(57)【要約】【課題】水位が低下したならばより確実に吸気を行い、水位が低下しても安定的な運転を行うことができ、すなわち先行待機運転に適する立軸ポンプおよびポンプ機場を提供すること。【解決手段】鉛直方向に配置され軸周りに回転する回転軸２１と、回転軸の回転により回転し水を吸い込み上方に流す羽根車であって回転軸の下端２３より下流側に配置された羽根車２０と、羽根車の上流側に配置され羽根車に向けて水を流す流路を形成する吸込管３１と、吸込管に一端が接続され他端から空気を吸い込む空気管４０と、羽根車より上流側に配置され回転軸を回転可能に支持する軸受５０と、吸込管と軸受とを連結する支持部材であって空気管と連通する中空部が形成され外面から該中空部に至る孔６２が形成された支持部材６０とを備える立軸ポンプ。また、羽根車が異なる高さに配置される少なくとも２台の立軸ポンプを含むポンプ機場。【選択図】図１
2008064088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に配置され、軸周りに回転する回転軸と；
前記回転軸の回転により回転し、水を吸い込み上方に流す羽根車であって、前記回転軸の下端より下流側に配置された羽根車と；
前記羽根車の上流側に配置され、前記羽根車に向けて前記水を流す流路を形成する吸込管と；
前記吸込管に一端が接続され、他端から空気を吸い込む空気管と；
前記羽根車より上流側に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と；
前記吸込管と前記軸受とを連結する支持部材であって、前記空気管と連通する中空部が形成され、外面から該中空部に至る孔が形成された支持部材とを備える；
立軸ポンプ。
【請求項２】
前記支持部材の断面形状が扁平である；
請求項１に記載の立軸ポンプ。
【請求項３】
前記支持部材に形成された孔は、前記吸込管との接続部から前記軸受との接続部に至る方向に複数配列された；
請求項１または請求項２に記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記支持部材に形成された孔は、前記羽根車の回転方向側に形成された；
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。
【請求項５】
前記支持部材に形成された孔は、開口が上向きに形成された；
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。
【請求項６】
前記支持部材に形成された孔は、最低運転水位に形成された；
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の立軸ポンプ。
【請求項７】
複数台の請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の立軸ポンプを備え；
前記複数台の立軸ポンプは、羽根車が異なる高さに配置される少なくとも２台の立軸ポンプを含む；
ポンプ機場。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立軸ポンプおよびポンプ機場に関し、特に、先行待機運転に適する立軸ポンプおよびポンプ機場に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から図７に示すように、縦方向に配置された軸の先端に羽根車１１２を備え、羽根車１１２に水と共に空気を吸い込ませることにより、吸込水槽１１１の最低水位ＬＷＬ以下でも運転を継続することを可能にした立軸ポンプ１１３があった。このポンプ１１３では、羽根車１１２より上流側の吸込管１１４に水位ＬＷＬからｈ≒ｖ２／２ｇだけ低い位置ＬＬＷＬに貫通した吸気用の孔１１５を設け、該孔１１５に羽根車１１２の取り付け位置より上で開口する他端１１６ａを有する空気管１１６を取り付けている。ここで、ｖはその部分の水の流速であり、ｇは重力加速度である。このことにより、最低水位ＬＷＬ以下では、該孔１１５を経て流入する空気により徐々に排水量を低下させることによって、水位の低下による急激な揚水停止を回避し、また、羽根車１１２の取り付け位置より下の水位からの水位上昇においても、水位が前記最低水位ＬＷＬに至るまでは該孔１１５を経て流入する空気により排水量を低下させることによって、急激な揚水開始を回避している。このような立軸ポンプでは、水位が低下したときに吸込管１１４から吸込渦を巻き込むことによる振動を防止することができる。
【０００３】
このようにして、例えば大都市の雨水排水用として、吸込水位に関係なく降雨情報等により予めポンプを始動しておき、低水位から水位が上昇するときは空運転から水量を徐々に増やしながら全量運転へ、また高水位から水位が低下するときは全量運転から水量を徐々に減らしながら空運転へと、スムーズに運転を移行できるようにしていた。しかし、水位が最低水位ＬＷＬ以下になって空気管１１６を通じて吸気しようとすると、羽根車の下方の旋回流れのために吸気用の孔１１５に正圧が生じてしまい、水位がＬＷＬ以下となっても充分な吸気が行われないことがあった。そこで、羽根車１１２の回転軸１１７を上流側に延長し、回転軸の下端を支持する軸受を設け、該軸受とポンプケーシングとを連結する支持板で旋回流れを防止する立軸ポンプが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１８９０１６号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の立軸ポンプでは、旋回流れが完全に阻止されるとは限らず、旋回流れが残存した場合には吸気用の孔に正圧が生じて充分な吸気が行われないこともありうる。
そこで、本発明は、水位が低下したならばより確実に吸気を行い、水位が低下しても安定的な運転を行うことができ、すなわち先行待機運転に適する立軸ポンプおよびポンプ機場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】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る立軸ポンプは、例えば図１に示すように、鉛直方向に配置され、軸周りに回転する回転軸２１と；回転軸２１の回転により回転し、水を吸い込み上方に流す羽根車２０であって、回転軸２１の下端２３より下流側に配置された羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、羽根車２０に向けて水を流す流路を形成する吸込管３１と；吸込管３１に一端が接続され、他端から空気を吸い込む空気管４０と；羽根車２０より上流側に配置され、回転軸２１を回転可能に支持する軸受５０と；吸込管３１と軸受５０とを連結する支持部材であって、空気管４０と連通する中空部が形成され、外面から該中空部に至る孔６２が形成された支持部材６０とを備える。
【０００６】
このように構成すると、回転軸を羽根車の上流側と下流側の２箇所で支持でき、各軸受への負担を軽減すると共に、羽根車の回転による振動を抑えることができ、縦軸ポンプの運転が安定する。特に、無注水軸受に対しては、有効である。また、回転軸をその下端近傍で支持することができ、無給水運転においても回転軸が潤滑されて、先行待機運転が円滑に行われる。さらに、水位が低下し空気管から吸気する場合に、空気は支持部材に形成された孔から吸込管内に吸引されるので、羽根車による旋回流れの影響を受けにくくなり、吸気が安定的に行われる。
【０００７】
また、請求項２に記載の立軸ポンプでは、例えば図３に示すように、請求項１に記載の立軸ポンプにおいて、支持部材６０の断面形状が扁平である。
【０００８】
このように構成すると、支持部材の断面形状が扁平であるので、支持部材が旋回流れを防止する邪魔板としての作用を有し、旋回流れが防止される。
【０００９】
また、請求項３に記載の立軸ポンプでは、例えば図１および図４に示すように、請求項１または請求項２に記載の立軸ポンプ１０において、支持部材６０に形成された孔６２は、吸込管３１との接続部６４から軸受５０との接続部６６に至る方向に複数配列されている。なおここで、軸受５０との接続部６６とは、軸受５０と直接接続する場合の他、軸受５０を収納する軸受箱５２との接続部６６を含むものとする。すなわち、支持部材６０は、吸込管３１と軸受５０とを直接連結せず、軸受箱５２を介して吸込管３１と軸受５０とを連結してもよい。
【００１０】
このように構成すると、空気管から吸引された空気は、軸受から吸込管の内面に至る流路断面の全範囲にわたり分散して水と混合するので、均一に混合した気液混合流となり易い。
【００１１】
また、請求項４に記載の立軸ポンプでは、例えば図１に示すように、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の立軸ポンプ１０において、支持部材６０に形成された孔６２は、羽根車２０の回転方向側に形成されている。
【００１２】
このように構成すると、水位が低下し支持部材に形成された孔から空気を吸引する際に、旋回流れが生じていても、孔は支持部材における旋回流れに対する背圧側に位置することになり、旋回流れによって吸気が損なわれることがなく、確実に吸気される。
【００１３】
また、請求項５に記載の立軸ポンプでは、例えば図１、図５に示すように、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の立軸ポンプ１０において、支持部材６０に形成された孔６２は、開口が上向きに形成されている。
【００１４】
このように構成すると、水位が低下し支持部材に形成された孔から空気を吸引する際に、旋回流れが生じていても、孔が旋回流による正圧の影響を受けず負圧となるため、旋回流れによって吸気が損なわれることがない。
【００１５】
また、請求項６に記載の立軸ポンプでは、例えば図１に示すように、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の立軸ポンプ１０において、支持部材６０に形成された孔６２は、最低運転水位ＬＬＷＬに形成されている。
【００１６】
このように構成すると、水位が低下して最低水位となったときに、空気管から支持部材の中空部を通じて孔から空気を吸引し、吸込管からの空気の吸込みが抑えられ、吸込管からの空気吸引に伴う振動や騒音の問題を回避することができる。なお、ここで「支持部材に形成された孔は、最低運転水位に形成されている」とは、実質的に最低運転水位に形成されていればよく、計算上の最低運転水位よりマージンをもって上方に形成される場合を含む。
【００１７】
前記目的を達成するため、請求項７に記載の発明に係るポンプ機場１０１は、例えば図６に示すように、複数台の請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の立軸ポンプ１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を備え；複数台の立軸ポンプ１０は、羽根車２０が異なる高さに配置される少なくとも２台の立軸ポンプ１０を含む。
【００１８】
このように構成すると、水を吐出し始め、また、し終える水位が異なる立軸ポンプが備えられるので、過大な排水を行うことが防止でき、また、電源装置に対する負荷も軽減できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、立軸ポンプが、鉛直方向に配置され軸周りに回転する回転軸と、回転軸の回転により回転し水を吸い込み上方に流す羽根車であって回転軸の下端より下流側に配置された羽根車と、羽根車の上流側に配置され羽根車に向けて水を流す流路を形成する吸込管と、吸込管に一端が接続され他端から空気を吸い込む空気管と、羽根車より上流側に配置され回転軸を回転可能に支持する軸受と、吸込管と軸受とを連結する支持部材であって空気管と連通する中空部が形成され外面から該中空部に至る孔が形成された支持部材とを備えるので、回転軸を羽根車の上流側と下流側の２箇所で支持でき、各軸受への負担を軽減すると共に、羽根車の回転による振動を抑えることができ、縦軸ポンプの運転が安定する。また、水位が低下し空気管から吸気する場合に、空気は支持部材に形成された孔から吸込管内に吸引されるので、羽根車による旋回流れの影響を受けにくくなり、吸気が安定的に行われる。したがって、水位が低下したならばより確実に吸気を行い、水位が低下しても安定的な運転を行うことができ、すなわち先行待機運転に適する立軸ポンプとなる。
【００２０】
また、ポンプ機場が、複数台の上記の立軸ポンプを備え、複数台の立軸ポンプは羽根車が異なる高さに配置される少なくとも２台の立軸ポンプを含むので、水を吐出し始め、また、し終える水位が異なる立軸ポンプが備えられることになり、過大な排水を行うことが防止でき、また、電源装置に対する負荷も軽減できる。すなわち先行待機運転に適するポンプ機場となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一または相当する装置等には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２２】
先ず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態である立軸ポンプを説明する。図１（ａ）は、立軸ポンプ１０の主要部の断面と、立軸ポンプ１０の一部である空気管４０および関連する装置の構成を示す断面構成図であり、（ｂ）は下面図である。本立軸ポンプ１０は、先行待機運転用のポンプである。先行待機運転、特に全速先行待機運転とは雨水が吸込水槽に流入する前にあらかじめポンプを始動し、水位の上昇にしたがって排水を始め、水位が低下してもポンプを停止させずに全速で運転することである。立軸ポンプ１０は、雨水などを一次貯留する吸込水槽である水槽１に配設され、水槽１内に貯留された水を排出する。
【００２３】
図１を参照して立軸ポンプ１０の構造を説明する。立軸ポンプ１０は、鉛直方向に上から配列された揚水管ケーシング（ケーシング本体）３３、ライナケーシング３２、吸込管（吸込ベル）３１を備える。それぞれは水平方向のフランジ３７、３６で締結されている。これらが広い意味のケーシングを構成している。
【００２４】
該ケーシングの中心に縦方向（鉛直方向）に回転軸２１が配設されている。回転軸２１の下方先端２３近傍は、軸受５０で回転可能に支持されている。回転軸２１の下方であって軸受５０より上方側に、オープン型の羽根車２０が取りつけられている。羽根車はクローズ型であってもよい。羽根車２０の外周（オープン羽根の先端）と僅かな隙間をもってライナケーシング３２が羽根車２０を収納している。立軸ポンプ１０は斜流ポンプである。斜流ポンプは吐出ヘッドが比較的大きい場合に用いられる。また羽根車２０の吐出側、ケーシング本体３３の内側にはガイドベーン３５が配設されている。
先行待機運転用のポンプとしては、不図示の軸流ポンプが用いられることもある。軸流ポンプは、吐出ヘッドに対して流量が比較的大きい場合に適する。
【００２５】
ケーシング本体３３は、回転軸２１と平行に垂直方向の管胴部分と、上方で水平方向に曲がった曲管部とそれに連なる水平管部分とを含んで構成され、曲管部分を、回転軸２１が貫通している。貫通した先は、回転軸２１を回転駆動する駆動装置としての電動モータ（不図示）に接続する。なお、電動モータは、回転軸２１に直結されず、例えば歯車列を介して接続され、回転速度を調節できるようにしてもよい。該貫通部にはシール２２ｃが配設され、貫通部を通しての水の漏洩を防止している。なお、シール２２ｃと駆動装置との間に不図示の軸受を配すると、駆動装置による振動が防止されるので、好ましい。回転軸２１は、羽根車２０近傍に配設された軸受２２ａ、軸受２２ａとシール２２ｃとの中間に配設された軸受２２ｂおよび前述の軸受５０により３点支持されている。なお、上記のようにシール２２ｃと駆動装置との間に不図示の軸受を配すると、４点支持となる。このように回転軸２１を支持することにより、特に羽根車２０を挟んだ両側で支持することにより、各軸受への負担を軽減することができるので、軸受の寿命が延び、メンテナンス期間を長くすることができる。さらに、回転軸２１の回転に伴う振動を抑えることができる。なお、不図示のスラスト軸受が回転軸２１にかかる鉛直方向の荷重（即ち羽根車２０、回転軸２１を含む回転体の重量と羽根車２０にかかる流体力）を支持している。
【００２６】
ケーシング本体３３には、据え付け用のフランジ３９が取り付けられており、フランジ３９で据え付け台であるコンクリート製の床２に据え付けられている。ケーシング本体３３の前記水平管部分にはフランジ３８が取りつけられており、フランジ３８により、吐出配管３４と接続されている。吐出配管３４は雨水を河川や海等に導いて排出するための配管である。
【００２７】
吸込管３１は、羽根車２０の先端よりも下方に位置し、羽根車２０に水を流す流路９０を形成する。吸込管３１は、下端、すなわち水の流れの上流で、ベル形に拡径した開口端を有し、開口端から水槽１内の水を吸い込み、羽根車２０に向けて送り込む。その形状から、吸込ベルと呼ばれることもある。開口端が拡径することにより、水槽１内の水を吸い込むときの吸込管３１の開口端での流速が下がり、振動が起こりにくくなるが、必ずしも拡径せず、例えば径が均一な円筒形であってもよい。
【００２８】
吸込管３１の外側に空気管４０が接続する。空気管４０は、吸込管３１の内側に形成された空気流路４４と連通する。空気管４０は、他端である端部４１が大気開放され、大気から空気を空気流路４４に導く。空気管４０の大気開放された端部４１は、図１に示すようにＵ字管により下向きとされると、ゴミが入り込まなくなるので好ましい。図１では、端部４１は、床２の上方に位置しているが、床２の下方の水槽１内に位置してもよい。後述するように水位が最低水位ＬＷＬとなり、空気管４０を通じて吸込管３１内に空気を吸引するときに、端部４１が大気中に露出していればよい。空気管は４０は１本でもよいが、複数本、例えば４本である方が、空気管４０から吸入される空気が空気流路４４に均等に流れ易いので、好ましい。
【００２９】
空気流路４４は、吸込管３１の内側に形成された環状の空間であり、空気管４０から吸引した空気を、吸込管３１の内側の円周方向に分散するための流路である。図１（ａ）の断面図では空気流路４４が内側向きに開放されているように示されているが、後述の支持部材６０と連通する箇所以外では、内側も封止されている。なお、空気流路４４はなくてもよく、複数の支持部材６０それぞれに空気管４０が接続すればよい。
【００３０】
吸込管３１の内側に軸受５０が配置される。軸受５０は、軸受箱５２に収納され、軸受箱５２により固定支持される。軸受５０の配置される高さは、最低運転水位ＬＬＷＬの近傍とする。なお、最低運転水位ＬＬＷＬについては、後で詳細に説明する。
【００３１】
軸受箱５２は、支持部材６０により支持される。支持部材６０は、吸込管３１の内面と軸受箱５２とを連結することにより軸受箱５２を所定の位置に固定する。なお、軸受５０は、必ずしも軸受箱５２に収納されなくてもよく、軸受５０と支持部材６０とが直接連結されてもよい。いずれの場合も、支持部材６０は軸受５０と吸込管３１とを連結する、という概念に含まれるものとする。図１（ｂ）では、４本の支持部材６０で軸受箱５２を固定支持しているが、支持部材６０の本数は４本に限られず、１本でも、２本でも、３本でも、あるいは、５本以上であってもよい。１本だと片持ち梁となるため変形し易いので固定しにくいが、構造は簡単になる。本数を増やすと、より堅固に固定することができ、また、後述するように支持部材６０の孔６２から空気を吸引するときに、気液混合がより均一に行われる。しかし、本数が多すぎると、構造が複雑になることに加え、断面の流路面積が狭くなり、水が流れにくくなる。そこで、一般的には、強度および構造の単純化の観点から、３本または４本とするのが適当である。
【００３２】
支持部材６０は、中空に形成され、中空部は空気流路４４と連通する。すなわち、空気管４０を通じて空気流路４４に導かれた空気は、支持部材６０の中空部に至る。支持部材６０には、外面から中空部に至る孔６２が形成される。したがって、空気管４０から吸引された空気は、孔６２を通って吸込管３１内の水の流路９０に導かれる。
【００３３】
ここで、立軸ポンプ１０の高さ方向の構造と水位の関係を説明する。水位ＨＷＬは、水槽１の最高水位である。水位がこれ以上に上昇することはない。その下方に最低水位ＬＷＬがある。これは、ポンプ固有の値であり、水位がこれ以下になると何らかの問題が起こりポンプの運転が継続できなくなる水位である。典型的には、それ以下では吸込管３１の下端から渦状に空気を吸い込み始め、振動や騒音が発生し運転が継続できなくなる水位である。しかし最低水位ＬＷＬは渦状の空気吸込以外の条件で定まる場合もある。
【００３４】
最低水位ＬＷＬの下方には、羽根車２０の吸込開始水位ＳＬＷＬがある。この水位は、羽根車２０の先端部分の水位に相当する。低い水位から水位が上昇して、羽根車２０が水に接すると、気水攪拌が開始され間もなく水が吐出されるからである。すなわち、羽根車２０は、最低水位ＬＷＬよりも下方に設置されている。通常、吸込開始水位ＳＬＷＬより低い位置に、立軸ポンプ１０の最低運転水位ＬＬＷＬがある。最低運転水位ＬＬＷＬより下方に、吸込管３１の下端（開口部）の水位Ａ１がある。
【００３５】
ここで、支持部材６０の孔６２を最低運転水位ＬＬＷＬの高さに配置する。最低運転水位ＬＬＷＬは、最低水位ＬＷＬよりｈ≒ｖ２／２ｇだけ低い位置である。ここで、ｖはその位置での水の流速、ｇは重量加速度である。すなわち、水の流れによりベルヌーイの定理による速度水頭の分だけ圧力が低くなるので、最低水位ＬＷＬのときに水頭が上記の速度水頭と等しくなる位置は、圧力がゼロ（大気圧）となる。この位置を、最低運転水位ＬＬＷＬとする。このようにすると、水位が最低水位ＬＷＬ以下になると最低運転水位ＬＬＷＬの位置では負圧となる。よって、最低運転水位ＬＬＷＬに配置された孔６２は負圧となり、支持部材６０の中空部、空気流路４４および空気管４０を通じて大気と連通しているために、空気管４０の端部４１から吸込管３１の内部に空気を吸引する。孔６２から吸気することにより、吸込管３１下端から渦状に空気を吸い込まなくなり、振動や騒音などの問題が発生せず、そのまま運転を継続することが可能となる。厳密には、孔６２の上端を最低運転水位ＬＬＷＬとするが、実際には流速も一定しないので、計算上の最低運転水位ＬＬＷＬより僅かに上方に孔６２を配置するのが一般的である。この場合にも、孔６２は実質的に最低運転水位ＬＬＷＬに配置されている。なお、孔６２は、最低運転水位ＬＬＷＬより上方に配置されればよい。その分、水位が最低水位ＬＷＬに低下する前に空気の吸引が始まるが、吸込管３１の先端から渦状に空気を吸い込み振動等を生ずる問題をより確実に防止できる。ただし、上方に配置しすぎると、低い水位での水の吸込みができなくなるので、好ましくない。なお以下では、孔６２は最低運転水位ＬＬＷＬに配置されるものとして、説明する。
【００３６】
そして、水位が最低運転水位ＬＬＷＬまで下がると、空気管の先端４１から、空気管４０、空気流路４４および支持部材６０の中空部を通じて孔６２までが大気開放され、吸込管３１内の空間が真空破壊し、吸込管３１内の水は落下する。すなわち、孔６２の形成された高さまで水位が低下すると、立軸ポンプ１０は揚水しなくなる。
【００３７】
続いて、図１を参照して、立軸ポンプ１０の作用について説明する。先ず水位が吸込管３１の下端（開口部）の水位Ａ１よりも低い状態で立軸ポンプ１０を始動する。例えば川の上流で大雨が降ったとの降雨情報が入った場合等、ある時間の後に水位が急に上昇することが予測される。そのような場合に、水位がＡ１よりも下の状態で、先行待機運転用の立軸ポンプ１０が始動される。先行待機運転の開始である。
【００３８】
雨水の流入により水槽１内の水位が上昇し、吸込ベルの下端水位Ａ１を越える。水位が水位Ａ１を越えても、最低運転水位ＬＬＷＬを越えても、まだ水は吸い上げられない。羽根車２０は空転している。水位がさらに上昇して、吸込開始水位ＳＬＷＬまで到達したところで、羽根車２０は水を吸い込み始める。このときは、空気管４０、空気流路４４、支持部材６０の中空部を通して孔６２から吸込管３１内に空気も吸い込むので、立軸ポンプ１０の全水量吐出の運転ではない。すなわち、立軸ポンプ１０は気水混合運転をしている。さらに水位が上昇すると徐々に吸込空気量は減少し、代わりに水量が増加する。やがて水位が最低水位ＬＷＬまで上昇すると吸込空気量がゼロになり、立軸ポンプ１０の全水量を吐出するに至る。すなわち、定常運転に入る。
【００３９】
さらに水位が、最低水位ＬＷＬと最高水位ＨＷＬの間の水位まで上昇して、ポンプ１０は定常運転を継続する。その後、ポンプ１０の排水により今度は水位が低下し、最低水位ＬＷＬを下回ると、空気管４０、空気流路４４、支持部材６０の中空部を通して孔６２から吸込管３１内に空気を吸い込み始める。すなわち、再び気水混合運転が開始される。水位が低下するにつれて吸込空気量が増えて、代わりに水量が減っていく。さらに水位が下がり、最低運転水位ＬＬＷＬになると、水の吸込みが終わり、羽根車２０は空気中で運転される空運転状態になる。すなわち、立軸ポンプ１０は全く水を吸い込まないエアロック状態となる。
【００４０】
このようにして、羽根車２０は空気中での空運転状態を続けることになる。降雨が続くときは、そのまま運転を続け、再び水位が上昇してきて、前記のように吸込開始水位ＳＬＷＬに到達したところで立軸ポンプ１０は水を吸い込み始める。このようにして、先行待機運転用の立軸ポンプ１０は、水槽１の水位にかかわらず、空運転と全水量の運転との間で運転を継続することができる。空運転と全水量運転との間の移り変わりは、立軸ポンプ１０が支持部材６０の孔６２から空気を一緒に吸い込むので滑らかに行われる。
【００４１】
次に、図２〜図４をも参照して、支持部材６０について詳細に説明する。図２は、支持部材６０の断面形状の典型例を説明する図で、（ａ）は円形断面形状、（ｂ）は楕円断面形状、（ｃ）は矩形（長方形）断面形状、（ｄ）は丸み付き長方形断面形状を示す。支持部材６０の断面形状は任意であるが、（ａ）に示すように円形とすると、製造し易く、また吸込管３１を鋼板溶接構造とする場合は市販のパイプを用いることができる。（ｂ）ないし（ｄ）のように扁平な形状とすると、羽根車２０の回転により生ずる旋回流れを防止する邪魔板としての作用が得られる。また、（ｂ）に示すように支持部材６０を楕円断面形状とすると、角がないので支持部材６０周囲の水の流れが滑らかとなる。（ｃ）に示すように支持部材６０を矩形断面形状とすると、製作が容易となる。（ｄ）に示すように支持部材６０を丸み付き長方形断面形状とすると、特に吸込管３１と一緒に鋳造されるときに製造が容易であり、角がないので支持部材６０周囲の水の流れが滑らかとなる。典型的には（ｄ）に示す丸み付き長方形断面形状が用いられる。
【００４２】
ここで、図３を参照して、支持部材６０の邪魔板としての作用を説明する。図３は、矩形断面形状を有する支持部材６０を用いた場合の、水の流れとの位置関係を説明する図である。図３（ａ）は支持部材６０の扁平方向を垂直にした場合、（ｂ）は水平面からの角度αに傾斜した場合を表す。また図中、太い矢印は流量が多いときの水の流れ方向を、細い矢印は流量が少ないときの水の流れ方向を示す。すなわち、流量が少ないときには旋回流れの影響が強く現れ、水の流れ方向には水平成分が顕著となる。
【００４３】
なお、支持部材６０の扁平方向とは、例えば図２（ｂ）に示す楕円断面形状、（ｃ）あるいは（ｄ）に示す長方形断面形状のように扁平な断面形状を有する支持部材において、断面における最長の径の方向を指す。支持部材が捩れた断面形状を有する場合には、断面における最長の径を平均した方向とする。
【００４４】
図３（ａ）に示すように扁平方向を垂直にして支持部材６０を設置した場合には、流量が多い時には水の流れに対する抵抗が少ないが、流量が少ないときには旋回流れ（水平方向の流れ）に対しては抵抗が大きく、旋回流れを防止する邪魔板として作用する。図３（ｂ）に示すように、扁平方向は傾斜させてもよい。図３（ｂ）は、流量が少ないときの水の流れ方向と扁平方向（図中、一点鎖線で示す。）とのなす角度が大きくなるように傾斜させている。このように扁平方向を傾斜させると、旋回流れに対する抵抗がより大きくなる。ただし、図３（ｂ）とは逆向きに傾斜させてもよい。すなわち、流量が少ないときの水の流れ方向と扁平方向との角度が小さくなるように傾斜させてもよい。この場合には、旋回流れを緩やかに低減することになる。なお、典型的には、角度αを９０度（垂直）とする。
【００４５】
上記のように、支持部材６０を邪魔板として作用させ、旋回流れを防止することにより、旋回流れによる流速の増加、すなわち正圧の発生を防止することができる。よって、空気管４０、空気流路４４、支持部材６０の中空部を通して孔６２から吸込管３１内に確実に空気を吸い込むことができる。
【００４６】
図４は、支持部材６０に形成される孔６２の例を説明する図である。図４（ａ）は一つの支持部材６０に円形の孔６２が一つ形成される例、（ｂ）は一つの支持部材６０に円形の孔６２が四つ並べて形成される例、（ｃ）はスリット状の孔６２が形成される例を表す。孔６２は一つでもよいが、支持部材６０の吸込管３１との接続部６４から軸受箱５２との接続部６６に至る方向に複数の小さな孔６２を配列して形成すると、空気が吸込管３１内に分散して吸引されるので、気液混合が均一となり好適である。なお、孔６２の形状は任意であるが、典型的には形成しやすいことから円形とする。また、孔６２の大きさは吸引する空気の量や孔６２の数に応じて決められるが、極めて小さくすると、空気を水中に吸引する際の表面張力が大きくなり好ましくない。
【００４７】
孔６２は、支持部材６０の吸込管３１との接続部６４から軸受箱５２との接続部６６に至る方向にスリット状としてもよく、この場合にも空気が吸込管３１内に分散して吸引されるので、気液混合が均一となり好適である。なお、孔６２は、例えば図４に示すように、支持部材６０の上方に形成することが好ましい。上方に形成することにより、吸気するときに支持部材６０の中空部の上方を流れる空気が孔６２から吸引され、吸気しやすくなる。
【００４８】
さらに、図３に示すように、孔６２は、支持部材６０の旋回流れの下流向きに形成するのが好ましい。すなわち、図１（ｂ）に示すように、羽根車２０の回転方向（図中の矢印方向）側に形成される。このように形成することにより、流量の少ないときに旋回流れの影響が現れても、支持部材６０の背圧側に孔６２が位置することとなり、旋回流れによる正圧の影響を受けず、確実に吸気することが可能となる。なお、流量が大きい間は、旋回流れの影響がほとんどないので、孔６２は背圧側に位置することにもならず、必要以上に吸気することもない。
【００４９】
また、図５に示すように、孔６２は、支持部材６０の上面に（上向きに）形成することとしてもよい。図５は、支持部材６０に形成される孔６２の向きの変形例を説明する図で、（ａ）は円形断面形状の支持部材６０に、（ｂ）は楕円断面形状の支持部材６０に、（ｃ）は矩形（長方形）断面形状の支持部材６０に、（ｄ）は丸み付き長方形断面形状の支持部材６０に対してそれぞれ上向きに孔６２が形成された例を示す。図５においても太い矢印は流量が多いときの水の流れ方向を、細い矢印は流量が少ないときの水の流れ方向を示す。また、図５中、紙面の上方が実際の鉛直上方に相当する。図５に示すように、孔６２が支持部材６０に対して上向きに（流量が多いときの水の流れの下流向きに）形成されていても、流量が少ないとき（水槽１内の水位が最低水位ＬＷＬ以下のとき）に孔６２は負圧となり、空気管４０の端部４１から吸込管３１の内部に空気を吸引することができる。また、孔６２が支持部材６０に対して上向きに形成されていると、特に吸込管３１と支持部材６０とが一体に形成されるとき（例えば吸込管３１と支持部材６０とが一緒に鋳造されるとき）に、孔６２を支持部材６０に形成するための加工がしやすくなる。なお、「孔６２が支持部材６０に対して上向きに形成されている」とは、典型的には、平面図における孔６２の図心を通る法線が鉛直方向となる状態であるが、水槽１内の水位が最低水位ＬＷＬ以下のときに孔６２の負圧を維持できる程度（吸込管３１の内部に空気を吸引することができる程度）に該法線が鉛直方向に対して角度を持つ状態であってもよい。
【００５０】
これまで説明したように、回転軸２１を羽根車２０の下部（上流側）にまで延伸してその端部２３を軸受５０で支持し、軸受５０を支持部材６０で固定し（軸受箱５２を介して固定する場合を含む。）、支持部材６０の中空部は空気管４０と連通し吸込管３１内に空気を供給する孔６２が形成されている立軸ポンプ１０では、回転軸２１あるいは羽根車２０が安定的に回転すると共に、最低水位ＬＷＬ以下の低水位での運転において確実に孔６２から空気を吸引して、騒音や振動の問題を回避することができる。また、支持部材６０が空気を供給する部材を兼ねることにより、部材数を低減でき、製造の煩雑さや製作費を抑えることができると共に、立軸ポンプ１０による揚水の流路に配置され水の流れの障害となる部材を低減することができる。
【００５１】
図６に示すように、以上のような先行待機運転ポンプは、機場には通常複数台設置される。図６は、これまでに説明した立軸ポンプ１０を３台備えるポンプ機場１０１を説明する部分断面図である。ポンプ機場１０１では、３台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃが共通の床２に設置されている。このようなポンプ機場１０１においては、複数配置された立軸ポンプ１０は、入水量に合わせて必要な台数を稼働させるように、あるいは、予備として用いるようにしている。
【００５２】
複数の立軸ポンプ１０の揚水管ケーシング３３および回転軸２１の長さはそれぞれ異なり、羽根車２０および吸込管３１の高さは異なっている。すなわち、各立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの最低水位ＬＷＬ、吸込開始水位ＳＬＷＬ、最低運転水位ＬＬＷＬは異なっている。すなわち、各立軸ポンプ１０による揚水の発停が時間差を付けて行われる。例えば、増水時には、最初に一番低い位置の立軸ポンプ１０ａが揚水を開始し、順次他の立軸ポンプ１０ｂ、１０ｃが揚水を行う。したがって、入水量よりも多い過大な揚水を行って水槽１内の水位を変動させることが防止され、また、電源設備に対する負荷も軽減される。
【００５３】
なお、ポンプ機場に備えられる立軸ポンプ１０の数は、３台に限られず、揚水量等に応じて、適当な台数の立軸ポンプ１０が備えられる。また、揚水管ケーシング３３および回転軸２１の長さも同じ同一構造の複数台の立軸ポンプ１０を用い、設置する高さを変えることにより最低水位ＬＷＬ、吸込開始水位ＳＬＷＬ、最低運転水位ＬＬＷＬを異なるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態としての立軸ポンプを説明する図であり、（ａ）は断面構成図、（ｂ）は下面図である。
【図２】支持部材の断面形状の典型例を説明する断面図であり、（ａ）は円形断面形状、（ｂ）は楕円断面形状、（ｃ）は矩形（長方形）断面形状、（ｄ）は丸み付き長方形断面形状を示す。
【図３】水の流れと支持部材の位置関係を説明する図であり、（ａ）は支持部材の扁平方向を垂直にした場合、（ｂ）は傾斜した場合を表す。
【図４】支持部材に形成される孔の例を説明する図であり、（ａ）は一つの支持部材に円形の孔が一つ形成される例、（ｂ）は一つの支持部材に円形の孔が四つ並べて形成される例、（ｃ）はスリット状の孔が形成される例を表す。
【図５】支持部材に形成される孔の向きの変形例を説明する断面図であり、（ａ）は円形断面形状の支持部材に、（ｂ）は楕円断面形状の支持部材に、（ｃ）は矩形（長方形）断面形状の支持部材に、（ｄ）は丸み付き長方形断面形状の支持部材に対してそれぞれ上向きに孔が形成された例を示す。
【図６】立軸ポンプを３台備えるポンプ機場を説明する部分断面図である。
【図７】従来の立軸ポンプの構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  水槽
２  床
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  立軸ポンプ
２０  羽根車
２１  回転軸
２２ａ、２２ｂ  軸受
２２ｃ  シール
２３  回転軸の下端
３１  吸込管
３２  ライナケーシング
３３  揚水管ケーシング（ケーシング本体）
３４  吐出配管
３５  ガイドベーン
３６〜３９  フランジ
４０  空気管
４１  端部（他端）
４４  空気流路
５０  軸受
５２  軸受箱
６０  支持部材
６２  孔
６４  吸込管との接続部
６６  軸受（箱）との接続部
９０  流路
１０１  ポンプ機場
Ａ１  吸込管の下端（開口部）の水位
ＨＷＬ  最高水位
ＬＬＷＬ  最低運転水位
ＬＷＬ  最低水位
ＳＬＷＬ  吸込開始水位
【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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【図７】
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