(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水槽と、この吸水槽内に設けられた水中ポンプとを有し、この水中ポンプは、羽根車と、この羽根車の下方に設けられ該羽根車を駆動するモータとを備えている水中ポンプ設備において、
前記吸水槽の底面に凹部を形成し、この凹部に前記モータの少なくとも一部を収納すると共に、前記凹部外から該凹部内への異物の流入を防止するフィルター手段を設けたことを特徴とする水中ポンプ設備。
【請求項２】
請求項１記載の水中ポンプ設備において、一端が前記フィルター手段内部に連通し他端が前記水中ポンプの羽根車下流側の吐出管に接続された連絡配管を設けたことを特徴とする水中ポンプ設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば雨水、河川水、上下水道水、及び農業用水等の排水を対象とする水中ポンプに係わり、特に、その水中ポンプを備えた水中ポンプ設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水中ポンプは、運転時には揚水対象である雨水、河川水、上下水道水等の水中に没して揚水を行う。この水中ポンプの一例としては、例えば雨水排水ポンプがある。この排水ポンプは、主水路（河川等）から分岐して開削された迂回水路の途中の排水機場内に設けられる。そして、大雨や台風といった洪水時には、主水路のゲートを閉じるとともに迂回水路のゲートを開き、排水ポンプによって迂回水路を介し河川の濁水を大河川に強制的に排水することにより、河川流域の冠水被害を防止するようになっている。
水中ポンプの他の例としては、深井戸に設けられる吸水ポンプや、下水道管の埋設経路途中に設けられる排水ポンプ等がある。
【０００３】
以上のような水中ポンプでは、羽根車を駆動するモータ内に清水を導入して満たす水漬式と、モータ内部を水が侵入しない状態に保つ乾式とがあるが、後者では、モータ内部と周囲水とのシールが常時必要となることから、水漬式が採用されることが多い。この水漬式の水中ポンプを備えた従来の水中ポンプ設備の一例を図４に示す。
図４において、ポンプ設備は、吸水槽１０３と、この吸水槽１０３内に配置された水中ポンプ１０１とを備えている。ポンプ１０１は、いわゆる下置型水中ポンプであり、羽根車１０４を駆動する水中モータ１０２がポンプ最下部に設けられている。この水中モータ１０２内には清水が予め充填されている。そして、モータ１０２の駆動力によって羽根車１０４が回転すると、吸水槽１０３内の水が吸込口１０８を介し羽根車１０４へ導入され、羽根車１０４で加圧された後、揚水管１０９及び吐出ベンド１１２を介して排出されるようになっている。なお、このような下置型ポンプを開示する公知技術としては、例えば、特開昭６１−２５５２９４号公報や、特開平２−９９７９８号公報等がある。
【０００４】
一方、水漬式の水中ポンプを備えた従来の水中ポンプ設備の他の例を図５に示す。図５において、ポンプ設備は、吸水槽２０３と、いわゆる上置型水中ポンプであるポンプ２０１とを備えており、ポンプ２０１では、羽根車２０４を駆動する水中モータ２０２が羽根車２０４より上方に設けられている。そして、羽根車２０４が回転すると、ポンプ最下部に位置する吸込口２０８を介し吸水槽２０３内の水が羽根車２０４へ導入され、モータ２０２の外周側を通過してモータ２０２の外被を冷却した後、吐出ベンド２１２を介して排出される。なお、このような上置型ポンプを開示する公知技術としては、例えば、特開平６−３０７３７８号公報や、特開平６−３４６８８９号公報等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の水中ポンプ設備では以下のような課題が存在する。
一般に、この種の水中ポンプでは、満水操作を不要とし直始動を可能とするために、運転最低水位であっても羽根車を水没させるように設計する。そのため、運転最低水位は、通常、吸込口下端から所定高さ（この例ではポンプ口径×１．５の高さ）の位置に設定される。
【０００６】
ここで、モータ下置形の水中ポンプでは、羽根車１０４下方に位置する吸込口１０８のさらに下方にモータ１０２を配置することから、運転可能最低水位から吸水槽底盤１０３ａまでの高さが大きくなる。そのため、ポンプ据え付け床から吸水槽底盤１０３ａまでの深さが深くなり、土木掘削量・土木打設量が大きくなって土木費の増加を招く。
【０００７】
一方、モータ上置型の水中ポンプでは、羽根車２０４の上方にモータ２０２を配置することから、上記下置型と異なり、ポンプ据え付け床から吸水槽底盤２０３ａまでの深さは浅くなり、土木掘削量は低減できる。
しかしながら、羽根車２０４上方のモータ２０２に清水を充填することから、重力によって清水がポンプ外へ漏洩する。特にポンプ停止時にはその度合いが強くなる。またモータ２０２が羽根車上方であることは、羽根車２０４で加圧された揚水がモータ２０２へ入りやすくなることにもなる。これらのため、羽根車２０４とモータ２０２の間にメカニカルシール２０５が必要となる。このメカニカルシールは、回転側部材と固定側部材との間に摺動面を形成することによりシールを行うものであるが、摺動するという性質上、その寿命は比較的短い。またさらに洩水検知などのセンサ類をこのシール近傍に設ける必要があるため、維持管理が煩雑であり、また十分な信頼性確保が困難である。また、モータ２０２内の清水を確保するために、外部給水タンク２０６から給水ライン２０７を介し給水する必要があり、これらの補助機器の維持管理が煩雑となる。
さらに、例えば前述した雨水排水ポンプに適用する場合、吸水槽内の水位はその洪水時にのみ運転可能水位以上となる。一方、洪水時以外の大部分の期間（通常時）には、吸水槽内の水位は吸入口より上方であっても運転可能水位より低い場合が多い。この雨水排水ポンプは、洪水時にのみ使用するため年間のうちの稼動日数はごく限られているが、性能チェックのためのならし運転を通常時に随時行う。ところが、上記のように通常時には吸水槽内の水位は運転可能水位より低く、ポンプ運転自体は可能であっても揚水は不可能である。そのため、ならし運転の時にモータ２０２の外被を冷却をする流水がなく、モータ２０２の過熱防止のため長時間のならし運転が困難である。すなわち、性能チェックによる信頼性確保が十分できなくなる。
【０００８】
本発明の目的は、維持管理を簡素化しつつ信頼性を確保でき、かつ土木掘削量を低減できる水中ポンプ設備を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、吸水槽と、この吸水槽内に設けられた水中ポンプとを有し、この水中ポンプは、羽根車と、この羽根車の下方に設けられ該羽根車を駆動するモータとを備えている水中ポンプ設備において、
前記吸水槽の底面に凹部を形成し、この凹部に前記モータの少なくとも一部を収納すると共に、前記凹部外から該凹部内への異物の流入を防止するフィルター手段を設ける。水中ポンプを、モータを羽根車の下方に設けるいわゆる下置型とすることにより、上置型のようにメカニカルシール及びその補助機器を設ける必要がない。また、モータは羽根車より下方にあるため、水位が運転可能水位より低いならし運転時にも、吸水槽底面に形成した凹部内には水が満たされており、その水によってモータ外被は冷却される。したがって、上置型に比べて維持管理を簡素化しつつ、十分な信頼性を確保できる。また、凹部にモータを収納することにより、その凹部以外の部分については、運転可能最低水位までの高さを小さくし、その結果、ポンプ据え付け床面からの深さを低減することができる。したがって、土木掘削量及び土木打設量を小さくし、土木費を低減することができる。なおこのとき、底面に形成された穴は、モータ外径よりやや大きいだけで足りるので、底面自体の強度には影響することなく形成することができる。なお、このように吸水槽底面に凹部を形成すると、吸水槽内の水に混入した砂や塵などの異物が凹部に流入しやすくなり、凹部に異物が堆積して凹部壁面とモータとの間隙を閉塞し、モータの冷却効果を損なう可能性がある。そこで、フィルター手段を設けることにより、この異物の流入を防止し、モータの冷却を確保することができる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、一端が前記フィルター手段内部に連通し他端が前記水中ポンプの羽根車下流側の吐出管に接続された連絡配管を設ける。これにより、ポンプ運転時には、吐出管→連絡配管→フィルター手段内部→凹部という流れが生起されるので、凹部内の水に流れを与えモータ冷却効果を更に高めることができる。また同時にフィルター手段内部から外部へ向かう流れも誘起されるので、異物の浸入方向に対して逆流を与え、さらに異物の流入を積極的に防止できる。また、運転開始時に、フィルター手段内に残留した空気を連絡配管を介し上方へ抜く（いわゆるエア抜き）こともでき、さらに、ならし運転を行う際には、この連絡配管を戻り配管として利用し小循環ループを形成することで、小水量のバイパス運転が容易に可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
本実施形態によるポンプ設備の要部構造を表す側断面図を図１に示す。この図１において、ポンプ設備は、吸水槽３と、この吸水槽３内に配置された水中ポンプ１とを備えている。
ポンプ１は、ポンプ口径Ｄが例えば３００〜１０００ｍｍで、ポンプ据え付け床に設置されており、このポンプ据え付け床で自重がほぼ支持されている。このポンプ１はいわゆる下置型水中ポンプであり、その最下部には羽根車４を駆動する水中モータ２が設けられている。またこの水中モータ２内には清水が予め充填されている。
【００１５】
吸水槽３の底盤３ａは、ポンプ据え付け床からの深さＬが例えばＬ＝５〜１０ｍとなっている。またこの底盤３ａには、例えば深さＨ＝１．５Ｄの凹部３ａ１が形成されており、この凹部３ａ１に水中モータ２の大部分が収納されている。このときのモータ２の外被と凹部３ａ１との間隙ｔは、例えばｔ＝１５０ｍｍ〜２５０ｍｍとなっている。なお、凹部３ａ１は、先に図４で示したように平面上の底盤３ａをコンクリート打設で形成しておき、その後、底盤３ａのうちのポンプ直下にあたる部分を掘削してコンクリート打設し凹部３ａ１としてもよいし、あるいは、当初から凹部３ａ１を含んだ一体的な底盤３ａを一気にコンクリート打設で形成しても良い。
【００１６】
また、凹部３ａ１を覆うようにフィルター手段としての蓋１０が設けられている。蓋１０は、例えば網目状や格子状の形状を備えており、凹部３ａ１内への吸水槽３内の水の流入を許容しつつ、凹部３ａ１外から凹部３ａ１内に異物が流入するのを防止するようになっている。また、この蓋１０の内部は、連絡パイプ１３を介して吐出ベンド１２（又は揚水管９）と接続されている。この連絡パイプ１３の径ｄは例えば０．１Ｄ〜０．２Ｄの範囲となっており、これによって、ｄが小さすぎて連絡パイプ１３内が閉塞するのを防止し、かつｄが大きすぎてポンプ動力の無駄が増大するのを防止するようになっている。また、連絡パイプ１３には開閉可能なバルブ１６が設けられており、連絡パイプ１３を介した戻り流量を調整できるようになっている。
【００１７】
上記構成において、モータ２の駆動力が主軸１４を介し伝達されて羽根車４が回転すると、吸水槽３内の水が吸込口８を介しケーシング７内へ導入され、羽根車４で加圧された後、揚水管９、吐出ベンド１２、及び吐出弁１５を介し排出される。また一部の流れは、吐出ベンド１２から連絡パイプ１３に流入し、さらに蓋１０の内部へと導かれ、凹部３ａ１内へ導入されると共に蓋１０内から外部へ向かう流れを誘起する。
また、ならし運転の際には、吐出弁１５を閉じることにより、羽根車４で加圧された水は、上記した揚水管９→吐出ベンド１２→連絡パイプ１３→（凹部３ａ１→）吸込口８→羽根車４という小循環ループを形成して流れ、小水量のバイパス運転が可能である。
【００１８】
以上のように構成したポンプ設備によれば、水中ポンプ１を、モータ２を羽根車４の下方に設けるいわゆる下置型とすることにより、上置型のようにメカニカルシール及びその補助機器を設ける必要がない。また、モータ２は羽根車４より下方にあるため、水位が運転可能水位より低いならし運転時にも、吸水槽底面３ａ１に形成した凹部３ａ１内のモータ２周囲には水が満たされており、この水によってモータ２の外被は冷却される。したがって、上置型に比べて維持管理を簡素化しつつ、十分な信頼性を確保できる。
また、凹部３ａ１にモータ２を収納することにより、底盤３ａの凹部３ａ１以外の部分については、運転可能最低水位までの高さを小さくすることができ、その結果、ポンプ据え付け床からの深さＬを低減することができる。したがって、土木掘削量及び土木打設量を小さくし、土木費を低減することができる。なおこのとき、底盤３ａに形成された凹部３ａ１は、モータ２の外径よりやや大きいだけで足りるので、底盤３ａ自体の強度には影響がないように形成できる。
【００１９】
また、吸水槽底盤３ａに凹部３ａ１を形成すると、吸水槽３内の水に混入した砂や塵などの異物が凹部３ａ１に流入しやすくなり、凹部３ａ１に異物が堆積して凹部３ａ１壁面とモータ２との間隙を閉塞し、モータ２の冷却効果を損なう可能性があるが、蓋１０を設けてこの異物の流入を防止することにより、モータ２の冷却を確保することができる。
さらに、連絡パイプ１３によって蓋１０内から外部へ向かう流れを誘起することにより、異物の侵入方向に対して逆流を与えることができるので、さらに異物の流入を積極的に防止できる。また、運転開始時に、蓋１０内に残留した空気をこの連絡パイプ１３を介し上方へ抜く（いわゆるエア抜き）こともできる。
【００２０】
なお、上記実施形態においては、モータ２の大部分を凹部３ａ１中に収納したが、これに限られず、モータの全部や一部を収納しても良く、すなわち少なくとも一部を収納すれば足りる。この場合も同様の効果を得る。
【００２１】
また、上記実施形態においては、連絡パイプ１３の上部側を吐出ベンド１２に接続したが、これに限られず、揚水管９に接続してもよい。要は、これら吐出ベンド１２と揚水管９とを含む羽根車下流側の吐出管に接続すれば足りる。この場合も同様の効果を得る。
【００２２】
さらに、上記実施形態においては、凹部３ａ１をコンクリート打設により構成したが、これに限られない。すなわち、図２に示すように、凹部３ａ１に相当する例えば鋼製の容器１７を用意し、これを埋め込むように底盤３ａをコンクリート打設により形成しても良い。この場合も、同様の効果を得る。
【００２３】
また、上記実施形態においては、ポンプ１のほぼ全ての自重をポンプ据え付け床で支持したが、これに限られず、他の支持方法でもよい。この変形例を図３により説明する。
図３は、本変形例における凹部３ａ１近傍の構造を表す拡大側断面図である。この図３において、凹部３ａ１の底面３ａ１１には、モルタル部材１８が固定されており、その上部に例えば鋼製の略リング状部材１９が固定されている。そして、モータ２の下端部２ａが略リング状部材１９上に載置されており、これによってポンプ１のほぼ全ての自重は、これら略リング状部材１９及びモルタル部材１８を介し、底面３ａ１１で支持するようになっている。なおこのとき、ポンプ据え付け床は、ポンプ１の横方向への倒れを防止するためにのみ機能する。
【００２４】
本変形例によれば、ポンプ１の自重を下方で安定的に支持することができる。特に、ポンプ１が大型となり、底盤３ａからポンプ据え付け床からの深さＬが１０ｍ以上（例えば２０〜３０ｍ）となる場合に有効である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、維持管理を簡素化しつつ信頼性を確保でき、かつ土木掘削量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるポンプ設備の要部構造を表す側断面図である。
【図２】鋼製の容器で凹部を形成した変形例を表す側断面図である。
【図３】ポンプ自重を凹部底面で支持した変形例を表す拡大側断面図である。
【図４】従来のポンプ設備の一例を表す側断面図である。
【図５】従来のポンプ設備の一例を表す側断面図である。
【符号の説明】
１      水中ポンプ
２      モータ
３      吸水槽
３ａ    吸水槽底盤（吸水槽底面）
３ａ１      凹部
４      羽根車
９      揚水管（吐出管）
１０    蓋（フィルター手段）
１２    吐出ベンド（吐出管）
１３    連絡パイプ（連絡配管）
１７    容器（凹部）
【図１】
0003560812.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003560812.tif 000004
【図４】
0003560812.tif 000005
【図５】
0003560812.tif 000006