JP2004239215A - Vertical shaft pump - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立軸ポンプに関し、特に先行待機運転に適する立軸ポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から図16に示すように、縦方向に配置された軸の先端に羽根車2を備え、羽根車2に水と共に空気を吸い込ませることにより、吸込水槽1の最低運転水位LWL以下でも運転を継続することを可能にした立軸ポンプ3があった。このポンプ3では、羽根車2より上流側の吸込管4に水位LWLからh≒v2/2gだけ低い位置LLWLに貫通した吸気用の孔5を設け、該孔5に羽根車の取り付け位置より上で他端が開口6aした空気管6を取り付けている。ここで、vはその部分の水の流速であり、gは重力加速度である。このことにより、最高水位HWLより低い最低運転水位LWL以下では、該孔5を経て流入する空気により徐々に排水量を低下させることによって、水位の低下による急激な揚水停止を回避し、また、羽根車2の取り付け位置より下の水位からの水位上昇においても、水位が前記最低運転水位LWLに至るまでは該孔5を経て流入する空気により排水量を低下させることによって、急激な揚水開始を回避している。
【0003】
このようにして、例えば大都市の雨水排水用として、吸込水位に関係なく降雨情報等により予めポンプを始動しておき、低水位から水位が上昇するときは空運転から水量を徐々に増やしながら全量運転へ、また高水位から水位が低下するときは全量運転から水量を徐々に減らしながら空運転へと、スムーズに運転を移行できるようにしていた。このようなポンプは、ケーシング下端よりも低い水位LLLWLで始動される(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
実公平5−33752号公報(第3−4頁、第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のポンプに付設した空気管では、水中の浮遊物を吸い込み易く、浮遊物により開口部が閉塞されて、吸込管内に空気の流入が行われにくくなるという問題があった。特に水中の浮遊物は表面を浮遊することが多いので、水位が低下している際において、開口部が空中に露出し始める前に浮遊物が開口部を閉塞し、最低運転水位LWL以下の水位となっても吸込管内に空気の流入が行われにくくなるという問題があった。
【0006】
そこで本発明は、浮遊物の吸い込みによる空気管開口部の閉塞を回避し、吸込管内に確実に空気が流入するようにした、特に先行待機運転に適する立軸ポンプの提供を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明による立軸ポンプ10は、例えば図1に示されるように、縦方向に配置される回転軸21により回転し、水を吸い込む羽根車20と;羽根車20の上流側に配置され、羽根車20に向けて水を流す吸込管31と;吸込管31に一端が接続され、他端が前記吸い込まれる水の最高水位HWLよりも低い位置で、且つ、それ以下では吸込管31の下端が前記吸い込まれる水の水面より低い場合であっても吸込管31の下端から空気を吸い込んでしまう最低水位LWLよりも高い位置で開口する空気管40とを備え;空気管40の開口部41を水平又は水平より下向きとしている。
【0008】
このように構成すると、空気管の開口部を水平又は水平より下向きとしているので、上向きの開口に比べ、表面を浮遊することが多い水中の浮遊物を吸い込みにくくなる。
【0009】
請求項2に記載のように、また例えば図1に示すように、請求項1に記載の立軸ポンプでは、空気管40の他端を逆U字形に形成し、前記開口方向を下方とする。
【0010】
このように構成すると、空気管の開口部は下方を向いているので、さらに浮遊物を吸い込みにくくなり、また、例え開口部に浮遊物が吸いついても、水面の低下に伴って落下しやすくなる。
【0011】
前記目的を達成するために、請求項3に係る発明による立軸ポンプ10は、例えば図5に示されるように、縦方向に配置される回転軸21により回転し、水を吸い込む羽根車20と;羽根車20の上流側に配置され、羽根車20に向けて前記水を流す吸込管31と;吸込管31に一端が接続され、他端が前記吸い込まれる水の最高水位HWLよりも低い位置で、且つ、それ以下では吸込管31の下端が前記吸い込まれる水の水面より低い場合であっても吸込管31の下端から空気を吸い込んでしまう最低水位LWLよりも高い位置で開口する空気管40とを備え;空気管40の他端に浮遊物を遮断する装置43を備えている。
【0012】
このように構成すると、浮遊物を遮断する装置を備えているので、該浮遊物を遮断する装置により水中の浮遊物の空気管への浸入が防止され、また、浮遊物が吸い込まれなくなるので、開口部が浮遊物に閉塞されることも防止される。
【0013】
請求項4に記載のように、また例えば図6に示すように、請求項3に記載の立軸ポンプでは、空気管40の浮遊物を遮断する装置が、ストレーナ44であってもよい。
【0014】
このように構成すると、ストレーナを備えているので、ストレーナにより水中の浮遊物の空気管への侵入が防止され、また、浮遊物が吸い込まれなくなるので、開口部が浮遊物に閉塞されることも防止される。
【0015】
また請求項5に記載のように、また例えば図7に示すように、請求項3に記載の立軸ポンプでは、前記空気管の浮遊物を遮断する装置が、ブリーザ45であってもよい。ブリーザは、空気管40の回りに空隙46を持った覆いであって、該ブリーザ45の側部及び上部からの空気管40への水の流入を遮断し、該ブリーザ下部45aより該ブリーザ45と空気管40の間の空隙46を空気管開口部41への水の流入路とする。
【0016】
このように構成すると、ブリーザを備えているので、空気管に水が流入する場合には、水はブリーザ下部から流入するので、表面を浮遊する浮遊物を吸い込むことは防止され、また、浮遊物が吸い込まれなくなるので、開口部が浮遊物に閉塞されることも防止される。
【0017】
請求項6に係る発明による立軸ポンプ10は、例えば図8に示されるように、吸込管31は、内壁に沿って羽根車20に向けて水を流すように構成され;前記内壁には吸気口42が形成されており、空気管40は吸気口42により吸込管31内と連通し、吸込管31内の圧力低下に応じて空気管40と吸気口42を通して吸込管31内に空気を吸い込むように構成され;羽根車20と吸気口42との間の前記内壁には、羽根車20の回転による水の旋回を防止する旋回防止板70が形成されている。
【0018】
このように構成すると、旋回防止板を備えるので、吸込管内の軸周りの旋回流を防止することができ、前記の旋回流による吸込管の内壁での正圧が生じず、開口部から空気管、吸気口を通じての吸込管内への空気の吸い込みが、水位と吸込管内流速に応じてなされる。
【0019】
さらに、請求項7に係る発明による立軸ポンプ10においては、例えば図10に示されるように、吸込管31は、内壁に沿って羽根車20に向けて水を流すように構成され、前記内壁を囲む環状の空気室50を有し;空気管40の一端は空気室50に接続され;前記内壁には吸気口51aが形成されており、空気室50は吸気口51aにより吸込管31内と連通し、吸込管31内の圧力低下に応じて空気管40と吸気口42を通して吸込管31内に空気を吸い込むように構成され;羽根車20と吸気口51aとの間の前記内壁には、羽根車20の回転による水の旋回を防止する旋回防止板70が形成されている。
【0020】
このように構成すると、旋回防止板を備えるので、吸込管内の軸周りの旋回流を防止することができ、前記の旋回流による吸込管の内壁での正圧が生じず、開口部から空気管、吸気口を通じての吸込管内への空気の吸い込みが、水位と吸込管内流速に応じてなされ、環状の空気室を備えるので吸込管の内壁で空気を一様に分配することができる。
【0021】
請求項8に係る発明による立軸ポンプにおいては、例えば図11に示されるように、吸込管31は、内壁に沿って羽根車20に向けて水を流すように構成され、前記内壁を囲む環状の空気室50を有し;空気管40の一端は空気室50に接続され;前記内壁には吸気口52が形成されており、空気室50は吸気口52により吸込管31内と連通し、吸込管31内の圧力の低下に応じて空気管40と吸気口52を通して吸込管31内に空気を吸い込むように構成され;吸気口52には、空気室50から吸込管31内に向けて流れる空気を導く空気案内板52a〜52dが配置されている。
【0022】
このように構成すると、環状空気室50とスリットの空気案内板52a〜52dとを備えるので、空気の流れが一様になる他、案内板の形状により、空気を水中に誘引する効果がる。
【0023】
請求項9に係る発明による立軸ポンプは、例えば図12に示されるように、吸込管31は、内壁に沿って羽根車20に向けて水を流すように構成され;前記内壁には吸気口42が形成されており、空気管40は吸気口42により吸込管31内と連通し、吸込管31内の圧力の低下に応じて空気管40と吸気口42を通して吸込管31内に空気を吸い込むように構成され;吸込管31は、前記内壁との間に環状の内筒空間80を形成する内筒81を、羽根車20と吸気口42との間に有し、内筒81の上流側は吸気口42の近傍で前記内壁に接続され、内筒81は前記水の流れに沿って流路面積が小さくなる先細ノズルを形成しており、内筒空間80は下流側で羽根車20に対向して開放され、内筒81の前記内壁との接続部の近傍には内筒空間80と内筒81内側の水の流路82とを連通する孔83が形成されている。
【0024】
このように構成すると、吸込管は、内壁との間に環状の内筒空間を形成する内筒を羽根車と吸気口との間に有し、内筒の上流側は吸気口の近傍で前記内壁に接続され、内筒は水の流れに沿って流路面積が小さくなる先細ノズルを形成しており、内筒空間は下流側で羽根車に対向して開放されているので、羽根車からの逆流は、内筒空間に流入し、内筒の前記内壁との接続部の近傍には内筒空間と流路とを連通する孔が形成されているので、逆流した流れは該孔から流出する。このようにして、逆流による旋回流が抑制される。
【0025】
請求項10に係る発明による立軸ポンプは、例えば図13に示されるように、吸込管31は、内壁に沿って羽根車20に向けて水を流すように構成され、前記内壁を囲む環状の空気室50を有し;空気管40の一端は空気室50に接続され;前記内壁にはスリット状の吸気口51aが形成されており、空気室50は吸気口51aにより吸込管31内と連通し、吸込管31内の圧力の低下に応じて空気管40と吸気口51aを通して吸込管31内に空気を吸い込むように構成され;吸込管31は、羽根車20と吸気口51aとの間に、前記内壁との間に環状の内筒空間80を形成する内筒81を有し、内筒空間80には内筒81と前記内壁とを連結する支持板84aが配置され、内筒空間80は上流側で吸気口51a近傍で流路36に開放され、下流側で羽根車20に対向して開放されている。支持板84aは内筒81を支持すると共に水の流れを案内する水案内板として機能するようにしてもよい。
【0026】
このように構成すると、内壁との間に環状の内筒空間を形成する内筒を有するので、羽根車からの逆流は内筒空間を流れる。また内筒空間には内筒と前記内壁とを連結する支持板が配置されているので、内筒を内壁により支持されるようにできる。また、支持板は水の流れを案内する水案内板として機能するように構成することもでき、そのときは水の流れを整流することができる。
【0027】
請求項11に係る発明による立軸ポンプは、例えば図14に示されるように、吸込管31は、内壁に沿って羽根車20に向けて水を流すように構成され、前記内壁を囲む環状の空気室50を有し;空気管40の一端は空気室50に接続され;前記内壁には環状の空気室50と吸込管31とを連通するスリット状の吸気口51aが吸込管31の全周にわたって形成されており、吸込管31内の圧力の低下に応じて空気管40と吸気口51aを通して吸込管31内に空気を吸い込むように構成され;吸気口51aと羽根車20の間には、ケーシングトリートメント85が形成され;ケーシングトリートメント85は、前記内壁と該内壁の外側に配置された外ケーシング31eとを含んで構成され、前記内壁と外ケーシング31eとの間の空間31fは、一方が羽根車20の入口翼端部分に開口し、他方が吸気口51aの近傍に開口した、軸方向に長さを有する戻り流路を構成している。
【0028】
このように構成すると、吸込管はケーシングトリートメントを有するので、羽根車からの逆流はケーシングトリートメントを流れ、逆流による旋回流は抑制される。
【0029】
請求項12に係る発明による立軸ポンプは、例えば図15に示されるように、吸込管31は、内壁に沿って羽根車20に向けて水を流すように構成され;吸込管31は、前記内壁との間に環状の内筒空間92を形成する内筒91を有し、内筒空間92は下流側が羽根車20に対向して開放されており;空気管40による吸込管31への吸気口42は内筒91内に開口し、内筒91内の開口部の圧力の低下に応じて空気管40と吸気口42を通して吸込管31内に空気を吸い込むように構成される。
【0030】
典型的には、内筒空間92には内筒91と前記内壁とを連結する支持部材92aが配置されている。空気管40は、支持部材92aの内部を貫通するようにしてもよいし、支持部材92aとは別に内筒空間92を貫通させてもよい。
【0031】
このように構成すると、羽根車からの逆流は内筒空間を流れるので、吸気口付近に正圧は発生しにくい。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【0033】
図1の断面図を参照して、本発明の第1の実施の形態である立軸ポンプを説明する。本立軸ポンプ10は、先行待機運転用のポンプである。
【0034】
先行待機運転、特に全速先行待機運転とは雨水がポンプ吸水槽に流入する前にあらかじめポンプを始動し、水位Lの上昇にしたがって排水を始め、水位が低下してもポンプを停止させずに全速で運転することである。排水を始めても、立軸ポンプ10は直ちに要項点の水量を吐出するわけではない。要項点水量を吐出せずに運転を可能とするため、水と一緒に空気を吸い込ませる。
【0035】
図を参照して立軸ポンプ10の構造を説明する。立軸ポンプ10は、鉛直方向に上から配列された揚水管ケーシング(ケーシング本体)33、ライナケーシング32、吸込管(吸込ベル)31を備える。それぞれは水平方向のフランジで締結されている。これらが広い意味のケーシングを構成している。
【0036】
該ケーシングの中心に縦方向(鉛直方向)に回転軸21が配設され、回転軸21の下方先端にオープン型の羽根車20が取りつけられている(クローズ型であってもよい)。羽根車20の外周(オープン羽根の先端)と僅かな隙間をもってライナケーシング32が羽根車20を収納している。立軸ポンプ10は斜流ポンプである。斜流ポンプは吐出ヘッドが比較的大きい場合に用いられる。また羽根車20の吐出側、ケーシング本体33の内側にはガイドベーン35が配設されている。
先行待機運転用のポンプとしては、不図示の軸流ポンプが用いられることもある。軸流ポンプは、吐出ヘッドに対して流量が比較的大きい場合に適する。
【0037】
ケーシング本体33は、回転軸21と平行に垂直方向の缶胴部分と、上方で水平方向に曲がった曲管部とそれに連なる水平管部分とを含んで構成され、曲管部分を、回転軸21が貫通している。該貫通部には軸受22cと不図示のシールが配設されている。回転軸は、羽根車20近傍に配設された軸受22aと前記軸受22c、さらに両軸受の中間に配設された軸受22bで3点支持されている。また、不図示のスラスト軸受が回転軸21にかかる鉛直方向の荷重(即ち羽根車20、回転軸21を含む回転体の重量と羽根車20にかかる流体力)を支持している。
【0038】
ケーシング本体33には、据え付け用のフランジが取り付けられており、該フランジで据え付け台であるコンクリート製の床2に据え付けられている。ケーシング本体33の前記水平管部分にはフランジが取りつけられており、該フランジにより、吐出配管34と接続されている。吐出配管34は雨水を河川や海等に導いて排出するための配管である。
【0039】
羽根車20の先端よりも上流側に位置する吸込管31には吸気口42が形成され、該吸気口には、空気管40が接続されている。
【0040】
空気管40の他端41は、水槽1内の最高水位HWLより低い位置で、且つ、最低水位LWLよりも高い位置で、水平又は水平よりも下向きで開口されている。本実施の形態では、空気管40の他端は逆U字形に形成され、開口方向が鉛直方向下向きになっている。ここで、最低水位LWLとは、それ以下では、吸込管31の下端が、吸い込まれる水の水面即ち水槽1内の水面より低い位置であっても、吸込管31の下端から空気を吸い込んでしまう水位である。言い換えれば、吸込管31が水面下にもぐっていても、例えば渦状に空気を吸い込んでしまう水位である。また、最高水位HWLは、水槽1内で起こりうる最高の水位、あるいは水槽1の設計上の最高水位である。
【0041】
空気管40は図示のように1本であってもよいが、複数本、例えば4本である方が、空気管40から吸入される空気が吸込管31の全周に分布するので、好ましい。すなわち、複数の吸気口42は吸込管31の周に沿って等配とする
【0042】
空気管40の他端(上端)41は、水槽1内の最高水位HWLと最低水位LWLの間で開放されている。したがって、立軸ポンプ10の運転中に、水没したり、空気中に露出したりする。
【0043】
羽根車20は、最低水位LWLよりも下方に配置されている。羽根車20の本体部分全体、又は少なくともその一部、特にそこまで水位があれば羽根車20が水を吸い上げる先端部が、最低水位LWLよりも下方に配置されている。
【0044】
次に、図2の部分断面図を参照して、ポンプ10の高さ方向の構造と水位の関係を説明する。水位HWLは前述のように、水槽1の許容水位である。水位Lがこれ以上に上昇することはない。その下方に最低水位LWLがある。これは、ポンプ固有の値であり、水位がこれ以下になると何らかの問題が起こりポンプの運転が継続できなくなる水位である。典型的には、それ以下では吸込管31の下端から渦状に空気を吸い込み、振動や騒音が発生し運転が継続できなくなる水位Lcと一致する。これはポンプ固有の値であり、空気管40がない場合に、最低水位LWLを下回ると運転の継続が困難になる。本実施の形態では、空気管40により、低水位での運転を可能にしている。しかし水位LWLは渦状の空気の吸い込み以外の条件で定まる場合もある。
【0045】
設計上の最低水位Ldは、水位LWLと少なくとも等しく、通常はそれよりも高くなるようにする。設計上の最低水位Ldは、吸込管31の下端から吸込管の内径に対して所定の係数を乗じて簡易的に求めている。係数は例えば、1.1とする。設計値はある程度の余裕を有しており、実機で空気管40を閉じて水位を低下させて行った場合、設計的に定めた最低水位Ldを多少下回っても運転は可能である。
【0046】
設計上の最低水位Ld乃至は最低水位LWLの下方には、羽根車20の吸込開始水位SLWLがある。この水位は、羽根車20の先端部分の水位に相当する。低い水位から水位が上昇して、羽根車20が水に接すると、気水攪拌が開始され間もなく水が吐出されるからである。
【0047】
吸込開始水位SLWLの下方には、吸気口水位A1がある。これは吸気口42の上側端部に相当する。水位Lが低下して、水位LWLに到ると、水位Lよりも負圧分hだけ低い空気管40中の水位がこの水位A1になり、空気管40を通して吸込管31に空気が吸い込まれ始める。
【0048】
吸気口水位A1の下方には、吸込管31の先端の水位A2がある。
【0049】
さらに図1を参照して、立軸ポンプ10の作用を説明する。先ず水位がA2よりも低い状態で立軸ポンプ10を始動する。例えばある地域で大雨が降ったとの降雨情報が入った場合等、ある時間の後に水槽1内の水位が急に上昇することが予測される。そのような場合に、水位LがA2よりも下の状態で、先行待機運転用の立軸ポンプ10が始動される。先行待機運転の開始である。
【0050】
雨水の流入により水槽内の水位Lが上昇し、吸込ベルの下端水位A2を越える。水位Lが水位A1を越えても、まだ水は吸い上げられない。羽根車20は空転している。
【0051】
水位Lがさらに上昇して、水位SLWLまで到達したところで、羽根車20は気水攪拌を開始する。そして水を吸い込み始める。このときは、空気管40を通し吸気口42から吸込管31内に水と一緒に空気も吸い込むので、ポンプは要項点の全水量吐出の運転ではない。即ち、立軸ポンプ10は気水混合運転をしている。さらに水位Lが上昇すると徐々に吸込空気量は減少し、代わりに水量が増加する。やがて水位Lが水位LWLまで上昇すると空気の吸込量がゼロになり、(そのときのQHカーブ(後述)上のH次第であるが)要項点の全水量を吐出するに至る。即ち、定常運転に入る。
【0052】
さらに水位が、空気管開口部41の水位を超え、逆U字形の最高位置での管内底部まで上昇すると、水槽1内の水は、吸気管31の下部からに加え、空気管40を通し吸気口42からも、吸込管31の内部へ流入する。この水位をLOとする。なお、水位LOは、逆U字形の最上部から開口部41までの長さ(立ち下りの長さ)が小さいときは、空気管開口部41の水位との差が小さく、空気管開口部の水位と考えても、実用的に問題はない。逆U字形の立ち下りの長さが大きいときについては、後述する。
【0053】
さらに水位Lが、水位LOと水位HWLの間の水位まで上昇して、ポンプ10は定常運転を継続する。その後、ポンプ10の排水により今度は水位Lが低くなってゆくと、水位LOで空気管開口部41からの水の吸い込みはなくなり、空気管40を通して吸込管31への水の流入はなくなる。水位LWLで(空気管40中の水位が吸気口水位A1に至るので)空気管40を通して吸込管31内へ空気を吸い込み始める。即ち、再び気水混合運転が開始される。水位Lが低下するにつれて吸込空気量が増えて、代わりに水量が減ってゆく。さらに水位Lが下がり、水位A1付近になると水の吸い込みが終わり、羽根車20は空気中で運転される空運転状態になる。即ち、ポンプ10は全く水を吸い込まないエアロック状態となる。
【0054】
エアロック水位は、通常は吸気口の高さである水位A1と一致又は近傍となるように設計はするが、必ずしも一致するとは限らない。水位がA1を通過してさらに下がったところで、又は吸い込みベルの下端水位A2に至って初めて水量がゼロになる場合もある。本実施の形態では、エアロック水位は水位A1とほぼ一致するものとし、この水位で水量がゼロになるものとする。
【0055】
このようにして、羽根車20は空気中での空転状態を続けることになる。降雨が続くときは、そのまま運転を続け、再び水位Lが上昇してきて、前記のように水位SLWLに到達したところでポンプ10は水を吸い込み始める。このようにして、先行待機運転用ポンプ10は、水槽1の水位にかかわらず、空運転と要項点全水量の運転との間で運転を継続することができる。空運転と要項点全水量運転との間の移り変わりは、ポンプが空気も一緒に吸い込むのでなめらかに行われる。
【0056】
前述のように、水位Lが十分に低下して吸い込み管31の下端の水位A2より低くなっても、ポンプ10は先行待機運転を継続する。吐出水量がゼロになってから10分程度の間は、羽根車20よりも上方のケーシング(特に吐出ケーシング33)中には水が留まっているが、あまり長時間その状態が続くと水の温度が上昇してポンプの損傷につながるので、ケーシング中の水は不図示のドレン孔から抜かれる。その後の先行待機運転では、羽根車20は空気中で空転運転がされる。
【0057】
前述のように雨水の流入により水槽内の水位Lが上昇して、水位がA1を越えても、まだ水は吸い上げられないが、水位低下直後で羽根車20の上方に水が溜まっている間に再び水位が上昇したときは吸気口の高さである水位A1で水の吸い上げが始まる。
【0058】
以上のような先行待機運転ポンプは、機場には通常複数台設置されている。そのような機場の運転において、水位の増加に伴って1台のポンプでは排水量が不足する場合には、次々に他のポンプを起動して複数台の運転に入る。
【0059】
ここで、各水位と吸い込み管31の下端から渦状に空気を吸い込んでしまう水位Lcとの関係を説明する。
【0060】
一般に、立軸ポンプを設計するときは、先ず設計仕様によりエアロック水位が指定される。即ち高い水位から水位が低下してきて、最後に排水が止まる水位である。通常は、エアロック水位は吸気口の水位A1に一致するものとして設計する。試運転でエアロック水位を確認する。実際のエアロック水位は、吸気口位置よりも高いことはなく、それよりも低い位置になるか、又はほぼ同等の高さになる。
【0061】
また一般には設計仕様で、低水位から水位が上がってきたときに排水を開始する位置、即ち羽根車先端位置SLWLも指定される。
【0062】
水位A1が決まると、全量吐出水量となる設計上の水位Ldは、水位Ld=A1+hで計算される。ここで、h=hl+(v2/2g)である。簡易計算では、h=(v2/2g)×1.1で計算される。
【0063】
ここでvは、(要項点全水量)/(吸い込み管31の吸い込み部面積)で求められる水の吸い込み流速である。(v2/2g)はベルヌーイの定理から計算される水の流れにより生じる負圧である。速度水頭といってもよい。またhlは吸い込み管31の下端A2から吸気口42までの流れロスである。上記の簡易計算では、hl=(v2/2g)×0.1として、吸い込み管31の下端A2から吸気口42までの流れロスを経験的に係数を使って求めている。もちろん、吸い込み管31の下端A2からの損失水頭を厳密に計算又は実測して求めてもよい。
【0064】
全量吐出水量となる設計上の水位Ldは上記のようにして計算される水位であり、水位Lが上昇傾向のときは、ここで吸気口42からの空気の吸い込みがなくなりポンプは全量吐出となり、水位Lが下降傾向のときは、ここで全量吐出が終わり吸気口42から空気を吸い込み始めるという水位である。
【0065】
全量吐出水量となる設計上の水位Ldは、吸込管31の下端から渦状に空気を吸い込んでしまうという水位Lcに対して余裕を持たせる。したがって、この水位では吸込管31の下端から空気を吸い込むことがない。即ち、水位Ldは水位LWL、通常は水位Lcと同じか、又はそれよりも高い位置にある。
【0066】
それ以下では吸込管31の下端から渦状に空気を吸い込み、振動や騒音が発生し運転が継続できなくなる水位Lcは上記のように水位Ldを求めるにあたって、チェック項目となる。即ち、設計過程で求めた水位Ldが水位Lcよりも低くなってしまった場合は、水位Ldが水位Lcと同等かそれよりも高くなるように設計を修正する。例えば吸込管31を長くして、水位Lcを下げる。水位Ldは、例えば、水位A2から1.1×吸込管内径として計算する。
このようにすれば、Ldが水位Lcよりも低くはならないことが経験上分かっている。
【0067】
本実施の形態の立軸ポンプ10では、羽根車20は水位LWL、さらには水位Lcよりも下方に配置されている。
【0068】
ここで、水位Lが水位LOより低い位置から水位LOより高い位置まで上昇し、その後、水位LOより低い位置に下降する場合を考える。
【0069】
前記の通りに、水位Lが水位LOを超えると、空気管開口部41から水槽1内の水を吸い込み始める。このときに、水中の浮遊物も併せて空気管開口部41から吸い込む。特に、浮遊物は表面を浮遊していることが多く、水位Lが空気管開口部41の水位より少し高いときに浮遊物を吸い込む恐れが多い。水位Lが水位LOより高い場合に、該空気管開口部41が浮遊物により閉塞され、該空気管開口部41から空気管40及び吸気口42を通じての水の吸込管31への流入が閉塞されても、前記立軸ポンプ10の運転に支障はない。しかし、水位Lが水位LOより下がり、空気管開口部41が空気中に露出し、さらに水位Lが運転最低水位LWL以下まで下っても、該空気管開口部41から空気管40及び吸気口42を通じての吸込管31への空気の吸い込みが浮遊物に閉塞されると、吸込管31の下端から渦状に空気を吸い込む等、前記の通りに立軸ポンプ10の運転に支障を生ずる。なお、水位LOが運転最低水位LWLと一致していても、同じ結果である。
【0070】
空気管開口部41の位置は、空気管40及び吸気口42を通じて吸込管31内への空気の吸い込みが行われ始める水位、すなわち最低運転水位LWLより高くなければならないが、高くしすぎると空気管が長くなり、立軸ポンプの設置のための輸送、据付工事において損傷を生じやすくなるために空気管の保護が煩雑になる。また、空気管が長いと、ケーシングから支持するためのサポートが増えるなど製作上も不経済となる。そこで、空気管は短い方が好ましい。
【0071】
また、空気管開口部41の位置で、空気管40及び吸気口42を通して吸込管31内へ空気を吸い込み始める水位を設定することもできる。それより高い水位では空気管40及び吸気口42を通して空気を吸い込むことなく要項点の全水量を吐出するようにしたい高さに空気管開口部41を設置する。必ずしも空気管40及び吸気口42を通しての空気の吸い込みが、水位が空気管開口部41の水位以下になれば開始されるとは限らないが、少なくとも水位Lが空気管開口部41の位置に下がるまで、あるいは、水位Lが空気管開口部41の位置を超えて上がれば、要項点の全水量を吐出することになる。
【0072】
すなわち、空気管開口部41は水没することもあり、前記の通りに空気だけではなく、水槽1内の水を吸い込むこともある。そのため、水中に浮遊する浮遊物を吸い込むこともあり、浮遊物は特に水面を浮遊していることが多い。
【0073】
そこで、例えば図1に示すように、空気管開口部41を水平又は水平より下向きにすることで、特に開口側端部を逆U字形に形成し、開口方向を鉛直下向きとすることで、水面近くの浮遊物の吸い込みを減少することができる。開口部が上向きの場合には、水位が開口部の水位より僅かに高いときに、表面の水を集めるように吸い込むことになるが、開口部を下向きとすると、表面の水を集めるように吸い込むことはない。
【0074】
また、大きな浮遊物を吸い込もうとして、該浮遊物が空気管開口部41に係止し、空気管開口部41を閉塞することもある。この場合に、水位が下降して空気管開口部の水位以下になると、空気管開口部41は空気中に露出することになり、また、水位LO以下の水位であるので、水を吸い込むことはない。すると、該浮遊物を空気管開口部に係止していた水流は消滅する。空気管開口部が下向きであると、一般的に該浮遊物を空気管開口部41に支持する力がなく、該浮遊物は重力により落下する。該浮遊物が空気管開口部41に嵌入されているような場合であっても、空気管開口部が下向きであれば、落下しやすい。
【0075】
次に、図3の部分図を参照して、第一の実施の形態の変形例を説明する。図3(a)に示すように、空気管40の開口方向を水平向きとすることにより、空気管開口部41が上方向を向いているときよりも、空気管開口部41に係止し、空気管開口部41を閉塞することもある浮遊物は、空気管開口部41が空中に露出することにより落下しやすくなる。
【0076】
さらに図3(b)に示すように、空気管開口部41をケーシング30に対面させ、空気管開口部41とケーシング30の外壁との間隔を調整することにより、空気管開口部41からの大きな浮遊物の吸い込みを防止することができる。
【0077】
あるいは、図3(c)に示すように、空気管開口部41より上方のケーシング30の外壁から水平方向で空気管開口部41より先方へ延びる上板と該上板の側縁全縁から空気管開口部41より下方まで延びる側板とにより空気管開口部41を屋根囲い47で覆う構造としてもよい。このような、構造によっても、空気管開口部を該鉛直版に対面させ、空気管開口部41と該鉛直板との間隔を調整することにより、空気管開口部41からの大きな浮遊物の吸い込みを防止することができる。特に、空気管開口部41をケーシング30に対面させる場合に比べて、空気管40をケーシング30の近くに付設できるので、空気管40をケーシング30からサポートするのが容易になり、また輸送、現場据付などがやり易くなる。
【0078】
また、図3(d)に示すように、空気管40の開口側端部を逆U字形に形成して、さらにその先端部を先に行くほど広くなるベルマウス形にすると、開口部の流路面積が広くなることにより水が吸い込まれる流速が遅くなり、浮遊物を吸い込みにくくなると共に、開口部41の面積が広いので浮遊物に閉塞されにくくなる。
【0079】
また、図3(e)に示すように、空気管40の開口側端部を逆U字形に形成して、さらにその先端部に後述のストレーナなどの浮遊物を遮断する装置43を備えれば、逆U字形の開口部に浮遊してきた浮遊物も該浮遊物を遮断する装置に遮断され、浮遊物が空気管40に吸い込まれるのが防止される。前記浮遊物を遮断する装置をストレーナとする場合においては、該ストレーナのメッシュ面を鉛直下方向から水を吸い込む方向にしてもよいし、水平方向から水を吸い込むようにしてもよい。
【0080】
次に、図4の部分図を参照して、第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、逆U字形に形成した空気管中を水が流れないようにした場合である。これまでは、逆U字形の最上部と開口部に高さの差があまりないものとして、実施の形態を説明したが、図4(a)に示すように、逆U字形の最上部から開口部41までの高さを充分に長くした場合には、空気管40及び吸気口42を通しての水の吸い込みがなくなる。図4(b)に示すように、水位Lが開口部の水位に達した後に、さらに水位Lが上昇すると、空気管40内の空気は閉じ込められる。水位Lの上昇に伴い、空気管内の水位も上昇するが、中の空気が圧縮されて圧力が高まるので、図4(c)に示すように、空気管内の水位の上昇は水位Lの上昇よりも小さくなる。そこで、図4(d)に示すように、最高水位HWLになっても、空気管内の開口部側の水位が逆U字形の最高位置での管内底部を超えないように、逆U字形管の開口部側の長さを定めれば、空気管40及び吸気口42を通して水槽1内の水が吸込管31内に吸い込まれることはない。したがって、開口部に浮遊物が吸い込まれることもない。なお、水を吸い込まないようにするための空気管の形状は、最高水位HWL、開口部水位,吸気口での負圧h等により、個別に求められる。
【0081】
次に、図5の断面図を参照して、本発明の第3の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図示のように、空気管40の開口側の端部に浮遊物を遮断する装置43を備え、空気管40が開口部から直接に水槽1内の水を吸い込まないようになっている。該浮遊物を遮断する装置により、浮遊物が空気管40に吸い込まれるのが防止される。
【0082】
次に、図6の部分図を参照して、本発明の第4の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図示のように、空気管40の開口側の端部にストレーナ44を備えている。ストレーナは、水の流路に一般的には網目状のメッシュ44aを設け、該メッシュにより通過する流水中の浮遊物を捕捉する装置である。メッシュ44aは網目状でなくても、スリット状、多孔板状など、形状に関わらず、立軸ポンプ10の運転に障害となる最小の大きさより大きな浮遊物を捕捉する構造を有していればよい。ストレーナは、メッシュ44aの最下部が水位LOとなるように設置する。メッシュ44aの最下部が空気中に露出して初めて、空気を吸い込むからである。また、ストレーナでは、メッシュ44a全体が浮遊物により閉塞されにくくなるように、該メッシュ44aの面積を大きくすることが好ましい。さらに、図6に示すように、メッシュ44aが円筒形状をしている場合には、メッシュ44a全面が浮遊物により閉塞されることは、少なくなる。また、図6に示すようにメッシュ44aが鉛直に設置されている場合には、ストレーナ44を通じて水槽1内の水が吸い込まれている間にメッシュ44aに係止された浮遊物も、ストレーナ44が空気中に露出されると、重力により落下しやすいので、水位が下がって吸込管31にストレーナ44、空気管40を通じて空気が吸い込まれる際には、メッシュ44aの浮遊物が空気の流入の障害となることを防止できる。
【0083】
次に図7の部分図を参照して、本発明の第5の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図示のように、空気管40の開口側の端部にブリーザ45を備えている。ここで、ブリーザとは、空気管40の外径より大きな内径を有する一般的に円筒の側面と該円筒の上面を閉じたキャップ形の覆いで、ブリーザ下部45aよりブリーザ45と空気管40の間の空隙46を空気管開口部41への流入路とするための装置である。ブリーザを備える場合には、ブリーザ下部45aを空気管40を通して吸込管31内へ空気を吸い込み始める水位の高さに設置する。水位がブリーザ下部45a以下となって、初めて空気管開口部41への空気の流路が確保され、空気管40を通して吸込管31内に空気が吸い込まれる。ブリーザ内壁と空気管との間隙の広さは、立軸ポンプ10の運転に障害となる最小の浮遊物の大きさより小さくして、該浮遊物の吸い込みを遮断してもよいし、立軸ポンプ10の運転に障害となる最小の浮遊物の大きさより大きくしてもよい。
【0084】
また、ブリーザの上部を閉じないで、図7(b)に示すように、最高水位HWLより上部までブリーザ45の側面を伸ばし、上部を開口する構造としてもよい。この構造においては、水槽内1の水の空気管40を通しての吸込管31内への流路は、ブリーザ下部45aと空隙46から空気管開口部41となる。空気の空気管40を通しての吸込管31内への流路は、ブリーザ上部の開口からブリーザ内を通り空気管開口部41へ至る流路とブリーザ下部45a、空隙46から空気管開口部41へ至る流路となる。特に、水位Lが空気管開口部水位以下で、且つ、ブリーザ下部45aの高さ以上の場合にも、前者の空気の流路は確保される。すなわち、このような構造においては、空気管開口部の水位を水位LOに設置する。
【0085】
なお、図7(c)に示すように、前記ブリーザ45の前記空気管開口部41より下部の側面に水の流入用の孔45bを形成してもよい。このような構造では、水槽内1の水の空気管40を通しての吸込管31内への流路は、ブリーザ下部45a及び孔46bと空隙46から空気管開口部41となる。水位がブリーザの孔45b以下となると、空隙46を通して空気管開口部41への空気の流路が確保され、空気の空気管40を通しての吸込管31内への空気の吸い込みが始まり得るので、孔46bの上端をを空気管40を通して吸込管31内へ空気を吸い込み始める水位の高さに設置する。このような構造とすると、水のブリーザ内部への流入口が大きくなり、流入口での流速が遅くなるので、浮遊物を吸い込みにくい。
【0086】
次に、図8の断面図を参照して、本発明の第6の実施の形態を説明する。ポンプの吐出流量が設計点付近のときは問題ないが、設計点より小水量側においては、羽根車20の外周側に吐出側から吸込側への逆流が生ずる。そのために、吸込管31内に軸方向の流れの他に軸回りの旋回流が生じ、この旋回流が吸込管31の内壁付近に正圧を生じさせる。
【0087】
全量吐出水量となる設計上の水位Ldは、水位A1+hで計算され、h=hl+(v2/2g)であるとしたが、実際は吸気口42の近傍には正圧hpが発生する。これは吸込管31の内部に発生する旋回流によるものとされている。すなわち、旋回流により生じる遠心力で正圧が発生するものと考えられる。
【0088】
正圧hpを考慮すると、hは以下の通りとなる。
h=hl+(v2/2g)−hp
【0089】
正圧hpが発生する場合は、水位Lが水位Ldまで低下しても、空気管40から空気を吸い込まない。したがって、期待通りに気水混合運転がなされず、吸込管31の下端から渦状に空気を吸い込み、振動等を起こしてしまうことがある。
【0090】
本発明の第6の実施の形態によれば、羽根車20と吸気口42との間の吸込管31の内面に、平板状の旋回防止板70が半径方向に、また軸線(鉛直方向)に向けて形成される。旋回防止板は、吸込管31が鋳物製のときは一体構造とするとよい。旋回防止板は複数枚設ける。例えば4枚とする。旋回防止板を設けると、旋回防止板70が吸込管31内の旋回流を防止するので、hpがほぼゼロ又は十分に小さくなり、水位LがLdになったとき空気の吸い込みが可能となる。又は、水位LがLdよりもあまり下回らないところで空気を吸い込むことができる。
【0091】
ここで、図9のQ−Hカーブを参照して、立軸ポンプ10の特性を説明する。本図は、全速先行待機運転ポンプの性能を、縦軸に全揚程H(%)を、横軸に排出量Q(%)をそれぞれとって示した線図である。空気を吸い込まない定常運転の場合の他、空気流入量の変化によるポンプ性能の変化を併せて示してある。
【0092】
同図で、曲線イは流量−揚程(Q−H)曲線、曲線ロは計画揚程(直線ハ)時の抵抗曲線、曲線ニは最高実揚程(直線ホ)時の抵抗曲線をそれぞれ表わしている。曲線ニの状態は、吐出圧力の変動が大きい用途の場合であり、吐出圧力が高い場合である。また曲線イを原点方向に移動した形の二点鎖線で示す曲線は、空気を吸い込む気水混合運転のQ−H曲線である。各Q−H曲線と抵抗曲線との交点が各状態における運転点である。
【0093】
雨水排水用の先行待機運転ポンプでは、排水すべき川や海への排水高さは一般にあまり変化しない。しかしながら、少なくとも水槽1内の水位はA1からHWLまで変化する。図1あるいは図8には、A1とHWLとの高低差はあまり大きくない場合が示されているが、実際には吐出ケーシング33はもっと長く作ることが可能であり、例えば10mを越えることもある。そのような先行待機運転ポンプでは、水位LdとHWLとの間に要項点Aを設定しても、水位がLdになると抵抗曲線が曲線ニのようになる。即ち、上記実例の先行待機運転ポンプでは、計画揚程と最高実揚程とには10mの揚程差が存在するので、必然的に点Bで示されるような流量が小さい運転状態が発生する。
【0094】
図9中の点Aは、計画実揚程で空気流入がない場合の運転点(要項点)を示しており、このときは吸込管31中の揚水は、軸線方向に一様に羽根車20に向って流れている。また図中の点Bは、最高実揚程で空気流入がない場合の運転点を示しており、最高効率点に対しかなり小水量側の運転点となる。このときは、羽根車20の外周側に逆流が生じており、そのため吸込管31中の揚水には、吸込管31の内壁付近に羽根車20の回転方向につれまわるような旋回成分が生じている。
【0095】
前述の旋回防止板70はそのような旋回流を防止するので、正圧hpを小さくする効果がある。前記の説明では板状の旋回防止板として旋回流を防止する装置を説明しているが、旋回防止板は突起物であればよく、あるいは、吸込管31の内壁に円周方向の凹凸を設けて凹部に吸気口を設置してもよい。
【0096】
次に、図10の断面図を参照して、本発明の第7の実施の形態を説明する。本実施の形態では、吸込管の内壁に環状の空気室50を有しているので、空気管を通して吸込管31内に吸い込まれる空気が吸込管31全周に渡って均一に行き渡る。
【0097】
図10(b)の空気室50の拡大図を参照して、空気室の構造と作用を説明する。図10(b)において、スリット51aの上端は、空気管40の空気室壁50aへの開口よりも、haだけ低く形成されている。したがって、水位Lが最低水位Ldになって、空気管40中の水位が空気管40の空気室壁50aへの開口まで低下してもまだ吸込管31への空気の吸い込みは起こらない。水位Lがさらに低下して、空気管40中の水位がさらにhaだけ低下し、スリット51aの上端に至ったところで空気の吸い込みが始まる。
【0098】
このような構造であるので、空気室50のスリット51aよりも上方の空間が十分にあれば、空気管40が1本であっても、吸込管31の全周に渡って空気が均一に行き渡る。特に、haを大き目にとれば、このような効果が期待できる。空気管40を複数にして、円環状の空気室50の周方向に等間隔に配置すれば、空気室50を小さくすることができる。
【0099】
また図10(c)に示すように、スリット51aの上端を正面図で見て直線ではなく、波型とする、周期的切り欠きを設ける等、周期的な上下変化を有する形状とすれば、高い部分から空気が小さい泡状に吸込管31に全周に渡って一様に流れ込むので、羽根車20への空気吸い込みを一様にすることができる。
【0100】
次に、図11の部分断面図を参照して、本発明の第8の実施の形態を説明する。図11(a)は、空気室50周辺のみを抽出して示す部分断面図である。図11(b)、図11(c)、図11(d)及び図11(e)は、吸込管をスリット52の位置で断面して見たX−X矢視である。
【0101】
本実施の形態では、上記の実施の形態のスリット51aと同様な、吸気口としてのスリット52が、吸込管31に環状に形成されている。スリット52は、空気室に沿って細い間隙であるスリット状に形成されており、空気室50と吸込管31の内部とを連通させている。
【0102】
また、スリット52には、該スリット52を跨いで吸込管31の内壁を上流側と下流側とで連結する支柱52aが形成されている。
【0103】
図11(b)に示すように第1の変形例では、支柱52aはスリット52に等配されている。支柱52aはスリットを等間隔で塞ぐようにケーシング壁(内壁)を残す形で形成することができる。支柱52aとして残された壁と、連通口としてのスリットとの割合は、スリットの開口の総計が支柱52aの総計よりも大きくしてもよいが、断続的に開口している形の断続スリット1個の開口部円周方向長さを、スリット形成部分における吸込管31の内径Daの0.1倍以下にするのが好ましい。
【0104】
また図11(c)に示すように、支柱は空気室50から吸込管31内に向けて流れる空気を導く空気案内板52bを構成するようにしてもよい。このように構成すると、空気の流れを半径方向に向けられるので、吸込管31内の旋回流を低減する効果がある。
【0105】
さらに図11(d)に示すように、空気案内板52cを半径方向に対して水の旋回方向に傾斜させるとよい。このように構成すると、吸い込まれる空気を水の旋回に誘引させる効果があり、旋回流があるにもかかわれず空気を吸い込みやすくする。
【0106】
さらに図11(e)に示すように、空気案内板52dを半径方向に対して水の旋回方向に傾斜させた上で、空気案内板52dの先端をケーシング(本実施の形態では吸込管31)の内面よりも突出させてもよい。このように構成すると、吸い込まれる空気を水の旋回に誘引させる効果のほかに、旋回流を弱める効果を奏する。前記突出量は、吸込管31の中心方向に向かって吸込管31の内径の0.1倍程度又はそれ以下の長さとするのが好ましい。
【0107】
支柱又は案内板は、空気を案内する他、吸込管31のスリットよりも下方の部分の重量を支持する効果も有する。
【0108】
図11では、第8の実施の形態を、支柱付きスリットに加えて旋回防止板70も備えるものとして説明したが、支柱付きスリットの空気誘引効果に鑑みて旋回防止板70を省略してもよい。特に図11(d)及び図11(e)で説明した変形例の場合は旋回防止板70の省略が可能となる。
【0109】
第8の実施の形態では、スリット52の軸方向の幅は、吸込管31の直径の0.005〜0.05倍とするのが好ましい。また、支柱52aの幅は吸込管の直径の0.005〜0.05倍の厚さを有する。その数は、周囲に16箇所以下とするのが好ましい。
【0110】
本発明の第7及び第8の実施の形態では、逆流防止板70は軸方向に直線形状を有するが、その半径方向の高さが、逆流防止板70の取付位置における吸込管31の内径の0.1倍以下とするのが好ましい。また、逆流防止板70の軸方向の長さがその位置における吸込管内径の0.3倍以下とするのが好ましい。
【0111】
次に、図12の部分断面図を参照して、本発明の第9の実施の形態を説明する。図12(a)に示す本実施の形態では、吸込管31は、その内壁との間に環状の内筒空間81aを形成する内筒81を、羽根車20と吸気口42との間に有している。内筒81は、その上流側即ち鉛直方向下方が、吸気口42の近傍で前記内壁に接続され、内筒81は水の流れに沿って流路面積が小さくなる先細ノズルを形成している。内筒空間81aは下流側で羽根車20に対向して開放されている。内筒81の、吸込管31の内壁との接続部の近傍には、内筒空間81aと内筒内側の水の流路82とを連通する孔83が形成されている。
【0112】
このように構成すると、小流量域で羽根車20の外周側を逆流してくる流れは、ノズルを形成する内筒81と吸込管31の内壁との間に流入し、孔83を通して吸込管31に流れ込むまでに旋回流は消滅するか、弱まる。したがって、吸気口42の部分に正圧hpが生じないか、生じても小さい値となる。
【0113】
図12(b)を参照して、本発明の第9の実施の形態の変形例を説明する。図12(a)の場合の吸気口42の代わりにスリット51aが形成されている。即ち、吸込管31はその内壁を囲み空気管40の一端が接続された環状の空気室50を有し、空気室50と吸込管31とを連通させるように空気室50に沿って、吸気口がスリット状に形成されている。スリット51aの幅は、0.005〜0.05Daとするとよい。
【0114】
このように構成すると、内筒81の孔83を通して吸込管31に流れ込む、旋回流のない流れに、スリット51aから一様に空気が流入する。
【0115】
この実施の形態では、ノズルを形成する内筒81と吸込管31の内壁との間には、板状のステー84を設けてもよい。そのような構成では、板状のステーは、内筒81の補強となる他、内筒空間81aを逆流する流れを整流することができる。そのようなステー84は、0.01〜0.1Daの厚さとするとよい。
【0116】
前記先細ノズルの最狭部の直径は、0.7〜0.9Daとするとよい。また、吸気口42又はスリット51aの下端から、先細ノズルの最狭部までの軸方向長さは、0.1〜0.3Daとするとよい。
【0117】
次に、図13の部分断面図を参照して、本発明の第10の実施の形態を説明する。本図には、吸込管31と空気管40の部分を抽出して示してある。
【0118】
図13(a)に示すように、吸込管31の内壁には環状の空気室50と吸込管31とを連通する吸気口としてのスリット51aが形成されており、吸込管31内の圧力の低下に応じて空気管40、空気室50及びスリット51aを通して吸込管31内に空気を吸い込むように構成されている。
【0119】
また吸込管31は、羽根車20とスリット51aとの間に内筒81を有する。内筒81は、吸込管31の内壁との間に環状の内筒空間80を形成している。内筒空間80には内筒81と吸込管31の内壁とを連結する支持板84aが配置されている。内筒空間80は上流側でスリット51a近傍で流路36に開放され、下流側で羽根車20に対向して開放されている。ここで上流、下流とは、流路36の本流の流れについて言うものとする。内筒空間80の流れは、逆流することがあるので、厳密に言えば、そのときは上流、下流の関係は反対になるが、便宜上本流の場合で定義している。
【0120】
支持板84aは内筒81を支持すると共に水の流れを案内する水案内板としても機能する。
【0121】
このように構成すると、羽根車20の外周側からの逆流は、内筒空間80に流入し、流路36の中心側を流れる本流と逆流は内筒81で分離される。したがって、吸込管31内の旋回流が防止される。
【0122】
図13(b)を参照して、この実施の形態の変形例を説明する。この例では、スリット51aには、これを跨いで吸込管31の内壁を上流側と下流側とで連結する支柱84bが形成されている。内筒81aも同様にスリット51aを覆うように形成されている。即ち、図13(a)の場合の内筒と支持板が鉛直方向下方に延長され、スリット51aを跨いだ形となる。
【0123】
このように構成すると、内筒81aがスリット51aを覆っており、支持板84bも同様にスリット51aを覆っているので、スリット51aの部分に旋回流が生じない。
【0124】
この例では、さらに内筒81aを上流側(鉛直方向下方)に延長して、ベルマウス状に広げて、吸込管31の内壁に接続する形状にしてもよい。このときは、内筒81aの吸込管31の内壁への接続部近傍に孔を開ける。このように構成することにより、旋回流をさらに効果的に防止することができる。
【0125】
次に、図14の部分断面図を参照して、本発明の第11の実施の形態の立軸ポンプを説明する。この立軸ポンプは、いわゆるトリートメントを利用したものである。トリートメントとは、ケーシングトリートメントとも称されるものであり、ポンプが部分流領域で運転される場合は、羽根車20の入口外周から吸込管31側へ逆流が遡ってくるが、その逆流を阻止するために、羽根車20の入口翼端部分のケーシングに逆流を通過させるために付設される軸方向に長さをもつ戻り流路のことである。
【0126】
図14(a)に示す第11の実施の形態では、吸込管31のうち羽根車20の入口直前の部分を外周部を外側に向かって拡大して、トリートメントを形成する。吸込管31のうち羽根車20の入口直前の部分は、軸線方向に平行な内壁を有している。吸込管内壁と同じ直径位置には、拡大する前の吸込管内壁をそのまま内筒31aとして残しておく。吸込管31の拡大する外周部31eは、空気室50の外周部と同じ直径まで拡大する。拡大した外周部31eは、空気室50の外周部と一体で円筒状のケーシングを形成する。拡大した外周部31eと残った内筒31aの間には、円環状の空間31fが形成される。なお空気室50は、前記の実施の形態と同様に形成されている。空間31fと空気室50との間は、空気室上壁50bで隔てられている。
【0127】
内筒31aは空気室50に接続され、その結果内筒31aと空気室50の内壁とは連続した内壁を形成することになる。内筒31aの空気室50接続部には、円環状の空間31fと吸込管31の内側とを連通する孔31bが開けられている。孔31bは複数個開けられ、周方向に均等に配置されている。
【0128】
このような構造において、羽根車20の入口先端から吸込側に流れ出る逆流が発生した場合、その旋回成分により逆流は外方へ流れる。したがって、その逆流は、空間31fに流入し、孔31bから吸込管31の中央部の本流に合流する。このようにして、スリット51aにおける旋回流が抑えられるので、正圧を小さくすることができる。
【0129】
図14(b)を参照して、第11の実施の形態の変形例を説明する。この例では、図14(a)の場合の複数の孔31bを、周方向に開けられたスリット31dに置き換えている。また内筒31aに対応する内筒31cをケーシング外周部31eと接続して支持するための複数(2枚以上16枚以下が好ましい)のステー85bが設けられている。ステー85bは平板状であり、軸線方向に直線状に形成されている。そのため、空間31fを流れる逆流を整流する整流板の機能も有している。
【0130】
このような構造において、羽根車20の入口先端から吸込側に流れ出る逆流が発生した場合、図14(a)の例と同様に逆流が空間31fを流れる間に、逆流が持つ旋回成分は消滅あるいは減少する。
【0131】
スリット51aには、これを跨いで内筒31cと吸込管31の内壁を連結する支柱52bを形成してもよい。即ち、図11で説明したような支柱(ラジアル方向支柱、傾斜支柱、内側に突出した支柱)を設けてもよい。
【0132】
次に、図15の部分断面図を参照して、本発明の第12の実施の形態を説明する。この実施の形態は、吸込管31の構造以外は他の実施の形態と同様であるので図示を省略してある。図示のように、羽根車20に向けて水を流す流路36を構成する吸込管31に、一端から吸込管31内に空気を導入する空気管40を備える。
【0133】
吸込管31は、その内壁との間に環状の内筒空間92を形成する内筒91を有し、内筒空間92は下流側(鉛直方向上方)が羽根車20に対向して開放されている。空気管40による吸込管31への吸気口42は内筒91内に開口し、内筒91内の開口部の圧力の低下に応じて空気管40と吸気口42を通して吸込管31内に空気を吸い込むように構成されている。
【0134】
ここで、内筒空間92には内筒91と吸込管31の内壁とを連結する支持部材としてのステーが配置されている。空気管40は、ステー92aの内部を貫通するようにしてもよいし、ステー92aとは別に内筒空間92を貫通させてもよい。
【0135】
また図15(b)に示すように、吸込管31はベルマウス状に形成されて、内筒91の上流側が、前記ベルマウスに沿うように吸込管31の下端まで延長されるように構成してもよい。このように構成すると、逆流発生時には、逆流はその旋回成分をなくした上で吸込管31の外部に流れ出る。
【0136】
このように、羽根車20からの逆流は、内筒空間92を流れるので、吸気口42付近に正圧が発生しないか、小さい正圧に抑えることができる。
【0137】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、空気管から吸込管への水中の浮遊物の吸い込みが防止され、空気管開口部が浮遊物に閉塞されず、吸込管内に確実に空気を吸い込むようにした立軸ポンプを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態である立軸ポンプの正面断面図である。
【図2】各水位と吸込管の下端から渦状に空気を吸い込んでしまう水位Lcとの関係を説明する部分断面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の変形例を示す部分正面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示す部分正面図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態である立軸ポンプの断面図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態である立軸ポンプの部分正面図である。
【図7】本発明の第5の実施の形態である立軸ポンプの部分正面図である。
【図8】本発明の第6の実施の形態である立軸ポンプの断面図である。
【図9】立軸ポンプの特性を説明するQ−Hカーブ(性能曲線)図である。
【図10】本発明の第7の実施の形態を説明する立軸ポンプの断面図である。
【図11】本発明の第8の実施の形態である立軸ポンプの部分断面図である。
【図12】本発明の第9の実施の形態である立軸ポンプの部分断面図である。
【図13】本発明の第10の実施の形態である立軸ポンプの部分断面図である。
【図14】本発明の第11の実施の形態である立軸ポンプの部分断面図である。
【図15】本発明の第12の実施の形態である立軸ポンプの部分断面図である。
【図16】従来の立軸ポンプの正面断面図である。
【符号の説明】
1 水槽
10 立軸ポンプ
20 羽根車
21 回転軸
30 ケーシング
31 吸込管
31a、31c 吸込管内筒
31b 孔
31d スリット
31e 外周部
31f 吸込管内壁とケーシングとの空間
32 ライナーケーシング
33 揚水管ケーシング
34 吐出配管
35 ガイドケーシング
36 流路
40 空気管
41 空気管開口部
42 吸気口
43 浮遊物を遮断する装置
44 ストレーナ
45 ブリーザ
46 ブリーザと空気管との空隙
47 空気管の屋根囲い
50 空気室
50a 空気室壁
51a スリット
52 スリット
52a 支柱
70 旋回防止板
80 内筒空間
81 内筒
82 内筒内側の水の流路
83 内筒空間と内筒内側の水の流路を連通する孔
84a、84b 内筒ステー
85a トリートメントケーシング
85b トリートメントステー
91、93 内筒
92 内筒空間
92a 内筒ステー
h 負圧水頭
HWL 最高水位
Ld 設計水位(全量吐出量となる設計上の水位)
LWL 最低運転水位
Lc 渦状に空気を吸い込む水位
LO 空気管を通して吸込管内に水を吸い込む水位
SLWL 羽根車の吸込開始水位
A1 吸気口水位
A2 吸込管下端水位[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vertical shaft pump, and more particularly to a vertical shaft pump suitable for preceding standby operation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as shown in FIG. 16, an
[0003]
In this way, for example, for rainwater drainage in a large city, the pump is started in advance based on rainfall information and the like regardless of the suction water level, and when the water level rises from the low water level, the water amount is gradually increased from idle operation while the total amount is increased. When the water level dropped from the high water level, the operation was smoothly transitioned from full operation to idle operation while gradually reducing the water flow. Such a pump is started at a water level LLLWL lower than the lower end of the casing (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 5-33752 (page 3-4, Fig. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the air pipe attached to the conventional pump, there is a problem that the suspended matter in the water is easily sucked, the opening is closed by the suspended matter, and it becomes difficult for air to flow into the suction pipe. In particular, since suspended matter in water often floats on the surface, when the water level is falling, the suspended matter closes the opening before the opening starts to be exposed to the air, and the water level below the minimum operating water level LWL However, there is a problem that it is difficult for air to flow into the suction pipe.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a vertical shaft pump that avoids closing of an air pipe opening due to suction of suspended matter and ensures that air flows into a suction pipe, and is particularly suitable for preceding standby operation.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an
[0008]
With this configuration, since the opening of the air pipe is oriented horizontally or downward from the horizontal, it is more difficult to suck in floating substances in the water, which often float on the surface, as compared to the upward opening.
[0009]
As described in
[0010]
With this configuration, since the opening of the air pipe is directed downward, it becomes more difficult to suck the suspended matter, and even if the suspended matter is sucked into the opening, it becomes easy to fall with a decrease in the water surface. .
[0011]
In order to achieve the above object, the
[0012]
With this configuration, since the device for blocking suspended matter is provided, the device for blocking suspended matter prevents infiltration of the suspended matter in the water into the air pipe, and the suspended matter is not sucked. The opening is also prevented from being blocked by a floating substance.
[0013]
As shown in FIG. 4 and, for example, as shown in FIG. 6, in the vertical pump according to
[0014]
With this configuration, since the strainer is provided, the strainer prevents entry of suspended matter in the water into the air pipe, and the suspended matter is not sucked, so that the opening may be blocked by the suspended matter. Is prevented.
[0015]
Further, as described in
[0016]
With this configuration, since the breather is provided, when water flows into the air pipe, the water flows in from the lower portion of the breather, so that suction of the floating material floating on the surface is prevented, and Is prevented from being sucked in, so that the opening is also prevented from being blocked by a floating substance.
[0017]
In the
[0018]
With this configuration, since the swirl prevention plate is provided, a swirling flow around the axis in the suction pipe can be prevented, and a positive pressure does not occur on the inner wall of the suction pipe due to the swirling flow, and the air pipe flows from the opening. The suction of air into the suction pipe through the suction port is performed according to the water level and the flow velocity in the suction pipe.
[0019]
Further, in the
[0020]
With this configuration, since the swirl prevention plate is provided, a swirling flow around the axis in the suction pipe can be prevented, and a positive pressure does not occur on the inner wall of the suction pipe due to the swirling flow, and the air pipe flows from the opening. The suction of air into the suction pipe through the suction port is performed according to the water level and the flow velocity in the suction pipe, and the annular air chamber is provided, so that the air can be uniformly distributed on the inner wall of the suction pipe.
[0021]
In the vertical shaft pump according to the invention according to claim 8, for example, as shown in FIG. 11, the
[0022]
With this configuration, since the
[0023]
In the vertical pump according to the ninth aspect of the present invention, as shown in FIG. 12, for example, the
[0024]
With this configuration, the suction pipe has an inner cylinder that forms an annular inner cylinder space with the inner wall between the impeller and the intake port, and the upstream side of the inner cylinder is near the intake port. Connected to the inner wall, the inner cylinder forms a tapered nozzle that reduces the flow area along the flow of water, and the inner cylinder space is open facing the impeller on the downstream side, so Flows into the inner cylinder space, and a hole communicating the inner cylinder space and the flow path is formed in the vicinity of the connection portion of the inner cylinder with the inner wall, so that the backward flow flows out of the hole. I do. Thus, the swirling flow due to the backflow is suppressed.
[0025]
In the vertical pump according to the tenth aspect of the present invention, as shown in FIG. 13, for example, the
[0026]
With such a configuration, since the inner cylinder forms an annular inner cylinder space with the inner wall, the backflow from the impeller flows through the inner cylinder space. Further, since the support plate for connecting the inner cylinder and the inner wall is disposed in the inner cylinder space, the inner cylinder can be supported by the inner wall. In addition, the support plate can be configured to function as a water guide plate for guiding the flow of water, and in that case, the flow of water can be rectified.
[0027]
In the vertical shaft pump according to the eleventh aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 14, the
[0028]
With this configuration, since the suction pipe has the casing treatment, the backflow from the impeller flows through the casing treatment, and the swirling flow due to the backflow is suppressed.
[0029]
In the vertical shaft pump according to the twelfth aspect of the present invention, as shown in FIG. 15, for example, the
[0030]
Typically, a
[0031]
With this configuration, since the backflow from the impeller flows through the inner cylinder space, a positive pressure is hardly generated near the intake port.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the drawings, the same or corresponding members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0033]
A vertical shaft pump according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. The
[0034]
Preliminary standby operation, especially full speed preparatory standby operation, is to start the pump in advance before rainwater flows into the pump suction tank, start draining as the water level L rises, and maintain the full speed without stopping the pump even if the water level drops. It is to drive in. Even when the drainage is started, the
[0035]
The structure of the
[0036]
A rotating
An axial pump (not shown) may be used as the pump for the preliminary standby operation. The axial pump is suitable when the flow rate relative to the discharge head is relatively large.
[0037]
The casing
[0038]
An installation flange is attached to the
[0039]
An
[0040]
The
[0041]
Although one
[0042]
The other end (upper end) 41 of the
[0043]
The
[0044]
Next, the relationship between the structure in the height direction of the
[0045]
The design minimum water level Ld is at least equal to the water level LWL and usually higher than it. The design minimum water level Ld is simply obtained by multiplying the inner diameter of the suction pipe from the lower end of the
[0046]
Below the design minimum water level Ld or the minimum water level LWL, there is a suction start water level SLWL of the
[0047]
Below the suction start water level SLWL, there is an intake water level A1. This corresponds to the upper end of the
[0048]
Below the inlet water level A1, there is a water level A2 at the tip of the
[0049]
Further, the operation of the
[0050]
The water level L in the water tank rises due to the inflow of rainwater, and exceeds the lower end water level A2 of the suction bell. Even if the water level L exceeds the water level A1, water is not yet sucked up. The
[0051]
When the water level L further rises and reaches the water level SLWL, the
[0052]
Further, when the water level exceeds the water level of the
[0053]
Further, the water level L rises to a water level between the water level LO and the water level HWL, and the
[0054]
The airlock water level is designed to match or be close to the water level A1, which is usually the height of the intake port, but does not always match. There is a case where the water amount becomes zero only when the water level further decreases after passing through A1, or when the water level reaches the lower end water level A2 of the suction bell. In the present embodiment, it is assumed that the airlock water level substantially coincides with the water level A1, and the water amount becomes zero at this water level.
[0055]
In this manner, the
[0056]
As described above, even if the water level L falls sufficiently and becomes lower than the water level A2 at the lower end of the
[0057]
As described above, even if the water level L in the water tank rises due to the inflow of rainwater and the water level exceeds A1, water is not yet sucked up, but immediately after the water level falls, the water remains above the
[0058]
Usually, a plurality of the above-mentioned preceding standby operation pumps are installed at the plant. In such an operation of the plant, if one pump has insufficient drainage due to an increase in water level, the other pumps are started one after another to start operation of a plurality of pumps.
[0059]
Here, the relationship between each water level and the water level Lc at which air is sucked in a spiral form from the lower end of the
[0060]
Generally, when designing a vertical shaft pump, first, an airlock water level is designated by design specifications. That is, the water level decreases from the high water level, and finally the drainage level stops. Normally, the airlock water level is designed to match the water level A1 of the intake port. Check the airlock water level during test run. The actual airlock water level is not higher than the inlet position, but is at a lower position or almost the same height.
[0061]
In general, the design specification also specifies a position at which drainage starts when the water level rises from a low water level, that is, an impeller tip position SLWL.
[0062]
When the water level A1 is determined, the design water level Ld that is the total discharge water amount is calculated by the water level Ld = A1 + h. Here, h = hl + (v 2 / 2g). In the simple calculation, h = (v 2 / 2g) x 1.1.
[0063]
Here, v is the suction flow rate of water calculated by (the essential point total water amount) / (the suction area of the suction pipe 31). (V 2 / 2g) is the negative pressure generated by the water flow calculated from Bernoulli's theorem. It may be called speed head. Hl is a flow loss from the lower end A2 of the
[0064]
The designed water level Ld that is the total discharge water amount is the water level calculated as described above, and when the water level L is rising, the suction of the air from the
[0065]
The design water level Ld, which is the total discharge water amount, has a margin with respect to the water level Lc at which air is sucked from the lower end of the
[0066]
Below that, the water level Lc at which the air is sucked in from the lower end of the
Experience has shown that Ld does not become lower than the water level Lc.
[0067]
In the
[0068]
Here, it is assumed that the water level L rises from a position lower than the water level LO to a position higher than the water level LO, and then falls to a position lower than the water level LO.
[0069]
As described above, when the water level L exceeds the water level LO, the water in the
[0070]
The position of the
[0071]
Further, at the position of the
[0072]
That is, the
[0073]
Therefore, for example, as shown in FIG. 1, the
[0074]
Further, in order to suck a large floating substance, the floating substance may be locked in the
[0075]
Next, a modification of the first embodiment will be described with reference to the partial diagram of FIG. As shown in FIG. 3A, by setting the opening direction of the
[0076]
Further, as shown in FIG. 3B, the
[0077]
Alternatively, as shown in FIG. 3 (c), the upper plate extending horizontally from the outer wall of the
[0078]
Further, as shown in FIG. 3D, when the opening side end of the
[0079]
Further, as shown in FIG. 3 (e), if the opening side end of the
[0080]
Next, a second embodiment will be described with reference to a partial view of FIG. This embodiment is a case where water does not flow through an air tube formed in an inverted U shape. Until now, the embodiment has been described assuming that there is not much difference in height between the uppermost portion of the inverted U-shape and the opening. However, as shown in FIG. If the height up to the
[0081]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the sectional view of FIG. In the present embodiment, as shown in the figure, a
[0082]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to a partial view of FIG. In the present embodiment, as shown, a
[0083]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to a partial view of FIG. In the present embodiment, as shown, a
[0084]
Alternatively, a structure may be adopted in which the side of the
[0085]
As shown in FIG. 7C, a
[0086]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the sectional view of FIG. There is no problem when the discharge flow rate of the pump is near the design point, but on the small water flow side from the design point, a backflow from the discharge side to the suction side occurs on the outer peripheral side of the
[0087]
The design water level Ld that is the total discharge water amount is calculated by the water level A1 + h, and h = hl + (v 2 / G), but a positive pressure hp is actually generated near the
[0088]
In consideration of the positive pressure hp, h is as follows.
h = hl + (v 2 / 2g) -hp
[0089]
When the positive pressure hp is generated, no air is sucked from the
[0090]
According to the sixth embodiment of the present invention, on the inner surface of the
[0091]
Here, the characteristics of the
[0092]
In the same figure, a curve A represents a flow rate-head (QH) curve, a curve B represents a resistance curve at a planned lift (straight line C), and a curve D represents a resistance curve at a maximum actual head (straight line E). . The state of the curve d is a case where the discharge pressure fluctuates greatly and the discharge pressure is high. A curve indicated by a two-dot chain line obtained by moving the curve A in the direction of the origin is a QH curve of the air-water mixing operation of sucking air. The intersection of each QH curve and the resistance curve is the operating point in each state.
[0093]
In the case of the pre-standby operation pump for rainwater drainage, the drainage height to the river or sea to be drained generally does not change much. However, at least the water level in the
[0094]
A point A in FIG. 9 indicates an operating point (the essential point) when there is no air inflow at the planned actual head. At this time, the pumped water in the
[0095]
The above-described
[0096]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the sectional view of FIG. In the present embodiment, since the
[0097]
The structure and operation of the air chamber will be described with reference to an enlarged view of the
[0098]
With such a structure, if the space above the
[0099]
Further, as shown in FIG. 10 (c), if the upper end of the
[0100]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to a partial sectional view of FIG. FIG. 11A is a partial cross-sectional view showing only the vicinity of the
[0101]
In the present embodiment, a
[0102]
Further, the
[0103]
As shown in FIG. 11B, in the first modified example, the
[0104]
In addition, as shown in FIG. 11C, the support may constitute an
[0105]
Further, as shown in FIG. 11D, the
[0106]
Further, as shown in FIG. 11 (e), after the
[0107]
The column or guide plate has the effect of guiding the air and also supporting the weight of the portion of the
[0108]
In FIG. 11, the eighth embodiment has been described as including the turning
[0109]
In the eighth embodiment, the width of the
[0110]
In the seventh and eighth embodiments of the present invention, the
[0111]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to the partial sectional view of FIG. In the present embodiment shown in FIG. 12A, the
[0112]
With this configuration, the flow flowing backward on the outer peripheral side of the
[0113]
A modification of the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A
[0114]
With this configuration, air flows uniformly from the
[0115]
In this embodiment, a plate-
[0116]
The diameter of the narrowest portion of the tapered nozzle may be 0.7 to 0.9 Da. Further, the axial length from the lower end of the
[0117]
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to a partial sectional view of FIG. In this drawing, the
[0118]
As shown in FIG. 13A, a
[0119]
The
[0120]
The
[0121]
With this configuration, the backflow from the outer peripheral side of the
[0122]
A modification of this embodiment will be described with reference to FIG. In this example,
[0123]
With this configuration, since the
[0124]
In this example, the
[0125]
Next, a vertical pump according to an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to the partial cross-sectional view of FIG. This vertical pump utilizes a so-called treatment. The treatment is also referred to as a casing treatment. When the pump is operated in the partial flow region, the backflow comes back from the outer periphery of the inlet of the
[0126]
In the eleventh embodiment shown in FIG. 14 (a), a treatment is formed by enlarging the portion of the
[0127]
The
[0128]
In such a structure, when a backflow that flows from the inlet end of the
[0129]
A modification of the eleventh embodiment will be described with reference to FIG. In this example, the plurality of
[0130]
In such a structure, when a backflow that flows from the inlet end of the
[0131]
In the
[0132]
Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to the partial cross-sectional view of FIG. This embodiment is the same as the other embodiments except for the structure of the
[0133]
The
[0134]
Here, a stay as a support member for connecting the
[0135]
Further, as shown in FIG. 15 (b), the
[0136]
As described above, since the backflow from the
[0137]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, suction of suspended matter in water from the air pipe to the suction pipe is prevented, the opening of the air pipe is not blocked by the floating matter, and the air is reliably sucked into the suction pipe. It is possible to provide a vertical shaft pump.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of a vertical shaft pump according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating a relationship between each water level and a water level Lc at which air is sucked in a swirl from a lower end of a suction pipe.
FIG. 3 is a partial front view showing a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a partial front view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a vertical shaft pump according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partial front view of a vertical shaft pump according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a partial front view of a vertical pump according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of a vertical pump according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a QH curve (performance curve) illustrating characteristics of the vertical shaft pump.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a vertical pump explaining a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a partial sectional view of a vertical pump according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a partial sectional view of a vertical shaft pump according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a partial sectional view of a vertical shaft pump according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a partial sectional view of a vertical pump according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a partial sectional view of a vertical pump according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a front sectional view of a conventional vertical pump.
[Explanation of symbols]
1 aquarium
10 Vertical pump
20 impeller
21 Rotation axis
30 casing
31 Suction pipe
31a, 31c Suction pipe inner cylinder
31b hole
31d slit
31e outer periphery
31f Space between suction pipe inner wall and casing
32 liner casing
33 Pumping pipe casing
34 Discharge piping
35 Guide casing
36 channels
40 air tube
41 Air tube opening
42 Inlet
43 Equipment to block suspended matter
44 Strainer
45 Breezer
46 Air gap between breather and air pipe
47 Air Pipe Roof Enclosure
50 air chamber
50a Air chamber wall
51a slit
52 slit
52a prop
70 Rotation prevention plate
80 Inner cylinder space
81 inner cylinder
82 Water flow path inside inner cylinder
83 Hole that connects the inner cylinder space and the water flow path inside the inner cylinder
84a, 84b Inner cylinder stay
85a treatment casing
85b treatment stay
91, 93 inner cylinder
92 Inner cylinder space
92a Inner tube stay
h Negative pressure head
HWL high water level
Ld Design water level (design water level for full discharge)
LWL Minimum operating water level
Lc Water level that draws air in a vortex
LO Water level at which water is sucked into the suction pipe through the air pipe
SLWL Impeller suction start water level
A1 intake water level
A2 Suction pipe bottom water level
Claims (12)
前記羽根車の上流側に配置され、前記羽根車に向けて前記水を流す吸込管と;
前記吸込管に一端が接続され、他端が前記吸い込まれる水の最高水位よりも低い位置で、且つ、それ以下では前記吸込管の下端が前記吸い込まれる水の水面より低い場合であっても前記吸込管の下端から空気を吸い込んでしまう最低水位よりも高い位置で開口する空気管とを備え;
前記空気管の開口方向を水平又は水平より下向きとした;
立軸ポンプ。An impeller which is rotated by a rotating shaft arranged in a longitudinal direction and sucks water;
A suction pipe arranged upstream of the impeller and for flowing the water toward the impeller;
One end is connected to the suction pipe, and the other end is at a position lower than the highest water level of the sucked water, and below that, even when the lower end of the suction pipe is lower than the water level of the sucked water. An air pipe opening at a position higher than a minimum water level at which air is sucked from a lower end of the suction pipe;
The opening direction of the air tube is horizontal or downward from the horizontal;
Vertical pump.
前記羽根車の上流側に配置され、前記羽根車に向けて前記水を流す吸込管と;
前記吸込管に一端が接続され、他端が前記吸い込まれる水の最高水位よりも低い位置で、且つ、それ以下では前記吸込管の下端が前記吸い込まれる水の水面より低い場合であっても前記吸込管の下端から空気を吸い込んでしまう最低水位よりも高い位置で開口する空気管とを備え;
前記空気管の他端に浮遊物を遮断する装置を備えた;
立軸ポンプ。An impeller which is rotated by a rotating shaft arranged in a longitudinal direction and sucks water;
A suction pipe arranged upstream of the impeller and for flowing the water toward the impeller;
One end is connected to the suction pipe, and the other end is at a position lower than the highest water level of the sucked water, and below that, even when the lower end of the suction pipe is lower than the water level of the sucked water. An air pipe opening at a position higher than a minimum water level at which air is sucked from a lower end of the suction pipe;
The other end of the air tube was provided with a device for blocking suspended matter;
Vertical pump.
請求項3に記載の立軸ポンプ。The device for blocking the float is a strainer;
The vertical shaft pump according to claim 3.
請求項3に記載の立軸ポンプ。The device for blocking the suspended matter is a breather;
The vertical shaft pump according to claim 3.
前記内壁には吸気口が形成されており、前記空気管は前記吸気口により前記吸込管内と連通し、前記吸込管内の圧力低下に応じて前記空気管と吸気口を通して前期吸込管内に空気を吸い込むように構成され;
前記羽根車と前記吸気口との間の前記内壁には、前記羽根車の回転による水の旋回を防止する旋回防止板が形成されている;
請求項1乃至請求項5に記載の立軸ポンプ。The suction tube is configured to flush water along the inner wall toward the impeller;
An intake port is formed in the inner wall, and the air pipe communicates with the inside of the suction pipe through the intake port, and sucks air into the suction pipe through the air pipe and the intake port according to a pressure drop in the suction pipe. Is configured as;
A turning prevention plate is formed on the inner wall between the impeller and the intake port to prevent turning of water due to rotation of the impeller;
The vertical shaft pump according to claim 1.
前記空気管の一端は前記空気室に接続され;
前記内壁には吸気口が形成されており、前記空気室は前記吸気口により前記吸込管内と連通し、前記吸込管内の圧力の低下に応じて前記空気管と吸気口を通して前記吸込管内に空気を吸い込むように構成され;
前記羽根車と前記吸気口との間の前記内壁には、前記羽根車の回転による水の旋回を防止する旋回防止板が形成されている;
請求項1乃至請求項5に記載の立軸ポンプ。The suction pipe is configured to flow water along the inner wall toward the impeller, and has an annular air chamber surrounding the inner wall;
One end of the air tube is connected to the air chamber;
An intake port is formed in the inner wall, the air chamber communicates with the inside of the suction pipe by the intake port, and air flows into the suction pipe through the air pipe and the intake port according to a decrease in pressure in the suction pipe. Configured to inhale;
A turning prevention plate is formed on the inner wall between the impeller and the intake port to prevent turning of water due to rotation of the impeller;
The vertical shaft pump according to claim 1.
前記空気管の一端は前記空気室に接続され;
前記内壁には吸気口が形成されており、前記空気室は前記吸気口により前記吸込管内と連通し、前記吸込管内の圧力の低下に応じて前記空気管と吸気口を通して前記吸込管内に空気を吸い込むように構成され;
前記吸気口には、前記空気室から前記吸込管内に向けて流れる空気を導く空気案内板が配置されている;
請求項1乃至請求項5に記載の立軸ポンプ。The suction pipe is configured to flow water along the inner wall toward the impeller, and has an annular air chamber surrounding the inner wall;
One end of the air tube is connected to the air chamber;
An intake port is formed in the inner wall, the air chamber communicates with the inside of the suction pipe by the intake port, and air flows into the suction pipe through the air pipe and the intake port according to a decrease in pressure in the suction pipe. Configured to inhale;
An air guide plate that guides air flowing from the air chamber toward the inside of the suction pipe is disposed at the intake port;
The vertical shaft pump according to claim 1.
前記内壁には吸気口が形成されており、前記空気管は前記吸気口により前記吸込管内と連通し、前記吸込管内の圧力の低下に応じて前記空気管と吸気口を通して前記吸込管内に空気を吸い込むように構成され;
前記吸込管は、前記内壁との間に環状の内筒空間を形成する内筒を、前記羽根車と前記吸気口との間に有し、該内筒の上流側は前記吸気口の近傍で前記内壁に接続され、該内筒は前記水の流れに沿って流路面積が小さくなる先細ノズルを形成しており、前記内筒空間は下流側で前記羽根車に対向して開放され、前記内筒の前記内壁との接続部の近傍には前記内筒空間と前記内筒の内側の水の流路とを連通する孔が形成されている;
請求項1乃至請求項5に記載の立軸ポンプ。The suction tube is configured to flush water along the inner wall toward the impeller;
An intake port is formed on the inner wall, and the air pipe communicates with the inside of the suction pipe through the intake port, and air flows into the suction pipe through the air pipe and the intake port according to a decrease in pressure in the suction pipe. Configured to inhale;
The suction pipe has an inner cylinder that forms an annular inner cylinder space between the inner wall and the inner wall, between the impeller and the intake port, and the upstream side of the inner cylinder is near the intake port. Connected to the inner wall, the inner cylinder forms a tapered nozzle having a smaller flow area along the flow of the water, and the inner cylinder space is opened facing the impeller on the downstream side, A hole is formed in the vicinity of a connection portion of the inner cylinder with the inner wall, the hole communicating the inner cylinder space and a flow path of water inside the inner cylinder;
The vertical shaft pump according to claim 1.
前記空気管の一端は前記空気室に接続され;
前記内壁にはスリット状の吸気口が形成されており、前記空気室は前記吸気口により前記吸込管内と連通し、前記吸込管内の圧力の低下に応じて前記空気管と吸気口を通して前記吸込管内に空気を吸い込むように構成され;
前記吸込管は、前記羽根車と前記吸気口との間に、前記内壁との間に環状の内筒空間を形成する内筒を有し、前記内筒空間には前記内筒と前記内壁とを連結する支持板が配置され、前記内筒空間は上流側で前記吸気口近傍で前記流路に開放され、下流側で前記羽根車に対向して開放されている;
請求項1乃至請求項5に記載の立軸ポンプ。The suction pipe is configured to flow water along the inner wall toward the impeller, and has an annular air chamber surrounding the inner wall;
One end of the air tube is connected to the air chamber;
A slit-shaped intake port is formed in the inner wall, and the air chamber communicates with the inside of the suction pipe through the intake port, and the air pipe and the intake pipe pass through the air pipe and the intake port in response to a decrease in pressure in the suction pipe. Configured to inhale air into the
The suction pipe has an inner cylinder that forms an annular inner cylinder space between the impeller and the intake port and the inner wall, and the inner cylinder and the inner wall include the inner cylinder space. A support plate for connecting the inner cylinder space, the inner cylinder space is opened to the flow passage near the intake port on the upstream side, and is opened facing the impeller on the downstream side;
The vertical shaft pump according to claim 1.
前記空気管の一端は前記空気室に接続され;
前記内壁には前記環状の空気室と前記吸込管とを連通するスリット状の吸気口が吸込管の全周にわたって形成されており、前記吸込管内の圧力の低下に応じて前記空気管と吸気口を通して前記吸込管内に空気を吸い込むように構成され;
前記吸気口と前記羽根車の間には、ケーシングトリートメントが形成され;
前記ケーシングトリートメントは、前記内壁と該内壁の外側に配置された外ケーシングとを含んで構成され、前記内壁と外ケーシングとの間の空間は、一方が前記羽根車の入口翼端部分に開口し、他方が前記吸気口の近傍に開口した、軸方向に長さを有する戻り流路を構成している;
請求項1乃至請求項5に記載の立軸ポンプ。The suction pipe is configured to flow water along the inner wall toward the impeller, and has an annular air chamber surrounding the inner wall;
One end of the air tube is connected to the air chamber;
On the inner wall, a slit-shaped intake port communicating the annular air chamber and the suction pipe is formed over the entire circumference of the suction pipe, and the air pipe and the intake port are formed in response to a decrease in pressure in the suction pipe. Configured to draw air into the suction tube through
A casing treatment is formed between the inlet and the impeller;
The casing treatment is configured to include the inner wall and an outer casing disposed outside the inner wall, and a space between the inner wall and the outer casing, one of which is open to an inlet blade end portion of the impeller. And the other constitutes a return passage having an axial length, which is open in the vicinity of the intake port;
The vertical shaft pump according to claim 1.
前記吸込管は、前記内壁との間に環状の内筒空間を形成する内筒を有し、前記内筒空間は下流側が前記羽根車に対向して開放されており;
前記空気管による前記吸込管への吸気口は前記内筒内に開口し、該内筒内の開口部の圧力の低下に応じて前記空気管と吸気口を通して前記吸込管内に空気を吸い込むように構成された;
請求項1乃至請求項5に記載の立軸ポンプ。The suction tube is configured to flush water along the inner wall toward the impeller;
The suction pipe has an inner cylinder that forms an annular inner cylinder space between the suction pipe and the inner wall, and the inner cylinder space is open on a downstream side so as to face the impeller;
An intake port of the air pipe to the suction pipe is opened in the inner cylinder, and the air is sucked into the suction pipe through the air pipe and the intake port in response to a decrease in pressure of the opening in the inner cylinder. Composed;
The vertical shaft pump according to claim 1.
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