(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケーシング内にポンプ軸によって回転駆動される羽根車を設置し、羽根車を回転駆動することでポンプケーシングの吸込側から液体を吸い込んで吐出側から吐き出す構造のポンプにおいて、
前記ポンプ軸と機械的に連結されて駆動される空気圧送装置と、空気圧送装置の圧送空気をポンプケーシング内に導く空気供給管とを具備してなる空気注入装置を設置することで、前記ポンプケーシング内に空気を強制的に供給することを特徴とする空気注入装置付きポンプ。
【請求項２】
空気供給管の途中に空気供給弁を接続したことを特徴とする請求項１記載の空気注入装置付きポンプ。
【請求項３】
空気圧送装置をポンプケーシングに取り付けたことを特徴とする請求項１又は２記載の空気注入装置付きポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気注入装置付きポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、雨水、汚水等を排水するポンプ設備において、先行待機運転、即ち多量の降雨が発生したとき、ポンプ設備への雨水、汚水等の流入が始まる前にポンプを始動（空運転）しておき、雨水、汚水等の急激な流入に対して遅滞なく排水を行なう運転方法が用いられている。
【０００３】
図４はこの種の運転を行う立形ポンプの一例を示す図である。同図に示すようにポンプ軸１０５を立てて設置する立形ポンプは、吐出エルボ１１４の下に吊り下げ管１０６と吐出ボウル１０７と羽根車ケーシング１２０と吸込ベルマウス１０９とを取り付けてなるポンプケーシング内に羽根車１０８を設置し、羽根車１０８を回転駆動することでポンプケーシングの吸込側から液体を吸い込んで吐出側から吐き出す構造に構成されている。またポンプケーシングのポンプ軸１０５が外部に突出する部分には、ポンプケーシング内部から液体が流出するのを防ぐための軸封部１２５が設けられている。
【０００４】
そして吸込ベルマウス１０９に空気供給口１１０を設けて空気供給管１１１の一端を取り付け、その他端をポンプの吸込水位よりも高い位置に引き上げて開口しておく。
【０００５】
そして回転している羽根車１０８よりも吸込水面が低く、排水をしていない待機運転の状態でポンプ吸込水槽１２１内に雨水、汚水が流入して吸込水面が上昇を始め、羽根車１０８まで水位が上昇して排水運転を始めると、吸込ベルマウス１０９内が負圧になるので空気供給管１１１の開口から空気が自動的に吸い込まれて吸込ベルマウス１０９内に供給され気水混合運転が行われる。ポンプは負圧による空気の流入量に見合った少ない吐出量で排水運転を行うことができる。
【０００６】
ポンプ吸込水槽１２１の水位が更に上昇すると吸込ベルマウス１０９内の圧力も上昇して正圧となるので空気供給管１１１から空気を吸い込まなくなり、ポンプは定格運転となる。
【０００７】
排水が進んでポンプ吸込水槽１２１の水位が低下するのに従って吸込ベルマウス１０９内の圧力も徐々に低下し、更に水位が低下して負圧になると空気供給管１１１の開口から空気が自動的に吸い込まれて気水混合運転を行うようになり、更に水位が低下するとポンプケーシング内の水が落下してポンプが揚水をしない運転になる。
【０００８】
しかしながら立形ポンプを設置したポンプ吸込水槽１２１には、雨水、汚水とともに流入してくるゴミが立形ポンプの吸込ベルマウス１０９に設けた空気供給口１１０を塞いだり、気水混合運転で排水量が少ない時には羽根車１０８内の水の流れが循環流れとなるため吸込ベルマウス１０９中央部では水は羽根車１０８に向って流れ、外周部では吸込ベルマウス１０９に沿って羽根車１０８からポンプ吸込水槽１２１に向って流れるため、空気の流入が阻害されるという問題点があった。
【００１０】
一方横形ポンプでは、従来上記立形ポンプに取り付けたような空気供給管は取り付けておらず、ポンプの吸込水位が上昇してキャビテーション発生の恐れがなくなってからポンプを運転開始し、ポンプを運転して排水が進み吸込側の水位が低下してキャビテーションを発生する水位になるとポンプを停止していた。
【００１１】
しかしながら横形ポンプで排水が進み、吸込側の水位が低下してキャビテーションを発生する水位になっても排水運転を継続したいという要望があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、ゴミやポンプ内部の循環流れによって空気の流入が阻害されない空気注入装置付きポンプを提供することにある。
【００１３】
また本発明の目的は、横形ポンプで排水が進み、吸込側の水位が低下してキャビテーションを発生する水位になっても排水運転を継続できる空気注入装置付きポンプを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明は、ポンプケーシング内にポンプ軸によって回転駆動される羽根車を設置し、羽根車を回転駆動することでポンプケーシングの吸込側から液体を吸い込んで吐出側から吐き出す構造のポンプにおいて、前記ポンプ軸と機械的に連結されて駆動される空気圧送装置と、空気圧送装置の圧送空気をポンプケーシング内に導く空気供給管とを具備してなる空気注入装置を設置することで、前記ポンプケーシング内に空気を強制的に供給することを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、空気供給管の途中に空気供給弁を接続したことを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、空気圧送装置をポンプケーシングに取り付けたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明を立形斜流ポンプに適用した一実施形態を示す概略断面図である。同図に示すようにこの立形斜流ポンプは、吐出エルボ１４の下に吊り下げ管６と吐出ボウル７と羽根車ケーシング２０と吸込ベルマウス９とからなるポンプケーシング内に羽根車８を設置し、ポンプケーシングの上方に設置した原動機（駆動手段）３の出力を減速機２を介してポンプ軸５及びこれに固定した羽根車８を回転駆動することでポンプケーシングの吸込側（吸込ベルマウス９側）から液体を吸い込んで吐出側（吐出エルボ１４側）から吐き出す構造に構成されている。なお１３はベースである。
【００２０】
そして本実施形態においては、減速機２に一体に組み込まれることで減速機２と機械的に連結されて（即ちポンプ軸５と機械的に連結されて）駆動される空気圧送装置１と、空気圧送装置１の吐出口と吸込ベルマウス９に設けた空気供給口１０とを接続する空気供給管１１とによって構成される空気注入装置を設けている。空気供給管１１の途中には空気供給弁１５が接続されている。
【００２１】
空気供給弁１５は原動機３が運転している状態でポンプ吸込水槽２１内の水位が規定水位以下あるいはポンプ吸込ベルマウス９内の圧力が規定値以下であるという条件のときに通電されて空気圧送装置１の吐出口とポンプ吸込ベルマウス９に設けた空気供給口１０との間を接続して空気供給口１０に空気を圧送・供給するように図示しない制御手段によって制御されている。それ以外のときは空気供給弁１５への通電を停止して、空気圧送装置１の吐出口と大気とを接続して空気供給口１０への空気の圧送・供給を停止する。図１の空気供給弁１５のシンボルは空気供給弁１５が停電で空気圧送装置１からの圧送空気が大気中に無負荷放出している状態を示している。なおポンプ吸込水槽２１内の水位の測定は図示しない水位センサによって行ない、ポンプ吸込ベルマウス９内の圧力の測定は図示しない圧力センサによって行なう。
【００２２】
そして多量の降雨が発生したとき、ポンプ場への雨水、汚水の流入が始まる前に原動機３を始動してポンプを運転し、ポンプ場に雨水、汚水が流入して水位が上昇して羽根車８の高さに達したならばそのまま排水運転を開始する。
【００２３】
即ち吸込水位が上昇を続け羽根車８の下端よりも高くなると羽根車８は水を上方に押し上げ排水を開始するが、このときは空気供給口１０から空気が圧送・供給されているので羽根車８は気水混合運転となり、ポンプの排水量は流入空気の量に見合った小流量となってポンプ負荷も軽減される。またこのときはポンプ吸込水槽２１の水位が低いのでポンプの吸込揚程が大きくキャビテーションを発生しているが、空気の流入でキャビテーションによる騒音や振動が軽減される。
【００２４】
そして雨水、汚水の流入が継続してポンプ吸込水槽２１の水位が上昇して規定水位に達すれば、空気供給弁１５が閉じ空気の供給が止められポンプは定格運転を開始する。
【００２５】
排水が進んでポンプ吸込水槽２１の水位が規定値まで低下すると、実揚程の増加によってポンプ駆動動力が大きくなり、また吸込水位の低下によってポンプ吸込圧力が低下してキャビテーションを発生するが、水位が規定値まで低下したことは図示しない水位センサや圧力センサからの水位信号あるいはポンプ吸込ベルマウス９内の圧力信号によって検出されこれによって空気供給弁１５に通電して空気の圧送・供給を開始しポンプを気水混合運転にする。
【００２６】
さらに水位が低下して羽根車８よりも低くなると供給されている空気によってポンプケーシング内の水が落下して羽根車８が大気中で回転する大気運転（空運転）になる。そして排水が終了し、再び雨水、汚水の流入する恐れがなくなれば原動機３を停止して排水運転を終了する。
【００２７】
図２は本発明の参考例にかかる立形軸流ポンプを示す概略側面図である。同図に示す参考例において図１に示す実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。この参考例において図１に示す実施形態と相違する点は、空気圧送装置１の駆動を減速機２（即ちポンプ軸５）と機械的に連結して行なうのではなく、空気圧送装置１をポンプと独立した空気圧送装置駆動原動機（駆動手段）１９で駆動するように構成した点である。この参考例の場合、図１に示す実施形態で用いた空気供給弁１５を使用せず、空気を圧送するときには空気圧送装置駆動原動機１９を始動し、空気の供給を止める場合は空気圧送装置駆動原動機１９を停止するようにしている。もちろん空気供給弁１５を使用して空気圧送装置駆動原動機１９を駆動したままの状態で空気供給弁１５を切り換えて空気供給口１０への空気の供給・停止を行なっても良い。
【００２８】
図３は本発明を横形斜流ポンプに適用した実施形態を示す概略断面図である。同図に示す実施形態において図１に示す実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。この実施形態にかかる横形斜流ポンプは、ポンプケーシング内にポンプ軸５を横置きに設置し、ポンプ軸５の先端近傍に固定した羽根車８を回転駆動することで、下方向に折り曲げてなるポンプケーシングの吸込口１７から吸い込んだ水を吐出口１６から排水するように構成されている。なおポンプ軸５の羽根車８の反対側には図１に示すと同様に減速機と原動機が接続されているが、同図ではその記載を省略している。なお１２はポンプ軸５の端部を軸支する水中軸受である。
【００２９】
この実施形態においては、巻掛け伝導装置１８によってポンプ軸５に機械的に連結されて駆動される空気圧送装置１と、空気圧送装置１の吐出口とポンプケーシングの羽根車８の吸込側に設けた空気供給口１０とを接続する空気供給管１１とによって構成される空気注入装置を設けている。空気供給管１１の途中には図１に示す実施形態と同様の空気供給弁１５が接続されている。なお空気圧送装置１はポンプケーシングを構成する吸込エルボ２４に取り付けられている。
【００３０】
そしてこの横形ポンプの場合は、まず図示しない真空ポンプでポンプケーシング内の空気を排除してポンプケーシング内を満水にしておき、ポンプ吸込水槽の水位が上昇して規定水位に達するとこれを図示しない水位センサが検出してポンプを始動する。規定水位を定格水位よりも低く設定してある場合にはポンプ始動後に空気圧送装置１から空気供給口１０内に空気を圧送・供給してキャビテーションによる音、振動を軽減する。規定水位に達すれば空気圧送装置１からの空気の供給を停止してポンプの定格運転を行う。排水が進んでポンプ吸込水槽内の水位が低下すると上記立形ポンプの場合と同じ制御を行う。
【００３１】
従来、横形ポンプはポンプ吸込水槽の水位が運転可能水位になると真空ポンプでポンプケーシング内に呼び水をしてからポンプを始動し、排水が進んで定格水位まで低下するとポンプを停止していたが、本発明によってポンプ吸込水槽内の水位が定格水位よりも低い水位でも気水混合運転を行わせてキャビテーションによる音や振動の発生を抑えることができるので、従来よりも低水位まで運転できるようになる。
【００３２】
また上記実施形態では空気圧送装置１をポンプケーシングに取り付けたので、空気圧送装置１並びに圧縮された空気は揚水によって冷却され、好適である。なおこの空気圧送装置１自体をポンプケーシングに取り付けて冷却する構成は、図１，図２に示す実施形態に適用しても良い。
【００３３】
図５は本発明のさらに他の参考例を示す概略断面図である。同図に示す参考例において図１に示す実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。この参考例において図１に示す実施形態と相違する点は、空気供給管１１を軸封部２５に接続することによって空気圧送装置１の圧縮空気を軸封部２５に供給するように構成した点のみである。
【００３４】
ここで図６は軸封部２５の要部拡大概略断面図である。同図に示す軸封部２５はグランドパッキンの中央に前記空気供給管１１を接続している。なお軸封部２５の構造はグランドパッキン式に限定されるものではなく、メカニカルシール式、ラビリンス式等、他の各種パッキン・シール構造が適用できる。
【００３５】
このように構成して例えばポンプケーシング内で揚水が開始された際に空気圧送装置１から図６に示すように軸封部２５内に空気を圧入・供給すると、軸封部２５内の圧力が低下し、このためポンプケーシング内の揚水が軸封部２５から外部に漏れることがなくなる。従ってこの立形ポンプを汚水の揚水に使用する場合でも、汚水は軸封部２５から漏れないので衛生面が改善され悪臭がなくなる。また地下式の場合、床排水ポンプが不要となる。
【００３６】
図７は本発明のさらに他の実施形態を示す概略側面図である。同図に示す実施形態において図２に示す参考例と相違する点は、空気圧送装置１を原動機３の駆動軸のポンプの反対側の軸端に取り付けた点と、図１に示す空気供給弁１５を空気供給管１１の途中に取り付けた点である。このように構成すれば、装置のコンパクト化が図れる。
【００３７】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【００３８】
例えば本発明を適用するポンプの種類・構造は上記各実施形態のものに限定されるものではなく、他の種々の種類・構造のポンプであってもよい。要はポンプケーシング内に羽根車を設置し、羽根車を回転駆動することでポンプケーシングの吸込側から液体を吸い込んで吐出側から吐き出す構造のポンプであればよい。また空気注入装置の構造も種々の変形が可能であることは言うまでもなく、要はポンプ羽根車の吸込側のポンプケーシング内に空気を強制的に供給する構造であれば良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば以下のような優れた効果を有する。▲１▼ポンプ羽根車の吸込側のポンプケーシング内に空気を強制的に供給する空気注入装置を設けたので、ゴミやポンプ内部の循環流れによってポンプケーシング内への空気の流入が阻害されることはなく確実に規定量の空気を供給でき、ポンプの気水混合運転を確実に行うことができる。
【００４０】
▲２▼空気を空気圧送装置によってポンプ羽根車の吸込側のポンプケーシング内に圧送するので、空気供給管の配管径を細くすることができ、ポンプ設備のコンパクト化が図れる。
【００４１】
▲３▼横形ポンプで排水が進み、吸込側の水位が低下してキャビテーションを発生する水位になっても排水運転を継続できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を立形斜流ポンプに適用した一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】  本発明の参考例にかかる立形軸流ポンプを示す概略側面図である。
【図３】本発明を横形斜流ポンプに適用した実施形態を示す概略断面図である。
【図４】従来の立形ポンプの一例を示す図である。
【図５】  本発明のさらに他の参考例を示す概略断面図である。
【図６】軸封部２５の要部拡大概略断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態を示す概略側面図である。
【符号の説明】
１  空気圧送装置
２  減速機
３  原動機（駆動手段）
５  ポンプ軸
６  吊り下げ管
７  吐出ボウル
８  羽根車
９  ポンプ吸込ベルマウス
１０  空気供給口
１１  空気供給管
１２  水中軸受
１３  ベース
１４  吐出エルボ
１５  空気供給弁
１６  吐出口
１７  吸込口
１８  巻掛け伝導装置
１９  空気圧送装置駆動原動機（駆動手段）
２０  羽根車ケーシング
２１  ポンプ吸込水槽
２４  吸込エルボ
【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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