JP7353968B2 - ポンプ装置、ポンプ機場 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ装置、ポンプ機場に関するものである。

従来から、１台または複数台のポンプ装置を有し、大雨等に湛水防除の目的で稼働するポンプ機場が知られている。このようなポンプ機場では、洪水時において確実な稼働が必要である。ところで、ポンプ装置は、羽根車などの回転体が水中に浸漬された状態で長期間待機している場合が多く、時間の経過とともに回転体が徐々に腐食する。このため点検作業を定期的に行い、回転体の腐食状態を確認する必要があった。

下記特許文献１には、長期間使用されないポンプ装置の回転体の腐食を防止する手法が開示されている。この手法は、ポンプの吸込口から揚水管の吐出弁に至る通水路に、開閉弁を有する送気管を接続し、ポンプの運転休止時に吐出弁を閉じ送気管より圧力気体を圧入して、機体中の残留海水を圧出すると共にこれに海水が浸入しないように気体圧力を保持させる。

特公昭４４－１６５０１号公報

しかしながら、特許文献１には、ポンプの吸込口から揚水管の吐出弁に至る通水路に送気管より圧力気体を圧入して、機体中の残留海水を圧出すると記載されているだけであって、どのように圧力気体を圧入するか具体的な装置構成については記載されていない。したがって、ポンプ装置の回転体の腐食を防止するための具体的な装置構成及び手法の提供が望まれている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、長期間使用されないポンプ装置の回転体の腐食を防止することを目的とする。

本発明の一態様に係るポンプ装置は、ポンプケーシングと、前記ポンプケーシングの内部に設けられた回転体と、前記ポンプケーシングよりも下流側の吐出管に設けられた吐出弁と、前記ポンプケーシングの内部の圧力を計測する圧力計と、前記吐出弁が閉じているとき、前記ポンプケーシングの内部に圧縮空気を供給し、前記ポンプケーシングの内部の水位を下げる圧縮空気供給機構と、を有し、前記圧縮空気供給機構は、前記ポンプケーシングの内部の水位を、予め設定された水位まで下げる前記ポンプケーシングの内部の目標圧力を算出し、前記圧力計の計測結果が前記目標圧力以上になるまで、前記圧縮空気を供給する。

上記ポンプ装置においては、前記圧縮空気供給機構は、前記吐出弁が閉じていることを前提に、さらに、前記回転体が停止してから所定時間経過し、且つ、前記ポンプケーシングの内部の水位が前記回転体の下端以上であり、且つ、前記ポンプケーシングの内部の圧力が前記目標圧力未満であることを条件に、前記圧縮空気の供給を開始してもよい。

上記ポンプ装置においては、前記圧縮空気供給機構は、前記ポンプケーシングの外部の水位をＬ［ｍ］、前記予め設定された水位をｌ［ｍ］、液体の比重をρ［ｋｇ／ｍ^３］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ^２］としたとき、前記目標圧力であるＰ［ｍＡｑ］を、
Ｐ ＝ （Ｌ－ｌ）×ρｇ／１０^６
によって算出してもよい。

上記ポンプ装置においては、前記圧縮空気供給機構は、前記圧力計の計測結果が前記目標圧力以上になった場合、前記圧縮空気の供給を停止し、前記圧力計の計測結果が前記目標圧力未満に下がった場合は、前記圧縮空気の供給を再開してもよい。

上記ポンプ装置においては、前記回転体を回転させる内燃機関と、前記内燃機関に圧縮空気を供給する空気槽と、前記空気槽に圧縮空気を溜める空気圧縮機と、を有し、前記圧縮空気供給機構として、前記空気槽及び前記空気圧縮機を有してもよい。

上記ポンプ装置においては、前記吐出管の吐出口は、吐出水槽に没しており、前記圧縮空気供給機構は、前記吐出水槽の水位未満の高さに設けられた補助タンクと、前記補助タンクと前記吐出水槽との水頭差で、前記吐出水槽側から前記補助タンク側に液体を流入させる流入管と、前記流入管からの液体の流入によって前記補助タンクの内部で圧縮された圧縮空気を、前記ポンプケーシングの内部に供給する通気管と、を有してもよい。

上記ポンプ装置においては、前記圧縮空気供給機構は、前記流入管に設けられた流入弁と、前記通気管に設けられた通気弁と、前記補助タンクの内部を大気開放する大気開放弁と、前記補助タンクの内部に流入した液体を排水する排水弁と、を有してもよい。

上記ポンプ装置においては、前記圧縮空気供給機構は、前記大気開放弁及び前記排水弁を開き、前記補助タンクの内部を大気開放及び排水した後、前記大気開放弁及び前記排水弁を閉じ、その後、前記流入弁を開き、前記補助タンクの内部の空気を圧縮した後、前記流入弁を閉じ、その後、前記通気弁を開き、前記補助タンクの内部の圧縮空気を前記ポンプケーシングの内部に供給する圧縮空気供給プロセスを実行してもよい。

上記ポンプ装置においては、前記圧縮空気供給機構は、前記圧力計の計測結果が前記目標圧力以上になるまで、前記圧縮空気供給プロセスを繰り返してもよい。

上記ポンプ装置においては、前記圧縮空気供給機構は、前記補助タンクの内部の圧力を計測する第２の圧力計を有し、前記圧縮空気供給プロセスにおいて前記圧力計と前記第２の圧力計との計測結果の差圧が所定値以下になったら、前記通気弁が開いている状態でさらに前記流入弁を開き、前記補助タンクの内部の空気を前記ポンプケーシングの内部に押し込んでもよい。

上記ポンプ装置においては、前記圧縮空気供給機構は、前記補助タンクの内部の水位を計測する水位計を有し、前記水位計の計測結果に基づいて、前記圧縮空気供給プロセスにおける前記流入弁を閉じるタイミングを調整してもよい。

上記ポンプ装置においては、前記ポンプケーシングは、前記回転体の回転軸が貫通する軸貫通部を有しており、前記圧縮空気供給機構は、前記軸貫通部に環状に設けられ、前記圧縮空気の一部が供給されることで膨らみ、前記軸貫通部をシールする止水ゴムを有してもよい。

上記ポンプ装置においては、前記圧縮空気供給機構は、前記回転軸を囲う筒体を有し、前記止水ゴムは、前記回転軸と前記筒体との空間を埋めるように膨らんでもよい。

本発明の一態様に係るポンプ機場は、先に記載のポンプ装置を有する。

上記ポンプ機場においては、前記ポンプ装置として、第１のポンプ装置を有し、前記圧縮空気供給機構を有さないポンプ装置として、第２のポンプ装置を有し、前記第１のポンプ装置の前記圧縮空気供給機構が、前記第２のポンプ装置に前記圧縮空気を供給してもよい。

上記本発明の態様によれば、長期間使用されないポンプ装置の回転体の腐食を防止することができる。

第１実施形態に係るポンプ機場の全体構成図である。 第１実施形態に係る圧縮空気供給プロセスにおける弁動作を説明するフローである。 第２実施形態に係るポンプケーシングの軸貫通部における断面構成図である。 第２実施形態の一変形例に係る止水ゴムの断面構成図である。 図４に示す止水ゴム５６に圧縮空気を供給する配管系の平面図である。 第３実施形態に係るポンプ機場の全体構成図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るポンプ機場１の全体構成図である。
図１に示すポンプ機場１は、内燃機関２０によって駆動するポンプ装置１０（立軸ポンプ）を備える。ポンプ装置１０は、ポンプ機場１に１台または不図示であるが複数台設置されている。ポンプ機場１には、ポンプ装置１０の内燃機関２０を設置した第１床１Ａと、ポンプ装置１０のポンプケーシング３０を設置した第２床１Ｂと、が設けられている。

内燃機関２０は、例えば、ディーゼルエンジンなどである。内燃機関２０の駆動軸２１は、水平方向に延びて減速機２２と接続されている。減速機２２は、ポンプケーシング３０の直上に、第１床１Ａに固定された架台２３によって固定され、内燃機関２０の回転力を鉛直下方のポンプ回転軸３１に減速して伝える出力軸２４を備えている。

ポンプ回転軸３１は、ポンプケーシング３０の上部の軸貫通部３２からポンプケーシング３０の外部上方に延び、減速機２２の出力軸２４と軸継手２５を介して接続されている。軸貫通部３２において、ポンプ回転軸３１とポンプケーシング３０は、軸封部３２ａにより、ポンプ回転軸３１は回転自在でありながら、ポンプケーシング３０の内部の揚水または排水がポンプケーシング３０の外部に漏洩することが無いようにシールされている。

ポンプケーシング３０は、略円筒形状でその円筒軸を鉛直にして配置された吊下ケーシング３３と、吊下ケーシング３３の上方に接続され、流れ方向を水平方向に曲げる吐出エルボ３４と、吊下ケーシング３３の下方に接続され、案内羽根３５ａを内部に備えた吐出ボウル３５と、さらに吐出ボウル３５の下方に接続され、水流のポンプケーシング３０内への吸込口３６ａを形成する吸込ベル３６と、を備えている。

ポンプケーシング３０は、ポンプベース３０ａにより第２床１Ｂに固定されている。ポンプケーシング３０の内部には、ポンプ回転軸３１が吊下ケーシング３３の中心軸に沿って延び、案内羽根３５ａの下方に羽根車３７（回転体）を備えている。また、吐出エルボ３４の下流側には、水流の吐出口３８ａを形成する吐出管３８が水平方向に接続されている。吐出管３８には、吐出弁３９が設けられている。

吸込ベル３６の吸込口３６ａは、吸込水槽２に水没している。また、吐出管３８の吐出口３８ａは、吐出水槽３に水没している。吸込水槽２は、第２床１Ｂの下方に位置している。また、吐出水槽３は、吸込水槽２よりも上方に位置している。これら吸込水槽２、吐出水槽３には、水位を計測する水位計２ａ，３ａが設けられている。

ポンプ装置１０は、吸込水槽２の水位がＬ．Ｗ．Ｌ（起動最低水位）以下の場合に運転を停止した状態となり、Ｌ．Ｗ．Ｌ以上の場合に運転を開始する。Ｌ．Ｗ．Ｌ以上とは、羽根車３７の上端が完全に没する水位のときをいう。内燃機関２０が運転を開始すると、ポンプ回転軸３１および羽根車３７が回転する。これにより、吸込水槽２の液体は、吸込口３６ａからポンプケーシング３０内に吸い込まれ、ポンプケーシング３０内を鉛直上方に揚水された後、水平方向に曲がって吐出管３８内を通り、吐出口３８ａから吐出水槽３内に吐出される。

上記構成のポンプ装置１０は、ポンプケーシング３０の内部の圧力を計測する圧力計４０と、吐出弁３９が閉じているとき（ポンプ装置１０が停止しているとき）に圧力計４０の計測結果に基づいてポンプケーシング３０の内部に圧縮空気を供給してポンプケーシング３０の内部の水位を下げる圧縮空気供給機構５０と、を有している。

圧縮空気供給機構５０は、吐出水槽３の水位未満の高さに設けられた補助タンク５１と、補助タンク５１と吐出水槽３との水頭差で、吐出水槽３側から補助タンク５１側に液体を流入させる流入管５２と、流入管５２からの液体の流入によって補助タンク５１の内部で圧縮された圧縮空気を、ポンプケーシング３０の内部に供給する通気管５３と、を有している。

補助タンク５１は、ポンプケーシング３０と同じ第２床１Ｂに設置されている。なお、補助タンク５１は、第２床１Ｂではなく、ポンプ機場１の建屋外に設置しても構わない。また、補助タンク５１の容積は、ポンプケーシング３０の容積よりも小さくても構わない。この補助タンク５１には、内部の圧力を計測する圧力計５１ａ（第２の圧力計）と、内部の液体の水位を計測する水位計５１ｂと、が設置されている。

補助タンク５１の上部には、大気開放管５４が接続されている。大気開放管５４には、補助タンク５１の内部を大気開放する大気開放弁５４ａが設けられている。また、補助タンク５１の下部には、排水管５５が接続されている。排水管５５には、補助タンク５１の内部に流入した液体を吸込水槽２に排水する排水弁５５ａが設けられている。

流入管５２は、吐出管３８の吐出弁３９よりも下流側の底部と、補助タンク５１の下部とを接続している。なお、流入管５２は、吐出弁３９より下流側であれば、吐出管３８ではなく、吐出水槽３の下部などに接続されていても構わない。また、流入管５２は、補助タンク５１における接続口を水封できるように、排水管５５よりも下方で補助タンク５１と接続されているとよい。この流入管５２には、流入弁５２ａが設けられている。

通気管５３は、補助タンク５１の上部と、吐出弁３９より上流側のポンプケーシング３０の上部とを接続している。なお、通気管５３は、吐出弁３９より上流側であれば、ポンプケーシング３０でなく、吐出管３８に接続されていても構わない。つまり、吐出管３８を介しても結果的に、ポンプケーシング３０に圧縮空気を供給できればよい。通気管５３は、補助タンク５１の内部からの液体の流出を考慮し、補助タンク５１の天壁に接続されている。この通気管５３には、通気弁５３ａが設けられている。なお、大気開放管５４も補助タンク４１の天壁に接続しても構わない。

上述した流入弁５２ａ、通気弁５３ａ、大気開放弁５４ａ、及び、排水弁５５ａの開閉動作は、図示しない制御装置によって制御されている。この制御装置は、例えば、ＣＰＵ等の演算部、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ハードディスクドライブ（ＨＤＤ），ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等の記憶部、各構成機器とデータのやり取りする出入力インターフェース等が、図示しないバスで接続されたものである。出入力インターフェースには、上述した各構成機器以外にも、図示しないディスプレイ等の表示装置、マウス、キーボード等の入力装置が接続されている。

記憶部には、演算部が読み出して実行するためのプログラムが格納されており、制御装置はそのプログラムに従って、以下説明する圧縮空気供給プロセスを実行する。圧縮空気供給機構５０は、この圧縮空気供給プロセスを実行するにあたって、ポンプケーシング３０の内部の水位を、予め設定された水位まで下げるポンプケーシング３０の内部の目標圧力を算出する。

具体的に、圧縮空気供給機構５０は、ポンプケーシング３０の外部の水位（吸込水槽２の底面から液面まで）をＬ［ｍ］、予め設定された水位（吸込水槽２の底面から羽根車３７の下端まで）をｌ［ｍ］、液体の比重をρ［ｋｇ／ｍ^３］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ^２］としたとき、目標圧力であるＰ［ｍＡｑ］を下式（１）によって算出する。
Ｐ ＝ （Ｌ－ｌ）×ρｇ／１０^６ …（１）

圧縮空気供給機構５０は、圧力計４０の計測結果が、上式（１）によって算出した目標圧力以上になるまで、圧縮空気を供給する。なお、吸込水槽２の水位は変動するので、水位計２ａにより水位を監視するとよい。また、吸込水槽２の水位が変動した場合、再度、目標圧力を算出するとよい。

図２は、第１実施形態に係る圧縮空気供給プロセスにおける弁動作を説明するフローである。
図２に示すように、平常時では、流入弁５２ａ、通気弁５３ａ、大気開放弁５４ａ、排水弁５５ａは閉じられている。

圧縮空気供給機構５０は、吐出弁３９が閉じていることを前提に、さらに、羽根車３７（ポンプ装置１０）が停止してから所定時間経過し、且つ、ポンプケーシング３０の内部の水位が羽根車３７の下端（水位ｌ）以上であり、且つ、ポンプケーシング３０の内部の圧力が目標圧力（圧力Ｐ）未満であることを条件に、圧縮空気の供給を開始する。なお、羽根車３７が停止してから「所定時間」経過とは、ポンプケーシング３０内で揚水されていた液体が、吸込水槽２と同じ水位まで下がる時間を確保できればよい。

先ず、ステップ１では、大気開放弁５４ａ及び排水弁５５ａを開き、補助タンク５１の内部を大気開放及び排水する。
次のステップ２では、大気開放弁５４ａ及び排水弁５５ａを閉じ、補助タンク５１の内部に溜まった空気（大気開放で取り込んだ外気）が、補助タンク５１の外部に漏れないようにする。

大気開放弁５４ａ及び排水弁５５ａは、補助タンク５１の内圧が大気圧と等しくなったときに閉じる。また、大気開放弁５４ａ及び排水弁５５ａを閉じるタイミングは、補助タンク５１の圧力計５１ａが大気圧と同じ値を計測したとき又は、補助タンク５１の内部が大気圧になる時間を予めタイマー設定しておき、その時間が経過したときであってもよい。

ステップ３では、流入弁５２ａを開き、補助タンク５１の内部に吐出水槽３の液体を流入させる。補助タンク５１は、吐出水槽３の水位未満の高さに設けられているため、補助タンク５１と吐出水槽３との水頭差で、吐出水槽３側から補助タンク５１側に液体が流入する。吐出水槽３の液体が、補助タンク５１の内部に溜まっていくと、補助タンク５１の内部の空気が圧縮されていく。

ステップ４では、流入弁５２ａを閉じ、吐出水槽３から補助タンク５１への液体の流入を止める。流入弁５２ａを閉じるタイミングは、補助タンク５１の圧力計５１ａが所定圧力以上を計測したタイミング、または、補助タンク５１の水位計５１ｂが所定の水位以上を計測したタイミングであってもよい。なお、「所定圧力」とは、大気圧以上で設定できる設定値であって、上述した目標圧力以上であることが好ましい。なお、「所定水位」とは、補助タンク５１の内部を上述した「所定圧力」以上にできる水位を言う。

ステップ５では、通気弁５３ａを開き、流入管５２からの液体の流入によって補助タンク５１の内部で圧縮された圧縮空気を、ポンプケーシング３０の内部に供給する。これにより、ポンプケーシング３０の内部の水位を下げることができる。
以上が、圧縮空気供給プロセスの基本的な流れである。

ステップ６では、上述した圧縮空気供給プロセスの結果、ポンプケーシング３０の圧力計４０と補助タンク５１の圧力計５１ａとの計測結果の差圧が所定値以下であった場合、通気弁５３ａが開いている状態で、さらに流入弁５２ａを開き、補助タンク５１の内部の空気をポンプケーシング３０の内部に押し込む。つまり、圧縮空気供給機構５０は、ポンプケーシング３０の圧力と補助タンク５１の圧力を比較し、ポンプケーシング３０が上述した目標圧力以上になる前に、ポンプケーシング３０と補助タンク５１の差圧が所定値以下となったら（差圧が殆どなくなったら）、吐出水槽３から補助タンク５１に液体を追加し、補助タンク５１の内部の空気をポンプケーシング３０に押し込む。

ステップ７では、流入弁５２ａ及び通気弁５３ａを閉じ、吐出水槽３から補助タンク５１への液体の流入を止めると共に、補助タンク５１からポンプケーシング３０への圧縮空気の供給も止める。なお、流入弁５２ａを閉じるタイミングは、補助タンク５１の水位計５１ｂが、上述したステップ４での「所定水位」より高い第２の所定水位以上を計測したタイミングであってもよい。なお、「第２の所定水位」とは、補助タンク５１から通気管５３に液体が入り込まないようにするための水位で、補助タンク５１の上部の天壁付近に設定しておくとよい。

ステップ８では、ポンプケーシング３０の内部が目標圧力以上に達するまで、上述したステップ１～７を繰り返す。つまり、圧縮空気供給機構５０は、ポンプケーシング３０の圧力計４０の計測結果が目標圧力以上になるまで、ステップ１～５の基本的な圧縮空気供給プロセス及びステップ６～７の圧縮空気の追加の押し込みプロセスを繰り返す。

ステップ１～７の繰り返しによって、ポンプケーシング３０の圧力計４０の計測結果が目標圧力以上になったら、ステップ９として、通気弁５３ａを閉じ、補助タンク５１からポンプケーシング３０の内部への圧縮空気の供給を止める。以上により、ポンプケーシング３０の水位を羽根車３７の下端まで下げて、羽根車３７の腐食を防止することができる。
なお、その後、ポンプケーシング３０の隙間からの空気漏れ等により、圧力計４０の計測結果が目標圧力未満に下がった場合は、圧縮空気の供給（ステップ１～９）を再開する。これにより、羽根車３７の下端が液体と触れないようにポンプケーシング３０の内部圧力を保持できる。

このように、上述した本実施形態によれば、ポンプケーシング３０と、ポンプケーシング３０の内部に設けられた羽根車３７と、ポンプケーシング３０よりも下流側の吐出管３８に設けられた吐出弁３９と、ポンプケーシング３０の内部の圧力を計測する圧力計４０と、吐出弁３９が閉じているとき、ポンプケーシング３０の内部に圧縮空気を供給し、ポンプケーシング３０の内部の水位を下げる圧縮空気供給機構５０と、を有し、圧縮空気供給機構５０は、ポンプケーシング３０の内部の水位を、予め設定された水位まで下げるポンプケーシング３０の内部の目標圧力を算出し、圧力計４０の計測結果が目標圧力以上になるまで、圧縮空気を供給する、という構成を採用することによって、長期間使用されないポンプ装置１０の羽根車３７の腐食を防止することができる。また、このポンプ装置１０を備えるポンプ機場１によれば、洪水時において確実な稼働が可能になる。

また、本実施形態においては、圧縮空気供給機構５０は、吐出弁３９が閉じていることを前提に、さらに、羽根車３７が停止してから所定時間経過し、且つ、ポンプケーシング３０の内部の水位が羽根車３７の下端以上であり、且つ、ポンプケーシング３０の内部の圧力が目標圧力未満であることを条件に、圧縮空気の供給を開始する。この構成によれば、安全に圧縮空気供給機構５０を起動でき、また、不要な圧縮空気供給機構５０の起動を防止することができる。

また、本実施形態においては、圧縮空気供給機構５０は、ポンプケーシング３０の外部の水位をＬ［ｍ］、予め設定された水位をｌ［ｍ］、液体の比重をρ［ｋｇ／ｍ^３］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ^２］としたとき、目標圧力であるＰ［ｍＡｑ］を、Ｐ＝（Ｌ－ｌ）×ρｇ／１０^６によって算出する。この構成によれば、吸込水槽２の水位の変動にも対応した、具体的かつ適切なポンプケーシング３０の内部の目標圧力を設定できる。

また、本実施形態においては、圧縮空気供給機構５０は、圧力計４０の計測結果が目標圧力以上になった場合、圧縮空気の供給を停止し、圧力計４０の計測結果が目標圧力未満に下がった場合は、圧縮空気の供給を再開する。この構成によれば、ポンプケーシング３０の隙間からの空気漏れ等があった場合であっても、羽根車３７の下端が液体と触れないようにポンプケーシング３０の内部圧力を保持できる。

また、本実施形態においては、吐出管３８の吐出口３８ａは、吐出水槽３に没しており、圧縮空気供給機構５０は、吐出水槽３の水位未満の高さに設けられた補助タンク５１と、補助タンク５１と吐出水槽３との水頭差で、吐出水槽３側から補助タンク５１側に液体を流入させる流入管５２と、流入管５２からの液体の流入によって補助タンク５１の内部で圧縮された圧縮空気を、ポンプケーシング３０の内部に供給する通気管５３と、を有する。この構成によれば、圧縮空気の供給のために空気圧縮機などを駆動させる必要はないため、長期に亘って低コストでポンプケーシング３０の内部圧力の保持できる。

また、本実施形態においては、圧縮空気供給機構５０は、流入管５２に設けられた流入弁５２ａと、通気管５３に設けられた通気弁５３ａと、補助タンク５１の内部を大気開放する大気開放弁５４ａと、補助タンク５１の内部に流入した液体を排水する排水弁５５ａと、を有する。この構成によれば、補助タンク５１の内部を大気開放及び排水できるため、補助タンク５１の内部で繰り返し圧縮空気を生成でき、補助タンク５１の容量を小さくすることができる。これにより、補助タンク５１の設置が容易になる。

また、本実施形態においては、圧縮空気供給機構５０は、大気開放弁５４ａ及び排水弁５５ａを開き、補助タンク５１の内部を大気開放及び排水した後、大気開放弁５４ａ及び排水弁５５ａを閉じ、その後、流入弁５２ａを開き、補助タンク５１の内部の空気を圧縮した後、流入弁５２ａを閉じ、その後、通気弁５３ａを開き、補助タンク５１の内部の圧縮空気をポンプケーシング３０の内部に供給する圧縮空気供給プロセスを実行する。この構成によれば、補助タンク５１の内部で、効率よく圧縮空気を生成できる。

また、本実施形態においては、圧縮空気供給機構５０は、圧力計４０の計測結果が目標圧力以上になるまで、圧縮空気供給プロセスを繰り返す。この構成によれば、補助タンク５１の容量が、ポンプケーシング３０の容量よりも小さい場合であっても、ポンプケーシング３０の内部を目標圧力以上に上昇させることができる。

また、本実施形態においては、圧縮空気供給機構５０は、補助タンク５１の内部の圧力を計測する圧力計５１ａを有し、圧縮空気供給プロセスにおいて圧力計４０と圧力計５１ａとの計測結果の差圧が所定値以下になったら、通気弁５３ａが開いている状態でさらに流入弁５２ａを開き、補助タンク５１の内部の空気をポンプケーシング３０の内部に押し込む。この構成によれば、圧縮空気供給プロセスの繰り返し頻度（大気開放及び排水の頻度）を低減することができる。

また、本実施形態においては、圧縮空気供給機構５０は、補助タンク５１の内部の水位を計測する水位計５１ｂを有し、水位計５１ｂの計測結果に基づいて、圧縮空気供給プロセスにおける流入弁５２ａを閉じるタイミングを調整する。この構成によれば、補助タンク５１から通気管５３に液体が入り込まないようにすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図３は、第２実施形態に係るポンプケーシング３０の軸貫通部３２における断面構成図である。
図３に示すように、第２実施形態に係る圧縮空気供給機構５０は、軸貫通部３２に環状に設けられ、ポンプケーシング３０に供給する圧縮空気の一部が供給されることで膨らみ、軸貫通部３２をシールする止水ゴム５６を有する。

止水ゴム５６は、ポンプ回転軸３１を囲う筒体５６ａの内壁面に設けられている。止水ゴム５６は、筒体５６ａの内壁面に沿って周方向にシート状に延び、その上下端が筒体５６ａの内壁面に接着などで固定されている。筒体５６ａの止水ゴム５６の上下の固定位置の間には、筒体５６ａを径方向に貫通する貫通孔５６ａ１が形成されている。貫通孔５６ａ１は、上述した通気管５３から分岐した通気分岐管５３ｂと接続されている。

通気分岐管５３ｂは、上述した通気弁５３ａよりも下流側で、通気管５３から分岐している。これにより、ポンプケーシング３０に圧縮空気が供給されるタイミングで、止水ゴム５６にも圧縮空気を供給することができる。つまり、ポンプケーシング３０の内部圧力と止水ゴム５６の膨らむタイミングを同期させることができる。止水ゴム５６が膨らむと、止水ゴム５６の内径側がポンプ回転軸３１に接触し、軸封部３２ａの上部を閉塞することで、軸貫通部３２からの空気抜けが防止される。

筒体５６ａは、ポンプケーシング３０の外部に、ポンプ回転軸３１を取り囲むように接続されている。筒体５６ａは、ポンプケーシング３０に軸封部３２ａ（例えばグランドパッキン）を固定する固定機構３２ｂよりも上方まで延びている。そして、止水ゴム５６は、固定機構３２ｂと干渉しない位置で膨らむようになっている。なお、筒体５６ａは、止水ゴム５６用に設置してもよく、また、軸封部３２ａや固定機構３２ｂを取り囲む既存のハウジングを利用しても構わない。

上述した第２実施形態によれば、ポンプケーシング３０は、羽根車３７のポンプ回転軸３１が貫通する軸貫通部３２を有しており、圧縮空気供給機構５０は、軸貫通部３２に環状に設けられ、圧縮空気の一部が供給されることで膨らみ、軸貫通部３２をシールする止水ゴム５６を有しているので、軸貫通部３２からの圧縮空気の漏れを防止することができる。これにより、ポンプケーシング３０の気密性を向上させることができるので、圧縮空気供給機構５０の起動頻度及び圧縮空気供給プロセスの繰り返し回数を低減することができる。

また、本実施形態においては、圧縮空気供給機構５０は、ポンプ回転軸３１を囲う筒体５６ａを有し、止水ゴム５６は、ポンプ回転軸３１と筒体５６ａとの空間を埋めるように膨らむため、軸貫通部３２における軸封部３２ａや固定機構３２ｂなどと干渉することなく止水ゴム５６を膨らませることができ、ポンプケーシング３０の気密性を向上させることができる。

図４は、第２実施形態の一変形例に係る止水ゴム５６の断面構成図である。図５は、図４に示す止水ゴム５６に圧縮空気を供給する配管系の平面図である。
図４に示すように、止水ゴム５６は、筒体５６ａに固定されていなくても構わない。図４に示す止水ゴム５６は、環状（浮き輪状）に形成され、ポンプ回転軸３１と筒体５６ａとの隙間に配置されている。

通気分岐管５３ｂは、筒体５６ａの内側の直管５７と接続されている。直管５７は、図５に示すように、ポンプ回転軸３１を周回するリング管５８と接続されている。リング管５８には、周方向に間隔をあけて複数の垂直管５９が接続されている。そして、垂直管５９に止水ゴム５６が支持及び接続されている。なお、垂直管５９は、１本であっても止水ゴム５６に圧縮空気を供給することは可能であるため、他は単なる支持柱であっても構わない。

上記変形例によれば、通気分岐管５３ｂから、筒体５６ａの内側の直管５７、リング管５８、垂直管５９を介して、止水ゴム５６に圧縮空気を供給することができる。止水ゴム５６に圧縮空気を供給することで、止水ゴム５６が膨らみ、止水ゴム５６の内径側がポンプ回転軸３１に接触し、また、止水ゴム５６の外径側が筒体５６ａに接触する。これにより、軸封部３２ａの上部を閉塞することができ、軸貫通部３２からの空気抜け防止することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図６は、第３実施形態に係るポンプ機場１の全体構成図である。
図６に示すように、ポンプ機場１は、上述したポンプ回転軸３１を回転させる内燃機関２０に圧縮空気を供給する空気槽６０と、空気槽６０に圧縮空気を溜める空気圧縮機６１と、を有している。第３実施形態の圧縮空気供給機構５０は、これら空気槽６０及び空気圧縮機６１から構成されている。

空気槽６０は、ポンプケーシング３０に圧縮空気を供給する通気管６２を有している。通気管６２は、空気槽６０と吐出弁３９より上流側のポンプケーシング３０の上部とを接続している。通気管６２には、通気弁６２ａが設けられている。通気弁６２ａを開くことで、上述した実施形態と同様に、空気槽６０の圧縮空気をポンプケーシング３０の内部に供給し、ポンプケーシング３０の内部の水位を下げることができる。

空気圧縮機６１は、空気槽６０に圧縮空気を供給する供給管６３を有している。このため、上述した通気管６２の代わりに、この供給管６３から分岐した分岐管をポンプケーシング３０の上部に接続しても構わない。この分岐管には、通気弁６２ａのような自動弁でなく、最低限、逆止弁が設けられていればよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

例えば、ポンプ機場１において、複数台のポンプ装置１０が設置されている場合、すべてのポンプ装置１０が圧縮空気供給機構５０を有してもよいが、すべてのポンプ装置１０が圧縮空気供給機構５０を有さなくても構わない。例えば、圧縮空気供給機構５０を有するポンプ装置１０（第１のポンプ装置）が１台ある場合、その１台の圧縮空気供給機構５０を使って、圧縮空気供給機構５０を有さない他のポンプ装置１０（第２のポンプ装置）のポンプケーシング３０に順番に圧縮空気を供給してもよい。

１ ポンプ機場
２ 吸込水槽
２ａ 水位計
３ 吐出水槽
３ａ 水位計
１０ ポンプ装置
２０ 内燃機関
３０ ポンプケーシング
３１ ポンプ回転軸（回転軸）
３２ 軸貫通部
３７ 羽根車（回転体）
３８ 吐出管
３８ａ 吐出口
３９ 吐出弁
４０ 圧力計
５０ 圧縮空気供給機構
５１ 補助タンク
５１ａ 圧力計（第２の圧力計）
５１ｂ 水位計
５２ 流入管
５２ａ 流入弁
５３ 通気管
５３ａ 通気弁
５４ａ 大気開放弁
５５ａ 排水弁
５６ 止水ゴム
５６ａ 筒体
６０ 空気槽
６１ 空気圧縮機

Claims (14)

1. ポンプケーシングと、
   前記ポンプケーシングの内部に設けられた回転体と、
   前記ポンプケーシングよりも下流側の吐出管に設けられた吐出弁と、
   前記ポンプケーシングの内部の圧力を計測する圧力計と、
   前記吐出弁が閉じているとき、前記ポンプケーシングの内部に圧縮空気を供給し、前記ポンプケーシングの内部の水位を下げる圧縮空気供給機構と、を有し、
   前記圧縮空気供給機構は、前記ポンプケーシングの内部の水位を、予め設定された水位まで下げる前記ポンプケーシングの内部の目標圧力を算出し、前記圧力計の計測結果が前記目標圧力以上になるまで、前記圧縮空気を供給し、
   さらに、
   前記回転体を回転させる内燃機関と、
   前記内燃機関に圧縮空気を供給する空気槽と、
   前記空気槽に圧縮空気を溜める空気圧縮機と、を有し、
   前記圧縮空気供給機構として、前記空気槽及び前記空気圧縮機を有する、ことを特徴とするポンプ装置。
2. ポンプケーシングと、
   前記ポンプケーシングの内部に設けられた回転体と、
   前記ポンプケーシングよりも下流側の吐出管に設けられた吐出弁と、
   前記ポンプケーシングの内部の圧力を計測する圧力計と、
   前記吐出弁が閉じているとき、前記ポンプケーシングの内部に圧縮空気を供給し、前記ポンプケーシングの内部の水位を下げる圧縮空気供給機構と、を有し、
   前記圧縮空気供給機構は、前記ポンプケーシングの内部の水位を、予め設定された水位まで下げる前記ポンプケーシングの内部の目標圧力を算出し、前記圧力計の計測結果が前記目標圧力以上になるまで、前記圧縮空気を供給し、
   前記吐出管の吐出口は、吐出水槽に没しており、
   前記圧縮空気供給機構は、
   前記吐出水槽の水位未満の高さに設けられた補助タンクと、
   前記補助タンクと前記吐出水槽との水頭差で、前記吐出水槽側から前記補助タンク側に液体を流入させる流入管と、
   前記流入管からの液体の流入によって前記補助タンクの内部で圧縮された圧縮空気を、前記ポンプケーシングの内部に供給する通気管と、を有する、ことを特徴とするポンプ装置。
3. 前記圧縮空気供給機構は、
   前記流入管に設けられた流入弁と、
   前記通気管に設けられた通気弁と、
   前記補助タンクの内部を大気開放する大気開放弁と、
   前記補助タンクの内部に流入した液体を排水する排水弁と、を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のポンプ装置。
4. 前記圧縮空気供給機構は、前記大気開放弁及び前記排水弁を開き、前記補助タンクの内部を大気開放及び排水した後、前記大気開放弁及び前記排水弁を閉じ、その後、前記流入弁を開き、前記補助タンクの内部の空気を圧縮した後、前記流入弁を閉じ、その後、前記通気弁を開き、前記補助タンクの内部の圧縮空気を前記ポンプケーシングの内部に供給する圧縮空気供給プロセスを実行する、ことを特徴とする請求項３に記載のポンプ装置。
5. 前記圧縮空気供給機構は、前記圧力計の計測結果が前記目標圧力以上になるまで、前記圧縮空気供給プロセスを繰り返す、ことを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
6. 前記圧縮空気供給機構は、
   前記補助タンクの内部の圧力を計測する第２の圧力計を有し、
   前記圧縮空気供給プロセスにおいて前記圧力計と前記第２の圧力計との計測結果の差圧が所定値以下になったら、前記通気弁が開いている状態でさらに前記流入弁を開き、前記補助タンクの内部の空気を前記ポンプケーシングの内部に押し込む、ことを特徴とする請求項４または５に記載のポンプ装置。
7. 前記圧縮空気供給機構は、
   前記補助タンクの内部の水位を計測する水位計を有し、
   前記水位計の計測結果に基づいて、前記圧縮空気供給プロセスにおける前記流入弁を閉じるタイミングを調整する、ことを特徴とする請求項４～６のいずれか一項に記載のポンプ装置。
8. 前記圧縮空気供給機構は、前記吐出弁が閉じていることを前提に、さらに、前記回転体が停止してから所定時間経過し、且つ、前記ポンプケーシングの内部の水位が前記回転体の下端以上であり、且つ、前記ポンプケーシングの内部の圧力が前記目標圧力未満であることを条件に、前記圧縮空気の供給を開始する、ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のポンプ装置。
9. 前記圧縮空気供給機構は、前記ポンプケーシングの外部の水位をＬ［ｍ］、前記予め設定された水位をｌ［ｍ］、液体の比重をρ［ｋｇ／ｍ^３］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ^２］としたとき、前記目標圧力であるＰ［ｍＡｑ］を、
   Ｐ ＝ （Ｌ－ｌ）×ρｇ／１０^６
   によって算出する、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のポンプ装置。
10. 前記圧縮空気供給機構は、前記圧力計の計測結果が前記目標圧力以上になった場合、前記圧縮空気の供給を停止し、前記圧力計の計測結果が前記目標圧力未満に下がった場合は、前記圧縮空気の供給を再開する、ことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のポンプ装置。
11. 前記ポンプケーシングは、前記回転体の回転軸が貫通する軸貫通部を有しており、
    前記圧縮空気供給機構は、
    前記軸貫通部に環状に設けられ、前記圧縮空気の一部が供給されることで膨らみ、前記軸貫通部をシールする止水ゴムを有する、ことを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載のポンプ装置。
12. 前記圧縮空気供給機構は、
    前記回転軸を囲う筒体を有し、
    前記止水ゴムは、前記回転軸と前記筒体との空間を埋めるように膨らむ、ことを特徴とする請求項１１に記載のポンプ装置。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載のポンプ装置を有する、ことを特徴とするポンプ機場。
14. 前記ポンプ装置として、第１のポンプ装置を有し、
    前記圧縮空気供給機構を有さないポンプ装置として、第２のポンプ装置を有し、
    前記第１のポンプ装置の前記圧縮空気供給機構が、前記第２のポンプ装置に前記圧縮空気を供給する、ことを特徴とする請求項１３に記載のポンプ機場。

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