JP4206897B2 - 排水ポンプ車 - Google Patents

Description

本発明は、例えば洪水時の排水や土木工事の排水、農業用給排水等の給排水作業に使用する排水ポンプ車及び排水ポンプ車による排水方法に関する。

近年頻発する局地的な大雨による河川の氾濫に迅速に対応するため、機動性に優れた排水ポンプ車の有用性が認識されつつあり、これに伴い排水ポンプ車の普及と総排水量の大容量化が進んでいる。
また従来の排水ポンプ車は、車両に水中ポンプを含む排水機材一式が積載されていて、河川の氾濫による洪水が発生した場合、排水ポンプ車を洪水発生現場まで移動して排水作業を行っており、車両に水中ポンプ等を積載した排水ポンプ車としては、例えば特許文献１に記載されたものが公知である。
特開２０００−１０８７７２号公報

前記特許文献１に記載の排水ポンプ車は、車両に複数基の軽量水中ポンプと排水管、排水ポンプ車のエンジンにより駆動される発電機、ブーストポンプ等が積載されていて、洪水等が発生した場合、現場へと排水ポンプ車を出動させた後、人力により軽量水中ポンプを水中へと投入し、発電機により発電した電力により水中ポンプ及びブーストポンプを駆動して、排水作業を行うようになっている。

しかし人力により投入が可能な軽量水中ポンプは排水容量が小さいため、規模な洪水等の場合、総排水量より河川の増水量が多くなって有効な排水作業が行えない等の問題がある。
また有効な排水作業を行うためには、水中ポンプの排水量を大容量化する必要があるが、水中ポンプの排水量を大容量化すると、ポンプ自体も大型かつ大重量化するため、人力による水中への投入は困難となる。
このため大容量の水中ポンプを積載した排水ポンプ車では、排水現場に車両が到着したら、クレーン等の作業機を使用して水中ポンプを水中に投入する作業を行っているが、この方法では、水中ポンプの投入を開始してから排水を開始するまでに長時間を必要とするため、洪水等における排水作業の場合、被害が拡大する等の問題がある。
さらに車両に搭載した複数基の水中ポンプを水中に投入して排水作業を行う排水ポンプ車では、各水中ポンプ毎に排水管を接続して排水を行うため多量の排水管を必要とするが、車両には積載制限があることから多量の排水管を積載できない場合、使用できる水中ポンプの台数に制限を受けたり、排水距離に制限を受ける等の問題もある。

本発明は、前記従来の問題を改善するためになされたもので、車両に搭載した多段軸流ポンプよりなる排水ポンプにより、迅速かつ高効率の排水が可能な排水ポンプ車及び排水ポンプ車による排水方法を提供することを目的とするものである。

本発明の排水ポンプ車は、エンジンにより自走自在な車両に排水ポンプを搭載した排水ポンプ車であって、前記排水ポンプを、ケーシング内に第１段軸流羽根車と第２段軸流羽根車が設けられ、かつ前記第１、第２段軸流羽根車が逆方向へ回転される２重反転軸流ポンプにより構成すると共に、前記排水ポンプの吸込み側に接続された吸込み管に、前記車両１の両側に開口する吸込み口を、また吐出側に接続されたヘッダに、前記車両の両側に開口する吐出口を設けたものである。

前記構成により、車両に搭載した排水ポンプにより高揚程の排水が可能になることから、洪水等が発生した場合、現場へと排水ポンプ車を出動させた後、車両に排水ポンプを搭載したままの状態で排水作業を開始することができるため、クレーン等の作業機を使用して水中ポンプを出水領域の水中へ投入し、排水作業を開始する従来の排水ポンプ車に比べて、現場に到着してから排水を開始するまでの時間を大幅に短縮することができ、これによって洪水による被害の拡大を防止することができると共に、車両より排水ポンプを下ろす必要がないことから、排水ポンプの排水量を大容量化することができるため、排水効率も格段に向上する。
また車両の両側に開口する吸込み口と、車両の両側に開口する吐出口を設けたことから、車両の向きに関係なく排水作業が行えるため、堤防等の狭い道路上で車両の向きを変える等の作業を必要とせずに排水作業が行えるようになる。

本発明の排水ポンプ車は、排水ポンプの吸込み側に接続する吸水管を、洪水が予測される河川の堤防等に予め設置し、かつ吸水管の一端側を出水領域に延設すると共に、他端側を堤防等に停車した車両の排水ポンプに接続可能としたものである。

前記構成により、排水ポンプ車に予め多量の吸水管を積載する必要がないため、積載制限を受けることがない上、吸水管を積載するために車両を必要以上に大型化する必要がないため、堤防等の狭い道路にも乗り入れが可能となる等、機動性が増すと共に、現場へ到着してから吸水管を下ろして順次接続する作業も不要となるため、排水を開始するまでの時間をさらに短縮することができる。

本発明の排水ポンプ車は、動力取り出し手段により車両のエンジンより取り出した動力を、減速機及び動力反転手段を介して排水ポンプの第１、第２段軸流羽根車へ伝達することにより、第１、第２段軸流羽根車を同一回転速度で反対方向へ回転駆動するようにしたものである。

前記構成により、エンジンにより直接排水ポンプを駆動するようにしたことから、従来のエンジンにより発電機を駆動し、得られた電力により排水ポンプを駆動するものに比べて動力損失が少ないため、排水効率の向上が図れるようになる。

本発明の排水ポンプ車は、車両にエンジン発電機と真空ポンプを搭載し、かつエンジン発電機により発電した電力により真空ポンプを駆動して、排水ポンプの吸込み側に水を充満することにより、排水ポンプの始動を行うようにしたものである。

前記構成により、排水ポンプの始動が迅速に行える上、エンジン発電機により発電された電力を照明装置等に利用することにより、排水ポンプに使用する動力を消費せずに夜間の排水作業が安全に行える。

本発明の排水ポンプ車によれば、現場に到着してから排水を開始するまでの時間を大幅に短縮することができるため、洪水等による被害の拡大を防止することができる。
また車両の両側に開口する吸込み口と、車両の両側に開口する吐出口を設けたことから、車両の向きに関係なく排水作業が行えるため、堤防等の狭い道路上で車両の向きを変える等の作業を必要とせずに排水作業が行えるようになる。

本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図１は排水ポンプ車の斜視図、図２は排水ポンプ車に搭載された排水ポンプの断面図、図３及び図４は排水ポンプの作用説明図、図５は排水ポンプの吸込み深さと吐出量の関係を示す線図である。
図１に示す排水ポンプ車は、前部に運転室２を有する車両１よりなり、運転室２の下部に設置されたエンジン（図示せず）により自走自在となっている。
運転室２の後方には荷台３が設けられていて、この荷台３の運転室２側端部には、前記エンジンより動力を取り出す動力取り出し手段（ＰＴＯ）４が設置されており、動力取り出し手段４の出力軸４ａに継手５を介して減速機６の入力軸６ａが接続されている。
減速機６の出力軸６ｂには、動力反転手段７を介して排水ポンプ８の回転軸９が接続されている。

排水ポンプ８の回転軸９は、中空軸よりなる第１回転軸９ａと、第１回転軸９ａ内に回転自在に収容された第２回転軸９ｂとから構成されていて、第２回転軸９ｂの一端側は動力反転手段７のギヤケース７ａ内を貫通して減速機６側へ突出され、継手５を介して減速機６の出力軸６ｂに接続されている。
第１回転軸９ａの一端は動力反転手段７のギヤケース７ａ内に突出されていて、ギヤケース７ａ内に設けられた複数のベベルギヤよりなる反転ギヤ列７ｂ，７ｃ，７ｄを介して第２回転軸９ｂに接続されており、減速機６により減速されて第２回転軸９ｂに伝達されたエンジンの回転は、反転ギヤ列７ｂ，７ｃ，７ｄにより反転されて第１回転軸９ａに伝達されるようになっていると共に、反転ギヤ列７ｂ，７ｃ，７ｄは、ギヤケース７ａ内に封入された潤滑油により潤滑されるようになっている。

排水ポンプ８は、減速機６や動力反転手段７とともに車両１の荷台３上に搭載されていて、荷台３の両側に吸込み口１０ａ、１０ｂが設けられた吸込み管１０と、吸込み管１０に接続されたケーシング８ａと、ケーシング８ａの吐出側に接続され、かつ荷台３の両側に開口する吐出口１１ａ，１１ｂが設けられたヘッダ１１とを有しており、吸込み管１０の吸込み口１０ａ、１０ｂ及びヘッダ１１の吐出口１１ａ，１１ｂは、使用しないときには盲板１２により閉鎖されている。
排水ポンプ８はケーシング８ａの軸心が荷台３の中心とほぼ平行するように荷台３上に水平に固定されていて、ケーシング８ａの中心部に回転軸９が設けられており、第１回転軸９ａの一端側は、吸込み管１０に設けられた軸受け１４に回転自在に支承されていると共に、軸受け１４の外側には軸封手段１５が設けられていて、吸込み管１０内の水が軸受け１４より漏洩しないようシールしている。

また第１回転軸９ａの他端側には、ケーシング８ａ内に設けられた第１段軸流羽根車１６が固着されていて、第１回転軸９ａと一体に回転するようになっており、第１回転軸９ａの他端よりヘッダ１１側へ突出された第２回転軸９ｂ他端側には、第１段軸流羽根車１６と隣接するようケーシング８ａ内に設けられた第２段軸流羽根車１７が固着されていて、第２回転軸９ｂと一体に回転するようになっており、第２回転軸９ｂの他端部は、放射方向に設けられた支持リブ１８ａによりケーシング８ａの中心部に支持された軸受けハウジング１８内の軸受け（図示せず）に回転自在に支承されている。

一方荷台３の前側には、エンジン発電機２０と操作盤２１、真空ポンプ２２が搭載されている。
エンジン発電機２０は、操作盤２１を介して真空ポンプや図示しない照明装置等に接続されていて、発電した電力により真空ポンプ２２を駆動したり、夜間の作業の際に照明装置を点灯するようになっている。
真空ポンプ２２は、吸込み管１０に接続されていて、排水ポンプ８の運転開始時、吸込み管１０内の空気を吸引して内部を負圧にすることにより、吸込み管１０の吸込み口１０ａまたは１０ｂに接続された吸水管２３を介して出水領域より水を吸込み管１０内に吸水するようになっており、これによって排水ポンプ８の迅速な運転を可能にしている。
吸水管２３は、洪水予想される河川３０の堤防３１等に予め設置された鋼管よりなり、吸水管２３の一端側は出水領域３２に延出されていて、先端部には水とともにゴミ等が吸込まれるのを防止するカゴ状のフィルタ２４が取り付けられている。
吸水管２３の他端側は、堤防３１等の上部に形成された道路３３の路肩に立設されていて、立ち上がり部２３ａの先端部には道路３３方向に向かって接続口２３ｂが開口されていると共に、立ち上がり部２３ａの周囲には柵２５が設置されていて、平時道路３３を走行する車両等により吸水管２３の立ち上がり部２３ａが破損されるのを防止している。

次に前記構成された排水ポンプ車を使用して排水方法を行う方法を説明する。
多量の降雨により洪水が予想される出水領域３２あるいは水害などにより緊急な排水を必要とする場所に予め吸水管２３が設置されているため、排水ポンプ車が出動する際には、多量の吸水管を車両１に予め積載する必要がない。
いま洪水等の災害が発生したため排水ポンプ車の出動の要請があった場合、出水領域３２へと出動し、出水領域３２予め設置された吸水管２３の接続口２３ｂまたは吸水管２３立ち上がり部２３ａを囲んだ柵２５付近に車両１停車させて、排水作業を実施する。
排水作業の開始に当たっては、車両１の停車方向に応じて吸込み管１０の吸込み口１０ａまたは１０ｂを選択して盲板１２を取り外したら、車両１に予め積載してある接続管２７を使用して吸込み管１０の吸込み口１０ａまたは１０ｂと吸水管２３の接続口２３ｂとを接続する。

また同様に車両１の停車方向に応じてヘッダ１１の吐出口１１ａまたは１１ｂを選択して盲板１２を取り外したら、車両１に予め積載してある排水管２９の一端を吐出口１１ａまたは１１ｂに接続し、排水管２９の他端は排水側となる河川３０へ投入する。
以上のようにして排水の準備作業が完了したら真空ポンプ２７で吸込み管１０内の空気を吸引して、吸込み管１０内を出水領域３２の水で満水にし、その後動力取り出し手段４より取り出したエンジンの動力により排水ポンプ８の回転軸９を駆動して排水ポンプ８の運転を開始する。
排水ポンプ８の回転軸９は、第１回転軸９ａと第２回転軸９ｂの２重構造となっていて、動力反転手段７により逆方向に同じ回転速度で回転するようになっているため、第１回転軸９ａに取り付けられた第１段軸流羽根車１６と第２回転軸９ｂに取り付けられた第２段軸流羽根車１７は、ケーシング８ａ内において同じ回転速度で、逆方向に回転される。
２重反転軸流ポンプよりなる排水ポンプ８は、第１段軸流羽根車１６と第２段軸流羽根車１７が図３に示すように逆回転すると、羽根車出入口の速度三角形は図４に示す形状となり、第２段軸流羽根車１７の出口では残留旋回成分がないような速度Ｃ４で羽根車より出ていくことになる。

なお図４において、Ｃ１は第１段軸流羽根車１６の入口における絶対速度、Ｃ２は第１段軸流羽根車１６の出口における絶対速度、Ｃ３は第２段軸流羽根車１７の入口における絶対速度、Ｃ４は第２段軸流羽根車１７の出口における絶対速度、Ｕ１は第１段軸流羽根車１６の入口における周速度、Ｕ２は第１段軸流羽根車１６の出口における周速度、Ｕ３は第２段軸流羽根車１７の入口における周速度、Ｕ４は第２段軸流羽根車１７の出口における周速度、Ｗ１は第１段軸流羽根車１６の入口における相対速度、Ｗ２は第１段軸流羽根車１６の出口における相対速度、Ｗ３は第２段軸流羽根車１７の入口における相対速度、Ｗ４は第２段軸流羽根車１７の出口における相対速度をそれぞれ示す。

すなわち、２重反転軸流ポンプよりなる排水ポンプ８では、羽根車を互いに反転させることによりねじれた流れ（旋回成分）をなくすことができるため、２段の羽根車を同一方向に回転させる２段軸流ポンプに比べて、排水効率が格段に向上する。
また単段の軸流ポンプよりも羽根車にかかる負荷が小さくなるので、低流量域においても羽根車の羽根部分での剥離や失速が生じにくくなる。
これによって図５に示すように揚程曲線は不安定部のない右下がりの曲線となることから、キャビテーションの発生を抑制できるようになり、単段の軸流ポンプに比べて２重反転軸流ポンプを使用した排水ポンプ８では、２倍以上の吸込み可能深さが得られるため、堤防３１の高さが高い場合でも、堤防３１上に停止した排水ポンプ車により効率のよい排水作業が行えるようになる。

本発明の排水ポンプ車は、洪水時の排水のみならず、土木工事の排水や農業用給排水等の給排水作業にも適用できる。

本発明の実施の形態になる排水ポンプ車の排水状態の斜視図である。 本発明の実施の形態になる排水ポンプ車に搭載された排水ポンプの断面図である。 本発明の実施の形態になる排水ポンプ車に搭載された排水ポンプの羽根車を示す側面図である。 本発明の実施の形態になる排水ポンプ車に搭載された排水ポンプの作用説明図である。 本発明の実施の形態になる排水ポンプ車に搭載された排水ポンプの吸込み深さと吐出量の関係を示す線図である。

符号の説明

１ 車両
４ 動力取り出し手段
６ 減速機
７ 動力反転手段
８ 排水ポンプ
１０ 吸込み管
１０ａ 吸込み口
１０ｂ 吸込み口
１１ 吐出ヘッド
１１ａ 吐出口
１１ｂ 吐出口
２０ エンジン発電機
２２ 真空ポンプ
２３ 吸水管
２９ 排水管
３０ 河川
３１ 堤防
３２ 出水領域

Claims (4)

1. エンジンにより自走自在な車両１に排水ポンプ８を搭載した排水ポンプ車であって、前記排水ポンプ８を、ケーシング８ａ内に第１段軸流羽根車１６と第２段軸流羽根車１７が設けられ、かつ前記第１、第２段軸流羽根車１６，１７が逆方向へ回転される２重反転軸流ポンプにより構成すると共に、前記排水ポンプ８の吸込み側に接続された吸込み管１０に、前記車両１の両側に開口する吸込み口１０ａ，１０ｂを、また吐出側に接続されたヘッダ１１に、前記車両１の両側に開口する吐出口１１ａ，１１ｂを設けたことを特徴とする排水ポンプ車。
2. 前記排水ポンプ８の吸込み側に接続する吸水管２３を、洪水が予測される河川の堤防等に予め設置し、かつ前記吸水管２３の一端側を出水領域に延設すると共に、他端側を前記堤防等に停車した前記車両１の排水ポンプ８に接続可能としてなる請求項１に記載の排水ポンプ車。
3. 動力取り出し手段４により前記車両１のエンジンより取り出した動力を、減速機６及び動力反転手段７を介して前記排水ポンプ８の前記第１、第２段軸流羽根車へ１６，１７伝達することにより、前記第１、第２段軸流羽根車１６，１７を同一回転速度で反対方向へ回転駆動してなる請求項１に記載の排水ポンプ車。
4. 前記車両１にエンジン発電機２０と真空ポンプ２２を搭載し、かつ前記エンジン発電機２０により発電した電力により前記真空ポンプ２２を駆動して、前記排水ポンプ８の吸込み側に水を充満することにより、前記排水ポンプ８の始動を行うようにしてなる請求項１ないし３の何れかに記載の排水ポンプ車。

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