(57)【要約】【課題】渦の発生が抑制されたポンプ吸込槽を提供する。【解決手段】ポンプ吸込槽１００は、流水が流通する流路を画成する槽本体１と、槽本体１の下流端に設けられた天井部７と、天井部７を貫通するように設けられ、流水をくみ上げるポンプ２と、天井部７よりも上流側に設けられ、流路の幅方向両側の側壁から張り出すとともに間に開口部４１を形成する一対の仕切板４と、開口部４１の上流側に設けられ、流水が通過するスクリーン部５と、仕切板４から天井部７の上流側の端部にかけての領域を上方から覆うとともに、上流側から下流側に向かうにしたがって下方に向かって傾斜する傾斜面６１が形成された傾斜部材６と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流水が流通する流路を画成する槽本体と、
前記槽本体における流水の流通方向下流側に設けられた天井部と、
前記天井部を貫通するように設けられ、流水をくみ上げるポンプと、
前記天井部よりも上流側に設けられ、前記流路の幅方向両側の側壁から張り出すとともに間に開口部を形成する一対の仕切板と、
前記開口部の上流側に設けられて、幅方向両側から前記開口部に向かって導かれた流水が通過するスクリーン部と、
前記一対の仕切板から前記天井部の上流側の端部にかけての領域を上方から覆うとともに、上流側から下流側に向かうにしたがって下方に向かって傾斜する傾斜面が形成された傾斜部材と、
を備えるポンプ吸込槽。
【請求項２】
前記傾斜面の上流側の端部は、前記仕切板よりも上流側における流水の水面よりも下方に位置している請求項１に記載のポンプ吸込槽。
【請求項３】
前記仕切板の下流側に設けられ、幅方向に間隔をあけて配列された複数の抵抗体をさらに備える請求項１又は２に記載のポンプ吸込槽。
【請求項４】
前記開口部の下流側に設けられて、上流側から下流側に向かうにしたがって前記開口部から前記側壁に向かって延びる傾斜壁をさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載のポンプ吸込槽。
【請求項５】
前記ポンプの下方に設けられ、前記槽本体の壁面から突出するとともに、上流側から下流側に向かって延びる第１凸部、及び該第１凸部に交差する方向に延びる第２凸部をさらに備える請求項１から４のいずれか一項に記載のポンプ吸込槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ吸込槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、一部の発電プラントや産業用プラントでは、発電機を駆動するために蒸気タービンの動力が用いられている。蒸気タービンは、ボイラーで発生した高圧蒸気によって駆動されることで回転エネルギーを発生させる。この回転エネルギーを取り出して発電機が駆動される。蒸気タービンから排出された蒸気は、後段に設けられた復水器によって水に戻される。復水器では、蒸気と、外部から供給された冷却水との間で熱交換が行われる。復水器から排出された水は、再びボイラーで加熱されて蒸気となる。ここで、上記の復水器では、海水や河川水を冷却水として利用している。このため、発電プラントでは、海水や河川水をプラント内に取り込むための取水設備を備えている。
【０００３】
このような取水設備の一例として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の設備は、ポンプの取水口が収容されるポンプ室と、浄化装置を介してポンプ室と接続された冷却水浄化室と、を備えている。冷却水浄化室側に流入した水は、浄化装置によって浄化された後、ポンプ室内からくみ上げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０６４６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された設備では、浄化室とポンプ室との間を連通する入口間口が、浄化装置の高さ寸法と比較して小さく設定されている。即ち、浄化装置からポンプ室に向かう水の流速が、入口間口を通過する際に急激に上昇してしまう。その結果、ポンプ室内で渦やキャビテーションが発生する可能性が生じる。渦やキャビテーションが生じると、これらがポンプに吸込まれることで効率が低下してしまう虞がある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、渦の発生が抑制されたポンプ吸込槽を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、ポンプ吸込槽は、流水が流通する流路を画成する槽本体と、前記槽本体における流水の流通方向下流端に設けられた天井部と、前記天井部を下方に貫通するように設けられ、流水をくみ上げるポンプと、前記天井部よりも上流側に設けられ、前記流路の幅方向両側の側壁から張り出すとともに間に開口部を形成する一対の仕切板と、前記開口部の上流側に設けられて、幅方向両側から前記開口部に向かって導かれた流水が通過するスクリーン部と、前記一対の仕切板から前記天井部の上流側の端部にかけての領域を上方から覆うとともに、上流側から下流側に向かうにしたがって下方に向かって傾斜する傾斜面が形成された傾斜部材と、を備える。
【０００８】
この構成では、傾斜面は仕切板から天井部に向かうにしたがって下方に向かって傾斜している。これにより、仕切板から天井部に向かって流水の流速は、急激に上昇するのではなく、緩やかに上昇する。したがって、流水に渦やキャビテーションが生じる可能性を低減することができる。
【０００９】
本発明の第二の態様によれば、前記傾斜面の上流側の端部は、前記仕切板よりも上流側における流水の水面よりも下方に位置していてもよい。
【００１０】
この構成によれば、傾斜部材の上流側から下流側にかけて、水面が空気に曝されることなく、流水を流すことができる。即ち、流水に自由表面が形成されることがない。その結果、流水中に渦（自由表面渦）が形成される可能性を低減することができる。一方で、自由表面が形成されている場合、流水が水面上の空気を巻き込むことで渦が形成されてしまう。上記の構成によれば、このような可能性を低減することができる。
【００１１】
本発明の第三の態様によれば、ポンプ吸込槽は、前記仕切板の下流側に設けられ、幅方向に間隔をあけて配列された複数の抵抗体をさらに備えてもよい。
【００１２】
この構成によれば、仕切板の下流側に複数の抵抗体が設けられていることにより、開口部から流れ出た流水の幅方向における流水の流速分布を均一化することができる。即ち、抵抗体は流水に対する整流効果を発揮する。その結果、流水に水中渦が発生する可能性を低減することができる。
【００１３】
本発明の第四の態様によれば、ポンプ吸込槽は、前記開口部の下流側に設けられて、上流側から下流側に向かうにしたがって前記開口部から前記側壁に向かって延びる傾斜壁をさらに備えてもよい。
【００１４】
この構成によれば、開口部から側壁にかけて傾斜壁が延びている。即ち、仕切板と、当該仕切板から下流側に向かって延びる側壁との間に形成される隅部が上記傾斜壁によって埋められている。ここで、隅部では流水の流速が低下して淀みが生じやすい。しかしながら、上記の構成によれば傾斜壁が設けられていることによって隅部の形成が回避されるため、このような淀みを生じることなく円滑に流水を案内することができる。
【００１５】
本発明の第五の態様によれば、ポンプ吸込槽は、前記ポンプの下方に設けられ、前記槽本体の壁面から突出するとともに、上流側から下流側に向かって延びる第１凸部、及び該第１凸部に交差する方向に延びる第２凸部をさらに備えてもよい。
【００１６】
ここで、ポンプの下方では、ポンプの回転に伴って当該回転方向に流れる水中渦が生じやすい。しかしながら、上記の構成では、ポンプの下方に第１凸部及び第２凸部が設けられ、これら第１凸部と第２凸部とは交差している。即ち、第１凸部及び第２凸部は、上記の水中渦の流れ方向に交差する方向に延びている。したがって、水中渦が第１凸部及び第２凸部にぶつかることでこれを消散させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、渦の発生が抑制されたポンプ吸込槽を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態に係るポンプ吸込槽の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るポンプ吸込槽の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るポンプ吸込槽の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係るポンプ吸込槽の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係るポンプ吸込槽の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係るポンプ吸込槽の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１と図２を参照して説明する。本実施形態に係るポンプ吸込槽１００は、例えば発電用プラントの冷却水を海洋や河川からプラント内に取り込むために設けられている。ポンプ吸込槽１００は、槽本体１と、ポンプ２と、抵抗体３と、仕切板４と、スクリーン部５と、傾斜部材６と、天井部７と、を備える。
【００２０】
槽本体１は、海洋や河川、湖沼を含む水源（不図示）と、プラントとの間の流路Ｃを画成する。この流路Ｃを、水源側からプラント側に向かって水（流水）が流通する。なお、以降の説明では、槽本体１の延びる方向における水源側を上流側と呼び、プラント側を下流側と呼ぶ。さらに、上流側から下流側に向かう方向を流通方向と呼び、流通方向に直交する水平方向を幅方向と呼ぶ。
【００２１】
槽本体１は、底部１１（図２参照）と、底部１１から上方に延びることで幅方向両側の壁部を形成する一対の側壁１２と、槽本体１の下流側の端部を閉塞する下流壁１３と、を有している。下流壁１３からわずかに上流側の領域には、ポンプ２の吸込口２１（ベルマウス）が配置されている。吸込口２１は、下方に向かって開口する円形をなしている。ポンプ２を駆動することによって吸込口２１を通じて水がくみ上げられる。
【００２２】
吸込口２１のさらに上流側には、複数の抵抗体３が設けられている。これら抵抗体３は、上流側から流れてきた水の幅方向における流速分布を均一化するために設けられている。本実施形態では、幅方向に間隔をあけて５つの抵抗体３が配列されている。各抵抗体３は、平面視で矩形の断面を有している。各抵抗体３は、槽本体１の底部１１から上方に向かって垂直に延びている（図２参照）。なお、抵抗体３の断面形状は上記に限定されず、他の例として円形断面の抵抗体３を採用することも可能である。
【００２３】
抵抗体３の上流側には、一対の仕切板４が設けられている。各仕切板４は、側壁１２から幅方向における中央に向かって張り出している。流通方向における一対の仕切板４の位置は互いに同一である。各仕切板４同士の間には間隔（開口部４１）が形成されている。槽本体１は、この仕切板４によって２つの区画に分けられている。以下の説明では、仕切板４よりも上流側の区画を流通領域Ａ１と呼び、仕切板４よりも下流側の領域をポンプ領域Ａ２と呼ぶ。なお、吸込口２１の開口径（直径）をＤとした場合、流通方向におけるポンプ領域Ａ２の寸法Ｌは、２Ｄ〜３Ｄであることが望ましく、２．５Ｄであることが最も望ましい。
【００２４】
仕切板４の上流側には、開口部４１を上流側から覆うようにしてスクリーン部５が設けられている。スクリーン部５は、流通領域Ａ１を流れる水を浄化するために設けられている。スクリーン部５は、支持壁５１と、スクリーン本体５２と、を有している。支持壁５１は、開口部４１から上流側に離間した位置に設けられている。支持壁５１は、幅方向に広がる板状である。スクリーン本体５２は、水に含まれる塵埃や異物をこし取ることが可能なメッシュ状をなしている。平面視においてスクリーン本体５２は、幅方向における支持壁５１の端部と、開口部４１の端縁との間にかけて延びている。
【００２５】
詳しくは図示しないが、スクリーン本体５２は流通方向を軸とする環形のベルト状をなしている。即ち、スクリーン本体５２は、水中に露出するとともに幅方向両側を向く一対の面と、これら一対の面同士を幅方向に接続する上下一対の面（いずれも不図示）と、を有している。駆動源によって駆動されることで、スクリーン本体５２は流通方向を回転の軸として回動する。水中に露出している面が塵埃や異物等によって閉塞された場合、スクリーン本体５２を回動させて面を移動させることで、閉塞されていない新たな面を浄化に用いることができる。幅方向両側から導かれた水は、スクリーン部５を通過する際に浄化されて開口部４１に向かう。
【００２６】
次に、図２を参照してポンプ吸込槽１００の断面図について説明する。同図に示すように、ポンプ領域Ａ２には天井部７が設けられている。天井部７は、ポンプ領域Ａ２を上方から覆っている。上下方向における天井部７の位置は、流通領域Ａ１における水面の高さよりも低く設定されている。天井部７の中央部には管孔７１が形成されている。この管孔７１を通じて、ポンプ２が天井部７を貫通している。ポンプ２の下端は下方に向かって開口することで、上述の吸込口２１とされている。吸込口２１は、槽本体１の底部１１からわずかに上方に離間した位置に設けられている。
【００２７】
天井部７の上流側の端部（上流端部７ａ）には、天井部隔壁７２が接続されている。天井部隔壁７２は、側壁１２同士を幅方向に接続している。天井部隔壁７２は、上流端部７ａから上方に向かって延びている。天井部隔壁７２の下方には、上述の抵抗体３が配置されている。
【００２８】
天井部隔壁７２と、上述の仕切板４との間には、傾斜部材６が設けられている。傾斜部材６は、仕切板４から上流端部７ａにかけての領域を上方から覆っている。傾斜部材６の下側の面は、上流側から下流側に向かうにしたがって下方に向かって傾斜することで傾斜面６１とされている。傾斜面６１が水平方向に対してなす角度は、３０〜６０°であることが望ましく、４０〜５０°であることがさらに望ましい。最も望ましくは、傾斜面６１は水平面に対して４５°をなしている。傾斜面６１の上流側の端部（傾斜面上流端部６ａ）は、流通領域Ａ１における水面よりも下方に位置している。
【００２９】
続いて、本実施形態に係るポンプ吸込槽１００の動作について説明する。まず、プラントの運用に伴ってポンプ２が駆動される。ポンプ２が駆動すると、吸込口２１を通じてポンプ領域Ａ２の水がくみ上げられる。くみ上げられた水は、プラント内で機器の冷却に利用される。一方で、ポンプ吸込槽１００では、水のくみ上げに伴って上流側から下流側に向かう水の流れが発生する。
【００３０】
流通領域Ａ１を流れてきた水は、はじめにスクリーン部５を通過する。スクリーン部５を通過する際に、水に含まれている塵埃や異物が除去される。その後、水は仕切板４同士の間に形成された開口部４１を経てポンプ領域Ａ２に流れ込む。この時、水は傾斜部材６の傾斜面６１に沿って下流側に流れる。上述のように傾斜面６１は上流側から下流側に向かうにしたがって下方に延びている。即ち、傾斜部材６が設けられている領域では、流路Ｃの断面積が漸減している。したがって、開口部４１から抵抗体３にかけての領域で、水の流速が緩やかに上昇する。さらに、傾斜部材６は仕切板４から天井部７の上流端部７ａにかけての領域を上方から覆うとともに、傾斜面上流端部６ａは、流通領域Ａ１の水面よりも下方に位置している。したがって、傾斜面６１に沿う流れの水面は空気中に露出しておらず、自由表面が形成されていない。
【００３１】
傾斜面６１を通過して流速の高まった水は、抵抗体３によって整流される。具体的には、抵抗体３にぶつかったり、抵抗体３同士の隙間を流れたりすることで、幅方向における水の流速分布が均一化される。最後に、ポンプ２の吸込口２１を通じて水がくみ上げられる。
【００３２】
ところで、上述のように、上下方向における天井部７の位置は、流通領域Ａ１における水面よりも低く設定されている。これにより、ポンプ領域Ａ２における水面の高さ（水深）が天井部７によって低く制限され、当該領域を通過する水の流速が急激に上昇してしまう。その結果、ポンプ領域Ａ２内で渦やキャビテーションが発生する可能性が生じる。渦やキャビテーションが生じると、ポンプ２にこれらが吸込まれることで効率が低下してしまう虞がある。
【００３３】
しかしながら、本実施形態では、水は仕切板４から天井部７にかけて傾斜面６１に沿って流れる。傾斜面６１は上流側から下流側に向かうにしたがって下方に向かって延びている。即ち、上流側から下流側にかけて水面の高さ（流路Ｃの断面積）が緩やかに減少する。したがって、流速は急激に上昇するのではなく、緩やかに上昇する。これにより、流水に渦やキャビテーションが生じる可能性を低減することができ、ポンプ２の効率を向上させることができる。
【００３４】
さらに、本実施形態では、傾斜面６１の上流側の端部は、仕切板４よりも上流側における流水の水面よりも下方に位置している。この構成によれば、傾斜部材６の上流側から下流側にかけて、水面が空気に曝されることなく、流水を流すことができる。即ち、流水に自由表面が形成されることがない。その結果、流水中に渦（自由表面渦）が形成される可能性を低減することができる。一方で、自由表面が形成されている場合、流水が水面上の空気を巻き込むことで渦が形成されてしまう。上記の構成によれば、このような可能性を低減することができる。
【００３５】
加えて、本実施形態では、仕切板４の下流側に複数の抵抗体３が設けられていることにより、開口部４１から流れ出た流水の幅方向における流水の流速分布を均一化することができる。即ち、抵抗体３は流水に対する整流効果を発揮する。その結果、流水に水中渦が発生する可能性を低減することができる。
【００３６】
さらに加えて、上記の構成によれば、傾斜部材６（傾斜面６１）及び抵抗体３によってポンプ領域Ａ２における水面渦、水中渦の発生が抑制されるため、流通方向におけるポンプ領域Ａ２の寸法を小さく抑えることができる。具体的には、上述のように吸込口２１の開口径（直径）をＤとした場合、流通方向におけるポンプ領域Ａ２の寸法は２Ｄ〜３Ｄであることが望ましく、最も望ましくは２．５Ｄとされる。ポンプ領域Ａ２の寸法を小さくできることによって、ポンプ吸込槽１００の設置に要する用地を小さく抑えることができる。
【００３７】
以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、仕切板４の下流側に５つの抵抗体３を設けた例について説明した。しかしながら、抵抗体３の個数は上記に限定されず、設計や仕様に応じて４つ以下や６つ以上であってもよい。また、抵抗体３を設けない構成を採ることも可能である。さらに、上記実施形態では、傾斜面６１の上流側の端部（傾斜面上流端部６ａ）が、仕切板４よりも上流側の流通領域Ａ１の水面よりも下方に位置している構成について説明した。しかしながら、傾斜面６１の構成は上記に限定されず、傾斜面上流端部６ａが流通領域Ａ１の水面よりも上方に位置している構成を採ることも可能である。
【００３８】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図３を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態に係るポンプ吸込槽２００は、開口部４１（仕切板４）の下流側に設けられて、上流側から下流側に向かうにしたがって開口部４１から側壁１２に向かって延びる一対の傾斜壁８をさらに備えている。各傾斜壁８は、平面視において開口部４１の端縁から側壁１２に向かって斜めに延びている。傾斜壁８の下流側の端部は、流通方向において吸込口２１の上流側端縁と同一の位置にある。
【００３９】
この構成によれば、開口部４１から側壁１２にかけて傾斜壁８が延びている。即ち、仕切板４と、当該仕切板４から下流側に向かって延びる側壁１２との間に形成される隅部が上記傾斜壁８によって埋められている。ここで、隅部では水の流速が低下して淀みが生じやすい。しかしながら、上記の構成によれば傾斜壁８が設けられていることによって隅部の形成が回避されるため、このような淀みを生じることなく円滑に水を案内することができる。その結果、ポンプ領域Ａ２における幅方向の流速分布をさらに均一化することができ、水中渦や水面渦が発生する可能性をさらに低減することができる。
【００４０】
以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
【００４１】
［第三実施形態］
続いて、本発明の第三実施形態について、図４と図５を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態に係るポンプ吸込槽３００は、上記第一実施形態で説明した構成に加えて、ポンプ２の下方に設けられた第１凸部９、及び第２凸部１０をさらに備えている。第１凸部９は、槽本体１の壁面（底部１１）から上方に向かって突出するとともに、ポンプ領域Ａ２内で上流側から下流側に向かって延びる第１凸部本体９１と、第１凸部本体９１の下流側の端部から槽本体１の下流壁１３に沿って上方に延びる上方突出部９２と、を有している。
【００４２】
上方突出部９２は下流壁１３から下流側に向かって突出している。第１凸部本体９１は、流通方向において吸込口２１の直径よりも十分に大きな寸法を有している。第１凸部本体９１の突出高さ（上下方向における寸法）は、底部１１と吸込口２１との間の離間距離よりも小さい。即ち、第１凸部本体９１の上面と吸込口２１との間には上下方向にわたる間隙が形成されている。上方突出部９２の上方の端部は、天井部７よりも下方に位置している。
【００４３】
第２凸部１０は、第１凸部９と交差（直交）する方向に延びている。具体的には第２凸部１０は幅方向に延びている。第２凸部１０は、吸込口２１の中心付近で第１凸部９と交差している。第２凸部１０の幅方向における寸法は、側壁１２同士の間の離間寸法よりも小さい。即ち、第２凸部１０の幅方向における両端部と側壁１２との間には間隙が形成されている。
【００４４】
ここで、ポンプ２（吸込口２１）の下方では、ポンプ２の回転に伴って当該回転方向に流れる水中渦が生じやすい。しかしながら、上記の構成では、ポンプ２の下方に第１凸部９及び第２凸部１０が設けられ、これら第１凸部９と第２凸部１０とは交差している。即ち、第１凸部９及び第２凸部１０は、上記の水中渦の流れ方向に交差する方向に延びている。したがって、水中渦が第１凸部９及び第２凸部１０にぶつかることでこれを消散させることができる。これにより、ポンプ２に空気が巻き込まれる可能性がさらに低減され、ポンプ２の効率をさらに向上させることができる。
【００４５】
以上、本発明の第三実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第二実施形態で説明した傾斜壁８と、本実施形態に係る第１凸部９、及び第２凸部１０とを組み合わせることも可能である。この構成によっても上記の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…槽本体
２…ポンプ
３…抵抗体
４…仕切板
５…スクリーン部
６…傾斜部材
７…天井部
８…傾斜壁
９…第１凸部
１０…第２凸部
１１…底部
１２…側壁
１３…下流壁
２１…吸込口
４１…開口部
５１…支持壁
５２…スクリーン本体
６１…傾斜面
７１…管孔
７２…天井部隔壁
９１…第１凸部本体
９２…上方突出部
１００，２００，３００…ポンプ吸込槽
６ａ…傾斜面上流端部
７ａ…上流端部
Ａ１…流通領域
Ａ２…ポンプ領域
Ｃ…流路
【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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