JP7339017B2 - ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、吸込水槽等の水を汲み上げる際に渦流の発生を抑制することができるポンプに関するものである。

河川などに接続される吸込水槽等の水をポンプで汲み上げる際に、吸込水槽内に渦流が生じる場合がある。特に、排水に伴い水位が下がると、水面から空気を吸い込んだ渦流（空気吸込渦）が生じて、この渦流がポンプに引き込まれる場合がある。このような空気吸込渦により、ポンプ内に空気が吸い込まれてしまうと、水流の密度が変化してバランスが崩れ、ポンプに振動等を発生させる原因となると共にポンプ効率が低下してしまう。

この渦流対策として、例えば特許文献１には、吸込水槽の底であってポンプの直下に底面から突出した渦流抑制部を設けた渦流抑制装置が記載されている。
また、特許文献２には、ポンプに対向配置され、吸込水槽に水面の上方から下方に向かって延びた板状の渦防止部材を複数設けたポンプ吸水槽が記載されている。

さらに、特許文献３には、ポンプのケーシングの外周部に配設されたガイド部材と、ガイド部材に沿って縦方向及び横方向に移動可能なフロートとを備えたポンプが記載されている。このポンプでは、空気吸込渦が発生すると、その渦流によってフロートが横方向に移動して空気吸込渦を上方から覆うことで、空気吸込渦を消滅させている。

特開２０１７－３１８９４号公報 特開２０１４－１３４１４２号公報 特許第６２１９７４５号公報

上記従来の技術において、以下の課題が残されている。
従来の特許文献１及び２に記載の技術では、吸込水槽自体に渦流対策用の設備を設ける土木工事が必要になり、大掛かりで設備コストが増大してしまう問題があった。
また、特許文献３に記載の技術では、フロートにより空気吸込渦を消滅させようとしているが、水位が変化した際に、付着したゴミ等によってフロートがスムーズに移動しない場合は、十分に機能しないという不都合があった。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、水位が変化しても低コストで渦流の発生を抑制可能なポンプを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るポンプは、回転駆動される羽根車を内部に備え下端に水の吸込口を有すると共に上端側に吐出管が接続された筒状のケーシングと、前記ケーシングの外周面に設けられた渦流抑制部材とを備え、前記渦流抑制部材が、前記ケーシングの軸線方向に沿って延在し前記ケーシングの周方向に対して傾斜又は対向した面を有する上下延在板部を備えていることを特徴とする。

このポンプでは、渦流抑制部材が、ケーシングの軸線方向に沿って延在しケーシングの周方向に対して傾斜又は対向した面を有する上下延在板部を備えているので、ケーシングの周囲に沿って流れる水流が上下延在板部の面に阻まれることで水流が乱れ、そのエネルギーを消費させ、渦流の発生を抑制することができる。また、上下延在板部が、上下に延在しているので、水位が変化しても広い上下範囲で渦流の発生を抑制することができる。さらに、上下延在板部の面が、水流を横方向の流れから縦方向の流れへとガイドして横方向の流れ方向を変更させる効果も有し、横方向の水流による渦流の発生を抑制することができる。
特に、渦流抑制部材を、水の流入方向に対してケーシングよりも下流側に配置することで、ケーシングを回り込んでくる水流がケーシングの下流側で渦流となることを抑制可能である。

第２の発明に係るポンプは、第１の発明において、前記渦流抑制部材が、前記ケーシングの軸線方向に沿って延在し前記上下延在板部の近傍に設置された上下延在棒部を備えていることを特徴とする。
すなわち、このポンプでは、渦流抑制部材が、ケーシングの軸線方向に沿って延在し上下延在板部の近傍に設置された上下延在棒部を備えているので、上下延在板部を回り込んだ水流が上下延在板部の近傍で小さい渦流を発生させようとしても、上下延在棒部に水流が邪魔され渦流の発生を阻止することができる。

第３の発明に係るポンプは、第１又は第２の発明において、前記上下延在板部が、中心軸から四方に向けて配された４枚の単位板部を有して横断面形状が十字形状とされていることを特徴とする。
すなわち、このポンプでは、上下延在板部が、中心軸から四方に向けて配された４枚の単位板部を有して横断面形状が十字形状とされているので、４つの単位板部によって上下延在板部の周囲を流れる水流を効率的に乱すことができる。特に、渦流抑制部材に対して、どの横方向からの水流に対してもいずれかの単位板部が障害となって、渦流の発生を抑制することができる。

第４の発明に係るポンプは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記渦流抑制部材が、前記上下延在板部の上部を支持する上部支持部と、前記上下延在板部の下部を支持する下部支持部とを備え、前記上部支持部及び前記下部支持部が、上下に貫通した流通孔を有していることを特徴とする。
すなわち、このポンプでは、上部支持部及び下部支持部が、上下に貫通した流通孔を有しているので、上下の流通孔からも水流が上下延在板部側に流れ込み、上下延在板部を回り込んだ水流を乱すことで、渦流の発生をさらに抑制することができる。

第５の発明に係るポンプは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記渦流抑制部材が、前記ケーシングの周方向に互いに離間して複数設けられていることを特徴とする。
すなわち、このポンプでは、渦流抑制部材が、ケーシングの周方向に互いに離間して複数設けられているので、ケーシングの周方向の複数箇所で渦流の発生を抑制することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明のポンプによれば、渦流抑制部材が、ケーシングの軸線方向に沿って延在しケーシングの周方向に対して傾斜又は対向した面を有する上下延在板部を備えているので、ケーシングの周囲に沿って流れる水流が上下延在板部の面に阻まれることで、渦流の発生を抑制することができる。
したがって、本発明のポンプでは、土木工事が不要で低コストであると共に、水位が変動しても広い上下範囲で渦流の発生を抑制することが可能で、渦流による振動の発生等を防止することができる。

本発明に係るポンプの一実施形態において、吸込水槽に設置されたポンプを、吸込水槽を破断して示す側面図である。 本実施形態において、吸込水槽に設置されたポンプを、吸込水槽を破断して示す正面図である。 本実施形態において、吸込水槽に設置されたポンプを、吸込水槽を破断して示すベースプレートより下方の平面図である。 図３におけるポンプを拡大した平面図である。 図１におけるＡ－Ａ線断面図である。 本実施形態の他の例において、吸込水槽に設置されたポンプを、吸込水槽を破断して示す側面図である。 本実施形態の他の例において、吸込水槽に設置されたポンプを、吸込水槽を破断して示す正面図である。

以下、本発明におけるポンプの一実施形態を、図１から図５に基づいて説明する。

本実施形態におけるポンプ１は、いわゆる立軸ポンプであって、図１から図３に示すように、吸込水槽１０に設置されており、回転駆動される羽根車１２を内部に備え下端に水の吸込口２ａを有すると共に上端側に吐出管３が接続された筒状のケーシング２と、ケーシング２の外周面に設けられた渦流抑制部材４とを備えている。
上記渦流抑制部材４は、ケーシング２の軸線方向（上下方向）に沿って延在しケーシング２の周方向に対して傾斜又は対向した面を有する上下延在板部５を備えている。

上記吸込水槽１０は、雨水等の水を貯留しており、水の流入方向Ｆ０に対して下流側を閉塞する端壁１０ｂを備えている。
また、吸込水槽１０の上方は、据付床１０ｃで覆われており、ポンプ１は、吸込床１０ｃに開けられた据付孔１０ｅに取り付けられたポンプベース（ベースプレート）１０ｄにケーシング２上部のフランジ部２ｂが固定されて吊り下げ設置されている。
また、本実施形態のポンプ１は、端壁１０ｂの近傍に設置されていると共に、吸込水槽１０の底面１０ａから上方に離間した位置に吸込口２ａを配して設置されている。

上記渦流抑制部材４は、ケーシング２の周方向に互いに離間して複数設けられている。なお、本実施形態では、一対の渦流抑制部材４が設けられている。
これらの渦流抑制部材４は、ケーシング２の周面における端壁１０ｂ側に配置されている。すなわち、渦流抑制部材４は、ケーシング２の軸線に向かう水の流入方向Ｆ０に対して、ケーシング２の軸線から３０°後方の位置に配置されている。

また、渦流抑制部材４は、図１，図２及び図５に示すように、ケーシング２の軸線方向（上下方向）に沿って延在し上下延在板部５の近傍に設置された上下延在棒部６を備えている。
上記上下延在板部５は、図５に示すように、中心軸から四方に向けて配された４枚の単位板部５ａを有して横断面形状が十字形状とされている。すなわち、４枚の単位板部５ａは、互いに隣接する物同士が９０°の角度に設定されている。

なお、渦流抑制部材４の外径は、吸込口２ａの内径に対して約２０％に設定されている。
また、渦流抑制部材４の上下長さ及び取付高さ位置は、吸込水槽１０内で変動する水位Ｗの範囲に応じて決定される。

上下延在棒部６は、隣接する単位板部５ａの間にこれら単位板部５ａとの間に隙間を空けて設置されている。すなわち、上下延在棒部６は、渦流抑制部材４の中心軸に対して周方向に互いに離間して４本設置されている。
なお、各上下延在棒部６は、角部を有した断面矩形状に形成されており、断面円形状の場合に比べて、水流Ｆをより乱し易くなっている。

さらに、渦流抑制部材４は、上下延在板部５の上部を支持する上部支持部７Ａと、上下延在板部５の下部を支持する下部支持部７Ｂとを備えている。
なお、上部支持部７Ａは、上下延在棒部６の上部も支持しており、下部支持部７Ｂは、上下延在棒部６の下部も支持している。
上部支持部７Ａ及び下部支持部７Ｂは、図４に示すように、上下に貫通した流通孔７ａを有している。
本実施形態では、上部支持部７Ａ及び下部支持部７Ｂに略三角形状の流通孔７ａが複数設けられている。

各渦流抑制部材４は、図４に示すように、ケーシング２の外周面から半径方向外方に延びた部材支持部４ａによって支持されている。
また、部材支持部４ａの先端は、渦流抑制部材４の中間を支持している中間支持部７Ｃに固定されている。
上記中間支持部７Ｃは、上下延在板部５と上下延在棒部６との中間を支持している。

このように本実施形態のポンプ１では、渦流抑制部材４が、ケーシング２の軸線方向に沿って延在しケーシング２の周方向に対して傾斜又は対向した面を有する上下延在板部５を備えているので、ケーシング２の周囲に沿って流れる水流Ｆが上下延在板部５の面に阻まれることで水流Ｆが乱れ、そのエネルギーを消費させ、渦流の発生を抑制することができる。また、上下延在板部５が、上下に延在しているので、水位Ｗが変化しても広い上下範囲で渦流の発生を抑制することができる。

さらに、上下延在板部５の面が、水流Ｆを横方向の流れから縦方向の流れへとガイドして横方向の流れ方向を変更させる効果も有し、横方向の水流Ｆによる渦流の発生を抑制することができる。
また、渦流抑制部材４が、ケーシング２の周方向に互いに離間して複数設けられているので、ケーシング２の周方向の複数箇所で渦流の発生を抑制することができる。
特に、渦流抑制部材４を、水の流入方向Ｆ０に対してケーシング２よりも下流側に配置することで、ケーシング２を回り込んでくる水流Ｆがケーシング２の下流側で渦流となることを抑制可能である。

また、渦流抑制部材４が、ケーシング２の軸線方向に沿って延在し上下延在板部５の近傍に設置された上下延在棒部６を備えているので、上下延在板部５を回り込んだ水流Ｆが上下延在板部５の近傍で小さい渦流を発生させようとしても、上下延在棒部６に水流Ｆが邪魔され渦流の発生を阻止することができる。

また、上下延在板部５が、中心軸から四方に向けて配された４枚の単位板部５ａを有して横断面形状が十字形状とされているので、４つの単位板部５ａによって上下延在板部５の周囲を流れる水流Ｆを効率的に乱すことができる。特に、渦流抑制部材４に対して、どの横方向からの水流Ｆに対してもいずれかの単位板部５ａが障害となって、渦流の発生を抑制することができる。

さらに、上部支持部７Ａ及び下部支持部７Ｂが、上下に貫通した流通孔７ａを有しているので、上下の流通孔７ａからも水流Ｆが上下延在板部５側に流れ込み、上下延在板部５を回り込んだ水流Ｆを乱すことで、渦流の発生をさらに抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、上述したように、渦流抑制部材として横断面十字状の上下延在板部を備えることが好ましいが、他に横断面Ｙ字状等の上下延在板部を採用しても構わない。

また、上記実施形態のポンプ１は立軸ポンプであるが、図６及び図７に示すように、上記実施形態の他の例として、本発明を横軸ポンプのポンプ２１に適用しても構わない。すなわち、立軸ポンプのポンプ１では、羽根車１２がケーシング２の下部に配され羽根車１２の回転軸１２ａが垂直方向に延在しているのに対し、横軸ポンプのポンプ２１では、羽根車２２がケーシング２の上部（吐出管３を含む）内に配され及び羽根車２２の回転軸２２ａが水平方向に延在している。

１，２１…ポンプ、２…ケーシング、２ａ…吸込口、３…吐出管、４…渦流抑制部材、５…上下延在板部、５ａ…単位板部、６…上下延在棒部、７Ａ…上部支持部、７Ｂ…下部支持部、７ａ…流通孔

Claims (4)

1. 回転駆動される羽根車を内部に備え下端に水の吸込口を有すると共に上端側に吐出管が接続された筒状のケーシングと、
   前記ケーシングの外周面に設けられた渦流抑制部材とを備え、
   前記渦流抑制部材が、前記ケーシングの軸線方向に沿って延在し前記ケーシングの周方向に対して傾斜又は対向した面を有する上下延在板部を備え、
   前記上下延在板部が、前記渦流抑制部材の中心軸から四方に向けて配された４枚の単位板部を有して横断面形状が十字形状とされていることを特徴とするポンプ。
2. 請求項１に記載のポンプにおいて、
   前記渦流抑制部材が、前記ケーシングの軸線方向に沿って延在し前記上下延在板部の近傍に設置された上下延在棒部を備えていることを特徴とするポンプ。
3. 請求項１又は２に記載のポンプにおいて、
   前記渦流抑制部材が、前記上下延在板部の上部を支持する上部支持部と、
   前記上下延在板部の下部を支持する下部支持部とを備え、
   前記上部支持部及び前記下部支持部が、上下に貫通した流通孔を有していることを特徴とするポンプ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のポンプにおいて、
   前記渦流抑制部材が、前記ケーシングの周方向に互いに離間して複数設けられていることを特徴とするポンプ。

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