特許 7178260 渦抑制装置を備えたポンプ

(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】2022-11-16

(45)【発行日】2022-11-25

(54)【発明の名称】渦抑制装置を備えたポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/66 20060101AFI20221117BHJP

   F04D 13/00 20060101ALI20221117BHJP

   F04D 29/52 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

F04D29/66 F

F04D13/00 A

F04D29/52 A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2018244780

(22)【出願日】2018-12-27

(65)【公開番号】P2019124218

(43)【公開日】2019-07-25

【審査請求日】2021-04-20

(31)【優先権主張番号】P 2018002282

(32)【優先日】2018-01-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(72)【発明者】

【氏名】千葉 真

(72)【発明者】

【氏名】中塩 雄二

(72)【発明者】

【氏名】内田 義弘

(72)【発明者】

【氏名】江藤 文宣

(72)【発明者】

【氏名】越智 雅規

(72)【発明者】

【氏名】清水 修

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－００８５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１７２０７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／６６

Ｆ０４Ｄ １３／００

Ｆ０４Ｄ ２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸込水槽内の水を揚水するポンプにおいて、
鉛直方向に延びる主軸と、
前記主軸に固定された羽根車と、
内部に前記羽根車を収容するポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングの外側に配置された複数の縦棒および複数の縦リブを備え、
前記複数の縦棒および前記複数の縦リブは、同じ高さに位置し、かつ前記吸込水槽内の水の流れ方向に関して前記主軸の下流側に配置されており、
前記複数の縦棒は、前記ポンプケーシングの外周面との間に隙間が存在した状態で配置されており、
前記複数の縦リブは、前記ポンプケーシングの外周面に固定されており、
前記複数の縦棒および前記複数の縦リブは、前記主軸の軸方向から見たときに、ポンプ据付床に形成された開口の内側に位置しており、
前記複数の縦棒は、前記複数の縦リブにそれぞれ隣接して配置されており、
前記縦棒および前記縦リブは、互いに離れており、
前記縦棒は、前記縦リブよりも前記ポンプケーシングの半径方向において外側に配置されていることを特徴とするポンプ。

【請求項2】

前記複数の縦棒および前記複数の縦リブは、前記主軸の軸心を通る前記水の流れ方向と平行な直線に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。

【請求項3】

前記縦棒は、前記主軸の軸心と前記縦リブとを結ぶ線の延長線上、または前記延長線よりも下流側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。

【請求項4】

前記ポンプケーシングは、下方に開口した吸込口を有する吸込ベルマウスを含み、
前記ポンプケーシングの吐出し側の口径をｄとしたとき、前記縦棒の上端は、前記吸込ベルマウスの下端から０．８ｄ以上、かつ運転開始水位以下の範囲内に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプ。

【請求項5】

前記縦棒の下端は、前記羽根車の上端よりも下方に位置していることを特徴とする請求項４に記載のポンプ。

【請求項6】

前記ポンプケーシングの外側に配置された半円筒体をさらに備え、
前記半円筒体は、前記吸込水槽内の水の流れ方向に関して前記主軸の下流側に配置されており、
前記半円筒体は、前記ポンプケーシングの外周面との間に隙間が存在した状態で、前記ポンプケーシングに固定されており、
前記半円筒体は、前記主軸の軸方向から見たときに、ポンプ据付床に形成された開口の内側に位置しており、
前記半円筒体は、前記主軸と平行に延びる内周面を有することを特徴とする請求項１に記載のポンプ。

【請求項7】

前記ポンプケーシングは、下方に開口した吸込口を有する吸込ベルマウスを含み、
前記半円筒体は前記吸込ベルマウスに固定されていることを特徴とする請求項６に記載のポンプ。

【請求項8】

前記主軸の軸心と前記半円筒体の両側縁とを結ぶ２つの線がなす角度は１２０°～１８０°であることを特徴とする請求項６または７に記載のポンプ。

【請求項9】

前記ポンプケーシングの外周面との間に隙間が存在した状態で前記ポンプケーシングに固定された円弧部材をさらに備え、
前記円弧部材は、前記ポンプケーシングの外周面の周方向に沿って湾曲しており、
前記円弧部材は、前記半円筒体の上方に配置されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のポンプ。

【請求項10】

前記主軸の軸心と前記円弧部材の両側縁とを結ぶ２つの線がなす角度は１２０°～１８０°であることを特徴とする請求項９に記載のポンプ。

【請求項11】

前記円弧部材は、互いに離間した第１の円弧部材および第２の円弧部材を備えており、前記第１の円弧部材および前記第２の円弧部材は、前記主軸の軸心を通る前記水の流れ方向と平行な直線に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のポンプ。

【請求項12】

前記縦棒の全体および前記縦リブの全体は、前記主軸に沿って延びている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸込水槽内の水を揚水する用途に使用されるポンプに関し、特に空気吸込渦の発生を抑制する渦抑制装置を備えたポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

河川や下水などを排水するポンプ設備では、上流側の浸水対策対象区域流入水路などの経年的な不等沈下に伴い、ポンプ設備の吸込水槽の低水位化が求められている。また、近年のゲリラ豪雨のような突発的な降雨の対策として、ポンプの揚水能力の向上も求められている。

【0003】

しかしながら、ポンプの吸込口においては、水位の低下（水面が吸込口に近くなる）に伴い、吸込水槽内の水の自由表面に渦が発生することがある。その渦がポンプに引き込まれると、空気吸込渦となり、ポンプ内部に空気が侵入することとなる。特に、水面からポンプの吸込口まで連続的に延びる連続渦は、ポンプの異常振動を引き起こす有害な空気吸込渦である。このような有害な空気吸込渦が発生すると、ポンプが故障するおそれがある。そのため、空気を吸い込まないよう、吸込水槽の底面レベルを低くして、ポンプの吸込口の位置を下げたり、吸水位に制限を設け、その水位以下でのポンプの運転は行わないようにすることが従来から行われている。

【0004】

しかしながら、吸込水槽の底面レベルを低くする方法では、土木工事費および建築費が高価になる。また、既設のポンプ設備を改修する場合は、工事期間が長くなり、ポンプ設備を運用しながらの土木工事を含む改修工事は現実的に不可能であった。さらに、吸込口が吸込水槽の底面に近づくと、吸込水槽の底面や側壁からの水中渦が発生し易くなる。

【0005】

その他の渦防止対策として、水平方向に開口する吸い込み筒をポンプの吸込口に接続する（特許文献１参照）などの種々の試みがなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０００－９７１９９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においては、吸込口を筒体で覆う構造であるため、ポンプの吸い込み損失が大きくなる。つまり、配管損失または効率低下をもたらし、ポンプの排水性能を低下させるという問題がある。

【0008】

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプの吸い込み性能を損なうことなく、吸込水槽での有害な空気吸込渦の発生を効果的に防止することができるポンプ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】

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、吸込水槽内の水を揚水するポンプにおいて、鉛直方向に延びる主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、内部に前記羽根車を収容するポンプケーシングと、前記ポンプケーシングの外側に配置された複数の縦棒および複数の縦リブを備え、前記複数の縦棒および前記複数の縦リブは、同じ高さに位置し、かつ前記吸込水槽内の水の流れ方向に関して前記主軸の下流側に配置されており、前記複数の縦棒は、前記ポンプケーシングの外周面との間に隙間が存在した状態で配置されており、前記複数の縦リブは、前記ポンプケーシングの外周面に固定されており、前記複数の縦棒および前記複数の縦リブは、前記主軸の軸方向から見たときに、ポンプ据付床に形成された開口の内側に位置しており、前記複数の縦棒は、前記複数の縦リブにそれぞれ隣接して配置されており、前記縦棒および前記縦リブは、互いに離れており、前記縦棒は、前記縦リブよりも前記ポンプケーシングの半径方向において外側に配置されていることを特徴とするポンプである。

【0010】

本発明の好ましい態様は、前記複数の縦棒および前記複数の縦リブは、前記主軸の軸心を通る前記水の流れ方向と平行な直線に関して対称に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記縦棒は、前記主軸の軸心と前記縦リブとを結ぶ線の延長線上、または前記延長線よりも下流側に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングは、下方に開口した吸込口を有する吸込ベルマウスを含み、前記ポンプケーシングの吐出し側の口径をｄとしたとき、前記縦棒の上端は、前記吸込ベルマウスの下端から０．８ｄ以上、かつ運転開始水位以下の範囲内に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記縦棒の下端は、前記羽根車の上端よりも下方に位置していることを特徴とする。

【0011】

本発明の一態様は、吸込水槽内の水を揚水するポンプにおいて、鉛直方向に延びる主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、内部に前記羽根車を収容するポンプケーシングと、前記ポンプケーシングの外側に配置された半円筒体とを備え、前記半円筒体は、前記吸込水槽内の水の流れ方向に関して前記主軸の下流側に配置されており、前記半円筒体は、前記ポンプケーシングの外周面との間に隙間が存在した状態で、前記ポンプケーシングに固定されており、前記半円筒体は、前記主軸の軸方向から見たときに、ポンプ据付床に形成された開口の内側に位置しており、前記半円筒体は、前記主軸と平行に延びる内周面を有することを特徴とするポンプである。

【0012】

本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングは、下方に開口した吸込口を有する吸込ベルマウスを含み、前記半円筒体は前記吸込ベルマウスに固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記主軸の軸心と前記半円筒体の両側縁とを結ぶ２つの線がなす角度は１２０°～１８０°であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングの外周面との間に隙間が存在した状態で前記ポンプケーシングに固定された円弧部材をさらに備え、前記円弧部材は、前記ポンプケーシングの外周面の周方向に沿って湾曲しており、前記円弧部材は、前記半円筒体の上方に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記主軸の軸心と前記円弧部材の両側縁とを結ぶ２つの線がなす角度は１２０°～１８０°であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記円弧部材は、互いに離間した第１の円弧部材および第２の円弧部材を備えており、前記第１の円弧部材および前記第２の円弧部材は、前記主軸の軸心を通る前記水の流れ方向と平行な直線に関して対称に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、上記複数の縦棒および複数の縦リブをさらに備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

縦棒および縦リブは、主軸の下流側に設けられ、吸い込み損失をほとんどもたらさないで、ポンプの揚水能力を低下させることなく、空気吸込渦の発生を抑制することができる。また、ポンプ自身が縦棒および縦リブを備えているため、吸込水槽への締結は不要であり、吸込水槽の補強工事は不要である。さらに、縦棒と縦リブを組み合わせることによって、吸込水槽の幅広い水位および幅広い流速において、空気吸込渦の発生を抑制することができる。

【0014】

同様に、半円筒体および円弧部材は、主軸の下流側に設けられ、吸い込み損失をほとんどもたらさないので、ポンプの揚水能力を低下させることなく、空気吸込渦の発生を抑制することができる。また、半円筒体および円弧部材は、ポンプケーシングに設置されるので、吸込水槽への締結は不要であり、吸込水槽の補強工事は不要である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】渦抑制装置を備えたポンプの一実施形態を示す模式図である。

【図2】揚水管の下流側に発生するカルマン渦を示す図である。

【図3】ポンプ口径に関連付けられた各寸法の例を示す図である。

【図4】図３に示すポンプと吸込水槽を上から見た図である。

【図5】第１の空気吸込渦抑制装置としての縦棒および縦リブ、および第２の空気吸込渦抑制装置としての半円筒体を示す側面図である。

【図6】図５のＡ－Ａ線断面図である。

【図7】縦棒の他の固定方法を示す模式図である。

【図8】図７のＢ－Ｂ線断面図である。

【図9】縦棒のさらに他の固定方法を示す模式図である。

【図10】図９のＣ－Ｃ線断面図である。

【図11】ポンプケーシングまたは揚水管によって分流された水の流れを示す図である。

【図12】カルマン渦から吸込口へ向かう流れを示す図である。

【図13】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、半円筒体の断面形状の変形例を示す模式図である。

【図14】ポンプの他の実施形態を示す側面図である。

【図15】図１４のＤ－Ｄ線断面図である。

【図16】ポンプのさらに他の実施形態を示す上面図である。

【図17】図１に示す複数の水中渦抑制板を下から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。以下に説明する実施形態は立軸ポンプに関するものであるが、本発明はこれらの実施形態に限らず、横軸ポンプにも使用することができる。さらに本発明は、コラムパイプ式の水中ポンプにも使用することができる。図１は、渦抑制装置を備えたポンプの一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、ポンプ２０は、鉛直方向に延びる主軸３２と、主軸３２に固定された羽根車３１と、内部に羽根車３１を収容するポンプケーシング２７と、ポンプケーシング２７の上端に接続された揚水管２８と、揚水管２８の上端に接続された吐出曲管３０とを備えている。ポンプケーシング２７は、揚水管２８によって吸込水槽１内に吊り下げられている。ポンプケーシング２７は、吸込ベルマウス２２と、インペラケーシング２１と、吐出ボウル２４とを備える。吐出ボウル２４の上端は、揚水管２８の下端に接続されている。吸込ベルマウス２２は、下方に開口した吸込口２２ａを有している。吸込ベルマウス２２の上端はインペラケーシング２１の下端に接続されている。羽根車３１は、インペラケーシング２１および吐出ボウル２４内に収容されている。

【0017】

揚水管２８は、吸込水槽１の上壁を構成するポンプ据付床２に形成された開口５を通して下方に延びている。ポンプ２０は、吊り下げ管３３をさらに備えており、揚水管２８の上端には吊り下げ管３３が固定されている。吊り下げ管３３は、ポンプ据付床２に設置されたポンプベース３５に固定されている。揚水管２８は、吊り下げ管３３およびポンプベース３５を介してポンプ据付床２に固定されている。主軸３２は、吐出曲管３０、揚水管２８、およびポンプケーシング２７を通って鉛直方向に延びており、その下端は、ポンプケーシング２７内に位置している。

【0018】

主軸３２は、外軸受４５および水中軸受４１によって回転可能に支持されている。外軸受４５は、吐出曲管３０の上部に固定され、主軸３２の上部を支持している。水中軸受４１は、吐出ボウル２４内に収容され、主軸３２の下部を支持している。吐出ボウル２４の内部には内側ボウル２５が配置されており、内側ボウル２５は、複数のガイドベーン３７によって吐出ボウル２４に連結されている。水中軸受４１は、支持部材４１ａを介して内側ボウル２５の内周面に固定されている。

【0019】

主軸３２は吐出曲管３０から上方に突出して、図示しない原動機（例えばモータ）に連結されている。この原動機により主軸３２および羽根車３１が回転するように構成されている。複数のガイドベーン３７は、羽根車３１の上方（吐出側）に配置されている。吐出ボウル２４の内周面と内側ボウル２５の外周面との間には水の流路が形成されている。羽根車３１が回転すると、吸込水槽１内の水が吸込ベルマウス２２の吸込口２２ａから吸い込まれる。水は、羽根車３１の回転により、吐出ボウル２４、揚水管２８、吐出曲管３０を通って図示しない吐出配管に移送される。

【0020】

ポンプ２０は、空気吸込渦の発生を抑制する第１の空気吸込渦抑制装置としての複数の縦棒６１および複数の縦リブ６２と、第２の空気吸込渦抑制装置としての半円筒体７１をさらに備えている。図１では、１つの縦棒６１および１つの縦リブ６２のみが図示されている。縦棒６１、縦リブ６２、および半円筒体７１は、ポンプケーシング２７の外側に配置されている。主軸３２の軸方向から見たときに、縦棒６１、縦リブ６２、および半円筒体７１は、開口５の内側に位置している。したがって、ポンプ２０のメンテナンスまたは修理を行うときに、ポンプ２０の全体を開口５を通じて引き上げることができる。縦棒６１、縦リブ６２、および半円筒体７１は、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側に配置されている。

【0021】

ポンプ２０の揚水能力の向上に伴い、吸込水槽１の水路流速が高くなり、結果として吸込水槽１の底面から水中渦が発生し易くなる。そこで、ポンプ２０は、吸込ベルマウス２２の下部に、吸込ベルマウス２２と吸込水槽１の底面との間に発生する水中渦を抑制する水中渦抑制装置としての複数の水中渦抑制板４９を備えている。水中渦抑制板４９は平板状の部材である。

【0022】

図２に示すように、空気吸込渦は、自由表面を形成する水の流れが揚水管２８または吐出ボウル２４によって分流されるときに生じるカルマン渦７が発達して生じる。したがって、カルマン渦７は、揚水管２８または吐出ボウル２４の下流側に発生する。また、カルマン渦７は、水の流れによって下流側に流される。したがって、縦棒６１、縦リブ６２、および半円筒体７１は、主軸３２の下流側に配置される。

【0023】

図３は、ポンプ口径に関連付けられた各寸法の例を示す図であり、図４は、図３に示すポンプ２０と吸込水槽１を上から見た図である。図３に示すように、ポンプ口径（本実施形態ではポンプケーシング２７の吐出し側の口径）をｄとすると、吸込ベルマウス２２の下端（すなわちポンプケーシング２７の下端）から吸込水槽１の底面までの距離は、一般に０．５ｄ以上であり、一例として０．７５ｄ～１．０ｄの範囲内である。ポンプ２０の中心（主軸３２の軸心Ｏ）から吸込水槽１の後壁までの距離は１．５ｄ以下である。開口５の直径は、ポンプ口径ｄによって概ね決まる値であるが、一実施形態では１．６ｄ～２．１ｄの範囲内である。図４に示すように、吸込水槽１の水路幅は３．０ｄ程度である。これらの寸法で設計した場合、ポンプ２０が運転可能な吸込水槽１の最低水位ＬＷＬは、従来のポンプに比べて、０．５ｄ～０．９ｄ程度低くすることができる。

【0024】

図５は、第１の空気吸込渦抑制装置としての縦棒６１および縦リブ６２、および第２の空気吸込渦抑制装置としての半円筒体７１を示す側面図であり、図６は、図５のＡ－Ａ線断面図である。図５では、複数の水中渦抑制板４９の図示は省略されている。図５および図６に示すように、ポンプ２０は、複数の縦棒６１と、複数の縦リブ６２とを備えている。本実施形態では、２つの縦棒６１と、２つの縦リブ６２が設けられているが、縦棒６１および縦リブ６２の数は本実施形態に限定されない。

【0025】

各縦棒６１は全体として主軸３２に沿って延びている。同様に、各縦リブ６２は全体として主軸３２に沿って延びている。２つの縦棒６１および２つの縦リブ６２は、主軸３２の軸方向から見たときに、その全体が開口５の内側に位置している。縦棒６１および縦リブ６２は、全体として鉛直方向に延びており、それらの一部が湾曲してもよい。本実施形態では、縦棒６１の一部はポンプケーシング２７の外周面に沿って湾曲しているが、縦棒６１の形状はこの実施形態に限定されない。一実施形態では、縦棒６１は、主軸３２と平行に延びる直線形状を有していてもよい。

【0026】

縦棒６１は、一般に円形の断面形状を有し、主軸３２の軸方向に延びている。各縦棒６１は、ポンプケーシング２７の外周面との間に隙間が存在した状態で配置されている。本実施形態では、各縦棒６１は、複数のブラケット６５によってポンプケーシング２７の外周面に連結されている。すなわち、縦棒６１とポンプケーシング２７の外周面との間に隙間が存在した状態で、各縦棒６１はポンプケーシング２７に固定されている。

【0027】

一実施形態では、縦棒６１は、揚水管２８や吊り下げ管３３に固定されてもよい。図７は、縦棒６１の他の固定方法を示す模式図であり、図８は、図７のＢ－Ｂ線断面図である。図７および図８に示すように、本実施形態の複数のブラケット６５は、Ｌ字型の形状を有している。複数のブラケット６５は、吊り下げ管３３のフランジ３３ａおよび揚水管２８のフランジ２８ａに取り付けられている。２つの縦棒６１のそれぞれは、複数の固定具６７によって、フランジ３３ａに取り付けられたブラケット６５、およびフランジ２８ａに取り付けられたブラケット６５に固定されている。固定具６７の例として、ＵボルトやＵバンド等が挙げられる。本実施形態では、４つのブラケット６５および４つの固定具６７が設けられているが、ブラケット６５および固定具６７の数は、本実施形態に限定されない。

【0028】

図９は、縦棒６１のさらに他の固定方法を示す模式図であり、図１０は、図９のＣ－Ｃ線断面図である。図９および図１０に示すように、本実施形態のブラケット６５は、平板状の形状を有しており、環状部６８と、複数の縦棒保持部６９を備えている。複数の縦棒保持部６９は、環状部６８の外周面に接続されており、環状部６８と一体に形成されている。複数の縦棒保持部６９のそれぞれは、貫通孔６９ａを有している。ブラケット６５は、吊り下げ管３３のフランジ３３ａと揚水管２８のフランジ２８ｂとの間に挟まれて固定されている。各縦棒６１は、各貫通孔６９ａに挿入され、縦棒保持部６９に固定される。本実施形態では、ブラケット６５は、２つの縦棒保持部６９および２つの貫通孔６９ａを有しているが、縦棒保持部６９および貫通孔６９ａの数は、縦棒６１の数に基づいて決定されるため、本実施形態に限定されない。

【0029】

図３に示す各寸法の例に従えば、縦棒６１の上端は、吸込ベルマウス２２の下端から０．８ｄ～１．７５ｄの範囲内に位置している。縦棒６１の下端は、羽根車３１（図１参照）の上端よりも下方に位置している。

【0030】

上述のように、吸込水槽１の水位の低下に伴い、吸込水槽１の自由表面にカルマン渦７（図２参照）が発生することがある。カルマン渦７の発生を抑制するためには、縦棒６１の上端は、カルマン渦７が発生するときの吸込水槽１の水位よりも上に位置する必要がある。吸込水槽１の水路幅が３．０ｄ程度かつポンプ２０の中心（主軸３２の軸心Ｏ）から吸込水槽１の後壁までの距離が１．５ｄ以下の場合等において、従来のポンプの最低水位は、一般に２.５ｄ以上の水位である。この従来のポンプの最低水位より高い水位では、一般にカルマン渦７は発生しないが、吸込水槽１の形状によってはカルマン渦７が発生する可能性がある。図３に示す各寸法の例に従えば、本実施形態のポンプ２０は従来のポンプの最低水位より低い水位でも運転するため、縦棒６１の上端は、従来のポンプの最低水位以下の位置となる。これは、ポンプ２０の運転開始後に吸込水槽１の水位が低下したときにカルマン渦７の発生を抑制するためである。図３によれば、吸込ベルマウス２２の下端から吸込水槽１の底面までの距離は、０．７５ｄ～１．０ｄの範囲内であるため、縦棒６１の上端は、吸込ベルマウス２２の下端から０．８ｄ以上、かつ運転開始水位以下の範囲内に位置する。一実施形態では、縦棒６１の上端は、吸込ベルマウス２２の下端から０．８ｄ～１．７５ｄに位置する。

【0031】

図１乃至図６を参照して説明した実施形態では、縦リブ６２は、ポンプケーシング２７の外周面に沿って湾曲した形状を有し、主軸３２の軸方向に延びている。縦リブ６２は、ポンプケーシング２７の外周面に固定されており、ポンプケーシング２７の外周面からポンプケーシング２７の径方向外側に突出している。一実施形態では、縦リブ６２の上部は、揚水管２８の外周面に固定されてもよい。さらに一実施形態では、縦リブ６２は、ポンプケーシング２７および／または揚水管２８と一体に形成されてもよい。

【0032】

２つの縦棒６１は、２つの縦リブ６２にそれぞれ隣接して配置されている。各縦棒６１は、隣接する縦リブ６２よりも主軸３２の軸心Ｏから離れた位置にある。すなわち、主軸３２の軸心Ｏと縦棒６１との距離は、主軸３２の軸心Ｏと縦リブ６２との距離よりも長い。縦棒６１と同様に、縦リブ６２の上端は、カルマン渦７が発生するときの吸込水槽１の水位よりも上に位置する必要がある。図５に示す実施形態では、縦リブ６２は、縦棒６１よりも短いが、一実施形態では、縦リブ６２は、縦棒６１と同じ長さでもよく、または縦棒６１より長くてもよい。

【0033】

図６において、２つの縦棒６１は、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側に位置しており、主軸３２の軸心Ｏを通る水の流れ方向と平行な直線ＲＬに関して対称に配置されている。同様に、２つの縦リブ６２は、水の流れ方向に関して主軸３２の下流側に位置しており、主軸３２の軸心Ｏを通る水の流れ方向と平行な直線ＲＬに関して対称に配置されている。本実施形態では、２つの縦棒６１および２つの縦リブ６２は、ポンプケーシング２７の外周面上の水の流れの剥離点よりも下流側に配置されている。

【0034】

吸込水槽１の水位が高いときは、吸込水槽１内の水の流速は低く、吸込水槽１の水位が低くなると、吸込水槽１内の水の流速が高くなる。カルマン渦７の発生個所は、吸込水槽１の水位、および揚水時の吸込水槽１内の水の流速によって変化する。カルマン渦７は、吸込水槽１内の水の流速が低いとき、ポンプケーシング２７または揚水管２８の外周面付近に発生し易い。

【0035】

図１１は、ポンプケーシング２７または揚水管２８によって分流された水の流れを示す図である。図１１の矢印に示すように、ポンプケーシング２７または揚水管２８によって分流されたポンプケーシング２７または揚水管２８の外周面付近の水は、縦リブ６２に衝突することによってその流れを乱される。結果として、縦リブ６２は、ポンプケーシング２７または揚水管２８の外周面付近におけるカルマン渦７の発生を抑制することができる。

【0036】

縦リブ６２は、吸込水槽１の水位が高いとき（吸込水槽１内の水の流速が低いとき）に、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができる。一例として、縦リブ６２は、その高さ（ポンプケーシング２７の径方向の長さ）が０．１ｄ程度であり、かつその幅（ポンプケーシング２７の周方向の長さ）が０．１ｄ程度であるとき、カルマン渦７の発生を効果的に抑制できる。

【0037】

縦リブ６２に衝突してその流れを乱された水は、ポンプケーシング２７の外側に流され、ポンプケーシング２７から離れた位置にカルマン渦７を発生させることがある。また、吸込水槽１の水位が比較的低いとき（吸込水槽１内の水の流速が高いとき）、ポンプケーシング２７から離れた位置にカルマン渦７が発生し易いことが知られている。そこで、このようなカルマン渦７の発生を抑制するために、本実施形態では、縦棒６１は、縦リブ６２よりも半径方向において外側に配置されている。図１１の矢印に示すように、縦リブ６２に衝突してポンプケーシング２７の外側に流された水や、ポンプケーシング２７または揚水管２８によって分流された水の一部は、縦棒６１に衝突し、縦棒６１と縦リブ６２の間を流れ、あるいは縦棒６１の周りを流れるため、その流れが乱される。結果として、縦棒６１は、ポンプケーシング２７から離れた位置におけるカルマン渦７の発生を抑制することができる。

【0038】

縦棒６１は、縦リブ６２が空気吸込渦の発生を抑制することができる吸込水槽１の水位範囲から吸込水槽１の水位がさらに低下したとき（すなわち、吸込水槽１内の水の流速が高いとき）に、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができる。また、縦リブ６２に衝突してポンプケーシング２７の外側に流された水によって発生するカルマン渦７は、縦リブ６２よりも下流側に発生する。そのため、縦棒６１は、主軸３２の軸心Ｏと縦リブ６２とを結ぶ線の延長線よりも下流側（図６参照）に配置されている。一実施形態では、縦棒６１は、上記延長線上に配置されてもよい。

【0039】

主軸３２の軸心Ｏと２つの縦リブ６２とを結ぶ２つの線がなす角度θ０は、主軸３２の軸心Ｏと２つの縦棒６１とを結ぶ２つの線がなす角度θ１よりも大きいか、あるいは等しい（θ０≧θ１）。本実施形態では、図６に示すように、角度θ０は、角度θ１よりも大きい。θ０およびθ１の値が３０°～１２０°程度のとき、縦リブ６２と縦棒６１との組み合わせは、カルマン渦７の発生を効果的に抑制できる。

【0040】

一実施形態では、縦棒６１の断面形状は、四角形、Ｌ字型などの多角形であってもよい。上述した各実施形態の縦リブ６２は四角形の断面形状を有しているが、縦リブ６２の断面形状はこの形状に限定されない。一実施形態では、縦リブ６２の断面形状は三角形または円形であってもよい。

【0041】

上述した各実施形態における第１の空気吸込渦抑制装置を構成する複数の縦棒６１と複数の縦リブ６２との組み合わせは、吸込水槽１の幅広い水位および幅広い流速において、カルマン渦７の発生を抑制し、空気吸込渦の発生を抑制することができる。

【0042】

図５および図６に示すように、第２の空気吸込渦抑制装置としての半円筒体７１は、縦棒６１と縦リブ６２の下方に配置されている。半円筒体７１は、ポンプケーシング２７の外周面と半円筒体７１との間に隙間が存在した状態で、複数のブラケット７５によってポンプケーシング２７に固定されている。半円筒体７１は、主軸３２と平行に延びる内周面７１ａを有している。

【0043】

半円筒体７１は、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側に配置されており、ポンプケーシング２７の外周面の一部を囲むように配置されている。図６に示すように、主軸３２の軸方向から見たときに、半円筒体７１の全体は開口５の内側に位置している。

【0044】

本実施形態では、半円筒体７１は、複数のブラケット７５を介して吸込ベルマウス２２に固定されており、吸込ベルマウス２２の外周面の一部を囲むように配置されているが、半円筒体７１の構成は、この実施形態に限定されない。例えば、半円筒体７１は、その下端が吸込ベルマウス２２の下端よりも下に位置するように配置されてもよく、その下端が吸込ベルマウス２２の下端と同じ高さに位置するように配置されてもよい。さらに一実施形態では、半円筒体７１は吐出ボウル２４に固定されてもよい。

【0045】

カルマン渦７が発生すると、揚水の際に、カルマン渦７から吸込口２２ａへ向かう下向きの強い流れが発生し、空気吸込渦に発達する。図１２は、カルマン渦７から吸込口２２ａへ向かう流れを示す図である。図１２では、縦棒６１、縦リブ６２、および複数の水中渦抑制板４９の図示は省略されている。図１２に示すように、カルマン渦７から吸込口２２ａへ向かう下向きの流れＦ１は、半円筒体７１によって内側の流れＦ２と外側の流れＦ３に分流される。内側の流れＦ２は、半円筒体７１と吸込ベルマウス２２の間に引き込まれる。半円筒体７１は、内側の流れＦ２が外側の流れＦ３よりも強くなる位置に配置されている。

【0046】

空気吸込渦に発達しうる下向きの強い流れＦ１は、半円筒体７１によって２つの流れＦ２，Ｆ３に分解される。さらに、半円筒体７１と吸込ベルマウス２２の間に引き込まれた内側の流れＦ２は、上流側から半円筒体７１と吸込ベルマウス２２との間の隙間に引き込まれた水の流れＦ４などによって乱される。このようにして勢いを失った内側の流れＦ２は、吸込口２２ａから吸い込まれる際に、吸込ベルマウス２２の下端のエッジ部に衝突し、さらに乱される。

【0047】

このようにして、半円筒体７１は、カルマン渦７から空気吸込渦に発達する過程の下向きの強い流れを破壊することができる。結果として、半円筒体７１は、空気吸込渦の発生を抑制することができる。上述のように、半円筒体７１は、主軸３２と平行に延びる内周面７１ａを有している。このような内周面７１ａは、上流側から流れてくる水を、半円筒体７１と吸込ベルマウス２２との間の隙間に引き込む効果を助長する。一例として、半円筒体７１は、その高さ（主軸３２と平行な方向の長さ）が０．２ｄ～０．４ｄ程度のとき、空気吸込渦の発生を効果的に抑制できる。

【0048】

本実施形態では、図６に示すように、主軸３２の軸心Ｏと半円筒体７１の両側縁とを結ぶ２つの線がなす角度θ２は１８０°であるが、この角度θ２は１８０°に限定されず、１２０°～１８０°の範囲内で選択してもよい。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、半円筒体７１は、その上端および下端から半径方向内側または半径方向外側に延びるフランジ７１ｂを有してもよい。この場合も、半円筒体７１は、主軸３２と平行に延びる内周面７１ａを有している。

【0049】

図１４は、ポンプ２０の他の実施形態を示す側面図であり、図１５は、図１４のＤ－Ｄ線断面図である。特に説明しない本実施形態に関する構成は、図１乃至図１３を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図１４では、複数の水中渦抑制板４９の図示は省略されている。図１４および図１５に示すように、本実施形態のポンプ２０は、円弧部材７６をさらに備えている。本実施形態では、第２の空気吸込渦抑制装置は、半円筒体７１および円弧部材７６から構成される。円弧部材７６は、半円筒体７１の上方に配置され、かつ縦リブ６２および縦棒６１の下方に配置されている。一実施形態では、縦棒６１の下端は、円弧部材７６と接触していてもよい。さらに一実施形態では、縦棒６１は円弧部材７６に固定、連結されていてもよい。円弧部材７６は、ポンプケーシング２７の外周面の周方向に沿って湾曲している。本実施形態では、円弧部材７６は、半円環状である。円弧部材７６は、ポンプケーシング２７の外周面と円弧部材７６との間に隙間が存在した状態で、複数のブラケット７７によりポンプケーシング２７に固定されている。

【0050】

円弧部材７６は、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側に配置されており、ポンプケーシング２７の外周面の一部を囲むように配置されている。図１５に示すように、円弧部材７６は、主軸３２の軸方向から見たときに、その全体が開口５の内側に位置している。円弧部材７６は、流れＦ１の進路を妨害する位置に配置されている。流れＦ１は、半円筒体７１により分流される前に、円弧部材７６に衝突することによって複数の流れＦ５に分流され、半円筒体７１に入る流れが弱められる。結果として、空気吸込渦を生じる下向きの強い流れを弱めることができる。このように、円弧部材７６と半円筒体７１との組み合わせは、空気吸込渦の発生をより効果的に抑制することができる。

【0051】

図１５に示すように、本実施形態では、主軸３２の軸心Ｏと円弧部材７６の両側縁とを結ぶ２つの線がなす角度θ３は１８０°であるが、この角度θ３は１８０°に限定されず、１２０°～１８０°の範囲内で選択してもよい。円弧部材７６の断面形状は、円形、四角形、Ｌ字型などの多角形であってもよい。

【0052】

一実施形態では、図１６に示すように、円弧部材７６は、互いに離間した第１の円弧部材７６Ａおよび第２の円弧部材７６Ｂから構成されてもよい。特に説明しない本実施形態に関する構成は、図１４および図１５を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の円弧部材７６Ａ，７６Ｂの周方向の長さは、図１４および図１５を参照して説明した円弧部材７６の周方向の長さよりも短い。

【0053】

第１の円弧部材７６Ａおよび第２の円弧部材７６Ｂは、水の流れ方向に関して主軸３２の下流側で、主軸３２の軸心Ｏを通る水の流れ方向と平行な直線ＲＬ’に関して対称に配置されている。具体的には、第１の円弧部材７６Ａおよび第２の円弧部材７６Ｂは、直線Ｌ１，Ｌ２上に配置されている。直線Ｌ１，Ｌ２は、直線ＲＬ’に対して４５°程度の角度にあり、かつ主軸３２の軸心Ｏを通る直線である。

【0054】

カルマン渦７は、直線Ｌ１，Ｌ２よりも吸込水槽１内の水の流れ方向の下流側に発生することが多い。そのため、カルマン渦７から吸込口２２ａへ向かう下向きの流れＦ１の進路を妨害するために、第１の円弧部材７６Ａおよび第２の円弧部材７６Ｂは、直線Ｌ１，Ｌ２上に配置されている。本実施形態の円弧部材７６Ａ，７６Ｂと半円筒体７１との組み合わせは、コンパクトな構成で空気吸込渦の発生を抑制することができる。

【0055】

半円筒体７１または、半円筒体７１と円弧部材７６との組み合わせは、縦棒６１と縦リブ６２との組み合わせが空気吸込渦の発生を抑制することができる吸込水槽１の水位範囲から吸込水槽１の水位がさらに低下したとき（すなわち、吸込水槽１内の水の流速が高いとき）に、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができる。したがって、半円筒体７１および円弧部材７６を、縦棒６１および縦リブ６２と組み合わせることによって、吸込水槽１のより幅広い水位およびより幅広い流速において、カルマン渦７の発生を抑制し、有害な空気吸込渦の発生を防止することができる。

【0056】

一実施形態では、ポンプ２０は、縦棒６１と縦リブ６２との組み合わせのみを備えていてもよい。さらに、一実施形態では、ポンプ２０は、半円筒体７１のみ、または半円筒体７１と円弧部材７６との組み合わせのみを備えていてもよい。

【0057】

上述した各実施形態によれば、吸込ベルマウス２２の吸込口２２ａに向かう水の流れを阻害するものは実質的に無く、吸い込み損失がほぼ無いため、上述した各実施形態の第１の空気吸込渦抑制装置（縦棒６１および縦リブ６２）および／または第２の空気吸込渦抑制装置（半円筒体７１および／または円弧部材７６）を備えたポンプ２０は、揚水能力を低下させることなく、有害な空気吸込渦の発生を防止することができる。

【0058】

図１７は、図１に示す複数の水中渦抑制板４９を下から見た図である。図１７に示すように、本実施形態では、４つの水中渦抑制板４９が吸込ベルマウス２２の下部に固定されている。４つの水中渦抑制板４９のうち２つは吸込水槽１内の水の流れ方向と平行に配置され、他の２つは吸込水槽１内の水の流れ方向と垂直に配置されている。ただし、水中渦抑制板４９の数は本実施形態に限定されない。

【0059】

複数の水中渦抑制板４９の一端は、主軸３２の軸心Ｏの延長線上で、互いに固定されており、複数の水中渦抑制板４９のそれぞれの他端は、吸込ベルマウス２２の内周面に固定されている。図１に示すように、水中渦抑制板４９は、吸込ベルマウス２２の下端から下方に突出している。水中渦抑制板４９の上端は、吸込ベルマウス２２の下端よりも高い位置にあり、かつ羽根車３１よりも低い位置にある。

【0060】

このような水中渦抑制板４９によれば、吸込ベルマウス２２と吸込水槽１の底面との間に発生する水中渦を抑制することができる。この水中渦は、吸込ベルマウス２２と吸込水槽１の底面との間の旋回流が発達して形成されるものであり、吸込ベルマウス２２が吸込水槽１の底面の近くに位置しているときに発生しやすい。本実施形態のポンプ２０は、水中渦の原因となる旋回流を水中渦抑制板４９で消滅させることにより、水中渦の発生を効果的に抑制することができる。したがって、従来の構造よりも吸込ベルマウス２２を低い位置に配置することができ、低水位での揚水が可能となる。本実施形態の水中渦抑制板４９はポンプ２０に取り付けることができるので、土木躯体である吸込水槽１への固定は不要であり、低コストかつ信頼性の高いポンプを提供することができる。

【0061】

上述した各実施形態の第１の空気吸込渦抑制装置（縦棒６１および縦リブ６２）、第２の空気吸込渦抑制装置（半円筒体７１および円弧部材７６）、および水中渦抑制板４９は、特開２００７－２８５２５３号公報に示すような羽根車の下方に水中軸受が配置されたポンプに適用してもよい。

【0062】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0063】

１ 吸込水槽
２ ポンプ据付床
５ 開口
７ カルマン渦
２０ ポンプ
２１ インペラケーシング
２２ 吸込ベルマウス
２２ａ 吸込口
２４ 吐出ボウル
２５ 内側ボウル
２７ ポンプケーシング
２８ 揚水管
２８ａ フランジ
２８ｂ フランジ
３０ 吐出曲管
３１ 羽根車
３２ 主軸
３３ 吊り下げ管
３３ａ フランジ
３５ ポンプベース
３７ ガイドベーン
４１ 水中軸受
４１ａ 支持部材
４５ 外軸受
４９ 水中渦抑制板
６１ 縦棒
６２ 縦リブ
６５ ブラケット
６７ 固定具
６８ 環状部
６９ 縦棒保持部
６９ａ 貫通孔
７１ 半円筒体
７５ ブラケット
７６ 円弧部材
７７ ブラケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】