JPS6231197B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (A) 発明の技術分野 本発明は、揚水装置、特に例えば河川水を堰上
げして、当該堰上げされた河川水を上水道や工業
用水や潅漑用水などとして送水する揚水装置にお
いて、堰上げされた河川水を放水する際のエネル
ギーを利用して第１のスクリユー・ポンプの回転
軸を回転せしめると共に当該回転エネルギーを用
いて第２のスクリユー・ポンプを駆動して上記堰
上げされた河川水の一部をより高い水位の送水位
にポンプ・アツプし、利用できる河川水の量の大
小に大きい影響を受けないで略均一な効率の下で
運転できるようにした揚水装置に関するものであ
る。

(B) 技術の背景と問題点 従来から、河川から上水道や工業用水や潅漑用
水などを取り入れて目的地まで送水することが行
われ、この場合に水を送水位まで揚水することが
行われる。また既に取水された所定水路の水を更
により高い水位に揚水して分水することなどが行
われる。このような場合には比較的小さい落差に
相当する分を揚水するだけであることが少なくな
いが、そのためにも揚水に必要なエネルギー・コ
ストや施設の維持管理費として相当の金額が必要
となることが多い。

通常の場合使用される揚水機は翼車の高速回転
により揚水するものであるが上述の如き高々５ｍ
程度の低落差の下で効率よくかつ低コストで揚水
を行う手段として十分なものがなく、モータなど
によつてポンプを駆動する構成が採用されてい
た。

(C) 発明の目的と構成 本発明は、上記の点を解決することを目的とし
ており、例えば河川から取水する場合には河川水
の全量を取水することはなく、豊水時は勿論であ
るが渇水時においても、河川維持用水として、そ
れぞれ定められた河川流量を下流に流すことが義
務づけられている点に着目すると共に、スクリユ
ー・ポンプの場合に無段階に揚水量の調節が可能
であり、かつ流量による効率変化が少ない点に着
目し、上記低落差の下での揚水を効率よくかつエ
ネルギー・コストをいわば零にしつつ実行できる
ようにすることを目的としている。そしてそのた
め、本発明の揚水装置は水を堰上げして当該堰上
げされた水を用水として高い位置に送水する揚水
装置において、上記堰上げされた堰上げ水位と放
水位との間に所定の勾配を与えて設置された第１
の流水路、上記堰上げ水位と上記送水が行われる
所の上記堰上げ水位よりも高い水位にある送水位
との間に所定の勾配を与えて設置された第２の流
水路、上記第１の流水路内に設備されて正転・逆
転可能にもうけられる第１のスクリユー・ポン
プ、上記第２の流水路内に設備される第２のスク
リユー・ポンプ、補助エンジン、該補助エンジン
の出力軸側にもうけられて上記第１のスクリユ
ー・ポンプおよび上記第２のスクリユー・ポンプ
が駆動される回転エネルギー伝達部に対して上記
補助エンジンを結合・離脱自在にするクラツチ、
上記回転エネルギー伝達部に対して上記第１のス
クリユー・ポンプの駆動軸を可逆転可能に結合す
る第１の回転連結装置、上記回転エネルギー伝達
部に対して上記第２のスクリユー・ポンプの駆動
軸を少なくとも結合する第２の回転連結装置が少
なくとももうけられてなり、かつ上記堰上げされ
た水を上記第１の流水路に放水して上記第１のス
クリユー・ポンプの回転軸を当該放水された流水
によつて回転せしめると共に、当該第１のスクリ
ユー・ポンプの回転エネルギーによつて上記第２
のスクリユー・ポンプを駆動して上記第２の流水
路を介して上記堰上げ水位にある水の一部を上記
送水位にポンプ・アツプする運転態様を有するこ
とを特徴としている。以下図面を参照しつつ説明
する。

(D) 発明の実施例 第１図は本発明が適用される一実施例態様を説
明する説明図、第２図は本発明に用いるスクリユ
ー・ポンプの一実施例構成、第３図は第２図図示
のスクリユー・ポンプを用いる場合に対応した設
備の一実施例平面図、第４図は第３図図示Ａ−Ａ
線による断面図、第５図は上記第２図図示のスク
リユー・ポンプの態様を簡易化したスクリユー・
ポンプの他の一実施例、第６図は第５図図示のス
クリユー・ポンプを用いる場合に対応した設備の
一実施例平面図、第７図は第６図図示Ｂ−Ｂ線に
よる断面図を示す。

第１図において、１００は河川、２００は堰、
３００は揚水施設であつて本発明の揚水装置が設
備される個所、４００は用水路であつて本発明に
よつて揚水された水を送水する水路を表してい
る。

上流から流れてきた河川水は堰２００によつて
例えば５ｍ程度に堰上げされて揚水施設３００の
取水口に導かれる。そして、第２図以降を参照し
て詳述する如く、堰上げされた河川水は第１の流
水路を通つて第１図図示「下流」に放水される。
この間、上記第１の流水路内に第１のスクリユ
ー・ポンプがもうけられており、当該第１のスク
リユー・ポンプの翼車が上記放水によつて回転せ
しめられる。一方堰上げされた河川水を更に高い
水位にある図示用水路４００の送水位にまでポン
プ・アツプするために、堰上げされた水位から上
記送水位までの間に第２の流水路がもうけられ、
当該第２の流水路内に第２のスクリユー・ポンプ
がもうけられている。そして前記第２のスクリユ
ー・ポンプが上記第１のスクリユー・ポンプの回
転エネルギーによつて駆動され、河川水の一部が
送水位までポンプ・アツプされる。即ち堰上げさ
れた水を放水することによつて得られるエネルギ
ーを利用して、堰上げされた水の一部を高い水位
までポンプ・アツプして、目的の用水として利用
するようにしている。

第２図は本発明に用いるスクリユー・ポンプの
一実施例構成を示している。図中の符号１は第１
のスクリユー・ポンプであつて第１の流水路内に
もうけられるもの、２は第２のスクリユー・ポン
プであつて第２の流水路内にもうけられるもの、
３は減速機、４は駆動軸、５はクラツチ、６は補
助エンジンであつて変速機構をもつもの、７は傘
歯車による連結手段（本発明にいう第２の回転連
結装置に対応している）、８は傘歯車による連結
手段であつて回転方向切り替え機構をもつもの
（本発明にいう第１の回転連結装置に対応してい
る）、１６は余剰動力利用装置であつて例えば発
電機などであるもの、１７は回転エネルギー伝達
部を表している。

図示の場合、回転エネルギー伝達部１７に対し
て、 第１のスクリユー・ポンプ１が減速機３と駆
動軸４と回転方向切り替え機構をもつ傘歯車８
とによつて結合され、 第２のスクリユー・ポンプ２が減速機３と駆
動軸４と傘歯車７とによつて結合され、 例えばトランスミツシヨン付きの自動車エン
ジンの如き補助エンジン６がクラツチ５を介し
て結合され、 発電機の如き余剰動力利用装置１６がクラツ
チ５を介して結合され、 ている。そして、当該スクリユー・ポンプなど
は、第３図および第４図に示す流水路内に設備さ
れるようにされる。

第３図および第４図において、９は第１の流水
路であつて第１のスクリユー・ポンプ１のポン
プ・ケーシングに該当するもの、１０は第２の流
水路であつて第２のスクリユー・ポンプ２のポン
プ・ケーシングに該当するもの、１１は門扉付き
の取水口であつて図示矢印ａの如く堰上げされた
水を取り込むもの、１２は門扉付きの放流口であ
つて第１図図示の「下流」に開口しているもの、
１３は門扉付きの渇水時取水口であつて必要に応
じて第１図図示「下流」に相当する水位から取水
して後述する如く第１のスクリユー・ポンプ１と
第２のスクリユー・ポンプ２とを介して送水位ま
でポンプ・アツプする際に使用するもの、１４は
門扉付きの流量調節口であつて図示矢印ｂの如く
第１の流水路９に流入する水量を調節する役割を
もつもの、１５は用水路４００（第１図）の取付
部であつて例えば５ｍ程度図示矢印ｃの如く水が
ポンプ・アツプされて送水位を与えるもの、１８
は堤防施設を表している。

例えば第１図図示の如く堰２００によつて堰上
げされた水は、第３図図示の取水口１１から図示
矢印ａの如く取り込まれ、流量調節口１４をへて
第１の流水路９を通つて放流口１２へ放水され
る。このとき第１の流水路９内で第２図図示の第
１のスクリユー・ポンプ１の翼車が回転せしめら
れ、当該回転エネルギーが傘歯車８を介して回転
エネルギー伝達部１７に供給される。これによつ
て、第２図図示の傘歯車７を介して第２のスクリ
ユー・ポンプ２が駆動され、第３図図示の取水口
１１から取り込まれた水の一部が第２の流水路１
０をへて用水路取付部１５にポンプ・アツプされ
る。

第４図は第３図図示Ａ−Ａ線による断面図を示
しており、第１の流水路９や第２の流水路１０が
例えば30度程度の勾配をもつて設置されているこ
とが判る。

上記第２図図示の回転エネルギー伝達部１７は
図示実施例においては第３図図示の用水路取付部
１５の近傍に図示点線Ｂの如く設置されていると
考えてよい。第２図図示の構成をもつポンプ構成
の場合には、次の如き運転態様をとることが可能
であり、各種の条件に対応することが可能であ
る。即ち、 〔〕 第１の運転態様（無動力運転） 通常以上の水量を利用できる状態の下でとられ
るものであり、上述の如く、取水口１１から取り
込んだ水を第１の流水路９をへて放流口１２から
放流し、第１のスクリユー・ポンプ１の翼車を回
転せしめて、第２のスクリユー・ポンプを駆動
し、取水口１１から取り込んだ水の一部を第２の
流水路１０をへてポンプ・アツプする。このと
き、補助エンジン６はクラツチによつて結合をと
かれているが、余剰動力利用装置１６はクラツチ
によつて結合をとかれていてもよく結合されて発
電出力を発生せしめてもよい。

〔〕 第２の運転態様（動力補助運転） 利用できる水量が多少減少して第１の流水路９
へ放流する水量を抑制しようとする場合にとられ
ものであり、放流する水量を減少した分だけ、上
述の補助エンジン６によつて動力を補うようにす
る。このとき、余剰動力利用装置１６は一般にク
ラツチによつて結合をとかれている。

〔〕 第３の運転態様（外部動力運転） 利用できる水量が比較的大きく減少して第１の
流水路９への放流を停止した場合にとられるもの
であり、第２図図示の傘歯車８を中立状態にして
第１のスクリユー・ポンプ１を運転停止状態と
し、補助エンジン６によつて第２のスクリユー・
ポンプ２を回転駆動してポンプ・アツプを行う。
このとき余剰動力利用装置１６はクラツチによつ
て結合をとかれていると考えてよい。この場合、
第２図図示の傘歯車７と８との間のクラツチの結
合をといてもよい。

〔〕 第４の運転態様（直列２段揚水運転） 渇水時においてとられるものであり、補助エン
ジン６によつて、第１のスクリユー・ポンプ１と
第２のスクリユー・ポンプ２とを駆動せしめ、第
４図図示の如く渇水位にある水を直列に２段ポン
プ・アツプする。このとき余剰動力利用装置１６
はクラツチによつて結合をとかれている。

上流側水位が完全に低下しないで取水位と渇水
位の間にあるときは、放流口１２の門扉を閉じ渇
水時取水口１３を開き、上流水位から揚水するこ
とによつて、揚水に必要な補助エネルギーを節約
することができる。これはスクリユー・ポンプの
特性として送水量が等しい場合には揚水に必要な
エネルギーが、揚水する高さにほぼ比例して増減
するためである。

〔〕 第５の運転態様（動力取り出し運転） 用水を送給する必要が一時的になくなつた場合
などにおいてとられるものであり、第２図図示の
傘歯車７と８との間のクラツチ５が結合をとかれ
た状態の下で、取水口１１から取り込まれた水を
第１の流水路９に放流し、第１のスクリユー・ポ
ンプ１個の翼車を回転駆動せしめ、クラツチを介
して余剰動力利用装置１６を駆動する。

上述の如く各種の運転条件の下での好ましい運
転態様をとることが可能であるが、上記スクリユ
ー・ポンプが流量の大小に拘らず運転効率が略均
一であることは上記各種の運転態様を採用する上
できわめて好ましい。即ち、スクリユー・ポンプ
を動力発生源として使用したり、あるいはポンプ
装置として使用したりするに当つて、回転数を無
段階に選択することができ、使用できる水量に応
じて自由いに調節可能であるからである。

上記第２図ないし第４図において、補助エンジ
ン６が余剰動力利用装置１６をもうけることを示
した。しかし、上記第１の運転態様の考え方を純
粋にかつ設備コストを小にして達成するには、第
５図ないし第７図に示す如き、簡易型を採用する
ことができる。

第５図ないし第７図において、図中の符号は第
２図ないし第４図に対応している。第５図図示の
場合には、第１のスクリユー・ポンプ１と第２の
スクリユー・ポンプ２とは同一軸上に結合され、
翼のよじれ方向が逆向きに構成されている。そし
て、これらスクリユー・ポンプ１と２とは第６図
図示の第１の流水路９と第２の流水路１０とにと
りつけられる。

取水口１１から取り込まれた水は、第１の流水
路９と第２の流水路１０との結合部において、第
１のスクリユー・ポンプ１と第２のスクリユー・
ポンプ２とのそれぞれの翼に導かれる。これによ
つて、導かれた大部分の水は第１のスクリユー・
ポンプを回転せしめ、この回転エネルギーによつ
て第２のスクリユー・ポンプ２を駆動し、第２の
スクリユー・ポンプ２が所定の水量の水をポン
プ・アツプする。

(E) 発明の効果 以上説明した如く、本発明によれば、低落差の
水利設備において利用できる水量の大小に拘らず
効率よく流水のエネルギーを利用することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される一実施例態様を説
明する説明図、第２図は本発明に用いるスクリユ
ー・ポンプの一実施例構成、第３図は第２図図示
のスクリユー・ポンプを用いる場合に対応した設
備の一実施例平面図、第４図は第３図図示Ａ−Ａ
線による断面図、第５図は上記第２図図示のスク
リユー・ポンプの態様を簡易化したスクリユー・
ポンプの他の一実施例、第６図は第５図図示のス
クリユー・ポンプを用いる場合に対応した設備の
一実施例平面図、第７図は第６図図示Ｂ−Ｂ線に
よる断面図を示す。 図中、１００は河川、２００は堰、３００は揚
水施設、４００は用水路、１は第１のスクリユ
ー・ポンプ、２は第２のスクリユー・ポンプ、３
は減速機、４は駆動軸、５はクラツチ、６は補助
エンジン、７，８は傘歯車、９は第１の流水路、
１０は第２の流水路、１１は取水口、１２は放流
口、１３は渇水時取水口、１４は流量調節口、１
５は用水路の取付部、１６は余剰動力利用装置、
１７は回転エネルギー伝達部、１８は堤防施設を
表している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水を堰上げして当該堰上げされた水を用水と
   して更に高い位置に送水する揚水装置において、
   上記堰上げされた堰上げ水位と放水位との間に所
   定の勾配を与えて設置された第１の流水路、上記
   堰上げ水位と上記送水が行われる所の上記堰上げ
   水位よりも高い水位にある送水位との間に所定の
   勾配を与えて設置された第２の流水路、上記第１
   の流水路内に設備されて正転・逆転可能にもうけ
   られる第１のスクリユー・ポンプ、上記第２の流
   水路内に設備される第２のスクリユー・ポンプ、
   補助エンジン、該補助エンジンの出力軸側にもう
   けられて上記第１のスクリユー・ポンプおよび上
   記第２のスクリユー・ポンプが駆動される回転エ
   ネルギー伝達部に対して上記補助エンジンを結
   合・離脱自在にするクラツチ、上記回転エネルギ
   ー伝達部に対して上記第１のスクリユー・ポンプ
   の駆動軸を可逆転可能に結合する第１の回転連結
   装置、上記回転エネルギー伝達部に対して上記第
   ２のスクリユー・ポンプの駆動軸を少なくとも結
   合する第２の回転連結装置が少なくとももうけら
   れてなり、かつ上記堰上げされた水を上記第１の
   流水路に放水して上記第１のスクリユー・ポンプ
   の回転軸を当該放水された流水によつて回転せし
   めると共に、当該第１のスクリユー・ポンプの回
   転エネルギーによつて上記第２のスクリユー・ポ
   ンプを駆動して上記第２の流水路を介して上記堰
   上げ水位にある水の一部を上記送水位にポンプ・
   アツプする運転態様を有することを特徴とする揚
   水装置。