(57)【要約】【課題】降雨等により一時的に多量の土砂が流入するような場合に揚砂ポンプが埋没しても揚砂不能に陥ることなく、安全に、かつ効率的に含砂率を一定にして揚砂できるようにしたブースターポンプを提供すること。【解決手段】インペラー２の回転により下面側から吸水吸砂可能とした揚砂ポンプＢと、この揚砂ポンプＢの下方位置に設置したフィーダ（ヒンジスチャージャ）Ｃと、揚砂ポンプＢ及びフィーダＣを駆動する水面上に配置した駆動装置Ｄと、フィーダＣから排出される砂と水とを混合して揚砂ポンプＢのケーシング１内に導入するようにした給水管Ｅとから構成する。【選択図】図１
2005273298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラーの回転により下面側から吸水吸砂可能とした揚砂ポンプと、該揚砂ポンプの下方位置に設置したフィーダと、前記揚砂ポンプ及びフィーダを駆動する水面上に配置した駆動装置と、フィーダから排出される砂と水とを混合して揚砂ポンプのケーシング内に導入するようにした給水管とから構成したことを特徴とするブースターポンプ。
【請求項２】
揚砂ポンプのインペラーよりフィーダの羽根を低速で回転するようにしたことを特徴とする請求項１記載のブースターポンプ。
【請求項３】
揚砂ポンプのケーシングを、下面側に吸水筒を突設し、外周面に接線方向から排出可能とした排出管を接続して形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のブースターポンプ。
【請求項４】
インペラー軸を中空とし、該インペラー軸内に同心的にフィーダの羽根を回転させる羽根軸を配設したことを特徴とする請求項１、２又は３記載のブースターポンプ。
【請求項５】
フィーダの一部に形成した切欠孔よりシュートを介して沈砂を給水管内に落下させ給水と混合するように形成したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のブースターポンプ。
【請求項６】
給水管の先端を、揚砂ポンプケーシングの吸水筒に接続したことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のブースターポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブースターポンプに関し、特に、沈砂池内に沈降した沈砂を、降雨時等、一時的に多量に流入する場合でも揚砂ポンプを閉塞することなく、継続定量的に固液分離装置等の次工程へ揚砂搬送できるようにしたブースターポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場等に設置される沈砂池内には、雨水、排水等に含まれる固形分としての土砂が雨水等とともに流入するため、あらかじめこの流入土砂を沈殿除去した後、上澄水を直接或いはこれをさらに処理して海、河川、湖沼等に排水するか、或いは工業用水等に再利用するようにし、また沈砂池底部に沈殿した沈砂を吸い上げ、排出するようにした揚砂ポンプが提案されている。
【０００３】
ところで、従来の沈砂を吸引搬送する揚砂ポンプとして、サンドポンプ、ジェットポンプ等が汎用されている。
このサンドポンプは、インペラーを高速で回転させ、沈砂池に雨水等と共に流入する土砂を雨水等と一緒に吸い込み、短時間で多量の土砂を処理できるようにしている。また、ジェットポンプは、駆動水を用いて負圧を発生させ、この負圧を利用して沈砂を吸引するようにしている。
【０００４】
このため、降雨等にて該ポンプによる揚砂能力以上の土砂が一時的に大量に、該沈砂池に雨水等と共に流入すると、該ポンプは流入土砂により埋没し、吸込管が土砂により閉塞して揚砂不能となる。この揚砂能力以上の土砂が一時的に大量に流入するのは、梅雨時や、大雨注意報また警報が発生される特殊な条件時だけであるが、ポンプの埋設を未然に防止するため、短時間で大量の土砂を処理できるよう、該ポンプによる吐出量を常に過剰状態になるよう設定している。例えば、年間沈砂発生量が２００ｍ３程度であれば、従来のサンドポンプの吐出量を、１．５〜２．０ｍ３／ｍｉｎ程度に設定していた。また、ポンプの効力を向上させるため、インペラーを高速回転させているので、短時間で該インペラーが摩耗するという問題点があった。
さらに、サンドポンプは吸引力が弱く、掘削ノズルを用いて砂を巻き上げながら揚砂するため、含砂率が一定とならないという問題もあった。
また、ジェットポンプにおいては、サンドポンプに比べてポンプの閉塞、埋没による揚砂不能という問題は発生し難いが、沈砂を負圧吸引するための駆動水ポンプ動力が過大となり、かつ揚砂効率が悪いとともに、揚砂する際、大量の駆動水を利用するので、大量の水源を必要とし、このため大容量の駆動水タンク及びこの大量の駆動水処理用の夾雑物除去ストレーナが必要となり、また揚砂量に対し、駆動水量が多く、大量の沈砂含有水を固液分離するための分離装置が必要となるという問題があった。
さらに、設置スペースの小さい箇所では固液分離に必要な槽容量、槽水面積を確保することができず、分離装置の越流水と共に沈砂が大量に流出し、また揚砂量に対して、駆動水量が多く、配管内流速が過大となり、特に限定されるものではないが、配管の屈曲部分での摩耗が著しいという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の揚砂ポンプの有する問題点に鑑み、降雨等により一時的に多量の土砂が流入するような場合に揚砂ポンプが埋没しても揚砂不能に陥ることなく、安全に、かつ効率的に含砂率を一定にして揚砂できるようにしたブースターポンプ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、本発明のブースターポンプは、インペラーの回転により下面側から吸水吸砂可能とした揚砂ポンプと、該揚砂ポンプの下方位置に設置したフィーダと、前記揚砂ポンプ及びフィーダを駆動する水面上に配置した駆動装置と、フィーダから排出される砂と水とを混合して揚砂ポンプのケーシング内に導入するようにした給水管とから構成したことを特徴とする。
【０００７】
この場合において、揚砂ポンプのインペラーよりフィーダの羽根を低速で回転するように構成することができる。
【０００８】
また、揚砂ポンプのケーシングを、下面側に吸水筒を突設し、外周面に接線方向から排出可能とした排出管を接続して形成することができる。
【０００９】
また、インペラー軸を中空とし、該インペラー軸内に同心的にフィーダの羽根を回転させる羽根軸を配設することができる。
【００１０】
また、フィーダの一部に形成した切欠孔よりシュートを介して沈砂を給水管内に落下させ給水と混合するように形成することができる。
【００１１】
また、給水管の先端を、揚砂ポンプケーシングの吸水筒に接続することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のブースターポンプによれば、インペラーの回転により下面側から吸水吸砂可能とした揚砂ポンプと、該揚砂ポンプの下方位置に設置したフィーダと、前記揚砂ポンプ及びフィーダを駆動する水面上に配置した駆動装置と、フィーダから排出される砂と水とを混合して揚砂ポンプのケーシング内に導入するようにした給水管とから構成することにより、インペラーにて揚砂ポンプの揚水量、吐出圧力を確保することができるので、揚砂ポンプとしての能力を損なうことなく、十分な能力を発揮することができ、また、揚砂ポンプのケーシング内への給水及び沈砂の供給は、給水管を経て常に定量供給されるものとなり、揚砂ポンプからは常に含砂率及び吐出量が一定となって吐出されるので、吸込筒先端部が流入土砂により埋没しても、排出管は閉塞されることがなく、また梅雨時、大降雨時において一時的に多量の土砂が流入しても揚砂不能に陥ることなく安定した揚砂作業が行うことができる。
【００１３】
また、揚砂ポンプのインペラーよりフィーダの羽根を低速で回転するように構成することにより、常に沈砂と接しているフィーダの羽根の摩耗を防止することができる。
【００１４】
また、揚砂ポンプのケーシングを、下面側に吸水筒を突設し、外周面に接線方向から排出可能とした排出管を接続して形成することにより、集砂受入槽内に集砂された沈砂は、揚砂ポンプのケーシングへの吸引が容易に行え、かつケーシング外部への吐出が確実に行え、排出管の閉塞を未然に防止することができる。
【００１５】
また、インペラー軸を中空とし、該インペラー軸内に同心的にフィーダの羽根を回転させる羽根軸を配設することにより、駆動部分の構造が簡単となり、装置の設置、メンテナンスが容易に行うことができる。
【００１６】
また、フィーダの一部に形成した切欠孔よりシュートを介して沈砂を給水管内に落下させ給水と混合するように形成することにより、フィーダ上に沈殿する沈砂は確実にフィーダの１箇所より給水管内に落下排出されるので、給水管内にて給水と落下沈砂との混合が一定の率で行われ、揚砂効率が一定となり、後工程の固液分離が容易に行うことができる。
【００１７】
また、給水管の先端を、揚砂ポンプケーシングの吸水筒に接続することにより、吸水筒の開口下端部が沈砂にて埋設されても一定量の給水と沈砂の供給が行われるので、揚砂効率が一定となり揚砂ポンプが運転不能に陥ることなく安定した運転を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のブースターポンプの実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１〜図４に、本発明のブースターポンプの一実施例を示す。
このブースターポンプＡは、図４に示すように、下水処理場等に設置された沈砂池Ｐ内に配設するもので、図１に示すように、排出管４を備えたケーシング１内に回転可能にインペラー２を配設し、このインペラー２の回転によりその下方の吸水筒３を介して吸水吸砂可能とした揚砂ポンプＢと、この揚砂ポンプＢの下方位置に設置した、揚砂ポンプＢのインペラー２より低速回転する羽根７を備えたフィーダ（ヒンジスチャージャ）Ｃと、揚砂ポンプＢのインペラー２及びフィーダＣの羽根７を回転駆動する水面上に配置した駆動装置Ｄと、フィーダＣから排出される砂と水とを混合して揚砂ポンプＢの吸水筒３を介してケーシング１内に導入するようにした給水管Ｅとから構成されている。
【００２０】
沈砂池Ｐは、特に限定されるものではないが、例えば、図４に示すように、該沈砂池内に流入する土砂が、池底Ｐ２の所定位置に自然と集まるよう、底部の全体を一方向に傾斜させ、その最も低くなる位置、例えば、集砂排出しやすい位置の底部を窪ませるようにして集砂受入槽Ｐ１を形成し、さらに池底Ｐ２に沈降した土砂（沈砂）が強制的に集砂受入槽Ｐ１内に集砂されるように池底Ｐ２に沿って複数の集砂ノズルＮを配設する。
そして、この集砂受入槽Ｐ１の底部に達するようにして、前記ブースターポンプＡの全体を水中に没するようにして配置し、駆動装置Ｄを水面上に、例えば、沈砂池ＰのスラブＳ上にフレーム、蓋等を介して配設してブースターポンプＡを駆動するようにする。
【００２１】
揚砂ポンプＢは、図１に示すように、少なくとも外周部が円形とした揚砂ポンプのケーシング１内に、中空状のインペラー軸５により回転可能としたインペラー２を配設するとともに、ケーシング１の下面側、詳しくはケーシング下面の中央部に短筒形で下面が開口した吸水筒３を一体に形成し、かつ該ケーシング１の外周面に対して接線方向となるように排出管４を突設するようにして形成し、インペラー２を駆動装置Ｄにて回転駆動することで吸水筒３の下端面から吸水及び／又は吸砂し、回転するインペラー２にて加圧されて排出管４から吐出されるように構成する。
【００２２】
フィーダＣは、図１及び図２に示すように、インペラー径よりも小径とし、その一部に砂落下排出用の切欠６１を有する円形のテーブル６の上面に複数枚、特に限定されるものではないが、例えば、４枚の羽根７を配設するとともに、円形のテーブル６上の羽根７を羽根軸８により緩速で、例えば、５〜１０ｒｐｍ程度で回転させることで、集砂受入槽Ｐ１内に流入する沈砂をテーブル６の上面にて支持しつつ、羽根７の回転にてテーブル６上の沈砂を砂落下排出用の切欠６１部まで移動させ、該切欠６１より下方へ落下するようにする。
なお、この円形のテーブル６は固定されており、羽根７のみ回転するようにする。
【００２３】
駆動装置Ｄは、特に限定されるものではないが、例えば、図３に示すように、ギアボックス１０内にベベルギア等にて構成する動力伝達用のギア類を納め、かつ羽根軸８及びインペラー軸５を回転可能にして支持して構成するものである。
この羽根軸８の先端は、スラストベアリング或いはコロ軸受等の軸受１３にて回転可能に支持するとともに、羽根軸先端部分でそれぞれその取付位置を異なるようにして歯数の異なる２つのベベルギア１１、１２を同心的に取り付ける。
この一方のベベルギア１１は、羽根軸８にナット又はカラー及びキーにて定位置に固定し、羽根軸８を低速で回転できるようにし、また他方のベベルギア１２はインペラー軸５にブッシュを介して固定する。
この場合、インペラー軸５、羽根軸８を共に垂直となるようにする。これにより、これらの軸が長くなっても自重によるたわみを考慮しなくて良いため、軸径を小さくでき、かつそのたわみを未然に防止することができるとともに、揚砂ポンプの点検時等において、池内から吊り上げる場合、これらの軸が池に対して垂直なため吊り上げやすいものとなる。
【００２４】
なお、このインペラー軸５は、羽根軸８と同様に、スラストベアリング或いはコロ軸受等の軸受及びメカニカルシールを介して回転可能に支持するとともに、該中空状のインペラー軸５内に挿通する羽根軸８との間にグランドパッキンを配設する。
これにより、羽根軸８は、前記スラストベアリング或いはコロ軸受等の軸受、とメカニカルシールにて片持ち式にて支持するようにする。
このインペラー軸５の先端は、インペラー２の中央部に一体に形成したボス部にビス止め等にて固定し、これによりインペラー軸５とインペラー２は一体なって回転するようにする。
【００２５】
前記ギアボックス１０の外側には、駆動用のモータＭを配設し、このモータ軸端にカップリングを介して軸１７を接続するとともに、該軸１７の先端にベベルギア１４をキー止め等にて固定し、該ベベルギア１４をベベルギア１２と噛合するようにする。
また、この軸１７を貫通するようにして多段式の遊星歯車ユニット１６を配設し、この遊星歯車ユニット１６の低速軸にベベルギア１５を固定し、このベベルギア１５をベベルギア１１と噛合する。
なお、ベベルギア１５内を貫通する軸１７とベベルギア１５間にはブッシュを配設し、このブッシュを介して軸１７とベベルギア１５とは同心的に支持するもそれぞれ異速で回転可能とする。
なお、モータＭにて駆動される２つのベベルギア１４、１５と互いに噛合するベベルギア１２、１１をハイポイドギアとすることも可能で、ベベルギア１２側を羽根による揚砂を円滑に行えるよう高速駆動し、ベベルギア１１側を低速回転するように、それぞれの歯数を設定するようにする。
【００２６】
給水管Ｅは、図１及び図４に示すように、フィーダＣの円形のテーブル６の切欠６１から羽根７の回転によって排出される一定量の砂を給水管Ｅ内に供給し、給水管Ｅを流通する水と混合して揚砂ポンプＢのケーシング１内に供給するように構成する。
また、この給水管Ｅの上端は、図４に示すように、給水タンクＴに接続され、先端を吸水筒３に接続されるとともに、この給水管Ｅの一部に、望ましくはテーブル６の切欠６１の下方位置にシュート９を配設し、砂落下排出用の切欠６１から落下する沈砂を、該シュート９を介して給水管Ｅ内に投入されるようにする。      
【００２７】
次に、本発明の作用を、図面に基づいて説明する。
給水管Ｅから揚砂ポンプＢのケーシング吸水筒３内に給水しつつ、モータＭを駆動すると、軸１７側に固定されたベベルギア１４は、これと噛合するベベルギア１２及びインペラー軸５を介して揚砂ポンプケーシング内のインペラー２を比較的高速で、特に限定されるものではないが、例えば、５００ｒｐｍ程度で回転させ、揚砂ポンプＢを駆動するとともに、同時に遊星歯車ユニット１６を介してベベルギア１５をも駆動するようになる。このベベルギア１５には、ベベルギア１１が噛合されているので、該ベベルギア１１に固定されている羽根軸８をも駆動するものとなってフィーダＣの羽根７を回転させる。
【００２８】
この場合、集砂受入槽Ｐ１の底部には沈砂が集砂されて堆積しており、その一部は、図２に示すように、フィーダＣの円形のテーブル６上にも体積するようになる。このテーブル６上の沈砂Ｓａは羽根７の回転によりテーブル６上を移動してやがて切欠６１の位置に達すると、この切欠６１から落下してシュート９を経て給水管Ｅ内に落下供給される。この給水管９内には通水されているので、この通水と混合されるようになって揚砂ポンプＢのケーシング吸水筒３内に投入供給される。このフィーダＣからの沈砂の送り出しは、定量的である。
【００２９】
ここで揚砂ポンプＢのインペラー２の回転により揚砂ポンプＢのケーシング内で圧力が発生し、この圧力にて砂含有水を排出管４内に吐出され、この排出管４が接続されているて砂含有水を固液分離装置２１まで圧送する。
この揚砂の揚程が大きい場合、揚砂ポンプＢと固液分離装置２１との間に、図４に示すように、搬送ブースターポンプ２０を配設し、該搬送ブースターポンプ２０と固液分離装置２１間を搬送管２２にて接続するようにすることもできる。
この固液分離装置２１で分離除去した砂は外部に排出するとともに、上澄水は排水管１２を介して給水タンクＴへ戻し、該給水タンクＴから給水管Ｅを介してフィーダＣへ給水するようにする。
なお、この給水タンクＴには別の給水管２４を配管してボールタップ等を介して給水タンクＴ内に一定の水位で貯水されるようにする。２５はオーバフロー管である。
【００３０】
このように、揚砂用のフィーダＣ（テーブルフィーダ）で砂を定量的に送り出し、送り出された砂はシュート９を介して給水タンク（受水槽）からの給水管Ｅに落ちるようになって、一定量の水と共に揚砂ポンプ（ブースターポンプ）内に投入され、ここで揚砂ポンプＢのインペラー２の回転により揚砂ポンプＢのケーシング内で圧力が発生し、砂含有水を固液分離装置まで圧送することができる。この時、砂と水は定量供給されているので含砂率は常に一定しており、吸込管で砂により閉塞するおそれがなく、また、大量の土砂が池内に流入した場合でも、埋没して揚砂不能になるおそれがない。
インペラー軸、フィーダの羽根軸は沈砂池に対して垂直としているので、メンテナンスも容易に行える。
【００３１】
また、運転終期で集砂受入槽Ｐ１内の砂が無くなってくると、揚砂ポンプの吸込筒３からも沈砂池内に貯まった水を吸引することができるので、メンテナンス時の沈砂池内の排水も簡易に行うことができる。
このように、砂による閉塞がなく、なおかつ、埋没による揚砂不能のおそれがないので、短時間で大量の土砂が流入してきた場合においても、従来の揚砂ポンプの様に短時間で処理する必要性はないため、従来の揚砂ポンプに比べ、吐出量を少なくすることが可能となり、これにより、動力を低減することができる。例えば、年間沈砂発生量２００ｍ３程度であれば、従来のサンドポンプの吐出量を１．５〜２．０ｍ３／ｍｉｎ程度に設定していたが、本発明のブースターポンプでは、０．７〜１．０ｍ３／ｍｉｎ程度の吐出量で十分まかなうことができる。
【００３２】
以上、本発明のブースターポンプについて、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のブースターポンプは、流入土砂が大量となっても常に含砂率を一定にして、かつポンプを閉塞することなく排出するという特性を有していることから、沈砂池の揚砂搬送の用途に好適に用いることができるほか、例えば、汚泥搬送の用途にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のブースターポンプの一実施例を示す縦断正面図である。
【図２】同フィーダの平面図である。
【図３】本発明の駆動装置の断面図である。
【図４】本発明のブースターポンプを沈砂池内に配設した実施例の説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ａ    ブースターポンプ
Ｂ    揚砂ポンプ
Ｃ    フィーダ
Ｄ    駆動装置
Ｅ    給水管
Ｔ    給水タンク
Ｐ    沈砂池  
Ｐ１  集砂受入槽
Ｐ２  池底
Ｎ    集砂ノズル
１    ケーシング
２    インペラー
３    吸水筒
４    排出管
５    インペラー軸
６    テーブル
７    羽根
８    羽根軸
９    シュート
１０  ギアボックス
１１  ベベルギア
１２  ベベルギア
１３  軸受
１４  ベベルギア
１５  ベベルギア
１６  多段式の遊星歯車ユニット
１７  軸
【図１】
2005273298.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005273298.tif 000005
【図４】
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