JP5220434B2 - 揚液ポンプ及び揚液ポンプシステム - Google Patents

Description

本発明は揚液ポンプ及び揚液ポンプシステムに関し、特に先行待機運転に適したいわゆるコラム型の揚液ポンプ及びこの揚液ポンプを備える揚液ポンプシステムに関する。

近年、排水機場の建設において、コスト縮減及び維持管理性向上の観点から、設置・点検が容易で操作性に優れたポンプが求められている。このようなポンプとして、モータ羽根車組立体が吐出ケーシング本体（コラムパイプ）に対して出し入れ容易となるように構成された水中ポンプ（いわゆるコラム型水中ポンプ）であって、羽根車の先端よりも下方の吸込管内に空気を流入させる空気管を備え、羽根車に水と共に空気を吸い込ませることにより、水位が低下した場合でも、振動の発生を伴う吸込渦の吸込管内への巻き込みを回避した運転を可能にした先行待機運転に適する水中ポンプがある（例えば、特許文献１参照。）。他方、先行待機運転に適するポンプにおいて、吸込管内に確実に空気を流入させるために、空気管を介して導入する空気を吸込管内に一様に分配する環状の空気室を吸込管の内壁に形成し、空気室は空気管が接続された吸気口により吸込管内と連通し、羽根車と吸気口との間に旋回防止板を有するポンプがある（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−３０８５０８号公報（段落００９１−０１１５等） 特開２００４−２０４８３４号公報（段落０００７、図１等）

しかしながら、上記特許文献２に示されているような空気室を上記特許文献１に示されているようなコラム型水中ポンプの吸込管に形成すると吸込管の形状が複雑となり、空気室まわりの点検が難しくなると共に製造コストも上昇してしまい、コラム型のポンプのメリットを十分に享受できるとは言い難くなってしまう。

本発明は上述の課題に鑑み、シンプルかつ本来の性質を具備した揚液ポンプ及びこの揚液ポンプの特性を利用した揚液ポンプシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る揚液ポンプは、例えば図１に示すように、羽根車３１と、羽根車３１を回転させる電動機３３と、羽根車３１を回転方向周りで覆うように囲む羽根車ケーシング３４とを有するポンプ本体３０と；ポンプ本体３０が出し入れ可能に収容される筒状のコラムパイプ２１と、軸線が鉛直になるように配置されたコラムパイプ２１の下端に取り付けられ、収容されたポンプ本体３０の羽根車３１に向けて上方に液体を流す吸込管２５とを有する固定パイプ２０であって、収容されたポンプ本体３０の羽根車ケーシング３４に対して、鉛直方向で吸込管２５との間に下方隙間１１を形成し、水平方向で固定パイプ２０との間に下方隙間１１を介して羽根車ケーシング３４内と連通する側方隙間１２を形成する固定パイプ２０と；側方隙間１２に空気を供給する空気流入機構２８とを備える。

このように構成すると、収容されたポンプ本体の羽根車ケーシングに対して水平方向で固定パイプとの間に下方隙間を介して羽根車ケーシング内と連通する側方隙間を形成する固定パイプと、側方隙間に空気を供給する空気流入機構とを備えるので、側方隙間で空気を略一様に分配しつつ略一様に分配された空気を下方隙間から吸込管内に供給することが可能となり、本来の機能を発揮するための構造を利用したシンプルかつ本来の性質を具備した先行待機運転に適したいわゆるコラム型の揚液ポンプとなる。

また、本発明の第２の態様に係る揚液ポンプは、例えば図２に示すように、上記本発明の第１の態様に係る揚液ポンプにおいて、固定パイプ２０に収容されたポンプ本体３０の羽根車ケーシング３４の外側で、コラムパイプ２１の内面に取り付けられ、羽根車３１の回転によって揚液される液体の旋回を防止する旋回防止部材４１を備える。

このように構成すると、吸込管内に空気を吸い込ませるために下方隙間の内側付近に発生する負圧が液体の旋回によって減殺されることを低減することができて側方隙間からの空気の吸い込みが妨げられることを低減することができ、側方隙間から供給される空気量の減少を抑制することができる。

また、本発明の第３の態様に係る揚液ポンプは、例えば図３（ｃ）、図１５（ｃ）に示すように、上記本発明の第１の態様に係る揚液ポンプにおいて、固定パイプ２０に収容されたポンプ本体３０の羽根車ケーシング３４の内面で又は吸込管２５Ｂの内面で、羽根車３１の下方に、羽根車３１の回転によって揚液される液体の旋回を防止する旋回防止部材４１Ｃ（例えば図３（ｃ）参照）、４１Ａ（例えば図１５（ｃ）参照）を備える。

このように構成すると、吸込管内に空気を吸い込ませるために下方隙間の内側付近に発生する負圧が液体の旋回によって減殺されることを低減することができて側方隙間からの空気の吸い込みが妨げられることを低減することができ、側方隙間から供給される空気量の減少を抑制することができる。

また、本発明の第４の態様に係る揚液ポンプは、例えば図４に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る揚液ポンプにおいて、羽根車３１の回転によってエアロック状態又は気中運転状態となったときに、電動機３３の温度の上昇を防止する昇温防止手段を備える。

このように構成すると、先行待機運転中に液体が羽根車の上部に滞留したまま揚液されないエアロック状態又は気中運転状態となって電動機の温度が上昇したとしても、電動機の過熱による故障を未然に防ぐことが可能となる。

また、本発明の第５の態様に係る揚液ポンプは、例えば図７、図８、図９に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つの態様に係る揚液ポンプにおいて、固定パイプ２０が、固定パイプ２０に対するポンプ本体３０の運転中の振動による移動を低減させる支持部材２２ｓ（例えば図７参照）、６１（例えば図８参照）、６２（例えば図９参照）を有する。

このように構成すると、固定パイプに対してポンプ本体が出し入れ可能に収容された揚液ポンプが、振動が大きくなる場合がある気水混合運転時に、固定パイプとポンプ本体との間の相対的な動きを抑制することができる。

また、本発明の第６の態様に係る揚液ポンプは、例えば図１０に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第５の態様のいずれか１つの態様に係る揚液ポンプにおいて、ポンプ本体３０が、羽根車３１よりも上流側に、羽根車３１を回転させる回転軸３２を支持する軸受け３６を有する。

このように構成すると、羽根車が羽根車ケーシングに接触することを防止することができる。

また、本発明の第７の態様に係る揚液ポンプシステムは、例えば図１２、図１３に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つの態様に係る揚液ポンプを複数備え（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）；各々のポンプ本体３０、３０、３０は各々の固定パイプ２０、２０、２０に相互に入れ換え可能に構成され；各々の揚液ポンプ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが異なる液位で定常運転を開始するように構成されている。

このように構成すると、各々の揚液ポンプが異なる液位で定常運転を開始するので、水位の変動をゆるやかにすることが可能となって揚液ポンプの頻繁な発停を低減することができる。また、各々のポンプ本体は各々の固定パイプに相互に入れ換え可能に構成されているので、各々のポンプ本体の累積運転時間を平準化することができる。さらには、固定パイプ以外のポンプ本体の設計を一様にすることができ部品の共有化を図れるので、経済性及び信頼性に優れた製品となる。

また、本発明の第８の態様に係る揚液ポンプは、例えば図４に示すように、鉛直方向に配置された回転軸３２を軸周りに回転させる電動機３３と；回転軸３２に取り付けられた羽根車３１と；電動機３３と羽根車３１とを収容し、羽根車３１の回転により液体を上方に流すコラムパイプ２１と；羽根車３１の上流側でコラムパイプ２１に接続され、羽根車３１に向けて液体を流す流路を形成する吸込管２５と；羽根車３１よりも上流側のコラムパイプ２１内又は吸込管２５内に（例えば図１４参照）、空気を供給する空気流入機構２８と；羽根車３１の回転によってエアロック状態又は気中運転状態となったときに、電動機３３を過熱による故障から免れるように制御する制御手段５０とを備える。

このように構成すると、羽根車の回転によってエアロック状態又は気中運転状態となったときに電動機を過熱による故障から免れるように制御する制御手段を備えるので、先行待機運転中に液体が羽根車の上部に滞留したまま揚液されないエアロック状態又は気中運転となって電動機の温度が上昇したとしても、電動機の過熱による故障を未然に防ぐことが可能となる。

本発明によれば、収容されたポンプ本体の羽根車ケーシングに対して水平方向で固定パイプとの間に下方隙間を介して羽根車ケーシング内と連通する側方隙間を形成する固定パイプと、側方隙間に空気を供給する空気流入機構とを備えるので、側方隙間で空気を略一様に分配しつつ略一様に分配された空気を下方隙間から吸込管内に供給することが可能となり、本来の機能を発揮するための構造を利用したシンプルかつ本来の性質を具備した先行待機運転に適したいわゆるコラム型の揚液ポンプとなる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る揚水ポンプ１０の構成を説明する。図１は、揚液ポンプとしての揚水ポンプ１０の正面断面図である。揚水ポンプ１０は、液体としての水を揚水する先行待機運転用のポンプである。揚水ポンプ１０は、構造物９９に固定される固定パイプ２０と、固定パイプ２０内に出し入れ可能に収納されるポンプ本体３０と、低水位時に空気を導入する空気流入機構としての空気管２８とを備えている。典型的には、揚水ポンプ１０の運転時には固定パイプ２０内にポンプ本体３０が収容され、点検時にはポンプ本体３０が固定パイプ２０から引き出されるようにして取り扱われる。

固定パイプ２０は、ポンプ本体３０を主に収容するコラムパイプ２１と、吸込管２５とを有している。コラムパイプ２１は、ポンプ本体３０を覆うことができる長さを有し、筒状に、典型的には円筒状に形成された部材である。コラムパイプ２１は、典型的には鋼製又は鋳鉄製である。コラムパイプ２１は、軸線が鉛直になるように配置されて構造物９９（本実施の形態では水槽９８の上方に位置するスラブ）に固定される。ここでいう「鉛直」は、ポンプ本体３０の出し入れに支障がない範囲で傾いている状態も含む概念である。コラムパイプ２１には、収容されたポンプ本体３０の上端よりも所定の高さ以上の上方に、水平方向に延びる枝管２１ｐが設けられている。「所定の高さ」は、揚水した水の流れを安定させることができる距離を確保した高さである。枝管２１ｐは、揚水した水の流路を形成する。また、コラムパイプ２１は、構造物９９への固定用の据付座２４が外周に設けられている。また、コラムパイプ２１は、上端に上部フランジ２１ａが設けられ、下端に下部フランジ２１ｂが設けられている。上部フランジ２１ａには、取り外し可能なコラム蓋２２が気密に取り付けられている。下部フランジ２１ｂには、吸込管２５が取り付けられている。

吸込管２５は、コラムパイプ２１の内径よりも小さな径の開口２５ｈが形成された吸込管フランジ２５ｆに異径管２５ｐが取り付けられて一体に形成された部材である。吸込管２５は、典型的には、鋼製又は鋳鉄製であり、全体が一体に構成されている。吸込管２５は、コラムパイプ２１に取り付けられたときに、コラムパイプ２１の軸線と異径管２５ｐの軸線とが一致して、この軸線が開口２５ｈの中心を貫くように形成されている。異径管２５ｐは、吸込管フランジ２５ｆから下方に向かって、一旦徐々に径がすぼまった後に、下端付近でコラムパイプ２１の径と同程度まで急激に径が広がるベルマウス形状に形成されている。吸込管フランジ２５ｆに形成された開口２５ｈの大きさは、ポンプ本体３０の吸込口の内径と略同じ大きさに形成されている。

ポンプ本体３０は、オープン型の羽根車３１と、羽根車３１が回転軸３２の先端に取り付けられた電動機３３とを有している。電動機３３は水中モータであり、本実施の形態の揚水ポンプ１０はコラム形水中モータポンプとして構成されている。ポンプ本体３０は、電動機３３と羽根車３１とが一体に組み立てられた電動機羽根車組立体として、コラムパイプ２１に対して出し入れできるように構成されている。ポンプ本体３０は、コラムパイプ２１に収容されたときに、回転軸３２がコラムパイプ２１の軸線と一致し、羽根車３１が電動機３３よりも下方に位置するようになっている。電動機３３は乾式モータであり、内部を外部から封止密閉し、水中で運転される際に水が内部に侵入しないように、モータケーシング３３７で全体が囲われている。モータケーシング３３７の下部には、回転軸３２の貫通部があり、この貫通部には軸封装置としてのメカニカルシール３３６が設けられている。

メカニカルシール３３６とモータケーシング３３７とで密封された内部には、回転軸３２に固着された回転子３３２、回転子３３２と僅かな隙間をもってその外周に配置された固定子３３３及び回転軸３２を回転可能に支持する下部軸受３３４と上部軸受３３５が収納されている。固定子３３３は、モータケーシング３３７に固定されている。下部軸受３３４及び上部軸受３３５は、給油を必要としない潤滑剤封入型の軸受とするのが好ましい。本実施の形態では、グリースを封入した転がり軸受を使用している。羽根車３１は、電動機３３と共通の回転軸３２に取り付けられているので、軸受は、２つの転がり軸受３３４、３３５とすることができる。特に、スラスト荷重（羽根車３１、回転軸３２、回転子３３２を含む回転体の重量と羽根車３１にかかる流体力）も受けられるように、転がり軸受３３４、３３５の少なくとも一方をアンギュラーコンタクト型のボール軸受とするとよい。モータケーシング３３７の上部からは、駆動用の電源ケーブル３３ｃが引き出されている。ケーブル引き出し部は水がモータの内部に侵入しないようにシールされている。

ポンプ本体３０は、さらに、羽根車３１の側面周囲（回転方向周り）を覆うように囲む羽根車ケーシング３４を有している。また、羽根車３１の吐出側にはガイドベーン３５が配設されている。羽根車ケーシング３４は、羽根車３１に加えてガイドベーン３５をも側面周囲で覆うように囲む長さを有している。羽根車ケーシング３４は、下端の内径が吸込管フランジ２５ｆの開口２５ｈ（異径管２５ｐの内径）と略同じ大きさに形成され、上端の外径がコラムパイプ２１の内径よりも僅かに小さく形成されている。羽根車ケーシング３４は、下端から上端に向かって径が徐々に広がるように形成されている。なお、図ではは、羽根車３１が斜流羽根車である例を示しているが、軸流羽根車でもよい。軸流羽根車の場合の羽根車ケーシング３４は、下端から上端まで同じ径で形成される。

羽根車ケーシング３４の外周には、円環状の嵌合座３４ｓが形成されている。他方、コラムパイプ２１の内面には、円環状の受け座２３が形成されている。受け座２３と嵌合座３４ｓとは、嵌合したときに、この嵌合部分の全周で空気及び水が通過しないように密着する構成となっている。受け座２３と嵌合座３４ｓとが嵌合することにより、コラムパイプ２１にポンプ本体３０が載置され、ポンプ本体３０がコラムパイプ２１に収容されたときのコラムパイプ２１に対するポンプ本体３０の位置が決まる。このとき、羽根車ケーシング３４の下端と吸込管フランジ２５ｆの上面との間に所定の幅の隙間である下方隙間１１が形成されるような位置に、受け座２３及び嵌合座３４ｓが形成されている。下方隙間１１は、羽根車ケーシング３４下端の下方全体に、典型的には水平に形成されている。下方隙間１１は、羽根車ケーシング３４内に空気を導入するために設けられる隙間であり、ポンプ本体３０を固定パイプ２０に収容する際に設定されるクリアランス（受け座２３に対して嵌合座３４ｓが浮くことがないように設定されるもの）とは作用効果（意味合い）が異なる。

また、ポンプ本体３０がコラムパイプ２１に収容されたときのコラムパイプ２１に対するポンプ本体３０の位置が決まったときに、コラムパイプ２１の内面と羽根車ケーシング３４の外面と吸込管フランジ２５ｆの上面とで囲まれた隙間（空間）である側方隙間１２が形成される。側方隙間１２は、回転軸３２周りの全周に形成されている。側方隙間１２は、下方隙間１１を介して羽根車ケーシング３４内と連通している。

空気管２８は、側方隙間１２を形成する部分のコラムパイプ２１に一端２８ａが取り付けられている。空気管２８は、一端２８ａを介して側方隙間１２と連通している。空気管２８は、一端２８ａから見て下がることなく上方に延び、最高水位ＨＷＬよりも上方で他端２８ｂが大気に開放している。このようにすると、他端２８ｂが水中に没することがないので、水中に存在する異物が他端２８ｂから吸い込まれることを防止できる。他端２８ｂは、水槽９８の外部で開放されていると水中に存在する異物の吸い込みを確実に防止することができる。なお、維持管理者が居る可能性のある外部に異臭が放散することを防止する観点から、水槽９８の内部で他端２８ｂを開放することとしてもよい。空気管２８は、１本又は複数本が取り付けられていてもよい。

次に揚水ポンプ１０の作用を説明する。まず水位が吸込管２５の下端（開口部）の水位Ａ１よりも低い状態で揚水ポンプ１０を始動する。例えば川の上流で大雨が降ったとの降雨情報が入った場合等、ある時間の後に水位が急に上昇することが予測される。そのような場合に、水位がＡ１よりも下の状態で、先行待機運転用の揚水ポンプ１０が始動される。先行待機運転の開始である。なお、揚水ポンプ１０を始動する水位は、水位Ａ１よりも上の状態でもよく、つまり水位に関係なく運転が可能である。

雨水の流入により水槽内の水位が上昇し、吸込管２５の下端水位Ａ１を越える。水位が下端水位Ａ１を越えても、下方隙間１１の上端の高さに相当する下方隙間上端水位ＴＷＬを越えても、まだ水は吸い上げられない。羽根車３１は空転している（気中運転）。水位がさらに上昇して、吸込開始水位ＳＬＷＬまで到達したところで、羽根車３１は水を吸い込み始める。吸込開始水位ＳＬＷＬは、羽根車３１の下端部分の水位に相当する。このときは、空気管２８、側方隙間１２、下方隙間１１を介して羽根車ケーシング３４内に空気も吸い込むので、揚水ポンプ１０の全水量吐出の運転（定常運転）ではない。すなわち、揚水ポンプ１０は気水混合運転をしている。さらに水位が上昇すると徐々に吸込空気量は減少し、代わりに水量が増加する。やがて水位が定常運転水位ＲＷＬまで上昇すると吸込空気量がゼロになり、揚水ポンプ１０の全水量を吐出するに至る。すなわち、定常運転に入る。羽根車３１の回転によって吸い上げられた水は、コラムパイプ２１内を上昇して枝管２１ｐを流れて吐出される。

定常運転水位ＲＷＬは、下方隙間上端水位ＴＷＬからｈ≒ｖ^２／２ｇだけ高い水位である。ここで、ｖはその位置での水の流速、ｇは重量加速度である。下方隙間１１部分では、水の流れによりベルヌーイの定理による速度水頭の分だけ水の流れがない場合に比べて圧力が低くなるので、定常運転水位ＲＷＬのときに位置水頭が上記の速度水頭と等しくなる位置は、圧力がゼロ（大気圧）となる。下方隙間１１部分は、水位が定常運転水位ＲＷＬを下回ると負圧となり、側方隙間１２及び空気管２８を通じて大気と連通しているために、空気管２８の他端２８ｂから羽根車ケーシング３４の内部に空気を吸引する。

また、定常運転水位ＲＷＬは、できるだけ早く定常運転に入るようにする観点からは最低水位ＬＷＬと等しくするのが好ましいが、通常は安全を見てそれよりも高くなるようにする。定常運転水位ＲＷＬは、羽根車ケーシング３４の長さ（高さ）を適切に設定する等により、下方隙間上端水位ＴＷＬ（羽根車ケーシング３４の下端）に高さｈを加えた液位として任意に決定することができる。最低水位ＬＷＬは、ポンプ固有の値であり、水位がこれ以下になると、仮に空気管２８が無ければポンプの運転の継続に支障をきたす。仮に空気管２８が無ければ最低水位ＬＷＬ以下では吸込管２５の下端から渦状に空気を吸い込み始め、振動や騒音が発生し運転の継続が困難になる水位となり、最低水位ＬＷＬは渦状の空気吸込以外の条件で定まる場合もある。水位が下方隙間上端水位ＴＷＬを越えて最低水位ＬＷＬに至るまでの間に下方隙間１１から羽根車ケーシング３４の内部に吸気することにより、吸込管２５の下端から渦状に空気を吸い込まなくなり、振動や騒音などの問題が発生することを回避することができ、そのまま運転を継続することが可能となる。

さらに水位が、最低水位ＬＷＬと最高水位ＨＷＬの間の水位まで上昇して、揚水ポンプ１０は定常運転を継続する。その後、揚水ポンプ１０の排水により今度は水位が低下し、定常運転水位ＲＷＬを下回ると、空気管２８、側方隙間１２、下方隙間１１を介して羽根車ケーシング３４内に空気を吸い込み始める。すなわち、再び気水混合運転が開始される。水位が低下するにつれて吸込空気量が増えて、代わりに水量が減っていく。さらに水位が下がり、下端水位Ａ１になると、水の吸い込みが終わる。このとき、揚水ポンプ１０は、まったく水を吸い込まず、羽根車３１の上方に水が残存しているエアロック状態となる。エアロック状態では、水が枝管２１ｐまで上がらず、電動機３３は羽根車３１の上方に残存している水を攪拌することとなる。なお、水位が下方隙間上端水位ＴＷＬまで低下したときに、あるいは下方隙間上端水位ＴＷＬと下端水位Ａ１との間まで低下したときに、羽根車３１が空気中で運転される気中運転状態となって（このとき羽根車３１の上方に水が残存していない）水の吸い込みが終わる場合もあるが、本実施の形態では水位が下端水位Ａ１まで低下したときに水の吸い込みが終わるようになっている。降雨が続くときは、そのまま運転を続ける。

水位が下端水位Ａ１よりも一旦低下して再び上昇に転じたとき、羽根車３１の上方に水が残存しているエアロック状態であれば、水位が吸込管２５の高さである下端水位Ａ１に到達したときに水の吸い上げが始まる。他方、羽根車３１の上方に水が残存していない気中運転状態であれば、水位が上述のように吸込開始水位ＳＬＷＬに到達したときに水の吸い上げが始まる。このようにして、先行待機運転用の揚水ポンプ１０は、水槽９８の水位にかかわらず、空運転（気中運転状態又はエアロック状態）と全水量の運転との間で運転を継続することができる。空運転と全水量運転との間の移り変わりは、揚水ポンプ１０が水と共に空気管２８から空気を一緒に吸い込むので滑らかに行われる。

次に図２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る揚水ポンプ１０２を説明する。図２は、揚水ポンプ１０２の正面断面図である。第２の実施の形態に係る揚水ポンプ１０２の、第１の実施の形態に係る揚水ポンプ１０（図１参照）と異なる点は、下方隙間１１がより大きく形成され、羽根車３１より上流側でコラムパイプ２１の内面に旋回防止部材としての旋回防止板４１が設けられていることである。他の構成は揚水ポンプ１０（図１参照）と同様である。定常運転水位ＲＷＬ以下で気水混合運転を行う先行待機運転用のポンプは、水位が低く水と共に空気を吸い込む場合、羽根車３１の下方に旋回流れが発生することに伴い、旋回流れが発生しない場合に比べて下方隙間１１付近に発生する負圧が減殺されてしまい、十分な吸気が行われず、期待通りに気水混合運転がなされないことがあった。

揚水ポンプ１０２は、旋回流れが発生しない場合に比べて下方隙間１１付近に発生する負圧が減殺される原因となる旋回流の発生を低減する旋回防止板４１が取り付けられている。旋回防止板４１は、典型的には矩形の板であり、垂線が水平になるように一辺がコラムパイプ２１の内面に固定され、この固定された辺に対向する辺がコラムパイプ２１の軸に向かう方向に延びている。旋回防止板４１は、このコラムパイプ２１の軸に向かう方向に延びる辺が、仮に羽根車ケーシング３４の下端を吸込管フランジ２５ｆに当たるまで延長するとした場合に、この仮想部分の羽根車ケーシング３４の内面よりも内側に突き出ないように形成されている。旋回防止板４１は、羽根車ケーシング３４の下端との間隔がポンプ本体３０を出し入れする際に干渉しない程度の距離となっており、吸込管フランジ２５ｆの上面との間隔が気水混合運転をする際に空気を吸い込むことができる程度の距離となっている。旋回防止板４１は、典型的には、コラムパイプ２１の水平断面における円周の中心角が等しくなるような間隔で複数（本実施の形態では４つ）設けられている。

揚水ポンプ１０２は、定常運転水位ＲＷＬ以下で気水混合運転を行う際に、羽根車３１の下方に旋回流れが発生しようとしても、旋回防止板４１が回転軸３２周りの水の流れの邪魔となって旋回流の発生が低減される。これにより、下方隙間１１部分に発生する負圧が減殺されることが低減され、十分な吸気が行われることとなる。したがって、吸込管２５が水面から渦状に空気を吸い込んでしまって振動を生じる等の運転が不安定になってしまうことを回避することができる。

図３には、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る揚水ポンプの正面断面の一部分を示す。（ａ）は第１の変形例に係る揚水ポンプ１０２Ａを、（ｂ）は第２の変形例に係る揚水ポンプ１０２Ｂを、（ｃ）は第３の変形例に係る揚水ポンプ１０２Ｃをそれぞれ示す。揚水ポンプ１０２Ａは、揚水ポンプ１０２における側方隙間１２の下部及び下方隙間１１に設けられた矩形の旋回防止板４１に代えて、直角三角形あるいは台形の板で形成された旋回防止板４１Ａが、側方隙間１２内に設けられている。このように構成すると、旋回防止部材が主水流にないので、流路損失がなくゴミの引っかかりもほとんどなくなる。揚水ポンプ１０２Ｂは、揚水ポンプ１０２と比べて、旋回防止板４１のコラムパイプ２１の軸に向かう方向に延びる辺が、仮に羽根車ケーシング３４の下端を吸込管フランジ２５ｆに当たるまで延長するとした場合に、この仮想部分の羽根車ケーシング３４の内面よりも内側に突き出るように形成されている。このように構成すると、旋回流をより大きい面積で止めることができ、さらに旋回流を低減することができる。揚水ポンプ１０２Ｃは、揚水ポンプ１０２における側方隙間１２の下部及び下方隙間１１に設けられた矩形の旋回防止板４１に代えて、矩形の板で形成された旋回防止板４１Ｃが、羽根車３１よりも上流側の羽根車ケーシング３４内に設けられている。旋回防止板４１Ｃは、垂線が水平になるように一辺が羽根車ケーシング３４の内面に固定され、この固定された辺に対向する辺が羽根車ケーシング３４の軸に向かう方向に延びている。旋回防止板４１Ｃは、他の実施の形態と同様に複数設けられている。この仮想部分の羽根車ケーシング３４の内面よりも内側に突き出るように形成した構成でもよい。

次に図４を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る揚水ポンプ１０３を説明する。図４は、揚水ポンプ１０３の正面断面図である。第３の実施の形態に係る揚水ポンプ１０３は、第１の実施の形態に係る揚水ポンプ１０（図１参照）から見てさらに電動機３３の昇温防止手段を備えている。上述のように、電動機３３は、エアロック状態になると羽根車３１の上方に残存している水を攪拌するだけとなり、気中運転状態になると羽根車３１周囲の空気を攪拌するだけとなる。水又は空気が入れ替わらないエアロック状態又は気中運転状態の運転では、電動機３３が冷却されないこととなり、これを続けると電動機３３の故障に至る可能性がある。揚水ポンプ１０３は、これらの不都合を回避するため、昇温防止手段として機能する、制御装置５０、電流計５１、電極棒５２、バイパス弁５３ｖが配設されたバイパス管５３、排気弁５４ｖが配設された排気管５４を備えている。

電流計５１は、電動機３３の電流値を検出する計器である。電流計５１は、電動機３３の負荷が大きいと大きな値を検出する。したがって、気中運転状態の電流値は、定常運転又は気液混合運転時あるいはエアロック状態の電流値に比べて著しく小さくなる。電流計５１は、典型的には電動機３３等に電力を送電する動力盤（不図示）に設けられている。電流計５１は、電動機３３の力率値を検出する計器としてもよい。電極棒５２は、コラムパイプ２１内の水位が所定の水位に至っているか否かを検出するものである。電極棒５２は、その下端が、コラムパイプ２１内の枝管２１ｐが接続されている高さに位置するように配設されている。電極棒５２は、コモン電極（不図示）と協働して、電極棒５２への接液の有無を検出することにより、コラムパイプ２１内の水位が所定の水位に至っているか否かを検出することができる。電極棒５２が接液を検出した場合は、枝管２１ｐに水が流れていることになる。

バイパス管５３は、エアロック状態のときに羽根車３１の上部に滞留している水を水槽９８内へ導くことができるものである。バイパス管５３は、一端５３ａが、エアロック状態のときのコラムパイプ２１内の水面水位よりも下方かつ羽根車３１の上端よりも上方のコラムパイプ２１の外側面に接続されており、これによりコラムパイプ２１内に連通している。一端５３ａは、典型的には羽根車ケーシング３４の上端の直近上方のコラムパイプ２１の外側面に接続されている。一端５３ａは、電動機３３の下端付近の高さに設けられているのが好ましい。バイパス管５３は、一端５３ａからみて水平に延びた後に向きを変えて下方に延び、羽根車３１よりも下方で下向きに他端５３ｂが開口している。バイパス管５３には、水の流れを遮断可能なバイパス弁５３ｖが配設されている。バイパス弁５３ｖは、典型的には電動弁あるいは電磁弁が用いられる。

排気管５４は、コラムパイプ２１内の空気をコラムパイプ２１外の大気に排出することができるものである。排気管５４は、コラムパイプ２１の上方に設けられていると、下方から上方へ向かう空気の流れを作り出すことが可能になるので好ましい。バイパス管５４は、典型的にはコラム蓋２２に取り付けられており、コラムパイプ２１内とコラムパイプ２１外の外気とが連通するように構成されている。排気管５４には、流路を遮断可能な排気弁５４ｖが配設されている。排気弁５４ｖは、典型的には電磁弁あるいは電動弁が用いられる。

制御装置５０は、電動機３３の昇温を防止するように昇温防止手段を構成する各機器を制御することができるように構成されている。制御装置５０は、電流計５１と信号ケーブルを介して電気的に接続されており、電流計５１が検出した電流値を信号として受信することができるように構成されている。また、制御装置５０は、電極棒５２と信号ケーブルを介して電気的に接続されており、検出した水位を信号として受信することができるように構成されている。また、制御装置５０は、バイパス弁５３ｖ及び排気弁５４ｖとそれぞれ信号ケーブルを介して電気的に接続されており、開閉信号を送信してバイパス弁５３ｖ及び排気弁５４ｖのそれぞれを開状態又は閉状態にすることができるように構成されている。また、制御装置５０は、計時手段としてのタイマー（不図示）を有している。

ここで図５のフローチャートを併せて参照して、揚水ポンプ１０３の作用を説明する。揚水ポンプ１０３は、制御装置５０によって以下に説明するように制御される。揚水ポンプ１０３は、水位の変動に伴って上述の第１の実施の形態に係る揚水ポンプ１０（図１参照）の作用の説明で述べたような運転を行う（Ｓ１）。このとき、バイパス弁５３ｖ及び排気弁５４ｖは閉となっている。そして、揚水ポンプ１０３の運転中に、制御装置５０は、エアロック状態となったか否かを判断する（Ｓ２）。エアロック状態か否かは、電流計５１によって電動機３３に負荷がかかっていることを検出し、かつ、電極棒５２が接液していないことを検出したときにエアロック状態にあると判断する。エアロック状態となった場合は、エアロック状態となってから第１の所定の時間が経過したか否かを判断する（Ｓ３）。「第１の所定の時間」は、エアロック状態が継続しても電動機３３が故障するほどの高温に至ることがない時間内で任意に決定することができる。他方、エアロック状態で水位の上昇に備えておくことに、先行待機運転に適したポンプの意義がある。ゆえに、電動機３３が故障しない範囲内でエアロック状態を継続することが好ましい。

エアロック状態となってから第１の所定の時間が経過したか否かを判断する工程（Ｓ３）において、第１の所定の時間が経過していない場合は、エアロック状態となったか否かを判断する工程（Ｓ２）に戻る。他方、第１の所定の時間が経過した場合は、バイパス弁５３ｖを開にする（Ｓ４）。バイパス弁５３ｖが開になると、コラムパイプ２１内の羽根車３１の上方で滞留攪拌されていた水がバイパス管５３を介してコラムパイプ２１外へ流出する。このとき、流出した分の水を補充するように吸込管２５から羽根車３１の上方まで水が揚水されてエアロック状態が継続される場合があるが、バイパス管５３から水が流出することによりコラムパイプ２１内の水の入れ替えが行われるため、電動機３３の昇温が抑制される。

バイパス弁５３ｖを開にしたら、エアロック状態が解消したか否かを判断する（Ｓ５）。制御装置５０は、電極棒５２が接液していることを検出したとき（気液混合運転又は定常運転）あるいは電流計５１によって電動機３３に負荷がかかっていないことを検出したとき（気中運転状態）にエアロック状態が解消したと判断する。エアロック状態が解消していない場合は、バイパス弁５３ｖを開にした状態を維持しつつ再びエアロック状態が解消したか否かを判断する工程（Ｓ５）に戻る。他方、エアロック状態が解消した場合は、昇温防止対策をリセットし（Ｓ１０）、通常の揚水ポンプ１０３の運転（Ｓ１）に戻る。ここでのリセットは、バイパス弁５３ｖを閉にすることとエアロック状態となってからの時間の計測のリセットが行われる。

エアロック状態となったか否かを判断する工程（Ｓ２）において、エアロック状態となっていない場合は、気中運転状態となったか否かを判断する（Ｓ６）。気中運転状態か否かは、電流計５１によって電動機３３に負荷がかかっていないことを検出したときに気中運転状態にあると判断する。気中運転状態となった場合は、気中運転状態となってから第２の所定の時間が経過したか否かを判断する（Ｓ７）。「第２の所定の時間」は、気中運転状態が継続しても電動機３３が故障するほどの高温に至ることがない時間内で任意に決定することができる。第２の所定の時間は第１の所定の時間と同じであってもよい。他方、気中運転状態で水位の上昇に備えておくことに、先行待機運転に適したポンプの意義がある。したがって、電動機３３が故障しない範囲内で気中運転状態を継続することが好ましい。

気中運転状態となってから第２の所定の時間が経過したか否かを判断する工程（Ｓ７）において、第２の所定の時間が経過していない場合は、エアロック状態となったか否かを判断する工程（Ｓ２）に戻る。他方、第２の所定の時間が経過した場合は、排気弁５４ｖを開にする（Ｓ８）。排気弁５４ｖが開になると、コラムパイプ２１内の空気が排気管５４を介してコラムパイプ２１外へ流出し、これに伴って空気管２８、側方隙間１２、下方隙間１１を介して羽根車ケーシング３４内に空気が流入する。つまり、コラムパイプ２１内に下方隙間１１から排気管５４へと向かう空気の流れが形成される。このように空気の入れ替えが行われるため、電動機３３の昇温が抑制される。

排気弁５４ｖを開にしたら、気中運転状態が解消したか否かを判断する（Ｓ９）。制御装置５０は、電流計５１によって電動機３３に負荷がかかっていることを検出したときに気中運転状態が解消したと判断する。気中運転状態が解消していない場合は、排気弁５４ｖを開にした状態を維持しつつ再び気中運転状態が解消したか否かを判断する工程（Ｓ９）に戻る。他方、気中運転状態が解消した場合は、昇温防止対策をリセットし（Ｓ１０）、通常の揚水ポンプ１０３の運転（Ｓ１）に戻る。ここでのリセットは、排気弁５４ｖを閉にすることと気中運転状態となってからの時間の計測のリセットが行われる。

揚水ポンプ１０３についての以上の説明では、エアロック状態となったときにバイパス管５３から水をコラムパイプ２１外に流出させ、気中運転状態となったときに排気管５４から空気をコラムパイプ２１外に流出させることとしたが、エアロック状態又は気中運転状態となったときに制御装置５０が電動機３３を停止させる制御をするように構成してもよい。このように構成すると、バイパス弁５３ｖが配設されたバイパス管５３及び／又は排気弁５４ｖが配設された排気管５４を省略することができ、装置構成がシンプルになる。また、揚水ポンプ１０３において、バイパス弁５３ｖ及び排気弁５４ｖを自動制御することに代えて、手動で開閉させることとしてもよい。この場合、エアロック状態又は気中運転状態になったことを警報等で知らせることができるようにするとよい。また、揚水ポンプ１０３において、排気管５４を省略してバイパス管５３が排気管５４の機能を兼ねるようにすることで、装置構成をシンプルにしてもよい。

図６には、本発明の第３の実施の形態の変形例に係る揚水ポンプの側方隙間１２まわりの詳細断面を示す。図６（ａ）に示す変形例では、揚水ポンプ１０（図１参照）を基本構成として、受け座２３に受け座孔２３ｈが形成され、受け座２３及び嵌合座３４ｓによって区画された上下の部分が連通するように構成されており、揚水ポンプ１０３（図４参照）が備えているバイパス弁５３ｖが配設されたバイパス管５３、排気弁５４ｖが配設された排気管５４、制御装置５０、電流計５１、電極棒５２が省略されている。このように構成した場合、エアロック状態になったときは羽根車３１の上部に滞留している水が受け座孔２３ｈを通り側方隙間１２及び下方隙間１１を通って羽根車３１の下部に移動する水の流れが形成され、気中運転状態になったときは羽根車３１の上部に存在している空気が受け座孔２３ｈ、側方隙間１２及び下方隙間１１を通って羽根車３１の下部に移動する空気の流れが形成されるので、電動機３３の昇温を抑制することができる。また、このように構成した場合、エアロック状態及び気中運転状態ではなく、水位が上昇して気液混合運転となったときは、受け座孔２３ｈから流入した水と空気管２８から流入した空気とが側方隙間１２内において混合して下方隙間１１を介して羽根車ケーシング３４内に流入することとなる。このように、図６（ａ）に示す変形例では装置構成を単純にすることができる。また、図６（ｂ）の変形例に示すように、側方隙間１２の下方部分の吸込管フランジ２５ｆに貫通孔２５ｇを形成してもよい。

次に図７を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る揚水ポンプ１０４を説明する。図７は、揚水ポンプ１０４の正面断面図である。第４の実施の形態に係る揚水ポンプ１０４は、第１の実施の形態に係る揚水ポンプ１０（図１参照）から見てさらに、運転中における固定パイプ２０に対するポンプ本体３０の振動を低減させる支持部材を備えている。いわゆるコラム型のポンプはコラムに対してポンプ本体が着脱可能なように構成されているため、羽根車等がケーシングに固定されているポンプに比べて振動が生じやすい。揚水ポンプ１０４は、このような事情を考慮して振動を低減させる支持部材を備えている。

第４の実施の形態に係る揚水ポンプ１０４の、第１の実施の形態に係る揚水ポンプ１０（図１参照）と異なる点は、コラム蓋２２に支持部材としてのサポートパイプ２２ｓが取り付けられていることである。サポートパイプ２２ｓは、コラム蓋２２の内側の面に対して垂直に下方に延びて設けられており、電動機３３のケーシングの上端角部をサポートパイプ２２ｓの内面で押さえることができるようにその下端が下方に向かって広がっている傾斜面を有している。傾斜面部分のサポートパイプ２２ｓの内面には、ゴムパット２２ｒが貼付されている。揚水ポンプ１０４は、固定パイプ２０にポンプ本体３０を収容してコラム蓋２２を閉じたときに、傾斜面部分のサポートパイプ２２ｓの内面が、ゴムパット２２ｒを介して電動機３３のケーシングの上端角部を押さえることにより、揚水ポンプ１０４を運転した際に発生しうる固定パイプ２０とポンプ本体３０との相対的な位置の変化（振動による移動）を低減することができる。なお、回転方向の移動を防止するための部材を羽根車ケーシング３４の嵌合座３４ｓ又はコラムパイプ２１の受け座２３に設けてさらに移動を抑制することもできる。

図８（ａ）には、本発明の第４の実施の形態の第１の変形例に係る揚水ポンプ１０４Ａの正面断面図を示す。揚水ポンプ１０４Ａは、固定パイプ２０及びポンプ本体３０とは別体の支持部材としてのサポート部材６１を用いてポンプ本体３０を固定パイプ２０に押さえるように構成されている。図８（ｂ）の斜視図に示すように、サポート部材６１は、２つのリング部材６１ｃを複数（例えば４つ）の棒状部材６１ｂで接続して構成されている。リング部材６１ｃは、内径が電動機３３のモータケーシング３３７（図１参照）の外径よりも大きく、外形がコラムパイプ２１の内径よりもわずかに小さく形成されている。棒状部材６１ｂは、サポート部材６１の高さが羽根車ケーシング３４の上端とコラム蓋２２の内面との鉛直距離に等しくなる長さに形成されている。サポート部材６１を構成する一方のリング部材６１ｃの端面には、ゴムシート６１ｒが貼付されている。揚水ポンプ１０４Ａでは、固定パイプ２０にポンプ本体３０を収容したら、ゴムシート６１ｒが貼付された方が上になるようにサポート部材６１をポンプ本体３０の周囲に嵌め込んだうえで、コラム蓋２２を閉じるようにする。これにより、コラム蓋２２の内面がサポート部材６１を介してポンプ本体３０を固定パイプ２０に押さえ付けることとなり、揚水ポンプ１０４Ａを運転した際に発生しうる固定パイプ２０とポンプ本体３０との相対的な位置の変化（振動による移動）を低減することができる。さらに、コラム蓋２２に、押しつけ力を調節するルーズ機構を設けてもよい。

図９（ａ）には、本発明の第４の実施の形態の第２の変形例に係る揚水ポンプ１０４Ｂの正面断面図を示す。揚水ポンプ１０４Ｂは、支持部材としてのロック機構６２を備えている。図９（ｂ）の詳細図に示すように、ロック機構６２は、コラムパイプ２１の内壁からコラムパイプ２１内に突起が出入りするロック部材６３と、ロック部材６３をコラムパイプ２１に出し入れするように動かすリンク機構６４とを有している。揚水ポンプ１０４Ｂは、コラムパイプ２１にポンプ本体３０を収容したときにガイドベーン３５が位置する高さのコラムパイプ２１の側面に、ロック孔２１ｈが形成される。ロック孔２１ｈにはブッシュ６３ｂが取り付けられ、ブッシュ６３ｂの孔にロック部材６３が挿入される。ロック部材６３は、外側に鍔が形成されており、鍔とブッシュ６３ｂとの間にＯリング６３ｒが介在するようにＯリング６３ｒを取り付けたうえでブッシュ６３ｂの孔に挿入される。コラムパイプ２１の外側には、リンク機構６４を構成する２つのＬ型部材６４ａ、６４ｃが、上下に間隔を空けて取り付けられている。Ｌ型部材６４ａ、６４ｃは、それぞれＬ型の山の頂部で、Ｌ型の両端部が上下に回動可能にピン等でコラムパイプ２１に枢支されている。コラムパイプ２１の上方に取り付けられているＬ型部材６４ａの下端と、下方に取り付けられているＬ型部材６４ｃの上端とは、リンク機構６４を構成するＩ型部材６４ｂの各端部にそれぞれ回動可能にピン等で取り付けられている。Ｉ型部材６４ｂに取り付けられていない方のＬ型部材６４ｃの端部は、ロック部材６３の鍔に取り付けられている。ロック機構６２は、コラムパイプ２１の外周に複数（例えば４つ）設けられている。揚水ポンプ１０４Ｂでは、Ｌ型部材６４ａの上端が上がっている状態のときにロック部材６３の先端がコラムパイプ２１の内側に突き出ていないので、この状態で固定パイプ２０にポンプ本体３０を収容したら、Ｌ型部材６４ａの上端を下げる。すると、ロック部材６３の先端がコラムパイプ２１の内側に突き出て羽根車ケーシング３４を外側から押さえ付ける。これにより、揚水ポンプ１０４Ｂを運転した際に発生しうる固定パイプ２０とポンプ本体３０との相対的な移動を低減することができる。このとき、Ｏリング６３ｒがロック部材６３の鍔とブッシュ６３ｂとの間に介在するので、ロック孔２１ｈから水が漏れることが防止される。

次に図１０を参照して、本発明の第５の実施の形態に係る揚水ポンプ１０５を説明する。図５は、揚水ポンプ１０５の正面断面図である。第５の実施の形態に係る揚水ポンプ１０５の、第１の実施の形態に係る揚水ポンプ１０（図１参照）と異なる点は、ポンプ本体３０の回転軸３２が下方に延びており、回転軸３２を支持する軸受け３６が羽根車３１の上流側に設けられていることである。他の構成は揚水ポンプ１０（図１参照）と同様である。軸受け３６は、羽根車ケーシング３４の内面から内側に延びる複数（例えば４つ）のリブ３７により羽根車ケーシング３４に固定されている。軸受け３６を羽根車３１よりも上流側に設けることにより、羽根車３１を挟んで両端支持となって、電動機３３側の軸受けの負荷を低減することができ、揚水ポンプ１０５の寿命を延ばすことができる。なお、リブ３７を矩形板状に形成することにより、第２の実施の形態に係る揚水ポンプ１０２Ｃの旋回防止板４１Ｃ（図３（ｃ）参照）の機能をリブ３７に持たせることが可能になる。

次に図１１を参照して、本発明の第６の実施の形態に係る揚水ポンプ１０６を説明する。図１１は、揚水ポンプ１０６の正面断面図である。第６の実施の形態に係る揚水ポンプ１０６の、第１の実施の形態に係る揚水ポンプ１０（図１参照）と異なる点は、空気流入機構として、空気管２８（図１参照）を備えておらず、コラムパイプ２１Ａが二重管に形成され、二重管の間を利用して側方隙間１２に空気を供給する構成になっている。具体例で説明すると、揚水ポンプ１０６は、コラムパイプ２１Ａが、外側に配設された外管２１ｊと、外管２１ｊよりも内側で外管２１ｊとの間に空気流路２９を形成するように配設された内管２１ｋとを有している。上部フランジ２１ａは、内管２１ｋの上端から外側に広がるように取り付けられており、外管２１ｊの上端が上部フランジ２１ａに接触している。下部フランジ２１ｂは、外管２１ｊの下端に取り付けられている。内管２１ｋの下端は、揚水ポンプ１０（図１参照）における受け座２３（図１参照）が形成されている位置に相当する位置で全体が水平方向の内側に曲がっており、羽根車ケーシング３４の外周に形成された嵌合座３４ｓと嵌合する受け座２１ｍ（図１における受け座２３に相当）が形成されている。また、最高水位ＨＷＬよりも上方の外管２１ｊの側面には、空気流路２９につながる吸気孔２１ｉが形成されている。図１１に示す例では、吸気孔２１ｉが水槽９８の外で開口しているが、水槽９８内で開口していてもよい。枝管２１ｐは、内管２１ｋに接続されており、外管２１ｊを貫通して外側に延びている。これら以外の構成は、揚水ポンプ１０（図１参照）と同様である。揚水ポンプ１０６は、コンパクトながら十分な量の空気を側方隙間１２に供給することができる。

次に図１２を参照して、本発明の第７の実施の形態に係る揚水ポンプシステム１０７を説明する。図１２は、揚水ポンプシステム１０７を説明する部分断面図である。揚水ポンプシステム１０７は、これまでに説明した第１〜第６の実施の形態（それぞれ変形例も含む）に係る揚水ポンプ１０、１０２〜１０６のいずれかを複数備えている。本実施の形態では第１の実施の形態に係る揚水ポンプ１０を３台備えることとして説明する（区別を容易にするために異なる符号１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃをそれぞれに付することとする）。揚水ポンプシステム１０７は、同じ大きさの揚水ポンプ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが同じ高さで構造物９９に固定されている。同じ大きさの揚水ポンプ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを備えることで、それぞれの固定パイプ２０に対してポンプ本体３０を相互に入れ換えることが可能になる。なお、それぞれの固定パイプ２０に対してポンプ本体３０を相互に入れ換えることが可能であれば、大きさが異なっていてもよい。

そして、各揚水ポンプ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、吸込管２５の異径管２５ｐの上端部分の内径がそれぞれ異なっている。本実施の形態では、異径管２５ｐの上端部分の内径は、揚水ポンプ１０Ａの内径ｄＡが最も小さく、揚水ポンプ１０Ｂの内径ｄＢが中間で、揚水ポンプ１０Ｃの内径ｄＣが最も大きくなっている（すなわち、各内径はｄＡ＜ｄＢ＜ｄＣの関係にある。）。これにより、下方隙間１１付近の水の流速は、揚水ポンプ１０Ａが最も速く、揚水ポンプ１０Ｂが中間の速さで、揚水ポンプ１０Ｃが最も遅くなり、各揚水ポンプ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは同じ高さで構造物９９に固定されているが、定常運転水位ＲＷＬ（図１参照）は揚水ポンプ１０Ａが最も高く、揚水ポンプ１０Ｃが最も低くなる。したがって、定常運転（全速運転）の状態の時間は揚水ポンプ１０Ｃが最も長く、揚水ポンプ１０Ａが最も短くなる。このように、定常運転（全速運転）となる水位を変えることができるので、急激な水位変動や電源の負荷変動を抑えることができる。さらに、空気管２８を流れる空気の抵抗を変える（例えば、空気管２８の径を変える、空気管２８に弁を設置する等）ことにより、空気の流入量を個々に変えて定常運転となる水位を変えることとしても同様の効果を与えることができる。揚水ポンプシステム１０７は、固定パイプ２０に対してポンプ本体３０を相互に入れ換えることができるので、ポンプ本体３０のローテーションを行うことにより各ポンプ本体３０にかかる負荷を平準化することができ、各ポンプ本体３０の寿命を延ばすことができる。揚水ポンプシステム１０７は、各揚水ポンプ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにおいて、ポンプ本体３０及びコラムパイプ２１の構造は同一で、吸込管２５の異径管２５ｐの形状を変えるだけで、定常運転水位ＲＷＬ（図１参照）を変えることができ、水位の変動に対して円滑な排水が可能になる。

次に図１３を参照して、本発明の第７の実施の形態の変形例に係る揚水ポンプシステム１０７Ａを説明する。図１３は、揚水ポンプシステム１０７Ａを説明する部分断面図である。揚水ポンプシステム１０７Ａは、揚水ポンプシステム１０７（図１２参照）と比べて、吸込管２５の異径管２５ｐの上端部分の内径がすべて同じに構成されている一方で、異径管２５ｐの下端の高さがそれぞれ異なるように各揚水ポンプ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが構造物９９に固定されている点が相違している。その他の構成は揚水ポンプシステム１０７（図１２参照）と同じである。異径管２５ｐの下端の高さがそれぞれ異なるため、水位の上昇に伴う揚水開始時期がそれぞれ異なることとなる。揚水ポンプシステム１０７Ａでは、水位の上昇に伴う揚水開始時期は、異径管２５ｐの下端の高さが最も低い揚水ポンプ１０Ａが最も早く、次いで揚水ポンプ１０Ｂ、揚水ポンプ１０Ｃの順に揚水が開始されることとなる。水位が低下したときの運転停止時期は、逆に、揚水ポンプ１０Ｃが最も早く、揚水ポンプ１０Ｂ、揚水ポンプ１０Ａの順に停止することとなるので、運転時間は揚水ポンプ１０Ａが最も長くなる。また、各揚水ポンプ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ間における揚水開始時期あるいは運転時間に対応するように定常運転の時間も異なることとなる。運転時間が異なることで、最も長時間にわたり運転される揚水ポンプ１０Ａにかかる負荷が最も大きくなる。揚水ポンプシステム１０７Ａは、固定パイプ２０に対してポンプ本体３０を相互に入れ換えることができるので、ポンプ本体３０のローテーションを行うことにより各ポンプ本体３０の運転時間を平準化することができ、各ポンプ本体３０にかかる負荷を平準化することができて、各ポンプ本体３０の寿命を延ばすことができる。揚水ポンプシステム１０７Ａは、各揚水ポンプ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにおいて、ポンプ本体３０の構造は同一（吸い込み開始位置が変わってもポンプ回転軸の長さを変えなくてよい）で、固定パイプ２０のみ、中でも単純な構成のコラムパイプ２１の長さが異なるだけであるので製造が容易であり、揚水ポンプシステム１０７（図１２参照）と比べてポンプ効率を高く維持できる。なお、異径管２５ｐの下端の位置を相互に変えず、ポンプ本体３０の設置高さ（羽根車３１の高さ）を変えることにより、揚水開始時期を変えるように構成してもよい。

なお図１４に示すような、コラムパイプ２１ではなく吸込管２５に空気管２８が接続された気水混合運転されるコラム型の揚水ポンプ１０Ｘであっても、上述の揚水ポンプシステム１０７（図１２参照）あるいは揚水ポンプシステム１０７Ａ（図１３参照）を構成する揚水ポンプとして適用可能である。

次に図１５に、上述の本発明の第１〜第６の実施の形態（変形例も含む）に係る揚水ポンプ１０、１０２〜１０６（本発明の第７の実施の形態に係る揚水ポンプシステム１０７、１０７Ａの構成要素となる場合も含む）に適用可能な吸込管の変形例を示す。図１５（ａ）に示すように、異径管２５ｐ（例えば図１参照）に代えて直管２５ｘを吸込管フランジ２５ｆに取り付けて吸込管２５Ａを構成してもよい。また、図１５（ｂ）に示すように、異径管２５ｐ（例えば図１参照）から下端を滑らかに曲げて上方に向かうように、かつ、外側に位置する端部が内側に位置する端部よりも上方に延びるように構成した流線型管２５ｙのように変形し、外側の端部を吸込管フランジ２５ｆに取り付けて吸込管２５Ｂを構成してもよい。この場合、ポンプ本体３０が固定パイプ２０に収容されたときに羽根車ケーシング３４の一部が吸込管フランジ２５ｆを貫通して吸込管２５Ｂ内に位置することとなる。この場合も、下方隙間１１及び側方隙間１２が形成されるような位置でポンプ本体３０がコラムパイプ２１に対して位置決めされる。図１５（ｂ）に示すように、側方隙間１２が吸込管２５Ｂと羽根車ケーシング３４との間に形成される場合は、空気管２８が吸込管２５Ｂに接続される。流線型管２５ｙを有する吸込管２５Ｂを採用すると、吸込側のロス（圧力損失）を低減することができると共に、空気を羽根車ケーシング３４の周囲に略一様に分配可能な側方隙間１２を形成することができる。なお、吸込管２５Ｂの曲がった下端部分の内側に水が入らないように内側に位置する端面より下部を充填物（不図示）で埋めてもよく、あるいは吸込管２５Ｂの曲がった下端部分にその内側に入った水を抜くドレン孔（不図示）を形成してもよい。また、図１５（ｃ）に、吸込管２５Ｂを採用した際の、側方隙間１２内に直角三角形あるいは台形の板で形成された旋回防止板４１Ａが設けられた場合の例を示す。この場合、旋回防止板４１Ａは、側方隙間１２が形成される吸込管２５Ｂの形状に合わせて様々な形状に形成することができる。なお、図示は省略するが、吸込管２５Ｂを採用した場合であっても、図２又は図３（ｂ）に示したように下方隙間１１を大きく形成して側方隙間１２の下部及び下方隙間１１に矩形の旋回防止板４１を設けてもよく、あるいは図３（ｃ）に示したように矩形の板で形成された旋回防止板４１Ｃを羽根車３１よりも上流側の羽根車ケーシング３４内に設けてもよい。

なお図１６に示すように、上述の本発明の第１〜第６の実施の形態（変形例も含む）に係る揚水ポンプ１０、１０２〜１０６（本発明の第７の実施の形態に係る揚水ポンプシステム１０７、１０７Ａの構成要素となる場合も含む）において、空気管２８（図１１に示す揚水ポンプ１０６の場合は吸気孔２１ｉ）に流路を遮断可能な遮断弁５８を配設し、別途水槽９８内の水位を検出する水位検出器５９及び制御装置５０Ａを設け、検出した水位に応じて遮断弁５８を開閉制御して、側方隙間１２及び下方隙間１１を介して羽根車ケーシング３４内に空気を導入するタイミングをコントロールするように構成してもよい。

また図１７に示すように、上述の本発明の第２の実施の形態（変形例も含む）に係る揚水ポンプ１０２、１０２Ａ、１０２Ｃ等（図２、図３（ａ）、図３（ｂ）、図１５（ｃ）参照）において、空気管２８を側方隙間１２内に突き出して、側方隙間１２内に存在する部分の空気管２８と旋回防止部材とを一体に構成してもよい。図１７（ａ）に示す例では、空気管２８の直径と比較して厚さが小さく長さが大きい旋回防止板４１Ｅが、空気管２８の先端開口部に、空気管２８の先端開口の一部を旋回防止板４１Ｅの厚みで遮るように、また旋回防止板４１Ｅの長手方向が鉛直になるように取り付けられている。図１７（ｂ）に示す例では、板状の旋回防止板４１Ｆが、鉛直方向に立つようにして空気管２８の側壁部分に取り付けられている。このような、側方隙間１２内に存在する部分の空気管２８と旋回防止部材とを一体に構成する変形例は、本発明の第７の実施の形態に係る揚水ポンプシステム１０７、１０７Ａの構成要素となる場合にも適用可能である。

また上述の揚水ポンプ１０３（図４参照）が備えているような昇温防止手段（制御装置５０（昇温時に電動機３３を停止させるシーケンスを含む）、電流計５１、電極棒５２、バイパス弁５３ｖが配設されたバイパス管５３、排気弁５４ｖが配設された排気管５４）を、図１４に示すような、コラムパイプ２１ではなく吸込管２５に空気管２８が接続された気水混合運転されるコラム型の揚水ポンプ１０Ｘに対して適用してもよく、さらに、図示は省略するが、コラム形ではない水中モータポンプに対して適用してもよい。

以上で説明した本発明の第２〜第６の実施の形態（変形例も含む）に係る揚水ポンプ１０２〜１０６のそれぞれが有する特徴的な構成は、それぞれのうちの任意の２つ以上（全部であってもよい）の特徴的な構成を本発明の第１の実施の形態に係る揚水ポンプ１０に対して重畳して適用してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る揚水ポンプの正面断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る揚水ポンプの正面断面図である。 本発明の第２の実施の形態の変形例に係る揚水ポンプの正面断面の一部分を示す図である。（ａ）は第１の変形例を示す図、（ｂ）は第２の変形例を示す図、（ｃ）は第３の変形例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る揚水ポンプの正面断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る揚水ポンプの動作を説明するフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態の変形例に係る揚水ポンプの正面断面の一部分を示す図である。（ａ）は第１の変形例を示す図、（ｂ）は第２の変形例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る揚水ポンプの正面断面図である。 本発明の第４の実施の形態の第１の変形例に係る揚水ポンプを説明する図である。（ａ）は正面断面図、（ｂ）はサポート部材の斜視図である。 本発明の第４の実施の形態の第２の変形例に係る揚水ポンプを説明する図である。（ａ）は正面断面図、（ｂ）はロック機構の詳細図である。 本発明の第５の実施の形態に係る揚水ポンプの正面断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る揚水ポンプの正面断面図である。 本発明の第７の実施の形態に係る揚水ポンプシステムの部分断面図である。 本発明の第７の実施の形態の変形例に係る揚水ポンプシステムの部分断面図である。 本発明の第７の実施の形態に係る揚水ポンプシステムに適用可能な揚水ポンプの例を示す正面断面図である。 本発明の実施の形態に係る揚水ポンプに適用可能な吸込管の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る揚水ポンプに適用可能な空気流入機構の変形例を示す部分断面図である。 旋回防止部材の別の構成例を示す部分斜視図である。

符号の説明

１０ 揚水ポンプ
１１ 下方隙間
１２ 側方隙間
２０ 固定パイプ
２１ コラムパイプ
２２ｓ サポートパイプ
２５ 吸込管
２８ 空気管
２９ 空気流路
３０ ポンプ本体
３１ 羽根車
３２ 回転軸
３３ 電動機
３４ 羽根車ケーシング
３６ 軸受け
４１、４１Ａ、４１Ｃ 旋回防止部材
５０ 制御装置
６１ サポート部材
６２ ロック機構
１０２〜１０６ 揚水ポンプ
１０７、１０７Ａ 揚水ポンプシステム

Claims (8)

1. 羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機と、前記羽根車を回転方向周りで覆うように囲む羽根車ケーシングとを有するポンプ本体と；
   前記ポンプ本体が出し入れ可能に収容される筒状のコラムパイプと、軸線が鉛直になるように配置された前記コラムパイプの下端に取り付けられ、収容された前記ポンプ本体の前記羽根車に向けて上方に液体を流す吸込管とを有する固定パイプであって、収容された前記ポンプ本体の前記羽根車ケーシングに対して、鉛直方向で前記吸込管との間に下方隙間を形成し、水平方向で前記固定パイプとの間に前記下方隙間を介して前記羽根車ケーシング内と連通する側方隙間を形成する固定パイプと；
   前記側方隙間に空気を供給する空気流入機構とを備える；
   揚液ポンプ。
2. 前記固定パイプに収容された前記ポンプ本体の前記羽根車ケーシングの外側で、前記コラムパイプの内面に取り付けられ、前記羽根車の回転によって揚液される液体の旋回を防止する旋回防止部材を備える；
   請求項１に記載の揚液ポンプ。
3. 前記固定パイプに収容された前記ポンプ本体の前記羽根車ケーシングの内面で又は前記吸込管の内面で、前記羽根車の下方に、前記羽根車の回転によって揚液される液体の旋回を防止する旋回防止部材を備える；
   請求項１に記載の揚液ポンプ。
4. 前記羽根車の回転によってエアロック状態又は気中運転状態となったときに、前記電動機の温度の上昇を防止する昇温防止手段を備える；
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の揚液ポンプ。
5. 前記固定パイプが、前記固定パイプに対する前記ポンプ本体の運転中の振動による移動を低減させる支持部材を有する；
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の揚液ポンプ。
6. 前記ポンプ本体が、前記羽根車よりも上流側に、前記羽根車を回転させる回転軸を支持する軸受けを有する；
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の揚液ポンプ。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の揚液ポンプを複数備え；
   各々の前記ポンプ本体は各々の前記固定パイプに相互に入れ換え可能に構成され；
   各々の前記揚液ポンプが異なる液位で定常運転を開始するように構成された；
   揚液ポンプシステム。
8. 鉛直方向に配置された回転軸を軸周りに回転させる電動機と；
   前記回転軸に取り付けられた羽根車と；
   前記電動機と前記羽根車とを収容し、前記羽根車の回転により液体を上方に流すコラムパイプと；
   前記羽根車の上流側で前記コラムパイプに接続され、前記羽根車に向けて液体を流す流路を形成する吸込管と；
   前記羽根車よりも上流側の前記コラムパイプ内又は前記吸込管内に、空気を供給する空気流入機構と；
   前記羽根車の回転によってエアロック状態となったときに、前記羽根車の上部に滞留している水を前記コラムパイプの外に導くバイパス管と、前記バイパス管に配設されたバイパス弁の開閉を制御する制御手段と、を有する昇温防止手段とを備える；
   揚液ポンプ。

Images