JP4601210B2 - ゲート内蔵式ポンプ設備 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中小河川などの水路の流れを制御するゲートに付帯される排水用のポンプ設備に関し、詳しくは、ゲートを構成する扉体内に排水用のポンプと、水の逆流を防止するためのフラップ弁が内蔵されたゲート内蔵式ポンプ設備に関する。
【0002】
【関連する技術及び発明が解決しようとする課題】
中小河川などの水路の流れを制御するゲートに付帯される排水用のポンプ設備50は、通常、図5,図6に示すように、支川(以下単に「水路」ともいう)51と本川52の合流点の支川51側に、支川51の流れ方向に対して略直角に配置される。
【0003】
また、ゲート内蔵式ポンプ設備50は、通常、支川51の全幅に一枚、又は複数枚の扉体53(図6)を配設することにより形成されている。なお、複数枚の扉体を設置する場合には、扉体は直列に連設されることになる。
【0004】
そして、支川51に配設されたゲート内蔵式ポンプ設備50により、支川51から水を汲み上げるにあたっては、扉体53を完全に下げた状態で河川水を塞き止め、ポンプ54の機能で支川51の河川水を下流の本川52に汲み上げている。
【0005】
ところで、中小河川などの水路の流れを制御するゲートに付帯される排水用のポンプ設備においては、通常、ポンプ設備の不測の事態などでポンプ運転が急に停止した場合を想定して、ポンプ作用により加圧された揚水が逆流することを防止する目的で、フラップ弁55(図6)や逆止弁が設置されている。
【0006】
そして、扉体にポンプを内蔵したゲート内蔵式ポンプ設備においても、同様に、急激にポンプ運転が停止された場合に、ゲート(扉体)によって仕切られた前後の水位差、すなわち圧力差により水の逆流が発生する場合があるため、これを防止する目的でフラップ弁や逆止弁が必要とされている。
【0007】
例えば、特開2001−32246に実施例として開示されたボルテックスポンプゲートは、図7に示すように、2台の同一規格のユニット型ボルテックスポンプ110を並列に接続固定し、その両側に枠部材140を取り付けることにより構成されおり、2台のユニット型ボルテックスポンプ110にそれぞれ1台ずつ取り付けられている排水用のポンプとしてボルテックスポンプVが使用されている。
【0008】
そして、ユニット型ボルテックスポンプ110の吐出流路131の吐出口125にはフラップ弁(逆流防止弁)127が取り付けられている。
しかし、この特開2001−32246のボルテックスポンプゲートにおいては、フラップ弁127の動作範囲分だけゲート厚み(扉体厚み)が厚くなり、設備が大型化するという問題点がある。また、ゲート構造が複雑になり、製作コストが上昇するという問題点がある。さらに、扉体の重心が止水面から離れることになるため、止水効果を減少させるという問題点がある。
【0009】
また、本願の出願人は、排水量が羽根幅に比例し、水が羽根内を2度通過するように構成された貫流羽根車を用いてなる貫流ポンプを、貫流羽根車の回転軸がゲート(扉体)の厚み方向(すなわち水路の流れ方向)と直交するような態様で、ゲート(扉体)内に内蔵したゲート内蔵式ポンプ設備を提案している(本願の出願時においては未公開の特願2000−083657)。
【0010】
このゲート内蔵式ポンプ設備は、図8に示すように、内部に還流ポンプ61が配設されたゲート(扉体)62の、下流側の面に吐出口63が設けられ、かつ、吐出口63に、矢印Aで示す方向に開閉動作を行うフラップ弁64が配設された構造を有している。
【0011】
しかし、この特願2000−083657のゲート内蔵式ポンプ設備の場合、フラップ弁64がゲート(扉体)62からはみ出すことになり、フラップ弁64の廻りにゴミが絡んだ場合などに、弁体64aが開口したままで固定され、ゲート(扉体)62の昇降時にフラップ弁64が他の部材などと接触したり、ゲート(扉体)62の昇降動作が不確実になったりする場合も考えられ、さらに信頼性を向上させる見地から改善の余地がないわけではないのが実情である。
【0012】
また、特開平10−317358号に実施例として開示されたポンプ一体化ゲート設備用のポンプは、図9に示すように、吸込カバー76Aと、羽根車76B、案内羽根76C及び羽根車駆動用のポンプ駆動源76Dを備えた立軸ポンプ76を、ゲート(扉体)71の、排水用コラム75の下部に設置するとともに、立軸ポンプ76の上部(案内羽根76Cの下流側)に逆止弁78を設けた構成を有している。
【0013】
しかし、この特開平10−317358号の構成では、逆止弁78の開口部面積を大きくすることが困難であり、開口部面積が小さい状態で、吐出量を大きくすると吐出し流速が大きくなり、損失揚程が大きくなるという問題点がある。
【0014】
また、逆止弁78の開閉は、水流が、閉止時には水平の姿勢にあり、全重量が便座にかかっている弁体78Bの重量にうち勝ち、弁体78Bを押し退けることによって行われるように構成されているため、フラップ弁方式の場合と比較すると開閉の際の損失揚程が増大するという問題点がある。
【0015】
さらに、この従来例の構成の場合、吸込口79と逆止弁78(あるいは吐出口80)のレベルに差があるため、通常時、ゲート(扉体)71を閉めた状態では支川81から本川82への自然流下が、起こりにくいのでゲート(扉体)71の上下動作の管理を頻繁に行うことが必要になるという問題点がある。
【0016】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、ゲートを構成する扉体の昇降動作を妨げることなく、かつ、逆流を確実に防止することが可能で、ゲート内蔵式であることの特徴を十分に生かすことが可能なゲート内蔵式ポンプ設備を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明(請求項1)のゲート内蔵式ポンプ設備は、水路の流れを制御するためのゲートに付帯され、前記ゲートにより仕切られる一方の水路から他方の水路に排水を行うために用いられるポンプ設備であって、幅方向が水路の流れに対して略直交するように配設されてゲートを開閉する扉体に排水用のポンプが内蔵されているとともに、ポンプを経て水が逆流することを防止するためのフラップ弁が、開閉方向が扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で扉体に内蔵され、扉体が開閉動作をする際の動作範囲において、フラップ弁が外部と干渉を起こさないように構成されていることを特徴としている。
【0018】
ポンプと逆流防止用のフラップ弁を扉体に内蔵するとともに、フラップ弁を、開閉方向が扉体の幅方向に直角(すなわち、水路の流れに対して略直角)となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で、扉体内に配設することにより、扉体が開閉動作をする際の動作範囲において外部と干渉を起こすことを防止するとともに、扉体の厚みを薄くすることが可能になる。
【0019】
したがって、フラップ弁が外部と干渉を起こして、扉体の昇降動作を妨げたり、フラップ弁が損傷したりすることを確実に回避して、フラップ弁を確実に動作させることが可能で、ゲート内蔵式であることの特徴を十分に生かすことができるゲート内蔵式ポンプ設備を提供することが可能になる。
また、扉体の厚みを薄くすることが可能で、扉体の重心を止水面に近づけることができるため、止水効果を向上させることが可能になる。
【0020】
また、請求項2のゲート内蔵式ポンプ設備は、前記フラップ弁を、2以上の弁体を備えた構成とすることにより、フラップ弁全体としての動作範囲を小さくしたことを特徴としている。
【0021】
フラップ弁を、2以上の弁体を備えた構成とすることにより、各弁体の寸法を小さくして、その動作範囲を小さくし、フラップ弁全体としての動作範囲を大きくすることなく、フラップ弁の開口部面積を大きくすることが可能になり、フラップ弁が外部と干渉を起こして、扉体の昇降動作を妨げたり、フラップ弁が損傷したりすることを確実に回避しつつ、損失揚程の増大を抑えることが可能になる。
【0022】
また、請求項3のゲート内蔵式ポンプ設備は、前記ポンプが動作することにより水が吸い込まれる吸込口と、前記フラップ弁の配設位置が、略同一レベルにあることを特徴としている。
【0023】
吸込口と、フラップ弁(すなわち吐出口)を、略同一レベルとすることにより、扉体を上下方向に動作させることにより行われるゲートの開閉を行うことなく、水路の自然流下を促すことが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
【0024】
また、請求項4のゲート内蔵式ポンプ設備は、扉体内に複数のポンプが配設されており、かつ、各ポンプには、それぞれ、開閉方向が扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で、フラップ弁が配設されていることを特徴としている。
【0025】
複数のポンプを扉体内に配設するとともに、各ポンプには、開閉方向が、扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様でフラップ弁を配設することにより、水路の幅などに応じて、所望の排水性能を備えたゲート内蔵式ポンプ設備を構成することが可能になる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
図1は、本発明の一実施形態にかかる、2台の斜流式羽根車ポンプを備えたゲート内蔵式ポンプ設備の構成を示す一部切り欠き斜視図であり、図2はその要部(一つのポンプ及びその近傍の構成)を示す正面断面図である。
【0027】
この実施形態のゲート内蔵式ポンプ設備は、図1及び図2に示すように、水路の流れを制御するためのゲートGに付帯され、ゲートGにより仕切られる一方の水路21(図1)である支川から、他方の水路22(図1)である本川に排水を行うために用いられるゲート内蔵式ポンプ設備であり、インペラ12,軸受8,軸受台9,モータ台10、モータ11などを備えた排水用の2台の斜流式羽根車ポンプ(以下、単に「ポンプ」という)1と、各ポンプ1により排出される水の吐出通路2の端部の吐出口3に配設された逆流防止用のフラップ弁4がゲートGを構成する扉体5に内蔵されている。
また、扉体5には、水の吸込口6と排出口7が配設されている。
【0028】
そして、この実施形態のゲート内蔵式ポンプ設備においては、ポンプ1により排出される水の吐出通路2が、扉体5の幅方向(図1の矢印Wの方向)に略平行な方向、すなわち、一方の水路21の流れ方向に対し直角方向に設けられているとともに、フラップ弁4が、その開閉方向が、扉体5の幅方向(図1の矢印Wの方向)に直角になるように、すなわち、一方の水路21の流れ方向に対し直角方向になるように設けられており、扉体5が開閉動作をする際の動作範囲において、フラップ弁4が外部と干渉を起こさないように構成されている。
【0029】
また、フラップ弁4を通過した水は、扉体5の内側の空間をとおって、扉体に形成されたの排出口7から、他方の水路(本川)22に排出されるように構成されている。
【0030】
なお、フラップ弁4の下流側に、略直角に曲げた曲管を配設することにより、フラップ弁4を通過した水を、扉体5の排出口7からスムーズに排出できるように構成することも可能である。
【0031】
なお、この実施形態のゲート内蔵式ポンプ設備においては、2台のポンプ1が用いられており、各ポンプに対応する2つのフラップ弁4(図1では、一方のフラップ弁4のみが示されている)は、それぞれ、扉体5の互いに対向する側面に対向するように配設されている。
【0032】
また、フラップ弁4としては、基本的な構造が既存のものと同様で、上部及び下部の2枚の弁体4a,4b(図2)を備えたフラップ弁4が用いられており、フラップ弁4の全体としての動作範囲が、1枚の弁体からなる構成とした場合よりも小さくなるように構成されている。
但し、フラップ弁4の弁体の数は、2枚に限られるものではなく、3枚以上とすることも可能であり、また、場合によっては1枚とすることも可能である。
【0033】
さらに、この実施形態のゲート内蔵式ポンプ設備においては、扉体5に配設された吸込口6と、フラップ弁4の(すなわち、水の吐出通路2の端部の吐出口3)が、略同一レベル(図示せず。)に配設されている。
【0034】
上述のように構成されたゲート内蔵式ポンプ設備においては、ポンプ1とフラップ弁4を扉体5に内蔵するとともに、フラップ弁4を、開閉方向が扉体5の幅方向(矢印Wの方向)に直角となり、かつ、動作範囲が扉体5から外側にはみ出さないような態様で、扉体5内に配設しているので、扉体5が開閉動作をする際の動作範囲においてフラップ弁4が外部と干渉を生じて、扉体5の昇降動作を妨げたり、フラップ弁4が損傷したりすることを回避することができる。
【0035】
また、フラップ弁4を、開閉方向が扉体5の幅方向(矢印Wの方向)に直角になるように配設しているので、扉体5の厚みT(図1)を薄くすることが可能になり、扉体5の重心を止水面に近づけることができるため、止水効果を向上させることができる。
【0036】
また、扉体5に配設された水の吸込口6と、フラップ弁4の(すなわち、水の吐出通路2の端部の吐出口3)が、略同一レベル(図示せず。)に配設されているフラップ弁4が配設された、ポンプ1により排水される水の吐出口7が、略同一レベルに配設されているので、扉体5を上下方向に動作させることにより行われるゲートGの開閉を行うことなく、水路(河川)の自然流下を促すことができる。
【0037】
なお、上記実施形態では、ポンプ1として、斜流式羽根車ポンプを用いた場合を例にとって説明したが、本発明においては、図3、図4(a),(b)に示すような貫流羽根車を搭載したポンプを用いることも可能である。
なお、図3は、貫流羽根車内の水の流れ状態を示す図であり、図4(a)は貫流式羽根車を用いたポンプの正面断面図、図4(b)は貫流羽根車を用いたポンプの側面断面図である。
【0038】
図3及び図4(a),(b)に示すように、貫流羽根車31は、一対の円形の側板32a,32b(図4(a),(b))間に、一方の側板32aから他方の側板32bに達する羽根33を、側板32a,32bの外周に沿って、略放射状に所定の間隔をおいて多数枚取り付けることにより形成されており、各羽根33は、回転方向に対して前向きに、いくらか湾曲した状態で取り付けられている。
そして、側板32a,32bには、駆動手段により回転駆動されるシャフト34が取り付けられている。
【0039】
このように構成された貫流羽根車31が矢印Yの方向に回転すると、図3に示すように、各羽根33の近傍に、貫流羽根車31を貫通する流れが生ずる。これは、貫流羽根車31の内部負圧の吸引作用によって、流れの軸対称性が崩れ、円周上の一部分で内部に向かう流れ(渦)35が生じることによるものである。
【0040】
そして、流体工学における連続の法則により、流入した量と同量の水が、残りの円周部分から外部に流れ出る(すなわち、水が羽根内を2度通過する)ことになり、結果として、水を吸い込み側から吐出側へ排出するポンプとしての作用を果たすことになる。
この貫流羽根車31を用いた貫流ポンプは、軸流ポンプや斜流ポンプに比べて圧力係数を大きく取ることができるため、同一ヘッドでは、回転数が同じ場合に羽根車直径が小さくて済むという特徴を有している。
【0041】
また、上述の貫流ポンプに用いられている貫流羽根車31の場合、羽根33の枚数が多いため、異物が流入しにくく、また、羽根内を2度通過することにより、流入しても排出しやすいという作動機構上の特徴を有している。
【0042】
このような貫流ポンプを用いることにより、
(1)ポンプを扉体に内蔵しやすくなるとともに、ポンプを構成する貫流羽根車における水の流れ方向を、水路の流れ方向と一致させることが可能になり、水路の幅を有効に利用して貫流羽根車の直径を小さくし、重量の軽減を図ることが可能になる、
(2)貫流羽根車を用いたポンプにおいては、圧力係数を大きく取ることができるため、同一ヘッドでは貫流羽根車の直径を小さくすることが可能になる、
(3)貫流羽根車は、羽根枚数を多くして、羽根間通路を狭くすることが可能で、異物が流入しにくく、流入しても排出しやすい作動機構とすることが可能であるため、閉塞しにくい信頼性の高いゲート内蔵式ポンプ設備を得ることが可能になる
というような効果を得ることができる。
【0043】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、ポンプの配設数、ポンプの種類、フラップ弁の具体的な構成、扉体の形状や構造、扉体に配設される吸水口や排出口の具体的な形状や配設位置などに関し、発明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【0044】
【発明の効果】
上述のように本発明(請求項1)のゲート内蔵式ポンプ設備は、ポンプと逆流防止用のフラップ弁を扉体に内蔵するとともに、フラップ弁を、開閉方向が扉体の幅方向に直角(すなわち、水路の流れに対して略直角)となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で、扉体内に配設することにより、扉体が開閉動作をする際の動作範囲において外部と干渉を起こすことを防止するとともに、扉体の厚みを薄くすることが可能になる。したがって、フラップ弁が外部と干渉を起こして、扉体の昇降動作を妨げたり、フラップ弁が損傷したりすることを確実に回避して、フラップ弁を確実に動作させることが可能で、ゲート内蔵式であることの特徴を十分に生かすことができるゲート内蔵式ポンプ設備を提供することが可能になる。また、扉体の厚みを薄くすることが可能で、扉体の重心を止水面に近づけることができるため、止水効果を向上させることが可能になる。
【0045】
また、請求項2のゲート内蔵式ポンプ設備のように、フラップ弁を、2以上の弁体を備えた構成とすることにより、各弁体の寸法を小さくして、その動作範囲を小さくし、フラップ弁全体としての動作範囲を大きくすることなく、フラップ弁の開口部面積を大きくすることが可能になり、フラップ弁が外部と干渉を起こして、扉体の昇降動作を妨げたり、フラップ弁が損傷したりすることを確実に回避しつつ、損失揚程の増大を抑えることができる。
【0046】
また、請求項3のゲート内蔵式ポンプ設備のように、吸込口と、フラップ弁(すなわち吐出口)を、略同一レベル(図示せず。)とすることにより、扉体を上下方向に動作させることにより行われるゲートの開閉を行うことなく、水路の自然流下を促すことが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
【0047】
また、請求項4のゲート内蔵式ポンプ設備のように、複数のポンプを扉体内に配設するとともに、各ポンプには、開閉方向が、扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様でフラップ弁を配設することにより、水路の幅などに応じて、所望の排水性能を備えたゲート内蔵式ポンプ設備を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる、2台の斜流式羽根車ポンプを備えたゲート内蔵式ポンプ設備の構成を示す一部切り欠き斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかるゲート内蔵式ポンプ設備の要部(一つのポンプ及びその近傍の構成)を示す正面断面図である。
【図3】本発明の他の実施形態にかかるゲート内蔵式ポンプ設備において用いられている貫流羽根車内の水の流れ状態を示す図である。
【図4】本発明の他の実施形態にかかるゲート内蔵式ポンプ設備において用いられている貫流羽根車を示す図であって、(a)は正面断面図、(b)は側面断面図である。
【図5】ゲートポンプ設備の配設態様の一例を示す図である。
【図6】従来のゲートポンプの構成を示す図である。
【図7】従来のゲート内蔵式ポンプ設備の一例を示す図である。
【図8】本発明が関連するゲート内蔵式ポンプ設備を示す図である。
【図9】従来のゲート内蔵式ポンプ設備の他の例を示す図である。
【符号の説明】
1 ポンプ(斜流式羽根車ポンプ)
2 水の吐出通路
3 吐出口
4 フラップ弁
4a,4b 弁体
5 扉体
6 吸込口
7 排出口
8 軸受
9 軸受台
10 モータ台
11 モータ
12 インペラ
21 一方の水路(支川)
22 他方の水路(本川)
31 貫流羽根車
32a,32b 一対の円形の側板
33 羽根
34 シャフト
35 渦
G ゲート
T 扉体の厚み
W 扉体の幅方向
Y 貫流羽根車の回転方向

Claims (4)

  1. 水路の流れを制御するためのゲートに付帯され、前記ゲートにより仕切られる一方の水路から他方の水路に排水を行うために用いられるポンプ設備であって、幅方向が水路の流れに対して略直交するように配設されてゲートを開閉する扉体に排水用のポンプが内蔵されているとともに、ポンプを経て水が逆流することを防止するためのフラップ弁が、開閉方向が扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で扉体に内蔵され、扉体が開閉動作をする際の動作範囲において、フラップ弁が外部と干渉を起こさないように構成されていることを特徴とするゲート内蔵式ポンプ設備。
  2. 前記フラップ弁を、2以上の弁体を備えた構成とすることにより、フラップ弁全体としての動作範囲を小さくしたことを特徴とする請求項1記載のゲート内蔵式ポンプ設備。
  3. 前記ポンプが動作することにより水が吸い込まれる吸込口と、前記フラップ弁の配設位置が、略同一レベルにあることを特徴とする請求項1又は2記載のゲート内蔵式ポンプ設備。
  4. 扉体内に複数のポンプが配設されており、かつ、各ポンプには、それぞれ、開閉方向が扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で、フラップ弁が配設されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のゲート内蔵式ポンプ設備。
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