JPH0361693A - 立軸ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水位に関係なく全速運転を行わせることが可
能な立軸ポンプに関する。

〔従来の技術〕

従来より排水機場のポンプ吸水井などに設置されている
一般的な立軸ポンプには、水位が一定のレベルより低い
と吸込口が水中にあるにもかかわらず渦を生じて空気混
じりの水を吸い込むといった個々のポンプに特有の最低
水位が存在し、水位がこの最低水位に達していないとき
に運転を行うと振動や騒音などを生じるという特性があ
る。したがって、このような−船釣な立軸ポンプを吸水
井などの水位に関係なく全速で運転して不慮の出水など
のために待機させておくと（全速待機運転）、水位が上
記最低水位以下にあるときに激しい振動や騒音が発生し
てポンプ運転機能障害を引き起こしたり、基礎や建屋の
損傷を引き起こしたりするといった事態を生じることが
ある。そこで、従来の一般的な立軸ポンプでは、全速待
機運転を行わず、水位が最低水位よりも高いときのみ運
転を行い、水位が最低水位より低いときには運転を停止
するといった運転システムが採用される。

ところが、近年では、都市化の進展に伴う舗装率の増大
や緑地の減少などにより地層の保水機能が低下している
一方で、上記吸水井などへの流入水量は増大する傾向が
顕著に現れ、しかも所謂鉄砲水のように突発的に急激に
大量の水が吸水井に流入することも多々生じている。そ
のため、吸水井などでは水位が短時間で変動し、従来の
一般的な立軸ポンプによる上記運転システムでは立軸ポ
ンプの運転開始タイミングや運転停止タイミングを的確
に制御することができず、水位の異常上昇による洪水や
異常低下によるポンプ運転機能障害といった事態の引き
起こされる懸念があった。

そこで、本願出願人は特願昭６１−２８０９６７号によ
り水位が最低水位より高いか低いかに関係なく安定した
全速待機運転を行うことが可能な立軸ポンプを提案した
。

この立軸ポンプは、第３図から明らかなように、ポンプ
羽根車１の前方（上流側）の吸込みケーシング２にその
吸込口よりもはるかに径小でかつ大気中に開放された分
岐管３を連通させると共に、この分岐管３の先端部に吸
気弁４を介在し、この吸気弁４を水位検出計５からの信
号によって開閉制御するようにしたものである。

この立軸ポンプは常時全速運転される。そして、吸水井
Ｐの水位が上記最低水位よりも下位から上昇している場
合において、水位検出計５により水位が上記最低水位に
達していないことが検出されている場合は吸気弁４を開
き、水位検出計５により吸水井Ｐの水位が上記最低水位
に達していることが検出されている場合は吸気弁４を閉
じるように制御すると、水位が上記最低水位に達するま
では分岐管３から羽根車室６に吸気されて揚水が行われ
ず、所謂気中での全速運転が無理なく続行されるのに対
し、水位が上記最低水位に達した後には分岐管３からの
羽根車室６への吸気が停止されて揚水が行われ、通常の
揚水運転が行われる。

一方、吸水井Ｐの水位が上記最低水位よりも上位から下
降している場合において、水位検出計５により水位が最
低水位に達していないことが検出されている場合は吸気
弁４が閉じられたままになって揚水運転が続行される。

水位検出計５により水位が最低水位に達したことが検出
されると、吸気弁４が開かれ径小な分岐管３を通して羽
根車室６に単位時間当り少量の空気が吸い込まれ、吸込
みケーシング２などを満たしている水が遮断されて揚水
運転から無理なく気中運転に切り替わる。

したがって、この立軸ポンプによれば、突発的な水位の
上昇や下降に対処し得る全速待機運転ができるようにな
り、上述した水位の異常上昇による洪水や異常低下によ
るポンプ運転機能障害を未然に防止することが可能にな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この立軸ポンプに用いられている水位検
出計５は水質や塵芥などによる悪影響を受けやすい。こ
のことは上記立軸ポンプが不慮の出水などに対処し得る
ことを要求されるものであることを考えるときわめて重
要な課題の一つである。また、電動弁や空気圧操作弁な
どにより構成される吸気弁４は外部駆動源が必要であり
、それを操作させるためにシーケンス制御をも必要とし
、制御装置として若干の煩雑さを伴っている。

このような事情を踏まえ、本願出願人はさらに特願平１
−１１３１９３号において、水位検出計や吸気弁を用い
ずに、水位が最低水位より高いか低いかに関係なく安定
した全速待機運転を行わせることが可能な立軸ポンプを
提案した。

このものは、第４図に示すように、分岐管３を逆Ｕ字状
としてその下部開放端７を上記最低水位ＬＷＬと同一レ
ベルもしくはそれに近いレベルに設定し、しかもＵ字状
の上記分岐管３の折返し部８の高さを、羽根車１を全速
運転したときに羽根車室６の吸込部に発生する最大負圧
による吸込み揚程よりも高い位置に設定したものである
。

この立軸ポンプにおいて、それが全速運転中に吸水井Ｐ
の水位が上記最低水位ＬＷＬよりも下位から上昇してい
る場合、その水位が上記下部開放端７に達していないと
きはその下部開放端７から分岐管３を経て羽根車室６に
吸気されるため揚水が行われず、所謂気中での全速運転
が無理なく続行されるのに対し、水位が上記最低水位Ｌ
ＷＬに達すると上記下部開放端７が水封されるため、ベ
ルマウス２ａを含む吸込みケーシング２や分岐管３内の
残留空気を吸込みながら速やかに揚水運転に切り替わり
、吸込みケーシング２の残留空気が完全に吸い込まれた
時点で完全な揚水運転が行われる。そして、分岐管３の
折返し部８が羽根車室６に発生する最大負圧による吸込
み揚程よりも高い位置に設定されている関係上、揚水運
転中は分岐管３の垂下部９に上記羽根車室６の負圧に相
当する高さだけ水が吸い上げられて釣り合った状態にな
るため、分岐管３からの羽根車室６には吸水されず、吸
水は上記ベルマウスおよび吸込みケーシング２を通して
のみ行われる。したがって、分岐管３からの水の流入に
伴う羽根車室６での水流の乱れがまったく生じず、円滑
な揚水運転がなされる。

一方、立軸ポンプの全速運転中に吸水井Ｐの水位が上記
最低水位ＬＷＬよりも上位から下降している場合、その
水位が上記下部開放端７に達していないときはその下部
開放端７が水封されたままになっているため揚水運転が
続行され、分岐管３の垂下部９には上記羽根車室６の負
圧に相当する高さだけ水が吸い上げられて釣り合った状
態になっている。水位が最低水位ＬＷＬに達すると、分
岐管３の下部開放端７の水封が解除されたときに垂下部
９に吸い上げられている水が落下して分岐管３を全長に
わたって開放するため、下部開放端７から径小な分岐管
３を経て単位時間当り少量の空気が羽根車室６に吸気さ
れ、その吸気に伴って吸込みケーシング２などを満たし
ている水が遮断されて速やかに無理なく気中運転に切り
替わる。

この立軸ポンプによれば、突発的な水位の上昇や下降に
対してポンプを全速運転状態として待機させることがで
きるようになり、上述した水位の異常上昇による洪水や
異常低下によるポンプ運転機能障害を未然に防止するこ
とが可能になり、同時に第３図で説明した水位検出計５
や吸水弁４を用いなくてよいので、水質や塵芥などによ
り水位検出計５が悪影響を受けるといった問題や制御装
置が若干煩雑になるといった問題がなくなり、不慮の出
水などに確実に対処することができるようになる。

ところが、第４図の立軸ポンプにおいて、最低水位ＬＷ
Ｌ付近での水位の変動速度が遅い場合やその最低水位Ｌ
ＷＬＯ付近で水面が波打ったりしている場合には、分岐
管３の下部開放端７が水没したり大気に開放されたりす
る挙動が短時間のうちに何回も繰り返され、下部開放端
７が大気に開放されたときの下部開放端７の開口面積や
開放時間が不十分になることがある。このような事態を
生じると、分岐管３による羽根車室６への不十分な吸気
が短時間のうちに断続的に行われるといった所謂ハンチ
ング現象が発生し、気中運転から揚水運転、あるいは揚
水運転から気中運転への切り替わりが円滑に行われず、
羽根車ｌに無理な力が加わってポンプ機能障害を引き起
こす懸念がある。

このハンチング現象は特に吸水井Ｐなどの水位が最低水
位ＬＷＬよりも上位から下降して揚水運転から気中運転
への切り替わるときに顕著に発生する。これは、全速待
機運転中における気中運転と揚水運転との相互間での移
行が同じレベル、すなわち上記最低水位ＬＷＬと同一レ
ベルまたはその近傍のレベルに設定された上記下端開放
部７のレベルを基準として行われており、しかも下部開
放端７の開口面積や開放時間が不足すると、吸込みケー
シング２などを満たしている水を短時間で遮断してそれ
まで行われていた揚水を速やかに遮断するのに必要な空
気吸込み量を確保できなくなるからである。

本発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、気中運転
から揚水運転への移行と揚水運転から気中運転への移行
とが異なるレベルを基準にして行われるようにすること
によって、第４図で説明した立軸ポンプの全速待機運転
性能をそのまま維持しつつ、上述したハンチング現象の
発生を未然に防止することが可能な立軸ポンプを提供す
ることを、目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の立軸ポンプは、羽根車室に連通ずる吸込みケー
シングに接続された逆Ｕ字状の分岐管の垂下部の下端に
フロート弁を内蔵した弁箱が接続され、この弁箱の下端
が開口されていると共に、上記フロート弁に対応する弁
座が弁箱の上端に設けられ、この弁箱の上記弁座により
取り囲まれた開口に外気に開放された吸気管が接続され
、上記弁箱の下端開口が当該立軸ポンプの最低水位に対
応するレベルに設定され、上記羽根車室に発生する最大
負圧による吸込揚程よりも高い位置に上記分岐管の折返
し部が形成されていることを特徴とする。

〔実施例〕

第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図および第１Ｄ図は本発明
の実施例による立軸ポンプを示している。

同図の立軸ポンプにおいて、第４図の立軸ポンプと異な
る点は、球状のフロート弁１０を内蔵した弁箱１１と外
気に開放された吸気管１２とが設けられている点である
。

第２図に示すように弁箱１１は下端に開口１３を有する
と共に、上端に弁座１４を有し、さらにフロート弁１０
を保持する有孔ケース１５（たとえばネットやパンチン
グメタルなどにより構成される。）を有している。そし
て、分岐管３の垂下部９の下端が連通口１６を介して連
通され、さらに弁座１４により取り囲まれた開口１７に
上記吸気管１２が接続されている。

弁箱１１の下端開口１３は当該立軸ポンプの最低水位Ｌ
ＷＬまたは最低水位ＬＷＬ付近に設定されている。ここ
でいう最低水位ＬＷＬとは冒頭で説明したところと同様
の意味であって、水位が一定のレベルより低いと吸込口
１８が水中にあるにもかかわらず渦を生じて空気混じり
の水を吸い込み始める個々のポンプに特有の水位の意味
である。

また、弁箱１１と分岐管３の垂下部９の下端とをつなぐ
連通口１６は、上記分岐管３と鳴込みケーシング２とを
つなぐ連通口１９と上記最低水位ＬＷＬとの間の高さに
設定されている。そして、弁箱１１の内部の水位がこの
連通口１６の最下位付近に位置しているときには、上記
連通口１６が没水していなくても、その水に浮き上がっ
ているフロート弁１０がその浮力で弁座１４に圧接する
ようになっている。なお、分岐管３の折返し部８が羽根
車１の吸込部に発生する最大負圧による吸込み揚程より
も高い位置に形成されている点はいうまでもなく第４図
の立軸と同様である。

〔作　用〕

次に、吸水井Ｐの水位が最低水位ＬＷＬの下位から上昇
する場合とその水位が最低水位ＬＷＬの上位から下降す
る場合とを分けて説明する。

（１）水位が最低水位ＬＷＬの下位から上昇する場合 第１Ａ図の仮想線で示すように水位が弁箱１１の下端開
口１３に達していないときは、同図のようにフロート弁
１０が弁座工４から離れて開口１７を開放しているため
、矢印ａ、ｂのように弁箱１１の下端開口１３および吸
気管１２から連通口１６と分岐管３と連通口１９とを経
て羽根車室６に吸気されるため、揚水は行われず、気中
運転が無理なく続行される。

第１Ａ図の実線で示すように水位が上記最低水位ＬＷＬ
に達すると上記下部開口１３が水封される。

そして、水位が最低水位ＬＷＬと第１Ｂ図に実線で示し
た水位（連通口１６の最下位付近の水位）との間にある
ときには、上記下部開口１３が水面下となって水封され
たままになる。また、フロート弁１０は弁箱１１の内部
の水に浮かぶけれども、この状態ではフロート弁１０が
弁座１４に当接せず、開口１７は開放されたまま維持さ
れる。したがって、吸気管１２、開口１７、連通孔１６
、分岐管３および連通孔１９を通して羽根車室６への吸
気が続行され、気中運転がそのまま続けられる。

水位が第１Ｂ図に実線で示した水位に達すると、フロー
ト弁１０が弁座１４に当接して開口を塞ぐ。

そのため、吸気管１２を経た羽根車室６の吸気が遮断さ
れる。したがって、羽根車室６の負圧によって吸込みケ
ーシング２や分岐管３内の残留空気を吸込みながら吸込
みケーシング２の吸込口１８から水が吸い込まれ、速や
かに揚水運転に切り替わり、その残留空気が完全に吸い
込まれた時点で完全な揚水運転が行われる。したがって
、以下の説明ではフロート弁１０が開口１７を塞いだと
きの水位を揚水開始水位ＮＷＬという。

第１Ｃ図のように水位が揚水開始水位ＮＷＬよりも上位
にあるとき、すなわち揚水運転中においては、分岐管３
の折返し部８が羽根車室６の吸込部に発生する最大負圧
による吸込み揚程よりも高い位置に設定されている関係
上、分岐管３の垂下部９に上記羽根車室６の吸込部の負
圧に相当する高さＨだけ水が吸い上げられて釣り合った
状態になり、分岐管３からは羽根車室６に吸水されず、
水は吸込みケーシング２を通し吸い上げられて円滑な揚
水運転がなされる。

（２）水位が揚水開始水位ＮＷＬの上位から下降する場
合 水位が揚水開始水位ＮＷＬより高いときにはそれまでの
揚水運転が続行される。水位が揚水開始水位ＮＷＬに達
したときも同様である。

水位が揚水開始水位ＮＷＬと最低水位ＬＷＬとの間にあ
るとき、第１Ｄ図から明らかなように水面は開口１７よ
りも下位に下がるけれども、弁箱１１の下端間口１３は
水封されたままであるため、羽根車室６の負圧により分
岐管３の垂下部９に高さＨまで吸い上げられて釣り合っ
ている水は落下せず、そのままの状態を維持する。した
がって、フロート弁１０は弁箱１１の内部の水に浮かん
だまま弁座１４から離脱しない程度の浮力で弁座１４に
当接し、開口１７は塞がったままになる。そのため、吸
気管１２からの空気の吸込みはなく、揚水運転が続行さ
れる。

水位が最低水位ＬＷＬに達すると、弁箱１１の下端間口
１３の水封が解除されたときに垂下部９に吸い上げられ
ている水と弁箱１１の内部の水が落下し、フロート弁１
０が弁座１４から離れて開口１７を開放する。したがっ
て、分岐管３と弁箱１１と吸気管１２とが大気に開放さ
れ、分岐管３を経て単位時間当り少量の空気が羽根車室
６に吸気され、その吸気に伴って吸込みケーシング２な
どを満たしている水が排出されて揚水が遮断され、速や
かに無理なく気中運転に切り替わる。

ところで、水位が揚水開始水位ＮＷＬよりも下位にある
ときに最低水位ＬＷＬ付近での水位の変動速度が遅い場
合やその最低水位ＬＷＬの付近で水面が波打ったりして
いる場合には、弁箱１１の下端開口１３が水没したり大
気に開放されたりする挙動が短時間のうちに何回も繰り
返される。しかし、下端開口１３が大気に開放されたと
きに垂下部９に吸い上げられている水と弁箱１１の内部
の水が落下してフロート弁１０が下降し、開口１７が瞬
間的にでも開放されると、羽根車室６が負圧になってい
るところから開口１７より積極的に空気が吸い込まれる
。したがって、それ以降はフロート弁１０が弁座１４に
当接して開口１７を塞ぐことはなくなり、ハンチング現
象が未然に防止され、揚水運転から気中運転にスムーズ
に切り替わる。

〔発明の効果］ 以上のように本発明の立軸ポンプによると、第４図で説
明した立軸ポンプの全速待機運転性能をそのまま維持し
つつ、気中運転から揚水運転に移行する揚水開始水位と
揚水運転から気中運転に移行する最低水位（揚水遮断水
位）との間に一定のレベル差を保たせることができ、揚
水遮断時のハンチング現象の発生を未然に防止すること
が可能である。そのため、本発明の立軸ポンプによれば
、突発的な水位の上昇や下降に対してポンプを全速運転
状態として待機させることができることは勿論、水位変
動が速いか遅いかに関係なく、水位の異常上昇による洪
水や異常低下によるポンプ運転機能障害を未然に防止す
ることが可能になる。さらに、第３図で説明した水位検
出計や駆動源を必要とする吸水弁を用いず、水位と羽根
車室の負圧とによって弁箱内部に吸引された水によりフ
ロート弁に適切な動作を行わせるものであるため、構成
が簡単で作動信頼性が高く、突発的な水位の上昇や下降
に対して充分に対処させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ〜第１Ｄ図および第２図は本発明の実施例による
立軸ポンプを示しており、第１Ａ図〜第１Ｃ図は水位が
上昇しているときの立軸ポンプの作用説明図、第１Ｄ図
は水位が下降しているときの立軸ポンプの作用説明図、
第２図は弁箱の内部構造を示す断面図、第３図は従来例
の説明図、第４図は比較例の説明図である。 １・・・羽根車、２・・・吸込みケーシング、３・・・
分岐管、６・・・羽根車室、８・・・分岐管の折返し部
、９・・・分岐管の垂下部、１０・・・フロート弁、１
１・・・弁箱、１２・・・吸気管、１３・・・弁箱の下
端開口、１４・・・弁座、１６・・・弁箱と分岐管の垂
下部の下端との連通口、１７・・・弁座により取り囲ま
れた開口、１９・・・分岐管と吸込みケーシングとの連
通口、ＬＷＬ・・・最低水位。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、羽根車室に連通する吸込みケーシングに接続された
   逆Ｕ字状の分岐管の垂下部の下端にフロート弁を内蔵し
   た弁箱が接続され、この弁箱の下端が開口されていると
   共に、上記フロート弁に対応する弁座が弁箱の上端に設
   けられ、この弁箱の上記弁座により取り囲まれた開口に
   外気に開放された吸気管が接続され、上記弁箱の下端開
   口が当該立軸ポンプの最低水位に対応するレベルに設定
   され、上記羽根車室に発生する最大負圧による吸込揚程
   よりも高い位置に上記分岐管の折返し部が形成されてい
   ることを特徴とする立軸ポンプ。