(57)【要約】【課題】流れの一様化を図り、水路損失の低減を図ることができるサイフォン型の吐出水路を提供する。【解決手段】立軸ポンプ２の吐出側に接続されたサイフォン型の吐出流路３において、拡大流路部８における上流側に並列して配置された一対の第１整流板１１と、拡大流路部８における一対の第１整流板１１の下流側に並列して配置された第２整流板１２とを備え、一対の第１整流板１１は、互いの間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って次第に小さくなるように配設し、一対の第２整流板１２は、互いの間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って次第に大きくなるように配設しており、間隙１４を形成するように第１整流板１１の後縁に対し第２整流板１２の前縁を流路の下流側又は横幅方向外側に位置をずらして配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立軸ポンプの吐出側に接続され、流れ方向が曲げられ下方側斜めに向けられてかつ流路の横幅寸法及び縦幅寸法が流れ方向に沿って次第に拡大する第１流路部を有するサイフォン型の吐出流路において、
前記第１流路部における上流側に並列して配置され、それぞれ上流側から下流側に向かって延在する一対の第１整流板と、
前記第１流路部における前記一対の第１整流板の下流側に並列して配置され、それぞれ上流側から下流側に向かって延在する一対の第２整流板とを備え、
前記一対の第１整流板は、互いの間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って次第に小さくなるように配設し、
前記一対の第２整流板は、互いの間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って次第に大きくなるように配設しており、
対応する前記第１整流板の後縁と前記第２整流板の前縁との間に間隙を形成するように、前記第１整流板の後縁に対し前記第２整流板の前縁を流路の下流側又は横幅方向外側に位置をずらして配置したことを特徴とするサイフォン型の吐出流路。
【請求項２】
請求項１記載のサイフォン型の吐出流路において、前記第１流路部の下流側に接続され流路の横幅寸法及び縦幅寸法が流れ方向に沿って同じである第２流路部と、前記第２流路部における前記一対の第２整流板の下流側に並列して配置され、それぞれ上流側から下流側に向かって延在する一対の第３整流板とを備え、前記一対の第３整流板は、互いの間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って同じとなるように配設しており、対応する前記第２整流板の後縁と前記第３整流板の前縁との間に間隙を形成するように、前記第２整流板の後縁に対し前記第３整流板の前縁を流路の下流側又は横幅方向内側に位置をずらして配置したことを特徴とするサイフォン型の吐出流路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立軸ポンプの吐出側に接続されたサイフォン型の吐出流路に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば低水位側の吸水路から高水位側の排水路への排水を行う排水機場には、吸水路から水を吸い込んで昇圧する立軸ポンプと、この立軸ポンプから吐出された水を排水路へ導出する吐出流路とが設けられる。この吐出流路の一例として、排水路の水位より高くしたサイフォン型の吐出流路が知られている（例えば、特許文献１参照）。このサイフォン型の吐出流路においては、一般に、流路断面（詳細には、流路の断面積や、流路の横幅寸法と縦幅寸法との比）を流れ方向に沿って変化させることで、水路損失の低減を図っている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２３１３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、上記サイフォン型の吐出流路においては、例えば曲がりや流路断面拡大の影響によって流れが少なくとも一方の流路壁に寄せられ、一方の流路壁の近傍に高流速域が生じ、他方の流路壁の近傍や流路断面中央部等に流れの剥離や流速の低下による低流速域が生じる。すなわち、流速差による非一様性が生じるため、水路損失の低減の点で更なる改善の余地があった。
【０００５】
本発明の目的は、流れの一様化を図り、水路損失の低減を図ることができるサイフォン型の吐出流路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、立軸ポンプの吐出側に接続され、流れ方向が曲げられ下方側斜めに向けられて流路の横幅寸法及び縦幅寸法が流れ方向に沿って次第に拡大する第１流路部を有するサイフォン型の吐出流路において、前記第１流路部における上流側に並列して配置され、それぞれ上流側から下流側に向かって延在する一対の第１整流板と、前記第１流路部における前記一対の第１整流板の下流側に並列して配置され、それぞれ上流側から下流側に向かって延在する一対の第２整流板とを備え、前記一対の第１整流板は、互いの間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って次第に小さくなるように配設し、前記一対の第２整流板は、互いの間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って次第に大きくなるように配設しており、対応する前記第１整流板の後縁と前記第２整流板の前縁との間に間隙を形成するように、前記第１整流板の後縁に対し前記第２整流板の前縁を流路の下流側又は横幅方向外側に位置をずらして配置する。
【０００７】
このように本発明においては、第１流路部における上流側に一対の第１整流板を並列して配設し、これら一対の第１整流板の間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って次第に小さくなるようにしている。これにより、一対の第１整流板の間に形成された流路（言い換えれば、第１流路部の幅方向中央領域）における流速を高めるので、第１流路部の曲がりや流路断面拡大の影響によって生じる流れの剥離を抑え、流れの一様化を図ることができる。また、例えば第１流路部に一対の第１整流板のみを設けた場合、第１整流板と第１流路部の側壁面との間に形成された流路（言い換えれば、第１流路部の幅方向外側領域）では、その流路の横幅寸法の拡大率（詳細には、下流側の横幅寸法／上流側の横幅寸法）が大きくなり、第１整流板の外側面で流れの剥離が生じやすくなる。そこで、本発明においては、第１流路部における一対の第１整流板の下流側に一対の第２整流板を並列して配設し、これら一対の第２整流板の間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って次第に大きくなるようにしている。これにより、第２整流板と第１流路部の側壁面との間に形成された流路は、その横幅寸法の拡大率が低減するか、若しくは横幅寸法が流れ方向に沿って同じとなるか縮小する。したがって、第１流路部の幅方向外側領域における流れの剥離を抑えることができ、流れの一様化を図ることができる。ところで、例えば対応する第１整流板と第２整流板とを連続するように配設した場合、一対の第２整流板の間に形成された流路（言い換えれば、第１流路部の幅方向中央領域）では、その流路の横幅寸法が流れ方向に沿って拡大するので流速が減少し、第２整流板の内側面で流れの剥離が生じる。そこで、本発明においては、対応する第１整流板の後縁と第２整流板の前縁との間に間隙を形成するように、第１整流板の後縁に対し第２整流板の前縁を下流側又は流路幅方向外側に位置をずらして配置する。これにより、間隙を介し、第１整流板と第１流路部の側壁面との間に形成された流路からの比較的エネルギーの高い流れが一対の第２整流板の間に形成された流路に流入し、第２整流板の内側面に沿って流れる。したがって、第２整流板の内周面での流れの剥離を抑えることができ、流れの一様化を図ることができる。以上のようにして本発明においては、流れの一様化を図り、水路損失の低減を図ることができる。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１流路部の下流側に接続され流路の横幅寸法及び縦幅寸法が流れ方向に沿って同じである第２流路部と、前記第２流路部における前記一対の第２整流板の下流側に並列して配置され、それぞれ上流側から下流側に向かって延在する一対の第３整流板とを備え、前記一対の第３整流板は、互いの間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って同じとなるように配設しており、対応する前記第２整流板の後縁と前記第３整流板の前縁との間に間隙を形成するように、前記第２整流板の後縁に対し前記第３整流板の前縁を流路の下流側又は横幅方向内側に位置をずらして配置する。
【０００９】
例えば第１流路部の下流側に接続された第２流路部を有し、この第２流路部に第３整流板を設けない場合、第１流路部の幅方向外側の流路（又は幅方向中央の流路）から第２流路部にかけて流路の横幅寸法の拡大率が大きくなり、第２整流板の下流側で流れの剥離が生じやすくなる。そこで、本発明においては、第２流路部における一対の第２整流板の下流側に一対の第３整流板を並列して配設し、これら一対の第３整流板の間に形成された流路の横幅寸法が流れ方向に沿って同じとなるようにしている。これにより、第１流路部の幅方向外側の流路から第２流路部の幅方向外側の流路にかけて（及び第１流路部の幅方向中央の流路から第２流路部の幅方向中央の流路にかけて）流路の横幅寸法の拡大率が低減する。したがって、第２整流板の下流側における流れの剥離を抑えることができ、流れの一様化を図ることができる。また、例えば対応する第２整流板と第３整流板とを連続するように配設した場合、一対の第３整流板の外側面で流れの剥離が生じる。そこで、本発明においては、対応する第２整流板の後縁と第３整流板の前縁との間に間隙を形成するように、第２整流板の後縁に対し第３整流板の前縁を下流側又は流路幅方向内側に位置をずらして配置する。これにより、間隙を介し、一対の第２整流板の間に形成された流路から比較的エネルギーの高い流れが第３整流板と第２流路部の側壁面との間に形成された流路に流入し、第３整流板の外側面に沿って流れる。したがって、第３整流板の外周面での流れの剥離を抑えることができ、流れの一様化を図ることができる。以上のようにして本発明においては、流れの一様化を図り、水路損失の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、流れの一様化を図り、水路損失の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明のサイフォン型の吐出水路の一実施形態の構造を立軸ポンプとともに表す断面図である。図２は、図１中断面II−IIによる断面図である。なお、これら図１及び図２において、水の主流方向は白抜き矢印で示している。
【００１２】
図１及び図２において、低水位側の吸水路１から高水位側の排水路（図示せず）への排水を行う排水機場には、吸水路１から水を吸い込んで昇圧する立軸ポンプ２と、この立軸ポンプ２から吐出された水を排水路へ導出するサイフォン型の吐出流路３とが設けられている。立軸ポンプ２は、羽根車（インペラ）４と、この羽根車４を内包するケーシング５と、回転軸（図示せず）を介し羽根車４を回転させる原動機（図示せず）とを備えている。そして、原動機（図示せず）の駆動によって羽根車４が回転すると、吸水路１から流入した水を昇圧するようになっている。
【００１３】
サイフォン型の吐出流路３は、ケーシング５の上部に接続された断面円形状のコラムパイプ６と、このコラムパイプ５に接続された扁平ベンド７と、この扁平ベンド７に接続された断面矩形状の拡大流路部８（第１流路部）と、この拡大流路部８に接続された断面矩形状の直線流路部９（第２流路部）とを備えている。なお、コラムパイプ６及び扁平ベンド７内には、回転軸を内包する保護管１０が設けられている。
【００１４】
拡大流路部８は、扁平ベンド７に接続されて流れ方向が下方側斜め（図１中右下方向）に向かうように婉曲された曲げ部８ａと、この曲げ部８ｂに接続された直線流路部８ｂと、この直線流路部８ｂに接続されて流れ方向が水平方向（図１中右方向）に向かうように婉曲された曲げ部８ｃとを有し、流路の横幅寸法（図２中左右方向の寸法）及び縦幅寸法（図１中上下方向の寸法）が流れ方向に沿って徐々に拡大するようになっている。直線流路部９は、流路の横幅寸法及び縦幅寸法が流れ方向に沿ってほぼ同じとなっている。なお、図２に示すように、吐出流路３（すなわち、扁平ベンド７、拡大流路部８、及び直線流路部９）は、横幅方向中心線ｗに対し対称な構造となっている。
【００１５】
そして、本実施形態の大きな特徴として、拡大流路部８における上流側には一対の第１整流板１１が並列して設けられ、拡大流路部８における一対の第１整流板１１の下流側には一対の第２整流板１２が並列して設けられ、直線流路部９における一対の第２整流板１２の下流側には一対の第３整流板１３が並列して設けられている。
【００１６】
一対の第１整流板１１は、それぞれ鉛直しかつ上流側から下流側に向けて延在するように配置されており、また互いの間に形成された流路Ａの横幅寸法が流れ方向に沿って徐々に大きくなるように配設されている。なお、一対の第１整流板１１は、横幅方向中心線ｗに対し対称となるように配設されている。
【００１７】
一対の第２整流板１２は、それぞれ鉛直しかつ上流側から下流側に向けて延在するように配置されており、また互いの間に形成された流路Ｂの横幅寸法が流れ方向に沿って徐々に小さくなるように配設されている。また、対応する第１整流板１１の後縁と第２整流板１２の前縁との間に間隙１４を形成するように、第１整流板１１の後縁に対し第２整流板１２の前縁を流路の下流側及び横幅方向外側に位置をずらして配置している。なお、一対の第２整流板１２は、横幅方向中心線ｗに対し対称となるように配設されている。
【００１８】
一対の第３整流板１３は、それぞれ鉛直しかつ上流側から下流側に向けて延在するように配置されており、また互いの間に形成された流路Ｃの横幅寸法が流れ方向に沿って同じとなるように配設されている。また、対応する第２整流板１２の後縁と第３整流板１３の前縁との間に間隙１５を形成するように、第２整流板１２の後縁に対し第３整流板１３の前縁を流路の下流側及び横幅方向内側に位置をずらして配置している。なお、一対の第３整流板１３は、横幅方向中心線ｗに対し対称となるように配設されている。
【００１９】
なお、第１整流板１１、第２整流板１２、及び第３整流板１３における前縁や後縁は、流れの抵抗を低減するために断面が円弧状に形成されている。
【００２０】
次に、比較例を用いて本実施形態の作用効果を説明する。図３は、第１の比較例によるサイフォン型の吐出流路の構造を立軸ポンプとともに表す断面図であり、図４は、図３中断面IV−IVによる断面図である。また、図５は、図４中断面Ｖ−Ｖにおける流速分布を概念的に表す図である。なお、これら図３〜図５において、上記本発明の一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２１】
第１の比較例では、サイフォン型の吐出流路３Ａは、整流板が設けられていない構造となっている。この吐出流路３Ａでは、拡大流路８の曲がりや流路断面拡大の影響によって流れが上壁側（図５中右側）及び左右の側壁側（図５中上側及び下側）に寄せられ、これら壁近傍に高流速域が生じ、下壁の近傍や流路断面中央部等に流れの剥離や流速の低下による低流速域１６が生じている。
【００２２】
図６は、第２の比較例によるサイフォン型の吐出流路の構造を立軸ポンプとともに表す断面図であり、図７は、図６中断面VII−VIIによる断面図である。また、図８は、図７中断面VIII−VIIIにおける流速分布を概念的に表す図である。なお、これら図６〜図８において、上記本発明の一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２３】
第２の比較例では、サイフォン型の吐出流路３Ｂは、拡大流路部８及び直線流路部９における横幅方向中心線ｗ上に隔壁１７を設けた構造となっており、構造強度が高められている。また、隔壁１７によって流路が横幅方向に２分割されている。この吐出流路３Ｂでは、上記第１の比較例による吐出流路３Ａとほぼ同様、拡大流路８の曲がりや流路断面拡大の影響によって流れが上壁側（図８中右側）及び左右の側壁側（図８中上側及び下側）に寄せられ、これら壁近傍に高流速域が生じ、下壁の近傍や流路断面中央部等に流れの剥離や流速の低下による低流速域１８ａ，１８ｂが生じている。
【００２４】
一方、上述した本発明の一実施形態においては、拡大流路部８における上流側に一対の第１整流板１１を並列して配設し、これら一対の第１整流板１１の間に形成された流路Ａの横幅寸法が流れ方向に沿って次第に小さくなるようにしている。これにより、一対の第１整流板１１の間に形成された流路Ａ（言い換えれば、拡大流路部８の幅方向中央領域）における流速を高めるので、拡大流路部８の曲がりや流路断面拡大の影響によって生じる流れの剥離を抑え、流れの一様化を図ることができる。
【００２５】
また、例えば拡大流路部８に一対の第１整流板１１のみを設けた場合、第１整流板１１と拡大流路部８の側壁面との間に形成された流路（言い換えれば、拡大流路部８の幅方向外側領域）では、その流路の横幅寸法の拡大率（詳細には、下流側の横幅寸法／上流側の横幅寸法）が大きくなり、第１整流板１１の外側面で流れの剥離が生じやすくなる。そこで、本発明の一実施形態においては、拡大流路部８における一対の第１整流板１１の下流側に一対の第２整流板１２を並列して配設し、これら一対の第２整流板１２の間に形成された流路Ｂの横幅寸法が流れ方向に沿って次第に大きくなるようにしている。これにより、本実施形態では、前述の図２に示すように、第２整流板１２と拡大流路部８の側壁面との間に形成された流路Ｄは、その横幅寸法が流れ方向に沿ってほぼ同じとなる。したがって、拡大流路部８の幅方向外側領域における流れの剥離を抑えることができ、流れの一様化を図ることができる。
【００２６】
ところで、例えば対応する第１整流板１１と第２整流板１２とを連続するように配設した場合、一対の第２整流板１２の間に形成された流路（言い換えれば、拡大流路部８の幅方向中央領域）では、その流路の横幅寸法が流れ方向に沿って拡大するので流速が減少し、第２整流板１２の内側面で流れの剥離が生じる。そこで、本発明の一実施形態においては、対応する第１整流板１１の後縁と第２整流板１２の前縁との間に間隙１４を形成するように、第１整流板１１の後縁に対し第２整流板１２の前縁を下流側及び流路幅方向外側に位置をずらして配置する。これにより、間隙１４を介し、第１整流板１１と拡大流路部８の側壁面との間に形成された流路Ｅからの比較的エネルギーの高い流れが一対の第２整流板１２の間に形成された流路Ｂに流入し、第２整流板１２の内側面に沿って流れる。また、比較的エネルギーの高い流れが、第２整流板１２の外周面に沿っても流れる。その結果、図２中断面IX−IXにおける流速分布を概念的に表す図９に示すように、低流速域１９ａ，１９ｂ，１９ｃの範囲が縮小され、流れの一様化を図ることができる。
【００２７】
また、例えば直線流路部９に第３整流板１３を設けない場合、拡大流路部８の幅方向外側の流路Ｄ（又は幅方向中央の流路Ｂ）から直線流路部９にかけて流路の横幅寸法の拡大率が大きくなり、第２整流板１２の下流側で流れの剥離が生じやすくなる。そこで、本発明の一実施形態においては、直線流路部９における一対の第２整流板１２の下流側に一対の第３整流板１３を並列して配設し、これら一対の第３整流板１３の間に形成された流路Ｃの横幅寸法が流れ方向に沿って同じとなるようにしている。これにより、拡大流路部８の幅方向外側の流路Ｄから直線流路部９の幅方向中央の流路Ｆにかけて（及び拡大流路部８の幅方向中央の流路Ｂから直線流路部９の幅方向中央の流路Ｃにかけて）流路の横幅寸法の拡大率が低減する。したがって、第２整流板１２の下流側における流れの剥離を抑えることができ、流れの一様化を図ることができる。
【００２８】
また、例えば対応する第２整流板１２と第３整流板１３とを連続するように配設した場合、一対の第３整流板１３の外側面で流れの剥離が生じる。そこで、本発明の一実施形態においては、対応する第２整流板１２の後縁と第３整流板１３の前縁との間に間隙１５を形成するように、第２整流板１２の後縁に対し第３整流板１３の前縁を下流側及び流路幅方向内側に位置をずらして配置する。これにより、間隙１５を介し、一対の第２整流板１２の間に形成された流路Ｂから比較的エネルギーの高い流れが第３整流板１３と直線流路部９の側壁面との間に形成された流路Ｆに流入し、第３整流板１３の外側面に沿って流れる。したがって、第３整流板１３の外周面での流れの剥離を抑えることができ、流れの一様化を図ることができる。
【００２９】
以上のようにして本発明の一実施形態においては、流れの一様化を図り、水路損失の低減を図ることができる。なお、本願発明者らが数値実験（演算シミュレーション）を行ったところ、第２比較例では、流れが隔壁１７に衝突する衝突損失により、第１比較例に比べポンプの全体効率比が０．３％程減少するのに対し、本発明の一実施形態では、水路損失の低減の効果により、第１比較例に比べポンプの全体効率比が０．５％増加するという結果が得られた。
【００３０】
なお、上記一実施形態においては、対応する第１整流板１１の後縁と第２整流板１２の前縁との間に間隙１４を形成するように、第１整流板１１の後縁に対し第２整流板１２の前縁を流路の下流側及び横幅方向外側に位置をずらして配置した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば流路の下流側のみに位置をずらすか、若しくは横幅方向外側のみに位置をずらして配置してもよい。また、上記一実施形態においては、対応する第２整流板１２の後縁と第３整流板１３の前縁との間に間隙１５を形成するように、第２整流板１２の後縁に対し第３整流板１３の前縁を流路の下流側及び横幅方向内側に位置をずらして配置した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば流路の下流側のみに位置をずらすか、若しくは横幅方向内側のみ位置をずらして配置してもよい。これらの変形例においても、上記一実施形態同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、上記一実施形態においては、サイフォン型の吐出流路３は、コラムパイプ６、扁平ベンド７、断面矩形状の拡大流路部８、及び断面矩形状の直線流路部９を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばコラムパイプ６をディフューザとしてもよい。また、例えば扁平ベンド７に代えてベンドを設け、断面円形状の拡大流路及び直線流路部等としてもよい。このような変形例においても、上記一実施形態同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のサイフォン型の吐出流路の一実施形態の構造を立軸ポンプとともに表す断面図である。
【図２】図１中断面II−IIによる断面図であり、本発明のサイフォン型の吐出流路の一実施形態の詳細構造を表す。
【図３】第１の比較例によるサイフォン型の吐出流路の構造を立軸ポンプとともに表す断面図である。
【図４】図３中断面IV−IVによる断面図であり、第１の比較例によるサイフォン型の吐出流路の詳細構造を表す。
【図５】図４中断面Ｖ−Ｖにおける流速分布を概念的に表す図である。
【図６】第２の比較例によるサイフォン型の吐出流路の構造を立軸ポンプとともに表す断面図である。
【図７】図６中断面VII−VIIによる断面図であり、第２の比較例によるサイフォン型の吐出流路の詳細構造を表す。
【図８】図７中断面VIII−VIIIにおける流速分布を概念的に表す図である。
【図９】図２中断面IX−IXにおける流速分布を概念的に表す図である。
【符号の説明】
【００３３】
２    立軸ポンプ
３    吐出流路
８    拡大流路部（第１流路部）
９    直線流路部（第２流路部）
１１  第１整流板
１２  第２整流板
１３  第３整流板
１４  間隙
１５  間隙
【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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