(57)【要約】【課題】低コストかつ簡素な構成および方法により、渦の発生によるポンプの空気吸込みを抑制するとともに高水位のときには大量の水を排水可能なポンプシステムを提供する。【解決手段】返水管（３０）には、返水バルブ（３１）が設けられており、吸水槽（２）の水位に応じて返水バルブ（３１）を制御するバルブ制御部（４０）を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水槽内の水を揚水するポンプと、
上記ポンプが揚水した水を吐出する吐出管と、
上記吐出管から分岐し、上記ポンプが揚水した水の少なくとも一部を上記吸水槽に返水可能に設けられた返水管と、を備えたポンプシステムの運転方法であって、
上記吸水槽の水位を検出する検出ステップと、
上記吸水槽の水位が予め定められた水位よりも低い場合に、上記ポンプが揚水した水の少なくとも一部を、上記吸水槽における渦発生領域に向けて上記返水管を介して返水する返水ステップと、を含んでいることを特徴とするポンプシステムの運転方法。
【請求項２】
上記返水ステップでは、上記吸水槽の水位の低下に伴って返水量を増加させることを特徴とする請求項１に記載のポンプシステムの運転方法。
【請求項３】
上記予め定められた水位は、予め検証した結果に基づいて定められた渦が発生する水位であることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプシステムの運転方法。
【請求項４】
吸水槽内の水を揚水するポンプと、
上記ポンプが揚水した水を吐出する吐出管と、
上記吐出管から分岐し、上記ポンプが揚水した水の少なくとも一部を上記吸水槽に返水可能に設けられた返水管と、を備えたポンプシステムであって、
上記吸水槽には、水位計が設けられており、
上記返水管は、上記吸水槽における渦発生領域に向けられており、
上記返水管には、返水バルブが設けられており、
上記吸水槽の水位に応じて上記返水バルブを制御するバルブ制御部を備えていることを特徴とするポンプシステム。
【請求項５】
上記吐出管から分岐し、上記ポンプが揚水した水の少なくとも一部を上記吸水槽の底部に向けて返水可能に設けられた底部返水管を備えており、
上記底部返水管には、底部返水バルブが設けられており、
上記バルブ制御部は、上記吸水槽の水位に応じて上記底部返水バルブを制御することを特徴とする請求項４に記載のポンプシステム。
【請求項６】
吸水槽内の水を揚水する既設ポンプと、上記既設ポンプが揚水した水を吐出する吐出管とを備えたポンプシステムにおいて、上記既設ポンプを新設ポンプに交換するポンプシステムのポンプ交換方法であって、
上記既設ポンプを上記新設ポンプに交換する交換ステップと、
上記吐出管に、上記吐出管の流路を分岐させ、上記新設ポンプが揚水した水の一部を、上記吸水槽における渦発生領域に向けて返水可能な返水管を増設する返水管増設ステップと、
上記吸水槽の水位に応じて上記返水管に設けられた返水バルブを制御するバルブ制御部を増設するバルブ制御部増設ステップと、を含むことを特徴とするポンプシステムのポンプ交換方法。
【請求項７】
試験または解析により上記渦発生領域を推定する推定ステップを含む、請求項６に記載のポンプシステムのポンプ交換方法であって、
上記返水管増設ステップでは、上記推定ステップで推定した上記渦発生領域に向けて返水可能なように、上記返水管を増設することを特徴とするポンプシステムのポンプ交換方法。
【請求項８】
上記推定ステップは、上記渦発生領域に渦が発生するときの水位を推定する水位推定ステップを含むことを特徴とする請求項７に記載のポンプシステムのポンプ交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプシステムの運転方法、ポンプシステム、およびポンプシステムのポンプ交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸水槽に貯留した雨水を揚水し、河川または海などに排水するために、立軸ポンプなどのポンプが用いられている。
【０００３】
ポンプにより吸水槽内の水を揚水する際、水面に渦が発生すると、ポンプが空気を吸い込んでしまい、ポンプ吐出量の低下、ポンプ振動による破損などの問題を生じる。
【０００４】
渦は、吸水槽の形状、ポンプ容量、吸水槽内の水位などに応じて所定の条件下で発生する。そのため、従来のポンプ場では、吸水槽の寸法は、渦の発生を防止することを考慮してポンプ容量に応じて設計されている。また、従来のポンプ場では、吸水槽の底面および側壁等に、渦の発生を防止するための渦流防止装置を設けることもあった。
【０００５】
近年、急な豪雨による吸水槽の水位の急激な上昇に対応するために、既設のポンプを大容量のポンプに交換することがある。吸水槽の形状を変更することなく、既設のポンプを大容量のポンプに交換した場合、渦の発生しない水位はポンプの交換前に比べて上昇するが、ポンプ場の運用上、ポンプの運転・停止水位は変更しないことが多い。そのため、ポンプ容量を考慮すると、吸水槽の水位が低い状態でポンプを運転する機会が多くなる。低い水位の状態でポンプを運転した場合、水面に渦が発生し易く、ポンプが空気を吸い込み易くなる。
【０００６】
また、吸水槽の底面に新たに渦流防止装置を設ける場合、一定期間ポンプを停止し排泥作業などの大がかりな作業を伴い、時間と手間がかかり、コストも高くなる。
【０００７】
特許文献１には、揚水管の外周に噴射ジェットを設け、揚水管内を流れる水の一部を噴射ジェットからポンプの吸込口付近の水面に向けて噴射する渦流発生防止装置が記載されている。
【０００８】
特許文献２は、吸水槽の天井にカメラを設けることにより画像認識によって渦を検出し、渦の発生に応じて、ポンプの外周部分に放射状に設けられた圧力水噴射孔から渦に向けて圧力水を噴射する渦吸込防止方法が記載されている。
【０００９】
特許文献１の渦流発生防止装置および特許文献２の渦吸込防止方法によれば、渦を崩壊させ、または渦の発生を防止することができ、ポンプの空気吸込みを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実開昭５６−７７６９９号公報（１９８１年６月２４日公開）
【特許文献２】特開平６−３１７２９９号公報（１９９４年１１月１５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、ポンプ場の状況を考えると、吸水槽内の水位が高いときには、渦は発生し難い。一方、吸水槽内の水位が高いので、より多くの水を排水する必要がある。
【００１２】
特許文献１の渦流発生防止装置では、吸水槽の水位にかかわらず、揚水管内を流れる水の一部を水面に向けて噴射するものであるため、吸水槽内の水位が高いときに十分な排水量が得られない。
【００１３】
特許文献２の方法では、渦を検出するために吸水槽の天井にカメラを設ける必要があり、ポンプシステムの製造コストが高くなる。
【００１４】
本発明は、上記の課題を鑑みなされたものであって、その目的は、低コストかつ簡素な構成および方法により、渦の発生によるポンプの空気吸込みを抑制するとともに高水位のときには大量の水を排水可能なポンプシステムの運転方法、ポンプシステム、およびポンプシステムのポンプ交換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明の態様１に係るポンプシステムの運転方法は、吸水槽内の水を揚水するポンプと、上記ポンプが揚水した水を吐出する吐出管と、上記吐出管から分岐し、上記ポンプが揚水した水の少なくとも一部を上記吸水槽に返水可能に設けられた返水管と、を備えたポンプシステムの運転方法であって、上記吸水槽の水位を検出する検出ステップと、上記吸水槽の水位が予め定められた水位よりも低い場合に、上記ポンプが揚水した水の少なくとも一部を、上記吸水槽における渦発生領域に向けて上記返水管を介して返水する返水ステップと、を含んでいることを特徴とする。
【００１６】
上記の方法によれば、吸水槽の水位に応じて、ポンプが揚水した水の少なくとも一部を、返水管を介して渦発生領域に向けて返水するという簡素な方法によって、吸水槽の水位に応じて、渦の発生を防止し、渦の発生によるポンプの空気吸込みを抑制するとともに高水位のときには大量の水を吸水槽から排水することができる。
【００１７】
本発明の態様２に係るポンプシステムの運転方法は、上記態様１において、上記返水ステップでは、上記吸水槽の水位の低下に伴って返水量を増加させる運転方法であってもよい。
【００１８】
渦は、吸水槽の水位が低いときに発生し易いが、上記の方法によれば、吸水槽の水位の低下に応じて返水量および吐出量を適切に調整することができるため、効果的に渦の発生を防止することができる。
【００１９】
本発明の態様３に係るポンプシステムの運転方法は、上記態様１または２において、上記予め定められた水位は、予め検証した結果に基づいて定められた渦が発生する水位である運転方法であってもよい。
【００２０】
上記の方法によれば、渦が発生し易い水位になったときに、返水管を介して渦発生領域に向けて返水することができる。そのため、渦の発生し易さに応じて返水量および吐出量を適切に調整することができる。
【００２１】
また、上記の課題を解決するために、本発明の態様４に係るポンプシステムは、吸水槽内の水を揚水するポンプと、上記ポンプが揚水した水を吐出する吐出管と、上記吐出管から分岐し、上記ポンプが揚水した水の少なくとも一部を上記吸水槽に返水可能に設けられた返水管と、を備えたポンプシステムであって、上記吸水槽には、水位計が設けられており、上記返水管は、上記吸水槽における渦発生領域に向けられており、上記返水管には、返水バルブが設けられており、上記吸水槽の水位に応じて上記返水バルブを制御するバルブ制御部を備えていることを特徴とする。
【００２２】
上記の構成によれば、吸水槽の水位に応じて返水バルブを制御することによって、吸水槽の水位に応じて吸水槽から揚水した水の少なくとも一部を渦発生領域に向けて返水し、渦の発生を防止することができる。
【００２３】
これにより、返水バルブが設けられた返水管およびバルブ制御部という低コストかつ簡素な構成によって、吸水槽の水位に応じて、渦の発生を防止し、渦の発生によるポンプの空気吸込みを抑制するとともに高水位のときには大量の水を吸水槽から排水することができる。
【００２４】
本発明の態様５に係るポンプシステムは、上記態様４において、上記吐出管から分岐し、上記ポンプが揚水した水の少なくとも一部を上記吸水槽の底部に向けて返水可能に設けられた底部返水管を備えており、上記底部返水管には、底部返水バルブが設けられており、上記バルブ制御部は、上記吸水槽の水位に応じて上記底部返水バルブを制御する構成であってもよい。
【００２５】
上記の構成によれば、吸水槽の水位に応じて底部返水バルブを制御することによって、吸水槽の水位に応じて吸水槽から揚水した水の少なくとも一部を渦発生領域に向けて返水することができる。
【００２６】
これにより、吸水槽の底面から発生する水中渦の発生によるポンプの空気吸込みを抑制することができる。また、吸水槽の底部に堆積した泥を巻き揚げ、ポンプが揚水する水とともに泥を吸い上げ、吐出管を介して吸水槽の外部に排出することができる。
【００２７】
また、上記の課題を解決するために、本発明の態様６に係るポンプシステムのポンプ交換方法は、吸水槽内の水を揚水する既設ポンプと、上記既設ポンプが揚水した水を吐出する吐出管とを備えたポンプシステムにおいて、上記既設ポンプを新設ポンプに交換するポンプシステムのポンプ交換方法であって、上記既設ポンプを上記新設ポンプに交換する交換ステップと、上記吐出管に、上記吐出管の流路を分岐させ、上記新設ポンプが揚水した水の一部を、上記吸水槽における渦発生領域に向けて返水可能な返水管を増設する返水管増設ステップと、上記吸水槽の水位に応じて上記返水管に設けられた返水バルブを制御するバルブ制御部を増設するバルブ制御部増設ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２８】
ポンプの交換によって、低水位の状態で運転する機会が増え、その結果、渦が発生する機会が増えるおそれがある。
【００２９】
しかしながら、上記の方法によれば、ポンプを交換する際に、返水バルブが設けられた返水管およびバルブ制御部を増設するという低コストかつ簡素な方法によって、吸水槽の水位に応じて、渦の発生によるポンプの空気吸込みを抑制するとともに高水位のときには大量の水を吸水槽から排水可能なポンプシステムとすることができる。
【００３０】
本発明の態様７に係るポンプシステムのポンプ交換方法は、試験または解析により上記渦発生領域を推定する推定ステップを含む、上記態様６のポンプシステムのポンプ交換方法であって、上記返水管増設ステップでは、上記推定ステップで推定した上記渦発生領域に向けて上記吸水槽に返水可能なように、上記返水管を増設するポンプ交換方法であってもよい。
【００３１】
上記の方法によれば、試験または解析により推定された渦発生領域に向けて返水可能な返水管を備えたポンプシステムとすることができる。これにより、効果的に渦の発生を防止することができる。
【００３２】
本発明の態様８に係るポンプシステムのポンプ交換方法は、上記態様７において、上記推定ステップは、上記渦発生領域に渦が発生するときの水位を推定する水位推定ステップを含んでいてもよい。
【００３３】
上記の方法によれば、渦が発生し易いときの吸水槽の水位を推定し、推定した結果に基づいて返水バルブを制御することができる。これにより、渦が発生し難いときの排水量を低下させることなく、効果的に渦の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、低コストかつ簡素な構成および方法により、渦の発生によるポンプの空気吸込みを抑制するとともに高水位のときには大量の水を排水可能なポンプシステム、ポンプシステムの運転方法、およびポンプシステムのポンプ交換方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態１に係るポンプシステムの要部の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るポンプシステムの運転状態と水位の関係を示すポンプシステムの側面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係るポンプシステムの要部の構成を示す側面図である。
【図４】本発明の実施形態３に係るポンプシステムの要部の構成を示す側面図である。
【図５】本発明の実施形態３に係るポンプシステムの運転状態と水位の関係を示すポンプシステムの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜２に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
＜ポンプシステムの構成＞
図１は、本実施形態のポンプシステムの要部の構成を示す側面図である。
【００３８】
ポンプシステム１は、吸水槽２内の水を外部に排水するためのものである。以下の説明では、吸水槽２内の水を吐出水槽３に送水するポンプシステム１について説明する。
【００３９】
ポンプシステム１は、ベルマウス１１を介して吸水槽２内の水を揚水するポンプ１０と、ポンプ１０が揚水した水を吐出水槽３に吐出する吐出管２０と、吐出管２０から分岐した管理運転用配管６０と、ポンプ１０を駆動するためのバルブ制御部４０と、吸水槽２の水位を検出するための水位計５０と、を備えている。
【００４０】
ポンプ１０として、例えば立軸ポンプを用いることができる。
【００４１】
管理運転用配管６０は、分岐部６２において吐出管２０から分岐しており、管路に管理運転用バルブ６１が設けられており、先端は吸水槽２に向けられている。
【００４２】
また、管理運転用配管６０の管路において、管理運転用バルブ６１の上流側から分岐した返水管３０が設けられている。
【００４３】
返水管３０の先端は吸水槽２の内部において、渦Ｓが発生し易い領域である渦発生領域に向けられており、これにより、返水管３０は、ポンプ１０が揚水した水の少なくとも一部を渦発生領域に向けて返水可能に設けられている。
【００４４】
なお、ポンプシステム１において、管理運転用配管６０は必須の構成ではなく、返水管３０は吐出管２０から分岐していてもよい。また、管理運転の際に返水管３０を管理運転用の配管として用いてもよい。
【００４５】
吐出管２０には吐出弁２１が設けられている。また、返水管３０には返水バルブ３１が設けられている。吐出弁２１および返水バルブ３１は、それぞれ、従来公知の様々な形式のものを用いることができ、全閉状態および全開状態の２つの状態を切り替え可能なものであってもよいし、開度を制御されることにより吐出管２０および返水管３０の流量を調整可能とするものであってもよい。
【００４６】
バルブ制御部４０は、水位計５０を用いて検出された吸水槽２の水位に応じて返水バルブ３１を制御する。また、バルブ制御部４０は、吸水槽２の水位に応じて吐出弁２１を制御し、さらにはポンプ１０の起動・停止などを制御するものであってもよい。
【００４７】
水位計５０の具体的構成は特に限定されず、フリクト式水位計、電極式水位計、および圧力式水位計など、如何なる形式の水位計であってもよいし、連続計測式の水位計および不連続計測式の水位計の何れであってもよいが、一般的な水位計である連続計測式の投込式水位計を好適に用いることができる。
【００４８】
＜渦発生領域＞
吸水槽２内の水をポンプ１０により揚水すると、吸水槽２内の水は、ポンプ１０に向けて流れる。このとき、水の流れの速さに応じて、渦（空気吸込渦）が発生することがある。渦は、水の流れが速い場合に発生し易いため、ポンプ１０の周囲の、水の流れが速くなるポンプ１０の近傍は渦が発生し易い渦発生領域となる。
【００４９】
返水管３０の先端は、上記のような渦発生領域に向けられており、渦発生領域に向けて返水することができる。これにより、渦発生領域における水の流れに乱れを生じさせることができ、その結果、渦の発生を防止することができる。
【００５０】
吸水槽２における渦発生領域の位置、および渦が発生するときの吸水槽２の水位は、予め、水槽実験、シミュレーション、試運転、実機運転などの検証により推定または求められる。例えば、具体的には、ターボ機械協会基準ＴＳＪＳ００２のポンプ吸込水槽モデル試験方法に基づく渦試験に基づいた、模擬の水槽を用いた試験やコンピュータによる解析により推定することができる。そのため、ポンプシステム１を設置する前に、予め試験やコンピュータによる解析により渦発生水位や渦発生領域を検証し推定しておき、ポンプシステム１を設置する際に、返水管３０の先端を、推定された渦発生領域に向けることが好ましい。
【００５１】
なお、返水管３０の先端にはノズルを設けてもよい。このノズルを選択することにより、正確に渦発生領域に向けて水を噴射することや、広範囲の渦発生領域に向けて水を噴射することができる。
【００５２】
例えば、返水管３０の先端に設けたノズルは、平面視において扇状に水を噴射するものであってもよい。また、返水管３０の先端に設けたノズルは、吸水槽２の水位に応じて噴射方向を変更することができる構成であってもよいし、所定の周期で回転することにより多方向に水を噴射するものであってもよい。これにより、より確実に渦発生領域に向けて返水することができ、より確実に渦の発生を防止することができる。
【００５３】
また、図１に示すように、返水管３０の先端部分は、渦発生領域の水面に対して斜め方向に向けられていることが好ましい。これにより、水面に対して斜め方向に水を噴射することができ、垂直に噴射する場合に比べて広範囲の水面に噴射水が入射するため、少量の水で効果的に渦発生領域における水の流れに乱れを生じさせることができる。
【００５４】
＜ポンプシステムの運転＞
図２は、本実施形態のポンプシステムの運転状態と水位の関係を示すポンプシステムの側面図である。
【００５５】
ポンプ１０は、図２に示すポンプ停止水位以上の予め決められた水位である起動水位以上のときに起動し、図中に付記するバルブ開閉状態に関する説明は、ポンプ起動中におけるバルブの開閉制御の一例を示す。なお、本実施例では、ポンプ起動水位は吸水槽高水位で説明する。
【００５６】
吸水槽２の水位が低い場合や、吸水槽２内のポンプ１０へ向かう水の流速が速い場合、さらに、偏流を生じた場合などに、水面から空気吸込渦が生じる。また、吸水槽２内のポンプ１０へ向かう水の流速が速い場合や、偏流を生じた場合などに、吸水槽２の壁面から水中渦が生じる。
【００５７】
ポンプシステム１は、吸水槽２の水位が低くなったときにバルブ制御部４０が返水バルブ３１を開状態とし、返水管３０を介して渦発生領域に向けて返水する。
【００５８】
以下、ポンプシステム１の運転方法について具体的に説明する。
【００５９】
ポンプシステム１の運転方法は、第一に、水位計５０を用いて吸水槽２の水位を検出する（検出ステップ）。そして、検出された水位に応じて、ポンプ１０が揚水した水の少なくとも一部を、返水管３０を介して渦発生領域に向けて返水する（返水ステップ）。
【００６０】
具体的には、図２に示すように、バルブ制御部４０は、吸水槽２の水位が水位ｈ１（予め定められた水位）以下になると、返水バルブ３１を開状態とする。また、水位が上昇して、吸水槽２の水位が水位ｈ１を超えて水位ｈ２まで上昇したとき、バルブ制御部４０は返水バルブ３１を閉状態とする。
【００６１】
ポンプシステム１は、このように返水バルブ３１を制御することによって、吸水槽２の水位に応じて、ポンプ１０が揚水した水の少なくとも一部を、返水管３０を介して渦発生領域に向けて返水する。これにより、渦の発生を防止し、ポンプ１０が渦を吸込むことを防止することができる。
【００６２】
また、図２に示すように、吸水槽２の水位が水位ｈ２まで上昇したときに返水バルブ３１を閉状態とすることにより、吸水槽２から吐出水槽３への送水量を多くし、吸水槽２内の水位の急激な上昇を抑制することができる。なお、このように返水バルブ３１の開閉に水位差を設けると、頻繁なバルブの開閉を防止することができ、バルブの故障、特にバルブの駆動部の故障を防止することができる。
【００６３】
水位ｈ１や渦発生領域の位置は、ポンプ場での試運転、実運転、水槽実験、およびシミュレーションなどの試験や解析によって予め渦が発生し易い水位や領域を検証した結果に基づいて設定することが好ましい。
【００６４】
上記のように返水バルブ３１を制御することによって、図２に示すように、水位が起動水位（ポンプ停止水位）以上で所定水位（ｈ１）以下のときに返水管３０から渦発生領域に向けて水を噴射し、水位が所定水位（ｈ２）以上のときには返水管３０から水を噴射しない。なお、水位ｈ１から水位ｈ２への水位上昇時には返水バルブ３１を開状態として水を噴射し、水位ｈ２に達すると返水バルブ３１を閉状態として水の噴射を止める。また、水位ｈ２から水位ｈ１へ水位下降時には返水バルブ３１は閉状態を維持して水を噴射せず、水位ｈ１に達すると返水バルブ３１を開状態として水を噴射する。
【００６５】
以上のように、返水バルブ３１を開状態として、ポンプ１０が吸水槽２から揚水した水の少なくとも一部を返水管３０から渦発生領域に向けて噴射することにより、渦の発生を防止し、渦の発生によるポンプの空気吸込みを抑制することができ、ポンプ吐出量の低下、ポンプ振動による破損などの問題を抑制することができる。
【００６６】
また、水位がｈ２より高い水位では、返水バルブ３１を閉状態として、ポンプ１０が吸水槽２から揚水した水をなるべく多く吐出水槽３に送水することにより、送水可能な最大限の水を吸水槽２から排水することができ、吸水槽２の水位上昇を抑えることができる。
【００６７】
つまり、ポンプシステム１によれば、返水バルブ３１が設けられた返水管３０およびバルブ制御部４０という低コストかつ簡素な構成によって、渦の発生によるポンプ１０の空気吸込みを抑制するとともに高水位のときには最大限の水を吸水槽２から吐出水槽３へ排水することができる。
【００６８】
また、ポンプシステム１は、吸水槽２の水位が低下して停止水位以下となったときに停止する。しかしながら、ポンプを停止すると、モータの過熱やエンジンへの冷却水送水などの理由で再び起動させるのに時間を要し、ポンプ停止後に急な豪雨があった場合にポンプの起動が間に合わず吸水槽から水が溢れるおそれがある。そのため、ポンプ１０の停止頻度は低いことが好ましい。
【００６９】
本実施形態のポンプシステム１によれば、吸水槽２の水位に応じて吸水槽２から吸水した水の少なくとも一部を吸水槽２に返水することができる。これにより、吸水槽２の水位の急激な低下を抑制し、ポンプ１０の停止頻度を低減することができるという効果も得られる。
【００７０】
なお、バルブ制御部４０は、返水バルブ３１の開閉状態を開状態および閉状態の２段階で制御可能な構成に限定されない。例えば、バルブ制御部４０は、返水バルブ３１の開度を調整可能な構成であってもよい。これにより、吸水槽２の水位に応じて返水量を調整し、吸水槽２の水位の低下に伴って返水量を増加させることができ、吸水槽２の水位をより安定させた状態でポンプシステム１を運転することができる。
【００７１】
＜ポンプの交換＞
本実施形態のポンプシステム１は、ポンプ１０および吐出管２０を備えた既設のポンプシステムを改修することによって構成してもよい。特に、既設のポンプを、より大容量のポンプ（新設ポンプ）に交換する機会に合わせて、ポンプシステムを改修するときのポンプ交換方法として採用することが好ましい。
【００７２】
このようなポンプ交換方法は、既設ポンプを新設ポンプに交換する工程（交換ステップ）と、吐出管２０の流路を分岐させて、新設ポンプが揚水した水の一部を、渦発生領域に向けて返水可能な返水管３０を増設する工程（返水管増設ステップ）と、返水管３０に設けられた返水バルブ３１を制御するバルブ制御部４０を増設する工程（バルブ制御部増設ステップ）と、を含む。
【００７３】
既設のポンプを大容量のポンプに交換した場合、既設ポンプの運転や停止の水位を変えずにポンプを運転したいという要望が多い。このように既設ポンプの運転や停止の水位に合わせると、新設大容量ポンプにとっては低水位の状態でポンプシステムを運転する機会が増えるため、渦発生領域に渦が発生する機会が増えることがある。
【００７４】
しかしながら、上述のポンプ交換方法によれば、ポンプを交換する際に、返水バルブ３１が設けられた返水管３０およびバルブ制御部４０を増設するという低コストかつ簡素な方法によって、渦の発生によるポンプの空気吸込みを抑制するとともに高水位のときには送水可能な最大限の水を吸水槽２から吐出水槽３へ排水可能なポンプシステム１とすることができる。
【００７５】
なお、このようなポンプ交換方法では、ポンプの交換に合わせて吐出管２０を交換してもよいし、吐出管２０を交換せずに既設のものを流用してもよい。
【００７６】
また、バルブ制御部４０を設置する工程では、既設のポンプシステムのバルブ制御部４０に返水バルブ３１を制御する機能を追加してもよいし、既設のポンプシステムのバルブ制御部を、返水バルブ３１を制御する機能を有するバルブ制御部４０に交換してもよい。なお、バルブ制御部４０は、ポンプ１０の起動・停止など、バルブ以外の制御機能を有していてもよい。
【００７７】
また、既設のポンプシステムに管理運転用配管６０が設けられている場合には、管理運転用配管６０から返水管３０を分岐させてもよいし、管理運転用配管６０を返水管３０として流用してもよい。これにより、返水管３０の増設に掛かる費用を抑えることができる。
【００７８】
また、ポンプ１０を交換する前に、水槽実験、シミュレーション、試運転、実機運転などの検証、具体的には、ターボ機械協会基準ＴＳＪＳ００２のポンプ吸込水槽モデル試験方法に基づく渦試験に基づいて、模擬の吸水槽を用いた試験やコンピュータによる解析をすることによって渦発生領域を推定し（推定ステップ）、推定された領域に返水管３０の先端を向けることが好ましい。これにより、試験や解析により推定された渦発生領域に向けて返水可能な返水管を備えたポンプシステムとすることができ、渦の発生によるポンプの空気吸込みを効果的に抑制することができる。
【００７９】
さらに、渦発生領域を推定する際、渦が発生するときの吸水槽２の水位を推定する（水位推定ステップ）ことが好ましい。これにより、渦が発生し易いときの水位に基づいてバルブ制御部４０を制御することができ、返水量および吐出量を適切に調整することができる。これにより、渦の発生によるポンプの空気吸込みを効果的に抑制することができる。
【００８０】
本実施形態では、推定ステップの一例として、模擬の吸水槽を用いた試験やシミュレーションで説明したが、渦発生領域と渦の発生水位が推定できる方法であれば、どのような方法で推定してもよい。
【００８１】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図３に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８２】
図３は、本実施形態のポンプシステムの要部の構成を示す側面図である。
【００８３】
図３に示すように、ポンプシステム１０１は、実施形態１のポンプシステム１と同じ構成に加えて、さらに、底部返水管７０を備えている。
【００８４】
底部返水管７０は、返水バルブ３１の下流で返水管３０から分岐しており、その先端は吸水槽２の底部に向けられている。より具体的には、底部返水管７０の先端は、ポンプ１０のベルマウス１１の直下において、吸水槽２の底部に向けられている。これにより、底部返水管７０は、ポンプ１０が揚水した水の少なくとも一部を吸水槽２の底部に向けて噴射することができる。なお、底部返水管７０の向ける先はベルマウス１１の直下に限らず、泥Ｍの滞留しやすい場所に向けてもよい。これにより、吸水槽２をよりきれいにすることができる。
【００８５】
本実施形態のポンプシステム１０１によれば、吸水槽の水位に応じて返水バルブ３１を制御することによって、吸水槽２の水位に応じて吸水槽２から揚水した水の少なくとも一部を、渦発生領域および吸水槽２の底部に向けて返水することができる。
【００８６】
これにより、渦発生領域における水の流れに乱れを生じさせることができ、その結果、渦の発生を防止することができる。
【００８７】
さらに、吸水槽２の底部に滞留した泥Ｍを巻き揚げ、ポンプ１０が揚水する水とともに泥Ｍを吸い上げ、吐出管２０を介して吸水槽２の外部に排出することができ、吸水槽２の底部を掃除することができる。また、吸水槽２の底面から発生する水中渦Ｓ１の発生によるポンプ１０の空気吸込みを抑制することができる。
【００８８】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図４〜図５に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８９】
図４は、本実施形態のポンプシステムの要部の構成を示す側面図である。
【００９０】
図４に示すように、ポンプシステム２０１は、実施形態１のポンプシステム１と同じ構成に加えて、さらに、底部返水管８０と底部返水バルブ８１とを備えているとともに、バルブ制御部４０に代えてバルブ制御部１４０を備えている。
【００９１】
底部返水管８０は、管理運転用配管６０から分岐しており、その先端は吸水槽２の底部に向けられている。底部返水管８０には、底部返水バルブ８１が設けられている。これにより、底部返水管８０は、ポンプ１０が揚水した水の少なくとも一部を吸水槽２の底部に向けて噴射することができる。
【００９２】
バルブ制御部１４０は、水位計５０を用いて検出された吸水槽２の水位に応じて返水バルブ３１および底部返水バルブ８１を制御する。また、バルブ制御部１４０は、吸水槽２の水位に応じて吐出弁２１を制御したり、ポンプ１０の起動停止を制御したりするものであってもよい。
【００９３】
＜ポンプシステムの運転＞
図５は、本実施形態のポンプシステムの運転状態と水位の関係を示すポンプシステムの側面図である。
【００９４】
図５に示すように、本実施形態のポンプシステム２０１は、バルブ制御部１４０が返水バルブ３１および底部返水バルブ８１を制御することによって、水位がポンプ停止水位以上のときには返水バルブ３１を開状態として底部返水バルブ８１を閉状態とすることによって返水管３０から渦発生領域に向けて水を噴射し、水位が第１所定水位以上のときには返水バルブ３１を閉状態として底部返水バルブ８１を開状態とすることによって底部返水管８０から吸水槽２の底部に向けて水を噴射する。
【００９５】
このように、本実施形態のポンプシステム２０１は、渦の発生する可能性の低い第１所定水位以上で底部に水を噴射している。このときには、返水バルブ３１を閉状態とすることによって、返水管３０からは水を噴射しない。
【００９６】
これにより、底部に向けて水を噴射することによってポンプ１０により吸い上げられた泥水を、返水管３０を介して吸水槽２に返水することなく、吐出管２０を介して吸水槽の外部に排出することができる。これにより、渦の発生する可能性の低い水位において効率的に吸水槽２の底部を掃除するとともに、渦の発生する水位では渦発生領域に向けて水を噴射することができる。なお、水中渦の発生が懸念される場合には、水位にかかわらず、底部返水バルブ８１を開状態にして水中渦の防止に利用してもよい。
【００９７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９８】
上記各実施形態の説明では、模擬の水槽を用いた試験として、ターボ機械協会ＴＳＪＳ００２（ポンプ吸込水槽モデル試験方法に基づく渦試験）を一例として挙げたが、本発明における試験方法は上記に限られず、他の試験方法を採用してもよい。
【００９９】
また、図１、図３および図４において、返水管３０の先端は水中にあり、返水管３０は水中から渦発生領域に向けて水を噴射するように図示しているが、水中からの噴射に限らず、水面上または水面から渦発生領域に向けて噴射してもよい。
【０１００】
上記各実施形態の説明では、ポンプ起動水位を吸水槽高水位で説明したが、ポンプの起動は手動で行うこともあり、どのような水位でポンプを起動してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、雨水を排水するためのポンプシステムとして利用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１、１０１、２０１  ポンプシステム
２  吸水槽
１０  ポンプ
２０  吐出管
３０  返水管
３１  返水バルブ
４０、１４０  バルブ制御部
７０、８０  底部返水管
８１  底部返水バルブ
【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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