JPH0378593A - 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
されている。

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層性じている。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）の吸込側ケーシング２に大気中に開
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（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が開かれ分岐管３を通して羽
根車室６に吸気され、揚水が遮断されて気中運転に切り
換わる。

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−っである。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が低いかに関係なく
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
が無理なく続行されるのに対し、水位が上記最低氷位Ｌ
ＷＬ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換わり、
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
吸込側ケーシング２だけ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、交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換わる。

この交軸ポンプによれば、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
や吸気弁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図の交軸ポンプにおいて、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換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
に切り換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図で説明した交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交軸ポンプを提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の交軸ポンプは、羽根車室に連通ずる吸込側ケー
シングに接続された逆Ｕ字状の分岐管の中間位置から別
の分岐管が垂下され、この別の分岐管の下部開放端が、
逆Ｕ字状の分岐管の垂下部の下部開放端と上記吸込側ケ
ーシングおよび逆Ｕ字状の分岐管の相互の接続口との中
間の高さに設定されていると共に、当該立軸ポンプの吐
出側ケーシングの内部圧力と上記吸込側ケーシングの内
部圧力との差圧により開閉動作し、かつ吐出側ケーシン
グの内部圧力が上記吸込側ケーシングの内部圧力よりも
高い状態のときに閉じそれ以外の状態のときには開（よ
うに構成された空気弁が別の分岐管の中間位置に介在さ
れ、上記逆Ｕ字状の分岐管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。

〔作　用〕

この構成によれば、気中運転中には空気弁が開いている
。そして、気中運転時に水位が別の分岐管の下部開放端
を水封する位置よりも下位にある場合には、立下り管の
下部開放端と別の分岐管の下部開放端の双方または別の
分岐管の下部開放端からの羽根車室への空気の吸い込み
が続き、空気弁は開いた状態を維持するため、揚水は行
われず気中運転が無理なく続行される。

そして、水位が別の分岐管の下部開放端を水封する水位
に達したときには、ポンプ羽根車の自吸作用によって吸
込側ケーシングから揚水が開始される。このときの水位
が揚水開始水位である。また、こうして揚水運転が行わ
れると、吐出側ケーシングの内部圧力が吸込側ケーシン
グの内部圧力よりも高くなるため、空気弁が閉じる。し
たがってそれ以後に水位が揚水開始水位付近で上下して
別の分岐管の下部開放端が水面によって断続的に開放さ
れたとしてもその影響がポンプの運転状態に及ばない。

揚水開始水位よりも水位が上位にあるときには吸込側ケ
ーシング２を通して揚水運転が続行される。

一方、揚水運転中には空気弁は閉じている。したがって
、揚水運転中に水位が下がっても、その水位が分岐管の
下部開放端に達するまでは揚水運転が続行される。

水位がさらに下がって分岐管の下部開放端よりも下位に
なったときには、その下部開放端の水封が解除されて開
放されるため、羽根車室の負圧によりその下部開放端か
ら逆Ｕ字状の分岐管を経て羽根車室に吸気され、その吸
気によって吸込側ケーシングなどを満たしている揚水が
遮断され、気中運転に切り換わる。

〔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。

この立軸ポンプにおいて、ポンプ羽根車１の前方（上流
側）の吸込側ケーシング２に立上り管３１の下端部が接
続され、この立上り管３１の上端部に水平管３２が接続
され、この水平管３２の端部に密閉タンク３３が接続さ
れている。また、密閉タンク３３の内部空間には立下り
管３４の上部開放端３５が臨まされている。これらの立
上り管３１、水平管３２、密閉タンク３３および立下り
管３４は全体として本発明の構成要素である逆Ｕ字状の
分岐管３を構成しているのであって、分岐管３の下部開
放端（すなわち立下り管３４の下部開放端）３６が上記
吸込側ケーシング２との連通口３７よりも下位、具体的
には当該立軸ポンプの最低水位ＬＷＬと同位かまたはそ
れよりや＼上位に設定されている。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側ケーシング２の
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、分岐管３の折返し部（すなわち水平管
３２）は羽根車室６に発生する吸込揚程よりも高い位置
に設定されている。

一方、上記密閉タンク３３の底部から別の分岐管４が立
ち下げられ、その分岐管４の下部開放端４１が逆Ｕ字状
の上記分岐管３の下部開放端３６と上記連通口３７との
中間の高さに設定されている。さらに、別の分岐管４に
空気弁５が介在されている。

第２Ａ図および第２Ｂ図に上記空気弁５を例示しである
。この空気弁５は、弁箱５１の内部空間がゴム膜などで
形成されたダイヤフラム５２によって上室５３と下室５
４とに仕切られ、この上室５３と下室５４との圧力差に
よりダイヤフラム５２が上下に変位すると、ダイヤフラ
ム５２に弁棒５５を介して設けられている弁体５６が、
上記別の分枝管４の内部通路の一部を形成している接続
通路５９の弁座５８に離接してその接続通路５９を開閉
するようになっている。そして、上記ダイヤフラム５２
がばね５７０力で常時上方に付勢されている。したがっ
て、上室５３と下室５４とが両方とも大気圧になってい
るときには第２Ａ図のようにばね５７の力で弁体５６が
押し上げられて弁座５８から離れ、上記継手通路５９が
開かれている。

また、上室５３の内圧が下室５４の内圧よりも高いとき
には、その差圧により第２Ｂ図のようにダイヤフラム５
２がばね５７の力に抗して下方に変位し、弁体５６が押
し下げられて弁座５８に圧接し、上記継手通路５９が閉
じられる。

このような空気弁５において、上室５３は連通管１００
を介して当該立軸ポンプの吐出側ケーシング９の内部空
間に連通されている一方、下室５４は連通管２００を介
して上記密閉タンク３３の内部空間に連通されている。

次に、吸水井Ｐの水位が上昇する場合とその水位が下降
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）水位が上昇する場合 第１Ａ図の仮想線で示すように水位匈、が立下り管３４
の下部開放端３６に達していないときは、その下部開放
端３６や別の分岐管４の下部開放端４１が開放している
。また、吐出側ケーシング９の内部空間には揚水されて
いないため、空気弁５の上室５３と下室５４は共に大気
圧となり、第２Ａ図のように継手通路５９が開かれてい
る。したがって、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３６．４１から立下り管３４別
の分岐管４、密閉タンク３３、水平管３２、立上り管３
１および連通口３７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。

第１Ｂ図のように水位が最低水位ＬＷＬに達し立下り管
３４の下部開放端３６を水封する位置と別の分岐管４の
下部開放端４１を水封する水位−２よりも下位にある場
合（下部開放端４１が水封されろ水位を含んでいない。

）には、立下り管３４がらの吸気は行われないが、別の
分岐管４の下部開放端４１は開放されたままになってお
り、しかも空気弁５は第２Ａ図のように継手通路５９を
開いた状態を維持するため、矢印すのように別の分岐管
４の下部開放端４１から吸い込まれた空気が別の分岐管
４、密閉タンク３３、水平管３２、立上り管３１および
連通口３７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。

第１Ｃ図のように水位が別の分岐管４の下部開放端４１
を水封する水位ＮＷＬに達した場合、その水位ＮＷＬは
上記最低水位ＬＷＬよりも上位であり、しかも別の分岐
管４の下部開放端４１からの吸気も行われなくなるため
、ポンプ羽根車１がその自吸作用によって吸込側ケーシ
ング２の残留空気を吸込んで速やかに揚水運転に切り換
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、以下の説明では別の
分岐管４の下部開放端４１を水封したときの水位ＮＷＬ
を揚水開始水位という。

このようにして揚水運転が行われ、揚水が吐出側ケーシ
ング９を満たすと、空気弁５の上室５３の内圧が下室５
４の内圧よりも高くなり、第２Ｂ図のように継手通路５
９が閉じられる。したがって、空気弁５によって継手通
路５９が閉じられてから後にたとえば水位が揚水開始水
位ＮＷＬ付近で上下し、上記下部開放端４１が水面によ
って断続的に開放されたとしてもその影響がポンプの運
転状態に及ぶことはない。揚水開始水位ＮＷＬよりも水
位が上位にあるときには吸込側ケーシング２を通して揚
水運転が続行される。そして、このような揚水運転時に
は、分岐管３の折返し部、すなわち上記水平管３２が羽
根車室６に発生する最大負圧による吸込揚程よりも高い
位置に設定されているために、立下り管３４には上記羽
根車室６の負圧に相当する高さＨ３だけ水が吸い上げら
れて釣り合った状態になる。

（２）水位が下降する場合 水位が揚水開始水位ＮＷＬに達していないときは、空気
弁５によって継手通路５９は閉じられたままであるため
、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、ならびに水位が揚水開始水位Ｎ
ＷＬよりも下位に下がり、最低水位ＬＷＬに達するまで
の間も同様である。

水位が最低水位ＬＷＬより少しでも下位に下がると、立
下り管３４の下部開放端３６の水封が解除されてその下
部開放端３６が開放されるため、立下り管３４に一定高
さまで吸い上げられている水がその下部、開放端３６か
ら吸水井Ｐ内に落下し、それに伴って羽根車室６の負圧
によりその下部開放端３６から立下り管３４、密閉タン
ク３３、水平管３２、立上り管３１および連通口３７を
経て羽根車室６に吸気される。そして、その吸気によっ
て吸込側ケーシング２などを満たしている揚水が速やか
に遮断され、無理なく気中運転に切り換わる。このよう
にして−旦揚水運転から気中運転に切り換わると、空気
弁５の上室５３と下室５４とが同じ内圧になるため、第
２Ａ図のように継手通路５９が開かれて別の分岐管４の
下部開放端４１からも吸気が行われるようになる。した
がって、水位が上記最低水位ＬＷＬ付近で上下に変動し
て立下り管３４の下部開放端３６が断続的に開閉されて
も、そのことの影響がポンプ運転状態に及ぶことはない
。なお、揚水運転から気中運転に切り換わるときに、立
下り管３４で水柱を形成していた水が空気に随伴するこ
とがあるが、このような随伴水は密閉タンク３３を通過
するときに気水分離され、別の分岐管４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ＮＷＬ、
すなわち別の分岐管４の下部開放端４１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、すなわち揚水遮断が最低水位ＬＷＬ、す
なわち分岐管３の下部開放端３６と同一レベルの水位を
基準として行われる。そして、揚水開始水位ＮＷＬと最
低水位（揚水遮断水位）ＬＷＬとの間には一定の高低差
があるため、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。

この実施例では、密閉タンク３３を分岐管３の中間位置
に介在させ、その密閉タンク３３によって気水分離が行
われるように構成しであるが、ハンチング現象を防止す
るためだけであれば、密閉タンク３３が省略され、立上
り管３１と水平管３２と立下り管３４とによって逆Ｕ字
状の分岐管３が形成されていてもよい。その場合、空気
弁５の介在されている別の分岐管４はそのような分岐管
３の中間位置から分岐されていればよい。

〔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）との間に一定の高低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図は立軸ポンプの作用説明図、第２八図
および第２Ｂ図は空気弁の断面図、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・・・吸込側ケーシング、３・・・逆Ｕ字状の分岐管
、４・・・別の分岐管、５・・・空気弁、６・・・羽根
車室、９・・・吐出側ケーシング、３２・・・水平管（
逆Ｕ字状の分岐管の折返し部）、３６・・・逆Ｕ字状の
分岐管の下部開放端、３７・・・連通口、４１・・・別
の分岐管の下部開放端。 第１Ａ 図 第１０ ス 第 Ｂ 図 才 ３ 図 第 図

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字状の分岐管の中間位置から別の分岐管が垂下され
   、この別の分岐管の下部開放端が、逆Ｕ字状の分岐管の
   下部開放端と上記吸込側ケーシングおよび逆Ｕ字状の分
   岐管の相互の連通口との中間の高さに設定されていると
   共に、当該立軸ポンプの吐出側ケーシングの内部圧力と
   上記吸込側ケーシングの内部圧力との差圧により開閉動
   作し、かつ吐出側ケーシングの内部圧力が上記吸込側ケ
   ーシングの内部圧力よりも高い状態のときに閉じそれ以
   外の状態のときには開くように構成された空気弁が別の
   分岐管の中間位置に介在され、上記逆Ｕ字状の分岐管の
   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
   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。