ポンプ機場
【課題】機場を大規模化することなく、かつ各ポンプの排水運転時間を均一化しつつ、吸込水槽のサージング現象の防止ないし緩和と電源設備の負荷軽減とを実現する。
【解決手段】吸込水槽２に設置された立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの羽根車１２の高さは同一に設定されている。制御装置２２は水位計２１で検出される吸込水槽２内の水位の上昇におうじて、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの回転数を待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに順次切り替える。待機回転数Ｒｗでは、ケーシング５内に水柱２４が形成される。定格回転数Ｒｒは待機回転数Ｒｗよりも高回転数であり、ケーシング５内に吸い込まれた吸込水槽２内の水が吐出管１４に吐出される。
【解決手段】吸込水槽２に設置された立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの羽根車１２の高さは同一に設定されている。制御装置２２は水位計２１で検出される吸込水槽２内の水位の上昇におうじて、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの回転数を待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに順次切り替える。待機回転数Ｒｗでは、ケーシング５内に水柱２４が形成される。定格回転数Ｒｒは待機回転数Ｒｗよりも高回転数であり、ケーシング５内に吸い込まれた吸込水槽２内の水が吐出管１４に吐出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つの吸込水槽に複数の立軸ポンプを備えるポンプ機場に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の先行待機型の立軸ポンプを羽根車までの高さが段階的に異なるように一つの吸込水槽に配置したポンプ機場が開示されている。複数の立軸ポンプは一斉に排水を開始するのではなく、吸込水槽内の水位上昇に伴い、羽根車の配置高さが低いものから順次排水を開始する。その結果、急激な排水開始に起因する吸込水槽のサージング現象を防止ないし緩和でき、立軸ポンプを駆動する電動機に電力を供給する電源設備の負荷も軽減できる。
【０００３】
しかし、特許文献１に開示されたポンプ機場には以下の問題がある。
【０００４】
まず、複数の立軸ポンプの羽根車の高さ位置を異ならせる必要があるので、特に高さ方向に機場が大規模化する。
【０００５】
また、複数の立軸ポンプ間で実際に排水運転を行う時間に偏りがある。具体的には、羽根車の高さが最も低く設定されている立軸ポンプは頻繁に排水運転を行うが、羽根車の高さが最も高く設定されている立軸ポンプは排水運転を行う頻度が低い。そのため、立軸ポンプが排水運転を行う時間は、羽根車の高さが低いもの程長く（羽根車の高さが高いもの程短く）なる。この排水運転時間の偏りのため、羽根車の高さが低い立軸ポンプでは、羽根車の高さが高い低いものと比較して、主軸を支持する軸受や回転する摺動部品の摩耗の進行が著しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平７−９４８３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、一つの吸込水槽に複数の立軸ポンプを備えるポンプ機場において、機場を大規模化することなく、かつ立軸ポンプ間で排水運転時間を均一化しつつ、吸込水槽のサージング現象の防止ないし緩和と電源設備の負荷軽減とを実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、吸込口を設けた下端側に羽根車が収容されて上端側に吐出側管路が接続されたケーシングと、前記ケーシング内に配置されて前記羽根車が固定された主軸と、前記主軸を回転させる少なくとも電動機を含む駆動手段とをそれぞれ備える複数台の立軸ポンプを、一つの吸込水槽に設置したポンプ機場であって、前記複数台の立軸ポンプの羽根車の高さは同一に設定されており、前記吸込水槽内の水位を検出する水位検出手段と、前記駆動手段により個々の前記立軸ポンプの回転数を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記水位検出手段で検出される水位の上昇に伴って、前記複数の立軸ポンプの回転数を、前記吸込水槽から吸い込んだ水でケーシング内に水柱が形成される回転数である待機回転数から、前記待機回転数よりも高い回転数であって前記ケーシング内に吸い込んだ前記吸込水槽内の水が前記吐出側管路に吐出される回転数である定格回転数へ順次切り換える、ポンプ機場を提供する。
【０００９】
制御手段は、水位検出手段で検出される水位の上昇に伴って、複数の立軸ポンプの回転数を待機回転数（ケーシング内に水柱が形成される）から定格回転数（吸い込んだ水は吐出側管路に吐出される）に順次切り換える。つまり、複数の立軸ポンプは一斉に排水を開始するのではなく、吸込水槽内の水位上昇に伴い、待機回転数から定格回転数に切り換えられたものから順次排水を開始する。その結果、急激な排水開始に起因する吸込水槽のサージ現象を防止ないし緩和でき、個々の立軸ポンプの駆動手段が備える電動機に電力を供給する電源設備の負荷も軽減できる。
【００１０】
複数の立軸ポンプの羽根車は同一高さに設定されている。従って、特に高さ方向の機場の規模を低減できる。
【００１１】
回転数を待機回転数からそれよりも高回転の定格回転数に順次切り換えることで、羽根車が同一高さに設定された複数の立軸ポンプが吸込水槽内の水位上昇に応じて順次排水を開始する。つまり、羽根車の高さが立軸ポンプ間で異なることによってではなく、回転数を高回転に切り換えるタイミングが立軸ポンプ間で異なることにより、複数の立軸ポンプが順次排水を開始する。従って、複数の立軸ポンプが排水を開始する順序は、制御手段が回転数を待機回転数から定格回転数に切り換える順序を変えるだけで変更できる。例えば、第１から第３の３台の立軸ポンプがある場合、まず待機回転数から定格回転数に切り換える順序（排水運転を開始する順序）を第１、第２、第３の順とし、一定期間（例えば数か月や数年）が経過した後にこの順序を第２、第３、第１の順に変更し、さらに一定期間が経過した後に第３、第２、第１の順に変更し、以降、一定期間が経過する度に同様に待機回転数から定格回転数に切り換える順序を変更することができる。このように待機回転数から定格回転数に切り換える順序（排水運転を開始する順序）の入れ換えないし変更を実行することで、複数の立軸ポンプ間で排水運転時間の偏りをなくして均一化できる。立軸ポンプ間で排水運転時間の偏りをなくすことにより、特定の立軸ポンプで軸受等の摩耗の進行が著しくなって軸受等の交換の頻度が高くなること（いわゆる片減り）を防止できる。
【００１２】
前記立軸ポンプは、前記ケーシングの前記羽根車よりも上方位置に、前記待機回転数での運転中に前記水柱を形成する水を前記吸込水槽に噴出するための噴出孔を備える事が好ましい。
【００１３】
待機回転数での運転中、ケーシング内の水柱から噴出孔を通って吸込水槽に水が噴出されるので、水柱を形成する水が入れ換えられる。その結果、待機回転数での運転中に主軸と軸受等の間に発生する摩擦熱による過熱を防止できる。また、吸込水槽の底部にし渣、砂等の異物が堆積していると噴出孔から噴出される水によって撹拌されるので、吸込水槽の底部への異物の堆積を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のポンプ機場では、一つの吸込水槽に設置された複数の立軸ポンプの羽根車の高さを同一とし、吸込水槽内の水位上昇に応じて回転数を待機回転数（ケーシング内に水柱が形成される）から定格回転数（吸い込んだ水は吐出側管路に吐出される）に切り換えることで、複数の立軸ポンプに順次排水を開始させる。そのため、機場を大規模化することなく、かつ各ポンプの排水運転時間を均一化しつつ、吸込水槽のサージング現象の防止ないし緩和と電源設備の負荷軽減とを実現できる。また、ケーシングに噴出孔を設けることで、過熱と吸込水槽の底部への異物の堆積とを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るポンプ機場を示す模式的な断面図。
【図２】１台の立軸ポンプを示す模式的な断面図。
【図３】代案の立軸ポンプの一部を示す模式的な断面図。
【図４Ａ】２台の立軸ポンプが通常運転状態であるときのポンプ機場を示す模式的な断面図。
【図４Ｂ】３台の立軸ポンプが通常運転状態であるときのポンプ機場を示す模式的な断面図。
【図５】通常運転状態及び待機運転状態における流量と揚程、効率、及び軸動力の関係を示す模式的な線図。
【図６】実施形態における吸込水槽内の水位と各立軸ポンプの運転状態の変化の一例を示す模式的な線図。
【図７】代案における吸込水槽内の水位と各立軸ポンプの運転状態の変化の一例を示す模式的な線図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１を参照すると、本発明の実施形態に係るポンプ機場１の吸込水槽２には３台の立軸ポンプ３Ａ，３Ｂ，３Ｃが設置されている。
【００１８】
３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃは同一構造であるので、図２をさらに参照して立軸ポンプ３Ａについて説明する。
【００１９】
立軸ポンプ３Ａは、概ね鉛直方向に延びる直管状のケーシング５を備える。ケーシング５は、ポンプ機場１の床構造１ａに差し込まれた状態で固定されている。ケーシング５の下端側の吸込ベルマウス６が備える吸込口６ａは、吸込水槽２の底部２ａに対して例えば吸込口６ａの直径の１．３倍程度の距離を隔てて対向している。本実施形態における吸込ベルマウス６は、上部吸込ベル７とその下方に間隔を隔てて配置された下部吸込ベル８を備える二重構造である。この二重構造の吸込ベルマウス６の構造及び機能の詳細は、例えば特開２００４−１７６５６７号公報に記載されている。下部吸込ベル８の内側は複数の吸気管９の下端側が連通している。これらの吸気管９の上端側は想定される吸込水槽２の最高水位よりも上方で大気に連通している。吸込ベルマウス６の上側のベーンケーシング１１には羽根車１２が収容されている。また、ケーシング５には、羽根車１２（ベーンケーシング１１）よりも上方位置に、斜め下向きの噴出孔５ａが複数個形成されている。ケーシング５の上端側の吐出ベント１３が備える吐出口１３ａには、吐出管１４が接続されている。下端側に羽根車１２が固定された主軸１５はケーシング５内で鉛直方向に延びるように配置され、軸受１６Ａ，１６Ｂにより回転可能に支持されている。吐出ベント１３からケーシング５の外部に突出する主軸１５の上端側は、図示しない継手やクラッチを介して電動機１７に連結されている。
【００２０】
前述のように同一構造である３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの羽根車１２は、吸込水槽２の底部２ａからの高さが同一に設定されている。そのため、これらの立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの吐出ベント１３の上端のポンプ機場１の床構造１ａからの高さも同一である。
【００２１】
吸込水槽２には、図示しない流入側管路から流入して貯留される雨水等の水の水位を検出するための水位計２１が設置されている。水位計２１が検出する吸込水槽２内の水位は制御装置２２に出力される。立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの制御に必要な範囲及び精度で吸込水槽２内の水位を検出可能で、かつ検出した水位を示す信号を制御装置２２に出力可能であれば、水位計２１の具体的な構成は特に限定されない。
【００２２】
制御装置２２は、水位計２１から入力される水位に応じて、個々の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの電動機１７の回転数を制御し、それによって主軸１５の回転数を立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃ毎に制御する。電動機１７の回転数の制御方式は特に限定されないが、電動機１７がかご形誘導電動機であれば極数変換方式、電源周波数制御方式（インバータ方式）、パウダクラッチモートル等を採用できる。また、電動機１７が巻線形誘導電動機であれば、静止セルビウス装置等を採用できる。さらに、電動機１７が同期電動機であれば、サイリスタモータ（交流無整流電動機）等を採用できる。図３に概念的に示すように、電動機１７と主軸１５の間に変速装置２３を介在させ、この変速装置２３の変速比を制御装置２２が制御することで立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの回転数を制御してもよい。
【００２３】
制御装置２２は、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃを停止状態（回転数ゼロ）以外に、待機回転数Ｒｗと、この待機回転数Ｒｗよりも高回転数である定格回転数Ｒｒとのいずれかの回転数に制御できる。待機回転数Ｒｗは、吸込水槽２内の水位が十分高い場合（羽根車１２よりも上方）であっても、吸込水槽２からケーシング５内の吸い込んだ水を吐出管１４へ吐出せずにケーシング５内に水柱２４が形成される揚程となるように設定している。定格回転数Ｒｒは、吸込水槽２内の水位が十分高い（羽根車１２よりも上方）に位置にあれば、ケーシング５内の吸い込んだ水を吐出管１４へ吐出する揚程（最高効率点を含む）で立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃが運転されるように設定している。以下の説明では、必要に応じて待機回転数Ｒｗでの立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの運転を待機運転といい、定格回転数Ｒｒでの立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの運転を排水運転という。
【００２４】
図５は、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの流量−揚程曲線（Ｈ−Ｑ曲線）を、効率η及び軸動力Ｌと共に示し、実線は定格回転数Ｒｒの場合で破線は待機回転数Ｒｗの場合である。また、図５において点Ｐ１は定格回転数Ｒｒでの意図している運転状態（最高効率点）を示し、点Ｐ２は待機回転数Ｒｗでの意図している運転状態（前述のようにケーシング５内に水柱が形成される）を示す。図５の横軸は最適流量Ｑｏｐｔに対する流量Ｑの割合Ｑ／Ｑｏｐｔで、縦軸は最適揚程Ｈｏｐｔに対する揚程Ｈの割合Ｈ／Ｈｏｐｔである。
【００２５】
次に、本実施形態のポンプ機場１の動作を説明する。制御装置２２は水位計２１により検出される水位に応じて立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの停止／起動と回転数を切り換える。流入側管路からの雨水等の流入により、吸込水槽２内の水位が予め設定された水位ＷＬ１（立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの吸込口６ａより下方）まで上昇すると、それまで停止状態であってすべての立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃが待機回転数Ｒｗでの運転（待機運転）に移行する。図６を参照すると、以下の説明では、吸込水槽２内の水位が、水位ＷＬ１から想定される最高水位又はそれに近い水位である水位ＷＬ７まで上昇し（時刻ｔ１〜ｔ５）、この水位ＷＬ７をある時間維持し（時刻ｔ５〜ｔ６）、その後水位ＷＬ７から水位ＷＬ１まで低下する（時刻ｔ６〜ｔ９）場合を想定する。
【００２６】
吸込水槽２内の水位が予め定められた水位ＷＬ４（立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの羽根車１２の上端よりも上方）まで上昇すると、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃのうち１台の立軸ポンプ３Ａのみ待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換えられる（図６の時刻ｔ２）。この状態では、図１に示すように、定格回転数Ｒｒである立軸ポンプ３Ａは吸込口６ａからケーシング５内に吸い込んだ水を吐出管１４へ吐出するが（排水運転）、待機回転数Ｒｗである残りの２台の立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃはケーシング５内の吸い込んだ水を吐出管１４へ吐出せず、これらの立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃのケーシング５内に水柱２４が形成される。水柱２４が形成された立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃのケーシング５内の水位ＷＬｉは図５の点Ｐ２の揚程に相当する。
【００２７】
次に、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ４から予め定められた水位ＷＬ５まで上昇すると、それまでは待機回転数Ｒｗであった２台の立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃのうち、１台の立軸ポンプ３Ｂのみが定格回転数Ｒｒに切り換えられる（図６の時刻ｔ３）。つまり、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ４まで上昇すると、図４Ａに示すように、２台の立軸ポンプ３Ａ，３Ｂが排水運転を行い、残りの１台の立軸ポンプ３Ｃのみがケーシング５内に水柱２４が形成された待機運転となる。
【００２８】
その後、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ５から予め定められた水位ＷＬ６まで上昇すると、それまでは待機回転数Ｒｗであった残り１台の立軸ポンプ３Ｃも定格回転数Ｒｒに切り換えられる（図６の時刻ｔ４）。つまり、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ４まで上昇すると、図４Ｂに示すように、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃがすべて排水運転を行う。
【００２９】
このように、制御装置２２は、水位計２１で検出される吸込水槽２内の水位の上昇に伴って、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの回転数を待機回転数Ｒｗ（待機運転）から定格回転数Ｒｒ（排水運転）に順次切り換える。つまり、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃは一斉に排水を開始するのではなく、吸込水槽２内の水位上昇に伴い、立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃの順で待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換えられて順次排水を開始する。その結果、急激な排水開始に起因する吸込水槽２のサージ現象を防止ないし緩和でき、個々の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの電動機１７に電力を供給する電源設備の負荷も軽減できる。
【００３０】
吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ７まで上昇し（図６の時刻ｔ４〜ｔ６）、その後に水位ＷＬ６まで低下すると、それまでは定格回転数Ｒｒであった３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃのうち、１台の立軸ポンプ３Ｃ（最後に待機運転から排水運転に移行）のみが待機回転数Ｒｗに切り換える（図６の時刻ｔ７）。その結果、図４Ｂに示すように、２台の立軸ポンプ３Ａ，３Ｂが排水運転を行い、残りの１台の立軸ポンプ３Ｃのみがケーシング５内に水柱２４が形成された待機運転となる。
【００３１】
次に、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ５まで低下すると、それまでは定格回転数Ｒｒであった２台の立軸ポンプ３Ａ，３Ｂのうち、１台の立軸ポンプ３Ｂ（２番目に待機運転から排水運転に移行）が待機回転数Ｒｗに切り換える（図６の時刻ｔ８）。その結果、図１に示すように、１台の立軸ポンプ３Ａのみが排水運転を行い、残りの２台の立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃはケーシング５内に水柱２４が形成された待機運転状態となる。
【００３２】
その後、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ１まで低下すると、それまでは定格回転数Ｒｒであった残り１台の立軸ポンプ３Ａも待機回転数Ｒｗに切り換えられる（図６の時刻ｔ９）。つまり、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ１まで低下すると、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃがすべて待機運転となる。
【００３３】
本実施形態のポンプ機場１は、前述した吸込水槽２のサージ現象を防止ないし緩和と、電動機１７に電力を供給する電源設備の負荷の軽減に加え、以下の利点ないし特徴を有する。
【００３４】
まず、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの羽根車１２は、吸込水槽２の底部２ａからの高さが同一に設定され、吐出ベント１３の上端のポンプ機場１の床構造１ａからの高さも同一である。そのため、特許文献１に記載のもののように一つの吸込水槽に設置された立軸ポンプ間で羽根車の高さ位置を異ならせる場合と比較して、特に機場の高さ方向の規模を低減できる。
【００３５】
待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに順次切り換えることで、吸込水槽２内の水位上昇に応じて羽根車１２が同一高さに設定された立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃに順次排水を開始させている。つまり、羽根車１２の高さが立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃ間で異なることによってではなく、回転数を定格回転数Ｒｒに切り換えるタイミングが立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃ間で異なることにより、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃが順次排水を開始する。従って、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃが排水を開始する順序は、制御装置２２が回転数を待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換える順序を変えるだけで変更できる。
【００３６】
例えば、前述のように待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換える順序（排水運転を開始する順序）を立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃの順（パターン１）とし、一定期間（例えば数か月や数年）が経過した後にこの順序を立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃ→立軸ポンプ３Ａの順（パターン２）に変更し、さらに一定期間が経過した後に立軸ポンプ３Ｃ→立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ（パターン３）の順に変更し、さらにまた一定期間が経過した後、立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃの順（パターン１）に戻す。そして、以降、一定期間が経過する度にパターン１〜３を繰り返す。このように待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換える順序（排水運転を開始する順序）の入れ換えないし変更を実行することで、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃ間で排水運転時間の偏りをなくして均一化できる。立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃ間で排水運転時間の偏りをなくすことにより、特定の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃで軸受等の摩耗の進行が著しくなって軸受等の交換の頻度が高くなること（いわゆる片減り）を防止できる。
【００３７】
前述のように回転数が待機回転数Ｒｗで待機運転を実行中の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃのケーシング５内には水柱２４が形成される。この待機運転中、ケーシング５内の水柱から噴出孔５ａを通って吸込水槽２に水が噴出されるので、水柱２４を形成する水が入れ換えられる。その結果、待機回転数Ｒｗでの運転中に主軸１５と軸受１６Ａ，１６Ｂ等の間に発生する摩擦熱による過熱を防止できる。また、吸込水槽２の底部２ａにし渣、砂等の異物が堆積していると噴出孔５ａから噴出される水によって撹拌されるので、吸込水槽の底部への異物の堆積を防止できる。
【００３８】
再び図６を参照すると、この図の例ではいったん水位ＷＬ７まで上昇した吸込水槽２内の水位は、最終的には水位ＷＬ１（立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの吸込口６ａより下方）まで低下し、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃがすべて定格回転数Ｒｒから待機回転数Ｒｗに戻っている。しかし、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ４よりも低下して例えば２台の立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃが定格回転数Ｒｒから待機回転数Ｒｗに戻った後、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの吸込口６ａ付近で吸込水槽２内の水位が上下変動を繰り返す場合がある。この場合、まだ定格回転数Ｗｒである最後の１台の立軸ポンプ３Ａは、以下のように動作する。
【００３９】
吸込水槽２の水位が水位ＷＬ４と水位ＷＬ３（上部吸込ベル７の開口に対応する高さ）との間では、図５に示す定格運転域（例えばＱ／Ｑｏｐｔが約０．６〜１．２の範囲）又は過大流量域（例えばＱ／Ｑｏｐｔ約１．２以上）での運転となる。定格運転域であれば、下部吸込ベル８の下端開口から水が吸い上げられるが、上部吸込ベル７と下部吸込ベル８の間の環状の流路２５からの水の流入はない。過大流量域では、下部吸込ベル８ａの下端開口と流路２５の両方からケーシング５内に水が吸い上げられる。
【００４０】
吸込水槽２の水位が水位ＷＬ３まで低下すると、立軸ポンプ３Ａの運転状態は、図５に示す部分流領域（例えばＱ／Ｑｏｐｔが約０．６未満）となる。この部分流領域では下部吸込ベル８の下端開口から吸い上げられた水の一部が逆流水として流路２５から吸込水槽２へ戻る。この流路２３を通る逆流水があるために、流路２３からケーシング１２内へ空気が流入せず、通常運転が維持される。
【００４１】
水位ＷＬ３から上部吸込ベル７と下部吸込ベル８の高低差に相当する分だけ低い水位ＷＬ２まで低下すると、水面付近から下部吸込ベル８の下端開口を介してケーシング５内の羽根車１２よりも下方の領域に空気が多量かつ瞬間的に吸い込まれる。その結果、ケーシング５内の羽根車１２よりも下方の領域に空気だまりが形成され、その上方に水柱が形成される（エアロック運転）。流路２５と吸気管９から空気だまりに空気が流入することでエアロック運転が維持される。
【００４２】
吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ２から水位ＷＬ３まで上昇すると流路２５が水で閉じられるので流路２５を介した空気の流入が停止し、羽根車１４による揚水が再開される。
【００４３】
本発明は実施形態に限定されず、例えば以下に列挙するような種々の変形が可能である。
【００４４】
図６では、吸込水槽２内の水位上昇時に待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換える順序（立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃ）と逆の順序、すなわち立軸ポンプ３Ｃ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ａの順序で吸込水槽２内の水位低下時に定格回転数Ｒｒから待機回転数Ｒｗへの切り換えを行っている。しかし、図７に示すように、水位上昇時に待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換える順序と同じ順次、すなわち立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃの順序で吸込水槽２内の水位低下時に定格回転数Ｒｒから待機回転数Ｒｗへの切り換えを行ってもよい。
【００４５】
吸込水槽に３台の立軸ポンプが設置されている場合を例に本発明を説明したが、立軸ポンプが２台の場合や、４台以上の場合にも本発明を適用できる。
【００４６】
個々の立軸ポンプの構造は実施形態のものに限定されない。例えば、下部吸込ベル８や吸気管９を備えない一般的な構造の立軸ポンプであってもよい。
【００４７】
複数の立軸ポンプの構造は必ずしも同一である必要はなく、少なくとも羽根車が吸込水槽の底部から同じ高さに設定されていればよい。
【符号の説明】
【００４８】
１ ポンプ機場
１ａ 床構造
２ 吸込水槽
２ａ 底部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 立軸ポンプ
５ ケーシング
５ａ 噴出孔
６ 吸込ベルマウス
６ａ 吸込口
７ 上部吸込ベル
８ 下部吸込ベル
９ 吸気管
１１ ベーンケーシング
１２ 羽根車
１３ 吐出ベント
１３ａ 吐出口
１４ 吐出管
１５ 主軸
１６Ａ，１６Ｂ 軸受
１７ 電動機
２１ 水位計
２２ 制御装置
２３ 変速装置
２４ 水柱
２５ 流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つの吸込水槽に複数の立軸ポンプを備えるポンプ機場に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の先行待機型の立軸ポンプを羽根車までの高さが段階的に異なるように一つの吸込水槽に配置したポンプ機場が開示されている。複数の立軸ポンプは一斉に排水を開始するのではなく、吸込水槽内の水位上昇に伴い、羽根車の配置高さが低いものから順次排水を開始する。その結果、急激な排水開始に起因する吸込水槽のサージング現象を防止ないし緩和でき、立軸ポンプを駆動する電動機に電力を供給する電源設備の負荷も軽減できる。
【０００３】
しかし、特許文献１に開示されたポンプ機場には以下の問題がある。
【０００４】
まず、複数の立軸ポンプの羽根車の高さ位置を異ならせる必要があるので、特に高さ方向に機場が大規模化する。
【０００５】
また、複数の立軸ポンプ間で実際に排水運転を行う時間に偏りがある。具体的には、羽根車の高さが最も低く設定されている立軸ポンプは頻繁に排水運転を行うが、羽根車の高さが最も高く設定されている立軸ポンプは排水運転を行う頻度が低い。そのため、立軸ポンプが排水運転を行う時間は、羽根車の高さが低いもの程長く（羽根車の高さが高いもの程短く）なる。この排水運転時間の偏りのため、羽根車の高さが低い立軸ポンプでは、羽根車の高さが高い低いものと比較して、主軸を支持する軸受や回転する摺動部品の摩耗の進行が著しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平７−９４８３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、一つの吸込水槽に複数の立軸ポンプを備えるポンプ機場において、機場を大規模化することなく、かつ立軸ポンプ間で排水運転時間を均一化しつつ、吸込水槽のサージング現象の防止ないし緩和と電源設備の負荷軽減とを実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、吸込口を設けた下端側に羽根車が収容されて上端側に吐出側管路が接続されたケーシングと、前記ケーシング内に配置されて前記羽根車が固定された主軸と、前記主軸を回転させる少なくとも電動機を含む駆動手段とをそれぞれ備える複数台の立軸ポンプを、一つの吸込水槽に設置したポンプ機場であって、前記複数台の立軸ポンプの羽根車の高さは同一に設定されており、前記吸込水槽内の水位を検出する水位検出手段と、前記駆動手段により個々の前記立軸ポンプの回転数を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記水位検出手段で検出される水位の上昇に伴って、前記複数の立軸ポンプの回転数を、前記吸込水槽から吸い込んだ水でケーシング内に水柱が形成される回転数である待機回転数から、前記待機回転数よりも高い回転数であって前記ケーシング内に吸い込んだ前記吸込水槽内の水が前記吐出側管路に吐出される回転数である定格回転数へ順次切り換える、ポンプ機場を提供する。
【０００９】
制御手段は、水位検出手段で検出される水位の上昇に伴って、複数の立軸ポンプの回転数を待機回転数（ケーシング内に水柱が形成される）から定格回転数（吸い込んだ水は吐出側管路に吐出される）に順次切り換える。つまり、複数の立軸ポンプは一斉に排水を開始するのではなく、吸込水槽内の水位上昇に伴い、待機回転数から定格回転数に切り換えられたものから順次排水を開始する。その結果、急激な排水開始に起因する吸込水槽のサージ現象を防止ないし緩和でき、個々の立軸ポンプの駆動手段が備える電動機に電力を供給する電源設備の負荷も軽減できる。
【００１０】
複数の立軸ポンプの羽根車は同一高さに設定されている。従って、特に高さ方向の機場の規模を低減できる。
【００１１】
回転数を待機回転数からそれよりも高回転の定格回転数に順次切り換えることで、羽根車が同一高さに設定された複数の立軸ポンプが吸込水槽内の水位上昇に応じて順次排水を開始する。つまり、羽根車の高さが立軸ポンプ間で異なることによってではなく、回転数を高回転に切り換えるタイミングが立軸ポンプ間で異なることにより、複数の立軸ポンプが順次排水を開始する。従って、複数の立軸ポンプが排水を開始する順序は、制御手段が回転数を待機回転数から定格回転数に切り換える順序を変えるだけで変更できる。例えば、第１から第３の３台の立軸ポンプがある場合、まず待機回転数から定格回転数に切り換える順序（排水運転を開始する順序）を第１、第２、第３の順とし、一定期間（例えば数か月や数年）が経過した後にこの順序を第２、第３、第１の順に変更し、さらに一定期間が経過した後に第３、第２、第１の順に変更し、以降、一定期間が経過する度に同様に待機回転数から定格回転数に切り換える順序を変更することができる。このように待機回転数から定格回転数に切り換える順序（排水運転を開始する順序）の入れ換えないし変更を実行することで、複数の立軸ポンプ間で排水運転時間の偏りをなくして均一化できる。立軸ポンプ間で排水運転時間の偏りをなくすことにより、特定の立軸ポンプで軸受等の摩耗の進行が著しくなって軸受等の交換の頻度が高くなること（いわゆる片減り）を防止できる。
【００１２】
前記立軸ポンプは、前記ケーシングの前記羽根車よりも上方位置に、前記待機回転数での運転中に前記水柱を形成する水を前記吸込水槽に噴出するための噴出孔を備える事が好ましい。
【００１３】
待機回転数での運転中、ケーシング内の水柱から噴出孔を通って吸込水槽に水が噴出されるので、水柱を形成する水が入れ換えられる。その結果、待機回転数での運転中に主軸と軸受等の間に発生する摩擦熱による過熱を防止できる。また、吸込水槽の底部にし渣、砂等の異物が堆積していると噴出孔から噴出される水によって撹拌されるので、吸込水槽の底部への異物の堆積を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のポンプ機場では、一つの吸込水槽に設置された複数の立軸ポンプの羽根車の高さを同一とし、吸込水槽内の水位上昇に応じて回転数を待機回転数（ケーシング内に水柱が形成される）から定格回転数（吸い込んだ水は吐出側管路に吐出される）に切り換えることで、複数の立軸ポンプに順次排水を開始させる。そのため、機場を大規模化することなく、かつ各ポンプの排水運転時間を均一化しつつ、吸込水槽のサージング現象の防止ないし緩和と電源設備の負荷軽減とを実現できる。また、ケーシングに噴出孔を設けることで、過熱と吸込水槽の底部への異物の堆積とを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るポンプ機場を示す模式的な断面図。
【図２】１台の立軸ポンプを示す模式的な断面図。
【図３】代案の立軸ポンプの一部を示す模式的な断面図。
【図４Ａ】２台の立軸ポンプが通常運転状態であるときのポンプ機場を示す模式的な断面図。
【図４Ｂ】３台の立軸ポンプが通常運転状態であるときのポンプ機場を示す模式的な断面図。
【図５】通常運転状態及び待機運転状態における流量と揚程、効率、及び軸動力の関係を示す模式的な線図。
【図６】実施形態における吸込水槽内の水位と各立軸ポンプの運転状態の変化の一例を示す模式的な線図。
【図７】代案における吸込水槽内の水位と各立軸ポンプの運転状態の変化の一例を示す模式的な線図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１を参照すると、本発明の実施形態に係るポンプ機場１の吸込水槽２には３台の立軸ポンプ３Ａ，３Ｂ，３Ｃが設置されている。
【００１８】
３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃは同一構造であるので、図２をさらに参照して立軸ポンプ３Ａについて説明する。
【００１９】
立軸ポンプ３Ａは、概ね鉛直方向に延びる直管状のケーシング５を備える。ケーシング５は、ポンプ機場１の床構造１ａに差し込まれた状態で固定されている。ケーシング５の下端側の吸込ベルマウス６が備える吸込口６ａは、吸込水槽２の底部２ａに対して例えば吸込口６ａの直径の１．３倍程度の距離を隔てて対向している。本実施形態における吸込ベルマウス６は、上部吸込ベル７とその下方に間隔を隔てて配置された下部吸込ベル８を備える二重構造である。この二重構造の吸込ベルマウス６の構造及び機能の詳細は、例えば特開２００４−１７６５６７号公報に記載されている。下部吸込ベル８の内側は複数の吸気管９の下端側が連通している。これらの吸気管９の上端側は想定される吸込水槽２の最高水位よりも上方で大気に連通している。吸込ベルマウス６の上側のベーンケーシング１１には羽根車１２が収容されている。また、ケーシング５には、羽根車１２（ベーンケーシング１１）よりも上方位置に、斜め下向きの噴出孔５ａが複数個形成されている。ケーシング５の上端側の吐出ベント１３が備える吐出口１３ａには、吐出管１４が接続されている。下端側に羽根車１２が固定された主軸１５はケーシング５内で鉛直方向に延びるように配置され、軸受１６Ａ，１６Ｂにより回転可能に支持されている。吐出ベント１３からケーシング５の外部に突出する主軸１５の上端側は、図示しない継手やクラッチを介して電動機１７に連結されている。
【００２０】
前述のように同一構造である３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの羽根車１２は、吸込水槽２の底部２ａからの高さが同一に設定されている。そのため、これらの立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの吐出ベント１３の上端のポンプ機場１の床構造１ａからの高さも同一である。
【００２１】
吸込水槽２には、図示しない流入側管路から流入して貯留される雨水等の水の水位を検出するための水位計２１が設置されている。水位計２１が検出する吸込水槽２内の水位は制御装置２２に出力される。立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの制御に必要な範囲及び精度で吸込水槽２内の水位を検出可能で、かつ検出した水位を示す信号を制御装置２２に出力可能であれば、水位計２１の具体的な構成は特に限定されない。
【００２２】
制御装置２２は、水位計２１から入力される水位に応じて、個々の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの電動機１７の回転数を制御し、それによって主軸１５の回転数を立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃ毎に制御する。電動機１７の回転数の制御方式は特に限定されないが、電動機１７がかご形誘導電動機であれば極数変換方式、電源周波数制御方式（インバータ方式）、パウダクラッチモートル等を採用できる。また、電動機１７が巻線形誘導電動機であれば、静止セルビウス装置等を採用できる。さらに、電動機１７が同期電動機であれば、サイリスタモータ（交流無整流電動機）等を採用できる。図３に概念的に示すように、電動機１７と主軸１５の間に変速装置２３を介在させ、この変速装置２３の変速比を制御装置２２が制御することで立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの回転数を制御してもよい。
【００２３】
制御装置２２は、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃを停止状態（回転数ゼロ）以外に、待機回転数Ｒｗと、この待機回転数Ｒｗよりも高回転数である定格回転数Ｒｒとのいずれかの回転数に制御できる。待機回転数Ｒｗは、吸込水槽２内の水位が十分高い場合（羽根車１２よりも上方）であっても、吸込水槽２からケーシング５内の吸い込んだ水を吐出管１４へ吐出せずにケーシング５内に水柱２４が形成される揚程となるように設定している。定格回転数Ｒｒは、吸込水槽２内の水位が十分高い（羽根車１２よりも上方）に位置にあれば、ケーシング５内の吸い込んだ水を吐出管１４へ吐出する揚程（最高効率点を含む）で立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃが運転されるように設定している。以下の説明では、必要に応じて待機回転数Ｒｗでの立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの運転を待機運転といい、定格回転数Ｒｒでの立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの運転を排水運転という。
【００２４】
図５は、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの流量−揚程曲線（Ｈ−Ｑ曲線）を、効率η及び軸動力Ｌと共に示し、実線は定格回転数Ｒｒの場合で破線は待機回転数Ｒｗの場合である。また、図５において点Ｐ１は定格回転数Ｒｒでの意図している運転状態（最高効率点）を示し、点Ｐ２は待機回転数Ｒｗでの意図している運転状態（前述のようにケーシング５内に水柱が形成される）を示す。図５の横軸は最適流量Ｑｏｐｔに対する流量Ｑの割合Ｑ／Ｑｏｐｔで、縦軸は最適揚程Ｈｏｐｔに対する揚程Ｈの割合Ｈ／Ｈｏｐｔである。
【００２５】
次に、本実施形態のポンプ機場１の動作を説明する。制御装置２２は水位計２１により検出される水位に応じて立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの停止／起動と回転数を切り換える。流入側管路からの雨水等の流入により、吸込水槽２内の水位が予め設定された水位ＷＬ１（立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの吸込口６ａより下方）まで上昇すると、それまで停止状態であってすべての立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃが待機回転数Ｒｗでの運転（待機運転）に移行する。図６を参照すると、以下の説明では、吸込水槽２内の水位が、水位ＷＬ１から想定される最高水位又はそれに近い水位である水位ＷＬ７まで上昇し（時刻ｔ１〜ｔ５）、この水位ＷＬ７をある時間維持し（時刻ｔ５〜ｔ６）、その後水位ＷＬ７から水位ＷＬ１まで低下する（時刻ｔ６〜ｔ９）場合を想定する。
【００２６】
吸込水槽２内の水位が予め定められた水位ＷＬ４（立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの羽根車１２の上端よりも上方）まで上昇すると、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃのうち１台の立軸ポンプ３Ａのみ待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換えられる（図６の時刻ｔ２）。この状態では、図１に示すように、定格回転数Ｒｒである立軸ポンプ３Ａは吸込口６ａからケーシング５内に吸い込んだ水を吐出管１４へ吐出するが（排水運転）、待機回転数Ｒｗである残りの２台の立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃはケーシング５内の吸い込んだ水を吐出管１４へ吐出せず、これらの立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃのケーシング５内に水柱２４が形成される。水柱２４が形成された立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃのケーシング５内の水位ＷＬｉは図５の点Ｐ２の揚程に相当する。
【００２７】
次に、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ４から予め定められた水位ＷＬ５まで上昇すると、それまでは待機回転数Ｒｗであった２台の立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃのうち、１台の立軸ポンプ３Ｂのみが定格回転数Ｒｒに切り換えられる（図６の時刻ｔ３）。つまり、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ４まで上昇すると、図４Ａに示すように、２台の立軸ポンプ３Ａ，３Ｂが排水運転を行い、残りの１台の立軸ポンプ３Ｃのみがケーシング５内に水柱２４が形成された待機運転となる。
【００２８】
その後、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ５から予め定められた水位ＷＬ６まで上昇すると、それまでは待機回転数Ｒｗであった残り１台の立軸ポンプ３Ｃも定格回転数Ｒｒに切り換えられる（図６の時刻ｔ４）。つまり、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ４まで上昇すると、図４Ｂに示すように、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃがすべて排水運転を行う。
【００２９】
このように、制御装置２２は、水位計２１で検出される吸込水槽２内の水位の上昇に伴って、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの回転数を待機回転数Ｒｗ（待機運転）から定格回転数Ｒｒ（排水運転）に順次切り換える。つまり、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃは一斉に排水を開始するのではなく、吸込水槽２内の水位上昇に伴い、立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃの順で待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換えられて順次排水を開始する。その結果、急激な排水開始に起因する吸込水槽２のサージ現象を防止ないし緩和でき、個々の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの電動機１７に電力を供給する電源設備の負荷も軽減できる。
【００３０】
吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ７まで上昇し（図６の時刻ｔ４〜ｔ６）、その後に水位ＷＬ６まで低下すると、それまでは定格回転数Ｒｒであった３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃのうち、１台の立軸ポンプ３Ｃ（最後に待機運転から排水運転に移行）のみが待機回転数Ｒｗに切り換える（図６の時刻ｔ７）。その結果、図４Ｂに示すように、２台の立軸ポンプ３Ａ，３Ｂが排水運転を行い、残りの１台の立軸ポンプ３Ｃのみがケーシング５内に水柱２４が形成された待機運転となる。
【００３１】
次に、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ５まで低下すると、それまでは定格回転数Ｒｒであった２台の立軸ポンプ３Ａ，３Ｂのうち、１台の立軸ポンプ３Ｂ（２番目に待機運転から排水運転に移行）が待機回転数Ｒｗに切り換える（図６の時刻ｔ８）。その結果、図１に示すように、１台の立軸ポンプ３Ａのみが排水運転を行い、残りの２台の立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃはケーシング５内に水柱２４が形成された待機運転状態となる。
【００３２】
その後、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ１まで低下すると、それまでは定格回転数Ｒｒであった残り１台の立軸ポンプ３Ａも待機回転数Ｒｗに切り換えられる（図６の時刻ｔ９）。つまり、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ１まで低下すると、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃがすべて待機運転となる。
【００３３】
本実施形態のポンプ機場１は、前述した吸込水槽２のサージ現象を防止ないし緩和と、電動機１７に電力を供給する電源設備の負荷の軽減に加え、以下の利点ないし特徴を有する。
【００３４】
まず、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの羽根車１２は、吸込水槽２の底部２ａからの高さが同一に設定され、吐出ベント１３の上端のポンプ機場１の床構造１ａからの高さも同一である。そのため、特許文献１に記載のもののように一つの吸込水槽に設置された立軸ポンプ間で羽根車の高さ位置を異ならせる場合と比較して、特に機場の高さ方向の規模を低減できる。
【００３５】
待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに順次切り換えることで、吸込水槽２内の水位上昇に応じて羽根車１２が同一高さに設定された立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃに順次排水を開始させている。つまり、羽根車１２の高さが立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃ間で異なることによってではなく、回転数を定格回転数Ｒｒに切り換えるタイミングが立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃ間で異なることにより、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃが順次排水を開始する。従って、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃが排水を開始する順序は、制御装置２２が回転数を待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換える順序を変えるだけで変更できる。
【００３６】
例えば、前述のように待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換える順序（排水運転を開始する順序）を立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃの順（パターン１）とし、一定期間（例えば数か月や数年）が経過した後にこの順序を立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃ→立軸ポンプ３Ａの順（パターン２）に変更し、さらに一定期間が経過した後に立軸ポンプ３Ｃ→立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ（パターン３）の順に変更し、さらにまた一定期間が経過した後、立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃの順（パターン１）に戻す。そして、以降、一定期間が経過する度にパターン１〜３を繰り返す。このように待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換える順序（排水運転を開始する順序）の入れ換えないし変更を実行することで、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃ間で排水運転時間の偏りをなくして均一化できる。立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃ間で排水運転時間の偏りをなくすことにより、特定の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃで軸受等の摩耗の進行が著しくなって軸受等の交換の頻度が高くなること（いわゆる片減り）を防止できる。
【００３７】
前述のように回転数が待機回転数Ｒｗで待機運転を実行中の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃのケーシング５内には水柱２４が形成される。この待機運転中、ケーシング５内の水柱から噴出孔５ａを通って吸込水槽２に水が噴出されるので、水柱２４を形成する水が入れ換えられる。その結果、待機回転数Ｒｗでの運転中に主軸１５と軸受１６Ａ，１６Ｂ等の間に発生する摩擦熱による過熱を防止できる。また、吸込水槽２の底部２ａにし渣、砂等の異物が堆積していると噴出孔５ａから噴出される水によって撹拌されるので、吸込水槽の底部への異物の堆積を防止できる。
【００３８】
再び図６を参照すると、この図の例ではいったん水位ＷＬ７まで上昇した吸込水槽２内の水位は、最終的には水位ＷＬ１（立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの吸込口６ａより下方）まで低下し、３台の立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃがすべて定格回転数Ｒｒから待機回転数Ｒｗに戻っている。しかし、吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ４よりも低下して例えば２台の立軸ポンプ３Ｂ，３Ｃが定格回転数Ｒｒから待機回転数Ｒｗに戻った後、立軸ポンプ３Ａ〜３Ｃの吸込口６ａ付近で吸込水槽２内の水位が上下変動を繰り返す場合がある。この場合、まだ定格回転数Ｗｒである最後の１台の立軸ポンプ３Ａは、以下のように動作する。
【００３９】
吸込水槽２の水位が水位ＷＬ４と水位ＷＬ３（上部吸込ベル７の開口に対応する高さ）との間では、図５に示す定格運転域（例えばＱ／Ｑｏｐｔが約０．６〜１．２の範囲）又は過大流量域（例えばＱ／Ｑｏｐｔ約１．２以上）での運転となる。定格運転域であれば、下部吸込ベル８の下端開口から水が吸い上げられるが、上部吸込ベル７と下部吸込ベル８の間の環状の流路２５からの水の流入はない。過大流量域では、下部吸込ベル８ａの下端開口と流路２５の両方からケーシング５内に水が吸い上げられる。
【００４０】
吸込水槽２の水位が水位ＷＬ３まで低下すると、立軸ポンプ３Ａの運転状態は、図５に示す部分流領域（例えばＱ／Ｑｏｐｔが約０．６未満）となる。この部分流領域では下部吸込ベル８の下端開口から吸い上げられた水の一部が逆流水として流路２５から吸込水槽２へ戻る。この流路２３を通る逆流水があるために、流路２３からケーシング１２内へ空気が流入せず、通常運転が維持される。
【００４１】
水位ＷＬ３から上部吸込ベル７と下部吸込ベル８の高低差に相当する分だけ低い水位ＷＬ２まで低下すると、水面付近から下部吸込ベル８の下端開口を介してケーシング５内の羽根車１２よりも下方の領域に空気が多量かつ瞬間的に吸い込まれる。その結果、ケーシング５内の羽根車１２よりも下方の領域に空気だまりが形成され、その上方に水柱が形成される（エアロック運転）。流路２５と吸気管９から空気だまりに空気が流入することでエアロック運転が維持される。
【００４２】
吸込水槽２内の水位が水位ＷＬ２から水位ＷＬ３まで上昇すると流路２５が水で閉じられるので流路２５を介した空気の流入が停止し、羽根車１４による揚水が再開される。
【００４３】
本発明は実施形態に限定されず、例えば以下に列挙するような種々の変形が可能である。
【００４４】
図６では、吸込水槽２内の水位上昇時に待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換える順序（立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃ）と逆の順序、すなわち立軸ポンプ３Ｃ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ａの順序で吸込水槽２内の水位低下時に定格回転数Ｒｒから待機回転数Ｒｗへの切り換えを行っている。しかし、図７に示すように、水位上昇時に待機回転数Ｒｗから定格回転数Ｒｒに切り換える順序と同じ順次、すなわち立軸ポンプ３Ａ→立軸ポンプ３Ｂ→立軸ポンプ３Ｃの順序で吸込水槽２内の水位低下時に定格回転数Ｒｒから待機回転数Ｒｗへの切り換えを行ってもよい。
【００４５】
吸込水槽に３台の立軸ポンプが設置されている場合を例に本発明を説明したが、立軸ポンプが２台の場合や、４台以上の場合にも本発明を適用できる。
【００４６】
個々の立軸ポンプの構造は実施形態のものに限定されない。例えば、下部吸込ベル８や吸気管９を備えない一般的な構造の立軸ポンプであってもよい。
【００４７】
複数の立軸ポンプの構造は必ずしも同一である必要はなく、少なくとも羽根車が吸込水槽の底部から同じ高さに設定されていればよい。
【符号の説明】
【００４８】
１ ポンプ機場
１ａ 床構造
２ 吸込水槽
２ａ 底部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 立軸ポンプ
５ ケーシング
５ａ 噴出孔
６ 吸込ベルマウス
６ａ 吸込口
７ 上部吸込ベル
８ 下部吸込ベル
９ 吸気管
１１ ベーンケーシング
１２ 羽根車
１３ 吐出ベント
１３ａ 吐出口
１４ 吐出管
１５ 主軸
１６Ａ，１６Ｂ 軸受
１７ 電動機
２１ 水位計
２２ 制御装置
２３ 変速装置
２４ 水柱
２５ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込口を設けた下端側に羽根車が収容されて上端側に吐出側管路が接続されたケーシングと、前記ケーシング内に配置されて前記羽根車が固定された主軸と、前記主軸を回転させる少なくとも電動機を含む駆動手段とをそれぞれ備える複数台の立軸ポンプを、一つの吸込水槽に設置したポンプ機場であって、
前記複数台の立軸ポンプの羽根車の高さは同一に設定されており、
前記吸込水槽内の水位を検出する水位検出手段と、
前記駆動手段により個々の前記立軸ポンプの回転数を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記水位検出手段で検出される水位の上昇に伴って、前記複数の立軸ポンプの回転数を、前記吸込水槽から吸い込んだ水でケーシング内に水柱が形成される回転数である待機回転数から、前記待機回転数よりも高い回転数であって前記ケーシング内に吸い込んだ前記吸込水槽内の水が前記吐出側管路に吐出される回転数である定格回転数へ順次切り換える、ポンプ機場。
【請求項２】
前記立軸ポンプは、前記ケーシングの前記羽根車よりも上方位置に、前記待機回転数での運転中に前記水柱を形成する水を前記吸込水槽に噴出するための噴出孔を備える、請求項１に記載のポンプ機場。
【請求項１】
吸込口を設けた下端側に羽根車が収容されて上端側に吐出側管路が接続されたケーシングと、前記ケーシング内に配置されて前記羽根車が固定された主軸と、前記主軸を回転させる少なくとも電動機を含む駆動手段とをそれぞれ備える複数台の立軸ポンプを、一つの吸込水槽に設置したポンプ機場であって、
前記複数台の立軸ポンプの羽根車の高さは同一に設定されており、
前記吸込水槽内の水位を検出する水位検出手段と、
前記駆動手段により個々の前記立軸ポンプの回転数を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記水位検出手段で検出される水位の上昇に伴って、前記複数の立軸ポンプの回転数を、前記吸込水槽から吸い込んだ水でケーシング内に水柱が形成される回転数である待機回転数から、前記待機回転数よりも高い回転数であって前記ケーシング内に吸い込んだ前記吸込水槽内の水が前記吐出側管路に吐出される回転数である定格回転数へ順次切り換える、ポンプ機場。
【請求項２】
前記立軸ポンプは、前記ケーシングの前記羽根車よりも上方位置に、前記待機回転数での運転中に前記水柱を形成する水を前記吸込水槽に噴出するための噴出孔を備える、請求項１に記載のポンプ機場。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−５２４４０（Ｐ２０１２−５２４４０Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９４１７８（Ｐ２０１０−１９４１７８）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００１５２１７０）株式会社酉島製作所 (89)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００１５２１７０）株式会社酉島製作所 (89)
【Ｆターム（参考）】
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