(57)【要約】【課題】  比較的簡易な構成で効果的に渦流の発生を防止できる渦流発生防止装置を提供する。【解決手段】  渦流防止装置１１は、吸込水槽２からの揚水用の立軸ポンプ１の吐出側の流路から基端が分岐し、先端が吸水槽２内の水中に配置された分岐吐出管２１を備える。分岐吐出管２１の先端にディフューザ２７が取り付けられている。また、分岐吐出管２１には水面と対応する位置にエジェクタ２５が設けられている。【選択図】図１
2006194100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプによって揚水される吸込水槽内の液中での渦流発生を防止する渦流防止装置であって、
基端側が前記ポンプの吐出側の流路から分岐し、先端が前記吸水槽内の液中に配置された分岐吐出管を備え、前記ポンプから吐出された液体の一部が前記分岐吐出管の先端から前記吸水槽内に吐出されて生じる流れにより渦流の発生を防止することを特徴とする渦流防止装置。
【請求項２】
前記分岐吐出管の先端に前記吸込水槽内の吐出される液体の流れを拡散させるディフューザを備えることを特徴とする請求項１に記載の渦流防止装置。
【請求項３】
前記分岐吐出管は、前記吸込水槽の液面から前記吸込水槽の底部に向けて延び、前記分岐吐出管の先端は前記吸込水槽の底部と間隔をあけて対向していることを特徴とする、請求項２に記載の渦流防止装置。
【請求項４】
前記分岐吐出管の前記水槽内の液面と対応する位置に設けられ、水槽中の液体を分岐吐出管内に吸い込むエジェクタをさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の渦流防止装置。
【請求項５】
前記エジェクタは、
前記ディフューザ側に向けて吐出管を縮径させた絞り部と、
この絞り部のディフューザ側の端部で吐出管の内部と水槽内を連通させる吸込口とを備えることを特徴とする、請求項４に記載の渦流防止装置。
【請求項６】
前記エジェクタは、
前記分岐吐出管内に配置され、前記ディフューザ側に向かう液体の流れにより回転する水車と、
前記水車よりもディフューザ側で分岐吐出管の内部と水槽内を連通させる吸込口と、
前記分岐吐出管内の前記吸込口と対応する位置に配置され、前記水車と連動して回転する羽根車とを備えることを特徴とする、請求項４に記載の渦流防止装置。
【請求項７】
前記分岐吐出管の前記先端は前記吸込水槽の底部を介して前記吸込水槽内の液体に対して開口していることを特徴とする、請求項１に記載の渦流防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプによって揚水される吸込水槽内の液中での渦流発生を防止する渦流防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプによって揚水される吸込水槽に渦流が発生すると、振動、騒音、揚水効率の低下等を招く。渦流は、空気吸込渦と水中渦に大別される。
【０００３】
図９を参照して空気吸込渦と水中渦について説明する。図９は揚水用のポンプとして立軸ポンプ１を備える吸込水槽２を示す。立軸ポンプ１は、ケーシング３、ケーシング３内に回転自在に保持されてモータ４で回転駆動される主軸５、及び主軸５に固定された吸込用インペラ６を備える。ケーシング３は吸込側端部３ａが吸込水槽２に蓄えられた水７に没し、吐出側端部３ｂが吐出管１０に接続されている。主軸５がモータ４で駆動されて吸込用インペラ６が回転すると、ケーシング３の吸込側端部３ａに向けて水槽２内の水７が流れる。この吸込側端部３ａに接近する流れが運んでくる渦度及び旋回流れ成分により、空気吸込渦８（図１０を併せて参照）や水中渦９が発生する。吸込側端部３ａ付近での渦度や旋回流れ成分の回転軸がケーシング３や主軸５に対して平行であって水面付近まで達している場合、空気吸込渦８が発生する。一方、吸込側端部３ａ付近での渦度や旋回流れ成分の回転軸がケーシン３や主軸５に対して平行でない場合や、平行であっても水面付近には達しない場合いは、水中渦９が発生する。
【０００４】
特許文献１には、吸込水槽の断面形状を渦流防止用の補助壁を有する特殊な形状とすることで空気吸込渦の発生を防止する渦流防止装置が記載されている。また、特許文献２には、水位計で検出した吸込水槽の水位と、流速計で計測した吸込水槽内の流速に基づいて、渦流防止用の構造物の制御を制御する方式の渦流防止装置が記載されている。しかし、特許文献１に記載の装置は吸込水槽を特殊な形状とする必要があるので、設置に要するコストが高い。また、特許文献２に記載の装置は水位計、流速計等が必要である点でコスト高となる。さらに、特許文献１及び２のいずれに記載の装置も、渦流の原因となる旋回流れが発生する領域に構造物を配置すること、換言すれば旋回流れが発生する領域をなくすことで渦流の発生防止を図ったものに過ぎず、効果的に渦流発生を防止することができない。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３２１８９７号公報
【特許文献２】特開平１０−１１５２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、比較的簡易な構成で効果的に渦流の発生を防止できる渦流発生防止装置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】
本発明は、ポンプによって揚水される吸込水槽内の液中での渦流発生を防止する渦流防止装置であって、基端側が前記ポンプの吐出側の流路から分岐し、先端が前記吸水槽内の液中に配置された分岐吐出管を備え、前記ポンプから吐出された液体の一部が前記分岐吐出管の先端から前記吸水槽内に吐出されて生じる流れにより渦流の発生を防止することを特徴とする渦流防止装置を提供する。
【０００８】
揚水用のポンプの吐出側の流路より分岐する分岐吐出管の先端から液体を吐出し、吸水槽内の液中に流れを生じさせて渦流の発生を防止する。分岐吐出管の先端の吸込槽内での位置を適切に設定することにより、分岐吐出管の先端から吐出される流れによって吸込水槽の底部や側壁部付近の液体の流速が低速となる領域をなくすことができる。その結果、渦流の原因となる渦度及び旋回流れ成分を抑制し、効果的に渦流発生を防止することができる。水槽を特殊な形状とする必要や、渦流防止装置のための専用の駆動源等を設ける必要がなく比較的な簡易な構成で渦流発生を防止できる。
【０００９】
分岐吐出管の先端から吐出された液体による渦流防止効果を高めるには、前記分岐吐出管の先端に前記吸込水槽内の吐出される液体の流れを拡散させるディフューザを備えることが好ましい。
【００１０】
ディフューザから吐出された液体の流れは、吸込水槽内の広い範囲に行き渡るので、より効果的に渦流発生を防止できる。
【００１１】
具体的には、分岐吐出管は、前記吸込水槽の液面から前記吸込水槽の底部に向けて延び、前記分岐吐出管の先端は前記吸込水槽の底部と間隔をあけて対向している。
【００１２】
前記分岐吐出管の前記水槽内の液面と対応する位置に設けられ、水槽中の液体を分岐吐出管内に吸い込むエジェクタをさらに備えることが好ましい。
【００１３】
エジェクタを適切な位置に設けることにより、吸込水槽内からエジェクタに向かう液体の流れが、空気吸込渦の原因となる液面付近の渦度及び旋回流れ成分を打ち消す。従って、エジェクタを設けることで主として空気吸込渦を効果的に防止することができる。
【００１４】
具体的には、前記エジェクタは、前記ディフューザ側に向けて吐出管を縮径させた絞り部と、この絞り部のディフューザ側の端部で吐出管の内部と水槽内を連通させる吸込口とを備える。
【００１５】
分岐吐出管内の液体の流れは絞り部を通過する際に減圧される。絞り部のディフューザ側の端部に設けられている吸込口は低圧となり、吸込水槽の液面付近の液体が吐出管内に吸い込まれ、前述の空気吸込渦の発生を防止するための流れが吸込水槽の液面付近に生み出される。
【００１６】
代案としては、前記エジェクタは、前記分岐吐出管内に配置され、前記ディフューザ側に向かう液体の流れにより回転する水車と、前記水車よりもディフューザ側で分岐吐出管の内部と水槽内を連通させる吸込口と、前記分岐吐出管内の前記吸込口と対応する位置に配置され、前記水車と連動して回転する羽根車とを備える。
【００１７】
水車は高比速度（低落差）があることが好ましい。分岐吐出管内をディフューザ側に向かう液体の流れにより水車が回転し、それと連動して羽根車が回転することにより吸込口が低圧となり、水槽の液面付近の液体及び浮遊物が吐出管内に吸い込まれる。水車により羽根車を回転させることで吸込口が低圧とするので、吸込口前後の圧力差が比較的小さい場合でも、吸込水槽の液面付近の液体を効率よく吸い込み、空気吸込渦の発生を防止するための流れを吸込水槽の液面付近に生み出すことができる。
【００１８】
前記分岐吐出管の前記先端は前記吸込水槽の底部を介して前記吸込水槽内の液体に対して開口していてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の渦流防止装置では、揚水用のポンプの吐出側の流路より分岐する分岐吐出管の先端から吸込水槽中に液体を吐出するので、分岐吐出管の先端の吸込槽内での位置を適切に設定することにより、吸込水槽の底部や側壁部付近の液体の流速が低速となる領域をなくし、渦流の発生を効果的に防止できる。特に、吸込水槽の先端にディフューザを設けることで分岐吐出管から吐出される液体の流れを吸込水槽内の広い範囲に行き渡らせ、より効果的に渦流の発生を防止できる。
【００２０】
また、吸込水槽の液面付近に位置するエジェクタを分岐吐出管に設けた場合、吸込水槽内からエジェクタに向かう液体の流れにより、空気吸込渦を効果的に防止できる。
【００２１】
また、本発明の渦流防止装置は、水槽を特殊な形状とする必要や、渦流発生防止装置のための専用の駆動源等を設ける必要がなく、比較的な簡易な構成である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１及び図２に示す本発明の第１実施形態の渦流防止装置１１は、揚水用のポンプとして立軸ポンプ１を備える吸込水槽２内の水７での渦流発生を防止するためものである。立軸ポンプ１及び吸込水槽２の構造は図９のものと同様であるので同一の符号には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
渦流防止装置１１は、立軸ポンプ１の吐出側流路である吐出管１０から基端が分岐し、先端が吸込水槽２の水中に配置された分岐吐出管２１を備える。
【００２５】
分岐吐出管２１は、一端が吐出管１０に接続されて鉛直方向に延びる直管２３を備える。直管２３の他端には、エジェクタ２５、直管２６、及びディフューザ２７がこの順に連結されている。エジェクタ２５、直管２６、及びディフューザ２７は鉛直方向に延びている。
【００２６】
図１及び図２を参照すると、エジェクタ２５は図において上端が直管２３に連結され、下端が直管２６に連結されている。また、エジェクタ２５は上端側（吐出管１０側）から下端側（ディフューザ２７側）に向けて縮径する絞り部３１を備える。さらに、エジェクタ２５は絞り部３１の下端側の端部に吸込口３２を備える。吸込口３２は径方向外向きに延びる上壁３３及び下壁３４と、上壁３３と下壁３４を連結する支持壁３５を備える。上壁３３と下壁３４の間の隙間が周方向に開口して分岐吐出管２１の内部と吸込水槽２内を連通させている。吸込口３２は吸込水槽２内の水７の水面と対応する位置に設けられている。具体的には、吸込口３２は前述の上壁３３と下壁３４の間の隙間の上端が水面より僅かに下側に位置するように設けることが好ましい。
【００２７】
直管２６は、図において上端がエジェクタ２５に連結され、下端がディフューザ２７に連結されている。直管２６の下端は吸込水槽２の底壁２ａ付近に配置されている。
【００２８】
ディフューザ２７は、上端が直管２６に連結され、下端が吸込水槽２の底壁２ａと間隔を開けて対向している。ディフューザ２７は上端側から下端側に向けて拡径している。ディフューザ２７の吐出端２７ａは吸込水槽２の底壁２ａ付近に位置している。吸込水槽２の底壁２ａにはコーン３７が配置されている。コーン３７及び底壁２ａとディフューザ２７の吐出端２７ａの内側は複数の支持板３８で連結されている。
【００２９】
次に、渦防止装置１１の動作を説明する。立軸ポンプ１を運転して羽根車６を回転させると、立軸ポンプ１のケーシング３から吐出管１０に吐出された水７の一部が直管２３から分岐吐出管２１に流入する。分岐吐出管２１に流入した水７はエジェクタ２５及び直管２６を経てディフューザ２７の吐出端２７ａから吐出される。ディフューザ２７から吐出される際に汚水１３の流れが拡散されるので、吐出された水７の流れは符号Ａ１で示すように、汚水槽１２内の全域に行き渡る。分岐吐出管２１のディフューザ２５の吸込槽２内での位置を適切に設定することにより、ディフューザ２５から吐出される流れＡ１によって吸込水槽２の底壁２ａや側壁２ｂ付近の流速が低速となる領域をなくすことができる。その結果、渦流の原因となる渦度及び旋回流れ成分を抑制し、効果的に渦流発生を防止することができる。特に、水中渦（図９の符号９参照）を効果的に抑制できる。また、分岐吐出管２１から吐出される水７の流れＡ１で渦流を防止するので、吸込水槽２を特殊な形状とする必要がない。さらに、揚水用の立軸ポンプ１が吐出する水７の一部が分岐吐出管２１に供給されるので、渦流防止装置１１のための専用の駆動源等を設ける必要もない。このように本実施形態の渦流防止装置１１は比較的簡易な構成で効果的に渦流の発生を防止することができる。
【００３０】
立軸ポンプ１から吐出された分岐吐出管２１に流入した水７は、エジェクタ２５の絞り部３１を通過する際に、減圧される。そのため、エジェクタ２５の吸込口３２は低圧となり、吸込水槽２の水面付近の水７が吸込口３２からエジェクタ２５の内部に吸い込まれる。従って、吸込水槽２内の適切な位置にエジェクタ２５を設けることにより、図３に示すように吸込水槽２内からエジェクタ２５の吸込口３２に向かう液体の流れＡ２が、空気吸込渦８の原因となる液面付近の渦度及び旋回流れ成分を打ち消す。従って、エジェクタ２５を設けることで主として空気吸込渦８を効果的に防止することができる。
【００３１】
（第２実施形態）
図４から図６に示す本発明の第２実施形態の渦流防止装置１１は、エジェクタ２５の構造が第１実施形態と異なる。
【００３２】
エジェクタ２５は、吐出管２１内に配置された高比速度（低落差）の水車４５を備える。エジェクタ２５の内部の上端付近と下端付近には軸受４６Ａ，４６Ｂが配置されている。この軸受４６Ａ，４６Ｂにより鉛直方向に延びる回転軸４７が回転自在に支持されている。水車４５はこの回転軸４７の上端側に固定されている。また、エジェクタ２５は水車４５よりも下端側（ディフューザ２７側）に吸込口４９を備える。吸込口４９は径方向外向きに延びる上壁５０及び下壁５１と、上壁５０と下壁５１を連結する支持壁５２を備える。上壁５０と下壁５１の間の隙間が周方向に開口して分岐吐出管２１の内部と吸込水槽２内を連通させている。吸込口４９は水面と対応する位置に設けられている。さらに、エジェクタ２５内の吸込口４９と対応する位置には、羽根車５３が配置されている。羽根車５３はロッド５４によって回転軸４７に固定された羽根５５を備えている。羽根車５３が配置されている部分のエジェクタ２５は拡径しており、羽根車５３の下端側からエジェクタ２５の下端に向けて縮径している。
【００３３】
分岐吐出管２１内をディフューザ２７側に向かう水７の流れにより水車４５が回転し、それと連動して羽根車５３が回転することにより吸込口４９が低圧となり、吸込水槽２の水面付近の水が吐出管内に吸い込まれる。水車４５により羽根車５３を回転させることで吸込口４９を低圧とするので、吸込口４９よりも吐出管１０側（上流側）とディフューザ２７側（下流側）の圧力差が比較的小さい場合でも、吸込水槽２の水面付近の水７が吸込口４９から確実にディフューザ２７に吸い込まれる。
【００３４】
第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
（第３実施形態）
図７に示す本発明の第３実施形態の渦流防止装置１１は、立軸ポンプ１のインペラ６よりも下流側のケーシング３から基端が分岐し、先端が吸込水槽２の水中に配置された分岐吐出管１２１を備える。分岐吐出管１２１はケーシング３から吸込水槽２の側壁２ｂに向けて水平方向に延びた後に鉛直方向下向きに湾曲するエルボ１２２を備える。また、分岐吐出管１２１は基端がエルボ１２２に接続され、先端が吸込水槽２の底壁２ａと間隔をあけて対向する直管１２３を備えている。直管１２３は吸込水槽２ａの水面を通って下向きに延びている。直管１２３の先端にはディフューザ１２３ａが設けられている。
【００３６】
立軸ポンプ１から吐出される水７の一部はエルボ１２２から分岐吐出管１２３に流入する。分岐吐出管１２３に流入した水７は直管１２３の先端のディフューザ１２３から吸込水槽２の底壁２ａ付近に吐出される。吐出された水７の流れＢは底壁２ａに沿って側壁２ｂに向かって水平方向に流れ、側壁２ｂに沿って水面に向かって上昇する。従って、ディフューザ１２３の吸込水槽２内での位置を適切に設定することにより、吸込水槽２の底壁２ａや側壁２ｂ付近の水７の流速が低速となる領域をなくし、それによって渦流、特に水中渦を効果的に防止することができる。
【００３７】
（第４実施形態）
図８に示す本発明の第４実施形態の渦流防止装置１１は、立軸ポンプ１のインペラ６よりも下流側のケーシング３から基端が分岐し、吸込水槽２の外側を通って先端が吸込水槽２の底壁２ａに開口した分岐吐出管２２１を備える。分岐吐出管２２１は基端が立軸ポンプ１のケーシング３に連結され、他端が吸込水槽２の側壁２ｂの上方まで水平方向に延びる直管２２３を備える。直管２２３には、吸込水槽２の外側まで水平方向に延びた後に鉛直方向下向きに湾曲するエルボ２２４が連結されている。エルボ２２４には、鉛直方向に延びる直管２２５が連結されている。直管２２５には、吸込水槽２の底壁２ａよりも下側まで鉛直方向下向きに延びた後に吸込水槽２に向かって水平方向に延びるエルボ２２６が連結されている。さらに、エルボ２２６には、水平方向に延びる直管２２７を介してエルボ２２８が連結されている。エルボ２２８は、基端が直管２２７に接続され、水平方向に延びた後鉛直方向上向きに延び、先端が吸込水槽２の底壁２ａに連結されている。底壁２ａには厚み方向に貫通する貫通孔２ｃが形成されており、この貫通孔２ｃとエルボ２２８内の流路が連通している。
【００３８】
立軸ポンプ１から吐出される水７の一部は直管２２３から分岐吐出管２２１に流入する。分岐吐出管２２１に流入した水７は、直管２２３、エルボ２２４、直管２２５、エルボ２２６、直管２２７、及びエルボ２２８を介して吸込水槽２の底壁２ａの貫通孔２ｃから吸込水槽２の内部に吐出される。吐出された水７の流れＣは底壁２ａに沿って側壁２ｂに向かって水平方向に流れ、側壁２ｂに沿って水面に向かって上昇する。従って、貫通孔２ｃの位置を適切に設定することにより、吸込水槽２の底壁２ａや側壁２ｂ付近の水７の流速が低速となる領域をなくし、それによって渦流、特に水中渦を効果的に防止することができる。
【００３９】
なお、揚水用のポンプが立軸ポンプである場合を例に本発明を説明したが、本発明は揚水用のポンプが他の形式である場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る渦流発生防止装置の模式的な縦断面図。
【図２】図１のII−II線での断面図。
【図３】図１の矢印IIIでの矢視図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る渦流発生防止装置の模式的な断面図。
【図５】図４のX−X線での断面図。
【図６】図４のXI−XI線での断面図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る渦流発生防止装置の模式的な断面図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る渦流発生防止装置の模式的な断面図。
【図９】吸込水槽中の渦の発生状態を説明するための模式的な断面図。
【図１０】図９の矢印Xでの矢視図。
【符号の説明】
【００４１】
１  立軸ポンプ
２  吸込水槽
２ａ  底壁
２ｂ  側壁
２ｃ  貫通孔
７  水
１１  渦流防止装置
２１，１２１，２２１  分岐吐出管
２３，２６  直管
２５  エジェクタ
２７，１２３ａ  ディフューザ
３１  絞り部
３２  吸込口
３３  上壁
３４  下壁
３５  支持壁
３７  コーン
３８  支持板
４５  水車
４６Ａ，４６Ｂ  軸受
４７  回転軸
４９  吸込口
５０  上壁
５１  下壁
５２  支持壁
５３  羽根車
５４  ロッド
５５  羽根
【図１】
2006194100.tif 000003
【図２】
2006194100.tif 000004
【図３】
2006194100.tif 000005
【図４】
2006194100.tif 000006
【図５】
2006194100.tif 000007
【図６】
2006194100.tif 000008
【図７】
2006194100.tif 000009
【図８】
2006194100.tif 000010
【図９】
2006194100.tif 000011
【図１０】
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