(57)【要約】【課題】ポンプ運転可能最低水位を低く設定できるようにする。【解決手段】本川１につながる水路２の途中位置に、ゲート扉体３を開閉可能に設ける。ゲート扉体３の上流側面部の吸込口１０と下流側面部の吹出口１１とを連通する吸込み流路９ａを設け、吹出口１１に横軸ポンプ４を連設してポンプゲートを構成する。吸込口１０は矩形として、横軸ポンプ４の軸心位置付近の低位置にて左右水平方向に延びる天井部を有するようにし、天井部の左右両端となる角部１９は丸めて角を落とす。吸込み流路９ａの天井面１８は、吸込口１０の天井面１８ａから吹出口１１の天井面１８ｂに向けて滑らかに湾曲しながら上昇する天井面１８ｃから構成される。天井面１８ａの上流側端部は、水平若しくは水平よりもやや下向きで吸込口１０に繋がるようにする。水路２をゲート扉体３により閉塞させた後、ポンプ運転水位に達したら横軸ポンプ４を運転して水路２より本川１側へ強制排水を行わせる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路を開閉するゲート扉体の所要位置に、該ゲート扉体の水路上流側面に開口した吸込口と水路下流側面に開口した吹出口とを連通するポンプ用の吸込み流路を設け、該吸込み流路の吹出口に、ポンプの吸入側を一致させて取り付けて、上記ゲート扉体により水路を閉じて上記ポンプを駆動することにより上流側から下流側へ強制排水できるようにしてあるポンプゲートにおいて、上記吸込み流路の吸込口側の天井面を、吹出口側の天井面よりも低くなるように形成してなる構成を有することを特徴とするポンプゲート。
【請求項２】
吸込み流路の吸込口側の天井面と吹出口側の天井面を、平面の天井面で連続させた請求項１記載のポンプゲート。
【請求項３】
吸込み流路の吸込口側の天井面と吹出口側の天井面を、滑らかに湾曲した曲面の天井面で連続させた請求項１記載のポンプゲート。
【請求項４】
吸込み流路の吸込口側の天井面の上流側端部が、水平若しくは水平よりもやや下向きとなるようにした請求項１、２又は３記載のポンプゲート。
【請求項５】
吸込み流路の吸込口を、天井面が水面と平行になるよう水平に延びる角型形状とした請求項１、２、３又は４記載のポンプゲート。
【請求項６】
吸込口の天井部の左右両端の角部を角のない円弧形状もしくは角部を段階的に曲げて角部の角度を広げた形状とした請求項５記載のポンプゲート。
【請求項７】
吸込み流路の吸込口を左右幅広に形成するようにした請求項１、２、３、４、５又は６記載のポンプゲート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は本川（比較的大規模な河川）につながる水路（小河川を含む）の途中に設置して、水路下流側の外水位が上昇してゲートを閉じたときに水路上流側から水路下流側へ強制排水するためのポンプをゲートに一体に取り付けてなるポンプゲートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本川となる比較的大規模な河川につながっている雨水排水路や農業用水路の如き水路（小河川を含む）には、通常、上流側から下流側へ流れる水量を調節して本川への排水量を調節するための排水ゲートが設置されているが、台風又は集中豪雨時等、本川及び水路への水の流入量が一時的に増大して水位が急激に上昇する場合には、排水ゲートを全開にしても水路の水（内水）を充分に排水できなくなるだけでなく、本川の水（外水）が水路へ逆流すると、水路から水が溢れることにより周囲が冠水して大きな災害が起こることになる。そのため、このような災害を防ぐための一手段として、水路上流側から水路下流側へ水を強制排水できて、本川の水位が上昇しても本川から水路への水の逆流を防止できるようにした排水設備としてのポンプゲートが水路の途中に設置される場合がある。
【０００３】
従来、この種のポンプゲートの１つとしては、図６にその一例の概略を示す如き川表タイプのものがある。これは、本川１につながる水路２の途中の所要個所、たとえば、図６に示す如く本川１との合流部付近に、ローラーゲート扉体の如きゲート扉体３を昇降可能に配置し、且つ該ゲート扉体３の水路上下流方向の下流側面部に横軸ポンプ４を一体的に取り付けてポンプゲート５とし、上方の操作台６上に設置したゲート昇降機７の操作で上記ポンプゲート５を昇降（開閉）できるようにしてあり、水路２の水位（内水位）よりも本川１の水位（外水位）が低いときには、ポンプゲート５のゲート扉体３を図６に二点鎖線で示す如く引き上げて水路２を開放させることにより、水路２の水を本川１側へ自然流下により排水させるようにし、一方、内水位よりも外水位の方が高くなるときには、逆流を防ぐために、図６に実線で示す如くポンプゲート５を下降させてゲート扉体３で水路２を閉鎖し、ポンプ運転に備えるようにし、内水位が上昇してポンプ運転可能水位に達すると、横軸ポンプ４を運転し、これにより内水を強制的に本川側へ排出させるようにしている。なお、８は上記横軸ポンプ４の給電ケーブルを示す。
【０００４】
上記横軸ポンプゲートを構成しているゲート扉体３と横軸ポンプ４との具体的な構成は、図７（イ）（ロ）にその一例を拡大して示す如く、ゲート扉体３の下部所要位置の１ヶ所又は２ヶ所に、水路２の上流側に吸込口１０を開口させ、又、水路２の下流側に吹出口１１を開口させるようにポンプ用の吸込み流路９を貫通させて設け、該吸込み流路９は、全長に亘りポンプ口径と対応する内径を有し且つ水路２の上下流方向にほぼ水平に形成してある。一方、上記横軸ポンプ４は、一端側を吸入口１２ａとし且つ他端側を吐出口１２ｂとした横向きのポンプケーシング１２内の軸心位置に、水中電動機１３を配置して支持部材１４にてポンプケーシング１２の内面に固定すると共に、該水中電動機１３の出力軸（図示せず）に軸流のポンプ翼１５を一体に連結し、更に、上記ポンプケーシング１２の吐出口１２ｂに、ポンプ運転停止時における逆流を防止するためのフラップ弁１６を備えてなる構成として、上記ポンプケーシング１２の吸入口１２ａ側を、上記ゲート扉体３の吸込み流路９の吹出口１１の周辺部に取り付けて、吹出口１１に連通させるようにしてある。
【０００５】
ところで、一般に、ポンプゲート５は、運転可能な吸込水位を低く設定することができれば、ポンプの起動及び停止回数を減少させることができるため、市場では、吸込側の運転可能最低水位をより低くすることが望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、低水位運転時には、吸込側水面Ｗ．Ｌ．に空気吸込渦１７が発生して横軸ポンプ４が空気を吸込み易くなり、このようにして横軸ポンプ４に空気が吸込まれるようになると、該横軸ポンプ４に振動が発生したり、損傷したりする虞が生じるという問題がある。この対策としては、吸込み側に、空気吸込渦発生防止用の吸込みスロート等の部品を取り付けることが考えられるが、上述した如き川表タイプのポンプゲート５では、吸込み流路９の吸込口１０側に、上記空気吸込渦発生防止用の吸込スロート等の部品を取り付けると、ゲート扉体３の上流側面より突出することになり、ゲート開閉の妨げになるため採用し得ない。
【０００７】
そのため、現状では、横軸ポンプ４の回転数を下げて流量を低下させることにより、水面からの空気吸込を防ぐようにすることが行われているが、この場合には、上記横軸ポンプ４の回転数制御器が必要になるため、製造コストが嵩むという問題がある。
【０００８】
更に、上記従来のゲート扉体３の吸込み流路９は、全長に亘りポンプ口径に対応した内径を有するように形成されているため、吸込口１０も円形となるが、吸込口１０の断面形状が円形の場合、水面側（上方）から流れ込む水流が吸込口１０の上端部に集中し易く、又、流れの旋回が発生し易いことから空気吸込渦１７が形成されやすいという問題もある。
【０００９】
そこで、本発明は、ゲート扉体の上流側面部に何ら部品を取り付けることなくポンプ運転可能最低水位を低く設定することができ、更に、空気吸込渦の発生を抑えることができて低水位運転時においても水面からの空気吸込の発生を抑制することができるようにするポンプゲートを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、水路を開閉するゲート扉体の所要位置に、該ゲート扉体の水路上流側面に開口した吸込口と水路下流側面に開口した吹出口とを連通するポンプ用の吸込み流路を設け、該吸込み流路の吹出口に、ポンプの吸入側を一致させて取り付けて、上記ゲート扉体により水路を閉じて上記ポンプを駆動することにより上流側から下流側へ強制排水できるようにしてあるポンプゲートにおいて、上記吸込み流路の吸込口側の天井面を、吹出口側の天井面よりも低くなるように形成してなる構成とし、更に、上記吸込み流路の吸込口側の天井面と吹出口側の天井面を、平面の天井面で連続させた構成とする。
【００１１】
水路から、河川への強制排水を行う場合は、ゲート扉体により水路を閉塞させた状態としてポンプを駆動させる。この際、吸込み流路の吸込口は天井面が低く設定されていて水面から離されるようになるため、従来に比して水路内の水位が低くても運転可能になる。
【００１２】
又、上記吸込み流路の天井面を、吸込口側から吹出口側に向けて滑らかに湾曲して上昇する構成とすることにより、吸込口側の天井面と吹出口側の天井面に大きい高低差があっても上記吸込み流路を流通する水流の向きが急に変化することはなく、このため水流が天井面より剥離して流路抵抗が増加し、ポンプの吸入抵抗が増加する虞を未然に防止することができる。
【００１３】
更に又、吸込み流路の吸込口側の天井面の上流側端部が、水平若しくは水平よりもやや下向きとなるようにした構成とすることにより、ゲート扉体上流側の吸込側水面付近における下向き流れを弱めることができ、吸込側水面が波立ったときにも、水面から空気を吸込む虞を防止できる。
【００１４】
更に又、吸込み流路の吸込口を、天井面が水面と平行になるよう水平に延びる角型形状とした構成とすることにより、水面側から流れ込む水流が吸込口の天井面の１個所に集中する虞を防止できると共に、流れの旋回が発生することを抑止できて、空気吸込渦の発生をより効果的に抑制できる。
【００１５】
更に又、吸込口の天井部の左右両端の角部を角のない円弧形状もしくは角部を段階的に曲げて角部の角度を広げた形状とした構成とすることにより、吸込口の天井部の角部における圧力低下現象を防止して、該角部における空気吸込現象の発生を抑制できる。
【００１６】
更に又、吸込み流路の吸込口を左右幅広に形成するようにした構成とすることにより、吸込み流路の吸込口の面積を広げることができるため、該吸込口部分を通過する水流の単位面積当りの流速を遅くすることができて、空気吸込渦の発生を更に抑制できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明のポンプゲートの実施の一形態を示すもので、図６及び図７（イ）（ロ）に示した川表タイプのポンプゲート５と同様に、本川１につながる水路２の途中の所要個所に、ゲート扉体３をゲート昇降機７により昇降可能に備え且つ該ゲート扉体３に、水路上流側の吸込口１０と水路下流側の吹出口１１を連通する吸込み流路９を設け、該吸込み流路９の吹出口１１に、横軸ポンプ４の吸入口１２ａ側を一致させてポンプケーシング１２を取り付けた構成としてあるポンプゲートにおいて、図６、図７（イ）（ロ）に示すゲート扉体３内に形成する吸込み流路９の如き、吸込口１０から吹出口１１に至る吸込み流路９の天井面を水平状態に形成した構成に代えて、吸込み流路９の天井面１８を、吸込口１０側から滑らかに湾曲して吹出口１１側へ上向きとなるような形状とする。すなわち、吸込口１０の天井面１８ａの位置を、吹出口１１の天井面１８ｂの位置よりも低い位置、たとえば、吹出口１１に一致させて取り付けた横軸ポンプ４の軸心部付近にまで下がった位置となるような低い位置まで下げると共に、該吸込口１０の天井面１８ａと吹出口１１の天井面１８ｂとの間の天井面１８ｃを滑らかに湾曲しながら上昇するように形成してなる吸込み流路９ａとする。
【００１９】
又、上記吸込み流路９ａの天井面１８における吸込口１０側の天井面１８ａの端部は、上流側に向けて水平若しくは水平よりもやや下向きの角度で吸込口１０に連なるようにする。
【００２０】
更に、上記吸込み流路９ａの吸込口１０は、天井面１８ａが水面と平行となるように少なくとも上半部が左右幅方向に水平に延びるようにして角型形状となるようにし、吸込口１０の断面形状を矩形となるようにする。又、上記矩形とした吸込口１０の天井面１８ａの左右両端の角部１９は、角を落として丸みをつけるようにする。
【００２１】
更に又、上記矩形とした吸込口１０は、該吸込口１０部分を流通する水流の単位面積当りの流速を低下させることができるように、左右方向へ幅広に形成するようにする。
【００２２】
その他、図７（イ）（ロ）に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００２３】
上記本発明のポンプゲートを使用する場合は、従来のポンプゲート５と同様に、内水位よりも外水位が低いときには、ゲート昇降機７によりゲート扉体３を引き上げて水路２を開放させる。これにより、水路２の水は本川側へ自然流下により排水される。
【００２４】
一方、内水位よりも外水位が高くなる時には、図１に実線で示す如く、開閉装置によりゲート扉体３を下降させ、水路２を閉鎖した状態としてポンプ運転に備え、内水位が増水してポンプ運転水位に達したら、横軸ポンプ４を運転させることにより、内水は、吸込み流路９ａを通して横軸ポンプ４に導かれた後、強制的に本川側となる下流側へ排水されるようになる。この際、上記吸込み流路９ａの吸込口１０の天井面１８ａの位置が、横軸ポンプ４の軸心位置付近の低位置となるように形成してあるため、上記横軸ポンプ４は、図７（イ）（ロ）に示した如き従来の吸込み流路９に接続した場合に比して、より低い水位で運転が可能になり、本発明のポンプゲートによれば、横軸ポンプ４の運転可能最低水位を低く設定することができる。又、上記吸込み流路９ａの天井面１８は吸込口１０の天井面１８ａから吹出口１１の天井面１８ｂまで滑らかに湾曲させた天井面１８ｃで連続させてあるため、上記吸込口１０の天井面１８ａと吹出口１１の天井面１８ｂとの高低差が大きくても上記吸込み流路９ａを流通する水流の向きが急に変化することはなく、このため水流が天井面１８より剥離して流路抵抗が増加する虞を未然に防止することができる。
【００２５】
又、吸込み流路９ａの天井面１８における吸込口１０の天井面１８ａの上流側端部が水平若しくは水平よりもやや下向きの角度で吸込口１０に連なるようにしてあるため、該吸込口１０に流入する水流の下向き流れを弱めることができ、たとえば、図２に示す如く、吸込み流路９ａの吸込口１０の天井面１８ａの上流側端部を、上向きの角度で吸込口１０に連なるように形成した場合には、上記吸込口１０に流入する水流の下向き流速が大となるため、ポンプ４による強制排水を行うときにゲート扉体３の上流側の吸込側水面が波立つと、波の打ち込みに伴い図２に矢印ｌで示す如く吸込口１０の天井面１８ａの上流側端部に沿って空気の吸い込みが生じる虞がある。この点、本発明のポンプゲートではゲート扉体３の上流側の水面が波立った場合でも空気を吸込む虞を未然に防止できる。
【００２６】
一方、図３に示す如く、吸込み流路９ａの吸込口１０の天井面１８ａの上流側端部が下向きの急な角度で吸込口１０に連なるようにした場合には、該吸込口１０の位置にて、上方から流入する水流に急な方向転換が生じるようになるため、図３に矢印ｍで示す如く、吸込口１０の天井面１８ａから水流が剥離して流路抵抗が増える虞があるが、本発明のポンプゲートにおける吸込み流路９ａの吸込口１０の天井面１８ａの上流側端部は、水平又は水平よりもやや下向きの角度で吸込口１０に連なるようにさせてあるため、水流が天井面１８ａから１８ｃ，１８ｂへ沿い流れて天井面１８から剥離する虞を解消することができる。
【００２７】
更に、上記吸込み流路９ａの吸込口１０を、天井部が左右方向へ水平に延びる矩形状となるように形成しておくと、従来のポンプゲート５の吸込み流路９の如く吸込口１０を円形としていた場合に比して、流れの旋回を減少させることができ、しかも、上方からの流れが一部に集中することはなくなるため、空気吸込渦の発生を更に抑制することができる。又、図４に示す如く、矩形に形成した吸込口１０の天井面１８における左右両端部の角部１９の角が落とされてなくて直角に形成されている場合には、該角部１９における圧力低下現象が生じて、図４に矢印ｎで示す如く、該角部１９に向けて水面からの空気の吸込が発生する虞があるが、本発明のポンプゲートにおける吸込み流路９ａの吸込口１０の如く、天井面１８の両端部の角部１９を、角をおとして丸みをつけた形状としてあると、角部１９における圧力低下現象の発生を抑えることができ、水面からの空気の吸込が発生する虞を抑止できる。
【００２８】
更に又、上記矩形とした吸込口１０を、幅広に形成して、吸込口１０の面積を拡大した構成とすると、該吸込口１０を流通する水流の流速を低下させることができ、これにより空気が水流に伴って横軸ポンプ４へ搬送される虞をより確実に防止することができる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、横軸ポンプ４としては、ポンプケーシング１２の軸心位置に配した水中電動機１３によりポンプ翼１５を駆動する形式のものを示したが、ポンプケーシング１２の中心部にはポンプ１５翼のみを回転可能に支持させ、該ポンプ翼１５をポンプケーシング１２の外部に設けた水中電動機或いは電動機により駆動する形式のものを用いてもよいこと、ゲート扉体３に設ける吸込み流路９ａの吸込口１０は、その上半部が、左右水平方向に延びる天井部を備えた角型に形成してあれば、下半部は半円状や半楕円状等、角型以外の形状を採用してもよいこと、図１では、吸込み流路９ａの天井面１８を、吸込口１０の天井面１８ａと吹出口１１の天井面１８ｂとの間を、滑らかに湾曲しながら上昇する天井面１８ｃにより連続させた形状として示したが、吸込口１０の天井面１８ａと吹出口１１の天井面１８ｂとの高低差が少ない場合には、平面の天井面により連続させるようにしてもよいこと、吸込口１０の天井面１８ａの左右両端の角部１９は、角を落として丸みをつけた形状として示したが、図５に示す如く、角部１９を段階的に曲げて角部の角度を広げた形状としてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のポンプゲートによれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）水路を開閉するゲート扉体の所要位置に、該ゲート扉体の水路上流側面に開口した吸込口と水路下流側面に開口した吹出口とを連通するポンプ用の吸込み流路を設け、該吸込み流路の吹出口に、ポンプの吸入側を一致させて取り付けて、上記ゲート扉体により水路を閉じて上記ポンプを駆動することにより上流側から下流側へ強制排水できるようにしてあるポンプゲートにおいて、上記吸込み流路の吸込口側の天井面を、吹出口側の天井面よりも低くなるように形成してなる構成とし、更に、上記吸込み流路の吸込口側の天井面と吹出口側の天井面を、平面の天井面で連続させた構成としてあるので、ポンプの運転可能最低水位を低く設定することができる。
（２）吸込み流路の吸込口側の天井面と吹出口側の天井面を、滑らかに湾曲した曲面の天井面で連続させた構成とすることにより、吸込口側の天井面と吹出口側の天井面に大きい高低差があっても吸込み流路を流通する水流の向きが急に変化することはなく、このため水流が天井面より剥離して流路抵抗が増加し、ポンプの吸込抵抗が増加する虞を未然に防止することができる。
（３）吸込み流路の吸込口側の天井面の上流側端部が、水平若しくは水平よりもやや下向きとなるようにした構成とすることにより、ゲート扉体上流側の吸込側水面付近における下向き流れを弱めることができ、吸込側水面が波立った場合であっても、水面から空気を吸込む虞を抑制できる。
（４）吸込み流路の吸込口を、天井面が水面と平行になるよう水平に延びる角型形状とした構成とすることにより、水面側から流れ込む水流が吸込口の天井面の１個所に集中する虞を防止できると共に、流れの旋回が発生することを抑止できて、空気吸込渦の発生をより効果的に抑制できる。
（５）吸込口の天井部の左右両端の角部を角のない円弧形状もしくは角部を段階的に曲げて角部の角度を広げた形状とした構成とすることにより、吸込口の天井部の角部における圧力低下現象を防止して、該角部における空気吸込現象の発生を抑制できる。
（６）吸込み流路の吸込口を左右幅広に形成するようにした構成とすることにより、吸込み流路の吸込口の面積を広げることができるため、該吸込口部分を通過する水流の単位面積当りの流速を遅くすることができて、空気吸込渦の発生を更に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポンプゲートの実施の一形態を示すもので、（イ）は概略切断側面図、（ロ）は概略正面図である。
【図２】図１のポンプゲートの比較として、吸込み流路の天井面の上流側端部を上向きにして吸込口に連なるようにした場合に生じる空気の吸込現象を示す図である。
【図３】図１のポンプゲートの比較として、吸込み流路の天井面の上流側端部を急角度の下向き状態で吸込口に連なるようにした場合に生じる水流の天井面からの剥離現象を示す図である。
【図４】図１のポンプゲートの比較として、角型形状に形成した吸込口の天井部の角部に角がある場合に生じる水面からの空気の吸込現象を示す図である。
【図５】本発明における吸込口の天井部の左右両端の角部の他の形状を示す概略正面図である。
【図６】従来用いられているポンプゲートの一例の概略を示す切断側面図である。
【図７】図６のポンプゲートを拡大して示すもので、（イ）は切断側面図、（ロ）は正面図である。
【符号の説明】
２　水路
３　ゲート扉体
４　横軸ポンプ（ポンプ）
９，９ａ　吸込み流路
１０　吸込口
１１　吹出口
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ　天井面
１９　角部
【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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