JP2020180552A - 先行待機型ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】水中軸受への潤滑水の供給が途絶えた場合でも、水中軸受の故障を防ぎ、継続して待機運転が可能な先行待機型ポンプを提供する。【解決手段】先行待機型ポンプは、水中軸受４１に潤滑水を供給する給水管４５と、給水管４５に連結された潤滑水供給ライン５５と、流路１０に連通する吸気管６３と、吸込水槽１内の水位を検出する水位検出器７２と、羽根車７の回転速度を少なくとも２段階で切り替える変速装置６８と、原動機２５および変速装置６８の動作を制御する運転制御部７５を備える。運転制御部７５は、吸込水槽１内の水位が、予め設定した速度切り替えレベルＬ３にまで低下したとき、羽根車７の回転速度を定格速度から、該定格速度よりも低い待機速度に切り替えるように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、雨水等の排水に用いられる先行待機型ポンプに関する。

雨水排水を行う排水機場、雨水ポンプ場、下水処理場においては、突発的な豪雨（いわゆるゲリラ豪雨）による雨水幹線の急激な水位上昇に対し、ポンプの始動遅れを防ぐために、水位が上昇する前にポンプを予め運転させておく先行待機型ポンプが採用されている。先行待機型ポンプは、羽根車に水が接触していない状態（ドライ状態）で運転することが可能なポンプである。

先行待機ポンプの運転方式として、（１）回転速度制御方式、（２）全速・全水位運転方式などが挙げられる。

（１）回転速度制御方式は、吸込水槽内の水位がポンプの最低運転可能水位（ＬＷＬ）以下のときは、排水しない低速で運転し、最低運転可能水位を超えると全速で運転して排水する方式である。しかしながら、ポンプを可変速運転させるためのインバータは、一般に高価である。特に、都市部に設置される大型ポンプは、数百ｋＷ〜数千ｋＷ級の原動機出力を必要とし、高価な高圧インバータを必要とする。

（２）全速・全水位運転方式は、吸込水槽内の水位に基づいた制御が不要であり、回転速度制御方式と比べて制御面でメリットが有る。しかしながら、予め無水（ドライ）状態で全速運転（先行待機運転）することや、気水混合状態での排水を行うことが有るため、水中軸受には、ドライ摺動性能および耐摩耗性能が要求される。

特開平９−２８７５９０号公報 特開２０１７−１６６４２３号公報 特開２０００−２７７８８号公報

水中軸受の損傷を防ぐために、水中軸受へ潤滑水を供給する潤滑システムを備えた立軸ポンプがある（例えば、特許文献１参照）。この立軸ポンプは、水中軸受を覆う保護管を備えており、保護管内に潤滑水を供給するように構成される。このような構成によれば、水中軸受を潤滑水で潤滑しながら、立軸ポンプは吸込水槽に水がない状態で先行待機運転をすることができる。

しかしながら、給水設備の故障や地震等による不測の事態により、保護管内への給水が途絶えた場合、保護管内の水が抜け落ちてしまい、保護管内が無水（ドライ）状態となる可能性がある。そのため、水中軸受が完全にドライ状態のまま運用されるおそれがある。

そこで、本発明は、万一、水中軸受への潤滑水の供給が途絶えた場合でも、水中軸受の故障を防ぎ、継続して待機運転が可能な先行待機型ポンプを提供する。

一態様では、吸込水槽内の液体を汲み上げるための先行待機型ポンプであって、液体の流路が内部に形成された流路構造体と、前記流路内に配置された羽根車と、前記羽根車に連結された回転軸と、前記回転軸に連結された原動機と、前記回転軸を回転可能に支持する水中軸受と、前記水中軸受に潤滑水を供給する給水管と、前記給水管に連結された潤滑水供給ラインと、前記流路に連通する吸気管と、前記吸込水槽内の水位を検出する水位検出器と、前記羽根車の回転速度を少なくとも２段階で切り替える変速装置と、前記原動機および前記変速装置の動作を制御する運転制御部を備え、前記運転制御部は、前記吸込水槽内の水位が、予め設定した速度切り替えレベルにまで低下したとき、前記羽根車の回転速度を定格速度から、該定格速度よりも低い待機速度に切り替えるように構成されている、先行待機型ポンプが提供される。

一態様では、前記速度切り替えレベルは、前記羽根車の下端位置以下であって、かつ前記吸気管の下端開口よりも高い。
一態様では、前記待機速度は、前記流路内に形成される水柱の高さが前記水中軸受の位置よりも高く、かつ前記流路構造体の一部を構成する吐出し曲管の底部よりも低くなる回転速度である。
一態様では、前記運転制御部は、前記吸込水槽内の水位が前記羽根車の下端よりも低いときに、前記原動機を起動させるように構成されており、前記原動機を起動させるときの前記羽根車の始動速度は、前記定格速度よりも低い。
一態様では、前記羽根車の始動速度は、前記待機速度よりも低い。

一態様では、前記運転制御部は、前記先行待機型ポンプの運転モードを、通常モードと非常モードとの間で切り替え可能に構成されている。
一態様では、前記先行待機型ポンプは、前記潤滑水供給ライン内を流れる潤滑水の流量を直接または間接に検出する潤滑水監視装置をさらに備えており、前記運転制御部は、前記潤滑水の流量がしきい値以下であるときに、前記先行待機型ポンプの運転モードを、前記通常モードから前記非常モードに切り替えるように構成されている。
一態様では、前記運転制御部は、前記先行待機型ポンプの運転モードが前記非常モードにあるときであって、かつ前記吸込水槽内の水位が前記速度切り替えレベルにまで低下したとき、前記羽根車の回転速度を前記定格速度から前記待機速度に切り替えるように構成されている。
一態様では、前記運転制御部は、前記先行待機型ポンプの運転モードが前記通常モードにあるときは、前記吸込水槽内の水位にかかわらず、前記羽根車を前記定格速度で回転させるように構成されている。

一態様では、前記先行待機型ポンプは、前記潤滑水供給ラインに接続されたタンクを備えており、前記タンクは前記潤滑水供給ラインを通じて前記給水管に連通している。
一態様では、前記潤滑水監視装置は、前記潤滑水供給ラインに取り付けられた流量検出器、前記タンク内の潤滑水の圧力を検出する水圧検出器、および前記タンク内の水位を検出する水位検出器のうちの少なくとも１つである。
一態様では、前記潤滑水供給ラインは、水道管に連結されている。
一態様では、前記先行待機型ポンプは、前記流路構造体内に配置された補助ポンプと、前記補助ポンプの吐出し口から前記水中軸受まで延びるバイパス管をさらに備えている。

本発明によれば、速度切り替えレベルは、吸気管の下端開口の位置よりも高い位置、すなわちエアロック水位よりも高い位置にある。したがって、吸込水槽内の水位がエアロック水位にまで低下する前に、羽根車の回転速度が定格速度から待機速度に切り替えられる。羽根車および回転軸は定格速度よりも低い待機速度で回転するので、水中軸受の摩耗が低減される。また、ポンプの流路内には水柱が形成され、水中軸受は水柱に没するので、水中軸受の潤滑が継続される。このように、本発明によれば、潤滑水供給ラインからの潤滑水の水中軸受への供給が途絶えた場合でも、水中軸受の損傷を防ぎ、ポンプの安全な運転を継続することができる。

先行待機型ポンプの一実施形態を示す模式図である。 羽根車が待機速度で回転しているときの状態を示す図である。 先行待機型ポンプの他の実施形態を示す模式図である。 先行待機型ポンプのさらに他の実施形態の一部を示す模式図である。

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。図１は、先行待機型ポンプの一実施形態を示す模式図である。本実施形態に係るポンプ先行待機型ポンプ２０は、吸込水槽１内の液体を汲み上げるための立軸ポンプである。液体の例としては、河川水、雨水、汚水などが挙げられる。以下の説明では、ポンプ先行待機型２０を、単にポンプ２０と称する。

ポンプ２０は、鉛直方向に延びる回転軸５と、回転軸５に固定された羽根車７と、内部に液体の流路１０が形成された流路構造体１１を備えている。流路構造体１１は、内部に羽根車７を収容するポンプケーシング１５と、ポンプケーシング１５の上端に接続された揚水管１６と、揚水管１６の上端に接続された吐出し曲管１８と、吐出し曲管１８の吐出し側の端部に接続された吐出し配管２１とを備えている。吐出し配管２１には、吐出し弁２２が取り付けられている。

ポンプ２０は、回転軸５に連結された原動機２５をさらに備えている。原動機２５の例としては、電動機、ディーゼル機関、ガスタービンなどが挙げられる。回転軸５は原動機２５によって回転され、回転軸５に固定されている羽根車７も回転される。

ポンプケーシング１５は、揚水管１６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１５は、吸込ベルマウス２７と、吐出しボウル２８とを備えている。吐出しボウル２８の上端は、揚水管１６の下端に接続されている。吸込ベルマウス２７の上端は、吐出しボウル２８の下端に接続されている。吸込ベルマウス２７は、下方に開口した吸込口２７ａを有している。吸込口２７ａは、ポンプケーシング１５の下端に形成されている。羽根車７は、ポンプケーシング１５内に収容されている。

揚水管１６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３を通して下方に延びている。揚水管１６の上端にはポンプベース３３が固定されている。ポンプベース３３は、図示しない基礎ボルトによってポンプ据付床２に固定されている。回転軸５は、吐出し曲管１８および揚水管１６を通って鉛直方向に延びており、回転軸５の下端は、吐出しボウル２８内に位置している。

回転軸５は吐出し曲管１８から上方に突出して延びている。回転軸５は、外軸受３９および水中軸受４１，４２によって回転可能に支持されている。外軸受３９は、吐出し曲管１８の外側に配置されており、吐出し曲管１８から突出した回転軸５の部分を回転可能に支持している。外軸受３９は、吐出し曲管１８の上部に固定され、回転軸５の上部を支持している。水中軸受４１は、揚水管１６内に配置されており、回転軸５の中間部を支持している。水中軸受４２は、吐出しボウル２８内に配置され、回転軸５の下部を支持している。

ポンプ２０は、水中軸受４１，４２に潤滑水を供給するための給水管４５を備えている。水中軸受４１，４２は、給水管４５内に配置されている。給水管４５は、流路構造体１１内を延びる回転軸５を覆い、回転軸５に沿って鉛直方向に延びている。給水管４５の上端は、吐出し曲管１８内に位置している。より具体的には、給水管４５の上端は、吐出し曲管１８の上部に位置している。吐出し曲管１８の最上部に配置されたシール４７は、潤滑水が外部に漏洩するのを防いでいる。シール４７は、例えば、メカニカルシール、またはグランドパッキンである。

給水管４５の下端は内側ボウル４６に連結されており、給水管４５は、内側ボウル４６の内部に連通している。内側ボウル４６は、吐出しボウル２８の内側に配置されている。内側ボウル４６の外側には複数のガイドベーン５０が設けられている。これらガイドベーン５０は、内側ボウル４６および吐出しボウル２８に接続されている。水中軸受４２は、内側ボウル４６の内部に設置されており、給水管４５からの給水により水潤滑される。

水中軸受４１は、揚水管１６に固定された水中軸受支え５１によって支持されている。水中軸受支え５１は、給水管４５に接続されており、水中軸受４１の外周面は水中軸受支え５１の内側端部に固定されている。

給水管４５は、潤滑水供給ライン５５に連結されている。潤滑水供給ライン５５の一端は給水管４５に連通し、潤滑水供給ライン５５の他端は、水道管５６に連結されている。本実施形態では、潤滑水として水道水が使用される。潤滑水供給ライン５５は、受水槽などを介して水道管５６に間接的に連結されてもよい。潤滑水供給ライン５５にはタンク６０が接続されている。タンク６０は潤滑水供給ライン５５を通じて給水管４５に連通している。

潤滑水は、潤滑水供給ライン５５を通ってタンク６０に供給され、さらにタンク６０から潤滑水供給ライン５５を通って給水管４５内に供給される。潤滑水は、給水管４５内を下方に流れ、水中軸受４１，４２に接触し、水中軸受４１，４２を潤滑および冷却する。潤滑水は、内側ボウル４６の下端と回転軸５との隙間を通って、ポンプケーシング１５内に流出する。

吸込ベルマウス２７には、吸気管６３が接続されている。吸気管６３の下端開口６３ａは吸込ベルマウス２７に接続されており、吸気管６３は吸込ベルマウス２７の内部に連通している。吸気管６３は、ポンプケーシング１５および揚水管１６に沿って延びている。吸気管６３の上端開口６３ｂはポンプ据付床２の上方に位置しており、常に大気中にある。吸気管６３には吸気弁６４が取り付けられている。この吸気弁６４は、基本的に開かれたままである。なお、吸気管６３の上端開口６３ｂは、運用水位よりも上方であれば吸込水槽１内に位置してもよい。

ポンプ２０は、羽根車７の回転速度を少なくとも２段階で切り替える変速装置６８を備えている。この変速装置６８は、原動機２５の種類によって変わりうるが、羽根車７の回転速度を変えることができるものであれば、変速装置６８の構成は特に限定されない。例えば、原動機２５がかご形誘導電動機である場合は、変速装置６８は、極数変換器またはインバータである。原動機２５が巻線形誘導電動機である場合は、変速装置６８は、二次抵抗器（金属抵抗器、液体抵抗器など）、または二次励磁抵抗器（セルビウス方式など）である。原動機２５がディーゼル機関である場合は、変速装置６８はガバナ（電子ガバナなど）である。原動機２５がガスタービンである場合は、変速方法として２軸式ガスタービンが用いられる。変速装置６８は、原動機２５に連結されてもよく、あるいは原動機２５に組み込まれてもよい。変速装置６８は、原動機２５に連結された流体継手、または流体継手と変速ギヤとの組み合わせであってもよい。

ポンプ２０は、吸込水槽１内の水位を検出する水位検出器７２と、水位検出器７２に電気的に接続された運転制御部７５を備えている。運転制御部７５は、原動機２５および変速装置６８にも電気的に接続されており、原動機２５および変速装置６８の動作は運転制御部７５によって制御される。

運転制御部７５は、プログラムが格納された記憶装置７５ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置７５ｂを備えている。処理装置７５ｂは、記憶装置７５ａに格納されているプログラムに含まれる命令に従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などを含む。記憶装置７５ａは、処理装置１６３がアクセス可能な主記憶装置（例えばランダムアクセスメモリ）と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ）を備えている。

羽根車７が回転すると、吸込水槽１内の液体がポンプケーシング１５の吸込口２７ａから吸い込まれる。液体は、羽根車７の回転により、ポンプケーシング１５、揚水管１６、吐出し曲管１８を通って吐出し配管２１に移送される。ポンプ２０の揚液運転中、潤滑水は、潤滑水供給ライン５５およびタンク６０を通って、給水管４５に供給される。潤滑水は水中軸受４１，４２に接触し、これら水中軸受４１，４２を潤滑および冷却する。

タンク６０と給水管４５との間を延びる潤滑水供給ライン５５には、開閉弁７８が取り付けられている。開閉弁７８は通常開かれている。ポンプ２０の揚液運転が終了した後、開閉弁７８を閉じて、タンク６０内に潤滑水を貯留することができる。次にポンプ２０を起動するとき、開閉弁７８を開くことで、タンク６０内の潤滑水を給水管４５を通じて水中軸受４１，４２に速やかに供給することができる。

次に、ポンプ２０の起動および運転について、図１を参照してより詳細に説明する。ポンプ２０は、河川水や雨水などの液体が急激に吸込水槽１内に流入したときに、速やかに液体を吐出し側へ移送することができるように、羽根車７が液体に接触していない状態で、原動機２５が起動される。具体的には、吸込水槽１内の水位が羽根車７に達していないときに、運転制御部７５は、原動機２５および変速装置６８に指令を発して原動機２５を起動させ、羽根車７を所定の始動速度で回転させる。吸込水槽１内の水位が羽根車７に達する前のポンプ２０の運転は、いわゆる先行待機運転である。羽根車７の始動速度は、羽根車７の定格速度よりも低い速度である。原動機２５を起動させるときの吸込水槽１内の水位は、水位が羽根車７に達しない限り、特に限定されない。

本実施形態では、水中軸受４１，４２の発熱および摩耗を防止するために、潤滑水が潤滑水供給ライン５５から給水管４５内に供給される。給水管４５内を流れる潤滑水は、水中軸受４１，４２に接触する。水中軸受４１，４２が潤滑水の流れに接触した状態で、羽根車７および回転軸５の回転が開始される。

図１に示すように、吸込水槽１内の水位が徐々に上昇し、回転する羽根車７の下端位置Ｌ１に達すると、運転制御部７５は変速装置６８に指令を発して、羽根車７の回転速度を上記始動速度から定格速度に切り替える。液体は、回転する羽根車７によって汲み上げられ始める。このとき、吸気管６３を通じて大気中の空気が吸い込まれ、吸込ベルマウス２７内に流入する。空気は液体と混合され、液体とともに揚水管１６を通って吐出し配管２１に移送される。吸込水槽１内の水位がさらに上昇して全排水水位Ｌ２に達すると、吸込ベルマウス２７内の水圧が高まり、吸気管６３を通じた空気の吸い込みが停止される。結果として、液体のみがポンプケーシング１５、揚水管１６、および吐出し曲管１８を通って吐出し配管２１に移送される。

吸込水槽１内の水位が全排水水位Ｌ２以上である限り、空気は吸気管６３から吸引されることなく、液体は羽根車７によって吸込水槽１から汲み上げられる。吸込水槽１への液体の流入量が低下した結果、吸込水槽１内の水位が低下して全排水水位Ｌ２を下回ると、吸気管６３を通じて空気が吸込ベルマウス２７内に流れ込み、液体と混合される。吸込水槽１内の水位がさらに低下して、速度切り替えレベルＬ３に達すると、運転制御部７５は変速装置６８に指令を発して、羽根車７の回転速度を上記定格速度から待機速度に切り替える。

待機速度は、定格速度よりも低い回転速度である。羽根車７が待機速度で回転しているとき、吸込水槽１内の液体は実質的に汲み上げられず、流路１０内に水柱が形成される。図２は、羽根車７が待機速度で回転しているときの状態を示す図である。図２に示すように、待機速度は、ポンプ２０の流路１０内の水位（すなわち流路１０内に形成される水柱の高さ）が水中軸受４１，４２の位置よりも高く、かつ、吐出し曲管１８の底部１８ａよりも低くなる回転速度である。吐出し曲管１８の底部１８ａは、吐出し曲管１８の吐出し側開口の下部を構成する底部である。本実施形態では、羽根車７が待機速度で回転しているとき、流路１０内の液体の流量は０である。一実施形態では、羽根車７が待機速度で回転しているとき、流路１０内の液体の流量は０よりも大きくてよい。

本実施形態では、羽根車７の回転速度は、始動速度、定格速度、および待機速度の３段階で切り替えられる。上述したように、羽根車７の回転速度は、吸込水槽１内の水位が速度切り替えレベルＬ３にまで低下したときに、定格速度から待機速度に切り替えられる。この速度切り替えレベルＬ３は、羽根車７の下端位置Ｌ１以下であって、かつ吸気管６３の下端開口６３ａの位置Ｌ４よりも高い。

吸気管６３の下端開口６３ａの位置Ｌ４は、エアロック水位に相当する。エアロック水位とは、ポンプ２０が以下に説明するエアロック運転状態となるときの、吸込水槽１内の水位である。ポンプ２０が吸込水槽１内の液体を汲み上げているときに吸込水槽１内の水位が吸気管６３の下端開口６３ａよりも低下すると、羽根車７の下方に空気溜まりが形成される。この空気溜まりは、羽根車７への液体の供給を妨げ、ポンプ２０の流路１０内に水柱が形成される。この状態の運転を、エアロック運転という。

本実施形態によれば、速度切り替えレベルＬ３は、吸気管６３の下端開口６３ａの位置Ｌ４よりも高い位置、すなわちエアロック水位よりも高い位置にある。したがって、吸込水槽１内の水位がエアロック水位にまで低下する前に、羽根車７の回転速度が定格速度から待機速度に切り替えられる。羽根車７および回転軸５は定格速度よりも低い待機速度で回転するので、水中軸受４１，４２の摩耗が低減される。また、ポンプ２０の流路１０内には水柱が形成され、水中軸受４１，４２は水柱に没するので、水中軸受４１，４２の潤滑が継続され、水中軸受４１，４２の損傷が回避される。

基本的に、潤滑水は、先行待機運転中および通常の揚液運転中も、潤滑水供給ライン５５および給水管４５を通じて水中軸受４１，４２に供給される。しかしながら、先行待機型のポンプ２０の運転が必要とされるときは、洪水または地震などの自然災害が発生していることが想定される。このような自然災害は、しばしば断水を伴う。結果として、潤滑水供給ライン５５からの潤滑水の水中軸受４１，４２への供給が途絶えることもありうる。本実施形態によれば、このような場合でも、ポンプ２０の流路１０内に水柱を形成しつつ、羽根車７および回転軸５を低速で回転させることで、水中軸受４１，４２の損傷を防ぎ、ポンプ２０の安全な運転を継続することができる。

上述した始動速度は、待機速度よりも低い回転速度である。これは、原動機２５を起動させるとき、流路１０内に水柱は形成されていないからである。原動機２５の起動時は、潤滑水供給ライン５５から潤滑水が水中軸受４１，４２に供給されているが、地震などの災害が発生した合には、潤滑水供給ライン５５からの潤滑水の供給が途絶えることもありうる。このような非常事態の場合でも、水中軸受４１，４２を損傷させずにポンプ２０を起動させるために、羽根車７の始動速度は、定格速度および待機速度よりも低い回転速度に設定される。

次に、先行待機型ポンプの他の実施形態について図３を参照して説明する。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１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。ポンプ２０は、潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量を直接または間接に検出する潤滑水監視装置をさらに備えている。より具体的には、ポンプ２０は、潤滑水供給ライン５５に取り付けられた流量検出器８１と、タンク６０内の潤滑水の圧力を検出する水圧検出器８２と、タンク６０内の水位を検出する水位検出器８３を備えている。水圧検出器８２および水位検出器８３は、タンク６０に取り付けられている。

本実施形態で使用される流量検出器８１は、潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量が所定のしきい値にまで低下したことを検出する装置であり、例えばフロースイッチなどが使用される。一実施形態では、流量検出器８１は、潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量を連続的に測定する流量計であってもよい。流量検出器８１は運転制御部７５に電気的に接続されており、流量検出器８１の出力信号は運転制御部７５に送られる。

本実施形態で使用される水圧検出器８２は、タンク６０内に貯留された潤滑水の圧力を測定する圧力センサである。潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量が低下すると、タンク６０内の水位が低下し、結果として、タンク６０内に貯留された潤滑水の圧力が低下する。したがって、水圧検出器８２は、潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量を間接的に検出することができる。水圧検出器８２は運転制御部７５に電気的に接続されており、水圧検出器８２の出力信号は運転制御部７５に送られる。

本実施形態で使用される水位検出器８３は、タンク６０内に貯留された潤滑水の水位が所定のレベルにまで低下したことを検出する装置である。一実施形態では、水位検出器８３は、タンク６０内に貯留された潤滑水の水位を連続的に測定する水位計であってもよい。潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量が低下すると、タンク６０内の水位が低下する。したがって、水位検出器８３は、潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量を間接的に検出することができる。水位検出器８３は運転制御部７５に電気的に接続されており、水位検出器８３の出力信号は運転制御部７５に送られる。

運転制御部７５は、ポンプ２０の運転モードを、通常モードと非常モードとの間で切り替え可能に構成されている。より具体的には、運転制御部７５は、潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量がしきい値以下であるときに、ポンプ２０の運転モードを、通常モードから非常モードに切り替えるように構成されている。通常モードは、吸込水槽１内の水位にかかわらず、羽根車７を定格速度で回転させる運転モードである。

非常モードは、潤滑水が給水管４５を通じて水中軸受４１，４２に十分に供給されない、または全く供給されない点を除いて、図１を参照して説明した運転モードと同じである。すなわち、運転制御部７５は、ポンプ２０の運転モードが非常モードにあるときであって、かつ吸込水槽１内の水位が速度切り替えレベルＬ３にまで低下したとき、羽根車７の回転速度を定格速度から待機速度に切り替える。図１を参照して説明したように、非常モードでは、原動機２５を起動させるときの羽根車７の回転速度は、定格速度および待機速度よりも低い始動速度である。

運転制御部７５は、潤滑水の流量がしきい値以下であるか否かを、流量検出器８１からの出力信号、水圧検出器８２からの出力信号、および水位検出器８３からの出力信号のうちの少なくとも１つに基づいて決定する。例えば、潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量がしきい値以下であるとき、流量検出器８１は潤滑水の流量がしきい値以下であることを示す出力信号を運転制御部７５に送る。運転制御部７５は、流量検出器８１からの出力信号を受信したときに、潤滑水の流量がしきい値以下であることを決定する。

他の例では、水圧検出器８２はタンク６０内の圧力を測定し、圧力の測定値を示す出力信号を運転制御部７５に送る。潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量がしきい値以下であるとき、タンク６０内に貯留された潤滑水の水位が低下し、タンク６０内の潤滑水の圧力も低下する。運転制御部７５は、圧力の測定値が予め設定された圧力下限値まで低下したとき、潤滑水の流量がしきい値以下であることを決定する。

さらに他の例では、タンク６０内の水位が、予め設定された水位下限値まで低下したことを水位検出器８３が検出すると、水位検出器８３はタンク６０内の水位が水位下限値まで低下したことを示す出力信号を運転制御部７５に送る。潤滑水供給ライン５５内を流れる潤滑水の流量がしきい値以下であると、タンク６０内に貯留された潤滑水の水位が低下し、やがて水位下限値に達する。タンク６０内の水位が水位下限値まで低下したとき、水位検出器８３はタンク６０内の水位が水位下限値まで低下したことを示す出力信号を運転制御部７５に送る。運転制御部７５は、水位検出器８３からの出力信号を受信したときに、潤滑水の流量がしきい値以下であることを決定する。

運転制御部７５は、流量検出器８１の出力信号、水圧検出器８２の出力信号、および水位検出器８３の出力信号のうちのいずれか１つ、または２つ、またはすべてを受信したときに、ポンプ２０の運転モードを、通常モードから非常モードに切り替える。

通常モードでは、先行待機運転中および揚液運転中において、吸込水槽１内の水位にかかわらず、羽根車７は定格速度で回転される。通常モードでのポンプ２０の運転は次の通りである。運転制御部７５は、原動機２５および変速装置６８に指令を発して原動機２５を起動させ、羽根車７を定格速度で回転させる。原動機２５を起動させるときの吸込水槽１内の水位は、水位が羽根車７に達しない限り、特に限定されない。羽根車７の回転開始後、羽根車７の回転が停止されるまで、吸込水槽１内の水位にかかわらず、羽根車７は定格速度で回転される。

通常モードでは、潤滑水は、給水管４５を通じて水中軸受４１，４２に十分に供給されるので、羽根車７を定格速度で回転させても、水中軸受４１，４２の発熱や摩耗が抑制される。

次に、先行待機型ポンプのさらに他の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、ポンプ２０のさらに他の実施形態の一部を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１および図２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。ポンプ２０は、回転軸５に連結された補助ポンプ８７を備えている。この補助ポンプ８７は、潤滑水が給水管４５を通じて水中軸受４１，４２に十分に供給されない、または全く供給されないときであって、かつ羽根車７が低速で運転しているときに、吸込水槽１内の液体を速やかに水中軸受４１に接触させるために設けられている。

補助ポンプ８７は、内側ボウル４６内に配置されている。補助ポンプ８７は、水中軸受４１の下方に位置し、かつ水中軸受４２の上方に位置している。一実施形態では、補助ポンプ８７は、水中軸受４１，４２の下方に位置してもよい。補助ポンプ８７は、遠心式ポンプである。すなわち、補助ポンプ８７は、回転軸５に固定された遠心羽根車９０と、遠心羽根車９０が収容される渦巻きケーシング９１を備えている。遠心羽根車９０は回転軸５および羽根車７と一体に回転する。渦巻きケーシング９１は、複数の保持部材９４に保持されており、これら保持部材９４は内側ボウル４６に固定されている。渦巻きケーシング９１は、下方を向いた吸込口９１ａと、側方を向いた吐出し口９１ｂを有している。

ポンプ２０は、補助ポンプ８７の吐出し口９１ｂから水中軸受４１まで延びるバイパス管９７をさらに備えている。バイパス管９７の一端は渦巻きケーシング９１の吐出し口９１ｂに連結されており、バイパス管９７の他端は水中軸受４１を保持する水中軸受支え５１に固定されている。本実施形態ではバイパス管９７の一部は流路構造体１１の外側に配置されている。一実施形態ではバイパス管９７の全体は流路構造体１１の内側に配置されてもよい。

潤滑水が潤滑水供給ライン５５から給水管４５に十分な流量で供給されているとき、給水管４５内を流れる潤滑水の一部は、補助ポンプ８７によってバイパス管９７を通って水中軸受４１に移送され、水中軸受４１に接触する。一方、断水または潤滑水供給ライン５５の不具合に起因して、十分な流量の潤滑水が給水管４５に供給されない場合、または潤滑水が給水管４５に全く供給されない場合は、吸込水槽１内の液体が補助ポンプ８７によって汲み上げられ、バイパス管９７を通って水中軸受４１に移送される。特に、断水または潤滑水供給ライン５５の不具合が起きているときにポンプ２０を起動させる場合に、補助ポンプ８７は吸込水槽１内の液体を速やかに水中軸受４１に供給し、水中軸受４１を液体で潤滑させることができる。

図４に示す実施形態は、図３に示す実施形態にも適用することが可能である。

図１乃至図４に示す実施形態では、吸込水槽１内の水位を検出する水位検出器７２は、吸込水槽１内に配置されており、水位を直接測定するように構成されているが、本発明はこれら実施形態に限定されない。一実施形態では、吸込水槽１内の水位を検出する水位検出器は、回転軸５に加わる負荷を検出し、負荷を水位に変換する装置であってもよい。ポンプ負荷（ポンプ軸動力）は先行待機ポンプの運転状態（待機運転、気水混合運転、全排水運転）により変動するため、待機運転（エアロック運転）と気水混合運転との判別方法として、原動機２５の出力を判断可能な手法を用いることもできる。例えば、水位検出器は、原動機２５としての電動機に供給される電流値により運転状態を判別する装置、原動機２５としてのディーゼル機関またはガスタービンから排出される排気ガスの温度により運転状態を判別する装置であってもよい。電動機に供給される電流値、およびディーゼル機関またはガスタービンから排出される排気ガスの温度は、回転軸５に加わる負荷に応じて変化するので、電流値または排気ガスの温度により、全排水運転、気水混合運転、エアロック運転の状態を判別することができる。他の例では、水位検出器は、回転軸５のひずみを水位に変換する装置であってもよい。

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
３ 開口
５ 回転軸
７ 羽根車
１０ 流路
１１ 流路構造体
１５ ポンプケーシング
１６ 揚水管
１８ 吐出し曲管
２０ ポンプ
２１ 吐出し配管
２２ 吐出し弁
２５ 原動機
２７ 吸込ベルマウス
２８ 吐出しボウル
３３ ポンプベース
３９ 外軸受
４１，４２ 水中軸受
４５ 給水管
４６ 内側ボウル
４７ シール
５０ ガイドベーン
５１ 水中軸受支え
５５ 潤滑水供給ライン
５６ 水道管
６０ タンク
６３ 吸気管
６４ 吸気弁
６８ 変速装置
７２ 水位検出器
７５ 運転制御部
７８ 開閉弁
８１ 流量検出器
８２ 水圧検出器
８３ 水位検出器
８７ 補助ポンプ
９０ 遠心羽根車
９１ 渦巻きケーシング
９１ａ 吸込口
９１ｂ 吐出し口
９４ 保持部材
９７ バイパス管

Claims (13)

1. 吸込水槽内の液体を汲み上げるための先行待機型ポンプであって、
   液体の流路が内部に形成された流路構造体と、
   前記流路内に配置された羽根車と、
   前記羽根車に連結された回転軸と、
   前記回転軸に連結された原動機と、
   前記回転軸を回転可能に支持する水中軸受と、
   前記水中軸受に潤滑水を供給する給水管と、
   前記給水管に連結された潤滑水供給ラインと、
   前記流路に連通する吸気管と、
   前記吸込水槽内の水位を検出する水位検出器と、
   前記羽根車の回転速度を少なくとも２段階で切り替える変速装置と、
   前記原動機および前記変速装置の動作を制御する運転制御部を備え、
   前記運転制御部は、前記吸込水槽内の水位が、予め設定した速度切り替えレベルにまで低下したとき、前記羽根車の回転速度を定格速度から、該定格速度よりも低い待機速度に切り替えるように構成されている、先行待機型ポンプ。
2. 前記速度切り替えレベルは、前記羽根車の下端位置以下であって、かつ前記吸気管の下端開口よりも高い、請求項１に記載の先行待機型ポンプ。
3. 前記待機速度は、前記流路内に形成される水柱の高さが前記水中軸受の位置よりも高く、かつ前記流路構造体の一部を構成する吐出し曲管の底部よりも低くなる回転速度である、請求項１または２に記載の先行待機型ポンプ。
4. 前記運転制御部は、前記吸込水槽内の水位が前記羽根車の下端よりも低いときに、前記原動機を起動させるように構成されており、前記原動機を起動させるときの前記羽根車の始動速度は、前記定格速度よりも低い、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の先行待機型ポンプ。
5. 前記羽根車の始動速度は、前記待機速度よりも低い、請求項４に記載の先行待機型ポンプ。
6. 前記運転制御部は、前記先行待機型ポンプの運転モードを、通常モードと非常モードとの間で切り替え可能に構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の先行待機型ポンプ。
7. 前記先行待機型ポンプは、前記潤滑水供給ライン内を流れる潤滑水の流量を直接または間接に検出する潤滑水監視装置をさらに備えており、
   前記運転制御部は、前記潤滑水の流量がしきい値以下であるときに、前記先行待機型ポンプの運転モードを、前記通常モードから前記非常モードに切り替えるように構成されている、請求項６に記載の先行待機型ポンプ。
8. 前記運転制御部は、前記先行待機型ポンプの運転モードが前記非常モードにあるときであって、かつ前記吸込水槽内の水位が前記速度切り替えレベルにまで低下したとき、前記羽根車の回転速度を前記定格速度から前記待機速度に切り替えるように構成されている、請求項６または７に記載の先行待機型ポンプ。
9. 前記運転制御部は、前記先行待機型ポンプの運転モードが前記通常モードにあるときは、前記吸込水槽内の水位にかかわらず、前記羽根車を前記定格速度で回転させるように構成されている、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の先行待機型ポンプ。
10. 前記先行待機型ポンプは、前記潤滑水供給ラインに接続されたタンクを備えており、
    前記タンクは前記潤滑水供給ラインを通じて前記給水管に連通している、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の先行待機型ポンプ。
11. 前記潤滑水監視装置は、前記潤滑水供給ラインに取り付けられた流量検出器、前記タンク内の潤滑水の圧力を検出する水圧検出器、および前記タンク内の水位を検出する水位検出器のうちの少なくとも１つである、請求項１０に記載の先行待機型ポンプ。
12. 前記潤滑水供給ラインは、水道管に連結されている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の先行待機型ポンプ。
13. 前記流路構造体内に配置された補助ポンプと、
    前記補助ポンプの吐出し口から前記水中軸受まで延びるバイパス管をさらに備えている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の先行待機型ポンプ。

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