JPH0361696A - 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（運転可能最低水位）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
に制御することが難しく、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
。

第３図に示すように、この立軸ポンプは、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の先端部に電動吸気
弁４を介在し、この電動吸気弁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。

この立軸ポンプは全速待機運転される。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間は電動吸気弁４が
開いており、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ると電動吸気弁４
が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間は電動吸
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、電動吸気弁４が開かれ径小な分岐管３を通
して羽根車室６に空気が吸い込まれ、揚水が遮断されて
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、電動吸気弁４は外部駆動
源およびそれを操作させるためのシーケンス制御が必要
となる。

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、水位検出計や電動吸気弁を
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
力（無理なく続行されるのに対し、水位が上記最低水位
ＬＷＬに達すると上記下部開放端７が水封されるため、
べルマウス９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１０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、
水は吸込みケーシング２を通して吸い上げられて円滑な
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１０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に連すると
、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１０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から分岐管
３を経て空気が羽根車室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１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部開放端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にそれまで行
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１．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にＵ字状
の曲管部が延出されており、この曲管部の上部開放端が
当該立軸ポンプの最低水位よりも上位に設定されている
と共に、上記曲管部の上部開放端のレベルと上記最低水
位との間に上記曲管部の折返し点のレベルが設定され、
上記分岐管の逆Ｕ字状の折返し部が上記羽根車室に発生
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
れていることを特徴とする。

〔実施例〕

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

この立軸ポンプは、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な
分岐管３を連通させ、この分岐管３を逆Ｕ字状とすると
共に、その分岐管３の垂下部１０にＵ字状の曲管部１１
を延出してあり、さらにその曲管部１１の上部開放端１
２が当該立軸ポンプの最低水位ＬＷＬよりも上位に設定
されていると共に、上部開放端１２のレベルと上記最低
水位ＬＷＬとの間に上記曲管部１１の折返し点１３のレ
ベルが設定されている。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、上記分岐管３の
折返し部８が上記羽根車室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。

分岐管３の折返し部８を形成している水平配管には密閉
タンク１４が介在されており、この密閉タンク１４から
立ち下げられたドレン抜き管１５の下部開放端１６が上
記最低水位ＬＷＬよりも下位に設定されている。

さらに、羽根車室６の後方（下流側）の吐出ケーシング
１７と上記分岐管３の垂下部ＩＯとが連通管１８により
連通されていると共に、この連通管１８に開閉弁１９が
介在されている。

〔作　用〕

次に、開閉弁１９が閉じている状態で吸水井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。なお、以下の説明は立軸ポンプの全速待機運転がな
されている場合についての説明である。

（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Ｗ、が上記ドレン抜
き管１５の下部開放端１６に達していないときは、曲管
部１１の上部開放端１２やドレン抜き管１５の下部開放
端１６が開放しているため、羽根車室６の負圧に応じて
矢印ａ、ｂのようにそれらの開放端１２．１６から曲管
部１１やドレン抜き管１５、分岐管３、密閉タンク１４
、分岐管３と吸込みケーシング２との連通口２０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。

水位がドレン抜き管１５の下部開放端１６に達するとこ
の下部開放端１６は水封されるが、上記曲管部１１の上
部開放端１２は開放したままになっているので、羽根車
室６の負圧に応じて矢印ａのように上部開放端１２、曲
管部１１、分岐管３、密閉タンク１４、上記連通口２０
を経て羽根車室６に吸気されるため、やはり揚水は行わ
れず、気中運転が無理なく続行される。このような気中
運転は、水位が曲管部１１の上部開放端１２に達するま
で続行される。

第１Ｂ図に仮想線で示すように、水位６が曲管部１１の
上部開放端１２に達し、重力あるいは羽根車室６の負圧
によりその上部開放端１２から曲管部１１に水が流入し
て曲管部１１の内部通路が水封されると、分岐管３から
羽根車室６への吸気が遮断される。このとき、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ため、分岐管
３の垂下部１０に上記羽根車室６の負圧に相当する高さ
Ｈｏだけ水が吸い上げられて釣り合った状態になる。そ
して、このときの水位−２は上記最低水位ＬＷＬよりも
上位であるため、羽根車室６の負圧により、吸込みケー
シング２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、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
は曲管部１１の上部開放端１２と同一レベルの水位を揚
水開始水位ＷＬ、と呼ぶ。この水位ＷＬ、は一般のポン
プの運転開始水位（すなわち揚水開始水位）ＨＷＬに相
当する。

第１Ｃ図のように水位もが揚水開始水位ＷＬ２よりも上
位にあるときも同様に円滑な揚水運転がなされる。

（２）水位が最低水位ＬＷＬの上位から下降する場ム 水位が揚水開始水位ＷＬ、に達していないときはそれま
での揚水運転が続行される。水位が揚水開始水位ＷＬ、
に達したときも同様である。

水位が揚水開始水位ＷＬ２と上記曲管部１１の折返し点
１３との間に達した場合、たとえば第２図に仮想線で示
した水位Ｗ４に達した場合は、そのときの水位差ΔＨに
見合って曲管部ｌｌ内の上部開放端１２側の水柱の水位
がΔＨ，だけ下がる一方、分岐管３の垂下部１０内の水
柱の水位がΔＨ２だけ上昇する。この場合、水位変動に
より揚水量が変わらず、かつ分岐管３や曲管部１１の内
部通路径が各部で同一であるとすると、ΔＨ＋＝Δｌｚ
＝ΔＨ／２の関係が成立する。したがって、水位が揚水
開始水位ＷＬ、と上記曲管部１１の折返し点１３との間
に達しても分岐管３の垂下部１０の水柱は羽根車室６の
負圧に相当する高さＨ２だけ水が吸い上げられて釣り合
った状態になり、曲管部１１は水封されたままになり、
揚水運転が続行される。

吸水井Ｐの水位がさらに下がってΔＨｓ／２＝Ｌとなる
水位ＷＬ、になると曲管部１１内の上部開放端１２例の
水柱の水位は第２図に６で示す位置、すなわち曲管部１
１の折返し点１３に達し、さらにそれよりもわずかでも
下がると、曲管部１１と分岐管３の垂下部１０とにわた
って形成されている水柱のバランスが崩れて曲管部１１
での水封が解除される。このようにして水封が解除され
ると、羽根車室６の負圧により曲管部１１の上部開放端
１２から空気が吸い込まれ、曲管部１１、密閉タンク１
４、分岐管３、連通口２０を経て羽根車室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。したがって、以下の説明では、このときの水位
を揚水遮断水位Ｗ　Ｌ　＋　と呼ぶ。このときに曲管部
１１や分岐管３の垂下部ｌＯで水柱を形成していた水が
空気に同伴することがあるが、このような同伴水は密閉
タンク１４を通過するときに気水分離され、ドレン抜き
管１５を経て吸水井Ｐに戻される。

以上の説明から明らかなように、上記立軸ポンプでは、
気中運転から揚水運転への移行が揚水開始水位ＷＬ、（
すなわち曲管部１１の上部開放端１２と同一レベルの水
位）を基準として行われるのに対し、揚水運転から気中
運転への移行は揚水遮断水位ＷＬ、を基準として行われ
、その水位ＷＬ、は最低水位ＬＷＬと同一もしくは上位
である。

しかもその水位ＷＬ、と上記揚水開始水位ＷＬ。

とのレベル差は曲管部１１の上部開放端側の立上り長さ
Ｌ（第２図参照）の２倍と同じである。したがって、そ
の立上り長さＬを適切な長さにすることにより上述した
ハンチング現象の発生が未然にかつ確実に防止される。

以上説明した立軸ポンプでは、曲管部１１に何らかの原
因で塵芥が入り込み、その折返し点１３での水切り作用
（すなわち水柱が崩れるときの水切り作用）を損ねる懸
念がある。この懸念をなくするには、揚水運転時に開閉
弁１９を開き、吐出ケーシング１７を通っている揚水の
一部を連通管１８、分岐管３の垂下部１０、曲管部１１
を経てその上部開放端１２から流出させ、これにより曲
管部１１を清掃しておけばよい。清掃後は開閉弁１９を
閉じておく。なお、連通管１８から流出した水が一部分
岐管３の折返し部８に流れ込んだとしても、その水は密
閉タンク１４を経てドレン抜き管１５より吸水井Ｐに流
入する。

〔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ボン・プを全速運
転状態として待機させることができることば勿論、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
検出計や電動吸気弁を用いないため構成が簡単で作動信
頼性が高くなり、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２図は揚水運転から気中運転に移行
する過程の説明図、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。 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、１０・・・分岐
管の垂下部、１１・・・曲管部、１２・・・曲管部の上
部開放端、１３・・・曲管部の折返し点、１７・・・吐
出ケーシング、１８・・・連通管、１９・・・開閉弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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にＵ字状の曲管部が延出され
   ており、この曲管部の上部開放端が当該立軸ポンプの最
   低水位よりも上位に設定されていると共に、上記曲管部
   の上部開放端のレベルと上記最低水位との間に上記曲管
   部の折返し点のレベルが設定され、上記分岐管の逆Ｕ字
   状の折返し部が上記羽根車室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ことを特徴
   とする立軸ポンプ。 ２、羽根車室に連通する吐出ケーシングと分岐管の垂下
   部とが連通管で連通され、この連通管に開閉弁が介在さ
   れていることを特徴とする立軸ポンプ。