(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇降自在な止水ゲート（２）に水中ポンプ（３）を配設し、この水中ポンプ（３）の排水側にフラップ弁（１０）を設け、止水ゲート（２）の閉鎖状態で強制排水を行なうポンプにおいて、上記水中ポンプ（３）と電源装置（１３）の間に制御回路（１６）を設け、この制御回路（１６）に水中ポンプ（３）の電動機（７）に電力を供給する電磁接触器（１７）と、水中ポンプ（３）の逆流を検知させる逆流検出装置（１８）を並設し、水中ポンプ（３）の停止時は、電磁接触器（１７）を主動力系統から切離し、逆流検出装置（１８）を電動機（７）に接続し、羽根車（５）の逆回転により発生する逆起電圧あるいは周波数のレベルを逆流検出装置（１８）が検知した時に、その検知信号により水中ポンプ（３）の電動機（７）への電流回路（１４）を接続し、所定時間水中ポンプ（３）を駆動して、フラップ弁（１０）に噛込んだ異物を排水側に洗い流すことを特徴とするポンプゲートにおける逆流検知方法。
【請求項２】
上記水中ポンプ（３）の電動機を磁石内蔵電動機（７）とし、この磁石内蔵電動機（７）の停止時に、その回転子内蔵永久磁石（１２）が発生する逆起電圧あるいは周波数のレベルを逆流検出装置（１８）で検知して、逆流水により回転する水中ポンプ（３）から逆流判定を行なうことを特徴とする請求項１記載のポンプゲートにおける逆流検知方法。
【請求項３】
昇降自在な止水ゲート（２）に水中ポンプ（３）を配設し、この水中ポンプ（３）の排水側にフラップ弁（１０）を設け、止水ゲート（２）の閉鎖状態で強制排水を行なうポンプにおいて、上記水中ポンプ（３）と電源装置（１３）の間に制御回路（１６）を設け、この制御回路（１６）に水中ポンプ（３）に電力を供給する電磁接触器（１７）と、水中ポンプ（３）の逆流を検知させる逆流検出装置（１８）を並設し、水中ポンプ（３）の電動機を磁石内蔵電動機（７）とすると共に、この磁石内蔵電動機（７）の停止時に、回転子内蔵永久磁石（１２）の回転による永久磁石で固定子巻線（１１）に発生する逆起電圧あるいは周波数のレベルを逆流検出装置（１８）で検知して、この検知信号を予め設定した周波数のレベルあるいは、逆起電圧の相順と制御回路（１６）の比較器（１９）で対比して、水中ポンプ（３）の逆流判定を行なうことを特徴とするポンプゲートにおける逆流検知システム。
【請求項４】
上記比較器（１９）の逆流判定信号を制御器（２０）に送信し、制御器（２０）の指令信号により、逆流検出装置（１８）に接続された電流回路（１４）を主動力系統に切換えて、磁石内蔵電動機（７）を所定時間駆動して、フラップ弁（１０）に噛込んだ異物を排水側に洗い流すことを特徴とする請求項３記載のポンプゲートにおける逆流検知システム。
【請求項５】
上記逆流検出装置（１８）に接続された電流回路（１４）を警報装置に接続することを特徴とする請求項３記載のポンプゲートにおける逆流検知システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、止水ゲートに水中ポンプを装着したポンプゲートに関し、詳しくは、水中ポンプの停止時に、水中ポンプの排出側からの逆流を検知して、フラップ弁に噛込んだ異物を洗い流す逆流検知方法とその逆流検知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、灌漑用や排水用水門に昇降自在に支持させた止水ゲートに、水中ポンプを配設し閉鎖状態で強制排水を行なうポンプゲートはよく知られている。そして、ポンプゲートとしては、立軸型あるいは横軸型の水中ポンプが使用され、排出側から取水側に水の逆流を防止するために水中ポンプにフラップ弁を配設した装置は、例えば、特許第２６４４８６４号公報に記載してあるように公知である。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】
従来の排水側にフラップ弁を設けた水中ポンプは、放流側からの逆流を防止できるものであるが、ポンプ停止時に起こる流下物の噛み込みでフラップ弁に隙間が発生し、放流側より水が流入する。この逆流現象が起こると、上流域での浸水や、仮に、下流域が海水であれば上流域での塩害が発生する。それを防ぐ方法としては、ゲート内部に逆流防止を目的として開閉弁を設置する方法があるが、この方法ではゲート一体型ポンプの質量が重くなるばかりでなく、自然流下時にはポンプ内部を開放して流下させるので、逆流時の開閉弁の開閉タイミングが難しいという点がある。また、モータ本体にエンコーダ等の位置検出器を搭載してモータ軸の回転方向を検出し、逆転時すなわち逆流時にはポンプを運転する方法があるが、検出部の空間が必要であるため、ポンプ本体が大きくなる点や位置検出用の配線が増える点、モータ内部の水中密封部における位置検出器の結露による精度などのの問題がある。さらに、内外水位と水路内流速の測定による逆流を検知し、水中ポンプを運転する方法は、流速計の設置個所及び配線、経年時のメンテナンスなどコスト高になる問題が挙げられる。この発明は、ポンプゲートの吐出側のフラップ弁に噛み込んだ流下物を取除き、上流側への逆流を防止するポンプゲートにおける逆流現象の検知方法とその検知システムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、昇降自在に支持させた止水ゲートに水中ポンプを配設し、この水中ポンプの排水側にフラップ弁を設け、止水ゲートの閉鎖状態で強制排水を行なうポンプにおいて、上記水中ポンプと電源装置の間に制御回路を設け、この制御回路に水中ポンプの電動機に電力を供給する電磁接触器と、水中ポンプの逆流を検知させる逆流検出装置を並設し、水中ポンプの停止時は、電磁接触器を主動力系統から切離し、逆流検出装置を電動機に接続し、羽根車の逆回転により発生する逆起電圧あるいは周波数のレベルを逆流検出装置が検知した時に、その検知信号によりタイマーを作動させて水中ポンプの電動機への電流回路を接続し、所定時間水中ポンプを駆動して、フラップ弁に噛込んだ異物を排水側に洗い流すポンプゲートにおける逆流検知方法である。この逆流検知方法は具体的には、水中ポンプの電動機を磁石内蔵電動機とし、この磁石内蔵電動機の停止時に、その回転子内蔵永久磁石の回転による永久磁石で固定子巻線に発生する逆起電圧あるいは周波数のレベルを逆流検出装置で検知して、逆流水により回転する水中ポンプから逆流判定を行なう逆流検知方法である。
【０００５】
上記のポンプゲートの逆流現象検知方法を実施するためのシステムは、水中ポンプと電源装置の間に制御回路を設け、この制御回路に水中ポンプに電力を供給する電磁接触器と、水中ポンプの逆流を検知させる逆流検出装置を並設し、水中ポンプの電動機を磁石内蔵電動機とすると共に、この磁石内蔵電動機の停止時に、回転子内蔵永久磁石の回転による永久磁石で固定子巻線に発生する逆起電圧あるいは周波数のレベルを逆流検出装置で検知して、この検知信号を予め設定した周波数のレベルあるいは、逆起電圧の相順と制御回路の比較器で対比して、水中ポンプの逆流を判定し、比較器の逆流判定信号を制御回路の制御器に送信し、制御器の指令信号により、逆流検出装置に接続された電流回路を主動力系統に切換えて、磁石内蔵電動機を所定時間駆動して、フラップ弁に噛込んだ異物を排水側に洗い流しても、あるいは、逆流検知システムに接続された電流回路を主動力系統に切換えて、逆流検出装置に接続された電流回路を警報装置に接続してもよいものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明に係るポンプゲートの逆流現象の検知システムは上記のように構成してあり、水中ポンプの停止時には、電磁接触器を主動力系統から切離し、逆流検出装置を電動機に接続する。フラップ弁に異物が噛込んで排水側から逆流水がポンプに流入すると、ポンプに取付けられた羽根車は逆回転する。そして、羽根車の回転により磁石内蔵電動機の回転子内蔵永久磁石が回転し、固定子巻線に発生する逆起電圧あるいは周波数のレベルを逆流検出装置が検知する。この逆流検知システムは、逆起電圧もしくは周波数のレベルを測定し、検出結果の逆起電圧の相順を調べることで逆流判定を行なう。比較器の逆流判定信号を制御回路の制御器に送信し、制御器の指令信号により、逆流検知システムに接続された電流回路を主動力系統に切換えて、磁石内蔵電動機を所定時間駆動して、フラップ弁に噛込んだ異物を排水側に洗い流す。あるいは、逆流検知システムに接続された電流回路を主動力系統に切換えて、逆流検知システムに接続された電流回路を警報装置に接続してもよいものである。
【０００７】
【実施例】
この発明の実施例を図面に基づき詳述すると、まず、図１はポンプゲートの概念図であって、灌漑用や排水用の水門１に昇降開閉自在な止水ゲート２が配設してあり、止水ゲート２に横軸型の水中ポンプ３が支架してある。図２は水中ポンプ３の縦断側面図であって、羽根ケーシング４の内部に羽根車５が配設してあり、この羽根車５を止着した羽根車ボス６が磁石内蔵電動機７に連結してある。磁石内蔵電動機７は羽根ケーシング４の後端に連結した吐出ケーシング８に止着した案内羽根９に支持されている。羽根ケーシング４の吸込口４ａと吐出ケーシング８の吐出口８ａが軸線方向に配設されており、吐出ケーシング８の吐出口８ａが止水ゲート２の内部を貫通した吐出管２２に連結してある。この水中ポンプ３はポンプ内流れ方向と、河川の流れが平行であるため、ポンプ内に水が流入すると自然流下で水中ポンプ３の羽根車５が自由に回転するようになっている。また、排水側の外水位ａが集水側の内水位ｂより水位が高い時には、逆流水で水中ポンプの羽根車５が逆回転するものである。なお、立軸型の水中ポンプでも自然流下で羽根車が自由に回転し、逆流水により羽根車は逆回転するものであり、止水ゲート２に支架する水中ポンプは立軸型の水中ポンプであってもよいものである。そして、吐出ケーシング８に連結した吐出管２２の排水側にはフラップ弁１０が回動自在に枢着してあり、放流側の外水位ａが集水側の内水位ｂより高くなった時に、フラップ弁１０で吐出管２２を閉塞し、放流側からの逆流を防止するようにしてある。
【０００８】
図３は磁石内蔵電動機７の原理図であって、磁石内蔵電動機７は三相巻線が施された固定子巻線１１と、固定子巻線１１の内部に回転子内蔵永久磁石１２が配設してあり、固定子巻線１１に三相巻線がつくる回転磁界が発生すると、磁極が吸引されて回転子内蔵永久磁石１２が回転して羽根車５を回転させるようになっている。そして、固定子巻線１１の三相巻線の端子における起電圧Ｕ、Ｖ、Ｗが計測できるようにしてある。図１に示すように、水中ポンプ３と電源装置の三相電源１３を電流回路１４で接続して、磁石内蔵電動機７に電力を供給するようにしてあり、水中ポンプ３と電源装置１３の間には、制御盤１５が配設してある。制御盤１５について図４に基づき詳述すると、制御盤１５に制御回路１６が設けてあり、この制御回路１６には水中ポンプ３の磁石内蔵電動機７に電力の供給・停止を操作する電磁接触器１７と、水中ポンプ３の羽根車５の回転を検知させる逆流検出装置１８が並設してある。磁石内蔵電動機７の停止時に、逆流検出装置１８を固定子巻線１１の端子に接続して、三相巻線が発生する起電圧Ｕ、Ｖ、Ｗを自然流下時の電圧位相と逆流時の電圧位相を検知するようにしてある。そして、制御回路１６には、逆流と判断する周波数のレベルあるいは、逆起電圧を予め設定した数値と逆流検出装置１８で検知した逆起電圧あるいは周波数のレベルと比較する比較器１９と、フラップ弁１０に異物が噛込んで排水側から逆流水が水中ポンプ３の内部に流入して羽根車５が逆回転していると判定した時に、水中ポンプ３の磁石内蔵電動機７への電磁接触器１７を接続し、所定時間水中ポンプ３を駆動させる制御器２０が設けてある。なお、符号２１は漏電ブレーカーである。
【０００９】
逆流検知システムの作動手順について、図５のフローチャートて説明すると、止水ゲートを閉鎖状態で水中ポンプ３を停止させる時、つまり、自然流下時には、電磁接触器１７を主動力系統の電流回路１４から切離し、逆流検出装置１８を磁石内蔵電動機７に接続する。逆流検出装置１８で流れによる逆起電圧、若しくは周波数の有無を検知して、予め設定した周波数のレベルあるいは、逆起電圧を比較して検知信号がＮＯとなれば、フラップ弁１０に異物の噛み込みが無いものと判断して、前段にフイードバックする。また、流れによる逆起電圧、若しくは周波数を検知してＹＥＳとなれば、予め設定した周波数のレベルあるいは、逆起電圧と比較して、電圧の相順が逆流電圧の相順を下回る時には、水中ポンプへの流入水が少ないものと判断して前段にフイードバックする。そして、電圧の相順が逆流電圧の相順を上回る時には、フラップ弁１０に異物が噛込んで排水側から逆流水が水中ポンプ３に流入しているものと判定し、逆流検出装置１８に接続された電流回路１４を主動力系統に切換えて、警報装置に接続する。次に、逆流検出装置１８に接続された電流回路１４を主動力系統に切換えて、磁石内蔵電動機７を所定時間駆動して、フラップ弁１０に噛込んだ異物を排水側に洗い流した後、初期の水中ポンプ３の停止時にフイードバックをする。フラップ弁１０の異物の噛み込みが解消されない時には、再び水中ポンプ３を駆動させる。
【００１０】
【発明の効果】
この発明は、上記のように構成してあり、水中ポンプの停止時に、磁石内蔵電動機の回転子内蔵永久磁石の回転により固定子巻線が発生する逆起電圧あるいは周波数のレベルを逆流検出装置で検知させるので水中ポンプの排出側からの逆流を検知して、フラップ弁に噛込んだ異物を洗い流すことができるものである。即ち、開閉弁を設置した従来装置のポンプゲートは、逆流時の開閉弁の調整が難しいという欠点がある。また、エンコーダ等の位置検出器を搭載してモータ軸の回転方向を検出する方法はポンプ本体が大きくなり、モータ内部の水中密封部における位置検出器の結露による精度などの問題がある。さらに、内外水位と水路内流速の測定による逆流を検知する方法は、流速計の設置個所及び配線、経年時のメンテナンスなどコスト高になる問題が挙げられる。この発明にあっては、水中ポンプの停止時に、磁石内蔵電動機の回転子内蔵永久磁石が発生する逆起電圧あるいは周波数のレベルを逆流検出装置で検知して、この検知信号を予め設定した周波数のレベルあるいは、逆起電圧の相順を制御回路で判定し、逆流検知システムに接続された電流回路を主動力系統に切換えて、水中ポンプを所定時間駆動して、フラップ弁に噛込んだ異物を排水側に洗い流すもので、上流側への逆流を防止できるものである。そして、逆起電圧を制御盤内の計器類の測定で、逆流検知が可能であり、別設置の検出器が不用であり、周囲環境に左右されずに検知が可能である。また、羽根車の回転を利用しているため、逆流を迅速に検知できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係るポンプゲートにおける逆流検知システムの概念図である。
【図２】  この発明に係る主要部の磁石内蔵電動機を配設した水中ポンプの縦断側面図である。
【図３】  同じく、磁石内蔵電動機の回転原理図である。
【図４】  同じく、制御盤の配線図である。
【図５】  同じく、逆流検知システムのフローチャートである。
【符号の説明】
２  止水ゲート
３  水中ポンプ
７  磁石内蔵電動機
１０  フラップ弁
１２  回転子内蔵永久磁石
１３  三相電源
１４  電流回路
１６  制御回路
１７  電磁接触器
１８  逆流検出装置
１９  比較器
２０  制御器
【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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