自吸式下水ポンプ: 仕組み、用途、選択ガイド

作動するために水中に沈める必要があるポンプは、何か問題が発生するたびに、密閉された湿った環境で回収し、乾燥させ、保守する必要があるポンプでもあります。下水、汚泥、廃水を日常的に扱う施設管理者、自治体の技術者、産業経営者にとって、そのトレードオフには実際の運用コストがかかります。の 自吸式汚水ポンプ はまさにこの問題に対処するために開発されました。これは、下水用途に必要な固形物処理能力を維持しながら、廃棄物の流れにモーターを配置する必要性を排除する、表面実装型の地上設置型の代替品です。この記事では、これらのポンプがどのように機能するか、水中ポンプの代替品よりも優れたパフォーマンスを発揮するシナリオ、材料とシーリングで何を探すべきか、およびアプリケーションに適切な構成を選択する方法について説明します。

自吸式下水ポンプの仕組み

自吸式ポンプの特徴は、動作サイクルの間に手動で充填することなく、吸引ラインから空気を排出し、液体をポンプ ケーシングに引き込む能力です。これは、ポンプ内部での連続的な気液混合および分離プロセスによって行われます。

最初の始動前に、ポンプ ケーシングに手動で液体を充填する必要があります。これは 1 回限りの呼び水ステップです。初期容積が所定の位置に達すると、インペラが回転し、入口に低圧ゾーンが形成されます。貯蔵された液体は吸引パイプ内で空気と混合し、混合物はインペラを通って分離チャンバーに移動し、空気は排出口から排出され、残りの液体はインペラ入口に再循環します。このサイクルは、すべての空気が吸引ラインからパージされ、連続的な液体の流れが確立されるまで繰り返されます。その時点から、ポンプは標準の遠心ポンプとして動作します。

批判的に言えば、 シャットダウン後、ポンプはケーシング内に液体を保持します。 。次回の起動時に、この保持された容量により、オペレータの介入なしに、自吸サイクルが自動的に再開されます。これが、自吸式ポンプと、乾式停止のたびに手動で再充填する必要がある従来の遠心ポンプとの違いです。

自吸式と水中: 適切な構成の選択

どちらのポンプ タイプも汚水を効果的に処理しますが、適合する設置条件は異なります。トレードオフを理解することで、コストのかかる仕様の誤りを防ぐことができます。

水中汚水ポンプは汚物ピットに直接設置され、吸込配管が不要です。地上に設置面積を占有せず、液面下で静かに動作します。その制限はメンテナンスへのアクセスです。どのサービスでもユニットをピットから持ち上げる必要があり、稼働中の下水処理場では、これは狭い空間で濡れた汚染された機器を扱うことを意味します。最も一般的な故障モードであるモーター シールの故障は、ポンプが完全に動作しなくなるまで検出されません。

自吸式の下水ポンプが地上に設置されています。モーターは下水から完全に分離されており、ポンプ ケーシング、インペラ、吸引パイプのみが廃水の流れと接触します。これは、モーター側のシール要件が低くなり、より迅速かつクリーンなメンテナンスアクセスが可能になり、動作中にポンプを視覚的に監視できることを意味します。その代償として、吸引揚力は大気圧によって制限され、ほとんどの構成では実際には 6 ～ 8 メートルに制限されます。液面がこれより深い用途では、水中ポンプが現実的な選択肢となります。

中程度の深さ、断続的な操作、移動式の展開、またはメンテナンス頻度の高いアプリケーション (建設現場の脱水、工業用プロセス水、アクセス可能なドライウェルを備えた自治体のリフトステーション、治水操作など) の場合、自吸式構成は、特に 地上での信頼性の高い固形物処理が必要な下水ポンプ用途 .

主要なアプリケーション シナリオ

自吸式下水ポンプは、ほとんどのエンジニアが当初想定していたよりも広範囲の媒体タイプをカバーします。これらすべてに共通しているのは、標準的な浄水遠心ポンプでは処理できない流体です。

• 都市下水および廃水: 未処理下水を収集ポイントから処理施設まで汲み上げるリフトステーションは、最も確立された用途の 1 つです。このポンプは、固形物、繊維状物質、有機破片を詰まらせることなく処理できるため、この連続使用の役割において信頼性が高くなります。自吸式の設計は、リフトステーションのオペレーターが狭い空間に入らずに検査を行う必要がある場合に特に評価されます。
• 産業排水： 製紙工場、繊維工場、食品加工工場、化学施設では、浮遊物質、繊維、粘度の異なる流体を含むプロセス水を生成します。自吸式下水ポンプは、攻撃的な媒体への浸漬によるモーター損傷の危険を冒さずに、これらの流れを処理します。
• 建設現場の脱水: 掘削、トンネル、基礎工事では、シルト、砂、瓦礫が混じった地下水が蓄積します。自吸式ポンプは、勾配に設置したり、場所間を移動したり、毎回再呼び水する必要なく断続的に運転したりすることができ、建設現場での運用上の大きな利点となります。
• スラッジとスラリーの移送: 沈殿タンクや沈殿池からの濃縮された汚泥は、多くの場合、水中ユニットで詰まらずに移動させることができません。広い流路のインペラと強化されたケーシングを備えた自吸式ポンプは、これらの高粘度、高固形分の流れを確実に処理します。
• 治水と緊急排水: 洪水対応シナリオでは、迅速な展開が重要です。自吸ポンプは、水中設置に必要なピットの準備を必要とせずに、設置して吸引ホースに接続し、数分以内に稼働させることができます。

材料とシーリング: 長期信頼性を決定するもの

下水には研磨粒子、繊維状物質、化学的に攻撃的な成分が含まれています。ポンプ ケーシング、インペラ、およびシーリング システムの材料の選択は、ポンプがメンテナンス間隔でどのくらいの時間作動するかを直接決定します。

ポンプケーシング: 鋳鉄は依然として一般的な下水用途の標準であり、優れた耐摩耗性、低コスト、そして都市環境や産業環境で実証済みの耐久性を備えています。腐食性の廃水、化学排水、または海岸設備を伴う用途の場合、ステンレス鋼ケーシング (通常は 304 または 316 グレード) により、鋳鉄の耐用年数を制限する腐食のリスクが排除されます。ステンレス鋼の精密鋳造ポンプ本体は、流路内の寸法の均一性も向上し、ポンプの寿命にわたって持続的な油圧効率に貢献します。

インペラの設計: インペラは固体粒子による摩耗に最もさらされるコンポーネントです。広い通路を備えたシングルチャネルまたはデュアルチャネルのオープンインペラにより、大きな固体や繊維状物質をブロックすることなく通過させることができます。クロム鉄または高クロム合金のインペラ (通常硬度 55 HRC) は、研磨性の高い下水、砂っぽい下水、またはザラザラした下水を扱う用途での摩耗寿命を大幅に延長します。研磨剤を含まない一般的な都市下水の場合は、耐食性コーティングを施した標準の鋳鉄製インペラで十分です。

メカニカルシール： メカニカルシールは、ウェットエンドとモーターシャフトの間の重要なインターフェースです。自吸式下水ポンプでは、炭化ケイ素メカニカルシールが研磨媒体に適した仕様です。炭化ケイ素の表面は、微粒子による摩耗と、酸性またはアルカリ性の廃棄物流による化学的攻撃の両方に耐性があります。オイル潤滑シールキャビティは、吸引ラインが完全にプライミングされる前に各始動時に発生する短い空運転期間中に追加の保護を提供し、熱の蓄積による早期のシール故障を防ぎます。

下水処理と上水圧力用途の両方を含む、より広範なポンプ ソリューションを必要とする作業では、自吸式下水ポンプと 高圧浄水回路用横型多段遠心ポンプ 同じ施設内で、単一のサプライヤーからの流体取り扱い要件の両端をカバーします。

設置と運用に関する考慮事項

最初の試行で正しく設置することで、現場での自吸式ポンプで最も一般的なパフォーマンスの問題を回避できます。

サクションパイプは最も重要な要素です。気密である必要があります。ジョイントの漏れ、カップリングの緩み、またはガスケットの損傷があると、空気がシステムに入り込み、自吸サイクルが中断され、ポンプが空運転する原因となります。すべての吸込みパイプの接合部は、媒体の温度と化学薬品に適したネジ山コンパウンドまたはガスケット素材でシールする必要があります。吸引パイプの長さは、実用的な範囲でできるだけ短く保つ必要があります。運転時間が長くなると、呼び水が完了する前にポンプが排気しなければならない空気量が増加し、起動時間が長くなります。

ケーシング内に保持された液体が呼び水となるため、ポンプは通常の動作にフートバルブを必要としません。ただし、長い吸込みパイプが停止後に大幅なドレンバックを引き起こす設置では、吸込み入口のフットバルブが吸込みパイプを液体で満たした状態に保つことで、次回の起動時の再呼び水時間を短縮します。

寒冷地では、停止後にポンプケーシング内に溜まった水を、気温が氷点下になる前に排出する必要があります。閉じ込められた水が凍結すると、鋳鉄製のケーシングに亀裂を入れるのに十分な力で膨張します。これは、防寒手順に従わない場合に発生する、予防可能な故障です。ほとんどのポンプ設計には、この目的のためにケーシングの最下点にドレンプラグが含まれています。

ポンプのモデルに関係なく、初めて使用する前に初期プライミングが必要です。呼び水ポートからケーシング内に液体が溢れるまで充填し、呼び水ポートを閉じてポンプを起動します。最初の呼び水サイクルが完了し、ポンプの流れが確立されると、それ以降の起動はすべて完全に自動化されます。

適切な自吸式下水ポンプの選択: 重要なパラメータ

下水用途のポンプを選択するには、製品データシートに記載されている最大定格ではなく、5 つのパラメータを実際の動作条件に一致させる必要があります。

流量と揚程が出発点です。必要な流量 (立方メートル/時間) と総動的揚程 (静的揚力と吐出配管内の摩擦損失) を確立します。ポンプの性能曲線は、十分なマージンを持ってシステムヘッドで必要な流量を供給する必要があります。最高効率点から離れた曲線の右端で動作すると、摩耗が促進され、エネルギー消費が増加します。

固形物通過直径は、ポンプが実際の廃棄物の流れを処理できるかどうかを決定します。都市下水には通常、最大 80 mm の固形物が含まれています。工業用の流れは、より大きな繊維状物質を運ぶ可能性があります。ポンプの最大固体通過仕様は、媒体内で予想される最大固体を超える必要があります。

吸込揚程の要件は、ポンプの定格能力内である必要があります。海抜ゼロメートルの標準的な自吸式下水ポンプの場合、通常は 5 ～ 8 メートルです。高度によって利用可能な大気圧が低下するため、達成可能な吸引揚力が低下します。標高 1,000 メートルを超えるアプリケーションでは、ディレーティング係数を適用する必要があります。

上で概説したように、媒体の化学的性質との材料の適合性によって、ケーシングとインペラの材料の選択が決まります。廃棄物の流れの pH、温度、または化学組成が季節や生産量の変化によって変化する用途では、ステンレス鋼構造の方が鋳鉄よりも広い許容範囲を提供します。

モーター保護クラスは、屋外や湿った環境では重要です。 IP55 定格は、ほとんどの下水ポンプ設置の最低値です。 IP65 は、シェルターのない屋外ステーションに推奨されます。ポンプ仕様とより広範なシステム統合の両方を管理する施設の場合は、次のようなサービスを提供するメーカーにご相談ください。 あらゆる種類の遠心ポンプおよび下水ポンプ構成 ポンプの種類を施設内の各回路に適合させるプロセスが簡素化されます。