(57)【要約】【課題】  羽根車の上流側に配置された吸込管内に、任意もしくは安定した空気圧・空気量が確実に流入するようにした、特に先行待機運転に適する立軸ポンプシステム及び該立軸ポンプシステムを備えたポンプ機場の提供することを目的とする。【解決手段】    縦方向に配置される回転軸２１により回転し、密閉された水槽１内の水を吸い込む羽根車と２０、羽根車２０の上流側に配置され、羽根車２０に向けて水を流す吸込管３１と、吸込管３１に一端が接続され、他端が水槽１内の最高水位よりも上方に開口する空気管６０とを有する立軸ポンプ１０と；密閉された水槽１と該水槽１外とを連通する連通口７９に一端が取り付けられた開閉弁７１とを備えるように構成されている。【選択図】  図１
2005240623.tif 000002
【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、密閉された水槽内の水を吸い込む羽根車と、  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吸込管と、  前記吸込管に一端が接続され、他端が前記水槽内の最高水位よりも上方に開口する空気管とを有する立軸ポンプと；
前記密閉された水槽と該水槽外とを連通する連通口に一端が取り付けられた開閉弁とを備える；
立軸ポンプシステム。
【請求項２】
前記開閉弁と直列に取り付けられた脱臭フィルタを備える、請求項１に記載の立軸ポンプシステム。
【請求項３】
前記開閉弁と直列に取り付けられた自動空気抜き弁を備える、請求項１又は請求項２に記載の立軸ポンプシステム。
【請求項４】
前記密閉された水槽は、自由表面を持つ水槽と水面下で連通しており、前記開閉弁の他端と前記自由表面を持つ水槽の水面上方部とを接続する均圧管を備えた、請求項１に記載の立軸ポンプシステム。
【請求項５】
前記開閉弁を自動的に開閉制御する制御機構を備える；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の立軸ポンプシステム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の立軸ポンプシステムと；
複数台の前記立軸ポンプを据え付ける水槽とを備え；
前記複数台の立軸ポンプの排水開始水位が２以上の異なる水位となるように、前記立軸ポンプそれぞれの前記開閉弁を開閉するように構成された；
ポンプ機場。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立軸ポンプシステム及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システム及びポンプ機場に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から図９に示すように、縦方向に配置された軸の先端に羽根車２を備え、羽根車２に水と共に空気を吸い込ませることにより、吸込水槽１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３があった。このポンプ３では、羽根車２入口側の吸込管４に貫通孔５を設け、貫通孔５に、外気に開口６ａした空気管６を取り付け、低い最低運転水位ＬＷＬ以下で、貫通孔５を経て流入する空気の流入量を水位に応じて変化させて徐々に排水量を低下させ、さらに低い水位ではポンプを空運転させるするようにしていた。
【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】実開平３−５６８９５号公報（第５図）
【０００４】
また、図１０の模式的正面断面図に示すように、以上のようなポンプを複数備えるポンプ機場があった。この機場には、急激な排水開始や排水停止による水槽のサージ現象を防止するために、胴管の長さや、羽根車の位置を変えた複数のポンプ３ａ、３ｂ、３ｃが備えられ、各ポンプの排水開始水位及び全量運転水位を段階的に変えるようにしていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、以上のような従来のポンプでは、例えばクローズタイプの水槽でポンプ取り付けが密閉された水槽に据え付けられているときは、水位の増減により、水槽内上方の密閉空間の空気圧が変動するため空気流入開始水位（揚水開始水位、揚水停止水位）に変動誤差が生じ、設定した水位と異なる水位で揚水開始されたり、揚水停止水位でも排水されるという問題があった。また、従来の立軸ポンプが複数台取り付けられたポンプ機場では、最も長い胴管や最も下に羽根車が取り付けられたポンプを有するポンプ３ａが、必ず最初に排水を開始する。したがって運転頻度、運転時間が他機３ｂ、３ｃに比べて、過多となる。このように、ポンプによって起動水位が異なるので、ポンプ運転時間に偏りが生じ、特定のポンプの消耗が激しくなったり、維持管理作業の困難性を招くという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、羽根車の上流側に配置された吸込管内に、任意もしくは安定した空気圧・空気量が確実に流入するようにした、特に先行待機運転に適する立軸ポンプシステム及び該立軸ポンプシステムを備えたポンプ機場の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による立軸ポンプシステムは、例えば図１又は図２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、密閉された水槽１内の水を吸い込む羽根車と２０、羽根車２０の上流側に配置され、羽根車２０に向けて水を流す吸込管３１と、吸込管３１に一端が接続され、他端が水槽１内の最高水位よりも上方に開口する空気管６０とを有する立軸ポンプ１０と；密閉された水槽１と該水槽１外とを連通する連通口７９に一端が取り付けられた開閉弁７１とを備えるように構成されている。
【０００８】
このように構成すると、密閉された水槽１と当該水槽１外とを連通する連通口７９と当該連通口７９に取り付けられた開閉弁７１を備えるので、羽根車２０の上流側に配置された吸込管３１内に、空気管６０を通して安定した空気圧を提供できるとともに、開閉弁７１を調整することにより流入する空気圧・空気量を任意に変更可能とした、特に先行待機運転に適する立軸ポンプシステムを提供することができる。
【０００９】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の立軸ポンプシステムは、開閉弁７１と直列に取り付けられた脱臭フィルタ７２を備えるように構成してもよい。脱臭フィルタ７２は、典型的には開閉弁７１の他端に取り付けられている。
【００１０】
また請求項３に記載のように、請求項１又は請求項２に記載の立軸ポンプシステムでは、開閉弁７１と直列に取り付けられた自動空気抜き弁７７（例えば、図６参照）を備えるように構成してもよい。自動空気抜き弁７７は、典型的には開閉弁７１の他端に取り付けられている。
【００１１】
また請求項４に記載のように、請求項１に記載の立軸ポンプシステムでは、密閉された水槽１は、自由表面を持つ水槽１ａと水面下で連通しており、開閉弁７１の他端と自由表面を持つ水槽１ａの水面上方部とを接続する均圧管８２（例えば、図７参照）を備えるように構成してもよい。典型的には、自由表面を持つ水槽１ａは、大気開放型の水槽であり、例えば、立軸ポンプ１０が設置されている空間とは別の空間に開放されている。
【００１２】
また請求項５に記載のように、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の立軸ポンプシステムでは、開閉弁７１を自動的に開閉制御する制御機構７３（例えば、図４参照）を備えるように構成してもよい。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明によるポンプ機場は、例えば図８に示すように、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の立軸ポンプシステム１０１（例えば、図１参照）と；複数台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを据え付ける水槽１とを備え；複数台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの排水開始水位が２以上の異なる水位となるように、立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃそれぞれの開閉弁７１（例えば、図１参照）を開閉するように構成される。
【００１４】
このように構成すると、複数の立軸ポンプを備えながら、各ポンプの運転時間の均一化を図ることが可能な維持管理性の高いポンプ機場を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明によれば、縦方向に配置される回転軸により回転し、密閉された水槽内の水を吸い込む羽根車と、羽根車の上流側に配置され、羽根車に向けて水を流す吸込管と、吸込管に一端が接続され、他端が水槽内の最高水位よりも上方に開口する空気管とを有する立軸ポンプと；密閉された水槽と該水槽外とを連通する連通口に一端が取り付けられた開閉弁とを備えるので、羽根車の上流側に配置された吸込管内に、任意もしくは安定した空気圧・空気量が確実に流入するようにした、特に先行待機運転に適する立軸ポンプシステム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】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る立軸ポンプシステム１０１を説明する概略図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は平面図である。図示の立軸ポンプ１０は、先行待機運転用のポンプであり、据え付け台であるコンクリート製の床１２に据え付けられている。
【００１８】
ここでまず図２の断面図を参照して、本発明の第１の実施の形態に使用するのに適した立軸ポンプ１０の一例について説明する。なお、本図で説明する立軸ポンプ１０の各構成は特にことわりのない限り、第１の実施の形態から第４の実施の形態で共通する構成であるものとして説明する。
【００１９】
先行待機運転、特に全速先行待機運転とは雨水がポンプ吸水槽に流入する前にあらかじめポンプを始動し、全速で空運転し雨水の流入を待機し、水位（Level）Ｌ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。排水を始めても、立軸ポンプ１０は直ちに要項の水量を吐出するわけではない。少流量や空運転を可能とするため、水と一緒に空気を吸い込ませる。
【００２０】
図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。
【００２１】
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（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や渦巻斜流ポンプが用いられることもあり、本発明は軸流ポンプや斜流ポンプの場合にも適用できる。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。
【００２２】
ケーシング本体３３は、回転軸２１と平行に垂直方向の胴管部３３ａと、上方で水平方向に曲がった曲管部３３ｂ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３３ｂ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２１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（３点以上でもよい）されている。胴管部３３ａが長い場合は、さらに軸受２２ｂと同様な不図示の中間軸受を軸受２２ｂと軸受２２ｃとの間に備えてもよい。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。
【００２３】
ケーシング本体３３には、据え付け用のフランジが取り付けられており、該フランジで据え付け台であるコンクリート製の床１２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が取りつけられており、該フランジにより、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。
【００２４】
羽根車２０の先端よりも下方に位置するケーシングには、空気吸込孔５１が形成されている。図２では、空気吸込孔５１は１個として図示してあるが、複数個設けてもよい。またケーシングを囲む環状の空気室（不図示）を設け、空気室とケーシング内部とを複数の孔（穴）又は環状の空気室全周に形成されたスリットで連通するように構成してもよい。このような空気室は、吸込管３１を形成するケーシング壁の内面を囲み、該内面よりも外側に形成される。
【００２５】
本実施の形態では、空気吸込孔５１は吸込管３１の上部、鉛直方向の円筒状部分に形成されている。ライナケーシング３２のすぐ下方、羽根車２０の先端よりも下方に位置する。
【００２６】
空気吸込孔５１又は不図示の空気室には、外側に空気管６０の一端が接続されている。空気管６０は図示のように１本であってもよいが、複数であってもよい（例えば４本としてもよい）。空気吸込孔５１を複数設けるか、又は環状の空気室を設けると、空気管６０から吸入される空気が、吸込管３１の全周に均一に分配されるので都合がよい。なお、空気管６０は、図１から図７で説明する第１の実施の形態から第４の実施の形態では２本であるものとして説明するが、空気管６０の数はこれに限られたものではないことは上述の通りである。
【００２７】
空気管６０の他端（上端）６１は、水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開放されている。最高水位ＨＷＬは、水槽１において最も水位が上昇し得る水位である。したがって、空気管６０の上端６１が水中に没することはない。
【００２８】
羽根車２０は、後述の最低水位ＬＷＬよりも下方に配置されている。羽根車２０の本体部分全体、又は少なくともその一部、特にそこまで水位があれば羽根車２０が水を吸い上げる先端部が最低水位ＬＷＬよりも下方に配置されている。
【００２９】
空気吸込孔５１の近傍、特に羽根車２０と空気吸込孔５１との間のケーシング（ここでは吸込管３１）の内面には、平板状の旋回防止板（不図示）を半径方向に、また軸線方向（鉛直方向）に向けて形成してもよい。
【００３０】
次に立軸ポンプ１０の高さ方向の構造と水位の関係を説明する。最高水位ＨＷＬは前述のように、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、特定の水槽１に設置された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、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。
【００３１】
設計上の最低水位Ｌｄは、水位ＬＷＬと少なくとも等しく、通常はそれよりも高くなるようにする。設計上の最低水位Ｌｄは、吸込管径やポンプ吐出流量に対応して決められる。
【００３２】
設計上の最低水位Ｌｄ乃至は最低水位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。
【００３３】
吸込開始水位ＳＬＷＬの下方には、空気吸込孔５１の高さに相当する吸気水位Ａ１がある。これは空気吸込孔５１の上側端部に相当する。水位Ｌが低下して、水位ＬＷＬに到ると、水位Ｌよりも負圧分ｈだけ低い空気管６０中の水位がこの水位Ａ１になり、空気管６０を通して吸込管３１に空気が吸い込まれ始める。
【００３４】
なお本実施の形態では、空気吸込孔５１の上側端部の高さが吸気水位Ａ１となっている。吸気水位Ａ１の下方には、吸込管３１の先端の水位Ａ２がある。
【００３５】
さらに図２を参照して、立軸ポンプ１０の作用を説明する。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。例えば上流側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。
【００３６】
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。水位がさらに上昇して水位Ａ１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。
【００３７】
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は気水攪拌を開始する。そして水を吸い込み始める。このときは、空気管６０を通し、空気吸込孔５１から、吸込管３１内に、水と一緒に空気も吸い込むのでポンプは全水量吐出の運転ではない。即ち、立軸ポンプ１０は気水混合運転をしている。さらに水位Ｌ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Ｌが水位ＬＷＬまで上昇すると空気の吸込量がゼロになり、全水量を吐出するに至る。即ち、定常運転に入る。
【００３８】
さらに水位が、水位ＬＷＬと水位ＨＷＬの間の水位まで上昇して、立軸ポンプ１０は定常運転を継続する。その後、立軸ポンプ１０の排水により今度は水位Ｌが低くなってゆくと、水位ＬＷＬで（空気管６０中の水位が吸気水位Ａ１に到るので）空気管６０を通して空気を吸い込み始める。即ち、再び気水混合運転が開始される。水位Ｌ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ゆく。さらに水位Ｌが下がり、水位Ａ１付近になると水の吸い込みが終わり、羽根車２０は空気中で運転される空運転状態になる。即ち、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。
【００３９】
このようにして、羽根車２０は空気中での空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。空運転と全水量運転との間の移り変わりは、ポンプが空気も一緒に吸い込むのでなめらかに行われる。
【００４０】
前述のように雨水の流入により水槽内の水位Ｌが上昇して、水位がＡ１を越えても、まだ水は吸い上げられないが、水位低下直後で羽根車２０の上方に水が溜まっている間に再び水位が上昇したときは空気吸込孔５１の高さである水位Ａ１で水の吸い上げが始まる。
【００４１】
ここで図３の部分断面図を参照して、各水位と吸込管３１の下端から渦状に空気を吸い込んでしまう水位Ｌｃとの関係を明かにする。一般に、立軸ポンプを設計するときは、先ず設計仕様によりエアロック水位が指定される。即ち高い水位から水位が低下してきて、最後に排水が止まる水位である。通常は、エアロック水位は空気吸込孔５１の水位Ａ１に一致するものとして設計する。即ち、設計上この位置に空気吸込孔５１を設ける。試運転でエアロック水位を確認する。実際のエアロック水位は、空気吸込孔５１位置よりも高いことはなく、それよりも低い位置になるか、又はほぼ同等の高さになる。
【００４２】
また一般には設計仕様で、低水位から水位が上がってきたときに排水を開始する位置、即ち羽根車先端位置ＳＬＷＬも指定される。
水位Ａ１が決まると、全量吐出水量となる設計上の水位Ｌｄは、水位Ｌｄ＝Ａ１＋ｈで計算される。ここで、ｈ＝ｈｌ＋（ｖ２／２ｇ）である。水頭ｈは、（ｖ２／２ｇ）に所定の係数を乗じて簡易計算で定めてもよい。
【００４３】
ここでｖは、（要項点全水量）／（吸込管３１の吸込部面積）で求められる水の吸込流速である。（ｖ２／２ｇ）はベルヌーイの定理から計算される水の流れにより生じる動圧である。速度水頭といってもよい。またｈｌは吸込管３１の下端Ａ２から空気吸込孔５１までの流れロスである。損失水頭ｈｌは、簡易計算により（ｖ２／２ｇ）に経験的な係数を乗じて求めてもよい。
【００４４】
水位Ｌｄは上記のように簡易計算により求めることが多い。水位Ｌが上昇傾向のときは、ここで空気吸込孔５１からの空気の吸い込みがなくなりポンプは全量吐出となり、水位Ｌが下降傾向のときは、ここで全量吐出が終わり空気吸込孔５１からの空気の吸い込みが始まるという水位である。
【００４５】
水位Ｌｄは設計上、吸込管３１の下端から渦状に空気を吸い込んでしまうという水位に対して余裕を持たせる。したがって、この水位では吸込管３１の下端から空気を吸い込むことがない。即ち、水位Ｌｄは水位ＬＷＬ、通常は水位Ｌｃと同じか、又はそれよりも高い位置にある。
【００４６】
水位Ｌｃは上記のように水位Ｌｄを求めるにあたって、チェック項目となる。即ち、設計過程で求めた水位Ｌｄが水位Ｌｃよりも低くなってしまった場合は、水位Ｌｄが水位Ｌｃと同等かそれよりも高くなるように設計を修正する。例えば吸込管３１を長くして、水位Ｌｃを下げる。
【００４７】
本実施の形態の立軸ポンプ１０では、羽根車２０は水位ＬＷＬ、さらには水位Ｌｃよりも下方に配置されている。
【００４８】
水位Ｌｄは、水位Ａ１＋ｈで計算され、ｈ＝ｈｌ＋（ｖ２／２ｇ）であるとしたが、さらに吸込管３１の内部に発生する旋回流によって空気吸込孔５１の近傍に発生する正圧ｈｐを考慮すると、ｈは以下の通りとなる。
ｈ＝ｈｌ＋（ｖ２／２ｇ）−ｈｐ
【００４９】
以下で具体的に説明する第１の実施の形態から第４の実施の形態によれば、密閉された水槽１（図２参照）と水槽１外部とを連通する連通口としての空気配管７９（例えば図１参照）に一端が取り付けられた開閉弁としての開閉バルブ７１（例えば図１参照）の開閉によって、密閉された水槽１内部の水面上方部分が、大気に開放される、あるいは大気と遮断される。したがって、立軸ポンプ１０が空気を吸い込む水位（水槽１の水位）は、上述の水頭ｈの式に支配されるが、水槽１の水位を自由表面を持つ水槽としての吸水槽１ａの水位とは無関係に定めることができる。また、現合も可能となる。ここで、自由表面とは大気と接している水面のことをいい、自由表面は大気圧を受けている。
【００５０】
再び図１に戻り、本発明の第１の実施の形態に係る立軸ポンプシステム１０１の説明を続ける。立軸ポンプ１０は、前述のように据え付け台であるコンクリート製の床１２に据え付けられている。さらに、コンクリート製の床１２は、立軸ポンプ１０を囲むように水平方向に対して略垂直な壁を連続的に形成し、吸込管３１に水面が達したときに、該水面上方部分が外気と遮断される構造である密閉された水槽１を形成している。立軸ポンプ１０がコンクリート製の床１２に据え付けられている部分には水槽１内の密閉性を確保すべくポンプベース７５が配設されている。水槽１は、水槽１底部近傍の壁１２ａに形成された開口にて、水面上方が大気に開放されたオープン吸水槽１ａに接続し、該開口から水槽１内に排水が流入するように構成されている、いわゆるクローズタイプの水槽である。なお、開口が形成されている水槽１の壁１２ａの水槽１とは反対側の面、すなわち吸水槽１ａ側の面を、鉛直方向に対して、例えば４５°程度傾斜させ水槽１内に流入する排水の流れを下向きにすることで、流入の際に渦が発生しにくいように構成されている。
【００５１】
第１の実施の形態の立軸ポンプシステム１０１は、立軸ポンプ１０を備えており、本実施の形態では図２で既に説明した空気管６０を２本（２本以上でもよい）備えている。さらに、密閉された水槽１と該水槽１の外部とを連通する連通口としての空気配管７９がポンプベース７５を貫通するように取り付けられている。略筒状に形成された空気配管７９の一方の端部は、密閉された水槽１内の水面上方部分の空間内に位置し、もう一方の端部は、水槽１の外側、ポンプベース７５より上方に位置するように取り付けられており、さらに、ポンプベース７５より上方に位置する端部には開閉バルブ７１が接続されている。
【００５２】
開閉バルブ７１の他端には、脱臭フィルタ７２が取り付けられている。開閉バルブ７１は、弁の開閉を行うことにより、開放状態であるときに、密閉された水槽１内部の水面上方部分を空気配管７９、脱臭フィルタ７２を介して大気に開放し、閉鎖状態であるときに、該水面上方部分を大気と遮断するように構成されている。また、脱臭フィルタ７２は、活性炭等を用いることで、水槽１内部の水面上方部分を大気に開放するような場合の臭気対策となる。なお、脱臭フィルタ７２は開閉バルブ７１と直列に設けられていればよく、空気配管７９の途中に挿入配置してもよいし空気配管７９と開閉バルブ７１との間にあってもよい。
【００５３】
水槽１が密閉状態のとき、つまり、開閉バルブ７１が閉鎖状態にあるときは、吸水槽１ａの水位と水槽１の水位が必ずしも一致しない。すなわち、吸水槽１ａの水位が上昇するとき、水槽１の水位は閉じ込められた空気の圧縮にしたがって上昇はするが、吸水槽１ａの水位よりも低い水位に保たれる。また、吸水槽１ａの水位が上昇し、後述のように水槽１の水位を上昇させた後に開閉バルブ７１を閉鎖状態とし、その後吸水槽１ａの水位が下降するとき、水槽１内水面上方部分は密閉状態であるため、水槽１の水位は多少下降はするが、吸水槽１ａの水位よりも高い水位に保たれる。これに対して、水槽１が開放構造のとき、つまり、開閉バルブ７１が閉鎖状態にあるときは、吸水槽１ａの水位と同じ水位となる。
【００５４】
さらに、具体的な説明を加える。まず、吸水槽１ａの水位が上昇している場合であるが、本実施の形態では、開閉バルブ７１が開放状態であるとき、吸水槽１ａの水位が上昇するのに伴って、水槽１内部の水面上方部分の空気は空気配管７９、開閉バルブ７１、脱臭フィルタ７２を順に介して外気に放出されるので、水槽１内の空気圧は一定となり水槽１内の水位も上昇する。
【００５５】
吸水槽１ａの水位が予め決められた所定の水位まで上昇した時に、係員等の操作により開閉バルブ７１を閉鎖状態とし水槽１を密閉状態とすることで、吸水槽１ａ内の空気圧力を調整することができる。例えば、吸水槽１ａの水位が上昇しても、該上昇に伴って水槽１内の空気圧が大きくなるので、水槽１内の水位は上昇しないようにすることができる。
【００５６】
つぎに、吸水槽１ａの水位が十分に上昇したところで、開閉バルブ７１を開くと水槽１の水位は吸水槽１ａと同水位まで上昇する。次に、開閉バルブ７１を閉鎖状態とした後に、吸水槽１ａの水位が下降すると、本実施の形態では、開閉バルブ７１が閉鎖状態であり水槽１は密閉状態であるので、吸水槽１ａの水位が下降しても、水槽１内の水位は下降しない。このようにすることで、例えば吸水槽１ａの水位が減っても、立軸ポンプ１０の全水量運転を継続することができる。
【００５７】
吸水槽１ａの水位が予め決められた所定の水位まで下降した時に、係員等の操作により開閉バルブ７１を開放状態とすることで、脱臭フィルタ７２の周囲の外気が、脱臭フィルタ７２、開閉バルブ７１、空気配管７９を順に介して水槽１内に流入し、水槽１内の圧力を減方向に調整することができるので、水位は下降する。
【００５８】
すなわち、吸水槽１ａの水位の変動に応じて、開閉バルブ７１を開閉することで水槽１内の空気圧（水位）を調整し、揚水開始水位、揚水停止水位を任意に変動させることができるように構成されている。
【００５９】
以上で説明したように、第１の実施の形態である立軸ポンプシステム１０１によれば、開閉バルブ７１を取り付けたので、密閉された水槽１内部の水面上方部分を大気に開放、あるいは閉鎖するタイミングを任意に決定することで自由にエアロック水位等を設定でき、さらに、必要に応じてポンプに空気を供給でき、ポンプの実際の状態に応じた最適な運転が可能になる。
【００６０】
さらに、従来は気水混合運転やエアロック運転などの各種運転水位は構造上決まってしまっていたが、本発明によれば、開閉バルブ７１の開閉により各種運転水位を調整できるので、たとえば気水混合運転やエアロック運転などの運転水位を吸水槽１ａ側の水位に拘わらずに設定でき、その分排水量の調整幅が広がる。
【００６１】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る立軸ポンプシステム１０２を説明する概略図である。第１の実施の形態では、開閉バルブ７１を係員等の操作、すなわち手動により制御するものとして構成したが、第２の実施の形態では、開閉バルブ７１を自動的に開閉制御する制御機構７３を備えている。さらに、典型的には、制御機構７３に信号を送信する水位又は圧力を検出する検出器を備えており、ここでは圧力検出器７４を備えている。
【００６２】
水槽１内の圧力を測定する圧力検出器７４はポンプベース７５に配設されており、吸水槽１ａの水位の変化に伴う、水槽１内の水面上方部分の圧力の変化を検出し、該検出結果を制御機構７３に送信するように構成されている。制御機構７３は、典型的にはマイコン等のコンピュータであり、圧力検出器７４によって測定された圧力を受信し、水槽１内の圧力に応じて空気の供給開始、あるいは供給停止を行うべく開閉バルブ７１の開閉を制御する。この場合、開閉バルブ７１は電動弁からなるものを用いるとよい。
【００６３】
以上で説明した第２の実施の形態である立軸ポンプシステム１０２によれば、開閉バルブ７１を閉鎖した状態で、吸水槽１ａの水位が上昇し、水槽１内部の水面上方部分の圧力が予め決められた所定の圧力に達した時に、制御機構７３の制御により開閉バルブ７１を閉鎖状態から開放状態にすることで、揚水開始水位等を任意に決めることができる。次に、吸水槽１ａ、水槽１ともに一定の水位まで上昇したところで開閉バルブ７１を閉鎖した状態とする。開閉バルブ７１を閉鎖した状態で、吸水槽１ａの水位が下降し、水槽１内部の水面上方部分の圧力が予め決められた所定の圧力まで下がった時に、制御機構７３の制御により開閉バルブ７１を閉鎖状態から開放状態にすることで、状況に応じた気水混合運転、エアロック運転、要項点全水量運転等の最適な運転を設定することができる。
【００６４】
図５は、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る立軸ポンプシステム１０２ａを説明する概略図である。本変形例は、水槽１内の圧力を検出する圧力検出器７４の代わりに吸水槽１ａの水位を検出する水位検出器７６を備える点で図４の場合と異なる。本変形例では、制御機構７３は、吸水槽１ａ側に配設された水位検出器７６によって検出された吸水槽１ａの水位に応じて、開閉バルブ７１を制御し、開閉バルブ７１の自動開閉を行うように構成されている。水位検出器７６は、水位の変化を水槽１の底部付近の水圧の変化により検知するものであってもよいし、浮子を用いたフロート式、レベルスイッチによるオンオフ式等出であってもよい。
【００６５】
図６（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る立軸ポンプシステム１０３を説明する概略図である。本実施の形態では、第１の実施の形態での構成に加え、開閉バルブ７１の他端側、開閉バルブ７１と脱臭フィルタ７２との間に取り付けられた自動空気抜き弁７７を備える。水密構造対策のために取り付けられる自動空気抜き弁７７は、フロート式自動空気抜き弁を用いるとよく、吸水槽１ａ側の吸水位のＨＷＬが、ポンプベース７５より高くなる場合に特に有効である。なお、開閉バルブ７１、自動空気抜き弁７７、脱臭フィルタ７２は、この順序に限らず直列に接続されていればよく、例えば、自動空気抜き弁７７は、空気配管７９又は空気配管７９と開閉バルブ７１との間にあってもよい。
【００６６】
図６（ｂ）は、自動空気抜き弁７７を説明する断面図である。開閉バルブ７１が開放状態であるときに吸水槽１ａ側の水位がポンプベース７５の位置を越えて上昇した場合、吸水槽１ａ側の水位の上昇に伴って水槽１内の水位もポンプベース７５の上方まで上昇する。かかる場合、開閉バルブ７１まで水が達することとなるが、開閉バルブの他端に取り付けられた自動空気抜き弁７７内の上限まで水が達すると、自動空気抜き弁７７内に配されるフロート７７ａも水の上昇に伴い自動空気抜き弁７７内上方に移動し、空気の排出口、すなわち脱臭フィルタ７２側の口７７ｂを塞ぐこととなり、排水の流出を防止することができる構成となっている。
【００６７】
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る立軸ポンプシステム１０４を説明する概略図である。第１の実施の形態から第３の実施の形態では、密閉された水槽１内部の水面上方部分を空気配管７９、脱臭フィルタ７２を介して大気に開放、あるいは周囲の外気が流入するように構成されていたのに対して、第４の実施の形態では、密閉された水槽１は、自由表面を持つ水槽としての吸水槽１ａと連通しており、開閉バルブ７１の他端と吸水槽１ａの水面上方部とを接続する均圧管８２を備えている。本実施の形態では、水槽１内部の水面上方部分は、吸水槽１ａと開閉バルブ７１とを接続する均圧管８２を介して吸水槽１ａ側の空気に開放、あるいは吸水槽１ａ側の空気が流入するように構成されている。この場合、脱臭フィルタ７２を配設する必要がなく、例えば吸水槽１ａ内に雨水だけでなく下水が流入したとしても、下水の臭気が床上に放出されることがない。
【００６８】
図８は、本発明の第５の実施の形態に係るポンプ機場を説明する図であり、（ａ）は、ポンプ機場１０５の複数の立軸ポンプの関係を示す模式的正面断面図、（ｂ）は、ポンプ機場１０５での立軸ポンプ設置を説明する模式的正面断面図である。上述した立軸ポンプシステムが用いられるポンプ機場１０５では、以上で説明したような先行待機運転ポンプ、ここでは立軸ポンプが水槽に複数台設置される。図８（ａ）に示すように、複数の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの間はそれぞれ鉄筋コンクリート製の水槽仕切壁１ｂ、１ｃで仕切られ、各ポンプ用の水槽が独立した密閉水槽を形成している。
【００６９】
さらに例えば、ポンプ機場１０５に第２の実施の形態である立軸ポンプシステム１０２を設置する場合、複数台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃそれぞれの制御機構７３は、複数台の立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの排水開始水位が２以上の異なる水位となるように、立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃそれぞれの開閉バルブ７１（例えば、図４参照）の開閉を制御するように構成される。
【００７０】
各立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、吸水槽１ａの水位の上昇に伴い水槽１内部の水面上方部分の圧力が変化し、各々に予め設定される所定の圧力に達した時に、制御機構７３の制御により開閉バルブ７１を閉鎖状態から開放状態にすることで、揚水開始水位を任意に決めることができる。また、吸水槽１ａの水位の上昇に伴い水槽１内部の水面上方部分の圧力が変化し、各々に予め設定される所定の圧力まで下がった時に、制御機構７３の制御により開閉バルブ７１を開放状態から閉鎖状態にすることで、水槽１内の水位が一定となり、吸水槽１ａの水位に拘わらず、状況に応じて気水混合運転、エアロック運転、全水量運転等の最適な運転を継続することができる。
【００７１】
また、図８（ｂ）に示すように、立軸ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、水槽１と吸水槽１ａを接続している壁１２ａに形成された開口からある程度高さ方向に距離をとった高さに吸込管３１が位置するように設置する。このように設置すると、例えば、開閉バルブ７１を閉鎖状態とし、吸水槽１ａの水位が上昇している場合、水槽１の水位は閉じ込められた空気の圧縮にしたがって上昇はするが、揚水開始水位よりも低い水位に保たれる。密閉された水槽１内の圧力が、例えば立軸ポンプ１０ａで０．１ＭＰａ、立軸ポンプ１０ｂで０．２ＭＰａ、立軸ポンプ１０ｃで０．３ＭＰａとなったときに、各開閉バルブ７１を閉鎖状態から開放状態とし、各々が要項点全水量運転となるように設定したならば、吸水槽１ａの水位が１ｍ上昇する毎に次々と全水量運転が開始されることとなるのである。
【００７２】
また、吸水槽１ａの底面の位置を水槽１よりも高い位置、例えば吸込管３１と鉛直方向にほぼ同位置になるように構成すると、吸水槽１ａ内の水を排水する際に開閉バルブ７１を閉鎖状態とすることで、吸水槽１ａ内の水をかなり低水位になるまで、または、吸水槽１ａ内の水をほとんどすべて排水することができ、また従来の立軸ポンプのように渦を吸い込むこともない。
【００７３】
このようなポンプ機場１０５の運転において、水位の上昇に伴って１台のポンプでは排水量が不足する場合には、次々に他のポンプが排水を開始して複数台による排水運転に入る。ここで使用されるポンプは、先に説明した立軸ポンプ１０を用いているので、胴管部３３ａ（図２参照）の長さが同一であり、その据付高さが同じで、特に羽根車の設置高さ等が同一な仕様であっても、水を吸い込み始める水位を異ならせることができる。また、水槽の水位に無関係に、ある程度まで気水混合運転の開始あるいは終わりの時期を調整できるので、排水開始の順序をポンプ毎に任意に設定することが可能となる。
【００７４】
以上で説明した第５の実施の形態であるポンプ機場１０５によれば、各ポンプの水を吸い込み始める水位をポンプの設置後でも任意に変更することが可能であるので、ポンプ運転時間に偏りが生じ、特定のポンプの消耗が激しくなったり、維持管理作業の困難性を招くことはなく、ポンプ運転時間と形状の均一化により、建設と維持管理性の向上が可能となる。また、ポンプのうち１台が故障したとき、他の号機による代替が可能であり、さらに、故障したポンプを交換するにしても、同一仕様のポンプで済むので、製造納期の短縮化が容易である。
【００７５】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。例えば、以上で説明したポンプ機場１０５では、制御機構７３により自動的に開閉バルブ７１の開閉を制御するものとして説明したが、例えば、第１、第３又は第４の実施の形態に係る立軸ポンプシステムを用い、吸水槽１ａの水位等を係員等の目視によって確認し、水位に応じて手動にて開閉バルブ７１の開閉作業を行うようにしてもよい。この場合、より単純な構成であるポンプ機場１０５とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る立軸ポンプシステムを説明するための概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る立軸ポンプシステムに使用するのに適した立軸ポンプの正面断面図である。
【図３】各水位と吸込管の下端から渦状に空気を吸い込んでしまう水位Ｌｃとの関係を説明する立軸ポンプの部分断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る立軸ポンプシステムを説明するための概略図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る立軸ポンプシステムの変形例を説明するための概略図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る立軸ポンプシステムを説明するための概略図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る立軸ポンプシステムを説明するための概略図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係るポンプ機場の複数の立軸ポンプの関係を示す模式的正面断面図である。
【図９】従来の立軸ポンプの正面断面図である。
【図１０】従来の機場の複数の立軸ポンプの関係を示す模式的正面断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  立軸ポンプ
２０  羽根車
２１  回転軸
３０  ケーシング
３１  吸込管
５１  吸気孔
６０  空気管
７１  開閉バルブ
７２  脱臭フィルタ
７３  制御機構
７４  圧力検出器
７６  水位検出器
７７  自動空気抜き弁
７９  空気配管
８２  均圧管
１０１、１０２、１０２ａ、１０３、１０４  立軸ポンプシステム
１０５  ポンプ機場
ｈ  負圧水頭
ＨＷＬ  最高水位
Ｌｄ  設計水位
ＬＷＬ  最低水位
Ｌｃ  渦状に空気を吸い込む水位
ＳＷＬ  羽根車の吸込開始水位
Ａ１  吸気口水位
Ａ２  吸込管下端水位
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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