(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井を有するポンプ吸込水槽と、このポンプ吸込水槽内に吸込口が開口して設置されたポンプと、前記ポンプ吸込水槽の上流にて開水路から天井を有する閉水路に移行したのち前記ポンプ吸込水槽に水を導入する水路と、前記開水路の上流から前記開水路から天井を有する閉水路への移行部に及び前記ポンプ吸込水槽近傍まで存在して前記閉水路の天井を支持し、前記閉水路を二つ以上に分割する分割壁とを設けたポンプ吸込水槽設備において、
前記ポンプの上流側で、前記ポンプから前記分割壁の後縁部までの区間のポンプ吸込水槽の天井部から、水路の一部を塞ぐ構造物を当該水路の幅方向に設けたことを特徴とするポンプ吸込水槽の渦発生防止装置。
【請求項２】
水路の一部を塞ぐ構造物は、該構造物の上流側の形状が構造物の下部端点を基点として上流側に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のポンプ吸込水槽の渦発生防止装置。
【請求項３】
水路の一部を塞ぐ構造物は、該構造物の上流側の傾斜角度が２５°〜６０°であることを特徴とする請求項２記載のポンプ吸込水槽の渦発生防止装置。
【請求項４】
水路の一部を塞ぐ構造物は、該構造物の上流側の形状が構造物の下部端点を基点として上流側に傾斜した傾斜面を有するとともに、ポンプ吸込水槽の側壁との接合部がテーパー形状面を形成して、水槽上流から該構造物にかけて水路の上部を絞ったことを特徴とする請求項２または３に記載のポンプ吸込水槽の渦発生防止装置。
【請求項５】
水路の一部を塞ぐ構造物とポンプ吸込水槽の側壁との接合部のテーパー形状は、そのテーパー形状とポンプ吸込水槽の側壁とのなす角度が水路上部から見て１５°〜４５°であることを特徴とする請求項４記載のポンプ吸込水槽の渦発生防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ吸込水槽の渦発生防止装置に係り、特に、水中渦の発生を防止するのに好適なポンプ吸込水槽の渦発生防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来技術を図６ないし図１０を参照して説明する。
図６は、従来のポンプ吸込水槽の課題を説明する略示断面図、図７は、従来の天井を有するポンプ吸込水槽の一形状を示す略示断面図、図８は、従来の遮水壁を有するポンプ吸込水槽の一形状を示す図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図、図９は、従来の分割壁を有するポンプ吸込水槽の課題を説明する図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図、図１０は、従来のポンプ吸込水槽の課題を説明する図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。
【０００３】
図６において、１Ａは、上流に開水路７を有する天井のないポンプ吸込水槽、２は、ポンプ吸込水槽１Ａ内にベルマウス３（吸込口）を開口して設置されたポンプで、このポンプ２は、例えばポンプ吸込管４がポンプ吸込水槽１Ａ内に直立する立軸ポンプである。
図６に示すポンプ吸込水槽１Ａ内にベルマウス３（吸込口）を開口して設置されたポンプ２を運転すると、ベルマウス３付近に渦を生じる場合がある。この渦の中心に空洞が発生すると、空気吸込渦１５，水中渦１６などと呼ばれる渦となり、これがポンプ２に振動，騒音などの悪影響を与える。
【０００４】
また、これらの渦は、一般にポンプ２のベルマウス３における流速Ｖｂ、水路もしくはポンプ吸込水槽１Ａにおける流速Ｖｓが大きくなるほど発生しやすく、ポンプ吸込水槽の省スペース化の妨げになっている。
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防止装置が使用されてきた。
【０００５】
図７に示すポンプ吸込水槽１は、天井１０を有し上流側に開水路７から閉水路６に移る水路を備えた構造のものである。ポンプ吸込管４下部で発生する渦に対して水槽底部から水槽終端壁部にかけて渦発生防止板１８が装備され、渦の発生を抑制していた。
また、ポンプ吸込水槽１の上流部に、開水路７から閉水路６に移行する如き屈曲部が在る場合は、例えば実公平１−３０６４０号公報に記載したように、図８に示す閉水路６の入口側最先端部に水路に直交する遮水壁１９を設け、ポンプ２のベルマウス３の口径とベルマウス３から遮水壁１９までの距離の比を１．１〜２．９とし、屈曲部によって生じる水路の幅方向の偏流に起因して発生する水中渦の発生を防止する等の手段があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記図７に示した設備では、ポンプ２の上流で水路の幅方向に強い流れの偏りが生じた場合は、ポンプ吸込管４の下部における流れの旋回が非常に強くなるために局所で渦が発生し、渦発生防止板１８では期待した渦防止効果が得られない場合があった。
【０００７】
また元来、ポンプ吸込水槽および吸込水路の形状は、例えば排水機場、プラントの立地条件に大きく左右され、水路の流れが理想的になるように形状を決定できることは稀である。上記図８に示した従来技術では、ポンプ吸込水槽１に水を導入する水路の閉水路６の部分が長い場合、すなわち開水路７から閉水路６への移行部とベルマウス３（ポンプ吸込口）までの距離がベルマウス３の口径の２．９倍以上であるときは渦発生防止板１８の効果が期待できない。また、閉水路６中に屈曲部がある場合は効果がないことは言うまでもない。
【０００８】
さらに、図９に示した従来技術のように、ポンプ吸込水槽１に水を導入する水路が分割壁９等により２つ以上に分割され、それぞれの水路の平均流速が上流の条件によつて異なっている場合は、遮水壁１９を設けてもそれぞれの水路の平均流速は殆ど変化せず、流速差を保ったままポンプ吸込水槽１に流入するので、結果としてポンプ吸込管４付近において強い旋回流れから空気吸込渦や水中渦１６が生じて渦防止効果が期待できない。
【０００９】
さらに、遮水壁１９の側面から見た断面形状が単に矩形で、ポンプ２と遮水壁１９との距離が近い場合は、図１０に示すように上流の開水路７からの偏流により遮水壁１９の近傍上流側で一部流れが淀み、淀みのある遅い流速と早い流速との間に、流速差による剪断流に基づく旋回流１７が生じ、それが空気吸込渦となつてポンプ２に吸い込まれる場合がある。これらの事が、更なるポンプ吸込水槽、水路の省スペース化、高流速化の妨げとなっていた。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するために為されたもので、本発明の目的は、天井があるポンプ吸込水槽においてポンプ近傍での渦の発生を防止し、安定したポンプの運転を維持し、且つポンプ吸込水槽の更なる小形化、高流速化を可能とし、設備全体の建設費を低減するポンプ吸込水槽の渦発生防止装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るポンプ吸込水槽の渦発生防止装置の第１の手段は、天井を有するポンプ吸込水槽と、このポンプ吸込水槽内に吸込口が開口して設置されたポンプと、前記ポンプ吸込水槽の上流にて開水路から天井を有する閉水路に移行したのち前記ポンプ吸込水槽に水を導入する水路と、前記開水路の上流から前記開水路から閉水路への移行部に及び前記ポンプ吸込水槽近傍まで存在して前記閉水路の天井を支持し、前記閉水路を二つ以上に分割する分割壁とを設けたポンプ吸込水槽設備において、前記ポンプの上流側で、前記ポンプから前記分割壁の後縁部までの区間のポンプ吸込水槽の天井部から、水路の一部を塞ぐ構造物を当該水路の幅方向に設けたものである。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係るポンプ吸込水槽の渦発生防止装置の第２の手段は、上記第１の手段において、水路の一部を塞ぐ構造物は、該構造物の上流側の形状が構造物の下部端点を基点として上流側に傾斜していることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成する第３の手段は、上記第２の手段において、水路の一部を塞ぐ構造物は、該構造物の上流側の傾斜角度が２５°〜６０°であることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成する第４の手段は、上記第２または第３の手段のいずれかにおいて、水路の一部を塞ぐ構造物は、該構造物の上流側の形状が構造物の下部端点を基点として上流側に傾斜した傾斜面を有するとともに、ポンプ吸込水槽の側壁との接合部がテーパー形状面を形成して、水槽上流から該構造物にかけて水路の上部を絞ったことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成する第５の手段は、上記第４の手段において、水路の一部を塞ぐ構造物とポンプ吸込水槽の側壁との接合部のテーパー形状は、そのテーパー形状とポンプ吸込水槽の側壁とのなす角度が水路上部から見て１５°〜４５°であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を図１ないし図５を参照して説明する。
〔実施の形態  １〕
図１は、本発明の第１の実施形態を示すポンプ吸込水槽の渦発生防止装置の図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。図中、図８と同一符号のものは従来技術と同等部分を示す。
【００１７】
図１において、１は、天井１０を有するポンプ吸込水槽、２は、ポンプ吸込水槽１内にベルマウス３（吸込口）を開口して設置されたポンプで、このポンプ２は、例えばポンプ吸込管４がポンプ吸込水槽１内に直立する立軸ポンプである。５は、ポンプ吸込管４内に設けた羽根車を示す。６は、天井１０を有する閉水路、７は、上部が開放された開水路である。
【００１８】
８は、天井側突出構造物で、この天井側突出構造物８は、ポンプ２の上流側の該ポンプ近傍のポンプ吸込水槽１もしくは閉水路６の天井１０部から水路の上部を塞ぐ構造物として、当該水路の幅方向に設けたものである。図１に示す天井側突出構造物８は、天井１０からの突出断面が矩形状のものである。
【００１９】
このように天井側突出構造物８を設けることで、ポンプ吸込水槽１上流の水路形状やその他の要因によって水路内に偏流が生じた場合でも、天井側突出構造物８の部分で水路が急縮され、縮流効果によってポンプ２の直前で偏流が整流される。その結果、ポンプ吸込管４の下部における旋回流れが抑制され、水路の平均流速が従来以上に増加しても渦の発生を防止することができる。
また、ポンプ吸込水槽１上流の閉水路６の距離が長い場合、閉水路６内に屈曲部等の偏流をもたらす要因がある場合でも、ポンプ２の上流側の近傍に天井側突出構造物８を設けることによつて渦防止効果を発揮することができる。
【００２０】
〔実施の形態  ２〕
図２は、本発明の第２の実施形態を示すポンプ吸込水槽の渦発生防止装置の図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。図中、図９と同一符号のものは従来技術と同等部分を示す。
図２に示す設備では、ポンプ２の上流で分割壁９が設けられている。この分割壁９は、開水路７から閉水路６への移行部からポンプ吸込水槽１近傍まで存在して、前記閉水路６を二つ以上に分割するものである。
【００２１】
このようなポンプ吸込水槽１において、本実施形態では、ポンプ吸込水槽１あるいは閉水路６の、ポンプ吸込管４から分割壁９の終端部までの区間に、天井１０から水路を一部塞ぐ天井側突出構造物８を水路の幅方向に設けた。分割壁９は、閉水路６の天井１０を支える目的で設けられる場合が多く、分割された２水路の上流側ではそれぞれ水門が設けられ、水路の流量を制御するとか、あるいは点検等の目的でポンプ運転中に片方の水門を閉める等の場合があり得る。
【００２２】
その場合は、分割されている２水路の流量に差が生じ、２水路の平均流速がＶ1，Ｖ2と異なり、その結果、ポンプ２直前の２水路の合流部では、水路幅方向に大きな偏流が生じて、ポンプ吸込管４の下部で強い旋回流の存在を促し、渦が発生しやすくなる。しかし、このような場合でも、図２のように天井側突出構造物８を設けることで、２水路の流量差に起因して生じる偏流が、水路急縮による縮流効果によってポンプ２の直前で整流される。その結果、ポンプ吸込管４の下部における旋回流れの強さが抑制され、２水路の平均流速Ｖ1，Ｖ2が従来以上に増加しても渦の発生を防止することができる。
【００２３】
〔実施の形態  ３〕
図３は、本発明の第３の実施形態を示すポンプ吸込水槽の渦発生防止装置の図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。図中、図２と同一符号のものは先の実施形態と同等部分を示す。
図３に示す設備が図２に示す実施形態と相違するところは、図２の天井側突出構造物８が天井１０からの突出断面が矩形状であったのに対し、図３に示す天井側突出構造物２１は、構造物の下部端点を基点として上流側に傾斜した傾斜面２１ａを有することである。
【００２４】
このようにすることで、水路上流から天井側突出構造物２１の下部端点までの水路断面変化が連続的となり、天井側突出構造物２１の上流近傍での流れの淀みが減少し、特に上流で偏流が生じている場合でも、図１０に示した旋回流１７のような渦を防止する事が可能となる。また、水路断面変化が連続的であるため、水路の抵抗が小さくなり、ポンプ２の運転に要する負荷を小さくすることができる。ここで、前記傾斜面２１ａの傾斜角度θ１は２５°〜６０°とすることでその効果を最大限に発揮できる。θ１が２５°未満では傾斜が急で傾斜面２１ａを形成した効果が乏しい。また、θ１が２５°を超える緩い傾斜では偏流に対し流れを均一化する効果がなくなるものである。
【００２５】
図４は、本発明の各実施形態における効果を説明する渦発生の限界水路流速の線図である。
図４の線図は、上記の渦発生防止効果を裏付けるために、上流に水路幅方向に偏流が生じている場合の天井側突出構造物の渦発生防止効果について実験を行った結果を示す。天井側突出構造物およびポンプの位置関係は全て同一である。また、ポンプ吸込管４の下部には渦発生防止板１８が設けられている。
【００２６】
図４の線図において、横軸は水路の幅方向の２水路の偏流の割合Ｖ１：Ｖ２、縦軸は渦が発生する限界となる限界水路流速Ｖｓをとり、実線は天井側突出構造物のない場合、大きい破線は天井側突出構造物（断面矩形）のある場合、一点鎖線は天井側突出構造物（傾斜有り）のある場合のそれぞれの限界水路流速Ｖｓである。
図４の線図では、それぞれの線より流速が大きい場合には水中渦が発生することを表わす。
【００２７】
上流での水路の幅方向の偏流の割合Ｖ１：Ｖ２が大きくなるほど、限界水路流速Ｖｓは小さくなる傾向にあり、水中渦が発生しやすくなる傾向にある。図４に明らかなように、それぞれ天井側突出構造物のない場合、矩形状の天井側突出構造物を設けた場合、天井側突出構造物の上流側に傾斜面を設けた場合の順に、水中渦発生限界水路流速Ｖｓが向上しており、天井側突出構造物の存在によって渦が発生し難くなっていることが判る。また、天井側突出構造物の傾斜角度θ１は２５°〜６０°の範囲で殆ど有意差がなかった。
【００２８】
以上の実験結果から従来以上にポンプ吸込水槽、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縮小することができる。
【００２９】
〔実施の形態  ４〕
図５は、本発明の第４の実施形態を示すポンプ吸込水槽の渦発生防止装置の図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。図中、図３と同一符号のものは先の実施形態と同等部分を示す。
図５に示す実施形態では、天井側突出構造物２２は、構造物の下部端点を基点として上流側に傾斜した傾斜面２２ａを有するとともに、ポンプ吸込水槽１の側壁との接合部がテーパー形状面２３を形成して、水路上流から天井側突出構造物２２にかけて水路の上部の流路を絞っている。
【００３０】
偏流の有無に関わらず、天井側突出構造物２２の上流近傍で発生する渦は殆どポンプ吸込水槽１の側壁付近で生じることが判っている。これは、天井側突出構造物２２と側壁とのコーナーにおいて流れの淀みが発生しやすく、流速差による剪断流れによって渦が発生するためである。そこで、天井側突出構造物２２の側壁とのコーナー部をテーパー形状面２３とすることで、天井側突出構造物２２の上流側近傍の水路側壁付近に生じる流れの淀みの発生を抑制し、水中渦の発生を防止することができる。
【００３１】
この天井側突出構造物２２と側壁とのコーナー部のテーパー形状は、天井側突出構造物の断面形状が矩形の場合でも傾斜角度が設けてある場合でも渦抑制効果が向上することは同じである。さらに、天井側突出構造物２２の側壁との接合部のテーパー形状面２３のテーパー角度θ２は、水路上部から見て１５°〜４５°のとき、最適な渦発生防止効果が得られる。θ２が１５°未満では傾斜が緩くテーパー形状面２３を形成した効果が乏しい。また、θ２が４５°を超える急な傾斜では、天井側突出構造物２２と側壁とのコーナーにおいて流れの淀みが発生しやすく、渦発生を抑制する効果がなくなるものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、天井があるポンプ吸込水槽においてポンプ近傍での渦の発生を防止し、安定したポンプの運転を維持し、且つポンプ吸込水槽の更なる小形化、高流速化を可能とし、設備全体の建設費を低減するポンプ吸込水槽の渦発生防止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の実施形態を示すポンプ吸込水槽の渦発生防止装置の図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すポンプ吸込水槽の渦発生防止装置の図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示すポンプ吸込水槽の渦発生防止装置の図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。
【図４】本発明の各実施形態における効果を説明する渦発生の限界水路流速の線図である。
【図５】本発明の第４の実施形態を示すポンプ吸込水槽の渦発生防止装置の図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。
【図６】従来のポンプ吸込水槽の課題を説明する略示断面図である。
【図７】従来の天井を有するポンプ吸込水槽の一形状を示す略示断面図である。
【図８】従来の遮水壁を有するポンプ吸込水槽の一形状を示す図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。
【図９】従来の分割壁を有するポンプ吸込水槽の課題を説明する図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。
【図１０】従来のポンプ吸込水槽の課題を説明する図で、（ａ）は略示平面図、（ｂ）は略示断面図である。
【符号の説明】
１…ポンプ吸込水槽、２…ポンプ、３…ベルマウス、４…ポンプ吸込管、６…閉水路、７…開水路、８，２１，２２…天井側突出構造物、９…分割壁、１０…天井、２１ａ，２２ａ…傾斜面、２３…テーパー形状面。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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