JP5028118B2 - 排水ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸込み効率の妨げとなる渦の発生をできるだけ抑えることが可能な排水ポンプ装置に関するものである。

排水ポンプ設備等のように、吸水槽内に吸込管が位置するポンプで排水させる場合に、ある程度の浅い水深になると吸込口から水面に延びる渦（吸入渦）を生じることがある。渦が生じると、吸い込み効率が低下したり振動が大きくなるといった悪影響が出る。そこで、従来では、特許文献１や２において開示されたような対策が採られるものがあった。

特許文献１のものは、吸水槽に上下向きで垂下されている吸込管に、上下一対で小径の板体を外装支持させた手段であり、それら上下の板体間に生じる水流によって渦の成長を攪乱させて消滅させることを目的としたものである。しかしながら、一対の板体よりも横に離れて成長する渦を抑制することは難しい。

そこで、特許文献２において開示されるように、上下向きの吸込管に外囲する状態の大径の浮き（フロート）を配備することにより、幅広く渦の発生を防止できるようにされた手段がある。そして、特許文献２の明細書においては、浮きの空気を抜いて萎ませて小さくすることにより、設置ベースに形成されたポンプ挿通孔を通して吸水槽に位置させることができ、それから吸込管に外囲させた状態にして空気を入れることにより、所期した大径の浮きの状態にすることができると記載されている。

しかしながら、特許文献２に示される浮きを用いた渦防止手段を実施するには下記のような問題がある。吸水槽内に長時間放置される浮きには耐久性が要求されるとともに、水面に浮かぶゴミや異物等の衝突に耐える必要もあることから、比較的強度があり、かつ、膜厚の厚い材質のものから浮きを構成する必要があるので、空気を抜いたとしてもそれほど体積が縮小されるものではない。従って、挿通孔を通過させて設置するという施工性の点で問題がある。
特開昭５４−１５２２０２号公報 特開２００２−００５０７０号公報

本発明の目的は、上記実情に鑑みて、吸込管の周囲の広い範囲において渦を防止できる手段を、その渦防止手段の据付施工が容易な排水ポンプ装置を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、吸水槽１内にて開口する吸込口８ａを有する吸込管４を備え、かつ、前記吸水槽１の上方に配置される設置ベース２に形成される挿通孔１９を上下に通した状態で前記設置ベース２に据付けられるポンプＰを有する排水ポンプ装置において、
前記挿通孔１９を通過可能な大きさを有する横臥板状部材２２が前記吸込管４に外装されるとともに、前記横臥板状部材２２を外囲する状態に配置される外側横臥板状部材２３が前記吸水槽１に支持され、
前記横臥板状部材２２は、前記吸入管４の最大径よりも大きくは無く、前記吸込口８ａよりも上位となる高さに位置されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の排水ポンプ装置において、前記横臥板状部材２２と前記外側横臥板状部材２３とは互いに相対上下移動可能に嵌合されるものであるとともに、前記横臥板状部材２２の外周部と前記外側横臥板状部材２３の内周部との少なくとも一方が上下に所定の長さを有する縦周壁２７を備えていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の排水ポンプ装置において、前記横臥板状部材２２は、下向きに開口する前記吸込口８ａを有する前記吸込管４の外周面に一体形成された円板部２２Ａを有して構成されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の排水ポンプ装置において、前記外側横臥板状部材の外周部が平面視で円形に形成されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の排水ポンプ装置において、前記外側横臥板状部材２３は、複数本の脚部材２４を介して前記吸水槽１の底璧１Ａに取付けられていることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の排水ポンプ装置において、前記ポンプＰは、先行待機運転が行えるものに構成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、吸込管に外装される横臥板状部材と吸水槽１に支持される外側横臥板状部材とによって平面視における面積の十分に広い渦防止機構が形成されるので、吸水槽の水位が下がってきている状態での排水作動に伴って吸込口から渦が形成されようとしても、その渦が水面には到達し難くなり、空気を吸込んでの渦の発生を抑制することが可能になる。ポンプはその吸込管を設置ベースに形成されている挿通孔を通して吸水槽に臨ませた状態で設置ベースに取付けられ、強度上や安全上の点から挿通孔の大きさは、通常は吸込管の最大径部分が通過可能な最小限度の大きさに形成されるものである。外側横臥板状部材との協働によって渦を防止させる本発明によれば、渦の発生を抑制するために横臥板状部材を吸込管の最大径よりも大きくする必要は無く、従って挿通孔は従来通りの大きさで済むものとなる。

つまり、吸込管に設置ベースの強度やその挿通孔の大きさ等の吸込管以外には何らの構造変更及び据付方法の変更もないものとしながら、従来に比べて格段に渦の防止作用を強化することが可能になるのである。その結果、吸込管の周囲の広い範囲において渦を防止できる手段を、その据付施工も問題なく行える排水ポンプ装置を実現することができる。

請求項２の発明によれば、横臥板状部材と外側横臥板状部材との嵌合部では、少なくともいずれか一方が所定の上下長さを有する縦周壁を備えているから、ポンプの寸法誤差や施工誤差、或いは外側横臥板状部材の設置施工誤差等により、横臥板状部材と外側横臥板状部材との相対上下位置がずれることがっても、それら両者横方向の間隙が拡大されてしまうことが無く、所期された適切な間隙状態が維持される利点がある。

請求項３の発明によれば、横臥板状部材が吸込管に一体形成されているので、例えば、専用の部材として形成されたものをボルト等の固定手段を用いて取付ける構成に比べて、下向き吸込口を備えたポンプを有する排水ポンプ装置を、構造簡単でコストも掛らない合理的なものとして提供することができる。また、横臥板状部材を円板部として、外側横臥板状部材との嵌合部が円形となるものとしてあるから、横臥板状部材と外側横臥板状部材との嵌合には方向性が無く、従って単に吸込管を挿通孔に通して従来通りに配置固定すれば良く、その設置作業も簡単なもので済む利点がある。

請求項４の発明によれば、渦防止機構としての外郭形状が円形にしてあるから、吸込管の周囲における渦の防止作用を吸込管の軸心を中心としたいずれの角度位置においても互いに同等に発揮可能になり、角度位置によっては渦が発生し易い又はよりし難いといった偏りのない安定した渦防止機能が発揮できるポンプ装置とすることができる。請求項５のように、渦防止機構を構成する外側横臥板状部材を、複数の脚部材を用いて構造簡単で廉価に設けることができる。また、請求項６のように、先行待機運転ポンプであれば、比較的低水位での運転時において、渦の発生を効果的に防止し、より低水位までの排水も可能となる。

以下に、本発明による排水ポンプ装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は排水ポンプ装置を示す概略の全体図、図２，３は渦防止機構を示す側面図と平面図、図４は渦防止機構の別構造を示す一部切欠きの側面図である。

〔実施例１〕
図１に、立軸ポンプを用いた定置型の排水ポンプ装置Ａが示されている。この定置型の排水ポンプ装置Ａは、吸水槽１の天井壁である設置ベース２に貫通設置される立軸ポンプ（ポンプの一例）Ｐと、これを駆動する横軸型の電動機３と、渦防止機構Ｕとを有して構成されている。

立軸ポンプＰは、吸込管４と、縦軸心Ｘを有する状態で吸込管４に装備される主軸５、主軸５の先端部に装着される羽根車６、吸込管４の上部に配備される駆動方向変換機構７等を有して成る斜流型立軸ポンプに構成されている。吸込管４は、下向きの吸込口８ａを有する下部吸込管８Ａと上部吸込管８Ｂとで成る先拡がり状（ラッパ状）の吸込カバー８と、ポンプケーシング９と揚水管部１０と、ポンプ台１１と、吐出エルボ１２とから構成されている。尚、２１は、吐出エルボ１２に連結される送水管である。

主軸５は、羽根車６部分と、揚水管１０とポンプ台１１との間に介装される水中軸受台１３とで回転自在に支持されており、主軸５にカップリング連結される中間軸１４と横向きの入力軸（動力入力部の一例）１５とをべベルギヤ連動させる駆動方向変換機構７が、吐出エルボ１２に内蔵されている。べベルギヤ機構１６を収容して吐出エルボ１２に内装される変換ケーシング１７は、吐出エルボ１２の上部開口１２ａの蓋を兼ねる状態で装備されている。入力軸１５には、電動機３と吐出エルボ１２との間に介装されるクラッチ１８を経た電動機３の動力が入力されるものとなっている。

電動機３やクラッチ１８を支える設置ベース２には、立軸ポンプＰを落し込み配置して固定するための平面視で円形を呈するポンプ装着用の挿通孔１９が形成されている。吸込カバー８から挿通孔１９に吸込管４を入れ込んで、ポンプ台１１を設置ベース２における挿通孔１９の周縁部にボルト止めされた取付状態では、吐出エルボ１２より下の部分が吸水槽１内に臨む状態となっている。尚、立軸ポンプＰは、図１に仮想線で示すように、吸込管４に接続される通気管２０を有する先行待機型（気水切替型）のポンプとしても良い。

渦防止機構Ｕは、図１、図２に示すように、吸込管４の外周部に一体形成される円形フランジ部（横臥板状部材の一例）２２と、吸水槽１の底璧１Ａに固定される環状円板体（側横臥板状部材の一例）２３とを有して構成されている。下部吸込管８Ａの外周部８ｂに一体形成される円形フランジ部２２は、縦外周壁２７を先端に有する水平な円環上壁部（円板部の一例）２２Ａと、縦軸心Ｘ回りの均等角度ごとに配備される複数箇所のリブ壁２２ｂとを有して形成されている。また、円環上壁部２２Ａの複数箇所に、下部吸込管８Ａを吊上げるためのフック部２４が一体形成されている。

環状円板体２３は、環状円板部２３Ａと、縦外周板部２３ａと補強リブ板２３ｂとから成り、複数の脚部材２５を介して吸水槽１の底璧１Ａにボルト止め等の取付手段２５ａで取付けられており、これら環状円板体２３と複数の脚部材２５とにより、吸水槽１に支持される消渦体２６が構成されている。従って、渦防止機構Ｕは、吸込管４に装備される円形フランジ部２２と吸水槽１に装備される消渦体２６とで構成されている、と言うことができる。つまり、円形フランジ部２２と環状円板体２３とは互いに相対上下移動可能に組合されるものであるとともに、円形フランジ部２２の外周部（又は環状円板体２３の内周部）が上下に所定の長さを有する縦外周壁（縦周壁の一例）２７を備えている。尚、脚部材２５や補強リブ板２３ｂは４箇所等、６箇所以外の複数でも良い。

立軸ポンプＰの設置ベース２への装着状態では、図１，２に示すように、円形フランジ部２２と環状円板体２３とが互いに共通の縦軸心Ｘを有する同心状で、かつ、円環上壁部２２Ａと円環板部２３Ａとが径方向で僅かな間隙を有して互いに同一平面に並ぶように設定されている。但し、円環上壁部２２Ａと円環板部２３Ａとの高さ位置の寸法誤差には、縦外周板部２３ａでそれら両者の隙間が広くならないように対処されている。

円形フランジ部２２は、これを除いた状態の吸込管４の最大径となっている下部吸込管８Ａ下端部の径と略同径に設定されており、設置ベース２の挿通孔１９の径Ｒは、円形フランジ部２２の径ｒよりやや大きい値に設定（ｒ＜Ｒ）されている。円環上壁部２２Ａと円環板部２３Ａとは、吸水槽１での許容最低水位ＳＷＬよりも低位で、かつ、前記吸込口よりも上位となる高さに位置されている。尚、ＨＷＬは設定最高水位、ＨＨＷＬは限界最高水位である。ここで、許容最低水位ＳＷＬは、渦防止機構Ｕを備えた状態で、渦が発生する水位よりも安全を見てやや高い位置に設定しても良い。

本発明による実施例１の排水ポンプ装置Ａは、以上のように構成されているので、吸水槽１内の水位が低下してきても、渦防止機構Ｕの存在により、吸込管４の軸心Ｘを中心とした半径Ｄの範囲は水面に連通不能になっているため、空気を吸込む渦を抑制することが可能になる。しかも、渦防止機構Ｕは、吸込管４に支持される円環上壁部２２Ａだけでなく、これに外嵌する状態で吸水槽１に支持される大径の円環板部２３Ａとの双方によって広い面積でもって水面との連続性を絶つようにしてあるから、従来に比べて確実な渦防止効果を得ることが可能であり、より低水位までの排水、即ち許容最低水位ＳＷＬを低位置に設定することができるようになる。

また、円形フランジ部２２の径を、吸込管４としての最も大径となる下部吸込管８Ａと略同径としてあるので、挿通孔１９の大きさを従来（フランジ部２２を有さない吸込管を持つポンプ）の挿通孔より拡げることなく、かつ、下部吸込管８Ａの下端部の通過を許容しながら、円形フランジ部２２を環状円板体２３の内側に位置させることが可能になっている。これにより、立軸ポンプＰの設置ベース２への装脱も問題なく行うことができる。

吸水槽１における最低水位ＳＷＬは、ポンプＰの運転条件、吸水槽１の形状等から規定されるとともに、前述したように吸入渦が発生しないことも条件に入る。空気を伴う吸入渦が生じると、ポンプ効率が低下するばかりでなく、振動を引き起こしてポンプ運転に悪影響を及ぼすからであり、吸入渦ができない条件によって当初計画していた位置よりも最低水位を高く設定しなければならない場合がある。このような場合、従来では、大掛かりな渦流防止設備を吸水槽に設けるとか、振動に耐えるより堅牢なポンプを製作する、或いは、回転数制御を用いて吸入量を落とすといった対策が必要であって、コストが高く付くか、ポンプ効率の低下を招く問題があった。そこで、本発明による渦防止機構を設けるようにすれば、コスト高やポンプ効率低下を招くことなく、吸入渦の条件が緩和されて最低水位の位置を下げることが可能になるという大なる利点が得られる。

別実施例として、図４に示すように、渦防止機構Ｕを構成する消渦体２６を、複数の脚部材２５に代えて、パンチングメタルやエキスパンドメタル等から成る網目状で単一筒部材の脚部材２５を有するものとしても良い。尚２５ｂは補強部材である。このようにすれば、脚部材２５による渦抑制作用が期待できて渦防止機構Ｕの渦防止機能が強化可能であるとともに、ポンプＰにゴミや異物が吸込まれないように牽制阻止するフィルターの役目も兼用できる利点がある。また、横臥板状部材２２の外周部と外側横臥板状部材２３の内周部との両方に縦周壁２７，２７を設けるとともに、それら両縦周壁２７，２７どうしが相対上下移動可能に嵌合する構造の嵌合部Ｋを形成させて、より確実に渦の発生を防止できるようにしても良い。

吸水槽１に支持される環状円板体２３の大きさは、もっと大きいものや小さいもの等、適宜に設定することが自在である。図示は省略するが、吸水槽１の横傍に槽の縦壁が迫っているような場合には、横方向への張出し長さが縦壁側とその反対側とで異ならせた形状を有する外側横臥板状部材としても良く、そのような場合には、脚部材を縦壁に支持させても良い。また、脚部材を吸水槽１の天井壁（設置ベース２）で吊下げ支持させる構造も可能である。さらに、図１，図２のポンプにおいて、仮想線で図示した通気管２０を備えたポンプは気水切替型の先行待機運転ポンプであるが、気水混合型の先行待機運転ポンプにも適用することは言うまでもない。

排水ポンプ装置の概略の全体構成図 渦防止機構の構造を示す要部の断面図（実施例１） 図２の渦防止機構の平面図 渦防止機構の別構造を示す一部切欠きの側面図

符号の説明

１ 吸水槽
１Ａ 底璧
２ 設置ベース
４ 吸込管
８ａ 吸込口
１９ 挿通孔
２２ 横臥板状部材
２２Ａ 円板部
２３ 外側横臥板状部材
２３Ａ 環状円板部
２５ 脚部材
２７ 縦周壁
Ａ 排水ポンプ装置
Ｐ ポンプ
ＳＷＬ 許容最低水位

Claims (6)

1. 吸水槽内にて開口する吸込口を有する吸込管を備え、かつ、前記吸水槽の上方に配置される設置ベースに形成される挿通孔を上下に通した状態で前記設置ベースに据付けられるポンプを有する排水ポンプ装置であって、
   前記挿通孔を通過可能な大きさを有する横臥板状部材が前記吸込管に外装されるとともに、前記横臥板状部材を外囲する状態に配置される外側横臥板状部材が前記吸水槽に支持され、
   前記横臥板状部材は、前記吸入管の最大径よりも大きくは無く、前記吸込口よりも上位となる高さに位置されている排水ポンプ装置。
   
2. 前記横臥板状部材と前記外側横臥板状部材とは互いに相対上下移動可能に嵌合されるものであるとともに、前記横臥板状部材の外周部と前記外側横臥板状部材の内周部との少なくとも一方が上下に所定の長さを有する縦周壁を備えている請求項１に記載の排水ポンプ装置。
3. 前記横臥板状部材は、下向きに開口する前記吸込口を有する前記吸込管の外周面に一体形成された円板部を有して構成されている請求項１又は２に記載の排水ポンプ装置。
4. 前記外側横臥板状部材の外周部が平面視で円形に形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の排水ポンプ装置。
5. 前記外側横臥板状部材は、複数本の脚部材を介して前記吸水槽の底璧に取付けられている請求項１〜４の何れか一項に記載の排水ポンプ装置。
6. 前記ポンプは、先行待機運転が行えるものに構成されている請求項１〜５の何れか一項に記載の排水ポンプ装置。

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