(57)【要約】【課題】空気吸込み渦の発生を抑制して低水位まで吸込み可能としながら、簡単な構造により、水中渦などの発生を抑制して安定稼動を確保できる排水ポンプの吸込みカバー構造を提供する。【解決手段】一方の水路と他方の水路の境界部に開閉自在に設置された止水ゲート扉体に設けられ、吸込みカバー６の先端部開口面積が排水ポンプの吸込み部開口面積より大に形成されるとともに、吸込みカバー６の上壁先端部６１が排水ポンプの吸込み部上端部５１より下方に位置するように形成され、且つ、吸込みカバー６の下壁先端部６２が排水ポンプの吸込み部下端部５２より下方に位置するように形成され、吸込みカバー６の下壁６ｃまたは側壁６ｂに開孔部６ｄ、６ｅが形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の水路と他方の水路の境界部に設置された横軸ポンプの吸込みカバー構造であって、吸込みカバーの先端部開口面積が前記横軸ポンプの吸込み部開口面積より大に形成されるとともに、前記吸込みカバーの上壁先端部が前記横軸ポンプの吸込み部上端部より下方に位置するように形成され、且つ、前記吸込みカバーの下壁先端部が前記横軸ポンプの吸込み部下端部より下方に位置するように形成され、前記吸込みカバーの下壁または側壁に開孔部が形成されている横軸ポンプの吸込みカバー構造。
【請求項２】
前記吸込みカバーの先端開口部が横広がりの矩形に形成されるとともに、前記吸込みカバーが前記横軸ポンプの吸込み部に向けて滑らかに形成されている請求項２記載の横軸ポンプの吸込みカバー構造。
【請求項３】
前記吸込みカバーの上壁先端部が前記横軸ポンプの吸込み部中心位置より下方に位置するように形成されている請求項１または２記載の横軸ポンプの吸込みカバー構造。
【請求項４】
前記吸込みカバーの上壁または下壁の先端部が水面と平行姿勢になるように形成されている請求項１から３の何れかに記載の横軸ポンプの吸込みカバー構造。
【請求項５】
前記横軸ポンプが、一方の水路と他方の水路の境界部に開閉自在に設置された止水ゲート扉体に設けられたものである請求項１から４の何れかに記載の横軸ポンプの吸込みカバー構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方の水路と他方の水路の境界部に設置された横軸ポンプの吸込みカバー構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、治水等を目的として、例えば河川や水路の合流地点に、開閉自在に設置された止水ゲート扉体に排水ポンプを備えた止水ゲートを設置し、止水ゲートによって仕切られた一方の水路から排水ポンプにより他方の水路に水を移送するポンプゲートが構築されている。そして、ポンプゲートの小型化の要請の下、ポンプの吸込口が水路の水面と平行になるように設置する横軸ポンプが排水ポンプとして使用されるようになっている。
【０００３】
前記横軸ポンプは、水路の流れをそのまま横軸ポンプ内に取り込むので、流れの向きが安定し、縦軸ポンプを使用したポンプゲートに比べて低水位まで水を吸い込むことができるものであるが、水位が横軸ポンプの吸込み部上端近くまで低くなると、水面から空気を吸込む空気吸込み渦が発生し、揚水量の低下、キャビテーション等のポンプ性能の低下を招き、騒音、振動、水中軸受の磨耗といった機械的不都合が生じるために、横軸ポンプの吸込口や吸込みカバーの上壁が水路を流れる水の自由水面に対して斜め下向きになるように設置することによって、吸込口の真上からの吸込を極力防止して空気吸込み渦の発生を抑制しながら低水位まで安定して吸込み可能に構成するものや、横軸ポンプに、開口部上部側（自由水面側）が大きく、下部側（河床側）に向かって徐々に小さく形成された吸込みカバーを設けて、上部側の流速を遅く、下部側の流速を早くして空気吸込み渦の発生を抑制するものや、吸込みカバーの下部に突起部を形成して吸込みカバーの下部側から吸込みカバーに対して廻り込む流れを抑制し、その流れに起因する水中渦の発生を抑えるものが提案されていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１０５０号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−３０９５４６号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２００３−５５９４６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術によれば、確かに空気吸込み渦の発生を抑制しながら低水位まで吸込み可能となるのであるが、吸込みカバーの上壁の上側を流下してゲートに衝突し、吸込みカバーの外周部に沿って下壁側に到る流れや、水路の側壁から吸込みカバーに向かう流れ等により、吸込みカバーの下壁や側壁の近傍に逆流が発生し、上流側から吸込みカバーに向かう正流、特に吸込みカバーの下方の流速の大となる正流と衝突して水中渦や旋回流が発生して、揚水量の低下、キャビテーション等のポンプ性能の低下を招き、騒音、振動、水中軸受の磨耗といった機械的不都合が生じる虞があった。
【０００８】
また、上述した吸込みカバーの下部に突起部を形成して吸込みカバーの下部側から吸込みカバーに対して廻り込む流れを抑制するものであっても、その突起に沿って廻り込む流れにより、突起の側端部位で上述の水中渦や旋回流が発生することとなり、同様の不都合が発生する虞があった。
【０００９】
本発明は、上述の従来欠点に鑑み、空気吸込み渦の発生を抑制して低水位まで吸込み可能としながら、さらに、簡単な構造により、水中渦などの発生を抑制して安定稼動を確保できる横軸ポンプの吸込みカバー構造を提供する点にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明による横軸ポンプの吸込みカバー構造の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した通り、一方の水路と他方の水路の境界部に設置された横軸ポンプに設けられ、吸込みカバーの先端部開口面積が前記横軸ポンプの吸込み部開口面積より大に形成されるとともに、前記吸込みカバーの上壁先端部が前記横軸ポンプの吸込み部上端部より下方に位置するように形成され、且つ、前記吸込みカバーの下壁先端部が前記横軸ポンプの吸込み部下端部より下方に位置するように形成され、前記吸込みカバーの下壁または側壁に開孔部が形成されている点にある。
【００１１】
つまり、上述した構造によれば、吸込みカバーの先端部開口面積が前記横軸ポンプの吸込み部開口面積より大に形成されているので、横軸ポンプの吸込み部に向かって流速が急激に変動することが抑制され、水中渦や旋回流の発生を効果的に抑制可能となり、前記吸込みカバーの上壁先端部が前記横軸ポンプの吸込み部上端部より下方に位置するように形成されているので、吸込みカバーの上壁先端部が横軸ポンプの吸込み部上端部と略等しい高さで水平方向に延設されたものと比較して、自由水面から吸込みカバーの先端部に到る経路の水の吸込流速が減速するので、空気吸込み渦の発生を抑制しながら低水位まで吸込み可能となる。
【００１２】
さらに、前記吸込みカバーの下壁先端部が前記横軸ポンプの吸込み部下端部より下方に位置するように形成され、前記吸込みカバーの下壁または側壁に開孔部が形成されているので、吸込みカバーの上壁の上側を流下してゲートに衝突し、吸込みカバーの外周部に沿って下壁側に到る流れや、水路の側壁から吸込みカバーに向かう流れ等により、吸込みカバーの下壁や側壁の近傍に発生する逆流が、吸込みカバーの開口に流れ込む正流と正面から衝突（干渉）することによる水中渦や旋回流の発生が抑制されるとともに、そのような逆流の一部または大半が、前記吸込みカバーの下壁または側壁に形成された開孔部を介して横軸ポンプに吸引されるので、より効果的に水中渦等の発生を抑制することが可能となるのである。
【００１３】
同第二の特徴構成は、同欄請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記吸込みカバーの先端開口部が横広がりの矩形に形成されるとともに、前記吸込みカバーが前記横軸ポンプの吸込み部に向けて滑らかに形成されている点にある。
【００１４】
このような構造により、吸込みカバーの開口部から流速分布が比較的均一な状態で流入し、前記開口部から横軸ポンプの吸込み部（入り口）に向けて滑らかに流速が増速されるので、横軸ポンプの負荷変動が抑制され、安定稼動が確保されるのである。
【００１５】
同第三の特徴構成は、同欄請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記吸込みカバーの上壁先端部が前記横軸ポンプの吸込み部中心位置より下方に位置するように形成されている点にある。
【００１６】
このような構造により、水路の自由水面から吸込みカバー上端までの距離を十分に確保でき、水面付近の流れを横軸ポンプの背後に向けて直進させることが可能となり、ポンプ管頂レベルの低水位であっても空気吸込み渦の発生をより確実に抑制することができるようになった。尚、吸込みカバーの先端部開口面積が前記横軸ポンプの吸込み部開口面積より大に形成されているので、横軸ポンプを高効率で連続運転することが可能となることは言うまでもなく、そのような具体的構成として、前記吸込みカバーの先端開口部が横広がりの矩形に形成されるものである。
【００１７】
同第四の特徴構成は、同欄請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記吸込みカバーの上壁または下壁の先端部が水面と平行姿勢になるように形成されている点にある。
【００１８】
吸込みカバーの上壁または下壁の先端部が下方を向いた傾斜姿勢で構成されている場合には、その傾斜姿勢により吸込みカバーに流入する水流に渦流などが発生し易く、吸込みカバーに流入する水の流速の急激な変動による横軸ポンプの負荷変動等が生じる虞があるが、上述の構成によれば、吸込みカバーに流入する水の流速の急激な変動による横軸ポンプの負荷変動等を抑制し、且つ、吸込みカバーの入り口周辺近傍の水の流速を乱すことによる空気吸込み渦やその初期に発生するくぼみ渦等の発生を効果的に抑制することが可能となるのである。
【００１９】
同第五の特徴構成は、同欄請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記横軸ポンプが、一方の水路と他方の水路の境界部に開閉自在に設置された止水ゲート扉体に設けられたものである点にあり、上述した横軸ポンプの吸込みカバー構造の好ましい適用対象となるのである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による横軸ポンプの吸込みカバー構造の実施の形態を説明する。図１に示すように、一方の水路としての支流河川１と他方の水路としての本流河川２の合流地点である境界部に止水ゲート扉体３を電動モータで駆動される昇降機構８により開閉自在に設け、前記止水ゲート扉体３に横軸ポンプ５を軸心が水平姿勢となるように取付けてポンプゲートが構成されている。
【００２１】
前記ポンプゲートは、前記止水ゲート扉体３を上昇させた開放状態で支流河川１から本流河川２に水が自然流下するように構成され、雨天等による増水で本流河川２の水位が支流河川１の水位より上昇したようなときに、前記止水ゲート扉体３を降下させた閉鎖状態で本流河川２から支流河川１への逆流を回避しながら、横軸ポンプ５を作動させて支流河川１から本流河川２に水を移送するもので、前記横軸ポンプ５は、前記止水ゲート扉体３の厚み方向にフランジ接続された断面円形のガイドカバー５ｂと、前記ガイドカバー５ｂ内部にそれと同軸心で配置されたモータユニット５ａと、前記モータユニット５ａの駆動軸にキー接続された羽根車５ｃとを備えて構成されている。
【００２２】
前記横軸ポンプ５の支流河川１に臨む吸込み側端部には吸込みカバー６がフランジ接続され、本流河川２に臨む吐出し側端部にはフラップ弁７が開閉自在に取付けられ、支流河川１から本流河川２への流れが許容され、本流河川２から支流河川１への流れが阻止されるように構成されている。つまり、止水ゲート扉体３を降下させた閉鎖状態で横軸ポンプ５を作動させることにより、支流河川１の水が横軸ポンプ５の吸込み側端部から吸込まれ、その水圧によりフラップ弁７が押し開けられて吐出し側端部から本流河川２に排水され、止水ゲート扉体３が閉鎖状態にあるときに横軸ポンプ５が停止されると、支流河川１から本流河川２への排水が停止されるとともに、フラップ弁７がその自重と本流河川２の水圧との複合的な作用で自動的に閉じられ、本流河川２から支流河川１への水の逆流が防止される。
【００２３】
図２及び図７に示すように、前記吸込みカバー６は、先端開口部６０の横幅が前記横軸ポンプ５の吸込み部開口径、つまりガイドカバー５ｂの開口径より大で、縦幅がガイドカバー５ｂの開口径より小となる横広がりの矩形に形成されるとともに、上壁先端部６１が前記横軸ポンプ５の吸込み部上端部５１より下方に位置するように形成され、且つ、前記吸込みカバー６の下壁先端部６２が前記横軸ポンプ５の吸込み部下端部５２より下方に位置するように形成され、上壁６ａ、両側壁６ｂ、下壁６ｃからなる周壁部が前記横軸ポンプ５の吸込み部５０、つまり断面円形のガイドカバー５ｂのフランジ接続部に向けて滑らかに形成され、以って、水が吸込みカバー６の開口部６０から流速分布が比較的均一な状態で流入し、前記開口部６０から横軸ポンプ５の吸込み部（入り口）５０に向けて滑らかに流速が増速され、横軸ポンプの負荷変動を抑制して安定的に稼動するように構成されている。
【００２４】
図３に示すように、前記吸込みカバー６の上壁６ａ及び下壁６ｃは、夫々先端部６１、６２から基端部６３、６４にかけて滑らかな弧状で、上壁６ａの先端部６１が前記横軸ポンプ５の吸込み部中心位置より下方に位置するように、且つ、上壁６ａの延出長さが下壁６ｃの延出長さよりも長く形成され、以って、開口部６０が斜め下方を向くように構成されている。このような構成により、支流河川１の自由水面から吸込みカバー６の上端までの距離を十分に確保でき、水面付近の流れを横軸ポンプの背後に向けて直進させることが可能となり、ポンプ管頂レベルと同程度の低水位であっても空気吸込み渦の発生を抑制しながら安定的に吸い込むことが可能となる。
【００２５】
図１及び図４から図６に示すように、前記吸込みカバー６の先端部開口面積は前記横軸ポンプ５の吸込み部開口面積、つまりガイドカバー５ｂの開口面積より大に形成され、前記吸込みカバー６の下壁６ｃ及び側壁６ｂに複数の円形の開孔部６ｄ、６ｅが形成されている。下壁６ｃに形成された開孔部６ｄは、吸込みカバー６の上壁６ａの上側を流下してゲートに衝突し、吸込みカバーの外周部に沿って下壁６ｃ側に到る流れにより、吸込みカバーの下壁６ｃ近傍に発生する逆流を横軸ポンプ５により吸込み吸収することにより、吸込みカバー６の開口部６０に流れ込む正流と正面から衝突（干渉）することによる水中渦や旋回流の発生を抑制するためのもので、吸込みカバー６の側壁６に形成された開孔部６ｅは、支流河川１の側壁から吸込みカバーに向かう流れを吸収することにより水中渦や旋回流の発生を抑制するためのものである。
【００２６】
以下に別実施の形態を説明する。上述した実施形態では、吸込みカバー６の下壁６ｃ及び側壁６ｂに複数の開孔部６ｄ、６ｅが形成されたものを説明したが、支流河川１の幅が広く、支流河川１の側壁から吸込みカバー６までの距離が十分ある場合には、支流河川１の側壁から吸込みカバーに向かう流れの影響は極めて小さいので、側壁６ｂに開孔部を形成する必要は無い。また、夫々の開孔部の形状や数は特に限定するものではなく、長孔であってもスリット状であっても良く、スリット状に形成する場合には、スリットの長手方向が横軸ポンプ５の軸心方向に沿うものであっても、軸心方向と交差する方向に沿うものであってもよい。
【００２７】
上述した実施形態では、図３に示されているように、吸込みカバー６の上壁６ａ及び下壁６ｃの先端部６１，６２が外方に突出した厚肉の弧状に形成されたものであるが、図８に示すように、吸込みカバー６の上壁６ａまたは下壁６ｃ、または双方の先端部が水面と平行姿勢になるように滑らかに延出形成されているものであってもよい。
【００２８】
上述した実施形態では、止水ゲート扉体３に横軸型の横軸ポンプ５を軸心が水平姿勢となるように取付けたものを説明したが、横軸ポンプ５を、本流河川２側から支流河川１に向かって下がり勾配で傾斜する傾斜姿勢で止水ゲート扉体３に設置するものであってもよい。
【００２９】
上述した実施形態では、一方の水路としての支流河川１と他方の水路としての本流河川２の合流地点である境界部にポンプゲートを構築した例を説明したが、本発明によるポンプゲートの構築位置はこれに限定するものではなく、一方の水路と他方の水路の境界部に構築されるものであればその水路の種別を問うものではない。また、一方の水路と他方の水路が同一の水路の上流側と下流側、または上流側と下流側に相当する場合も含むものであることはいうまでも無い。
【００３０】
上述した実施形態では、ポンプゲートに設置された横軸ポンプの吸込みカバー構造について説明したが、本発明による横軸ポンプの吸込みカバー構造はポンプゲートに設置されるものに限定されるものではなく、土木工事や土木設備等、広く治水に用いられる横軸ポンプに適用できるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、空気吸込み渦の発生を抑制して低水位まで吸込み可能としながら、さらに、簡単な構造により、水中渦などの発生を抑制して安定稼動を確保できる横軸ポンプの吸込みカバー構造を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明する縦断面図
【図２】吸込みカバーの正面図
【図３】吸込みカバーの縦断面図
【図４】図３におけるＩ線、ＩＩ線、ＩＩＩ線、ＩＶ線、Ｖ線を各切断線とする概略断面図
【図５】図３におけるＡ線断面図
【図６】図３におけるＢ線断面図
【図７】ポンプゲートの要部の説明図
【図８】別実施形態を示す吸込みカバーの縦断面図
【符号の説明】
１：一方の水路（支流河川）
２：他方の水路（本流河川）
３：止水ゲート扉体
５：横軸ポンプ
６：吸込みカバー
７：フラップ弁
【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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【図８】
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