(57)【要約】【課題】渦流が発生する適切なタイミングで、渦流の発生を防止することができる渦流防止装置の提供。【解決手段】ポンプ１０が設けられた吸込水槽２０の渦流防止装置１であって、吸込水槽２０の水面ＷＬ下及び水面ＷＬ上の少なくともいずれか一方に設けられた液体噴射装置３０と、ポンプ１０の吸込口１０ａを形成するベルマウス１４に設けられた振動検出センサ４０と、振動検出センサ４０の検出結果に基づき、液体噴射装置３０の動作を制御する制御装置５０と、を有する、という構成を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプが設けられた吸込水槽の渦流防止装置であって、
前記吸込水槽の水面下及び水面上の少なくともいずれか一方に設けられた液体噴射装置と、
前記ポンプの吸込口を形成するベルマウスに設けられた振動検出センサと、
前記振動検出センサの検出結果に基づき、前記液体噴射装置の動作を制御する制御装置と、を有する、ことを特徴とする渦流防止装置。
【請求項２】
前記液体噴射装置は、前記吸込水槽の水面下において、前記ポンプの吸込口と前記吸込水槽の底面との間に向けて液体を噴射する噴射部を有する、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】
前記液体噴射装置は、前記吸込水槽の水面下において、前記ベルマウスから周囲に向けて液体を噴射する第２の噴射部を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の渦流防止装置。
【請求項４】
前記液体噴射装置は、前記吸込水槽の水面上において、前記ポンプよりも上流側の水面に向けて液体を噴射する第３の噴射部を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の渦流防止装置。
【請求項５】
前記振動検出センサの検出結果に基づき、前記ポンプの吐出量を制御する第２の制御装置を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項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、渦流防止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、吸込水槽に貯溜した雨水を揚水し、河川や海などに排水するために、立軸ポンプ等のポンプが使用されている。このような吸込水槽では、ポンプで揚水する際に、渦流が発生することがある。この渦流によって、ポンプが空気等を吸い込んでしまうと、ポンプ吐出量が低下し、またポンプ振動による故障に繋がる。そのため、吸込水槽に、渦流の発生を防止する渦流防止装置を設けることがある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の吸込水槽は、ポンプの上流側に配置される渦防止構造体を有し、渦防止構造体は、水の流れに対向する面が下流に向かって上方に傾斜している。この構成によれば、旋回流が発生しにくい液面状態を形成することができるので、くぼみ渦や空気吸込渦の発生を防止することができる。また、くぼみ渦の発生を防止することにより、波立ちにより発生した気泡が連行されてポンプ内部に入ることを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４７０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術の渦防止構造体は、水位が変化した場合であっても渦流の発生を防止するために、上下方向のサイズが大きくなっている。このような大型の構造物は、設置コストがかかり、維持管理が大変である。そこで、本願発明者らは、吸込水槽の水面下乃至水面上に液体噴射装置を設け、渦流の形成を妨害する噴流をスポット的に形成することを考えた。しかしながら、実際に渦流が発生していないときにまで噴流を形成すると、無駄な電力を消費し、また、ポンプの揚水を利用して液体を噴射する方式を採用する場合には、ポンプの吐出量が無駄に低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、渦流が発生する適切なタイミングで、渦流の発生を防止することができる渦流防止装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の一態様は、ポンプが設けられた吸込水槽の渦流防止装置であって、前記吸込水槽の水面下及び水面上の少なくともいずれか一方に設けられた液体噴射装置と、前記ポンプの吸込口を形成するベルマウスに設けられた振動検出センサと、前記振動検出センサの検出結果に基づき、前記液体噴射装置の動作を制御する制御装置と、を有する。
【０００８】
（２）上記（１）に記載された渦流防止装置であって、前記液体噴射装置は、前記吸込水槽の水面下において、前記ポンプの吸込口と前記吸込水槽の底面との間に向けて液体を噴射する噴射部を有してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載された渦流防止装置であって、前記液体噴射装置は、前記吸込水槽の水面下において、前記ベルマウスから周囲に向けて液体を噴射する第２の噴射部を有してもよい。
（４）上記（１）〜（３）に記載された渦流防止装置であって、前記液体噴射装置は、前記吸込水槽の水面上において、前記ポンプよりも上流側の水面に向けて液体を噴射する第３の噴射部を有してもよい。
（５）上記（１）〜（４）に記載された渦流防止装置であって、前記振動検出センサの検出結果に基づき、前記ポンプの吐出量を制御する第２の制御装置を有してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
上記本発明の態様によれば、渦流が発生する適切なタイミングで、渦流の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る渦流防止装置１が設けられた吸込水槽２０の側面図である。
【図２】図１に示す吸込水槽２０の平面図である。
【図３】第２実施形態に係る渦流防止装置１Ａが設けられた吸込水槽２０の側面図である。
【図４】図３における液体噴射装置３０Ａが有する第２の噴射部３２の底面図である。
【図５】別実施形態に係る第２の制御装置のポンプ１０の吐出量の制御を説明するためのグラフである。
【図６】別実施形態に係る噴射部３１の噴射孔３４を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る渦流防止装置１が設けられた吸込水槽２０の平面図である。図２は、図１に示す吸込水槽２０の平面図である。
図１に示すように、吸込水槽２０には、ポンプ１０が設けられている。ポンプ１０は、立軸ポンプであって、吊下管１１と、ポンプケーシング１２と、羽根車１３と、ベルマウス１４と、を有する。
【００１３】
吊下管１１は、吸込水槽２０の上方に設けられた図示しないポンプ据付床に支持され、当該ポンプ据付床から下方に延在している。吊下管１１の下端には、ポンプケーシング１２が接続されている。ポンプケーシング１２は、略球状に膨らんでおり、内部に羽根車１３を収容している。
【００１４】
羽根車１３は、回転軸１５に支持されている。回転軸１５は、吊下管１１及びポンプケーシング１２の内部を上下方向に延びて、図示しない軸受に回転可能に支持されている。回転軸１５の下端には、羽根車１３が接続され、羽根車１３の上方（吐出側）には、ガイドベーン１７が配置されている。
【００１５】
ガイドベーン１７は、ポンプケーシング１２の内周面に複数固定されている。ポンプケーシング１２の下端には、ベルマウス１４が接続されている。ベルマウス１４は、下方に向かうに従って漸次大きくなる形状を有し、ポンプ１０の下端の吸込口１０ａを形成している。
【００１６】
吸込水槽２０は、図２に示すように、ポンプ１０の両側に配置された一対の側壁２１と、ポンプ１０の背面側に配置された背壁２２と、を有する。一対の側壁２１は、平行に延び、吸込水槽２０の水路の側面を形成している。背壁２２は、一対の側壁２１の間を接続し、吸込水槽２０の水路の終端を形成している。
【００１７】
図１に示すように、吸込水槽２０の水面ＷＬ下には、渦流防止装置１の液体噴射装置３０が設けられている。液体噴射装置３０は、吸込水槽２０の水面ＷＬ下において、ポンプ１０の吸込口１０ａと吸込水槽２０の底面２０ａとの間に向けて液体を噴射する噴射部３１を有する。本実施形態の液体噴射装置３０は、図２に示すように、複数の噴射部３１を有する。
【００１８】
吸込水槽２０の背壁２２に設けられた噴射部３１ａは、図２に示す平面視で、ポンプ１０の吸込口１０ａの中心に向けて液体を噴射するように配置されている。また、吸込水槽２０の一方の側壁２１に設けられた２つの噴射部３１ｂは、図２に示す平面視で、ポンプ１０の吸込口１０ａの中心を挟んで平行に液体を噴射するように配置されている。
【００１９】
噴射部３１としては、水中にジェット噴流を形成できる高圧噴射ノズルを採用することが好ましい。噴射部３１から噴射する液体としては、吸込水槽２０から採取した水であって、図示しないポンプにより加圧したものであっても良い。また、噴射部３１とポンプ１０の吐出側（吊下管１１または吊下管１１よりも下流側）とを管で接続し、ポンプ１０により加圧された揚水の一部を吸込水槽２０まで返水して噴射する構成であってもよい。
【００２０】
ポンプ１０のベルマウス１４には、振動検出センサ４０が設けられている。振動検出センサ４０は、ベルマウス１４の振動から渦流（本実施形態では水中渦１５０）の発生を検知するためものである。振動検出センサ４０は、例えば、加速度センサであって、ベルマウス１４の外周面に取り付けられている。
【００２１】
振動検出センサ４０の検出結果は、制御装置５０に出力される。なお、振動検出センサ４０と制御装置５０は、無線または有線で通信可能とされている。制御装置５０は、振動検出センサ４０の検出結果に基づき、液体噴射装置３０の動作を制御する。本実施形態の制御装置５０は、振動検出センサ４０の出力値（振動）の振幅に基づき、液体噴射装置３０の動作を制御する。
【００２２】
具体的に、制御装置５０は、振動検出センサ４０が出力した振幅が所定の閾値以上となったとき、噴射部３１から液体を噴射するように液体噴射装置３０を制御する。一方、制御装置５０は、振動検出センサ４０が出力した振幅が所定の閾値未満であれば、噴射部３１から液体を噴射しないように液体噴射装置３０を制御する。
【００２３】
続いて、上記構成の渦流防止装置１の作用について説明する。
【００２４】
図１に示すポンプ１０の羽根車１３が回転すると、吸込水槽２０の水が吸込口１０ａから吸い上げられる。このとき吸込口１０ａに向かって流れていく水の渦度やその旋回流れ成分による回転軸が、ポンプ１０の軸と平行で、且つベルマウス１４の近傍に存在する場合は、吸込水槽２０の底面２０ａ等から水中渦１５０が発生する。
【００２５】
水中渦１５０は、ポンプ１０の吸込口１０ａに向かって立ち上り、ベルマウス１４を振動させる。ベルマウス１４には、振動検出センサ４０が設けられており、振動検出センサ４０の検出結果は、制御装置５０に出力される。制御装置５０は、振動検出センサ４０が出力した振幅が所定の閾値以上となったとき、水中渦１５０が発生したとして、液体噴射装置３０を動作させる。
【００２６】
液体噴射装置３０は、吸込水槽２０の水面ＷＬ下において、ポンプ１０の吸込口１０ａと吸込水槽２０の底面２０ａとの間に向けて液体を噴射する噴射部３１を有する。この構成によれば、吸込水槽２０の底面２０ａからポンプ１０の吸込口１０ａに向かって立ち上る水中渦１５０にジェット噴流を衝突させて、流れ場を乱し、水中渦１５０を消滅させることができる。
【００２７】
水中渦１５０が消滅すると、ベルマウス１４の振動が小さくなる。制御装置５０は、振動検出センサ４０が出力した振幅が所定の閾値未満となったとき、水中渦１５０が発生していないと判定して、液体噴射装置３０の動作を停止させる。液体噴射装置３０の動作が停止すると、電力消費が抑えられ、また、ポンプ１０の揚水を利用して液体を噴射する方式を採用する場合には、ポンプ１０の吐出量の低下を抑制し、十分な排水性能を発揮できる。
【００２８】
このように、上述の本実施形態によれば、ポンプ１０が設けられた吸込水槽２０の渦流防止装置１であって、吸込水槽２０の水面ＷＬ下に設けられた液体噴射装置３０と、ポンプ１０の吸込口１０ａを形成するベルマウス１４に設けられた振動検出センサ４０と、振動検出センサ４０の検出結果に基づき、液体噴射装置３０の動作を制御する制御装置５０と、を有する、という構成を採用することによって、水中渦１５０が発生する適切なタイミングで、水中渦１５０の発生を防止することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００３０】
図３は、第２実施形態に係る渦流防止装置１Ａが設けられた吸込水槽２０の側面図である。図４は、図３における液体噴射装置３０Ａが有する第２の噴射部３２の底面図である。
第２実施形態の渦流防止装置１Ａは、図３に示すように、吸込水槽２０の水面ＷＬ下に設けられた第２の噴射部３２と、吸込水槽２０の水面ＷＬ上に設けられた第３の噴射部３３と、を備える液体噴射装置３０Ａを有する。
【００３１】
第２の噴射部３２は、吸込水槽２０の水面ＷＬ下において、ベルマウス１４から周囲に向けて液体を噴射する構成となっている。第２の噴射部３２は、図４に示すように、リング状に形成されており、その周方向において間隔をあけて複数の噴射孔３２ａが形成されている。この第２の噴射部３２は、図３に示すように、ベルマウス１４の開口縁部に取り付けられて、ベルマウス１４の外周に噴流を形成するようになっている。
【００３２】
第３の噴射部３３は、吸込水槽２０の水面ＷＬ上において、ポンプ１０よりも上流側の水面ＷＬに向けて液体を噴射する構成となっている。第３の噴射部３３としては、液体をピンポイントで噴射するのではなく、液体を広範囲に散布できる散布ノズルを採用することが好ましい。また、第３の噴射部３３としては、液体を広範囲に散布できるスプリンクラーのようなものを採用してもよい。
【００３３】
制御装置５０は、振動検出センサ４０が出力した振幅が所定の閾値以上となったとき、第２の噴射部３２及び第３の噴射部３３から液体を噴射するように液体噴射装置３０を制御する。一方、制御装置５０は、振動検出センサ４０が出力した振幅が所定の閾値未満であれば、第２の噴射部３２及び第３の噴射部３３から液体を噴射しないように液体噴射装置３０を制御する。
【００３４】
上記構成の第２実施形態の渦流防止装置１Ａによれば、吸込水槽２０において空気吸込渦１５１の発生を防止することができる。空気吸込渦１５１は、ポンプ１０の羽根車１３が回転し、吸込口１０ａに向かって流れていく水の渦度やその旋回流れ成分による回転軸が、ポンプ１０の軸と平行で且つ水面ＷＬ近くまで達する場合に発生する。空気吸込渦１５１が発生すると、ベルマウス１４の振動が大きくなるため、第１実施形態と同様に、空気吸込渦１５１の発生を検知できる。
【００３５】
第２の噴射部３２は、吸込水槽２０の水面ＷＬ下において、ベルマウス１４から周囲に向けて液体を噴射するため、空気吸込渦１５１の根元側でその回転軸の形成を妨害し、空気の吸い込みを防止できる。また、第３の噴射部３３は、吸込水槽２０の水面ＷＬ上において、ポンプ１０よりも上流側の水面ＷＬに向けて液体を噴射するため、水面ＷＬ近傍の流れをかき乱し、その領域で発生しようとする空気吸込渦１５１の成長を止める（消滅させる）ことが可能となる。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。
【００３７】
例えば、上記第１実施形態及び第２実施形態の構成に加えて、ポンプ１０の吐出量を制御する第２の制御装置を設けてもよい。
図５は、別実施形態に係る第２の制御装置のポンプ１０の吐出量の制御を説明するためのグラフである。なお、図５に示すグラフにおいて、縦軸はポンプ１０の吐出量Ｑであり、横軸は時間ｔである。
【００３８】
図５（ａ）に示す例では、第２の制御装置は、振動検出センサ４０の検出結果に基づき、ポンプ１０の吐出量Ｑを一定時間Ｔの間、低下させるように制御する。具体的には、第２の制御装置は、振動検出センサ４０が出力した振幅が所定の閾値以上となったとき、渦流（水中渦１５０乃至空気吸込渦１５１）の発生を検知したとして、ポンプ１０の回転数を低下させる。これにより、渦流が発生する流れ場の条件が変わるため、渦流の発生が弱まる（消滅する）方向となる。
【００３９】
また、図５（ｂ）に示す例では、第２の制御装置は、振動検出センサ４０の検出結果に基づき、ポンプ１０の吐出量Ｑを一定時間Ｔの間、変動させるように制御する。具体的には、第２の制御装置は、振動検出センサ４０が出力した振幅が所定の閾値以上となったとき、渦流（水中渦１５０乃至空気吸込渦１５１）の発生を検知したとして、吊下管１１の下流側（吐出側）に配置された不図示の吐出弁を一定時間Ｔの間、複数回開閉させる。これにより、渦流が発生する流れ場の条件が変わるため、渦流の発生が弱まる（消滅する）方向となる。
【００４０】
また、例えば、図１に示す水中渦１５０の発生を効果的に防止するために、噴射部３１の形状を、図６に示すように扁平状に形成してもよい。
図６は、別実施形態に係る噴射部３１の噴射孔３４を示す斜視図である。
図６に示す噴射孔３４は、扁平状に広がっており、広範囲に液体を噴射可能に構成されている。この噴射孔３４を、図１に示すベルマウス１４の下面と略平行に配置すれば、図２に示すように噴射部３１を複数設けなくても、水中渦１５０の発生を防止することができる。
【００４１】
また、例えば、上述した各実施形態の構成要素の置換及び組み合わせは適宜可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１，１Ａ…渦流防止装置、１０…ポンプ、１０ａ…吸込口、１４…ベルマウス、２０…吸込水槽、２０ａ…底面、３０，３０Ａ…液体噴射装置、３１…噴射部、３２…第２の噴射部、３３…第３の噴射部、４０…振動検出センサ、５０…制御装置、ＷＬ…水面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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