(57)【要約】【課題】揚水を遮断したい時に確実に揚水を遮断できて渦の発生や振動を抑えることができる先行待機運転ポンプを提供する。【解決手段】吸水位ＷＬが最低水位ＬＷＬ以下の状態において羽根車１１より下方のケーシング３内に空気を導入しながら揚水することで排水量を低下させるための第一の給気口２１ｂと、吸水位ＷＬが最低水位ＬＷＬより低い、揚水遮断水位ＳＷＬになった時に、羽根車１１より下方のケーシング３内に空気を導入することで揚水を遮断するための第二の給気口２２ｂを設け、二種類の給気口２１ｂ，２２ｂとケーシング３内部とを連通させる気水混合用と揚水遮断用の空気管２１，２２を備え、揚水遮断用空気管２２のケーシング３内の開口２６位置を、気水混合用空気管２１のケーシング３内の開口２５位置より上方とし、揚水遮断時のケーシング３内への空気導入（吸気）効率を上げる。【選択図】  図１
2010121480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込水槽内で開口する吸込口を下端に有するケーシングと、前記ケーシング内部に配置する羽根車と、前記吸込水槽の水位が第一の所定水位以下の状態において前記羽根車より下方の前記ケーシング内に空気を導入しながら揚水することで排水量を低下させるための第一の給気口と、前記吸込水槽の水位が前記第一の所定水位より低い第二の所定水位になった時に、前記羽根車より下方の前記ケーシング内に空気を導入することで揚水を遮断するための第二の給気口を設け、前記二種類の給気口と前記ケーシング内部とを連通させる空気管を備え、前記第二の給気口と前記ケーシング内部を連通させる空気管のケーシング内の開口位置が、前記第一の給気口と前記ケーシング内部とを連通させる空気管のケーシング内の開口位置より上方であることを特徴とする先行待機運転ポンプ。
【請求項２】
前記第二の給気口と前記ケーシング内部を連通させる空気管のケーシング内の開口位置を、前記第一の給気口と前記ケーシング内部とを連通させる空気管のケーシング内の開口位置に対してケーシングの周方向でずらすことを特徴とする先行待機運転ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水機場の吸込水槽などに設置される先行待機運転ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸込水槽内で開口する吸込口を下端に有するケーシングと、前記ケーシングの内部に配置する羽根車と、前記羽根車より下方の前記ケーシング内に空気を導入しながら揚水することで排水量を低下させるための気水混合用の給気口を備えた立軸ポンプ、すなわち、先行待機運転ポンプが知られている（特許文献１、２など参照）。
【特許文献１】特開２００４−２３９２１５号公報
【特許文献２】特開２００６−２９１９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、気水混合用給気口だけでは適正な空気量を導入することが困難であった。すなわち、気水混合運転時、所定水位で揚水遮断に十分な空気量を導入可能な空気管を設置すると、気水混合運転では必要以上の空気量を導入してしまい振動が増加するとともに、所定水位より上で揚水を遮断する可能性がある。かといって導入可能な空気量を減らした空気管では、吸込水槽内の水位が揚水を遮断したい水位まで低下しても揚水を遮断できなくなるおそれがあり、必要な空気を渦を吸うことで補って揚水を遮断するため、振動が大きくなることがあった。そして、ポンプの振動レベルが大になるとその分ポンプの強度を上げる必要があるため、ポンプ重量が重くなることがあった。また、ポンプ重量が重くなると吸込水槽の上面を覆ってポンプを吊設している排水機場の床強度も上げる必要がある場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の先行待機運転ポンプは、吸込水槽内で開口する吸込口を下端に有するケーシングと、前記ケーシング内部に配置する羽根車と、前記吸込水槽の水位が第一の所定水位以下の状態において前記羽根車より下方の前記ケーシング内に空気を導入しながら揚水することで排水量を低下させるための第一の給気口と、前記吸込水槽の水位が前記第一の所定水位より低い第二の所定水位になった時に、前記羽根車より下方の前記ケーシング内に空気を導入することで揚水を遮断するための第二の給気口を設け、前記二種類の給気口と前記ケーシング内部とを連通させる空気管を備え、前記第二の給気口と前記ケーシング内部を連通させる空気管のケーシング内の開口位置が、前記第一の給気口と前記ケーシング内部とを連通させる空気管のケーシング内の開口位置より上方であることを特徴とするもので、吸込水槽の水位が第一の所定水位以下の状態において羽根車より下方のケーシング内に第一の給気口から空気管およびその空気管のケーシング内の開口を通して空気を導入しながら揚水することで排水量を低下させた気水混合運転を行い、気水混合運転して吸込水槽の水位が第一の所定水位より低い第二の所定水位になった時に、羽根車より下方のケーシング内に第二の給気口から空気管およびその空気管のケーシング内の開口を通して空気を導入することで揚水を遮断し、揚水遮断運転に切り替えるものである。
【０００５】
本発明の先行待機運転ポンプにおいては、前記第二の給気口と前記ケーシング内部を連通させる空気管のケーシング内の開口位置を、前記第一の給気口と前記ケーシング内部とを連通させる空気管のケーシング内の開口位置に対してケーシングの周方向でずらすことが望ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の先行待機運転ポンプによれば、吸込水槽内で開口する吸込口を下端に有するケーシングと、前記ケーシング内部に配置する羽根車と、前記吸込水槽の水位が第一の所定水位以下の状態において前記羽根車より下方の前記ケーシング内に空気を導入しながら揚水することで排水量を低下させるための第一の給気口と、前記吸込水槽の水位が前記第一の所定水位より低い第二の所定水位になった時に、前記羽根車より下方の前記ケーシング内に空気を導入することで揚水を遮断するための第二の給気口を設け、前記二種類の給気口と前記ケーシング内部とを連通させる空気管を備えるから、揚水遮断に十分な空気量を揚水遮断時にのみ導入することができるとともに、気水混合運転時に導入する空気量の適正化を容易に図ることができるようになり、気水混合用給気口だけで空気を導入する場合よりも渦の発生や振動を抑えることができる。この結果、ポンプの強度を上げる必要がなくなりポンプを軽量化することができ、排水機場の床強度も上げる必要がなくなる場合もある。
【０００７】
また、気水混合運転時に導入する空気量と揚水遮断時に導入する空気量が、それぞれ、設定し易くなり、上記作用効果を容易に実現できる。
【０００８】
さらに、第二の給気口とケーシング内部を連通させる空気管のケーシング内の開口位置が、第一の給気口と前記ケーシング内部とを連通させる空気管のケーシング内の開口位置より上方であるから、すなわち、羽根車に近いから、揚水遮断時に第二の給気口から空気管を通して羽根車より下方のケーシング内に効率良くかつ効果的に空気を導入（吸気）することができるようになり、吸水位が下降しているとき（気水混合運転時）において、精度良くかつ安定して確実に揚水を遮断することができるとともに、第一の給気口とケーシング内部とを連通させる空気管のケーシング内の開口位置をより低くすることができるようになり、より低水位で揚水を遮断することができる。
【０００９】
本発明の先行待機運転ポンプにおいては、第二の給気口とケーシング内部を連通させる空気管のケーシング内の開口位置を、第一の給気口とケーシング内部とを連通させる空気管のケーシング内の開口位置に対してケーシングの周方向でずらすことにより、羽根車より下方のケーシング内において局部的に水と空気の混合割合が高くなる位置、すなわち、第一の給気口とケーシング内部とを連通させる空気管のケーシング内の開口位置の上を避けて、揚水遮断時に第二の給気口から空気管を通して羽根車より下方のケーシング内により効率良くかつ効果的に空気を導入（吸気）することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は第１実施例を示す先行待機運転ポンプの縦断面図、図２は同ポンプにおける空気導入部の横断面図である。
【００１１】
図１、２において、先行待機運転ポンプ１は、排水機場の吸込水槽２内に流入する雨水などの水を下流側に排水する立軸ポンプである。
【００１２】
鉛直方向に延びるケーシング３は、直管状の揚水管４と、揚水管４の下端に連結されたポンプケーシング５と、ポンプケーシング５の下端に連結された吸込管（吸込ベル）６と、揚水管４の上端に連結されて鉛直方向から水平方向に湾曲した吐出エルボ７とを備え、吸込管６の下端（ケーシング３の下端）に吸込口８を有し、吐出エルボ７の吐出口９（ケーシング３の上端）に吐出管（排水管）１０が連結されている。
【００１３】
羽根車１１は、主軸１３を介してポンプケーシング５内に配設され、羽根車１１より上方（下流側）のポンプケーシング５内に複数の案内羽根１２が配設されている。
【００１４】
鉛直方向に延びる主軸１３は、ケーシング３の中心に複数の軸受１４、１５、１６を介して支持され、主軸１３の下端近傍に羽根車１１が一体回転可能に取り付けられている。主軸１３の上端側は、吐出エルボ７を回転自在、かつ、水密に貫通してケーシング３の外部に突出され、エンジン、電動機などの駆動源及び減速機構からなる回転駆動機構１７に連結されている。
【００１５】
主軸１３の下端を支持する下端軸受１６は、外面を４枚（複数枚）の支持板１６ａを介して羽根車１１の直ぐ下側（上流側）で吸込管６の内面に固定されている。支持板１６ａは、相対する下端軸受１６の外面と吸込管６の内面との間の通路を略等間隔に仕切り、水が主軸１３の軸方向に流れるように案内する案内板を兼ねている。残りの軸受１４、１５の外面も同様の支持板１４ａ、１５ａによって揚水管４の内面に固定されている。
【００１６】
ケーシング３の上部には据え付け用のフランジ１８が設けられ、吸込水槽２の上面を覆っている排水機場のコンクリート製の床１９にはフランジ１８より下側のポンプ１を挿通可能な孔２０が設けられている。ポンプ１は、フランジ１８より下側を孔２０を介して吸込水槽２内に吊り下げた状態で床１９にフランジ１８を介して据え付けられている。
【００１７】
そして、先行待機運転ポンプ１は、吸込水槽２の水位ＷＬが後述する最低水位ＬＷＬ以下の状態において、羽根車１１より下方のケーシング３内に空気を導入しながら揚水することで排水量を低下させるための気水混合用と、気水混合運転して吸込水槽２の水位が前記最低水位ＬＷＬより低い、後述する揚水遮断水位ＳＷＬになった時に、羽根車１１より下方のケーシング３内に空気を導入することで揚水を遮断するための揚水遮断用との、２系統の空気管２１、２２（空気管の一例）を備え、各空気管２１、２２には、それぞれ、開閉手段２３、２４を備えている。
【００１８】
羽根車１１より下方の吸込管６（ケーシングの一例）の管壁には、気水混合用空気管２１の取付部となる内外面貫通の第一の開口（気水混合用空気導入口；ケーシング内の開口）２５と、揚水遮断用空気管２２の取付部となる第二の開口（揚水遮断用空気導入口；ケーシング内の開口）２６が設けられている。
【００１９】
第一の開口２５は、２つ（複数）、同じ高さ位置で等間隔に配置している。第二の開口２６は、１つ、羽根車１１の下端より下方で第一の開口２５より上方に配置し（望ましくは、羽根車１１に可及的に近い位置に配置する。）、かつ、主軸１３の軸方向から見て第一の開口２５のいずれに対しても重ならないように第一の開口２５に対して周方向に位置ずれさせて配置している。しかも、第二の開口２６の周方向位置は、隣接する２つの第一の開口２５間の略中央に位置するように第一の開口２５に対して周方向に位置ずれさせて配置している。したがって、本実施例では、２本（複数本）の気水混合用空気管２１と１本の揚水遮断用空気管２２が備えられている。
【００２０】
気水混合用空気管２１は、上端に折返し部を有する逆Ｕ字状に曲げ形成されており、上端の折返し部が床１９より上側に配置されている。そして、両端部が孔２０を介して吸込水槽２内に延ばされ、一端２１ａが第一の開口２５に接続されている。なお、折返し部は揚水に伴って第一の開口２５に発生する最大負圧による吸込み揚程よりも高い位置に設定されているので、折返し部を越えて水が吸い上げられることがないので、ゴミなどが折返し部に詰まる可能性を少なくすることができる。
【００２１】
また、気水混合用空気管２１の先端２１ｂ（他端；第一の給気口の一例）は、吸込水槽２の水位（以下、「吸水位」という。）ＬＷが後述する最低水位ＬＷＬ（第一の所定水位の一例）にまで上昇したときに水没するように設けられる。したがって、気水混合用空気管２１の先端２１ｂは、吸水位ＬＷが最低水位ＬＷＬに上昇するまでは大気中で開放されて気水混合用空気管２１を開いた状態に保持し、吸水位ＬＷが最低水位ＬＷＬにまで上昇したときに吸込水槽２内の水によって塞がれて吸水位ＬＷが最低水位ＬＷＬ以上のときに気水混合用空気管２１を閉じた状態に保持する。すなわち、気水混合用空気管２１の開閉手段２３は、気水混合用空気管２１の先端２１ｂによって構成されている。
【００２２】
揚水遮断用空気管２２は、気水混合用空気管２１と同様に、上端に折返し部を有する逆Ｕ字状に曲げ形成されており、上端の折返し部が床１９より上側に配置されている。そして、両端部が孔２０を介して吸込水槽２内に延ばされ、一端２２ａが第二の開口２６に接続されている。なお、折返し部は揚水に伴って第二の開口２６に発生する最大負圧による吸込み揚程よりも高い位置に設定されているので、折返し部を越えて水が吸い上げられることがないので、ゴミなどが折返し部に詰まる可能性を少なくすることができる。
【００２３】
また、揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂ（他端；第二の給気口の一例）は、吸水位ＬＷが後述する揚水遮断水位ＳＷＬ（第二の所定水位の一例）にまで上昇したときに水没するように設けられる。したがって、揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂは、吸水位ＬＷが揚水遮断水位ＳＷＬに上昇するまでは大気中で開放されて揚水遮断用空気管２２を開いた状態に保持し、吸水位ＬＷが揚水遮断水位ＳＷＬにまで上昇したときに吸込水槽２内の水によって塞がれて吸水位ＬＷが揚水遮断水位ＳＷＬ以上のときに揚水遮断用空気管２２を閉じた状態に保持する。すなわち、揚水遮断用空気管２２の開閉手段２４は、揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂによって構成されている。
【００２４】
本実施例では、２系統の気水混合用空気管２１と揚水遮断用空気管２２は、２本の気水混合用空気管２１から導入する空気量と１本の揚水遮断用空気管２２から導入する空気量が略同じになるような管径のものが使用されている。２本の気水混合用空気管２１に対し揚水遮断用空気管２２が１本であるから、各気水混合用空気管２１の管径は揚水遮断用空気管２２の管径の略１／√２である。
【００２５】
吸込管６の内面には、第二の開口２６部近傍の流体圧力を低減させる圧力低減手段として羽根車回転方向の流れを遮るリブ２７が設けられている。ここで、図２に示すように、下端軸受１６の４枚の支持板１６ａは、そのうち１枚の支持板１６ａの外端部が、主軸１３の軸方向から見て、第二の開口２６の羽根車回転方向（矢印Ａ方向）上流側近傍で吸込管６の内面に連結されるように、相対する下端軸受１６の外面と吸込管６の内面との間に架設されている。また、下端軸受１６の４枚の支持板１６ａは、下端が第一の開口２５より上方に位置し、上端が羽根車１１の下端より下方に位置して、第一の開口２５は含まず第二の開口２６は含む高さ範囲で、相対する下端軸受１６の外面と吸込管６の内面との間に架設されている。したがって、第二の開口２６の羽根車回転方向上流側近傍で吸込管６の内面に連結されている支持板１６ａの外端部は、第二の開口２６を通過する直前で羽根車回転方向の流れを遮る。すなわち、圧力低減手段２７は、第二の開口２６の羽根車回転方向上流側近傍で吸込管６の内面に連結されている支持板（リブ）１６ａの外端部によって構成されている。なお、圧力低減手段としてのリブは、前述のものに限定されるものではなく、ケーシング３の内面に片持ち状態で突出させた形態などであってもよい。
【００２６】
下端軸受１６の４枚の支持板１６ａは、そのうち１枚の支持板１６ａの外端部が、主軸１３の軸方向から見て、第二の開口２６の羽根車回転方向上流側近傍で吸込管６の内面に連結されると、その１枚の支持板１６ａと隣接する２枚の支持板１６ａの外端部は、主軸１３の軸方向から見て、第一の開口２５の羽根車回転方向上流側近傍で吸込管６の内面に連結されるようになる。すなわち、吸込管６に設ける両開口２５、２６と下端軸受１６の支持板１６ａの外端部との周方向の位置関係は、主軸１３の軸方向から見て、両開口２５、２６の羽根車回転方向上流側近傍に支持板１６ａの外端部が位置するようになっている。
【００２７】
吸込口８と第一の開口２５との間の吸込管６の外面には、渦発生防止板２８が設けられている。渦発生防止板２８は、吸水位ＬＷが揚水遮断水位ＳＷＬ付近まで低下したときにその水面と面接触する水平板で構成されている。水平板は、吸込口８より大形で、床１９の孔２０より小形に形成されている。なお、渦発生防止板２８は、第一の開口２５より下方の吸込管６の外面に放射状に設ける複数の垂直板で構成しても良い。また、孔２０よりも大形の水平板や垂直板を用いても良い。
【００２８】
次に、図１を参照して先行待機運転ポンプ１の高さ方向の構造と吸水位ＬＷの関係を説明する。
【００２９】
まず、吸込水槽２にはその許容水位として、吸込水槽２に固有の最高水位ＨＷＬが設定されている。
【００３０】
最高水位ＨＷＬより下方にはポンプ１（ここでのポンプは、空気管２１、２２や渦発生防止板２８を備えていない立軸ポンプをいう。）に固有の最低水位ＬＷＬ（第一の所定水位の一例）が設定されている。最低水位ＬＷＬはそれ以下では吸込口８から渦、すなわち、空気を吸い込み、振動や騒音が発生し、運転が継続できなくなる吸水位ＷＬに相当する。そして、先行待機運転ポンプ１は、気水混合用空気管２１を通して羽根車１１より下方のケーシング３内に空気を導入しながら揚水し排水量を低下させて運転することで、最低水位ＬＷＬより低い吸水位ＷＬでの始動及び連続運転を可能にしたものであるから、気水混合用空気管２１の先端２１ｂは、少なくとも吸水位ＷＬが最低水位ＬＷＬより低下したときに大気中に開放される位置に設けておけば良い。本実施例では、気水混合用空気管２１にも開閉手段２３を備えており、開閉手段２３は、気水混合用用空気管２１の先端２１ｂによって構成されている。したがって、上記のとおり、気水混合用空気管２１の先端２１ｂ（第一の給気口の一例）は、吸水位ＬＷが最低水位ＬＷＬにまで上昇したときに水没するように設けられ、吸水位ＬＷが最低水位ＬＷＬに上昇するまでは大気中で開放されて気水混合用空気管２１を開いた状態に保持し、吸水位ＬＷが最低水位ＬＷＬにまで上昇したときに吸込水槽２内の水によって塞がれて吸水位ＬＷが最低水位ＬＷＬ以上のときに気水混合用空気管２１を閉じた状態に保持するのである。
【００３１】
羽根車１１は最低水位ＬＷＬより下方に配置されている。最低水位ＬＷＬであれば羽根車１１の全体又は少なくとも羽根車１１の下端部が水没するように配置されている。
【００３２】
最低水位ＬＷＬの下方には揚水開始水位ＲＷＬが設定されている。揚水開始水位ＲＷＬは羽根車１１の下端の吸水位ＷＬに相当し、ポンプ１の始動後に一番最初（羽根車１１より上方のケーシング３内に水がない場合）に揚水を開始する吸水位ＷＬである。
【００３３】
揚水開始水位ＲＷＬの下方には第二の開口２６と圧力低減手段２７（下端軸受１６の支持板１６ａ）が配置され、その下方には第一の開口２５が配置されている。
【００３４】
揚水開始水位ＲＷＬの下方には再揚水開始水位ＣＷＬが設定されている。再揚水開始水位ＣＷＬは第一の開口２５の上端の吸水位ＷＬに相当し、一旦排水を行い揚水遮断運転（待機運転）になった後（羽根車１１より上方のケーシング３内に水がある場合）に再揚水できる吸水位ＷＬである。
【００３５】
再揚水開始水位ＣＷＬの下方には揚水遮断水位ＳＷＬ（第二の所定水位の一例）が設定されている。揚水遮断水位ＳＷＬは、気水混合運転して吸水位ＷＬが第一の開口２５より低下したときに開閉手段２４により揚水遮断用空気管２２を開き、揚水遮断用空気管２２を通して羽根車１１より下方のケーシング３内に空気を導入して揚水を遮断し、揚水遮断運転に切り替える吸水位ＷＬである。したがって、上記のとおり、揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂ（第二の給気口の一例）は、吸水位ＬＷが揚水遮断水位ＳＷＬにまで上昇したときに水没するように設けられ、吸水位ＬＷが揚水遮断水位ＳＷＬに上昇するまでは大気中で開放されて揚水遮断用空気管２２を開いた状態に保持し、吸水位ＬＷが揚水遮断水位ＳＷＬにまで上昇したときに吸込水槽２内の水によって塞がれて吸水位ＬＷが揚水遮断水位ＳＷＬ以上のときに揚水遮断用空気管２２を閉じた状態に保持するのである。
【００３６】
吸水位ＷＬが揚水遮断水位ＳＷＬ付近の低水位でポンプ１を運転すると、渦が発生し易く、渦、すなわち、空気を吸い込み易いので、渦発生防止手段２８は、上記のとおり、吸込口８と第一の開口２５との間の吸込管６の外面に配置されている。
【００３７】
揚水遮断水位ＳＷＬの下方には吸込口８が配置されている。例えば、吸込口８は吸込水槽２の底面２ａに対しケーシング３の胴部である揚水管４の管径（内径）に略等しい寸法の高さ位置に開口されている。
【００３８】
次に、図１を参照して先行待機運転ポンプ１の運転状態（排水状態）の推移を説明する。
【００３９】
先行待機運転ポンプ１であるので、降雨情報などに基づいて、吸水位ＷＬが最低水位ＬＷＬ（第一の所定水位の一例）にまで上昇する前に始動する。本実施例では、吸込水槽２への雨水などの水により吸水位ＷＬが揚水遮断水位ＳＷＬ（第二の所定水位の一例）にまで上昇し、揚水遮断用空気管２２が開閉手段２４により閉じられたときにポンプ１を始動する。
【００４０】
ポンプ１を始動して吸水位ＷＬが揚水開始水位ＲＷＬに上昇するまでは、羽根車１１が気中で空転する空運転になる。
【００４１】
吸水位ＷＬが上昇して揚水開始水位ＲＷＬに到達すると、羽根車１１は揚水を開始し、排水を開始するが、このとき、第一の開口２５部の圧力は羽根車１１の流入側の水の流れによって低下して大気圧よりも低くなる。そして、気水混合用空気管２１の先端２１ｂ（第一の給気口の一例）は開閉手段２３により開状態に保持されているので、気水混合用空気管２１を通して第一の開口２５から空気が吸い込まれ、羽根車１１は水ともに空気を吸い込みながら揚水するので、排水量は定格の排水量より低下した状態で排水が開始する。すなわち、気水混合運転の開始である。
【００４２】
気水混合運転状態において、吸水位ＷＬがさらに上昇し、最低水位ＬＷＬ（第一の所定水位の一例）に到達すると、それまで開状態に保持されていた気水混合用空気管２１の先端２１ｂ（第一の給気口の一例）が開閉手段２３により閉じられ、第一の開口２５からの空気の吸い込みがなくなるので、定格の排水量における排水が開始する。すなわち、全量運転の開始である。
【００４３】
全量運転して吸水位ＷＬがさらに上昇している場合には全量運転を継続する。
【００４４】
一方、全量運転してポンプ１の排水量が吸込水槽２への雨水などの水の流入量を上回り吸水位ＷＬが下降に転じて最低水位ＬＷＬ（第一の所定水位の一例）を下回った時点で、それまで閉状態に保持されていた気水混合用空気管２１の先端２１ｂ（第一の給気口の一例）が開閉手段２３により開かれ、第一の開口２５からの空気の吸い込みが開始され、全量運転から気水混合運転へと移行する。
【００４５】
気水混合運転して吸水位ＷＬがさらに低下すると、吸水位ＷＬの低下に応じて空気の吸込量が徐々に増加し、代わりに水量が徐々に減少するので、排水量は徐々に減少して行く。そして、吸水位ＷＬがさらに低下し、揚水開始水位ＲＷＬ、再揚水開始水位ＣＷＬを下回り、ついに揚水遮断水位ＳＷＬ（第二の所定水位の一例）を下回った時点で、それまで閉状態に保持されていた揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂ（第二の給気口の一例）が開閉手段２４により開かれる。第二の開口２６部の圧力は羽根車１１の流入側の水の流れによって低下して大気圧よりも低く負圧になっているので、揚水遮断用空気管２２を通して第二の開口２６からも空気が吸い込まれ、水と空気の混合割合が非常に高くなり、羽根車１１は水を吸い込むことができなくなって、排水が停止する。すなわち、気水混合運転から揚水遮断運転に切り替えられる。なお、揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂと水面の間に一定以上の隙間を生じた時点で揚水遮断に必要な空気がケーシング３内に吸込まれるようになるので、実際に揚水が遮断される水位は揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂが水没する水位よりもやや低い水位となるが、本明細書の揚水遮断用水位ＳＷＬをはじめとする水位は、これらを包含した幅を持った吸水位ＷＬを表す概念である。
【００４６】
揚水遮断運転時（待機運転）に吸水位ＷＬが上昇すると、今度は羽根車１１より上方のケーシング３内に水があるので、吸水位ＷＬが揚水遮断水位ＳＷＬ（第二の所定水位の一例）を上回り（それまで開状態に保持されていた揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂが開閉手段２４により閉じられ、第二の開口２６からの空気の吸い込みがなくなる。）、再揚水開始水位ＣＷＬに到達した時点で、羽根車１１は水ともに空気（気水混合用空気管２１を通して第一の開口２５から吸い込む空気）を吸い込みながら揚水を開始する。気水混合運転の再開である。
【００４７】
このようにして、ポンプ１は、吸水位ＷＬに関係なく始動後の空運転及び一旦排水後の空運転（揚水遮断運転）と全量運転との間で運転を継続することができ、しかも、空運転と全量運転との間の移り変わりはなめらかで、渦の発生、ポンプ１の振動、軸トルクの過大な変化が抑えられている。
【００４８】
以上、本実施例の先行待機運転ポンプ１は、吸込水槽２内で開口する吸込口８を下端に有するケーシング３と、ケーシング３内部に配置する羽根車１１と、吸水位ＷＬが最低水位ＬＷＬ（第一の所定水位の一例）以下の状態において羽根車１１より下方のケーシング３内に空気を導入しながら揚水することで排水量を低下させるための気水混合用空気管２１の先端２１ｂ（第一の給気口の一例）と、吸水位ＷＬが前記最低水位ＬＷＬより低い揚水遮断水位ＳＷＬ（第二の所定水位の一例）になった時に、羽根車１１より下方のケーシング３内に空気を導入することで揚水を遮断するための揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂ（第二の給気口の一例）を設け、二種類の気水混合用空気管２１の先端２１ｂ及び揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂとケーシング３内とを連通させる気水混合用空気管２１と揚水遮断用空気管２２（空気管の一例）とを備えるから、揚水遮断に十分な空気量を揚水遮断時にのみ導入することができるとともに、気水混合運転時に導入する空気量の適正化を容易に図ることができるようになり、気水混合用給気口だけで空気を導入する場合よりも渦の発生や振動を抑えることができる。この結果、ポンプ１の強度を上げる必要がなくなりポンプ１を軽量化することができ、排水機場の床強度も上げる必要がなくなる場合もある。
【００４９】
また、前記気水混合用空気管２１の先端２１ｂと前記ケーシング３内部とを連通させる気水混合用空気管２１と、前記揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂと前記ケーシング３内部を連通させる揚水遮断用空気管２２とを備えるから、気水混合運転時に導入する空気量と揚水遮断時に導入する空気量が、それぞれ、設定し易くなり、上記作用効果を容易に実現することができる。
【００５０】
ところで、ケーシング３内の開口位置が羽根車１１に近い方の空気管の方が、低水位時には空気をより多く吸い込む。また、揚水を遮断するためには、羽根車１１より下方のケーシング３の断面（通路）に空気を満たすことで羽根車１１と水の接触を断つ必要があり、そのためには水流により羽根車１１より下方のケーシング３内の空気が上方に移動することを踏まえて、短時間に大量に空気を導入する必要がある。そして、前記揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂと前記ケーシング３内部を連通させる揚水遮断用空気管２２のケーシング３内の開口（第二の開口）２６位置が、前記気水混合用空気管２１の先端２１ｂと前記ケーシング３内部とを連通させる気水混合用空気管２１のケーシング３内の開口（第一の開口）２５位置より上方であるから、すなわち、羽根車１１に近いから、揚水遮断時に揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂから揚水遮断用空気管２２を通して羽根車１１より下方のケーシング３内に効率良くかつ効果的に空気を導入（吸気）することができるようになり、吸水位が下降しているとき（気水混合運転時）において、精度良くかつ安定して確実に揚水を遮断することができる。また、揚水遮断水位ＳＷＬは気水混合用空気管２１のケーシング３内の開口２５高さにて決定する要素がある（開口２５高さが低ければ、より低水位で揚水を遮断する）。ゆえにより低水位で揚水を遮断させる場合には、気水混合用空気管２１のケーシング３内の開口２５位置は、より下側にすることが望ましい。そして、気水混合用空気管２１のケーシング３内の開口２５位置は、揚水遮断用空気管２２のケーシング３内の開口２６位置より下方でより低くすることができるので、より低水位で揚水を遮断することができる。すなわち、このような気水混合用空気管２１のケーシング３内の開口２５位置と揚水遮断用空気管２２のケーシング３内の開口２６位置の位置関係は低水位での揚水遮断に適している。
【００５１】
本実施例の先行待機運転ポンプ１では、揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂとケーシング３内部を連通させる揚水遮断用空気管２２のケーシング３内の開口２６位置を、気水混合用空気管２１の先端２１ｂとケーシング３内部とを連通させる気水混合用空気管２１のケーシング３内の開口２５位置に対してケーシング３の周方向でずらすことにより、羽根車１１より下方のケーシング３内において局部的に水と空気の混合割合が高くなる位置、すなわち、気水混合用空気管２１の先端２１ｂとケーシング３内部とを連通させる気水混合用空気管２１のケーシング３内の開口２５位置の真上位置を避けて、揚水遮断時に揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂから揚水遮断用空気管２２を通して羽根車１１より下方のケーシング３内により効率良くかつ効果的に空気を導入（吸気）することができるようになっている。この実施例では、揚水遮断用空気管２２のケーシング３内の開口２６を気水混合用空気管２１のケーシング３内の開口２５に対して羽根車１１の回転方向下流側に９０°ずらして配置した例を示しているが、これに限定されるものではなく、空気を多く含んだ水が開口２６付近に到達しないようにすることが望ましく、開口２５に対して開口２６は羽根車１１の回転方向上流側で前記の空気を多く含んだ水が到達しない位置とすることができる。また開口２５に対して開口２６を羽根車１１の回転方向下流側に設ける場合、周方向に１０°以上ずらすことが望ましい。
【００５２】
また、揚水遮断用空気管２２に開閉手段２４を備えるから、吸水位ＷＬが揚水遮断水位ＳＷＬになった時に揚水を遮断することができ、揚水遮断水位にバラツキを生じるのを防止することができる。
【００５３】
また、揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂを揚水遮断水位ＳＷＬで水没するように設けるから、この構成が開閉手段２４になり、吸込水槽２内の水で揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂを開閉することができ、揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂを開閉するための制御機構などが不要になる。
【００５４】
また、ケーシング３の内面に揚水遮断用空気管２２のケーシング３内の開口２６部近傍の流体圧力を低減させる圧力低減手段２７を設けるから、揚水遮断用空気管２２の先端２２ｂから揚水遮断用空気管２２を通して安定的に空気を導入することができ、より確実に揚水遮断運転に切り替えることができる。
【００５５】
また、圧力低減手段２７が羽根車１１を取り付ける主軸１３の下端軸受１６をケーシング３の内面に固定する支持板（リブ）１６ａであるので、羽根車１１より下方のケーシング３構造を簡略化して、ポンプ１を軽量化することができる。
【００５６】
また、気水混合用空気管２１に開閉手段２３を備えるから、気水混合運転して吸水位ＷＬが最低水位ＬＷＬ以上で開閉手段２３により気水混合用空気管２１を閉じて空気の導入を完全に止めることができ、最低水位ＬＷＬ以上でポンプ１の定格排水量における全量運転を行うことができる。
【００５７】
また、気水混合用空気管２１の先端２１ｂを最低水位ＬＷＬで没水するように設けるから、この構成が開閉手段２３になり、吸込水槽２内の水で気水混合用空気管２１の先端２１ｂを開閉することができ、気水混合用空気管２１の先端２１ｂを開閉するための制御機構などが不要になる。
【００５８】
また、羽根車１１より下方のケーシング３の外面に渦発生防止板２８を設けるから、吸水位ＷＬが揚水遮断水位ＳＷＬ以下の低水位のときに渦の発生を抑えることができ、より低水位で揚水を遮断することができ、より低水位まで排水することができる。
【００５９】
続いて、図３を参照して第２実施例の先行待機運転ポンプ１Ａを説明する。なお、第１実施例の先行待機運転ポンプ１と同一部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００６０】
図３において、先行待機運転ポンプ１Ａは、略直管状の気水混合用空気管２１Ａと揚水遮断用空気管２２Ａとを備えている。気水混合用空気管２１Ａは、上端近傍が床１９より上側に配置されている。そして、孔２０を介して吸込水槽２内に延ばされ、下端２１Ａａが第一の開口２５に接続されている。床１９より上側に配置されている気水混合用空気管２１Ａは逆Ｕ字状に曲げ形成されて、気水混合用空気管２１Ａの上端２１Ａｂが下向きで大気中に常時開放されている。
【００６１】
一方、揚水遮断用空気管２２Ａは、上端近傍が床１９より上側に配置されている。そして、孔２０を介して吸込水槽２内に延ばされ、下端２２Ａａが第二の開口２６に接続されている。床１９より上側に配置されている揚水遮断用空気管２２Ａには、開閉手段として開閉弁（電磁弁）２４Ａを備えており、揚水遮断用空気管２２Ａの上端２２Ａｂが開閉弁２４Ａを介して大気中に開放されている。
【００６２】
また、吸込管６の内面には、第一の開口２５および第二の開口２６の両方の開口部近傍の流体圧力を低減させる圧力低減手段２７Ａが設けられている。圧力低減手段２７Ａは、下端軸受１６の支持板（リブ）であって、外端部の第一の開口２５および第二の開口２６に対する周方向の相対位置は図２に示す位置であり、外端部が羽根車１１より下方で第一の開口２５および第二の開口２６の高さ範囲をカバーする高さ（上下幅）を有する支持板１６Ａａのその外端部よって構成されている。
【００６３】
本実施例の先行待機運転ポンプ１Ａでは、開閉弁２４Ａを吸水位ＷＬを検出する水位センサなどに基づいて開閉制御することで、第１実施例の先行待機運転ポンプ１Ａと同じ機能を発揮することができる。但し、気水混合用空気管２１Ａは大気中に常時開放されている。
【００６４】
また、第一の開口２５および第二の開口２６の両方の開口部近傍の流体圧力を低減させる圧力低減手段２７Ａが設けられているから、第一の開口２５についても、気水混合用空気管２１の先端２１ｂから気水混合用空気管２１Ａを通して安定的に空気を導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施例を示す先行待機運転ポンプの縦断面図である。
【図２】図１の先行待機運転ポンプにおける空気導入部の横断面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す先行待機運転ポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ  先行待機運転ポンプ
２  吸込水槽
３  ケーシング
８  吸込口
１１  羽根車
２１  気水混合用空気管
２１ｂ  気水混合用空気管の先端（第一の給気口の一例）
２２  揚水遮断用空気管
２２ｂ  揚水遮断用空気管の先端（第二の給気口の一例）
２５  第一の開口
２６  第二の開口
【図１】
2010121480.tif 000003
【図２】
2010121480.tif 000004
【図３】
2010121480.tif 000005