JPH0367096A - 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
能な支軸ポンプに関する。

〔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
一般的な支軸ポンプには、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（揚水停止水位）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し
るという特性がある。したがって、このような−船釣な
支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、従来の一般的な支軸ポ
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
一般的な支軸ポンプによる上記運転システムでは支軸ポ
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支軸ポンプを提案した
。

第２図に示すように、この支軸ポンプは、ポンプ羽根車
１の前方（上流側）の吸込側ケーシング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。

この支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に空気が吸い込まれ、揚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、この支軸ポンプによれば、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、この支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ることが懸
念される。このことは上記支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
も必要であるという難点がある。

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支軸ポンプを
提案した。

このものは、第３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。

この支軸ポンプにおいて、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９を含む吸込側ケーシング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、
吸込側ケーシング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、吸
水は上記ベルマウスおよび吸込側ケーシング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、支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から径小な分
岐管３を経て空気が羽根車室６に吸気され、その吸気に
伴って揚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。

この支軸ポンプによれば、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る水や
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２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
置が必要であ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３図の支軸ポンプにおいて、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
ＷＬの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、吸込側ケーシング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図で説明した支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支軸ポンプを提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明の支軸ポンプは、羽根車室に連通する吸込側ケー
シングに接続された逆Ｕ字状の分岐管の下部開放端が当
該立軸ポンプの最低水位に対応するレベルに設定されて
いると共に、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上記分岐管の折返し部が形成
され、分岐管と吸込側ケーシングとの連通口が上記最低
水位よりも上方に設定され、さらに当該立軸ポンプの吐
出側ケーシングの内部通路と上記分岐管の垂下部とが連
通管により連通されていると共に、この連通管と上記分
岐管の垂下部とが上記連通口と同一もしくはそれ以上の
レベルで連通されていることを特徴とする。

〔実施例〕

第１Ａ図および第１Ｂ図は本発明の実施例による支軸ポ
ンプを示している。

この支軸ポンプは、ポンプ羽根車ｌの前方（上流側）の
吸込側ケーシング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、吐出側ケーシング１１の内部通路と上記分岐管３
の垂下部１０とが連通管１２により連通され、さらに、
この連通管１２と上記分岐管３の垂下部１０との連通箇
所１３のレベルが上記分岐管と吸込側ケーシング２との
連通口１４と同一もしくはそれ以上のレベルであって、
かつ当該立軸ポンプの最低水位ＬＷＬよりも上方に設定
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。さらに、分岐管３の下部
開放端７は当該立軸ポンプの最低水位ＬＷＬに対応する
レベル、具体的にはその最低水位ＬＷＬと同一のレベル
またはそれに近いレベルに設定されている。

〔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。なお、以下の説明は支軸ポ
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壜入 第１Ａ図の仮想線で示すように水位Ｗ、が分岐管３の下
部開放管７に達していないときは、その下部開放端７が
開放しているため、羽根車室６の負圧に応じて矢印ａの
ようにその下部開放端７から分岐管３および連通口１４
を経て羽根車室６に吸気される。また、支軸ポンプの吐
出側ケーシング１１の内部の空気が羽根車室６の負圧に
応じて連通管１２、分岐管３および連通口１４を経て羽
根車室６に吸気される。このため、揚水は行われず、気
中運転が無理なく続行される。

水位が分岐管３の下部開放端７に達するとこの下部開放
端７は水封されるが、吐出側ケーシング１１には未だ水
が吸い上げられないため、その内部空間の空気が羽根車
室６の負圧に応じて連通管１２、分岐管３および連通口
１４を経て羽根車室６に吸気される。したがって、この
状態でも揚水は行われず、気中運転が無理なく続行され
る。第１Ｂ図に示した水位部２のように、水位が最低水
位ＬＷＬよりも高いけれども上記連通口１４を水没させ
るに至っていない間においても同様であり、揚水は行わ
れず、気中運転が無理なく続行される。

第１Ｂ図に示した水位Ｗ、のように、水位が上記連通口
１４を水没させる高さに達すると、その連通口１４が水
封されるため吐出側ケーシング１１の内部通路に空気が
存在していても連通管１２、分岐管３および連通口１４
を通って空気が羽根車室６に吸気されることがなくなる
。そのため、ポンプ羽根車１の力（自吸効果）により、
吸込側ケーシング２の残留空気を吸込みながらポンプは
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。

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Ｈ＋だけ水が吸い上げられて釣り合
った状態になる。そして、このときの水位部３は上記最
低水位ＬＷＬよりも上位であるため、吸込口９より渦を
吸い込むことばない。以下の説明では上記連通口１４を
水没させたときの水位Ｗ３を揚水開始水位ＮＷＬという
。水位が揚水開始水位ＮＷＬよりも上位にあるときは同
様に円清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壜入 水位が揚水開始水位ＮＷＬ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との間に達しているときも、吐出側ケ
ーシング１１には揚水中に水が満たされているので連通
管１２、分岐管３および連通口１４を経て空気が吸い込
まれることはない。したがって、揚水運転が続行される
。

なお、このとき、分岐管３内の空気は分岐管３内に閉じ
込められたままになる。

吸水井Ｐの水位がさらに下がって最低水位ＬＷＬに達し
、分岐管３の下部開放端７が少しでも開放すると、分岐
管３の垂下部１０に形成されている水柱のバランスが崩
れてその水下部開放端７から落下し、下部開放端７での
水封が解除される。

このようにして下部開放端７の水封がきわめて短時間だ
けでも解除されると、羽根車室６の負正により下部開放
端７から空気が吸い込まれ、分岐管３および連通口１４
を経て空気が羽根車室６に吸気され、その吸気に伴って
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。

以上の説明から明らかなように、上記支軸ポンプでは、
気中運転から揚水運転への移行が揚水開始水位ＮＷＬ　
（連通孔１４が水没する水位Ｕａ）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が最低水位
ＬＷＬを基準として行われ、しかもその揚水開始水位Ｎ
ＷＬと最低水位ＬＷＬとのレベル差は分岐管３と吸込側
ケーシング２との連通口１４の位置を変えることによっ
て調節することが可能である。したがって、揚水開始水
位ＮＷＬと最低水位ＬＷＬとのレベル差を適切に設定す
ることができ、そうすることによって上述したハンチン
グ現象の発生が未然にかつ確実に防止される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の支軸ポンプによると、第３図で説
明した支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、本発明の支軸ポンプによれば
、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２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ないため、構成
が簡単でありながら突発的な水位の上昇や下降に対して
確実に対処させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図および第１Ｂ図は水位が上昇しているときの支
軸ポンプの作用説明図、第２図は従来例の説明図、第３
図は比較例の説明図である。 ２・・・吸込側ケーシング、３・・・分岐管、６・・・
羽根車室、７・・・下部開放端、８・・・分岐管の折返
し部、１０・・・分岐管の垂下部、１１・・・吐出側ケ
ーシング、１２・・・連通管、１３・・・連通管と上記
分岐管の垂下部との連通箇所、１４・・・分岐管と吸込
側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側ケーシングに接続された
   逆Ｕ字状の分岐管の下部開放端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ていると共に、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
   位置に上記分岐管の折返し部が形成され、分岐管と吸込
   側ケーシングとの連通口が上記最低水位よりも上方に設
   定され、さらに当該支軸ポンプの吐出側ケーシングの内
   部通路と上記分岐管の垂下部とが連通管により連通され
   ていると共に、この連通管と上記分岐管の垂下部とが上
   記連通口と同一もしくはそれ以上のレベルで連通されて
   いることを特徴とする立軸ポンプ。