JP3876242B2 - 先行待機型立軸ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、先行待機型立軸ポンプに関する。

近年、市街地化や道路の舗装化により雨水の地下浸透率が低下している。また、ヒートアイランド現象等による局地的集中豪雨の発生が増加している。これらの原因により、下水道の排水ポンプ場へ短時間に多量の雨水が流入する傾向がある。この短時間かつ多量の雨水流入に対処するために、降雨情報等に基づいて予めポンプを始動しておいて雨水が排水ポンプ場に流入するのと同時に排水を開始し、かつ吸水槽内の水位が変動しても運転状態を維持することができる先行待機型のポンプに対する要求が高まっている。

立軸ポンプで先行待機運転を実現する上で、いわゆるハンチング運転が最も問題となる。このハンチング運転について図６（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明する。図６において、１は立軸ポンプのケーシング、２は主軸、３はインペラ、４は吐出管である。図６（Ａ）に示すように吸水槽内の水位がインペラ３より上方にあるときは通常の揚水運転であり、立軸ポンプによって吸い上げられた吸水槽内の水が吐出管４から排水される。図６（Ｂ）に示すようにケーシング１の下端（吸込ベルの下端）付近まで水位が低下すると、ケーシング１の下端から多量の空気が瞬間的にケーシング１内に入る。その結果、図６（Ｃ）に示すように、ケーシング１内のインペラ３より下方の領域に空気だまり５が形成され、上方の領域には水柱６が形成される。図６（Ｃ）の状態はエアロック運転と呼ばれている。しかし、空気だまり５の空気が水柱６内に上昇するのでエアロック運転は直ちに解消され、図６（Ｄ）に示すように揚水運転に移行する。図６（Ｄ）の揚水運転で吐出管４に水が吐出されると、図６（Ｃ）のエアロック運転に直ちに戻る。結局、図６（Ｃ）エアロック運転と図６（Ｄ）の通常の揚水運転が極めて短時間に繰り返されることになり、これがハンチング運転である。このハンチング運転は、大きな振動を発生し立軸ポンプの運転の安定性及び耐久性に対して悪影響を及ぼす。

従来、このハンチング運転をなくすために種々の試みがなされている。例えば、特許文献１に記載の先行待機型立軸ポンプは、一端がインペラよりも下方でケーシング内に開口して他端が大気に開放した吸気管と、この吸気管に介設された吸気弁とを備え、インペラの下端まで水位が低下した時に吸気弁を開弁してケーシング内に空気を導入することで前記ハンチング運転を回避している。

しかし、特許文献１に記載の先行待機型立軸ポンプでは、予想される吸水槽の最高水位よりも高い位置まで吸気管を配管する必要があり、取り付けや組み立てが非常に煩雑である。
特公平５−９６４０号公報

前記従来の先行待機型立軸ポンプにおける問題に鑑み、本発明は、取り付けや組み立てが簡易な構成で、エアロック運転ないしはハンチング運転のない先行待機運転を行うことができる、先行待機型立軸ポンプを提供することを課題としている。

従って、本発明は、吸水槽内に配置され、その下端開口が吸込口を構成している鉛直方向に延びるケーシングと、前記ケーシング内に延びる主軸の下端側に固定されたインペラと、前記インペラよりも下方の前記ケーシング内に配置され、回転自在に支持された前記主軸と同方向に延びる回転軸と、この回転軸に固定された複数の羽根とを備え、前記吸水槽内の水位が前記インペラ下端に達したときに発生する旋回流で回転するみず車とを備える、先行待機型立軸ポンプを提供する。

吸水槽内の水位が前記インペラ下端に達したときに発生する旋回流でみず車が回転するので、インペラの周囲で循環する水の流れが攪拌されて空気が混入する。従って、吸水槽内の水位がインペラの下端付近にあるときには気水混合運転となり、エアロック運転ないしはハンチング運転のない先行待機運転を行うことができる。

本発明の先行待機型立軸ポンプでは、吸水槽内の水位が前記インペラ下端に達したときに発生する旋回流でみず車が回転することにより、エアロック運転ないしはハンチング運転のない先行待機運転を実現することができる。また、ケーシング内に空気を供給するための吸気管を配管する必要がない点で構造が簡易で、取り付けや組み立ても容易である。

次に添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１に示す本実施形態の先行待機型立軸ポンプ（以下、単に立軸ポンプという）１１は、図示しない流入側管路から排水ポンプ場の吸水槽１０内に流入する雨水等の水を下流側に排水するためのものであり、吸水槽１０内に配置された鉛直方向に延びるケーシング１２を備えている。ケーシング１２は、直管状の揚水管１３、揚水管１３の下端に連結されたポンプケーシング１４、ポンプケーシング１４の下端に連結された吸込ベル１５、及び揚水管１３の上端に連結されて鉛直方向から水平方向に湾曲した吐出エルボ１６を備えている。吸込ベル１５の下端開口がこの立軸ポンプ１１の吸込口を構成している。一方、吐出エルボ１６には吐出管１７が連結されている。前記ポンプケーシング１２内にインペラ１８が配設されている。このインペラ１８が下端に固定されている主軸１９はケーシング１２内で鉛直方向に延びている。ケーシング１２の外部に突出している主軸１９の上端側は、概略的に示すモータ、減速機構等からなるポンプ駆動機構２０に機械的に連結されている。２１，２２は主軸１９を支持する軸受である。

図２及び図３を併せて参照すると、インペラ１８よりも下方側、詳細には吸込ベル１５内に、みず車３０が配置されている。このみず車３０は、主軸１８と同軸に配置された鉛直方向に延びる回転軸３１を備えている。回転軸３１は吸込ベル１５に固定された軸受３２，３３により回転自在に支持されている。回転軸３１には平板状の４枚の羽根３４が固定されている。

次に、この立軸ポンプ１１の動作を説明する。なお、以下の説明では、ポンプ駆動機構２０によりインペラ１８が固定された主軸１９が回転駆動される状態、すなわち立軸ポンプ１１の運転状態が継続されているものとする。

図１に示すように、吸水槽１０内の水位が吸込ベル１５の下端に待たない水位ＷＬ１にあるときには、ケーシング１２内への水の流入はなく、インペラ１８は空気中で空転する（気中運転）。ケーシング１２内への水の流入がないので、気中運転中はみず車３０は回転することなく静止している。図４に示すように、吸水槽１０内の水位がインペラ１８の下端に達するまでは気中運転の状態が維持される。

図４に示すように、吸水槽１０内の水位がインペラ１８の下端が没水する水位ＷＬ２まで上昇すると、吐出管１７への揚水は開始されないが、インペラ１８の周囲で循環する水の流れが発生する。この循環流の影響によりケーシング１２内のインペラ１８下端側の流路に以下の式に示す旋回流が発生する。

ここでＵは旋回流の速度、Ｖは循環流の速度、Ｄはみず車３０の直径、ｎはみず車３０の回転数である。

この旋回流によりみず車３０が回転し、循環流れを攪拌する。その結果、インペラ１８内部に空気の巻き込みが発生し、気水混合運転となる。

図５に示すように、吸水槽１０内の水位がインペラ１８により揚水可能な水位ＷＬ３（例えばインペラ１８の上端が完全に没水する水位）まで上昇すると、吸込ベル１５下端の吸込口がケーシング１２に流入した水はインペラ１８を経て吐出管１７に向かって流れる（通常の揚水運転）。この揚水運転では前述の気水運転と異なり、インペラ１８の下端付近の水の流れは主軸１９の方向ないしは本来の揚水方向の流れ（主流流れ）が支配的となる。そのため、旋回流の主流流れに対する速度比が小さくなり、回転停止状態となるか極めて低速で回転する。従って、みず車３０は吸込口からインペラ１８に向かう流れに対して抵抗とならず、インペラ１８へ円滑に水を導く整流板として機能する。

図５の通常の揚水運転から吸水槽１０内の水位が低下する場合、インペラ１８の下端に対応する水位ＷＬ２までは通常の揚水運転であり、水位ＷＬ２付近では気水混合運転となり、さらに水位が低下すると気中運転となる。

以上のように本実施形態の立軸ポンプ１１の運転状態は気中運転（図１）、気水混合運転（図４）、及び通常の揚水運転（図５）の３種類であり、エアロック運転ないしはハンチング運転のない先行待機運転を実現することができる。なお、本実施形態では、みず車３０を吸込ベル１５に設けているので、既存の立軸ポンプの吸込ベルを本実施形態の吸込ベル１５と取り替えるだけで本実施形態の立軸ポンプ１１を製作できる。すなわち、既存の立軸ポンプの比較的簡単な改造で本実施形態の立軸ポンプ１１を製作することができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、みず車の羽根の形状と枚数等は立軸ポンプの性能に応じて任意に変更することができる。また、吸水槽内の水位を検出する手段と、みず車の回転数を調節する手段とを設け、吸水槽内の水位に応じてみず車の回転数を制御してもよい。

本発明の実施形態に係る先行待機型立軸ポンプの気中運転を示す縦断面図。 本発明の実施形態に係る先行待機型立軸ポンプを示す部分拡大断面図。 図２のIII−III線での断面図。 本発明の実施形態に係る先行待機型立軸ポンプの気水混合運転を示す縦断面図。 本発明の実施形態に係る先行待機型立軸ポンプの気水混合運転を示す縦断面図。 （Ａ）〜（Ｄ）は従来の立軸ポンプにおける水位と運転状態の関係を説明するための概略的な縦断面図。

符号の説明

１０ 吸水槽
１１ 先行待機型立軸ポンプ
１２ ケーシング
１３ 揚水管
１４ ポンプケーシング
１５ 吸込ベル
１６ 吐出エルボ
１７ 吐出管
１８ インペラ
１９ 主軸
２０ ポンプ駆動機構
３０ みず車
３１ 回転軸
３２，３３ 軸受
３４ 羽根

Claims (1)

1. 吸水槽内に配置され、その下端開口が吸込口を構成している鉛直方向に延びるケーシングと、
   前記ケーシング内に延びる主軸の下端側に固定されたインペラと、
   前記インペラよりも下方の前記ケーシング内に配置され、回転自在に支持された前記主軸と同方向に延びる回転軸と、この回転軸に固定された複数の羽根とを備え、前記吸水槽内の水位が前記インペラ下端に達したときに発生する旋回流で回転するみず車と
   を備える、先行待機型立軸ポンプ。
   

Images