JPH0794834B2 - ポンプ機場 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主として、降雨時の出水を排水する為に設けら
れる先行待機運転を実施するポンプ機場に関し、さら
に、平常時におけるポンプの管理運転にも利用できるも
のに関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭63−90697号公報に記載されてい
るように、ポンプ没水時の水位がこれ以下では空気を吸
込む最低水位レベルに相当するポンプ固有のポンプ特定
部位より僅かに上方位置に羽根車を設け、上記最低水位
レベル相当する水位より低い水位になったとき、真空破
壊により空転状態とし、落水させて排水運転ができない
ようにしたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

通常、降雨情報などに基づいて先行待機運転を行うに
は、吸水槽や管渠の貯留効果が増大することから、出来
る限り低い水位で、排水運転ができることが望ましく、
かつ、吸水槽の水位レベルに応じ適切な流量とすること
が、渦防止や吸水槽のサージ現象に対し有効で、ポンプ
の安定な運転ができる。

しかしながら上記従来技術は、最低水位レベルより低い
水位で排水運転する配慮がされておらず例えば、吸込ベ
ルの吸込口からこの径の1.4〜1.7倍の公知の最低水位レ
ベルより体い水位では排水運転ができない。

本発明の目的は、先行待機運転を行う複数台の立軸ポン
プを同一の吸水槽に設置する場合に、有害な渦を発生せ
ずに最低水位レベルよりも低い水位で排水運転を可能と
し、かつ急激な排水開始や排水停止による吸水槽のサー
ジ現象を緩和できるポンプ機場を得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、ポンプ羽根車下方のケーシング内に一端
側が連通され他端側が大気に開放される吸気管を備え、
揚水運転中の水位が、それ以下では、吸込ベルマウスか
ら空気を吸込んでしまう最低水位レベルに相当する水位
より低い水位から先行待機運転を行う立軸ポンプを、第
一吸水槽内に複数台設置し、かつ該複数の立軸ポンプの
羽根車位置を互いに上下方向にずらし、前記複数の立軸
ポンプの排水開始水位を互いに異ならせ、かつ立軸ポン
プの羽根車を各立軸ポンプにかかる前記最低水位レベル
に相当する位置より下方に配置することにより達成され
る。

〔作用〕

最低水位レベルに相当する水位よりも低い水位から先行
待機運転を行う立軸ポンプにおいては、水位が羽根車の
近傍に達したときに実際の排水が開始する。したがっ
て、複数の立軸ポンプの羽根車が同一レベルに配置され
ていると、それらの立軸ポンプが同一時に実際の排水を
開始することになる。この点、本発明によれば、複数の
立軸ポンプの羽根車位置を互いに上下方向にずらし、複
数の立軸ポンプの揚水開始水位を互いに異ならせたこと
から、吸込水槽全体から見たときの揚水開始をポンプ単
位で段階的に行わせることができる。これにより、複数
の先行待機運転ポンプが全台同時に排水を開始すること
により生じる吸水槽のサージ現象を緩和でき、かつ電源
設備に対する負荷の急激な増加を軽減できる。

また、羽根車を最低水位レベルに相当する位置より下方
に配置したことから、最低水位レベルより低い水位から
揚水を開始することができ、揚水開始水位が下がる分だ
け、吸水槽の実質的な貯留能力を増加でき、集中豪雨の
ような急激な増水に対する貯留効果を増大することがで
きる。

なお、最低水位レベルより低い水位から揚水を開始する
場合の渦の問題は、吸気管を備えたことにより解決され
る。つまり、揚水中に水位が吸込ベルマウスから空気を
吸込んでしまう最低水位レベルより低下しても、吸気管
から空気が吸込まれるレベル以下になると、水位の低下
に応じた量の空気がポンプに吸気される。これにより、
ポンプによる実質的な揚水量が減少し、最低水位レベル
より低い水位で運転しても、吸込ベルマウスからの空気
巻き込みによる渦を防止した排水が可能となり、異常振
動や騒音を防止できる。

他方、最低水位レベルに相当する水位から吸気管とポン
プケーシングとの連通部位までの距離を、ポンプ吸込部
の損失水頭と吸気管の連通部位における速度水頭分との
和と同等もしくはその和よりも小さく設定することが好
ましい。これによれば、水位下降時における吸気管から
の吸気開始、及び水位上昇時における吸気管からの吸気
停止を、最低水位レベルを境にして実現できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図により説明する。

第１図において、羽根車１を収納したポンプケーシング
４のケーシングライナー２の下方向にポンプケーシング
の吸込ベル３が接続され、かつ、上方側にはポンプケー
シング４の一部である揚水管５および吐出エルボ６が接
続され立軸ポンプを構成している。吐出エルボ６の吐出
側には吐出管７及び吐出弁８が設けられている。また、
羽根車１の下方近傍には吸気孔９が設けられ、吸気孔９
と連結して吸気管10が設けられ、吸気管10に吸気量調整
弁11が設けられ、吸気管10の吸込口12が吸水槽に設置さ
れた流量制御装置を構成している。吸気孔９は従来の最
低水位レベル、すなわち、この水位以下では吸込ベル３
から空気を吸込む最低水位レベルWL1において該吸気孔
９から吸気されない位置に設けられている。吸気孔９に
おける静圧（Ｐ）ｍは、次式で表わさ ここで、 Po:大気圧（10.3m）、 Ba:飽和蒸気圧（0.3m）、 l:水面から吸気孔までの距離（ｍ）、 hs:ポンプケーシング吸込部損失水頭（ｍ）、 υ：吸気孔部の取扱液の流速（ｍ） 吸気孔９における静圧ＰがPo−Baより大きくなれば吸気
はしない。よって、 とすれば吸気はしない。従って従来の最低水位レベルWL
1より下方で だけ下方に吸気孔９を設ければ水位が、WL1以上の範囲
Ａでは吸気をしないので、所定のポンプ能力で排水運転
を行うことができる。水位が、WL1より低い範囲Ｂでは
式においてｌが減少するので、Ｐが大気圧より小さく
なり吸気を行う。吸気量は吸気量調節弁11により、適切
な損失が与えられているので、水位に伴い、適切な量の
吸気を行い流量制御を行う。範囲Ｂにおいて、水位が、
WL2の場合は、Ｐは大気圧より若干低い程度であるので
吸気量が少く、ポンプの流量も若干減少する。この場
合、ポンプの没水深さS1はこの時のポンプ流量に対して
十分であるので渦は発生しない。水位がWL3の場合、Ｐ
は水位の低下にほぼ比例して低下するので、大気圧より
その分小さくなり、吸気量が増大し、ポンプの流量も大
幅に少くなり、没水深さS2でも渦が発生しない流量とす
ることができる。水位がWL4の場合、吸気量はポンプ流
量の15％〜20％となり揚水不能となって空転運転状態と
なる。この時の没水深さS3は、揚水不能となる直前の流
量において渦の発生しない長さになるように、吸込ベル
入口のレベルを設計する。尚水位の変動する全範囲にお
いて、吸気量調節弁11の開度は一定である。従来の最低
水位レベルWL1以下でも渦が発生せず、異常な振動や騒
音のでない安全な運転が可能となる。また空転運転から
排水運転に移行する羽根車１が若干没水する水位及び排
水運転から空転運転に移行する水位WL4より若干高い水
位において、ポンプの流量は吸気により所定の流量の約
半分程度に制御されているので、排水開始及び排水停止
時の流量変化が少く、サージ現象が緩和できポンプの安
定な運転が可能である。

なお、20は吸水槽の底壁である。

第２図及び第３図は、第１図に示す立軸ポンプが複数台
設置される場合の実施例を示す。

第２図は、各ポンプの羽根車位置が同レベルに設けられ
た場合の例である。この場合、各ポンプは前述のように
流量制御によりサージ現象の緩和は図られているが、各
ポンプ共、排水開始水位WL5、排水停止水位WL4が同一で
あり、複数台分の流量が一度に排水、あるいは排水停止
されることになり、吸水槽のサージ現象が問題となる恐
れがある。更に急激は負荷変動により電源設備に悪影響
を及ぼす恐れもある。

第３図は、第２図の例の改良例で、この実施例では、各
ポンプは羽根車位置がそれぞれ異なる位置にあり、各ポ
ンプの排水開始水位、排水停止水位は別個のものとな
る。No.1ポンプ、No.2ポンプ、No.3ポンプの排水開始水
位、排水停止水位はそれぞれ、WL51,WL41,WL52,WL42,WL
53,WL43となる。出水により水いが上昇しWL51に達する
とNo.1ポンプは排水を開始する。この時No.2,No.3ポン
プは依然空転状態を維持している。さらに水位が上昇し
WL52に達するとNo.2ポンプが排水を開始し、WL53に達す
るとNo.3ポンプが排水を開始する。このように順次に空
転運転状態から排水運転に移行するので、急激な排水が
阻止でき、急激な水位低下が生じなくなり、サージ現象
を緩和できる。更に負荷の急激な変動も避けられる。一
方水位が低下する状況下を考えると、WL43となるとNo.3
ポンプのみがまず排水運転から空転状態へと移行し、以
下WL42,WL41と水位が低下するにつれ、No.2ポンプ、No.
1ポンプと空転運転状態へと移行する。従って、急激排
水停止が阻止でき、急激な水位上昇が生じなくなり、サ
ージ現象を緩和でき、負荷変動も緩和できる。

以上により、サージ現象と負荷変動が緩和できるので安
定したポンプの運転が行える。

次に第４図を用いて、吸気管10がゴム等の異物により閉
塞した場合の自液による逆洗方法について述べる。第１
図に示すような構成の立軸ポンプに吸気管10の一部とポ
ンプケーシングの吐出管７をパイプ14で連結し、パイプ
14にバルブ13を設けた。水位が排水開始水位WL5以上の
状態において、吐出弁８をポンプの原動機がオーバーロ
ードしない範囲で絞り運転を行う。この時、通常閉とし
てあるバルブ13を開とし、ポンプの高圧水を吸気管10に
流すことにより、吸気管10につまっている異物を逆洗で
きる。尚、第４図は吸気管10と吐出管７をパイプで連結
したものであるが、吸気管10とポンプケーシングの吐出
エルボ６を連結しても良い。

次に第５図を用いて、吸気管10がゴミ等の異物により閉
塞した場合における水道水や処理水あるいはろ過水等に
よる逆洗方法について述べる。第１図に示すような立軸
ポンプにおいて、吸気管10の１部と給水装置15をパイプ
14で連結しパイプ14にバルブ13を設けた。この時水位は
どの状態にあってもよい。給水装置15より水を送り、通
常閉としてあるバルブ13を開とし、給水装置15から高圧
水を吸水管10に流すことにより、吸気管10の異物を逆洗
できる。

以上述べたように、本発明の立軸ポンプによれば水位に
応じて自動的かつ適切な吸気を行えるので、従来の最低
水位レベルより、「ポンプ吸込部損失＋吸気孔部速度水
頭分」の距離程度低い水位まで排水運動が可能となり、
かつ渦の発生や空気の吸込ベル下端から巻き込みを防止
できる。また、急激な排水開始や排水停止が緩和できる
ので吸水槽のサージ現象も緩和でき、安定したポンプ運
転ができる。

第１図に示す実施例では、吸気管の吸入口を吸水槽内上
部の大気に開放させているので、吸水槽内の臭いが吸気
管を通してポンプ上部の大気に漏れ出ることがなく、ま
た、運転の誤操作等により吸気管より取扱液が逆流して
も外部に漏れ出ることがない。

第３図に示す実施例では、複数台のポンプが設置される
場合、それぞれ立軸ポンプの羽根車の位置を上下にずら
して配置し、排水運転開始水位に差をつけるようにした
ので、出水により水位が上昇すると水位上昇に従って順
次１台ずつ排水を開始し、水位が低下し待機運転へ移行
する際も順次空転運転待機へと移行する。したがって、
全台のポンプが同時に排水運転を行ったり、空転運転待
機へと移行することがなくなるので、吸水槽のサージ現
象を防止でき、負荷変動も軽減できるので、安定な運転
を行うことができるという効果がある。

第４図に示す実施例によれば、吸気管がゴミ等の異物に
より閉塞した場合、ポンプの吐出弁を締切又は、絞った
状態で運転すれば、ポンプの高圧水により逆洗できるの
で、簡単に吸気管内の異物が除去できる効果がある。ま
た第５図に示す実施例では、吸気管がゴミ等の異物によ
り閉塞した場合、給水装置から清水等を高圧給水するよ
うにしているので、第４図に示す実施例よりさらに確実
に異物の除去ができ、しかも吸水槽水位に関係なく吸気
管の逆洗が可能である。尚、第４図の実施例では、吸気
管を自液により逆洗しているので装置を簡単化できる効
果はある。

〔発明の効果〕 本発明によれば、複数の立軸ポンプの羽根車位置を互い
に上下方向にずらし、複数の立軸ポンプの揚水開始水位
を互いに異ならせたことから、吸込水槽全体から見たと
きの揚水開始をポンプ単位で段階的に行わせることがで
きる。これにより、急激な排水開始による吸水槽のサー
ジ現象を緩和でき、かつ電源設備の負荷変動を軽減でき
る。

しかも、水位が吸気管から空気が吸込まれるレベル以下
に低下すると、ポンプに空気が吸い込まれて実質的な揚
水量が減少するので、有害な渦の発生が防止されるこ
と、およびこれに合わせて羽根車を最低水位レベルより
下方に配置していることから、最低水位レベルより低い
水位から揚水開始を行わせることができ、揚水開始水位
を低くすることができ、その分、吸水槽の深さを小さく
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図はそれぞれ本発明のポンプ機場の実施例
と、これに適用した立軸ポンプの実施例を示す側面図で
ある。 １……羽根車、２……ケーシングライナ、 ３……吸込ベル、４……ポンプケーシング、 ５……揚水管、６……吐出エルボ、７……吐出管、 ８……吐出弁、９……吸気孔、10……吸気管、 11……吸気量調整弁、12……吸込口、 13……バルブ、14……パイプ、15……給水装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ羽根車下方のケーシング内に一端側
   が連通され他端側が大気に開放される吸気管を備え、揚
   水運転中の水位が、それ以下では、吸込ベルマウスから
   空気を吸込んでしまう最低水位レベルに相当する水位よ
   り低い水位から先行待機運転を行う立軸ポンプを、同一
   吸水槽内に複数台設置し、かつ該複数の立軸ポンプの羽
   根車位置を互いに上下方向にずらし、前記複数の立軸ポ
   ンプの排水開始水位を互いに異ならせるとともに、前記
   複数の立軸ポンプの羽根車を前記最低水位レベルに相当
   する位置より下方に配置してなることを特徴とするポン
   プ機場。
2. 【請求項２】請求項１に記載のポンプ機場において、前
   記最低水位レベルに相当する水位から前記吸気管と前記
   ポンプケーシングとの連通部位までの距離を、ポンプ吸
   込部の損失水頭と前記吸気管の前記連通部位における速
   度水頭分の和と同等もしくは該和よりも小さく定めたこ
   とを特徴とするポンプ機場。