JP6280455B2 - ポンプの制震装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸込水槽に溜められた水を排水するポンプの制震装置に関する。

ポンプを設置する建屋は、据付床の下部に吸込水槽が形成され、据付床の上部にポンプ室が形成されている。立軸ポンプは、据付床の配置孔を通して、ポンプ室から吸込水槽内を鉛直方向に延びるケーシングを備える。ケーシングには、吸込水槽内に位置する下端側に吸込口が形成されている。また、ケーシングには羽根車を固定した主軸が配設され、この主軸に駆動手段（モータ）が連結されている。

据付床（建屋）およびポンプを含むポンプ構造物は、設置する現地の据付床の状態を考慮し、運転時に振動が生じないように個別にバランス設計されている。しかし、建屋の実際の据付床の剛性のバラツキによって生じる振動は否めない。そこで、特許文献１の立軸ポンプは、据付床の配置孔にベース部材を配設し、このベース部材にケーシングを２点支持で固定することにより、共振現象を防止し、立軸ポンプの振動および据付床の破損を抑制している。

しかしながら、特許文献１の立軸ポンプは、予期しない地震による振動に対して、何ら対策が施されていない。特に、長い周期で揺れる長周期（低周波）地震動は減衰しにくく、建造物を共振（または共鳴）させて振幅が増大するため、ポンプ構造物を破損させるという問題がある。

特開２００３−１６１２８５号公報

本発明は、運転および地震による振動を抑制し、ポンプ構造物の破損を防止できるポンプの制震装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明のポンプの制震装置は、据付床の配置孔を通して吸込水槽内を鉛直方向に延びるケーシングを備えるポンプの制震装置であって、前記吸込水槽内に位置する前記ケーシングの外周部に設けられるとともに、２以上の接続部が形成され、内部に液体を流動可能に収容する液体流路と、前記液体流路の前記各接続部に接続された気体流路と、前記気体流路に設けられ、気体が通過可能な開口面積を調整可能であり、前記気体流路内の気体の流動を抑制する気流抵抗部とを備え、前記気体流路は、前記液体流路の前記接続部に下端が接続され、前記ケーシングの軸線に沿って上方へ延びるとともに、前記ケーシングに対して周方向に間隔をあけて配置された前記接続部と同数の気体用縦配管と、前記気体用縦配管の上端側を連通させた気体用横配管とを有する。

この制震装置は、ケーシングの外周部に液体を収容した液体流路を備えるため、長周期地震動を抑えるように、液体に固有振動数を持たせることができる。この液体流路の動吸振器効果により、ポンプおよび据付床を含むポンプ構造物に加わる振動を低減できる。また、液体流路に気体流路を連通させているため、液体および気体を含めた流体により、ポンプ構造物に加わる振動を確実に低減できる。また、気流抵抗部での気体の流動抵抗によって地震振動エネルギーを減衰（吸収）させる作用をなすため、更に振動を低減できる。また、液体流路に収容した液体によりポンプ重量が増加するため、地震による加振力に対抗できる。また、吸込水槽に溜められた液体により、液体流路の下部が浸かるため、液体の粘性力と付加質量が発生することにより、振動を更に低減できる。よって、ポンプ構造物の破損を防止できる。

前記液体流路および前記気体流路により、液体および気体が流動可能な閉回路が形成されている。このようにすれば、液体流路内の設定液体量を維持できるため、確実に振動を低減できる。

具体的には、前記液体流路は、前記ケーシングに対して周方向に間隔をあけて２本以上配置され、前記ケーシングの軸線に沿って延び、上端を前記接続部とした液体用縦配管と、前記各液体用縦配管の下端側を連通させる液体用横配管とを有する。この断面Ｕ字状の液体流路は、一方の液体用縦配管から液体用横配管を介して他方の液体用縦配管にかけて延びる液柱の揺動により、ケーシングの振動を確実に抑制できる。また、液体用縦配管の位置設定により、吸込水槽内の液体の水面からケーシングの吸込口にかけて延びる空気吸込渦の発生を防止できる。

また、前記気体流路内の空気圧を調整する圧力調整部を設けることが好ましい。このようにすれば、気流抵抗部での減衰作用を調整できる。具体的には、気体流路内を大気圧より高くすると、液体流路内の液体の固有振動数を高くすることができ、気体流路内を大気圧より低くすると、液体流路内の液体の固有振動数を低くすることができる。

または、前記液体流路は、前記ケーシングに対して周方向に間隔をあけて２本以上配置され、前記ケーシングの軸線に沿って延び、上端を前記接続部とした液体用縦配管を有し、前記各液体用縦配管の下端は、前記吸込水槽内に開放されている。この場合、液体用縦配管の下端は、吸込水槽内に貯留される液体の最低水位より低く設定されている。このように、吸込水槽を介して連通する複数の直管状の液体流路としても、ポンプ構造物に加わる振動を確実に低減できる。また、制震装置の構成を簡素化できるため、組立作業性を向上できる。また、液体用縦配管の位置設定により、吸込水槽内の液体の水面からケーシングの吸込口にかけて延びる空気吸込渦の発生を防止できる。

前記液体流路は、互いに非連通状態に区画された第１および第２液体流路を有し、前記気体流路は、前記各液体流路に接続される第１および第２気体流路を有する。ここで、第１および第２液体流路は、ケーシングの軸線から液体用縦配管までの距離が異なる断面Ｕ字状の液体流路を組み合わせてもよいし、断面Ｕ字状の液体流路と直管状の液体流路を組み合わせてもよい。このようにすれば、第１液体流路の固有振動数と第２液体流路の固有振動数を異なるように設定できるため、広範囲の長周期地震動を抑制できる。

本発明のポンプの制震装置は、液体を収容した液体流路により、長周期地震動を抑える固有振動数を持たせることができ、この液体流路の動吸振器効果により、ポンプおよび据付床を含むポンプ構造物に加わる振動を低減できる。また、液体流路に気体流路を連通させているため、液体および気体を含めた流体により、ポンプ構造物に加わる振動を確実に低減できる。しかも、気体流路に気流抵抗部を設けているため、気体の流動抵抗が地震振動エネルギーを減衰（吸収）させる作用をなし、更に振動を低減できる。よって、ポンプ構造物の破損を防止できる。

本発明の第１実施形態のポンプの制震装置を示す断面図。 図１の一部を拡大した断面図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 図２の液体流路のＢ−Ｂ線断面図。 第１実施形態の制震装置の概略図。 第１実施形態の変形例の制震装置の概略図。 第２実施形態のポンプの制震装置を示す断面図。 第２実施形態の制震装置の概略図。 第２実施形態の変形例の制震装置の概略図。 第３実施形態のポンプの制震装置を示す断面図。 第３実施形態の制震装置の概略図。 第３実施形態の変形例の制震装置の概略図。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態の制震装置２６を配設した立軸ポンプ１０を示す。この立軸ポンプ１０は、建屋の据付床２に上方から差し込まれ、下部の吸込水槽５内を鉛直方向に延びるように固定されるケーシング１１を備える。本発明の制震装置２６は、概ね吸込水槽５内に位置するケーシング１１の外周部に配置され、通常運転時の振動および長周期地震動を抑制し、据付床２および立軸ポンプ１０を含むポンプ構造物１の破損を防止する。

立軸ポンプ１０のケーシング１１は、据付床２の上側のポンプ室４から下側の吸込水槽５にかけて、配置孔３を通して配置される直管状の揚水管１２を備える。揚水管１２の下端側には羽根車ケース１３が配設され、この羽根車ケース１３の下端に下向きに漸次拡径した吸込ベルマウス１４が配設されている。吸込ベルマウス１４の下端の吸込口１５は、吸込水槽５の底壁６に対して所定の距離を隔てて対向配置されている。揚水管１２の上端には、鉛直方向から水平方向に水の流れを変えるように、９０度湾曲した吐出ベンド１６が配設されている。吐出ベンド１６はポンプ室４内に配置される。吐出ベンド１６の下部には、据付床２の上面の配置孔３の周囲に固定するための固定フランジ部１７が設けられている。吐出ベンド１６の出口には、下流側の吐出水槽（図示せず）に配管された吐出管１８が接続される。

ケーシング１１の内部には、揚水管１２の軸線に沿って鉛直方向に延びる主軸１９が配置されている。主軸１９は、軸受２０Ａ〜２０Ｄにより揚水管１２内に回転可能に支持されている。主軸１９の下端は、羽根車ケース１３を貫通し、吸込ベルマウス１４内に位置する軸受２０Ｃに回転可能に支持されている。羽根車ケース１３内に位置する主軸１９の下端側には羽根車２１が固定され、軸受２０Ｄに回転可能に支持されている。吐出ベンド１６からケーシング１１の外部に突出する主軸１９の上端には、駆動機２２が連結されている。駆動機２２としては、電動モータや内燃機関を用いることができる。また、電動モータを用いる場合、モータケーシング内に回転子および固定子を水密に配設した耐水（水中）モータが好ましい。

本実施形態の吸込ベルマウス１４内には、水中渦防止リブ２５を一体形成した軸心ベルマウス２３が配設されている。軸心ベルマウス２３は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの樹脂からなり、吸込ベルマウス１４の軸線に沿って延びる円錐筒状である。軸心ベルマウス２３の下端開口２４は、吸込水槽５の底壁６から所定間隔をもって上方に位置するように、吸込ベルマウス１４の吸込口１５より底壁６側に位置する。水中渦防止リブ２５は、水中渦を効果的に消滅可能な整流板であり、軸心ベルマウス２３に対して径方向外側へ放射状に突出するように設けられている。水中渦防止リブ２５の上側縁は吸込ベルマウス１４の内面に沿う形状に形成され、ボルト等によって吸込ベルマウス１４に連結されている。

図１および図４に示すように、制震装置２６は、長い周期で揺れる長周期地震動を減衰し、運転時のケーシング１１の振動も防止する目的で設けられている。この制震装置２６は、吸込水槽５内に位置するケーシング１１の下側外周部に配置される液体流路２７と、ケーシング１１の上側外周部に配置される気体流路３７とを備える。本実施形態では、液体流路２７および気体流路３７により液体および気体が流動可能な無端状の閉回路を形成している。

液体流路２７は、内部に液体（水）が流動可能に収容され、ケーシング１１に加わる長周期地震動を抑える。また、ケーシング１１の下部の重量を変更することにより、立軸ポンプ１０の固有振動数を励振振動数から外れるように調整する重量可変部の役割を兼ねる。この液体流路２７は、ケーシング１１の軸線に沿って平行に延びる液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄと、各液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの下端に接続される液体用横配管３２とを備える。これらの液体用配管２８Ａ〜２８Ｄ，３２は、ＦＲＰなどの樹脂管からなる。そのうち、液体用縦配管２８Ａには、収容した水に浸かる部分に液流抵抗部３６が設けられている。

図２および図３Ａに示すように、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄは、ケーシング１１の外周部に９０度間隔をあけて周方向に配置されている。これら液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄは、取付部材２９によってケーシング１１との間に所定間隔をあけて径方向外側に取り付けられる。取付部材２９による取付位置は、揚水管１２が振動する可能性が高い部位が好ましく、本実施形態では揚水管１２の接続フランジ部３０に固定されている。液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの上端は、吸込水槽５内に貯留される排水の最高水位より高く設定されている。図１に明瞭に示すように、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの上端には、後述する気体用縦配管３８Ａ〜３８Ｄを液密かつ気密に接続する接続部３１Ａ〜３１Ｄが設けられている。液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの下端は、吸込ベルマウス１４の外周部に位置するように設定される。

液体用縦配管２８Ａ，２８Ｂは、吸込水槽５内への水の流入方向に対して、主軸１９（吸込ベルマウス１４）より上流側に配置される。液体用縦配管２８Ｃ，２８Ｄは、吸込水槽５内への流入方向に対して、主軸１９より下流側に位置される。なお、吸込水槽５内の流入方向下流側は、図示しない縦壁で塞がれている。この縦壁に排水が衝突することにより、両側から内側へ巻き込むように渦流が生じ易くなる。この渦流が成長すると、水面から吸込口１５にかけて空気を吸い込んだ渦（空気吸込渦）が発生する。この空気吸込渦が発生し易い領域に、下流側の液体用縦配管２８Ｃ，２８Ｄが配置される。また、吸込水槽５を含むポンプ構造物１を新たに構築する際には、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄが東西南北に位置するように配管することが好ましい。

液体用横配管３２は、ケーシング１１の下端側に位置するように配設された円環状の配管である。図３Ｂに明瞭に示すように、本実施形態の液体用横配管３２は、一対の半円環状パイプ３３Ａ，３３Ｂを接続することにより円環状に形成されている。液体用横配管３２には、各液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの下端が液密に接合され、各液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄを互いに連通させる。液体用横配管３２は、吸込ベルマウス１４の外周部に設けた支持部３４によって、吸込ベルマウス１４の縮径部分の外側に間隔を隔てて取り囲むように配設されている。この支持部３４は、９０度間隔をかけて４箇所に設けられ、吸込ベルマウス１４の外周部で生じる旋回流を防ぐ整流板の役割を兼ねる。

液体用横配管３２と吸込ベルマウス１４との間には、上方から下方に向けて径方向外向きに広がる副流路３５が形成される。図２に示すように、水面から吸込口１５に向かう水流（空気吸込渦）は、液体用横配管３２の外側を流れる主流Ｘと副流路３５を流れる副流Ｙとに分流される。そのうち、主流Ｘは、水面から吸込ベルマウス１４の吸込口１５に向かって径方向内向きに流れ、副流Ｙは、吸込ベルマウス１４の外周面に沿って径方向外向きに流れる。これら主流Ｘと副流Ｙとは、吸込ベルマウス１４の下端外周部で衝突することにより消滅するため、空気吸込渦の発生を防止できる。

液流抵抗部３６は、液体用縦配管２８Ａの下端側に設けられ、液体流路２７内を流動する水の流れを抑制する。この液流抵抗部３６は、出入り口の開口面積に対して中間部分の開口面積を小さく、通過可能な液体容量を抑制可能なオリフィスからなる。なお、液流抵抗部３６は、オリフィスの代わりに、手動操作により開口率を調整可能なバルブを用いてもよい。また、信号の入力により開閉制御される電磁弁を用いてもよい。また、液流抵抗部３６は、液体用縦配管２８Ａだけでなく、一対の液体用縦配管２８Ａ，２８Ｂに設けてもよいし、全ての液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄに設けてもよい。また、液体用横配管３２に１個だけ設けてもよい。

気体流路３７は、内部に気体（空気）が流動可能に収容され、液体流路２７と同様に、ケーシング１１に加わる長周期地震動を抑える。この気体流路３７は、ケーシング１１の軸線に沿って平行に延びる気体用縦配管３８Ａ〜３８Ｄと、各気体用縦配管３８Ａ〜３８Ｄの上端に接続される気体用横配管３９とを備える。これらの気体用配管３８Ａ〜３８Ｄ，３９は、ＦＲＰなどの樹脂管からなる。また、気体用横配管３９には気流抵抗部４０が設けられている。

図１および図４に示すように、気体用縦配管３８Ａ〜３８Ｄは、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの軸線に沿って位置するように、ケーシング１１の外周部に９０度間隔をあけて周方向に配置されている。気体用縦配管３８Ａ〜３８Ｄの下端側は、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの各接続部３１Ａ〜３１Ｄに接続されている。液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの上端側は、据付床２の配置孔３を貫通してポンプ室４内に配置されている。

気体用横配管３９は、ポンプ室４内において吐出ベンド１６の外周部に位置するように配設された円環状の配管である。本実施形態の液体用横配管３２は、液体用横配管３２と同様に、一対の半円管状パイプを接続することにより円環状に形成されている。気体用横配管３９には、各気体用縦配管３８Ａ〜３８Ｄの上端が気密に接合され、各気体用縦配管３８Ａ〜３８Ｄを互いに連通させる。

気流抵抗部４０は、気体用横配管３９に設けられ、気体流路３７内を流動する空気の流れを抑制する。この気流抵抗部４０は、手動操作により、出入り口の開口面積に対する中間部分の開口面積を調整可能で、通過可能な気体容量を抑制可能なバルブからなる。なお、気流抵抗部４０は、バルブの代わりに、電磁弁またはオリフィスを用いてもよい。また、気流抵抗部４０は、気体用縦配管３８Ａ〜３８Ｄのいずれか１個に設けてもよいし、一対の気体用縦配管３８Ａ，３８Ｂに設けてもよいし、全ての気体用縦配管３８Ａ〜３８Ｄに設けてもよい。

本実施形態の制震装置２６は、液体流路２７内に所定量の液体を供給するための給水部４１と、気体流路３７内の空気圧を所定圧力に調整するための給気部４２とを備える。また、液体流路２７内の液体の排水および気体流路３７内の脱圧を可能とする排出部４３が設けられている。

給水部４１は、ポンプ室４内に配設されるポンプを備え、このポンプが気体用横配管３９に接続されている。この給水部４１は、空気より比重が大きい液体である水を、図示しない水源から気体流路３７を介して液体流路２７に供給する。給水量は、液体流路２７内の水に固有振動数を持たせ、長周期地震動を抑えることが可能な量に設定される。より具体的には、液体用横配管３２は勿論、少なくとも液体用縦配管２８Ａの液流抵抗部３６が水没する高さまで給水される。

本実施形態の液体流路２７は、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄが液体用横配管３２を介して連通している。液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄのうち、対向する一対の液体用縦配管２８Ａ，２８Ｄまたは２８Ｂ，２８Ｃにより、動吸振器効果が得られる断面Ｕ字状の液体流路２７が形成される。そして、一方の液体用縦配管２８Ａ，２８Ｂから他方の液体用縦配管２８Ｄ，２８Ｃまでの、水による液柱の全長が、想定される地震による横揺れを抑制可能な長さに設定される。この液柱の揺動により動吸振器効果が得られ、ケーシング１１の振動を抑制する。

給気部４２は、ポンプ室４内に配設されるコンプレッサを備え、このコンプレッサが気体用横配管３９に接続されている。この給気部４２は、液体用横配管３２および液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの内部に圧搾空気を供給することにより、液体流路２７内の空気圧を調整（昇圧）する。給気部４２により気体流路３７内を大気圧より高くすると、液体流路２７内の水の流動が速くなり、固有振動数を高くすることができる。給気部４２により気体流路３７内を大気圧より低くすると、液体流路２７内の水の流動が遅くなり、固有振動数を低くすることができる。よって、給気部４２により気体流路３７内の圧力を調整することにより、液体流路２７内の水による固有振動数を調整することができる。

排出部４３は、ポンプ室４内に配設されるドレンバルブを備え、気体用横配管３９に接続されている。この排出部４３は、開放することにより気体流路３７内の圧力を脱圧（排気）することができる。また、開放状態で給気部４２を動作させることにより、空気圧で液体流路２７内の水を気体流路３７に押し上げ、排出部４３から排水することができる。即ち、排出部４３と給水部４１と給気部４２とで、液体流路２７内の水量を調整する水量調整部の役割をなす。また、排出部４３と給気部４２とで、気体流路３７内の空気圧を調整する圧力調整部の役割をなす。なお、排水性を向上するために、排出部４３を液体用横配管３２に接続してもよい。

この立軸ポンプ１０は、設置する機場の据付床２の剛性に基づいてバランス設計される。そして、立軸ポンプ１０を据付床２に設置すると、排出部４３を開放状態として、給水部４１から気体流路３７を介して液体流路２７内に水を供給する。これにより液体用横配管３２内には水が充満され、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄにも液柱の全長が設定長さになるように水が供給される。これにより、液体流路２７に設けた液流抵抗部３６が浸かった状態になる。

次に、立軸ポンプ１０を試運転し、据付床２に加わる振動を周知の振動センサ等によって検出する。そして、検出値が設定した許容範囲に収まらない場合、許容値以上の振動が発生していると判断し、振動を抑止するように制震装置２６を調整する。

ここで、制震装置２６による振動抑制の原理について説明する。

まず、制震装置２６を設けていない従来の立軸ポンプ１０は、駆動機２２の回転数等と共振する固有振動数成分が１つの１自由度振動系の構造体である。１自由度振動系の立軸ポンプ１０は、据付床２の剛性とケーシング１１とのバランスにより、励振振動数Ωと固有振動数ωとが一致する場合には、共振により大きく振動する。そのため、立軸ポンプ１０の固有振動数ωを励振振動数Ωから外れるように調整すれば、共振による振動を抑制できる。

制震装置２６を設けた本実施形態の立軸ポンプ１０は、液体流路２７が支持部３４によってケーシング１１に連結されているため、２つの異なる固有振動数成分を持つ２自由度振動系の構造体を構成する。即ち、ケーシング１１の側（主系）の第１固有振動数ω１と、液体流路２７の側（従系）の第２固有振動数ω２とが生成される。この２つの固有振動数ω１，ω２の中間に励振振動数Ωを設定する（ω１＜Ω＜ω２）。これにより、低次モード側で主系と従系の振動が励振力に対して逆相になり、高次モード側で主系が励振力と同相かつ従系が逆相になる。各振動モードを加算すると、主系の振動は、低次の振動モードと高次の振動モードとが相殺される。

以上の関係は、ケーシング１１と液体流路２７との質量比μに関連する。そのため、従系である液体流路２７に水を供給し、質量（＝重量）を調整することにより、励振振動数Ωに対する固有振動数ω１，ω２の波形位置を移動（調整）することができる。具体的には、給水量を多くして質量を重くすることにより、固有振動数を低くすることができる。逆に、給水量を少なくして質量を軽くすることにより、固有振動数を高くすることができる。そして、２つの固有振動数ω１，ω２の中間の下限ピーク値と励振振動数Ωとを一致させることにより、動吸振器効果によって立軸ポンプ１０の振動を抑制乃至実質的に防止することができる。

立軸ポンプ１０の振動を抑制するには、立軸ポンプ１０の固有振動数を調整する。この固有振動数の調整には、給水部４１による液体流路２７内の水量を調整する方法と、給気部４２による気体流路３７内の圧力を調整する方法がある。具体的には、固有振動数を高くする場合、液体流路２７内の液量を少なくするか、気体流路３７内の空気圧を高くする。固有振動数を低くする場合、液体流路２７内の液量を多くするか、気体流路３７内の空気圧を低くする。

但し、本実施形態では、想定される地震による横揺れを抑制できるように、液体流路２７内の液柱の全長が設定されている。そのため、固有振動数の調整は、給気部４２による気体流路３７内の圧力調整により行われる。即ち、液流抵抗部３６が浸かる所定高さまで給水部４１によって液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄ内に給水した後、給気部４２によって気体流路３７内の圧力を変更して固有振動数を調整する。

このように、制震装置２６によって立軸ポンプ１０の振動を抑制した状態で、図示しない制御装置によって予め設定されたプログラムに従って排水運転が実行される。

排水運転時には、液体用配管２８Ａ〜２８Ｄ，３２に水が供給され、ケーシング１１の固有振動数ω１，ω２が励振振動数Ωから外れるように調整されているため、振動を抑制できる。また、立軸ポンプ１０を２自由度振動系の構造体としているため、１自由度振動系の構造体と比較して容易かつ確実に振動を抑制乃至実質的に防止できる。その結果、立軸ポンプ１０を設置する据付床２の破損を確実に防止できる。しかも、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの下部と液体用横配管３２が水没した状態であるため、吸込水槽５内の水による抵抗（粘性力）と付加質量が発生することにより、振動を更に低減できる。

また、吸込水槽５内の水が羽根車２１の付近まで排水されると、吸込水槽５内への流入方向における吸込ベルマウス１４より下流側の領域で空気吸込渦が発生しようとする。しかし、本実施形態の立軸ポンプ１０には、その領域に空気吸込渦の発生を防止する作用をなす液体用縦配管２８Ｃ，２８Ｄを配管しているため、水面での空気吸込渦の発生を効果的に抑制できる。しかも、水面から吸込口１５に向かう水流は、図２に示すように主流Ｘと副流Ｙに分流され、互いに衝突することにより消滅するため、空気吸込渦の発生を確実に防止できる。

また、液体用横配管３２は、ケーシング１１を取り囲む円環状をなすため、水の供給によりケーシング１１の下部に均一に重量を加えることができる。よって、バランスを崩すことなく確実に振動を抑制できる。また、液体用配管２８Ａ〜２８Ｄ，３２および気体用配管３８Ａ〜３８Ｄ，３９は、樹脂管からなるため、施工性を大幅に向上できる。

しかも、本実施形態の制震装置２６は、通常の運転時の振動抑制だけでなく、地震による長周期地震動を抑制できる。具体的には、地震により立軸ポンプ１０が地震荷重（地震により揺れたときに生じる慣性力）を受けると、各液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄにかけて延びる断面Ｕ字状の液柱が揺動し、液柱管式の動吸振器の作用をなす。そして、液体流路２７内の液柱の全長は、想定される地震による横揺れを抑制可能な長さに設定されているため、地震によってポンプ構造物１に加わる振動を低減できる。

また、本実施形態の液体流路２７および気体流路３７には、流れを抑えることが可能な抵抗部３６，４０を設けているため、液流抵抗部３６での水の流動抵抗および気流抵抗部４０での気体の流動抵抗によって、地震振動エネルギーが吸収される。即ち、液体流路２７を流動する水が液流抵抗部３６で抑えられることで地震振動エネルギーが吸収され、この水の流れによって気体流路３７を流動する空気が気流抵抗部４０で抑えられることで地震振動エネルギーが吸収される。よって、ポンプ構造物１に対する振動を更に低減できる。また、水による付加質量に加え、液体流路２７に収容した液体によりポンプ重量の増加により、地震による加振力に対抗できる。そのため、地震に対する耐震性の向上効果が得られポンプ信頼性を高めることができる。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態では、液体流路２７に液流抵抗部３６を設けたが、図５に示すように、液流抵抗部３６は設けない構成としてもよい。また、気体流路３７の圧力調整を行うための給気部４２と排出部４３を設けたが、これら給気部４２および排出部４３は設けない構成としてもよい。また、給水部４１も設けずに、予め設定した水量を液体流路２７に収容させた状態で、制震装置２６を組み立ててもよい。そして、この図５に示す構成としても、液柱管式の動吸振器の作用により、ポンプ構造物１に加わる振動を低減できる。また、即ち、液体流路２７を流動する水の流れによって気体流路３７を流動する空気が気流抵抗部４０で抑えられることで地震振動エネルギーが吸収される。よって、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

（第２実施形態）
図６および図７は第２実施形態の立軸ポンプ１０の制震装置２６を示す。この第２実施形態では、液体用横配管３２を設けることなく、ケーシング１１に沿って延びる液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄだけで液体流路２７を形成した点で、第１実施形態と相違する。

直管状の液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄは、第１実施形態と同様に、ケーシング１１の外周部に９０度間隔をあけて取付部材２９によって配置されている。液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの上端は、吸込水槽５内に貯留される排水の最高水位より高く設定されている。第２実施形態の液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの下端は、吸込水槽５内に貯留される液体の最低水位より低い位置に設定され、吸込水槽５内に開放されている。具体的には、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの下端は、吸込ベルマウス１４の下端の吸込口１５を越えて底壁６側に延びるように設定される。そのうち、液体用縦配管２８Ａには、流動する水の流れを抑制する液流抵抗部３６が設けられている。

図７に示すように、第２実施形態の制震装置２６は、液体流路２７を構成する直管状の液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの上端の接続部３１Ａ〜３１Ｄに、第１実施形態と同様に気体流路３７が接続されている。また、気体流路３７の気体用横配管３９には、第１実施形態に気流抵抗部４０と給水部４１と排出部４３とが設けられている。但し、第２実施形態では給気部４２は設けられていない。

この第２実施形態の立軸ポンプ１０は、第１実施形態と同様に、据付床２に設置され、制震装置２６によって振動が抑制される。振動抑制のために立軸ポンプ１０の固有振動数を調整する際には、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの下端が吸込水槽５内の排水に浸かった状態で、給水部４１によって気体流路３７を介して液体流路２７に水を供給する。この際、排出部４３は、外部との連通を遮断した閉塞状態とする。これにより、各液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの設定高さまで水を収容させることができる。

そして、排水運転を実行すると、第１実施形態と同様に、運転時の振動を低減できるとともに、空気吸込渦の発生を防止できる。また、各液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄは、吸込水槽５に溜められた排水を介して連通している。そのため、吸込水槽５を介して各液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄにかけて延びる断面Ｕ字状の液柱が揺動し、液柱管式の動吸振器の作用をなす。よって、地震による長周期地震動を抑制できるため、ポンプ構造物１に加わる振動を確実に低減できる。また、制震装置２６は、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄに接続する液体用横配管３２が無いため、構成を簡素化でき、組立作業性を向上できる。

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、液体流路２７に液流抵抗部３６を設けたが、図８に示すように、液流抵抗部３６は設けない構成としてもよい。また、液体流路２７内の水量を調整するための給水部４１を設けたが、この給水部４１も設けない構成としてもよい。但し、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの所定高さまで液体を収容させるために、排出部４３は設けることが好ましい。例えば、排出部４３を開放した状態で、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄの所定高さまで液体を収容させた後、排出部４３を閉塞する。これにより、吸込水槽５を介して液柱管式の動吸振器効果が得られる流路２７，３７を形成することができる。

（第３実施形態）
図９および図１０は第３実施形態の立軸ポンプ１０の制震装置２６を示す。この第３実施形態では、互いに非連通状態に区画された第１および第２の制震ユニット２６Ａ，２６Ｂを設けた点で、第１および第２実施形態と相違する。第１制震ユニット２６Ａは、図４に示す第１実施形態と同一構成であり、第２制震ユニット２６Ｂは、図７に示す第２実施形態と実施的に同一構成である。

第１の制震ユニット２６Ａは、第１の液体用縦配管２８Ａ１〜２８Ｄ１の下端に第１の液体用横配管３２Ａを設けた第１の液体流路２７Ａを備える。この第１の液体流路２７Ａには、第１実施形態と同様に第１の気体流路３７Ａが設けられ、液体および気体が流動可能な無端状の閉回路が形成されている。第１の液体流路２７Ａには、第１の液体用縦配管２８Ａ１に液流抵抗部３６が設けられている。また、第１の気体流路３７Ａには、気流抵抗部４０、給水部４１、給気部４２および排出部４３が設けられている。

第２の制震ユニット２６Ｂは、第１の液体流路２７Ａの外周部に位置する液体用縦配管２８Ａ２〜２８Ｄ２からなる第２の液体流路２７Ｂを備える。第２の液体流路２７Ｂは、第２実施形態と同様に第２の気体流路３７Ｂが設けられ、液体および気体が流動可能な実質的閉回路が形成されている。第２の液体流路２７Ｂには、第２の液体用縦配管２８Ａ２に液流抵抗部３６が設けられている。また、第２の気体流路３７Ｂには、給気部４２を除く、気流抵抗部４０、給水部４１および排出部４３が設けられている。

このようにした第３実施形態では、第１および第２実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。また、第１および第２の液体流路２７Ａ，２７Ｂは、ケーシング１１の軸線から液体用縦配管２８Ａ１〜２８Ｄ１，２８Ａ２〜２８Ｄ２までの距離が異なる。そして、第１および第２の液体流路２７Ａ，２７Ｂは、独立した異なる流路であるため、それぞれ固有振動数が異なるように設定することができる。よって、広範囲の長周期地震動を抑制することができる。

（第３実施形態の変形例）
第３実施形態では、第１実施形態と同様の第１の液体流路２７Ａと、第２実施形態と同様の第２の液体流路２７Ｂを組み合わせて構成したが、図１１に示すように、第１実施形態と同様の第１の液体流路２７Ａ（液体用縦配管２８Ａ１〜２８Ｄ１と液体用横配管３２Ａ）と、第１の液体流路２７Ａとはケーシング１１の軸線からの距離が異なる第１実施形態と実質的の同様の第２の液体流路２７Ｂ（液体用縦配管２８Ａ２〜２８Ｄ２と液体用横配管３２Ｂ）とを組み合わせて構成してもよい。また、図示のように、液体流路２７Ａ，２７Ｂには液流抵抗部３６，３６を設けない構成としてもよい。また、給水部４１、給気部４２および排出部４３も設けない構成としてもよい。

なお、本発明のポンプ１０の制震装置２６は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、縦配管２８Ａ〜２８Ｄ，３８Ａ〜３８Ｄは円環状の横配管３２，３９により連通させたが、横配管３２，３９は、対向する一方の液体用縦配管２８Ａ，２８Ｄと気体用縦配管３８Ａ，３８Ｄとが連通するように接続するとともに、対向する他方の液体用縦配管２８Ｂ，２８Ｃと気体用縦配管３８Ｂ，３８Ｃとが連通するように接続してもよい。このようにすれば、Ｕ字状をなす２以上の閉回路を容易に形成できる。また、第３実施形態では、２組の制震ユニットを設けたが、３組以上の制震ユニットを設けてもよい。

また、第１実施形態では、液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄと液体用横配管３２からなる液体流路２７とし、第２実施形態では吸込水槽５を介して連通する複数の液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄからなる液体流路２７とし、各液体用縦配管２８Ａ〜２８Ｄに気体流路３７を接続したが、例えば第１実施形態の液体用横配管３２に接続部を設けて、気体用縦配管３８Ａ〜３８Ｄを直接接続してもよい。

そして、前記実施形態では、本発明の制震装置２６を立軸ポンプ１０に適用したが、ケーシング１１に対して主軸１９を横方向に配設した横軸ポンプにも適用可能であり、同様の作用および効果を得ることができる。即ち、据付床２の配置孔３から鉛直下向きにケーシング１１を配置するポンプであれば、いずれでも適用可能である。

１…ポンプ構造物
２…据付床
３…配置孔
４…ポンプ室
５…吸込水槽
１０…立軸ポンプ
１１…ケーシング
１５…吸込口
１９…主軸
２１…羽根車
２２…駆動機（駆動手段）
２３…軸心ベルマウス
２６…制震装置
２７…液体流路
２８Ａ〜２８Ｄ…液体用縦配管（縦配管）
３１Ａ〜３１Ｄ…接続部
３２…液体用横配管（横配管）
３６…液流抵抗部
３７…気体流路
３８Ａ〜３８Ｄ…気体用縦配管
３９…気体用横配管
４０…気流抵抗部

Claims (6)

1. 据付床の配置孔を通して吸込水槽内を鉛直方向に延びるケーシングを備えるポンプの制震装置であって、
   前記吸込水槽内に位置する前記ケーシングの外周部に設けられるとともに、２以上の接続部が形成され、内部に液体を流動可能に収容する液体流路と、
   前記液体流路の前記各接続部に接続された気体流路と、
   前記気体流路に設けられ、気体が通過可能な開口面積を調整可能であり、前記気体流路内の気体の流動を抑制する気流抵抗部と
   を備え、
   前記気体流路は、
   前記液体流路の前記接続部に下端が接続され、前記ケーシングの軸線に沿って上方へ延びるとともに、前記ケーシングに対して周方向に間隔をあけて配置された前記接続部と同数の気体用縦配管と、
   前記気体用縦配管の上端側を連通させた気体用横配管と
   を有することを特徴とするポンプの制震装置。
2. 前記液体流路および前記気体流路により、液体および気体が流動可能な閉回路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプの制震装置。
3. 前記液体流路は、
   前記ケーシングに対して周方向に間隔をあけて２本以上配置され、前記ケーシングの軸線に沿って延び、上端を前記接続部とした液体用縦配管と、
   前記各液体用縦配管の下端側を連通させる液体用横配管と
   を有することを特徴とする請求項２に記載のポンプの制震装置。
4. 前記気体流路内の空気圧を調整する圧力調整部を設けたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のポンプの制震装置。
5. 前記液体流路は、前記ケーシングに対して周方向に間隔をあけて２本以上配置され、前記ケーシングの軸線に沿って延び、上端を前記接続部とした液体用縦配管を有し、
   前記各液体用縦配管の下端は、前記吸込水槽内に開放されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプの制震装置。
6. 前記液体流路は、互いに非連通状態に区画された第１および第２液体流路を有し、前記気体流路は、前記各液体流路に接続される第１および第２気体流路を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のポンプの制震装置。

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