JP5278990B2 - 立軸ポンプおよびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、寒冷地のポンプ吸込水槽などに設置される立軸ポンプにおいて、凍結による損傷を防止し得るようにした立軸ポンプおよびその制御方法に関するものである。

従来の立軸ポンプの一例を図３を参照して説明する。図３は、従来の立軸ポンプの一例の構造を示す縦断面図である。図３において、立軸ポンプ１は、床２に設置された吐出エルボ３の下端でその上流側にポンプ流路１８としての揚水管４と吐出しボウル５および吸込ベル６が順次に連結されて吸込水槽７内に垂下され、吸込ベル６の下端部の吸込口８が水面下に没水されて開口される。吐出エルボ３の下流側に連通されるポンプ流路１８には、流路を開成または閉成するための吐出弁９が設けられる。吐出エルボ３の外壁を貫通してポンプ流路１８内に垂下させて配設されるポンプ軸１０の下端部に、羽根車１１が配設される。さらに、ポンプ軸１０は、吐出しボウル５内で水中軸受１２により適宜に支承され、また吐出エルボ３の上方で軸継手１３、１４を介して減速機１５に連結され、この減速機１５が原動機１６に連結される。そして、吐出エルボ３の外壁をポンプ軸１０が貫通する部分において、水密状態とするための軸封部１７が設けられ、ポンプ運転状態においてポンプ流路１８内の流水が貫通する部分から外部に漏水しないように構成されている。

通常のポンプ運転状態にあっては、吸込水槽７の水位Ｈ１は、羽根車１１より高い位置にある。そこで、原動機１６の駆動により、その回転が減速機１５およびポンプ軸１０に伝達されて羽根車１１を回転駆動させ、もって立軸ポンプ１の揚水運転がなされる。

ところで、寒冷地にあっては気温の低下する冬季において、吸込水槽７内の水の凍結により立軸ポンプ１の羽根車１１等を損傷させる虞がある。そこで、従来にあっては、この凍結による損傷を防止するために、凍結の虞がある期間は、吸込水槽７内の水を抜く方法がある。また、プルアウト式の立軸ポンプを用いて、吸込水槽７の水面から上方にポンプを引き上げる方法もある。このプルアウト式のポンプは、特開平０５−８７０８２号公報や特開昭５８−１３８２９３号公報等に示されている。さらに、凍結は吸込水槽７の水の表層で生ずることから、凍結の生じない深い水深まで羽根車１１等のポンプの主要部を沈める方法もある。
特開平０５−８７０８２号公報 特開昭５８−１３８２９３号公報

上述の吸込水槽７内の水を抜くことにより凍結による損傷を防止する方法にあっては、吸込水槽７の入口にゲートを設ける等により水の流入を防止して締め切る構造であり、ゲートの建設費等により設備建設コストの高いものであった。そして、冬季にポンプを運転するためには、ゲートを開いて吸込水槽７に水を流入させ、運転停止後には再びゲートを締め切る等の作業のために、多くの労力と時間を必要とする。また、プルアウト式のポンプにあっては、ポンプの引き上げおよびポンプの再度の組み立てに、やはり多くの労力と時間を必要とする。そこで、保守管理のための操作が煩雑なものであった。さらに、ポンプの主要部を凍結しない深さまで沈めるためには、凍結時の氷の厚さを考慮して吸込水槽７の底面をそれだけ深くしなければならず、やはり建設費が嵩み、またポンプ軸１０の長いものが必要となる。

本発明は、上述の従来技術の事情に鑑みてなされたもので、構造が簡単であるとともに保守管理が容易で、吸込水槽の水面の凍結による損傷を防止できる立軸ポンプおよびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の立軸ポンプは、上述のごとき問題点を解決するためになされたもので、吐出エルボの上流側のポンプ流路が吸込水槽に垂下されて、前記ポンプ流路の吸込口が前記吸込水槽の水面下に没水し、垂下された前記ポンプ流路に配設されたポンプ軸の下端部に羽根車を配設し、前記吐出エルボの外壁を前記ポンプ軸が貫通し、前記貫通する部分を水密状態とする軸封部を設けた立軸ポンプにおいて、前記吐出エルボの外壁を前記ポンプ軸が貫通する部分を気密状態とする気密手段を設け、前記気密手段を前記ポンプ軸に遊嵌された部材の内周に前記ポンプ軸に臨ませてコ字状の溝を設けて内径が前記ポンプ軸の外径より大きいＯリングを前記溝にその対向する両側の壁に接して挿入して構成し、前記吐出エルボの下流側のポンプ流路に吐出弁を設け、前記吸込水槽の水位を検出する水位検出手段を設け、圧縮気体を前記ポンプ流路内に供給する圧縮気体供給手段を設け、立軸ポンプの運転が停止されて、前記吸込水槽の水位が前記羽根車の下端以上の状態で、前記水位検出手段で検出された水位に応じて、前記ポンプ流路内の水位を前記羽根車の下端以下まで押し下げ得る圧力の圧縮気体を前記ポンプ流路内に前記圧縮気体供給手段から供給するとともに、前記気密手段の前記溝内に前記Ｏリングに外から内側方向に圧力が作用するように圧縮気体を供給することで前記Ｏリングを弾性変形させてその内径を前記ポンプ軸に弾接させて気密状態とするように構成されている。

そして、前記圧縮気体として空気または窒素を用いても良い。

さらに、前記圧縮気体供給手段を、気体圧縮機を圧力調整弁と開閉弁を介して前記ポンプ流路内に連通し、前記ポンプ流路内の圧力を検出する圧力検出手段を設け、前記開閉弁を開閉制御する制御手段を設け、前記圧力検出手段と前記水位検出手段の信号に応じて前記制御手段が前記開閉弁を開閉制御するよう構成しても良い。

請求項１記載の立軸ポンプにあっては、運転が停止されて、前記吸込水槽の水位が前記羽根車の下端以上の状態で、吐出弁を閉成し、水位検出手段で検出された水位に応じてポンプ流路内に圧縮気体を供給し、この圧縮気体の圧力により、ポンプ流路内の水位を押し下げて羽根車の下端以下とするので、凍結により羽根車が損傷を受ける虞がない。しかも、ポンプ流路内に供給する圧縮気体の調整は簡単にでき、さしたる労力を必要としない。しかも、吐出エルボの外壁をポンプ軸が貫通する部分に、気密手段を設けているので、ポンプ流路内に供給された圧縮気体が貫通する部分から外部に漏れることがなく、圧縮気体の供給に関して省エネルギーが図られる。さらに、気密手段を、内径がポンプ軸の外径より大きなＯリングが嵌合挿入されたコ字状の溝内に圧縮気体を供給することで、Ｏリングを弾性変形させてその内径がポンプ軸に弾接するようにしたので、運転停止状態で気密状態となるが、運転状態では溝内から圧縮気体を放出することでＯリングが弾性復帰してポンプ軸に接することがない。もって、Ｏリングが摩耗するようなことがない。

そして、請求項２記載の立軸ポンプにあっては、圧縮気体として不活性ガスの窒素を用いれば、羽根車等の酸化による腐食を抑制できる。また、空気を用いれば、気体は無料であり、安価に構成することができる。

さらに、請求項３記載の立軸ポンプにあっては、圧縮気体供給手段を、気体圧縮機の圧縮気体を圧力調整弁で圧力調整して開閉弁を介してポンプ流路内に連通し、圧力検出手段で検出するポンプ流路内の圧力と水位検出手段で検出する吸込水槽の水位から制御手段で開閉弁を開閉制御するので、ポンプ流路内の圧縮気体の圧力が調整されて、確実にポンプ流路内の水位を押し下げて羽根車の下端以下とすることができる。

以下、本発明の第１実施例を図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の立軸ポンプの第１実施例の構造を示す縦断面図である。図２は、吐出エルボの壁をポンプ軸が貫通する部分を気密状態に密封する気密手段を示す縦断面図である。図１および図２において、図３と同じまたは均等な部材には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

まず、図１および図２に示す第１実施例において、図３に示す従来例と相違するところは、圧縮気体供給手段と軸封部に気密手段を設けたことにある。この圧縮気体供給手段は、以下のように構成されている。まず、気体圧縮機２１が、給気管２２により、圧力調整弁２３および開閉弁２４を介してポンプ流路１８の吐出エルボ３の部分に連通される。また、給気管２２のポンプ流路１８に連通する手前で分岐部２５が設けられ、その分岐部２５から分岐された分岐管２６が開放弁２７を介して大気に連通されている。そして、ポンプ流路１８の吐出エルボ３の部分に圧力検出手段２８が設けられ、吸込水槽７の底に水位検出手段３０が設けられている。さらに、圧力検出手段２８により検出されたポンプ流路１８内の圧力に応じた信号が制御手段２９に与えられる。また、水位検出手段３０で検出された吸込水槽７の水位に応じた信号が制御手段２９に与えられる。そして、制御手段２９より開閉弁２４に、開閉制御する信号が与えられる。

そして、吐出エルボ３の壁をポンプ軸１０が貫通する軸封部１７の部分に、気密手段４０が設けられている。この気密手段４０は、図２に示すごとく、ポンプ軸１０に遊嵌された部材４１の内周にポンプ軸１０に臨ませてコ字状の溝４２を設け、内径がポンプ軸１０の外径より大きいＯリング４３を、溝４２にその対向する両側の壁に接するようにして挿入する。さらに、部材４１に溝４２内と外部を連通する連通孔４４が設けられる。気体圧縮機２１の圧縮気体が圧力調整弁２３でその圧力が調整された後段の給気管２２から分岐された第２分岐管４５が第２開閉弁４６を介して連通孔４４に連通されている。

かかる構成において、駆動されている状態の気体圧縮機２１からポンプ流路１８内に供給される圧縮気体の最大の圧力が、予め圧力調整弁２３により調整される。そして、水位検出手段３０からの信号により、制御手段２９は内蔵される演算手段で、吸込水槽７の水面から羽根車１１の下端部までの水深Ｈ２と吸込ベル６の吸込口８までの水深Ｈ３を演算し、さらにこれらの水深Ｈ２とＨ３から、羽根車１１の下端部の水深Ｈ２まで水位を押し下げるのに必要な圧力Ｐ２と吸込ベル６の吸込口８の水深Ｈ３まで水位を押し下げるのに必要な圧力Ｐ３を演算して、その圧力範囲を設定して記憶する。なお、羽根車１１の下端と吸込口８から吸込水槽７の底までの高低差は、予め設定されている。そして、これらの圧力は、水深に重力を掛け合わせることで容易に演算できる。そこで、吸込水槽７の水面が凍結する冬季において、立軸ポンプ２０の運転が停止されて、吸込水槽７の水位が羽根車１１の下端以上の状態で、吐出弁９と開放弁２７を閉成状態とし、気体圧縮機２１を駆動させるとともに開閉弁２４を開成状態とする。すると、ポンプ流路１８内に圧縮気体が供給され、その圧力でポンプ流路１８内の水位が押し下げられ、水位は羽根車１１の下端部以下となり、さらに開閉弁２４を開成状態のままとすれば、ポンプ流路１８内の水位は吸込ベル６の吸込口８まで押し下げられ、圧縮気体が吸込口８からポンプ流路１８外に放出される。ここで、制御手段２９は、ポンプ流路１８内の圧力がＰ２以下となれば、開閉弁２４を開成してポンプ流路１８内の圧力を高くしてその水位を羽根車１１の下端部以下となるようにし、ポンプ流路１８内の圧力がＰ３となれば、開閉弁２４を閉成してポンプ流路１８内の圧力を維持してその水位が吸込口８となるように制御する。ポンプ流路１８内の圧力がＰ３となると開閉弁２４を閉成するのは、圧縮気体が無駄に放出されないようにして、省エネルギーを図るものである。立軸ポンプ２０の運転再開には、気体圧縮機２１の運転を停止し、大気との連通を遮断していた開放弁２７を開成する。開放弁２７の開成により、ポンプ流路１８内は、大気に連通して圧力が低下し押し下げられていた水位が上昇して羽根車１１が水没する。運転状態では、開放弁２７が閉成され、吐出弁９が開成されることは勿論である。

そこで、吸込水槽７の水面が凍結する冬季に、立軸ポンプ２０の運転が停止されて、吸込水槽７の水位が羽根車１１の下端以上の状態で、吸込水槽７の水位に応じて、ポンプ流路１８内に圧縮気体を供給することでポンプ流路１８内の水位を羽根車１１の下端部以下とすることができ、水面が凍結しても羽根車１１等は損傷を受けることがない。しかも、従来の凍結による損傷防止の技術に比較してその構造が極めて簡単であり、設備費も安価であるとともに管理が容易である。さらに、冬季における立軸ポンプ２０の運転再開の手間も少ない。

さらに、立軸ポンプ２０の運転状態では、圧縮気体が気密手段４０の溝４２に供給されず、Ｏリング４３は自然状態であってその内径がポンプ軸１０に摺接しない。しかし、運転停止状態において、第２開閉弁４６を開成状態として圧縮気体を気密手段４０の溝４２に供給すれば、Ｏリング４３は外から内側方向に作用する圧縮気体の圧力により弾性変形して、その内径がポンプ軸１０の外径に摺接する。もって、吐出エルボ３の壁をポンプ軸１０が貫通する部分が気密状態に密封される。なお、図示しない第２開放弁の開成により溝４２から圧縮気体を放出すればＯリング４３が弾性復帰して、その内径がポンプ軸１０の外径に摺接しないようになることは勿論である。このＯリング４３の弾性変形により、運転停止状態でポンプ流路１８内の圧縮気体がポンプ軸１０の貫通する部分から漏れることがなく、省エネルギーとなる。しかも、運転中にＯリング４３がポンプ軸１０に摺接しないので、摩耗するようなこともない。

そしてまた、水位検出手段３０からの信号により、制御手段２９は内蔵される演算手段で、吸込水槽７の水面から吸込ベル６の吸込口８までの水深Ｈ３を演算し、さらにこの水深Ｈ３から、吸込ベル６の吸込口８の水深Ｈ３まで水位を押し下げるのに必要な圧力Ｐ３を演算して、その圧力を設定して記憶する。そこで、吸込水槽７の水面が凍結する冬季において、立軸ポンプ２０の運転が停止された状態で、吐出弁９と開放弁２７を閉成状態とし、開閉弁２４を開成状態として、気体圧縮機２１からポンプ流路１８内に圧縮気体を供給する。その圧力でポンプ流路１８内の水位が押し下げられ、その水位が吸込ベル６の吸込口８まで押し下げられると、圧縮気体が吸込口８から放出される。ここで、制御手段２９は、ポンプ流路１８内の圧力がＰ３となれば、開閉弁２４を閉成して、ポンプ流路１８内への圧縮気体の供給を停止する。ポンプ流路１８内の圧力が低下したならば、再度開閉弁２４を開成しても良く、制御手段２９による制御が容易である。なお、ポンプ流路１８内の圧力が低下して、再度開閉弁２４を開成する際には、水位が羽根車１１の下端まで上昇しない範囲で適宜な幅の不感帯が設けられても良い。

そしてさらに、吸込ベル６の吸込口８の水深Ｈ３まで水位を押し下げるのに必要な圧力Ｐ３を基準として、開閉弁２４の開閉制御がなされているが、これに限られず、羽根車１１の下端から吸込口８までの間の所定位置まで水位を押し下げるのに必要な圧力を基準として、開閉弁２４の開閉制御がなされるようにしても良い。ここで、ポンプ流路１８内の圧力が、基準として設定された圧力を中心として所定の範囲内の幅で適宜に変動するように開閉弁２４が開閉制御されても良い。

上記実施例において、圧縮気体は、空気を用いても良く、また窒素等の不活性ガスを用いても良い。空気を用いるならば、気体は無料であり、安価に構成できる。また、窒素を用いるならば、不活性ガスの特質により羽根車１１等の酸化による腐食を抑制することができる。

なお、上記実施例において、圧力調整弁２３によりポンプ流路１８内に供給する圧縮気体の圧力を調整しているが、これに限られず、気体圧縮機２１側で圧力を調整できるようにして圧力調整弁２３を省いても良い。また、ポンプ流路１８内に供給され圧縮気体の圧力は、少なくともポンプ流路１８内の水位を羽根車１１の下端以下にまで押し下げられる圧力があれば良い。圧力が高くても吸込口８から放出されるだけであり、エネルギーの無駄を生ずるが、凍結による損傷を防止する点では何ら不具合はない。また、上記実施例では、ポンプ軸１０が吐出エルボ３の壁を貫通する立軸ポンプにつき説明したが、これに限られず、吐出エルボ３から吸込水槽７に垂下されるポンプ流路１８内に、プルアウト方式のポンプのごとく、原動機と羽根車が設けられたポンプであっても良い。

本発明の立軸ポンプの第１実施例の構造を示す縦断面図である。 吐出エルボの壁をポンプ軸が貫通する部分を気密状態に密封する気密手段の一例を示す縦断面図である 従来の立軸ポンプの一例の構造を示す縦断面図である。

１、２０ 立軸ポンプ
２ 床
３ 吐出エルボ
４ 揚水管
５ 吐出しボウル
６ 吸込ベル
７ 吸込水槽
８ 吸込口
９ 吐出弁
１０ ポンプ軸
１１ 羽根車
１２ 水中軸受
１３、１４ 軸継手
１５ 減速機
１６ 原動機
１８ ポンプ流路
２１ 気体圧縮機
２２ 吸気管
２３ 圧力調整弁
２４ 開閉弁
２５ 分岐部
２６ 分岐管
２７ 開放弁
２８ 圧力検出手段
３０ 水位検出手段
４０ 気密手段
４１ 部材
４２ 溝
４３ Ｏリング
４４ 連通孔
４５ 第２分岐管
４６ 第２開閉弁

Claims (3)

1. 吐出エルボの上流側のポンプ流路が吸込水槽に垂下されて、前記ポンプ流路の吸込口が前記吸込水槽の水面下に没水し、垂下された前記ポンプ流路に配設されたポンプ軸の下端部に羽根車を配設し、前記吐出エルボの外壁を前記ポンプ軸が貫通し、前記貫通する部分を水密状態とする軸封部を設けた立軸ポンプにおいて、前記吐出エルボの外壁を前記ポンプ軸が貫通する部分を気密状態とする気密手段を設け、前記気密手段を前記ポンプ軸に遊嵌された部材の内周に前記ポンプ軸に臨ませてコ字状の溝を設けて内径が前記ポンプ軸の外径より大きいＯリングを前記溝にその対向する両側の壁に接して挿入して構成し、前記吐出エルボの下流側のポンプ流路に吐出弁を設け、前記吸込水槽の水位を検出する水位検出手段を設け、圧縮気体を前記ポンプ流路内に供給する圧縮気体供給手段を設け、立軸ポンプの運転が停止されて、前記吸込水槽の水位が前記羽根車の下端以上の状態で、前記水位検出手段で検出された水位に応じて、前記ポンプ流路内の水位を前記羽根車の下端以下まで押し下げ得る圧力の圧縮気体を前記ポンプ流路内に前記圧縮気体供給手段から供給するとともに、前記気密手段の前記溝内に前記Ｏリングに外から内側方向に圧力が作用するように圧縮気体を供給することで前記Ｏリングを弾性変形させてその内径を前記ポンプ軸に弾接させて気密状態とするように構成したことを特徴とする立軸ポンプ。
2. 請求項１記載の立軸ポンプにおいて、前記圧縮気体として空気または窒素を用いることを特徴とする立軸ポンプ。
3. 請求項１記載の立軸ポンプにおいて、前記圧縮気体供給手段を、気体圧縮機を圧力調整弁と開閉弁を介して前記ポンプ流路内に連通し、前記ポンプ流路内の圧力を検出する圧力検出手段を設け、前記開閉弁を開閉制御する制御手段を設け、前記圧力検出手段と前記水位検出手段の信号に応じて前記制御手段が前記開閉弁を開閉制御するよう構成したことを特徴とする立軸ポンプ。