JP4012271B2 - 先行待機形立軸ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ井の低い状態でも起動ができ運転状態で待機できる先行待機形立軸ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、流域内の市街化や土地利用の高度化が急速に進んだことにより、降った雨水はほとんど地面に吸収されなくなっている。このため、雨量が多い場合には降りだしてからわずかな時間で大量の雨水がポンプ場へ流入してくる。かかる急激な雨水流入に対処するため、ポンプ井の水位が低い状態でも起動ができ、全速運転で待機しておくことができる先行待機形立軸ポンプが従来から用いられている。なお、かかる先行待機形立軸ポンプは、ポンプ場のみならず、農地排水用，その他の排水にも用いられる。
【０００３】
図５は、従来の先行待機形立軸ポンプの全体構成図である。この図に示すように、先行待機形立軸ポンプは、羽根車１、ベルマウス２、主軸３、ケーシング４、吊り下げ管５、吐出エルボ６、吸気管７等からなり、ディーゼルエンジン（図示せず）等により主軸３を介して羽根車１を回転するようになっている。この回転により、ベルマウス２の開口端（下端）からポンプ井８に溜まった雨水等を吸い込み、ケーシング４、吐出エルボ６等を介して排水する。
【０００４】
吸気管７は、一端７ａ（開口端）が羽根車１よりわずかに高い位置のポンプ井８内に開口し、他端７ｂが羽根車１より下方のベルマウス２内に開口している。吸気管７の一端７ａがポンプ井８の水位より上に位置するときには、吸気管７を通して空気がベルマウス２に流入するため、羽根車１が空転して排水が行われず、逆に吸気管７の開口端７ａがポンプ井８の水位より下に位置するときには、吸気管７が水で閉じられるので、空気の流入がなくなり、羽根車１が正常に機能して排水が行われる。従って、かかる先行待機形立軸ポンプを運転状態にしておくことにより、ポンプ井８の水位によりポンプによる排水（送水／停止）を自動的に制御することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、吸気管７の開口端部分の従来の構成図である。この図に示すように、従来の開口端７ａは、吸気管７の端部をその軸線に垂直に切った形状をしている。しかし、待機運転形ポンプの吸込井にはゴミが多く浮遊しているため、吸気管の開口端から浮遊しているゴミを吸い込み、このゴミが吸気管に詰まり、吸気を阻害して上述した先行待機形立軸ポンプの作動を悪化させたり、ベルマウス２の下端から空気を吸い込んで異常振動を起こし、ポンプを損傷させるおそれがある等の問題点があった。
【０００６】
また、上述したように、先行待機形立軸ポンプは、水位により送水／停止を制御するため、従来の先行待機形立軸ポンプでは、水位のわずかな上下動（例えば波うち等）によって頻繁に送水／停止が繰り返され、ハンチングや異常振動を引き起こすおそれがあった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の主目的は、ポンプ井の浮遊ゴミを吸い込みにくい先行待機形立軸ポンプを提供することにある。また、本発明の別の目的は、送水を開始する水位と送水を停止する水位との間に幅があり、わずかな水位変動では送水／停止の切り換えがおきない先行待機形立軸ポンプを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によれば、一端が羽根車より高い位置のポンプ井内に開口し他端が羽根車より下方のベルマウス内に開口した吸気管を備え、該吸気管からの空気の吸い込みにより送水／停止を制御する先行待機形立軸ポンプにおいて、吸気管の前記一端はポンプ井内に垂直に配置され、更に該吸気管端部を間隔を隔てて囲む中空円筒形のゴミよけ装置を備え、該ゴミよけ装置は、吸気管の端部より上方に固定された上端部と、上端部から吸気管端部より下方まで垂直に延びた中間部と、下方が開口した下端部とを有し、前記中間部の吸気管の端部より上方部分に複数の貫通穴が設けられている、ことを特徴とする先行待機形立軸ポンプが提供される。本発明の好ましい実施形態によれば、前記貫通穴の最大寸法は、吸気管内径よりも小さく、かつ貫通穴の総面積は吸気管内面積よりも十分に大きく設定されている。
【０００９】
上述した本発明の構成によれば、中間部の吸気管の端部より上方部分に複数の貫通穴が設けられているので、吸気管端部が水面より少しでも上に位置して空気を吸い込むときには、貫通穴は更に上方に位置するので、貫通穴は水面より十分高い位置に位置し水面に浮かぶゴミはゴミよけ装置内には流入できない。従ってゴミを吸い込むことなく、貫通穴を通った空気のみを吸気管端部から吸い込むことができる。また、中間部の貫通穴が水面付近に位置するときには、吸気管の端部は完全に水没しているので、吸気管からの空気の吸い込みはなく、貫通穴を通る流れがほとんどないため水面に浮かぶゴミは表面を漂うだけでゴミよけ装置内には流入しない。特に、貫通穴の最大寸法を、吸気管内径よりも小さく、かつ貫通穴の総面積を吸気管内面積よりも十分に大きく設定することにより、吸気管の機能を損なうことなく吸気管に詰まるような大きさのゴミの流入を防止することができる。
【００１０】
言い換えれば、開口端が水面から出た時、まわりにゴミがなければゴミの吸い込みが防止できるので、吸気管の開口部付近に外筒（ゴミよけ装置の中間部）を設けゴミの入るのを防いでいる。また、空気は外筒上部の穴から流れ込む構造にしているため、水面近くのゴミは開口端へは入り込まない。また、外筒の穴の部分に水位がある時は、空気の吸い込みはないため、そこに流れは起こらす、ゴミの流入も発生しない。従って、かかるゴミよけ装置を取り付けることで、ゴミの詰まりにより故障を防止し、信頼性の高い運転を行うことができる。
【００１１】
また、第２の発明によれば、一端が羽根車より高い位置のポンプ井内に開口し他端が羽根車より下方のベルマウス内に開口した吸気管を備え、該吸気管からの空気の吸い込みにより送水／停止を制御する先行待機形立軸ポンプにおいて、吸気管の前記一端は、下方に向かって面積が漸増する開口部を有する、ことを特徴とする先行待機形立軸ポンプが提供される。
【００１２】
この構成により、急激な空気量の変化を避け、水位の変化により徐々に開口部の空気流入面積が変わっていくため、ポンプ本体の運転状態が急激に変化するのを防止し、水面のわずかな変化（水面のゆれ等）により待機・排水を繰り返すようなこともなく、安定した先行待機形立軸ポンプの運転を実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図１は、本発明による先行待機形立軸ポンプの全体構成図である。この図に示すように、本発明の先行待機形立軸ポンプ１０は、羽根車１、ベルマウス２、主軸３、ケーシング４、吊り下げ管５、吐出エルボ６等からなり、ディーゼルエンジン（図示せず）等により主軸３を介して羽根車１を回転するようになっている。この回転により、ベルマウス２の開口端（下端）からポンプ井８に溜まった雨水等を吸い込み、ケーシング４、吐出エルボ６等を介して排水する。なお、羽根車１は、この図では斜流羽根車であり、ポンプは斜流ポンプであるが、本発明はこれに限定されず、立軸ポンプである限り、遠心式でも軸流式でもよい。かかる構成は、図５に示した従来の先行待機形立軸ポンプと同様である。
【００１４】
本発明の先行待機形立軸ポンプ１０は、更に、吸気管１２を備えている。この吸気管１２の一端１２ａ（開口端）は、羽根車１よりわずかに高い位置のポンプ井８内に開口し、他端１２ｂが羽根車１より下方のベルマウス２に開口している。またこの吸気管１２の開口端部はポンプ井８内に垂直（鉛直）に配置されている。
【００１５】
更に、本発明の先行待機形立軸ポンプ１０は、吸気管端部１２ａを間隔を隔てて囲む中空円筒形のゴミよけ装置１４を備えている。
【００１６】
図２は、図１の吸気管開口端部の構成図であり、（Ａ）は吸気管端部が水面付近に位置する場合、（Ｂ）は吸気管端部が水没している場合を示している。この図に示すように、ゴミよけ装置１４は、上端部１４ａ，中間部１４ｂ，及び下方が開口した下端部１４ｃからなる。上端部１４ａは、吸気管１２の端部（開口端１２ａ）より上方に溶接等で固定されている。中間部１４ｂは、上端部１４ａから吸気管端部１２ａより下方まで垂直に延びている。また、この中間部１４ｂの吸気管端部１２ａより上方部分に複数の貫通穴１５が設けられている。
【００１７】
貫通穴１５の最大寸法は、吸気管１２の内径よりも小さく、かつ貫通穴１５の総面積は吸気管１２の内面積よりも十分に大きく設定され、吸気管１２の機能を損なうことなく吸気管１２に詰まるような大きさのゴミ９の流入を防止するようになっている。
【００１８】
上述した本発明の構成によれば、中間部１４ｂの吸気管端部１２ａより上方部分に複数の貫通穴１５が設けられているので、図２（Ａ）に示すように、吸気管端部１２ａが水面より少しでも上に位置して空気を吸い込むときには、貫通穴１５は更に上方に位置するので、貫通穴１５は水面より十分高い位置に位置し、水面に浮かぶゴミ９はゴミよけ装置１４内には流入できず、従ってゴミ９を吸い込むことなく、貫通穴１５を通った空気のみを吸気管端部１２ａから吸い込むことができる。また、図２（Ｂ）に示すように、中間部１４ｂの貫通穴１５が水面付近に位置するときには、吸気管端部１２ａは完全に水没しているので、吸気管１２からの空気の吸い込みはなく、貫通穴１５を通る流れがほとんどないため水面に浮かぶゴミ９は表面を漂うだけでゴミよけ装置１４内には流入しない。
【００１９】
図３は、吸気管開口端の実施形態を示す図であり、図３（Ａ）は図２に示した吸気管開口端（左図）とその特性（右図）を示している。この図において、吸気管１２の一端１２ａは、下方に向かって面積が漸増する開口部１６ａを有している。すなわち、この図において、吸気管１２の一端１２ａは、斜めに切断されており、開口部１６ａは斜めの楕円形状になっている。かかる開口部１６ａを有することにより、水位が楕円の上端に位置するときには、空気を吸い込む開口面積はゼロであり、水位が楕円の下端に位置するときには、開口面積が最大となり、その間下方に向かって開口面積が漸増する。従って、この構成により、急激な空気量の変化を避け、水位の変化により徐々に開口部１６ａの空気流入面積が変わっていくため、ポンプ本体の運転状態が急激に変化するのを防止し、水面のわずかな変化（水面のゆれ等）により送水／停止（すなわち排水・待機）を繰り返すこともなく、安定した先行待機形立軸ポンプの運転を実現できる。
【００２０】
図３（Ｂ）（Ｃ）は、吸気管開口端の別の実施形態を示す図であり、それぞれその特性を右側に示している。この図において、図３（Ｂ）は、吸気管１２の端部１２ａに複数の貫通穴１６ｂを有し、この貫通穴１６ｂの個数が下方ほど多く、これにより下方に向かって開口面積が漸増するようにしたものである。また、図３（Ｃ）は、吸気管１２の端部１２ａに垂直なスリット１６ｃを設け、このスリット１６ｃにより、開口面積が下方に向かって漸増するようにしたものである。なお、このスリットの幅は、一定であっても下方に広がる形状であってもよい。
【００２１】
上述した（Ｂ）（Ｃ）の開口によっても、図３（Ａ）の開口部１６ａと同様に、急激な空気量の変化を避け、水位の変化により徐々に開口部の空気流入面積が変わっていくため、ポンプ本体の運転状態が急激に変化するのを防止することができる。
【００２２】
図４は、本発明の先行待機形立軸ポンプの作動説明図であり、（Ａ）は気中運転、（Ｂ）（Ｄ）は気水混合運転、（Ｃ）は通常運転、（Ｆ）はエアロック状態を示している。この図において、ポンプ井の水位が低い状態で本発明の先行待機形立軸ポンプ１０を起動すると、（Ａ）の気中運転状態となり、ポンプは水を吸い込まず吐出量はゼロのままで羽根車１（インペラ）が空転状態となる。次いで、水位がインペラの羽根下端まで達すると排水が開始される。排水開始後、水位があるレベル（ＬＷＬ）以下の水位においてはポンプ吸込圧力との差圧により、端部が大気開放された吸気管からポンプ内に空気が流入するため、気水混合運転（Ｂ）となる。この運転状態では大量の空気の混入によりインペラ内の流動状況が乱れて性能が低下するため、同じ水位での従来形ポンプに比べると吐出量も減少し、空気吸込み渦は発生しない。
【００２３】
更に吸込水位が上昇して、空気配管端部が水没して塞がれると、空気は流入しなくなり、通常の排水運転（Ｃ）となる。また、吐出量がポンプ井流入量より多くなり、吸込水位が低下して吸気管端部が大気に開放され、ポンプ吸い込み圧力も大気圧以下になると、（Ｂ）と同様に気水混合運転（Ｄ）となる。なお、水位が上下に変動すると、通常運転（Ｃ）と気水混合運転（Ｄ）とを交互に繰り返すが、本発明の先行待機形立軸ポンプは、上述したゴミよけ装置１４を備えているので、ポンプ井の浮遊ゴミを吸い込みにくく、かつ送水を開始する水位と送水を停止する水位との間に幅があり、わずかな水位変動では送水／停止の切り換えがおきず、安定した運転を継続することができる。
【００２４】
（Ｆ）更に水位が低下し吐出量が減少すると、インペラ手前で動圧が小さくなるので吸い込み圧力は大気圧に近づき、空気量も減少する。水位が空気口レベルまで低下すると、吐出量はゼロとなるが、インペラが水をかき回すことにより若干の空気は流入し続ける。この時は、いわば締切運転のような状態で、軸動力、吐出圧力ともに高い。また、吐出量がゼロとなる直前でポンプの振動は最も大きくなるので、ここで吐出量と流入量がバランスすると運転状態は不安定となる。この締切状態がしばらく続いた後、インペラ付近の流動状況が変化して空気口付近に空気の層ができて水が切れ、空転状態（エアーロック状態）となる。この後、再び水位が上昇すれば、（Ｂ）の状態へ戻る。
【００２５】
従って、（Ａ）〜（Ｆ）の作動により、先行待機形立軸ポンプ１０を運転状態にしておくことにより、ポンプ井の浮遊ゴミを吸い込みにくく、かつわずかな水位変動では送水／停止の切り換えを起こさずに、ポンプ井８の水位によりポンプによる排水（送水／停止）を自動的に制御することができる。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２７】
【発明の効果】
上述したように、本発明の先行待機形立軸ポンプは、ポンプ井の浮遊ゴミを吸い込みにくく、かつ送水を開始する水位と送水を停止する水位との間に幅があり、わずかな水位変動では送水／停止の切り換えがおきず、これにより、ハンチングや異常振動を防止できる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による先行待機形立軸ポンプの全体構成図である。
【図２】図１の吸気管開口端部の構成図である。
【図３】吸気管開口端の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の先行待機形立軸ポンプの作動説明図である。
【図５】従来の先行待機形立軸ポンプの全体構成図である。
【図６】従来の吸気管の開口端部分の構成図である。
【符号の説明】
１ 羽根車（インペラ）
２ ベルマウス
３ 主軸
４ ケーシング
５ 吊り下げ管
６ 吐出エルボ
７ 吸気管
７ａ 一端（開口端）
７ｂ 他端
８ ポンプ井
９ ゴミ
１０ 先行待機形立軸ポンプ
１２ 吸気管
１２ａ 一端（開口端）
１２ｂ 他端
１３ 開口部
１４ ゴミよけ装置
１４ａ 上端部
１４ｂ 中間部
１４ｃ 下端部
１５ 貫通穴
１６ａ 開口部
１６ｂ 貫通穴
１６ｃ スリット

Claims (4)

1. 一端が羽根車より高い位置のポンプ井内に開口し他端が羽根車より下方のベルマウス内に開口した吸気管を備え、該吸気管からの空気の吸い込みにより送水／停止を制御する先行待機形立軸ポンプにおいて、
   吸気管の前記一端はポンプ井内に配置され、更に該吸気管端部を間隔を隔てて囲む中空円筒形のゴミよけ装置を備え、該ゴミよけ装置は、吸気管の端部より上方に固定された上端部と、上端部から吸気管端部より下方まで延びた中間部と、下方が開口した下端部とを有し、前記中間部の吸気管端部より上方部分に複数の貫通穴が設けられている、ことを特徴とする先行待機形立軸ポンプ。
2. 一端がポンプ井内に開口し他端が羽根車より下方のベルマウス内に開口した吸気管を備え、該吸気管からの空気の吸い込みにより送水／停止を制御する先行待機形立軸ポンプにおいて、
   吸気管の前記一端はポンプ井内に配置され、更に該吸気管端部を間隔を隔てて囲む中空円筒形のゴミよけ装置を備え、該ゴミよけ装置は、吸気管の端部より上方に固定された上端部と、上端部から吸気管端部より下方まで延びた中間部と、下方が開口した下端部とを有し、前記中間部の吸気管端部より上方部分に複数の貫通穴が設けられている、ことを特徴とする先行待機形立軸ポンプ。
3. 前記貫通穴の最大寸法は、吸気管内径よりも小さく、かつ貫通穴の総面積は吸気管内面積よりも十分に大きく設定されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の先行待機形立軸ポンプ。
4. 前記吸気管の前記一端は、下方に向かって面積が漸増する開口部を有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の先行待機形立軸ポンプ。

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