JP6997641B2 - 渦抑制装置を備えたポンプ - Google Patents

Description

本発明は、吸込水槽内の水を揚水する用途に使用されるポンプに関し、特に空気吸込渦の発生を抑制する渦抑制装置を備えたポンプに関する。

河川や下水などを排水するポンプ設備では、上流側の浸水対策対象区域流入水路などの経年的な不等沈下に伴い、ポンプは、より低い水位で運転することが求められている。また、近年のゲリラ豪雨のような突発的な降雨の対策として、ポンプの揚水能力の向上も求められている。

しかしながら、ポンプの吸込口においては、水位の低下（水面が吸込口に近くなる）に伴い吸込水槽内の水の自由表面に渦が発生することがある。その渦がポンプに引き込まれると、空気吸込渦となり、ポンプ内部に空気が侵入することとなる。その結果、ポンプの異常振動を引き起こし、ポンプが故障するおそれがある。そのため、空気を吸い込まないよう、吸込水槽の底面レベルを低くして、ポンプの吸込口の位置を下げたり、吸水位に制限を設け、その水位以下でのポンプの運転は行わないようにすることが従来から行われている。

しかしながら、吸込水槽の底面レベルを低くする方法では、土木工事費および建築費が高価になる。また、既設のポンプ設備を改修する場合は、工事期間が長くなり、ポンプ設備を運用しながらの土木工事を含む改修工事は現実的に不可能であった。さらに、吸込口が吸込水槽の底面に近づくと、吸込水槽の底面や側壁からの水中渦が発生し易くなる。

その他の渦防止対策として、多数の孔が形成された筒状部材をポンプ吸込管の周囲に配置したり（特許文献１参照）、水平方向に開口する吸い込み筒をポンプの吸込口に接続する（特許文献２参照）などの種々の試みがなされている。

特開２００１－４１２００号公報 特開２０００－９７１９９号公報

特許文献１においては、小さな隙間または孔に水が流れ込む構造になっている。このため、通常のポンプ設備における取り扱い水である河川水または下水に含まれる枝、草、布等の塵芥が隙間や孔に絡みつき、これらの隙間または孔を閉塞してしまう。隙間や孔が閉塞すると、渦防止機能が確保できず、最悪の場合は、ポンプの吸い込み機能にも影響を及ぼす。その結果、満足なポンプ運転ができず（定格の排水運転ができず）、浸水被害をもたらすおそれがある。

特許文献２においては、吸込口を筒体で覆う構造であるため、ポンプの吸い込み損失が大きくなる。つまり、配管損失または効率低下をもたらし、ポンプの排水性能を低下させるという問題がある。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプの吸い込み性能を損なうことなく、吸込水槽での空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができるポンプを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、吸込水槽内の水を揚水するポンプにおいて、鉛直方向に延びる主軸と、前記主軸に固定された羽根車と、内部に前記羽根車を収容するポンプケーシングと、前記ポンプケーシングの外周面に固定された半環状傾斜板とを備え、前記半環状傾斜板は、前記吸込水槽内の水の流れ方向に関して前記主軸の下流側に配置され、かつ前記主軸の軸方向から見たときに、ポンプ据付床に形成された開口の内側に位置しており、前記半環状傾斜板は、水平方向に対して上方に傾斜しており、前記半環状傾斜板の水平方向に対する上方への傾斜角は、３０°～６０°であることを特徴とするポンプである。

本発明の好ましい態様は、前記主軸の軸心と前記半環状傾斜板の両側縁とを結ぶ２つの線がなす角度は１２０°～１８０°であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記半環状傾斜板は、互いに離間した第１の半環状傾斜板および第２の半環状傾斜板を備えており、前記第１の半環状傾斜板および前記第２の半環状傾斜板は、前記主軸の軸心を通る前記水の流れ方向と平行な直線に関して対称に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングは、下方に開口した吸込口を有する吸込ベルマウスを含み、前記半環状傾斜板は、前記吸込ベルマウスの下端に固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングは、下方に開口した吸込口を有する吸込ベルマウスを含み、前記半環状傾斜板は、複数の半環状傾斜板であり、前記複数の半環状傾斜板は、縦方向に沿って互いに離間して配列されており、前記複数の半環状傾斜板のうちの１つは、前記吸込ベルマウスの下端に固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングの外側に配置された複数の縦棒および複数の縦リブをさらに備え、前記複数の縦棒および前記複数の縦リブは、前記吸込水槽内の水の流れ方向に関して前記主軸の下流側で、かつ前記半環状傾斜板の上方に配置されており、前記複数の縦棒は、前記ポンプケーシングの外周面との間に隙間が存在した状態で、前記ポンプケーシングに固定されており、前記複数の縦リブは、前記ポンプケーシングの外周面に固定されており、前記複数の縦棒および前記複数の縦リブは、前記主軸の軸方向から見たときに、ポンプ据付床に形成された開口の内側に位置しており、前記複数の縦棒は、前記複数の縦リブにそれぞれ隣接して配置されていることを特徴とする。

半環状傾斜板は、主軸の下流側に設けられ、吸い込み損失をほとんどもたらさないで、ポンプの揚水能力を低下させることなく、空気吸込渦の発生を抑制することができる。また、半環状傾斜板は、ポンプケーシングに設置されるので、吸込水槽への締結は不要であり、吸込水槽の補強工事は不要である。

渦抑制装置を備えたポンプの一実施形態を示す模式図である。 揚水管の下流側に発生するカルマン渦を示す図である。 ポンプ口径に関連付けられた各寸法の例を示す図である。 図３に示すポンプと吸込水槽を上から見た図である。 空気吸込渦抑制装置としての半環状傾斜板を示す側面図である。 図５のＡ－Ａ線断面図である。 カルマン渦から吸込口へ向かう流れを示す図である。 ポンプの他の実施形態を示す上面図である。 ポンプのさらに他の実施形態を示す側面図である。 図９のＢ－Ｂ線断面図である。 ポンプのさらに他の実施形態を示す側面図である。 図１１のＣ－Ｃ線断面図である。 ポンプケーシングまたは揚水管によって分流された水の流れを示す図である。 図１に示す複数の水中渦抑制板を下から見た図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下に説明する実施形態は立軸ポンプに関するものであるが、本発明はこれらの実施形態に限らず、横軸ポンプにも使用することができる。さらに本発明は、コラムパイプ式の水中ポンプにも使用することができる。図１は、渦抑制装置を備えたポンプの一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、ポンプ２０は、鉛直方向に延びる主軸３２と、主軸３２に固定された羽根車３１と、内部に羽根車３１を収容するポンプケーシング２７と、ポンプケーシング２７の上端に接続された揚水管２８と、揚水管２８の上端に接続された吐出曲管３０とを備えている。ポンプケーシング２７は、揚水管２８によって吸込水槽１内に吊り下げられている。ポンプケーシング２７は、吸込ベルマウス２２と、インペラケーシング２１と、吐出ボウル２４とを備える。吐出ボウル２４の上端は、揚水管２８の下端に接続されている。吸込ベルマウス２２は、下方に開口した吸込口２２ａを有している。吸込ベルマウス２２の上端はインペラケーシング２１の下端に接続されている。羽根車３１は、インペラケーシング２１および吐出ボウル２４内に収容されている。

揚水管２８は、吸込水槽１の上壁を構成するポンプ据付床２に形成された開口５を通して下方に延びている。揚水管２８の上端には吊り下げ管３３が固定されている。吊り下げ管３３は、ポンプ据付床２に設置されたポンプベース３５に固定されている。揚水管２８は、吊り下げ管３３およびポンプベース３５を介してポンプ据付床２に固定されている。主軸３２は、吐出曲管３０、揚水管２８、およびポンプケーシング２７を通って鉛直方向に延びており、その下端は、ポンプケーシング２７内に位置している。

主軸３２は、外軸受４５および水中軸受４１によって回転可能に支持されている。外軸受４５は、吐出曲管３０の上部に固定され、主軸３２の上部を支持している。水中軸受４１は、吐出ボウル２４内に収容され、主軸３２の下部を支持している。吐出ボウル２４の内部には内側ボウル２５が配置されており、内側ボウル２５は、複数のガイドベーン３７によって吐出ボウル２４に連結されている。水中軸受４１は、支持部材４１ａを介して内側ボウル２５の内周面に固定されている。

主軸３２は吐出曲管３０から上方に突出して、図示しない原動機（例えばモータ）に連結されている。この原動機により主軸３２および羽根車３１が回転するように構成されている。複数のガイドベーン３７は、羽根車３１の上方（吐出側）に配置されている。吐出ボウル２４の内周面と内側ボウル２５の外周面との間には水の流路が形成されている。羽根車３１が回転すると、吸込水槽１内の水が吸込ベルマウス２２の吸込口２２ａから吸い込まれる。水は、羽根車３１の回転により、吐出ボウル２４、揚水管２８、吐出曲管３０を通って図示しない吐出配管に移送される。

ポンプ２０は、空気吸込渦の発生を抑制する空気吸込渦抑制装置としての半環状傾斜板７１をさらに備えている。半環状傾斜板７１は、ポンプケーシング２７の外周面に固定されており、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側に配置されている。図１に示す実施形態では、半環状傾斜板７１は、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側の吸込ベルマウス２２の下端に固定されている。半環状傾斜板７１は、主軸３２の軸方向から見たときに、ポンプ据付床２に形成された開口５の内側に位置している。したがって、ポンプ２０のメンテナンスまたは修理を行うときに、ポンプ２０の全体を開口５を通じて引き上げることができる。

ポンプ２０の揚水能力の向上に伴い、吸込水槽１の水路流速が高くなり、結果として吸込水槽１の底面から水中渦が発生し易くなる。そこで、図１に示す実施形態に係るポンプ２０は、吸込ベルマウス２２の下部に、吸込ベルマウス２２と吸込水槽１の底面との間に発生する水中渦を抑制する水中渦抑制装置としての複数の水中渦抑制板４９を備えている。水中渦抑制板４９は平板状の部材である。

図２に示すように、空気吸込渦は、自由表面を形成する水の流れが揚水管２８または吐出ボウル２４によって分流されるときに生じるカルマン渦７が発達して生じる。したがって、カルマン渦７は、揚水管２８または吐出ボウル２４の下流側に発生する。また、カルマン渦７は、水の流れによって下流側に流される。したがって、半環状傾斜板７１は、主軸３２の下流側に配置される。

図３は、ポンプ口径に関連付けられた各寸法の例を示す図であり、図４は、図３に示すポンプ２０と吸込水槽１を上から見た図である。図３に示すように、ポンプ口径（本実施形態ではポンプケーシング２７の吐出し側の口径）をｄとすると、吸込ベルマウス２２の下端（すなわちポンプケーシング２７の下端）から吸込水槽１の底面までの距離は、０．５ｄ以上であり、一例として０．７５ｄ～１．０ｄの範囲内である。ポンプ２０の中心（主軸３２の軸心Ｏ）から吸込水槽１の後壁までの距離（以下、後壁距離）は１．５ｄ以下である。開口５の直径は、ポンプ口径ｄによって概ね決まる値であるが、一実施形態では１．６ｄ～２．１ｄの範囲内である。図４に示すように、吸込水槽１の水路幅は３．０ｄ程度である。これらの寸法で設計した場合、ポンプ２０が運転可能な吸込水槽１の最低水位ＬＷＬは、従来のポンプに比べて、０．５ｄ～０．９ｄ程度低くすることができる。

図５は、空気吸込渦抑制装置としての半環状傾斜板７１を示す側面図であり、図６は、図５のＡ－Ａ線断面図である。図５では、複数の水中渦抑制板４９の図示は省略されている。図５および図６に示すように、半環状傾斜板７１は半環状の形状を有し、その内周面は、ポンプケーシング２７の外周面に固定されている。図５および図６に示す実施形態では、半環状傾斜板７１は、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側の吸込ベルマウス２２の下端に固定されている。半環状傾斜板７１の固定位置は本実施形態に限定されない。

図５および図６に示す実施形態では、主軸３２の軸心Ｏと半環状傾斜板７１の両側縁とを結ぶ２つの線がなす角度θ０は１８０°であるが、上述の角度θ０は１８０°に限定されず、１２０°～１８０°の範囲内で選択してもよい。半環状傾斜板７１は、水平方向に対して上方に傾斜して設けられている。一例では、半環状傾斜板７１の水平方向に対する上方への傾斜角は、３０°～６０°である。半環状傾斜板７１は、吸込ベルマウス２２と一体に形成されてもよい。

カルマン渦７が発生すると、揚水の際に、カルマン渦７から吸込口２２ａへ向かう下向きの強い流れが発生し、空気吸込渦に発達する。図７は、カルマン渦７から吸込口２２ａへ向かう流れを示す図である。図７では、複数の水中渦抑制板４９の図示は省略されている。図７に示すように、半環状傾斜板７１は、カルマン渦７から吸込口２２ａへ向かう下向きの流れＦ１の進路を妨害する位置に配置されている。カルマン渦７から吸込口２２ａへ向かう下向きの流れＦ１は、半環状傾斜板７１からの流れＦ２によって乱され、ポンプケーシング２７の半径方向外側に押し出される。このようにして、半環状傾斜板７１は、カルマン渦７から空気吸込渦に発達する過程の下向きの強い流れを乱して阻害することができる。結果として、半環状傾斜板７１は、空気吸込渦の発生を抑制することができる。

図８は、ポンプ２０の他の実施形態を示す上面図である。本実施形態の半環状傾斜板７１は、互いに離間した第１の半環状傾斜板７１Ａおよび第２の半環状傾斜板７１Ｂから構成されている。特に説明しない本実施形態に関する構成は、図１乃至図７を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の半環状傾斜板７１Ａ，７１Ｂのそれぞれの周方向の長さは、図５および図６を参照して説明した半環状傾斜板７１の周方向の長さよりも短い。図８に示す実施形態では、半環状傾斜板７１Ａ，７１Ｂは、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側の吸込ベルマウス２２の下端に固定されている。半環状傾斜板７１の固定位置は本実施形態に限定されない。

第１の半環状傾斜板７１Ａおよび第２の半環状傾斜板７１Ｂは、水の流れ方向に関して主軸３２の下流側であって、かつ主軸３２の軸心Ｏを通る水の流れ方向と平行な直線ＲＬに関して対称に配置されている。具体的には、第１の半環状傾斜板７１Ａおよび第２の半環状傾斜板７１Ｂは、主軸３２の軸心Ｏを通る水の流れ方向と平行な直線ＲＬに対して４５°の角度にあり、かつ主軸３２の軸心Ｏを通る直線Ｌ１，Ｌ２上に配置されている。

カルマン渦７は、後壁距離１．５ｄ以下の場合、主軸３２の軸心Ｏを通る水の流れ方向と平行な直線に対して約４５°の角度付近に発生することが知られている。カルマン渦７から吸込口２２ａへ向かう下向きの流れＦ１の進路を妨害するために、第１の半環状傾斜板７１Ａおよび第２の半環状傾斜板７１Ｂは、それぞれ直線Ｌ１，Ｌ２上に配置されている。本実施形態の半環状傾斜板７１Ａ，７１Ｂは、コンパクトな構成で空気吸込渦の発生を抑制することができる。

図８に示すように、直線Ｌ１０は、主軸３２の軸心Ｏと第１の半環状傾斜板７１Ａの上流側縁７２Ａとを結ぶ直線であり、直線Ｌ２０は、主軸３２の軸心Ｏと第２の半環状傾斜板７１Ｂの上流側縁７２Ｂとを結ぶ直線である。図８においては、直線Ｌ１０と直線Ｌ２０がなす角度θ１は１８０°であるが、角度θ１は、１２０°～１８０°の範囲内で選択してもよい。すなわち、Ｌ１０およびＬ２０がなす角度θ１は、主軸３２の軸心Ｏと半環状傾斜板７１の両側縁とを結ぶ２つの線がなす角度である。第１の半環状傾斜板７１Ａおよび第２の半環状傾斜板７１Ｂは、水平方向に対して上方に傾斜して設けられている。一例では、第１の半環状傾斜板７１Ａおよび第２の半環状傾斜板７１Ｂの水平方向に対する上方への傾斜角は、３０°～６０°である。第１の半環状傾斜板７１Ａおよび第２の半環状傾斜板７１Ｂは、吸込ベルマウス２２と一体に形成されてもよい。

図９は、ポンプ２０のさらに他の実施形態を示す側面図であり、図１０は、図９のＢ－Ｂ線断面図である。図９では、複数の水中渦抑制板４９の図示は省略されている。本実施形態のポンプ２０は、図９および図１０に示すように、複数の半環状傾斜板７１を備えている。特に説明しない本実施形態に関する構成は、図１乃至図７を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。複数の半環状傾斜板７１のそれぞれは、ポンプケーシング２７の外周面に固定されており、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側に配置されている。複数の半環状傾斜板７１は、縦方向に沿って互いに離間して配列されている。複数の半環状傾斜板７１は、主軸３２の軸方向から見たときに、ポンプ据付床２に形成された開口５の内側に位置している。

本実施形態のポンプ２０は、２つの半環状傾斜板７１を備えており、２つの半環状傾斜板７１のうちの１つは、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側の吸込ベルマウス２２の下端に固定されている。２つの半環状傾斜板７１のうちの他の１つは、吐出ボウル２４の下端に固定されている。吸込水槽１の水位の上昇により、水面から半環状傾斜板７１までの距離が大きくなるとカルマン渦７から吸込口２２ａへ向かう下向きの流れを効果的に乱すことができないことがある。複数の半環状傾斜板７１を縦方向の異なる位置に配置することによって、吸込水槽１の水位が変化したときでも、水面から半環状傾斜板７１までの距離が大きくならず、吸込水槽１の幅広い水位において空気吸込渦の発生を抑制することができる。

本実施形態のポンプ２０は、２つの半環状傾斜板７１を備えているが、半環状傾斜板７１の数は本実施形態に限定されず、縦方向の異なる位置で３つ以上の半環状傾斜板７１を設けてもよい。また、本実施形態では、２つの半環状傾斜板７１のうちの１つは、吸込ベルマウス２２の下端に固定されており、２つの半環状傾斜板７１のうちの他の１つは、吐出ボウル２４の下端に固定されているが、半環状傾斜板７１の固定位置は本実施形態に限定されない。複数の半環状傾斜板７１は、ポンプケーシング２７と一体に形成されてもよい。

一実施形態では、図９および図１０を参照して説明した複数の半環状傾斜板７１のそれぞれは、図８を参照して説明した互いに離間した第１の半環状傾斜板７１Ａおよび第２の半環状傾斜板７１Ｂから構成されてもよい。特に説明しない本実施形態に関する構成は、図８を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図１１は、ポンプ２０のさらに他の実施形態を示す側面図であり、図１２は、図１１のＣ－Ｃ線断面図である。特に説明しない本実施形態に関する構成は、図１乃至図７を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図１１では、複数の水中渦抑制板４９の図示は省略されている。図１１および図１２に示すように、本実施形態のポンプ２０は、空気吸込渦抑制装置としての複数の縦棒６１および複数の縦リブ６２をさらに備えている。

縦棒６１および縦リブ６２は、ポンプケーシング２７の外側に配置され、半環状傾斜板７１の上方に配置されている。主軸３２の軸方向から見たときに、縦棒６１および縦リブ６２は、開口５の内側に位置している。したがって、ポンプ２０のメンテナンスまたは修理を行うときに、ポンプ２０の全体を開口５を通じて引き上げることができる。縦棒６１および縦リブ６２は、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側に配置されている。本実施形態では、２つの縦棒６１と、２つの縦リブ６２が設けられているが、縦棒６１および縦リブ６２の数は本実施形態に限定されない。

各縦棒６１は一般に円形の断面形状を有し、全体として主軸３２に沿って延びている。同様に、各縦リブ６２は全体として主軸３２に沿って延びている。縦棒６１および縦リブ６２は、全体として鉛直方向に延びており、それらの一部が湾曲してもよい。各縦棒６１は、複数のブラケット６５によってポンプケーシング２７の外周面に連結されている。すなわち、縦棒６１とポンプケーシング２７の外周面との間に隙間が存在した状態で、各縦棒６１はポンプケーシング２７に固定されている。一実施形態では、縦棒６１の上部は、揚水管２８に固定されてもよい。図３に示す各寸法の例に従えば、縦棒６１の上端は、吸込ベルマウス２２の下端から０．５ｄ～１．５ｄの範囲内に位置している。縦棒６１の下端は、羽根車３１の上端よりも下方に位置している。

上述のように、吸込水槽１の水位の低下に伴い、吸込水槽１の自由表面にカルマン渦７（図２参照）が発生することがある。カルマン渦７の発生を防止するためには、縦棒６１の上端は、カルマン渦７が発生するときの吸込水槽１の水位よりも上に位置する必要がある。ポンプの最低水位ＬＷＬは、一般に２．５ｄ以上の水位である。この最低水位ＬＷＬより高い水位では、一般にカルマン渦７は発生しない。ポンプ２０は通常の最低水位ＬＷＬより低い水位でも運転するため、縦棒６１の上端は、通常の最低水位ＬＷＬ以下の位置となる。図３によれば、吸込ベルマウス２２の下端から吸込水槽１の底面までの距離は、０．７５ｄ～１．０ｄの範囲内であるため、縦棒６１の上端は、吸込ベルマウス２２の下端から０．５ｄ～１．５ｄの範囲内に位置する。

縦リブ６２は、ポンプケーシング２７の外周面に沿って湾曲した形状を有し、主軸３２の軸方向に延びている。縦リブ６２は、ポンプケーシング２７の外周面に固定されており、ポンプケーシング２７の外周面からポンプケーシング２７の径方向外側に突出している。一実施形態では、縦リブ６２の上部は、揚水管２８の外周面に固定されてもよい。さらに一実施形態では、縦リブ６２は、ポンプケーシング２７および／または揚水管２８と一体に形成されてもよい。

２つの縦棒６１は、２つの縦リブ６２にそれぞれ隣接して配置されている。各縦棒６１は、隣接する縦リブ６２よりも主軸３２の軸心Ｏから離れた位置にある。すなわち、主軸３２の軸心Ｏと縦棒６１との距離は、主軸３２の軸心Ｏと縦リブ６２との距離よりも長い。縦棒６１と同様に、縦リブ６２の上端は、カルマン渦７が発生するときの吸込水槽１の水位よりも上に位置する必要がある。図１１に示す実施形態では、縦リブ６２は、縦棒６１よりも短いが、一実施形態では、縦リブ６２は、縦棒６１と同じ長さでもよく、または縦棒６１より長くてもよい。

２つの縦棒６１は、吸込水槽１内の水の流れ方向に関して主軸３２の下流側に位置しており、主軸３２の軸心Ｏを通る水の流れ方向と平行な直線ＲＬに関して対称に配置されている。同様に、２つの縦リブ６２は、水の流れ方向に関して主軸３２の下流側に位置しており、主軸３２の軸心Ｏを通る水の流れ方向と平行な直線ＲＬに関して対称に配置されている。図１１および図１２に示す実施形態では、２つの縦棒６１および２つの縦リブ６２は、ポンプケーシング２７の外周面上の水の流れの剥離点よりも下流側に配置されている。

吸込水槽１の水位が高いときは、吸込水槽１内の水の流速は低く、吸込水槽１の水位が低くなると、吸込水槽１内の水の流速が高くなる。カルマン渦７の発生個所は、吸込水槽１の水位、および揚水時の吸込水槽１内の水の流速によって変化する。カルマン渦７は、吸込水槽１内の水の流速が低いとき、ポンプケーシング２７または揚水管２８の外周面付近に発生する。

図１３は、ポンプケーシング２７または揚水管２８によって分流された水の流れを示す図である。図１３の矢印に示すように、ポンプケーシング２７または揚水管２８によって分流されたポンプケーシング２７または揚水管２８の外周面付近の水は、縦リブ６２に衝突することによってその流れを乱される。結果として、縦リブ６２は、ポンプケーシング２７または揚水管２８の外周面付近におけるカルマン渦７の発生を抑制することができる。

縦リブ６２は、吸込水槽１の水位が高いとき（吸込水槽１内の水の流速が低いとき）に、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができる。一例として、縦リブ６２は、その高さ（ポンプケーシング２７の径方向の長さ）が０．１ｄ以上であり、かつその幅（ポンプケーシング２７の周方向の長さ）が０．１ｄ以下であるとき、カルマン渦７の発生を効果的に抑制できる。

縦リブ６２に衝突してその流れを乱された水は、ポンプケーシング２７の外側に流され、ポンプケーシング２７から離れた位置にカルマン渦７を発生させることがある。また、吸込水槽１の水位が比較的低いとき（吸込水槽１内の水の流速が高いとき）、ポンプケーシング２７から離れた位置にカルマン渦７が発生し易いことが実験で確認されている。そこで、このようなカルマン渦７の発生を抑制するために、本実施形態では、縦棒６１は、縦リブ６２よりも半径方向において外側に配置されている。図１３の矢印に示すように、縦リブ６２に衝突してポンプケーシング２７の外側に流された水や、ポンプケーシング２７または揚水管２８によって分流された水の一部は、縦棒６１に衝突し、その流れを乱される。結果として、縦棒６１は、ポンプケーシング２７から離れた位置におけるカルマン渦７の発生を抑制することができる。

縦棒６１は、縦リブ６２が空気吸込渦の発生を抑制することができる吸込水槽１の水位範囲から吸込水槽１内の水位がさらに低下したとき（すなわち、吸込水槽１内の水の流速が高いとき）に、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができる。また、縦リブ６２に衝突してポンプケーシング２７の外側に流された水によって発生するカルマン渦７は、縦リブ６２よりも下流側に発生する。そのため、縦棒６１は、主軸３２の軸心Ｏと縦リブ６２とを結ぶ線の延長線よりも下流側（図１２参照）に配置されている。一実施形態では、縦棒６１は、上記延長線上に配置されてもよい。

主軸３２の軸心Ｏと２つの縦リブ６２とを結ぶ２つの線がなす角度θ２は、主軸３２の軸心Ｏと２つの縦棒６１とを結ぶ２つの線がなす角度θ３よりも大きいか、あるいは等しい（θ２≧θ３）。図１２に示す実施形態では、角度θ２は、角度θ３よりも大きい。θ２およびθ３の値が３０°～１２０°のとき、縦リブ６２と縦棒６１との組み合わせは、カルマン渦７の発生を効果的に抑制できる。

図１１および図１２に示す実施形態では、縦棒６１の一部はポンプケーシング２７の外周面に沿って湾曲しているが、縦棒６１の形状はこの実施形態に限定されない。一実施形態では、縦棒６１は、主軸３２と平行に延びる直線形状を有していてもよい。さらに一実施形態では、縦棒６１の断面形状は、四角形、Ｌ字型などの多角形であってもよい。本実施形態の縦リブ６２は四角形の断面形状を有しているが、縦リブ６２の断面形状はこの形状に限定されない。一実施形態では、縦リブ６２の断面形状は三角形または円形であってもよい。

複数の縦棒６１と複数の縦リブ６２との組み合わせは、吸込水槽１内の幅広い水位および幅広い流速において、カルマン渦７の発生を抑制し、空気吸込渦の発生を抑制することができる。複数の縦棒６１と複数の縦リブ６２を組み合わせに半環状傾斜板７１を組み合わせることによって、さらに効果的に空気吸込渦の発生を抑制することができる。

一実施形態では、図１１および図１２を参照して説明した半環状傾斜板７１は、図８を参照して説明した互いに離間した第１の半環状傾斜板７１Ａおよび第２の半環状傾斜板７１Ｂから構成されてもよい。さらに一実施形態では、図１１および図１２を参照して説明したポンプ２０は、図９および図１０を参照して説明した複数の半環状傾斜板７１を備えていてもよい。

上述した各実施形態によれば、吸込ベルマウス２２の吸込口２２ａに向かう水の流れを阻害するものは実質的に無く、吸い込み損失がほぼ無いため、上述した各実施形態の空気吸込渦抑制装置を備えたポンプ２０は、揚水能力を低下させることなく、空気吸込渦の発生を抑制することができる。また、上述した各実施形態の空気吸込渦抑制装置は、ポンプケーシング２７に設置されるので、吸込水槽１への締結は不要であり、吸込水槽１の補強工事は不要である。

図１４は、図１に示す複数の水中渦抑制板４９を下から見た図である。図１４に示すように、本実施形態では、４つの水中渦抑制板４９が吸込ベルマウス２２の下部に固定されている。４つの水中渦抑制板４９のうち２つは吸込水槽１内の水の流れ方向と平行に配置され、他の２つは吸込水槽１内の水の流れ方向と垂直に配置されている。ただし、水中渦抑制板４９の数は本実施形態に限定されない。

複数の水中渦抑制板４９の一端は、主軸３２の軸心Ｏの延長線上で、互いに固定されており、複数の水中渦抑制板４９のそれぞれの他端は、吸込ベルマウス２２の内周面に固定されている。図１に示すように、水中渦抑制板４９は、吸込ベルマウス２２の下端から下方に突出している。水中渦抑制板４９の上端は、吸込ベルマウス２２の下端よりも高い位置にあり、かつ羽根車３１よりも低い位置にある。

このような水中渦抑制板４９によれば、吸込ベルマウス２２と吸込水槽１の底面との間に発生する水中渦を抑制することができる。この水中渦は、吸込ベルマウス２２と吸込水槽１の底面との間の旋回流が発達して形成されるものであり、吸込ベルマウス２２が吸込水槽１の底面の近くに位置しているときに発生しやすい。本実施形態のポンプ２０は、水中渦の原因となる旋回流を水中渦抑制板４９で消滅させることにより、水中渦の発生を効果的に抑制することができる。したがって、従来の構造よりも吸込ベルマウス２２を低い位置に配置することができ、低水位での揚水が可能となる。本実施形態の水中渦抑制板４９はポンプ２０に取り付けることができるので、土木躯体である吸込水槽１への固定は不要であり、低コストかつ信頼性の高いポンプを提供することができる。

上述した各実施形態の空気吸込渦抑制装置（半環状傾斜板７１、縦棒６１、および縦リブ６２）、および水中渦抑制板４９は、特開２００７－２８５２５３号公報に示すような羽根車の下方に水中軸受が配置されたポンプに適用してもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 吸込水槽
２ ポンプ据付床
５ 開口
７ カルマン渦
２０ ポンプ
２１ インペラケーシング
２２ 吸込ベルマウス
２２ａ 吸込口
２４ 吐出ボウル
２５ 内側ボウル
２７ ポンプケーシング
２８ 揚水管
３０ 吐出曲管
３１ 羽根車
３２ 主軸
３３ 吊り下げ管
３５ ポンプベース
３７ ガイドベーン
４１ 水中軸受
４１ａ 支持部材
４５ 外軸受
４９ 水中渦抑制板
６１ 縦棒
６２ 縦リブ
６５ ブラケット
７１ 半環状傾斜板
７１Ａ 第１の半環状傾斜板
７１Ｂ 第２の半環状傾斜板
７２Ａ 上流側縁
７２Ｂ 上流側縁

Claims (6)

1. 吸込水槽内の水を揚水するポンプにおいて、
   鉛直方向に延びる主軸と、
   前記主軸に固定された羽根車と、
   内部に前記羽根車を収容するポンプケーシングと、
   前記ポンプケーシングの外周面に固定された半環状傾斜板とを備え、
   前記半環状傾斜板は、前記吸込水槽内の水の流れ方向に関して前記主軸の下流側に配置され、かつ前記主軸の軸方向から見たときに、ポンプ据付床に形成された開口の内側に位置しており、
   前記半環状傾斜板は、水平方向に対して上方に傾斜しており、
   前記半環状傾斜板の水平方向に対する上方への傾斜角は、３０°～６０°であることを特徴とするポンプ。
2. 前記主軸の軸心と前記半環状傾斜板の両側縁とを結ぶ２つの線がなす角度は１２０°～１８０°であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
3. 前記半環状傾斜板は、互いに離間した第１の半環状傾斜板および第２の半環状傾斜板を備えており、前記第１の半環状傾斜板および前記第２の半環状傾斜板は、前記主軸の軸心を通る前記水の流れ方向と平行な直線に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
4. 前記ポンプケーシングは、下方に開口した吸込口を有する吸込ベルマウスを含み、
   前記半環状傾斜板は、前記吸込ベルマウスの下端に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプ。
5. 前記ポンプケーシングは、下方に開口した吸込口を有する吸込ベルマウスを含み、
   前記半環状傾斜板は、複数の半環状傾斜板であり、
   前記複数の半環状傾斜板は、縦方向に沿って互いに離間して配列されており、
   前記複数の半環状傾斜板のうちの１つは、前記吸込ベルマウスの下端に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプ。
6. 前記ポンプケーシングの外側に配置された複数の縦棒および複数の縦リブをさらに備え、
   前記複数の縦棒および前記複数の縦リブは、前記吸込水槽内の水の流れ方向に関して前記主軸の下流側で、かつ前記半環状傾斜板の上方に配置されており、
   前記複数の縦棒は、前記ポンプケーシングの外周面との間に隙間が存在した状態で、前記ポンプケーシングに固定されており、
   前記複数の縦リブは、前記ポンプケーシングの外周面に固定されており、
   前記複数の縦棒および前記複数の縦リブは、前記主軸の軸方向から見たときに、ポンプ据付床に形成された開口の内側に位置しており、
   前記複数の縦棒は、前記複数の縦リブにそれぞれ隣接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のポンプ。

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