(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るコラム型水中ポンプを提供する。【解決手段】  コラム型水中ポンプＰのポンプケーシング２と吸込カバー３とを一体に結合しているフランジ部６をコラム４底部のフランジ４０で保持し、このフランジ４０の外周域に設けた切欠部４１Ａに円周方向の間隔を隔てて取付けられている複数枚の案内羽根４１Ｂによって還流孔４１を構成する。また、環状のフロート８付きの筒状体９に還流孔４１を開閉する開閉部１０を設け、水位の低下に応じた筒状体９の下降により還流孔４１を開放して、高圧吐出水の一部を羽根車７の回転方向と同じ方向に予旋回させて吸込口３Ａに還流する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中ポンプがコラム内に設置されたコラム型水中ポンプにおいて、
前記水中ポンプを保持する前記コラムの底部側には、フロートを備えた筒状体が昇降自在に設けられ、かつ水中ポンプ吐出水の一部を吸込口に還流させるとともに、羽根車の回転方向と同じ方向の予旋回を与える還流孔が設けられており、前記筒状体には、水位変動に伴う昇降に応じて前記還流孔を開閉する開閉部が設けられていることを特徴とするコラム型水中ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のコラム型水中ポンプにおいて、
前記還流孔が複数の案内羽根によって構成されていることを特徴とするコラム型水中ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコラム内に設置されるコラム型水中ポンプに関し、特に、従来の最低水位レベルよりも低い水位での安定な排水運転を可能にしたコラム型水中ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コラム内に設置されるコラム型水中ポンプとして、図６に示すものがある。このコラム型水中ポンプＰは、水中モータ１と、水中モータ１によって回転駆動される羽根車（図７では図示していない）を回転自在に収容したポンプケーシング２と、ポンプケーシング２の下側に取付けた吸込カバー３とを備えており、コラム４の上側から吊り降ろして、吸込カバー３の下端外周縁部をコラム４の底部に設けたフランジ４０で保持するとともに、吸込カバー３に設けたまわり止めリブ３ａをフランジ４０に設けたまわり止めストッパ４ａに係合させることで、コラム４内においてコラム型水中ポンプＰが鉛直軸線Ｃまわりに回転するのを防止してコラム４内に設置してある。
【０００３】
前記構成のコラム型水中ポンプＰによれば、水中モータ１を起動することで、吸水槽５内の水は、吸込カバー３下端の吸込口３Ａから吸い込まれ、ポンプケーシング２上端の吐出口２Ａからコラム４内に吐出されて、その吐出口４Ｂに設けられているフラップ型の逆止弁１１を押し開けて吐出水槽１２に排水される。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０３１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種のコラム型水中ポンプＰには、運転中の水位がそれ以下では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う最低水位ＬＷＬが存在し、この水位ＬＷＬよりも低水位で排水運転を行うと、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、吸水槽５の水位が揚水遮断水位ＬＷＬまで低下すると、この水位ＬＷＬを検知手段（図示省略）で検知して、コラム型水中ポンプＰの運転を停止する制御がなされる。
【０００６】
ところが、吸水槽５の最高水位ＨＷＬから吸水槽５の底５ａまでの深さＨ１と比較して、最低水位ＬＷＬから底５ａ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が小さくなる。このため、吸水槽５の保水量と比較して残存水量の割合が大きいという問題を有している。
【０００７】
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、吸込口から空気を吸い込むことなく運転し得て、吸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コラム型水中ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明に係るコラム型水中ポンプは、水中ポンプがコラム内に設置されたコラム型水中ポンプにおいて、前記水中ポンプを保持する前記コラムの底部側には、フロートを備えた筒状体が昇降自在に設けられ、かつ水中ポンプ吐出水の一部を吸込口に還流させるとともに、羽根車の回転方向と同じ方向の予旋回を与える還流孔が設けられており、前記筒状体には、水位変動に伴う昇降に応じて前記還流孔を開閉する開閉部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような構成であれば、水位が最低水位以下に低下すると、水位の低下に応じてフロートを備えた筒状体が下降して、該筒状体に設けられている開閉部が還流孔を開放する。このため、吐出水の一部は水中ポンプ羽根車の回転方向と同じ方向に予旋回して吸込口に還流される。その結果、予旋回量に応じてポンプヘッドが低下し、ポンプの流量が減少するので、空気吸込うず発生限界水位が低下して、前記最低水位よりも低い水位でポンプを運転しても、吸込口から空気を吸い込むことなく安定な運転を行って、最低水位をさらに低いレベルまで低下させることができる。
【００１０】
本発明においては、前記還流孔を複数の案内羽根によって構成することが好ましい。
【００１１】
このようにすることで、簡単な構造により、還流水を水中ポンプ羽根車の回転方向と同じ方向に確実に予旋回させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、最低水位をより一層低いレベルに低下させることができるので、吸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】
【００１３】
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において水中ポンプを除去して示すＡ−Ａ線断面図、図３は図２のＢ−Ｂ線に沿う展開断面図である。なお、図７で説明した従来例と同一もしくは相当部分には、同一符号を付して重複した構造の説明は省略する。
【００１４】
図１〜図３において、コラム型水中ポンプＰは、ポンプケーシング２と吸込カバー３とを一体に結合しているフランジ部６がコラム４底部のフランジ４０における内周縁部で保持され、かつ鉛直軸線Ｃまわりの回転を適宜防止した状態でコラム４内に設置される。
【００１５】
コラム４底部のフランジ４０には、コラム型水中ポンプＰ側のフランジ部６を保持する内周縁部の外周域に、肉厚方向に貫通する略１／４円状の切欠部４１Ａが４つ設けられ、これら略１／４円状の切欠部４１Ａに円周方向の間隔を隔てて取付けられている複数枚の案内羽根４１Ｂによって還流孔４１を構成している。
【００１６】
還流孔４１は、コラム型水中ポンプＰにおけるポンプケーシング２上端の吐出口２Ａからコラム４内に吐出される吐出水の一部を吸込カバー３下端の吸込口３Ａに還流させるとともに、羽根車７の回転方向Ｒと同じ方向の予旋回を与えるためのもので、複数枚の案内羽根４１Ｂは、所定の傾斜角を有して上方に延出してフランジ４０に取付けられているとともに、下端部に羽根車７の回転方向Ｒに指向する曲面４１ｂを備えており、その下端がフランジ４０の下面と同一面上となるように構成してある。
【００１７】
コラム４の底部側には、環状のフロート８を上端部に備えた金属製の筒状体９が昇降自在、かつコラム４底部のフランジ４０よりも下側に延出して外嵌されており、この筒状体９の内周面には、フランジ４０の平坦な下面に接離して還流孔４１を開閉する環状の開閉部１０が径内方向に張り出して設けてある。
【００１８】
前記構成において、図１に示すように、水位が最低水位ＬＷＬ以上では、筒状体９は環状のフロート８の浮力によって上昇して、環状の開閉部１０の平坦な上面がコラム４底部のフランジ４０の平坦な下面に圧接して還流孔４１を下側から閉塞している。このため、水中モータ１を起動することで、吸水槽５内の水は、吸込カバー３下端の吸込口３Ａから吸い込まれ、ポンプケーシング２上端の吐出口２Ａからコラム４内に吐出されて、その吐出口４Ｂに設けられているフラップ型の逆止弁１１を押し開けて吐出水槽１２に排水される。
【００１９】
一方、水位が最低水位ＬＷＬ以下に低下すると、水位の低下に応じてフロート８の浮力が小さくなり、この浮力の低下に伴って筒状体９が自重で下降して、該筒状体９に設けられている開閉部１０の平坦な上面がコラム４底部のフランジ４０の平坦な下面から離れ始めて還流孔４１を開放する。
【００２０】
このため、高圧の吐出水の一部は羽根車７の回転方向Ｒと同じ方向に予旋回して吸込口３Ａに還流される。
【００２１】
還流孔４１は、４つの略１／４円状の切欠部４１Ａに円周方向の間隔を隔てて取付けられている複数枚の案内羽根４１Ｂからなる構造が簡単なものであるにもかかわらず、複数枚の案内羽根４１Ｂは、所定の傾斜角を有してフランジ４０に取付けられているとともに、下端部に羽根車７の回転方向Ｒに指向する曲面４１ｂを備えているので、還流水を羽根車７の回転方向Ｒと同じ方向に確実に予旋回させることができる。
【００２２】
ここで、ポンプの理論ヘッドＨｔｈ（Ｈｔｈ＝Ｈ／η、Ｈ：揚程、η：効率）は、つぎの数式１により与えられる。
【００２３】
〔数式１〕
Ｈｔｈ＝（Ｕ２Ｃｕ２−Ｕ１Ｃｕ１）／ｇ
【００２４】
数式１において、
Ｕ２：羽根車出口周速、
Ｃｕ２：羽根車出口絶対速度の周方向成分
Ｕ１：羽根車入口周速
Ｃｕ１：羽根車入口絶対速度の周方向成分（予旋回成分）
ｇ：重力の加速度
である。
【００２５】
この数式１において、従来のコラム型水中ポンプＰでは、予旋回がないので、Ｃｕ１＝０であるから、本発明に係るコラム型水中ポンプＰのように、予旋回が与えられると、理論ヘッドＨｔｈは低下することになり、予旋回成分Ｃｕ１が大きくなるほど理論ヘッドＨｔｈの低下が大きくなる。そして、予旋回成分Ｃｕ１は、還流孔４１から吸込口３Ａに還流される流量に比例して増加するので、開閉部１０が図１の二点鎖線で示す位置まで下降する間、つまり、吸水槽５の水位が最低水位ＬＷＬからそれよりも低い水位ＬＬＷＬに低下するまでの間は、還流孔４１から吸込口３Ａへの還流流量に比例して増加して、理論ヘッドＨｔｈは低下することになる。したがって、最低水位ＬＷＬでのポンプ特性は、図４に示す全揚程Ｈと、水量（吐出量）Ｑとの関係を示す特性曲線Ｈａから特性曲線Ｈｂに低下し、コラム型水中ポンプＰの動作点はシステム抵抗曲線との交点であるＰ１からＰ２に移動して、ポンプ流量はＱ１からＱ２に減少することになる。
【００２６】
また、コラム型水中ポンプＰの流量ＱがＱ１からＱ２のように少なくなると、空気吸込渦が発生する限界の水位ＷＬ１も低下し、図１の最低水位ＬＷＬよりも低い水位でコラム型水中ポンプＰを運転しても、空気吸込渦が発生しないので、吸込口３Ａから空気を吸い込むことなく安定な運転を行って、最低水位をさらに低いレベルＬＬＷＬまで低下させることができる。その結果、吸水槽５の最高水位ＨＷＬから吸水槽５の底５ａまでの深さＨ１と比較して、本発明によって低下させた最低水位ＬＬＷＬ１から底５ａまでの深さＨ４が従来の深さＨ２よりも小さくなり、最高水位ＨＷＬと最低水位ＬＷＬ１との水位差Ｈ５が従来の水位差Ｈ３よりも大きくなるので、吸水槽５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。
【００２７】
なお、前記実施形態では、還流孔４１を、４つの略１／４円状の切欠部４１Ａに円周方向の間隔を隔てて取付けた複数枚の案内羽根４１Ｂからなる構造で説明しているが、２つの略半円状の切欠部４１Ａ、あるいは３つの１／３円状の切欠部４１Ａに円周方向の間隔を隔てて取付けた複数枚の案内羽根４１Ｂからなる構造であってもよい。さらに、複数枚の案内羽根４１Ｂを平板で形成してもよく案内羽根の形状や切欠部の形態は特に限定されるものではない。
【００２８】
また、還流孔４１は、図５（ａ）の展開図で示すように、コラム４底部のフランジ４０を肉厚方向に貫通して設けた複数個の傾斜貫通孔４１Ｃによって構成してもよい。つまり、予旋回を付与し得る所定の傾斜角を有し、かつ円周方向の間隔を隔ててフランジ４０を肉厚方向に貫通して設けた複数個の貫通孔４１Ｃによって構成してもよい。さらに、図５（ｂ）の展開図で示すように、コラム４底部のフランジ４０の上側面に予旋回を付与するための所定の傾斜角を有する筒状部材４１Ｄを設けてもよく、その形態は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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において水中ポンプを除去して示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿う展開断面図である。
【図４】図１の実施形態に係るコラム型水中ポンプの作動点を説明する特性図である。
【図５】（ａ）は還流孔の他の実施形態を示す図３に相当する展開断面図であり、（ｂ）は還流孔のさらに異なる実施形態を示す図３に相当する展開断面図である。
【図６】従来例の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
３Ａ  コラム型水中ポンプの吸込口
４  コラム
７  羽根車
８  環状のフロート（フロート）
９  筒状体
１０  開閉部
４０  コラム底部のフランジ
４１  還流孔
４１Ｂ  案内羽根
Ｐ  コラム型水中ポンプ
Ｒ  羽根車の回転方向
【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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