JPH08284874A - 立軸ポンプおよび揚水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 揚水（排水）開始の遅れがなくなり、羽根車
にかかる負担を低減し、待機運転中の消費動力を低減す
ることができ、さらには、揚水管内の水温上昇を抑え
る。 【構成】 ポンプ吸水槽２１内に設置された立軸ポンプ
２０において、ケーシングライナ２の羽根車１の上部に
排水孔９を開口し、一端をこの排水孔９に接続し他端を
吸水槽水位と連動して開閉する開閉装置１１に接続され
た排水管１０を備えた。また、揚水装置の吐出管７の水
平部分に、その中心線より上方に開口する空気抜き孔１
５を設け、一端を該空気抜き孔１５に接続し他端を吐出
水槽２２の計画最高水位ＤＨＷＬより上方に開口させた
バイパス管１６を配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立軸ポンプおよび揚水
装置に係り、特に、排水機場などに設置されるポンプ
で、吸水槽内の水位低下時においても揚水可能な先行待
機ポンプに好適であり、平常時におけるポンプ管理運転
にも利用できる立軸ポンプおよび揚水装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、道路の舗装率の上昇による雨水不
浸透面積の増加などにより、都市型洪水と呼ばれる雨水
排水ポンプ場への急激な雨水流入が問題となっている。
このため、降雨の際にポンプピット（吸水槽）の水位の
急上昇に備えるため、吸水槽の水位が規定水位より低い
状態からポンプを運転する先行待機運転ポンプが実用化
されている。

【０００３】このような先行待機運転ポンプに関する技
術としては、例えば、実開昭６３−１５００９７号公報
記載のものが知られている。

【０００４】実開昭６３−１５００９７号公報に記載さ
れている立軸ポンプは、吸水槽水位より低いところに羽
根車を位置させ、ポンプケーシングの羽根車の入口付近
（羽根車下方）に外部と通じる貫通穴（吸気孔）を設
け、該貫通穴を管と接続し、該管の他端の開口を吸水槽
内の前記羽根車が水没するレベル付近に位置させたもの
である。

【０００５】この方法によれば、吸水槽水位が前記管の
他端の開口部のレベルより低下すれば、該開口部から空
気を吸い込み、水位の低下とともにポンプの揚水作用が
徐々に低下するため、低い水位でも揚水運転が可能とな
り、ある水位よりさらに低下すると、自動的に揚水が停
止し、ポンプは空転運転へと移行する。

【０００６】しかしながら、上記構成だけでは吸水槽水
位が低下し揚水が停止しても、羽根車上部に水を保持し
たままの運転となる。また、ポンプと吐出水槽間の吐出
管内には、密封された空気溜まりが生じる。そこで、再
び吸水槽水位が上昇し、前記羽根車下方の吸気孔上部ま
で達すると、羽根車とポンプ内の水面の間に空気溜まり
が生じ、それがダンパーとなり、空気を圧縮しなければ
ならない。その分、吸水槽水位に対してポンプ内の水位
が低くなり、揚水開始が遅れる。また、羽根車から吐出
管の突込量分の水頭がかかることとなり、軸動力がオー
バーロードする場合がある。さらに、揚水停止後も、羽
根車上方に水を保持しながら運転するため、待機運転中
であっても、ポンプの長さ、比速度、回転数にもよる
が、かなりの軸動力を消費してしまう。

【０００７】この空転運転時に羽根上部に保持した水を
抜く方法として、例えば特開平１−３１５６９１号公報
記載のものがあるが、揚水運転中に水抜き穴から揚水が
噴出してしまうことについて配慮されていなかった。ま
た、水抜き管にバルブを設ける方法も考えられるが、信
頼性、経済性の点から十分とは言えない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような先行待機運
転を行うポンプにおいては、吸水槽水位の変化に対する
運転モードの移行が速やかに行われることが望ましい。

【０００９】しかしながら、前記従来技術では、揚水が
停止したのち、再び水位が上昇し揚水運転に移行するま
での間、長時間にわたり待機運転となるような場合、大
量の動力を消費してしまい、はなはだ不経済であった。
また、待機運転から揚水を開始する際、吸水槽の水位に
対し揚水するタイミングが遅れたり、羽根車に過負荷が
かかるなどの問題があった。

【００１０】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、その目的は、揚水（排水）開
始の遅れがなくなり、羽根車にかかる負担を低減し、待
機運転中の消費動力を低減することができ、さらには、
揚水管内の水温上昇を抑えることができる立軸ポンプお
よび揚水装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る立軸ポンプの構成は、羽根車を収納し
たポンプケーシングのケーシングライナの下方側にポン
プケーシングの吸込ベルを接続し、上方側にポンプケー
シングの一部である揚水管および吐出エルボを接続し
て、ポンプ吸水槽内に設置した立軸ポンプにおいて、羽
根車上方のポンプケーシングライナに当該ポンプケーシ
ングライナ内壁面に開口する排水孔を設け、この排水孔
に一端を接続し他端に吸水槽水位と連動する開閉機構を
接続した排水管を設けたものである。

【００１２】また、上記目的を達成するために、本発明
に係る揚水装置の構成は、羽根車を収納したポンプケー
シングライナの下方側に吸込ベルを接続し、上方側にポ
ンプケーシングの一部である揚水管および吐出エルボを
接続して、ポンプ吸水槽内に設置された立軸ポンプと、
該立軸ポンプの吐出口に接続されほぼ水平に配置された
部分を経て吐出水槽内に開口する吐出管とを含んでなる
揚水装置において、羽根車上方のポンプケーシングライ
ナに当該ポンプケーシングライナ内壁面に開口する排水
孔を設け、この排水孔に一端を接続し他端に吸水槽水位
と連動する開閉機構を接続した排水管を設けるととも
に、前記吐出管の水平部分にその中心線より上方に開口
する空気抜き孔を設け、一端を該空気抜き孔に接続し、
他端を前記吐出水槽の計画最高水位より上方に開口させ
たバイパス管を配設したものである。

【００１３】上記立軸ポンプおよび揚水装置において、
開閉機構の開閉のタイミングは、ポンプの排水停止水位
および排水開始水位に連動しているものであり、ポンプ
ケーシングライナ内壁面に開口する排水孔は、揚水管内
の水の落水時間とポンプ効率と水温とにより定まるサイ
ズおよび個数の孔となっている。

【００１４】

【作用】上記技術的手段による立軸ポンプの働きは次の
とおりである。

【００１５】前述のように、羽根車上部のポンプケーシ
ングライナに排水孔を設け、一端を該排水孔に接続し、
他端を吸水槽水位と連動する開閉機構に接続した排水管
を設ければ、吸水槽水位が排水停止水位となったとき、
排水管を開とするため、吐出管内およびポンプケーシン
グ内の水は排水管から排出され、ポンプ揚水管内は空洞
となり、待機運転時の軸動力を低減できる。

【００１６】また、上記技術的手段による揚水装置の働
きは次のとおりである。

【００１７】前述のように、吐出管上部に空気抜き配管
を設けることにより、ポンプおよび吐出配管内が大気開
放されるため、空気溜まりによるダンパー効果が消滅
し、かつ、揚水停止時のポンプケーシング内の排水の遅
れを防ぐことができる。また、吸水槽の水位上昇に伴う
揚水開始の際、吐出管の吐出水槽の水面下への突込量分
の水頭が羽根車にかかることを防止する。

【００１８】さらに、ポンプケーシング、吐出管内を早
期に大気開放させることにより、ポンプ急停止時の逆流
防止弁の閉鎖による衝撃荷重を低減させることができ
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１ないし図３を
参照して説明する。

【００２０】図１は、本発明の一実施例に係る立軸ポン
プを有する揚水装置の略示構成図、図２は、図１の立軸
ポンプに用いる開閉装置の説明図、図３は、落水時間と
水温とポンプ効率低下量の関係を示す線図である。

【００２１】図１に示す揚水装置は、ポンプ吸水槽２１
内に軸線をほぼ垂直にして設置された立軸ポンプ２０
と、該立軸ポンプ２０の吐出口に接続されほぼ水平に配
置された部分を経て吐出水槽２２内に開口する吐出管７
とを含んでなるものである。

【００２２】図１には、主として立軸ポンプ２０のポン
プケーシングを示しており、羽根車１を収納したケーシ
ングライナ２と、該ケーシングライナ２の下端（羽根車
１の吸込み側端部）に結合された吸込ベル３と、前記ケ
ーシングライナ２の上端（羽根車１の吐出側端部）に一
端を結合されたケーシング４と、該ケーシング４の上端
に接続された揚水管５と、該揚水管５の他端に結合され
た吐出エルボ６とからなっている。そして、吐出エルボ
６に吐出弁８を介して吐出管７が接続されている。

【００２３】羽根車１を回転させる主軸は、ポンプケー
シング内に軸線をほぼ垂直に配置され地上側に在るモー
タによって駆動され、該主軸は、ポンプケーシング内に
固定した軸受で支持されているが、本発明の要部ではな
いので、ここでは図示を省略している。

【００２４】揚水管５は、据付金具を介して据付基礎に
固定されており、前記のケーシング４、ケーシングライ
ナ２、吸込ベル３は揚水管５を介して据付基礎に支持さ
れている。吐出エルボ６は９０度に曲がっており、吐出
弁８は軸線をほぼ水平にして配置されている。吐出管７
は、一方を水平に、他方をほぼ垂直にした曲がり管をな
し、水平部の端が前記吐出弁８に接続され、鉛直部の下
端の吐出管開口部１４が吐出水槽２２内に配置されてい
る。この吐出管開口部１４は、吐出水槽２２の計画最高
水位ＤＨＷＬより所定の突込み量だけ下方に位置してい
る。

【００２５】本実施例の立軸ポンプ２０では、前記ケー
シングライナ２の羽根車１の上方に当たる位置のケーシ
ングライナ内壁に排水孔９が開口し、この排水孔９に一
端が接続され多端が開閉装置１１に接続した排水管１０
を備えている。この排水管１０は、排水孔９の位置から
下方に下がり、所定の垂直距離（吸水槽におけるポンプ
の排水開始，停止水位により決まる距離）だけ下方の位
置で開閉装置１１に接続されている。ここで、吸水槽に
おけるポンプの排水開始水位は、図１に示すように羽根
車１の先端に相当し、排水停止水位は吸込ベル３の中間
に相当する。また、計画最低水位ＤＬＷＬは吸込ベル３
の下である。開閉装置１１は図１に示す位置に適宜の手
段で固定される。

【００２６】排水孔９が開口するケーシングライナ２
は、ステンレスであることが好ましい。排水管１０の接
続部にステンレス材を用いることにより、排水管接続部
からの腐蝕を抑えることができる。

【００２７】また、吐出管７の最高部に空気抜き孔１５
が開口し、この空気抜き孔１５に一端が接続され他端に
開口部１９を備えたバイパス管１６が設けられている。
このバイパス管１６の開口部１９は、吐出水槽２２の計
画最高水位ＤＨＷＬより上方に位置している。

【００２８】次に、開閉装置の構成と作用を図２を参照
して説明する。図２は、図１の立軸ポンプに用いる開閉
装置の説明図で、図２（ａ）は、吸水槽水位が排水開始
水位のとき、図２（ｂ）は、吸水槽水位が排水停止水位
のときを示すものである。

【００２９】開閉装置１１は、排水管１０の一端に接続
され一方が開放した箱状のカバー１１ａと、フロート１
２と、該フロート１２の上面（カバー１１ａとの当接
面）に装備したパッキン１１ｂと、前記カバー１１ａの
開放側を塞ぎフロート落下防止の機能をもつ底板１１ｃ
とから構成されている。フロート１２はカバー１１ａと
底板１１ｃとで形成される箱の中にあり、箱内の水位に
よって浮動する。

【００３０】開閉装置１１の設置位置は、該開閉装置１
１が取り付けられるポンプの運転水位により決定され
る。ポンプの排水停止水位で排水管１０が開（図２
（ｂ）参照）となり、排水開始水位で排水管１０が閉
（図２（ａ）参照）となる位置である。開閉装置１１の
カバー１１ａの高さＨは、前記取付位置において、吸水
槽水位が計画最低水位ＤＬＷＬで水中から出る高さとす
る。

【００３１】カバー１１ａの胴部には複数個の孔１３を
設けて、吸水槽水位低下時に排水管１０の開閉を速やか
に行うようにすることが可能である。

【００３２】また、排水管１０は、可能な限り配管サイ
ズを大きくとり、揚水管５内の水を早期に排水すること
ができるようにする。フロート１２の大きさは、ポンプ
排水開始水位において排水管１０が閉となるとき、フロ
ート１２の浮力がポンプ吐出圧に勝るような大きさであ
る。なお、図２に示す開閉装置１１は一実施例であり、
本発明はこれに限定されるものではなく、同等効果を得
るものであれば、他の形状、構造の採用を妨げない。

【００３３】以下、上記構成の立軸ポンプおよび揚水装
置の運転について説明する。

【００３４】前述のように、図１の揚水装置には、吐出
管７の頂部に空気抜き孔１５を設け、該空気抜き孔１５
に一端を接続し他端を吐出水槽２２の計画最高水位ＤＨ
ＷＬより上方に開口させたバイパス管１６が設けられて
いるから、ポンプが揚水を停止し、空転運転となったと
き、吐出管７内は大気に開放されているため、空気溜り
によるダンパー効果がなく、揚水のタイミングが遅れる
ことなく速やかに行われる。また、ポンプが揚水を開始
した際、吐出管開口部１４が水面下であっても、空気が
バイパス管１６から抜けていくため、羽根車１に吐出管
開口部１４と水面の距離に相当する水頭がかからず、そ
れだけ低い負荷で運転を開始できる。

【００３５】さらに、揚水管５、ケーシング４内が排水
管１０により大気に開放されているため、揚水停止時点
で羽根車上方に保持されていた水は、排水管１０を通っ
て、開閉装置１１の孔１３から速やかに排出され、次の
吸水槽への水の流入に備えての待機運転中の消費動力を
低減することができる。

【００３６】また、吐出配管がサイホン形配管になって
いる場合は、バイパス管１６に吸水槽水位と連動して開
閉される弁機構を設け、吸水槽水位がポンプ排水（揚
水）停止水位以下になったとき、該弁を開くようにして
おけば、前記ポンプケーシング内の水が迅速に排水さ
れ、揚水停止後の空転運転時の無駄な負荷を速やかにな
くすことができる。

【００３７】なお、本実施例においては、空気抜き孔１
５は吐出管７の頂部に設けられているが、必ずしも頂部
に設ける必要はなく、吐出管７の中心線より高い位置で
あればよい。ただし、空気抜き孔１５が吐出管７の頂部
より低い位置に設けられる場合は、空気抜き孔１５に接
続されるバイパス管１６に吐出管７の頂部より高い位置
を設けることが望ましい。

【００３８】次に、図３を参照して、ケーシング内の水
の落水（排水）時間と水温とポンプ効率低下量の関係を
説明する。

【００３９】図３は、横軸に時間、縦軸に温度（水温）
と効率低下量をとり、許容効率低下量と許容水温のレベ
ルを示している。本実施例における時間の推移にともな
う効率低下量の変化を実線で示し、水温の変化を破線で
示している。

【００４０】揚水管５内の水を早く落水するためには、
排水孔９を大きくするか、個数を増やせば対応できる
が、ポンプ効率が低下してしまう。そのため、ポンプ効
率、水温、落水時間を総合的に考え、排水孔９のサイズ
および個数を決定しなければならない。

【００４１】許容効率低下量と効率低下曲線の交わる点
をＡ点とし、許容水温と水温曲線の交わる点をＢ点とす
る。Ａ点における時間をｔ´、Ｂ点における時間をｔと
すると、ポンプシステムの安全性を考えれば、この場
合、排水孔９のサイズおよび個数は揚水管内の水をｔ時
間で落水できるものとすることが望ましい。

【００４２】前述の実施例は、この考え方をもとにして
いることは言うまでもない。

【００４３】本実施例の立軸ポンプによれば、羽根車１
の上方に当るケーシングライナ２に排水孔９を設け、排
水管１０を吸水槽水位と連動させて開閉することによ
り、ポンプケーシング内に滞留した水を速やかに排出す
ることができる。このため、待機運転時の消費動力を小
さく抑えることができ、かつ、羽根車１の回転による水
の撹拌が早期に解消されるため水温の上昇が抑えられ、
軸受部材への悪影響を無くすことができる。

【００４４】また、本実施例の揚水装置によれば、前述
のように、吐出管７の頂部に空気抜き孔１５を設けバイ
パス管１６を設けることにより、吐出管７内が大気開放
される。このため、空気溜りによるダンパー効果が消滅
し、排水開始の遅れを防ぐとともに、排水開始時に羽根
車１にかかる負担が低減される。さらに、揚水停止後羽
根車上部に滞留した水を速やかに排出することができる
ため、待機運転時の消費動力を小さく抑えることができ
る。

【００４５】さらに、本実施例によれば、排水孔９のサ
イズおよび個数を最適に決めることができる。

【００４６】なお、上記図１の実施例は、立軸ポンプ２
０側に排水孔９、排水管１０、開閉装置１１を設け、吐
出管７に空気抜き孔１５、バイパス管１６を設けた例を
説明したが、立軸ポンプ側にのみ排水孔、排水管、開閉
装置等を設け、吐出管側に空気抜き孔、バイパス管等を
設けない場合、吐出管側にのみ空気抜き孔、バイパス管
等を設け、立軸ポンプ側に排水孔、排水管、開閉装置等
を設けない場合もそれぞれ相応の効果があることは言う
までもない。

【００４７】また、上記図１の実施例では、排水孔９を
ケーシングライナ２に設けた例を説明したが、羽根車３
上方に当るケーシング４に設けても差し支えない。

【００４８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、揚水（排水）開始の遅れがなくなり、羽根車にか
かる負担を低減し、待機運転中の消費動力を低減するこ
とができ、さらには、揚水管内の水温上昇を抑えること
ができる立軸ポンプおよび揚水装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る立軸ポンプを有する揚
水装置の略示構成図である。

【図２】図１の立軸ポンプに用いる開閉装置の説明図で
ある。

【図３】落水時間と水温とポンプ効率低下量の関係を示
す線図である。

【符号の説明】

１…羽根車、２…ケーシングライナ、３…吸込ベル、４
…ケーシング、５…揚水管、６…吐出エルボ、７…吐出
管、９…排水孔、１０…排水管、１１…開閉装置、１１
ａ…カバー、１１ｂ…パッキン、１１ｃ…底板、１２…
フロート、１３…孔、１５…空気抜き孔、１６…バイパ
ス管、１９…開口部、２１…ポンプ吸水槽、２２…吐出
水槽。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 羽根車を収納したポンプケーシングライ
   ナの下方側に吸込ベルを接続し、上方側にポンプケーシ
   ングの一部である揚水管および吐出エルボを接続して、
   ポンプ吸水槽内に設置した立軸ポンプにおいて、 羽根車上方のポンプケーシングライナに当該ポンプケー
   シングライナ内壁面に開口する排水孔を設け、この排水
   孔に一端を接続し他端を吸水槽水位と連動する開閉機構
   に接続した排水管を設けたことを特徴とする立軸ポン
   プ。
2. 【請求項２】 ポンプケーシングライナ内壁面に開口す
   る排水孔は、ステンレス部に設けて、排水管接続部から
   の腐蝕を抑えるようにしたことを特徴とする請求項１記
   載の立軸ポンプ。
3. 【請求項３】 排水管をポンプケーシングに設けたこと
   を特徴とする請求項１記載の立軸ポンプ。
4. 【請求項４】 排水管接続部にステンレス材を用いたこ
   とを特徴とする請求項３記載の立軸ポンプ。
5. 【請求項５】 開閉機構の開閉のタイミングは、ポンプ
   の排水停止水位および排水開始水位に連動していること
   を特徴とする請求項１ないし４記載のいずれかの立軸ポ
   ンプ。
6. 【請求項６】 ポンプケーシングライナ内壁面に開口す
   る排水孔は、揚水管内の水の落水時間とポンプ効率と水
   温とにより定まるサイズおよび個数の孔であることを特
   徴とする請求項１ないし５記載のいずれかの立軸ポン
   プ。
7. 【請求項７】 羽根車を収納したポンプケーシングライ
   ナの下方側に吸込ベルを接続し、上方側にポンプケーシ
   ングの一部である揚水管および吐出エルボを接続して、
   ポンプ吸水槽内に設置された立軸ポンプと、該立軸ポン
   プの吐出口に接続されほぼ水平に配置された部分を経て
   吐出水槽内に開口する吐出管とを含んでなる揚水装置に
   おいて、 羽根車上方のポンプケーシングライナに当該ポンプケー
   シングライナ内壁面に開口する排水孔を設け、この排水
   孔に一端を接続し他端に吸水槽水位と連動する開閉機構
   を接続した排水管を設けるとともに、 前記吐出管の水平部分にその中心線より上方に開口する
   空気抜き孔を設け、一端を該空気抜き孔に接続し、他端
   を前記吐出水槽の計画最高水位より上方に開口させたバ
   イパス管を配設したことを特徴とする揚水装置。
8. 【請求項８】 開閉機構の開閉のタイミングは、ポンプ
   の排水停止水位および排水開始水位に連動していること
   を特徴とする請求項７記載の揚水装置。
9. 【請求項９】 ポンプケーシングライナ内壁面に開口す
   る排水孔は、揚水管内の水の落水時間とポンプ効率と水
   温とにより定まるサイズおよび個数の孔であることを特
   徴とする請求項７記載の揚水装置。