特開 2024-176568 横軸水中ポンプ及び低水位起動型吸込カバー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176568

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】横軸水中ポンプ及び低水位起動型吸込カバー

(51)【国際特許分類】

   F04D 13/08 20060101AFI20241212BHJP

   F04D 29/54 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

F04D13/08 Y

F04D29/54 A

F04D13/08 R

F04D13/08 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095195

(22)【出願日】2023-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】000197746

【氏名又は名称】株式会社石垣

(72)【発明者】

【氏名】渡部 誠司

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA03

3H130AB12

3H130AB23

3H130AB52

3H130AC07

3H130AC09

3H130AC10

3H130BA03A

3H130BA03J

3H130BA77A

3H130BA77J

3H130CA03

3H130CA14

3H130CA21

3H130CA29

3H130DD01Z

3H130DG02X

3H130DG07X

3H130EA03A

3H130EA03J

3H130EA07A

3H130EA07J

3H130EB02A

3H130EB02J

(57)【要約】

【課題】 ポンプ停止中から起動する際に低水位から排水運転を開始できる横軸水中ポンプを提供する。
【解決手段】 吸込口と排出口を有するケーシング２と、ケーシング２内で支持された羽根車３と、吸込口に接続された吸込カバー７と、吸込カバー７に設けられ、羽根車３の中心より下方に開口する第１吸込開口８と、吸込カバー７及びケーシング２のうち少なくとも一方において羽根車３よりも上流側に設けられ、第１吸込開口８の上端よりも高い位置に開口し、吸気部の上端が気水混合排水運転Ｍ２と排水待機運転Ｍ３の閾値である第２吸込開口１４と、第２吸込開口１４の上端よりも高い位置に開口し、吸気部の上端が全量排水運転Ｍ１と気水混合排水運転Ｍ２の閾値である第３吸込開口１６と、第３吸込開口１６内面に設けられ、水位変動に伴う吸込カバー７内外の差圧に応じて第３吸込開口１６を開閉自在な弁体２３と、を有することで低水位から排水を開始できる。

【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸込口と排出口を有するケーシング（２）と、
ケーシング（２）内で支持された羽根車（３）と、
吸込口に接続された吸込カバー（７）と、
吸込カバー（７）に設けられ、羽根車（３）の中心より下方に開口する第１吸込開口（８）と、
吸込カバー（７）及びケーシング（２）のうち少なくとも一方において羽根車（３）よりも上流側に設けられ、
第１吸込開口（８）の上端よりも高い位置に開口し、吸気部の上端（１４ａ）が気水混合排水運転（Ｍ２）と排水待機運転（Ｍ３）の閾値である第２吸込開口（１４）と、
第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）よりも高い位置に開口し、吸気部の上端（１６ａ）が全量排水運転（Ｍ１）と気水混合排水運転（Ｍ２）の閾値である第３吸込開口（１６）と、
第３吸込開口（１６）内面に設けられ、水位変動に伴う吸込カバー（７）内外の差圧に応じて第３吸込開口（１６）を開閉自在な弁体（２３）と、を有する
ことを特徴とする横軸水中ポンプ。

【請求項2】

前記弁体（２３）は、第３吸込開口（１６）の上部近傍に揺動自在に設けられ、
水位変動に伴ってポンプ停止又は排水待機運転（Ｍ３）の水位となった場合、自動的に第３吸込開口（１６）を閉止し、
全量排水運転（Ｍ１）又は気水混合排水運転（Ｍ２）の水位となった場合、自動的に第３吸込開口（１６）を開放する
ことを特徴とする請求項１に記載の横軸水中ポンプ。

【請求項3】

排出開口と、
上壁（１０）と、
上壁（１０）の両側端および前後端から下方に延設される側壁（１１）と、
側壁（１１）の下端で囲まれる第１吸込開口（８）と、
吸込カバー（７）内部に連通し、上壁（１０）又は側壁（１１）に形成された少なくとも１以上の開口を備え、吸気部の上端（１４ａ）が気水混合排水運転（Ｍ２）と排水待機運転（Ｍ３）の閾値である第２吸込開口（１４）と、
第２吸込開口（１４）の上端（１４ａ）よりも高い位置で吸込カバー（７）内部に連通し、上壁（１０）又は側壁（１１）に形成された少なくとも１以上の開口を備え、吸気部の上端（１６ａ）が全量排水運転（Ｍ１）と気水混合排水運転（Ｍ２）の閾値である第３吸込開口（１６）と、
第３吸込開口（１６）内面に設けられ、水位変動に伴う吸込カバー（７）内外の差圧に応じて第３吸込開口（１６）を開閉自在な弁体（２３）と、を有する
ことを特徴とする低水位起動型吸込カバー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、雨水や下水等の圧送に用いられる横軸水中ポンプにおいて、低水位で起動して最適な運転状態に自動的に移行できる横軸水中ポンプ及び低水位起動型吸込カバーに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、雨水等の排水ポンプとして、ポンプ設備を着脱構造に改良して低水位型の横軸水中ポンプ（横軸軸流型の水中ポンプ）を採用する排水機場の建設が増加している。

【0003】

また、例えば本川と支川とが合流するような場所には、支川側に開閉ゲートを設置し、大雨などの増水時に開閉ゲートを閉じることで、本川側の水が支川に逆流するのを抑止している。その際、支川の上流から流れてくる水を強制排水するために、横軸水中ポンプを開閉ゲートに取り付けたポンプゲートが多く用いられている。

【0004】

特許文献１には、横軸水中ポンプあるいは吸込カバーに第１吸込開口と第２吸込開口を形成し、上流からの流入やポンプの排出に伴う水位変動に応じて、第２吸込開口からの空気を吸入することにより全量排水運転・気水混合排水運転・排水待機運転に自動制御する技術が開示されている。

【0005】

特許文献２には、横軸水中ポンプあるいは吸込カバーに第１吸込開口及び第２吸込開口に加えて第３吸込開口を形成し、気水混合排水運転の許容水位及び時間を長くするとともに、予め設定した水位にて排水待機運転に移行させる技術が開示してある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６５０４２４７号公報

【特許文献2】特許第７２１７４１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１の切り欠きで形成した第２吸込開口は、吸気部の上端から下方に向かって開口が徐々に拡開しており、下方に向かうほど開口率が増大している。したがって、水位低下時には上端に近い位置で吸気量が増大し、気水混合排水運転から排水待機運転に早期に移行する。逆に、上流からの流入量の増加により水位が上がると開口部における気水混合排水運転の範囲が狭いため、運転状態の移行が不安定であった。結果的に気水混合排水運転の運転時間が短く、気水混合排水運転から全量排水運転および排水待機運転への切り替えが早かった。

【0008】

また、スリットで形成した第２吸込開口は、吸気部の上端から下端まで同幅で開口するとともに、上端近傍の開口総面積と下端近傍の開口総面積が同等である。したがって、水位低下時には上端からある程度の高さにて気水混合排水運転を行うものの、排水待機運転に移行する高さを特定して予め設定することが困難であった。

【0009】

特許文献２では、第１吸込開口及び第２吸込開口に加えて第３吸込開口を形成したことで、排水待機運転と全量排水運転との間にある気水混合排水運転の時間を延長するともに、排水待機運転へ移行する水位高さを特定できる。しかし、第３吸込開口は上下方向に延設されたスリットであり、スリットの上端が上方まで延びている。そのため、停止中のポンプが起動する際に、スリットから大量の空気を吸い込み、低水位から排水運転（気水混合排水運転、全量排水運転）を開始することができなかった。

【0010】

本発明は、吸込側の水位に応じて自動的に空気を吸気しながら定格運転を行う運転状態に移行する横軸水中ポンプであって、ポンプ停止中から起動する際に、より低水位から排水運転を開始できる横軸水中ポンプ及び低水位起動型吸込カバーを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の横軸水中ポンプは、吸込口と排出口を有するケーシングと、ケーシング内で支持された羽根車と、吸込口に接続された吸込カバーと、吸込カバーに設けられ、羽根車の中心より下方に開口する第１吸込開口と、吸込カバー及びケーシングのうち少なくとも一方において羽根車よりも上流側に設けられ、第１吸込開口の上端よりも高い位置に開口し、吸気部の上端が気水混合排水運転と排水待機運転の閾値である第２吸込開口と、第２吸込開口の上端よりも高い位置に開口し、吸気部の上端が全量排水運転と気水混合排水運転の閾値である第３吸込開口と、第３吸込開口内面に設けられ、水位変動に伴う吸込カバー内外の差圧に応じて第３吸込開口を開閉自在な弁体と、を有することで、低水位で起動し、最適な運転状態に移行できる。

【0012】

前記弁体は、第３吸込開口の上部近傍に揺動自在に設けられ、水位変動に伴ってポンプ停止又は排水待機運転の水位となった場合、自動的に第３吸込開口を閉止し、全量排水運転又は気水混合排水運転の水位となった場合、自動的に第３吸込開口を開放することで、ポンプ停止時に第３吸込開口を閉止状態としておくことができる。

【0013】

本発明の低水位起動型吸込カバーは、排出開口と、上壁と、上壁の両側端および前後端から下方に延設される側壁と、側壁の下端で囲まれる第１吸込開口と、吸込カバー内部に連通し、上壁又は側壁に形成された少なくとも１以上の開口を備え、吸気部の上端が気水混合排水運転と排水待機運転の閾値である第２吸込開口と、第２吸込開口の上端よりも高い位置で吸込カバー内部に連通し、上壁又は側壁に形成された少なくとも１以上の開口を備え、吸気部の上端が全量排水運転と気水混合排水運転の閾値である第３吸込開口と、第３吸込開口内面に設けられ、水位変動に伴う吸込カバー内外の差圧に応じて第３吸込開口を開閉自在な弁体と、を有することで、低水位で起動し、最適な運転状態に移行できる。

【発明の効果】

【0014】

本発明は、第３吸込開口の上部近傍に弁体を設けたことで水位変動に伴う吸込カバー内外の差圧に応じて第３吸込開口を自動的に開閉できるものであり、ポンプ停止時において第３吸込開口を閉止状態にできるため、ポンプを起動する際に吸込カバー内部に大量の空気が流入することを防ぐ。これによって、より低水位から排水運転（気水混合排水運転、全量排水運転）を開始できるため、内水側の水位を低水位で保持でき、内水氾濫を防ぐことが可能となる。また、排水運転時において吸込カバー内部は負圧状態であり、弁体が自動的に開放状態となるため、排水運転に支障をきたさない。さらに、弁体は吸込カバー内外の差圧により自動的に開閉するため別途動力は不要であるとともに、構成がシンプルであるため吸込カバー内部に容易に設置できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る横軸水中ポンプの構成を示す側断面図である。

【図2】同じく、横軸水中ポンプの吸込カバーの形状を示す三面図である。

【図3】同じく、本実施形態の吸込カバーに設けた弁体を示す正面図及び側面図である。

【図4】同じく、他の実施形態の吸込カバーに設けた弁体を示す正面図である。

【図5】同じく、横軸水中ポンプを用いたポンプゲートシステムの構成を示す概略図である。

【図6】同じく、横軸水中ポンプの運転状態を説明する図である。

【図7】同じく、運転状態が全量排水運転（吸込側水位＞水位Ｈ）であるときの横軸水中ポンプの動作を説明する図である。

【図8】同じく、運転状態が気水混合排水運転（水位Ｈ≧吸込側水位＞水位Ｍ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。

【図9】同じく、運転状態が排水待機運転（水位Ｍ≧吸込側水位＞水位Ｌ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は本発明に係る横軸水中ポンプ１の構成を示す側断面図である。
横軸水中ポンプ１は、大容量の排水を行うことが可能な横軸軸流型の水中ポンプであり、ケーシング２と、羽根車３と、主軸４と、案内羽根５と、水中電動機６とを備える。

【0017】

ケーシング２は、吸込口と排出口とを有する筒体であり、その内部を流体（水及び空気）が通過する。ケーシング２の内部には、吸込側から、羽根車３、案内羽根５及び水中電動機６が配置される。羽根車３は、排水機場の仕様に応じて選択されるものであり、例えば、軸流羽根又は斜流羽根である。主軸４は、水中電動機６で発生された回転力を羽根車３に伝達するものであり、一端が水中電動機６に接続され、他端が羽根車３に接続される。すなわち、羽根車３は、ケーシング２に保持されている水中電動機６により、主軸４を介して支持されている。案内羽根５は、ケーシング２内を流通する流体の流れ方向を整流する。

【0018】

また、横軸水中ポンプ１は、ケーシング２の吸込側に、第１吸込開口８を下方に向けた吸込カバー７を備える。吸込カバー７は、例えば製缶製であり、第１吸込開口８から吸い込んだ流体をケーシング２の吸込口に導く。

【0019】

更に、横軸水中ポンプ１は、ケーシング２の吐出側に開閉可能に支持されたフラップゲート９を備え得る。なお、フラップゲート９は、ケーシング２の排出口に直接的又は間接的に設けられ得る。例えば、ケーシング２とフラップゲート９とは、横軸水中ポンプ１の被取り付け対象である水門壁を介して互いに接続されてもよい。ここで、水門壁の一例としては、後述するようなポンプゲートシステムのゲート扉体が挙げられる。フラップゲート９は、横軸水中ポンプ１の吐出圧力が低いときには自重により閉じ、吐出圧力が高いときには上部の支点を軸として開くことで排水を可能とする。なお、用途に応じては、ケーシング２の吐出側に吐出配管を接続して排水することも可能である。

【0020】

図２は、吸込カバー７の形状を示す三面図である。
吸込カバー７は、上壁１０と、上壁１０の両側端および前後端からそれぞれ下方に延設される側壁１１ａ，１１ｂ，１１ｃとを有する。後端の側壁１１ｃには取付部１２を形成してもよい。また、前後端の側壁１１ｂ，１１ｃは、必要に応じて除いてもよい。上壁１０は、吸込側（側面図の左方向）に向かって下方に傾斜している。側壁１１の下端は、羽根車３の中心より下方まで延設する。また、側壁１１は、上壁１０の両端部および前後端から垂設されるものとしたが、下方に延設されるものであれば、吸込カバー７の外側又は内側に向かって傾斜するものであってもよいし、例えば、丸みを帯びた形状であってもよい。また、ここでの上壁１０の両端部は、厳密な端のみを表すのではなく、両端から内側にずれた位置も許容される。

【0021】

吸込カバー７の第１吸込開口８は、各側壁の下端を結んだ略矩形状を有している。本実施形態では、吸込カバー７の第１吸込開口８は略水平に形成しているが、吸込側が吐出側よりも高くなるように傾いた状態で形成してもよい。上壁１０の後縁は、中央部分が両端部より高い凸部を形成している。

【0022】

吸込カバー７の側壁１１の下端近傍には、少なくとも１以上の第２吸込開口１４を有している。第２吸込開口１４は、側壁１１の表面と裏面とを貫通する開口で、水及び空気が自在に流入する。外部から吸込カバー７内に空気を取り込むことが可能な開口であればよい。例えば、上壁１０や側壁１１に形成した孔や切り欠き、あるいは部材間の間隙であってもよい。第２吸込開口１４は、第１吸込開口８の上端よりも高い位置に開口し、第２吸込開口１４の最も低い位置にある下端１４ｂは、第１吸込開口８に連通していてもよい。また、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａは、排水機場や横軸水中ポンプ１の仕様に応じて、後述する排水待機運転Ｍ３で運転可能な位置に設定される。

【0023】

第２吸込開口１４の上方には、少なくとも１以上の第３吸込開口１６を有している。第３吸込開口１６は、側壁１１の表面と裏面とを貫通する開口で、水及び空気が自在に流入する。外部から吸込カバー７内に空気を取り込むことが可能な開口であればよく、例えば、上壁１０や側壁１１に形成した孔や切り欠き、あるいは部材間の間隙であってもよい。第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、第２吸込開口１４の最も高い位置にある上端１４ａより上方に位置している。第３吸込開口１６の最も低い位置にある下端１６ｂは、第２吸込開口１４より上方でも下方でもよく、第２吸込開口１４あるいは第１吸込開口８に連通していてもよい。また、第３吸込開口１６の最も高い位置にある上端１６ａは、排水機場や横軸水中ポンプ１の仕様に応じて、後述する気水混合排水運転Ｍ２で運転可能な位置に設定される。

【0024】

図３は、本実施形態の吸込カバーに設けた弁体を示す正面図及び側面図である。
弁体２３は、吸込カバー７に形成された第３吸込開口１６の内面に設けられ、第３吸込開口１６の上部近傍に設置した支持部２４を支点に揺動自在に開閉する。弁体２３は、支点を軸に揺動するフラップ弁等の公知の機構にて構成してあり、自重及び水位変動に伴う吸込カバー７内外の差圧に応じて自動的に第３吸込開口１６を開閉する。具体的には、後述する排水運転（全量排水運転Ｍ１及び気水混合排水運転Ｍ２）時において、吸込カバー７内部が負圧状態となった際に、弁体２３はポンプの羽根車３方向（図示する矢印の向き）に引き寄せられ、吸込カバー７内外の差圧によって第３吸込開口１６を開放する。一方、後述する排水待機運転Ｍ３及びポンプ停止時において、吸込カバー７内部が大気圧状態となった際に、吸込カバー７内外の差圧によって弁体２３は第３吸込開口１６を閉止する。

【0025】

本実施形態では、図示するように吸込カバー７に一対の第３吸込開口１６を形成しており、各第３吸込開口１６を閉止するように一対の弁体２３を吸込カバー７内面に設置している。各弁体２３の開閉によって第３吸込開口１６はそれぞれ開放状態または閉止状態となる。一対の弁体２３は、第３吸込開口１６の上端１６ａの上部近傍に設けた支持部２４にて揺動可能に構成してあり、吸込カバー７内外の差圧に応じて同時に揺動する。

【0026】

弁体２３を保持する支持部２４は、吸込カバー７内面にボルトや溶接等、公知の手段にて配設する。なお、弁体２３は公知のフラップ弁等の機構にて構成したが、第３吸込開口１６を開閉できる機構であればこれに限定されない。本実施形態では弁体２３が閉止する際に弁体２３の下端部２５が第３吸込開口の下端部１６ｂまで位置するように設置し、弁体２３が第３吸込み開口１６を閉止しても第２吸込開口１４が開放状態となるように構成したが、弁体２３の設置位置や材質、厚み、形状、支持部２４の吸込カバー７内面への取り付け方法等は設計事項に応じて適宜決定する。また、第３吸込開口１６の一部のみ閉止する形態や、一対の第３吸込開口１６のうち一方のみに弁体２３を設置する形態であってもよい。さらに、図４に示すように、１つの支持部２４を支点に開閉自在に設置された１つの弁体２３にて一対の第３吸込開口１６を開閉する形態としてもよい。そして図示するように、弁体２３の下端の形状を第２吸込開口１４の形状に合わせて波状としてもよく、適宜変形実施可能である。

【0027】

図５は、横軸水中ポンプを用いたポンプゲートシステムの構成を示す概略図である。
ポンプゲートシステム１７は、ポンプゲート１９と、天壁２０から垂下し、ゲート扉体１８を吊り上げるラック棒２１と、ラック棒２１を上下動させることでポンプゲート１９を昇降させる開閉機２２とを備える。

【0028】

ポンプゲート１９は、ゲート扉体１８に横軸水中ポンプ１を着脱自在に組み込み、河川等の水路を開閉するものであり、上流側（図左方）から下流側（図右方）へ水を排水する。具体的には、平時は、ゲート扉体１８を上昇させた状態で、ポンプ吸込側（上流側）の水路の水をポンプ吐出側（下流側）の水路に自然排水する。一方、大雨等で下流側の外水位が上昇した際には、開閉機２２の駆動によりゲート扉体１８を下降させて水路を閉じ、横軸水中ポンプ１は、上流側の水を下流側に強制的に排水する。なお、本実施形態におけるポンプゲートシステム１７は、ポンプゲート１９を垂直に降下させて水路を閉止しているが、揺動又は回転等の公知技術により水路を閉止してもよい。

【0029】

次に、ポンプゲートシステム１７に用いられる横軸水中ポンプ１の運転状態について説明する。図６は、横軸水中ポンプ１の運転状態を説明する図である。

【0030】

横軸水中ポンプ１は、予め設定された吸込側の２つの水位Ｈ，Ｍ（Ｈ＞Ｍ）を基準とした３つの運転状態を有する。具体的には、全量排水運転Ｍ１と、気水混合排水運転Ｍ２と、排水待機運転Ｍ３である。全量排水運転Ｍ１は、吸込側の水位が水位Ｈを超えているときに実施される。気水混合排水運転Ｍ２は、吸込側の水位が、水位Ｈ以下で、かつ、水位Ｍを超えているときに実施される。排水待機運転Ｍ３は、吸込側の水位が水位Ｍ以下であるときに実施される。なお、不図示であるが、吸込側の水位が特定の水位Ｌ（Ｌ＜Ｍ）以下であるときは、横軸水中ポンプ１は、運転を停止する。

【0031】

吸込カバー７が図２に示す形状である場合、水位Ｈは、吸込カバー７の第３吸込開口１６の上端１６ａの位置に設定される。水位Ｍは、吸込カバー７の第２吸込開口１４の上端１４ａの位置に設定される。また、水位Ｌは、羽根車３が回転していても、水中電動機６に十分な水が供給できない水位の上限に設定される。なお、吸込カバー７に形成した第１吸込開口８や第２吸込開口１４、第３吸込開口１６の形状を変形して実施してもよく、吸込カバー７は図２以外の形態であってもよい。

【0032】

＜全量排水運転＞
図７は、運転状態が全量排水運転Ｍ１（吸込側水位＞水位Ｈ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。全量排水運転Ｍ１は、上流側で吸い込んだ水を下流側に全量排出させる運転状態である。大雨等によりゲート下流側（吐出側）の水位が上昇すると、逆流を抑止するために、ゲート扉体１８が降下され、水路が閉止される。そして、ゲート上流側（吸込側）の水位が水位Ｈを越えると、横軸水中ポンプ１が起動され、横軸水中ポンプ１は、全量排水運転Ｍ１で、定格回転数で運転して下流側に排水する。このとき、横軸水中ポンプ１の内部に連通する開口（第１吸込開口８及び第２吸込開口１４，第３吸込開口１６）は全て没水しており、横軸水中ポンプ１の吐出圧力により吐出側のフラップゲート９は開放した状態となっている。ここで、横軸水中ポンプ１の運転開始のタイミングは、不図示の制御装置が、公知の水位計等により水位Ｈを超えていることを検知した上で判断してもよいし、実際に水位Ｈを検知することなく、予め設定された開始時間等に基づいて自動で判断してもよい。

【0033】

このとき、羽根車３の回転によって吸込カバー７内部が負圧状態となっており、吸込カバー７内面に設置した弁体２３は自動的にポンプの羽根車３方向に引き寄せられて開の状態となる。これにより、第１～第３の全ての吸込開口から吸い込まれた水は下流側に向かって遅滞なく吐き出される。

【0034】

＜気水混合排水運転＞
図８は、運転状態が気水混合排水運転Ｍ２（水位Ｈ≧吸込側水位＞水位Ｍ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。横軸水中ポンプ１が全量排水運転Ｍ１でゲート上流側の貯留水を排水した結果、ゲート上流側の水位が徐々に低下して水位Ｈ以下になると、運転状態が気水混合排水運転Ｍ２に移行する。気水混合排水運転Ｍ２は、水とともに少量の空気を吸気しつつ、定格回転数での運転で排水を行う運転状態である。

【0035】

気水混合排水運転Ｍ２の具体的な水位としては、吸込カバー７の第３吸込開口１６の一部又は全部が大気開放しているが、第１吸込開口８及び第２吸込開口１４は没水している水位である。吸込カバー７の第３吸込開口１６の上端１６ａを水位Ｈに設定することにより、第１吸込開口８及び第２吸込開口１４から水を吸い込みながら、第３吸込開口１６から空気を吸い込むことができる。排水量は、水位と吸気量との関係より決定される。この気水混合排水運転Ｍ２を設けることにより、低水位での不安定運転を緩和することができる。

【0036】

なお、気水混合排水運転Ｍ２では、横軸水中ポンプ１の吐出圧力は、全量排水運転Ｍ１のときよりも低下している。ただし、フラップゲート９は、開放されたままである。

【0037】

このとき、羽根車３の回転によって、吸込カバー７内部が負圧状態となっており、吸込カバー７内面に設置した弁体２３は自動的にポンプの羽根車３方向に引き寄せられて開の状態となる。これにより、第１吸込開口８及び第２吸込開口１４から吸い込まれた水は下流側に向かって遅滞なく吐き出される。ただし、気水混合排水運転Ｍ２では、大気開放された第３吸込開口１６から空気を吸い込みながら羽根車３を回転させており、吸込カバー７内部に作用する負圧が全量排水運転Ｍ１時よりも小さいため、弁体２３は全量排水運転Ｍ１よりも小さい開度で開放されている。

【0038】

＜排水待機運転＞
図９は、運転状態が排水待機運転Ｍ３（水位Ｍ≧吸込側水位＞水位Ｌ）であるときの横軸水中ポンプ１の動作を説明する図である。横軸水中ポンプ１が排水を続けることで、更に水位が低下して水位Ｍ以下になると、運転状態は、気水混合排水運転Ｍ２から排水待機運転Ｍ３に移行する。排水待機運転Ｍ３は、いわゆる待機運転となる状態であり、水とともに大量の空気を吸気しつつ、定格回転数での運転を維持する運転状態である。

【0039】

排水待機運転Ｍ３の具体的な水位としては、吸込カバー７の第２吸込開口１４の一部もしくは全部が大気開放しているものの、吸込カバー７の第１吸込開口８と羽根車３の一部が没水している水位である。吸込カバー７の第２吸込開口１４の上端１４ａを水位Ｍに設定することにより、水位が水位Ｍ低下になったときに、吸込カバー７の第２吸込開口１４から大量の空気を吸い込むことができる。

【0040】

弁体２３を有さない従来の形態では、排水待機運転Ｍ３時において、第３吸込開口１６の全部が大気開放状態にあるが、本実施形態では、第３吸込開口１６を開閉する弁体２３を吸込カバー７内面に設けてある。そして、排水待機運転Ｍ３時には、大気開放された第２吸込開口１４から大量の空気を吸い込み、吸込カバー７内部が大気圧状態となっているため、この大気圧及び自重によって、弁体２３は自動的にポンプの羽根車３から遠ざかるように閉の状態となる。これにより、第３吸込開口１６が閉止状態となるため第３吸込開口１６からの吸気は行われない。

【0041】

第２吸込開口１４から空気を吸い込むことで、横軸水中ポンプ１の吐出圧力は低下するが、ケーシング２内で水と空気とが混合した状態で運転が継続される。ケーシング２内の水量は、吸込側水位に応じて変動する。この排水待機運転Ｍ３では、ケーシング２内で攪拌される水により、水中電動機６が冷却されるため、過度の発熱を抑えることができる。なお、排水待機運転Ｍ３では、水と空気とがケーシング２内で循環流動し、吐出圧力が低いため、フラップゲート９は、基本的には閉塞した状態にある。ただし、下流側の水位が低下すると、フラップゲート９が開放する場合もある。

【0042】

＜ポンプ運転停止＞
ここで、排水待機運転Ｍ３では、基本的には水を排出しないので、吸込側の水位の低下はない。しかし、下流側の水位の低下により横軸水中ポンプ１の吐出圧力がフラップゲート９を開放するだけの圧力になると、排水により吸込側の水位が低下してくる。吸込側の水位が低下して水位Ｌ以下になると、横軸水中ポンプ１は、吸込側の流入予測量にもよるが、再排水の可能性が低いと判断して運転を停止する。このとき、既に排水待機運転Ｍ３時から吸込カバー７内部は大気圧状態となっているため、弁体２３は自重及び大気圧によって自動的に閉の状態となっている。なお、横軸水中ポンプ１の運転停止のタイミングは、不図示の制御装置が、公知の水位計等により、水位Ｌ以下の水位を一定時間継続した状態を検知した上で判断してもよいし、実際に水位Ｌを検知することなく、予め設定された開始時間等に基づいて自動で判断してもよい。

【0043】

一方、いずれかの運転状態中に上流側の流入量が増大して水位が上昇したときも、別の運転状態に移行する。例えば、水位Ｌ以下の状態で水位が上昇し、吸込側の水位が水位Ｌを超えたとする。この場合、運転状態は、第２吸込開口１４から水と空気が流入し、フラップゲート９を閉じた状態でケーシング２内の水を攪拌する排水待機運転Ｍ３に移行する。このとき、第３吸込開口１６は弁体２３によって閉塞状態となっている。また、排水待機運転Ｍ３中に水位が上昇し、吸込側の水位が水位Ｍを超えると、吸込カバー７内部が負圧状態となり、弁体２３が自動的に開放され、運転状態は、第２吸込開口１４からは水を、第３吸込開口１６からは空気を吸気しながら排水する気水混合排水運転Ｍ２に移行する。更に、気水混合排水運転Ｍ２中に水位が上昇し、吸込側の水位が水位Ｈを超えると、弁体２３が開放状態のまま運転状態は、第１吸込開口８及び第２吸込開口１４，第３吸込開口１６から水を吸い込む全量排水運転Ｍ１に移行する。

【0044】

特に、水位上昇に伴い、ポンプが停止状態から起動する際において、本実施形態では弁体２３を設けており、第３吸込開口１６が閉止状態となっているため、大量の空気が第３吸込開口１６から吸込カバー７内部に流入しない。これにより、低水位からすぐに排水運転（気水混合排水運転Ｍ２、全量排水運転Ｍ１）を開始でき、内水側の水位を低水位で保持できる。

【0045】

また、排水運転時には、吸込カバー７内部の圧力が負圧状態となっており、弁体２３が開放された状態で運転を行うことができるため、気水混合排水運転Ｍ２及び全量排水運転Ｍ１に支障をきたさない。特に、第３吸込開口１６を設けたことによる気水混合排水運転Ｍ２の許容水位及び時間を長くできる作用効果及び予め設定した水位にて排水待機運転Ｍ１に移行できる作用効果を奏することができる状態で、ポンプ起動時に低水位からの排水運転を可能としたため、ポンプの運転効率をさらに向上させることができる。

【0046】

なお、横軸水中ポンプ１は、運転停止後、吸込側の流入予測量や、排水機場又は横軸水中ポンプ１の仕様に応じて、運転再開を適宜判断する。運転再開のタイミングは、吸込側の水位がどの水位であっても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明の横軸水中ポンプ及び低水位起動型吸込カバーは、吸込カバー内面に第３吸込開口を開閉する弁体を設けた技術であり、弁体を吸込カバー内面に設置するだけでよいため、既存の横軸水中ポンプに容易に適用可能である。

【符号の説明】

【0048】

１ 横軸水中ポンプ
２ ケーシング
３ 羽根車
７ 吸込カバー
１０ 上壁
１１ 側壁
１４ 第２吸込開口
１４ａ 上端
１６ 第３吸込開口
１６ａ 上端
２３ 弁体
Ｍ１ 全量排水運転
Ｍ２ 気水混合排水運転
Ｍ３ 排水待機運転

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】