱れが緩和されて、ロスが幾分小さくなる。しかし、矢印Ｘ１とＸ２で示すように、第２の中心線Ｃ２より奥側で逆向きの流れを生じ、これらが互いに衝突し合うので、吸込孔３に吸込まれる前に比較的大きいロスが発生することになる。
【０００６】
他方、この吸込水路では、吸込孔３における第２の中心線Ｃ２より上流側の斜線部分において、かなりの量（１／２を越える）の水を吸込むことになって、第２の中心線Ｃ２より奥側にまわり込む水量が少なくなる。このため、吸込孔３の吸込み状態が円周方向で不均等なアンバランス状態になって立軸ポンプ１の吸込性能を低下させる。しかも、第２の中心線Ｃ２より奥側には極端に流れの遅い「よどみ部」が生じ、ここに水中渦が発生し易くなり、発生した水中渦が吸込孔３および吸込口２に吸込まれて立軸ポンプ１に侵入すると、立軸ポンプ１に異常な振動や騒音が生じる。
【０００７】
本発明出願人は、これらの欠点を解消した立軸ポンプの吸込水路を特開平８−１０９８９３号公報において既に提案している。この立軸ポンプの吸込水路は、図８および図９に示すように、天井部６、底部８および両側の側壁７Ａ，７Ｂを備えた閉断面構造で水の流れ方向にのび、天井部６には立軸ポンプ１の吸込口２に連通する上下方向の吸込孔３が形成され、この吸込孔３に対向して小径の截頭円錐形隆起部９が底部８に立設され、吸込口２と吸込孔３および隆起部９の中心Ｐを通り水の流れ方向にのびる第１の中心線Ｃ１に直交する第２の中心線Ｃ２より奥部に，天井部６、底部８および両側の側壁７Ａ，７Ｂに連続する立壁５が設けられ、第１の中心線Ｃ１の一方の領域の立壁５の上流端部および一方の側壁７Ａの下流端部を第１の中心線Ｃ１側に円弧状に膨出して先端１０Ａで合流させた舌部１０が形成され、この舌部１０の先端１０Ａの位置を第１の中心線Ｃ１上の吸込孔３の直上流位置に設定するとともに、第１の中心線Ｃ１の他方の領域の立壁５の上流端、すなわち第２の中心線Ｃ２上にある立壁５と他方の側壁７Ｂとの境界アから舌部１０の先端１０Ａに至る立壁５の内面の曲率半径を、境界ア先端１０Ａにかけて連続的に漸次小さく設定して、第２の中心線Ｃ２より奥部で截頭円錐形隆起部９と立壁５の間に形成される円弧状流路１１の断面積を無段階的に縮小した構造になっている。
【０００８】
このように構成された立軸ポンプの吸込水路では、水の流れは円弧状流路１１の立壁５の内面に沿い舌部１０に干渉して一方向（ポンプ羽根車の回転方向と同じ方向）に予旋回しながら截頭円錐形隆起部９に沿って螺旋状に上昇し、吸込孔３を通り吸込口２から立軸ポンプ１に吸込まれるので、上方への急激な方向転換が避けられ吸込孔３内でのロスを小さくできる。また、第２の中心線Ｃ２より奥側での逆向きの流れが無くなるため吸込孔３に吸込まれる前のロスも小さくなる。さらに、円弧状流路１１の断面積が無段階的に縮小されるので、ここでの流速は漸増することになり、流速急変によって生じる流れのハクリや損失の増加を回避できる。しかも、吸込口２および吸込孔３の全周から略均等に水を吸込むことができるので、吸込みのアンバランスが解消されるとともに、「よどみ部」が生じるのを抑えて水中渦の発生を抑制することができる。さらに、吸込水路の水路幅を縮小して流速を高めることができるので、吸込水路のコンパクト化を図ることができる。
【０００９】
本発明出願人は、既に提案している前記特開平８−１０９８９３号公報に記載の立軸ポンプの吸込水路に基づいて鋭意研究の結果、舌部１０の先端１０Ａの位置を所定範囲内で変動させるとともに、円弧状流路１１の底部８に工夫を凝らすことによって、吸込孔３でのロスおよび該吸込孔３に吸込まれる前のロスをそれぞれ小さくする効果、吸込孔３の全周から略均等に水を吸込むことによって吸込みのアンバランスが解消される効果、「よどみ部」が生じるのを抑えて水中渦の発生を抑制する効果および吸込水路のコンパクト化が図れる効果を奏することのできる立軸ポンプの吸込水路を開発するに至った。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図４ないし図６に示す従来の立軸ポンプの吸込水路では、流れが上方向に急激に方向転換されるので、吸込孔での流れに乱れを生じロスが大きくなる。また、吸込孔でのロスは吸込水路の水路幅を縮小して流速を高めることにより、著しく増大するので、水路幅の縮小が制限される。
一方、図７に示す従来の立軸ポンプの吸込水路では、方向転換の度合いが緩やかなために、吸込孔での流れの乱れが緩和されてロスも小さくなる。しかし、第２の中心線より奥側で逆向きの流れを生じ、これらが互いに衝突し合うので、吸込孔３に吸込まれる前に比較的大きいロスが発生する。
しかも、両者とも吸込孔の吸込み状態が円周方向で不均等なアンバランス状態になって立軸ポンプの吸込性能を低下させる。また、第２の中心線より奥側には極端に流れの遅い「よどみ部」が生じ、ここに水中渦が発生し易くなり、発生した水中渦が吸込孔および吸込口に吸込まれて立軸ポンプに侵入すると、立軸ポンプに異常な振動や騒音が生じる。
そこで、本発明は、吸込孔でのロスおよび該吸込孔に吸込まれる前のロスをそれぞれ小さくし、吸込孔の全周から略均等に水を吸込むことによって吸込みのアンバランスを解消し、「よどみ部」が生じるのを抑えて水中渦の発生を抑制するとともに、吸込水路のコンパクト化を図ることができる立軸ポンプの吸込水路を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る立軸ポンプの吸込水路は、天井部、底部および両側の側壁を備えた閉断面構造で水の流れ方向にのび、前記天井部には立軸ポンプの吸込口に連通する上下方向の吸込孔が形成され、この吸込孔に対向して小径の截頭円錐形隆起部が前記底部に立設され、前記吸込孔および隆起部の中心を通り水の流れ方向にのびる第１の中心線に直交する第２の中心線より奥部に前記天井部、底部および両側の側壁に連続する立壁が設けられ、前記第１の中心線の一方の領域の立壁の上流端部および一方の側壁の下流端部を第１の中心線側に円弧状に膨出して先端で合流させた舌部が形成されているとともに、第１の中心線の他方の領域の立壁の上流端から前記舌部の先端に至る前記立壁の内面の曲率半径を前記上流端から先端にかけて連続的に漸次小さく設定して、前記第２の中心線より奥部で前記截頭円錐形隆起部と立壁の間に形成される円弧状流路の断面積を無段階的に縮小してなる立軸ポンプの吸込水路において、前記舌部の先端が第１の中心線から第２の中心線に向って４５゜以内の第１中心線を除く任意の位置に設定されていることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明に係る立軸ポンプの吸込水路は、前記円弧状流路の底部が前記他方の領域の立壁の上流端から前記舌部の先端にかけて上り勾配で傾斜していることを特徴としている。
さらに、請求項３に記載の発明に係る立軸ポンプの吸込水路は、前記立軸ポンプの吸込口に連通する上下方向の吸込孔下端部入口の縦断面形状が円弧面に形成され、該円弧面の曲率半径Ｒと前記吸込口の内径Ｄとの関係をＲ≧Ｄ／２に設定していることを特徴としている。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、舌部の先端を第１の中心線から第２の中心線に向って４５゜以内の第１中心線を除く任意の位置に設定することで、水の流れは立壁の内面に沿い舌部に干渉して一方向に予旋回しながら上昇し、吸込孔を通り吸込口から立軸ポンプに吸込まれるので、上方への急激な方向転換が避けられ吸込孔内でのロスを小さくできる。また、吸込孔の略全周から均等に水を吸込むことができるので、吸込みのアンバランスが解消されるとともに、よどみ部が生じるのを抑えることができる。
請求項２に記載の発明によれば、円弧状流路の底部が他方の領域の立壁の上流端から舌部の先端にかけて上り勾配で傾斜していることにより、水の流れの上方への急激な方向転換を一層有効に抑えることができる。
請求項３に記載の発明によれば、予旋回しながら上方へ方向転換する水の流れを吸込孔下端部入口に衝突させることなく、スムーズに吸込孔に導入することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用した吸込水路の横断平面図、図２は図１のＡ−Ａ線縦断側面図である。なお、前記図４ないし図７で説明した従来例と同一もしくは相当部分には、同一符号を付して詳しい説明は省略する。
図１および図２において、舌部１０の先端１０Ａが吸込孔３の第２の中心線Ｃ２以上の上流側で第１の中心線Ｃ１から第２の中心線Ｃ２に向かってθ＝４５゜の位置に設定されているとともに、円弧状流路１１の底部８が第１の中心線Ｃ１の他方の領域の立壁５の上流端、すなわち第２の中心線Ｃ２上にある立壁５と他方の側壁７Ｂとの境界アから舌部１０の先端１０Ａにかけて上り勾配で傾斜している。
【００１４】
また、吸込孔３下端部の入口の断面形状、つまり天井部６と吸込孔３の角部３Ａの断面形状を円弧状に形成し、その曲率半径Ｒと吸込孔３の内径Ｄとの関係をＲ≧Ｄ／２に設定している。
【００１５】
このような構成であれば、水の流れは立壁５の内面に沿い舌部１０に干渉して一方向（ポンプ羽根車の回転方向と同じ方向）に予旋回しながら截頭円錐形隆起部９に沿って螺旋状に上昇し、吸込孔３を通り吸込口２から立軸ポンプ１に吸込まれるので、上方への急激な方向転換が避けられ吸込孔３内でのロスを小さくできるので、吸込水路の水路幅を縮小して流速を高めることが可能になり、吸込水路のコンパクト化を図って、その構築費を低減することができる。また、第２の中心線Ｃ２より奥側での逆向きの流れが無くなるため吸込孔３に吸込まれる前のロスも小さくなる。さらに、円弧状流路１１の底部８が第２の中心線Ｃ２上にある立壁５と他方の側壁７Ｂとの境界アから舌部１０の先端１０Ａにかけて上り勾配で傾斜しているので、水の流れの上方への急激な方向転換を一層有効に避けて、吸込孔３内でのロスを小さくするのに寄与することができる。
【００１６】
しかも、天井部６と吸込孔３の角部３Ａの断面形状を円弧状に形成し、その曲率半径Ｒと吸込孔３の内径Ｄとの関係をＲ≧Ｄ／２に設定しているので、一方向に予旋回しながら上方へ方向転換する水の流れは角部３Ａに衝突することなく、スムーズに吸込孔３に導入される。すなわち、曲率半径Ｒと吸込孔３の内径Ｄとの関係がＲ＜Ｄ／２に設定されている角部３Ａでは、一方向に予旋回しながら上方へ方向転換する水の流れが角部３Ａに衝突して、反射や流れの乱れなどを生じるものの、Ｒ≧Ｄ／２の関係に設定することによって、衝突することなくスムーズに吸込孔３に導入されることを実験により確認している。このように、スムーズに吸込孔３に導入されることことによって、より一層、吸込孔３内でのロスを小さくすることができる。さらに、吸込孔３の略全周から均等に水を吸込むことができるので、吸込みのアンバランスが解消されるとともに、「よどみ部」が生じるのを抑えることができる。
【００１７】
第１の中心線Ｃ１から第２の中心線Ｃ２に向かって、θ＝４５゜以内の第１の中心線Ｃ１上を除く任意の位置に舌部１０の先端１０Ａを設定することで、（第１の中心線Ｃ１上に舌部１０の先端１０Ａを設定する構成は図８に示されている）水の流れが上方へ急激に方向転換するのを避けて、吸込孔３内でのロスを小さくする作用が大きくなる。
【００１８】
一方、θ＝４５゜を超える位置から第２の中心線Ｃ２上までの９０゜の範囲内の任意の位置、たとえば、図３に示すように、第２の中心線Ｃ２上に舌部１０の先端１０Ａを設定することで、前記４５゜以内の第１の中心線Ｃ１上を除く任意の位置に舌部１０の先端１０Ａを設定した場合と比較して、吸込孔３における第２の中心線より上流側の領域からの吸込み量が多くなって、第２の中心線Ｃ２より奥側にまわり込む水量が少なくなる。このため、吸込孔３の吸込み状態が円周方向で若干不均等なアンバランス状態になって立軸ポンプ１の吸込性能を低下させ、しかも、第２の中心線Ｃ２より奥側には流れの遅い「よどみ部」が生じ易く、ここに水中渦が発生し易くなるおそれを有してはいるものの、図７に示す従来の立軸ポンプの吸込水路と比較すれば、かなりの改善を期待できる作用が得られる。
【００１９】
すなわち、舌部１０の先端１０Ａは、吸込孔３の第２の中心線Ｃ２以上の上流側で第１の中心線Ｃ１付近から第２の中心線Ｃ２上までの約９０゜の範囲内において、０≦θ≦４５゜に設定することが望ましいといえる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、吸込孔でのロスおよび該吸込孔に吸込まれる前のロスをそれぞれ小さくできる。これにより、吸込水路のコンパクト化が可能になり構築費を低減できる。また、吸込孔の全周から略均等に水を吸込むことによって吸込みのアンバランスを解消でき、立軸ポンプに悪影響がおよぶのを避けることができる。さらに、「よどみ部」が生じるのを抑えて水中渦の発生を抑制できるので、水中渦が立軸ポンプに吸込まれる不都合の発生を避け、異常な振動や騒音の発生を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を適用した吸込水路の横断平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線縦断側面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を適用した吸込水路の横断平面図である。
【図４】第１従来例の横断平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線縦断側面図である。
【図６】図４のＣ−Ｃ線縦断正面図である。
【図７】第２従来例を示す横断平面図である。
【図８】比較例の横断平面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ線縦断側面図である。
【符号の説明】
１立軸ポンプ
２立軸ポンプの吸込口
３吸込孔
５立壁
６天井部
７Ａ一方の側壁
７Ｂ他方の側壁
８底部
９截頭円錐形の隆起部
１０舌部
１０Ａ舌部の先端
Ｃ１第１の中心線
Ｃ２第２の中心線
Ｐ吸込口と吸込孔の中心

Claims

天井部、底部および両側の側壁を備えた閉断面構造で水の流れ方向にのび、前記天井部には立軸ポンプの吸込口に連通する上下方向の吸込孔が形成され、この吸込孔に対向して小径の截頭円錐形隆起部が前記底部に立設され、前記吸込孔および隆起部の中心を通り水の流れ方向にのびる第１の中心線に直交する第２の中心線より奥部に前記天井部、底部および両側の側壁に連続する立壁が設けられ、前記第１の中心線の一方の領域の立壁の上流端部および一方の側壁の下流端部を第１の中心線側に円弧状に膨出して先端で合流させた舌部が形成されているとともに、第１の中心線の他方の領域の立壁の上流端から前記舌部の先端に至る前記立壁の内面の曲率半径を前記上流端から先端にかけて連続的に漸次小さく設定して、前記第２の中心線より奥部で前記截頭円錐形隆起部と立壁の間に形成される円弧状流路の断面積を無段階的に縮小してなる立軸ポンプの吸込水路において、
前記舌部の先端が第１の中心線から第２の中心線に向って４５゜以内の第１中心線を除く任意の位置に設定されていることを特徴とする立軸ポンプの吸込水路。
前記円弧状流路の底部が前記他方の領域の立壁の上流端から前記舌部の先端にかけて上り勾配で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプの吸込水路。
前記立軸ポンプの吸込口に連通する上下方向の吸込孔下端部入口の縦断面形状が円弧面に形成され、該円弧面の曲率半径Ｒと前記吸込口の内径Ｄとの関係をＲ≧Ｄ／２に設定していることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプの吸込水路。