JP2002021050A - ゲートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】渦や旋回流を防止するとともに、低水位での運
転を可能に設置したゲートポンプの提供。 【解決手段】 水路中に、流入側より吸入される水を吐
出させる羽根車２７及びこの羽根車２７を回転駆動する
ためのモータユニット２１とを内蔵し、このモータユニ
ット２１の外周にこのモータユニット２１の駆動軸線と
同芯に配置され、このモータユニット２１との間で環状
の隙間を形成し流入側に吸込み口３２を有するガイドケ
ーシング６を備えたゲートポンプ２を設置し、このゲー
トポンプ２の回転駆動軸線が水平線と角度をなして水路
中下方に設置されるように構成した。その結果、渦、旋
回流等を回避し低水位での運転を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲートポンプに関
する。更に詳しくは、河川等を横断して設けられる水門
の扉体に固定配置した水中ポンプであるゲートポンプに
関する。

【０００２】

【従来の技術】水門の扉体に直接配置した水中ポンプ、
即ちゲートポンプ（本出願人の登録商標）は、種々提案
されている。このゲートポンプは一般に吸込みベルマウ
ス、羽根車、後置案内羽根及び吐き出しケーシング、吐
き出しフラップ弁等から構成される。ゲートの扉体への
ポンプの搭載形式としては次の３つの形式が知られてい
る。扉体の上流側側面にポンプを配置する縦軸形式、ゲ
ートの内部にポンプを配置するゲート内蔵形式、ポンプ
の回転軸を水平に配置した横軸形式である。

【０００３】どの形式もゲートポンプは、一般的に回転
軸線の方向が縦、即ち鉛直方向、又は横、即ち水平方向
に配置されている。これらの形式については、本発明の
本旨でないので詳細説明は省略する。ゲートポンプは、
水路の形状が不適切であったり、水位が低下して必要没
水深さが確保できなくなると、空気吸込渦、水中渦、旋
回流が発生する。

【０００４】即ち、水面にくぼみができる程度のくぼみ
渦、くぼみ渦が成長し吸込口まで達する空気吸込渦、特
に河床で発生する水中渦、水位がポンプ吸込口まで下っ
たときに生じる同心渦、また水路中の偏流、渦、羽根車
の回転等により発生するもので、羽根車への均等な流入
を乱すのが旋回流である。

【０００５】立軸ポンプ又は立吸込管の最低運転可能水
位は、一般にベルマウスの河床からの高さ（底面隙間Ｃ
１）と、空気吸込渦を回避するために必要なベルマウス
から自由水面までの距離（没水深さＳ１）より決定され
る。ここでＣ１を小さくすると、吸込み口の周辺を通過
する流速は通過面積の減少に反比例して増加し、水中渦
や旋回流の発生が起こりやすくなる。

【０００６】また、Ｓ１を小さくすると、ベルマウスか
ら自由水面に発生する渦まで距離が短くなるため、空気
吸込渦が発生しやすくなる。これらの空気吸込渦、水中
渦、旋回流は揚水量低下、キャビテーション、揚程低下
などのポンプの性能低下や騒音、振動、水中軸受け摩
耗、羽根の壊食などの機械的問題を引き起こす。

【０００７】従ってこれらを回避するため、連続的な渦
吸い込みが起きないよう一般的にポンプ口径ｄに対しＣ
１≧ｄ、Ｓ１≧１．５〜２ｄとなるように決められてい
る。Ｃ寸法、Ｓ寸法が小さければ、掘り込み等をしない
で低い水位まで運転は可能である。

【０００８】特に、最低運転可能水位を下げる必要があ
り場合、立軸ポンプでは河床を掘り込んでいる。一方、
横軸ポンプについては、ポンプ上流側で空気吸込渦が発
生しやすく、これを回避するため、立軸ポンプ同様にポ
ンプ取り付け高さＣ２、必要没水深さＳ２の推奨値が決
められている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】特に横軸ゲートポンプ
は、水路の流れ込み方向と吸込み及び吐き出し方向が一
致するので損失が少なく、流れも均一で乱れにくいの
で、立軸ポンプに見られるポンプ後流側での空気吸込渦
が発生しにくく、同口径の立軸ポンプと比べ水路幅を小
さくできる。しかしながら水平に設置する単なる横軸ポ
ンプ（水平ラッパ管）は、吸込み口の没入深さを浅くす
ると、ポンプ上流側に空気吸込み渦が発生し、設置深さ
に限界があった。

【００１０】吸込み口を河床又は側壁に近く設置する
と、水面から吸込口に向かう下向き流れて吸込み口と横
壁及び河床との間に旋回流を生じ、その旋回流が、くぼ
み渦を空気吸込渦へ生長させるのを助長し、ポンプ性能
に悪影響を与える。くぼみ渦等を避けるためには、水面
よりどうしても適正深さを必要としていた。従って、横
軸ポンプの場合、水路の流れが同条件であると立軸ポン
プに比し、底面間隔及び没水深は長くなる傾向にあっ
た。

【００１１】本発明は上述のような技術背景のもとにな
されたものであり、下記目的を達成する。本発明の目的
は、くぼみ渦、空気吸込み渦、旋回流等の影響を少なく
するように取り付け設置を構成したゲートポンプを提供
することにある。本発明の他の目的は、低水位の水路中
の運転を可能としたゲートポンプを提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のゲートポンプ
は、羽根車及びモータユニットとを内蔵し、このモータ
ユニットとの間で環状の隙間を形成し流入側に吸込み口
を有するガイドケーシングを備えており、前記ゲートポ
ンプを回転駆動軸線が水平線と角度をなして水路中下方
に設置されるように設けたことを特徴としている。また
本発明のゲートポンプは、ゲートへの取り付け部を前記
ガイドケーシングに設けたことを特徴としている。

【００１３】さらに本発明のゲートポンプは、前記吸込
み口をガイドケーシング内孔より広くしたことを特徴と
している。さらに本発明のゲートポンプは、前記吸込み
口の水平面側縁部を河床側縁部より前記ゲートポンプの
軸線方向に長くするようにしたことを特徴としている。
さらに本発明のゲートポンプは、前記吸込み口側の水平
面側縁部に流入方向に突出してカバーを設けたことを特
徴としている。

【００１４】さらに本発明のゲートポンプは、前記吸込
口を矩形にしたことを特徴としている。さらに本発明の
ゲートポンプは、前記羽根車が扉体の後流側に位置する
ように前記ガイドケーシングを扉体に取り付けたことを
特徴としている。さらに本発明のゲートポンプは、前記
ガイドケーシングの前記モータユニット部分を前記吸込
み口より流入側に露出させた構成にしたことを特徴とし
ている。

【００１５】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］以下、本発明の
実施の形態１を図面に従って説明する。図１は、本発明
のゲートポンプを示す一部断面の側面図である。図１に
示すものは、羽根車２７の回転軸線５０を水平から傾斜
角度αの位置で固定して設置した例である。本発明のこ
の設置方法は、ゲートポンプ２の吐出が上方に向けられ
るためにエネルギーの損失が若干あるが、横軸ポンプに
比べ、水深が浅い位置まで水を吸い込みポンプアップで
きる大きな利点がある。以下その詳細について説明す
る。

【００１６】扉体１は、ゲートを構成する堰である。本
実施の形態ではこのゲートの一種であるローラーゲート
を構成する扉体１にゲートポンプ２が配置固定されてい
る。扉体１の裏面の両端が戸溝（図示せず）の中を上下
して支持され、かつ水圧を受け止める。この水圧を受け
止めるために扉体１の裏面で戸溝と接する部分には、ロ
ーラ（図示せず）が固定配置されている。これらの構
造、機能は周知技術でありその説明は省略する。

【００１７】扉体１の側面の一方の面である流入側に
は、ポンプ固定板３がボルト４で固定されている。な
お、この固定は溶接で固定するものであっても良い。ポ
ンプ固定板３は、本発明に関係するゲートポンプ２を扉
体１に着脱自在に固定するためのものであり、矩形で所
定の肉厚を備えた固定板である。

【００１８】本実施の形態１では、このポンプ固定板３
をポンプが傾斜するような形状にしている。即ち扉体１
に対しポンプ固定板３の水面側３ａを河床側３ｂより長
くしてポンプ固定板３に鋭角である傾斜角αを与えてい
る。従って、ゲートポンプ２は吸込み口３２を下側に向
けて傾斜する。

【００１９】このゲートポンプ２を前記ポンプ固定板３
を使用しないで、後述するガイドケーシング６を直接傾
斜角に合わせ取り付ける方法もあるが、ゲートポンプ２
が専用のものになってしまい、傾斜角を変える必要性が
生じたとき融通がきかない。ポンプ固定板３を介しての
取り付けはこのようなときに有効で、ゲートポンプ２は
変えることなく、ポンプ固定板３のみ変えることで傾斜
角の変更に対応することができる。

【００２０】ポンプ固定板３の中央部には、開口５が形
成されている。開口５は、ポンプアップされた水を通す
ための貫通孔である。開口５の水の流入側（通常は上流
側となる。）には、ガイドケーシング６が固定配置され
ている。ガイドケーシング６は、ゲートポンプ２を構成
する外側の本体である。ガイドケーシング６は、外形が
環状部７とこれと一体で連続するテーパー部８とからな
る。

【００２１】ガイドケーシング６の前方には、固定フラ
ンジ９が一体に形成されて、後方は環状の隙間でテーパ
ー部８に連通する環状の空間である吸込み口３２を有し
ている。吸込み口３２は流入側から水を吸い込むための
ものである。複数のボルト１０により、ポンプ固定板３
に固定フランジ９を固定することによりゲートポンプ２
は扉体１に固定される。

【００２２】テーパー部８のテーパー内孔１２の内周面
には、本例では等角度位置に６枚の案内羽根１５が配置
されている。案内羽根１５は、中心軸線に対して、流入
した水に回転を与えられるようにねじれている。環状内
孔１１から流入した水にそのねじれに応じた旋回運動を
与える。案内羽根１５と一体に連結され、その中心位置
には、外形が円筒状のモータユニット取付部２０が配置
されている。

【００２３】従って、案内羽根１５は、水に旋回運動を
与えると共に、モータユニット２１を固定する機能も備
えている。モータユニット取付部２０は、外形はテーパ
ー内孔１２とほぼ同一のテーパーが形成され、その内部
は空洞である。モータユニット取付部２０とモータユニ
ット２１とは、ボルト２２でモータユニット取付部２０
の後端部に固定されている。案内羽根１５は、吸込み口
３２に流入してくる水に対して後述する羽根車２７と逆
方向の旋回流れを与えるものである。

【００２４】モータユニット２１は、かご形誘導電動機
が内蔵されており電力で回転駆動力を発生する電動機で
ある。このモータユニット２１の出力軸には、羽根車ハ
ブ２５がキー固定されている。羽根車ハブ２５の外周に
は、本例では外周に等角度間隔に４枚（２〜３枚であっ
ても良い。）の回転羽根２６が配置されている。羽根車
ハブ２５と回転羽根２６とで羽根車２７を構成する。モ
ータユニット２１により羽根車２７は回転駆動される。

【００２５】羽根車ハブ２５の前方には、前方が丸く形
成された曲面を備え、先端面が平らな羽根車ボス２８が
ナット（図示せず。）でモータユニット２１の出力軸に
固定されている。他方、ガイドケーシング６の後端面の
上部には、カバー３０の一端がボルト３１により固定さ
れている。カバー３０は矩形の板材であり、水面が低下
したときに空気の吸い込みを避けるようにしている。即
ち、ゲートポンプ２が作動しているとき、前記ガイドケ
ーシング６の吸込み口３２の付近の水位が低下する。

【００２６】この水位低下により空気を吸い込み、有害
な振動を発生させ、ポンプ効率を低下させるので、水面
付近をカバーして空気が吸込み口３２に流入するのを防
ぐためのものである。又、水面状に浮かぶゴミ等を吸い
込まないように排除するための機能もある。このカバー
３０を設けることによって、くぼみ渦発生点はポンプ吸
込み口３２上流側に離れることになる。

【００２７】また、このくぼみ渦周辺の自由表面から吸
込み口３２へ向かう流れは、カバー３０を周り込む状態
で河床に対しては平行に近い流れになるので、くぼみ渦
が発生しにくい。さらに、吸込み口３２の通過断面積が
大きくなることも加味され、吸込み口３２への下向きの
流れが緩和され、くぼみ渦が空気吸込み渦に生長しにく
くなる。

【００２８】［実施の形態２］図２は、ガイドケーシン
グ６を斜めに構成した実施の形態２である。この実施の
形態２ではモータユニット２１（図示せず）を内蔵した
部分を傾斜させ、扉体１取り付けの後流部分を水平にし
ている。この実施の形態２のゲートポンプの構造は、実
施の形態１とは異なるものであり、吸入側も吐出側も同
一の直径のケーシングでカバーされている。例えば、こ
のタイプは、特開平１１−１６６４９６号公報、特許台
２９９３１６４号等で公知であり、その構造の説明は省
略する。

【００２９】本実施の形態２の場合は、後流部分の流れ
が水平になるので、斜め上方に流出させるのに比べ、重
力に抵抗して上方へ流さない点で損失は軽減される。ま
た、この構成であれば、吸込み口３２ａを扉体１より下
方に位置させることができる。従って、特に低い水位で
の運転が要求される場合も、立軸ポンプの場合同様に吸
込み口３２ａ近辺の河床を掘り込めばよく、低水位での
運転が可能である。

【００３０】［実施の形態３］図３は、実施の形態３を
示し傾斜したゲートポンプ２の吸込み口３２ｂをラッパ
状に広くした例を示した概念図である。図４は、図３の
吸込み口３２ｂについて、上下方向（水面と河床との間
の方向）の寸法より水平の寸法を長く且つ水面側の縁部
をより長く示した図である。即ち、ラッパ状の吸込み口
４０の水面側の上部４１と河床側の下部４２との間の寸
法より水平４３，４４の間の寸法を横幅に長くしてい
る。

【００３１】また吸込み口４０の通過断面積は前記環状
内孔１１の通過断面積より大きくしている。さらにこの
吸込み口４０を斜め下向きに設置しているので、水位が
下がっても広い通過面積により、また吸込み口４０が河
床に近くなることから、流速分布が均一でくぼみ渦等が
発生しにくい構成となる。

【００３２】また仮にくぼみ渦が発生しても、その発生
位置は吸込み口４０位置より上流側となり、吸込み口４
０より離れた位置になるため、くぼみ渦の影響を受けに
くい。またくぼみ渦近辺の下向きの流速も小さく、くぼ
み渦が空気吸込み渦に生長しにくい。このため、低水位
での運転が可能となる。

【００３３】図５は吸込み口４０の形状を示す他の実施
の形態であり、吸込み口４０の水面側縁部を円弧状に形
成したものである。効果は図４の場合と同じである。図
６はラッパ状に広くした吸込み口３２ｃの上部にカバー
４５を取り付けた例である。この場合の効果も前記カバ
ー３０と同様である。

【００３４】［実施の形態４］ポンプを通過した流れが
ポンプ下流側に回って旋回し斜軸ポンプにおいても、水
路形状、ポンプ傾斜角によっては、立軸ポンプのように
吸込み口に向かい、渦を発生させることがある。本発明
の構成はそれを弱めている。図７、図８，図９は、ゲー
トポンプの前述した羽根車２７を扉体１より後流側に設
けた実施の形態４である。図７は側面図、図８はその正
面図、図９はその平面図である。この実施の形態４で
は、羽根車２７を後流側に配置したことで、ゲートポン
プ２を扉体１により近く設置できるので渦流の発生をお
きにくくする点で特徴となる。

【００３５】ガイドケーシング６の長さを短くし、図１
でも示すように、モータユニット２１を前記ガイドケー
シング６の流入側に張り出し露出させている。このこと
により、吸込み口３２ｄをより扉体１側に近づけるよう
にしたので、前述同様渦流の発生をおきにくくしてい
る。このガイドケーシング６の吸込み口３２ｄの上部に
カバー４６を設けてゲートポンプ２の吸込み口３２ｄを
下向けに構成している。カバー４６の傾斜角度が最適な
位置になるように、カバー４６の設置を角度調整のでき
るような構成にしてもよい。

【００３６】立軸ポンプでは後流に、横軸ポンプでは上
流に、渦吸い込みが生じやすい。従って、斜軸において
後流側に渦が生じたときには傾斜角αを小さくし、上流
側に渦が生じたときには傾斜角αを大きくすれば、立軸
ポンプ、横軸ポンプより低い水位まで運転が可能であ
る。この傾斜角の調整はカバーで行ってもよい。

【００３７】吸込み口３２ｄの通過断面積を前述したも
のと同様にガイドケーシング６内の環状内孔１１のそれ
より大きくし、さらに上下幅（水面と河床との間の方向
幅）より水平の幅を長くしている。扉体１取り付け面か
らポンプ吸込み口３２ｄまでの距離を小さくしているの
で、ポンプ下流のよどみ領域が狭くなり、自由表面から
ポンプ吸込み口３２ｄへの下向き流れが弱まり、くぼみ
渦が空気吸込み渦に生長しにくくなる。また、吸込み口
３２ｄを下向きにしたことで、くぼみ渦や空気吸込み渦
の影響を受けにくくしている。このため、低水位での運
転が可能となる。

【００３８】［実施の形態５］図１０、は図１と異なる
タイプのゲートポンプに適用した例を示している。図１
の符号を図１０に適用して説明する。ゲートポンプ２全
体が流入側に張り出して設置されている。

【００３９】モータユニット２１を受けているガイドケ
ーシング６は、３つに分割されており後流側６ａは案内
羽根１５が設けられており、流入側６ｂは吸込み口３２
を形成しておりモータユニット２１の回転羽根２６をカ
バーリングしている。また扉体側６ｃは扉体１への取り
付け部を構成し、モータユニット２１を内蔵している。

【００４０】本実施の形態５の場合は、ガイドケーシン
グ６が前記扉体１の取り付け部となっているが、扉体側
６ｃを更に分割して別に図１のポンプ固定板３に相当す
る固定板を設けてもよい。このガイドケーシングの流入
側６ｂの環状内孔１１は水面側に向かって曲線をなし吸
込み口３２に達し広くなっており、この吸込み口３２は
ラッパ形の変形体を構成している。水面側の縁部を河床
側より広くとっている。

【００４１】これは前に述べた他の実施形態と同様に、
横の流れの水流をスムースに取り込むためのものであ
る。前記モータユニット２１は図１とは逆の向きに取り
付けられている。即ち、この図１０の場合、案内羽根１
５に対し回転する回転羽根２６は流入側に配置されてい
る。

【００４２】またこのモータユニット２１は水平軸に対
しα度傾斜して設置されている。このモータユニット２
１の先端に取り付けられている羽根車ボス２８はスムー
スな水流を助けるため変形した流線型を構成している。
前記ガイドケーシング６はポンプ固定板３を介して扉体
１に固定される。流入側から吸い込んだ水はモータユニ
ット２１回りから横方向に向きを変え、前記ポンプ固定
板３内を通過して後流方向に導かれる。

【００４３】［その他の実施の形態の形態］前述したガ
イドケーシング６とモータユニット２１との間で形成さ
れる吸込み口３２は、断面が円形の環状の隙間であっ
た。しかしながら、この吸込み口３２の断面形状は、横
長又は縦長の多角形、扁平の円形、楕円形等の断面を有
するものであっても良い。実施の形態に限定されるもの
ではない。

【００４４】

【発明の効果】本発明の小型の水中ポンプであるゲート
ポンプ２を扉体１に水平軸に対し傾斜させ取り付けるこ
とにより、くぼみ渦や空気吸い込み渦、旋回流等を防
ぎ、河床に近く吸込み口を設置できるので、従来の横軸
ポンプより低水位での運転が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ゲートポンプの構成及び取り付け状態
を示す断面図である。

【図２】図２は、モータユニットを内蔵した部分を傾斜
させ、ゲート取り付けの後流部分を水平にしたゲートポ
ンプの設置状態を示した概念図である。

【図３】図３は、傾斜したゲートポンプの吸込み口をラ
ッパ状に広くしたことを示す概念図である。

【図４】図４は、矩形にした図３の吸込み口を示した部
分図である。

【図５】図５は、図４の吸込み口の上部だけを短形にし
た部分図である。

【図６】図６は、図３の吸込み口の上部にカバーを設け
たことを示す概念図である。

【図７】図７は、羽根車をゲートの後流側に設けかつガ
イドケーシングに河床側を切り欠いた例を示したゲート
ポンプの概念図ある。

【図８】図８は、図７の正面図である。

【図９】図９は、図７の平面図である。

【図１０】図１０は、図１と異なる他の実施の形態を示
した断面図である。

【符号の説明】

１…扉体 ２…ゲートポンプ（ゲートポンプ用水中ポンプ） ３…ポンプ固定板 ６…ガイドケーシング ７…環状部 ９…固定フランジ １５…案内羽根 ２１…モータユニット ２６…羽根 ２７…羽根車 ３０…カバー ３２…吸込み口 ４０…吸込み口 α…傾斜角度

フロントページの続き (72)発明者 前田 高弘 佐賀県佐賀市伊勢町15番１号 株式会社ミ ゾタ内 Ｆターム(参考） 2D019 AA41

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水路中に設備されるものであって、流入側
   より吸込まれる水を吐出させる羽根車及びこの羽根車を
   回転駆動するためのモータユニットとを内蔵し、このモ
   ータユニットの外周にこのモータユニットの駆動軸線と
   同芯に配置され、このモータユニットとの間で環状の隙
   間を形成し流入側に吸込み口を有するガイドケーシング
   を備えたゲートポンプにおいて、 前記ゲートポンプを前記駆動軸線が水平線と鋭角をなし
   て水路中下方に設置されるように構成したことを特徴と
   するゲートポンプ。
2. 【請求項２】請求項１に記載のゲートポンプにおいて、 前記ゲートポンプのゲートへの取り付け部を前記ガイド
   ケーシングに設けたことを特徴とするゲートポンプ。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載のゲートポンプにお
   いて、 前記ガイドケーシングの吸込み口の流水通過断面積を前
   記ガイドケーシング内孔断面積より広くしたことを特徴
   とするゲートポンプ。
4. 【請求項４】請求項１又は２に記載のゲートポンプにお
   いて、 前記ガイドケーシングの吸込み口の水面側縁部を河床側
   縁部より前記ゲートポンプの軸線方向に長くするように
   したことを特徴とするゲートポンプ。
5. 【請求項５】請求項１又は２に記載のゲートポンプにお
   いて、 前記吸込み口の水面側縁部に流入方向に突出してカバー
   を設けたことを特徴とするゲートポンプ。
6. 【請求項６】請求項１又は２に記載のゲートポンプにお
   いて、 前記吸込み口の縁部の形状を矩形にしたことを特徴とす
   るゲートポンプ。
7. 【請求項７】請求項１又は２に記載のゲートポンプにお
   いて、 前記羽根車が扉体の後流側に位置するように前記ガイド
   ケーシングを扉体に取り付けたことを特徴とするゲート
   ポンプ。
8. 【請求項８】請求項１又は２に記載のゲートポンプにお
   いて、 前記ガイドケーシングの前記モータユニット部分を前記
   吸込み口より流入側に露出させた構成にしたことを特徴
   とするゲートポンプ。