(57)【要約】【課題】立軸ポンプまたは横軸ポンプにおいて、水中渦の発生を抑制しつつ、低流量域での軸動力の増大をも抑制する。【解決手段】立軸ポンプまたは横軸ポンプの周囲において渦流の発生を抑制するための渦流抑制装置は、立軸ポンプまたは横軸ポンプの吸込ベルマウスの直下を横切るとともに吸込水槽の底面から突出するように、底面に配置するための渦流抑制部を備える。渦流抑制部は、固定部と可動部とを備える。可動部は、吸込ベルマウスの内径をＤＳとし吸込ベルマウスの入口径をＤＢとしたときに吸込ベルマウスの軸線を通る位置からＤＳ／２≦Ｒ≦ＤＢ／２を満足する半径Ｒ以内の範囲に設けられ、可動部上面が固定部上面よりも吸込水槽の底面側に位置することができるように軸線の方向に移動可能に構成される。渦流抑制装置は、さらに、可動部を移動させるように構成されたアクチュエータを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立軸ポンプまたは横軸ポンプの周囲において渦流の発生を抑制するための渦流抑制装置であって、
前記立軸ポンプまたは前記横軸ポンプの吸込ベルマウスの直下を横切るとともに吸込水槽の底面から突出するように、前記底面に配置するための渦流抑制部を備え、
前記渦流抑制部は、固定部と可動部とを備え、
前記可動部は、
前記吸込ベルマウスの内径をＤＳとし前記吸込ベルマウスの入口径をＤＢとしたときに前記吸込ベルマウスの軸線を通る位置からＤＳ／２≦Ｒ≦ＤＢ／２を満足する半径Ｒ以内の範囲に設けられ、
可動部上面が固定部上面よりも前記吸込水槽の底面側に位置することができるように前記軸線の方向に移動可能に構成され、
前記渦流抑制装置は、さらに、前記可動部を移動させるように構成されたアクチュエータを備える
渦流抑制装置。
【請求項２】
請求項１に記載の渦流抑制装置であって、
前記可動部は、前記可動部上面が前記固定部上面と同一の高さになる位置と、前記可動部上面が固定部底面と同一の高さになる位置と、の間で移動可能に構成された
渦流抑制装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の渦流抑制装置であって、
さらに、前記立軸ポンプまたは横軸ポンプの流量、または、該流量と相関を有する情報を取得するように構成されたセンサと、
前記アクチュエータの動作を制御するように構成された制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記センサによる検出結果に基づいて、前記流量が所定値以上の場合に前記可動部が第１の位置に位置し、前記流量が前記所定値未満の場合に前記可動部が前記第１の位置よりも前記吸込水槽内底面側の第２の位置に位置するように、前記アクチュエータを制御するように構成された
渦流抑制装置。
【請求項４】
ポンプシステムであって、
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の渦流抑制装置と、
前記吸込ベルマウスを備える前記立軸ポンプまたは横軸ポンプと
を備えるポンプシステム。
【請求項５】
ポンプ設備であって、
請求項４に記載のポンプシステムと、
前記吸込水槽と
を備えるポンプ設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立軸ポンプまたは横軸ポンプの周囲において渦流の発生を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水機場などで設置される立軸ポンプまたは横軸ポンプでは、吸込水槽の壁面側から吸込ベルマウスの吸込口に向かう水中渦が発生し、ポンプの性能を低下させたり、振動の要因となったりすることが知られている。このような水中渦を防止するために、吸込ベルマウスの下方に渦流防止板を設置する技術が開発されている（例えば、下記の特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２０５７９号公報
【特許文献２】実開昭６３−６００９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の技術には、改善の余地がある。具体的には、立軸ポンプまたは横軸ポンプが低流量域で運転される場合（例えば、ポンプの起動時および停止直前）、インペラの入口からの逆流によって吸込ベルマウスと吸込水槽の底面との間に、下方に向かう旋回流が形成される。この旋回流は、低流量域での軸動力を低下させる作用を有している。しかしながら、上述の渦流防止板を設置すると、この旋回流の発生を抑制することになる。このことは、低流量域での軸動力を増大させることを意味する。軸動力の増大は、ポンプを駆動するためのモータ出力の増大につながり、コストおよび省エネルギーの観点から望ましくない。このため、水中渦の発生を抑制しつつ、低流量域での軸動力の増大をも抑制できる技術が提供されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の第１の形態によれば、立軸ポンプまたは横軸ポンプの周囲において渦流の発生を抑制するための渦流抑制装置が提供される。この渦流抑制装置は、立軸ポンプまたは横軸ポンプの吸込ベルマウスの直下を横切るとともに吸込水槽の底面から突出するように、底面に配置するための渦流抑制部を備える。渦流抑制部は、固定部と可動部とを備える。可動部は、吸込ベルマウスの内径をＤＳとし吸込ベルマウスの入口径をＤＢとしたときに吸込ベルマウスの軸線を通る位置からＤＳ／２≦Ｒ≦ＤＢ／２を満足する半径Ｒ以内の範囲に設けられ、可動部上面が固定部上面よりも吸込水槽の底面側に位置することができるように軸線の方向に移動可能に構成される。渦流抑制装置は、さらに、可動部を移動させるように構成されたアクチュエータを備える。
【０００７】
この渦流抑制装置は、ポンプの流量が大きいときには、可動部を相対的に高い位置に位置させ、ポンプの流量が小さいときには、可動部を相対的に低い位置に位置させるようにして、使用することができる。吸込水槽の壁面側から吸込ベルマウスの吸込口に向かう水中渦は流量が大きいときに発生するので、かかる渦流抑制装置によれば、このような水中渦の発生を、可動部が相対的に高い位置に位置する渦流抑制部によって、効率的に抑制す
ることができる。また、ポンプの流量が小さい際には、可動部が相対的に低い位置に退避するので、吸込ベルマウスと吸込水槽の底面との間に下方に向かう旋回流が発生する。換言すれば、下方に向かう旋回流の発生が渦流抑制部によって阻害される事象が発生しにくい。したがって、低流量域での軸動力の増大を抑制することができる。
【０００８】
本発明の第２の形態によれば、第１の形態において、可動部は、可動部上面が固定部上面と同一の高さになる位置と、可動部上面が固定部底面と同一の高さになる位置と、の間で移動可能に構成される。かかる形態によれば、第１の形態の効果を最大限に発揮することができる。
【０００９】
本発明の第３の形態によれば、第１または第２の形態において、渦流抑制装置は、さらに、立軸ポンプまたは横軸ポンプの流量、または、流量と相関を有する情報を取得するように構成されたセンサと、アクチュエータの動作を制御するように構成された制御部と、を備える。制御部は、センサによる検出結果に基づいて、流量が所定値以上の場合に可動部が第１の位置に位置し、流量が所定値未満の場合に可動部が第１の位置よりも吸込水槽内底面側の第２の位置に位置するように、アクチュエータを制御するように構成される。かかる形態によれば、流量に応じて、可動部の位置を自動的に制御することができるので、ユーザの利便性が向上する。
【００１０】
本発明の第４の形態によれば、ポンプシステムが提供される。このポンプシステムは、第１ないし第３の形態のいずれかの渦流抑制装置と、吸込ベルマウスを備える立軸ポンプまたは横軸ポンプと、を備える。かかるポンプシステムによれば、第１ないし第３の形態と同様の効果を奏する。
【００１１】
本発明の第４の形態によれば、ポンプ設備が提供される。このポンプ設備は、第４の形態のポンプシステムと、吸込水槽と、を備える。かかるポンプ設備によれば、第４の形態と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例としてのポンプ設備の概略構成を示す図である。
【図２】渦流抑制装置の概略構成を示す正面図である。
【図３】渦流抑制装置の概略構成を示す平面図である。
【図４】水中渦が生じる様子を示す説明図である。
【図５】旋回流が生じる様子を示す説明図である。
【図６】変形例としての渦流抑制装置の概略構成を示す平面図である。
【図７】変形例としての渦流抑制装置の概略構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
Ａ．実施例：
図１は、本発明の一実施例としてのポンプ設備２０の概略構成を示している。ポンプ設備２０は、ポンプシステム２５と吸込水槽９０とを備えている。ポンプシステム２５は、立軸ポンプ３０と原動機３９と渦流抑制装置４０とを備えている。立軸ポンプ３０は、吊下管３１と、ポンプボウル３２と、吸込ベルマウス３３と、シャフト３４と、外軸受３５と、水中軸受３６と、インペラ３７とを備えている。鉛直方向に延在するシャフト３４は、外軸受３５と水中軸受３６とによって支承されている。このシャフト３４の下端には、ポンプボウル３２の内部においてインペラ３７が設けられている。シャフト３４の上端には、原動機台３９ａに据え付けられた原動機３９が連結されている。吊下管３１の内部には、立軸ポンプ３０の流量を検出するための流量センサ５０が取り付けられている。
【００１４】
ポンプ据付床９１には、ポンプ据付床９１を貫通するポンプ据付孔９２が形成されてお
り、その下方には、吸込水槽９０が配置されている。立軸ポンプ３０は、吊下管３１がポンプ据付孔９２から吸込水槽９０内に吊り下げられるように、ポンプ据付床９１上に据え付けられている。かかるポンプ設備２０では、原動機３９によって提供される駆動力によってシャフト３４が回転すると、同時にインペラ３７も回転し、吸込ベルマウス３３から上方に水が汲み上げられる。
【００１５】
渦流抑制装置４０は、渦流抑制部４１を備えている。渦流抑制部４１は、吸込水槽９０の壁面側から吸込ベルマウス３３の吸込口に向かう水中渦が発生することを抑制するために吸込水槽９０の底面９３上に設けられる。この渦流抑制部４１は、吸込ベルマウス３３の直下を横切るように設置されている。換言すれば、渦流抑制部４１は、吸込ベルマウス３３の軸線ＡＬと交わるとともに、吸込ベルマウス３３の径方向の全体に亘るように配置されている。渦流抑制部４１は、その高さの分だけ、底面９３から突出している。
【００１６】
図２は、渦流抑制装置４０の概略構成を示す正面図である。図３は、渦流抑制装置４０の概略構成を示す平面図である。図３に示すように、渦流抑制装置４０の渦流抑制部４１は、第１の対の固定部４２ａ，４２ｂと、第２の対の固定部４３ａ，４３ｂと、可動部４４と、を備えている。固定部４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂは、それらの位置が固定されており、可動部４４は、後に説明するように鉛直方向に移動可能に構成されている。図２に示すように、固定部４２ａは、略Ｌ字状に形成されている。固定部４２ａの略Ｌ字形状の立ち上がり部分は、吸込水槽９０の側壁に接触するように配置され、略Ｌ字形状の水平方向の部分は、立ち上がり部分から吸込ベルマウス３３が設置される領域に向けて延在している。図３に示すように、固定部４２ｂは、固定部４２ａと一直線に並ぶように、固定部４２ａと離間して設置されている。吸込ベルマウス３３の軸線ＡＬは、これらの第１の対の固定部４２ａ，４２ｂの間に位置している。第２の対の固定部４３ａ，４３ｂは、第１の対の固定部４２ａ，４２ｂと直交する方向に一直線に並ぶように互いに離間して設置されている。また、第２の対の固定部４３ａ，４３ｂは、吸込水槽９０の側壁から離間して設置されている。吸込ベルマウス３３の軸線ＡＬは、これらの第２の対の固定部４３ａ，４３ｂの間に位置している。
【００１７】
図３に示すように、固定部４２ａと固定部４２ｂとの間、および、固定部４３ａと固定部４３ｂとの間には、可動部４４が設置されている。可動部４４は、固定部４２ａと固定部４２ｂとの間、および、固定部４３ａと固定部４３ｂとの間をそれぞれ埋めるように、＋（プラス）字状に形成されている。この可動部４４は、吸込ベルマウス３３の内径をＤＳとし、吸込ベルマウス３３の入口径をＤＢとしたときに（図２参照）、吸込ベルマウス３３の軸線ＡＬを通る位置からＤＳ／２≦Ｒ≦ＤＢ／２を満足する半径Ｒ以内の範囲に配置されている。本実施例では、可動部４４の高さは、固定部４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂの高さと等しい（ただし、固定部４２ａの立ち上がり部分を除く）。
【００１８】
図２に示すように、渦流抑制装置４０は、さらにアクチュエータ６０を備えている。アクチュエータ６０は、可動部４４に接続されている。アクチュエータ６０を駆動することによって、可動部４４は、軸線ＡＬの方向に移動することができる。本実施例では、可動部４４は、その高さの分だけ軸線ＡＬの方向に移動することができる。図２では、可動部４４が移動可能な最も高い位置（以下、上方位置とも呼ぶ）、すなわち、固定部４２ｂの上面４５と、可動部４４の上面４７と、が同一の高さになる位置を実線で示している。また、可動部４４が移動可能な最も低い位置（以下、下方位置とも呼ぶ）、すなわち、可動部４４の上面４７と、固定部４２ｂの底面４６（換言すれば、吸込水槽９０の底面９３）と、が同一の高さになる位置を点線で示している。
【００１９】
図２に示すように、アクチュエータ６０には、制御部７０が接続されている。制御部７０は、ＣＰＵ、メモリなどを備えており、メモリに記憶されたプログラムを実行すること
によって、アクチュエータ６０の動作を制御する。制御部７０は、ソフトウェアに代えて、または、加えて、ハードウェア回路によってアクチュエータ６０の動作を制御してもよい。制御部７０は、流量センサ５０によって検出された流量が所定値以上の場合には、可動部４４が上方位置に位置するようにアクチュエータ６０を制御する。また、制御部７０は、流量が所定値未満の場合には、可動部４４が下方位置に位置するようにアクチュエータ６０を制御する。
【００２０】
上述したポンプ設備２０によれば、水中渦の発生を好適に抑制することができる。具体的には、立軸ポンプ３０の流量が大きい場合には、吸込ベルマウス３３の周囲から吸込ベルマウス３３に流入する流体が吸込水槽９０の形状などの影響で偏ると、図４に示すように、吸込水槽９０の壁面側から吸込ベルマウス３３の吸込口に向かう水中渦１１が発生する。ポンプ設備２０によれば、このような水中渦１１の発生を、可動部４４が上方位置に配置された渦流抑制部４１によって抑制することができる。また、ポンプ設備２０によれば、低流量域で発生する下方に向かう旋回流を好適に発生させることができる。具体的には、低流量域では、図５に示すように、インペラ３７の入口からの逆流１２によって、吸込ベルマウス３３と吸込水槽９０の底面との間に下方に向かう旋回流１３が発生する。可動部４４が上方位置に配置されていると、このような旋回流１３の発生が渦流抑制部４１によって抑制され、軸動力の増大をもたらす。しかしながら、ポンプ設備２０によれば、立軸ポンプ３０の流量が小さい場合には、可動部４４が下方位置まで退避するので、旋回流１３の発生が抑制されにくくなる。その結果、低流量域での軸動力の増大を抑制することができる。
【００２１】
この説明からも明らかなように、上述の所定値（可動部４４の位置を変えるための流量閾値）は、水中渦１１が発生し得るポンプ流量に基づいて決定することができる。例えば、水中渦１１は、立軸ポンプ３０が定格以上の運転を行う際に発生しやすいので、立軸ポンプ３０の定格流量が所定値として設定されてもよい。ただし、所定値は、ポンプ設備２０の仕様や稼働条件を考慮して、適宜設定されてもよい。
【００２２】
また、ポンプ設備２０によれば、可動部４４の上方位置は、固定部４２ｂの上面４５と、可動部４４の上面４７と、が同一の高さになる位置として設定され、可動部４４の下方位置は、可動部４４の上面４７と、固定部４２ｂの底面４６と、が同一の高さになる位置として設定されている。このため、水中渦１１の抑制効果および旋回流１３の発生が抑制されない効果を著しく奏する。ただし、上方位置および下方位置は、上方位置が下方位置よりも上方に位置するように適宜設定されてもよい。例えば、下方位置は、可動部４４の上面４７が、固定部４２ｂの上面４５と底面４６との間に位置するように設定されてもよい。こうしても、旋回流１３の発生が抑制されない効果をある程度奏することができる。
【００２３】
また、ポンプ設備２０によれば、可動部４４の位置が制御部７０によって自動制御されるので、ユーザの利便性が向上する。ただし、可動部４４の位置は、手動操作によって制御されてもよい。例えば、立軸ポンプ３０の締切起動や締切停止を行う際に、ユーザがアクチュエータ６０に動作指令を与えることによって可動部４４の位置が変更されてもよい。
【００２４】
Ｂ．変形例：
Ｂ−１．変形例１：
渦流抑制部４１の形状は、上述の例に限らず、立軸ポンプ３０の吸込ベルマウス３３の直下を横切るとともに吸込水槽９０の底面９３から突出する任意の形状とすることができる。図６および図７に渦流抑制部４１の変形例を示す。図６および図７において、実施例と同一の構成要素には、図３と同一の符号を付し、実施例と異なる点についてのみ説明する。図６に示す渦流抑制部１４１は、固定部４２ａ，４２ｂと可動部１４４とを備えてい
る。可動部１４４は、固定部４２ａ，４２ｂの間に配置され、固定部４２ａ，４２ｂとともに一直線に並ぶように配置されている。この渦流抑制部１４１は、固定部４３ａ，４３ｂを備えていない。図７に示す渦流抑制部２４１は、固定部４３ａ，４３ｂと可動部２４４とを備えている。可動部２４４は、固定部４３ａ，４３ｂの間に配置され、固定部４３ａ，４３ｂとともに一直線に並ぶように配置されている。また、渦流抑制部２４１は、固定部４２ａ，４２ｂに代えて、固定部２４２を備えている。固定部２４２は、実施例の固定部４２ａのうちの立ち上がり部分のみに相当する。これらのような構成であっても、実施例と同様の効果を奏する。
【００２５】
Ｂ−２．変形例２：
ポンプ設備２０は、流量センサ５０に代えて、流量と相関を有する種々のパラメータを取得するためのセンサを備えていてもよい。この場合、取得されたパラメータに基づいて、可動部４４の位置が制御されてもよい。こうしたパラメータは、例えば、原動機３９の出力であってもよい。
【００２６】
Ｂ−３．変形例３：
上述の実施形態は、吸込ベルマウスを備える横軸ポンプにも同様に適用可能である。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の組み合わせ、または、省略が可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１１…水中渦
１２…逆流
１３…旋回流
２０…ポンプ設備
２５…ポンプシステム
３０…立軸ポンプ
３１…吊下管
３２…ポンプボウル
３３…吸込ベルマウス
３４…シャフト
３５…外軸受
３６…水中軸受
３７…インペラ
３９…原動機
３９ａ…原動機台
４０…渦流抑制装置
４１，１４１，２４１…渦流抑制部
４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，２４２…固定部
４４，１４４，２４４…可動部
４５…固定部上面
４６…固定部底面
４７…可動部上面
５０…流量センサ
６０…アクチュエータ
７０…制御部
９０…吸込水槽
９１…ポンプ据付床
９２…ポンプ据付孔
９３…吸込水槽底面
ＡＬ…軸線
【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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【図７】
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