(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を導入するための上流側の水路１ａに接続されたポンプ吸込水槽内にポンプ吸込管及び前記ポンプ吸込管の下端部に取り付けられて水を吸込むベルマウスが設置され、ポンプ吸込水槽内から水面上に突出して配置された渦発生防止装置を備えるポンプ装置において、
前記渦発生防止装置は、前記ベルマウスの下端より上方に位置する円筒状部材を前記ポンプ吸込管の外周に前記ポンプ吸込管とは間隔をおいて配置して前記ポンプ吸込管と前記円筒状部材との間に流路を形成するとともに、前記円筒状部材の全周に孔を形成し、前記ポンプ吸込水槽内の水を前記ポンプ吸込管の上流側の孔ないし上流側の側壁に近い側の孔から流入させ、下流側の孔ないし下流側の側壁に近い側の孔から流出させ流出させて水面付近での空気吸込み渦の発生を抑制するように構成したことを特徴とする渦発生防止装置を備えるポンプ装置。
【請求項２】
水を導入するための上流側の水路１ａに接続されたポンプ吸込水槽内にポンプ吸込管及び前記ポンプ吸込管の下端部に取り付けられて水を吸込むベルマウスが設置され、ポンプ吸込水槽内から水面上に突出して配置された渦発生防止装置を備えるポンプ装置において、
前記渦発生防止装置は、前記ベルマウスの下端より上方に位置する円筒状部材を前記ポンプ吸込管の外周に前記ポンプ吸込管とは間隔をおいて配置して前記ポンプ吸込管と前記円筒状部材との間に流路を形成するとともに、前記円筒状部材の全周に孔を形成し、この孔は上流側と上流側で側壁に近い側において孔の開口比率を異にし、かつ下流側と下流側で側壁に近い側において孔の開口比率を異にし、前記ポンプ吸込水槽内の水を前記ポンプ吸込管の上流側の孔ないし上流側の側壁に近い側の孔から流入させ、下流側の孔ないし下流側の側壁に近い側の孔から流出させ流出させて水面付近での空気吸込み渦の発生を抑制するように構成したことを特徴とする渦発生防止装置を備えるポンプ装置。
【請求項３】
前記孔の開口比率は、上流側及び下流側が上流側で側壁に近い側及び下流側の側壁に近い側より大きいものであることを特徴とする請求項２記載の渦発生防止装置を備えるポンプ装置。
【請求項４】
前記円筒状部材は、ポンプ吸込管の円周方向に分割するものであることを特徴とする請求項１もしくは２記載のいずれかの渦発生防止装置を備えるポンプ装置。
【請求項５】
前記円筒状部材は、ポンプ吸込管の上下方向に分割するものであることを特徴とする請求項１もしくは２記載のいずれかの渦発生防止装置を備えるポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気吸込渦、水中渦の発生を防止する渦発生防止装置を備えるポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポンプ吸込水槽内にポンプ吸込管及びベルマウス（吸込口）を設置してポンプ装置を運転すると、吸込口付近に達する渦を生じる場合がある。
【０００３】
すなわち、図９の側面図（ａ）、平面図（ｂ）を参照して説明すると、３０はポンプ吸込管でベルマウス３１を有し、ポンプ吸込水槽３２内の水中にポンプ吸込管３０が直立して設置されているような場合、渦の中心に空洞が発生すると、空気吸込渦（Ａで示す）、水中渦（Ｂで示す）などと呼ばれる渦となり、これら渦が吸い込まれるとポンプ装置の振動、騒音などとなって現われ、ポンプ装置に悪影響を与える。また、これらの渦の中で特に空気吸込渦は、一般に、図（ａ）に示すように水面付近の流れがポンプ吸込管３０を通り過ぎる際にポンプ吸込管３０の下流側で剥離し、旋回する流れ（以下、旋回流という）が生じるために発生することが多い。剥離による渦は、ポンプ吸込管３０を通り過ぎる流れが速いほど生じ易く、それゆえ特に空気吸込渦の場合はベルマウス３１の流速Ｖｂ、ポンプ吸込水槽の流速Ｖｓが大きくなるほど発生し易いため、ポンプ吸込水槽の省スペース化の妨げになっていた。
【０００４】
このような渦を防止するために、従来は、例えば日本機械学会発行の「日本機械学会基準ＪＳＭＥ００４−１９８４」第２５頁解説表３・１に示されているような各種の渦発生防止装置が使用されている。
【０００５】
特に、前記ポンプ吸込管３０の下流側で発生する空気吸込渦に対しては、図１０に示すような、ポンプ吸込管３０の上流側でポンプ吸込水槽の水面付近の流れを遮断する渦防止板３３を設置し、水面付近の流速を小さくしてポンプ吸込管３０下流側での流れの剥離に基づいて発生する渦を防止することが多かった。
【０００６】
また、図１１に示すように、ポンプ吸込管３０の外周を囲み外周との間に間隔をおいて渦防止板３４を配置し、ポンプ吸込水槽内の水をポンプ吸込管３０の上流側及び斜め上流側から流入させ、下流側から流出させるものも知られている。
【０００７】
さらに、特開平８−６８３９６号公報で開示されるように、ポンプ吸込管の外周を円筒状部材で囲み、ポンプ吸込水槽内の水をポンプ吸込管の上流側及び斜め上流側から流入させ、下流側から流出させるポンプ装置も知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図１０に示す渦発生防止板では、ポンプ吸込水槽の流速が大きくなると、図１２に示すように流れが板３３の下方を通り、ポンプ吸込管３０の下流側から水面に回り込んでポンプ吸込水槽の上流側に逆流し、板３３の下流側で空気吸込渦が発生することが多かった。
【０００９】
また、ポンプ吸込水槽の上流側の水路形状の影響により、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、板３３の上流側で水路の水平方向に偏流が生じた場合、板３３の上流側で渦が発生し空気吸込渦となってポンプ吸込管３０に吸込まれる場合があった。
【００１０】
また、図１１に示す防止板３４の場合は、上流側からの流れがポンプ吸込管３０と防止板３４との間を通って下流側から流出するものであるが、流出する範囲が狭くその位置も固定されているために、上流側に偏流が生じた場合にポンプ吸込管３０の下流側での旋回流の生成を防止する流れになるとは、必ずしもいえなかった。
【００１１】
また、上記公報で開示されるポンプ装置についても、上流側に偏流が生じた場合に下流側の旋回流の生成を防止できるように充分に配慮されているとは、必ずしもいえなかった。
【００１２】
したがって、ポンプ吸込水槽の省スペース化すなわち高流速化の妨げとなっていた。
【００１３】
本発明の目的は、安定した運転を維持し、またポンプ吸込水槽の小形化、高流速化を可能とすることによって、ポンプシステム全体の建設費の低減ができる渦発生防止装置を備えるポンプ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る渦発生防止装置を備えるポンプ装置の構成は、水を導入するための上流側の水路１ａに接続されたポンプ吸込水槽内にポンプ吸込管及び前記ポンプ吸込管の下端部に取り付けられて水を吸込むベルマウスが設置され、ポンプ吸込水槽内から水面上に突出して配置された渦発生防止装置を備えるポンプ装置において、前記渦発生防止装置は、前記ベルマウスの下端より上方に位置する円筒状部材を前記ポンプ吸込管の外周に前記ポンプ吸込管とは間隔をおいて配置して前記ポンプ吸込管と前記円筒状部材との間に流路を形成するとともに、前記円筒状部材の全周に孔を形成し、前記ポンプ吸込水槽内の水を前記ポンプ吸込管の上流側の孔ないし上流側の側壁に近い側の孔から流入させ、下流側の孔ないし下流側の側壁に近い側の孔から流出させ流出させて水面付近での空気吸込み渦の発生を抑制するように構成したものである。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る渦発生防止装置を備えるポンプ装置の他の発明の構成は、水を導入するための上流側の水路１ａに接続されたポンプ吸込水槽内にポンプ吸込管及び前記ポンプ吸込管の下端部に取り付けられて水を吸込むベルマウスが設置され、ポンプ吸込水槽内から水面上に突出して配置された渦発生防止装置を備えるポンプ装置において、前記渦発生防止装置は、前記ベルマウスの下端より上方に位置する円筒状部材を前記ポンプ吸込管の外周に前記ポンプ吸込管とは間隔をおいて配置して前記ポンプ吸込管と前記円筒状部材との間に流路を形成するとともに、前記円筒状部材の全周に孔を形成し、この孔は上流側と上流側で側壁に近い側において孔の開口比率を異にし、かつ下流側と下流側で側壁に近い側において孔の開口比率を異にし、前記ポンプ吸込水槽内の水を前記ポンプ吸込管の上流側の孔ないし上流側の側壁に近い側の孔から流入させ、下流側の孔ないし下流側の側壁に近い側の孔から流出させ流出させて水面付近での空気吸込み渦の発生を抑制するように構成したものである。
【００１６】
孔は円筒状部材の上流側のみならず斜め上流側及び側壁に近い側にも設けられているので、偏流が衝突する円筒状部材の斜め上流側で圧力が高くなり、その部分の孔からの流路内に流入する水量が多くなり、これに伴い、これと対称の位置にある下流側の孔から流出する水量も多くなる。したがって、旋回流が偏って発生しても旋回流を乱す作用をして渦の発生を防止できる。
【００１７】
より好ましくは、前記孔の開口比率は、上流側及び下流側が上流側で側壁に近い側及び下流側の側壁に近い側より大きいものにすることによって、側壁に近い側の孔からの水の流出は少なく、集中的に下流側の孔からの水の流出を多くすることにより、旋回流の発生し易い下流側を乱すことによって、渦の発生を防止する。
【００１８】
また、より好ましくは、前記円筒状部材は、ポンプ吸込管の円周方向もしくは上下方向に分割するもので、大きいために一部材では加工が困難である場合、もしくはポンプ吸込管への取り付けが困難であるような場合に有効である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図８を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施例に係わるポンプ装置で、（ａ）はポンプ吸込水槽内に設置された一部横断面を示すポンプ装置の平面図、同様に、（ｂ）はポンプ吸込水槽内に設置されたポンプ装置の部分側面図である。
【００２１】
同図において、１はポンプ吸込水槽で、水を導入するための上流側の水路１ａに接続されている。２はポンプ装置で、このポンプ装置２の上部装置の図示は省略されている。３はベルマウスで、水を吸い込む吸込口であり、後述するポンプ吸込管の下端部にポンプ吸込水槽１底部壁面との間に所要の間隔をもって取り付けられている。４はポンプ吸込管で、ポンプ吸込水槽１内に直立して設置されており、またポンプ吸込水槽１の側壁及び下流側壁面と所要の間隔をもって設置されている。５は羽根車で、ポンプ吸込管４内の下部位置に取り付けられている。
【００２２】
６は円筒状部材で、板材で形成されており、ポンプ吸込管４の外周にポンプ吸込管４と間隔をおいて配置され、前記ポンプ吸込管４とこの円筒状部材６との間に流路７を形成するとともに、円筒状部材６の全周に多数の孔８（以下、総称していう場合、孔８という）が形成され、前記ポンプ吸込水槽１内の水がポンプ吸込管４の上流側の孔８ａ，斜め上流側の孔８ｂ及び側壁に近い側の孔８ｃから流入し、下流側の孔８ａ´，斜め下流側の孔８ｂ´及び側壁に近い側の孔８ｃ´から流出するようになっている。
【００２３】
孔８の形状は任意形状でよく、本実施例では概略円形で形成されている。なお、円筒状部材６の上下方向の長さは使用時の最高水位及び最低水位を考慮して決められ、吸込管４に複数のステー（図示せず）によって堅固に取り付けられている。
【００２４】
次に、上記ポンプ吸込水槽１とポンプ装置２との位置関係において、水路１ａからポンプ吸込水槽１内に導入された水が、羽根車５の回転駆動によって吸い込まれる場合の水流状況を、図面を参照して説明する。
【００２５】
図２及び図３は、水流の状況を模式的に示すもので、実線矢印は水の流れを示し、図２は偏流がなくポンプ吸込水槽１の側壁と平行に流れる平行流の場合、図３は偏流があり、側壁に沿って流れる水流に速度差がある場合を示す。
【００２６】
同図に示すように、水は水路１ａからポンプ吸込水槽１に導入され、導入された水は円筒状部材６の前部すなわち上流側に衝突する。円筒状部材６に衝突した水流は円筒状部材６で二つに分流され、衝突する円筒状部材６の上流側の水圧は高く、また、斜め上流側でも比較的高くなる。水はこの上流側の圧力の高い部分の孔８ａから多量に流入し、また、斜め上流側の比較的圧力の高い部分の孔８ｂからも比較的多量に流路７に流入するが、これらからずれた側壁に近い側の孔８ｃからも若干流入する。その他、ポンプ吸込水槽１内の水の流れは円筒状部材６の外周とポンプ吸込水槽１との側壁との間を流れ、ポンプ装置２の下流側へ向かう。この際、円筒状部材６の下流側外周では、水流は外周に沿って流れることができずに剥離する。この剥離した流れは円筒状部材６の下流側で旋回流となり、互いに内向きの渦を形成すると同時に圧力は円筒状部材６の上流側と比較して低圧になる。同時に、上流側の孔８ａ，斜め上流側の孔８ｂ及び側壁に近い側の８ｃから流路７内へ流入した流れは流路７に沿って流れ、下流側の孔８ａ´，斜め下流側の孔８ｂ´及び側壁に近い側の８ｃ´から流出して円筒状部材６の下流側の旋回流を乱し、渦の発生を防止する作用をする。
【００２７】
また、一般にポンプ吸込水槽１内の流速が速くなるほどポンプ装置２の下流側で強い渦が発生するが、一方で円筒状部材６の上流側で衝突する水の圧力も高くなるため流路７内へ流入する水量も多くなり、したがって円筒状部材６の下流側から強く流れ出ることによってより強く旋回流を乱し、ポンプ吸込水槽１内の水流に対応した渦の発生防止作用もより強くなる。
【００２８】
さらに、図３に示すように、ポンプ吸込水槽１で偏流が生じている場合には円筒状部材６の下流側で発生する旋回流も偏ることになるが、この場合でも旋回流の発生を防止できる。
【００２９】
すなわち、孔８は円筒状部材６の上流側のみならず斜め上流側及び側壁に近い側にも設けられているので、偏流が衝突する円筒状部材６の斜め上流側で圧力が高くなり、その部分の孔８ｂからの流路７内に流入する水量が多くなり、これに伴い、これと対称の位置にある下流側の孔８ｂ´から流出する水量も多くなる。したがって、図示のように、旋回流が偏って発生しても旋回流を乱す作用をして同様に渦の発生を防止できる。
【００３０】
本実施例によれば、平行流の場合のみならず、偏流の場合においても渦の発生を防止することが可能であり、したがって従来以上に水路の高流速化、省スペース化が可能となり、ポンプシステム全体として建設費を低減することができる。
【００３１】
図４は、本発明の第２の実施例に係わるポンプ装置の平面図である。
【００３２】
本実施例は、円筒状部材６の上流側及び下流側の孔と側壁に近い側の孔との開口比率を異にし、上流側及び下流側が上流側で側壁に近い側及び下流側の側壁に近い側より開口比率が大きいものである。
【００３３】
すなわち、円筒状部材６における孔８は、上流側の孔８ａから側壁に近い側の孔８ｃへ順次孔８の開口比率（開口している部分と開口していない部分との面積比率）を小さくし、同様に、下流側の孔８ａ´から側壁に近い側の孔８ｃ´へ順次孔８の開口比率を小さくしたものである。
【００３４】
本実施例によれば、側壁に近い側の孔８ｃ´からの水の流出は少なく、集中的に下流側の孔８ａ´からの水の流出を多くすることにより、旋回流の発生し易い下流側を乱すことによって、渦の発生を防止できる。
【００３５】
図５は、本発明の第３の実施例に係わるポンプ装置の部分側面図である。
【００３６】
本実施例は、円筒状部材６に水面と平行に多数のスリット９を設けたもので、材料の加工性もしくは設備上円形の孔加工が容易でない場合等に利用でき、同様の効果が得られる。
【００３７】
図６は、本発明の第４の実施例に係わるポンプ装置の部分側面図である。
【００３８】
本実施例は、円筒状部材６に水面と垂直に多数のスリット１０を設けたもので、第３の実施例と同様、材料の加工性もしくは設備上円形の孔加工が容易でない場合等に利用できる。
【００３９】
図７は、本発明の第５の実施例に係わるポンプ装置の部分側面図である。
【００４０】
本実施例は、円筒状部材６を円周方向（水平方向）に分割して数部材にし、上下の端部に折り曲げ部１１，１２を形成して取り付け易くしたもので、大きいために一部材では加工が困難である場合、もしくはポンプ吸込管４への取り付けが困難であるような場合に有効である。
【００４１】
図８は、本発明の第６の実施例に係わるポンプ装置の部分側面図である。
【００４２】
本実施例は、上下方向（垂直方向）に分割し数部材にしてポンプ吸込管４に取り付け易くしたもので、第５の実施例と同様、大きいために一部材では加工が困難である場合、もしくはポンプ吸込管４への取り付けが困難であるような場合に効果がある。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、渦発生防止装置の円筒状部材をポンプ吸込管の外周にポンプ吸込管とは間隔をおいて配置してポンプ吸込管と円筒状部材との間に流路を形成するとともに、円筒状部材の全周に孔を形成することにより、安定した運転を維持し、またポンプ吸込水槽の小形化、高流速化を可能とすることによって、ポンプシステム全体の建設費の低減ができる渦発生防止装置を備えるポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係わるポンプ装置で、（ａ）はポンプ吸込水槽内に設置された一部横断面を示すポンプ装置の平面図、（ｂ）はポンプ吸込水槽内に設置されたポンプ装置の部分側面図である。
【図２】水流の状況を模式的に示すもので、ポンプ吸込水槽で偏流がなく、ポンプ吸込水槽の側壁と平行に流れる平行流の場合を示す。
【図３】水流の状況を模式的に示すもので、ポンプ吸込水槽で偏流があり、ポンプ吸込水槽の側壁に沿って流れる水流に速度差がある場合を示す。
【図４】本発明の第２の実施例に係わるポンプ装置の平面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係わるポンプ装置の部分側面図である。
【図６】本発明の第４の実施例に係わるポンプ装置の部分側面図である。
【図７】本発明の第５の実施例に係わるポンプ装置の部分側面図である。
【図８】本発明の第６の実施例に係わるポンプ装置の部分側面図である。
【図９】ポンプ吸込水槽内にポンプ吸込管及びベルマウスを設置してポンプ装置を運転した場合の吸込口付近の渦の状況の説明図、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図１０】従来のポンプ吸込水槽内の渦発生防止装置の一例を示す。
【図１１】従来のポンプ吸込水槽内の水の流れ状況の説明図である。
【図１２】従来のポンプ吸込水槽内における渦の発生状況の説明図である。
【図１３】従来のポンプ吸込水槽内における渦の発生状況の説明図である。
【符号の説明】
１，３２…ポンプ吸込水槽，１ａ…水路
２…ポンプ装置
３，３１…ベルマウス（吸込口）
４，３０…ポンプ吸込管
５…羽根車
６…円筒状部材
７…流路
８，８ａ，８ａ´，８ｂ，８ｂ´，８ｃ，８ｃ´…孔
９，１０…スリット
１１，１２…折り曲げ部
３３，３４…渦防止板
【図１】
0003882409.tif 000002
【図２】
0003882409.tif 000003
【図３】
0003882409.tif 000004
【図４】
0003882409.tif 000005
【図５】
0003882409.tif 000006
【図６】
0003882409.tif 000007
【図７】
0003882409.tif 000008
【図８】
0003882409.tif 000009
【図９】
0003882409.tif 000010
【図１０】
0003882409.tif 000011
【図１１】
0003882409.tif 000012
【図１２】
0003882409.tif 000013
【図１３】
0003882409.tif 000014