吸込水槽

【課題】排水機場のセミクローズ水槽を含む吸込水槽やポンプゲートにおける吸込水槽の流速を高速化させた場合であっても、ポンプに有害な渦や気泡の巻き込みを防止できる、又は渦や気泡をポンプに導かない吸込水槽を提供する。
【解決手段】吸込水槽はポンプに水を導くための水路である。本発明は、ポンプPの上流側に配置され、吸込水槽の一方の側面25から他方の側面25まで延びる渦防止構造体20と、渦防止構造体20の両端部に配置される流路形成部材21とを有する。渦防止構造体20は、水の流れに対向する前面20aを有し、流路形成部材21は、吸込水槽の側面25から渦防止構造体20の前面20aに向かって傾斜する傾斜面21aを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポンプ機場やポンプゲートなどの排水設備に設けられる吸込水槽に関するものである。
【背景技術】
【0002】
吸込水槽はポンプに水を導くための水路である。この吸込水槽では、種々のモデル実験等により水槽の形状と呑み口(開水路から閉水路に移行する部分)での許容流速が求められ、種々の基準で規定されている。例えば、図16に示すような呑み口11に傾斜面12を有し、開水路と閉水路を合わせもつ水槽(セミクローズ水槽という)では、呑み口11での流速は0.6m/s程度と定められている。この流速はセミクローズ水槽でポンプに有害な空気吸込渦が発生しない流速であり、多くの排水機場ではこの流速をもとに水槽、水路形状が決定されている。しかしながら、近年では建設コストの縮減がさらに求められ、吸込水槽のさらなるコンパクト化が必要となっており、流速を速くしてもポンプに有害な渦を発生させることのない吸込水槽が強く求められている。
【0003】
呑み口11での流速を従来より速くして吸込水槽を小さくすると、水面から発生する空気吸込渦や気泡の巻き込みが問題となる。空気吸込渦が発生し、ポンプの羽根車と干渉した場合、振動や騒音が発生して、最悪の場合はポンプが排水不能となり、浸水被害を起こす危険がある。従来のセミクローズ水槽で、流速をさらに速くした場合には、図17に示すように、呑み口11近傍に発生するくぼみ渦の先端がちぎれ、気泡がポンプPへ吸い込まれ始める。その渦が成長すると、ついには連続渦としてポンプP内に入り、上記のような現象が発生してしまう。
【0004】
図17に示すように、開水路では、水深の浅い上層部の流速が速い状態にある。さらに流速を速くすると呑み口11付近において入射波と反射波がぶつかり、波立ちが起こる。波は空気を巻き込み、気泡が多く発生する。この気泡は傾斜面12による下降流に連行され、ポンプPに気泡が吸引され、ポンプPに影響を及ぼす。特に、図17に示すように、両側部の流速が水路壁面との摩擦抵抗により遅くなることから、傾斜面12の両端部付近で旋回成分を持つ水流が発生し、これが成長するとくぼみ渦が発生しやすくなる。さらに、前述した波立ちによる気泡もこの渦の流れにのってポンプPに流入する。つまり、傾斜面12を有するセミクローズ水槽においては、傾斜面12の両側部が最も空気吸込渦や気泡巻き込みが発生しやすい部分といえる。
【0005】
また、図18に示すオープン水槽においては、流速が速くなると、中央部と両側部との流速の違いに起因して渦防止壁20の両端に渦が発生しやすくなるという問題がある。さらに、図19に示すように、ゲート30にポンプP1,P2が取り付けられたポンプゲートにおける吸込水槽においても、吸込水槽の側壁25とポンプP1,P2との間に回転成分を持つ水流が発生しやすい。したがって、ゲート30の両側部は空気吸込渦や気泡巻き込みが発生しやすい位置といえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2001−317496号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、排水機場のセミクローズ水槽を含む吸込水槽やポンプゲートにおける吸込水槽の流速を高速化させた場合であっても、ポンプに有害な渦や気泡の巻き込みを防止できる、又は渦や気泡をポンプに導かない吸込水槽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】
【0008】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、ポンプに水を導くための吸込水槽であって、ポンプの上流側に配置され、前記吸込水槽の一方の側面から他方の側面まで延びる渦防止構造体と、前記渦防止構造体の両端部に配置される流路形成部材とを有し、前記渦防止構造体は、水の流れに対向する前面を有し、前記流路形成部材は、前記吸込水槽の側面から前記渦防止構造体の前面に向かって傾斜する傾斜面を有することを特徴とする。
【0009】
本発明の好ましい態様は、前記傾斜面は滑らかな曲面となっていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記傾斜面の前記吸込み水槽の側面からの角度が30〜45°であることを特徴とする。
【0010】
本発明の一参考例は、ポンプに水を導くための吸込水槽であって、ポンプの上流側に配置される渦防止構造体を有し、前記渦防止構造体は、水の流れに対向する面が下流に向かって上方に傾斜することを特徴とする。
【0011】
本発明の他の参考例は、吸込水槽内に配置されたゲートと、前記ゲートに設置され、前記ゲートの上流側領域から下流側領域に水を移送するポンプと、前記ゲートの上流側に設置された少なくとも1つの渦防止部材とを備えたことを特徴とするポンプゲートである。
本発明の好ましい態様は、前記渦防止部材は、水の流れに対向する前面を有する流路形成部材と、該流路形成部材を支持する支持部材とを備え、複数の前記渦防止部材を前記ゲートの両端に取り付けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、旋回流が発生しにくい液面状態を形成することができるので、くぼみ渦や空気吸込渦の発生を防止することができる。また、くぼみ渦の発生を防止することにより、波立ちにより発生した気泡が連行されてポンプ内部に入ることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第1の実施形態における吸込水槽を示す断面図である。
【図2】図1に示す吸込水槽を上から見たときの平面図である。
【図3】渦防止構造体の他の構成例を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施形態における吸込水槽を示す断面図である。
【図5】図4に示す吸込水槽を上から見たときの平面図である。
【図6】本発明の第3の実施形態における吸込水槽を示す断面図である。
【図7】図6に示す吸込水槽を上から見たときの平面図である。
【図8】本発明の第3の実施形態の他の構成例を示す図である。
【図9】本発明の第4の実施形態に係る吸込水槽を示す断面図である。
【図10】図9に示す吸込水槽を示す平面図である。
【図11】図9に示す吸込水槽を下から見た図である。
【図12】本発明の第5の実施形態におけるポンプゲートの吸込水槽を示す断面図である。
【図13】図12に示す吸込水槽を上から見たときの平面図である。
【図14】図12に示す支持部材の他の構成例を示す図である。
【図15】図15(a)〜15(d)は渦防止部材の他の例を上から見たときの図である。
【図16】従来の吸込水槽を示す図である。
【図17】従来の吸込水槽を示す図である。
【図18】従来の吸込水槽を示す図である。
【図19】従来の吸込水槽を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態における吸込水槽を示す断面図であり、図2は図1に示す吸込水槽を上から見たときの平面図である。なお、本実施形態の吸込水槽は、開水路と閉水路から構成されるいわゆるセミクローズ水槽である。
【0015】
図1および図2に示すように、吸込水槽の端部には立軸ポンプPが配置されている。この立軸ポンプPは、ケーシング1と、該ケーシング1に収容された羽根車2と、羽根車2に連結される回転軸3とを有している。この回転軸3は図示しない駆動源に連結されている。このような構成において、羽根車2を回転させると、ケーシング1の下端の開口部から水が吸い込まれ、ケーシング1および図示しない吐出配管を通じて吸込水槽の外部に排出される。水(例えば、河川からの水)は、ポンプPの運転に伴って吸込水槽内をポンプPに向かって矢印の方向に流れる。なお、符号11は開水路から閉水路に移行する呑み口を示している。
【0016】
ポンプPの上流側の水路には渦防止構造体15が配置されている。この渦防止構造体15は、下流に向かって上方に傾斜する上面15aと、この上面15aの下端において接続され、略水平または上流に向かって上方に傾斜する下面15bと、上面15aの上端と下面15bとを接続する面15cとから基本的に構成されている。図1に示す例では、上面15aと下面15bとは鋭角に接続されているが、図3に示すように、流れの剥離を防止するために、上面15aと下面15bとの接続部を曲面で構成してもよい。
【0017】
図1においては渦防止構造体15が三角形の断面形状の例を示している。この渦防止構造体15の特徴は上面15aと下面15bを水路内に形成することであり、設置するポンプの形式に合わせた断面形状としてよい。ポンプPは横軸ポンプや水中ポンプでもよく、下面15bにて形成される水路に連通するチューブラポンプでもよい。また本渦防止構造体15は、水路の構築と合わせてコンクリートにて形成してもよく、既に完成している吸込水槽においては鋼で形成してもよい。
【0018】
図17に示す従来の吸込水槽においては、液面の流れは水流に対向する傾斜面12にぶつかって気泡や空気吸込渦(くぼみ渦、断続渦)が発生し(以下、この箇所を巻き込み部Sという)、発生した気泡や空気吸込渦(くぼみ渦、断続渦)は下向きの水流に連行されてポンプに導かれていた。本実施形態によれば、液面の流れと底面の流れを渦防止構造体15によって分離させ、さらに渦防止構造体15の上面15aにより、表層面の流速を遅くさせる。これにより、巻き込み部Sで空気吸込渦の発生を抑制することができると共に、下降流の方向を変えることにより気泡や渦がポンプPに連行されることが防止される。特に、気泡は、仮に発生してもその浮上速度が概ね0.3m/sであるため、下降流に比べ速く、連行されずに水面に浮上し、ポンプPに至ることはない。
【0019】
図4は、本発明の第2の実施形態における吸込水槽を示す断面図であり、図5は図4に示す吸込水槽を上から見たときの平面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は上述した第1の実施形態の構成と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【0020】
図4および図5に示すように、渦防止構造体15は、上面15aから上流に向かって略水平に延びる水平面15dと、この水平面15dと下面15bとを接続する接続面15eとをさらに有している。水平面15dおよび接続面15eはポンプPの最低運転水位よりも下に位置している。ここで、最低運転水位とはポンプPが運転可能な最低水位である。
【0021】
図6は本発明の第3の実施形態における吸込水槽を示す断面図であり、図7は図6に示す吸込水槽の平面図である。本実施形態の吸込水槽は、開水路のみから構成されるオープン水槽である。
【0022】
図6に示すように、吸込水槽の端部には立軸ポンプPが設置されている。上述の実施形態と同様に、羽根車2を回転させることにより、ケーシング1の下端の開口部から水が吸い込まれ、ケーシング1および図示しない吐出配管を通じて水が排出される。水(例えば、河川からの水)は、ポンプPの運転に伴って吸込水槽内をポンプPに向かって矢印の方向に流れる。また、図6においては立軸ポンプの例を示しているが、横軸ポンプや水中ポンプを用いてよい。
【0023】
図7に示すように、ポンプPの上流側には、吸込水槽の一方の側面25から他方の側面25まで延びる渦防止壁(渦防止構造体)20が配置されている。また、この渦防止壁20の両端部には流路形成部材21が配置されている。渦防止壁20は、吸込水槽を流れる水に対向する面(前面)20aを有し、流路形成部材21は吸込水槽の側面25から渦防止壁20の面20aに向かって傾斜する傾斜面21aを有している。渦防止壁20の下端は、最低運転水位Lよりも下に位置している。
【0024】
図8は本実施形態の他の構成例を示す図である。この例においては、流路形成部材として鋼製のライナ22が用いられている。このライナ22は、渦防止壁20および吸込水槽の側面(側壁)25にアンカー23により固定されている。ライナ22は湾曲しており、これにより渦防止壁20の垂直面20aと吸込水槽の側面25とを連結する傾斜面22aは滑らかな曲面となっている。このような構成によれば、側面25付近を流れる水を、滑らかに吸込水槽の中央部に導くことができる。さらに、この例によれば、ライナ22を既設の渦防止壁20に容易に取り付けることができるので、既存のポンプ機場の構造を変えることなく、ポンプの吐出し量を増やすことが可能となる。なお、ライナ22として、鋼製の平坦な板材を用いてもよい。
【0025】
なお、本実施形態の吸込水槽はいわゆるオープン水槽であるが、呑み口に傾斜面を有するセミクローズ水槽にも適用可能である。また、第1乃至第3の実施形態においては立軸ポンプが使用された例を示しているが、本発明はこれに限らず、例えば、横軸型、水中型などの他のタイプのポンプが用いられた吸込水槽にも適用することができる。
【0026】
従来のオープン水槽及びセミクローズ水槽においては、両側壁の摩擦抵抗が影響し、水槽の中央部よりも側壁での流速が遅くなる。このため、図17、図18に示すように、両側壁部では旋回流が発生しやすく、流速を速くするとこの側壁でポンプに有害な渦が発生しやすくなる。この旋回流の発生防止策として、上記特許文献1では水槽の両端部に板や棒材を設置する技術が提案されている。しかしながら、排水を行うポンプ機場においては、塵芥等が流入して板や棒材にからまる、又は巻き付く等の問題があった。
【0027】
以下に示す第4の実施形態によれば、塵芥のからみも無く、かつ渦の発生を防止することが可能である。図9は本発明の第4の実施形態に係る吸込水槽を示す断面図であり、図10は図9に示す吸込水槽を示す平面図であり、図11は図9に示す吸込水槽を下から見た図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は上述した第3の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【0028】
図9乃至図11に示すように、本実施形態の渦防止壁(渦防止構造体)27は、水の流れに対向する前面27aを有し、この前面27aの両端部には流路形成部材28が配置されている。前面27aは下流に向かって下方に傾斜しており、したがって流路形成部材28も下流に向かって下方に傾斜している。各流路形成部材28は三角形の横断面形状を有しており、傾斜面28aを有している。この傾斜面28aは、吸込水槽の側面25から渦防止壁27の前面27aにかけて傾斜している。
【0029】
流路形成部材21の傾斜面21aは流路形成面として機能し、吸込水槽の側面25付近を流れる水は傾斜面21aによりその向きを変えて、吸込水槽の中央部に導かれる。このような水の流れにより、図17に示すような旋回流の発生を防止することができる。したがって、吸込水槽を流れる水の速度が速くなった場合でも、両側面25付近での空気吸込渦の発生を防止することができる。なお、流路形成部材21は、水路の構築に合わせコンクリートにて形成してもよく、既に完成している水槽等においては鋼で形成してもよい。吸込水槽の幅Dが1000mm未満の場合、傾斜面21aの内側端部と側面25との距離Lは0.2D以上であることが好ましく、幅Dが1000mm以上の場合、距離Lは600mm以下であることが好ましい。また、傾斜面21aの上部が最高水位L以上、下部が最低運転水位L以下に位置することが好ましい。さらに、傾斜面21aの側面25からの角度θは30〜45°が好ましい。
【0030】
図12は本発明の第5の実施形態におけるポンプゲートの吸込水槽を示す断面図であり、図13は図12に示す吸込水槽を上から見たときの平面図である。本実施形態の吸込水槽は、開水路のみから構成されるオープン水槽である。
【0031】
図12および図13に示すように、吸込水槽内にはゲート(扉門)30が配置され、このゲート30には2つの横軸ポンプP1,P2が並列に設置されている。これらのポンプP1,P2の吸込口はゲート30の上流側に位置している。ゲート30にはこれら2つのポンプP1,P2に対応して吐出流路31が設置されている。それぞれのポンプP1,P2は、吸込口を有するケーシング1と、ケーシング1に収容された羽根車2と、この羽根車2を回転させる駆動機(モータ)32を有している。駆動機32によって羽根車2を回転させると、吸込水槽内の水が吸込口から吸い込まれ、吐出流路31を通じてゲート30の下流側領域に水が移送される。吐出流路31の吐出口には水の逆流を防止するための逆流防止弁33が設けられている。
【0032】
ポンプP1,P2のやや上方であって、かつポンプP1,P2の両側には渦防止部材35が配置されている。本実施形態では、2つのポンプP1,P2が配置されているので、全部で3つの渦防止部材35が配置されている。より詳しくは、図13に示すように、これら3つの渦防止部材35は、吸込水槽の側面25とポンプP1との間、ポンプP1とポンプP2との間、そしてポンプP2と吸込水槽の側面25との間にそれぞれ配置されている。なお、ポンプの数は2つに限られず、1つ、または3つ以上であってもよい。この場合、ポンプの数に応じて渦防止部材35の数も変わることは言うまでもない。
【0033】
各渦防止部材35は、吸込水槽を流れる水の流れに対向する前面を有する前垂れ板(流路形成部材)36と、この前垂れ板36を支持する支持部材37とを備えている。支持部材37はゲート30またはポンプPに固定され、図12に示すように渦防止部材35の前垂れ板36の下端は、ポンプP1,P2が運転可能な最低水位よりも下に位置している。なお、支持部材として、図14に示すように水平板38を用いてもよい。
【0034】
このような構成によれば、ポンプP1,P2の吸込口と水の衝突面(前垂れ板36の前面)との距離D2が短くなるので、吸込水槽を流れる水は旋回流を形成することなく速やかにポンプP1,P2の吸込口に吸い込まれる。したがって、吸込水槽の端部での空気吸込渦の発生を防止することができる。
【0035】
図15(a)乃至図15(d)は本実施形態の渦防止部材の他の例を上から見たときの図である。図15(a)乃至図15(d)に示すように、ポンプP1,P2の設置位置や吸込水槽の形状(例えば湾曲形状)に合わせて渦防止部材35の前垂れ板36を傾斜させてもよく、また前垂れ板36の側部に湾曲部39を設けてもよい。また、前垂れ板の角度を調整可能な構造(例えばボルトによる取付構造やヒンジ構造)とすることにより種々の水路形状に対応することが可能となる。
【0036】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【0037】
1 ケーシング
2 羽根車
3 回転軸
11 呑み口
15 渦防止構造体
16 凹部
20 渦防止壁
21 流路形成部材
22 ライナ
23 アンカー
25 吸込水槽側面(側壁)
27 渦防止壁(渦防止構造体)
28 流路形成部材
30 ゲート
31 吐出流路
32 駆動機(モータ)
33 逆流防止弁
35 渦防止部材
36 前垂れ板(流路形成部材)
37 支持部材
38 水平板
39 湾曲部
P,P1,P2 ポンプ
S 巻き込み部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポンプに水を導くための吸込水槽であって、
ポンプの上流側に配置され、前記吸込水槽の一方の側面から他方の側面まで延びる渦防止構造体と、
前記渦防止構造体の両端部に配置される流路形成部材とを有し、
前記渦防止構造体は、水の流れに対向する前面を有し、
前記流路形成部材は、前記吸込水槽の側面から前記渦防止構造体の前面に向かって傾斜する傾斜面を有することを特徴とする吸込水槽。
【請求項2】
前記傾斜面は滑らかな曲面となっていることを特徴とする請求項1に記載の吸込水槽。
【請求項3】
前記傾斜面の前記吸込み水槽の側面からの角度が30〜45°であることを特徴とする請求項1に記載の吸込水槽。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate

【図12】
image rotate

【図13】
image rotate

【図14】
image rotate

【図15】
image rotate

【図16】
image rotate

【図17】
image rotate

【図18】
image rotate

【図19】
image rotate


【公開番号】特開2012−112391(P2012−112391A)
【公開日】平成24年6月14日(2012.6.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−61833(P2012−61833)
【出願日】平成24年3月19日(2012.3.19)
【分割の表示】特願2007−214461(P2007−214461)の分割
【原出願日】平成19年8月21日(2007.8.21)
【出願人】(000000239)株式会社荏原製作所 (1,477)
【出願人】(506236820)株式会社 荏原由倉ハイドロテック (31)
【Fターム(参考)】