(57)【要約】  【課題】  布状異物や長尺異物の絡み付き現象が殆ど発生することの無いポンプ装置を提供する。  【解決手段】羽根車１２ｂと、前記羽根車１２ｂを囲繞するポンプケーシング１３と、前記ポンプケーシング１３に連結され、前記羽根車１２ｂを駆動するモータを囲繞する吸込みケーシング１３とを備えたポンプ装置８であって、前記吸込みケーシング１３は、前記羽根車１２の回転により主軸１１と直交する方向から吸い込まれた流体が、前記吸込みケーシング１３内で前記羽根車１２の回転方向と逆向きに旋回するように偏心形成されている。  【選択図】  図５
2007255353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車と、前記羽根車を囲繞するポンプケーシングと、前記ポンプケーシングに連結され、前記羽根車を駆動するモータを囲繞する吸込みケーシングとを備えたポンプ装置であって、
前記吸込みケーシングは、前記羽根車の回転により主軸と交差する方向から吸い込まれた流体が、前記吸込みケーシング内で前記羽根車の回転方向と逆向きに旋回するように偏心形成されているポンプ装置。
【請求項２】
前記モータと羽根車からなるポンプ本体と前記吸込みケーシングが接合され、前記ポンプ本体を前記吸込みケーシング内の所定位置に保持するように構成されている請求項１記載のポンプ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のポンプ装置を水路の境界部に設けた開閉自在な扉体に前記羽根車の主軸が略水平姿勢となるように設置し、前記吸込みケーシングの吸込口が水路底に向けて開口するように形成されているポンプゲート装置。
【請求項４】
前記水路底から前記ポンプ装置の前記吸込口までの距離が前記水路底と前記主軸との距離の１／３以下となるように設置される請求項３記載のポンプゲート装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水路境界部に設置される開閉自在な止水ゲート扉体に取り付けられる軸流ポンプや、貯水池の排水等に使用される軸流ポンプや斜流ポンプ等のポンプ装置及びポンプゲート装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、止水ゲート扉体等に取り付けられる軸流ポンプは、一般に吸込みベルマウス、羽根車、ポンプ本体、ケーシング及びフラップ弁等から構成され、この種のポンプ装置には、高いポンプ性能を実現するために、羽根車の回転により発生する旋回流を整流するとともにポンプ本体をケーシングに支持することを目的として、後置案内羽根を配置する構成が採用されていた。
【０００３】
しかし、軸流ポンプで後置案内羽根形式のものは、機械加工が困難な案内羽根のねじれを製作する必要上、一般に鋳造加工で作られるため木型等の製作費かかってしまう。さらに、鋳造品は重量が重くなるため、ポンプ装置の重量が大きくなってしまう。また、後置案内羽根を無くせば寸法、重量ともに小さくすることが可能であるが、流体を整流することができないため、ポンプ効率が悪くなり、所要動力が大きくなる。従って、モータ寸法の増大を招き、結果として小型軽量化ができないだけでなく設備全体のコストが高くなるという問題点があった。
【０００４】
そこで、特許文献１には、回転駆動するためのモータユニットと、前記モータユニットの外周に前記モータユニットの駆動軸線と同芯に配置され、前記モータユニットとの間で環状の隙間が形成されるガイドケーシングとからなる高速ゲートポンプであって、ポンプアップされる水が流入する側に前記モータユニットを配置し、前記隙間が前記駆動軸線と略平行な周面を備えた環状隙間と、前記環状隙間と連続するテーパー孔と、前記テーパー孔には、吸入される水に旋回流れを与えるために配置された前置案内羽根と、前記モータユニットに連結され、前記前置案内羽根から送られる水を前記前置案内羽根とは逆方向の旋回を与える羽根車と、前記羽根車でポンプアップされた水を案内し、テーパー状の内孔が形成された吐出管とからなることを特徴とする高速ゲートポンプが提案されていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３０４１９０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、上述した前置案内羽根を採用する構成であっても、水に含まれる異物、特に布状異物や繊維等の長尺状の異物が案内羽根に絡まる場合があり、これが堆積するとポンプ内の流路が縮径されて排水効率が低下するため、現実には絡み付いた異物を除去するための頻繁なメンテナンスを余儀なくされていた。
【０００７】
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、布状異物や長尺異物の絡み付き現象が殆ど発生することなく、高いポンプ効率を確保できるポンプ装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明によるポンプ装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、羽根車と、前記羽根車を囲繞するポンプケーシングと、前記ポンプケーシングに連結され、前記羽根車を駆動するモータを囲繞する吸込みケーシングとを備えたポンプ装置であって、前記吸込みケーシングは、前記羽根車の回転により主軸と交差する方向から吸い込まれた流体が、前記吸込みケーシング内で前記羽根車の回転方向と逆向きに旋回するように偏心形成されている点にある。
【０００９】
上述の構成によると、前記主軸と交差する方向から吸い込まれた流体は前記吸込みケーシング内で羽根車の回転方向と逆向きの予旋回が与えられるため、前記羽根車を通過した流体は、前記羽根車の回転により前記羽根車後方で前記主軸の軸心に対して略平行な流線に整流することができ、案内羽根が無くとも高効率でポンプを稼動させることができるようになる。さらに、羽根車による旋回流との相互作用で整流するための案内羽根を前記羽根車前方及び後方に設ける必要がないため、流体に長尺異物が混入した場合であっても、案内羽根が設けられていないので、装置内で絡まることなく通過させることができ、案内羽根に長尺異物が堆積しポンプ内の流路が縮径されて排水効率が低下するといった不都合が生じることが無くなるのである。
【００１０】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記モータと羽根車からなるポンプ本体と前記吸込みケーシングが接合され、前記ポンプ本体を前記吸込みケーシング内の所定位置に保持するように構成されている点にある。
【００１１】
上述の構成によれば、ポンプ本体を支持する支持部材と、吸込みケーシング部材とを共用できるため、装置をコンパクト且つ低コストとすることができる。
【００１２】
本発明によるポンプゲート装置の第一の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成を備えたポンプ装置を水路の境界部に設けた開閉自在な扉体に前記羽根車の主軸が略水平姿勢となるように設置し、前記吸込みケーシングの吸込口が水路底に向けて開口するように形成されている点にある。
【００１３】
上述の構成によれば、前記水路底に向けて開口するように形成された前記吸込口より下方から上方へ流体を吸込むため、空気巻き込み渦が発生することなく、最低吸込み水位を低く設定することができるようになる。
【００１４】
同第二の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記水路底から前記吸込口までの距離が前記水路底と前記主軸との距離の１／３以下となるように設置される点にある。
【００１５】
前記水路底から吸込口までの距離を上述のように短く設定することにより、より低水位まで排水することが可能になり、残存水を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明した通り、本発明によれば、布状異物や長尺異物の絡み付き現象が殆ど発生することなく、高いポンプ効率を確保できるポンプ装置及びポンプゲート装置を提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明によるポンプ装置８の実施の形態をポンプゲートを一例に説明する。図１、図２及び図３に示すように、第一水路１（例えば支流河川）と第二水路２（例えば本流河川）の合流地点である境界部にポンプゲート３が設置されている。前記ポンプゲート３は、境界部に立設された水門柱４と水路の底部に横設された床部材と昇降機構６を支承するコンクリート製床盤に、鋼板製の止水ゲート扉体６が昇降機構６により開閉操作自在に支持されている。
【００１８】
前記昇降機構６は、継手７ｂを介して前記止水ゲート扉体５に固定された一対のラック棒７ａと、前記水門柱４の上部に配置されたギヤボックス７ｄ内のピニオンギヤを正転または逆転駆動する電動モータ（図示せず）と、手動操作ハンドル７ｄと、一方のギヤボックス７ｄ側に駆動連結された前記電動モータ（図示せず）により他方のギヤボックス７ｄ側を連動して駆動する駆動連結機構７ｅ等を備えて構成され、電動モータ（図示せず）または手動操作ハンドル７ｄによりピニオンギヤを回動させてラック棒７ａに支持された前記止水ゲート扉体５を昇降作動可能に構成されている。
【００１９】
前記止水ゲート扉体５の中央部には、両水路１、２間を連通させる左右一対の貫通孔が形成され、夫々の貫通孔には、前記止水ゲート扉体５が下降した止水姿勢において前記第一水路１から前記第二水路２に排水するポンプ装置８が設置されている。
【００２０】
前記ポンプ装置８は、図４及び図５に示すように、主軸１１の軸心が水平姿勢となるように設置されたポンプ本体１０と、前記主軸１１の後端に取り付けられた羽根車１２と、前記羽根車１２を囲繞し、内部空間が吐出流路となるポンプケーシング１７等を備えて構成されている。
【００２１】
前記ポンプケーシング１７は、断面が円形で下流側が次第に拡径され、上流側に吸込みケーシング１３が前記止水ゲート扉体６への取付部材を介してフランジ接続されるとともに、下流側に前記吐出流路を閉塞可能なフラップ弁機構９がフランジ接続されている。
【００２２】
前記ポンプ本体１０は、前記吸込みケーシング１３の端面中心部で支持されている。前記吸込みケーシング１３の周面は、前記羽根車１２の回転により主軸１１と交差する方向、つまり、水路底に向けて開口された吸込口１４から吸い込まれた流体が、前記吸込みケーシング１３内で前記羽根車１２の回転方向と逆向きに旋回するように偏心形成されている。
【００２３】
また、前記吸込みケーシング１３の周面上端部位には、内部に残留している空気をポンプ装置８の外に排気して効率よく運転することができるように、３０Ａから４５Ａ程度の径の空気抜きコック１６が設けられている。
【００２４】
前記吸込口１４は、前記水路底から前記吸込口１４までの距離Ｈ２が前記水路底と前記主軸１１との距離Ｈ１の略１／３となる位置に設けられ、最低吸込み水位が低く設定されるように構成されている。尚、距離Ｈ２を距離Ｈ１の略１／３以下に設定することにより、さらに最低吸込み水位を低く設定することができる。このとき吸込流速を減少させ、空気吸込渦の発生を防止するために、前記吸込口１４の吸込面積を拡大する吸込カバーを設けてもよい。
【００２５】
前記フラップ弁機構９は、前記ポンプケーシング１７の他端側に水平軸心９Ｐ周りに揺動可能に軸支された弁体９ｂを備えて構成され、前記ポンプ装置８の作動時には前記吸込みケーシング１３から吸込まれた水の吐出し圧力により開放姿勢に揺動し、前記ポンプ装置８の停止時には自重により閉塞姿勢に揺動して逆流を防止する。
【００２６】
前記ポンプ本体１０は、前記羽根車１２側にメカニカルシール２６を具備したオイル室１０ａを備えると共に、吐出口１４方向に浸水溜まり室１０ｂ、第一モータ室１０ｃ、第二モータ室１０ｄを順次備え、第一モータ室１０ｃと第二モータ室１０ｄの間に電動モータＭが配置されている。
【００２７】
前記羽根車１２は、主軸１１に回転自在に取り付けられた羽根ボス１２ａと、前記羽根ボス１２ａにボルト締着された４枚の翼１２ｂで構成されている。
【００２８】
前記電動モータＭは、前記主軸１１の軸線方向中央部に固定されたロータＭｌと、前記ロータＭｌの外周に対向するステータＭｓとを備えている。前記ステータＭｓは、ポンプケーシング１７内に同心に配置された前記ポンプ本体１０の内周面に固定され、ポンプゲート３の前記水門柱４の上部に設置された駆動装置（図示せず）に接続された給電ケーブルから前記電動モータＭに給電され、前記ポンプゲート３の前記水門柱４の上部に設置された駆動装置（図示せず）により駆動制御される。
【００２９】
また、前記ポンプケーシング１７には、前記駆動装置（図示せず）から前記電動モータＭへ接続される給電線等の信号線等を保護するケーブル保護ゴム１５が支持され、前記ケーブル保護ゴム１５介して第一モータ室１０ｃに導かれている。また、給電線等を剛性を持った電線管内に配設し、前記電線管を止水ゲート扉体に接合して支持することで、ポンプ本体を吸込みケーシングの所定位置に保持するようにしてもよい。
【００３０】
図５に示すように、前記ポンプ装置８を駆動させると、前記羽根車１２の回転により前記吸込口１４より吸い込まれた流体は、偏心形成されている前記吸込みケーシング１３内で前記羽根車１２の回転方向と逆向きに旋回しながら前記羽根車１２の入口に導かれる。
【００３１】
図６に示すように、前記吸込みケーシング１３内で旋回させられた流体は周速度ｕで回転している前記羽根車１２の翼１２ｂに、羽根車入口流速度ｖ１、羽根車入口相対速度ｗ１で流入し、流体の旋回方向と逆向きに回転する前記羽根車１２により加速され、羽根車１２の後方で羽根車出口流速度ｖ２、羽根車出口相対速度ｗ２となる。
【００３２】
前記羽根車１２の入口及び出口の各速度の関係を説明すると、偏心形成されている前記吸込みケーシング１３で旋回流となり、羽根車の入口で羽根車入口流速度ｖ１となった流体は、水流の軸線方向の流れの成分を軸流速度ｖとすると、負の方向の回転成分ｃ１が予め付与されている。羽根車を通過した羽根車入口流速度ｖ１は、翼による加速により羽根車出口の回転成分が、軸流速度ｖに対して正方向の回転成分ｃ２をもつ羽根車出口流速度ｖ２となるように羽根車の周速度及び翼の形状が設定される。つまり、前記羽根車より水流は角度θの転向角が与えられる。回転成分でいうと、水流に回転成分ｃ１と回転成分ｃ２の絶対値が翼に付与される。
【００３３】
このとき、軸流速度ｖに対して、負の方向の回転成分ｃ１をもつ羽根車入口流速度ｖ１と正方向の回転成分ｃ２をもつ羽根車出口流速度ｖ２となるように転向角を設定することにより、水流の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換される。さらに、軸流速度ｖに対して、正方向の回転成分ｃ２が与えられることで、流体は適度な旋回流を起こす。前記ポンプケーシング１７内の水流が旋回流であれば、断面が円形の広がり管のポンプケーシング１７を採用することで、流体の剥離を抑制する。つまり、前記ポンプケーシング１７の軸方向長さを短く設定しても、ポンプ効率を低下することができるためポンプの小型化設計することができる。
【００３４】
上述のポンプ装置によれば、ポンプ内に案内羽根を配置していないため、前記ポンプ装置８に流入する流体に長尺異物が含まれている場合であっても、前記羽根車以外の要因でポンプ内で詰まることなく、そのまま流下させることができるようになる。
【００３５】
以下に別実施形態を説明する。上述の実施形態では断面が円形の広がり管で構成されるポンプケーシング１７を説明したが、断面が円形の直管で構成するものであってもよく、管形状は特に限定されるものでない。
【００３６】
上述した実施形態では、吸込みケーシング１３に吸込口１４が、前記羽根車１２の回転により主軸１１と直交する方向、具体的には水路底に向けて開口するように形成されたものを説明したが、前記羽根車１２の回転により主軸１１と交差する方向から吸い込まれた流体が、前記吸込みケーシング１３内で前記羽根車の回転方向と逆向きに旋回するように偏心形成されているものであればよく、吸込口の配置、開口面積、吸込口から吸込まれる際の流体の向きは、所期の効果を奏する範囲において、適宜設計されるものである。
【００３７】
上述した実施形態では、吸込みケーシング１３内の気体をポンプ装置８の外部に逃すため、吸込みケーシング１３に空気抜きコック１６を設けたものを説明したが、所期の効果を奏する範囲において、その形状、寸法等は適宜設計されるものである。また、空気抜きコック１６を設けないポンプ装置８であってもよい。
【００３８】
上述した実施形態では、開閉可能な止水ゲート扉体に取り付けられる軸流ポンプ装置及びポンプゲート装置を一例に説明を行ったが、本発明によるポンプ装置の用途は止水ゲートに限定されるものではなく、排水機場等に設置される水中ポンプ装置等、他の用途に適用することも可能である。また、軸流ポンプを一例に説明を行ったが、斜流ポンプに適用するものであってもよい。
【００３９】
上述した実施形態で説明した各部の具体的構造、材質、寸法等は、特に限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜設計されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明によるポンプゲートの正面図
【図２】本発明によるポンプゲートの正面図
【図３】（ａ）本発明によるポンプゲートの上面図、（ｂ）本発明によるポンプゲートの要部平断面図
【図４】本発明によるポンプ装置断面図
【図５】本発明によるポンプ装置の要部説明図
【図６】羽根車入口及び出口の各速度についての説明図
【符号の説明】
【００４１】
１：第一水路
２：第二水路
３：ポンプゲート
４：ゲート
４ａ：水門柱
４ｂ：床部材
４ｃ：コンクリート製床盤
５：止水ゲート扉体
６：昇降機構
７ａ：ラック棒
７ｂ：継手
７ｃ：ギヤボックス
７ｄ：手動操作ハンドル
７ｅ：駆動連結機構
８：ポンプ装置
９：フラップ弁
１０：ポンプ本体
１０ａ：オイル室
１０ｂ：浸水留まり室
１０ｃ：第一モータ室
１０ｄ：第二モータ室
１１：主軸
１２：羽根車
１２ａ：羽根ボス
１２ｂ：翼
１３：吸込みケーシング
１４：吸込口
１５：ケーブル保護ゴム
１６：空気抜きコック
１７：ポンプケーシング
Ｍ：電動モータ
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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