JPH0826869B2 - 立軸ポンプ - Google Patents

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、このような一
般的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々生じている。
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
き起こされる概念があった。

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）の吸込みケーシング２にその吸込
口よりもはるかに径水でかつ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く続行される
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が開かれ径小な分岐管３を
通して羽根車室６に空気が吸い込まれ、揚水が遮断され
て気中運転に切り替わる。

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
重要な課題の一つである。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か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
吸込み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、水位が上記最低水位LW
Lに達すると上記下部開放端７が水封されるため、ベル
マウス９を含む吸込みケーシング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替わり、吸
込みケーシング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み揚
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
込みケーシング２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、立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替わる。

この立軸ポンプによれば、突発的な水位の上昇や下降
に対してポンプ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
や電動吸気弁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図の立軸ポンプにおいて、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LWL
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替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
ら気中運転への切り替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
空気吸込み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図で説明した立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立軸ポンプを提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の立軸ポンプは、羽根車室に連通する吸込みケ
ーシングに接続された逆Ｕ字状の分岐管の垂下部にＵ字
状の血管部が延出されており、この曲管部の上部開放端
が当該立軸ポンプの最低水位よりも上位に設定されてい
ると共に、上記曲管部の上部開放端のレベルと上記最低
水位との間に上記曲管部の折返し点のレベルが設定さ
れ、上記分岐管の逆Ｕ字状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み揚程よりも高い位置に設
定されており、上記分岐管は、水位が上記最低水位以上
のときにはその管路の中間部全体が外気から遮断される
ように構成されていることを特徴とする。ここで「分岐
管は、水位が上記最低水位以上のときにはその管路の中
間部全体が外気から遮断されるように構成されている」
とは、分岐管における曲管部との接続端が吸込ケーシン
グとの接続端を除く中間部全体に関して、水位が最低水
位より低いときにはその中間部の一部がたとえばドレン
抜き管に接続されて外気に開放されていてもよいが、水
位が最低水位以上のときにはその中間部の一部だけであ
っても外気に開放されるような構成を採用することがで
きないという意味であり、この点は、後に説明する実施
例によって明らかになる。

〔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。

この立軸ポンプは、ポンプ羽根車１の前方（上流側）
の吸込みケーシング２にその吸込口よりもはるかに径小
な分岐管３を連通させ、この分岐管３を逆Ｕ字状とする
と共に、その分岐管３の垂下部10にＵ字状の曲管部11を
延出してあり、さらにその曲管部11の上部開放端12が当
該立軸ポンプの最低水位LWLよりも上位に設定されてい
ると共に、上部開放端12のレベルと上記最低水位LWLと
の間に上記曲管部11の折返し点13のレベルが設定されて
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、上記分岐管３の折返し部８が上記羽
根車室６に発生する最大負圧による吸込み揚程よりも高
い位置に設定されている。

分岐管３の折返し部８を形成している水平配管には密
閉タンク14が介在されており、この密閉タンク14から立
ち下げられたドレン抜き管15の下部開放端16が上記最低
水位LWLよりも下位に設定されている。

さらに、羽根車室６の後方（下流側）の吐出ケーシン
グ17と上記分岐管３の垂下部10とが連通管18により連通
されていると共に、この連通管18に開閉19が介在されて
いる。

〔作 用〕

次に、開閉弁19が閉じている状態で吸水井Ｐの水位が
最低水位LWLの下位から上昇する場合とその水位が最低
水位LWLの上位から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）水位が最低水位LWLの下位から上昇する場合 第1A図の仮想線で示すように水位W₁が上記ドレン抜き
管15の下部開放端16に達していないときは、曲管部11の
上部開放端12や分岐管３の中間部の一部に接続されてい
るドレン抜き管15の下部開放端16が開放しているため、
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12,16から曲管部11やドレン抜き管15、分岐管
３、密閉タンク14、分岐管３と吸込みケーシング２との
連通口20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。

水位がドレン抜き管15の下部開放端16に達するとこの
下部開放端16は水封されて分岐管３の中間部全体が外気
から遮断されるが、上記曲管部11の上部開放端12は開放
したままになっているので、羽根車室６の負圧に応じて
矢印ａのように上部開放端12、曲管部11、分岐管３、密
閉タンク14、上記連通口20を経て羽根車室６に吸気され
るため、やはり揚水は行われず、気中運転が無理なく続
行される。このような気中運転は、水位が曲管部11の上
部開放端12に達するまで続行される。なお、上記のよう
に分岐管３の中間部全体が外気から遮断される状態は、
水位が最低水位LWLに達した時点で達成されればよい。

第1B図に仮想線で示すように、水位W₂が曲管部11の上
部開放端12に達し、重力あるいは羽根車室６の負圧によ
りその上部開放端12から曲管部11に水が流入して曲管部
11の内部通路が水封されると、分岐管３から羽根車室６
への吸気が遮断される。このとき、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み揚程よ
りも高い位置に設定されているため、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H₁だけ水が吸
い上げられて釣り合った状態になる。そして、このとき
の水位W₂は上記最低水位LWLよりも上位であるため、羽
根車室６の負圧により、吸込みケーシング２の残留空気
を吸込みながら速やかに揚水運転に切り替わり、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、以下の説明では曲管部11の上部開
放端12と同一レベルの水位を揚水開始水位WL₂と呼ぶ。
この水位WL₂は一般のポンプの運転開始水位（すなわち
揚水開始水位）HWLに相当する。

第1C図のように水位W₃が揚水開始水位WL₂よりも上位
にあるときも同様に円滑な揚水運転がなされる。

（２）水位が最低水位LWLの上位から下降する場合 水位が揚水開始水位WL₂に達していないときはそれま
での揚水運転が続行される。水位が揚水開始水位WL₂に
達したときも同様である。

水位が揚水開始水位WL₂と上記曲管部11の折返し点13
との間に達した場合、たとえば第２図に仮想線で示した
水位W₄に達した場合は、そのときの水位差ΔＨに見合っ
て曲管部11内の上部開放端12側の水柱の水位がΔH₁だけ
下がる一方、分岐管３の垂下部10内の水柱の水位がΔH₂
だけ上昇する。この場合、水位変動により揚水量が変わ
らず、かつ分岐管３や曲管部11の内部通路径が各部で同
一であるとすると、ΔH₁＝ΔH₂＝ΔH/2の関係が成立す
る。したがって、水位が揚水開始水位WL₂と上記曲管部1
1の折返し点13との間に達しても分岐管３の垂下部10の
水柱は羽根車室６の負圧に相当する高さH₂だけ水が吸い
上げられて釣り合った状態になり、曲管部11は水封され
たままになり、揚水運転が続行される。

吸水井Ｐの水位がさらに下がってΔH₃/2＝Ｌとなる水
位WL₁になると曲管部11内の上部開放端12側の水柱の水
位は第２図にW₅で示す位置、すなわち曲管部11の折返し
点13に達し、さらにそれよりもわずかでも下がると、曲
管部11と分岐管３の垂下部10とにわたって形成されてい
る水柱のバランスが崩れて曲管部11での水封が解除され
る。このようにして水封が解除されると、羽根車室６の
負圧により曲管部11の上部開放端12から空気が吸い込ま
れ、曲管部11、密閉タンク14、分岐管３、連通口20を経
て羽根車室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揚水が遮断され、速やかに
無理なく気中運転に切り替わる。したがって、以下の説
明では、このときの水位を揚水遮断水位WL₁と呼ぶ。こ
のときに曲管部11や分岐管３の垂下部10で水柱を形成し
ていた水が空気に同伴することがあるが、このような同
伴水は密閉タンク14を通過するときに気水分離され、ド
レン抜き管15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WL₂
（すなわち曲管部11の上部開放端12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
運転への移行は揚水遮断水位WL₁を基準として行われ、
その水位WL₁は最低水位LWLと同一もしくは上位である。
しかもその水位WL₁と上記揚水開始水位WL₂とのレベル差
は曲管部11の上部開放端側の立上り長さＬ（第２図参
照）の２倍と同じである。したがって、その立上り長さ
Ｌを適切な長さにすることにより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。

以上説明した立軸ポンプでは、曲管部11に何らかの原
因で塵芥が入り込み、その折返し点13での水切り作用
（すなわち水柱が崩れるときの水切り作用）を損ねる懸
念がある。この懸念をなくするには、揚水運転時に開封
弁19を開き、吐出ケーシング17を通っている揚水の一部
を連通管18、分岐管３の垂下部10、曲管部11を経てその
上部開放端12から流出させ、これにより曲管部11を清掃
しておけばよい。清掃後は開閉弁19を閉じておく。な
お、連通管18から流出した水が一部分岐管３の折返し部
８に流れ込んだとしても、その水は密閉タンク14を経て
ドレン抜き管15より吸水井Ｐに流入する。なお、本発明
において、ドレン抜き管15や密閉タンク14は不可欠では
なく、これらを省略することも可能であり、そのような
立軸ポンプにおいては、水位が最低水位以上であるか最
低水位より低い位置にあるかに関係なく、分岐管３の中
間部全体が常に外気から遮断された状態になる。

〔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）との間に一定のレベル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図は水位が上昇しているときの立軸ポンプの
作用説明図、第２図は揚水運転から気中運転に移行する
過程の説明図、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……吸込みケーシング、３……分岐管、６……羽根車
室、８……分岐管の折返し部、10……分岐管の垂下部、
11……曲管部、12……曲管部の上部開放端、13……曲管
部の折返し点、17……吐出ケーシング、18……連通管、
19……開閉弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】羽根車室に連通する吸込みケーシングに接
   続された逆Ｕ字状の分岐管の垂下部にＵ字状の血管部が
   延出されており、この曲管部の上部開放端が当該立軸ポ
   ンプの最低水位よりも上位に設定されていると共に、上
   記曲管部の上部開放端のレベルと上記最低水位との間に
   上記曲管部の折返し点のレベルが設定され、上記分岐管
   の逆Ｕ字状の折返し部が上記羽根車室に発生する最大負
   圧による吸込み揚程よりも高い位置に設定されており、
   上記分岐管は、水位が上記最低水位以上のときにはその
   管路の中間部全体が外気から遮断されるように構成され
   ていることを特徴とする立軸ポンプ。
2. 【請求項２】羽根車室に連通する吐出ケーシングと分岐
   管の垂下部とが連通管で連通され、この連通管に開閉弁
   が介在されていることを特徴とする請求項１記載の立軸
   ポンプ。