KR20220157893A - Submersible pump with air tube and its equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 공기관붙이 수중 펌프와 그 설비에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 하천 등을 가로질러 설치되는 수문의 문체(門體)에 고정하여 배치되는 수중 펌프에 있어서, 흡입구 측의 수위가 전량 배수 운전 가능한 최저 수위 이하에서도, 정격 회전수의 운전을 유지하며, 펌프의 기동과 정지의 반복을 억제하는 것을 가능하게 한 공기관붙이 수중 펌프와 그 설비에 관한 것이다.The present invention relates to a submersible pump with an air pipe and equipment therefor. More specifically, in a submersible pump fixed and disposed on the gate body of a water gate installed across a river, etc., even when the water level at the inlet side is below the lowest water level capable of draining the entire amount, the operation of the rated rotation speed is maintained, , It relates to a submersible pump with an air pipe that makes it possible to suppress the repetition of starting and stopping the pump and its equipment.
수중 펌프에서는, 흡입구 측의 수위가 어떤 수위 이하가 되면, 흡입구로부터 공기가 펌프 케이싱에 흡입되어 기수(氣水) 혼합 운전이 되고, 배수량이 저하되어 진동이나 소음이 커진다. 그 때문에, 흡입구 측의 수위가 어떤 수위 이하가 되면, 펌프의 운전을 일단 정지시키고, 그 후 유입량이 증대하여 흡입구 측의 수위가 상승하였을 때에 펌프를 재기동하고 있다. 이러한 경우, 흡입구 측의 수위에 따라 빈번히 펌프의 온, 오프가 반복되면, 운전 관리가 번잡하고, 펌프의 기동, 정지의 빈도가 번잡해져, 수중 전동기 및 시동기에의 부담이 커지기 때문에 바람직하지 않다.In a submersible pump, when the water level at the suction port side is lower than a certain water level, air is sucked into the pump casing from the suction port, resulting in brackish water mixing operation. Therefore, when the water level on the suction port side is lower than a certain level, the operation of the pump is temporarily stopped, and then, when the inflow amount increases and the water level on the suction port side rises, the pump is restarted. In this case, if the pump is frequently turned on and off according to the water level at the inlet side, operation management becomes complicated, the frequency of starting and stopping the pump becomes complicated, and the load on the submersible motor and starter increases, which is not preferable.
특허문헌 1에 기재된 펌프 게이트는, 펌프의 흡입구의 상부에 정류 효과를 구비한 흡입 커버를 설치함으로써, 공기 흡입 소용돌이, 수중 소용돌이의 발생을 억제하여, 보다 저수위까지 운전할 수 있도록 하고 있다. 특허문헌 2에 기재된 선행 대기 운전 펌프는, 배수 운전으로부터 보유지지 운전으로 전환될 때, 이상 진동이나 소음을 막기 위해, 종축인 펌프의 주축 내에 압축 공기 공급 통로를 마련한 것이다. 이 압축 공기 공급 통로는, 임펠러의 입구 측으로부터 압축 공기를 토출하고, 토출관 내의 잔존수를 신속하게 급수 우물에 낙수하여, 펌프 우물의 수위에 관계없이 전속 운전이 가능한 보유지지 운전을 단시간으로 하는 것이다. 나아가, 특허문헌 3에 기재된 수중 펌프는, 흡입구 측의 수위의 저하시에는, 흡입 커버에 마련한 노치, 또는 흡기관으로부터 공기를 흡입시키고, 기수 혼합 운전을 수행하여 배수량을 저하시켜, 흡입구 측의 수위가 전량 배수 운전시의 수위 이하에서도, 정격 회전수로의 운전을 유지하며, 펌프의 온, 오프의 반복을 억제하고 있다.The pump gate described in
그러나, 특허문헌 1에 기재된 펌프는, 연속적인 공기 흡입 소용돌이의 발생을 방지하여 공기를 흡입하면 발생하는 진동 소음을 막는 것인데, 흡입구 측의 수위에 따라 펌프의 온, 오프를 반복하는 것이며, 최저 수위 이하에서도, 정격 회전수로의 운전을 가능하게 하는 것은 아니다. 특허문헌 2에 기재된 선행 대기 운전 펌프는, 임펠러의 구동축은 종축의 펌프이며, 가로축, 또는 경사축을 상정한 것은 아니다. 특허문헌 3에 기재된 수중 펌프는, 가로축이며, 어떤 수위 이하가 되면 공기를 도입하는 것인데, 기수 혼합 운전 중은 진동이나 소음이 커지고, 배수량도 저하된다. 또한, 더욱 수위가 저하되면, 배수량이 없어진 채로 정격 회전수로 운전하면, 기수 혼합 운전으로부터 기중(氣中) 대기 운전으로 이행하는데, 이 기수 혼합 운전은 가능한 한 단시간, 또는 사실상 없는 것이 좋다.However, the pump described in
본 발명은, 이상과 같은 배경으로 발명된 것으로, 이하의 목적을 달성하는 것이다.The present invention was invented against the above background, and achieves the following objects.
본 발명의 목적은, 공기 개폐 밸브를 이용하여, 기수 혼합 운전이 없는 공기관붙이 수중 펌프와 그 설비를 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a submersible pump with an air pipe and equipment therefor using an air on-off valve and no air mixing operation.
본 발명의 다른 목적은, 흡입구 측의 수위가 전량 배수 운전 가능한 최저 수위 이하에서도, 정격 회전수로의 운전을 유지하며, 펌프의 기동과 정지의 반복을 억제하는 것을 가능하게 한 공기관붙이 수중 펌프와 그 설비를 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is a submersible pump with an air pipe that can maintain operation at the rated speed even when the water level at the inlet side is below the lowest water level capable of draining the entire amount and suppresses repetition of starting and stopping the pump, and the same. in providing facilities.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 다음 수단을 채용한다.In order to solve the above problems, the present invention adopts the following means.
즉, 본 발명 1의 공기관붙이 수중 펌프는,That is, the submersible pump with an air pipe of the
일방에 흡입구와 타방에 배출구를 가진 케이싱과,A casing having an inlet on one side and an outlet on the other,
상기 케이싱 내에 고정되어 회전 구동하기 위한 전동기와,An electric motor fixed in the casing and driven to rotate;
상기 전동기의 출력축의 축심이 수평인 가로방향, 또는, 상기 축심이 수평으로부터 소정 각도 경사지게 배치되는 상기 출력축에 연결되어 회전 구동되는 임펠러와,An impeller connected to and driven to rotate in a horizontal direction in which the shaft center of the output shaft of the motor is horizontal, or to the output shaft in which the shaft center is disposed inclined at a predetermined angle from the horizontal;
상기 케이싱에 고정되며, 유체를 흡입하기 위한 개구부가 형성된 흡입 커버를 구비하는 수중 펌프에 있어서,In the submersible pump having a suction cover fixed to the casing and having an opening for sucking fluid,
상기 임펠러의 상류측이며 또한 상기 수중 펌프 내에 배치된 토출구로부터 공기를 상기 수중 펌프 내에 흡인하기 위한 공기관과,an air pipe for sucking air into the submersible pump from a discharge port located upstream of the impeller and disposed in the submersible pump;
상기 공기관에의 공기의 공급, 또는 차단하기 위한 공기 개폐 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that an air opening/closing valve for supplying or shutting off air to the air pipe is provided.
본 발명 2의 공기관붙이 수중 펌프는, 본 발명 1의 공기관붙이 수중 펌프에 있어서, 상기 공기관붙이 수중 펌프는, 상기 임펠러로 구동되는 유체의 유로가 상기 축심에 대해 경사져 있는 수중 사류 펌프, 또는 상기 유체의 유로가 상기 축심 방향인 수중 축류 펌프인 것을 특징으로 한다.In the submersible pump with an air tube according to the
본 발명 3의 공기관붙이 수중 펌프는, 본 발명 1 또는 2의 공기관붙이 수중 펌프에 있어서, 상기 흡입구 측의 수위를 검지하는 수위계와, 상기 수위계의 수위 검출값에 의해 상기 공기 개폐 밸브의 개폐를 제어하는 개폐 밸브 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.In the submersible pump with an air pipe according to the
본 발명 4의 공기관붙이 수중 펌프는, 본 발명 3의 공기관붙이 수중 펌프에 있어서, 상기 개폐 밸브 제어 수단은, 상기 공기 개폐 밸브를 개폐할 때의 수위가, 상기 수위의 상승시와 상기 수위의 하강시에 다른 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.In the submersible pump with an air pipe according to the fourth aspect of the present invention, in the submersible pump with an air tube according to the third aspect of the present invention, the opening/closing valve control means controls the water level when opening and closing the air opening/closing valve when the water level rises and when the water level falls. It is characterized in that it performs other control on.
본 발명 5의 공기관붙이 수중 펌프는, 본 발명 1 내지 4의 공기관붙이 수중 펌프에 있어서, 상기 토출구는, 상기 토출구의 중심축이 상기 축심과 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.In the submersible pump with an air tube according to the
본 발명 6의 공기관붙이 수중 펌프는, 본 발명 1 내지 5의 공기관붙이 수중 펌프에 있어서, 상기 토출구는, 상기 임펠러와 대향하여 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.The submersible pump with an air pipe according to the sixth aspect of the present invention is characterized in that, in the submersible pump with an air tube according to the
본 발명 7의 공기관붙이 수중 펌프는, 본 발명 1 내지 6의 공기관붙이 수중 펌프에 있어서, 상기 공기관은, 상기 흡입 커버 또는 상기 케이싱에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.The submersible pump with an air tube according to the seventh aspect of the present invention is characterized in that in the submersible pump with an air tube according to the first to sixth aspects of the present invention, the air tube is connected to the suction cover or the casing.
본 발명 8의 공기관붙이 수중 펌프 설비는, 본 발명 1 내지 7의 공기관붙이 수중 펌프를 이용한 수중 펌프 설비로서, 상기 공기관붙이 수중 펌프는, 하천 또는 수로를 가로지르는 수문, 또는 통문(通門; sluiceway)에 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다.The submersible pump facility with an air pipe according to the
본 발명의 공기관붙이 수중 펌프와 그 설비는, 흡입구측 수위가 전량 배수 운전 가능한 최저 수위 이하가 되면, 공기관으로부터 공기를 공급하므로, 전량 배수 운전으로부터 기중 대기 운전으로 순시(瞬時)에 이행할 수 있다. 기중 대기 운전 중에 흡입구측 수위가 상승하면, 공기를 차단하여, 기중 대기 운전으로부터 전량 배수 운전으로 순시에 이행할 수 있다. 따라서, 기수 혼합 운전을 단시간에, 또는 없애고 종료시키므로, 진동을 줄이면서, 정격 회전수로의 운전을 유지하며, 펌프의 기동과 정지의 반복을 억제하는 것이 가능해졌다.The submersible pump with an air pipe and its equipment according to the present invention supplies air from the air pipe when the water level on the inlet side becomes lower than the minimum water level capable of draining the entire amount, so that the full amount draining operation can be switched to the air standby operation in an instant. . If the water level on the inlet side rises during the air standby operation, the air is cut off, so that the air standby operation can be switched from the air standby operation to the total amount drain operation in an instant. Therefore, since the rider mixing operation is terminated in a short period of time or eliminated, it is possible to reduce vibration, maintain operation at the rated rotational speed, and suppress repeated starting and stopping of the pump.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태의 공기 공급 회로(60)를 구비한 수중 사류 펌프(1)를 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태의 수중 사류 펌프(1)에 공기를 공급 또는 차단하기 위한 공기 공급 회로(60)의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시형태의 수중 사류 펌프(1)에 공기를 공급 또는 차단하기 위한 전동(電動) 밸브 제어 회로(71)의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 흡입구측 수위를 상승/하강시켰을 때의 본 발명의 제1 실시형태의 수중 사류 펌프(1)의 전류와 진동을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 흡입구측 수위를 상승/하강시켰을 때의 종래의 수중 사류 펌프의 전류와 진동을 나타내는 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 제2 실시형태의 공기 공급 회로(60)를 구비한 수중 축류 펌프(10)를 나타내는 종단면도이다.Fig. 1 is a longitudinal sectional view showing a submersible mixed
Fig. 2 is an explanatory diagram showing an outline of an
3 is a flowchart showing an example of an operation of an electric
Fig. 4 is a graph showing the current and vibration of the submersible mixed
Fig. 5 is a graph showing current and vibration of a conventional submersible mixed flow pump when the water level on the inlet side is raised/lowered.
Fig. 6 is a longitudinal sectional view showing a submersible
〔제1 실시형태의 수중 사류 펌프(1)〕[Submersible
이하, 본 발명의 제1 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시형태의 수중 사류 펌프(1)를 나타내는 종단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태의 수중 사류 펌프(1)는, 하천, 수로, 하수로 등을 가로질러 설치된 수문 또는 통문의 문체(100)에, 브라켓(101) 등을 개재하여 볼트 등으로 고정되어 있다. 또, 수중 사류 펌프(1)의 케이싱(2)의 플랜지부를, 직접, 수문 또는 통문의 문체(100)에 고정하는 구조의 것이어도 된다. 이들 구조는, 수문(게이트)에 수중 펌프를 탑재하여 양자를 일체화한 것으로, 게이트 펌프(일본상표등록 제2585973호, 일반 명칭은 「펌프 게이트」임)라고 불리고 있는 것이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the 1st embodiment of this invention is described based on drawing. 1 is a longitudinal sectional view showing a submersible mixed
본 실시형태의 수중 사류 펌프(1)는, 임펠러(32)로부터 토출되는 유체의 흐름이, 출력축(31)의 중심선으로부터 경사 방향으로 유체를 보내는 사류 펌프라고 불리고 있는 것이다. 수중 사류 펌프(1)는, 일방에 흡입구(21)(도 1의 좌측)와 타방(도 1의 우측)에 배출구(22)를 가진 케이싱(2)을 가지고 있다. 케이싱(2)의 내부에는, 임펠러(32)를 회전 구동하기 위한 전동기(3)가 고정되어 있다. 수중 사류 펌프(1)의 전동기(3)에는, 흡입구(21) 측에 출력축(31)이 장착되고, 출력축(31)에 임펠러(32)가 고정되며, 전동기(3)의 회전 토크가 임펠러(32)에 전달된다. 임펠러(32)보다 하류측에 인접하여, 케이싱(2)의 내주와 오일룸(34)의 외주와의 사이에, 안내 날개(33)가 고정되어 있다. 안내 날개(33)는, 임펠러(32)로 끌어올려지는 물을 안내하고 있다.The submersible mixed
케이싱(2)의 배출구(22) 측에는, 개폐 가능하게 지지된 플랩 밸브(4)가 배치되어 있다. 이 플랩 밸브(4)는, 케이싱(2)의 상부에 배치한 지점(支點; 4a)에서, 요동이 자유롭게 장착되어 있다. 플랩 밸브(4)는, 배출구(22)로부터의 물의 토출 압력이 낮을 때에는, 자중에 의해 닫히고, 물의 토출 압력이 높아지면, 상부의 지점(4a)을 중심으로 하여 개방됨으로써, 배출구(22)로부터의 물의 배출을 가능하게 한다. 케이싱(2)의 흡입구(21)에는, 물을 흡입구(21)에 원활하게 유도하기 위한 흡입 커버(5)가 고정되어 있다. 흡입 커버(5)의 끝단의 개구부(53)는, 수평으로부터 경사 하방을 향하고 있고(영각 θ), 이 개구부(53)로부터 상류측의 하천수를 흡입한다.On the
도 1에 도시된 바와 같이, 수중 사류 펌프(1)는, 이 출력축(31)의 축심(311)이 수평하게 배치되어 있다. 수로의 바닥면(102)으로부터, 흡입 커버(5)의 개구부(53)의 상부 가장자리(흡입 안내판(511)의 하면)(531)까지의 높이를 Y1, 수로의 바닥면(102)으로부터 임펠러(32)의 하단까지의 높이를 Y3으로 하면, Y1이 Y3보다 높은 위치에 배치되어 있다. 또, 흡입 커버(5)의 개구부(53)의 상부 가장자리(531)는, 전동기(3)의 출력축(31)의 축심(311)보다 낮은 위치에 배치되어 있다. 개구부(53)의 하부 가장자리(532)는, 수로의 바닥면(102)으로부터 Y2의 높이이다. 수위가 개구부(53)의 하부 가장자리(532)의 수위(Y2) 이하일 때는, 임펠러(32)의 하단까지의 높이(Y3)보다 낮은 위치이므로, 수중 사류 펌프(1)는 하천수를 흡입하는 일은 없다. 도 1의 좌측에 나타내는 수위는, 본 발명의 제1 실시형태의 수중 사류 펌프(1)의 운전에 있어서, 수위 하강시, 또는, 수위 상승시의 전량 배수 운전 가능한 수위와, 대기 운전 수위(기중 대기 운전)의 경계를 나타낸 것이다.As shown in FIG. 1 , in the submersible
공기 공급 회로(60)Air supply circuit (60)
도 2는, 수중 사류 펌프(1)에 공기를 공급 또는 차단하기 위한 공기 공급 회로(60)의 개요를 나타내는 블록도이다. 공기 공급 회로(60)는, 수위계(70), 전동 밸브 제어 회로(71), 전동 공기 밸브(63), 공기관(64), 토출구(65) 등으로 이루어진다. 대기인 공기는, 수중 사류 펌프(1)의 운전 중의 흡인력(부압)에 의해, 전동 공기 밸브(63), 공기관(64)을 통과하여, 토출구(65)로부터 케이싱(2) 내에 흡인된다. 토출구(65)는, 흡입 커버(5)에 장착된 공기관(64)에 배관되어 있다. 전동 공기 밸브(63)는, 물에 젖지 않도록, 수밀(水密)하게 밀봉된 수납실(66) 내에 수납되어 있다(도 1 참조). 관(管)인 토출구(65)의 중심축선은, 수중 사류 펌프(1)의 출력축(31)의 축심(311)과 평행하게 배치되어 있다. 보다 정확하게는, 토출구(65)의 중심축선은, 출력축(31)의 축심(311)보다 낮은 위치에 배치되어 있다. 즉, 임펠러(32)와 대향하여, 축심(311)보다 낮은 위치에 토출구(65)가 배치되어 있다.FIG. 2 is a block diagram showing an outline of an
이 때문에, 토출구(65)로부터 흡인된 공기는, 그 공기의 부력에 의해 약간 상방을 향하면서, 임펠러(32)의 중심 방향과 임펠러(32)의 상하에 거의 균일하게 흡입된다. 전동 공기 밸브(63)의 개폐의 타이밍은, 전동 밸브 제어 회로(71)에 의해 제어된다. 수위계(70)는, 상류측의 하천의 수위를 상시 계측하는 것으로, 수압 등으로 그 수위를 계측하는 것이다. 이 구조, 기능은, 주지 기술이며 그 설명은 생략한다. 전동 밸브 제어 회로(71)는, 수중 사류 펌프(1)가 가동되어 있을 때, 수위계(70)의 수위를 보면서 전동 공기 밸브(63)의 개폐를 제어한다. 전동 공기 밸브(63)의 개폐 제어는, 수위계(70)에서 검지된 수위에 따라 수행한다. 도 1에서, 가장 좌측부에는, 수위 하강시의 전량 배수 운전시로부터 기중 대기 운전으로 전환할 때, 전동 공기 밸브(63)를 개방하는 수위를 나타내고 있다. 이 우측에는, 수위 상승시에, 기중 대기 운전으로부터 전량 배수 운전으로 전환할 때의 전동 공기 밸브(63)를 닫는 수위를 나타내고 있다.For this reason, the air sucked in from the
수위 하강시와 수위 상승시에 있어서, 전동 공기 밸브(63)의 개폐의 수위 위치가 다른 이유는, 이하와 같다. 즉, 수위의 상승시와 하강시에, 기수 혼합 운전을 회피하기 위해, 『수위 강하시는, 흡입 커버(5)의 개구부(53)의 상부 가장자리(531) 부근까지 수위가 있으면, 케이싱(2) 내는 만수 상태로 전량 배수 운전이 이루어지며, 상부 가장자리(531)보다 수위가 내려가면 흡입 커버(5)로부터 공기를 흡입한다. 상부 가장자리(531) 부근의 수위가 되는 「공기 밸브 개방 수위」(본 실시형태에서는, 상부 가장자리(531)보다 10mm 정도 높은 수위)에서 전동 공기 밸브(63)를 개방하고, 공기관(64)으로부터 공기를 케이싱(2) 내에 흡인하여, 케이싱(2) 내의 물을 한번에 낙수시켜, 순시에 전량 배수 운전으로부터 기중 대기 운전으로 이행한다.』 또한, 『수위 상승시는, 수위가 임펠러(32)의 60% 이상의 높이가 되면, 임펠러(32)가 스스로 케이싱(2) 내의 물을 토출할 수 있게 된다. 수위 상승시의 이 부근의 수위에 있어서, 기수 혼합 운전을 확실히 회피하기 위해, 그 수위보다 약간 낮은 수위가 되는 「공기 밸브 폐쇄 수위」(본 실시형태에서는, 임펠러(32)의 55% 정도의 수위)에서 전동 공기 밸브(63)를 닫고, 공기관(64)으로부터의 공기를 차단하여, 수위가 전량 배수 운전 가능 수위(임펠러(32)의 약 60% 수위)에 도달하면, 기중 대기 운전으로부터 전량 배수 운전으로 순시에 이행한다.』 이상의 이유로, 수위 하강시와 수위 상승시에 있어서, 전동 공기 밸브(63)의 개폐의 수위 위치가 다르다.The reason why the water level position of opening/closing of the
공기 공급 회로(60)의 작동Operation of
도 3은, 공기 공급 회로(60)의 전동 밸브 제어 회로(71)의 동작예를 나타내는 흐름도이다. 이 흐름도는, 도 1에 도시된 위치에, 전동 공기 밸브(63)의 「공기 밸브 개방 수위」, 「공기 밸브 폐쇄 수위」를 설정한 경우의 제어예이다. 전동기(3)(도 1)의 전원을 온으로 한다(S1). 전동기(3)의 운전 시간을 설정하는 타이머 카운터를 제로로 설정하고, 공기를 차단하는 상태인 전동 공기 밸브(63)의 밸브를 닫는다(S2, S3). 이 제어 장치의 동작 개시시는, 제어상은 전량 배수 운전 상태이다. 다음에, 수위계(70)에서, 취수측의 수위를 계측하여 수위 데이터를 얻는다(S4). 이 수위 데이터가, 「공기 밸브 폐쇄 수위 이상」(도 1 참조)인지 여부를 판단한다(S5).3 is a flowchart showing an operation example of the electric
S3에서 전동 공기 밸브(63)는 닫혀 있고, 이 S5에서, 수위가 「공기 밸브 폐쇄 수위 이상」인 경우(YES), 즉, 이 수위는 기중 대기 운전이 아니라, 전량 배수 운전 영역의 수위이다(도 1 참조). 이 경우(YES), 「전동 공기 밸브(63): 폐쇄?」인지 여부를 판단한다(S12). 전동 공기 밸브(63)가 닫혀 있는 경우(YES)는, 전량 배수 운전 가능한 상태이며, 타이머 카운터를 제로로 설정하여(S14), 「수위 계측」(S4)으로 되돌아가 전량 배수 운전을 속행한다. 전동 공기 밸브(63)가 닫히지 않은 경우(NO), 전동 공기 밸브(63)가 닫히고(S13), 타이머 카운터를 제로로 설정하여(S14), 마찬가지로 「수위 계측」(S4)으로 되돌아가 전량 배수 운전을 속행한다.In S3, the
S5에서, 수위가 「공기 밸브 폐쇄 수위 이상?」이 아닌 경우(NO), 다시, 이 수위가 「공기 밸브 개방 수위 이하?」인지 여부를 판단한다(S6). 이 S6에서, 수위가 「공기 밸브 개방 수위 이하」인 경우(YES), 이 때의 수위는, 「수위 하강시」, 「수위 상승시」를 불문하고, 기중 대기 운전 영역인 것을 의미한다(도 1 참조). 이 기중 대기 운전 영역이라고 판단된 경우(YES), 전동 공기 밸브(63)가 열려 있을 필요가 있으므로, 확인을 위해 다음 단계 S7로 진행되어, 「전동 공기 밸브(63): 개방?」인지 여부를 판단한다(S7). 이미, 전동 공기 밸브(63)가 열려 있는 경우(YES), 단계 S9로 진행된다. 전동 공기 밸브(63)가 닫혀 있는 경우(NO), 기중 대기 운전 영역이기 때문에, 전동 공기 밸브(63)를 열고, 전동기(3)를 기중 대기 운전하는 가동 시간을 설정한다(S8, S9). 이 가동 시간의 설정은, 수위가 낮은 영역이며, 필요 이상으로 기중 대기 운전을 계속할 필요는 없으므로, 전동기(3)의 가동 시간을 설정하는 것이다. S10에서, 기중 대기 운전으로 이행한 시간이 「가동 시간 이상?」인지 여부를 판단한다.In S5, if the water level is not "Above the air valve closing level?" (NO), it is judged again whether the water level is "below the air valve opening level?" (S6). In this S6, when the water level is "below the air valve opening level" (YES), the water level at this time means that it is in the air standby operation area regardless of "when the water level falls" or "when the water level rises" (Fig. 1). If it is judged that this air standby operation region (YES), the
이 전동기(3)의 가동 시간이 설정 시간 이상이 아닌 경우(NO), 단계 S4로 되돌아가는, 즉, 기중 대기 운전을 계속한다. 전동기(3)가 가동 시간 이상의 경우(YES), 전동기(3)의 전원을 끈다(단계 S11). 즉, 설정한 수중 사류 펌프(1)의 운전 시간이 설정 시간에 도달하였으므로 운전을 정지하는 것이다. 한편, S6에서, 수위가 「공기 밸브 개방 수위 이하?」가 아닌 경우(NO), S15로 이행한다. 이 때의 수위는, 「공기 밸브 폐쇄 수위 이상?」(S5)도 아니고, 「공기 밸브 개방 수위 이하?」(S6)도 아니므로, 이 때의 수위는, 「공기 밸브 개방 수위」와 「공기 밸브 폐쇄 수위」의 사이의 중간 수위를 의미한다(도 1 참조). 이 중간 수위에서는, 수위 상승시는 전동 공기 밸브(63)를 열어 두고, 수위 하강시는 전동 공기 밸브(63)를 닫아 두는 설정 영역이다.When the operating time of the
이 S15의 「전동 공기 밸브(63): 개방?」에 있어서, 전동 공기 밸브(63)를 열고 있는 경우(YES), 「수위 상승시」의 상태인 것을 의미한다. 「수위 상승시」에 있어서, 상기 중간 수위인 수위 영역은, 기중 대기 운전 영역이다. 전동 공기 밸브(63)를 그대로 열려 있는 상태로 하고, S9로 진행하여 기중 대기 운전을 설정 시간까지 속행한다. 즉, 이 중간 수위에 있어서, 전동 공기 밸브(63)가 이미 열려 있다는 것은, 통상은 수위가 상승하고 있는 것을 의미하며, 이 수위에서는 기중 대기 운전 수위를 의미한다. 이 때문에 전동 공기 밸브(63)는 열린 상태 그대로이다. 그리고, S4로 진행하여, 전동기(3)의 운전을 속행한다. 이 단계 S15의 「전동 공기 밸브(63): 개방?」에 있어서, 전동 공기 밸브(63)를 열지 않은 경우(NO)는, 수위 하강 상태인 것을 의미한다. 전동 공기 밸브(63)를 닫은 채로 운전을 속행한다. 즉, 이 중간 수위에 있어서, 전동 공기 밸브(63)가 열려 있지 않다는 것은, 수위가 하강하고 있는 「수위 하강시」이며, 전량 배수 운전 영역인 영역을 의미하고, 전동 공기 밸브(63)가 닫힌 상태로, 타이머 카운터를 제로로 설정(S16)하고, 「수위 계측」(S4)으로 되돌아가 전량 배수 운전을 속행한다.In this S15 "Electric air valve 63: open?", when the
이상의 동작을 개괄하면, 이하와 같은 제어가 된다. 예를 들어, 운전자가 수중 사류 펌프(1)의 전동기(3)의 스위치(도시생략)를 켜서 ON으로 하면, 전동기(3)는 회전을 개시하여, 상류측의 하천수를 끌어올려 하류측으로 흘려보낸다. 전동 밸브 제어 회로(71)는, 수위계(70)로부터의 수위 신호에 의해, 현재의 수위를 판단하고, 전동 공기 밸브(63)의 개폐를 제어하며, 전량 배수 운전, 기중 대기 운전인지를 선택한다. 그리고, 그 수위가 상승 중인지, 또는 하강 중인지 여부에 따라, 전동 공기 밸브(63)의 개폐의 타이밍을 바꾼다. 수위가 하강 중, 전량 배수 운전 중에 흡입구측 수위가 저하되어도, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡입구측 수위가 「공기 밸브 개방 수위」 이상 높으면, 개구부(53)로부터 공기를 흡입하지 않으므로, 흡입 커버(5) 내 및 케이싱(2) 내는 물로 채워져 있다. 따라서, 수중 사류 펌프(1)는 정격 회전수로 전량 배수 운전이 계속해서 수행된다. 그리고, 전량 배수 운전의 수위로부터 수위가 하강하는 경우, 전동 밸브 제어 회로(71)는, 「공기 밸브 개방 수위」의 위치에 도달하면 전동 공기 밸브(63)를 열고, 공기를 공기관(64)을 통해, 수중 사류 펌프(1)에 공급한다. 이 공기의 공급에 의해, 수중 사류 펌프(1)는, 한번에 기중 대기 운전 모드가 된다.If the above operation is summarized, the control becomes as follows. For example, when the driver turns on the switch (not shown) of the
기중 대기 운전으로부터 수위가 상승하는 경우, 전동 밸브 제어 회로(71)는, 「공기 밸브 폐쇄 수위」의 위치에 도달하면 전동 공기 밸브(63)를 닫고, 공기관(64)에 의한 수중 사류 펌프(1)에의 공기를 차단한다. 이 공기의 차단에 의해, 본 실시형태에서는 수위가 임펠러(32)의 60% 이상이 되었을 때, 임펠러(32)가 스스로 케이싱(2) 내의 물을 토출할 수 있는 상태가 되므로, 수중 사류 펌프(1)는, 한번에 기중 대기 운전 모드로부터 전량 배수 운전 모드가 된다. 또한, 수위가 상승 중, 전량 배수 운전 중에 흡입구측 수위가 저하되어도, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡입구측 수위가 「공기 밸브 폐쇄 수위」에서, 전동 공기 밸브(63)를 닫으므로, 이 수위보다 높으면, 개구부(53)로부터 공기를 흡입하지 않으므로, 흡입 커버(5) 내 및 케이싱(2) 내는 물로 채워져 있다. 따라서, 수중 사류 펌프(1)는 정격 회전수로 전량 배수 운전이 계속해서 수행된다. 「공기 밸브 개방 수위」와 「공기 밸브 폐쇄 수위」는, 펌프(수중 사류 펌프(1))가 설치되는 자연조건, 정확하게는 현장조건에서도 다르므로, 실제로 설치되는 하천에서 운전을 수행하여, 그 결과로 최적의 수위를 결정하면 좋다.When the water level rises from the air standby operation, the electric
흡입구측 수위가 도 1의 「공기 밸브 개방 수위」보다 저하되면, 개구부(53)로부터 공기가 흡입된다. 이 개구부(53)로부터 공기가 흡입되기 전에 전동 공기 밸브(63)가 열리고, 공기관(64)을 통해, 공기가 공급된다. 그 결과, 수중 사류 펌프(1)의 흡입 커버(5) 내 및 케이싱(2) 내의 물이 순시에 낙수하여, 임펠러(32)가 물을 토출시키지 않게 되기 때문에, 펌프 내 압력이 내려가, 플랩 밸브(4)가 자중과 외수의 압력에 의해 닫히고, 임펠러(32)가 공기 중에 노출된 기중 대기 운전(전동기(3)는 정격 회전수로 회전 구동 상태를 계속)이 되기 때문에 진동이 작아, 전동기(3)에의 부담이 적다. 흡입구측 수위가 더욱 저하되어도, 설정된 시간 내(예를 들어 도시하지 않은 타이머로 설정)이면, 기중 대기 운전을 계속한다. 따라서, 본 발명의 제1 실시형태의 수중 사류 펌프(1)는, 기수 혼합 운전이 없기 때문에, 진동이 적다. 본 실시형태의 수중 사류 펌프(1)는, 흡입구측 수위가 전량 배수 운전 가능한 최저 수위 이하가 되면, 전량 배수 운전으로부터 기중 대기 운전으로 순시에 이행하고, 기중 대기 운전 중에 흡입구측 수위가 상승하여 전량 배수 운전 가능 수위(임펠러(32)의 약 60% 수위)에 도달하면, 기중 대기 운전으로부터 전량 배수 운전으로 순시에 이행한다. 이 결과, 기수 혼합 운전이 없고, 진동을 줄여, 정격 회전수로의 운전을 유지할 수 있다.When the water level on the suction port side is lower than the “air valve opening water level” in FIG. 1 , air is sucked in from the
수위가 흡입 커버(5)의 개구부(53)의 하부 가장자리(532)의 수위(Y2) 이하인 경우, 물리적으로 하천수를 흡입할 수는 없으므로, 공기관(64)의 토출구(65)로부터 케이싱(2) 내에 공기를 흡인할 필요는 없지만, 기중 대기 운전의 수위(도 1 참조)에서는, 전동 공기 밸브(63)를 개방한 상태로, 설정된 시간 내(도시하지 않은 타이머로 설정)이면, 기중 대기 운전을 계속한다. 이 제어에 의해, 수중 사류 펌프(1)의 기동과 정지의 반복을 억제하는 것이 가능해진다. 도 4는 본 발명의 본 실시형태의 수중 사류 펌프(펌프 구경이 300mm)(1)의 전동기(3)의 전류(A)와 진동(주: X방향, Y방향, Z방향의 합성 진동)(μm)을 나타내는 그래프이다. 도 4에서는, 흡입구측 수위를 200mm로부터 600mm까지 상승시킨 후, 200mm까지 하강시키고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수위가 상승할 때는, 기중 대기 운전으로부터 전량 배수 운전으로 순시에 이행하고, 수위가 하강할 때는, 전량 배수 운전으로부터 기중 대기 운전으로 순시에 이행하며, 기수 혼합 운전이 일어나지 않기 때문에, 전류(A)의 변동과, 진동(μm)의 변동이 작아진다.When the water level is below the water level Y2 of the
도 5는 공기관을 구비하지 않은 종래의 수중 사류 펌프(펌프 구경이 300mm)의 전동기(3)의 전류(A)와 진동(주: X방향, Y방향, Z방향의 합성 진동)(μm)을 나타내는 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 수중 사류 펌프는 개구부(53)의 상부 가장자리(531)로부터 공기를 흡입하여 기수 혼합 운전이 일어나기 때문에, 기중 대기 운전으로부터 전량 배수 운전으로의 전환, 및 전량 배수 운전으로부터 기중 대기 운전으로의 전환에 시간이 걸리고, 진동도 크다. 이에 반해 본 발명의 제1 실시형태의 수중 사류 펌프(1)는, 도 4에 도시된 바와 같이 기수 혼합 운전이 일어나지 않기 때문에, 기중 대기 운전으로부터 전량 배수 운전으로의 전환, 및 전량 배수 운전으로부터 기중 대기 운전으로의 전환이 순시에 수행되며, 진동도 작다.5 shows the current (A) and vibration (note: synthesized vibration in the X, Y, and Z directions) (μm) of the
〔제2 실시형태의 수중 축류 펌프(10)〕[Submersible
도 6에 도시된 제2 실시형태의 수중 축류 펌프(10)는, 전술한 제1 실시형태의 것과 다른 구조의 펌프이다. 수중 축류 펌프(10)는, 출력축(31)의 축심(311) 방향으로 유체를 보내는 펌프로서, 일방(도 6의 좌측)에 흡입구(21)와, 타방(도 6의 우측)에 배출구(22)를 가진 케이싱(2)을 가지고 있다. 케이싱(2)의 내부에는, 회전 구동하기 위한 전동기(3)가 고정되어 있다. 전동기(3)에는, 배출구(22) 측에 출력축(31)이 장착되며, 출력축(31)에 임펠러(32)가 고정되고, 전동기(3)의 회전이 임펠러(32)에 전달된다. 임펠러(32)보다 흡입구(21) 측(상류측)에는, 케이싱(2)의 내주와 오일룸(34)의 외주와의 사이에 안내 날개(33)가 고정되어 있다. 안내 날개(33)는, 임펠러(32)로 끌어올려지는 물을 안내하고 있다.The submersible
케이싱(2)에는, 배출구(22) 측에 개폐 가능하게 지지된 플랩 밸브(4)가 장착되어 있다. 플랩 밸브(4)는, 배출구(22)로부터의 물의 토출 압력이 낮을 때에는, 자중에 의해 닫히고, 물의 토출 압력이 높아지면 상부의 지점(4a)을 중심으로 하여 개방됨으로써, 배출구(22)로부터의 물의 배출을 가능하게 한다. 케이싱(2)의 흡입구(21)에는, 물을 흡입구(21)에 원활하게 유도하기 위한 흡입 커버(5)가 고정되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 흡입 커버(5)는, 1장 이상의 판재로부터 상판, 측판 등으로 형성되어 있다. 제2 실시형태의 수중 축류 펌프(10)에는, 전술한 제1 실시형태와 마찬가지의 원리로 동작하는 공기 공급 회로(60)가 배치되어 있다. 수위계(70), 전동 밸브 제어 회로(71), 전동 공기 밸브(63), 공기관(64), 토출구(65) 등으로 이루어진다.The
대기인 공기는, 수중 축류 펌프(10)의 운전 중의 흡인력에 의해, 전동 공기 밸브(63)에 연결된 공기관(64)이 2개로 분기되고, 분기관(도시생략)으로부터 각각 2개의 토출구(65)로부터 케이싱(2) 내에 흡인된다. 2개의 토출구(65)는, 전동기(3)의 외주의 좌우, 즉 전동기(3)의 양측을 사이에 두고 흡입 커버(5) 내에, 토출구(65)가 각각 배치되어 있다. 이 토출구(65)는, 흡입 커버(5)에 고정된 공기관(64)에 배관되어 있다. 토출구(65)의 중심축선은, 수중 축류 펌프(10)의 출력축(31)의 축심(311)과 평행하게 배치되어 있다. 정확하게는, 토출구(65)의 중심축선은, 출력축(31)의 축심(311)보다 약간 낮은 위치에 배치되어 있다. 즉, 임펠러(32)의 정면에 대향하도록, 축심(311)보다 낮은 위치에 토출구(65)가 배치되어 있다. 제2 실시형태의 수중 축류 펌프(10)의 전동 공기 밸브(63)를 작동시키기 위한 수위계, 제어 회로 등은, 실질적으로 제1 실시형태의 수중 사류 펌프(1)와 동일하며, 그 설명은 생략한다. 또, 도 6의 가장 좌측부에 도시된 바와 같이, 수위 하강시와 수위 상승시에 있어서, 전동 공기 밸브(63)의 개폐의 수위 위치가 다른 이유는, 이하와 같다. 즉, 수위의 상승시와 하강시에, 기수 혼합 운전을 회피하기 위해, 『수위 강하시는, 흡입 커버(5)의 개구부(53)의 상부 가장자리(531) 부근까지 수위가 있으면, 케이싱(2) 내는 만수 상태로 전량 배수 운전이 이루어지며, 상부 가장자리(531)보다 수위가 내려가면 흡입 커버(5)로부터 공기를 흡입한다.Atmospheric air, due to the suction force during operation of the submersible
상부 가장자리(531) 부근의 수위가 되는 「공기 밸브 개방 수위」(본 실시형태에서는, 상부 가장자리(531)보다 10mm 정도 높은 수위)에서 전동 공기 밸브(63)를 열고, 공기관(64)으로부터 공기를 케이싱(2) 내에 흡인하여, 케이싱(2) 내의 물을 한번에 낙수시켜, 순시에 전량 배수 운전으로부터 기중 대기 운전으로 이행한다.』 또한, 『수위 상승시는, 수위가 임펠러(32)의 60% 이상의 높이가 되면, 임펠러(32)가 스스로 케이싱(2) 내의 물을 토출할 수 있게 된다. 수위 상승시의 이 부근의 수위에 있어서, 기수 혼합 운전을 확실히 회피하기 위해, 그 수위보다 약간 낮은 수위가 되는 「공기 밸브 폐쇄 수위」(본 실시형태에서는, 임펠러(32)의 55% 정도의 수위)에서 전동 공기 밸브(63)를 닫고, 공기관(64)으로부터의 공기를 차단하여, 수위가 전량 배수 운전 가능 수위(임펠러(32)의 약 60% 수위)에 도달하면, 기중 대기 운전으로부터 전량 배수 운전으로 순시에 이행한다.』 이상의 이유로, 수위 하강시와 수위 상승시에 있어서, 전동 공기 밸브(63)의 개폐의 수위 위치가 다르다.The
[그 밖의 실시형태][Other embodiments]
이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전술한 실시형태의 전동 공기 밸브(63)는, 모터를 사용한 액추에이터로 구동하는 밸브이지만, 이를 솔레노이드 전자석을 사용한 전자 밸브이어도 된다. 또한, 전술한 수중 사류 펌프(1) 및 수중 축류 펌프(10)는, 모두 전동기(3)의 출력축(31), 및 이에 연결되어 있는 임펠러(32)의 축심은, 수평한 가로방향으로 배치되어 있는 것이다. 그러나, 이 축심을 수평으로부터 경사시킨 것이어도 된다. 또한, 기수 혼합 운전을 회피하기 위해 공기관에 공급되는 공기는 대기이지만, 적극적으로 펌프 케이싱 내의 물을 낙수시키기 위해, 블로어 또는 컴프레서에 의한 가압 공기를 공급해도 된다. 나아가, 전술한 수중 사류 펌프(1), 및 수중 축류 펌프(10)의 흡입 커버(5)의 형상은, 수중 펌프의 구조에 따라 다르다. 따라서, 본 발명에서 말하는 흡입 커버(5)란, 펌프 본체의 흡입측의 커버에 한정하지 않고 본체 부분을 포함하는 개념이다.As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment. For example, although the
1…수중 사류 펌프
10…수중 축류 펌프
100…문체
101…브라켓
102…수로의 바닥면
2…케이싱
21…흡입구
22…배출구
3…전동기
31…출력축
311…축심
32…임펠러
33…안내 날개
34…오일룸
4…플랩 밸브
5…흡입 커버
60…공기 공급 회로
63…전동 공기 밸브One… submersible mixed flow pump
10... submersible axial flow pump
100... literary style
101... Brackets
102... bottom of waterway
2… casing
21... intake
22... outlet
3... electric motor
31... output shaft
311... axis
32... impeller
33... guide wing
34... oil room
4… flap valve
5... suction cover
60... air supply circuit
63... motorized air valve
Claims (8)
상기 케이싱 내에 고정되어 회전 구동하기 위한 전동기와,
상기 전동기의 출력축의 축심이 수평인 가로방향, 또는, 상기 축심이 수평으로부터 소정 각도 경사지게 배치되는 상기 출력축에 연결되어 회전 구동되는 임펠러와,
상기 케이싱에 고정되며, 유체를 흡입하기 위한 개구부가 형성된 흡입 커버를 구비하는 수중 펌프에 있어서,
상기 임펠러의 상류측이며 또한 상기 수중 펌프 내에 배치된 토출구로부터 공기를 상기 수중 펌프 내에 흡인하기 위한 공기관과,
상기 공기관에의 공기의 공급, 또는 차단하기 위한 공기 개폐 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기관붙이 수중 펌프.A casing having an inlet on one side and an outlet on the other,
An electric motor fixed in the casing and driven to rotate;
An impeller connected to and driven to rotate in a horizontal direction in which the shaft center of the output shaft of the motor is horizontal, or to the output shaft in which the shaft center is disposed inclined at a predetermined angle from the horizontal;
In the submersible pump having a suction cover fixed to the casing and having an opening for sucking fluid,
an air pipe for sucking air into the submersible pump from a discharge port located upstream of the impeller and disposed in the submersible pump;
A submersible pump with an air pipe characterized by comprising an air opening/closing valve for supplying or shutting off air to the air pipe.
상기 공기관붙이 수중 펌프는, 상기 임펠러로 구동되는 유체의 유로가 상기 축심에 대해 경사져 있는 수중 사류 펌프, 또는 상기 유체의 유로가 상기 축심 방향인 수중 축류 펌프인 것을 특징으로 하는 공기관붙이 수중 펌프.The method of claim 1,
The submersible pump with an air tube is a submersible mixed-flow pump in which a flow path of fluid driven by the impeller is inclined with respect to the shaft center, or a submersible axial flow pump in which the flow path of the fluid is in the direction of the shaft center.
상기 흡입구 측의 수위를 검지하는 수위계와,
상기 수위계의 수위 검출값에 의해 상기 공기 개폐 밸브의 개폐를 제어하는 개폐 밸브 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기관붙이 수중 펌프.According to claim 1 or claim 2,
a water level gauge for detecting a water level on the suction port side;
The submersible pump with an air pipe characterized by comprising an on/off valve control means for controlling opening and closing of the air on/off valve based on a water level detection value of the water level gauge.
상기 개폐 밸브 제어 수단은, 상기 공기 개폐 밸브를 개폐할 때의 수위가, 상기 수위의 상승시와 상기 수위의 하강시에 다른 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 공기관붙이 수중 펌프.The method of claim 3,
The on-off valve control means performs different controls on the water level when the air on-off valve is opened and closed when the water level rises and when the water level falls.
상기 토출구는, 상기 토출구의 중심축이 상기 축심과 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기관붙이 수중 펌프.According to claim 1 or claim 2,
In the discharge port, a central axis of the discharge port is disposed parallel to the axis of the air pipe submersible pump.
상기 토출구는, 상기 임펠러와 대향하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기관붙이 수중 펌프.According to claim 1 or claim 2,
The air pipe submersible pump characterized in that the discharge port is arranged to face the impeller.
상기 공기관은, 상기 흡입 커버 또는 상기 케이싱에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 공기관붙이 수중 펌프.According to claim 1 or claim 2,
The air pipe is connected to the suction cover or the casing.
상기 공기관붙이 수중 펌프는, 하천 또는 수로를 가로지르는 수문, 또는 통문(通門; sluiceway)에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 공기관붙이 수중 펌프 설비.As a submersible pump facility using the submersible pump with an air pipe according to claim 1 or 2,
The submersible pump with air tube is mounted on a water gate or sluiceway crossing a river or waterway.
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