JP4422438B2 - 立軸ポンプ - Google Patents
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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１１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入口側の吸込管４に貫通孔５を設け、貫通孔５に、外気に開口６ａした空気管６を取付け、最高水位ＨＷＬより低い最低運転水位ＬＷＬ以下で、貫通孔５を経て流入する空気の流入量を水位に応じて変化させて徐々に排水量を低下するようにしていた。貫通孔５は、水位ＬＷＬからｈ≒ｖ２／２ｇだけ低い位置ＬＬＷＬに明けられている。ｖはその部分の水の流速、ｇは重力加速度である。
【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】
実開平３−５６８９５号公報（第１図、第２図、第３図、第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のポンプでは、ポンプの吐出し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２の外周側に吐出側から吸込側への逆流が生じる。そのため、吸込管４内に軸方向の流れの他に軸回りの旋回流が生じ、この旋回流は吸込管４の内面付近に正圧を生じさせる。この正圧が、前記揚水の流速ｖによる負圧を打ち消してしまい、水槽の水位が高水位から低下して最低運転水位ＬＷＬ以下になっても、期待通りに貫通孔５を経て空気が流入しなかったり、流入する空気量が少な過ぎたりして、運転の移行がスムーズに行えないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、羽根車の上流側に配置された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７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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室５０を有する吸込管３１と；空気室５０に一端が接続され、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；前記ケーシング壁の内面には吸気口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内と連通しており；羽根車２０と吸気口５１ａとの間の前記ケーシング壁の内面には、羽根車２０の回転による水の旋回を防止する平板状の旋回防止板７０が吸込管３１の半径方向かつ軸線方向に向けて形成されている。
【０００８】
このように構成すると、環状の空気室５０を備えるので空気を一様に分配することができ、旋回防止板を備えるので、旋回流を防止することができる。
【０００９】
また請求項７に記載の立軸ポンプでは、吸気口は、環状の空気室５０に沿ってスリット状に形成５１ａされる。吸気口は、このように典型的にはスリット状に形成されているが、孔５１ｂ（例えば図２参照）であってもよく、特に環状の空気室に沿って明けられた複数の孔であってもよい。
【００１０】
また例えば図４に示すように、請求項７に記載の立軸ポンプでは、吸気口５２には、吸気口５２を跨いで前記ケーシング壁の内面を上流側と下流側とで連結する支柱５２ｃ、５２ｄが形成されている。
【００１１】
また、例えば図４（ｄ）〜（ｅ）に示すように、請求項７に記載の立軸ポンプでは、支柱５２ｃ、５２ｄは、先端を空気室５０内に突出させて空気室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を構成する。
【００１２】
このように構成すると、支柱が形成されているので、ケーシング壁の補強となる他、支柱は先端を空気室内に突出させて空気室から吸込管内に向けて流れる空気を導く空気案内板を構成しているので、空気が水に吸い込まれやすいように案内することもできる。
【００１３】
前記目的を達成するために、請求項８に係る発明による立軸ポンプは、例えば図４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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室５０を有する吸込管３１と；空気室５０に一端が接続され、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；前記ケーシング壁の内面には環状の空気室５０と吸込管３１とを連通するスリット状の吸気口５２が形成されており；吸気口５２には、先端を空気室５０内に突出させて空気室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５２ｃ、５２ｄが配置されている。このとき、旋回防止板７０は備えなくてもよい。
【００１４】
このように構成すると、環状空気室とスリットの空気案内板とを備えるので、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ある。
【００１５】
また例えば図４（ｄ）（ｅ）に示すように、請求項７及び請求項８に記載の立軸ポンプでは、空気案内板５２ｃ、５２ｄは、回転軸２１を中心とする半径方向に対して羽根車２０の回転方向に傾斜している。
【００１６】
前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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１と；前記ケーシング壁の内面には吸気口５１ｂが形成され、吸気口５１ｂに一端が連通され、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；吸込管３１は、前記ケーシング壁の内面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５１ｂとの間に有し、内筒８１の上流側は吸気口５１ｂの近傍で前記ケーシング壁の内面に接続され、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おり、内筒空間８１ａは下流側で羽根車２０に対向して開放され、内筒８１の前記ケーシング壁の内面との接続部の近傍には内筒空間８１ａと流路３６とを連通する孔８２が形成されている。
【００１７】
このように構成すると、吸込管は、前記ケーシング壁の内面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、内筒の前記ケーシング壁の内面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。
【００１８】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の立軸ポンプでは、また例えば図６に示されるように、吸込管３１は前記ケーシング壁の内面を囲み空気管６０の一端が接続された環状の空気室５０を有し、吸気口５１ａは空気室５０と吸込管３１とを連通させるように空気室５０に沿ってスリット状に形成してもよい。
【００１９】
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は、例えば図７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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室５０を有する吸込管３１と；空気室５０に一端が接続され、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；前記ケーシング壁の内面には環状の空気室５０と吸込管３１とを連通するスリット状の吸気口５１ａが形成されており；吸込管３１は、羽根車２０と吸気口５１ａとの間に、前記ケーシング壁の内面との間に環状の内筒空間８４を形成する内筒８３を有し、内筒空間８４には内筒８３と前記ケーシング壁の内面とを連結する支持板８４ａが配置され、内筒空間８４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。
【００２０】
支持板８４ａは内筒８３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。
【００２１】
このように構成すると、ケーシング壁の内面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ケーシング壁の内面とを連結する支持板が配置されているので、内筒をケーシング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。
【００２２】
また請求項４に示すように、（例えば図７参照）吸気口５１ａには、吸気口５１ａを跨いで前記ケーシング壁の内面を上流側と下流側とで連結する支柱５２ｂを形成してもよい。
【００２３】
前記目的を達成するために、請求項９に係る発明による立軸ポンプは、例えば図８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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室５０を有する吸込管３１と；空気室５０に一端が接続され、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；前記ケーシング壁の内面には環状の空気室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；前記ケーシングトリートメント８５は、前記吸込管のケーシング壁と該吸込管のケーシング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、前記吸込管のケーシング壁と外ケーシング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の近傍に開口した戻り流路であって、入口翼端部分の開口から流入した水を吸気口５１ａの近傍の開口から吸込管３１の中央部の本流に戻す、軸方向に長さを有する戻り流路を構成している。
【００２４】
また請求項１０に記載のように請求項９に記載の立軸ポンプでは、（例えば図８（ｂ）参照）吸気口５１ａには、吸気口５１ａを跨いで前記吸込管のケーシング壁を上流側と下流側とで連結する支柱５２ｂを形成してもよい。
【００２５】
前記目的を達成するために、請求項５に係る発明による立軸ポンプは、例えば図９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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１とを備え；吸込管３１は、前記ケーシング壁の内面との間に環状の内筒空間９２を形成する内筒９１を有し；一端から吸込管３１内に空気を導入する空気管６０であって、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０をさらに備え；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６０による吸込管３１への空気導入口は内筒９１内に開口している。
【００２６】
典型的には、内筒空間９２には内筒９１と前記ケーシング壁の内面とを連結する支持部材９２ａが配置されている。空気管６０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。
【００２７】
また請求項６に記載のように、吸込管３１はベルマウス状に形成されており、内筒９３の上流側は、前記ベルマウスに沿うように延長されていてもよい（例えば図９（ｂ）参照）。
【００２８】
また、立軸ポンプは、例えば図１０に示されるように、縦方向に配置される回転軸により回転し、水槽内の水を吸い込む羽根車２０（例えば図１参照）と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室５０を有する吸込管３１と；空気室５０に一端が接続され、他端が前記水槽内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；前記ケーシング壁の内面には前記環状の空気室５０と吸込管３１とを連通するスリット状の吸気口５１ａが形成されており；空気室５０内には空気管６０から空気室５０に流入する空気を導く空気案内板７１が配置されていてもよい。
【００２９】
このように構成すると、空気室内には空気管から空気室に流入する空気を導く空気案内板が配置されているので、空気室内の空気を吸込管に導き、空気を水中に誘引する効果がある。
【００３０】
【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。
【００３１】
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。（ａ）に示す本立軸ポンプ１０は、先行待機運転用のポンプである。
【００３２】
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（Level）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
羽根車２０の先端よりも下方に位置する、ケーシングの外側には、ケーシングを回転軸２０（又は同軸の延長）の軸線回りに囲む円環状の空洞である空気室５０が形成されている。本実施の形態では、空気室５０は吸込管３１の上部、鉛直方向の円筒状部分に形成されている。ケーシングライナ３２のすぐ下方、羽根車２０の先端よりもすぐ下方に位置する。また空気室５０は、吸込管３１を形成するケーシング壁の内面を囲み、該内面よりも外側に形成されている。
【００３８】
ケーシングの吸込側部分（本実施の形態では吸込管３１）には、具体的には吸込管３１を形成するケーシング壁の内面には、空気室５０と吸込管３１の内側とを連通する吸気口としての吸気スリット５１ａが形成されている。スリット５１ａの位置は、羽根車２０の先端（吸込端）よりも下方である。スリットの代わりに、後述の図２の例のように、多数の吸込孔５１ｂであってもよい（この例では空気室５０は不要である）。
【００３９】
空気室５０は空気室壁５０ａで囲まれた空間である。本実施の形態では、空気室壁５０ａは、吸込管３１の本体部分と一体の鋳造構造を有している。空気室壁５０ａには、外側に空気管６０の一端が接続されている。空気管６０は図示のように１本であってもよいが、複数例えば４本であってもよい。
【００４０】
空気室５０を設けると、空気管６０から吸入される空気が、吸込管３１の全周に均一に分配されるので都合がよい。特に円環状の空気室５０を円周方向に流れる空気の流れ抵抗が無視できる程度に、空気室５０の断面積を十分にとることができるときは、空気管６０は１本でよい。
【００４１】
一方、空気管６０を複数本設ける場合は、空気室５０の断面積を比較的小さくすることができる。例えば４本とするとよい。
【００４２】
空気室５０とスリット５１ａ、空気管６０の接続部との関係を、同部分の拡大図を参照して説明する。スリット５１ａの上側端部は空気管接続部の上端よりも低い位置に形成されている。したがって、後述のように空気を吸い込む水位はスリット５１ａの上側端部を基準にして定まる。
【００４３】
空気管６０の他端（上端）６１は、水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開放されている。最高水位ＨＷＬは、水槽１において最も水位が上昇し得る水位、即ち水槽１の許容水位と呼んでもよい。したがって、空気管６０の他端６１が水中に没することはない。
【００４４】
羽根車２０は、後述の最低水位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。
【００４５】
羽根車２０とスリット５１ａとの間のケーシング（ここでは吸込管３１）の内面には、平板状の旋回防止板７０が半径方向に、また軸線方向（鉛直方向）に向けて形成されている。旋回防止板７０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７０は複数枚設ける。例えば４枚とする。旋回防止板７０の下端とスリット５１ａとは、ある程度の間隔を空ける。但し、近接していてもよい。
【００４６】
次にポンプ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６０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６０により、低水位での運転を可能にしている。しかし水位ＬＷＬは渦状の空気吸込以外の条件で定まる場合もある。
【００４７】
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６０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。
【００４８】
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。
【００４９】
吸込開始水位ＳＬＷＬの下方には、スリット５１ａの高さに相当する吸気口水位Ａ１がある。これはスリット５１ａ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６０中の水位がこの水位Ａ１になり、空気管６０を通して吸込管３１に空気が吸い込まれ始める。
【００５０】
なお本実施の形態では、スリット５１ａの上側端部が、空気管６０の空気室壁５０ａの接続部の上端の高さよりも低く形成されているので、スリット５１ａの上端部の高さが吸気口水位Ａ１となっている。逆に、スリット５１ａの上側端部が、空気管６０の空気室壁５０ａの接続部の上端の高さよりも高い場合は、空気管６０の空気室壁５０ａの接続部の上端の高さが吸気口水位Ａ１となる。
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。
【００５１】
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。例えば川の上流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。
【００５２】
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。
【００５３】
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６０を通し、空気室５０を介して、スリット５１ａ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。
【００５４】
さらに水位が、水位ＬＷＬ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ＬＷＬで（空気管６０中の水位が吸気口水位Ａ１に到るので）空気管６０を通して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込が終わり、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。
【００５５】
エアロック水位は、通常は吸気口の高さである水位Ａ１と一致また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、または吸込ベルの下端水位Ａ２に至ると水量は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。
【００５６】
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。
【００５７】
前述のように、水位Ｌが十分に低下して吸込管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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
ここで図２の部分断面図を参照して、各水位と吸込管３１の下端から渦状に空気を吸い込んでしまう水位Ｌｃとの関係を明かにする。本図では、吸気口がスリット５１ａではなく、吸込孔５１ｂである場合を示す。原理は、スリット５１ａであっても吸込孔５１ｂであっても同様である。
【００６１】
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。即ち、設計上この位置に吸気口としてのスリット５１ａや吸込孔５１ｂを設ける。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。
【００６２】
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。
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）／（吸込管３１の吸込部面積）で求められる水の吸込流速である。（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は吸込管３１の下端Ａ２から吸気口５１ｂ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、吸込管３１の下端Ａ２から吸気口５１ｂ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、吸込管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】
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、ここで吸込孔５１ｂからの空気の吸込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込孔５１ｂからの空気の吸込が始まるという水位である。
【００６５】
水位Ｌｄは設計上、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】
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】
さらに図２を参照して、旋回防止板７０の作用を説明する。
水位Ｌｄは、水位Ａ１＋ｈで計算され、ｈ＝ｈｌ＋（ｖ２／２ｇ）であるとしたが、実際は吸込孔５１ａ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。旋回流は後述のように、ポンプ吐出量が要項点流量よりも小さい場合に発生する。
【００６９】
正圧ｈｐを考慮すると、ｈは以下の通りとなる。
ｈ＝ｈｌ＋（ｖ２／２ｇ）−ｈｐ
【００７０】
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６０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、下手をすると吸込管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。
【００７１】
本実施の形態によれば、旋回防止板７０が吸込管３１内の旋回流を防止してくれるので、ｈｐがほぼゼロまたは十分に小さくなり、水位ＬがＬｄになったとき空気の吸込が可能となる。または、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。
【００７２】
図３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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
図中の点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。
【００７６】
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。
【００７７】
図１に戻って、空気室５０の拡大図（ｂ）を参照して、その構造と作用を説明する。
拡大図（ｂ）において、スリット５１ａの上端は、空気管６０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近くになって、空気管６０中の水位が空気管６０の空気室壁５０ａへの開口まで低下してもまだ吸込管３１への空気の吸込は起こらない。水位Ｌがさらに低下して、空気管６０中の水位がさらにｈａだけ低下し、スリット５１ａの上端に到ったところで空気の吸込が始まる。
【００７８】
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６０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６０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。
【００７９】
また図１（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への空気吸込を一様にすることができる。
【００８０】
図４を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。（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。（ｂ）（ｃ）（ｄ）（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。
【００８１】
本実施の形態では、第１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。
【００８２】
また、スリット５２には、該スリット５２を跨いで吸込管３１の内壁即ちケーシング壁の内面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。
【００８３】
（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。
【００８４】
また（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。
【００８５】
さらに（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らず空気を吸い込みやすくする。
【００８６】
さらに（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倍程度またはそれ以下の長さとするのが好ましい。
【００８７】
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。
【００８８】
図４では、第２の実施の形態は、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（ｄ）（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。
【００８９】
第２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。
【００９０】
第１、第２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。
【００９１】
図５を参照して、第３の実施の形態を説明する。本実施の形態では、吸込管３１は、そのケーシング壁の内面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と吸気口としての空気孔５１ｂ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、空気孔５１ｂの近傍で前記ケーシング壁の内面に接続され、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のケーシング壁の内面との接続部の近傍には、内筒空間８１ａと流路３６とを連通する孔８２が形成されている。
【００９２】
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８２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、空気孔５１ｂ部分に正圧ｈｐが生じないか、生じても小さい値となる。
【００９３】
図６を参照して、第３の実施の形態の変形例を説明する。図５の場合の空気孔５１ｂの代わりにスリット５１ａが形成されている。即ち、吸込管３１はそのケーシング壁の内面を囲み空気管６０の一端が接続された環状（本実施の形態では円環状）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。
【００９４】
このように構成すると、内筒８１の孔８２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。
【００９５】
第３の実施の形態では、ノズルを形成する内筒８１と吸込管３１のケーシング壁の内面との間には、板状のステー（不図示）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。そのようなステーは、０．０１〜０．１Ｄａの厚さとするとよい。
【００９６】
第３の実施の形態では、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、スリット５１ａ又は孔８２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。
【００９７】
図７を参照して、第４の実施の形態を説明する。本図には、吸込管３１と空気管６０の部分を抽出して示してある。
【００９８】
（ａ）に示すように、吸込管３１のケーシング壁の内面には環状の空気室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６０とスリット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。
【００９９】
また吸込管３１は、羽根車２０とスリット５１ａとの間に内筒８３を有する。内筒８３は、吸込管３１のケーシング壁の内面との間に環状の内筒空間８４を形成している。内筒空間８４には内筒８３と吸込管３１の内面とを連結する支持板８４ａが配置されている。内筒空間８４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８４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。
【０１００】
支持板８４ａは内筒８３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。
【０１０１】
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８４に流入し、流路３６の中心側を流れる本流と逆流は内筒８３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。また支持板８４ａの案内により旋回流を抑えることも可能である。
【０１０２】
（ｂ）を参照して、第４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８３ａも同様にスリット５１ａを覆うように形成されている。即ち、（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。
【０１０３】
このように構成すると、内筒８３ａ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。
【０１０４】
この例では、さらに内筒８３ａ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の内面に接続する形状にしてもよい。このときは、内筒８３ａの吸込管３１の内面への接続部近傍に孔を明ける。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。
【０１０５】
図８の部分断面図を参照して、第４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。
【０１０６】
（ａ）の部分断面図に示す第５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、軸線方向に平行なケーシング壁を有している。吸込管のケーシング壁と同じ直径位置には、拡大する前の吸込管ケーシング壁をそのまま内筒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、第１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。
【０１０７】
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ケーシング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が明けられている。孔３１ｂは複数個明けられ、周方向に均等に配置されている。
【０１０８】
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。
【０１０９】
（ｂ）の部分断面図を参照して、第５の実施の形態の変形例を説明する。この例では、（ａ）の場合の複数の孔３１ｂを、周方向に明けられたスリット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。
【０１１０】
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、（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。
【０１１１】
スリット５１ａには、これを跨いで内筒３１ｃと吸込管３１のケーシング壁を連結する支柱５２ｂを形成してもよい。即ち、図４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。
【０１１２】
図９の部分断面図を参照して、第６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６０を備える。他の実施の形態と同様に、空気管６０の他端は水槽１の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口している。
【０１１３】
吸込管３１は、そのケーシング壁の内面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６０による吸込管３１への空気導入口６２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６０と空気導入口６２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。
【０１１４】
ここで、内筒空間９２には内筒９１と吸込管３１のケーシング壁の内面とを連結する支持部材としてのステー９２ａが配置されている。空気管６０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。
【０１１５】
また（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。図中、延長部を符号９３で示す。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。
【０１１６】
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、空気導入口６２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。
【０１１７】
図１０の部分断面図を参照して、第６の実施の形態を説明する。（ａ）は、空気室５０周辺のみを抽出して示す部分側面断面図である。（ｂ）は、吸込管をスリット５１ａの位置で断面して見たＸ１−Ｘ１矢視（部分平面断面図）である。同様に部分側面断面図（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）と、それぞれに対応する部分平面断面図（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）を参照して、第６の実施の形態の変形例を説明する。
【０１１８】
本実施の形態では、第１の実施の形態のスリットと同様な、吸気口としてのスリット５１ａが、吸込管３１に環状に形成されている。スリット５１ａは、空気室５０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。そして、吸込管３１内の圧力の低下に応じて空気管６０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ている。
【０１１９】
（ａ）に示すように、空気室５０内には空気管６０から空気室５０に流入する空気を導く空気案内板７１が環状の空気室５０の外側の壁の内側に配置されている。（ｂ）に示すように、空気案内板７１は複数設けられている。本実施の形態では、８枚が環状空気室の周方向に等配されている。空気管６０は複数、本実施の形態では４本が、空気案内板７１の中間をねらって等配されている。
【０１２０】
空気案内板７１は、（ａ）に示すようにほぼ矩形をしており、空気管６０の空気室５０への取り付け位置を挟んで下方から上方に渡って形成されている。（ｂ）に示されるように、空気案内板７１は空気室５０内で放射状に形成されている。また（ａ）（ｂ）に示されるように、空気案内板７１の水平方向の先端は、空気室５０の内側の壁（吸込管３１のケーシング壁、言い換えれば吸込管３１の外壁）とはある程度の間隙を有して配置されている。
【０１２１】
（ｃ）（ｄ）を参照して、第６の実施の形態の変形例を説明する。空気案内板７１は、（ｃ）に示すように、環状の空気室５０の上部に形成されている。本実施の形態では、空気室の上半を塞ぐように（（ａ）参照）放射状に（（ｂ）参照）形成されている。また、空気管６０の空気室５０への取り付け位置の中央から上方に渡って形成されている。
【０１２２】
（ｅ）（ｆ）を参照して、第６の実施の形態の別の変形例を説明する。空気案内板７１は、（ｅ）に示すように、環状の空気室５０の外側の壁の内側に配置されている。また、図示のように空気室の下壁から上壁まで下方から上方に渡って形成されている。（ｅ）（ｆ）に示されるように、空気案内板７１の先端は、空気室５０の内側の壁（吸込管３１の外壁）とはある程度の間隙を有して配置されている。
【０１２３】
（ｇ）（ｈ）を参照して、第６の実施の形態のさらに別の変形例を説明する。この例では、（ｅ）（ｆ）の場合に比べて、空気案内板７１の先端が、空気室５０の内側の壁に突き当たっている点が異なる。したがって、空気案内板７１により、空気室５０の外側の壁と内側の壁とが接続された形となっている。したがって、空気室５０は複数の空気案内板７１により、複数のセグメント（小部屋）に分割されている。このときは、空気管６０は、各セグメント毎に設けるとよい。
【０１２４】
本実施の形態によれば、空気案内板７１が、空気室５０内の空気を吸込管３１に導くので、空気を水中に誘引しやすい。
【０１２５】
先行待機運転ポンプの気水混合運転では、ＱＨカーブ上でポンプ運転点は小水量側に寄って行く。軸流又は斜流ポンプの場合、運転点が小水量側へ寄ると、全揚程及び軸動力が高くなる傾向がある。特に吸込管（吸込ベル）内面にエアロック用リブを取り付けると更に軸動力は高くなりがちである。このため出力の大きな原動機を必要とし、省エネ、コスト低減という観点からは不利と言える。
【０１２６】
本実施の形態によれば、旋回防止板を吸込管のケーシング壁の内面に設けなくてもよいので、気水混合運転時のポンプ軸動力上昇を抑制し、少ないエネルギーでの運転が可能となる。但し、旋回防止の要請が大きいときは、旋回防止板と併せて空気案内板を設けてもよいことは言うまでもない。
【０１２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、環状の空気室を備えるので空気を一様に分配することができ、旋回防止板を備えるので、旋回流を防止することのできる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】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４】本発明の第２の実施の形態を説明する部分正面断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態である立軸ポンプの正面断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の変形例を説明する部分断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を説明する部分断面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態を説明する部分断面図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態を説明する部分断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態を説明する部分断面図である。
【図１１】従来の立軸ポンプの正面断面図である。
【符号の説明】
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
３６ 流路
５０ 空気室
５０ａ 空気室壁
５１ａ スリット
５１ｂ 吸気孔
５２ スリット
５２ａ 支柱
６０ 空気管
６１ 開放端
６２ 空気導入孔
７０ 旋回防止板
７１ 空気案内板
８１ ノズル
８２ ノズル孔
８３ 内筒
８４ 内筒空間
８４ａ、８４ｂ 内筒ステー
８５ トリートメント
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
９１ａ 内筒ステー
９２ 内筒空間
ｈ 負圧水頭
ＨＷＬ 最高水位
Ｌｄ 設計水位
ＬＷＬ 最低水位
Ｌｃ 渦状に空気を吸い込む水位
ＳＷＬ 羽根車の吸込開始水位
Ａ１ 吸気口水位
Ａ２ 吸込管下端水位
【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１１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入口側の吸込管４に貫通孔５を設け、貫通孔５に、外気に開口６ａした空気管６を取付け、最高水位ＨＷＬより低い最低運転水位ＬＷＬ以下で、貫通孔５を経て流入する空気の流入量を水位に応じて変化させて徐々に排水量を低下するようにしていた。貫通孔５は、水位ＬＷＬからｈ≒ｖ２／２ｇだけ低い位置ＬＬＷＬに明けられている。ｖはその部分の水の流速、ｇは重力加速度である。
【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】
実開平３−５６８９５号公報（第１図、第２図、第３図、第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のポンプでは、ポンプの吐出し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２の外周側に吐出側から吸込側への逆流が生じる。そのため、吸込管４内に軸方向の流れの他に軸回りの旋回流が生じ、この旋回流は吸込管４の内面付近に正圧を生じさせる。この正圧が、前記揚水の流速ｖによる負圧を打ち消してしまい、水槽の水位が高水位から低下して最低運転水位ＬＷＬ以下になっても、期待通りに貫通孔５を経て空気が流入しなかったり、流入する空気量が少な過ぎたりして、運転の移行がスムーズに行えないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、羽根車の上流側に配置された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７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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室５０を有する吸込管３１と；空気室５０に一端が接続され、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；前記ケーシング壁の内面には吸気口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内と連通しており；羽根車２０と吸気口５１ａとの間の前記ケーシング壁の内面には、羽根車２０の回転による水の旋回を防止する平板状の旋回防止板７０が吸込管３１の半径方向かつ軸線方向に向けて形成されている。
【０００８】
このように構成すると、環状の空気室５０を備えるので空気を一様に分配することができ、旋回防止板を備えるので、旋回流を防止することができる。
【０００９】
また請求項７に記載の立軸ポンプでは、吸気口は、環状の空気室５０に沿ってスリット状に形成５１ａされる。吸気口は、このように典型的にはスリット状に形成されているが、孔５１ｂ（例えば図２参照）であってもよく、特に環状の空気室に沿って明けられた複数の孔であってもよい。
【００１０】
また例えば図４に示すように、請求項７に記載の立軸ポンプでは、吸気口５２には、吸気口５２を跨いで前記ケーシング壁の内面を上流側と下流側とで連結する支柱５２ｃ、５２ｄが形成されている。
【００１１】
また、例えば図４（ｄ）〜（ｅ）に示すように、請求項７に記載の立軸ポンプでは、支柱５２ｃ、５２ｄは、先端を空気室５０内に突出させて空気室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を構成する。
【００１２】
このように構成すると、支柱が形成されているので、ケーシング壁の補強となる他、支柱は先端を空気室内に突出させて空気室から吸込管内に向けて流れる空気を導く空気案内板を構成しているので、空気が水に吸い込まれやすいように案内することもできる。
【００１３】
前記目的を達成するために、請求項８に係る発明による立軸ポンプは、例えば図４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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室５０を有する吸込管３１と；空気室５０に一端が接続され、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；前記ケーシング壁の内面には環状の空気室５０と吸込管３１とを連通するスリット状の吸気口５２が形成されており；吸気口５２には、先端を空気室５０内に突出させて空気室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５２ｃ、５２ｄが配置されている。このとき、旋回防止板７０は備えなくてもよい。
【００１４】
このように構成すると、環状空気室とスリットの空気案内板とを備えるので、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ある。
【００１５】
また例えば図４（ｄ）（ｅ）に示すように、請求項７及び請求項８に記載の立軸ポンプでは、空気案内板５２ｃ、５２ｄは、回転軸２１を中心とする半径方向に対して羽根車２０の回転方向に傾斜している。
【００１６】
前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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１と；前記ケーシング壁の内面には吸気口５１ｂが形成され、吸気口５１ｂに一端が連通され、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；吸込管３１は、前記ケーシング壁の内面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５１ｂとの間に有し、内筒８１の上流側は吸気口５１ｂの近傍で前記ケーシング壁の内面に接続され、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おり、内筒空間８１ａは下流側で羽根車２０に対向して開放され、内筒８１の前記ケーシング壁の内面との接続部の近傍には内筒空間８１ａと流路３６とを連通する孔８２が形成されている。
【００１７】
このように構成すると、吸込管は、前記ケーシング壁の内面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、内筒の前記ケーシング壁の内面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。
【００１８】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の立軸ポンプでは、また例えば図６に示されるように、吸込管３１は前記ケーシング壁の内面を囲み空気管６０の一端が接続された環状の空気室５０を有し、吸気口５１ａは空気室５０と吸込管３１とを連通させるように空気室５０に沿ってスリット状に形成してもよい。
【００１９】
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は、例えば図７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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室５０を有する吸込管３１と；空気室５０に一端が接続され、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；前記ケーシング壁の内面には環状の空気室５０と吸込管３１とを連通するスリット状の吸気口５１ａが形成されており；吸込管３１は、羽根車２０と吸気口５１ａとの間に、前記ケーシング壁の内面との間に環状の内筒空間８４を形成する内筒８３を有し、内筒空間８４には内筒８３と前記ケーシング壁の内面とを連結する支持板８４ａが配置され、内筒空間８４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。
【００２０】
支持板８４ａは内筒８３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。
【００２１】
このように構成すると、ケーシング壁の内面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ケーシング壁の内面とを連結する支持板が配置されているので、内筒をケーシング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。
【００２２】
また請求項４に示すように、（例えば図７参照）吸気口５１ａには、吸気口５１ａを跨いで前記ケーシング壁の内面を上流側と下流側とで連結する支柱５２ｂを形成してもよい。
【００２３】
前記目的を達成するために、請求項９に係る発明による立軸ポンプは、例えば図８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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室５０を有する吸込管３１と；空気室５０に一端が接続され、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；前記ケーシング壁の内面には環状の空気室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；前記ケーシングトリートメント８５は、前記吸込管のケーシング壁と該吸込管のケーシング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、前記吸込管のケーシング壁と外ケーシング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の近傍に開口した戻り流路であって、入口翼端部分の開口から流入した水を吸気口５１ａの近傍の開口から吸込管３１の中央部の本流に戻す、軸方向に長さを有する戻り流路を構成している。
【００２４】
また請求項１０に記載のように請求項９に記載の立軸ポンプでは、（例えば図８（ｂ）参照）吸気口５１ａには、吸気口５１ａを跨いで前記吸込管のケーシング壁を上流側と下流側とで連結する支柱５２ｂを形成してもよい。
【００２５】
前記目的を達成するために、請求項５に係る発明による立軸ポンプは、例えば図９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、水槽１内の水を吸い込む羽根車２０と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１とを備え；吸込管３１は、前記ケーシング壁の内面との間に環状の内筒空間９２を形成する内筒９１を有し；一端から吸込管３１内に空気を導入する空気管６０であって、他端が水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０をさらに備え；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６０による吸込管３１への空気導入口は内筒９１内に開口している。
【００２６】
典型的には、内筒空間９２には内筒９１と前記ケーシング壁の内面とを連結する支持部材９２ａが配置されている。空気管６０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。
【００２７】
また請求項６に記載のように、吸込管３１はベルマウス状に形成されており、内筒９３の上流側は、前記ベルマウスに沿うように延長されていてもよい（例えば図９（ｂ）参照）。
【００２８】
また、立軸ポンプは、例えば図１０に示されるように、縦方向に配置される回転軸により回転し、水槽内の水を吸い込む羽根車２０（例えば図１参照）と；羽根車２０の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管３１であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室５０を有する吸込管３１と；空気室５０に一端が接続され、他端が前記水槽内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口する空気管６０とを備え；前記ケーシング壁の内面には前記環状の空気室５０と吸込管３１とを連通するスリット状の吸気口５１ａが形成されており；空気室５０内には空気管６０から空気室５０に流入する空気を導く空気案内板７１が配置されていてもよい。
【００２９】
このように構成すると、空気室内には空気管から空気室に流入する空気を導く空気案内板が配置されているので、空気室内の空気を吸込管に導き、空気を水中に誘引する効果がある。
【００３０】
【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。
【００３１】
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。（ａ）に示す本立軸ポンプ１０は、先行待機運転用のポンプである。
【００３２】
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（Level）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
羽根車２０の先端よりも下方に位置する、ケーシングの外側には、ケーシングを回転軸２０（又は同軸の延長）の軸線回りに囲む円環状の空洞である空気室５０が形成されている。本実施の形態では、空気室５０は吸込管３１の上部、鉛直方向の円筒状部分に形成されている。ケーシングライナ３２のすぐ下方、羽根車２０の先端よりもすぐ下方に位置する。また空気室５０は、吸込管３１を形成するケーシング壁の内面を囲み、該内面よりも外側に形成されている。
【００３８】
ケーシングの吸込側部分（本実施の形態では吸込管３１）には、具体的には吸込管３１を形成するケーシング壁の内面には、空気室５０と吸込管３１の内側とを連通する吸気口としての吸気スリット５１ａが形成されている。スリット５１ａの位置は、羽根車２０の先端（吸込端）よりも下方である。スリットの代わりに、後述の図２の例のように、多数の吸込孔５１ｂであってもよい（この例では空気室５０は不要である）。
【００３９】
空気室５０は空気室壁５０ａで囲まれた空間である。本実施の形態では、空気室壁５０ａは、吸込管３１の本体部分と一体の鋳造構造を有している。空気室壁５０ａには、外側に空気管６０の一端が接続されている。空気管６０は図示のように１本であってもよいが、複数例えば４本であってもよい。
【００４０】
空気室５０を設けると、空気管６０から吸入される空気が、吸込管３１の全周に均一に分配されるので都合がよい。特に円環状の空気室５０を円周方向に流れる空気の流れ抵抗が無視できる程度に、空気室５０の断面積を十分にとることができるときは、空気管６０は１本でよい。
【００４１】
一方、空気管６０を複数本設ける場合は、空気室５０の断面積を比較的小さくすることができる。例えば４本とするとよい。
【００４２】
空気室５０とスリット５１ａ、空気管６０の接続部との関係を、同部分の拡大図を参照して説明する。スリット５１ａの上側端部は空気管接続部の上端よりも低い位置に形成されている。したがって、後述のように空気を吸い込む水位はスリット５１ａの上側端部を基準にして定まる。
【００４３】
空気管６０の他端（上端）６１は、水槽１内の最高水位ＨＷＬよりも上方に開放されている。最高水位ＨＷＬは、水槽１において最も水位が上昇し得る水位、即ち水槽１の許容水位と呼んでもよい。したがって、空気管６０の他端６１が水中に没することはない。
【００４４】
羽根車２０は、後述の最低水位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。
【００４５】
羽根車２０とスリット５１ａとの間のケーシング（ここでは吸込管３１）の内面には、平板状の旋回防止板７０が半径方向に、また軸線方向（鉛直方向）に向けて形成されている。旋回防止板７０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７０は複数枚設ける。例えば４枚とする。旋回防止板７０の下端とスリット５１ａとは、ある程度の間隔を空ける。但し、近接していてもよい。
【００４６】
次にポンプ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６０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６０により、低水位での運転を可能にしている。しかし水位ＬＷＬは渦状の空気吸込以外の条件で定まる場合もある。
【００４７】
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６０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。
【００４８】
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。
【００４９】
吸込開始水位ＳＬＷＬの下方には、スリット５１ａの高さに相当する吸気口水位Ａ１がある。これはスリット５１ａ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６０中の水位がこの水位Ａ１になり、空気管６０を通して吸込管３１に空気が吸い込まれ始める。
【００５０】
なお本実施の形態では、スリット５１ａの上側端部が、空気管６０の空気室壁５０ａの接続部の上端の高さよりも低く形成されているので、スリット５１ａの上端部の高さが吸気口水位Ａ１となっている。逆に、スリット５１ａの上側端部が、空気管６０の空気室壁５０ａの接続部の上端の高さよりも高い場合は、空気管６０の空気室壁５０ａの接続部の上端の高さが吸気口水位Ａ１となる。
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。
【００５１】
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。例えば川の上流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。
【００５２】
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。
【００５３】
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６０を通し、空気室５０を介して、スリット５１ａ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。
【００５４】
さらに水位が、水位ＬＷＬ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ＬＷＬで（空気管６０中の水位が吸気口水位Ａ１に到るので）空気管６０を通して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込が終わり、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。
【００５５】
エアロック水位は、通常は吸気口の高さである水位Ａ１と一致また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、または吸込ベルの下端水位Ａ２に至ると水量は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。
【００５６】
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。
【００５７】
前述のように、水位Ｌが十分に低下して吸込管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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
ここで図２の部分断面図を参照して、各水位と吸込管３１の下端から渦状に空気を吸い込んでしまう水位Ｌｃとの関係を明かにする。本図では、吸気口がスリット５１ａではなく、吸込孔５１ｂである場合を示す。原理は、スリット５１ａであっても吸込孔５１ｂであっても同様である。
【００６１】
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。即ち、設計上この位置に吸気口としてのスリット５１ａや吸込孔５１ｂを設ける。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。
【００６２】
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。
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）／（吸込管３１の吸込部面積）で求められる水の吸込流速である。（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は吸込管３１の下端Ａ２から吸気口５１ｂ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、吸込管３１の下端Ａ２から吸気口５１ｂ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、吸込管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】
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、ここで吸込孔５１ｂからの空気の吸込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込孔５１ｂからの空気の吸込が始まるという水位である。
【００６５】
水位Ｌｄは設計上、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】
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】
さらに図２を参照して、旋回防止板７０の作用を説明する。
水位Ｌｄは、水位Ａ１＋ｈで計算され、ｈ＝ｈｌ＋（ｖ２／２ｇ）であるとしたが、実際は吸込孔５１ａ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。旋回流は後述のように、ポンプ吐出量が要項点流量よりも小さい場合に発生する。
【００６９】
正圧ｈｐを考慮すると、ｈは以下の通りとなる。
ｈ＝ｈｌ＋（ｖ２／２ｇ）−ｈｐ
【００７０】
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６０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、下手をすると吸込管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。
【００７１】
本実施の形態によれば、旋回防止板７０が吸込管３１内の旋回流を防止してくれるので、ｈｐがほぼゼロまたは十分に小さくなり、水位ＬがＬｄになったとき空気の吸込が可能となる。または、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。
【００７２】
図３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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
図中の点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。
【００７６】
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。
【００７７】
図１に戻って、空気室５０の拡大図（ｂ）を参照して、その構造と作用を説明する。
拡大図（ｂ）において、スリット５１ａの上端は、空気管６０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近くになって、空気管６０中の水位が空気管６０の空気室壁５０ａへの開口まで低下してもまだ吸込管３１への空気の吸込は起こらない。水位Ｌがさらに低下して、空気管６０中の水位がさらにｈａだけ低下し、スリット５１ａの上端に到ったところで空気の吸込が始まる。
【００７８】
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６０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６０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。
【００７９】
また図１（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への空気吸込を一様にすることができる。
【００８０】
図４を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。（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。（ｂ）（ｃ）（ｄ）（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。
【００８１】
本実施の形態では、第１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。
【００８２】
また、スリット５２には、該スリット５２を跨いで吸込管３１の内壁即ちケーシング壁の内面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。
【００８３】
（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。
【００８４】
また（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。
【００８５】
さらに（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らず空気を吸い込みやすくする。
【００８６】
さらに（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倍程度またはそれ以下の長さとするのが好ましい。
【００８７】
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。
【００８８】
図４では、第２の実施の形態は、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（ｄ）（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。
【００８９】
第２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。
【００９０】
第１、第２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。
【００９１】
図５を参照して、第３の実施の形態を説明する。本実施の形態では、吸込管３１は、そのケーシング壁の内面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と吸気口としての空気孔５１ｂ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、空気孔５１ｂの近傍で前記ケーシング壁の内面に接続され、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のケーシング壁の内面との接続部の近傍には、内筒空間８１ａと流路３６とを連通する孔８２が形成されている。
【００９２】
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８２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、空気孔５１ｂ部分に正圧ｈｐが生じないか、生じても小さい値となる。
【００９３】
図６を参照して、第３の実施の形態の変形例を説明する。図５の場合の空気孔５１ｂの代わりにスリット５１ａが形成されている。即ち、吸込管３１はそのケーシング壁の内面を囲み空気管６０の一端が接続された環状（本実施の形態では円環状）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。
【００９４】
このように構成すると、内筒８１の孔８２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。
【００９５】
第３の実施の形態では、ノズルを形成する内筒８１と吸込管３１のケーシング壁の内面との間には、板状のステー（不図示）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。そのようなステーは、０．０１〜０．１Ｄａの厚さとするとよい。
【００９６】
第３の実施の形態では、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、スリット５１ａ又は孔８２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。
【００９７】
図７を参照して、第４の実施の形態を説明する。本図には、吸込管３１と空気管６０の部分を抽出して示してある。
【００９８】
（ａ）に示すように、吸込管３１のケーシング壁の内面には環状の空気室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６０とスリット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。
【００９９】
また吸込管３１は、羽根車２０とスリット５１ａとの間に内筒８３を有する。内筒８３は、吸込管３１のケーシング壁の内面との間に環状の内筒空間８４を形成している。内筒空間８４には内筒８３と吸込管３１の内面とを連結する支持板８４ａが配置されている。内筒空間８４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８４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。
【０１００】
支持板８４ａは内筒８３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。
【０１０１】
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８４に流入し、流路３６の中心側を流れる本流と逆流は内筒８３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。また支持板８４ａの案内により旋回流を抑えることも可能である。
【０１０２】
（ｂ）を参照して、第４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８３ａも同様にスリット５１ａを覆うように形成されている。即ち、（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。
【０１０３】
このように構成すると、内筒８３ａ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。
【０１０４】
この例では、さらに内筒８３ａ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の内面に接続する形状にしてもよい。このときは、内筒８３ａの吸込管３１の内面への接続部近傍に孔を明ける。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。
【０１０５】
図８の部分断面図を参照して、第４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。
【０１０６】
（ａ）の部分断面図に示す第５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、軸線方向に平行なケーシング壁を有している。吸込管のケーシング壁と同じ直径位置には、拡大する前の吸込管ケーシング壁をそのまま内筒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、第１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。
【０１０７】
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ケーシング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が明けられている。孔３１ｂは複数個明けられ、周方向に均等に配置されている。
【０１０８】
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。
【０１０９】
（ｂ）の部分断面図を参照して、第５の実施の形態の変形例を説明する。この例では、（ａ）の場合の複数の孔３１ｂを、周方向に明けられたスリット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。
【０１１０】
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、（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。
【０１１１】
スリット５１ａには、これを跨いで内筒３１ｃと吸込管３１のケーシング壁を連結する支柱５２ｂを形成してもよい。即ち、図４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。
【０１１２】
図９の部分断面図を参照して、第６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６０を備える。他の実施の形態と同様に、空気管６０の他端は水槽１の最高水位ＨＷＬよりも上方に開口している。
【０１１３】
吸込管３１は、そのケーシング壁の内面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６０による吸込管３１への空気導入口６２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６０と空気導入口６２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。
【０１１４】
ここで、内筒空間９２には内筒９１と吸込管３１のケーシング壁の内面とを連結する支持部材としてのステー９２ａが配置されている。空気管６０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。
【０１１５】
また（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。図中、延長部を符号９３で示す。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。
【０１１６】
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、空気導入口６２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。
【０１１７】
図１０の部分断面図を参照して、第６の実施の形態を説明する。（ａ）は、空気室５０周辺のみを抽出して示す部分側面断面図である。（ｂ）は、吸込管をスリット５１ａの位置で断面して見たＸ１−Ｘ１矢視（部分平面断面図）である。同様に部分側面断面図（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）と、それぞれに対応する部分平面断面図（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）を参照して、第６の実施の形態の変形例を説明する。
【０１１８】
本実施の形態では、第１の実施の形態のスリットと同様な、吸気口としてのスリット５１ａが、吸込管３１に環状に形成されている。スリット５１ａは、空気室５０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。そして、吸込管３１内の圧力の低下に応じて空気管６０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ている。
【０１１９】
（ａ）に示すように、空気室５０内には空気管６０から空気室５０に流入する空気を導く空気案内板７１が環状の空気室５０の外側の壁の内側に配置されている。（ｂ）に示すように、空気案内板７１は複数設けられている。本実施の形態では、８枚が環状空気室の周方向に等配されている。空気管６０は複数、本実施の形態では４本が、空気案内板７１の中間をねらって等配されている。
【０１２０】
空気案内板７１は、（ａ）に示すようにほぼ矩形をしており、空気管６０の空気室５０への取り付け位置を挟んで下方から上方に渡って形成されている。（ｂ）に示されるように、空気案内板７１は空気室５０内で放射状に形成されている。また（ａ）（ｂ）に示されるように、空気案内板７１の水平方向の先端は、空気室５０の内側の壁（吸込管３１のケーシング壁、言い換えれば吸込管３１の外壁）とはある程度の間隙を有して配置されている。
【０１２１】
（ｃ）（ｄ）を参照して、第６の実施の形態の変形例を説明する。空気案内板７１は、（ｃ）に示すように、環状の空気室５０の上部に形成されている。本実施の形態では、空気室の上半を塞ぐように（（ａ）参照）放射状に（（ｂ）参照）形成されている。また、空気管６０の空気室５０への取り付け位置の中央から上方に渡って形成されている。
【０１２２】
（ｅ）（ｆ）を参照して、第６の実施の形態の別の変形例を説明する。空気案内板７１は、（ｅ）に示すように、環状の空気室５０の外側の壁の内側に配置されている。また、図示のように空気室の下壁から上壁まで下方から上方に渡って形成されている。（ｅ）（ｆ）に示されるように、空気案内板７１の先端は、空気室５０の内側の壁（吸込管３１の外壁）とはある程度の間隙を有して配置されている。
【０１２３】
（ｇ）（ｈ）を参照して、第６の実施の形態のさらに別の変形例を説明する。この例では、（ｅ）（ｆ）の場合に比べて、空気案内板７１の先端が、空気室５０の内側の壁に突き当たっている点が異なる。したがって、空気案内板７１により、空気室５０の外側の壁と内側の壁とが接続された形となっている。したがって、空気室５０は複数の空気案内板７１により、複数のセグメント（小部屋）に分割されている。このときは、空気管６０は、各セグメント毎に設けるとよい。
【０１２４】
本実施の形態によれば、空気案内板７１が、空気室５０内の空気を吸込管３１に導くので、空気を水中に誘引しやすい。
【０１２５】
先行待機運転ポンプの気水混合運転では、ＱＨカーブ上でポンプ運転点は小水量側に寄って行く。軸流又は斜流ポンプの場合、運転点が小水量側へ寄ると、全揚程及び軸動力が高くなる傾向がある。特に吸込管（吸込ベル）内面にエアロック用リブを取り付けると更に軸動力は高くなりがちである。このため出力の大きな原動機を必要とし、省エネ、コスト低減という観点からは不利と言える。
【０１２６】
本実施の形態によれば、旋回防止板を吸込管のケーシング壁の内面に設けなくてもよいので、気水混合運転時のポンプ軸動力上昇を抑制し、少ないエネルギーでの運転が可能となる。但し、旋回防止の要請が大きいときは、旋回防止板と併せて空気案内板を設けてもよいことは言うまでもない。
【０１２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、環状の空気室を備えるので空気を一様に分配することができ、旋回防止板を備えるので、旋回流を防止することのできる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】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４】本発明の第２の実施の形態を説明する部分正面断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態である立軸ポンプの正面断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の変形例を説明する部分断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を説明する部分断面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態を説明する部分断面図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態を説明する部分断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態を説明する部分断面図である。
【図１１】従来の立軸ポンプの正面断面図である。
【符号の説明】
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
３６ 流路
５０ 空気室
５０ａ 空気室壁
５１ａ スリット
５１ｂ 吸気孔
５２ スリット
５２ａ 支柱
６０ 空気管
６１ 開放端
６２ 空気導入孔
７０ 旋回防止板
７１ 空気案内板
８１ ノズル
８２ ノズル孔
８３ 内筒
８４ 内筒空間
８４ａ、８４ｂ 内筒ステー
８５ トリートメント
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
９１ａ 内筒ステー
９２ 内筒空間
ｈ 負圧水頭
ＨＷＬ 最高水位
Ｌｄ 設計水位
ＬＷＬ 最低水位
Ｌｃ 渦状に空気を吸い込む水位
ＳＷＬ 羽根車の吸込開始水位
Ａ１ 吸気口水位
Ａ２ 吸込管下端水位
Claims (10)
- 縦方向に配置される回転軸により回転し、水槽内の水を吸い込む羽根車と；
前記羽根車の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管と；
前記ケーシング壁の内面には吸気口が形成され、該吸気口に一端が連通され、他端が前記水槽内の最高水位よりも上方に開口する空気管とを備え；
前記吸込管は、前記ケーシング壁の内面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ケーシング壁の内面に接続され、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、前記内筒の前記ケーシング壁の内面との接続部の近傍には前記内筒空間と前記流路とを連通する孔が形成されている；
立軸ポンプ。 - 前記吸込管は前記ケーシング壁の内面を囲み前記空気管の一端が接続された環状の空気室を有し、前記吸気口は前記空気室と前記吸込管とを連通させるように前記空気室に沿ってスリット状に形成されている、請求項１に記載の立軸ポンプ。
- 縦方向に配置される回転軸により回転し、水槽内の水を吸い込む羽根車と；
前記羽根車の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室を有する吸込管と；
前記空気室に一端が接続され、他端が前記水槽内の最高水位よりも上方に開口する空気管とを備え；
前記ケーシング壁の内面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形成されており；
前記吸込管は、前記羽根車と前記吸気口との間に、前記ケーシング壁の内面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ケーシング壁の内面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吸込管内に開放され、下流側で前記羽根車に対向して開放されている；
立軸ポンプ。 - 前記吸気口には、該吸気口を跨いで前記ケーシング壁の内面を上流側と下流側とで連結する支柱が形成されている、請求項２又は請求項３に記載の立軸ポンプ。
- 縦方向に配置される回転軸により回転し、水槽内の水を吸い込む羽根車と；
前記羽根車の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管とを備え；
前記吸込管は、前記ケーシング壁の内面との間に環状の内筒空間を形成する内筒を有し；
一端から前記吸込管内に空気を導入する空気管であって、他端が前記水槽内の最高水位よりも上方に開口する空気管をさらに備え；
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空気導入口は前記内筒内に開口している；
立軸ポンプ。 - 前記吸込管はベルマウス状に形成されており、前記内筒の上流側は、前記ベルマウスに沿うように延長された、請求項５に記載の立軸ポンプ。
- 縦方向に配置される回転軸により回転し、水槽内の水を吸い込む羽根車と；
前記羽根車の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室を有する吸込管と；
前記空気室に一端が接続され、他端が前記水槽内の最高水位よりも上方に開口する空気管とを備え；
前記ケーシング壁の内面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ており；
前記羽根車と前記吸気口との間の前記ケーシング壁の内面には、前記羽根車の回転による水の旋回を防止する平板状の旋回防止板が前記吸込管の半径方向かつ軸線方向に向けて形成されており；
前記吸気口は、前記環状の空気室に沿ってスリット状に形成され；
前記吸気口には、該吸気口を跨いで前記ケーシング壁の内面を上流側と下流側とで連結する支柱が形成されており；
前記支柱は、先端を前記空気室内に突出させて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を構成しており；
前記空気案内板は、前記回転軸を中心とする半径方向に対して前記羽根車の回転方向に傾斜している；
立軸ポンプ。 - 縦方向に配置される回転軸により回転し、水槽内の水を吸い込む羽根車と；
前記羽根車の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室を有する吸込管と；
前記空気室に一端が接続され、他端が前記水槽内の最高水位よりも上方に開口する空気管とを備え；
前記ケーシング壁の内面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形成されており；
前記吸気口には、先端を前記空気室内に突出させて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おり；
前記空気案内板は、前記回転軸を中心とする半径方向に対して前記羽根車の回転方向に傾斜している；
立軸ポンプ。 - 縦方向に配置される回転軸により回転し、水槽内の水を吸い込む羽根車と；
前記羽根車の上流側に配置され、ケーシング壁によって形成された吸込管であって、前記ケーシング壁の内面を囲む環状の空気室を有する吸込管と；
前記空気室に一端が接続され、他端が前記水槽内の最高水位よりも上方に開口する空気管とを備え；
前記ケーシング壁の内面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、前記吸込管のケーシング壁と該吸込管のケーシング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、前記吸込管のケーシング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戻り流路であって、前記入口翼端部分の開口から流入した水を前記吸気口の近傍の開口から前記吸込管の中央部の本流に戻す、軸方向に長さを有する戻り流路を構成している；
立軸ポンプ。 - 前記吸気口には、該吸気口を跨いで前記吸込管のケーシング壁を上流側と下流側とで連結する支柱が形成されている、請求項９に記載の立軸ポンプ。
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