JP5015022B2 - ポンプ設備、ポンプ設備のフラップ弁のバタツキ防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ吐出部に波浪を伴う水面が形成されるポンプ設備（例えば、湾岸に接するポンプ設備）、及びポンプ設備のフラップ弁のバタツキ防止方法に関する。

湾岸等、波浪の強い河川又は海に排水を吐出する排水ポンプ設備において、ポンプ吐出管の吐出端に設けた逆流防止弁（フラップ弁）が波浪によりバタつき、騒音や異常振動を発生する場合がある。特に日本海などの波浪の強い地域や、大型の逆流防止弁を有する排水ポンプ設備などでは、逆流防止弁のバタツキにより、騒音が発生するとともに土木躯体に大きな振動を与え、最悪の場合、土木躯体にひび割れ等を発生する可能性があった。

図１は従来の立軸ポンプを備えたポンプ設備の構成例を示す図である。このポンプ設備は吸込水槽１００と、波浪を伴う水面が形成される吐出水槽２００を備え、吸込水槽１００は立軸ポンプ１０が配置された構成である。立軸ポンプ１０の運転により、該立軸ポンプ１０の吸込口から吸込まれた水は、吐出管２１を通って、該吐出管２１の吐出端２２から吐出水槽２００内に吐出される。吐出管２１の吐出端２２には、逆流防止弁としてフラップ弁２３が設けられている。また、吐出管２１には、先行待機ポンプの気中又は気水混合運転時（エアロック時を含む）の空気放出用として大気開放管（空気流出入管）２６が設置されている。

フラップ弁２３のバタツキは、上記のようにフラップ弁２３の衝撃閉鎖対策として大気開放管２６を設けた場合など、大気開放水面ＷＬ１をフラップ弁２３の１次側（吐出水槽２００の反対側）に設けた場合に発生しやすい。これは大気開放管２６によりフラップ弁２３の１次側に大気開放面ＷＬ１が形成されている場合、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、フラップ弁２３の１次側と２次側（吐出水槽２００の側）でＵ字管の水位振動を起こしており、この水位振動により吐出管２１内の水が矢印Ａ、Ｂに示すように移動する現象が起こる。その結果、フラップ弁２３のバタツキ（開閉の繰り返し）を発生させる。

図３は従来のチューブラポンプを備えたポンプ設備の構成例を示す図である。本ポンプ設備は、吸込水槽１００と波浪を伴う水面が形成される吐出水槽２００との間にチューブラポンプ３０を配置した構成である。チューブラポンプ３０の運転により、該チューブラポンプ３０の吸込管３５の吸込口から吸込まれた水は、吐出管３６を通って、該吐出管３６の吐出端から吐出水槽２００内に吐出される。吐出管３６の吐出端には、逆流防止弁としてフラップ弁３８が設けられている。また、吐出管３６は、ゲート弁により構成された吐出弁４２で開閉されるようになっている。

上記構成のポンプ設備において、図示するように、吐出弁４２の水密構造がゲート（堰）用躯体４１の反吐出水槽２００側（つまり吸込水槽１００側）となっている場合（ゲート（堰）用躯体４１の吐出弁４２の引上げ用空間４３の反吐出水槽側壁面となっている場合）、図４に示すように、ポンプ停止時、吐出弁４２で吐出管３６を閉じると、ゲート（堰）用躯体４１に設けた吐出弁４２の引上げ用の空間４３に大気開放水面ＷＬ２ができ、該空間４３と吐出管３６と吐出水槽２００とで上記と同様、Ｕ字管の水位振動を起こし、この水位振動により吐出管３６内の水の移動が起こる。その結果、フラップ弁３８のバタツキ（開閉の繰り返し）を発生させる。

上記のように吐出水槽２００の水面の波浪に伴う吐出管３６内の水の移動によるフラップ弁３８のバタツキが予め予測されるポンプ設備においては、従来、下記のように対策が考慮されていた。
（１）構造が簡易で安価なフラップ弁の採用をやめ、逆流防止部が、直接波浪を受けないように、吐出弁の１次側（上流側）に逆止弁を設置する。
（２）吐出弁を非常時（停電時によるポンプトリップ時）に急閉鎖できる構造とし、逆流防止弁を省略する。
（３）フラップ弁の吐出側にテトラポットや防波水門を設置し、吐出側の波浪強度を軽減する。

上記（１）〜（３）の対策は下記のような問題がある。
（１）吐出弁の１次側に逆止弁を設置する場合、機器単体としてのコストが高くなると共に、建築物のスペースも大きく必要となり、経済性の悪い設備になっていた。
（２）緊急時に急閉鎖する弁（又はゲート）としては、垂錘式吐出弁、油圧式吐出弁、自重降下式吐出ゲート弁などがある。それぞれ、機器単体としてのコストが高く、機器構造や制御機構が複雑になることから、経済性、信頼性の劣る設備となる。
（３）吐出側へのテトラポットや防波水門等の防波構造物の設置は、経済性を悪化させるだけでなく、構造物設置による水頭損失も考慮する必要があり、ポンプの全揚程を大きく設計する（＝駆動機の必要容量が大きくなる）等の考慮が必要であった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ポンプ吐出部に波浪を伴う水面が形成されるポンプ設備において、簡単な構成で吐出管の吐出端部に取り付けたフラップ弁のバタつきを防止することができるポンプ設備、及びポンプ設備のフラップ弁のバタツキ防止方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、吐出端にフラップ弁による逆流防止機構を取付け大気開放管で大気に開放された吐出管を備えたポンプと、波浪を伴う水面が形成される吐出部とを備え、ポンプで吸込んだ水を吐出管を通して吐出端から吐出部に吐き出すように構成されたポンプ設備において、大気開放管に気密性を有する閉塞弁を設け、ポンプ停止時に閉塞弁を閉じて吐出管内を大気から遮断する閉塞弁作動手段を設けたことを特徴とする。

上記のように大気開放管に気密性を有する閉塞弁を設け、ポンプ停止時に閉塞弁を閉じて吐出管内を大気から遮断することにより、吐出管内の水の吐出部の水面の波浪に伴う移動が抑制され、フラップ弁のバタツキが防止される。

また、本発明は上記ポンプ設備において、閉塞弁は電動弁であり、閉塞弁作動手段はポンプ運転時前記閉塞弁を開放し、ポンプ停止時閉塞弁を閉じることを特徴とする。

上記のように閉塞弁を電動弁とすることにより、閉塞弁作動手段でポンプ停止時に大気開放管を閉じて吐出管内を大気から遮断することが容易となる。よって、簡単な手段でポンプ停止時に、吐出部の水面の波浪に伴うフラップ弁のバタツキを容易に防止できるとともにポンプ運転時には、前記閉塞弁を開くことにより、先行待機ポンプ用の大気開放機能なども満足させることが可能となる。

また、本発明は、上記ポンプ設備において、吐出管の吐出端にはフラップ弁の重量が吐出端開口の閉塞力となるようにフラップ弁の弁胴弁座に鉛直方向に対して傾斜を設けたことを特徴とする。

上記のように吐出管の吐出端にフラップ弁の重量が吐出端開口の閉塞力となるようにフラップ弁の弁胴弁座に鉛直方向に対して傾斜を設けたので、フラップ弁の弁体が開きにくくなり、ポンプ停止時に効果的にフラップ弁のバタツキを防止できる。

また、本発明は、吐出端にフラップ弁による逆流防止機構を取付け大気開放管で大気に開放された吐出管を備えたポンプと、波浪を伴う水面が形成される吐出部とを備え、ポンプで吸込んだ水を吐出管を通して吐出端から吐出部に吐き出すように構成されたポンプ設備のポンプ停止時の吐出部水面の波浪に伴うフラップ弁のバタツキを防止するポンプ設備のフラップ弁のバタツキ防止方法であって、ポンプ停止時に大気開放管を閉塞して吐出管内を大気から遮断し、該吐出管内の水の吐出部の水面の波浪に伴う移動を抑制し、フラップ弁のバタツキを防止することを特徴とする。

上記ポンプ停止時に大気開放管を閉塞して吐出管内を大気から遮断し、吐出管内の水の吐出部の水面の波浪に伴う移動を抑制することにより、フラップ弁のバタツキを防止することができる。

また、本発明は、吐出端にフラップ弁による逆流防止機構を取付けゲートにより構成する吐出弁で閉塞できる吐出管を備えたポンプと、波浪を伴う水面が形成される吐出部とを備え、ポンプで吸込んだ水を吐出管を通して吐出端から吐出部に吐き出すように構成されたポンプ設備において、ゲートにより構成する吐出弁の水密面をフラップ弁側とし、ポンプ停止時にゲートにより構成する吐出弁を閉じる吐出弁作動手段を設けたことを特徴とする。

上記のようにゲートにより構成する吐出弁の水密面をフラップ弁側とし、ポンプ停止時にゲートにより構成する吐出弁を閉じることにより、吐出管内の吐出弁とフラップ弁間の水の吐出部の水面の波浪に伴う移動が抑制され、フラップ弁のバタツキが防止される。

また、本発明は上記ポンプ設備において、吐出弁作動手段はポンプ運転時吐出弁を開放し、ポンプ停止時吐出弁を閉じることを特徴とする。

上記のような、吐出弁の構成と吐出弁作動手段により、ポンプ停止時に吐出弁を閉じるという簡単な従来の操作のみでポンプ停止時に、吐出部の水面の波浪に伴うフラップ弁のバタツキを容易に防止できる。

また、本発明は上記ポンプ設備において、吐出管の吐出端にはフラップ弁の重量が吐出端開口の閉塞力となるようにフラップ弁の弁胴弁座に鉛直方向に対して傾斜を設けたことを特徴とする。

上記のように吐出管の吐出端にフラップ弁の重量が吐出端開口の閉塞力となるようにフラップ弁の弁胴弁座に鉛直方向に対して傾斜を設けたので、フラップ弁の弁体が開きにくくなり、ポンプ停止時に効果的にフラップ弁のバタツキを防止できる。

また、本発明は、吐出端にフラップ弁による逆流防止機構を取付けゲートにより構成する吐出弁で閉塞できる吐出管を備えたポンプと、波浪を伴う水面が形成される吐出部とを備え、ポンプで吸込んだ水を吐出管を通して吐出端から吐出部に吐き出すように構成されたポンプ設備のポンプ停止時の前記吐出部水面の波浪に伴う前記フラップ弁のバタツキを防止するポンプ設備のフラップ弁のバタツキ防止方法であって、ゲートにより構成する吐出弁の水密面を前記フラップ弁側とし、ポンプ停止時にゲートにより構成する吐出弁を閉じて吐出管内の該吐出弁とフラップ弁間の水の吐出部の水面の波浪に伴う移動を抑制し、フラップ弁のバタツキを防止することを特徴とする。

上記のようにゲートにより構成する吐出弁の水密面を前記フラップ弁側とし、ポンプ停止時にゲートにより構成する吐出弁を閉じることにより、吐出管内の吐出弁とフラップ弁間の水の吐出部の水面の波浪に伴う移動が抑制されるから、フラップ弁のバタツキを防止できる。

本発明によれば、ポンプ設備の吐出管の吐出端に取付けたフラップ弁の吐出部の水面の波浪に伴うバタツキを簡単・安価な構成で効果的に防止できるポンプ設備、ポンプ設備のフラップ弁のバタツキ防止方法を提供することができる。

以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図５は本発明に係るポンプ設備の構成例を示す図である。本ポンプ設備は、吸込水槽１００に立軸ポンプ１０を配置したポンプ設備である。立軸ポンプ１０は、吊り下げ管１１の下端に連結されたポンプボウル１２、該ポンプボウル１２の下端に連結された吸込ベルマウス１３を備えている。ポンプボウル１２内には水中軸受１４及び外部軸受２８で回転自在に支持された回転主軸１６の下端に固着されたインペラ１５が回転自在に配置されている。また、ポンプボウル１２内には、ガイドベーン１７が配置されている。吊り下げ管１１は吸込水槽１００の機器設置床１００ａにポンプベース１８を介して固定されている。

また、ポンプベース１８上には原動機台１９が設置され、該原動機台１９上に原動機２０が設置されている。該原動機２０の回転軸は回転主軸１６に連結されている。前記吊り下げ管１１の吐出口には吐出管２１が連結され、該吐出管２１の吐出端２２は吐出水槽２００内に開口している。また、吐出管２１の吐出端２２に逆流防止機構としてのフラップ弁２３がヒンジ機構２４を介して回動自在に取り付けられている。吐出管２１の途中には吐出弁２５が設置され、吐出管２１の吐出端２２から反フラップ弁２３側には、大気開放管（空気流出入管）２６が接続されている。

吐出水槽２００は波浪を伴う水面が形成される吐出水槽であり、立軸ポンプ１０の停止時、吐出弁２５を閉じ、大気開放管２６を大気に開放した状態では、吐出水槽２００内水面には波浪に伴って、上記のようにフラップ弁２３の１次側と２次側でＵ字管の水位振動が起こり、この水位振動により大気開放管２６と吐出管２１の内部水の移動が起こり、フラップ弁２３のバタツキ（開閉の繰り返し）を発生させるという問題がある。

ここでは、上記吐出水槽２００の水面の波浪に起因するフラップ弁２３のバタツキの発生を抑制するため、大気開放管２６に気密性を有する閉塞弁２７を設けている。そして立軸ポンプ１０の停止時には、閉塞弁２７を閉じて吐出管２１内を大気から遮断する。これにより、フラップ弁２３のバタツキを増長させる原因となる大気開放管２６及び吐出管２１内の水の移動が抑制されるから、フラップ弁２３のバタツキを抑えることができる。即ち、大気開放管２６に気密性を有する閉塞弁２７を設け、立軸ポンプ１０の停止時にこの閉塞弁２７を閉じるという簡単な構成と、操作によりフラップ弁２３のバタツキを抑えることができる。また、大気開放管２６に閉塞弁２７を設けるだけでよいから、経済性の点でも優れたものとなる。

また、閉塞弁２７として電動弁を用い、立軸ポンプ１０の運転時には、閉塞弁２７を開放して吐出管２１内を大気に開放し、立軸ポンプ１０の停止時には、閉塞弁２７を閉じて吐出管２１内を大気から遮断するようにすれば、閉塞弁２７の操作制御装置も簡単で且つ安価に構成することが可能となる。

また、後に詳述するように、吐出管２１の吐出端２２にはフラップ弁２３の弁体重量が吐出端開口を閉塞する力となるように、フラップ弁２３の弁胴弁座に鉛直方向に対して傾斜を設けることにより、立軸ポンプ１０の停止時より効果的にフラップ弁２３のバタツキを防止することが可能となる。

図６は本発明に係るポンプ設備の構成例を示す図である。本ホンプ設備は、吸込水槽１０と吐出水槽２００との間にチューブラポンプ３０を配置した構成である。チューブラ３０は、ポンプケーシング３１内に水中モータ３２で回転するインペラ３３が配置されている。ポンプケーシング３１の吸込口には吐出弁３４を介して吸込管３５が接続され、ポンプケーシング３１の吐出口には吐出管３６が接続され、吐出管３６の吐出端は吐出水槽２００内に開口している。また、吐出管３６の吐出端にはフラップ弁３８の弁胴弁座３７が設けられ、該弁胴弁座３７にフラップ弁３８がヒンジ機構３９を介して回動自在に取り付けられている。吐出管３６にはゲート式吐出弁４０が配置されている。

上記ゲート式吐出弁４０はゲート（堰）用躯体４１の内に吐出弁４２の引上げ用の空間４３が設けられた構成であり、吐出弁４２の水密面を該空間４３のフラップ弁３８側壁面としている。このように、吐出弁４２の水密面を該吐出弁４２の引上げ用の空間４３のフラップ弁３８側壁面とすることにより、図７に示すように、チューブラポンプ３０の停止時、吐出弁４２を下降させて吐出管３６を閉塞した場合、吐出管３６の吐出弁４２とフラップ弁３８の間は大気から遮断される。これにより吐出水槽２００の水面の波浪に伴う吐出管３６の吐出弁４２とフラップ弁３８の間の水の移動は抑制され、フラップ弁３８のバタツキは抑制される。なお、４４は吐出弁４２の昇降用（開閉用）モータである。

また、吐出管３６のフラップ弁３８の弁胴弁座３７は鉛直方向に対してゲート（堰）用躯体４１の反対側に角度θで傾斜している。通常のフラップ弁５０は図８（ａ）に示すように、垂直に配置した弁胴弁座５２に弁体５１をヒンジ機構５３を介して回動（開閉）自在に取り付けている。そして弁体５１には上方が小さく、下方に行くに従って大きくなる水圧が加わり、弁体５１は弁胴弁座５２側に押圧されている。そして弁体５１の重量Ｆはフラップ弁５０の閉止力（弁体５１を弁胴弁座５２に押圧する押圧力）に影響しない。これに対して図８（ｂ）に示すように、弁胴胴弁座５２を鉛直方向に対して角度θで傾斜させ、該弁胴弁座５２の上部にヒンジ機構５３を介して弁体５１を回動（開閉）自在に取り付けた場合、弁体５１の重量ＦのＸ方向の分力Ｆｘがフラップ弁５０の閉止力として作用する。

上記のように弁胴弁座５２を鉛直方向に対して傾斜させることにより、弁体５１の重量ＦのＸ方向の分力Ｆｘをフラップ弁５０の閉止力に利用できるから、図６及び図７に示すように、吐出管３６の吐出端部にフラップ弁３８の弁銅弁座３７を鉛直方向に対して角度θの傾斜を持たせた場合、フラップ弁３８の重量ＦのＸ方向分Ｆｘをフラップ弁３８の閉止力として利用することができる。これによりフラップ弁３８はより大きい押圧力で吐出管３６の吐出端に設けた弁胴弁座３７に押圧されるから、吐出水槽２００の水面の波浪を伴う吐出管３６の吐出弁４２とフラップ弁３８の間の水の移動がより効果的に抑制され、フラップ弁３８のバタツキを抑制できる。

上記のようにゲート式吐出弁４０は吐出弁４２の水密面をゲート（堰）用躯体４１の空間４３のフラップ弁３８側壁面とするという簡単な変更で、チューブラポンプ３０の停止時、吐出弁４２を下降させて吐出管３６を閉塞した場合、吐出管３６の吐出弁４２とフラップ弁３８の間は大気から遮断され、水の移動が抑制され、フラップ弁３８のバタツキが抑制される。更に吐出管３６の吐出端に設けた弁胴弁座３７を鉛直方向に対してゲート（堰）用躯体４１の反対側に角度θ傾斜させることにより、フラップ弁３８のＸ方向の分力Ｆｘがフラップ弁３８の閉止力として作用するから、より効果的にフラップ弁３８のバタツキを抑制できる。

上記吐出管３６の吐出端に設けた弁胴弁座３７の鉛直方向に対する角度θを大きくすることにより、重量Ｆのフラップ弁３８を閉止する力となるＸ方向の分力Ｆｘが大きくなるので、なるべく大きな角度θで傾斜させた方が好ましい。経済性や設置性を考慮すると角度θは１０°以上が好ましく、より好ましいのは１５°程度である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

従来のポンプ設備の構成例を示す図である。 図１に示すポンプ設備のＵ字管の水位振動を説明するための図である。 従来のポンプ設備の構成例を示す図である。 図３に示すポンプ設備のＵ字管の水位振動を説明するための図である。 本発明に係るポンプ設備の構成例を示す図である。 本発明に係るポンプ設備の構成例を示す図である。 図６に示す設備のポンプ停止時の状態を示す図である。 フラップ弁の動作を説明するための図である。

符号の説明

１０ 立軸ポンプ
１１ 吊り下げ管
１２ ポンプボウル
１３ 吸込ベルマウス
１４ 水中軸受
１５ インペラ
１６ 回転主軸
１７ ガイドベーン
１８ ポンプベース
１９ 原動機台
２０ 原動機
２１ 吐出管
２２ 吐出端
２３ フラップ弁
２４ ヒンジ機構
２５ 吐出弁
２６ 大気開放管（空気流出入管）
２７ 閉塞弁
２８ 外部軸受
３０ チューブラポンプ
３１ ポンプケーシング
３２ 水中モータ
３３ インペラ
３４ 吐出弁
３５ 吸込管
３６ 吐出管
３７ 弁胴弁座
３８ フラップ弁
３９ ヒンジ機構
４０ ゲート式吐出弁
４１ ゲート（堰）用躯体
４２ 吐出弁
４３ 空間
４４ 昇降用モータ
１００ 吸込水槽
２００ 吐出水槽

Claims (8)

1. 吐出端にフラップ弁による逆流防止機構を取付け大気開放管で大気に開放された吐出管を備えたポンプと、波浪を伴う水面が形成される吐出部とを備え、前記ポンプで吸込んだ水を前記吐出管を通して吐出端から前記吐出部に吐き出すように構成されたポンプ設備において、
   前記大気開放管に気密性を有する閉塞弁を設け、
   前記ポンプ停止時に前記閉塞弁を閉じて前記吐出管内を大気から遮断する閉塞弁作動手段を設けたことを特徴とするポンプ設備。
2. 請求項１に記載のポンプ設備において、
   前記閉塞弁は電動弁であり、前記閉塞弁作動手段は前記ポンプ運転時前記閉塞弁を開放し、前記ポンプ停止時前記閉塞弁を閉じることを特徴とするポンプ設備。
3. 請求項１又は２に記載のポンプ設備において、
   前記吐出管の吐出端には前記フラップ弁の重量が吐出端開口の閉塞力となるように前記フラップ弁の弁胴弁座に鉛直方向に対して傾斜を設けたことを特徴とするポンプ設備。
4. 吐出端にフラップ弁による逆流防止機構を取付け大気開放管で大気に開放された吐出管を備えたポンプと、波浪を伴う水面が形成される吐出部とを備え、前記ポンプで吸込んだ水を前記吐出管を通して吐出端から前記吐出部に吐き出すように構成されたポンプ設備の前記ポンプ停止時の前記吐出部水面の波浪に伴う前記フラップ弁のバタツキを防止するポンプ設備のフラップ弁のバタツキ防止方法であって、
   前記ポンプ停止時に大気開放管を閉塞して前記吐出管内を大気から遮断し、該吐出管内の水の前記吐出部の水面の波浪に伴う移動を抑制し、前記フラップ弁のバタツキを防止することを特徴とするポンプ設備のフラップ弁のバタツキ防止方法。
5. 吐出端にフラップ弁による逆流防止機構を取付けゲートにより構成する吐出弁で閉塞できる吐出管を備えたポンプと、波浪を伴う水面が形成される吐出部とを備え、前記ポンプで吸込んだ水を前記吐出管を通して吐出端から前記吐出部に吐き出すように構成されたポンプ設備において、
   前記ゲートにより構成する吐出弁の水密面を前記フラップ弁側とし、
   前記ポンプ停止時に前記ゲートにより構成する吐出弁を閉じる吐出弁作動手段を設けたことを特徴とするポンプ設備。
6. 請求項５に記載のポンプ設備において、
   前記吐出弁作動手段は前記ポンプ運転時前記吐出弁を開放し、前記ポンプ停止時前記吐出弁を閉じることを特徴とするポンプ設備。
7. 請求項５又は６に記載のポンプ設備において、
   前記吐出管の吐出端には前記フラップ弁の重量が吐出端開口の閉塞力となるように前記フラップ弁の弁胴弁座に鉛直方向に対して傾斜を設けたことを特徴とするポンプ設備。
8. 吐出端にフラップ弁による逆流防止機構を取付けゲートにより構成する吐出弁で閉塞できる吐出管を備えたポンプと、波浪を伴う水面が形成される吐出部とを備え、前記ポンプで吸込んだ水を前記吐出管を通して吐出端から前記吐出部に吐き出すように構成されたポンプ設備の前記ポンプ停止時の前記吐出部水面の波浪に伴う前記フラップ弁のバタツキを防止するポンプ設備のフラップ弁のバタツキ防止方法であって、
   前記ゲートにより構成する吐出弁の水密面を前記フラップ弁側とし、
   前記ポンプ停止時に前記ゲートにより構成する吐出弁を閉じて前記吐出管内の該吐出弁と前記フラップ弁間の水の前記吐出部の水面の波浪に伴う移動を抑制し、前記フラップ弁のバタツキを防止することを特徴とするポンプ設備のフラップ弁のバタツキ防止方法。

Images