(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸ポンプにおける羽根車の下方に設けられた吸水管内に大気から空気を吸入させるための空気吸入装置であって、前記吸水管の外周面もしくは内周面に沿って配置され前記吸水管に通じる複数の空気孔を有する複数段の空気室と、前記吸水管の内周面において互いに所定の間隔を有して突設されているとともに複数の空気孔を有する縦方向へ延びる複数段の渦流防止板と、前記吸水管に配置された前記各空気室から大気に通じる複数の空気管とからなる縦軸ポンプの空気吸入装置において、前記渦流防止板の側面が側面板にて構成され、異なる口径よりなる複数の空気孔を備えた前記側面板が各々交換可能であること、を特徴とする縦軸ポンプの空気吸入装置。
【請求項２】
前記複数段の空気室と渦流防止板に設けられる空気孔は、各段毎にそれらの口径ならびに設置数を違えて設けられること、を特徴とする請求項１に記載の縦軸ポンプの空気吸入装置。
【請求項３】
前記複数段に設置された空気吸入装置であって、前記複数段の各渦流防止板を各々ずらして配列すること、を特徴とする請求項１または２に記載の縦軸ポンプの空気吸入装置。
【請求項４】
前記複数の空気管の入口部分には各々制御弁が設けられ、各々の空気管の吸入空気量をオンオフ制御ならびに流量制御を行うこと、を特徴とする請求項１，２または３に記載の縦軸ポンプの空気吸入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦軸ポンプにおける羽根車の下方に設けられた吸水管内に大気から空気を吸入させるための複数段に設置された空気吸入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多くの縦軸ポンプにおける空気吸入装置では、例えば、特開平７−１４５７９３号公報に提示され図４に示されているように、最低水位レベル（ＬＬＷＬ）以下の水位から先行待機運転を行なうものであって、最低水位レベル（ＬＬＷＬ）以下にポンプの羽根車１を配置して、前記羽根車１の下方の吸水管２に他端大気に開放された空気管７が設けられている。前記空気管７にはポンプ水槽を出た上方部分に制御弁９が設置されている。
【０００３】
前記のように羽根車１の下方に設けられた吸水管２に空気管７が接続されていることにより、水位が最低水準レベル（ＬＬＷＬ）以下になった時に、羽根車１の下方に設けられた吸水管２内に大気から空気を吸入させ、自動的に気水混合運転ならびに気中運転に切り換えて運転する。
【０００４】
また、水位が最低水位レベル（ＬＬＷＬ）以下に低下したとき羽根車入口部に生じる負圧によって吸水管内に、空気孔を介して大気から空気を吸入させることにより、気水混合運転を行い揚水開始ならびに停止が急激に行われずに安定した運転を可能にする。
【０００５】
しかしながら、前記従来技術では、空気管から吸気された空気の泡がポンプケーシング内に均一に分散されないという問題がある。
【０００６】
そのため、例えば空気管に面した吸水管の内壁に複数個の空気孔を設けて必要な空気を均一且つ迅速に導入したり、複数の空気孔を小径として細かい泡状の空気を均一に導入する手段が用いられている。
また、吸水管内は羽根車の回転により軸心を中心として渦流が発生している。そのため、サージングが発生し騒音を発するとともに運転不能に陥ることもある。
【０００７】
そこで、運転時の渦流の発生を防止するばかりか吸水管に空気を均一に導入することで気水混合運転を可能とした縦軸ポンプとして、特開平８−１０５４００号公報に提示されたものが知られている。
【０００８】
この公報に提示されている縦軸ポンプは図５に示されているように、吸水管２の内周に沿って配置された内壁に多数の空気孔を有する筒体状の空気室３と、前記内壁の内面において互いに所定の間隔を有して突設されているとともに先端に前記空気室３に連通した空気孔を有する縦方向へ延びる複数の渦流防止板４とを備えたものである。
【０００９】
しかしながら、前記特開平８−１０５４００号公報に提示されている縦軸ポンプは、吸水管の内周に沿って配置された内壁に設けられた多数の空気孔から吸水管の内周付近と、複数の渦流防止板の先端から空気が吸水管の中心部分に導入されるだけである。
【００１０】
従って、吸水管の内周付近と中心部分との間の部分については空気の導入が十分でなく、吸水管の全域において均一な空気の導入が図れない、という問題がある。
【００１１】
そこで、特願平１１−３４１９５６号にて出願されているように、前記サージングの発生を防止するばかりか、吸水管内に均一な空気の導入が図れる縦軸ポンプの空気吸入装置が提供されている。
【００１２】
前記特願平１１−３４１９５６号にて出願されている縦軸ポンプは、前記吸水管の内周面または外周面に沿って配置され前記吸水管内に通じる多数の空気孔を有する環状の空気室と、前記吸水管の内周面において互いに所定の間隔を有して突設されているとともに上端面に前記空気室に連通した複数の空気孔を有する縦方向へ延びる複数の渦流防止板と、前記吸水管に配置された前記空気室から大気に通じる空気管とからなるものである。
【００１３】
前記特願平１１−３４１９５６号によれば、縦方向へ延びる複数の渦流防止板により渦流を解消してサージングの発生を防止するとともに、吸水管の内周に沿って配置された内壁に設けられた空気孔と前記複数の渦流防止板の上端面に形成された空気孔とから空気が導入されることで吸水管内において均一な空気の導入が図れる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術は、いずれも各々一つの空気管ならびに空気室ならびに空気孔を備えた渦流防止板等とから構成される単段の空気吸入装置からなっている。
従って、前記従来技術では、幅広い範囲の運転流量域において、空気管を通じて吸入した空気の泡が、より均一に羽根車に対して発生し、より安定した振動等の少ない縦軸ポンプの運転性能が得られにくいという問題がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、縦軸ポンプにおける羽根車の下方に設けられた吸水管内に大気から空気を吸入させるための空気吸入装置であって、前記吸水管の外周面もしくは内周面に沿って配置され前記吸水管に通じる多数の空気孔を有する複数段の空気室と、前記吸水管の内周面において互いに所定の間隔を有して突設されているとともに複数の空気孔を有する縦方向へ延びる複数段の渦流防止板と、前記吸水管に配置された前記各空気室から大気に通じる複数の空気管とからなることを特徴とする。
【００１６】
前記渦流防止板を複数段に設けることで、上段部と下段部における空気室ならびに渦流防止板に設けられた空気孔の口径の大きさを変え、且つポンプ水槽の水位に応じて上下段部を使い分けることで、空気孔より噴出する空気泡のより均一化が図れ、より幅広い揚水流量域に対応して前記縦軸ポンプのより安定した、且つ効率の良い運転を可能にすることができる。
【００１７】
即ち、揚水運転からポンプ水槽の水位が下がるにつれて空気孔から空気を吸入し、気水混合運転に移行してその移行運転初期から中期にかけては上段部の空気吸入装置のみから空気を吸入して、少ない空気量で揚水量を出来るだけ多くして効率の高い運転を行う。中期以降は前記上段部よりも多い空気量で吸入できる下段部の空気吸入装置もしくは上下段部の空気吸入装置を同時使用することで、前記縦軸ポンプの幅広い運転領域において柔軟な運転制御が可能となる。
【００１８】
前記渦流防止板の側面が側面板にて構成され、異なる口径よりなる複数の空気孔を備えた前記側面板が交換可能であることを特徴とする。
【００１９】
前記のように前記渦流防止板の側面が側面板にて構成され、揚水量や運転時間、ならびに待機時間等の運転状況ならびにポンプの振動値や騒音値等の運転性能等を考慮して、異なる口径よりなる複数の空気孔をもった前記側面板が交換可能であり、さらに本発明では渦流防止板を複数段有することで交換可能な側面板も増え、前記従来技術に比して更に運転状況等への柔軟性のある対応が出来る。
【００２０】
前記縦軸ポンプの複数段に設置された空気吸入装置であって、前記複数段の各渦流防止板を各々ずらして配列することを特徴とする。
【００２１】
前記複数の空気管の入口部分には各々に制御弁が設けられ、各々の空気管の吸入空気量をオンオフ制御ならびに流量制御を行うことを特徴とする。
【００２２】
前記制御弁は、前記複数の空気管を開閉するためのオンオフ弁として、ならびにポンプの振動値や騒音値等の運転状況を監視しながら空気量を制御するコントロール弁として使用され、複数段の空気吸入装置をポンプの運転状況等に応じて制御することで、ポンプの幅広い運転領域において吸水管内に極めて均一な空気泡を発生させることができ、前記縦軸ポンプの運転効率の向上ならびに安定性の高いポンプ運転性能を得ることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態の一例における上下二段よりなる空気吸入装置を羽根車下の吸水管に設けた場合の縦軸ポンプの本体全体図ならびに主要部の断面詳細を示すものである。
【００２５】
以下、図１に基づいて詳細に説明する。
本実施の形態である縦軸ポンプの二段空気吸入装置であって、羽根車１の下方に設けられた吸水管２の外周面に沿って環状に配置され、その吸水管２の内壁に多数の空気孔を備えた上下二段よりなる空気室３ａ，３ｂと前記吸水管２の内周面において互いに所定の間隔を有して縦方向ならびに中心方向へ延びて突設されている、吸い込み時に流入水の渦流化するのを防止する上下二段よりなる各段４枚の渦流防止板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄならびに５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと、ポンプ水槽の外側の大気から吸水管２内に空気を吸入する上下段用空気管７，８と、前記上下段用空気管７，８の入口部分に設置された上下段用制御弁９，１０とを備えた実施例である。
【００２６】
殊に、前記上下二段の各渦流防止板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄならびに５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの各上端面ならびに各側面には前記上下段空気室３ａ，３ｂに連通した複数の空気孔がそれぞれ設けられている。
【００２７】
また、上下段にて前記空気孔の口径や設置数をちがえて設けることで、空気量ならびに空気泡の密度等を変えることができ、縦軸ポンプの幅広い運転領域において柔軟な運転制御が可能である。
【００２８】
前記のように上下段空気質３ａ，３ｂに連通した複数の空気孔を備えた上下二段よりなる格段４枚の渦流防止板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄならびに５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを上下二段に設けることで、幅広い縦軸ポンプの運転領域に対応でき、且つ、ポンプ運転時のポンプの振動値ならびに騒音値等を見ながら適宜上下二段の吸水管２の内壁ならびに渦流防止板４，５に設けられた空気孔からの空気量を、上下各段用に設けられた制御弁９，１０で調整することで、より柔軟性のある運転が可能となる。
【００２９】
尚、上記実施の形態では、前記上下段よりなる空気室３ａ，３ｂならびに渦流防止板４，５に設ける空気孔の設置数および幅や長さなどは吸水管２の形状や大きさ等によって決め、更には前記空気孔の有無等についても縦軸ポンプの適用状況等を考慮して適宜定めればよい。
【００３０】
また、前記上下段渦流防止板４，５の大きさならびに形、設置数、取付位置、取付け方法、取付け角度、前記上下段よりなる渦流防止板４，５の上端面４１に取付けられる吸気パイプの取付け等も縦軸ポンプの適用状況等を考慮して、更には縦軸ポンプの使用目的などに応じて適宜定めればよい。
【００３１】
前記上下段空気室３ａ，３ｂにポンプ水槽の外部で大気に通じる上下段用空気管７，８が接続され吸水管２への空気量を調整するための上下段用制御弁９，１０はポンプ水槽の液面計に連動してオンオフ作動することが可能である。
【００３２】
前記のようにポンプ水槽の液面計と連動させる場合には、液面が最低水位レベル以下に下がると制御弁が開き、また、液面が最低水位レベル以上に回復すると閉じる。また、さらに水位変動に伴い空気量の制御が可能である。
【００３３】
本実施の形態によれば、羽根車１が回転して吸水管２内が吸引状態にあるときに、上下段用空気管７，８が開口状態であれば、負圧により外気が吸い込まれ、上下段空気室３ａ，３ｂから吸水管２の側壁に設けられた多数の空気孔および上下段渦流防止板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄならびに５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに設けられた複数の空気孔から空気が吸水管２内に導入される。しかしながら、その空気量をポンプの使用状態ならびに運転状況等に応じて、前記上下段用制御弁９，１０にて流量制御をすることで幅広いポンプ運転制御への対応が可能である。
【００３４】
従って、例えば、水位が最低水位レベル以下になった時に、大気から上下段用空気管７，８内ならびに上下段空気室３ａ，３ｂを通じて吸水管２内に空気を吸入させることにより、自動的に気水混合運転に切り換えて、渦の吸い込み、呼吸現象の発生を防止して安定した縦軸ポンプの運転が出来る。
また、水位が低下したとき吸水管２内に大気から空気を吸入させることならびに、上下段用空気管７，８よりの空気吸入量を適宜調整することで、揚水開始ならびに停止が急激に行われずに安定した運転を可能にすることが出来る。
【００３５】
前記のような揚水運転から気水混合運転へ、更には気水混合運転から気中運転への移行時、またはその逆の気中運転から気水混合運転へ、更に気水混合運転から揚水運転への移行時において、前記上下段用制御弁９，１０にて流量制御することで、従来に増して、幅広いポンプの運転領域において安定した運転性能を確保出来る。
【００３６】
殊に、本実施の形態では、吸水管２の上下段空気室３ａ，３ｂの側壁に設けられた多数の空気孔から空気を導入する手段に加えて、前記上下段渦流防止板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄならびに５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに設けた複数の空気孔から空気を導入させることにより、吸水管２の平面全域にわたって均一に空気を導入することができることから、より安定した気水混合運転が可能となる。
【００３７】
また、本実施の形態では、前記上下二段の８枚の渦流防止板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄならびに５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにより吸水管２内は羽根車１の回転により軸心を中心として生じる渦流が緩衝されて、サージングや騒音が発生したり運転不能に陥ることもない。
【００３８】
前記のように上下に二段の空気吸入装置を備えることで、上段のみの空気吸入装置の場合と比べ、格段にポンプの運転性能の向上または運転制御の容易さ、また運転効率の最適化を図ることが出来る。
【００３９】
図２では、前記上段・下段渦流防止板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄならびに５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの渦流防止板の設置に際して、各上段渦流防止板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対して、それらに対応する下段渦流防止板５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを４５度ずらして設置している。
【００４０】
勿論、前記上段・下段渦流防止板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄならびに５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを４５度ずらして設置している各渦流防止板を同角度に設置する方法もあるが、前記のように４５度ずらして設置することで、吸水管２内でのより均一な空気泡が得られるのと同時に、サージング防止効果も向上し、さらに安定した運転が可能となる。
【００４１】
図３は、前記上下段渦流防止板４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄならびに５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの一実施例であって、前記上下段渦流防止板４，５の両側にある側面板４５がその渦流防止板本体に取付けボルト２４で取付けられており、異なった口径の複数の空気孔を備えた側面板４５を運転状況ならびに運転性能等に応じて交換することが可能であり、より柔軟性のある縦軸ポンプの運転対応が出来る。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、吸水管の内壁に設けた多数の空気孔をもつ空気室と、吸水管の内壁に沿って縦方向へ延びる多数の空気孔を備えた複数の渦流防止板と、前記空気室に空気を供給するポンプ水槽の外側の大気に通じる空気管とからなる空気吸入装置を吸水管内に複数段に設け、それらをポンプ水槽の水位に応じて使い分けることで、吸水管の平面全域において迅速且つ均一で細かい泡状の空気が導入され、従来に増して、縦軸ポンプの幅広い運転領域にて安定した効率の良い運転性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】二段空気吸入装置に渦流防止板を備えた縦軸ポンプの正面図ならびに主要部の詳細を示している断面図。
【図２】二段渦流防止板の平面図。
【図３】側面の取替可能な渦流防止板の詳細を示している拡大図。
【図４】従来例の実施の形態における一段空気吸入装置を備えた縦軸ポンプを示した正面図。
【図５】従来例の実施の形態における一段空気吸入装置に空気室と渦流防止板とを備えた縦軸ポンプを示した正面図。
【符号の説明】
１    羽根車
２    吸水管
３    空気室
３ａ  上段空気室
３ｂ  下段空気室
４    上段渦流防止板
４ａ  上段渦流防止板
４ｂ  上段渦流防止板
４ｃ  上段渦流防止板
４ｄ  上段渦流防止板
５    下段渦流防止板
５ａ  下段渦流防止板
５ｂ  下段渦流防止板
５ｃ  下段渦流防止板
５ｄ  下段渦流防止板
７    上段用空気管
８    下段用空気管
９    上段用制御弁
１０    下段用制御弁
２４    取付けボルト
４１    上端面
４２    側面
４３    空気孔
４５    側面板
【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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