渦発生防止装置を備えた水中ポンプ
【課題】低水位運転を可能とし、水中渦の発生を抑制する渦発生防止装置を備えた水中ポンプの提供。
【解決手段】水路の水門の扉体５に設置され、水路の一方からの流水を吸込み水路の他方へ流水を排水させる水中ポンプ７の吸込口９下部近傍に、流水の渦発生を防止するための渦発生防止部材１０を設けた。この渦発生防止部材１０は合成ゴム材で流水方向を変えられるとともに両面の圧力差により先端部が弾性変形する。又、水中ポンプ７は傾斜させて設置し、吸込口９上部にはカバー８を設け、このカバー８にはサイドフィン１１を取り付け、低水位のポンプ運転を可能とする。
【解決手段】水路の水門の扉体５に設置され、水路の一方からの流水を吸込み水路の他方へ流水を排水させる水中ポンプ７の吸込口９下部近傍に、流水の渦発生を防止するための渦発生防止部材１０を設けた。この渦発生防止部材１０は合成ゴム材で流水方向を変えられるとともに両面の圧力差により先端部が弾性変形する。又、水中ポンプ７は傾斜させて設置し、吸込口９上部にはカバー８を設け、このカバー８にはサイドフィン１１を取り付け、低水位のポンプ運転を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸込口近傍に渦発生を防止する渦発生防止装置を備え、河川等の水路の水門の扉体に設置される水中ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
治水等の目的で河川等の水路には多くの水門が設けられている。この水門には排水口があり、水中ポンプを有するゲートが備えられていることが多い。ゲートに水中ポンプが直接配置されているが、この水中ポンプはゲートが閉じたとき水路の流水を強制的に排水するためのものである。この水中ポンプは種々のタイプがあり、同一出願人もゲートポンプ（本出願人の登録商標）として種々提案している。
【０００３】
この水中ポンプは主にポンプ回転軸を設置する向きによって種類が異なり、横軸タイプ（形式）のものと立軸タイプ（形式）のものがある。又、水中ポンプの吸込み性能を向上させるためには、吸込み口をできるだけ河床（又は水路底）に近く設置しなければならない。水中ポンプは、水路側の事情で水位が低下した場合に水中ポンプの必要没入深さを確保できないと、空気吸込み渦、水中渦、旋回流等が発生し、水の吸込みが悪くなる。これらの空気吸込み渦、水中渦、旋回流は揚水量低下、キャビテーション、揚程低下などを生じ、水中ポンプの性能低下や騒音、振動、軸受の磨耗、損傷、羽根の壊食などの機械的問題を引き起こす。
【０００４】
従って、これらの問題点を回避するため、連続的な渦の吸込みが起きないように一般的にポンプ口径に対する最適な水位設置条件を決めている。水路底面隙間や没水深が適正値であれば、掘り込み等をしないで低い水位まで運転は可能である。又、横軸タイプの水中ポンプについては、水中ポンプ上の水面側で空気吸込み渦が発生しやすく、これを回避するため、水中ポンプ取り付け高さや必要没水深さの推奨値が決められている。さらに必要水位を下げ低水位運転を可能とする努力がなされている。
【０００５】
これらを解決する水中ポンプ（ゲートポンプ）の設備として、横軸タイプのものであると、例えば特許文献１、２でゲートポンプのポンプ回転軸を傾斜させて設置し低水位運転可能とする構成のものが提案されている。これはゲートポンプのポンプ回転軸（羽根車軸）を傾斜させ、吸込み口を水路底に近づける構成のものとして知られている。特に特許文献１は同一出願人の出願になるものであるが、ゲートポンプ吸込み口の水面側縁部流入方向に突出したカバーを設けて空気吸込み渦の発生を防止する対策が施されている。また、ガイドケーシングの吸込み口流水通過断面積を前記ガイドケーシング内孔断面積より広くしてくぼみ渦が空気吸込み渦に成長しにくくしていることも記載されている。
【０００６】
又、ポンプ吸い込み口が先端側開口部に向かって径が大きくなるテーパ形状の筒状部材から構成され、先端側開口部を上端部が下端部よりも先端側に突き出すように傾斜させるとともに、先端側開口部にバッフル、下部垂直バッフル及び、上部垂直バッフルを備えたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。更に、吸込口に設けられるカバーの吸込み開口面積をポンプの吸込み部開口面積より大きくした上で、吸入口カバーの下壁又は側壁に開孔部を形成して渦流の発生を防止する構成にしたものも知られている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００２−０２１０５０号公報
【特許文献２】特開２００３−０５５９４６号公報
【特許文献３】特開２００５−００２８７６号公報
【特許文献４】特開２００４−３６０５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
空気吸込み渦の発生を抑制するため、必要水位を最低限確保することで、水中ポンプの設置は可能であり、従来からもそれなりの対応策は講じられている。しかし、水中ポンプにおいて水流対象のものは必ずしも方向が一定な正流だけのものではなく、又、水面に近い水流のみを対象とするものではない。水中ポンプの外側を通過して流れる流水は水路の側壁や扉体にぶつかり向きを変えてすなわち反転し逆流する。この逆流した流水が水中ポンプの吸込口近傍で正流と合流しポンプ吸込口から吸込まれる。
【０００８】
このときに流れの条件によって水中渦を発生させる。この水中渦は水流が早い場合、水圧の高い場合等の悪い条件が重なった場合に発生しやすい。この水中渦はポンプに取り込まれると、水中ポンプの性能低下を招き、騒音、振動、軸受の磨耗、損傷、ポンプ羽根の壊食等の機械的不具合をもたらす。この水中渦は、水路内において水中ポンプの前部側から流入する正流の流水に対して、水路壁や扉体で反転して水中ポンプの後部側から流入する流水が境界部分で衝突等することによって発生する。
【０００９】
即ち、吸込口の外側を流れる流水は水路壁や扉体により反転され逆流の形で吸込口近傍にもたらされ、正流と合流して吸込口に取り込まれる。このとき水中ポンプに沿って後部側から逆流する流れは正流に対し略１８０度の異なる方向に流れて、境界部分Ｃ（図１１参照）で正流とぶつかる。このとき相互の流れは急激に流れの方向を変え抑制され、即ちＵターンして流れの方向を変えることになり、流れの勢いが大きいと相互間に局部的に負圧が生じ水中渦が発生するのである。
【００１０】
前述の従来の技術でこの水中渦を解消するものは開示されていない。例えば特許文献１、２に示されているものは水中ポンプの吸込口をなるべく水路底に近づける技術であり、水中渦を積極的に解消するものではない。この対策を施しても、低水位になると、流速が早くなり、空気吸込み渦は発生する。このようにポンプを傾斜させても設置構成には限界があり、水中渦を解消することはできず、完全とは言い難い。
【００１１】
又、前述の特許文献３に示されている技術は、下部垂直バッフルは河床に土砂の堆積等の障害物があれば、下部垂直バッフルが干渉して扉体の全閉動作に支障をきたし、渦発生防止が不完全である上、渦発生以外の問題点も生じることになる。更に、前述の特許文献４には、吸込口カバーの下壁又は側壁に開孔部を形成してこの開口孔から逆流に相当する流水を吸込み正流と合流させるものであるが、しかしこの方法も極めて限られた空間から限られた流水を取り込むことになり、吸込口からの逆流取り込みを緩和するに過ぎず根本的な解決策とは言い難い。吸込口からの逆流による問題点は解消されていない。吸込口内で合流したときにスムースに渦が発生せず正流に合流されるとは限らない。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点を解決するために開発されたもので、特に、前述の特許文献１の技術を発展改良させたものであり、次の目的を達成する。
本発明の目的は、ポンプの吸込口に渦発生防止部材を設けて水中渦を積極的にその発生を防止するようにして、さらなる低水位運転を可能とし、低水位運転時においても水中ポンプのスムースな運転動作を確保するようにした渦発生防止装置を備えた水中ポンプの提供にある。本発明の他の目的は、渦発生防止装置を簡素な構成にして、既存の水中ポンプにも取り付け可能とし、コスト低減を図った渦発生防止装置を備えた水中ポンプの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、水路の水門の扉体に設置され前記水路の一方からの流水を吸込み前記水路の他方へ流水を排水する水中ポンプであって、前記水中ポンプの吸込口下部近傍から吸込まれる流水の渦発生を防止するため、前記水中ポンプの後部側から回り込む流水の流れの方向を変換可能な渦発生防止部材を、前記吸込口下部近傍に設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明２の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記水中ポンプは、横軸タイプの水中ポンプであって、水平軸に対し回転軸が所定角度傾斜して前記水門の扉体に設置可能なものであり、ポンプ運転可能な最低水位を前記水中ポンプのポンプ口径より小さい所定の数値にできることを特徴とする。
【００１５】
本発明３の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記水中ポンプは、横軸タイプの水中ポンプであって前記吸込口上部にカバーを設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明４の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記吸込口に設けられるカバーの吸込口面積はポンプ内吸込口面積より大きく構成していることを特徴とする。
【００１７】
本発明５の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記渦発生防止
部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視略Ｌ字形状で且つ弾性変形可能なものであることを特徴とする。
【００１８】
本発明６の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記渦発生防止部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視曲線形状で且つ弾性変形可能なものであることを特徴とする。
【００１９】
本発明７の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記渦発生防止部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視略Ｌ字形状の部材が揺動可能になっているものであることを特徴とする。
【００２０】
本発明８の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明３において、前記カバーの縁部に所定幅を有する縁材を設けたことを特徴とする。
【００２１】
本発明９の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明５又は６において、前記渦発生防止部材は、合成ゴム材で形成されたものであることを特徴とする。
【００２２】
本発明１０の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明５又は６において、前記渦発生防止部材は、プラスチック材で形成されたものであることを特徴とする。
【００２３】
本発明１１の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明５又は６において、前記渦発生防止部材は、板ばね材で形成されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、渦発生防止部材を設けたことにより、渦のないあるいは渦発生の抑制された水中ポンプの運転が可能となったので、スムースで安定した流水の吸込みでの運転となり、水中ポンプの運転効率を向上させることができた。又、従来の水中ポンプに比べ、より一層の低水位運転を可能とすることができた。更に、簡素な構成にしたので、機能向上に比し低コストの水中ポンプとすることができた。
又、渦発生防止部材を弾性変形可能なものとしたことで、扉体を全閉側に下降させるとき、河床に土砂の堆積物等の障害物があっても、渦発生防止部材の弾性変形により水中ポンプを構成する部品の損傷を回避でき、扉体を全閉状態とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明による渦発生防止装置を備えた水中ポンプの実施の形態を図にもとづき、詳細に説明する。本実施の形態においての水中ポンプは横軸タイプのものである。図１は、水中ポンプ（以下、「ゲートポンプ」という。）を設置した扉体を有する水門構成設備の側面断面図である。この水門３は、通常支川側水路１と本川側水路２の境界部に設けられ、流水は矢印のように流れる。図１の状態は、扉体５が下降し全閉の状態である。
【００２６】
この水門３は、コンクリートで構成され、下部が排水口４になっていて、扉体５（ゲートともいう）がこの排水口４を開閉する構成になっている。水門３の上部には、扉体５を開閉するための開閉機６が取り付けられている。又、詳細は図示していないが水門３の両側には、上下方向に扉体５用の案内ガイドが設けられている。この案内ガイドは溝を有する鋼板で、水門３のコンクリートに埋設されている。
【００２７】
一方、扉体５は略四角形状で、排水口４を覆う状態で設置され、水門の両側に配置された案内ガイドに案内され上下動する。他方、扉体５の下部にはゲートポンプ７が設けられている。このゲートポンプ７は横軸タイプのもので、ポンプの回転軸の軸線を吸込口側に傾斜させて設置し、吸込口を河床（又は水路底）に近い位置になるようにしている。ゲートポンプ７の基本構成については、同一出願人の出願になる前述の特許文献１に詳述されているので、構成上の詳細説明は省略する。
ゲートポンプ７は、扉体５が下がり排水口４を閉じたとき、水路の流水を強制的に排水するための水中ポンプで、流水はゲートポンプ７内を通過する。強制排水時には、扉体５を図のように閉じて水路を閉鎖し、扉体５に設けられたゲートポンプ７を運転して、支川側水路１の流水を本川側水路２へ排水する。自然排水時は、扉体５を水門３上部へ開閉機６により上昇させ全開状態又は開状態とし、水路を開放して支川側水路１の流水を本川側水路２へ自然流下させ排水する。次にこの扉体５に設けるゲートポンプ７の構成について説明する。
【００２８】
図９、図１０は従来のゲートポンプ５１の構成を示し、図９は正面図で、図１０は側面断面図である。ゲートポンプ５１の運転可能な最低水位Ｓ’は、騒音、振動、軸受の磨耗、損傷、ポンプ羽根の壊食等の機械的不具合を生じさせないようにするために、水中渦の吸込みが発生しないように決められていて、ポンプ口径より大きい数値であるポンプ口径＋α（例えば、ポンプ口径＋３００ｍｍ）である。図はゲートポンプ５１の回転軸を水平状態に設置しているが、回転軸を傾斜させた状態の方がより最低水位を下げることができ、この例も従来から公知である。この従来のゲートポンプ５１には、上部にカバーの設けられているものはあるが、吸込口下部近傍には何も設けられていない。
【００２９】
図２は、本実施の形態のゲートポンプ７の正面図であり、図３はその側面断面図である。扉体５にゲートポンプ７が吸込口９側端部を下方側に向けるように、ゲートポンプ７の回転軸の軸線を傾斜して取り付けられている。本実施の形態は回転軸の軸線を傾斜した構成にしているが、本発明はこれに限定はされず回転軸の軸線を水平にした構成のものであってもよい。ゲートポンプ７の吸込口９上部にはカバー８が設けられている。従って、水路の水面は流速が遅く、自然流水の場合であれば、流水を吸込む限界として水位Ｓがカバー８の下端部位置であっても空気を吸込むことなく流すことは可能である。水中渦を防止するための渦発生防止部材１０は吸込口９下部に設けられている。
【００３０】
図４は、ゲートポンプ７の吸込口９周辺の流水の流れを示す側面図である。ゲートポンプ７の吸込口９近傍の流れは、ゲートポンプ７の前面側からカバー８内に直接流入する流れＡ（以下、「正流」という。）が主となっている。しかし、ゲートポンプ７近傍の流れは正流Ａのみでなく、ゲートポンプ７のカバー８を外れカバー８及びゲートポンプ７の外側を通過して流れる流れＢ（以下、「反正流」という。）もある。
【００３１】
これらの流れは図に示すように、カバー８の外側を通過して扉体５あるいは水路壁に衝突して向きを変え、反転して逆流を構成する。この逆流となった反正流Ｂはゲートポンプ７の後部側から吸込口９側に流入する。流入する反正流Ｂは正流Ａと合流して正流Ａとなり、吸込口９から吸込まれる。従来構成であると、図１１に示すように、反正流Ｂは正流Ａに対し略１８０度向きが異なる方向に逆流して流れるので、相互の流れの衝突する境界部分Ｃは流れ同士がその流れを妨げられる状態となる。流れの勢いが強いと流れ摩擦が大きくなり、この合流のとき正流と反正流の境界部分に局部的に負圧が生じ水中渦が発生する。
【００３２】
本実施の形態においては、ゲートポンプ７の吸込口９下部に水路幅に沿って所定幅を有する断面（又は、側面）が略Ｌ字形状の渦発生防止部材１０を取り付けている。この渦発生防止部材１０は合成ゴム材で形成されたものである。この渦発生防止部材１０は、少なくとも吸込口９側の先端部１０ｂが弾性変形可能で、吸込口９側に弾性変形する。略Ｌ字形状の渦発生防止部材１０は、正流Ａの流れと対向又は略対向する側に先端部１０ｂを向けるように取り付けられている。渦発生防止部材１０が弾性変形することで、扉体５が下がるに伴ない、河床に土砂等があってもゲートポンプ７を損傷することなく、扉体５を最下部まで下降させ全閉状態とすることができる。又、図５に示すように、カバー８の縁部には、水平方向からみて水路壁側に沿って水平状態に所定幅を有したサイドフィン１１が設けられている。このサイドフィン１１は、カバー８の両側に設けられ、鋼板製の平板材である。
【００３３】
このサイドフィン１１は固定的に設けられているが、弾性変形する構成であってもよい。このような構成により、図４、図５に示すような反正流Ｂが生じた場合、水位が最低限の位置を保持している場合は、反正流Ｂは主にカバー８の両側と吸込口９の下部からカバー８を回り込む状態で、吸込口９に逆流して吸込まれる。サイドフィン１１に対して流水は、サイドフィン１１により阻害された流れとなり、吸込口９には間接的な緩衝流れとなって吸込まれる。又、反正流Ｂの吸込口９近傍の下部からの流れは、渦発生防止部材１０を介して流れが遮断され、渦発生防止部材１０等を回り込むような流れとして吸込口９側に流れ込む。
【００３４】
この状態は、図６の説明図に示す。図１１の従来構成であると、反正流Ｂと正流Ａとは、互いに略１８０度反対の方向に流れ、境界部分Ｃにおいてぶつかる。反正流Ｂは正流Ａの抵抗にあってＵターン状態で向きを変え正流Ａに合流する。このとき境界部分Ｃに渦が発生することは前述のとおりである。渦発生の理由は必ずしもこのことだけではないが、大きな要因にはなっている。これに対して、図６の場合は、吸込口９側先端部が弾性変形する略Ｌ字形状の渦発生防止部材１０を介して反正流Ｂは流れる。このＬ字形状の渦発生防止部材１０はボルト１０ａを介してゲートポンプ７の吸込口９の下部端部に取り付けられている。
【００３５】
流れがこの渦発生防止部材１０を介するとき、流れは阻害された形となり流れの勢いは低下する。この流れが弱いと渦発生の可能性は少なくなり、Ｌ字形状の渦発生防止部材１０も変形する度合いは小さい。流れが強いと図６に示すように流れはＬ字形状の渦発生防止部材１０により抵抗を受けて阻害された流れとなり、図１１に示すような流れとならず角度を略９０度に向けて、又流れが緩和されて正流Ａに合流する。
【００３６】
又、流れが強くなると、反正流Ｂは正流Ａに引き寄せられ吸込口９側が負圧になるので、この反正流Ｂは図に示すように渦発生防止部材１０のＬ字形状の先端部１０ｂが吸込口９側に図の二点鎖線に示すように弾性変形する。この弾性変形に伴う流れで負圧は解消される。これにより流れは１８０度の方向から変わり、流れはこのＬ字形状の渦発生防止部材１０に遮断されつつ、Ｌ字形状に沿って略９０度に向けた角度の流れに変わり引き寄せられ正流Ａに合流することになる。このため流れの境界部分がほとんどなくなり渦が発生し難くくなる。
又、渦発生防止部材１０の略Ｌ字の前面（吸込口９）側に初期渦が発生すると、渦発生部分は圧力が低下する。圧力が低下した分、渦発生防止部材１０が弾性変形して略Ｌ字の前面側に引き寄せられる。引き寄せられると圧力が上がり、渦の発生又は渦の成長を抑制することができる。渦が消滅すると、渦発生防止部材１０は、略Ｌ字の元の形状に戻る。運転中はこれを繰り返して、自動的に圧力差をバランスし、渦の成長を抑制している。
【００３７】
流れの強さにより弾性変形は変化するので、流れが強ければ強いほど変形し、これに伴ない流れは緩和される。水路は水流条件により種々変化する。例えば、流速、流圧、水位、水路の通過面積、方向、ポンプの回転、異物の存在等により微妙に変化している。これらに合わせて理論的に水中渦を完全に除去するための固定手段を設けることは困難である。弾性変形可能な渦発生防止部材を設けたことは、これらの問題点を解消する一助になる。条件に応じて追随し弾性変形すれば渦の発生を抑制するのに寄与し、最適状態にすることができ効果的である。
【００３８】
このようにサイドフィン１１と渦発生防止部材１０により反正流Ｂは柔軟に変わり、境界部分Ｃから渦が発生することなく吸込口９に吸込まれる。即ち、渦発生防止部材１０の先端部を弾性変形可能としたことは、流れの合流方向を変えると同時に、圧力差を流れの強さに追随し自動的にバランスさせ、渦の発生を抑制することになる。これらのことから、本実施の形態において、連続安定運転が可能な水位Ｓを小さくすることができ、その水位Ｓはポンプ口径より小さな数値（例えば、ポンプ口径×０．８）とすることができる。例えば、ポンプ口径が５００ｍｍのゲートポンプであれば、その水位は４００ｍｍとすることができる。
【００３９】
図７は、他の実施の形態を示す図であり、渦発生防止部材１２を断面視Ｌ字形状に変え断面視Ｒ形状にした例を示している。取り付け構成は図６と同様である。渦発生防止部材１２は、正流Ａの流れに対して対向又は略対向する側に、Ｒ形状の先端部が向くように取り付けられている。この場合、反正流Ｂは形状に沿って引き付けられるように流れるのが期待できる。図８は、更に他の実施の形態を示す図であり、断面視Ｌ字形状のＬ字形状部材１３を吸込口９端部に設けられた支点１４を介して吸込口９側に揺動可能にした構成の例を示している。揺動範囲を規制し又流れが弱くなったときにはすぐ復帰するような設計上の工夫は要するが、この場合のＬ字形状部材１３は弾性変形しない部材でもよい。この形態でも、正流Ａの流れに対して対向又は略対向する側に、Ｌ字形状部材１３の先端部が向くように取り付けられている。
更に図示していないが、反正流Ｂの流れ方向を略９０度向きに変えられる部材を固定的に吸込口９側に取り付ける構成であってもよい。正流に対して１８０度向きが異なる反正流とが境界部分Ｃでぶつかることを避ける構成にすることで、渦発生はかなり抑制される。渦発生防止部材を弾性部材にしたことで、河床に土砂の堆積物等の障害物があっても、弾性変形によりゲートポンプを構成する部品の損傷も回避できることになり、渦発生防止以外の効果もある。以上のような構成により、一部重複するが、結果的に次のような効果が期待できる。
【００４０】
ゲートポンプ後方からの回りこむ流れを遮断し、流れの境界部分Ｃをなくすことにより水中渦の発生を抑制し、又、カバーの両側部から落ち込む水流を阻害して空気吸込み渦の発生を抑制し、より低水位での運転が可能となる。又、低水位での運転が可能になることで、従来ゲートポンプの運転が不可能であった水路でもゲートポンプの設置が可能となる。
扉体を全閉側に下降させる際、河床に土砂の堆積等の障害物があっても、渦発生防止部材は柔軟性がありその弾性変形により、ゲートポンプを構成する部品の損傷を避け扉体を全閉状態とすることを可能とする。河床を掘り下げる等の必要はなく、低コストのゲートポンプ設置が可能である。更に、渦発生防止部材は柔軟性があり、略Ｌ字形状であることから、圧力の不均衡により発生する水中渦、回り込みによる偏流渦等を弾性変形することで自動的に圧力差をバランスさせ、渦の成長を抑制する。
【００４１】
水路の諸条件によって変化するゲートポンプの吸込口への流れにも弾性変形を介して柔軟に、適切に追随でき、水中渦の発生を抑制する。サイドフィンは、カバーの両側部から落ち込む水流を阻害して空気吸込み渦の発生を抑制する。更に、渦発生防止部材はボルト等により簡素な構成で吸込口に取り付けが可能であり、低コストなゲートポンプの実現が可能である。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されないことはいうまでもない。例えば、渦発生防止部材を合成ゴム材で形成したものとしたが、プラスチック材や板ばね等で形成したものであってもよい。サイドフィンはカバーの両側に鋼板製平板状の部材を水平に設置することで説明したが、材質は他のものでもよく、水平設置に限定されることはない。
【００４３】
本発明の特徴は、以上説明したとおり、水中ポンプの運転可能な最低水位を低く設定することが可能とした上で、空気吸い込み渦等の影響を少なくすると同時に水中渦の発生を防止し、水中ポンプの運転の信頼性を向上させたことにある。従って、この目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の渦発生防止装置を備えた水中ポンプを有する水門構成を示す全体断面図である。
【図２】図２は、渦発生防止装置を備えた水中ポンプの正面図である。
【図３】図３は、渦発生防止装置を備えた水中ポンプの側面断面図である。
【図４】図４は、渦発生防止装置を備えた水中ポンプの流水構成を側面断面図で示す説明図である。
【図５】図５は、渦発生防止装置を備えた水中ポンプの流水構成を平面図で示す説明図である。
【図６】図６は、略Ｌ字形状の渦発生防止部材の構成を示す説明図である。
【図７】図７は、渦発生防止部材の他の実施の形態でＲ形状構成を示す説明図である。
【図８】図８は、渦発生防止部材のさらに他の実施の形態で揺動可能な構成を示す説明図である。
【図９】図９は、従来のゲートポンプの構成を示す正面図である。
【図１０】図１０は、従来のゲートポンプの構成を示す側面断面図である。
【図１１】図１１は、従来のゲートポンプの吸込み口近傍の流れ状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…支川側水路
２…本川側水路
３…水門
４…排水口
５…扉体
６…開閉機
７…ゲートポンプ
８…カバー
９…吸込口
１０，１２…渦発生防止部材
１１…サイドフィン
Ａ…正流
Ｂ…反正流
Ｃ…境界部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸込口近傍に渦発生を防止する渦発生防止装置を備え、河川等の水路の水門の扉体に設置される水中ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
治水等の目的で河川等の水路には多くの水門が設けられている。この水門には排水口があり、水中ポンプを有するゲートが備えられていることが多い。ゲートに水中ポンプが直接配置されているが、この水中ポンプはゲートが閉じたとき水路の流水を強制的に排水するためのものである。この水中ポンプは種々のタイプがあり、同一出願人もゲートポンプ（本出願人の登録商標）として種々提案している。
【０００３】
この水中ポンプは主にポンプ回転軸を設置する向きによって種類が異なり、横軸タイプ（形式）のものと立軸タイプ（形式）のものがある。又、水中ポンプの吸込み性能を向上させるためには、吸込み口をできるだけ河床（又は水路底）に近く設置しなければならない。水中ポンプは、水路側の事情で水位が低下した場合に水中ポンプの必要没入深さを確保できないと、空気吸込み渦、水中渦、旋回流等が発生し、水の吸込みが悪くなる。これらの空気吸込み渦、水中渦、旋回流は揚水量低下、キャビテーション、揚程低下などを生じ、水中ポンプの性能低下や騒音、振動、軸受の磨耗、損傷、羽根の壊食などの機械的問題を引き起こす。
【０００４】
従って、これらの問題点を回避するため、連続的な渦の吸込みが起きないように一般的にポンプ口径に対する最適な水位設置条件を決めている。水路底面隙間や没水深が適正値であれば、掘り込み等をしないで低い水位まで運転は可能である。又、横軸タイプの水中ポンプについては、水中ポンプ上の水面側で空気吸込み渦が発生しやすく、これを回避するため、水中ポンプ取り付け高さや必要没水深さの推奨値が決められている。さらに必要水位を下げ低水位運転を可能とする努力がなされている。
【０００５】
これらを解決する水中ポンプ（ゲートポンプ）の設備として、横軸タイプのものであると、例えば特許文献１、２でゲートポンプのポンプ回転軸を傾斜させて設置し低水位運転可能とする構成のものが提案されている。これはゲートポンプのポンプ回転軸（羽根車軸）を傾斜させ、吸込み口を水路底に近づける構成のものとして知られている。特に特許文献１は同一出願人の出願になるものであるが、ゲートポンプ吸込み口の水面側縁部流入方向に突出したカバーを設けて空気吸込み渦の発生を防止する対策が施されている。また、ガイドケーシングの吸込み口流水通過断面積を前記ガイドケーシング内孔断面積より広くしてくぼみ渦が空気吸込み渦に成長しにくくしていることも記載されている。
【０００６】
又、ポンプ吸い込み口が先端側開口部に向かって径が大きくなるテーパ形状の筒状部材から構成され、先端側開口部を上端部が下端部よりも先端側に突き出すように傾斜させるとともに、先端側開口部にバッフル、下部垂直バッフル及び、上部垂直バッフルを備えたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。更に、吸込口に設けられるカバーの吸込み開口面積をポンプの吸込み部開口面積より大きくした上で、吸入口カバーの下壁又は側壁に開孔部を形成して渦流の発生を防止する構成にしたものも知られている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００２−０２１０５０号公報
【特許文献２】特開２００３−０５５９４６号公報
【特許文献３】特開２００５−００２８７６号公報
【特許文献４】特開２００４−３６０５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
空気吸込み渦の発生を抑制するため、必要水位を最低限確保することで、水中ポンプの設置は可能であり、従来からもそれなりの対応策は講じられている。しかし、水中ポンプにおいて水流対象のものは必ずしも方向が一定な正流だけのものではなく、又、水面に近い水流のみを対象とするものではない。水中ポンプの外側を通過して流れる流水は水路の側壁や扉体にぶつかり向きを変えてすなわち反転し逆流する。この逆流した流水が水中ポンプの吸込口近傍で正流と合流しポンプ吸込口から吸込まれる。
【０００８】
このときに流れの条件によって水中渦を発生させる。この水中渦は水流が早い場合、水圧の高い場合等の悪い条件が重なった場合に発生しやすい。この水中渦はポンプに取り込まれると、水中ポンプの性能低下を招き、騒音、振動、軸受の磨耗、損傷、ポンプ羽根の壊食等の機械的不具合をもたらす。この水中渦は、水路内において水中ポンプの前部側から流入する正流の流水に対して、水路壁や扉体で反転して水中ポンプの後部側から流入する流水が境界部分で衝突等することによって発生する。
【０００９】
即ち、吸込口の外側を流れる流水は水路壁や扉体により反転され逆流の形で吸込口近傍にもたらされ、正流と合流して吸込口に取り込まれる。このとき水中ポンプに沿って後部側から逆流する流れは正流に対し略１８０度の異なる方向に流れて、境界部分Ｃ（図１１参照）で正流とぶつかる。このとき相互の流れは急激に流れの方向を変え抑制され、即ちＵターンして流れの方向を変えることになり、流れの勢いが大きいと相互間に局部的に負圧が生じ水中渦が発生するのである。
【００１０】
前述の従来の技術でこの水中渦を解消するものは開示されていない。例えば特許文献１、２に示されているものは水中ポンプの吸込口をなるべく水路底に近づける技術であり、水中渦を積極的に解消するものではない。この対策を施しても、低水位になると、流速が早くなり、空気吸込み渦は発生する。このようにポンプを傾斜させても設置構成には限界があり、水中渦を解消することはできず、完全とは言い難い。
【００１１】
又、前述の特許文献３に示されている技術は、下部垂直バッフルは河床に土砂の堆積等の障害物があれば、下部垂直バッフルが干渉して扉体の全閉動作に支障をきたし、渦発生防止が不完全である上、渦発生以外の問題点も生じることになる。更に、前述の特許文献４には、吸込口カバーの下壁又は側壁に開孔部を形成してこの開口孔から逆流に相当する流水を吸込み正流と合流させるものであるが、しかしこの方法も極めて限られた空間から限られた流水を取り込むことになり、吸込口からの逆流取り込みを緩和するに過ぎず根本的な解決策とは言い難い。吸込口からの逆流による問題点は解消されていない。吸込口内で合流したときにスムースに渦が発生せず正流に合流されるとは限らない。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点を解決するために開発されたもので、特に、前述の特許文献１の技術を発展改良させたものであり、次の目的を達成する。
本発明の目的は、ポンプの吸込口に渦発生防止部材を設けて水中渦を積極的にその発生を防止するようにして、さらなる低水位運転を可能とし、低水位運転時においても水中ポンプのスムースな運転動作を確保するようにした渦発生防止装置を備えた水中ポンプの提供にある。本発明の他の目的は、渦発生防止装置を簡素な構成にして、既存の水中ポンプにも取り付け可能とし、コスト低減を図った渦発生防止装置を備えた水中ポンプの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、水路の水門の扉体に設置され前記水路の一方からの流水を吸込み前記水路の他方へ流水を排水する水中ポンプであって、前記水中ポンプの吸込口下部近傍から吸込まれる流水の渦発生を防止するため、前記水中ポンプの後部側から回り込む流水の流れの方向を変換可能な渦発生防止部材を、前記吸込口下部近傍に設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明２の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記水中ポンプは、横軸タイプの水中ポンプであって、水平軸に対し回転軸が所定角度傾斜して前記水門の扉体に設置可能なものであり、ポンプ運転可能な最低水位を前記水中ポンプのポンプ口径より小さい所定の数値にできることを特徴とする。
【００１５】
本発明３の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記水中ポンプは、横軸タイプの水中ポンプであって前記吸込口上部にカバーを設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明４の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記吸込口に設けられるカバーの吸込口面積はポンプ内吸込口面積より大きく構成していることを特徴とする。
【００１７】
本発明５の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記渦発生防止
部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視略Ｌ字形状で且つ弾性変形可能なものであることを特徴とする。
【００１８】
本発明６の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記渦発生防止部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視曲線形状で且つ弾性変形可能なものであることを特徴とする。
【００１９】
本発明７の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明１において、前記渦発生防止部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視略Ｌ字形状の部材が揺動可能になっているものであることを特徴とする。
【００２０】
本発明８の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明３において、前記カバーの縁部に所定幅を有する縁材を設けたことを特徴とする。
【００２１】
本発明９の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明５又は６において、前記渦発生防止部材は、合成ゴム材で形成されたものであることを特徴とする。
【００２２】
本発明１０の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明５又は６において、前記渦発生防止部材は、プラスチック材で形成されたものであることを特徴とする。
【００２３】
本発明１１の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、本発明５又は６において、前記渦発生防止部材は、板ばね材で形成されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の渦発生防止装置を備えた水中ポンプは、渦発生防止部材を設けたことにより、渦のないあるいは渦発生の抑制された水中ポンプの運転が可能となったので、スムースで安定した流水の吸込みでの運転となり、水中ポンプの運転効率を向上させることができた。又、従来の水中ポンプに比べ、より一層の低水位運転を可能とすることができた。更に、簡素な構成にしたので、機能向上に比し低コストの水中ポンプとすることができた。
又、渦発生防止部材を弾性変形可能なものとしたことで、扉体を全閉側に下降させるとき、河床に土砂の堆積物等の障害物があっても、渦発生防止部材の弾性変形により水中ポンプを構成する部品の損傷を回避でき、扉体を全閉状態とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明による渦発生防止装置を備えた水中ポンプの実施の形態を図にもとづき、詳細に説明する。本実施の形態においての水中ポンプは横軸タイプのものである。図１は、水中ポンプ（以下、「ゲートポンプ」という。）を設置した扉体を有する水門構成設備の側面断面図である。この水門３は、通常支川側水路１と本川側水路２の境界部に設けられ、流水は矢印のように流れる。図１の状態は、扉体５が下降し全閉の状態である。
【００２６】
この水門３は、コンクリートで構成され、下部が排水口４になっていて、扉体５（ゲートともいう）がこの排水口４を開閉する構成になっている。水門３の上部には、扉体５を開閉するための開閉機６が取り付けられている。又、詳細は図示していないが水門３の両側には、上下方向に扉体５用の案内ガイドが設けられている。この案内ガイドは溝を有する鋼板で、水門３のコンクリートに埋設されている。
【００２７】
一方、扉体５は略四角形状で、排水口４を覆う状態で設置され、水門の両側に配置された案内ガイドに案内され上下動する。他方、扉体５の下部にはゲートポンプ７が設けられている。このゲートポンプ７は横軸タイプのもので、ポンプの回転軸の軸線を吸込口側に傾斜させて設置し、吸込口を河床（又は水路底）に近い位置になるようにしている。ゲートポンプ７の基本構成については、同一出願人の出願になる前述の特許文献１に詳述されているので、構成上の詳細説明は省略する。
ゲートポンプ７は、扉体５が下がり排水口４を閉じたとき、水路の流水を強制的に排水するための水中ポンプで、流水はゲートポンプ７内を通過する。強制排水時には、扉体５を図のように閉じて水路を閉鎖し、扉体５に設けられたゲートポンプ７を運転して、支川側水路１の流水を本川側水路２へ排水する。自然排水時は、扉体５を水門３上部へ開閉機６により上昇させ全開状態又は開状態とし、水路を開放して支川側水路１の流水を本川側水路２へ自然流下させ排水する。次にこの扉体５に設けるゲートポンプ７の構成について説明する。
【００２８】
図９、図１０は従来のゲートポンプ５１の構成を示し、図９は正面図で、図１０は側面断面図である。ゲートポンプ５１の運転可能な最低水位Ｓ’は、騒音、振動、軸受の磨耗、損傷、ポンプ羽根の壊食等の機械的不具合を生じさせないようにするために、水中渦の吸込みが発生しないように決められていて、ポンプ口径より大きい数値であるポンプ口径＋α（例えば、ポンプ口径＋３００ｍｍ）である。図はゲートポンプ５１の回転軸を水平状態に設置しているが、回転軸を傾斜させた状態の方がより最低水位を下げることができ、この例も従来から公知である。この従来のゲートポンプ５１には、上部にカバーの設けられているものはあるが、吸込口下部近傍には何も設けられていない。
【００２９】
図２は、本実施の形態のゲートポンプ７の正面図であり、図３はその側面断面図である。扉体５にゲートポンプ７が吸込口９側端部を下方側に向けるように、ゲートポンプ７の回転軸の軸線を傾斜して取り付けられている。本実施の形態は回転軸の軸線を傾斜した構成にしているが、本発明はこれに限定はされず回転軸の軸線を水平にした構成のものであってもよい。ゲートポンプ７の吸込口９上部にはカバー８が設けられている。従って、水路の水面は流速が遅く、自然流水の場合であれば、流水を吸込む限界として水位Ｓがカバー８の下端部位置であっても空気を吸込むことなく流すことは可能である。水中渦を防止するための渦発生防止部材１０は吸込口９下部に設けられている。
【００３０】
図４は、ゲートポンプ７の吸込口９周辺の流水の流れを示す側面図である。ゲートポンプ７の吸込口９近傍の流れは、ゲートポンプ７の前面側からカバー８内に直接流入する流れＡ（以下、「正流」という。）が主となっている。しかし、ゲートポンプ７近傍の流れは正流Ａのみでなく、ゲートポンプ７のカバー８を外れカバー８及びゲートポンプ７の外側を通過して流れる流れＢ（以下、「反正流」という。）もある。
【００３１】
これらの流れは図に示すように、カバー８の外側を通過して扉体５あるいは水路壁に衝突して向きを変え、反転して逆流を構成する。この逆流となった反正流Ｂはゲートポンプ７の後部側から吸込口９側に流入する。流入する反正流Ｂは正流Ａと合流して正流Ａとなり、吸込口９から吸込まれる。従来構成であると、図１１に示すように、反正流Ｂは正流Ａに対し略１８０度向きが異なる方向に逆流して流れるので、相互の流れの衝突する境界部分Ｃは流れ同士がその流れを妨げられる状態となる。流れの勢いが強いと流れ摩擦が大きくなり、この合流のとき正流と反正流の境界部分に局部的に負圧が生じ水中渦が発生する。
【００３２】
本実施の形態においては、ゲートポンプ７の吸込口９下部に水路幅に沿って所定幅を有する断面（又は、側面）が略Ｌ字形状の渦発生防止部材１０を取り付けている。この渦発生防止部材１０は合成ゴム材で形成されたものである。この渦発生防止部材１０は、少なくとも吸込口９側の先端部１０ｂが弾性変形可能で、吸込口９側に弾性変形する。略Ｌ字形状の渦発生防止部材１０は、正流Ａの流れと対向又は略対向する側に先端部１０ｂを向けるように取り付けられている。渦発生防止部材１０が弾性変形することで、扉体５が下がるに伴ない、河床に土砂等があってもゲートポンプ７を損傷することなく、扉体５を最下部まで下降させ全閉状態とすることができる。又、図５に示すように、カバー８の縁部には、水平方向からみて水路壁側に沿って水平状態に所定幅を有したサイドフィン１１が設けられている。このサイドフィン１１は、カバー８の両側に設けられ、鋼板製の平板材である。
【００３３】
このサイドフィン１１は固定的に設けられているが、弾性変形する構成であってもよい。このような構成により、図４、図５に示すような反正流Ｂが生じた場合、水位が最低限の位置を保持している場合は、反正流Ｂは主にカバー８の両側と吸込口９の下部からカバー８を回り込む状態で、吸込口９に逆流して吸込まれる。サイドフィン１１に対して流水は、サイドフィン１１により阻害された流れとなり、吸込口９には間接的な緩衝流れとなって吸込まれる。又、反正流Ｂの吸込口９近傍の下部からの流れは、渦発生防止部材１０を介して流れが遮断され、渦発生防止部材１０等を回り込むような流れとして吸込口９側に流れ込む。
【００３４】
この状態は、図６の説明図に示す。図１１の従来構成であると、反正流Ｂと正流Ａとは、互いに略１８０度反対の方向に流れ、境界部分Ｃにおいてぶつかる。反正流Ｂは正流Ａの抵抗にあってＵターン状態で向きを変え正流Ａに合流する。このとき境界部分Ｃに渦が発生することは前述のとおりである。渦発生の理由は必ずしもこのことだけではないが、大きな要因にはなっている。これに対して、図６の場合は、吸込口９側先端部が弾性変形する略Ｌ字形状の渦発生防止部材１０を介して反正流Ｂは流れる。このＬ字形状の渦発生防止部材１０はボルト１０ａを介してゲートポンプ７の吸込口９の下部端部に取り付けられている。
【００３５】
流れがこの渦発生防止部材１０を介するとき、流れは阻害された形となり流れの勢いは低下する。この流れが弱いと渦発生の可能性は少なくなり、Ｌ字形状の渦発生防止部材１０も変形する度合いは小さい。流れが強いと図６に示すように流れはＬ字形状の渦発生防止部材１０により抵抗を受けて阻害された流れとなり、図１１に示すような流れとならず角度を略９０度に向けて、又流れが緩和されて正流Ａに合流する。
【００３６】
又、流れが強くなると、反正流Ｂは正流Ａに引き寄せられ吸込口９側が負圧になるので、この反正流Ｂは図に示すように渦発生防止部材１０のＬ字形状の先端部１０ｂが吸込口９側に図の二点鎖線に示すように弾性変形する。この弾性変形に伴う流れで負圧は解消される。これにより流れは１８０度の方向から変わり、流れはこのＬ字形状の渦発生防止部材１０に遮断されつつ、Ｌ字形状に沿って略９０度に向けた角度の流れに変わり引き寄せられ正流Ａに合流することになる。このため流れの境界部分がほとんどなくなり渦が発生し難くくなる。
又、渦発生防止部材１０の略Ｌ字の前面（吸込口９）側に初期渦が発生すると、渦発生部分は圧力が低下する。圧力が低下した分、渦発生防止部材１０が弾性変形して略Ｌ字の前面側に引き寄せられる。引き寄せられると圧力が上がり、渦の発生又は渦の成長を抑制することができる。渦が消滅すると、渦発生防止部材１０は、略Ｌ字の元の形状に戻る。運転中はこれを繰り返して、自動的に圧力差をバランスし、渦の成長を抑制している。
【００３７】
流れの強さにより弾性変形は変化するので、流れが強ければ強いほど変形し、これに伴ない流れは緩和される。水路は水流条件により種々変化する。例えば、流速、流圧、水位、水路の通過面積、方向、ポンプの回転、異物の存在等により微妙に変化している。これらに合わせて理論的に水中渦を完全に除去するための固定手段を設けることは困難である。弾性変形可能な渦発生防止部材を設けたことは、これらの問題点を解消する一助になる。条件に応じて追随し弾性変形すれば渦の発生を抑制するのに寄与し、最適状態にすることができ効果的である。
【００３８】
このようにサイドフィン１１と渦発生防止部材１０により反正流Ｂは柔軟に変わり、境界部分Ｃから渦が発生することなく吸込口９に吸込まれる。即ち、渦発生防止部材１０の先端部を弾性変形可能としたことは、流れの合流方向を変えると同時に、圧力差を流れの強さに追随し自動的にバランスさせ、渦の発生を抑制することになる。これらのことから、本実施の形態において、連続安定運転が可能な水位Ｓを小さくすることができ、その水位Ｓはポンプ口径より小さな数値（例えば、ポンプ口径×０．８）とすることができる。例えば、ポンプ口径が５００ｍｍのゲートポンプであれば、その水位は４００ｍｍとすることができる。
【００３９】
図７は、他の実施の形態を示す図であり、渦発生防止部材１２を断面視Ｌ字形状に変え断面視Ｒ形状にした例を示している。取り付け構成は図６と同様である。渦発生防止部材１２は、正流Ａの流れに対して対向又は略対向する側に、Ｒ形状の先端部が向くように取り付けられている。この場合、反正流Ｂは形状に沿って引き付けられるように流れるのが期待できる。図８は、更に他の実施の形態を示す図であり、断面視Ｌ字形状のＬ字形状部材１３を吸込口９端部に設けられた支点１４を介して吸込口９側に揺動可能にした構成の例を示している。揺動範囲を規制し又流れが弱くなったときにはすぐ復帰するような設計上の工夫は要するが、この場合のＬ字形状部材１３は弾性変形しない部材でもよい。この形態でも、正流Ａの流れに対して対向又は略対向する側に、Ｌ字形状部材１３の先端部が向くように取り付けられている。
更に図示していないが、反正流Ｂの流れ方向を略９０度向きに変えられる部材を固定的に吸込口９側に取り付ける構成であってもよい。正流に対して１８０度向きが異なる反正流とが境界部分Ｃでぶつかることを避ける構成にすることで、渦発生はかなり抑制される。渦発生防止部材を弾性部材にしたことで、河床に土砂の堆積物等の障害物があっても、弾性変形によりゲートポンプを構成する部品の損傷も回避できることになり、渦発生防止以外の効果もある。以上のような構成により、一部重複するが、結果的に次のような効果が期待できる。
【００４０】
ゲートポンプ後方からの回りこむ流れを遮断し、流れの境界部分Ｃをなくすことにより水中渦の発生を抑制し、又、カバーの両側部から落ち込む水流を阻害して空気吸込み渦の発生を抑制し、より低水位での運転が可能となる。又、低水位での運転が可能になることで、従来ゲートポンプの運転が不可能であった水路でもゲートポンプの設置が可能となる。
扉体を全閉側に下降させる際、河床に土砂の堆積等の障害物があっても、渦発生防止部材は柔軟性がありその弾性変形により、ゲートポンプを構成する部品の損傷を避け扉体を全閉状態とすることを可能とする。河床を掘り下げる等の必要はなく、低コストのゲートポンプ設置が可能である。更に、渦発生防止部材は柔軟性があり、略Ｌ字形状であることから、圧力の不均衡により発生する水中渦、回り込みによる偏流渦等を弾性変形することで自動的に圧力差をバランスさせ、渦の成長を抑制する。
【００４１】
水路の諸条件によって変化するゲートポンプの吸込口への流れにも弾性変形を介して柔軟に、適切に追随でき、水中渦の発生を抑制する。サイドフィンは、カバーの両側部から落ち込む水流を阻害して空気吸込み渦の発生を抑制する。更に、渦発生防止部材はボルト等により簡素な構成で吸込口に取り付けが可能であり、低コストなゲートポンプの実現が可能である。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されないことはいうまでもない。例えば、渦発生防止部材を合成ゴム材で形成したものとしたが、プラスチック材や板ばね等で形成したものであってもよい。サイドフィンはカバーの両側に鋼板製平板状の部材を水平に設置することで説明したが、材質は他のものでもよく、水平設置に限定されることはない。
【００４３】
本発明の特徴は、以上説明したとおり、水中ポンプの運転可能な最低水位を低く設定することが可能とした上で、空気吸い込み渦等の影響を少なくすると同時に水中渦の発生を防止し、水中ポンプの運転の信頼性を向上させたことにある。従って、この目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の渦発生防止装置を備えた水中ポンプを有する水門構成を示す全体断面図である。
【図２】図２は、渦発生防止装置を備えた水中ポンプの正面図である。
【図３】図３は、渦発生防止装置を備えた水中ポンプの側面断面図である。
【図４】図４は、渦発生防止装置を備えた水中ポンプの流水構成を側面断面図で示す説明図である。
【図５】図５は、渦発生防止装置を備えた水中ポンプの流水構成を平面図で示す説明図である。
【図６】図６は、略Ｌ字形状の渦発生防止部材の構成を示す説明図である。
【図７】図７は、渦発生防止部材の他の実施の形態でＲ形状構成を示す説明図である。
【図８】図８は、渦発生防止部材のさらに他の実施の形態で揺動可能な構成を示す説明図である。
【図９】図９は、従来のゲートポンプの構成を示す正面図である。
【図１０】図１０は、従来のゲートポンプの構成を示す側面断面図である。
【図１１】図１１は、従来のゲートポンプの吸込み口近傍の流れ状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…支川側水路
２…本川側水路
３…水門
４…排水口
５…扉体
６…開閉機
７…ゲートポンプ
８…カバー
９…吸込口
１０，１２…渦発生防止部材
１１…サイドフィン
Ａ…正流
Ｂ…反正流
Ｃ…境界部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路の水門の扉体に設置され前記水路の一方からの流水を吸込み前記水路の他方へ流水を排水する水中ポンプであって、
前記水中ポンプの吸込口下部近傍から吸込まれる流水の渦発生を防止するため、前記水中ポンプの後部側から回り込む流水の流れの方向を変換可能な渦発生防止部材を、前記吸込口下部近傍に設けた
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記水中ポンプは、横軸タイプの水中ポンプであって、水平軸に対し回転軸が所定角度傾斜して前記水門の扉体に設置可能なものであり、ポンプ運転可能な最低水位を前記水中ポンプのポンプ口径より小さい所定の数値にできる
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記水中ポンプは、横軸タイプの水中ポンプであって前記吸込口上部にカバーを設けた
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項４】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記吸込口に設けられるカバーの吸込口面積はポンプ内吸込口面積より大きく構成している
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項５】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視略Ｌ字形状で且つ弾性変形可能なものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項６】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視曲線形状で且つ弾性変形可能なものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項７】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視略Ｌ字形状の部材が揺動可能になっているものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項８】
請求項３に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記カバーの縁部に所定幅を有する縁材を設けた
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項９】
請求項５又は６に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、合成ゴム材で形成されたものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項１０】
請求項５又は６に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、プラスチック材で形成されたものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項１１】
請求項５又は６に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、板ばね材で形成されたものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項１】
水路の水門の扉体に設置され前記水路の一方からの流水を吸込み前記水路の他方へ流水を排水する水中ポンプであって、
前記水中ポンプの吸込口下部近傍から吸込まれる流水の渦発生を防止するため、前記水中ポンプの後部側から回り込む流水の流れの方向を変換可能な渦発生防止部材を、前記吸込口下部近傍に設けた
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記水中ポンプは、横軸タイプの水中ポンプであって、水平軸に対し回転軸が所定角度傾斜して前記水門の扉体に設置可能なものであり、ポンプ運転可能な最低水位を前記水中ポンプのポンプ口径より小さい所定の数値にできる
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記水中ポンプは、横軸タイプの水中ポンプであって前記吸込口上部にカバーを設けた
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項４】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記吸込口に設けられるカバーの吸込口面積はポンプ内吸込口面積より大きく構成している
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項５】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視略Ｌ字形状で且つ弾性変形可能なものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項６】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視曲線形状で且つ弾性変形可能なものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項７】
請求項１に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、前記水路の流水の流れに略対向する方向に先端を向け、断面視略Ｌ字形状の部材が揺動可能になっているものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項８】
請求項３に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記カバーの縁部に所定幅を有する縁材を設けた
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項９】
請求項５又は６に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、合成ゴム材で形成されたものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項１０】
請求項５又は６に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、プラスチック材で形成されたものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【請求項１１】
請求項５又は６に記載の渦発生防止装置を備えた水中ポンプにおいて、
前記渦発生防止部材は、板ばね材で形成されたものである
ことを特徴とする渦発生防止装置を備えた水中ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−３１９６８（Ｐ２００７−３１９６８Ａ）
【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２００５−２１３０２３（Ｐ２００５−２１３０２３）
【出願日】平成１７年７月２２日（２００５．７．２２）
【出願人】（０００１６８１９３）株式会社ミゾタ (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２２日（２００５．７．２２）
【出願人】（０００１６８１９３）株式会社ミゾタ (12)
【Ｆターム（参考）】
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