説明

横軸ポンプ、ポンプゲート設備、排水機場

【課題】吸込側水路の水位が低下、ポンプへの近寄流速を速くしても空気吸込渦や水中渦の発生を抑制できる横軸ポンプ、ポンプゲート設備、排水機場を提供すること。
【解決手段】全体が吸込側水路20の上流側に向かって下方に傾斜し、吸込口が水流方向に対して所定角度で上流側上方に傾斜して開口する吸込ケーシングを備えた横軸ポンプにおいて、吸込ケーシング10に空気吸込渦及び/又は水中渦を抑制する渦抑制手段を設けた。渦抑制手段は、吸込ケーシング10の吸込口11の上端中心部12が上端両端部13より高く、且つ吸込側水路20の上流側に突出して形成された構成である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポンプゲート設備等に用いる横軸ポンプに関し、特に吸込ケーシング形状に特徴を有する横軸ポンプ、該横軸ポンプを用いたポンプゲート設備、排水機場に関するものである。
【背景技術】
【0002】
図1はポンプゲート設備を備えた排水設備の構成例を示す図で、図1(a)は平面図、図1(b)は側断面図である。100は本川101の堤防であり、該堤防100を貫通して支川の自然流下水路102に連通する樋管103が配設されており、該樋管103の下流端部には川表ゲート104が配設されている。樋管103の上流端部には吐出水槽105が配設され、該吐出水槽105の上流側にはポンプゲート設備200が配置されている。自然流下水路102のポンプゲート設備200より上流側には自動除塵機106が配置され、自然流下水路102を通って流れてくる塵芥はこの自動除塵機106で捕集され、引き上げられ、コンベア107により所定の位置に搬送される。108は引上機であり、自動除塵器106を使用しない時は自然流下水路102から引き上げておくためのものである。
【0003】
図2はポンプゲート設備200の構成例を示す図であり、ポンプゲート設備200は、自然流下水路102を開閉する扉体201を備え、該扉体201は電動機205で駆動される開閉装置202で昇降自在となっており、扉体201の下端部が自然流下水路102の底部に当接することにより、該自然流下水路102は閉状態になる。扉体201には横軸ポンプ据付空間203が設けられており、該横軸ポンプ据付空間203に横軸ポンプ210を台板204を介して取付けている。横軸ポンプ210は横軸ポンプ据付空間203内に位置する弁胴211、吐出ケーシング212、吐出ボウル213、インペラケーシング214、吸込ケーシング215を備え、これらが一体的に結合されている。また、弁胴211及び吐出ケーシング212内には電動機(水中電動機)216が配置され、インペラケーシング214内にはポンプインペラ(ポンプ羽根車)217が配置されている。また、弁胴211の吐出口には弁体218が取付けられている。
【0004】
上記構成の排水設備において、図1の本川101の水位が自然流下水路102の水位以上となった場合、ポンプゲート設備200の扉体201をその下端が自然流下水路102の底部に当接するまで下降させ自然流下水路102を閉状態する。次に支川の水位が上昇し、自然流下水路102の水位が上昇すると横軸ポンプ210を運転し、吸込ケーシング215から矢印Aに示すように吸込んだ水を弁胴211の吐出口から矢印Bに示すように吐出し、吐出水槽105に排水する。これにより吐出水槽105から樋管103を通って本川101に排水される。なお、矢印C、Dは水流方向を示す。また、上記排水設備において、ポンプゲート設備200に代えポンプを固定した排水機場を設ける場合もある。
【特許文献1】特開2005−054540号公報
【特許文献2】特開2003−003450号公報
【特許文献3】特開2002−303292号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の横軸ポンプ210の吸込ケーシング215の形状は、図2に示すように水路の底部に向かって傾斜し、その吸込口が自然流下水路102の水流方向に対して上流側上方に所定角度傾斜して開口している。自然流下水路102の水位が低下し一定の水位以下となった場合、横軸ポンプ210を運転し続けると図4に示すような空気吸込渦219が発生する。これらの渦は、横軸ポンプ210が振動や騒音を発する原因となる。また、横軸ポンプ210の排水能力を低下させる原因となる。
【0006】
また、一定の水位以下で横軸ポンプ210を運転すると、図3に示す揚程曲線で不安定域IIでの運転となり、図4に示すように、ポンプインペラ(ポンプ羽根車)217の部分に水の逆流220が発生する。これらの空気吸込渦219や水の逆流220は上記のように横軸ポンプ210の振動や騒音の発原因、及び排水能力低下の原因となる。
【0007】
また、ポンプへの近寄流速を速くすることで、ポンプゲート設備の場合は水路幅を、固定式ポンプの場合は吸水槽をコンパクトにすることができる。しかしながら、ポンプへの近寄流速を速くすると空気吸込渦や水中渦が発生し、ポンプの吐出量の低下や振動、騒音が発生してしまうという問題もある。
【0008】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、水位が低下、ポンプへの近寄流速を速くしても空気吸込渦や水中渦の発生を抑制できる横軸ポンプ、該横軸ポンプを用いたポンプゲート設備、排水機場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】
【0009】
上記課題を解決するため請求項1に記載の発明は、全体が吸込側水路の上流側に向かって下方に傾斜し、吸込口が水流方向に対して所定角度で上流側上方に傾斜して開口する吸込ケーシングを備えた横軸ポンプにおいて、前記吸込ケーシングに空気吸込渦及び/又は水中渦を抑制する渦抑制手段を設けたことを特徴とする。
【0010】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口上端の中心部が両端部より高く、且つ前記吸込側水路の上流側に突出して形成された構成であることを特徴とする。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口上端の両端部が中心部より高く、且つ前記吸込側水路の上流側に突出して形成された構成であることを特徴とする。
【0012】
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口上部又は該吸込口より前記吸込側水路の下流側上部に所定の角度で該下流側上方に傾斜した板状体を設けた構成であることを特徴とする。
【0013】
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口下端に前記吸込側水路の流水方向に並行で且つ垂直下方又は垂直方向に対して所定の角度傾斜した板状体を設けた構成であることを特徴とする横軸ポンプ。
【0014】
請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口側部に前記吸込側水路の上流側に張り出した板状体を設けた構成であることを特徴とする。
【0015】
請求項7に記載の発明は、請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口下部又は該吸込口より前記吸込側水路の下流側下部に水流に対して垂直方向又は所定の角度傾斜した板状体を設けた構成であることを特徴とする。
【0016】
請求項8に記載の発明は、請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口側部又は該吸込口から下流側側部に前記吸込側水路の水流に対して垂直方向又は所定の角度傾斜した板状体を設けた構成であることを特徴とする。
【0017】
請求項9に記載の発明は、請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口を左右に区分し、且つ前記吸込側水路の上流側に突出する板状体を設けた構成であることを特徴とする。
【0018】
請求項10に記載の発明は、請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、前記渦抑制手段は、請求項2乃至9に記載の渦抑制手段のいずれか2つ以上の組み合せで構成されていることを特徴とする。
【0019】
請求項11に記載の発明は、吸込側水路内に複数台の横軸ポンプが並列に配置され、該複数台の横軸ポンプの吸込ケーシングを全体が吸込側水路の上流側に向かって下方に傾斜し、吸込口が水流方向に対して所定角度で上流側上方に傾斜して開口する1個の吸込ケーシングで構成したことを特徴とする。
【0020】
請求項12に記載の発明は、全体が吸込側水路の上流側に向かって下方に傾斜し、吸込口が水流方向に対して所定角度で上流側上方に傾斜して開口する吸込ケーシングを備えた横軸ポンプを前記吸込側水路内に複数台並列に配置し、各吸込ケーシングに空気吸込渦及び/又は水中渦を抑制する渦抑制手段を前記複数台の横軸ポンプの運転・停止に伴って発生する前記吸込側水路内の偏流を抑制するため、横軸ポンプ複数台で対称となるように設けたことを特徴とする。
【0021】
請求項13に記載の発明は、全体が吸込側水路の上流側に向かって下方に傾斜し、吸込口が水流方向に対して所定角度で上流側上方に傾斜して開口する吸込ケーシングを備えた横軸ポンプにおいて、前記吸込ケーシングの内部に内側ケーシングを設けて二重構造とし、該吸込ケーシング内周面と該内側ケーシング外周面との間に流路を形成したことを特徴とする。
【0022】
請求項14に記載の発明は、請求項13に記載の横軸ポンプにおいて、前記吸込ケーシングの側部外壁の一部が開閉自在に構成されていることを特徴とする。
【0023】
請求項15に記載の発明は、請求項13に記載の横軸ポンプにおいて、前記吸込ケーシング内周面と前記内側ケーシング外周面との間に形成された流路に塵芥が進入するのを防止する塵芥進入防止手段を設けたことを特徴とする。
【0024】
請求項16に記載の発明は、吸込側水路を開閉する扉体を具備するゲートに横軸ポンプを配置した構成のポンプゲート設備において、前記横軸ポンプに請求項1乃至15のいずれか1項に記載の横軸ポンプを用いることを特徴とする。
【0025】
請求項17に記載の発明は、横軸ポンプを備えた排水機場において、前記横軸ポンプに請求項1乃至15のいずれか1項に記載の横軸ポンプを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【0026】
請求項1に記載の発明によれば、吸込ケーシングに空気吸込渦及び/又は水中渦を抑制する渦抑制手段を設けるので、空気吸込渦及び/又は水中渦が抑制されるから、吸込側水路の水位の低下による振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0027】
請求項2に記載の発明によれば、渦抑制手段は吸込ケーシングの吸込口上端の中心部が両端部より高く、且つ吸込側水路の上流側に突出して形成されているので、この上流側に突出した吸込口上端の中心部の没水深が浅く、空気吸込渦が発生し易い場所となり、この場所と吸込口の開口部付近の水面との距離が大きくなり、空気吸込渦の発生が抑制(防止)される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0028】
請求項3に記載の発明によれば、吸込ケーシングの吸込口上端の両端部が中心部より高く、且つ吸込側水路の上流側に突出して形成されているので、この上流側に突出した吸込口上端の両端部の没水深が浅く、空気吸込渦が発生し易い場所となり、この場所と吸込口の開口部付近の水面との距離が大きくなり、空気吸込渦の発生が抑制(防止)される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0029】
請求項4に記載の発明によれば、吸込ケーシングの吸込口上部又は該吸込口より吸込側水路の下流側上部に所定の角度で該下流側上方に傾斜した板状体を設けているので、該板状体により吸込口上部の水面付近の水流が乱れ、空気吸込渦発生の原因となる旋回流が抑制されるから、空気吸込渦の発生が抑制(防止)される。よって、吸込側水路の水位の低下による振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0030】
請求項5に記載の発明によれば、吸込ケーシングの吸込口下端に吸込側水路の流水方向に並行で且つ垂直又は垂直方向に対して所定の角度傾斜した板状体を設けているので、吸込側水路の底部から吸込む水流が板状体により乱され、水中渦の発生が抑制(防止)される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0031】
請求項6に記載の発明によれば、吸込ケーシングの吸込口側部に吸込側水路の上流側に張り出した板状体を設けたので、水の偏流による空気吸込渦及び水中渦が抑制(防止)される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0032】
請求項7に記載の発明によれば、吸込ケーシングの吸込口下部又は該吸込口より吸込側水路の下流側下部に水流に対して垂直方向又は所定の角度傾斜した板状体を設けたので、吸込口の後方から該吸込口へ向かって廻り込む水流がこの板状体で抑制され、水中渦の発生が抑制(防止)される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0033】
請求項8に記載の発明によれば、吸込ケーシングの吸込口側部又は該吸込口から下流側側部に吸込側水路の水流に対して垂直方向又は所定の角度傾斜した板状体を設けたので、吸込口の後方から該吸込口へ向かって廻り込む水流がこの板状体で抑制され、水中渦の発生が抑制(防止)される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0034】
請求項9に記載の発明によれば、吸込ケーシングの吸込口を左右に区分し、且つ吸込側水路の上流側に突出する板状体を設けたので、吸込口の開口部に発生しようとする大きな水中渦がこの板状体で抑制される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0035】
請求項10に記載の発明によれば、渦抑制手段は、請求項2乃至9に記載の渦抑制手段のいずれか2つ以上の組み合せで構成されるので、空気吸込渦や水中渦が更に効果的に抑制(防止)される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0036】
請求項11に記載の発明によれば、複数台の横軸ポンプの吸込ケーシングを1個の吸込ケーシングで構成するので、複数台の横軸ポンプの運転・停止により、吸込側水路に水の偏流が抑制されるから、空気吸込渦や水中渦の発生が抑制(防止)される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0037】
請求項12に記載の発明によれば、並列に配置された横軸ポンプの各吸込ケーシングに空気吸込渦及び/又は水中渦を抑制する渦抑制手段を複数台の横軸ポンプの運転・停止に伴って発生する吸込側水路内の水の偏流を抑制するため、横軸ポンプ複数台で対称となるように設けたので、空気吸込渦や水中渦の発生が抑制(防止)される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0038】
請求項13に記載の発明によれば、吸込ケーシングの内部に内側ケーシングを設けて二重構造とし、吸込ケーシング内周面と内側ケーシング外周面との間に流路を形成したので、吸込側水路の水位が低下し横軸ポンプが不安定域の運転となった場合、ポンプインペラ部で発生する逆流等の不安定流を利用し、該不安定流を形成する水を吸込ケーシング内周面と内側ケーシング外周面の間の流路を通って吸込口側に吐き出す吐出流が形成され、空気吸込渦や水中渦の発生が抑制(防止)される。よって、振動、騒音、及び排水能力の低下がない横軸ポンプを提供できる。
【0039】
請求項14に記載の発明によれば、吸込ケーシングの側部外壁の一部を開閉自在に構成するので、吸込ケーシング内周面と内側ケーシング外周面の間の流路に塵芥が詰まった場合、吸込ケーシングの側部外壁を開放することにより、この詰まった塵芥を容易に除去することができる。よって、横軸ポンプを振動、騒音、及び排水能力の低下のない状態に維持することが容易となる。
【0040】
請求項15に記載の発明によれば、吸込ケーシング内周面と内側ケーシング外周面との間に形成された流路に塵芥が進入するのを防止する塵芥進入防止手段を設けたので、該流路が塵芥で閉塞することがない。よって、横軸ポンプを常に振動、騒音、及び排水能力の低下のない状態に維持することができる。
【0041】
請求項16に記載の発明によれば、ポンプゲート設備の横軸ポンプに請求項1乃至15のいずれか1項に記載の横軸ポンプを用いるので、水位が低下しても振動、騒音、及び排水能力の低下のないポンプゲート設備を提供できる。また、ポンプへの近寄流速を速くすることができるから、吸込側水路の幅を小さくでき、設備をコンパクトに構成できる。
【0042】
請求項17に記載の発明によれば、排水機場の横軸ポンプに請求項1乃至15のいずれか1項に記載のポンプゲート設備を用いるので、振動、騒音が小さく、吸込側水路の水位が低下しても排水流量の低下のない排水機場を提供できる。また、ポンプへの近寄流速を速くすることができるから、吸込水槽を小さくでき、設備をコンパクトに構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0043】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。上記のようなポンプゲート設備において、自然流下水路(以下「吸込側水路」と記す)の水位が下がると、横軸ポンプの吸込ケーシングから空気を吸込んで空気吸込渦が発生する。この空気吸込渦の発生を抑制するために、ここでは吸込ケーシングを図5及び図6に示すように構成している。
【0044】
図5に示す吸込ケーシング10は、図示するように全体として吸込側水路20の上流側に向かって下方に傾斜(屈曲)しており、その吸込口11の開口面が吸込側水路の底面(図示せず)に向かって所定の角度傾斜(上流側上方に向かって傾斜)している。そして吸込ケーシング10の略矩形状の吸込口11の上端中心部(上端中央部)12がその上端両端部13に対し高くなるように形成すると共に、該両端部13よりも上流側に突き出るように形成している。
【0045】
また、図6に示す吸込ケーシング10は、図示するように全体として上流側に向かって下方に傾斜(屈曲)しており、その吸込口11の面が吸込側水路20の底面(図示せず)に向かって所定の角度傾斜(上流側上方に向かって傾斜)している点は、図5に示す吸込ケーシング10と同じである。ここでは、吸込ケーシング10の吸込口11の上端両端部13が上端中心部(上端中央部)12に対し高くなるように形成すると共に、該上端中心部12よりも上流側に突き出るように形成している。なお、図5及び図6において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図、(c)は平面図である。
【0046】
空気吸込渦は、吸込ケーシング10の吸込口11上端の没水深の浅い部分(高さの高い部分)に発生する。図5及び図6に示すように、吸込ケーシング10の吸込口11の上端中心部12又は上端両端部13を高く、上流側に突き出るように形成することにより、この部分の没水深が浅くなる。即ち、吸込ケーシング10を図5又は図6に示すような形状に構成することにより、あえて没水深の浅い部分(=空気吸込渦の発生する場所)ができる。この没水深の浅い部分、即ち吸込口11の上端中心部12又は上端両端部13は上流側に突き出ているため、吸込口11の上端と吸込口11の開口部付近の水面との距離が大きくなり、空気吸込渦の発生が抑制(防止)される。
【0047】
図7は空気吸込渦の発生を抑制する吸込ケーシングの他の構成例を示す図である。ここでは、吸込ケーシング10の吸込口11上端の上に、吸込側水路20の下流側上方に向かって傾斜する板状体14を設けている。この板状体14を設けたことにより、吸込口11の上部の水面付近の水流を乱す。これにより、空気吸込渦の発生原因となる水の旋回流を抑制でき、空気吸込渦を抑制(防止)できる。また、板状体14によって、吸込口11の上部の流れを縮流させるから、吸込口11の上部の水流速が速められるので、水面に発生する旋回流を吸込口11よりも後方(下流)へ移動させることができ、空気吸込渦を防止することができる。なお、図7において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図、(c)は平面図である。
【0048】
なお、図では吸込ケーシング10の吸込口11上端の上に板状体14を設けているが、図示は省略するが、吸込口11より下流側(吸込側水路20の下流側)の吸込ケーシング10の上部に、下流側上方に向かって傾斜するに板状体14を設けても、同様に空気吸込渦の発生原因となる水の旋回流れを抑制でき、空気吸込渦を防止できる。また、上記例では板状体14の形状を矩形としたが、図8(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、山形、台形、円弧形、櫛形でもよく、また図8(e)に示すように板状体14に複数の穴14aを形成してもよく、図示は省略するが波形でもよい。
【0049】
水中で発生する水中渦の抑制対策としては、図9及び図10に示すように、吸込ケーシング10の吸込口11下部に板状体15、16を設置する方法がある。図9では吸込ケーシング10の吸込口11下部に2枚の板状体15、15を垂直方向に対して所定角度傾斜させ、該2枚の板状体15、15でハ字型を形成するように、吸込側水路20の水流に並行に設けている。図10では吸込ケーシング10の吸込口11下部に2枚の板状体16、16を垂直方向に対して所定角度傾斜させ、該2枚の板状体16、16で逆ハ字型を形成するように、吸込側水路20の水流に並行に設けている。なお、図9及び図10において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図である。
【0050】
上記のように吸込ケーシング10の吸込口11下部に垂直方向と角度をもった板状体15、15又は16、16を設置することにより、吸込側水路の底部から吸込む水流が該板状体15、15又は16、16により乱され、水中渦の発生を抑制(防止)する。また、吸込ケーシング10の吸込口11下部の水の流れを乱すことにより、その影響で吸込口11の側部から吸込まれる吸込み流れも乱されるため、側壁から発生する水中渦も抑制(防止)することができる。
【0051】
図11は図5の吸込ケーシング10の吸込口11下部に図9の板状体15、15を設けた構成の吸込ケーシング10を示す図である。このように吸込口11の上端中心部12がその上端両端部13に対し高くなるように形成されると共に、該上端両端部13よりも上流側に突き出るように形成された吸込ケーシング10の吸込口11下部に2枚の板状体15、15を垂直方向に対して所定角度傾斜させ、該2枚の板状体15、15でハ字型を形成するように、水の流れに並行に設けることにより、空気吸込渦と水中渦の発生を抑制できる。図11において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図、(c)は平面図である。
【0052】
また、図示は省略するが、板状体15、15に代えて図10に示すように吸込口11下部に2枚の板状体16、16を垂直方向に対して所定角度傾斜させ、該2枚の板状体16、16で逆ハ字型を形成するように、水の流れに並行に設けてもよい。また、図示は省略するが、図6の吸込ケーシング10の吸込口11下部に図9の板状体15、15又は図10の板状体16、16を設けて吸込ケーシング10を構成してもよい。このようにしても、空気吸込渦と水中渦の発生を抑制できる。
【0053】
図12は図7の吸込ケーシング10の吸込口11下部に図9の板状体15、15を設けた構成の吸込ケーシング10を示す図である。図示するように、吸込口11上端の上に、吸込側水路20の上流側上方に向かって傾斜する板状体14を設けて構成した吸込ケーシング10の吸込口11下部に2枚の板状体15、15を垂直方向に対して所定角度傾斜させ、該2枚の板状体15、15でハ字型を形成するように、水流に並行に設けている。これにより、空気吸込渦と水中渦の発生を抑制できる。図12において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図、(c)は平面図である。
【0054】
また、図示は省略するが、板状体15、15に代えて図10に示すように吸込口11下部に2枚の板状体16、16を垂直方向に対して所定角度傾斜させ、該2枚の板状体16、16で逆ハ字型を形成するように、吸込側水路20の水流に並行に設けてもよい。このようにしても、空気吸込渦と水中渦の発生を抑制できる。
【0055】
図13は本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの他の構成例を示す図である。本吸込ケーシング10は吸込口11の側部に吸込側水路20の上流側及び垂直下方に向かって、吸込口11より張り出した板状体17、17を設置している。なお、図13において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図である。このように吸込口11の側部に板状体17,17を設けることにより、水の偏流による空気吸込渦及び水中渦を抑制(防止)することができる。
【0056】
特に図14に示すように、吸込側水路20に上記構成の吸込ケーシング10を備えた複数台(図では2台)の横軸ポンプ21−1,21−2を並列に配置している場合に、停止している横軸ポンプがあるとき、例えば横軸ポンプ21−1が停止しているとき、運転している横軸ポンプ21−2へ向かって偏流が生じ、空気吸込渦及び水中渦を発生しようとするが、ここでは上記のように吸込ケーシング10の吸込口11側部に水の流れ方向上流に向かって吸込口11より張り出した板状体17、17を設置しているので、この板状体17により吸込流れが整流され、空気吸込渦及び水中渦の発生を抑制(防止)する。
【0057】
図15は本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの他の構成例を示す図である。本吸込ケーシング10は吸込口11下端に垂直下方に板状体18を設けると共に、吸込口11の開口両側部に板状体19、19を吸込側水路20の水流れに対向して設けている。なお、図15において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図、(c)は平面図である。このように吸込口11及び吸込口11の開口側部に水の流れに対向して板状体19を設けることにより、吸込口11の後方から該吸込口11へ向かって廻り込む水流を抑制し、水中渦の発生を抑制(防止)する。なお、板状体18は吸込口11下端に垂直方向に設けているが、垂直方向に対して所定の角度を傾斜させて設けてもよい。また、ここでは、吸込口11の下端と吸込口11の開口両側部に板状体を設ける構成としたが、板状体は吸込口11の下端又は吸込口11の開口両側部のいずれか一方にだけ設けてもよい。
【0058】
図16は本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの他の構成例を示す図である。本吸込ケーシング10は吸込口11より下流側の吸込ケーシング10の上下及び両側部に外周を囲むように、垂直方向に、即ち吸込側水路20の水流に対向するように板状体22を設けている。なお、図16において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図である。このように吸込ケーシング10の吸込口11から下流側にケーシング10の外周を囲むように水の流れに対向して板状体22を設けることにより、吸込口11の後方から該吸込口11へ向かって廻り込む水流を抑制し、水中渦の発生を抑制(防止)する。また、板状体22は水流方向に垂直方向に設けているが、垂直に対して所定の角度傾斜させて設けてもよい。また、板状体22は吸込ケーシング10の両側部又は下端部のみに設けてもよい。
【0059】
図17は本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの他の構成例を示す図である。本吸込ケーシング10は、図7に示す吸込ケーシング10の吸込口11下端に図15に示す吸込の板状体18を設けると共に、吸込口11の開口両側部に板状体19、19を吸込側水路20の水流れに対向して設けている。なお、図17において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図、(c)は平面図である。このように、吸込ケーシング10の吸込口11上端部に下流側上方に向かって傾斜する板状体14を設けると共に、吸込口11下端に垂直に板状体18を設け、更に吸込口11の開口両側部に板状体19、19を水の流れに対向して設けることにより、図7に示す吸込ケーシングと同様空気吸込渦を防止すると共に、図15に示す吸込ケーシングと同様水中渦の発生を防止する。なお、ここでは、吸込口11の下端と吸込口11の開口両側部に板状体18,19,19を設けた構成としたが、板状体は吸込口11の下端又は吸込口11の開口両側部のいずれか一方でもよい。
【0060】
図18は本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの他の構成例を示す図である。本吸込ケーシング10は、図7に示す吸込ケーシング10の吸込口11下流側に図16に示すように該ケーシング10の外周を囲むように、垂直方向に板状体22を設けている。なお、図18において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図である。このように、吸込ケーシング10の吸込口11上端部に下流側上方に向かって傾斜する板状体14を設けると共に、吸込口11の下流側にケーシング10の外周を囲むよう板状体22を設けることにより、図7に示す吸込ケーシングと同様空気吸込渦を防止すると共に、図16に示す吸込ケーシングと同様水中渦の発生を防止する。
【0061】
図19は本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの他の構成例を示す図である。本吸込ケーシング10は吸込口11にの上下左右に先端部に水流の上流側に突出する突出板(板状体)23、24を設けると共に、幅方向中心部に吸込口11を左右に仕切る板状体25を設けている。この板状体25は吸込口11の開口部より吸込側水路20の上流側に突出し、且つ水流れに並行となるように配置されている。なお、図19において、(a)は側面図、(b)は上流側から見た(矢印A方向から見た)正面図、(c)は平面図である。このように、吸込ケーシング10の吸込口11に上下左右に端部に吸込側水路20の上流側に突出する突出板(板状体)23、24を設けると共に、幅方向中心部に吸込口11を左右に仕切る板状体25を設けることにより、吸込口11の開口部に大きな水中渦の発生するのを抑制できる。
【0062】
図20は本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの他の構成例を示す図である。本吸込ケーシングは、吸込側水路20に並列に配置された複数台(図では2台)の横軸ポンプ21−1、21−2に一体の吸込ケーシング10を設けている。なお、一体の吸込ケーシング10の形状は幅寸法が大きいだけで、例えば図7に示す吸込ケーシング10の板状体14を除去した構成と同じである。即ち、全体として吸込側水路20の上流側に向かって下方に傾斜(屈曲)しており、その開口面が吸込側水路20の底面に向かって所定の角度傾斜(上流側上方に向かって傾斜)している。このように複数台の横軸ポンプ21に一体の吸込ケーシング10を設けることにより、例えば一方の横軸ポンプ21−1が運転中で他方の横軸ポンプ21−2が運転中止中でも吸込側水路20内の吸込ケーシング10の吸込口11近傍の水流の速度分布Vdは、図示するよな最大流速が吸込側水路20中央で両側近づくに従い徐々に遅くなる速度分布となり、偏流がないことから水中渦や空気吸込渦の発生を抑制できる。
【0063】
これに対して、図21に示すように、吸込側水路20に並列に配置された複数台(図では2台)の横軸ポンプ21−1、21−2のそれぞれに吸込ケーシング10を設けている場合は、例えば一方の横軸ポンプ21−1が運転中で他方の横軸ポンプ21−2が運転中止中の場合、吸込側水路20内の流速分布Vdは図示するようになる。即ち、運転中の横軸ポンプ21−1の吸込ケーシング10の吸込口11近傍の水流が速くなり、偏った流速分布となり、偏流により水中渦や空気吸込渦が発生しやすくなる。
【0064】
図22は本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの他の構成例を示す図である。本吸込ケーシングは、吸込側水路20に並列に配置された2台の横軸ポンプ21−1、21−2のそれぞれに吸込ケーシング10、10を設けている。そして各吸込ケーシング10の吸込側水路20側壁側の側部に大きい板状体26を、反対側には小さい板状体27を、それぞれ水流の上流側に突出させて、水流と並行に設けている。このように各吸込ケーシング10の吸込側水路20側壁側の側部に大きい板状体26を、反対側には小さい板状体27を非対象に設けていることにより、一方の横軸ポンプ21−1を運転し、他方の横軸ポンプ21−2の運転を中止した場合でも、偏流を減らすことができ、偏流により水中渦や空気吸込渦の発生を減少できる。
【0065】
なお、上記例では板状体26、27を上流側に突出させて、水流と平行して設けているが、板状体26、27はこれに限定されるものではなく、例えば図13に示すような板状体17、図15に示す板状体18、19でもよく、要は吸込側水路20内に吸込ケーシングを備えた横軸ポンプを複数台並列に配置した装置において、各横軸ポンプの運転、停止によって吸込側水路20内に発生する偏流を抑制する作用を奏するように各吸込ケーシングに板状体を設ければよい。
【0066】
上記吸込ケーシンの構成例では、それぞれ空気吸込渦や水中渦を抑制するための渦抑制手段を設けているが、これらの渦抑制手段を適宜組合せ、より効果的に空気吸込渦や水中渦を抑制する渦抑制手段を構成することも可能である。
【0067】
吸込側水路20内の水位が低い場合、図4に示すように、吸込ケーシング215の没水深が浅い部分で空気吸込渦219が発生し、ポンプインペラ217の部分に逆流220が発生する。これらの空気吸込渦219や逆流220は上記のように横軸ポンプ210の振動や騒音の発原因となる。そこで本発明に係る吸込ケーシングは、図23に示すように、吸込ケーシング10を外側ケーシングとし、その内部に内側ケーシング28を設け、吸込ケーシング10内壁面と内側ケーシング28外壁面の間に流路35を形成している。これにより、後述するように空気吸込渦を抑制できる。
【0068】
吸込ケーシング10を上記のように二重吸込ケーシング構造とすることにより、吸込側水路20内の水位WLが図23に示すように低い(L)レベルにある場合、インペラケーシング30内のポンプインペラ31部で発生した逆流36を吸込ケーシング10と内側ケーシング28の間の流路35を通して吸込口11へと導くことができる。これによりポンプインペラ31部で発生した逆流36がポンプインペラ31部に戻るような旋回流を発生することなく、横軸ポンプの振動を低減することが可能となる。即ち、このように吸込ケーシング10を二重構造とすることにより、吸込側水路20内の水位WLが低い時のポンプインペラ31部で発生する不安定流れを利用し、水を吸込口11に導き吐出する吐出流を発生させ、空気吸込渦、水中渦を防止する。
【0069】
なお、低水位においても不安定域IIにならないポンプ特性を持つポンプの場合は、低水位の状態で不安定域となるよう、水位を検知して回転数制御等の制御手段により、不安定域となるように制御してもよい。また、吐出側に弁等の制御機構を有する設備の場合は、回転数制御に変え、弁等による流量制御により、不安定域となるようにしてもよい。
【0070】
上記二重構造の吸込ケーシング10において、図24に示すように吸込側水路20内の水位WLが高い(H)レベルにある場合は、横軸ポンプは図3の安定域Iで運転されているから、ポンプインペラ31部に逆流が発生することなく、水は内側ケーシング28内及び吸込ケーシング10と内側ケーシング28の間の流路35を通して吸込まれ、吐出ケーシング33を通って吐き出される。なお、32は吐出ボウル、34は電動機(水中電動機)である。
【0071】
上記二重構造の吸込ケーシング10において、内側ケーシング28はその吸込口28aを図25に示すように、外側ケーシングとなる吸込ケーシング10の吸込口11と同一面にとなるように設置してもよいし、また図26に示すように内側ケーシング28の吸込口28aが吸込ケーシング10の吸込口11より上流側に所定寸法突出させてもよく、また図27に示すように内側ケーシング28の吸込口28aが吸込ケーシング10内にその吸込口11より下流側に所定寸法後退させてもよい。
【0072】
吸込ケーシング10を上記のように二重構造とした場合、外側ケーシングとなる吸込ケーシング10と内側ケーシング28の間の流路35は狭くなるから、この流路35に塵芥が詰まり閉塞するおそれがある。この対策として図28に示すように、吸込ケーシング10の側壁の一部10aを例えばヒンジ機構38を介して開閉自在とし、詰まった塵芥を容易に除去できるようにするとよい。
【0073】
また、吸込ケーシング10と内側ケーシング28の間の狭い流路35に塵芥が進入し閉塞しないように、図29に示すように流路35の入口近傍にスクリーン37を設ける。なお、スクリーン37に代え、ネット或いはパンチングメタルを設置してもよい。これにより流路35内に塵芥が進入することなく、該流路35が塵芥で閉塞されることもない。
【0074】
上記構成の吸込ケーシング10を備えた横軸ポンプを図2に示す構成のポンプゲート設備200の横軸ポンプ210に用いることにより、自然流下水路の水位が低くなっても、空気吸込渦や水中渦の発生を抑制できるから、これら空気吸込渦や水中渦に起因するポンプ吐出流量の低下、振動、騒音を抑制できるポンプゲート設備を提供できる。また、固定式ポンプを備えた排水機場に上記構成の吸込ケーシング10を備えた横軸ポンプを用いることにより、振動、騒音を抑制でき、且つ排水流量の変動しない排水機場を提供できる。
【0075】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0076】
【図1】排水設備の構成例を示す図である。
【図2】ポンプゲート設備の構成例を示す図である。
【図3】横軸ポンプの揚程曲線を示す図である。
【図4】従来のは吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの構成例を示す図である。
【図5】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図6】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図7】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図8】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの板状体の形状例を示す図である。
【図9】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図10】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図11】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図12】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図13】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図14】本発明に係る吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの並列配置構成例を示す図である。
【図15】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図16】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図17】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図18】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図19】本発明に係る横軸ポンプの吸込ケーシングの構成例を示す図である。
【図20】本発明に係る吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの配置構成例と流速分布を示す図である。
【図21】従来の吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの配置構成例と流速分布を示す図である。
【図22】本発明に係る吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの並列配置構成例を示す図である。
【図23】本発明に係る吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの構成例を示す図である。
【図24】本発明に係る吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの構成例を示す図である。
【図25】本発明に係る吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの構成例を示す図である。
【図26】本発明に係る吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの構成例を示す図である。
【図27】本発明に係る吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの構成例を示す図である。
【図28】本発明に係る吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの構成例を示す図である。
【図29】本発明に係る吸込ケーシングを備えた横軸ポンプの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【0077】
10 吸込ケーシング
11 吸込口
12 吸込口の上端中心部
13 吸込口の上端両端部
14 板状体
15 板状体
16 板状体
17 板状体
18 板状体
19 板状体
20 吸込側水路
21 横軸ポンプ
22 板状体
23 突出板
24 突出板
25 板状体
26 板状体
27 板状体
28 内側ケーシング
30 インペラケーシング
31 ポンプインペラ
32 吐出ボウル
33 吐出ケーシング
34 電動機
35 流路
36 逆流
37 スクリーン
38 ヒンジ機構

【特許請求の範囲】
【請求項1】
全体が吸込側水路の上流側に向かって下方に傾斜し、吸込口が水流方向に対して所定角度で上流側上方に傾斜して開口する吸込ケーシングを備えた横軸ポンプにおいて、
前記吸込ケーシングに空気吸込渦及び/又は水中渦を抑制する渦抑制手段を設けたことを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項2】
請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、
前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口上端の中心部が両端部より高く、且つ前記吸込側水路の上流側に突出して形成された構成であることを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項3】
請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、
前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口上端の両端部が中心部より高く、且つ前記吸込側水路の上流側に突出して形成された構成であることを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項4】
請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、
前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口上部又は該吸込口より前記吸込側水路の下流側上部に所定の角度で該下流側上方に傾斜した板状体を設けた構成であることを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項5】
請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、
前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口下端に前記吸込側水路の流水方向に並行で且つ垂直下方又は垂直方向に対して所定の角度傾斜した板状体を設けた構成であることを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項6】
請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、
前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口側部に前記吸込側水路の上流側に張り出した板状体を設けた構成であることを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項7】
請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、
前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口下部又は該吸込口より前記吸込側水路の下流側下部に水流に対して垂直方向又は所定の角度傾斜した板状体を設けた構成であることを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項8】
請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、
前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口側部又は該吸込口から下流側側部に前記吸込側水路の水流に対して垂直方向又は所定の角度傾斜した板状体を設けた構成であることを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項9】
請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、
前記渦抑制手段は、前記吸込ケーシングの吸込口を左右に区分し、且つ前記吸込側水路の上流側に突出する板状体を設けた構成であることを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項10】
請求項1に記載の横軸ポンプにおいて、
前記渦抑制手段は、請求項2乃至9に記載の渦抑制手段のいずれか2つ以上の組み合せで構成されていることを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項11】
吸込側水路内に複数台の横軸ポンプが並列に配置され、該複数台の横軸ポンプの吸込ケーシングを全体が吸込側水路の上流側に向かって下方に傾斜し、吸込口が水流方向に対して所定角度で上流側上方に傾斜して開口する1個の吸込ケーシングで構成したことを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項12】
全体が吸込側水路の上流側に向かって下方に傾斜し、吸込口が水流方向に対して所定角度で上流側上方に傾斜して開口する吸込ケーシングを備えた横軸ポンプを前記吸込側水路内に複数台並列に配置し、各吸込ケーシングに空気吸込渦及び/又は水中渦を抑制する渦抑制手段を前記複数台の横軸ポンプの運転・停止に伴って前記吸込側水路内に発生する偏流を抑制するため、横軸ポンプ複数台で対称となるように設けたことを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項13】
全体が吸込側水路の上流側に向かって下方に傾斜し、吸込口が水流方向に対して所定角度で上流側上方に傾斜して開口する吸込ケーシングを備えた横軸ポンプにおいて、
前記吸込ケーシングの内部に内側ケーシングを設けて二重構造とし、該吸込ケーシング内周面と該内側ケーシング外周面との間に流路を形成したことを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項14】
請求項13に記載の横軸ポンプにおいて、
前記吸込ケーシングの側部外壁の一部が開閉自在に構成されていることを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項15】
請求項13に記載の横軸ポンプにおいて、
前記吸込ケーシング内周面と内側ケーシング外周面との間に形成された流路に塵芥が進入するのを防止する塵芥進入防止手段を設けたことを特徴とする横軸ポンプ。
【請求項16】
吸込側水路を開閉する扉体を具備するゲートに横軸ポンプを配置した構成のポンプゲート設備において、
前記横軸ポンプに請求項1乃至15のいずれか1項に記載の横軸ポンプを用いることを特徴とするポンプゲート設備。
【請求項17】
横軸ポンプを備えた排水機場において、
前記横軸ポンプに請求項1乃至15のいずれか1項に記載の横軸ポンプを用いることを特徴とする排水機場。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【図23】
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【図24】
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【図25】
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【図26】
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【図27】
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【図28】
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【図29】
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【公開番号】特開2007−32036(P2007−32036A)
【公開日】平成19年2月8日(2007.2.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−215089(P2005−215089)
【出願日】平成17年7月25日(2005.7.25)
【出願人】(000000239)株式会社荏原製作所 (1,477)
【Fターム(参考)】