特許 7094357 立軸ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-23

(45)【発行日】2022-07-01

(54)【発明の名称】立軸ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/66 20060101AFI20220624BHJP

   F04D 13/00 20060101ALI20220624BHJP

【ＦＩ】

F04D29/66 F

F04D13/00 F

F04D13/00 L

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020504830

(86)(22)【出願日】2019-01-17

(86)【国際出願番号】 JP2019001233

(87)【国際公開番号】W WO2019171774

(87)【国際公開日】2019-09-12

【審査請求日】2021-07-13

(31)【優先権主張番号】P 2018042086

(32)【優先日】2018-03-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000152170

【氏名又は名称】株式会社酉島製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】兼森 祐治

【審査官】大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２０３８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平４－７６９９８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００４－２３９２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１７２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２０９４７４２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／６６

Ｆ０４Ｄ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸水槽に上下方向へ延びるように配置されたポンプケーシングと、
前記吸水槽の排水開始水位に位置するように、前記ポンプケーシング内に回転可能に配置された羽根車と、
前記吸水槽内での空気吸込渦の発生を抑制するための渦防止配管と、
前記吸水槽内の水位が前記排水開始水位よりも低くなると、前記吸水槽内の空気を前記ポンプケーシング内に供給するための給気配管と
を備え、
前記渦防止配管は、
前記ポンプケーシングの前記排水開始水位よりも下側を取り囲む環状の横パイプと、
前記ポンプケーシングの外側に上下方向へ延びるように配置され、下端が前記横パイプに接続され、上端が塞がれた第１縦パイプと
を備え、
前記給気配管は、
一端が前記吸水槽内の前記排水開始水位に配置され、他端が前記第１縦パイプ内に配置された第１吸気パイプと、
一端が前記横パイプに接続され、他端が前記ポンプケーシングの前記羽根車よりも下側に接続された給気パイプと
を備える、立軸ポンプ。

【請求項2】

前記渦防止配管は、前記第１縦パイプに対して前記ポンプケーシングを中心として周方向に間隔をあけて位置し、前記ポンプケーシングの外側に上下方向へ延びるように配置され、下端が前記横パイプに接続され、上端が塞がれた第２縦パイプを更に備え、
前記給気配管は、一端が前記排水開始水位よりも低い前記吸水槽の排水遮断水位に配置され、他端が前記第２縦パイプ内に配置された第２吸気パイプを更に備える、請求項１に記載の立軸ポンプ。

【請求項3】

前記第１縦パイプの前記上端と前記第２縦パイプの前記上端、及び前記第１吸気パイプの前記他端と前記第２吸気パイプの前記他端は、前記排水開始水位よりも高い前記吸水槽の最高水位よりも高い位置にそれぞれ配置されている、請求項２に記載の立軸ポンプ。

【請求項4】

前記第１吸気パイプを含む前記第１縦パイプは、前記ポンプケーシングを中心として周方向に間隔をあけて２組配置されており、
前記２組の第１吸気パイプのうちの一方の前記一端と他方の前記一端の間隔Ｌ１は、以下を満たす、請求項１から３のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。

【請求項5】

前記第１吸気パイプの前記一端は、前記吸水槽内の水面と交差する向きに開口している、請求項１から４のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。

【請求項6】

前記第１縦パイプ及び前記第１吸気パイプの関係は、以下の式（１）を満たし、
前記横パイプ、前記第１吸気パイプ及び前記給気パイプの関係は、以下の式（２）を満たし、
前記給気パイプ及び前記第１吸気パイプの関係は、以下の式（３），（４）を満たす、請求項１から５のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、立軸ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

吸水槽に鉛直方向に延びるように配置されたポンプケーシングと、ポンプケーシング内に回転可能に配置された羽根車とを備える立軸ポンプが知られている。

【0003】

特許文献１には、吸気口の位置が異なる２種の吸気パイプを配置し、水が吸水槽内に流入する前に予め運転を可能とした先行待機形の立軸ポンプが開示されている。しかし、このポンプでは、水面から吸込口に向けた水流に吸水槽内の空気が含まれる空気吸込渦の発生を抑制できない。

【0004】

特許文献２には、ポンプケーシングの外側に、環状の横パイプと、鉛直方向へ延びる縦パイプとを配置し、吸水槽の水面での空気吸込渦の発生を抑制するようにした立軸ポンプが開示されている。しかし、このポンプでは、水が吸水槽に流入する前に運転を開始すること（先行待機）ができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００９－２０３８０６号公報

【文献】特開２０１３－２１７２１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、空気吸込渦の発生抑制と先行待機の両機能を併せ持ち、より低水位での排水を効果的に実現可能な立軸ポンプを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、吸水槽に上下方向へ延びるように配置されたポンプケーシングと、前記吸水槽の排水開始水位に位置するように、前記ポンプケーシング内に回転可能に配置された羽根車と、前記吸水槽内での空気吸込渦の発生を抑制するための渦防止配管と、前記吸水槽内の水位が前記排水開始水位よりも低くなると、前記吸水槽内の空気を前記ポンプケーシング内に供給するための給気配管と
を備え、前記渦防止配管は、前記ポンプケーシングの前記排水開始水位よりも下側を取り囲む環状の横パイプと、前記ポンプケーシングの外側に上下方向へ延びるように配置され、下端が前記横パイプに接続され、上端が塞がれた第１縦パイプとを備え、前記給気配管は、一端が前記吸水槽内の前記排水開始水位に配置され、他端が前記第１縦パイプ内に配置された第１吸気パイプと、一端が前記横パイプに接続され、他端が前記ポンプケーシングの前記羽根車よりも下側に接続された給気パイプとを備える、立軸ポンプを提供する。

【0008】

排水開始水位は、近隣の河川又は海の水位と、周囲の建造物の状況とに基づいて、要求仕様として定められる。この立軸ポンプは、吸水槽内の水位によって、吸水槽内の空気を取り込みつつ排水を行う気水混合運転、水のみを排水する排水（全水）運転、及び排水することなくポンプケーシング内に水柱を保持したエアロック（排水遮断）運転に切り替わる。また、オペレータが始動させた当初は、水柱の保持も排水も行わない気中運転になる。

【0009】

気水混合運転では、第１吸気パイプが空気を吸い込むことで、吸込口からの吸水量は減るが、吸水槽内の水面の流速が遅くなるため、排水可能な水位を下げることができる。但し、水位が排水開始水位よりも低くなるに従って、やがて水面は空気吸込渦が生じる流速になるが、この空気吸込渦の発生は、ポンプケーシングの外側に配置した渦防止配管によって抑制できる。よって、渦防止配管又は給気配管が無いポンプよりも、吸水槽を深くすることなく、より低水位での排水を効果的に実現できる。しかも、給気配管を構成する第１吸気パイプと給気パイプは、渦防止配管を構成する第１縦パイプと横パイプに接続され、これらを給気用流路として兼用している。よって、渦発生抑制と先行待機の両機能を併せ持つにも拘わらず、ポンプ全体として簡素な構成を実現できる。

【発明の効果】

【0010】

本発明の立軸ポンプでは、渦防止配管と給気配管を備えるため、これらのうちの一方が無いポンプよりも、より低水位での排水を効果的に実現できる。しかも、給気配管は、渦防止配管を構成するパイプを給気用流路として兼用しているため、渦発生抑制と先行待機の両機能を併せ持つにも拘わらず、ポンプ全体として簡素な構成を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る立軸ポンプを示す断面図。

【図2】立軸ポンプのエアロック状態を示す断面図。

【図3】図１の一部を拡大した断面図。

【図4】図１の要部平断面図。

【図5】図３の一部を拡大した断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

【0013】

図１は、本発明の実施形態に係る立軸ポンプ１０（以下「ポンプ」と言う。）を示す。このポンプ１０は、吸水槽１に流入した水を下流側へ排水する。本実施形態のポンプ１０は、ポンプケーシング１２の外側に渦防止配管３０と給気配管３８を備え、吸水槽１の水位によって、排水（全水）運転、気水混合運転、及びエアロック（排水遮断）運転に切り換わる先行待機形である。

【0014】

（立軸ポンプの概要）
図１に示すように、ポンプ１０は、ポンプケーシング１２、回転軸２２、及び羽根車２５を備える。

【0015】

ポンプケーシング１２は、吸水槽１内で上下方向に延びるように、吸水槽１の上部を覆う据付床２に固定されている。ポンプケーシング１２は、吸水槽１内に配置された揚水管１３と、据付床２上に配置された吐出し管１９とを備える。揚水管１３は、直管１４、ベーンケーシング１５、及びベルマウス１７を備え、この順で上側から下側へ接続されている。吐出し管１９は、中心軸が９０度湾曲した吐出エルボ２０を備え、直管１４の上端に接続されている。吐出エルボ２０の出口には、下流側へ排水するための送水管（図示せず）が接続されている。

【0016】

回転軸２２は、吐出エルボ２０を貫通し、揚水管１３の軸線に沿って配置されている。回転軸２２は、直管１４及びベーンケーシング１５内の軸受ケーシング１６に配置された水中軸受（摺動部品）２３に、回転可能に支持されている。回転軸２２の上端は吐出エルボ２０から外側へ突出されており、その貫通する部分は軸封装置によって水密にシールされている。

【0017】

羽根車２５は、軸受ケーシング１６の下側に配置され、回転軸２２の下端に固定されている。羽根車２５の上端２６は、排水開始水位ＬＷＬと同一高さに配置されている。この排水開始水位ＬＷＬについては、後で詳述する。

【0018】

ポンプケーシング１２から突出した回転軸２２の上端には、駆動手段（図示せず）が接続されている。駆動手段には、電動モータ又は内燃機関の１つであるディーゼル機関が用いられる。駆動手段を駆動すると、回転軸２２と一体に羽根車２５が回転されることで、吸水槽１内の水がポンプケーシング１２内を通って下流側へ排出される。

【0019】

図２に一点鎖線で示すように、排水によって吸水槽１内の水位が渦発生水位ＶＷＬまで下がると、水面からポンプケーシング１２の吸込口１８に向けた水流（空気吸込渦Ｓｖ）が生じる。この空気吸込渦Ｓｖは吸水槽１内の水面の流速が一定レベルに達することで発生し、その流速には吸水槽１の断面積が影響している。よって、渦発生水位ＶＷＬは、個々の吸水槽１の断面形状によって異なる。空気吸込渦Ｓｖの水流には吸水槽１内の空気が連続的又は断続的に吸い込まれるため、据付床２の劣化の原因になる振動がポンプ１０に生じる。

【0020】

渦防止配管３０は、空気吸込渦Ｓｖの発生を抑制するために設けられている。渦防止配管３０は、ポンプケーシング１２の排水開始水位ＬＷＬよりも下側を取り囲む環状の横パイプ３２と、ポンプケーシング１２の外側に上下方向へ延びるように配置された直管状の縦パイプ３５とを備える。横パイプ３２の内径はポンプケーシング１２（ベルマウス１７の上部）の外径よりも大きく、これらの間には定められた隙間（流路）が確保されている。縦パイプ３５は、実測又は演算によって想定される空気吸込渦Ｓｖの発生位置に配置されている。水面から吸込口１８に向けた水流が縦パイプ３５に干渉することで、空気吸込渦Ｓｖの発生を効果的に抑制できる。

【0021】

一方、集中豪雨等によって吸水槽１内に水が急激に流れ込んだ場合、排水（ポンプ１０の始動）が遅れると、吸水槽１から水が溢れる可能性がある。この問題は、吸水槽１に水が無い状態でもポンプ１０の運転を継続させれば解消できるが、この場合には水中軸受２３が過熱され、回転軸２２に焼き付くという問題がある。

【0022】

給気配管３８は、図２に示すように、ポンプケーシング１２内に水柱ＷＣを保持したエアロック運転を可能とすることで、水中軸受２３の過熱を防ぎ、ポンプ１０を継続運転可能とするために設けられている。給気配管３８は、第１吸気パイプ４０、第２吸気パイプ４５、及び給気パイプ５０を備え、ポンプ１０の吸引力によって吸水槽１内の空気をポンプケーシング１２内に供給する。第１吸気パイプ４０の吸気口（一端）４１は排水開始水位ＬＷＬに配置され、第２吸気パイプ４５の吸気口（一端）４６は排水遮断水位ＬＬＷＬに配置されている。給気パイプ５０は、第１吸気パイプ４０と第２吸気パイプ４５に連通しており、その給気口５１（他端）は、羽根車２５よりも下側に位置するようにベルマウス１７に接続されている。

【0023】

給気配管３８を備える先行待機形のポンプ１０は、例えば地域気象観測システムの情報に基づいて、オペレータによって始動される。吸水槽１内の水位が羽根車２５の下端よりも低い当初では、羽根車２５が気中にあるため、ポンプ１０は、排水を行うことのない気中運転になる。水位が羽根車２５の下端よりも上がると、吸水槽１内の水が羽根車２５によって吸い上げられるとともに、第１吸気パイプ４０を通して空気が取り込まれるため、ポンプ１０は、水と空気を混合状態で排出する気水混合運転に切り替わる。水位が排水開始水位ＬＷＬ（羽根車２５の上端２６）よりも上がると、第１吸気パイプ４０を通した空気の取り込みが遮断されるため、ポンプ１０は、水のみを排出する排水運転に切り替わる。

【0024】

排水により、吸水槽１内の水位が排水開始水位ＬＷＬよりも下がると、第１吸気パイプ４０を通して再び空気が取り込まれるため、ポンプ１０は、気水混合運転に切り替わる。水位が排水遮断水位ＬＬＷＬよりも下がると、第２吸気パイプ４５からも空気が取り込まれるため、ポンプ１０は、排水することなく水柱ＷＣを保持したエアロック運転に切り替わる。その後、水位が排水遮断水位ＬＬＷＬよりも上がると、ポンプ１０は、再び気水混合運転に切り替わる。つまり、ポンプ１０の運転状態は、オペレータが停止するまで、エアロック運転、気水混合運転、排水運転、気水混合運転、エアロック運転の順で切り替わる。

【0025】

（吸水槽の水位設定の概要）
図１に示すように、吸水槽１には、前述した排水開始水位ＬＷＬ、排水遮断水位ＬＬＷＬ、及び最高水位ＨＷＬが定められている。これらは、底壁３からの高さとして定義されており、排水遮断水位ＬＬＷＬ、排水開始水位ＬＷＬ、及び最高水位ＨＷＬの順で高くなるように設定されている。排水開始水位ＬＷＬ以上の高水位では、空気を混入することなく、水だけを排出する必要がある。排水開始水位ＬＷＬ未満の低水位では、空気の混入が許容される。排水遮断水位ＬＬＷＬ未満の超低水位では、排水を行わないエアロック運転に移行する必要がある。

【0026】

排水開始水位ＬＷＬと排水遮断水位ＬＬＷＬは、近隣の河川又は海の水位と、周囲の建造物の状況とに基づいて、要求仕様として定められる。最高水位ＨＷＬは、吸水槽１の深さと要求仕様によって定められる。つまり、これらの水位ＬＷＬ，ＬＬＷＬ，ＨＷＬは、図２に示す渦発生水位ＶＷＬとは無関係で定められている。近年では排水開始水位ＬＷＬの低位要求が多いため、渦発生水位ＶＷＬは、排水開始水位ＬＷＬよりも高くなる傾向にある。

【0027】

そこで、本実施形態では、渦防止配管３０と給気配管３８を設け、空気吸込渦Ｓｖの発生を抑えつつ、先行待機運転を実現可能とし、より低水位での排水を効果的に実現可能とする。しかも、機能が異なる配管３０，３８の配置によって、ポンプ１０の構成が複雑になることを防止している。

【0028】

（渦防止配管の詳細）
図３及び図４に示すように、渦防止配管３０は、１本の横パイプ３２と、複数の縦パイプ３５を備える。

【0029】

横パイプ３２は、中空であり、図１を参照すると、排水遮断水位ＬＬＷＬに位置するように、ポンプケーシング１２の外周に配置されている。横パイプ３２は、ポンプケーシング１２と同軸に位置するように、ポンプケーシング１２に対してリブ３３によって固定されている。

【0030】

縦パイプ３５は、中空であり、下端が横パイプ３２に接続され、上端がカバー３６によって液密かつ気密に塞がれている。縦パイプ３５の上端は、ポンプ１０の定格流量の１３０％揚水での渦発生水位ＶＷＬ以上の高さに配置されており、本実施形態では、最高水位ＨＷＬよりも高い位置に配置されている。

【0031】

複数の縦パイプ３５は、ポンプケーシング１２を中心として周方向に所定間隔をあけて配置されている。より詳しくは、吸水槽１は、据付床２と底壁３の間の３方が側壁４によって塞がれており、水は、図４において側壁４が無い左側から流入する。本実施形態では４本の縦パイプ３５が９０度間隔をあけて設けられており、そのうちの２本が水流入方向Ｆの上流側に配置され、他の２本が水流入方向Ｆの下流側に配置されている。以下では、必要に応じて上流側の２本を第１縦パイプ３５Ａといい、下流側の２本を第２縦パイプ３５Ｂという。

【0032】

（給気配管の詳細）
引き続いて図３及び図４を参照すると、給気配管３８は、第１縦パイプ３５Ａと同数の第１吸気パイプ４０、第２縦パイプ３５Ｂと同数の第２吸気パイプ４５、及び複数の給気パイプ５０を備える。つまり、本実施形態では、第１縦パイプ３５Ａと第１吸気パイプ４０、及び第２縦パイプ３５Ｂと第２吸気パイプ４５が、それぞれ２組設けられている。

【0033】

第１吸気パイプ４０の吸気口４１は排水開始水位ＬＷＬに配置され、第１吸気パイプ４０の排気口（他端）４２は第１縦パイプ３５Ａ内に配置されている。第２吸気パイプ４５の吸気口４６は排水遮断水位ＬＬＷＬに配置され、第２吸気パイプ４５の排気口４７は第２縦パイプ３５Ｂ内に配置されている。これらの吸気口４１，４６は、吸水槽１の水面の波の影響を受け難くするために、空気吸込渦Ｓｖが発生した場合の水面の窪みに位置するように開口され、安定して空気を吸気（供給）できるように構成されている。

【0034】

より詳しくは、第１吸気パイプ４０は第１縦パイプ３５Ａ内に同軸に配置され、第２吸気パイプ４５は第２縦パイプ３５Ｂ内に同軸に配置されている。吸気口４１，４６が位置する吸気パイプ４０，４５の下側には、湾曲部４３，４８が形成されている。第１吸気パイプ４０の吸気口４１は、湾曲部４３によって第１縦パイプ３５Ａから外部に突出している。第２吸気パイプ４５の吸気口４６は、湾曲部４８によって横パイプ３２から外部に突出している。第１縦パイプ３５Ａにおける第１吸気パイプ４０の貫通部分と、横パイプ３２における第２吸気パイプ４５の貫通部分は、シール材又は溶接によって液密かつ気密にシールされている。

【0035】

吸気パイプ４０，４５の排気口４２，４７は、最高水位ＨＷＬよりも高い位置に配置されている。より詳しくは、図１に示すように、吸気パイプ４０，４５の高さＴは、最高水位ＨＷＬに、揚水によってベルマウス１７内で発生する最大負圧による吸込揚程ΔＨを加えた値に設定されている。吸込揚程ΔＨは、以下の式によって設定される。

【0036】

【数1】

【0037】

給気パイプ５０の給気口５１は、排水遮断水位ＬＬＷＬに位置するようにベルマウス１７に接続され、給気パイプ５０の接続口（一端）５２は、横パイプ３２の内周に接続されている。つまり、給気パイプ５０は、縦パイプ３５と横パイプ３２を介して吸気パイプ４０，４５に連通しており、給気配管３８は、渦防止配管３０を流路として兼用している。

【0038】

図４に最も明瞭に示すように、本実施形態では４本の給気パイプ５０を備え、これらがポンプケーシング１２を中心として周方向に等間隔で配置されている。また、４本の給気パイプ５０と４本の縦パイプ３５とは、周方向に間隔をあけて配置され、平面視での角度位置が一致しないように構成されている。これにより、縦パイプ３５から流入した空気は、給気パイプ５０に直接流れることなく、必ず横パイプ３２内を通って給気パイプ５０に流れ、給気パイプ５０からベルマウス１７内に均等に供給される。その結果、給気が局部に偏ることによるポンプ１０の振動を抑制できる。

【0039】

このポンプ１０は、空気吸込渦Ｓｖの発生抑制と先行待機の両機能を併せ持っているため、渦防止配管３０又は給気配管３８が無いポンプよりも、低水位での排水を効果的に実現できる。

【0040】

詳しくは、排水運転では、吸水槽１内の水位が渦発生水位ＶＷＬになっても、縦パイプ３５によって空気吸込渦Ｓｖの発生を抑制できる。よって、吸い込んだ空気吸込渦Ｓｖが羽根車２５に衝突することによるポンプケーシング１２の振動を防止できる。

【0041】

気水混合運転では、ポンプ１０の吸引力によって、吸水槽１内の空気を第１吸気パイプ４０からポンプケーシング１２内へ供給できる。よって、吸込口１８からの吸水量は減るが、吸水槽１内の水面での流速が遅くなるため、空気吸込渦Ｓｖの発生を抑制し、排水可能な水位を下げることができる。但し、この場合でも、水位が低くなるに従って、やがて水面は空気吸込渦Ｓｖが生じる流速になるが、この時の空気吸込渦Ｓｖの発生も渦防止配管３０によって抑制できる。

【0042】

エアロック運転では、ポンプ１０の吸引力によって、吸水槽１内の空気を第２吸気パイプ４５から吸い込むことで、吸込口１８からの吸水量が更に減る。よって、ポンプケーシング１２から下流側への排水を確実に停止し、ポンプケーシング１２内では水柱ＷＣを保持した状態を維持できる。この水柱ＷＣによってポンプケーシング１２内の摺動部品である水中軸受２３が冷却され、過熱が防止されるため、ポンプ１０の駆動を継続した待機運転を実現できる。

【0043】

このように、渦防止配管３０によって空気吸込渦Ｓｖの発生を抑制しつつ、吸水槽１内の水位によって運転状態が切り替わるため、渦防止配管３０又は給気配管３８が無いポンプよりも、吸水槽１を深くすることなく、より低水位での排水を効果的に実現できる。

【0044】

しかも、給気配管３８を構成する第１吸気パイプ４０と給気パイプ５０は、渦防止配管３０を構成する第１縦パイプ３５Ａと横パイプ３２に接続され、これらを給気用流路として兼用している。よって、渦発生抑制と先行待機の両機能を併せ持つにも拘わらず、ポンプ１０全体としては簡素な構成を実現できる。

【0045】

また、縦パイプ３５Ａ，３５Ｂの上端と吸気パイプ４０，４５の上端とは、吸水槽１の最高水位ＨＷＬよりも高い位置に配置されている。よって、ポンプ１０がいずれの運転状態であっても、吸気パイプ４０，４５の排気口４２，４７を越えて水が吸い上げられることはない。そのため、吸水槽１内の水に含まれるゴミが、吸気パイプ４０，４５を通して縦パイプ３５内に入り込むことを防止できる。その結果、渦防止配管３０を含む給気流路の目詰まりを効果的に防止できる。

【0046】

（第１吸気パイプの詳細）
水面が排水開始水位ＬＷＬに位置している状態で、水面に生じた波によって第１吸気パイプ４０の第１吸込口４１が塞がれると、ポンプケーシング１２内への給気が遮断される。波によってポンプケーシング１２への空気の供給と遮断が短時間で繰り返されると、ポンプ１０に振動が生じる。

【0047】

本実施形態では第１吸気パイプ４０を２本配置しているため、これらの吸気口４１が波によって同時に塞がれることを抑制できる。しかも、本実施形態では、吸水槽１内で生じる波の波長λ（図５参照）を実測し、その波長λに基づいて２個の吸気口４１の間隔Ｌ１（図４参照）を、以下のように設定している。なお、間隔Ｌ１は、２個の吸気口４１のうち、一方の中心から他方の中心までの距離として定義される。

【0048】

【数2】

【0049】

このように、２個の吸気口４１の間隔Ｌ１は、吸水槽１内で生じる波の波長λの整数倍にならないように設定されている。言い換えれば、この式を満たすように２個の吸気口４１の間隔Ｌ１を設定すれば、２本の第１吸気パイプ４０のうちの一方と他方が同時に波で塞がれることを防止できる。よって、ポンプ１０の振動の原因になる短時間での空気の供給と遮断の繰り返しを防止できる。

【0050】

図５に示すように、第１吸気パイプ４０の吸気口４１は、湾曲部４３によって吸水槽１内の水面に対して交差する向きに開口している。水面に対して交差するとは、水平面に対して交差することを意味する。しかも、本実施形態では、吸水槽１内で生じる波の波高ｈを実測し、その波高ｈよりも、第１吸気パイプ４０の吸気口４１の下端（下頂部）から上端（上頂部）までの寸法Ｄ１が高くなるように設定している（ｈ＜Ｄ１）。なお、本実施形態の吸気口４１は水平面に対して直交する向きに開口させているため、上記寸法Ｄ１は吸気口４１の内径である。

【0051】

このように、波高ｈよりも吸気口４１の高さ（寸法Ｄ１）が高くなるように設定されているため、吸気口４１が波で塞がれることを防止できる。しかも、本実施形態では２本の第１吸気パイプ４０を備えるため、これらの吸気口４１が波で同時に塞がれることを防止できる。また、２個の吸気口４１の間隔Ｌ１が相俟って、これらが波で塞がれることを効果的に防止できる。よって、ポンプ１０の振動の原因になる短時間での空気の供給と遮断の繰り返しを効果的に防止できる。

【0052】

なお、他の２本の第２吸気パイプ４５の吸気口４６の間隔Ｌ２と、個々の吸気口４６の下端から上端までの寸法Ｄ２も、第１吸気パイプ４０と同様に設定することが好ましい。また、第２吸気パイプ４５を横パイプ３２の外周部に配置する場合、横パイプ３２の管内直径も第１吸気パイプ４０と同様に設定することが好ましい。但し、水面が排水遮断水位ＬＬＷＬに位置している状態では、２本の第１吸気パイプ４０が必ず開放されるため、第２吸気パイプ４５の間隔Ｌ２と寸法Ｄ２は、必ずしも上記範囲に設定しなくてもよい。

【0053】

（各パイプの管内断面積（内径）設定の詳細）
吸水槽１内の空気の吸い込みとポンプケーシング１２への給気とを安定させるために、第１吸気パイプ４０の吸気口４１からポンプケーシング１２（給気口５１）までの流路の断面積が、小さくならないように設定されている。より詳しくは、縦パイプ３５の管内断面積をＡｖ、第１吸気パイプ４０の管内断面積をＡｐ、横パイプ３２の管内断面積をＡｒ、給気パイプ５０の管内断面積をＡｉ、給気パイプ５０の本数をＮｉ、第１吸気パイプ４０の本数をＮｐとすると、以下の式（１）から（４）を満たすように構成されている。

【0054】

【数3】

【0055】

上記式（１）のように、縦パイプ３５の管内断面積Ａｖは、第１吸気パイプ４０の管内断面積Ａｐの２倍よりも大きく設定されている（Ａｖ－Ａｐ＞Ａｐ）。

【0056】

また、上記式（２）のように、給気パイプ５０の管内断面積Ａｉは、横パイプ３２の管内断面積Ａｒから、２本の第１吸気パイプ４０の管内断面積Ａｐの合計を減算した値よりも小さく設定されている。詳しくは、横パイプ３２の管内断面積Ａｒは、全ての第１吸気パイプ４０の管内断面積（Ｎｐ×Ａｐ）よりも大きく、全ての第１吸気パイプ４０に給気パイプ５０を加算した面積（Ｎｐ×Ａｐ＋Ａｉ）よりも大きく設定される。これにより、第１吸気パイプ４０（第２吸気パイプ４５）を横パイプ３２内に貫通させた場合の影響を小さくする。

【0057】

さらに、上記式（３）のように、給気パイプ５０の管内断面積Ａｉは、第１吸気パイプ４０の管内断面積Ａｐ以上に設定され、上記式（４）のように、給気パイプ５０の本数Ｎｉは、第１吸気パイプ４０の本数Ｎｐ以上に設定されている。

【0058】

このように、空気を供給する流路を小さくすることなく、上記式（１）～（４）のように設定することで、空気の安定した吸い込みと供給を実現できる。つまり、吸水槽１内の水位が排水開始水位ＬＷＬまで低下すると、速やかに安定して空気を吸い込むことができる。

【0059】

以上のように、本実施形態のポンプ１０では、渦防止配管３０と給気配管３８を備えるため、これらの一方が無いポンプよりも、より低水位での排水を効果的に実現できる。しかも、給気配管３８は、渦防止配管３０を給気用流路として兼用しているため、渦発生抑制と先行待機の両機能を併せ持つにも拘わらず、ポンプ１０全体として簡素な構成を実現できる。

【0060】

なお、本発明の立軸ポンプ１０は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

【0061】

例えば、２本の第１吸気パイプ４０は、水流入方向Ｆにおける吸水槽１の下流側に配置してもよいし、上流側と下流側に１本ずつ配置してもよい。また、第１吸気パイプ４０と第２吸気パイプ４５は、ポンプケーシング１２の周方向に交互に配置されてもよい。また、第１吸気パイプ４０と第２吸気パイプ４５は、それぞれ１本ずつ配置されてもよいし、それぞれ３本以上配置されてもよい。つまり、第１吸気パイプ４０及び第２吸気パイプ４５の数と配置は、必要に応じて変更が可能である。

【0062】

第１吸気パイプ４０の数を増やせば、吸気口４１の間隔Ｌ１は、上記範囲に設定する必要はない。第２吸気パイプ４５の数を増やせば、吸気口４６の間隔Ｌ２は、上記範囲に設定する必要はない。これらの場合、吸気パイプ４０，４５の吸気口４１，４６は、吸水槽１の水面（水平面）に対して平行に配置してもよいし、寸法Ｄ１，Ｄ２も上記範囲に設定する必要はない。

【0063】

第１吸気パイプ４０の上端は、最高水位ＨＷＬよりも以下に配置されてもよい。第２吸気パイプ４５の上端は、最高水位ＨＷＬよりも以下に配置されてもよい。また、縦パイプ３５、横パイプ３２、吸気パイプ４０，４５、及び給気パイプ５０の管内断面積（内径）は、必要に応じて変更が可能である。

【0064】

第１吸気パイプ４０を配置する第１縦パイプ３５Ａには、コンプレッサ等の給気手段を接続し、吸水槽１内の水位が排水開始水位ＬＷＬまで低下していない段階で、ポンプケーシング１２内に空気を供給可能（気水混合運転を実行可能）としてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１ 吸水槽
２ 据付床
３ 底壁
４ 側壁
１０ 立軸ポンプ
１２ ポンプケーシング
１３ 揚水管
１４ 直管
１５ ベーンケーシング
１６ 軸受ケーシング
１７ ベルマウス
１８ 吸込口
１９ 吐出し管
２０ 吐出エルボ
２２ 回転軸
２３ 水中軸受（摺動部材）
２５ 羽根車
２６ 上端
３０ 渦防止配管
３２ 横パイプ
３３ リブ
３５ 縦パイプ
３５Ａ 第１縦パイプ
３５Ｂ 第２縦パイプ
３６ カバー
３８ 給気配管
４０ 第１吸気パイプ
４１ 吸気口（一端、開口）
４２ 排気口（他端）
４３ 湾曲部
４５ 第２吸気パイプ
４６ 吸気口（一端、開口）
４７ 排気口（他端）
４８ 湾曲部
５０ 給気パイプ
５１ 給気口（他端）
５２ 接続口（一端）
ＬＷＬ 排水開始水位
ＬＬＷＬ 排水遮断水位
ＨＷＬ 最高水位
ＶＷＬ 渦発生水位
ＷＣ 水柱
Ｓｖ 空気吸込渦

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】