(57)【要約】【課題】  最低水位を従来より低いレベルに低下させても、吸込口から空気を吸い込むことなく運転し得て、吸込水槽内の残存水量を少なくし、この残存水量と比較して保水量の割合を大きくできるコラム型水中ポンプを提供する。【解決手段】  立軸斜流ポンプＰの吸込ベルマウス１６を密閉構造の吸込ケーシング２１の内部に開口させ、その天井２１ａの高さＨ６を吸込水槽１９に開口している吸水口２１ｄの高さＨ７よりも十分高い位置に設定する。そして、吸込ケーシング２１の天井２１ａに設けた空気排出口２１ｅに排気管２２ａ，排気弁２２ｂおよび排気ポンプ２２ｃなどを備えた空気排出手段２２を接続し、吸込水槽１９の最低水位をおおよそ吸水口２１ｄの高さＨ７である０．５Ｄに相当するＬＷＬ２に低下させても、空気の吸い込みをなくしてポンプＰを運転できるようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水ポンプの吸込口が、吸込水槽に開口する吸水口を設けた密閉構造の吸込ケーシング内に開口し、この吸込ケーシングの天井が前記吸水口の上端よりも高位置に設定されているとともに、該吸込ケーシングの上部位置に空気排出口が設けられ、この空気排出口が空気排出手段に接続されていることを特徴とする排水ポンプシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の排水ポンプシステムにおいて、
前記吸込ケーシングに予旋回流付与手段が備わっていることを特徴とする排水ポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸込水槽に流入してきた水を排水する排水ポンプシステム関し、特に、従来の最低水位よりも低い水位での安定な排水運転を可能にした排水ポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、吸込水槽に流入してきた水を排水する排水ポンプポンプシステムとして、図７に示すものがある。この排水ポンプシステムは、吸込水槽１内の終端側に、羽根車２ａを回転自在に収容したケーシング２ｂと、該ケーシング２ｂの上端に連通接続した揚水管２ｃと、ケーシング２ｂの下端に設けた吸込口２ｄとを有するポンプ２を設け、このポンプ２より上流側に、下端が最低水位ＬＷＬよりも下方にのびる渦流防止壁４を吸込水槽１の上方に設けた躯体５から垂設するとともに、渦流防止壁４の上流側に、所定の対向間隔αを隔てて、上端６ａが最高水位ＨＷＬと最低水位ＬＷＬとの間に位置するとともに、その下端６ｂが最低水位ＬＷＬよりも下方に位置する渦流防止補助壁６を横断状に架設している（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
前記構成の排水ポンプシステムで、たとえば水位が補助壁６の上端６ａよりも高い場合、ポンプ２を運転すると、該ポンプ２に吸引された流水の一部が渦流防止補助壁６の上を通過して渦流防止壁４の上流側の面４ａに沿って流下するため、渦流防止壁４の上流側に流水の停滞による死水域が生じなくなり、死水域に起因する渦流の発生を防止することができる。
【０００４】
また、渦流防止壁４の下を通過した流水の一部がポンプ２と吸込水槽１の終端側壁１ａとの間に流入するため、この間でも死水域が生じなくなり、渦流の発生を防止することができる。したがって、ポンプ２が渦流により空気を吸い込んで、振動や騒音を起こすことがなくなり、ポンプ２を効率よく作動させて排水行うことができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３２１８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記従来の排水ポンプシステムでは、吸込水槽１の底１ａから最低水位ＬＷＬまでの深さ（高さ）Ｈ２がポンプ２の口径Ｄの約２倍（２Ｄ）以上に制限され、運転中の水位が最低水位ＬＷＬ以下になると、空気吸込渦の発生により空気混じりの水を吸い込んでしまい、激しい振動や大きい騒音が生じて、ポンプ運転機能障害を引き起こしたり、周辺設備を損傷させるおそれがある。このため、吸込水槽１の水位が最低水位ＬＷＬまで低下すると、この水位ＬＷＬを水位検知手段（図示省略）で検知して、ポンプ２の運転を停止する制御がなされる。なお、吸込水槽１の底１ａから吸込口２ｄまでの距離Ｈ４は、ポンプ２の口径Ｄと同じ大きさに設定されている。
【０００７】
ところが、吸込水槽１の底１ａから最低水位ＬＷＬまでの深さＨ２が２Ｄ以上に制限されると、最高水位ＨＷＬから吸込水槽１の底１ａまでの深さＨ１と比較して、最低水位ＬＷＬから底１ａまでの深さＨ２が相当に大きいので、最高水位ＨＷＬと最低水位ＬＷＬとの水位差Ｈ３が小さくり、吸込水槽１の保水量と比較して残存水量の割合が大きくなる問題を生じる。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するものであって、その目的とするところは、最低水位を従来より低いレベルに低下させても、空気を吸い込むことなくポンプを運転し得て、吸込水槽内の残存水量を少なくし、保水量と比較して残存水量の割合を小さくできる排水ポンプシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明に係る排水ポンプシステムは、排水ポンプの吸込口が、吸込水槽に開口する吸水口を設けた密閉構造の吸込ケーシング内に開口し、この吸込ケーシングの天井が前記吸水口の上端よりも高位置に設定されているとともに、該吸込ケーシングの上部位置に空気排出口が設けられ、この空気排出口が空気排出手段に接続されていることを特徴とするものである。
【００１０】
このような構成であれば、排水ポンプの運転により、吸込水槽の水位が吸込ケーシングの天井レベル以下まで低下したならば、空気排出口を介して空気排出手段の空気排出力を吸込ケーシング内の上部に作用させる。吸込水槽の水位が吸込ケーシングの天井のレベルから吸水口の上端付近まで低下することにより、吸込ケーシング内の水位も吸込水槽の水位と同様に低下しようとする。しかし、吸込ケーシング内の上部には、空気排出手段の空気排出力が作用しているので、この空気排出力によって吸込ケーシング内の水位低下が抑制される。このため、吸込ケーシングの内部では、水面の上位に負圧部が形成されることになって、吸込ケーシング内の水位を吸込水槽の水位よりも高位置に保持する。したがって、排水ポンプは空気を吸い込むことなく運転することができる。
一方、吸込水槽の水位が吸込ケーシングにおける吸水口の上端付近に低下することで、吸水口から吸込ケーシング内に空気が吸い込まれたとしても、この吸い込まれた空気（気泡）は、自己の浮力により吸込ケーシングの上端に向かって上昇したのち、空気排出手段によって排出されるので、排水ポンプに吸い込まれるのを抑制することができる。
【００１１】
本発明においては、前記吸込ケーシングに予旋回流付与手段を備えることが好ましい。
【００１２】
このようにすることで、吸込ケーシングに吸い込まれた水は、予旋回したのちに排水ポンプに吸い込まれることになる。このため、予旋回流に空気（気泡）が混入していても、予旋回している間に気泡をケーシングの上端に向かって上昇させる時間を稼ぐことができるので、空気の分離能力を高めて排水ポンプに空気が吸い込まれるのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、最低水位を従来より低いレベルに低下させても、空気を吸い込むことなくポンプを運転することができるので、吸込水槽内の残存水量を少なくし、保水量と比較して残存水量の割合を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の実施形態を一部断面にして示す側面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図である。
図１および図２において、本発明に係る排水ポンプシステムの実施形態では、排水ポンプＰとして立軸斜流ポンプが使用される。この立軸斜流ポンプＰは、複数の水中軸受１０に回転自在に支持された鉛直な主軸１１と、主軸１１の下端部に固着した羽根車１２と、羽根車１２を回転自在に収容した吐出しボウル１３と、吐出しボウル１３の上側に連設されるとともに主軸１１を収容した揚水管１４と、揚水管１４の上側に連設され、かつ主軸１１を液密で回転自在に貫通させて上側に導出した吐出曲管１５とを備え、吐出しボウル１３に連通して下向きに吸込ベルマウス１６を設け、吐出曲管１５の下流側に吐出弁１７と排水管１８を連設している。そして、吸込水槽１９の天井に相当するポンプ設置床２０を貫通して、該ポンプ設置床２０に吊持した状態で設置される。
【００１５】
立軸斜流ポンプＰの吸込ベルマウス１６は、密閉構造の吸込ケーシング２１の内部に開口している。吸込ケーシング２１は、天井２１ａと底２１ｂおよび周壁２１ｃとを備えた円筒状のもので、製缶加工などによって水密に構成されて吸込水槽１９の底１９ａに移動不能に設置されており、その天井２１ａの中心部を水密に貫通した状態で吸込ベルマウス１６が吸込ケーシング２１の内部に着脱可能に挿入されて組み付けられている。この組み付け状態において、吸込ケーシング２１の底２１ｂから吸込ベルマウス１６までの距離Ｈ５は、立軸斜流ポンプＰの口径Ｄと同じ大きさに設定されている。また、吸込ケーシング２１の直径Ｄ１は口径Ｄの３〜５倍の大きさ（本実施形態では４Ｄ）に設定され、その高さＨ９は口径Ｄの約２．５倍の大きさに設定してある。
【００１６】
一方、吸込ケーシング２１の周壁２１ｃにおける吸込水槽１９の上流側に指向する半円部の中央部には、吸込水槽１９に開口する吸水口２１ｄが吸込水槽１９の上流側にのびて設けられていおり、この吸水口２１ｄの高さＨ７を約０．５Ｄに設定してある。
【００１７】
他方、吸込ケーシング２１における天井２１ａの一側に空気排出口２１ｅが設けられ、この空気排出口２１ｅが排気管２２ａ，排気弁２２ｂおよび排気ポンプ２２ｃなどを備えた空気排出手段２２に接続されている。
【００１８】
前記構成において、吸込水槽１９の水位が吸込ケーシング２１の天井２１ａ以上の領域にある場合は、空気排出手段２２の排気弁２２ｂを閉め、排気ポンプ２２ｃの運転を停止した状態で立軸斜流ポンプＰの運転がなされる。立軸斜流ポンプＰが運転されることで、吸込水槽１９内の水は、吸水口２１ｄから吸込ケーシング２１内に流入して吸込ベルマウス１６に吸い込まれ、吐出しボウル１３から揚水管１４に吐出され、揚水管１４内を上昇して吐出曲管１５、吐出弁１７、排水管１８の経路で排水される。
【００１９】
立軸斜流ポンプＰの運転継続により、吸込水槽１９の水位が吸込ケーシング２１の天井２１ａより低いレベルＬＷＬ１まで低下したならば、この水位ＬＷＬ１は水位検知手段（図示省略）によって検知され、この水位検知に基づいて空気排出手段２２の空気排出力を吸込ケーシング２１内の上部に作用させる。すなわち、空気排出手段２２の排気弁２２ｂを開いて排気ポンプ２２ｃを運転する。なお、一例としてＬＷＬ１までの深さ（高さ）Ｈ６はポンプの口径Ｄの約２倍（２Ｄ）に設定している。
【００２０】
立軸斜流ポンプＰの運転をさらに継続することで、吸込水槽１９の水位がレベルＬＷＬ１から吸水口２１ｄの上端のレベルＬＷＬ２付近まで低下することにより、吸込ケーシング２１内の水位もＬＷＬ２まで低下しようとする。しかし、吸込ケーシング２１内の上部には、空気排出手段２２の空気排出力が作用しているので、この空気排出力によって吸込ケーシング２１内の水位低下が抑制される。このため、吸込ケーシング２１の内部では、水面の上位に負圧部２３が形成されることになって、吸込ケーシング２１内の水位ＷＬを吸込水槽１９の水位ＬＷＬ２よりも高位置に保持する。したがって、吸込水槽１９の水位がＬＷＬ２付近に低下するまで、空気を吸い込むことなく立軸斜流ポンプＰを運転することができる。
【００２１】
前述のように、吸込水槽１９の水位がＬＷＬ２付近に低下することで、吸水口２１ｄから吸込ケーシング２１内に空気が吸い込まれたとしても、この吸い込まれた空気（気泡）は、自己の浮力により負圧部２３まで上昇したのち、空気排出手段２２によって排出されるので、立軸斜流ポンプＰに吸い込まれることを抑制できる。
【００２２】
吸込水槽１９の水位がＬＷＬ２付近まで低下したならば、この水位ＬＷＬ２は水位検知手段（図示省略）によって検知され、この水位検知に基づいて立軸斜流ポンプＰに運転が停止される。
【００２３】
すなわち、本発明によれば、吸込水槽１９の最低水位をおおよそ吸水口２１ｄの高さＨ７である０．５Ｄに相当するＬＷＬ２に低下させても、空気を吸い込むことなく立軸斜流ポンプＰを運転することができるので、最高水位ＨＷＬから吸込水槽１９の底１９ａまでの深さＨ１と比較して、最低水位ＬＷＬ２から底１９ａまでの深さＨ７が相当に小さくなるので、最高水位ＨＷＬと最低水位ＬＷＬ２との水位差Ｈ８が従来の排水ポンプシステムの水位差Ｈ３（図７参照）よりも格段に大きくなって、吸込水槽１９の保水量と比較して残存水量の割合を飛躍的に小さくすることができる。
【００２４】
本発明においては、密閉構造の吸込ケーシング２１に予旋回流付与手段を備えることが好ましい。すなわち、図３に示すように、吸込ケーシング２１の周壁２１ｃにおける吸込水槽１９の上流側に指向する半円部の一側偏心位置に、該周壁２１ｃの内側で羽根車１２の回転方向Ｒと同じ方向の予旋回流Ｓ１を発生させ得る指向性を有して、吸水口２１ｄを周壁２１ｃの接線付近に設けることで、予旋回流付与手段２４を構成している。
【００２５】
このように、予旋回流付与手段２４を備えることで、吸込ケーシング２１に吸い込まれた水は、羽根車１２の回転方向Ｒと同じ方向に予旋回Ｓ１したのちに吸込ベルマウス１６（図１参照）に吸い込まれることになる。このため、予旋回流Ｓ１に空気（気泡）が混入していても、予旋回している間に気泡を負圧部２３（図１参照）まで上昇させる時間を稼ぐことができるので、空気の分離能力を高めて立軸斜流ポンプＰに空気が吸い込まれるのをさらに抑制することができる。
【００２６】
図４に示すように、吸込ケーシング２１の周壁２１ｃにおける吸込水槽１９の上流側に指向する半円部の他側偏心位置に、該周壁２１ｃの内側で羽根車１２の回転方向Ｒの反対方向の予旋回流Ｓ２を発生させ得る指向性を有して、吸水口２１ｄを周壁２１ｃの接線付近に設けることで、予旋回流付与手段２４を構成してもよい。
【００２７】
このような予旋回流付与手段２４であっても、吸込ケーシング２１に吸い込まれた水は、羽根車１２の回転方向Ｒの反対方向に予旋回Ｓ２したのちに吸込ベルマウス１６（図１参照）に吸い込まれることになるので、予旋回流Ｓ２に空気（気泡）が混入していても、予旋回している間に気泡を負圧部２３（図１参照）まで上昇させる時間を稼ぐことができるため、空気の分離能力を高めて立軸斜流ポンプＰに空気が吸い込まれるのをさらに抑制することができる。
【００２８】
ただし、図３に示す予旋回流付与手段２４では、立軸斜流ポンプＰの揚程低下が懸念され、図４に示す予旋回流付与手段２４では、立軸斜流ポンプＰの馬力オーバが懸念されるので、これらの点を考慮して設計されたポンプを使用することが必要である。
【００２９】
なお、前記実施形態では、排水ポンプとして立軸斜流ポンプを使用しているが、立軸軸流ポンプ、横軸ポンプあるいは他の形式のポンプの適用が可能であることはいうまでもない。
【００３０】
また、前記排気ポンプ２２ｃに代えて排風機を使用した構造の空気排出手段２２であってもよい。さらに、図１の二点鎖線で示すように、吸込ケーシング２１における天井２１ａの一側に設けた空気排出口２１ｅと吐出曲管１５の負圧部分である内周側曲率の内部とを結ぶ排気管２２ｄと、この排気管２２ｄに介設した排気弁２２ｅとで空気排出手段２２を構成してもよい。
【００３１】
さらに、図３に示す予旋回流付与手段２４に代えて、図５に示す構造の予旋回流付与手段２４を採用してもよい。この予旋回流付与手段２４は、図３で説明した吸水口２１ｄに代えて、吸込ケーシング２１の周壁２１ｃに円周方向に適当な間隔を隔てて複数個のスリット２１ｆを形成し、各スリット２１ｆには、周壁２１ｃの内側で羽根車１２の回転方向Ｒと同じ方向の予旋回流Ｓ１を発生させ得る指向性を有して案内羽根２１ｇを取付けた構造のものである。なお、スリット２１ｆは、吸込ケーシング２１の下端から約０．５Ｄ（ＤはポンプＰの口径）の範囲のみに開口するように形成されている。
【００３２】
また、図４に示す予旋回流付与手段２４に代えて、図６に示す構造の予旋回流付与手段２４を採用してもよい。この予旋回流付与手段２４は、図４で説明した吸水口２１ｄに代えて、吸込ケーシング２１の周壁２１ｃに円周方向に適当な間隔を隔てて複数個のスリット２１ｆを形成し、各スリット２１ｆには、周壁２１ｃの内側で羽根車１２の回転方向Ｒの反対方向の予旋回流Ｓ２を発生させ得る指向性を有して、案内羽根２１ｇを取付けた構造のものである。なお、この場合においても、スリット２１ｆは、吸込ケーシング２１の下端から約０．５Ｄ（ＤはポンプＰの口径）の範囲のみに開口するように形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態を一部断面にして示す側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】予旋回流付与手段の第１実施形態を断面にして示す平面図である。
【図４】予旋回流付与手段の第２実施形態を断面にして示す平面図である。
【図５】予旋回流付与手段の第１実施形態の変形例を断面にして示す平面図である。
【図６】予旋回流付与手段の第２実施形態の変形例を断面にして示す平面図である。
【図７】従来例の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１６  吸込ベルマウス（排水ポンプの吸込口）
１９  吸込水槽
２１  密閉構造の吸込ケーシング
２１ａ  吸込ケーシングの天井
２１ｄ  吸水口
２１ｅ  空気排出口
２４  予旋回流付与手段
Ｐ  立軸斜流ポンプ（排水ポンプ）
【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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