(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流体路に設置されるゲートと、該ゲートに取り付けられ、前記流体路のうち前記ゲートによって仕切られた一方の側から流体を吸い込んで、他方の側に前記流体を吐出するポンプとを備えたポンプゲートにおいて、
前記ポンプのうち前記流体を吸い込むための吸込口が、前記流体路を流れる流体の表面に対して前記一方の側に向かって斜め下向きになるように、前記ゲートに対して前記ポンプが取り付けられており、
前記ポンプの吸込口にはフードが設けられており、
前記フードの下部には、前記一方の側に向かって突起した突起部が設けられていることを特徴とするポンプゲート。
【請求項２】
前記フードの開口部は、上部側を大きく、下部側に向かって徐々に開口を小さく形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプゲート。
【請求項３】
流体が流れる流体路に設置されるゲートと、該ゲートに取り付けられ、前記流体路のうち前記ゲートによって仕切られた一方の側から流体を吸い込んで、他方の側に前記流体を吐出するポンプとを備えたポンプゲートにおいて、
前記ポンプのうち前記流体を吸い込むための吸込口が、前記流体路を流れる流体の表面に対して前記一方の側に向かって斜め下向きになるように、前記ゲートに対して前記ポンプが取り付けられており、
前記ポンプの吸込口にはフードが設けられており、
前記フードの開口部の上部側にはリブ状部材が設けられていることを特徴とするポンプゲート。
【請求項４】
前記フードの開口部は、上部側を大きく、下部側に向かって徐々に開口を小さく形成されていることを特徴とする請求項３に記載のポンプゲート。
【請求項５】
前記フードの下部には、前記一方の側に向かって突起した突起部が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のポンプゲート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体が流れる流体路に設置されたゲートにポンプを取り付けたポンプゲートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、河川や水路（流体路）の途中にポンプを内蔵したゲートを設置し、このゲートによって仕切られた一方の側（吸込側）からポンプによって水（流体）を吸い込み、他方の側（吐出側）へ水を吐出するポンプゲートが知られている。このポンプゲートとしては、ポンプの吸込口を水路の水底側に向けた縦型ポンプゲートがある。縦型ポンプゲートは、水路中の流れを水路の水底側から真上に吸い上げるので、流向の変化が激しく、流速分布が不均一になりやすい。また、吸込口と水底との距離が近いので吸込口周辺の流速が早くなりやすい。したがって、水位が低くなったとき、水面で空気吸い込み渦を発生しやすくなる。すると、ポンプ自体が振動してポンプ性能が低下し、低水位まで水を安定して吸い込めなくなる。
【０００３】
そこで、近年では、ポンプの吸込口を水路の水面と平行になるように設置した横型ポンプゲートが用いられるようになっている。この横型ポンプゲートは、水路の流れをそのままポンプ内に取り込むので、流れの向きが安定し、流速分布が均一となり、縦型ポンプゲートに比べて低水位まで水を吸い込むことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような横型ポンプゲートにおいても、水位が更に低くなると水面から空気を吸い込んでしまい、ポンプ性能が低下して低水位まで水を吸い込めなくなる。この場合、ポンプ設置位置近傍の水路を掘り下げることによってポンプの吸い込み可能な水位を低くすることが考えられるが、そのための作業が必要となってしまうとともに、掘り下げたところに汚泥等が堆積し、異臭を発生するといった問題が生じる。また、ポンプの回転数を下げて吸い込む水の流速を遅くすることにより、水面からの空気の吸い込みを抑える方法も考えられるが、単位時間当たりの吸い込み量が低下するとともに、ポンプに回転数制御系を備える必要があり、装置の大型化やコスト上昇を招く。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、流体を低位置まで容易に安定して吸い込むことができるポンプを備えたポンプゲートを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のポンプゲートは、流体が流れる流体路に設置されるゲートと、該ゲートに取り付けられ、前記流体路のうち前記ゲートによって仕切られた一方の側から流体を吸い込んで、他方の側に前記流体を吐出するポンプとを備えたポンプゲートにおいて、前記ポンプのうち前記流体を吸い込むための吸込口が、前記流体路を流れる流体の表面に対して前記一方の側に向かって斜め下向きになるように、前記ゲートに対して前記ポンプが取り付けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、ポンプの吸込口を流体路を流れる流体の表面に対して斜め下向きにすることにより、この吸込口を低位置に配置することができるので、流体路を掘り下げることなく、流体を低位置まで安定して吸い込むことができる。また、吸込口が流体の流入方向に対して下向きに傾斜して配置されることになるので、吸込口の真上にある流体を吸い込む流れを減速させることになり、空気吸い込み渦の発生を抑えることができる。したがって、流体の表面側から空気を吸い込まずに、流体を低位置まで安定して吸い込むことができる。
【０００８】
前記ポンプの吸込口にはフードが設けられているので、ポンプの吸込口に多くの流体を取り込めることができるとともに、流入する流体を整流することができる。
【０００９】
前記フードの開口部は、上部側（前記流体路を流れる流体の表面側）を大きく、下部側（前記流体路の底側）に向かって徐々に開口を小さく形成されているので、フードの入口における上部側部分（流体の表面側部分）の流速を小さく、下部側部分（流体の底側部分）の流速を大きくできる。したがって、流体路の表面側で発生する空気吸い込み渦の発生をさらに抑えることができる。
【００１０】
前記フードの下部には、前記一方の側に向かって突起した突起部が設けられているので、フードの下部側からフードに対して回り込む流れを抑えることができる。したがって、この回り込む流れに起因する渦の発生を抑えることができる。
【００１１】
前記フードの開口部の上部側にはリブ状部材が設けられているので、このリブ状部材が流れの抵抗となり、フードの入口における上部側部分の流速を小さくすることができる。したがって、流体路の表面側で発生する空気吸い込み渦の発生をさらに抑えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のポンプゲートについて図面を参照しながら説明する。図１は本発明のポンプゲートの一実施形態を示す図であって、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は平面図である。また、図２はポンプの拡大図であって、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は吸込側から見た正面図である。
【００１３】
図１に示すように、ポンプゲートＰＧは、水路（流体路）Ｓに設置されたゲートＧと、このゲートＧに取り付けられたポンプＰとを備えている。ポンプゲートＰＧはゲートＧによって水路Ｓを仕切るようになっており、ポンプＰの駆動によって、ゲートＧに仕切られた一方の側である吸込側ＡＲ１から水（流体）を吸い込んで、他方の側である吐出側ＡＲ２に水を吐出するものである。このポンプゲートＰＧが設置される場所としては、例えば、用水路の途中や堤防の手前、あるいは河川の川表などがある。
【００１４】
水が吸い込まれる側である吸込側ＡＲ１の水路Ｓにはスクリーン１０が設けられている。このスクリーン１０は巻上機１１によって水路Ｓに対して開閉可能に設けられている。スクリーン１０を通過した水はポンプＰ側に流れる。また、水路Ｓの吸込側ＡＲ１の上部には橋１２が設置されている。管理橋１３の一部にはゲートＧを開閉する開閉機１４が設けられている。
【００１５】
ポンプＰは、図１（ｂ）に示すように、水路Ｓ中に、水平方向に並列に２つ設けられている。ポンプＰの設置数としては、水路Ｓの大きさに応じて任意の複数あるいは１つ設けられる。
【００１６】
図２に示すように、ポンプＰは、水路Ｓのうち吸込側ＡＲ１の水を吸い込むための吸込口１を有している。このとき、ポンプＰは、このポンプＰの吸込口１が水路Ｓを流れる水の表面（水面）Ｓａに対して、水路Ｓの吸込側（一方の側）ＡＲ１に向かって斜め下向きになるように設置されている。すなわち、ポンプＰの吸込口１は、水の流入方向に対して、水底Ｓｂ側に傾斜するように設定されている。この場合、吸込口１の傾斜角度θ1 は、水面Ｓａに対して（水の流入方向に対して）、５〜３０°に設定されている。
【００１７】
ポンプＰの吸込口１にはフード２が取り付けられている。このフード２は、図２（ｂ）に示すように、上部側（水面Ｓａ側）の開口が大きく、下部側（水底Ｓｂ側）に向かって徐々に開口が小さくなるように形成されている。このフード２の上側部分の形状は、水面Ｓａと平行もしくは吸込側ＡＲ１に向かって若干下向きになるように設けられている。また、フード２の上側部分は、流入方向と交わる水平方向（矢印ｙ参照）に拡がるように形成されることによって、その開口を大きくしている。なお、流速を損失させないように、フード２は曲線状に形成されている。
【００１８】
なお、本実施形態においては、フード２は、図２（ａ）の側面図に示すように、上側部分の流入方向におけるサイズを下側部分より長く形成され、フード２の入口２ａを水底Ｓｂ側に更に向くように設定されている。すなわち、フード２の入口２ａの水面Ｓａに対する傾斜角度θ2  は、吸込口１の水面Ｓａに対する傾斜角度θ1 より大きく設定されているが、図２の斜線部分に示すように、フード２の上側部分の流入方向におけるサイズを下側部分と等しく形成してもよい。すなわち、フード２の入口２ａの水面Ｓａに対する傾斜角度θ2 と、吸込口１の水面Ｓａに対する傾斜角度θ1 とが同じになるように設定してもよい。
【００１９】
以上説明したような構成を有するポンプゲートＰＧによって、吸込側ＡＲ１の水を吸い込んで、吐出側ＡＲ２に吐出する際の動作について説明する。
図１に示すように、水路Ｓのうち、吸込側ＡＲ１の水が、スクリーン１０を介してポンプゲートＰＧのポンプＰに流入する。ポンプＰは、吸込側ＡＲ１に向かって水底Ｓｂ側に傾斜した吸込口１から水を吸い込む。
【００２０】
ポンプＰが水を吸い込むことにより、水路Ｓの吸込側ＡＲ１の水位は徐々に低下する。このとき、吸込口１が水底Ｓｂ側に傾斜しているため、ポンプゲートＰＧのポンプＰは、低水位まで水を安定して吸い込むことができる。
【００２１】
吸込口１には、上部側（水面Ｓａ側）の開口が大きく、下部側（水底Ｓｂ側）に向かって徐々に開口が小さくなるように形成されたフード２が取り付けられており、このフード２によって、流路が拡大されたフード２の上部側（水面Ｓａ側）部分の入口において、水の流速は低下する。水面Ｓａ側の水の流速が低下することにより、フード２の入口における水面Ｓａ側には空気吸い込み渦が発生しにくくなる。そして、このフード２の上側部分を、図２（ａ）に示すように水面Ｓａに対して平行もしくは水路Ｓの吸込側ＡＲ１に向かって若干下向きに形成したことにより、水を低水位まで吸い込むことができる。ポンプＰの吸込口１から吸い込まれた吸込側ＡＲ１の水は、ポンプゲートＰＧを通過して、吐出側ＡＲ２に吐出される。
【００２２】
ここで、図３を用いて、本発明のポンプゲートＰＧのポンプＰが従来より低水位まで水を吸い込める理由について説明する。
図３（ａ）は従来のポンプゲートであって、ポンプＰの吸込口１は真横に向けられている。一方、図３（ｂ）は本発明のポンプゲートであって、ポンプＰの吸込口１は吸込側ＡＲ１に向かって下方に傾斜されている。図３（ａ）に示す従来のポンプゲートでは、吸い込み可能な最低水位ｈ１を確保するために、例えば水路を掘り下げて、ポンプＰを深い位置に設置しなければならない。
【００２３】
しかしながら、図３（ｂ）に示す本発明のポンプゲートＰＧにおいては、ポンプＰの吸込口１は水底Ｓｂ側に向けられているので、水路Ｓを掘り下げることなく、ポンプＰによって吸い込み可能な最低水位ｈ１を低くすることができる。このように、吸込口１を斜め下方に向けることにより、吸込口１を水面Ｓａに対して深い位置に配置することができるので、空気吸い込み渦を発生することなく、低水位まで水を吸い込むことができる。
【００２４】
さらに、吸込口１を水の流入方向に対して斜め下向きに設けたことにより、図３（ｂ）に示すように、水面Ｓａよりも水底Ｓｂに近い側の流体を吸い込む力を強くする。このため、流速方向はｍ1 からｍ2 へと変化し、水面Ｓａからの流れ込みが減少し、空気吸い込み渦の発生を抑えることができる。したがって、表面Ｓａ側から空気を吸い込まずに、水を低水位まで安定して吸い込むことができる。
【００２５】
また、従来のポンプゲートにおいても吸込口１にフード２が設けられているが、図３（ａ）に示すように、上下対称な形状を有しており、水位が下がると水面Ｓａ側から空気を吸い込んでしまう。しかしながら、本発明のポンプゲートＰＧのポンプＰに取り付けられたフード２は、その上側（水面Ｓａ側）部分が水面Ｓａに対して平行もしくは吸込側ＡＲ１に向かって下向きになるように形成されているとともに、このフード２の上部側部分は、図２の矢印ｙ方向に拡がるように形成されることによって開口を大きくし、流速を低下させている。したがって、従来例に比べて低い水位になっても、水面Ｓａから空気を吸い込むことなく吸込側ＡＲ１の水を安定して吸い込むことができる。つまり、従来例に比べて、本発明のフード２を備えたポンプＰは、吸込側ＡＲ１の水面ＳａとポンプＰの吸込口１との距離ｈ２を維持したまま、吸い込み可能な最低水位ｈ１を低くすることができる。
【００２６】
以上説明したように、ポンプＰの吸込口１を、水路Ｓの水の水面Ｓａに対して水路Ｓの吸込側ＡＲ１に向かって斜め下向きにしたことにより、水路Ｓを掘り下げることなく、表面Ｓａ側から空気を吸い込まずに、低水位まで水を安定して吸い込むことができる。
【００２７】
そして、ポンプＰの吸込口１に、上側（水面Ｓａ側）部分の開口が大きく、下側（水底Ｓｂ側）に向かって徐々に開口が小さくなるように形成されたフード２を設けたことにより、吸込口１に多くの水を取り込めることができるとともに、フード２の入口において、水面Ｓａ側の水の流速を小さく、水底Ｓｂ側の流速を大きくできる。したがって、表面Ｓａにおいて空気吸い込み渦の発生を抑えつつ、低水位まで水を吸い込むことができる。さらに、フード２の上側部分を水面Ｓａに対して平行もしくは下向きになるように、且つ矢印ｙ方向に拡げてこのフード２の上側部分の開口を大きくしたことにより、水面Ｓａと吸込口１との距離ｈ２を維持したまま、水面Ｓａから空気を吸い込まずに水を吸い込み可能な最低水位ｈ１を小さくすることができる。
【００２８】
本実施形態においては、フード２の入口２ａにおける上部側の開口を、図２（ｂ）に示したように大きくすることによって、フード２の上部側の流速を下部側より低下させているが、図４に示すような形態にすることも可能である。図４（ａ）はフード２を備えたポンプＰを示す側面図であり、図４（ｂ）は吸込口側から見た正面図である。図４（ｂ）に示すように、フード２の開口の下部側には、このフード２の下部側の流路を狭めるためのブロック４１が設けられている。このように、フード２の開口の下部側にブロック４１を設けることによっても、フード２の上部側の流速を下部側より低下させることができる。ここで、図４（ａ）に示すように、フード２の側面視上側部分と下側部分とは同じサイズを有している（すなわち、吸込口１の水面Ｓａに対する傾斜角度θ1 とフード２の入口２ａの水面Ｓａに対する傾斜角度θ2 とが同じに設定されている）が、図２に示した実施形態と同様、フード２の側面視上側部分と下側部分とのサイズをそれぞれ異ならせてもよい。また、フード２の上側部分を、流入方向と交わる水平方向（図２（ｂ）の矢印ｙ参照）に拡がるように形成して、その開口の上部側部分を大きくしてもよい。
【００２９】
図５に示すように、フード２の下部に、吸込側ＡＲ１に向かって突起した突起部５１を設けてもよい。この突起部５１によって、フード２の下部側からフードに対して回り込む流れを抑えることができる。したがって、この回り込む流れに起因する渦の発生を抑えることができ、ポンプＰは安定した吸い込み動作を行うことができる。
【００３０】
図６に示すように、フード２の開口の上部側にリブ状部材６１を設けてもよい。このリブ状部材６１は、フード２の開口の上部側（水面Ｓａ側）に流入方向に沿うように複数設けられている。フード２の開口の上部側にリブ状部材６１を設けたことにより、このリブ状部材６１が流れの抵抗となって、フード２の入口２ａにおける上部側部分の流速を低下させることができる。したがって、流体路の水面Ｓａ側で発生する空気吸い込み渦の発生をさらに抑えることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のポンプゲートは以下のような効果を有するものである。
請求項１に記載の発明は、ポンプのうち流体を吸い込むための吸込口が、流体路を流れる流体の表面に対して斜め下向きになるように設定されている構成となっている。
こうすることにより、この吸込口を低位置に配置することができるので、流体路を掘り下げることなく、流体を低位置まで安定して吸い込むことができる。また、吸込口が流体の流入方向に対して下向きに傾斜して配置されることになるので、吸込口に流入する流体の流速は流入方向に比べて減速されるが、流体の流速が減速することにより、空気吸い込み渦の発生を抑えることができる。したがって、流体の表面側から空気を吸い込まずに、流体を低位置まで安定して吸い込むことができる。
【００３２】
請求項２に記載の発明は、ポンプの吸込口にはフードが設けられている構成となっている。
こうすることにより、ポンプの吸込口に多くの流体を取り込めることができるとともに、流入する流体を整流することができる。
【００３３】
請求項３に記載の発明は、フードの開口部は、上部側を大きく、下部側に向かって徐々に開口を小さく形成されている構成となっている。
こうすることにより、フードの入口における上部側部分の流速を小さく、下部側部分の流速を大きくできる。したがって、流体路の表面側で発生する空気吸い込み渦の発生をさらに抑えることができる。
【００３４】
請求項４に記載の発明は、フードの下部には、一方の側に向かって突起した突起部が設けられている構成となっている。
こうすることにより、フードの下部側からフードに対して回り込む流れを抑えることができる。したがって、この回り込む流れに起因する渦の発生を抑えることができる。
【００３５】
請求項５に記載の発明は、フードの開口部の上部側にはリブ状部材が設けられている構成となっている。
こうすることにより、このリブ状部材が流れの抵抗となり、フードの入口における上部側部分の流速を小さくすることができる。したがって、流体路の表面側で発生する空気吸い込み渦の発生をさらに抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポンプゲートの一実施形態を示す構成図であって、図１（ａ）は側面図であり、図１（ｂ）は平面図である。
【図２】ポンプの拡大図であって、図２（ａ）は側面図であり、図２（ｂ）は吸込側から見た正面図である。
【図３】従来のポンプゲートと本発明に係るポンプゲートとを比較する図である。
【図４】ポンプに設けられたフードの他の実施形態を示す図であって、図４（ａ）は側面図であり、図４（ｂ）は吸込側から見た正面図である。
【図５】ポンプに設けられたフードの他の実施形態を示す図であって、図５（ａ）は側面図であり、図５（ｂ）は吸込側から見た正面図である。
【図６】ポンプに設けられたフードの他の実施形態を示す図であって、図６（ａ）は側面図であり、図６（ｂ）は吸込側から見た正面図である。
【符号の説明】
１    吸込口
２    ゲート
５１    突起部
６１    リブ状部材
ＡＲ１    吸込側（一方の側）
ＡＲ２    吐出側（他方の側）
Ｇ    ゲート
Ｐ    ポンプ
ＰＧ    ポンプゲート
Ｓ    水路（流体路）
Ｓａ    水面（表面）
Ｓｂ    水底
【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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