(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦方向に配置される回転軸により回転し、水槽内の水を吸い込む羽根車と；
前記回転軸の延長線上に中心軸線が位置するように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；
前記吸込管の外側に配置され、前記吸込管に流入する水が流れる流路を形成する外ケーシングと；
前記吸込管の内側に配置される内筒であって、前記吸込管の流路を、該内筒の内側と、該内筒の外側とに区分する内筒と；
前記吸込管と前記内筒との間に配設されて前記内筒を前記吸込管に固着する平板状のリブであって、前記羽根車の回転方向につれて回る旋回成分を持つ逆流が生じたときの前記逆流の流れる向きに沿って斜めに配置されたリブとを備える；
立軸ポンプ。
【請求項２】
前記内筒の内側に開口し、空気を導入する空気管を備える；
請求項１に記載の立軸ポンプ。
【請求項３】
前記空気管に、開閉弁が配設された；
請求項２に記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記開閉弁を開閉する開閉手段と；
前記水槽内の水位を計測し、水位信号を送信する水位計と；
前記水位信号を受信し、前記水位が低下して所定の水位となったときに前記開閉弁を開くための信号を前記開閉手段に送信する制御装置とを備える；
請求項３に記載の立軸ポンプ。
【請求項５】
複数台の、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の立軸ポンプと；
前記複数台の立軸ポンプを設置する水槽とを備え；
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１１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の最低運転水位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、最高水位ＨＷＬより低い最低運転水位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、水位が前記最低運転水位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１４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。このようなポンプは、ケーシング下端よりも低い水位ＬＬＬＷＬで始動される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実公平５−３３７５２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、水位が最低運転水位ＬＷＬになって気水混合運転になると、羽根車の近傍には比重の大きく異なる水と空気が混合して流入することになるため負荷がアンバランスになり、立軸ポンプの振動が増加する傾向が見られる。特に水位が低下し、空気管が取り付けられた水位ＬＬＷＬ付近になると高振動が発生することがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、水位が低下しても気水混合運転になりにくく、大きな振動の発生しない立軸ポンプおよび立軸ポンプシステム並びに立軸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】
【０００６】
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及び図７に示すように、縦方向に配置される回転軸２１により回転し、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；回転軸２１の延長線上に中心軸線が位置するように羽根車２０の上流側に配置され、羽根車２０に向けて水を流す流路９０を形成する吸込管３１と；吸込管３１の外側に配置され、吸込管３１に流入する水が流れる流路９６を形成する外ケーシング６０と；吸込管３１の内側に配置される内筒５０であって、吸込管３１の流路９０を、内筒５０の内側９２と、内筒５０の外側９４とに区分する内筒５０と；吸込管３１と内筒５０との間に配設されて内筒５０を吸込管３１に固着する平板状のリブ５２（例えば図７（ｂ）参照）であって、羽根車２０の回転方向につれて回る旋回成分を持つ逆流８６（例えば図７（ａ）参照）が生じたときの逆流８６の流れる向きに沿って斜めに配置されたリブ５２とを備える。
【０００７】
このように構成すると、水位が低下し、吸込管が水面から渦を形成しつつ空気を巻き込みながら水を吸い込もうとすると、水の流れは、外ケーシングにより形成された流路から吸込管に流れ込む成分と、外ケーシングの外側を回って吸込管に流れ込む成分とに分けられる。すると、２つの成分の流れが吸込管に流れ込む手前でぶつかり合い、渦が乱れ、渦が消滅しあるいは断続的になる。そのために、渦による振動が生じにくくなる。
さらに水位が低下し、吸込管に逆流が生じると、逆流は吸込管の内壁に沿って流れるので、吸込管と内筒との間の流路を流れて吸込管の外側に流れ出す。そこで、吸込管が水を吸い込むことにより生ずる渦を乱し、渦を消滅させ、あるいは断続的にする。そのために、渦による振動が生じにくくなる。
【０００８】
また、請求項２に記載の立軸ポンプでは、例えば図１及び図７に示すように、請求項１に記載の立軸ポンプ１０において、内筒５０の内側に開口し（４５）、空気を導入する空気管４０を備えてもよい。
【０００９】
このように構成すると、さらに水位が低下することにより、空気管を通じて吸込管内の内筒内に空気が導入され、立軸ポンプに空運転をさせることができる。そのため、空気の巻き込みによる振動を生ずることなく、運転モードを空運転に切り換えることができる。
【００１０】
また、請求項３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２に記載の立軸ポンプ１０において、空気管４０に、開閉弁４１が配設されてもよい。
【００１１】
このように構成すると、立軸ポンプでの水槽内の水の排出を止めるときには、開閉弁を開くことにより、空気管を通じて吸込管内に空気を導入し、立軸ポンプに空運転をさせることができる。そのため、空気の巻き込みによる振動を生ずることなく、運転モードを空運転に切り換えることができる。
【００１２】
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３に記載の立軸ポンプ１０において、開閉弁４１を開閉する開閉手段４２と；水槽１内の水位Ｌを計測し、水位信号ｉ１を送信する水位計７１と；水位信号ｉ１を受信し、水位Ｌが低下して所定の水位ＬＬＷＬとなったときに開閉弁４１を開くための信号ｉ２を開閉手段４２に送信する制御装置７０とを備えてもよい。
【００１３】
このように構成すると、水位が所定の水位より低下し、もはや立軸ポンプで水槽内の水を排出する必要がなくなったときに、制御装置により自動的に開閉弁を開き、空気管を通じて吸込管内に空気を導入し、立軸ポンプに空運転をさせることができる。したがって、信頼性の高い運転モードの制御が可能となる。
【００１４】
前記目的を達成するため、例えば図１０に示すように、請求項５に記載の発明に係るポンプ機場１０１は、複数台の、請求項１ないし請求項４のいずれか１項にに記載の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃと；複数台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを設置する水槽１とを備え；複数台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、羽根車２０ａ、２０ｂ、２０ｃ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１０ａ、１０ｂ、１０ｃを含む。
【００１５】
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水槽に備えられるので、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】
【００１６】
本発明によれば、立軸ポンプが、羽根車に向けて水を流す流路を形成する吸込管と、吸込管の外側に配置され、吸込管に流入する水が流れる流路を形成する外ケーシングと、吸込管の内側に配置される内筒であって、吸込管の流路を、内筒の内側と、内筒の外側とに区分する内筒とを備えるので、水位が低下しても渦による振動が生じにくい立軸ポンプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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Ｌ（Level）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、回転軸２１の下方先端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。
【００２１】
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。該貫通部には軸受２２ｃと不図示のシールが配設されている。回転軸は、羽根車２０近傍に配設された軸受２２ａと前記軸受２２ｃ、さらに両軸受の中間に配設された軸受２２ｂで３点支持されている。また、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。
【００２２】
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。
【００２３】
吸込管３１は、羽根車２０の先端よりも下方に位置し、羽根車に水を流す流路９０を形成する。吸込管３１は、内筒５０および外ケーシング６０と組み合わされて、三重管構造を有する。すなわち、吸込管３１の内側には、吸込管の内壁と間隙を持って配置される内筒５０が、吸込管３１の外側には吸込管３１の外壁と間隙を持って配置される外ケーシング６０が配置される。
【００２４】
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。
【００２５】
内筒５０は、吸込管３１の内側に配置され、内側に第１の流路９２を形成し、外側には、吸込管３１との間にほぼ均一な間隙を持った空間、すなわち第２の流路９４を形成する、略円筒形をした部材である。ここで、略円筒形とは、吸込管３１の形状に合わせて下端が拡径している形状を含み、また、断面が多角形であっても、全方位から第１の流路９２、第２の流路９４に水を吸い込む程度に、均一な中心軸（回転軸２１の延長線）からの距離に内筒の壁が分布している形状を含む。内筒５０は、吸込管３１と内筒５０との間に配設されたリブ５１により、吸込管３１に固着される。リブ５１は、その面を内筒５０の円周方向に垂直にした平板であり、吸込管３１および内筒５０が拡径する箇所より下流側で、吸込管３１と内筒５０とに接合する。吸込管３１および内筒５０が拡径する箇所で接合してもよいが、吸込管３１および内筒５０が拡径する箇所より下流側で接合すると、矩形、台形等、簡単な形状のリブ５１で固着することができ、好適である。あるいは、上流側の拡径する部分にまでリブ５１を設けると、接合強度が向上する。リブ５１は、等間隔で複数枚、たとえば４枚ないし８枚配設される。
【００２６】
図２の部分断面図に示すように、内筒５０はリブで吸込管３１に固定されずに、水槽１の底から支持台５３、５４で支えてもよい。支持台５３、５４は、水槽の底に設置されたベース５４で保持された数本の柱５３あるいは板等で構成される。円筒形の板とする場合には、水が流れる流路を確保するために多数の孔が形成される。円筒５０は、その下部を支持台５３、５４で支持される。円筒５０を支持する方法は、上記に限られず、他の方法で支持してもよく、円筒５０を吸込管３１の所定の位置に配置し、また、円筒５０に吸い込まれる水の流路を確保するいかなる方法で支持してもよい。
【００２７】
外ケーシング６０は、吸込管３１の外側の周囲を覆い、吸込管３１との間にほぼ  均一な間隙を持った空間、すなわち第３の流路９６を形成する部材である。外ケーシング６０の下端（あるいは、外縁）は、吸込管３１の下端（外縁）とほぼ同じ直径あるいは、多少大きな直径とすることが好ましい。多少大きな直径とは、水面が低下し、吸込管３１が水を吸い込むときに水面からの渦が形成されるとしたら、渦が通るような範囲をいう。外ケーシング６０は、吸込管３１と外ケーシング６０との間に配設されたリブ６１により、吸込管に固着される。リブ６１は、その面を吸込管３１の円周方向に垂直にした平板である。リブ６１は、等間隔で複数枚、たとえば４枚ないし８枚配設される。
【００２８】
内筒５０には、空気管４０が接続し、内筒５０の内面の高さＡ３の位置に開口部４５を有している。空気管４０は、吸込管３１を貫通し、外ケーシング６０の形状によっては外ケーシング６０をも貫通し、鉛直上方に向きを変え、床２を貫通して、水槽１内から外部まで敷設され、大気中に開口部４６を有している。すなわち、内筒５０の内面の開口部４５が大気中の開口部４６と連通している。大気中の開口部４６は、必ずしも床２の上方でなくてもよく、後述の立軸ポンプ１０の水の吸い込みを止める水位ＬＬＷＬより上方であればよい。開口部４６を、好ましくはＬＷＬより上方とする。また、床２より下方の水槽１内の水面より上方に開口部４６を配置すると、水が汚水であっても異臭が床２上に放出されることが無く好適である。空気管４０には、開閉弁４１が配設され、内筒５０の内面の開口部４５と大気中の開口部４６との連通を遮断できる。開閉弁４１は、仕切弁、ニードル弁等、空気の流れを封止できる弁であれば、その種類は何でもよい。開閉弁４１は、水槽１の外部に配設される方が、操作やメンテナンスがし易いので好適である。図１では、立軸ポンプ１０には、１本の空気管４０が備えられているように図示されているが、空気管４０は２本以上でもよく、多くの本数を備えると、空気が均等に送り込まれるので好適である。
【００２９】
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Ｌ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る水位である。本実施の形態では、吸込管３１を内筒５０および外ケーシング６０と組み合わせて三重管構造としているが、ＬＷＬは、内筒５０および外ケーシング６０を備えず、吸込管３１だけを備えるとした場合に、水面から渦を形成し、空気を吸い込み始める水位である。しかし水位ＬＷＬは渦状の空気吸込以外の条件で定まる場合もある。
【００３０】
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の水の吸い込みを止める水位ＬＬＷＬがある。水位ＬＬＷＬより下方に、吸込管３１の下端（開口部）の水位Ａ１および内筒５０の下端（開口部）の水位Ａ２がある。
【００３１】
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Ａ２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Ａ２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。このとき、開閉弁４１は閉じておく。
【００３２】
雨水の流入により水槽内の水位Ｌが上昇し、吸込ベルの下端水位Ａ２を越える。水位が水位Ａ１を越えても、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Ｌがさらに上昇して、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。水の吸い込みを始めたときには、水面と吸込管３１の下端の距離が短く、水面から渦が形成されようとする。すなわち、吸込管３１は、水面からの渦により、空気を巻き込みながら水を吸い込もうとする。
【００３３】
しかし、図３の吸込管３１周りの部分断面図に示すように、立軸ポンプ１０には外ケーシング６０が備えられているので、吸込管３１に吸い込まれる水は、外ケーシング６０の外側を流れる水８２と、第３の流路９６を流れる水８４とに分かれ、そして、吸込管３１の下端付近でぶつかり合うことになる。そのために、渦が形成されたとしても消滅し、あるいは、断続的な渦になる。よって、渦のための空気の巻き込みにより生ずる立軸ポンプ１０の振動が抑えられる。
【００３４】
さらに水位が、水位ＬＷＬと水位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Ｌが低下し、例えば水位ＬＷＬを下回ると、水面と吸込管３１の下端の距離が短くなるので、立軸ポンプ１０の水の吸込により水面から渦が形成されようとする。しかし、前述の通りに、渦が形成されたとしても消滅し、あるいは、断続的な渦になる。よって、渦のための空気の巻き込みにより生ずる立軸ポンプ１０の振動が抑えられる。
【００３５】
図４（ａ）の吸込管３１周りの部分断面図に示すように、リブ６３を吸込管３１に沿わせて上方に延伸してもよい。このようなリブ６３を備えると、第３の流路９６を流れる水８４を整流する作用が増し、渦の発生を抑える効果が増大する。
【００３６】
あるいは、図４（ｂ）の吸込管３１周りの部分断面図に示すように、外ケーシング６５を吸込管３１とほぼ均一な間隙を持つようにするのではなく、外ケーシング６５を吸込管３１の外側に配置される水平な円盤状に形成してもよい。外ケーシング６５を備えることにより、外ケーシング６５の内縁と吸込管３１の外周の間に第３の流路９６が形成され、吸込管３１に吸い込まれる、主に上方からの水（すなわち、渦が発生したときの水）は、外ケーシング６５の外側を流れる水８２と、第３の流路９６を流れる水８４とに分かれ、吸込管３１の下端付近でぶつかり合うことになる。そのために、渦が形成されたとしても消滅し、あるいは、断続的な渦になる。よって、渦のための空気の巻き込みにより生ずる立軸ポンプ１０の振動が抑えられる。
【００３７】
図１に戻り、立軸ポンプ１０の作用の説明を続ける。さらに水位Ｌが低下すると、立軸ポンプ１０内にて、逆流が生ずる。すなわち、羽根車２０で、総ての水が吐出側に送られるのではなく、一部の水が上流側に流れ落ちてくる。
【００３８】
図５に示すポンプの特性を表すＱ−Ｈ曲線を参照して、この逆流について説明する。図５は、全速先行待機運転ポンプの性能を、縦軸に全揚程Ｈ（％）を、横軸に排出量Ｑ（％）をそれぞれとって示した線図である。図５で、曲線イは流量−揚程（Ｑ−Ｈ）曲線、曲線ロは計画揚程（直線ハ）時の抵抗曲線、曲線ニは最高実揚程（直線ホ）時の抵抗曲線をそれぞれ表わしている。曲線ニの状態は、吐出圧力が高い場合である。
【００３９】
雨水排水用の先行待機運転ポンプでは、排水すべき川や海への排水高さは一般にあまり変化しない。しかしながら、少なくとも水槽１内の水位はＡ２以下からＨＷＬまで変化する。図１には、Ａ２とＨＷＬとの高低差はあまり大きくない場合が示されているが、実際にはケーシング本体３３はもっと長く作ることが可能であり、例えば１０ｍを越えることもある。そのような先行待機運転ポンプでは、水位Ｌが低くなると抵抗曲線が曲線ニのようになる。即ち、上記のような先行待機運転ポンプでは、計画揚程と最高実揚程とには１０ｍの揚程差が存在するので、必然的に点Ｂで示されるような流量が小さい運転状態が発生する。
【００４０】
図中の点Ａは、計画実揚程での運転点を示しており、このときは吸込管３１中の水は、軸線方向に一様に羽根車２０に向って流れている。また図中の点Ｂは、最高実揚程での運転点を示しており、最高効率点に対して、かなり小水量側の運転点となる。この小水量の運転においては、羽根車２０に逆流が生じている。逆流は羽根車２０の回転方向につれて回るような旋回成分を持つので、吸込管３１の内側における外周、すなわち吸込管３１の内壁付近に生じていることになる。水位Ｌの低い範囲で運転すると、このような逆流を生じることになり、揚程が大きくなると逆流が無視できない程度に大きくなってくる。
【００４１】
図６の吸込管３１周りの部分断面図に示すように、旋回成分を持つ逆流８６は、吸込管３１内を下方に逆流すると、第２の流路９４に導かれる。そこで、逆流８６は、第２の流路９４を通る際に、リブ５１に旋回方向の動きを阻止されることにより、旋回成分を持たない逆流８８として、第２の流路９４から吸込管３１外へ流出する。リブ５１を吸込管３１および内筒５０が拡径する箇所まで長くすることは、接合強度が増すことに加え、逆流８６の旋回成分を抑える効果が増大する。第２の流路９４から流出する逆流８８が旋回成分を持たないので、内筒５０が水を吸い込むときに、逆流８８が内筒５０の周囲の流れ場を乱し、渦が発生しにくくなる。
【００４２】
また、図７に示すように、内筒５０を支持するリブ５２を内筒５０の円周方向に垂直にではなく、逆流８９の流れる向きに沿って斜めに配置してもよい。図７（ａ）は吸込管３１周りの部分断面図で、（ｂ）は、（ａ）に示すＸ矢視のリブ５２と内筒５０との斜視図である。このように逆流８９の流れに沿ってリブを配置することにより、逆流８９の流速が低下されず、流速を保ったまま第２の流路９４から外部に流れ出すので、内筒５０の周囲の流れ場を乱す力が大きくなる。よって、渦の発生を抑えることができる。図２で示したように、リブを設置しない場合にも、同様の効果が得られる。
【００４３】
また、内筒５０が水を吸い込むのに、水面からの渦により空気を巻き込みながら水を吸い込もうとした場合においても、外ケーシング６０の外側を流れる水８２と、第３の流路９６を流れる水８４とは、第２の流路９４から流出する逆流８８とぶつかることになる。そこで、渦が形成されたとしても消滅し、あるいは、断続的な渦になる。よって、渦のための空気の巻き込みにより生ずる立軸ポンプ１０の振動が抑えられる。
【００４４】
図８の吸込管３１周りの部分断面図に示すように、内筒５５の下端は、吸込管３１の下端と同じ高さとして形成されてもよく、あるいは、さらに短く吸込管３１の下端より上方（下流側）に内筒５５の下端が形成されてもよい。このように構成しても、逆流８８、８９による内筒５５が水を吸い込もうとする流れ場の乱れを乱し渦の発生を抑えることに加え、第２の流路９４から流出する逆流８８が外ケーシング６０の外側を流れる水８２と、第３の流路９６を流れる水８４とぶつかることにより、渦を消滅させ、あるいは断続的にさせて、渦のための空気の巻き込みにより生ずる立軸ポンプ１０の振動を抑える効果は得られる。
【００４５】
図１に戻り、立軸ポンプ１０の作用の説明を続ける。さらに水位Ｌが低くなり、水位ＬＬＷＬ付近になると水の吸い込みをとめる。そのためには、開閉弁４１を開くことによって、空気管４０を通じて空気を内筒５０の内側に入れる。内筒５０の内面の開口部４５の位置における圧力は、（Ｌ−Ａ３）−（ｖ２／２ｇ）；Ｌ＝水位、Ａ３＝開口部４５の高さ、ｖ＝流速、ｇ＝重力加速度であり、水位Ｌと開口部４５の高さＡ３との差が小さくなれば、負圧になる。そこで、空気管６０の内筒５０内での開口部４５の高さＡ３は、この水位ＬＬＷＬと同じか上方に設置するのが好ましい。開口部４５位置での圧力が負圧になることにより、開閉弁４１を開くことによって、開口部４５から内筒５０の内側に空気が流入される。なお、水の流れに旋回成分があると、旋回成分による遠心力のため正圧が生じ、空気が流入されにくくなるが、図６で説明したように、旋回成分を持つ逆流８６は第２の流路９４に導かれるため、内筒５０の内側の第１の流路９２では、旋回成分はない。内筒５０に空気が流入することにより、吸込管３１の内側に空気が充満し、水の吸い込みがなくなり、羽根車２０は空気中で運転される空運転状態となる。即ち、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。
【００４６】
あるいは、開口部４５が内筒５０の内側ではなく、吸込管３１の内側に形成されてもよい。そのときには、前述のように逆流の旋回成分による遠心力のため、開口部位置での圧力が負圧になりにくいので、開口部の設置高さＡ３を高くすることが好ましい。なお、いずれの場合においても、開口部の設置位置Ａ３は、ＳＬＷＬより下方（上流側）に設置される。
【００４７】
なお、図９に示すように、立軸ポンプ１２においては空気管４０が開閉弁を備えていなくてもよい。開口部４５が負圧になることにより空気が流入されるので、羽根車２０は空気中で運転される空運転状態となる。即ち、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。この場合、空気管４０の開口部４６は、水位ＬＬＷＬより上方であればよいが、空気管４０を通じて水をも吸い込むことになるので、特に水が汚水の場合にはゴミなどによる閉塞を避けるためにＨＷＬより上方とするのが好ましい。また、床２より下方の水槽１内に配置すれば、異臭が床２上に放出されることがなく好適である。
【００４８】
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Ｌが上昇してきて、前記のように水位ＳＬＷＬに到達したところでポンプ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。
【００４９】
次に、同じく図１を参照して、立軸ポンプ１００について説明する。立軸ポンプ１００は、立軸ポンプ１０に、開閉弁４１を開閉する手段としてのアクチュエータ４２と、水位Ｌを計測する水位計７１と、水位Ｌに基づき、開閉弁の開閉を制御する制御装置７０とを備えた立軸ポンプである。
【００５０】
水位計７１は水位を計測し、計測した水位を示す水位信号ｉ１を送信する。図１の立軸ポンプ１００では、ケーブル７２を通じて水位信号ｉ１が送信されるが、水位信号ｉ１は、無線信号であってもよい。水位計７１から送信された水位信号ｉ１は、制御装置７０で受信される。
【００５１】
制御装置７０では、水位信号ｉ１に基づき、開閉弁４１の開閉を判断する。制御装置７０は、他の機器の運転をも制御する制御装置としての大型コンピュータであっても、立軸ポンプ１０の運転だけを制御するパーソナルコンピュータやマイコンであってもよい。制御装置７０では、立軸ポンプ１０が水を吐出している場合に、水位Ｌが水位ＬＬＷＬに低下してきたときにのみ開き、他の場合は、閉じておくように、開閉弁４１を制御する。そこで、制御装置７０は、立軸ポンプ１０の運転状態の情報を得ていることが好ましい。この運転状態の情報は、立軸ポンプ１０の吐出量として得てもよいし、あるいは、開閉弁４１の開閉と水位Ｌの履歴として得てもよく、他の情報から得てもよい。制御装置７０で判断した開閉弁４１の開閉は、開閉信号ｉ２としてアクチュエータ４２に送信される。図１の立軸ポンプ１００では、ケーブル７３を通じて開閉信号ｉ２が送信されるが、開閉信号ｉ２は、無線信号であってもよい。制御装置７０から送信された開閉信号ｉ２は、アクチュエータ４２で受信される。
【００５２】
アクチュエータ４２は、開閉信号ｉ２に従い、開閉弁４１を開閉する。アクチュエータ４２は、ソレノイドであっても、モータであっても、他の動力を用いてもよい。
【００５３】
図１では、制御装置７０が水位計７１あるいはアクチュエータ４２と別に備えられているように示されているが、制御装置７０は、水位計７１の一部として備えられても、アクチュエータ４２の一部として構成してもよい。このように構成すると、水位信号ｉ１あるいは開閉信号ｉ２の送受信が容易となる。
【００５４】
立軸ポンプ１００では、開閉弁４１の開閉による立軸ポンプ１０への空気の流入、すなわち、空運転への切換が、水位Ｌに基づき自動的に行われるので、運転モードの制御の信頼性を高め、かつ、オペレータの労力を軽減することができる。
【００５５】
次に、図１０の構成図を参照して、本発明の第２の実施の形態である、ポンプ機場１０１について説明する。ポンプ機場１０１は、３台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃが一つの水槽１の共通の床２に据え付けられている。３台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの揚水管ケーシング３３ａ、３３ｂ、３３ｃおよび回転軸２１ａ、２１ｂ、２１ｃの長さが異なっており、羽根車２０ａ、２０ｂ、２０ｃが異なる高さに配置されている。したがって、図１を用いて説明したように、各立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃに固有である、水位ＬＷＬ、ＳＬＷＬ、ＬＬＷＬ、Ａ１、Ａ２および空気管の内筒の内面の開口部の高さＡ３は、それぞれ異なる。他の構造については、各立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃともに同じ構造でよい。
【００５６】
このように、３台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えることにより、ポンプ機場１０１では、次のような運転を行う。増水時には羽根車２０ａの一番低い立軸ポンプ１０ａが先ず運転を開始する。立軸ポンプ１０ａで吐出を行っても増水が続くならば、羽根車２０ｂが次に低い立軸ポンプ１０ｂの運転を開始する。立軸ポンプ１０ａ、１０ｂで吐出を行っても増水が続くならば、羽根車２０ｃが高い立軸ポンプ１０ｃの運転を開始する。また、減水時には、水位Ｌが羽根車２０ｃが高い立軸ポンプ１０ｃの水位ＬＬＷＬ（図１参照）となったならば、立軸ポンプ１０ｃを空運転とし、さらに減水が続くのであれば、立軸ポンプ１０ｃの空運転を止めてもよい。さらに減水して、水位Ｌが羽根車２０ｂが次に高い立軸ポンプ１０ｂの水位ＬＬＷＬとなったならば、立軸ポンプ１０ｂを空運転とし、さらに減水が続くのであれば、立軸ポンプ１０ｂの空運転を止めてもよい。さらに減水して、水位Ｌが羽根車２０ａが低い立軸ポンプ１０ａの水位ＬＬＷＬとなったならば、立軸ポンプ１０ａを空運転とし、さらに減水が続くのであれば、立軸ポンプ１０ａの空運転を止めてもよい。
【００５７】
上記のように、ポンプ機場１０１では水位Ｌに応じて、３台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの運転を順次開始し、順次終了させることができるので、入水量よりも多い過大な水の吐出を行って水槽１内の水位を上下に変動させるような事態が防止され、また、電源設備に対する負荷も軽減できる。
【００５８】
ポンプ機場１０１では、３台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えるが、立軸ポンプの台数は３台に限られることはない。また、総ての立軸ポンプの羽根車の高さが異なる必要はなく、同じ高さに羽根車を有する立軸ポンプを複数台と高さの異なる羽根車を有する立軸ポンプとを備えていてもよい。揚水管ケーシングおよび回転軸の長さが異なるものとして説明したが、同じ長さの揚水管ケーシングおよび回転軸を有する立軸ポンプの設置する高さ（床の高さ)を変えることにより羽根車の高さを変えて、複数台の立軸ポンプを設置してもよい。また、図１０では、吸込管の下端の高さが異なるものとして示されているが、同じ高さとなるように構成してもよい。
【００５９】
先に説明した立軸ポンプ１００をポンプ機場に用いる場合には、複数台の立軸ポンプ１００にそれぞれ制御装置を備えてもよいが、図１０に示すように一つの制御装置７５が、水位計７１からの水位信号ｉ１を受信し、総ての立軸ポンプの開閉弁４１ａ、４１ｂ、４１ｃの開閉を制御するように構成してもよい。このように構成すれば、制御装置の台数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【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断面構成図である。
【図２】内筒の変形例を説明する、立軸ポンプの吸込管周りの部分断面図である。
【図３】外ケーシング周りの水の流れを説明する、立軸ポンプの吸込管周りの部分断面図である。
【図４】外ケーシングの変形例を説明する、立軸ポンプの吸込管周りの部分断面図である。（ａ）はリブを延伸した変形例、（ｂ）は外ケーシングを水平な円盤状に形成した変形例である。
【図５】立軸ポンプの特性を説明するＱ−Ｈ曲線である。
【図６】立軸ポンプからの逆流の流れを説明する、立軸ポンプの吸込管周りの部分断面図である。
【図７】内筒を支持するリブ変形例を説明する図であり、（ａ）は立軸ポンプの吸込管周りの部分断面図、（ｂ）はリブと内筒を示す（ａ）におけるＸ矢視部分側面図である。
【図８】内筒の変形例を説明する、立軸ポンプの吸込管周りの部分断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態としての立軸ポンプの変形例を説明する断面構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態としてのポンプ機場の構成を説明するの構成図である。
【図１１】従来の立軸ポンプの構成を説明するの断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  水槽
２  床
１０、１０ａ〜１０ｃ、１２、１００  立軸ポンプ
２０、２０ａ〜２０ｅ  羽根車
２１、２１ａ〜２１ｅ  回転軸
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  軸受
３１、３１ａ、３１ｄ、３１ｅ  吸込管
３２  ライナケーシング
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ  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、４０ａ  空気管
４１、４１ａ〜４１ｃ  開閉弁
４２、４２ａ  アクチュエータ（開閉手段）
４５、４６  開口部
５０、５５  内筒
５１、５２  リブ
６０、６５  外ケーシング
６１、６３、６６  リブ
７０、７５  制御装置
７１  水位計
８２、８４  水の流れ
８６  旋回流による逆流
８８、８９  逆流
９０  （吸込管により形成される）流路
９２  第１の流路
９４  第２の流路
９６  第３の流路
１０１  ポンプ機場
ｉ１  水位信号
ｉ２  開閉信号（開閉弁を開くための信号）
Ｌ  水位
【図１】
0004690134.tif 000002
【図２】
0004690134.tif 000003
【図３】
0004690134.tif 000004
【図４】
0004690134.tif 000005
【図５】
0004690134.tif 000006
【図６】
0004690134.tif 000007
【図７】
0004690134.tif 000008
【図８】
0004690134.tif 000009
【図９】
0004690134.tif 000010
【図１０】
0004690134.tif 000011
【図１１】
0004690134.tif 000012