JP6414950B2

JP6414950B2 - 渦発生抑制装置

Info

Publication number: JP6414950B2
Application number: JP2014100325A
Authority: JP
Inventors: 英三堀口; 敏雄須永
Original assignee: Maezawa Industries Inc
Current assignee: Maezawa Industries Inc
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: JP2015218585A

Description

本発明は、例えばポンプ等を用いた吸水設備に用いられ、吸い込み口から水等の流体を吸引したり揚水したりする際に流体の渦が発生することを防止するようにした渦発生抑制装置に関する。

従来、ポンプ等を用いた吸水設備において吸い込み口に取り付けたベルマウス（ラッパ口）を水槽の水面下に設置する場合、水位が低かったり水槽の壁面が近かったりすると、吸い込み口に水中渦が発生することがある。この水中渦はベルマウスからパイプ内に吸引されてポンプのインペラを損傷させることがあり、或いはポンプを通過して吐出弁である電動弁や逆止弁等に振動や騒音を引き起こす等の悪影響を与えることがある。
このようなベルマウスの吸い込み口に渦が発生することを防止するために、例えば下記の特許文献１、２、３に記載された渦発生抑制装置が提案されている。

特許文献１に記載された渦発生抑制装置は、矩形状に形成された吸水槽内にポンプが設けられ、この吸水槽の後壁側底面におけるポンプの吸水口の両側側壁に勾配面を形成している。これによって、ポンプの吸水口から吸引される水は、側壁部分では勾配面に沿って流れて吸い込み口に向かうため、流れが乱れず、吸い込み口に水中渦が発生することを防止できる。

また、特許文献２に記載された渦流発生防止装置では、矩形状の水槽の後壁寄りに吸い込み管を設けると共に、後壁のコーナー部に三角柱形状のコーナー床を設けて、吸い込み管の背後からの回り込み流れと前方からの底流を規制することで、両流れは上向き流れとなって吸い込み口に向かうためせん断流れが発生せず、水中渦流を防止できるとしている。

また、特許文献３に記載されたポンプ渦防止装置はラッパ状をなす吸い込みベルマウスの外周面側に所定間隔で設けた仕切り板とリング状の副流路形成板とを備えている。そして、揚水時に、水面側から吸い込みベルマウスの吸い込み口に向かう主流とベルマウス及び副流路形成板の副流とに分流して吸い込み口に向かうため、局部的な下向きの強い流れが生じないから空気吸い込み渦の発生を防止できるとしている。

特開昭５８−１３８２８０号公報実開昭６１−１３０８００号公報特許第４１１７６９９号公報

しかしながら、上述した特許文献１及び２に記載された渦流発生防止装置は、いずれも水槽側に渦流の防止機構を設けるために設置に手間がかかり高コストになる欠点がある。また、特許文献３に記載されたポンプ渦防止装置は、吸い込みベルマウスの外周面にリブを所定間隔で起立させ、更にリング状の副流路形成板を固定した構成であるため、吸い込みベルマウス外周側の流れが複雑になる上に、ベルマウスが大型化して複雑化しコスト高になる欠点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、構造が簡単で低コストの渦発生抑制装置を提供することを目的とする。

本発明による渦発生抑制装置は、水槽の水面下に、一方の開口から他方の開口である吸い込み口に向けて次第に拡径して形成された中空の吸い込みベルマウスが設置され、前記吸い込みベルマウスの内面に放射状に複数の仕切り部材が連結され、複数の仕切り部材は３枚以上で非対称に配設され、前記仕切り部材の間隔が不均一且つランダムに設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、吸い込みベルマウスを通して流体を吸い込む際、渦はどこに発生するか予想できないが、吸い込みベルマウスの内面に非対称に複数の仕切り部材を配列させたことで渦の発生を阻害することができる。
即ち、吸い込みベルマウスの吸い込み口に発生する渦の原因となる乱流を不均一にするために非対称な仕切り部材を配設し、乱流速度分布をこれらの仕切り部材で不均一に分断することで渦の発生を防止できるようにした。

しかも、仕切り部材の間隔がランダムで非対称をなすよう配列することで、予想しにくい渦流の発生を阻害することができる。

更に、仕切り部材を吸い込み口の内面に非対称に配列するには少なくとも３枚の仕切り部材を配設する必要がある。

本発明による渦発生抑制装置によれば、吸い込みベルマウスの内面に配列させた複数の仕切り部材を非対称に配列したから、水等の流体を吸い込むに際し、渦の発生箇所を予想できなくても乱流を非対称な仕切り部材によって撹拌して渦の発生を抑制することができる。しかも、渦の発生を抑制することで振動や騒音の発生を防止することができる。

本発明の第一実施形態における水槽内に渦発生抑制装置を設けた要部説明図である。図１に設けた渦発生抑制装置の吸い込みベルマウスを斜め下方から見た斜視図である。図２に示す吸い込みベルマウスの上面図である。図３に示す吸い込みベルマウスのＡ−Ａ線断面図である。図２に示す吸い込みベルマウスの底面図である。第一実施形態による吸い込みベルマウスの第一変形例を示す底面図である。吸い込みベルマウスの第二変形例を示す底面図である。第二実施形態による吸い込みベルマウスを示す図９のＢ−Ｂ線縦断面図である。第二実施形態による吸い込みベルマウスの底面図である。

以下、本発明の実施形態による渦発生抑制装置について添付図面を参照して説明する。
図１乃至図５は本発明の第一実施形態による渦発生抑制装置１を示すものである。図１に示す渦発生抑制装置１は、例えば底部と側部とが箱形をなす水槽２において、ポンプから延びる吸い込み管３の下端に水面下に配設された吸い込みベルマウス４が設置され、ポンプの作動によって水槽２内の水を吸い上げて吸い込みベルマウス４から吸入することになる。

吸い込みベルマウス４は、図２〜図５に示すように、中空の筒状であり上部開口５ａから下部開口をなす吸い込み口５ｂに向けて凹曲面状に拡径するラッパ状の外周面５と、上部開口５ａの外周側に拡径して設けられていて吸い込み管３と連結するためのフランジ部７とを備えている。フランジ部７には吸い込み管３のフランジ部とねじで固定するためのねじ穴７ａが所定間隔で形成されている。また、外周面５は上部開口５ａから吸い込み口５ｂに向けて内周面が円筒形状から途中で次第に拡径し始めて広がるように内径寸法が変化して形成されている。

外周面５の中空の内面６にはその中心軸線Ｏに沿って中心軸９が形成され、中心軸９と外周面５の内周面とを連結する板状の仕切り板１０が放射状に複数連結されている。中心軸９は断面多角形状でもよいし断面円形でもよく、仕切り板１０の上下方向の幅と同一長さに形成されている。そのため、仕切り板１０は外周面５の上部開口５ａから吸い込み口５ｂまで延びて形成され、隣り合う仕切り板１０によって複数の空間に仕切られている。
図５に示す底面図において、中心軸９と複数の仕切り板１０と外周面５の吸い込み口５ｂ部分とで形成される吸い込みベルマウス４の先端面は中心軸線Ｏを通る任意の方向の中心線Ｌに対して非対称となるように仕切り板１０が配列されている。

このように、内面６において、複数の仕切り板１０が非対称になるように放射状に配列させることで、吸入される水に空気を巻き込む渦流が発生することを防止できて、振動を抑制できる。特に、水中の渦はどこに発生するかその位置が予想できないことから、仕切り板１０を非対称に配置し、しかも不均一且つランダムに配列することで乱流を不均一にして水流の吸い込み時に水中渦が生じないようにすることができる。
換言すると、吸い込みベルマウス４の吸い込み口５ｂに発生する渦の原因となる吸い込み流の乱流を不均一にするために非対称な仕切り板を配設し、乱流速度分布をこれらの仕切り板で不均一に分断することで渦の発生を防止できるようにした。

なお、吸い込みベルマウス４の外周面５における複数の仕切り板１０は非対称に配設するために少なくとも３枚以上設けられ、各仕切り板１０の配設位置は非対称であれば任意に設定できる。図５に示す吸い込みベルマウス４では仕切り板１０が例えば１３枚配設され、中心軸線Ｏを通る任意の位置の中心線Ｌに対して非対称に配列されている。
吸い込みベルマウス４の外周面５の内面６に３枚以上の仕切り板１０を配列するに際し、人為的に非対称でランダムに配列させてもよい。

あるいは、乱数表を用いて内面６の３６０°の角度範囲に対して順次選択した乱数の値を仕切り板１０の角度として乱数によって仕切り板１０の角度間隔を非対称に決定してもよい。例えば、任意の２桁の乱数表から３つ以上の数値の総和が３６０°になる行または列を選択して各数値を仕切り板１０間の角度として、仕切り板１０を中心軸９を中心に放射状に配列すればよい。選択した乱数の１例を示すと下記の通りになる。
（１）２１°、（２）４１°、（３）１１°、（４）２４°、（５）１５°、（６）５０°、（７）４９°、（８）７°、（９）３６°、（１０）１７°、（１１）３２°、（１２）１９°、（１３）３８°。
なお、乱数表による複数の乱数の選択は必ずしも１行または１列全部でなくてもよく、乱数の合計値が３６０°になるように３つ以上の乱数を連続して選択できればよい。

なお、図６及び図７は吸い込みベルマウス４の内面６に配列した複数の仕切り板１０の他の配列例を示すものである。図６は吸い込みベルマウス４の内面６に最小である３枚の仕切り板１０を非対称に配列した構成を示すものである。また、図７は６枚の仕切り板１０を非対称に配列した構成を示すものである。

上述したように本第一実施形態による渦発生抑制装置１によれば、吸い込みベルマウス４の内面に配列させた３枚以上の複数の仕切り板１０を非対称でランダムに配列したから、水槽２内の水を吸い込みベルマウス４で吸い込むに際し、水中渦の発生箇所を予想できなくても乱流速度分布をランダムで非対称な仕切り板１０で不均一に分断することができる。また、乱流で生じ得る水中渦を仕切り板１０によって撹乱し、渦の発生を防止できる。しかも、水中渦の発生を抑制することで振動や騒音の発生を防止することができる。

なお、本発明は上述の第一実施形態による渦発生抑制装置１に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

次に本発明の第二実施形態による渦発生抑制装置１２を図８及び図９によって説明する。
本第二実施形態による渦発生抑制装置１２は第一実施形態による渦発生抑制装置１とほぼ同様な構成を備えており、相違点は吸い込みベルマウス１３の内面６に形成した仕切り板１４の幅が外周面５の上下方向の長さより短く形成されていることである。即ち、外周面５の内面６に形成した仕切り板１４は上部開口５ａと吸い込み口５ｂより内側に引っ込んで小幅に形成されている。なお、本実施形態による吸い込みベルマウス１３の平面図は図３とほぼ同一に表れるので省略した。

本第二実施形態による渦発生抑制装置１２によれば、水槽２内での吸い込み時に乱流が発生して吸い込みベルマウス１３の吸い込み口５ｂから流入した後、内面６に非対称でランダムに配設された仕切り板１４によって乱流の速度分布を分断して渦流の発生を抑制できる。

また、上述した各実施形態では、仕切り板１０、１４の上下方向の幅を吸い込みベルマウス４の内面６と同一長さや上部開口５ａ及び吸い込み口５ｂより内側の短い長さに設定したが、仕切り板１０，１４の幅は上部開口５ａから吸い込み口５ｂまでの長さの範囲であれば任意に設定できる。例えば、小幅の仕切り板１４を内面６の吸い込み口５ｂと面一に配設してもよいし、或いは上部開口５ａと面一に配設してもよい。
また、仕切り板１０，１４は必ずしも板状に形成されていなくてもよく、棒状等でもよく、これらを総称して仕切り部材とする。

１、１２渦発生抑制装置
２水槽
４、１３吸い込みベルマウス
５外周面
５ａ上部開口
５ｂ吸い込み口
６内面
７フランジ部
９中心軸
１０、１４仕切り板
Ｏ中心軸線
Ｌ中心線

Claims

水槽の水面下に、一方の開口から他方の開口である吸い込み口に向けて次第に拡径して形成された中空の吸い込みベルマウスが設置され、
前記吸い込みベルマウスの内面に放射状に複数の仕切り部材が連結され、
前記複数の仕切り部材は３枚以上で非対称に配設され、
前記仕切り部材の間隔が不均一且つランダムに設定されていることを特徴とする渦発生抑制装置。