(57)【要約】【課題】  ハンチング運転も空気量の多い過酷な気水混合排水運転もない先行待機運転を行うことができる立軸ポンプを提供する。【解決手段】  立軸ポンプ１１は、一端が羽根車１４下方のケーシング１内に連通する一方、他端が大気に開放され、ケーシング１内の羽根車１４下方の領域に空気を供給する吸気管５１、吸気管５１の一端がケーシング１内と連通する位置より下方の排水停止水位ＷＬ２と対応する位置に設けられ、排水停止水位ＷＬ２に水位が低下すると水面付近からケーシング１内の羽根車１４下方の領域に空気を吸い込んで空気だまりを形成させる空気吸込部としての下端開口１２ｅ、吸気管５１に設けられ、下端開口１２ｅからケーシング１内に空気が吸い込まれるまではケーシング１の羽根車１４下方の領域に空気だまりが形成されないように吸気管５１を介してケーシング１内へ流入する空気量を制限する絞り機構５１を備える。【選択図】図５
2006077782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水槽内の水位がケーシング内の羽根車より上方の排水水位より低い状態でも運転を行う先行待機型立軸ポンプにおいて、
一端が前記羽根車下方のケーシング内に連通する一方、他端が大気に開放され、前記ケーシング内の羽根車下方の領域に空気を供給する空気流路と、
前記空気流路の一端がケーシング内と連通する位置より下方の排水停止水位と対応する位置に設けられ、前記排水停止水位に水位が低下すると水面付近から前記ケーシング内の羽根車下方の領域に空気を吸い込んで空気だまりを形成させる空気吸込部と、
前記空気流路に設けられ、前記空気吸込部からケーシング内に空気が吸い込まれるまではケーシングの羽根車より下方の領域に空気だまりが形成されないように前記空気流路を介してケーシング内へ流入する空気量を制限する絞り機構と
を備えることを特徴とする先行待機型立軸ポンプ。
【請求項２】
前記空気吸込部は、前記ケーシングの下端開口であることを特徴とする、請求項１に記載の先行待機型立軸ポンプ。
【請求項３】
前記空気吸込部は、前記排水停止水位と対応する位置のケーシングに設けた空気吸込孔と、前記空気吸込孔を取り囲むようにケーシングの外側に設けた空気吸込ベルとを備えることを特徴とする、請求項３に記載の先行待機型立軸ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸水槽内の水位がケーシング内の羽根車より上方の排水水位より低い状態でも運転を行う、先行待機型立軸ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、市街地化や道路の舗装化により雨水の地下浸透率が低下している。また、ヒートアイランド現象等による局地的集中豪雨の発生が増加している。これらの原因により、下水道の排水ポンプ場へ短時間に多量の雨水が流入する傾向がある。この短時間かつ多量の雨水流入に対処するために、降雨情報等に基づいて予めポンプを始動しておいて雨水が排水ポンプ場に流入するのと同時に排水を開始し、かつ吸水槽内の水位が変動しても運転状態を維持することができる先行待機型のポンプに対する要求が高まっている。
【０００３】
立軸ポンプで先行待機運転を実現する上で、いわゆるハンチング運転が最も問題となる。このハンチング運転について図１１を参照して説明する。図１１において、１は立軸ポンプのケーシング、２は回転軸、３は羽根車、４は吐出管である。状態１１−１に示すように吸水槽内の水位が羽根車３より上方の排水水位にあるときは通常排水運転であり、立軸ポンプによって吸い上げられた吸水槽内の水が吐出管４から排水される。状態１１−２に示すように水位がケーシング１の下端（吸込ベルの下端）付近の排水停止水位まで低下すると、ケーシング１の下端から多量の空気が瞬間的にケーシング１内に入る。その結果、状態１１−３に示すように、ケーシング１内の羽根車３より下方の領域に空気だまり５が形成され、上方の領域には水柱６が形成される。この状態１１−３はエアロック運転と呼ばれている。しかし、空気だまり５の空気が水柱６内に上昇するのでエアロック運転は直ちに解消され、状態１１−４に示すように通常排水運転状態に移行する。状態１１−４の通常排水運転で吐出管４に水が吐出されると、状態１１−３のエアロック運転に直ちに戻る。結局、状態１１−３のエアロック運転と状態１１−４の通常排水運転が極めて短時間に繰り返されることになり、これがハンチング運転である。このハンチング運転は、大きな振動を発生し立軸ポンプの運転の安定性及び耐久性に対して悪影響を及ぼす。
【０００４】
従来の先行待機型立軸ポンプでは、ハンチング運転をなくすために種々の試みがなされている。例えば、図１２に示すように、特許文献１に記載の先行待機型立軸ポンプは、一端が羽根車３よりも下方でケーシング１内に開口し、他端が大気に開放した吸気管７と、この吸気管７の連通及び遮断を制御する気水切換弁８と、水位計９の検出水位に基づいて気水切換弁８を開閉するコントローラ（図示せず）とを備えている。
【０００５】
運転状態の推移を説明すると、状態１２−１に示す排水水位では気水切換弁８は閉弁し、通常排水運転である。状態１２−２に示すように水位が予め定められた排水遮断水位に低下すると、気水切換弁８が開弁し、吸気管７から多量の空気が一度にケーシング１内に流入する。その結果、状態１２−３に示すように、エアロック運転に移行する。空気だまり５には吸気管７を介して少量の空気が供給されるので、エアロック運転が維持され、ハンチング運転とならない。状態１２−４に示すように、水位が予め定められた再排水開始水位まで回復すると気水切換弁８は閉弁し、通常排水運転となる。
【０００６】
また、図１３に示すように、特許文献２に記載の先行待機型立軸ポンプは、一端が羽根車３よりも下方でケーシング１内に開口し、他端が大気に開放した吸気管７を備えている。この吸気管７は図１２のものより空気流量が小さく設定されている。
【０００７】
運転状態の推移を説明すると、状態１３−１に示す通常排水運転から水位が低下し、羽根車３の下部に達すると吸気管７からケーシング１内に空気が流入する。その結果、状態１３−２に示すように、空気が混合した水を排水する運転（気水混合排水運転）となる。水位が低下するのに伴って、吸気管７からの空気流入量が増加し、それに伴って排水される水の流量は減少する。状態１３−３に示すように排水停止水位まで水位が低下すると、エアロック運転となる。吸気管７を介して供給される少量の空気によってエアロック運転が維持され、ハンチング運転とならない。状態１３−４に示すように、水位が再排水開始水位まで回復すると、再び気水混合排水運転となる。水位の上昇に伴って吸気管７からの空気の流入量は減少し、状態１３−５に示すように、通常排水運転となる。
【０００８】
【特許文献１】特許第２５１６４２６号公報（第１図）
【特許文献２】特許第３１９１１０２号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、図１２に示す特許文献１の立軸ポンプの場合、先行待機運転を実現するために、電気的に開閉制御が可能な気水切換弁８、水位計９、及びコントローラが必要であるので、構成が複雑である。また、停電等により気水切換弁８の開閉制御が不能となるおそれがあり、信頼性が十分でない。
【００１０】
また、図１３に示す特許文献２の立軸ポンプの場合、ハンチング運転状態はないが、気水混合排水運転では水位が低い程水に混入する空気量が増加する。空気量が多いほどケーシングに発生する振動が大きくなり、運転の安定性や耐久性に対して好ましくない影響を及ぼす。換言すれば、特許文献２の立軸ポンプでは、過酷な条件での気水混合排水運転が行われる。
【００１１】
そこで、本発明は、簡易な構成であるが、ハンチング運転も空気量の多い過酷な気水混合排水運転もない先行待機運転を行うことができ、かつ信頼性の高い先行待機型立軸ポンプを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、吸水槽内の水位がケーシング内の羽根車より上方の排水水位より低い状態でも運転を行う先行待機型立軸ポンプにおいて、一端が前記羽根車下方のケーシング内に連通する一方、他端が大気に開放され、前記ケーシング内の羽根車下方の領域に空気を供給する空気流路と、前記空気流路の一端がケーシング内と連通する位置より下方の排水停止水位と対応する位置に設けられ、前記排水停止水位に水位が低下すると水面付近から前記ケーシング内の羽根車下方の領域に空気を吸い込んで空気だまりを形成させる空気吸込部と、前記空気流路に設けられ、前記空気吸込部からケーシング内に空気が吸い込まれるまではケーシングの羽根車より下方の領域に空気だまりが形成されないように前記空気流路を介してケーシング内へ流入する空気量を制限する絞り機構とを備えることを特徴とする先行待機型立軸ポンプを提供する。
【００１３】
本発明の先行待機型立軸ポンプは、一端が羽根車下方のケーシング内に連通して他端が大気に開放された空気流路に、空気吸込部からケーシング内に空気が吸い込まれるまでは空気だまりが形成されないようにケーシング内へ流入する空気量を制限する絞り機構を設けている。従って、排水水位から排水停止水位に水位が低下するまでの間に空気流路から流入する空気量が少なく、軽度の気水混合排水運転となる。一方、水位が排水停止水位まで低下すると空気吸込部から空気が多量かつ瞬間的にケーシング内に吸い込まれて空気だまりが形成され、この空気だまりには空気流路を介して空気が流入するので、エアロック運転が維持される。従って、本発明の先行待機型立軸ポンプでは、ハンチング運転も空気の混入量が多い過酷な気水混合排水運転もない先行待機運転を実現することができる。また、水位計、電気的に開閉される気水切換弁、気水切換弁を開閉制御するためのコントローラ等を設ける必要がないので、構成が簡易であり、かつ停電等に起因する運転不良のおそれがなく高い信頼性を有する。
【００１４】
前記空気吸込部は、水位が排水停止水位に低下したときに水面付近から空気を多量かつ瞬間的に吸い込むことができるものであればよい。例えば、前記空気吸込部は、前記ケーシングの下端開口である。
【００１５】
あるいは、前記空気吸込部は、前記排水停止水位と対応する位置のケーシングに設けた空気吸込孔と、前記空気吸込孔を取り囲むようにケーシングの外側に設けた空気吸込ベルとを備える。
【発明の効果】
【００１６】
また、本発明の先行待機型立軸ポンプでは、一端が羽根車下方のケーシング内に連通して他端が大気に開放された空気流路に、空気吸込部からケーシング内に空気が吸い込まれるまでは空気だまりが形成されないようにケーシング内へ流入する空気量を制限する絞り機構を設けたので、ハンチング運転も空気の混入量が多い過酷な気水混合排水運転もない先行待機運転を実現することができる。また、水位計、気水切換弁等を設ける必要がないので、構成が簡易であると共に高い信頼性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、図面に示す本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
（第１参考例）
図１及び図２は、本発明の第１参考例を示している。
【００１９】
本参考例の先行待機型立軸ポンプ（以下、単に立軸ポンプという）１１は、図示しない流入側管路から排水ポンプ場の吸水槽１０内に流入する雨水等の水を下流側に排水するためのものであり、鉛直方向に延びるケーシング１２を備えている。ケーシング１２は、直管状の揚水管１２ａ、揚水管１２ａの下端に連結されたポンプケーシング１２ｂ、ポンプケーシング１２ｂの下端に連結された吸込ベル１２ｃ、及び揚水管１２ａ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１２ｄを備えている。吐出エルボ１２ｄには吐出管１３が連結されている。前記ポンプケーシング１２内に羽根車１４が配設されている。この羽根車１４が下端に固定されている回転軸１５は鉛直方向に延びてケーシング１２の外部に突出している。ケーシング１２の上端側は概略的に示すモータ、減速機構等からなる回転駆動機構１６に連結されている。図において、１７は回転軸１６を支持する軸受である。
【００２０】
また、立軸ポンプ１１は第１の管路（第１の流路）２１と第２の管路（第２の流路）２２を備えている。第１の管路２１は、その一端２１ａが羽根車１４の下方でケーシング１２内（本参考例では吸込ベル１２ｃの上端付近）に連通し、他端２１ｂが吐出エルボ１２ｄの上部に連通している。一方、第２の管路２２は、鉛直方向に延びている。第２の管路２２の一端２２ａは第１の管路２１に接続され、他端２２ａは吸水槽１０内で大気に開放されている。第１の管路２１の一端２１ａの高さ位置は後述する再排水開始水位ＷＬ３に対応している。第１の管路２１の他端２１ｂは、後述するエアロック運転の開始時（図２の状態２−２参照）に水没しない位置に設ける必要があり、少なくとも吸水槽１０内の最高水位よりも上方に位置する。また、第２の管路２２の他端２２ｂも常に大気に開放している必要があり、吸水槽１０内の最高水位よりも上方に位置している。
【００２１】
本参考例では、第１の管路２１は一端２１ａ及び他端２１ｂを除いて、ケーシング１２とは分離されている。また、第２の管路２２もケーシング１２とは分離されている。しかし、第１及び第２の管路２１，２２はその一部又は全部がケーシング１２の外周部に密着して配置され、又は一体に形成されていてもよい。また、第１及び第２の管路２１，２２は、その一部又は全部がケーシング１２に穿設した流路によって構成されていてもよい。
【００２２】
吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅは本発明における空気吸込部を構成する。後述するように、この吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅから空気を多量かつ瞬間的に吸い込むことにより、エアロック運転に移行する。
【００２３】
次に、立軸ポンプ１１の運転状態の推移について説明する。まず、立軸ポンプ１１による揚水が開始されるまでを説明する。降雨情報等に基づいて、例えば吸込ベル１２の下端開口１２ｅよりも低い待機水位ＷＬ１（吸水槽１０内に水がない状態でもよい。）で立軸ポンプ１１が始動されると、ケーシング１２内には水が存在しないので羽根車１４は空気中で回転する（空転運転）。吸水槽１０内の水位が上昇して羽根車１４の下端まで達すると吸水槽１０内の水は羽根車１４の回転により吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅから吸い上げられ、吸込ベル１２ｃ、ポンプケーシング１２ｂ、揚水管１２ａ、及び吐出エルボ１２ｄを介して吐出管１３へ排水される。
【００２４】
次に、図２を参照して、揚水開始後に吸水槽１０内の水位がいったん低下してその後上昇した場合について説明する。状態２−１に示すように吸水槽１０内の水位がケーシング１２内の羽根車１４より上方の排水水位ＷＬ４にあるときには、前述のように羽根車１４の回転によりケーシング１２内に吸い上げられた水は吐出管１３内に吐出される（通常運転）。この通常運転時には、吐出管１３側へ排水される水のうちの極く少量の水が第１の管路２１の他端２１ｂに流入する。第１の管路２１に流入した水は、第１の管路２１の一端２１ａからケーシング１２内に流入すると共に、第２の管路２２の一端２２ａに流入してその他端２２ｂから吸込槽１０内に落下する。従って、通常運転時には、第１の管路２１や第２の管路２２を介してケーシング１２内に空気は流入せず、吐出管１３側に排水される水に空気は混入しない。
【００２５】
排水水位ＷＬ４から水位が低下しても、状態２−２に示すように吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅに対応する排水停止水位ＷＬ２に達するまでは、通常運転が維持される。従って、排水水位ＷＬ４から排水停止水位ＷＬ２に水位が低下するまでは、第１の流路２１の他端２１ｂから、第１の流路２１の一端２１ａ及び第２の流路２２の他端２２ｂへ水が流出し、ケーシング１２内に空気は流入しない。
【００２６】
状態２−２に示すように、吸水槽１０内の水位が排水停止水位ＷＬ２まで低下すると、水面付近から吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅを介してケーシング１２内の羽根車１４よりも下方の領域に空気が多量かつ瞬間的に吸い込まれる。その結果、状態２−３に示すように、ケーシング１２内の羽根車１４よりも下方の領域に空気だまり２５が形成され、羽根車１４の上方には水柱２６が形成される（エアロック運転）。エアロック運転時には、吐出管１３側へ水が排水されないので、第１及び第２の管路２１，２２にも水は流入しない。そのため、第２の管路２２の他端２２ｂから吸い込まれた少量の空気が第１の管路２１に流入し、第１の管路２１の一端２１ａを介して空気だまり２５に流入する。この空気だまり２５への空気供給により、エアロック運転が維持される。
【００２７】
吸水槽１０内の水位が排水停止水位ＷＬ２から上昇し、状態２−４に示すように第１の管路２１の一端２１ａがケーシング１２に連通する位置（再排水開始水位）まで上昇すると、一端２１ａが水で閉じられるので第１の管路２１を介した空気の流入が停止し、かつ羽根車１４による揚水が再開して通常排水運転となる。前述のように通常排水運転時には、第１の管路２１の他端２１ｂから第１の管路２１の一端２１ａ及び第２の管路２２の他端２２ｂに水が流れるので、ケーシング１２内に空気は流入しない。
【００２８】
以上のように、第１参考例の立軸ポンプ１１では、排水水位ＷＬ４から排水停止水位ＷＬ２に水位が低下するまでは、第１の管路２１の他端２１ｂから第１の管路２１の一端２１ａ及び第２の管路２２の他端２２ｂに向けて水が流出するので、ケーシング１２内に空気が流入しない。また、排水停止水位ＷＬ２から再排水開始水位ＷＬ３まで水位が上昇すると、第１の管路２１の他端２１ｂから第１の管路２１の一端２１ａ及び第２の管路２２の他端２２ｂに向けて水が流出するので、ケーシング１２内に空気が流入しない。一方、水位が排水停止水位ＷＬ２まで低下すると吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅから空気が多量かつ瞬間的にケーシング１２内に吸い込まれ空気だまり２５が形成され、この空気だまり２５に第２の流路２２の他端２２ｂから第１の流路２１の一端２１ａを介して空気が流入するので、エアロック運転が維持される。従って、運転状態は、通常排水運転とエアロック運転の２種類となり、ハンチング運転も気水混合排水運転もない先行待機運転を実現することができる。また、水位計、電気的に開閉される気水切換弁、気水切換弁を開閉制御するためのコントローラ等を設ける必要がないので、構成が簡易であり、かつ停電等に起因する運転不良のおそれがなく高い信頼性を有する。
【００２９】
（第２参考例）
図３及び図４は、本発明の第２参考例を示している。
【００３０】
第２参考例の立軸ポンプ１１では、排水停止水位ＷＬ２と対応する位置のケーシング１２（本参考例では吸込ベル１２ｃ）に、ケーシング１２の内部と外部を連通させる複数の空気吸込孔３１が設けられている。また、空気吸込孔３１を取り囲むように、空気吸込ベル３２が設けられている。詳細には、空気吸込ベル３２はケーシング１２の空気吸込孔３１が設けられた部分を間隔をあけて取り囲む筒状部３２ａと、空気吸込孔３２より僅かに上方でケーシング１２から突出し、その外周縁が筒状部３２ａの上端と一体に接続されている環状部３２ｂとを備えている。筒状部３２ａの下端開口３２ｃの高さ位置が排水停止水位ＷＬ２と一致している。
【００３１】
吸込ベル１２の下端開口１２ｅよりも低い待機水位ＷＬ１で立軸ポンプ１１が始動されると、ケーシング１２内には水が存在しないので羽根車１４は空気中で回転し（空転運転）、吸水槽１０内の水位が上昇して羽根車１４の下端まで達すると羽根車１４の回転によって吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅから吸い上げられた水が吐出管１３へ排水される。
【００３２】
図４を参照すると、状態４−１の通常運転時には、第１の管路２１の他端２１ｂから第１の管路２１の一端２１ａ及び第２の管路２２の他端２２ｂに向けて水が流出するので、ケーシング１２内に空気が流入しない。排水水位ＷＬ４から水位が低下しても、状態４−２に示すように空気吸込ベル３２の下端開口３２ｃに対応する排水停止水位ＷＬ２に達するまでは、通常運転が維持され、ケーシング１２内に空気は流入しない。
【００３３】
状態４−２に示すように、吸水槽１０内の水位が排水停止水位ＷＬ２まで低下すると、水面付近から空気吸込ベル３２の下端開口３２ｃ及び空気吸込孔３１を介してケーシング１２内の羽根車よりも下方の領域に空気が多量かつ瞬間的に吸い込まれる。その結果、状態４−３に示すように、空気だまり２５と水柱２６が形成されてエアロック運転となる。エアロック運転時には、吐出管１３側へ水が排水されないので、第１及び第２の管路２１，２２に水は流入せず、第２の管路２２の他端２２ｂから第１の管路２１の一端２１ａを介して空気だまり２５に空気が流入する。この空気だまり２５への空気供給によりエアロック運転が維持される。
【００３４】
吸水槽１０内の水位が排水停止水位ＷＬ２から上昇し、状態４−４に示すように再排水開始水位まで達すると、一端２１ａが水で閉じられるので第１の管路２１を介した空気の流入が停止し、かつ羽根車１４による揚水が再開して通常排水運転となる。前述のように通常排水運転時には、ケーシング１２内に空気は流入しない。
【００３５】
以上のように、第２参考例の立軸ポンプ１１の運転状態は、通常排水運転とエアロック運転の２種類となり、ハンチング運転も気水混合排水運転もない先行待機運転を実現することができる。また、水位計等を設ける必要がなく構成が簡易であり、停電等に起因する運転不良のおそれがなく高い信頼性を有する。
【００３６】
第２参考例のその他の構成及び作用は第１参考例と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
（第１実施形態）
図５及び図６は、本発明の第１実施形態を示している。
【００３８】
本実施形態の先行待機型立軸ポンプ（以下、単に立軸ポンプという）１１は、図示しない流入側管路から排水ポンプ場の吸水槽１０内に流入する雨水等の水を下流側に排水するためのものであり、鉛直方向に延びるケーシング１２を備えている。ケーシング１２は、直管状の揚水管１２ａ、揚水管１２ａの下端に連結されたポンプケーシング１２ｂ、ポンプケーシング１２ｂの下端に連結された吸込ベル１２ｃ、及び揚水管１２ａ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１２ｄを備えている。吐出エルボ１２ｄには吐出管１３が連結されている。前記ポンプケーシング１２内に羽根車１４が配設されている。この羽根車１４が下端に固定されている回転軸１５は鉛直方向に延びてケーシング１２の外部に突出している。ケーシング１２の上端側は概略的に示すモータ、減速機構等からなる回転駆動機構１６に連結されている。図において、１７は回転軸１６を支持する軸受である。
【００３９】
また、ポンプ１１は吸気管（空気流路）５１を備えている。この吸気管５１は、その一端５１ａが羽根車１４の下方でケーシング１２内（本実施形態では吸込ベル１２ｃの上端付近）に連通し、他端５１ｂが吸水槽１０内で大気に開放されている。吸気管５１の一端５１ａの高さ位置は後述する再排水開始水位ＷＬ３に対応している。吸気管５１の他端５１ｂは常に大気に開放されている必要があり、吸水槽１０内の最高水位よりも上方に位置している。
【００４０】
本実施形態では、吸気管５１は一端５１ａを除いて、ケーシング１２とは分離されている。しかし、吸気管５１はその一部又は全部がケーシング１２の外周部に密着して配置され、又は一体に形成されていてもよい。また、吸気管５１は、その一部又は全部がケーシング１２に穿設した流路によって構成されていてもよい。
【００４１】
吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅは本発明における空気吸込部を構成する。後述するように、この吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅから空気を多量かつ瞬間的に吸い込むことにより、エアロック運転に移行する。
【００４２】
吸気管５１には、絞り機構５２が設けられている。この絞り機構５２は、吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅからケーシング１２内に空気が吸い込まれるまではケーシング１２の羽根車１４より下方の領域に空気だまりが形成されないように、吸気管５１を介してケーシング１２内に流入する空気量を制限する。絞り機構５２は、例えば吸気管５１に設けたオリフィスからなる。また、絞り機構５２は吸気管５１の管径を部分的に縮小したものであってもよい。さらに、絞り機構５２は吸気管５１全体で管径を小径に設定することで流入空気量を制限するものでもよい。
【００４３】
次に、立軸ポンプ１１の運転状態の推移について説明する。まず、立軸ポンプ１１による揚水が開始されるまでを説明する。降雨情報等に基づいて、例えば吸込ベル１２の下端開口１２ｅよりも低い待機水位ＷＬ１（吸水槽１０内に水がない状態でもよい。）で立軸ポンプ１１が始動されると、ケーシング１２内には水が存在しないので羽根車１４は空気中で回転する（空転運転）。吸水槽１０内の水位が上昇して羽根車１４の下端まで達すると吸水槽１０内の水は羽根車１４の回転により吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅから吸い上げられ、吸込ベル１２ｃ、ポンプケーシング１２ｂ、揚水管１２ａ、及び吐出エルボ１２ｄを介して吐出管１３へ排水される。
【００４４】
次に、図６を参照して、揚水開始後に吸水槽１０内の水位がいったん低下してその後上昇した場合について説明する。状態６−１に示すように吸水槽１０内の水位がケーシング１２内の羽根車１４より上方の排水水位ＷＬ４にあるときには、前述のように羽根車１４の回転によりケーシング１２内に吸い上げられた水は吐出管１３内に吐出される（通常運転）。この通常運転時には、ケーシング１２内を揚水される水の動圧、水頭圧、大気圧等の釣り合いにより、吸気管５１からケーシング１２内に空気は流入しない。
【００４５】
状態６−２に示すように、吸水槽１０内の水位が羽根車１４の下端付近まで低下すると、吸気管５１の他端５１ｂから一端５１ａを介してケーシング１２内の羽根車１４より下方の領域に空気が流入し始める。水位が低下するのに伴って、吸気管５１からの空気流入量が増加し、排水される水の流量は減少する。状態６−３に示すように、吸水槽１０内の水位が排水停止水位ＷＬ２まで低下すると、水面付近から吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅを介してケーシング１２内の羽根車１４よりも下方の領域に空気が多量かつ瞬間的に吸い込まれる。その結果、状態６−４に示すように、ケーシング１２内の羽根車１４よりも下方の領域に空気だまり２５が形成され、羽根車１４の上方には水柱２６が形成される（エアロック運転）。エアロック運転時には、吸気管５１の他端５１ｂから一端５１ａを介して少量の空気が空気だまり２５に流入する。この空気だまり２５への空気供給により、エアロック運転が維持される。
【００４６】
吸水槽１０内の水位が排水停止水位ＷＬ２から上昇し、状態６−４に示すように吸気管５１の一端５１ａがケーシング１２に連通する位置（再排水開始水位ＷＬ３）まで上昇すると、羽根車１４による揚水が再開する。状態６−６に示すように水位が十分に上昇して通常排水運転となるまでは、状態６−５に示すように吸気管５１の他端５１ｂから一端５１ａを介してケーシング１２内の羽根車１４の下方の領域に空気が流入し、気水混合排水運転となる。水位の上昇に伴って、吸気管５１からの空気流入量が減少し、排水される水の流量が増大する。
【００４７】
本実施形態の立軸ポンプ１１では、通常排水運転（状態６−１）からエアロック運転（状態６−３）に至るまでに気水混合排水運転（状態６−２）となる。また、エアロック運転（状態６−３）から通常排水運転（状態６−６）に戻るまでは気水混合排水運転（状態６−５）となる。しかし、図１３に示す従来の立軸ポンプが吸気管７から流入する空気によってエアロック運転に移行する（図１３の状態１３−２，１３−３参照）のとは異なり、本実施形態の立軸ポンプ１１では吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅからの空気の吸込によってエアロック運転へ移行する（図６の状態６−３，６−４参照）。従って、図１３の従来の立軸ポンプにおける気水混合排水運転（図１３の状態１３−２，１３−４）と比較すると、本実施形態の立軸ポンプ１１における気水混合排水運転（図６の状態１３−２，６−６）において水に混入する空気量は少量で足りる。換言すれば、本実施形態の立軸ポンプ１１では、軽微の気水混合排水運転が行われるに過ぎず、気水混合排水運転時にケーシング１２に発生する振動は大幅に低減される。
【００４８】
以上のように、第１実施形態の立軸ポンプ１１では、排水水位ＷＬ４から排水停止水位ＷＬ２に水位が低下するまで及び排水停止水位ＷＬ２から排水水位ＷＬ４に水位が上昇するまでには、軽微の気水混合排水運転となる。一方、水位が排水停止水位ＷＬ２まで低下すると吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅから空気が多量かつ瞬間的にケーシング１２内に吸い込まれ空気だまり２５が形成され、この空気だまり２５には吸気管５１の一端５１ａから空気が流入するので、エアロック運転が維持される。従って、運転状態は、通常排水運転、軽微の気水混合排水運転、及びエアロック運転の３種類となり、ハンチング運転も過酷な条件での気水混合排水運転もない先行待機運転を実現することができる。また、水位計、電気的に開閉される気水切換弁、気水切換弁を開閉制御するためのコントローラ等を設ける必要がないので、構成が簡易であり、かつ停電等に起因する運転不良のおそれがなく高い信頼性を有する。
【００４９】
（第２実施形態）
図７及び図８は、本発明の第２実施形態を示している。
【００５０】
第２実施形態の立軸ポンプ１１では、排水停止水位ＷＬ２と対応する位置のケーシング１２（本実施形態では吸込ベル１２ｃ）に、ケーシング１２の内部と外部を連通させる複数の空気吸込孔６１が設けられている。空気吸込孔６１を取り囲むように、空気吸込ベル６２が設けられている。詳細には、空気吸込ベル６２はケーシング１２の空気吸込孔６１が設けられた部分を間隔をあけて取り囲む筒状部６２ａと、空気吸込孔６２より僅かに上方でケーシング１２から突出し、その外周縁が筒状部６２ａの上端と一体に接続されている環状部６２ｂとを備えている。筒状部６２ａの下端開口３２ｃの高さ位置が排水停止水位ＷＬ２と一致している。
【００５１】
吸込ベル１２の下端開口１２ｅよりも低い待機水位ＷＬ１で立軸ポンプ１１が始動されると、ケーシング１２内には水が存在しないので羽根車１４は空気中で回転し（空転運転）、吸水槽１０内の水位が上昇して羽根車１４の下端まで達すると羽根車１４の回転により吸込ベル１２ｃの下端開口１２ｅから吸い上げられた水が吐出管１３へ排水される。
【００５２】
図８を参照すると、状態８−１の通常運転時には、吸気管５１からケーシング１２内に空気は流入しない。状態８−３に示すように空気吸込ベル６２の下端開口３２ｃに対応する排水停止水位ＷＬ２に達するまでは、軽微の気水混合運転となる（状態８−２）。
【００５３】
状態８−３に示すように、吸水槽１０内の水位が排水停止水位ＷＬ２まで低下すると、水面付近から空気吸込ベル６２の下端開口３２ｃを介してケーシング１２内の羽根車よりも下方の領域に空気が多量かつ瞬間的に吸い込まれる。その結果、状態８−４に示すように、空気だまり２５と水柱２６が形成されてエアロック運転となる。エアロック運転時には、吸気管５１の一端５１ａを介して空気だまり２５に空気が流入する。この空気だまり２５への空気供給によりエアロック運転が維持される。
【００５４】
吸水槽１０内の水位が排水停止水位ＷＬ２から上昇し、状態８−５に示すように再排水開始水位まで達した後は、状態８−６に示すように水位が十分に上昇して通常排水運転となるまで、吸気管５１の他端５１ｂから一端５１ａを介してケーシング１２内の羽根車１４の下方の領域に空気が流入し、軽微の気水混合排水運転となる。
【００５５】
以上のように、第２実施形態の立軸ポンプ１１の運転状態は、通常排水運転、軽微の気水混合運転、及びエアロック運転の２種類となり、ハンチング運転も過酷な条件の気水混合排水運転もない先行待機運転を実現することができる。また、水位計等を設ける必要がなく構成が簡易であり、停電等に起因する運転不良のおそれがなく高い信頼性を有する。
【００５６】
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。
【００５７】
（第３実施形態）
図９及び図１０は、本発明の第３実施形態を示している。
【００５８】
第３実施形態の立軸ポンプ１１では、空気吸込ベル６２が上向に開口している。詳細には、空気吸込ベル６２はケーシング１２の空気吸込孔６１が設けられた部分を間隔をあけて取り囲む筒状部６２ａと、空気吸込孔３２より僅かに下方でケーシング１２から突出し、その外周縁が筒状部３２ａの上端と一体に接続されている環状部６２ｄとを備えている。筒状部６２ａの上端開口６２ｅの高さ位置が排水停止水位ＷＬ２と一致している。
【００５９】
図１０を参照すると、第１実施形態と同様に、通常排水運転（状態６−１）からエアロック運転（状態６−３）に至るまでは軽微の気水混合排水運転（状態６−２）となる。また、エアロック運転（状態６−３）から通常排水運転（状態６−６）に戻るまでも軽微の気水混合排水運転（状態６−５）となる。従って、運転状態は、通常排水運転、軽微の気水混合排水運転、及びエアロック運転の３種類となり、ハンチング運転も過酷な条件での気水混合排水運転もない先行待機運転を実現することができる。
【００６０】
図１０の状態１０−３に示す空気吸込ベル６２からケーシング１２内への空気の吸い込みについて詳述する。吸水槽１０内の水位が排水停止水位ＷＬ２（空気吸込ベル６２の上端開口６２ｅ）よりも僅かに低くなると、まず空気吸込ベル６２内の水が空気吸込６１からケーシング１２内に瞬間的に吸い込まれる。その直後に、空気吸込ベル６２の上端開口６２ｅから空気吸込孔６１を介して水面付近の空気が多量かつ瞬間的にケーシング１２内に吸い込まれる。このように本実施形態では、空気吸込ベル６２及び空気吸込孔６１を介した空気の吸込の直前に、空気吸込ベル６２内の少量の水を吸い込む。この少量の水の吸い込みを行うことにより、エアロック運転への移行時にケーシング１２に発生する振動を低減することができる。
【００６１】
第３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。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１参考例に係る先行待機型立軸ポンプを示す断面図である。
【図２】本発明の第１参考例に係る先行待機型立軸ポンプの運転状態の遷移を示す概略図である。
【図３】本発明の第２参考例に係る先行待機型立軸ポンプを示す断面図である。
【図４】本発明の第２参考例に係る先行待機型立軸ポンプの運転状態の遷移を示す概略図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る先行待機型立軸ポンプを示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る先行待機型立軸ポンプの運転状態の遷移を示す概略図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る先行待機型立軸ポンプを示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る先行待機型立軸ポンプの運転状態の遷移を示す概略図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る先行待機型立軸ポンプを示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る先行待機型立軸ポンプの運転状態の遷移を示す概略図である。
【図１１】従来の立軸ポンプの運転状態の遷移を示す概略図である。
【図１２】従来の先行待機型立軸ポンプの運転状態の遷移を示す概略図である。
【図１３】従来の先行待機型立軸ポンプの運転状態の遷移を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  吸水槽
１１  先行待機型立軸ポンプ
１２  ケーシング
１２ａ  揚水管
１２ｂ  ポンプケーシング
１２ｃ  吸込ベル
１２ｄ  吐出エルボ
１２ｅ  下端開口
１３  吐出管
１４  羽根車
１５  回転軸
１６  回転駆動機構
１７  軸受
２１  第１の管路（第１の流路）
２２  第２の管路（第２の流路）
２５  空気だまり
２６  水柱
３１,６１  空気吸込孔
３２，６２  空気吸込ベル
３２ａ，６２ａ  筒状部
３２ｂ，６２ｂ，６２ｄ  環状部
３２ｃ，６２ｃ  下端開口
５１  吸気管（空気流路）
５１ａ  一端
５１ｂ  他端
５２  絞り機構
６２ｅ  上端開口
ＷＬ１  待機水位
ＷＬ２  排水停止水位
ＷＬ３  再排水開始水位
ＷＬ４  排水水位
【図１】
2006077782.tif 000003
【図２】
2006077782.tif 000004
【図３】
2006077782.tif 000005
【図４】
2006077782.tif 000006
【図５】
2006077782.tif 000007
【図６】
2006077782.tif 000008
【図７】
2006077782.tif 000009
【図８】
2006077782.tif 000010
【図９】
2006077782.tif 000011
【図１０】
2006077782.tif 000012
【図１１】
2006077782.tif 000013
【図１２】
2006077782.tif 000014
【図１３】
2006077782.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月12日(2005.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水槽内の水位がケーシング内の羽根車より上方の排水水位より低い状態でも運転を行う先行待機型立軸ポンプにおいて、
一端が前記羽根車下方のケーシング内に連通する一方、他端が大気に開放され、前記ケーシング内の羽根車下方の領域に空気を供給する空気流路と、
前記空気流路の一端がケーシング内と連通する位置より下方の排水停止水位と対応する位置に設けられ、前記排水停止水位に水位が低下すると水面付近から前記ケーシング内の羽根車下方の領域に空気を吸い込んで空気だまりを形成させる空気吸込部と、
前記空気流路に設けられ、前記空気吸込部からケーシング内に空気が吸い込まれるまではケーシングの羽根車より下方の領域に空気だまりが形成されないように前記空気流路を介してケーシング内へ流入する空気量を制限する絞り機構とを備え、
前記空気流路を介して供給される空気により前記空気だまりを維持していることを特徴とする先行待機型立軸ポンプ。
【請求項２】
前記空気吸込部は、前記ケーシングの下端開口であることを特徴とする、請求項１に記載の先行待機型立軸ポンプ。
【請求項３】
前記空気吸込部は、前記排水停止水位と対応する位置のケーシングに設けた空気吸込孔と、前記空気吸込孔を取り囲むようにケーシングの外側に設けた空気吸込ベルとを備えることを特徴とする、請求項３に記載の先行待機型立軸ポンプ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、吸水槽内の水位がケーシング内の羽根車より上方の排水水位より低い状態でも運転を行う先行待機型立軸ポンプにおいて、一端が前記羽根車下方のケーシング内に連通する一方、他端が大気に開放され、前記ケーシング内の羽根車下方の領域に空気を供給する空気流路と、前記空気流路の一端がケーシング内と連通する位置より下方の排水停止水位と対応する位置に設けられ、前記排水停止水位に水位が低下すると水面付近から前記ケーシング内の羽根車下方の領域に空気を吸い込んで空気だまりを形成させる空気吸込部と、前記空気流路に設けられ、前記空気吸込部からケーシング内に空気が吸い込まれるまではケーシングの羽根車より下方の領域に空気だまりが形成されないように前記空気流路を介してケーシング内へ流入する空気量を制限する絞り機構とを備え、前記空気流路を介して供給される空気により前記空気だまりを維持していることを特徴とする先行待機型立軸ポンプを提供する。