JP4381660B2

JP4381660B2 - 空気抜き弁を設けたポンプユニット装置

Info

Publication number: JP4381660B2
Application number: JP2002210575A
Authority: JP
Inventors: 統渡辺
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP2003113952A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気抜き弁を設けたポンプユニット装置に関し、特に、ポンプ起動後、所定の圧力によって閉止することができるポンプユニット用空気抜き弁と、この空気抜き弁を備え、ポンプを円滑に作動することができるポンプユニット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポンプユニットは、上、中、下水、農業用水、汚水、工業排水等に用いられている。特に、マンホール用のポンプユニットは、マンホール内に沈めた水中ポンプの吐出管にボール逆止め弁を配設し、水中ポンプの停止時に圧送した汚水が逆流しないようにしたユニットである。また、このボール逆止め弁の一次側に空気抜き弁を設けて、水中ポンプの起動時に、この空気抜き弁より吐出管内の残留空気を排出させるようにしている。
【０００３】
この種の空気抜き弁の一つには、汚水による浮力によって弁閉となる空気抜き弁構造が提案されている（特開２０００−１７０９３９号公報）。また、図１０〜図１２に示すように、空気によって弁閉となる空気抜き弁構造も知られている。何れの場合も無負荷時には、連通状態で弁開となっている点については同じである。
【０００４】
前者の構造は、ボールを遊動可能に収容する弁室と、弁室内に流入口と流出口を備え、流入口から弁室内に流入した汚水の浮力によってボールが浮上し、浮上した弁体が弁座に着座することによって閉止するように構成されている。
後者の構造は、本体１内の弁室２に花形状に開けられた流入口３とシールリング４を有する流出口５を設け、この弁室２内に金属製の中空ボール６を移動自在に収納したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の構造は、汚水による浮力によって弁閉となる空気抜き弁であるため、弁室内に異物が侵入してボールの遊動作用を妨げたり、また、流入口に異物が付着して空気抜き弁としての機能を妨げて有効に発揮し得ない等の課題があった。
【０００６】
また、後者の構造は、図９に示すように、ポンプの起動により、ボール弁体７ａを有する逆止め弁７の一次側本管８内に残留している空気により、空気抜き弁のボール６が即座に持ち上がって弁閉となってしまい、空気抜き弁９の本来の機能である本管８内の空気を確実に抜くという作業ができず、場合によっては、エアロック現象によってポンプによる圧送ができない状態となってしまうおそれがあった。
【０００７】
この現象を示すグラフを図１３に示す。同図によると、ポンプ起動と同時に空気圧０．０１ＭＰａ程度で空気抜き弁は全閉となるため、圧力は急激に上昇するが、空気を圧縮するため圧送できず、途中まで持ち上がった汚水が下方に戻るためこれに伴って圧力も降下し、以後この現象を繰り返すことにより、同グラフに示すように、本管の内圧がみだりに変動することになる。なお、本例における本管口径は、２・１／２Ｂであり、ポンプ出力は、０．４ｋＷ程度である。また、圧力測定部位は空気抜き管分岐部位である。
【０００８】
しかも、後者の空気抜き弁は、金属製の中空ボール６を用いているため、全閉時において、二次側弁座を確実に封止することができない場合があり、空気抜き管の細管内に汚水が流入して、空気抜き弁の流入口３が異物等によって詰まってしまうおそれも有していた。
【０００９】
本発明は、従来のこの種の空気抜き弁が有していた課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、ポンプの起動時にエアロック現象を生ずることなく所定のポンプ揚送が可能となり、しかも空気抜き弁の全閉状態を確実に保持することができ、しかも、ポンプ吐出管内に空気を取り込む際に発生する空気吸い込み音を発生させないようにした空気抜き弁を設けたポンプユニット装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、マンホール内にポンプを配置し、このポンプの吐出管先端に逆止め弁を装着し、この逆止め弁の一次側ボデーに連結した空気抜き管を延設させ、この空気抜き管の先端に空気抜き弁を設け、この空気抜き弁の一次側弁座の位置を、前記逆止め弁の二次側フランジより上方に配置し、この空気抜き弁の弁本体内には、球状弁体を収納し、この球状弁体を弁閉圧力無負荷時に一次側弁座に着座させ、この弁座は、扇形隆起部を対向位置に設けて弁本体内の一次側の流路口から二次側弁座にかけて連通状態とし、かつ、一次側弁座のポート径Ｄ１と二次側弁座のポート径Ｄ２をＤ１＞Ｄ２とし、前記球状弁体が一次側弁座に着座しているときに球状弁体と二次側弁座との間に空間を設け、前記逆止め弁の二次側に流体が満たされ、かつ、一次側に残留空気を有する状態で前記ポンプの起動により０．０２以上で０．０５未満（Ｍｐａ）の残留空気の作動圧で空気抜き管を経由して前記球状弁体を弁閉することにより空気抜き管に空気を内封させると共に、前記逆止め弁を開状態にして汚水等の流体を揚送するようにしたポンプユニット装置である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記弁本体の二次側から一次側への空気通過能力Ｃｖ値を、２．５よりも大きく設定したポンプユニット用空気抜き弁である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明におけるポンプユニット用の空気抜き弁とこれを用いたポンプユニット装置をマンホールに適用した一例を図面に基いて説明する。
図１は、マンホール１０に水中ポンプ１１を設けた例を示しており、このマンホール１０内には、図示しない流入管から汚水Ｗが供給されている。
この水中ポンプ１１の吐出管（本管）１２の先端に逆止め弁（本例ではボール逆止め弁）１３を設け、この逆止め弁１３の二次側に仕切弁（ボール弁）１４が設けられている。更に、この仕切弁１４の二次側に流出管１５が設けられ、汲み上げられた汚水Ｗが外部に流出するように配設されている。本例におけるボール逆止め弁１３は、弁室１６内にボール１７を遊動自在に設け、弁室１６の一次側の流入口１６ａにボール１７が着座して弁閉状態で逆止め機能が発揮され、一方、流入口１６ａから汚水が圧送されると、ボール１７がガイドされて流入口１６ａから離れ、汚水が二次側の流出口１６ｂより流出する構造である。
【００１３】
図２において、１８は空気抜き管（枝管）であり、この空気抜き管１８は、本例のようにボール逆止め弁１３の一次側ボデー１３ａに直接連結する。
【００１４】
次いで、この空気抜き管１８と吐出管１２の本例における具体的な一例を示すと、図１において、吐出管１２における有効貯留水深下端水位から空気抜き管１８の分岐点の距離をａとし、空気抜き管１８の分岐点から空気抜き弁の一次側弁座までの距離をｂとする。この場合、同図におけるａの配管口径は２・１／２Ｂであり、配管長は２０００〜３０００ｍｍであり、また、ｂの配管口径は、３／４Ｂであり、配管長は約１００ｍｍ以上である。
【００１５】
次に、図４〜図６において、空気抜き弁の構造を説明する。この空気抜き弁は、空気抜き管１８の先端を弁本体１９に螺着して取付け、この弁本体１９の二次側に流出パイプ２０を螺着して取付けている。
【００１６】
更に、弁本体１９の一次側流路口２１を断面円形に形成し、この流路口２１の弁座部２２は、一対の扇形隆起部２３ａ、２３ｂを対向させて設け、この扇形隆起部２３ａ、２３ｂ以外の弁座部２２に一対のテーパ連通部２４ａ、２４ｂを対向させて形成している。本例における扇形隆起部２３ａ、２３ｂの形状例は、弁サイズ１Ｂにおいて、扇角度は９０°、高さ３〜４ｍｍ、傾斜角は６０°である。
【００１７】
図４において、弁本体１９の二次側の弁座２５は、ステンレス等の金属製の弁本体１９のキャップ１９ａに一体に形成している。
図４に示した弁体（ボール）２７は、弁本体１９内に収納され、無負荷時には、一次側流路口２１の扇形隆起部２３ａ、２３ｂに線接触状態に載置され、一方、テーパ連通部２４ａ、２４ｂによって弁本体１９内は一次側流路口２１から二次側弁座２５にかけては連通状態にあり、空気が圧送されると、この弁体２７は上方へ持ち上がって二次側流路口２６に弁閉状態に封止される。
【００１８】
前記二次側弁座２５の封止性を向上させると共に、弁体２７の持ち上がり性能を向上させるため、一次側弁座２２のポート径をＤ１、二次側弁座２５のポート径をＤ２とした場合、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有しており、また、ポンプ吐出管１２内に空気を取り込む際、空気抜き弁の二次側から吸い込む空気により発生する空気吸い込み音を解消するため、二次側から一次側への空気通過能力（空気の流れやすさ）Ｃｖ値を２．５よりも大きく設定している。
【００１９】
前記した弁体の持ち上がり性能、空気吸い込み音の試験を行い、その結果を表１に表す。
なお、Ｃｖ値の大小は、空気吸い込み音を数値で表したものに相当し、弁体の持ち上がり性能は、同一条件において、下方（一次側）より空気を送った場合、特に良好に持ち上がったものを◎、良好に持ち上がったものを○、明らかに持ち上がりがわるかったものを×とした。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表１に示すように、供試品Ｎｏ.１は、空気による弁体の持ち上がり性能は良好であったが、空気の吸い込み音が発生した。供試品Ｎｏ.２では、二次側弁座２５のポート径Ｄ２をφ１３ｍｍにしたことにより、空気の吸い込み音はやや改善された。供試品Ｎｏ.３では、図７（ａ）に示すように、二次側弁座２５′のポート径Ｄ２を、一次側弁座２２′のポート径Ｄ１よりも大きくしたところ、弁体２７が空気により持ち上がらなくなってしまった。供試品Ｎｏ.４では、図７（ｂ）に示すように、一次側弁座２２のポート径Ｄ１、二次側弁座２５のポート径Ｄ２を、Ｄ１＞Ｄ２の関係を保ちつつ、それぞれ大きくしたところ、弁体２７の持ち上がり性能は良好であり、且つ、空気吸い込み音も改善された。供試品Ｎｏ.５は、二次側から一次側への空気の流れやすさを示すＣｖ値が４．０になるよう、一次側弁座の形状を修正したところ、弁体の持ち上がり性能は良好であり、且つ、空気吸い込み音は著しく改善された。
【００２２】
前記試験結果より、空気抜き弁の二次側弁座２５のポート径Ｄ２を、一次側弁座２２のポート径Ｄ１よりも小さくすることにより、ポンプ吐出管１２内から排出され、空気抜き弁の弁室２８内に侵入した空気が、二次側弁座２５の手前で流れを絞られることにより滞留し、空気の流れの障害となっているボール弁体２７を浮き上がらせて、二次側弁座２５に確実に着座させることができることが判った。
【００２３】
さらに、Ｃｖ値が２．５よりも大きくなるよう、各弁座形状や弁内部形状を形成することにより、二次側から吸気した際の空気吸い込み音を解消することができることが判った。とりわけ、二次側弁座２５のポート径Ｄ２を弁体２７の外周直径の約１／３よりも大きくすることが効果的である。
【００２４】
この弁体２７は、球状弁体を呈し、芯材２７ａを発泡樹脂材（本例ではエポキシ樹脂系発泡体）で成形され、また、芯材２７ａの外周には、ゴム被覆層（本例ではＥＰＤＭ）２７ｂで被覆している。本例におけるボール（弁体）２７は、重量５ｇ、外径２５．４ｍｍ、芯材径２３．４ｍｍ、ゴム厚１ｍｍである。
【００２５】
この場合、弁体２７が一次側の弁座部２２に着座している際、弁体２７の上部と二次側の弁座２５の間には、弁体２７が後述する作動圧Ｐで動作するよう、ボール２７の直径の約１／４の高さで空間２９を確保するようにしている。なお、空間２９を確保することによって、空気抜き弁が多少傾いた場合等でも、弁体２７は円滑に動作することが可能である。
【００２６】
上記のポンプユニット用空気抜き弁は、図２に示すように、水中ポンプ１１の起動時に、逆止め弁１３の逆止め状態でのポンプ吐出側である吐出管１２内の所定量の空気を弁本体１９より排出した後で、弁体２７で二次側流路口２６を密封状態に弁閉するように構成されている。
【００２７】
本実施例における空気抜き弁の弁体２７の作動圧Ｐは、０．０１ＭＰａ＜Ｐ≦０．０５ＭＰａであり、約０．０２〜０．０３ＭＰａで動作するのが好ましく、少なくとも弁体２７の弁閉圧力は、０．０１ＭＰａを越える圧力である。
なお、この作動圧は、少なくとも逆止め弁１３の無負荷時の弁体（ボール）１７の作動圧（クラッキング圧、本例では０．０５ＭＰａ）を下回る値であれば良い。
【００２８】
次に、上記に示した各実施形態における作用を説明する。
図２に示すように、ポンプ１１が停止した状態において、逆止め弁１３の一次側である吐出管１２には、残留空気１２Ａがあり、一方、逆止め弁１３の二次側には、汚水が満たされているため、逆止め弁１３は、差圧が生じて弁閉状態を保持している。
【００２９】
次いで、ポンプ１１の起動時に、汚水の揚送開始と共に、吐出管１２内に残存する空気１２Ａが空気抜き管１８を経由して空気抜き弁から排出される。この場合、弁体２７は、一次側の弁座部２２に着座しているが、扇形隆起部２３ａ、２３ｂに弁体２７が線接触していると共に、テーパ連通部２４ａ、２４ｂを介して連通しているので、弁体２７が着座状態で、弁本体１９内は、一次側流路口２１から二次側弁座２５にかけて開状態に連通されている。
【００３０】
その後、ポンプ１１が稼動した後に、吐出管１２の残留空気１２Ａが空気抜き弁より略排気が終わった状態で、本例において約０．０２ＭＰａの空気圧に達すると、空気抜き弁の弁体２７が持ち上がって弁本体１９の二次側流路口２６を弁閉して密封状態を保持している。
【００３１】
さらに、空気抜き弁の二次側弁座２５のポート径Ｄ２を、一次側弁座２２のポート径Ｄ１よりも小さくすることにより、ポンプ吐出管１２内から排出され、空気抜き弁の弁室２８内に侵入した空気が、二次側弁座２５の手前で流れを絞られることにより滞留し、空気の流れの障害となっているボール弁体２７を浮き上がらせて、二次側弁座２５に確実に着座させている。
【００３２】
この状態において、図３に示すように、空気抜き管１８内には空気が内封されるので、汚水が空気抜き弁自体に浸入するおそれがない。
この状態を図８における空気抜き弁の作動を示すグラフに基づいて説明すると、ポンプ１１の稼動後、少なくともポンプ１１の揚送動作が行われるに十分な程度に吐出管（本管）１２の空気を排気し終わった状態、即ち０．０１ＭＰａを超える空気圧の一例として約０．０２ＭＰａの空気圧で空気抜き弁が弁閉となることにより、所定のポンプの揚送が継続され、ボール逆止め弁１３が全開となって吐出管（本管）１２の内圧（０．３ＭＰａ程度）が上昇し、ポンプ１１が定格能力を発揮して汚水を円滑に揚送することができる。なお、本例における本管口径、ポンプ出力、圧力測定部位は、図１３の例と同様である。
【００３３】
また、Ｃｖ値が２．５よりも大きくなるよう、各弁座形状や弁内部形状を形成することにより、二次側から吸気した際の空気吸い込み音を解消することができる。とりわけ、二次側弁座２５のポート径Ｄ２を弁体２７の外周直径の約１／３よりも大きくすることが効果的である。
なお、一次側弁座２２のポート径Ｄ１は弁体２７の直径よりも５ｍｍほど小さいものとすることにより、弁体２７を一次側弁座２２に安定して維持することができる。
さらに、一次側弁座２２、二次側弁座２５の各口径の寸法を調整することにより、ポンプ起動時から空気抜き弁が弁閉となるまでの間に、排出される空気の量をコントロールすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明によると、ポンプ起動時に、揚送開始と共に、逆止め弁の一次側に残存する空気が、空気抜き管を経由して空気抜き弁から排出されるため、エアロック現象を生ずることなく、ポンプが定格能力を発揮して円滑に揚送され、しかも、ポンプ稼動中に、汚水等の流体が空気抜き弁から排出されるおそれもない。
【００３５】
また、所定の空気圧で空気抜き弁が弁閉となることにより、所定のポンプ揚送が保持される。
【００３６】
また、球状弁体の一部が一対の扇形隆起部に線接触すると共に、扇形隆起部以外の部位から空気が供給されるため、所定の空気圧に達した際に、球状弁体が二次側の流路口を弁閉状態にすることができる。
【００３７】
更に、球状弁体のゴム被覆層で二次側の弁座に確実に着座して密封閉止することが可能となる。
【００３８】
また、空気抜き弁の二次側弁座のポート径を一次側弁座のポート径よりも小さくすることにより、ポンプ吐出管内から排出され、空気抜き弁の弁室内に侵入した空気が、二次側弁座の手前で流れを絞られることにより滞留し、空気の流れの障害となっているボール弁体を浮き上がらせて、二次側弁座に確実に着座させることが可能となる。
【００３９】
更に、Ｃｖ値が２．５よりも大きくなるよう、各弁座形状や弁内部形状を形成することにより、二次側から吸気した際の空気吸い込み音を解消することが可能となる。
【００４０】
ポンプが稼動した後に、逆止め弁のポンプ側の残存空気が排気した状態に至ると、所定の空気圧で空気抜き弁が弁閉となるため、所定のポンプの揚送が確実に継続されると共に、逆止め弁が全開となった状態で、ポンプの定格能力を効率的に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における空気抜き弁とこれを用いたポンプユニットの一例を示す全体の説明図である。
【図２】図１における逆止め弁と空気抜き弁との関連を示したポンプ起動時の部分拡大断面図である。
【図３】図２におけるポンプ稼動中の部分拡大断面図である。
【図４】図１における空気抜き弁の断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図４の弁座面のみを示した斜視説明図である。
【図７】（ａ）一次側弁座のポート径Ｄ１、二次側弁座のポート径Ｄ２とした場合、Ｄ１＜Ｄ２における作用説明図である。（ｂ）一次側弁座のポート径Ｄ１、二次側弁座のポート径Ｄ２とした場合、Ｄ１＞Ｄ２における作用説明図である。
【図８】本発明におけるポンプの稼動時間と本管内圧との関係を示したグラフである。
【図９】ポンプの起動後に生じるエアロック現象を示した従来例による部分断面図である。
【図１０】従来の一例を示した空気抜き弁の断面図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１２】図１０の弁座面のみを示した斜視説明図である。
【図１３】従来の一例におけるポンプの稼動時間と本管内圧との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１０マンホール
１１ポンプ
１２吐出管（本管）
１３ボール逆止め弁
１８空気抜き管
１９弁本体
２１一次側流路口
２２弁座部
２３ａ、２３ｂ扇形隆起部
２４ａ、２４ｂテーパ連通部
２５二次側弁座
２６二次側流路口
２７弁体
２７ａ芯材
２７ｂゴム被覆層
２８空間
Ｄ１一次側弁座のポート径
Ｄ２二次側弁座のポート径

Claims

マンホール内にポンプを配置し、このポンプの吐出管先端に逆止め弁を装着し、この逆止め弁の一次側ボデーに連結した空気抜き管を延設させ、この空気抜き管の先端に空気抜き弁を設け、この空気抜き弁の一次側弁座の位置を、前記逆止め弁の二次側フランジより上方に配置し、この空気抜き弁の弁本体内には、球状弁体を収納し、この球状弁体を弁閉圧力無負荷時に一次側弁座に着座させ、この弁座は、扇形隆起部を対向位置に設けて弁本体内の一次側の流路口から二次側弁座にかけて連通状態とし、かつ、一次側弁座のポート径Ｄ１と二次側弁座のポート径Ｄ２をＤ１＞Ｄ２とし、前記球状弁体が一次側弁座に着座しているときに球状弁体と二次側弁座との間に空間を設け、前記逆止め弁の二次側に流体が満たされ、かつ、一次側に残留空気を有する状態で前記ポンプの起動により０．０２以上で０．０５未満（Ｍｐａ）の残留空気の作動圧で空気抜き管を経由して前記球状弁体を弁閉することにより空気抜き管に空気を内封させると共に、前記逆止め弁を開状態にして汚水等の流体を揚送するようにしたことを特徴とする空気抜き弁を設けたポンプユニット装置。
前記空気抜き弁の弁本体の二次側から一次側への空気通過能力Ｃｖ値を、２．５よりも大きくした請求項１に記載の空気抜き弁を設けたポンプユニット装置。