JP7217410B2 - 横軸水中ポンプおよび横軸水中ポンプに用いられる吸込カバー - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 平成３１年３月１１日に川崎第二排水区ポンプゲート電気機械設備工事現場にて公開

本発明は、雨水や下水等の圧送に用いられる横軸水中ポンプにおいて、吸込側の水位に応じて自動的に空気を吸気しながら定格運転を行う運転モードに移行する横軸水中ポンプおよび横軸水中ポンプに用いられる吸込カバーの改良に関する。

従来、雨水等の排水ポンプとして、ポンプ設備を着脱構造に改良して低水位型の横軸水中ポンプ（横軸軸流型の水中ポンプ）を採用する排水機場の建設が増加している。

また、例えば本川と支川とが合流するような場所には、支川側に開閉ゲートを設置し、大雨などの増水時に開閉ゲートを閉じることで、本川側の水が支川に逆流するのを抑止している。その際、支川の上流から流れてくる水を強制排水するために、横軸水中ポンプを開閉ゲートに取り付けたポンプゲートが多く用いられている。

そして、横軸水中ポンプあるいは吸込カバーに第１吸込開口と第２吸込開口を形成し、上流からの流入やポンプの排出に伴う水位変動に応じて、第２吸込開口からの空気を吸入することにより全量排水運転・気水混合排水運転・排水待機運転に自動制御する技術は、特許文献１により本出願人が開示している。

特許第６５０４２４７号公報

特許文献１の切り欠きで形成した第２吸込開口は、吸気部の上端から下方に向かって開口が徐々に拡開しており、下方に向かうほど開口率が増大している。したがって、水位低下時には上端に近い位置で吸気量が増大し、気水混合排水運転から排水待機運転に早期に移行する。逆に、上流からの流入量の増加により水位が上がると開口部における気水混合排水運転の範囲が狭いため、モード移行が不安定であった。結果的に気水混合排水運転の運転時間が短く、気水混合排水運転から全量排水運転および排水待機運転への切り替えが早かった。

また、スリットで形成した第２吸込開口は、吸気部の上端から下端まで同幅で開口するとともに、上端近傍の開口総面積と下端近傍の開口総面積が同等である。したがって、水位低下時には上端からある程度の高さにて気水混合排水運転を行うものの、排水待機運転に移行する高さを特定して予め設定することが困難であった。

本発明は、吸込側の水位に応じて自動的に空気を吸気しながら定格運転を行う運転モードに移行する横軸水中ポンプであって、横軸水中ポンプにかかる負荷の急変を防止し、気水混合排水運転の許容水位および時間を長く、予め設定した水位にて排水待機運転に移行する横軸水中ポンプおよび横軸水中ポンプに用いられる吸込カバーを提供する。

本発明の横軸水中ポンプは、吸込口と排出口とを有するケーシングと、ケーシング内で支持された羽根車と、吸込口に接続された吸込カバーと、吸込カバーに設けられ、羽根車の中心より下方に開口する第１吸込開口と、吸込カバー及びケーシングのうち少なくとも一方において羽根車よりも上流側に設けられ、第１吸込開口の上端よりも高い位置に開口し、吸気部の上端が気水混合排水運転と排水待機運転の閾値である第２吸込開口と、第２吸込開口の上端よりも高い位置に開口し、吸気部の上端が全量排水運転と気水混合排水運転の閾値である第３吸込開口と、を有するもので、予め設定した水位に応じて全量排水運転、気水混合排水運転、排水待機運転に自動に切り替わる。

第３吸込開口の上端から第２吸込開口の上端までの水位高さが、第２吸込開口の上端から第１吸込開口の上端までの水位高さ以上とすると、気水混合排水運転の許容水位および運転時間を長くすることが可能となり、横軸水中ポンプにかかる負荷の急変を防止できる。

第２吸込開口の上端近傍の開口面積を、第３吸込開口の総開口面積と同等以上とすると、水位低下時に、第２吸込開口１４から大量の空気混入により、確実に排水待機運転に移行させることができる。

本発明の吸込カバーは、排出開口と、上壁と、上壁の両側端および前後端から下方に延設される側壁と、側壁の下端で囲まれる第１吸込開口と、吸込カバー内部に連通し、上壁又は側壁に形成された少なくとも１以上の開口を備え、吸気部の上端が気水混合排水運転と排水待機運転の閾値である第２吸込開口と、第２吸込開口の上端よりも高い位置で吸込カバー内部に連通し、上壁又は側壁に形成された少なくとも１以上の開口を備え、吸気部の上端が全量排水運転と気水混合排水運転の閾値である第３吸込開口と、を有するもので、予め設定した水位に応じて全量排水運転、気水混合排水運転、排水待機運転に自動に切り替わる。

本発明は、横軸水中ポンプの吸込カバーに第１吸込開口と、第１吸込開口の上端よりも高い位置に開口する第２吸込開口と、第２吸込開口の上端よりも高い位置に開口する第３吸込開口を有するので、予め設定した水位に応じて全量排水運転、気水混合排水運転、排水待機運転に自動に切り替わりつつ、排水待機運転での稼働時間を短くできるもので、横軸水中ポンプにかかる負荷の急変を防止することができる。

本発明に係る横軸水中ポンプの構成を示す側断面図である。 同じく、横軸水中ポンプの吸込カバーの形状を示す三面図である。 同じく、横軸水中ポンプを用いたポンプゲートシステムの構成を示す概略図である。 同じく、横軸水中ポンプの運転モードを説明する図である。 同じく、運転モードが全量排水運転（吸込側水位＞水位Ｈ）であるときの横軸水中ポンプの動作を説明する図である。 同じく、運転モードが気水混合排水運転（水位Ｈ≧吸込側水位＞水位Ｍ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。 同じく、運転モードが排水待機運転（水位Ｍ≧吸込側水位＞水位Ｌ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。 本発明に係る他の実施例の第２吸込開口の二面図である。 同じく、他の実施例の第２吸込開口の二面図である。 同じく、他の実施例の第２吸込開口の二面図である。 本発明に係る他の実施例の第２吸込開口の平面図である。 同じく、他の実施例の第３吸込開口の三面図である。 同じく、他の実施例の第３吸込開口の三面図である。 同じく、他の実施例の第３吸込開口の三面図である。 本発明に係る他の実施例の第３吸込開口の平面図である。 同じく、他の実施例の第３吸込開口の説明図である。

図１は、本発明に係る横軸水中ポンプ１の構成を示す側断面図である。横軸水中ポンプ１は、大容量の排水を行うことが可能な横軸軸流型の水中ポンプであり、ケーシング２と、羽根車３と、主軸４と、案内羽根５と、水中電動機６とを備える。

ケーシング２は、吸込口と排出口とを有する筒体であり、その内部を流体（水及び空気）が通過する。ケーシング２の内部には、吸込側から、羽根車３、案内羽根５及び水中電動機６が配置される。羽根車３は、排水機場の仕様に応じて選択されるものであり、例えば、軸流羽根又は斜流羽根である。主軸４は、水中電動機６で発生された回転力を羽根車３に伝達するものであり、一端が水中電動機６に接続され、他端が羽根車３に接続される。すなわち、羽根車３は、ケーシング２に保持されている水中電動機６により、主軸４を介して支持されている。案内羽根５は、ケーシング２内を流通する流体の流れ方向を整流する。

また、横軸水中ポンプ１は、ケーシング２の吸込側に、第１吸込開口８を下方に向けた吸込カバー７を備える。吸込カバー７は、例えば製缶製であり、第１吸込開口８から吸い込んだ流体をケーシング２の吸込口に導く。

更に、横軸水中ポンプ１は、ケーシング２の吐出側に開閉可能に支持されたフラップゲート９を備え得る。なお、フラップゲート９は、ケーシング２の排出口に直接的又は間接的に設けられ得る。例えば、ケーシング２とフラップゲート９とは、横軸水中ポンプ１の被取り付け対象である水門壁を介して互いに接続されてもよい。ここで、水門壁の一例としては、後述するようなポンプゲートシステムのゲート扉体が挙げられる。フラップゲート９は、横軸水中ポンプ１の吐出圧力が低いときには自重により閉じ、吐出圧力が高いときには上部の支点を軸として開くことで排水を可能とする。なお、用途に応じては、ケーシング２の吐出側に吐出配管を接続して排水することも可能である。

図２は、本発明に係る吸込カバー７の形状を示す三面図である。吸込カバー７は、上壁１０と、上壁１０の両側端および前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１ａ，１１ｂ，１１ｃとを有する。後端の側壁１１ｃには取付部１２を形成してもよい。また、前後端の側壁１１ｂ，１１ｃは、必要に応じて除いてもよい。上壁１０は、吸込側（側面図の左方向）に向かって下方に傾斜している。側壁１１の下端は、羽根車３の中心より下方まで延設する。また、側壁１１は、上壁１０の両端部および前後端から垂設されるものとしたが、下方に延設されるものであれば、吸込カバー７の外側又は内側に向かって傾斜するものであってもよいし、例えば、丸みを帯びた形状であってもよい。また、ここでの上壁１０の両端部は、厳密な端のみを表すのではなく、両端から内側にずれた位置も許容される。

吸込カバー７の第１吸込開口８は、各側壁の下端を結んだ略矩形状を有している。本実施形態では、吸込カバー７の第１吸込開口８は略水平に形成しているが、吸込側が吐出側よりも高くなるように傾いた状態で形成してもよい。上壁１０の後縁は、中央部分が両端部より高い凸部を形成している。

吸込カバー７の側壁１１の下端近傍には、少なくとも１以上の第２吸込開口１４を有している。第２吸込開口１４は、側壁１１の表面と裏面とを貫通する開口で、水及び空気が流入自在外部から吸込カバー７内に空気を取り込むことが可能な開口であればよい。例えば、上壁１０や側壁１１に形成した孔や切り欠き、あるいは部材間の間隙であってもよい。第２吸込開口１４は、第１吸込開口８の上端よりも高い位置に開口し、第２吸込開口１４の最も低い位置にある下端１４ｂは、第１吸込開口８に連通していてもよい。また、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａは、排水機場や横軸水中ポンプ１の仕様に応じて、後述する排水待機運転Ｍ３で運転可能な位置に設定される。

第２吸込開口１４の上方には、少なくとも１以上の第３吸込開口１６を有している。第３吸込開口１６は、側壁１１の表面と裏面とを貫通する開口で、水及び空気が流入自在外部から吸込カバー内に空気を取り込むことが可能な開口であればよい。例えば、上壁１０や側壁１１に形成した孔や切り欠き、あるいは部材間の間隙であってもよい。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１６ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４より上方でも下方でもよく、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通していてもよい。また、第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、排水機場や横軸水中ポンプ１の仕様に応じて、後述する気水混合排水運転Ｍ２で運転可能な位置に設定される。

図３は、横軸水中ポンプ１を用いたポンプゲートシステム１７の構成を示す概略図である。ポンプゲートシステム１７は、ポンプゲート１９と、天壁２０から垂下し、ゲート扉体１８を吊り上げるラック棒２１と、ラック棒２１を上下動させることでポンプゲート１９を昇降させる開閉機２２とを備える。

ポンプゲート１９は、ゲート扉体１８に横軸水中ポンプ１を着脱自在に組み込み、河川等の水路を開閉するものであり、上流側（図左方）から下流側（図右方）へ水を排水する。具体的には、平時は、ゲート扉体１８を上昇させた状態で、ポンプ吸込側（上流側）の水路の水をポンプ吐出側（下流側）の水路に自然排水する。一方、大雨等で下流側の外水位が上昇した際には、開閉機２２の駆動によりゲート扉体１８を下降させて水路を閉じ、横軸水中ポンプ１は、上流側の水を下流側に強制的に排水する。なお、本実施形態におけるポンプゲートシステム１７は、ポンプゲート１９を垂直に降下させて水路を閉止しているが、揺動又は回転等の公知技術により水路を閉止してもよい。

次に、ポンプゲートシステム１７に用いられる横軸水中ポンプ１の運転モードについて説明する。図４は、横軸水中ポンプ１の運転モードを説明する図である。なお、図４では、吸込カバー７の形状が図２に示すものであるとして説明するが、後述する他の実施例に示す吸込カバー７であっても同様である。

横軸水中ポンプ１は、予め設定された吸込側の２つの水位Ｈ，Ｍ（Ｈ＞Ｍ）を基準とした３つの運転モードを有する。具体的には、全量排水運転Ｍ１と、気水混合排水運転Ｍ２と、排水待機運転Ｍ３とである。全量排水運転Ｍ１は、吸込側の水位が水位Ｈを超えているときに実施される。気水混合排水運転Ｍ２は、吸込側の水位が、水位Ｈ以下で、かつ、水位Ｍを超えているときに実施される。排水待機運転Ｍ３は、吸込側の水位が水位Ｍ以下であるときに実施される。なお、不図示であるが、吸込側の水位が特定の水位Ｌ（Ｌ＜Ｍ）以下であるときは、横軸水中ポンプ１は、運転を停止する。

吸込カバー７が図２に示す形状である場合、水位Ｈは、吸込カバー７の第３吸込開口１６の上端１６ａの位置に設定される。水位Ｍは、吸込カバー７の第２吸込開口１４の上端１４ａの位置に設定される。また、水位Ｌは、羽根車３が回転していても、水中電動機６に十分な水が供給できない水位の上限に設定される。なお、吸込カバー７が図２に示す形状である場合には、水位Ｈは、吸込カバー７の第３吸込開口１６の上端１６ａの位置に設定され、水位Ｍは、第２吸込開口１４の上端１４ａの位置に設定される。

＜全量排水運転＞
図５は、運転モードが全量排水運転Ｍ１（吸込側水位＞水位Ｈ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。全量排水運転Ｍ１は、上流側で吸い込んだ水を下流側に全量排出させる運転モードである。大雨等によりゲート下流側（吐出側）の水位が上昇すると、逆流を抑止するために、ゲート扉体１８が降下され、水路が閉止される。そして、ゲート上流側（吸込側）の水位が水位Ｈを越えると、横軸水中ポンプ１が起動され、横軸水中ポンプ１は、全量排水運転Ｍ１で、定格回転数で運転して下流側に排水する。このとき、横軸水中ポンプ１の内部に連通する開口（第１吸込開口８及び第２吸込開口１４，第３吸込開口１６）は全て没水しており、横軸水中ポンプ１の吐出圧力により吐出側のフラップゲート９は開放した状態となっている。ここで、横軸水中ポンプ１の運転開始のタイミングは、不図示の制御装置が、公知の水位計等により水位Ｈを超えていることを検知した上で判断してもよいし、実際に水位Ｈを検知することなく、予め設定された開始時間等に基づいて自動で判断してもよい。

＜気水混合排水運転＞
図６は、運転モードが気水混合排水運転Ｍ２（水位Ｈ≧吸込側水位＞水位Ｍ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。横軸水中ポンプ１が全量排水運転Ｍ１でゲート上流側の貯留水を排水した結果、ゲート上流側の水位が徐々に低下して水位Ｈ以下になると、運転モードが気水混合排水運転Ｍ２に移行する。気水混合排水運転Ｍ２は、水とともに少量の空気を吸気しつつ、定格回転数での運転で排水を行う運転モードである。

気水混合排水運転Ｍ２の具体的な水位としては、吸込カバー７の第３吸込開口１６の一部又は全部が大気開放しているが、第１吸込開口８及び第２吸込開口１４は没水している水位である。吸込カバー７の第３吸込開口１６の上端１６ａを水位Ｈに設定することにより、第１吸込開口８及び第２吸込開口１４から水を吸い込みながら、第３吸込開口１６から空気を吸い込むことができる。排水量は、水位と吸気量との関係より決定される。この気水混合排水運転Ｍ２を設けることにより、低水位での不安定運転を緩和することができる。

なお、気水混合排水運転Ｍ２では、横軸水中ポンプ１の吐出圧力は、全量排水運転Ｍ１のときよりも低下している。ただし、フラップゲート９は、開放されたままである。

＜排水待機運転＞
図７は、運転モードが排水待機運転Ｍ３（水位Ｍ≧吸込側水位＞水位Ｌ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。横軸水中ポンプ１が排水を続けることで、更に水位が低下して水位Ｍ以下になると、運転モードは、気水混合排水運転Ｍ２から排水待機運転Ｍ３に移行する。排水待機運転Ｍ３は、いわゆる待機運転となるモードであり、水とともに大量の空気を吸気しつつ、定格回転数での運転を維持する運転モードである。

排水待機運転Ｍ３の具体的な水位としては、吸込カバー７の第２吸込開口１４の一部もしくは全部が大気開放しているものの、吸込カバー７の第１吸込開口８と羽根車３の一部が没水している水位である。吸込カバー７の第２吸込開口１４の上端１４ａを水位Ｍに設定することにより、水位が水位Ｍ低下になったときに、吸込カバー７の第２吸込開口１４，第３吸込開口１６から大量の空気を吸い込むことができる。その結果、横軸水中ポンプ１の吐出圧力は低下するが、ケーシング２内で水と空気とが混合した状態で運転が継続される。ケーシング２内の水量は、吸込側水位に応じて変動する。この排水待機運転Ｍ３では、ケーシング２内で攪拌される水により、水中電動機６が冷却されるため、過度の発熱を抑えることができる。

なお、排水待機運転Ｍ３では、水と空気とがケーシング２内で循環流動し、吐出圧力が低いため、フラップゲート９は、基本的には閉塞した状態にある。ただし、下流側の水位が低下すると、フラップゲート９が開放する場合もある。また、フラップゲート９を閉塞した締切状態で定格回転数での運転を行っても、大量の空気が混入しているため、水動力が低く、ポンプ動力の上昇を抑制することができる。

ここで、排水待機運転Ｍ３では、基本的には水を排出しないので、吸込側の水位の低下はない。しかし、下流側の水位の低下により横軸水中ポンプ１の吐出圧力がフラップゲート９を開放するだけの圧力になると、排水により吸込側の水位が低下してくる。吸込側の水位が低下して水位Ｌ以下になると、横軸水中ポンプ１は、吸込側の流入予測量にもよるが、再排水の可能性が低いと判断して運転を停止する。横軸水中ポンプ１の運転停止のタイミングは、不図示の制御装置が、公知の水位計等により、水位Ｌ以下の水位を一定時間継続した状態を検知した上で判断してもよいし、実際に水位Ｌを検知することなく、予め設定された開始時間等に基づいて自動で判断してもよい。

一方、いずれかの運転モード中に上流側の流入量が増大して水位が上昇したときも、別の運転モードに移行する。例えば、水位Ｌ以下の状態で水位が上昇し、吸込側の水位が水位Ｌを超えたとする。この場合、運転モードは、第２吸込開口１４からは水と空気を、第３吸込開口１６からは空気を吸気しつつ、フラップゲート９を閉じた状態でケーシング２内の水を攪拌する排水待機運転Ｍ３に移行する。また、排水待機運転Ｍ３中に水位が上昇し、吸込側の水位が水位Ｍを超えると、運転モードは、第２吸込開口１４からは水を、第３吸込開口１６からは空気を吸気しながら排水する気水混合排水運転Ｍ２に移行する。更に、気水混合排水運転Ｍ２中に水位が上昇し、吸込側の水位が水位Ｈを超えると、運転モードは、第１吸込開口８及び第２吸込開口１４，第３吸込開口１６から水を吸い込む全量排水運転Ｍ１に移行する。

なお、横軸水中ポンプ１は、運転停止後、吸込側の流入予測量や、排水機場又は横軸水中ポンプ１の仕様に応じて、運転再開を適宜判断する。運転再開のタイミングは、吸込側の水位がどの水位であっても構わない。

次に、横軸水中ポンプ１の作用及び効果について説明する。横軸水中ポンプ１
は、上記のように、第２吸込開口１４の上端１４ａよりも高い位置に開口する
第３吸込開口１６を有するので、吸込側の水位の変化に応じて運転モードを自
動的に切り替えることができる。具体的には、横軸水中ポンプ１は、吸込側の
水位が第３吸込開口１６の上端１６ａよりも高いときには、第１～３吸込開口
を没水させて、全量排水運転Ｍ１で運転する。また、横軸水中ポンプ１は、吸
込側の水位が、第３吸込開口１６の上端１６ａよりも低く、かつ、第２吸込開
口１４の上端１４ａよりも高いときには、第１及び第２吸込開口から水を吸い
込みつつ第３吸込開口１６から空気を吸い込む気水混合排水運転Ｍ２で運転を
行う。更に、横軸水中ポンプ１は、吸込側の水位が第２吸込開口１４の上端１
４ａよりも低いときには、第２及び第３吸込開口から空気を吸い込んでケーシ
ング２内で水を循環流動させる排水待機運転Ｍ３で運転を行う。

例えば、吸込側の水位が急速に低下した場合には、全量排水運転Ｍ１から気水
混合排水運転Ｍ２へ、又は、気水混合排水運転Ｍ２から排水待機運転Ｍ３へ移
行する。これにより、横軸水中ポンプ１は、羽根車３を駆動する水中電動機６
の定格回転数での運転を維持したまま、吸込側の水位の低下速度を抑制するこ
とができる。また、例えば、吸込側の水位が急速に上昇した場合には、排水待
機運転Ｍ３から気水混合排水運転Ｍ２へ、又は、気水混合排水運転Ｍ２から全
量排水運転Ｍ１へ移行する。これにより、横軸水中ポンプ１は、水中電動機６
の定格回転数での運転を維持したまま、吸込側の水位の上昇速度を抑制するこ
とができる。したがって、水中電動機６すなわちポンプのＯＮ／ＯＦＦの繰り
返し頻度を低下させることができる。

第３吸込開口１６の総開口面積を、横軸水中ポンプ１が排水待機運転Ｍ３に移
行するのに必要な吸気量を満たさないだけの総開口面積とすると、吸込側の水
位が、水位Ｈ以下で、かつ、水位Ｍを超えている範囲で気水混合排水運転Ｍ２
を持続させることができる。

第３吸込開口１６の上端１６ａから第２吸込開口１４の上端１４ａまでの距離
を調整することで気水混合排水運転Ｍ２にて運転する吸込水位の幅を任意に設
定できる。例えば、第２吸込開口１４の上端１４ａから離して第３吸込開口１
６の上端１６ａを上方に設定すれば気水混合排水運転Ｍ２で運転できる水位が
広くなり、第２吸込開口１４の上端１４ａから近づけて第３吸込開口１６の上
端１６ａを上方に設定すれば気水混合排水運転Ｍ２で運転できる水位が狭くな
る。少量の水位変動による全量排水運転Ｍ１から排水待機運転Ｍ３への切り替
え、又は、排水待機運転Ｍ３から全量排水運転Ｍ１への切り替え頻度を抑える
ことが可能となる。気水混合排水運転Ｍ２時の運転時間を長く継続させること
になるので、常時上流側から新鮮な水をケーシング２内に供給して水中電動機
６の冷却効率を高められる。

第３吸込開口１６の総開口面積と第２吸込開口１４の上端１４ａ近傍の開口面
積からの吸気量で排水待機運転Ｍ３に移行するように開口面積を形成すると、
気水混合排水運転Ｍ２と排水待機運転Ｍ３の閾値となる水位Ｍが明確になり、
予め設定した水位にて横軸水中ポンプ１を排水待機運転Ｍ３に移行させること
ができる。

また、羽根車３が完全に没水しない気水混合排水運転Ｍ２及び排水待機運転Ｍ３の各運転モードでは、空気を吸気しつつ運転するので、羽根車３に大きな負圧がかからず、また、水面からの空気吸込渦を抑制することができる。

更に、横軸水中ポンプ１は、水位に応じた各運転モード間の移行を、複雑な制御装置等を設けることなく実現することができる。

以上のように、本実施形態によれば、気水混合排水運転Ｍ２の許容水位を長く
設定できるので、全量排水運転Ｍ１から排水待機運転Ｍ３への急激な移行を防止し、ポンプに掛かる負荷を軽減することが可能な横軸水中ポンプ１を提供することができる。

図８～１３は、吸込カバー７に有する第２吸込開口１４に特化した説明図である。なお、第２吸込開口１４と第３吸込開口１６の組み合わせについては、後述する図１４～２０にて説明する。

図８は、他の実施例の第２吸込開口の二面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図２に示すようなものに限定されず、図８に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の両側端あるいは後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１ａ，１１ｃに形成する吸気部である。取付部１２は吸込カバー７の内面に形成してあり、第２吸込開口１４は、切り欠きと、側壁１１の下端を結ぶ直線（２点鎖線）とで囲まれる吸気部としての第２吸込開口１４であって、側壁１１に形成する切り欠きでも、側壁１１と取付部１２等の部材間の間隙でもよく、側壁１１の表面と裏面とを貫通する開口で、水及び空気が流入自在外部から吸込カバー７内に空気を取り込むことが可能な開口であればよい。側壁１１および第２吸込開口１４の延設長さは、気水混合排水運転Ｍ２や排水待機運転Ｍ３の運転状況により適宜設定される。また、第２吸込開口１４の形状は、三角状、角状、半円状等、適宜選択可能であり、第２吸込開口１４の個数や切り欠き幅なども、運転条件に応じて適宜決定される。なお、第２吸込開口１４による応力集中を軽減するために、各角を円弧状に形成してもよい。

図９は、他の実施例の第２吸込開口の二面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図２に示すようなものに限定されず、図９に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する孔形状の吸気部である。側壁１１および第２吸込開口１４の延設長さは、気水混合排水運転Ｍ２や排水待機運転Ｍ３の運転状況により適宜設定される。また、第２吸込開口１４の形状は、円状、長孔状等、適宜選択可能であり、第２吸込開口１４の開口幅や開口高さなども、運転条件に応じて適宜決定される。なお、第２吸込開口１４による応力集中を軽減するために、各角を円弧状に形成してもよい。

図１０は、他の実施例の第２吸込開口の二面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図２に示すようなものに限定されず、図１０に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する複数の細孔形状の吸気部である。側壁１１および第２吸込開口１４の延設長さは、気水混合排水運転Ｍ２や排水待機運転Ｍ３の運転状況により適宜設定される。また第２吸込開口１４の形状は、円状、長孔状、スリット状等、適宜選択可能であり、第２吸込開口１４の孔径やスリットの幅なども、運転条件に応じて適宜決定される。

図１１（ａ）は、他の実施例の第２吸込開口の平面図である。上壁１０の前縁１３から下方に延設される側壁１１ａを有しない吸込カバー７であって、本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の前縁１３に形成する少なくとも１以上の吸気部を有している。第２吸込開口１４は、下方に向かって拡開した切り欠きであって、第１吸込開口８に連通しており、これらの切り欠きを全体として見ると、その形状は、鋸状又は波状である。この場合、本実施形態における第２吸込開口１４は、切り欠きと、上壁１０の下端を結ぶ直線（２点鎖線）とで囲まれる開口としての第２吸込開口１４である。また、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａと、最も低い位置にある下端１４ｂは、気水混合排水運転Ｍ２や排水待機運転Ｍ３の運転状況により適宜設定される。

図１１（ｂ）は、他の実施例の第２吸込開口の平面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図１１に示すようなものに限定されず、図１２に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０を貫通する孔形状の吸気部である。上壁１０および第２吸込開口１４の延設長さは、気水混合排水運転Ｍ２や排水待機運転Ｍ３の運転状況により適宜設定される。また、第２吸込開口１４の形状は、円状、長孔状等、適宜選択可能であり、第２吸込開口１４の開口幅や開口高さなども、運転条件に応じて適宜決定される。

図１１（ｃ）は、他の実施例の第２吸込開口の平面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図１２に示すようなものに限定されず、図１３に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０を貫通する複数の細孔形状の吸気部である。上壁１０および第２吸込開口１４の延設長さは、気水混合排水運転Ｍ２や排水待機運転Ｍ３の運転状況により適宜設定される。また、第２吸込開口１４の形状は、円状、長孔状、スリット状等、適宜選択可能であり、第２吸込開口１４の孔径やスリットの幅なども、運転条件に応じて適宜決定される。

図１２は、他の実施例の第３吸込開口の三面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図２に示すようなものに限定されず、図１４に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１に形成する切り欠き状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。その際、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより下方に位置する第３吸込開口１６は、第２吸込開口１４として機能する。また、第３吸込開口１６の形状は、テーパー状、矩形状、円状等、適宜選択可能であり、第３吸込開口１６の個数や幅なども、気水混合排水運転Ｍ２や排水待機運転Ｍ３の運転条件に応じて適宜決定される。なお、第３吸込開口１６の開口による応力集中を軽減するために、各角を円弧状に形成してもよい。

図１３は、他の実施例の第３吸込開口の三面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図１４に示すようなものに限定されず、図１５に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。

図１４は、他の実施例の第３吸込開口の三面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図１４に示すようなものに限定されず、図１６に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する複数の細孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。

図１５（ａ）は、他の実施例の第３吸込開口の平面図である。上壁１０の前縁１３から下方に延設される側壁１１ａを有しない吸込カバー７であって、本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０の前縁１３に形成する切り欠き状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。

図１５（ｂ）は、他の実施例の第３吸込開口の平面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図１７に示すようなものに限定されず、図１８に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。

図１５（ｃ）は、他の実施例の第３吸込開口の平面図である。本実施形態において、吸込カバー７の形状は、図１７に示すようなものに限定されず、図１９に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、上壁１０を貫通する複数の細孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６は、上壁１０を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通してもよい。

第２吸込開口１４あるいは第３吸込開口１６は、上壁１０、あるいはそれぞれの側壁１１ａ，１１ｂ，１１ｃに個別に形成してもよく、複数の部材に亘って形成してもよい。

図１６は、他の実施例の第３吸込開口の説明図である。本実施形態において、第２吸込開口１４および第３吸込開口１６は図２に示すようなものに限定されず、図２０に示すようなものであってもよい。本実施形態における第２吸込開口１４は、吸込カバー７の上壁１０の両側端あるいは前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１の吸気部である。第３吸込開口１６は、羽根車３の上流側のケーシング２を貫通する孔形状の吸気部である。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。なお、第２吸込開口１４は、上壁１０又はケーシング２に形成してもよく、第３吸込開口１６は、上壁１０又は側壁１１に形成してもよい。

第２吸込開口１４および第３吸込開口１６の吸気部は、直線状に開口する必要はなく、水位に応じて順次吸込部の開口面積が増加あるいは減少するように吸込カバー７に形成しても同様の効果を得ることができる。

第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａから第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａまでの水位高さを、第１吸込開口８の最も高い位置から第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａまでの水位高さ以上とすることで、気水混合排水運転Ｍ２の運転時間を長く継続させることが可能となる。

水位低下時に気水混合排水運転Ｍ２をより幅広い水位で維持できるため、全量排水運転Ｍ１から排水待機運転Ｍ３への短時間での急激な移行を防止できる。気水混合排水運転Ｍ２で待機しつつ、流入水による水位上昇時には全量排水運転Ｍ１に移行することで、排水待機運転Ｍ３への移行を抑え、横軸水中ポンプ１の負荷の急変を抑制できる。

また、排水待機運転Ｍ３からの水位上昇時には、吸込カバー７内に滞留していた空気溜まりを上方に位置する第３吸込開口１６から排気できるため、早期に気水混合排水運転Ｍ２および全量排水運転Ｍ１に移行でき、流入水を早急に排水可能となる。

このように本発明は、第３吸込開口１６を一定の開口率で上下方向に開口し、水位Ｍにて第２吸込開口１４の開口面積を急拡大させることを特徴とする。具体的には、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａ近傍の開口面積を第３吸込開口１６の総開口面積と同等以上とすることで、水位低下時に、水位Ｍにおいて第２吸込開口１４から大量の空気混入により、確実に排水待機運転Ｍ３に移行させることができる。水位Ｍを気水混合排水運転Ｍ２と排水待機運転Ｍ３の閾値であることを明確にでき、羽根車３との水位設定が容易となり、排水待機運転Ｍ３時に水中電動機６の冷却を効果的に行うことができる。なお、上端１４ａ近傍の開口面積とは、流入水の脈動等により生じる振幅高さ、つまり上端１４ａから数ｍｍ下方までの開口面積である。

１ 横軸水中ポンプ
２ ケーシング
３ 羽根車
７ 吸込カバー
８ 第１吸込開口
１０ 上壁
１１ 側壁
１４ 第２吸込開口
１６ 第３吸込開口
Ｍ１ 全量排水運転
Ｍ２ 気水混合排水運転
Ｍ３ 排水待機運転

Claims (4)

1. 吸込口と排出口とを有するケーシング（２）と、
   ケーシング（２）内で支持された羽根車（３）と、
   吸込口に接続された吸込カバー（７）と、
   吸込カバー（７）に設けられ、羽根車（３）の中心より下方に開口する第１吸込開口（８）と、
   吸込カバー（７）及びケーシング（２）のうち少なくとも一方において羽根車（３）よりも上流側に設けられ、
   第１吸込開口（８）の上端よりも高い位置に開口し、吸気部の上端（１４ａ）が気水混合排水運転（Ｍ２）と排水待機運転（Ｍ３）の閾値である第２吸込開口（１４）と、
   第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）よりも高い位置に開口し、吸気部の上端（１６ａ）が全量排水運転（Ｍ１）と気水混合排水運転（Ｍ２）の閾値である第３吸込開口（１６）と、を有する
   ことを特徴とする横軸水中ポンプ。
2. 前記第３吸込開口（１６）の上端（１６ａ）から第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）までの水位高さが、第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）から第１吸込開口（８）の上端までの水位高さ以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の横軸水中ポンプ。
3. 前記第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）近傍の開口面積が、第３吸込開口（１６）の総開口面積と同等以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の横軸水中ポンプ。
4. 排出開口と、
   上壁（１０）と、
   上壁（１０）の両側端および前後端から下方に延設される側壁（１１）と、
   側壁（１１）の下端で囲まれる第１吸込開口（８）と、
   吸込カバー（７）内部に連通し、上壁（１０）又は側壁（１１）に形成された少なくとも１以上の開口を備え、吸気部の上端（１４ａ）が気水混合排水運転（Ｍ２）と排水待機運転（Ｍ３）の閾値である第２吸込開口（１４）と、
   第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）よりも高い位置で吸込カバー（７）内部に連通し、上壁（１０）又は側壁（１１）に形成された少なくとも１以上の開口を備え、吸気部の上端（１６ａ）が全量排水運転（Ｍ１）と気水混合排水運転（Ｍ２）の閾値である第３吸込開口（１６）と、を有する
   ことを特徴とする横軸水中ポンプに用いられる吸込カバー。

Images