(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路を開閉させるゲート本体に設けられ、該ゲート本体によって前記水路を閉鎖した状態にてこのゲート本体によって区切られた前記水路の一方側から他方側へ水を流すゲートポンプであって、
前記ゲートポンプの吐出側に、自重により該吐出側を閉鎖し、吐出される水の水圧により該吐出側を開口させるフラップ弁を備えたゲートポンプにおいて、
前記フラップ弁の開度を測定する開度測定手段を設けたことを特徴とするゲートポンプ。
【請求項２】
前記開度測定手段は、前記フラップ弁までの距離を計測する距離センサーであることを特徴とする請求項１に記載のゲートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば河川の流域支流と本川との合流点等に設けられるゲートに組み込まれ、ゲートを閉めた状態で運転して強制排水を行うゲートポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、河川の安全な流れを確保するため、流域支流と本川との合流点等に設けられるゲートにゲートポンプが組み込まれた、ポンプゲートが使用されるようになってきている。これは、豪雨等により本川側の水位が上昇し、支流から本川への自然流下が困難となったときに、ゲートを閉めてこのゲートポンプを運転することにより、強制的に排水を行うものである。これにより、合流点付近に大掛かりな排水機場を設けることなく、洪水時等にも内水河川の排水を行うことができる。このように、ゲートポンプは、特に都市部における河川への設置に有利である。
【０００３】
このようなゲートポンプとしては、ロータを軸に設け、このロータに回転力を発生させることにより軸を回転させて、その軸に設けられた羽根によって水流を生じさせるインナーロータ式や、ステータの外周側に円筒状のロータを有し、このロータに回転力を発生させることにより、このロータに設けられた羽根によって水流を起こすアウターロータ式等がある。
【０００４】
これらは何れも吸込側から吐出側へと軸線方向に水を圧送するように構成されている。この種のゲートポンプは、所要スペースが小さい割には大容量のものを設置することができるので、ポンプゲートが全閉の状態で流入と排出のバランスを十分良好に保つことができるといった利点を有する。
【０００５】
ところで、ゲートポンプが停止したときに逆流することを防止するため、ゲートポンプの出口にはいわゆるフラップ弁が設けられているが、これの開度計測を行うための機器は、ポンプゲート設備全体が没水することもあって設置が困難なため、現状では設けられていない。また、ゲートポンプの流量の計測も、流量計の設置が困難であるため、現状では行われていない。フラップ弁の開度については、現状では現地機側での監視者による目視確認が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなフラップ弁は、その設置場所がポンプゲート設備の内部であったり、没水状態で使用されたりするので、目視により異物の引っかかり等を確認することは困難であり、さらにはこれによる逆流といった不都合を回避することも困難である。また、このような目視を行うための人手が必要となっている。このため、確実な監視及び省力化を行うには、機器による開度の監視及び、監視結果のデータ化による遠隔地での確認が必要となる。
【０００７】
一方、ポンプゲートの低水位時の運転については、ゲートポンプの安定運転及び破損防止のために、ゲートポンプ内部を通過して吐出される水の流れを確保することが重要であるが、ゲートポンプの圧力差や河川の流速を計測することによるゲートポンプの流量の算定は、精度が確保しにくく、実用的な方法がない。このため、水位のみを基準とした運転が行われ、最低運転水位が高く設定されてしまうといった不都合が生じる。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑み、簡単な構成で、フラップ弁の開度を確実に監視できてしかも省力化が可能であり、さらにはゲートポンプの破損防止を図りつつ最低運転水位を極力低くすることが可能なゲートポンプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、水路を開閉させるゲート本体に設けられ、そのゲート本体によって前記水路を閉鎖した状態にてこのゲート本体によって区切られた前記水路の一方側から他方側へ水を流すゲートポンプであって、前記ゲートポンプの吐出側に、自重によりその吐出側を閉鎖し、吐出される水の水圧によりその吐出側を開口させるフラップ弁を備えたゲートポンプにおいて、前記フラップ弁の開度を測定する開度測定手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記開度測定手段は、前記フラップ弁までの距離を計測する距離センサーであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るゲートポンプの側面縦断面図である。また図２は、本発明の一実施形態に係るゲートポンプの吸込側を示す正面図である。さらに図３は、本発明の一実施形態に係るゲートポンプの吐出側を示す背面図である。これらの図において、２１は本実施形態に係るゲートポンプである。このゲートポンプ２１は、ゲート本体２２に開けられた角孔からなる設置孔２３に横向きに装着された、横型のゲートポンプである。
【００１２】
ゲートポンプ２１は、図１において、紙面に向かって左側が吸込側とされ、右側が吐出側とされている。このゲートポンプ２１は、円筒状に形成された外筒２４の内部にポンプ本体２５が設けられており、このポンプ本体２５によって、外筒２４の吸込側から吐出側へ向かって水が流れるようになっている。
【００１３】
外筒２４は、その吐出側の端部が、上方から下方へ向かって次第に吐出側へ傾斜しており、この外筒２４の吐出側の端部には、上部に設けられた連結部３１にて回動可能に連結された、フラップ弁３２が設けられている。このフラップ弁３２は、その自重により外筒２４の吐出側の端部に当接して、この外筒２４を閉鎖するようになっている。また、ポンプ本体２５により吸込側から吐出側へ向かって水が流れると、その水流の水圧によってフラップ弁３２は外筒２４から離間する方向へ回動され、外筒２４の端部が開口されるようになっている。
【００１４】
また、外筒２４には、その外周における吸込側寄りに、設置孔２３よりも大きな外形に形成された取付フランジ３３が設けられている。この取付フランジ３３には、図２に示すように、複数の取付孔３４が開けられており、この取付孔３４から図示しないボルトが挿通され、ゲート本体２２における設置孔２３の開口縁部に形成されたネジ孔へねじ込まれる。これにより、ゲートポンプ２１が、設置孔２３へ挿入された状態で、ゲート本体２２に固定されるようになっている。またこのように、取付フランジ３３をゲート本体２２へ固定することにより、外筒２４の外周とゲート本体２２の設置孔２３との隙間が閉鎖されるようになっている。
【００１５】
さらに、ゲートポンプ２１には、その外筒２４の下方側における両側に、複数の車輪４１が設けられており、取付フランジ３３をゲート本体２２へ固定していない状態にて、ゲートポンプ２１が、ゲート本体２２の設置孔２３内において、軸方向へ移動可能とされている。ゲートポンプ２１には、外筒２４の上部における両側及び取付フランジ３３の上部における両側に、係止孔４２が形成された吊上ピース４３がそれぞれ溶接固定されており、これら吊上ピース４３には、その係止孔４２に、図示しないクレーンのフックが係止されるようになっている。
【００１６】
次に、上記ゲートポンプ２１におけるポンプ本体２５の構造を説明する。このポンプ本体２５は、駆動部５２と、これの吸込側に設けられた可動部５３とから構成されている。駆動部５２は、外筒２４の内周面に周方向へ間隔をあけて設けられた複数のケーシングサポート５１に固定されており、これによりポンプ本体２５が外筒２４の中心位置に支持されている。なお、図１ではケーシングサポート５１を紙面まで回転させた位置となるよう仮に描いてある。
【００１７】
駆動部５２は、ケーシング５４によって囲われている。このケーシング５４は、円筒状に形成された筒部５４ａを有しており、この筒部５４ａは、その一端が閉鎖板５５によって閉鎖されている。また、筒部５４ａの他端には、中心に支持孔５６が形成されたスリーブ５７を有する支持部材５８が固定されている。スリーブ５７の支持孔５６には、回転軸６１が挿通されており、この回転軸６１は、スリーブ５７の両端に設けられたベアリング６２によって、回転可能に支持されている。
【００１８】
スリーブ５７の外周側には、コイル６３を有するステータ６４が設けられている。また、このステータ６４の外周側には、円筒状のロータ６５が設けられている。このロータ６５は、その後端側に連結部材としての連結板部６６を有しており、この連結板部６６が回転軸６１の後端側に固定されている。回転軸６１の先端側には、支持部５８に固定されたシール機構としてのメカニカルシール６７が設けられており、このメカニカルシール６７によって回転軸６１周りがシールされている。このメカニカルシール６７は、その内部に油が封入された構造となっており、この油によって外部から水が侵入しないようにしている。
【００１９】
また、回転軸６１の先端部分には、羽根車６８が固定されている。この羽根車６８は、その外周側に複数の羽根６９が周方向に間隔をあけて設けられたもので、回転軸６１とともに回転されるようになっている。また、外筒２４の外周における上部片側には、取付フランジ３３よりも吸込側に、電気接続箱７４が設けられており、この電気接続箱７４を介して、ポンプ本体２５の駆動部５２を構成するステータ６４のコイル６３へ駆動電力が給電されるようになっている。
【００２０】
ここで、上記構造のゲートポンプ２１の作用を説明する。このゲートポンプ２１では、ゲート本体２２がその上方に設けられた図示しない開閉機構によって昇降されることにより、水路が開閉される。そして、ゲート本体２２によって水路を閉鎖した状態にて、図示しない電力供給源からゲートポンプ２１の電気接続箱７４を介して、ポンプ本体２５の駆動部５２におけるステータ６４のコイル６３に駆動電力が供給される。このとき、ロータ６５が回動され、このロータ６５の連結板部６６が固定された回転軸６１が回転する。
【００２１】
これにより、この回転軸６１の先端部に固定された羽根車６８が回転し、各羽根６９によって外筒２４内へ吸込側から水が吸い込まれる。この外筒２４に吸い込まれた水は、その水圧によって吐出側に設けられたフラップ弁３２を押し上げて、外筒２４の吐出側を開口させ、吐出側から吐き出される。つまり、このゲートポンプ２１によって、吸込側である支流から吐出側である本川へ水が送り出される。
【００２２】
さて、本実施形態では、図１及び図３に示したように、外筒２４の外周における上部片側で吐出側端部に、距離センサー８１が設けられている。そして、ここからフラップ弁３２までの距離を計測し、フラップ弁３２の開度を直接に求めることができるようにしている。具体的には、図１に示すように、距離センサー８１先端からフラップ弁３２内面までのセンサー軸上の距離を計測する。ここでは実線で示すようにフラップ弁３２が閉じたときの距離をＡ（一定）で示し、二点鎖線で示すようにフラップ弁３２が開いたときの距離をＢ（開度に応じて変化）で示している。これにより、フラップ弁３２の開度が求められる。
【００２３】
距離センサー８１としては、可動部やシール部が全く無い非接触の近接センサーを用いている。また、測定原理としては、共振回路を用いて共振点のズレを検知する共振型や、静電容量を検知する容量型、若しくは渦電流損を検知する渦電流型等が用いられる。以上のような構成により、センサー部が水没しているか否かにかかわらず、フラップ弁３２の開度を高い信頼性と精度で求めることができる。なお、このような距離センサーを使用することに限定されるものではなく、フラップ弁３２の開閉動作に影響を与えずに開度を測定できるものであれば、角度センサーや位置センサー等のようなものを用いても良い。
【００２４】
このように、距離センサー８１によって、フラップ弁３２までの距離を計測することにより、フラップ弁３２の開度を現地機側で表示することができる。また、フラップ弁３２全閉時の距離データに基づき、異物の引っかかり等による全閉止水不十分の確認を行うことができる。具体的には、例えばゲートポンプ２１が停止しているにもかかわらず、フラップ弁３２が開いた状態としての距離が計測されれば、フラップ弁３２において異物の引っかかり等の異常が生じていると判断することができる。また、監視結果をデータ化して送信する構成とすることにより、遠隔監視が可能となる。
【００２５】
また、距離センサー８１による計測で求めたフラップ弁３２の開度及び、ゲートポンプ２１の吸込側及び吐出側に別途設けた水位計（不図示）の情報より、ゲートポンプ２１の吐出量を推定することができる。そして、この吐出量と、ゲートポンプ２１の回転数や動力値といった運転状態とを組み合わせて検討することにより、ゲートポンプ２１が正常に機能しているか否かの判断を行い、ゲートポンプ２１の回転数を制御してポンプ能力調整を行うことができる。これにより、最低運転水位を極力低くすることが可能となる。
【００２６】
このように、最低運転水位を極力低くすることが可能となることにより、洪水時に備えて、ゲートポンプ２１で出来るだけ低い水位となるまで本川側に水を送ってやるといった待機運転を実現することができる。ちなみに、上述した水位計においては、例えば超音波等で水面の位置を測定して水位を求めるといった方式がとられている。但し、フラップ弁３２の開度のみで比較的正確にゲートポンプ２１の吐出量を推定することができるのであれば、水位計は必ずしも要しない。
【００２７】
なお、上記実施形態においては、ポンプの回転軸が水平方向に延びる横型ゲートポンプの例を示したが、この例に限定されるものではない。即ち、上記と同様の働きを持つフラップ弁を有し、距離センサーを備えるものであれば、例えばポンプの回転軸が鉛直方向に延びる縦型ゲートポンプの構成としても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、フラップ弁の開度を確実に監視できてしかも省力化が可能であり、さらにはゲートポンプの破損防止を図りつつ最低運転水位を極力低くすることが可能なゲートポンプを提供することができる。
【００２９】
具体的には、フラップ弁の弁体位置を距離センサーで計測することにより、開度を高い信頼性と精度で求めることができる。また、開度を現地機側で表示するとともにデータ化して送信する構成とすることにより、現地機側及び遠隔地にて、フラップ弁における異物の引っかかり等による異常監視が可能となる。
【００３０】
また、フラップ弁の開度よりゲートポンプの流量を推定し、運転状態の監視及び制御に利用することにより、最低運転水位の低減及び、閉塞又は気中運転によるポンプの破損防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るゲートポンプの側面縦断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るゲートポンプの吸込側を示す正面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るゲートポンプの吐出側を示す背面図。
【符号の説明】
２１    ゲートポンプ
２２    ゲート本体
２３    設置孔
２４    外筒
２５    ポンプ本体
３１    連結部
３２    フラップ弁
３３    取付フランジ
３４    取付孔
４１    車輪
４２    係止孔
４３    吊上ピース
５２    駆動部
５３    可動部
５１    ケーシングサポート
５４    ケーシング
５５    閉鎖板
５６    支持孔
５７    スリーブ
５８    支持部材
６１    回転軸
６２    ベアリング
６３    コイル
６４    ステータ
６５    ロータ
６６    連結板部
６７    メカニカルシール
６８    羽根車
６９    羽根
７４    電気接続箱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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