(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラケーシング内に収容され、吸込水槽内の水を吸いこむための羽根車と、
前記羽根車を回転させる駆動機と、
前記インペラケーシングに接続され、前記羽根車により吸いこまれた水を吐出水槽に移送するための揚水管と、
前記揚水管の開口端部に設けられたフラップ弁と、
前記揚水管から分岐し、前記吸込水槽に連通する戻り管と、
前記戻り管に設けられた開閉弁と、
前記開閉弁の開閉動作を制御する制御部と、を備え、
前記揚水管は、前記インペラケーシングを前記吸込水槽内に吊り下げる吊下管と、前記吊下管の上端に接続される吐出曲管と、前記吐出曲管の吐出側に接続される吐出管と、から構成されており、
前記戻り管は、前記吐出管から分岐しており、
前記制御部は、前記吸込水槽内の水位、および前記揚水管内の圧力または流量に基づいて、先行待機型ポンプが気水混合運転状態またはエアロック運転状態のいずれであるかを判断し、
前記制御部が、前記先行待機型ポンプがエアロック運転状態であると判断した場合は、前記制御部は、前記開閉弁を開くことを特徴とする先行待機型ポンプ。
【請求項２】
前記制御部は、前記吸込水槽内の水位が運転最低水位よりも低く、エアロック水位よりも高い場合であって、かつ前記揚水管内の圧力または流量が所定の設定値以下である場合に、前記先行待機型ポンプがエアロック運転状態であると判断することを特徴とする請求項１に記載の先行待機型ポンプ。
【請求項３】
前記制御部は、前記吸込水槽内の水位が運転最低水位よりも低く、エアロック水位よりも高い場合であって、かつ前記揚水管内の圧力または流量が所定の設定値よりも大きい場合に、前記先行待機型ポンプが気水混合運転状態であると判断することを特徴とする請求項１または２に記載の先行待機型ポンプ。
【請求項４】
前記先行待機型ポンプの不安定状態の回避を重視する場合に、前記制御部が、前記先行待機型ポンプが気水混合運転状態であると判断した場合は、前記制御部は、前記開閉弁を開くことを特徴とする請求項３に記載の先行待機型ポンプ。
【請求項５】
インペラケーシング内に収容され、吸込水槽内の水を吸いこむための羽根車と、
前記羽根車を回転させる駆動機と、
前記インペラケーシングに接続され、前記羽根車により吸いこまれた水を吐出水槽に移送するための揚水管と、
前記揚水管の開口端部に設けられたフラップ弁と、
前記揚水管から分岐し、前記吸込水槽に連通する戻り管と、
前記戻り管に設けられた開閉弁と、
前記開閉弁の開閉動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記吸込水槽内の水位、および前記揚水管内の圧力または流量に基づいて、先行待機型ポンプが気水混合運転状態またはエアロック運転状態のいずれであるかを判断し、
前記制御部が、前記先行待機型ポンプがエアロック運転状態であると判断した場合は、前記制御部は、前記開閉弁を開き、
前記制御部は、前記吸込水槽内の水位が運転最低水位よりも低く、エアロック水位よりも高い場合であって、かつ前記揚水管内の圧力または流量が所定の設定値よりも大きい場合に、前記先行待機型ポンプが気水混合運転状態であると判断することを特徴とする先行待機型ポンプ。
【請求項６】
インペラケーシング内に収容され、吸込水槽内の水を吸いこむための羽根車と、
前記羽根車を回転させる駆動機と、
前記インペラケーシングに接続され、前記羽根車により吸いこまれた水を吐出水槽に移送するための揚水管と、
前記揚水管に設けられた吐出弁と、
前記揚水管に設けられ、前記吐出弁の一次側に配置された逆止弁と、
前記揚水管から分岐し、前記逆止弁の一次側から前記吸込水槽まで延びる戻り管と、
前記戻り管に設けられた開閉弁と、
前記揚水管に設けられ、前記逆止弁をバイパスするバイパス管と、
前記バイパス管に設けられたバイパス弁と、
前記開閉弁および前記バイパス弁の開閉動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記吸込水槽内の水位、および前記逆止弁に設けられた流水検知器の流水検知信号に基づいて、先行待機型ポンプが気水混合運転状態またはエアロック運転状態のいずれであるかを判断し、
前記制御部が、前記先行待機型ポンプがエアロック運転状態であると判断した場合は、前記制御部は、前記開閉弁を開き、前記バイパス弁を閉じることを特徴とする先行待機型ポンプ。
【請求項７】
前記制御部は、前記吸込水槽内の水位が運転最低水位よりも低く、エアロック水位よりも高い場合であって、かつ前記流水検知器が流水検知信号を発信していない場合に、前記先行待機型ポンプがエアロック運転状態であると判断することを特徴とする請求項６に記載の先行待機型ポンプ。
【請求項８】
前記制御部は、前記吸込水槽内の水位が運転最低水位よりも低く、エアロック水位よりも高い場合であって、かつ前記流水検知器が流水検知信号を発信している場合に、前記先行待機型ポンプが気水混合運転状態であると判断することを特徴とする請求項６または７に記載の先行待機型ポンプ。
【請求項９】
前記先行待機型ポンプの不安定状態の回避を重視する場合に、前記制御部が、前記先行待機型ポンプが気水混合運転状態であると判断した場合は、前記制御部は、前記開閉弁および前記バイパス弁を開くことを特徴とする請求項８に記載の先行待機型ポンプ。
【請求項１０】
前記揚水管から分岐し、前記吐出弁の二次側から前記吸込水槽まで延びるドレイン管と、
前記ドレイン管に設けられたドレイン弁と、をさらに備え、
前記制御部は、前記先行待機型ポンプが停止した後で、前記ドレイン弁を開くことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の先行待機型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雨水等の排水に用いられる先行待機型ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
突発的な豪雨などの異常気象が多発する近年では、雨水幹線から流れ込む雨水を排水するためのポンプ機場に設置されるポンプとして、先行待機型ポンプへの需要が高まっている。先行待機型ポンプは、吸込水槽内の水を速やかに揚水するために、吸込水槽内の水位に関係なく、羽根車を所定の回転速度で予め回転させることが可能なポンプである。すなわち、先行待機型ポンプは、羽根車や水中軸受に水が接触していない状態（ドライ状態）で運転することが可能なポンプである。
【０００３】
先行待機型ポンプによれば、雨水が吸込水槽に流入してくる前からポンプの運転を開始することができる。したがって、突発的な豪雨によって吸込水槽内に流入してくる雨水が急激に増大しても、操作対応の遅れや始動失敗などによるポンプの排水遅れが起こることが無く、吸込水槽から水を速やかに排出し、排水遅れによる浸水被害を防止することが可能である。
【０００４】
従来の先行待機型ポンプの一例が図１４に示される。図１４は、従来の先行待機型ポンプの概略断面図である。図１４に示される先行待機型ポンプは、吸込ベルマウス１０１ａおよびポンプボウル１０１ｂを有するインペラケーシング１０１と、インペラケーシング１０１を吸込水槽１３０内に吊り下げる吊下管１０２と、吊下管１０２の上端に接続される吐出曲管１０３と、吐出曲管１０３の吐出側に接続される吐出管１０４と、インペラケーシング１０１内に収容される羽根車１１０と、羽根車１１０が固定される回転軸１１５と、回転軸１１５を回転させるための駆動機１２５と、を備えている。回転軸１１５は、水中軸受１１７、中間軸受１１８、および外軸受１１９に回転可能に支持されている。吸込ベルマウス１０１ａは、吸込水槽１３０内に開口している。吐出管１０４の吐出側端部は、吐出水槽１３１内に開口しており、当該吐出側端部には、吐出水槽１３１からの水の逆流を防止する逆流防止弁（フラップ弁）１２３が設けられている。吐出管１０４には、電動の吐出弁１２４が設けられており、先行待機型ポンプが起動されると、吐出弁１２４が開かれるように構成されている。
【０００５】
吸込ベルマウス１０１ａには、羽根車１１０よりも低い位置に貫通穴１０１ｃが形成され、当該貫通穴１０１ｃには、空気流入管１４０が接続される。空気流入管１４０は、貫通孔１０１ｃから略水平に延びた後、上方に延びる。空気流入管１４０は、先行待機型ポンプの運転最高水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ）よりも高い位置まで延びており、当該運転最高水位よりも高い位置で大気中に開口している。
【０００６】
先行待機型ポンプでは、吸込水槽１３０内の水位が低い状態で、あるいは吸込水槽１３０内に水が無い状態で、羽根車１１０を回転させて待機運転を開始する。待機運転の開始時では、先行待機型ポンプは、吸込ベルマウス１０１ａから流れ込む空気のみを吸い上げる気中運転状態で運転される。水が吸込水槽１３０内に流入することにより水位が上昇して気水混合運転水位（例えば、羽根車１１０の最下端位置：ＬＬ．Ｗ．Ｌ）に達すると、羽根車１１０による揚水作用が生じて、吸込ベルマウス１０１ａから吸いこまれる水と空気流入管１４０から流れ込む空気とを同時に吸い上げる気水混合運転状態となる。気水混合運転状態では、流量が低いものの吐出水槽１３１に水が排出される。気水混合運転状態になった後は、水位が上昇するにつれて、空気流入管１４０からの空気吸込量が減少し、排水流量が増加していく。水位が先行待機型ポンプの運転最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）に達すると、空気流入管１４０からの空気の流入が停止され、水のみが吐き出される通常排水運転に移行する。本明細書における「運転最低水位」とは、気水混合運転状態および後述するエアロック運転状態を伴わない、通常排水運転状態での最低水位を表す。
【０００７】
先行待機型ポンプが水を吐出水槽１３１に排出することで、吸込水槽１３０の水位が低下していき、水位が運転最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）よりも下がると、空気流入管１４０から空気の流入が開始され、気水混合運転状態に移行する。さらに水位が低下して、エアロック水位（ＬＬＬ．Ｗ．Ｌ）に達すると、羽根車１１０の下方（一次側）に空気だまりが形成され、羽根車１１０の上方（二次側）の水が羽根車１１０により攪拌されるエアロック運転状態に移行する。エアロック運転状態では、羽根車１１０の二次側にある水が羽根車１１０により攪拌されているだけであり、吐出水槽１３１に水は排出されない。水が吸込水槽１３０に流入して水位が上昇すると、再び気水混合運転状態に移行する。なお、エアロック運転状態では、羽根車１１０の二次側にある水が、羽根車１１０とインペラケーシング１０１との間の隙間などから徐々に吸込水槽１３０内に戻されていく。羽根車１１０の二次側の水がなくなると、先行待機型ポンプは、エアロック運転状態から気中運転状態に移行する。
【０００８】
このようなサイクルで運転される先行待機型ポンプは、従来は、ポンプの全揚程が比較的小さい設備（例えば、２０ｍ以下）であった。しかしながら、近年の都市化に伴い、雨水幹線は、非常に深い位置（大深度）に埋設されるようになってきた。そのため、全揚程が大きい先行待機型ポンプを大深度に設置したいとの要望が増加している。求められている先行待機型ポンプの全揚程は、少なくとも３０ｍ以上であり、５０ｍ以上の全揚程が要求される場合もある。
【０００９】
全揚程が大きい先行待機型ポンプを大深度に設置すると、吐出水槽に連通する吐出管を鉛直方向に非常に長く延ばす必要が生じる。吐出管を長くすると、気水混合運転状態およびエアロック運転状態である時間が吐出管の長さの増加分にしたがって長くなってしまう。気水混合運転状態およびエアロック運転状態は、ポンプに大きな振動が発生する最も不安定な運転状態である。したがって、気水混合運転状態およびエアロック運転状態が長く続くと、先行待機型ポンプを構成する機器の故障が発生したり、先行待機型ポンプを設置している土木躯体へ悪影響が生じてしまう。
【００１０】
また、エアロック運転状態では、先行待機型ポンプは、無送水の状態で、吐出管内の水を攪拌している状態となる。この場合、ポンプの動力の多くは熱として消費されるため、吐出管内の水温が上昇して、先行待機型ポンプを構成する機器へ悪影響を及ぼすことがある。さらに、吐出管が熱膨張して、吐出管を支持している土木躯体への荷重が増大してしまう。
【００１１】
さらに、従来の先行待機型ポンプでは、吐出水槽からの水の逆流を防止する機構として簡易なフラップ弁（図１４の符号１２３参照）を採用することが一般的であった。このようなフラップ弁では、弁体に実揚程差（＝吐出水槽水位−吸込水槽水位）以上の強度が要求される。しかしながら、簡易な構造であるフラップ弁では、大深度となる高実揚程差での設計や対応（製作）が難しいという課題があった。
【００１２】
また、フラップ弁の場合、弁体がポンプ停止時の逆流に対して閉じ遅れることで当該弁体が衝撃的に閉まる現象（所謂、スラミング現象）が発生してしまう。スラミング現象が発生すると、大きな衝撃音が発生すると共に、弁体および／または弁胴が破損に至る危険性がある。加えて、スラミング現象が発生すると、プラップ弁を設置している土木躯体にまで衝撃が伝わり、土木躯体が破損してしまう可能性がある。このような現象の対策として、急閉式や強制緩閉式のフラップ弁を採用するなどの対応が考えられるが、フラップ弁は、吐出水槽内に没水する機器であるため、このような特殊構造を採用することが難しい。
【００１３】
さらに、先行待機型ポンプが高揚程であると、ポンプの急停止時（例えば、停電や故障等によるトリップ時）に水撃現象が発生し、当該水撃現象の発生に伴う圧力低下や上昇も大きくなる。水撃現象に起因する圧力変化を抑えるには、設計された時間だけ圧力を逃がす機構が必要である。しかしながら、フラップ弁は、上述の通り、特殊構造を採用することが難しいので、水撃現象のための対策を施すことができない。
【００１４】
上述のような点を考慮して、一般に、高揚程のポンプ設備には、フラップ弁ではなく、緩閉式逆止弁が吐出管の途中に設けられる。しかしながら、高揚程のポンプに緩閉式逆止弁を用いる場合、緩閉式逆止弁の弁体および緩閉機構（例えば、油圧機構）に強度上の問題が生じるため、強度上の問題点を考慮して、緩閉する弁体を分割し、小型の弁体を緩閉式にするなどの対策が行われる。しかしながら、下水、雨水、または河川水を取り扱う先行待機型ポンプでは、弁体を小型化すると、塵詰まりなどの課題が生じてしまう。そのため、高揚程の先行待機型ポンプでは、緩閉式逆止弁の採用が困難である。
【００１５】
また、逆止弁を吐出管の途中に設けると、ポンプ停止後、垂直に立ち上がる吐出管における逆止弁の二次側に水が残ってしまう。先行待機型ポンプは、雨天時に運転されるので、場合によっては、逆止弁の二次側の残水は、何日間あるいは何週間もそのまま放置される場合がある。放置された残水は、腐敗して異臭を発生させてしまう。また、次の運転時に放置された腐敗水を吐出側の河川などに排出する場合、河川の水質悪化や生態系への影響が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】実開平７−１７９８７号公報
【特許文献２】特開２００７−８５０６５号公報
【特許文献３】特開平１１−１４１７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、エアロック運転状態の時間を短縮することができる先行待機型ポンプを提供することを目的とする。また、スラミング現象対策および水撃現象対策が効果的に施された先行待機型ポンプ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】
【００１８】
上述した課題を解決するための本発明の一態様は、インペラケーシング内に収容され、吸込水槽内の水を吸いこむための羽根車と、前記羽根車を回転させる駆動機と、前記インペラケーシングに接続され、前記羽根車により吸いこまれた水を吐出水槽に移送するための揚水管と、前記揚水管の開口端部に設けられたフラップ弁と、前記揚水管から分岐し、前記吸込水槽に連通する戻り管と、前記戻り管に設けられた開閉弁と、前記開閉弁の開閉動作を制御する制御部と、を備え、前記揚水管は、前記インペラケーシングを前記吸込水槽内に吊り下げる吊下管と、前記吊下管の上端に接続される吐出曲管と、前記吐出曲管の吐出側に接続される吐出管と、から構成されており、前記戻り管は、前記吐出管から分岐しており、前記制御部は、前記吸込水槽内の水位、および前記揚水管内の圧力または流量に基づいて、先行待機型ポンプが気水混合運転状態またはエアロック運転状態のいずれであるかを判断し、前記制御部が、前記先行待機型ポンプがエアロック運転状態であると判断した場合は、前記制御部は、前記開閉弁を開くことを特徴とする先行待機型ポンプである。
【００１９】
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記吸込水槽内の水位が運転最低水位よりも低く、エアロック水位よりも高い場合であって、かつ前記揚水管内の圧力または流量が所定の設定値以下である場合に、前記先行待機型ポンプがエアロック運転状態であると判断することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記吸込水槽内の水位が運転最低水位よりも低く、エアロック水位よりも高い場合であって、かつ前記揚水管内の圧力または流量が所定の設定値よりも大きい場合に、前記先行待機型ポンプが気水混合運転状態であると判断することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記先行待機型ポンプの不安定状態の回避を重視する場合に、前記制御部が、前記先行待機型ポンプが気水混合運転状態であると判断した場合は、前記制御部は、前記開閉弁を開くことを特徴とする。
本発明の他の態様は、インペラケーシング内に収容され、吸込水槽内の水を吸いこむための羽根車と、前記羽根車を回転させる駆動機と、前記インペラケーシングに接続され、前記羽根車により吸いこまれた水を吐出水槽に移送するための揚水管と、前記揚水管の開口端部に設けられたフラップ弁と、前記揚水管から分岐し、前記吸込水槽に連通する戻り管と、前記戻り管に設けられた開閉弁と、前記開閉弁の開閉動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記吸込水槽内の水位、および前記揚水管内の圧力または流量に基づいて、先行待機型ポンプが気水混合運転状態またはエアロック運転状態のいずれであるかを判断し、前記制御部が、前記先行待機型ポンプがエアロック運転状態であると判断した場合は、前記制御部は、前記開閉弁を開き、前記制御部は、前記吸込水槽内の水位が運転最低水位よりも低く、エアロック水位よりも高い場合であって、かつ前記揚水管内の圧力または流量が所定の設定値よりも大きい場合に、前記先行待機型ポンプが気水混合運転状態であると判断することを特徴とする先行待機型ポンプである。
【００２０】
本発明のさらに他の態様は、インペラケーシング内に収容され、吸込水槽内の水を吸いこむための羽根車と、前記羽根車を回転させる駆動機と、前記インペラケーシングに接続され、前記羽根車により吸いこまれた水を吐出水槽に移送するための揚水管と、前記揚水管に設けられた吐出弁と、前記揚水管に設けられ、前記吐出弁の一次側に配置された逆止弁と、前記揚水管から分岐し、前記逆止弁の一次側から前記吸込水槽まで延びる戻り管と、前記戻り管に設けられた開閉弁と、前記揚水管に設けられ、前記逆止弁をバイパスするバイパス管と、前記バイパス管に設けられたバイパス弁と、前記開閉弁および前記バイパス弁の開閉動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記吸込水槽内の水位、および前記逆止弁に設けられた流水検知器の流水検知信号に基づいて、先行待機型ポンプが気水混合運転状態またはエアロック運転状態のいずれであるかを判断し、前記制御部が、前記先行待機型ポンプがエアロック運転状態であると判断した場合は、前記制御部は、前記開閉弁を開き、前記バイパス弁を閉じることを特徴とする先行待機型ポンプである。
【００２１】
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記吸込水槽内の水位が運転最低水位よりも低く、エアロック水位よりも高い場合であって、かつ前記流水検知器が流水検知信号を発信していない場合に、前記先行待機型ポンプがエアロック運転状態であると判断することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記吸込水槽内の水位が運転最低水位よりも低く、エアロック水位よりも高い場合であって、かつ前記流水検知器が流水検知信号を発信している場合に、前記先行待機型ポンプが気水混合運転状態であると判断することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記先行待機型ポンプの不安定状態の回避を重視する場合に、前記制御部が、前記先行待機型ポンプが気水混合運転状態であると判断した場合は、前記制御部は、前記開閉弁および前記バイパス弁を開くことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記揚水管から分岐し、前記吐出弁の二次側から前記吸込水槽まで延びるドレイン管と、前記ドレイン管に設けられたドレイン弁とをさらに備え、前記制御部は、前記先行待機型ポンプが停止した後で、前記ドレイン弁を開くことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、制御部が、先行待機型ポンプがエアロック運転状態にあると判断した場合は、制御部は、開閉弁を開く。これにより、羽根車の二次側に存在する水を戻り管を通じて効率良く吸込水槽に戻すことができる。結果として、エアロック運転時間が短縮され、先行待機型ポンプは、比較的安定した運転状態である気中運転状態に短時間で移行することができる。
また、本発明によれば、停電時やポンプ故障時などの非常停止時に逆止弁の二次側の水圧が高くなっても、バイパス管を通して水を逆止弁の二次側から一次側に逆流させることで、圧力を逃がすことができる。したがって、停電時やポンプ故障時などの非常停止時に発生するスラミング現象や水撃現象を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る先行待機型ポンプを示す概略断面図である。
【図２】気中運転状態の先行待機型ポンプの概略断面図である。
【図３】気水混合運転状態の先行待機型ポンプの概略断面図である。
【図４】通常排水運転状態の先行待機型ポンプの概略断面図である。
【図５】エアロック運転状態の先行待機型ポンプの概略断面図である。
【図６】図１に示した先行待機型ポンプの動作フローチャートである。
【図７】本発明の別の実施形態に係る先行待機型ポンプを示す概略断面図である。
【図８】図７に示した先行待機型ポンプの動作フローチャートである。
【図９】流水検知器が配置された逆止弁の一例を示し、図９（ａ）は、流水検知器が配置された逆止弁の平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【図１０】通常停止時の動作フローチャートである。
【図１１】非常停止時の動作フローチャートである。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態に係る先行待機型ポンプを示す概略断面図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態に係る先行待機型ポンプを示す概略断面図である。
【図１４】従来の先行待機型ポンプの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の先行待機型ポンプの実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る先行待機型ポンプを示す概略断面図である。図１に示される先行待機型ポンプは、吸込ベルマウス１ａおよびポンプボウル１ｂを有するインペラケーシング１と、インペラケーシング１を吸込水槽３０内に吊り下げる吊下管２と、吊下管２の上端に接続される吐出曲管３と、吐出曲管３の吐出側に接続される吐出管４と、インペラケーシング１内に収容される羽根車１０と、羽根車１０が固定される回転軸１５と、回転軸１５を回転させるための駆動機２５と、を備えている。吊下管２は、水（例えば、雨水）が流れ込む吸込水槽３０の上部のポンプ据付床６に形成された挿通孔７を通して下方に延び、吊下管２の上端に設けられた据付用ベース８を介してポンプ据付床６に固定される。回転軸１５は、吐出曲管３、吊下管２、及びインペラケーシング１内を通って鉛直方向に延びている。回転軸１５は、水中軸受１７、中間軸受１８、および外軸受１９に回転自在に支持されている。回転する羽根車１０によって昇圧された水は、吊下管２、吐出曲管３、および吐出管４から構成される揚水管５を通って吐出水槽３１に揚水される。
【００２５】
吸込ベルマウス１ａは、吸込水槽３０内で下方を向いて開口し、吸込ベルマウス１ａの上端はポンプボウル１ｂの下端に固定されている。羽根車１０は、回転軸１５の下端に固定されており、羽根車１０と回転軸１５とは一体的に回転するようになっている。この羽根車１０の二次側（吐出側）には、複数のガイドベーン１６が配置されている。これらのガイドベーン１６はポンプボウル１ｂの内周面に固定されている。回転軸１５を回転自在に支持する水中軸受１７は、ポンプボウル１ｂに収容されており、羽根車１０の上方に位置している。同様に回転軸１５を回転自在に支持する中間軸受１８は、吊下管２に収容され、外軸受１９は、吐出曲管３の外部で当該吐出曲管３に固定されている。
【００２６】
吐出管４は、第１の水平部４ａ、第１の曲管部４ｂ、鉛直直管部４ｃ、第２の曲管部４ｄおよび第２の水平部４ｅにより構成される。第１の水平部４ａは、吐出曲管３の吐出側に接続されて水平方向に延び、第１の曲管部４ｂに接続される。第１の曲管部４ｂは、９０°だけ曲げられており、吐出管４の延びる方向を上向きに変えるために配置される。第１の曲管部４ｂの吐出側は、鉛直直管部４ｃに接続される。鉛直直管部４ｃは、鉛直方向に延びており、第２の曲管部４ｄに接続される。第２の曲管部４ｄは、９０°だけ曲げられており、吐出管４の延びる方向を水平に変えるために配置される。第２の曲管部４ｄの吐出側は、第２の水平部４ｅに接続される。
【００２７】
吐出管４の第２の水平部４ｅの吐出側端部は、吐出水槽３１内に開口しており、当該吐出側開口端部には、吐出水槽３１からの水の逆流を防止する逆流防止弁としてのフラップ弁２３が設けられている。吐出管４の第１の水平部４ａには、吐出弁２４が設けられている。この吐出弁２４は、先行待機型ポンプが運転されていないときは閉じられており、先行待機型ポンプが起動されると、後述する制御部２８により、吐出弁２４が開かれるように構成されている。本実施形態では、吐出弁２４は、電動弁から構成されている。
【００２８】
第２の曲管部４ｄには、当該第２の曲管部４ｄに開口する配管を介して自動空気抜弁８０が接続される。この自動空気抜弁８０は、吐出管４内の水を抜くときに、吐出管４内に空気を流入させることができるので、吐出管４内の水抜きを円滑に行うことが可能となり、水抜き時間を短縮させることができる。自動空気抜弁８０の代わりに、吐出水槽３１内に位置する第２の水平部４ｅに空気抜管を設けてもよい。空気抜管は、吐出水槽３１の最高水位よりも高い位置まで延びており、当該最高水位よりも高い位置で大気中に開口している。
【００２９】
吸込ベルマウス１ａには、羽根車１０よりも低い位置に貫通穴１ｃが形成され、当該貫通穴１ｃには、空気流入管４０が接続される。空気流入管４０は、貫通孔１ｃから略水平に延びた後、上方に延びる。空気流入管４０は、先行待機型ポンプの運転最高水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ）よりも高い位置まで延びており、当該運転最高水位よりも高い位置で大気中に開口している。
【００３０】
駆動機２５および吐出弁２４は、制御部２８としての配電・制御盤に接続されている。この制御部２８が発する指令を受けて、駆動機２５の始動および停止が制御される。また、制御部２８が発する指令を受けて、吐出弁２４の開閉動作が制御される。
【００３１】
先行待機型ポンプでは、吸込水槽３０内の水位が低い状態で、あるいは吸込水槽３０内に水が無い状態で、駆動機２５により羽根車１０を所定の回転速度で回転させて待機運転を開始する。待機運転の開始時では、先行待機型ポンプは、吸込ベルマウス１ａから流れ込む空気のみを吸い上げる気中運転状態で運転される。気中運転状態の先行待機型ポンプの概略断面図が図２に示される。図２に示される気中運転転状態は、所謂空運転状態であり、先行待機型ポンプは、吸込ベルマウス１ａから吸い込んだ空気のみを吐き出している。
【００３２】
水が吸込水槽３０内に流入することにより、吸込水槽３０内の水位が上昇して気水混合運転水位（例えば、羽根車１０の最下端位置：ＬＬ．Ｗ．Ｌ）に達すると、羽根車１０による揚水作用が生じて、吸込ベルマウス１ａから吸いこまれる水と空気流入管４０から流れ込む空気とを同時に吸い上げる気水混合運転が開始される。気水混合運転状態の先行待機型ポンプの概略断面図が図３に示される。図３に示される気水混合運転状態では、流量が低いものの吐出水槽３１に水が排出される。気水混合運転開始後は、吸込水槽３０内の水位が上昇するにつれて、空気流入管４０からの空気吸込量が減少し、排水水量が増加していく。水位が先行待機型ポンプの運転最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）に達すると、図４に示されるように、空気流入管４０からの空気の流入が停止され、水のみが吐き出される通常排水運転に移行する。
【００３３】
先行待機型ポンプが水を吐出水槽３１に排出することで、吸込水槽３０内の水位が低下していき、水位が運転最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）よりも下がると、空気流入管４０から空気の流入が開始され、図３に示される気水混合運転状態に移行する。さらに水位が低下して、エアロック水位（ＬＬＬ．Ｗ．Ｌ）に達すると、羽根車１０の下方（一次側）に空気だまりが形成され、羽根車１０の上方（二次側）の水が羽根車１０により攪拌されるエアロック運転状態に移行する。エアロック運転状態の先行待機型ポンプの概略断面図が図５に示される。エアロック運転状態では、羽根車１０の二次側（吐出側）にある水が羽根車１０により攪拌されているだけであり、吐出水槽３１に水は移送されない。水が吸込水槽３０に流入して水位が上昇すると、再び気水混合運転状態に移行する。なお、エアロック運転状態では、羽根車１０の二次側にある水が、羽根車１０とインペラケーシング１との間の隙間などから徐々に吸込水槽３０内に戻されていく。羽根車１０の二次側の水がなくなると、先行待機型ポンプは、エアロック運転状態から図２に示される気中運転状態に移行する。
【００３４】
図１に示した実施形態では、吊下管２、吐出曲管３、および吐出管４から構成される揚水管５から分岐し、かつ吸込水槽３０に連通する戻り管４１がさらに設けられる。より具体的には、戻り管４１の入口は、吐出管４の第１の水平部４ａに接続され、かつ吐出弁２４の二次側に位置している。戻り管４１の出口は、吸込水槽３０に連通している。戻り管４１には、開閉弁４２が設けられる。開閉弁４２は、制御部２８に接続され、制御部２８により、開閉弁４２の開閉動作が制御される。本実施形態では、開閉弁４２は、電動弁から構成されている。開閉弁４２として、エアシリンダなどのモータ以外のアクチュエータによって動作する弁を用いてもよい。なお、図１に示した実施形態では、戻り管４１は、吐出弁２４の二次側から分岐されているが、図１において２点鎖線で示すように、吐出弁２４の一次側（吸込側）から分岐されていてもよい。あるいは、吐出弁２４の一次側から分岐される戻り管４１と、吐出弁２４の二次側から分岐される戻り管４１を両方設けてもよい。この場合、２本の戻り管４１，４１それぞれに、制御部２８によって開閉動作が制御される開閉弁４２が設けられる。
【００３５】
図１に示した実施形態では、吐出管４内の水の圧力、すなわちポンプ吐出圧を計測する圧力計４３が設けられる。圧力計４３は、吐出弁２４の一次側の水の圧力を計測する位置に設けられる。さらに、吐出管４内の水の流量、すなわちポンプ吐出流量を測定する流量計４４が設けられる。流量計４４は、吐出弁２４の二次側の水の流量を計測する位置に設けられる。本実施形態の先行待機型ポンプでは、圧力計４３と流量計４４のうち、少なくともどちらか一方が設けられていればよい。また、本実施形態の駆動機２５は、電動機（例えば、モータ）から構成され、当該電動機に流れる電流を計測する電流計４７がさらに設けられる。さらに、吸込水槽３０内の水位を計測する水位計４８が設けられる。圧力計４３、流量計４４、電流計４７、および水位計４８は、制御部２８にそれぞれ接続される。圧力計４３、流量計４４、電流計４７、および水位計４８によって取得された各計測値は、制御部２８に送信される。
【００３６】
本実施形態では、制御部２８は、ポンプ吐出圧の計測値、ポンプ吐出流量の計測値、駆動機２５に流れる電流の計測値、および吸込水槽３０内の水位の計測値に基づいて、先行待機型ポンプが気中運転状態、気水混合運転状態、エアロック運転状態、または通常排水運転状態であるかを判断する。また、制御部２８は、先行待機型ポンプの、判断された運転状態に基づいて、開閉弁４２の開閉動作を制御する。以下に、図６を用いて、運転状態の判断方法と開閉弁４２の開閉動作とを説明する。
【００３７】
図６は、図１に示した先行待機型ポンプの動作フローチャートである。図６に示されるように、最初に先行待機型ポンプの運転開始指令が制御部２８に入力される（ステップ１）。運転開始指令が入力された制御部２８は、駆動機２５の運転を開始する（ステップ２）。同時に、制御部２８は、吐出弁２４の開指令を発する（ステップ３）。さらに、気中運転タイマＴ１のカウントが開始される（ステップ４）。気中運転タイマＴ１については、後述する。制御部２８は、吐出弁２４の開動作が完了したことを、吐出弁２４からの信号（アンサーバック信号）により確認する（ステップ５）。図６に示したフローチャートでは、駆動機２５の運転開始と同時に吐出弁２４の開指令を発しているが、駆動機２５の起動が完了した後に、吐出弁２４の開指令を発するようにしてもよい。
【００３８】
次に、制御部２８は、水位計４８によって計測された吸込水槽３０の水位を確認する。具体的には、制御部２８は、現状水位が先行待機型ポンプの運転最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）よりも低いか否かを確認する（ステップ６）。現状水位が運転最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）以上の場合は、制御部２８は、先行待機型ポンプが通常排水運転状態にあると判断する（ステップ７）。この場合、制御部２８は、開閉弁４２を閉じる（ステップ８）と共に、気中運転タイマＴ１をリセットする（ステップ９）。その後、動作フローは、ステップ６に戻り、制御部２８は、再度吸込水槽３０の水位を確認する。
【００３９】
ステップ６において、現状水位が運転最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）よりも低い場合は、制御部２８は、現状水位がエアロック水位（ＬＬＬ．Ｗ．Ｌ）よりも高いか否かを確認する（ステップ１０）。現状水位がエアロック水位（ＬＬＬ．Ｗ．Ｌ）以下である場合は、制御部２８は、電流計４７によって計測された駆動機２５の電流が設定値以上であるか否かを確認する（ステップ１１）。駆動機２５の電流が設定値よりも低い場合は、羽根車１０の負荷がほとんど無い状態なので、制御部２８は、先行待機型ポンプが気中運転状態にあると判断する（ステップ１２）。この場合、制御部２８は、気中運転タイマＴ１がリセット状態にあるか否かを確認し、リセット状態であれば、気中運転タイマＴ１をスタートさせる（ステップ１３）。また、制御部２８は、開閉弁４２を開く（ステップ１４）。気中運転状態の間に、開閉弁４２を開くと、羽根車１０の回転によって吸込水槽３０から吸い込まれて、吐出管４まで流れてきた空気が、戻り管４１を通って吸込水槽３０に戻される。すなわち、先行待機型ポンプと吸込水槽３０との間で空気の循環流を作り出すことができる。この空気の循環流は、気中運転状態時に最も発熱しやすい水中軸受１７および中間軸受１８を冷却する。したがって、水中軸受１７および中間軸受１８の焼損を防ぐことができる。
【００４０】
ステップ１２において、先行待機型ポンプが気中運転状態にあると制御部２８が判断すると、制御部２８は、気中運転タイマＴ１が設定時間に到達しているか否かを確認する（ステップ１５）。気中運転タイマＴ１が設定時間に到達していなければ、動作フローは、ステップ６に戻り、制御部２８は、再度吸込水槽３０の水位を確認する。気中運転タイマＴ１が設定時間に到達している場合は、制御部２８は、先行待機型ポンプの運転を停止させる（ステップ１６）。気中運転状態では、水中軸受１７および中間軸受１８の潤滑剤となる水が存在しないので、水中軸受１７および中間軸受１８の摩耗が進行しやすい。また、水中軸受１７および中間軸受１８が発熱してしまう。したがって、水中軸受１７および中間軸受１８の寿命低下と焼損とを防止するために気中運転タイマＴ１を設け、気中運転状態が一定時間以上連続しないようにしている。気中運転タイマＴ１の設定時間は、例えば、１時間である。
【００４１】
なお、先行待機型ポンプが、通常排水運転であると判断されるか、後述する気水混合状態にあると判断されると、気中運転タイマＴ１はリセットされる。水中軸受１７および中間軸受１８が一度水に浸漬されれば、水中軸受１７および中間軸受１８の潤滑が改善されると共に、水中軸受１７および中間軸受１８が冷却される。したがって、水中軸受１７および中間軸受１８が一度水に浸漬された場合に、気中運転タイマＴ１をリセットすると、先行待機型ポンプの排水作業を継続させることができる。その結果、先行待機型ポンプの運転を連続させることが可能になる。
【００４２】
ステップ１１で、駆動機２５の電流が設定値以上である場合は、羽根車１０に負荷がある状態なので、制御部２８は、先行待機型ポンプが気水混合状態にあると判断する（ステップ１７）。また、ステップ１０で、現状水位がエアロック水位（ＬＬＬ．Ｗ．Ｌ）よりも高い場合も、制御部２８は、先行待機型ポンプが気水混合状態にあると判断する（ステップ１７）。気水混合状態とは、先行待機型ポンプが図３に示す気水混合運転状態、または図５に示すエアロック運転状態のどちらかの運転状態であることを意味する。したがって、次に、制御部２８は、先行待機型ポンプが気水混合運転状態にあるのか、またはエアロック運転状態にあるのかを判断する。なお、上述したように、先行待機型ポンプが気水混合状態になれば、水中軸受１７および中間軸受１８が水に浸漬されているので、気中運転タイマＴ１はリセットされる（ステップ１８）。
【００４３】
次に、制御部２８は、圧力計４３によって計測されたポンプ吐出圧が設定値以下であるか否かを確認する（ステップ１９）。ポンプ吐出圧が設定値よりも大きい場合は、吐出水槽３１に水が移送されていることを示しているので、制御部２８は、先行待機型ポンプが気水混合運転状態にあると判断する（ステップ２０）。この場合、制御部２８は、開閉弁４２を閉じる（ステップ２１）。その後、動作フローは、ステップ６に戻り、制御部２８は、再度吸込水槽３０の水位を確認する。なお、気水混合運転状態も不安定な運転状態であるため、ステップ２１で、開閉弁４２を開くように制御部２８が指令を発してもよい。このように、気水混合運転状態で開閉弁４２を開くと、吐出管４内の水が戻り管４１を通って吸込水槽３０に戻されるので、先行待機型ポンプは、短時間で気中運転状態になる。したがって、不安定状態の回避を重視する場合は、制御部２８は、開閉弁４２を開いてもよい。
【００４４】
ポンプ吐出圧が設定値以下である場合は、吐出水槽３１に水が移送されず、羽根車１０が、揚水管５（吊下管２、吐出曲管３、および吐出管４）内の水を攪拌しているだけであることを示している。したがって、制御部２８は、先行待機型ポンプがエアロック運転状態にあると判断する（ステップ２２）。この場合、制御部２８は、開閉弁４２を開く（ステップ２３）。エアロック運転状態で、開閉弁４２を開くと、吐出管４内の水が戻り管４１を通じて吸込水槽３０内に速やかに流れるので、短時間で羽根車１０の二次側に存在する水を吸込水槽３０に戻すことができる。結果として、エアロック運転状態の時間が短縮され、先行待機型ポンプは、比較的安定した運転状態である気中運転状態に短時間で移行することができる。ステップ２３の後、動作フローは、ステップ６に戻り、制御部２８は、再度吸込水槽３０の水位を確認する。
【００４５】
図１に示されるように、戻り管４１の入口を、吐出管４の上面および底面に接続してもよい。あるいは、戻り管４１の入口を、吐出管４の上面、側面、および底面に接続してもよい。戻り管４１の複数の入口を吐出管４の複数の箇所に接続することで、戻り管４１の入口に塵芥が絡まり、戻り管４１が機能しなくなることを防止することができる。その結果、より信頼性の高い設備を提供することが可能となる。
【００４６】
また、ステップ１９で圧力計４３によって計測されるポンプ吐出圧を確認する代わりに、制御部２８は、流量計４４によって計測されるポンプ吐出流量（揚水管５を流れる水の流量）が設定値以下であるか否かを確認してもよい。ポンプ吐出流量が設定値よりも大きければ（例えば、ポンプ吐出流量が０よりも大きければ）、吐出水槽３１に水が移送されていることを示しているので、制御部２８は、先行待機型ポンプが気水混合運転状態にあると判断する（ステップ２０）。この場合、制御部２８は、開閉弁４２を閉じる（ステップ２１）。上述したように、ステップ２１で、開閉弁４２を開いてもよい。流量計４４によって計測されるポンプ吐出流量が設定値以下であれば（例えば、ポンプ吐出流量が０であれば）、吐出水槽３１に水が移送されず、羽根車１０が、揚水管５内の水を攪拌しているだけであることを示している。したがって、制御部２８は、先行待機型ポンプがエアロック運転状態にあると判断する（ステップ２２）。この場合、制御部２８は、開閉弁４２を開く（ステップ２３）。
【００４７】
ステップ１９でポンプ吐出圧またはポンプ吐出流量を確認する代わりに、制御部２８は、吸込水槽３０の水位を確認してもよい。すなわち、制御部２８は、ステップ１９として、水位計４８によって計測された吸込水槽３０の水位が気水混合運転水位（ＬＬ．Ｗ．Ｌ）よりも低いか否かを確認する。吸込水槽３０の水位が気水混合運転水位（ＬＬ．Ｗ．Ｌ）以上である場合、制御部２８は、先行待機型ポンプが気水混合運転状態にあると判断する（ステップ２０）。この場合、制御部２８は、開閉弁４２を閉じる（ステップ２１）。上述したように、ステップ２１で、開閉弁４２を開いてもよい。吸込水槽３０の水位が気水混合運転水位（ＬＬ．Ｗ．Ｌ）よりも低い場合、制御部２８は、先行待機型ポンプがエアロック運転状態にあると判断する（ステップ２２）。この場合、制御部２８は、開閉弁４２を開く（ステップ２３）。なお、空気流入管４０に空気流入量が計測できる手段を設け、空気流入管４０を流れる空気流入量により、先行待機型ポンプが気水混合運転状態にあるか、エアロック運転状態にあるかを判断してもよい。
【００４８】
図７は、本発明の別の実施形態に係る先行待機型ポンプを示す概略断面図である。図７に示される実施形態では、図１に示したフラップ弁２３の代わりに、逆止弁５０が設けられる。逆止弁５０は、揚水管５における吐出弁２４の一次側に配置される。図７に示した実施形態では、逆止弁５０および吐出弁２４は、吐出管４の鉛直直管部４ｃに配置されている。また、上述した開閉弁４２が設けられる戻り管４１は、揚水管５における逆止弁５０の一次側から分岐している。さらに、逆止弁５０をバイパスするバイパス管５１が鉛直直管部４ｃに設けられる。バイパス管５１には、バイパス弁５２が配置される。バイパス弁５２は、通常排水運転中は開かれている。本実施形態では、バイパス弁５２は、電動弁から構成されている。バイパス弁５２として、エアシリンダなどのモータ以外のアクチュエータによって動作する弁を用いてもよい。なお、ポンプの性能（吐出量）に余裕がある場合や、吐出管４からの戻り量を設計上考慮している場合は、バイパス管５１は、逆止弁５０の二次側から分岐して、吸込水槽３０まで延びるように構成してもよい。本実施形態のその他の構成は、図１に示した実施形態と同様であるため、対応する構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
図８は、図７に示した先行待機型ポンプの動作フローチャートである。図８に示されるように、最初に先行待機型ポンプの運転開始指令が制御部２８に入力される（ステップ１）。運転開始指令が入力された制御部２８は、駆動機２５の運転を開始する（ステップ２）。同時に、制御部２８は、吐出弁２４の開指令を発する（ステップ３）。さらに、気中運転タイマＴ１のカウントが開始される（ステップ４）。制御部２８は、吐出弁２４の開動作が完了したことを、吐出弁２４からの信号（アンサーバック信号）により確認する（ステップ５）。図８に示したフローチャートでは、駆動機２５の運転開始と同時に吐出弁２４の開指令を発しているが、駆動機２５の起動が完了した後に、吐出弁２４の開指令を発するようにしてもよい。
【００５０】
次に、制御部２８は、水位計４８によって計測された吸込水槽３０の水位を確認する。具体的には、制御部２８は、現状水位が先行待機型ポンプの運転最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）よりも低いか否かを確認する（ステップ６）。現状水位が運転最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）以上の場合は、制御部２８は、先行待機型ポンプが通常排水運転状態にあると判断する（ステップ７）。この場合、制御部２８は、開閉弁４２を閉じる（ステップ８）と共に、バイパス弁５２を開く（ステップ９）。同時に、制御部２８は、気中運転タイマＴ１をリセットする（ステップ１０）。その後、動作フローは、ステップ６に戻り、制御部２８は、再度吸込水槽３０の水位を確認する。
【００５１】
バイパス弁５２が開かれているので、停電時やポンプ故障時などの非常停止時に逆止弁５０の二次側の水圧が高くなっても、バイパス管５１を通して水を逆止弁５０の二次側から一次側に逆流させることで、圧力を逃がすことができる。したがって、停電時やポンプ故障時などの非常停止時に発生するスラミング現象や水撃現象を防止することができる。図７に示されるように、バイパス管５１は、吐出管４に配置された逆止弁５０をバイパスして、逆止弁５０の一次側と二次側とを接続しているだけである。したがって、通常排水運転状態時にバイパス管５１を流れる水は吸込水槽３０に戻されないので、バイパス弁５２を開いたとしても、ポンプの性能低下にはつながらない。なお、ポンプの性能（吐出量）に余裕がある場合や、吐出管４からの戻り量をポンプの設計上考慮している場合は、バイパス管５１は、逆止弁５０の二次側から分岐して、吸込水槽３０まで延びるように構成してもよい。
【００５２】
バイパス弁５２として、ボール弁や偏心構造弁などの塵芥が詰まりにくい弁を採用するのが好ましい。ボール弁や偏心構造弁を採用することで、従来から用いられてきた緩閉式逆止弁を採用した場合に発生する塵詰まりの問題を解決することができる。
【００５３】
ステップ６において、現状水位が運転最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）よりも低い場合は、制御部２８は、現状水位がエアロック水位（ＬＬＬ．Ｗ．Ｌ）よりも高いか否かを確認する（ステップ１１）。現状水位がエアロック水位（ＬＬＬ．Ｗ．Ｌ）以下である場合は、制御部２８は、電流計４７によって計測された駆動機２５の電流が設定値以上であるか否かを確認する（ステップ１２）。駆動機２５の電流が設定値よりも低い場合は、羽根車１０の負荷がほとんど無い状態なので、制御部２８は、先行待機型ポンプが気中運転状態にあると判断する（ステップ１３）。この場合、制御部２８は、気中運転タイマＴ１がリセット状態にあるか否かを確認し、リセット状態であれば、気中運転タイマＴ１をスタートさせる（ステップ１４）。また、制御部２８は、開閉弁４２を開く（ステップ１５）と共に、バイパス弁５２を閉じる（ステップ１６）。開閉弁４２を開く理由は、上述の通り、先行待機型ポンプと吸込水槽３０との間で空気の循環流を作り出すためである。バイパス弁５２を閉じる理由は、先行待機型ポンプが複数台設置されているポンプ機場の場合、他の先行待機型ポンプが吐出水槽３１に吐き出した水が吐出水槽３１から吐出管４内に逆流するのを防止するためである。他の先行待機型ポンプが吐き出した水が吸込水槽３０に戻されてしまうと、ポンプ機場全体の排水能力が低下してしまう。
【００５４】
ステップ１３において、先行待機型ポンプが気中運転状態にあると制御部２８が判断すると、制御部２８は、図６で示したフローチャートと同様に、気中運転タイマＴ１が設定時間に到達しているか否かを確認する（ステップ１７）。気中運転タイマＴ１が設定時間に到達していなければ、動作フローは、ステップ６に戻り、制御部２８は、再度吸込水槽３０の水位を確認する。気中運転タイマＴ１が設定時間に到達している場合は、制御部２８は、先行待機型ポンプの運転を停止させる（ステップ１８）。
【００５５】
ステップ１２で、駆動機２５の電流が設定値以上である場合は、羽根車１０に負荷がある状態なので、制御部２８は、先行待機型ポンプが気水混合状態にあると判断する（ステップ１９）。また、ステップ１１で、現状水位がエアロック水位（ＬＬＬ．Ｗ．Ｌ）よりも高い場合も、制御部２８は、先行待機型ポンプが気水混合状態にあると判断する（ステップ１９）。気水混合状態とは、先行待機型ポンプが図３に示す気水混合運転状態、または図５に示すエアロック運転状態のどちらかの運転状態であることを示している。したがって、次に、制御部２８は、先行待機型ポンプが気水混合運転状態にあるのか、またはエアロック運転状態にあるのかを判断する。なお、上述したように、先行待機型ポンプが気水混合状態になれば、気中運転タイマＴ１はリセットされる（ステップ２０）。
【００５６】
次に、制御部２８は、逆止弁５０に設けられた流水検知器が逆止弁５０内の流水を検知しているか否かを確認する（ステップ２１）。逆止弁５０に設けられた流水検知器は、例えば、逆止弁５０の弁体が開いているか否かを検出する装置である。
【００５７】
図９（ａ）および図９（ｂ）に、流水検知器７０が配置された逆止弁５０の一例が示される。図９（ａ）は、流水検知器７０が配置された逆止弁５０の平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。図９（ｂ）は、流水検知器７０の拡大側面図に相当する。図９（ａ）に示されるように、逆止弁５０は、弁胴７５の流路７５ａを塞ぐ弁体７１と、弁体７１が固定される弁軸７２とを備える。弁軸７２は、軸受７３、７４により回動可能に支持されている。弁軸７２は、軸受７３を貫通して延びており、弁軸７２の、軸受７３よりも外方に延びる部分にカム７６が固定されている。弁体７１と共に弁軸７２が回動すると、カム７６も一緒に回動する。カム７６には、突起部７６ａが設けられている。カム７６の近傍には、スイッチ７７が設けられている。弁体７１が開く方向に弁軸７２が回動すると、カム７６の突起部７６ａは、スイッチ７７に当接する。カム７６の突起部７６ａが当接したスイッチ７７は、逆止弁５０の動作検知信号（すなわち、流水検知信号）を発信し、この流水検知信号は制御部２８に送られる。このように、逆止弁５０の弁体７１が開いたことを流水検知器７０によって検知することができる。
【００５８】
流水検知器７０から流水検知信号が送られてきている場合は、吐出水槽３１に水が移送されていることを示しているので、制御部２８は、先行待機型ポンプが気水混合運転状態にあると判断する（ステップ２２）。この場合、制御部２８は、開閉弁４２を閉じる（ステップ２３）と共に、バイパス弁５２を開く（ステップ２４）。その後、動作フローは、ステップ６に戻り、制御部２８は、再度吸込水槽３０の水位を確認する。開閉弁４２を閉じて、バイパス弁５２を開く理由は、通常排水運転状態にある場合と同様の理由である。なお、不安定状態の回避を重視する場合は、上述したように、ステップ２３で、開閉弁４２を開いてもよい。
【００５９】
流水検知器７０から流水検知信号が送られてきていない場合は、吐出水槽３１に水が移送されず、羽根車１０が、揚水管５内の水を攪拌しているだけであることを示している。したがって、制御部２８は、先行待機型ポンプがエアロック運転状態にあると判断する（ステップ２５）。この場合、制御部２８は、開閉弁４２を開く（ステップ２６）と共に、バイパス弁５２を閉じる（ステップ２７）。
【００６０】
エアロック運転状態で、開閉弁４２を開くと、吐出管４内の水が戻り管４１を通じて吸込水槽３０内に速やかに流れるので、短時間で羽根車１０の二次側（吐出側）に存在する水を吸込水槽３０に戻すことができる。結果として、エアロック運転状態の時間が短縮され、先行待機型ポンプは、比較的安定した運転状態である気中運転状態に短時間で移行することができる。エアロック運転状態で、バイパス弁５２を閉じると、逆止弁５０の二次側（吐出側）の水が逆止弁５０の一次側（吸込側）に流れ込むことを防止することができる。したがって、より短時間で、先行待機型ポンプは、気中運転状態に移行することができる。なお、エアロック運転状態時に先行待機型ポンプが非常停止しても、先行待機型ポンプは、吐出水槽３１に水を吐き出していないので、スラミング現象や水撃現象は発生しない。したがって、バイパス弁５２を閉じた状態とすることができる。ステップ２７の後、動作フローは、ステップ６に戻り、制御部２８は、再度吸込水槽３０の水位を確認する。
【００６１】
ステップ２１で、流水検知器７０からの流水検知信号を確認する代わりに、制御部２８は、圧力計４３によって計測されるポンプ吐出圧、流量計４４によって計測されるポンプ吐出流量、または水位計２８によって計測される吸込水槽３０の水位を確認してもよい。上述したように、ポンプ吐出圧、ポンプ吐出流量、または吸込水槽３０の水位からも、先行待機型ポンプが気水混合運転状態にあるのか、またはエアロック運転状態にあるのかを判断することができる。さらに、空気流入管４０に空気流入量が計測できる手段を設け、空気流入管４０を流れる空気流入量により、先行待機型ポンプが気水混合運転状態にあるか、エアロック運転状態にあるかを判断してもよい。
【００６２】
次に、先行待機型ポンプの停止動作について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、通常停止時の動作フローチャートであり、図１１は、非常停止時の動作フローチャートである。
【００６３】
図１０に示されるように、通常停止動作では、最初に先行待機型ポンプの運転停止指令が制御部２８に入力される（ステップ１）。運転停止指令が入力された制御部２８は、吐出弁２４の閉指令を発する（ステップ２）。制御部２８は、吐出弁２４の閉動作が完了したことを、吐出弁２４からの信号（アンサーバック信号）により確認する（ステップ３）。その後、制御部２８により、駆動機２５の運転が停止される（ステップ４）と共に、開閉弁４２が閉じられる（ステップ５）。図７に示される実施形態のように、バイパス弁５２が設けられている場合は、制御部２８により、バイパス弁５２も閉じられる（ステップ６）。
【００６４】
停電やポンプ故障等の非常停止時には、図１１に示されるように、制御部２８に、ポンプ非常停止信号が入力される（ステップ１）。非常停止信号が入力された制御部２８は、駆動機２５の運転を停止させる（ステップ２）と共に、吐出弁２４を閉じる（ステップ３）。同時に、開閉弁４２用のタイマＴ２がカウントを始める（ステップ４）。タイマＴ２が設定時間に到達する（ステップ５）と、制御部２８により、開閉弁４２が閉じられる（ステップ６）。図７に示される実施形態のように、バイパス弁５２が設けられている場合は、タイマＴ２がカウントを始めると同時に、バイパス弁５２用のタイマＴ３がカウントを始める（ステップ７）。タイマＴ３が設定時間に到達する（ステップ８）と、制御部２８により、バイパス弁５２が閉じられる（ステップ９）。
【００６５】
タイマＴ３の設定時間は、水撃現象による圧力上昇を抑制することができる時間である。この設定時間は、予めシミュレーションなどにより決定された時間を用いるのが好ましい。このように、バイパス弁５２は、吐出弁２４が閉じられてからタイマＴ３の設定時間だけ遅れて閉じられるので、水撃現象による圧力上昇を防止することができる。本実施形態によれば、従来の油圧機構を用いた緩閉式逆止弁では設定することが難しかった緩閉時間を、タイマＴ３によって容易に設定することができる。
【００６６】
図１２は、本発明のさらに別の実施形態に係る先行待機型ポンプを示す概略断面図である。図１２に示される実施形態では、逆止弁５０および吐出弁２４が第１の水平部４ａに配置される。さらに、吐出弁２４の二次側において吐出管４から分岐し、吸込水槽３０に連通するドレイン管６０が設けられ、当該ドレイン管６０にドレイン弁６１が設けられる。ドレイン管６０の入口は、第１の水平部４ａに接続され、かつ吐出弁２４の二次側に位置している。ドレイン管６０の出口は、吸込水槽３０に連通している。本実施形態では、ドレイン弁６１は、電動弁から構成されている。ドレイン弁６１として、エアシリンダなどのモータ以外のアクチュエータによって動作する弁を用いてもよい。本実施形態のその他の構成は、図７に示した実施形態と同様であるため、対応する構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
ドレイン管６０に設けられたドレイン弁６１は、制御部２８に接続される。先行待機型ポンプが運転されている時、すなわち、駆動機２５が運転され、吐出弁２４が開いている時は、ドレイン弁６１は閉じられている。先行待機型ポンプが停止した時、すなわち、駆動機２５が停止され、吐出弁２４が閉じられた時に、ドレイン弁６１が開かれるように、制御部２８は、ドレイン弁６１の開閉動作を制御する。
【００６８】
このように、先行待機型ポンプが停止したときに、ドレイン弁６１を開くと、吐出弁２４の二次側の残水を吸込水槽３０に戻すことが可能になり、残水による悪臭、河川の水質悪化、および生態系への影響の問題を解決することができる。ドレイン弁６１を、先行待機型ポンプが停止してから所定時間経過後に開くように、制御部２８は、ドレイン弁６１を自動制御してもよい。先行待機型ポンプが複数台配置されるポンプ機場では、先行待機型ポンプが全台停止していることを条件に、ドレイン弁６１の開動作を行う。このように制御することで、他の先行待機型ポンプが吐出水槽３１に吐き出した水の吸込水槽３０への逆流を防止する。同様の理由から、他の先行待機型ポンプが運転を開始すると同時またはその前に、ドレイン弁６１の閉動作を行うように、制御部２８は、ドレイン弁６１の開閉動作を制御する。なお、操作員が手動で制御部２８を操作することにより、ドレイン弁６１を開閉させてもよい。
【００６９】
図１３は、本発明のさらに別の実施形態に係る先行待機型ポンプを示す概略断面図である。図１３に示される先行待機型ポンプは、吐出管４が第１の水平部４ａのみで構成され、第１の曲管部４ｂ、鉛直直管部４ｃ、第２の曲管部４ｄ、および第２の水平部４ｅが省略されている。第１の水平部４ａの末端は、吐出水槽３１に設けられた吐出立上部３１ａ内に開口し、吐出立上部３１ａの上部は、吐出上部槽３１ｂにつながっている。すなわち、吐出水槽３１は、吐出立上部３１ａと吐出上部槽３１ｂとで構成され、図１および図７に示した実施形態の鉛直直管部４ｃの代わりに、吐出立上部３１ａが設けられる。本実施形態のその他の構成は、図１２に示した実施形態と同様であるため、対応する構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。
【００７０】
図１３に示した実施形態のように、鋼管や鋳鉄管として構成される鉛直直管部４ｃに代えて、コンクリート躯体として構成される吐出立上部３１ｂを設け、この吐出立上部３１ｂに吐出管４が開口するように構成することができる。この構成は、図１および図７に示した実施形態にも適用することができる。
【００７１】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１    インペラケーシング
１ａ  吸込ベルマウス
１ｂ  ポンプボウル
１ｃ  貫通穴
２    吊下管
３    吐出曲管
４    吐出管
４ａ  第１の水平部
４ｂ  第１の曲管部
４ｃ  鉛直直管部
４ｄ  第２の曲管部
４ｅ  第２の水平部
５    揚水管
６    ポンプ据付床
７    挿通孔
８    据付用ベース
１０    羽根車
１５    回転軸
１６    ガイドベーン
１７    水中軸受
１８    中間軸受
１９    外軸受
２３    逆流防止弁
２４    吐出弁
２５    駆動機
２８    制御部
３０    吸込水槽
３１    吐出水槽
３１ａ  吐出立上部
３１ｂ  吐出上部槽
４０    空気流入管
４１    戻り管
４２    開閉弁
４３    圧力計
４４    流量計
４７    電流計
４８    水位計
５０    逆止弁
５１    バイパス管
５２    バイパス弁
６０    ドレイン管
６１    ドレイン弁
７０    流水検知器
７１    弁体
７２    弁軸
７３    軸受
７４    軸受
７５    弁胴
７５ａ  流路
７６    カム
７６ａ  突起部
７７    スイッチ
８０    自動空気抜弁
【図１】
0006469384.tif 000002
【図２】
0006469384.tif 000003
【図３】
0006469384.tif 000004
【図４】
0006469384.tif 000005
【図５】
0006469384.tif 000006
【図６】
0006469384.tif 000007
【図７】
0006469384.tif 000008
【図８】
0006469384.tif 000009
【図９】
0006469384.tif 000010
【図１０】
0006469384.tif 000011
【図１１】
0006469384.tif 000012
【図１２】
0006469384.tif 000013
【図１３】
0006469384.tif 000014
【図１４】
0006469384.tif 000015