(2) 斜流ポンプ羽根車から吐き出される水の流れが主軸の中心線を軸とする円すい面内にあるポンプである 一般に羽根車の吐き出し側に案内羽根形のディフューザをもつ立軸形と横軸形がある 案内羽根は 羽根車出口で生じた流水の周方向 ( 旋回 ) 成分を減速させて圧力回復させるものである 主に下水処理場 抽水

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1 調査報告 論文 大阪市の下水道ポンプ設備の変遷 ( その 1) 武副正幸 はじめに ポンプの概要を述べる 大阪市の下水道ポンプ設備は 下水処理場 12 か所 抽水所 ( ポンプ場 )58 か所に設置されているもののほか 道路等目的に応じた多種多様なものがある 下水道施設における主ポンプ設備の役割は 抽水所においては 下水処理場まで揚水する汚水中継ポンプ 大雨時に雨水を排除し河川や海に放流する雨水ポンプがある 下水処理場においては 沈殿池等への水処理施設へ揚水する汚水ポンプ 大雨時に雨水を排除し河川や海に放流する雨水ポンプがある また 雨水排除と汚水送水の両方に使用できる兼用ポンプもある そのほか 下水処理で発生した各種汚泥を汚泥処理施設へ移送する汚泥ポンプ設備がある 本稿では 汚水ポンプと雨水ポンプを中心に述べる 平成 23 年 3 月末現在 市内下水道施設におけるポンプ設置状況は 雨水ポンプ 286 台 汚水ポンプ 138 台 兼用ポンプ 46 台の合計 470 台である 大阪市下水処理場及び抽水所主要機械設備概要 ( 以下 設備概要という ) 平成 3 年 4 月版に記載している下水道用主ポンプ設備が 老朽化 陳腐化等が生じていることから新技術を導入することにより 能力アップ 操作性 起動性の向上 自動化 省力化等を行い 20 年程前からポンプ設備の改築更新をしている その 20 年間の経過変遷を主に記述する なお ポンプは構造上羽根車 ( インペラ ) が満水状態になっていないと ポンプが回っても揚水出来ないということは周知の事実である ポンプ設備の変遷 ( その1) では 下水道用 第 1 章ポンプの種類ポンプの種類 形式について概観する ポンプの形式については JISのターボ形ポンプ用語によると下記のように定義されている 1. 分類 (1) うず巻ポンプ遠心ポンプ ( 図 -1) で羽根車の吐き出し側に直接うず巻ケーシングをもつもので 主に下水処理場 抽水所の汚水送水ポンプとして比較的揚程 1 が高い ( 両吸込うず巻ポンプで 10~60m) ところで使用されている 大口径になれば雨水排水用にも使用している 床上設置の場合には ポンプケーシング内を満水 2 にする必要がある すでに休止しているが 津守下水処理場旧第 1ポンプ室のポンプは うず巻形である 図 -1 両吸込うず巻ポンプ 102

2 (2) 斜流ポンプ羽根車から吐き出される水の流れが主軸の中心線を軸とする円すい面内にあるポンプである 一般に羽根車の吐き出し側に案内羽根形のディフューザをもつ立軸形と横軸形がある 案内羽根は 羽根車出口で生じた流水の周方向 ( 旋回 ) 成分を減速させて圧力回復させるものである 主に下水処理場 抽水所の雨水排水ポンプとして多く使用されている 雨水用としては 大口径で吐出量が多く 比較的揚程の低い ( 横軸形斜流ポンプで3~9m) ところに使用されている 横軸形 ( 図 -2) の多くは床上設置のため ポンプ羽根車へ満水操作が必要である 立軸形 ( 図 -3) は 常時羽根車が水面下にあるため満水操作は不要で 原動機が回転してポンプが水を出すまでの時間が短かいという利点がある (3) うず巻斜流ポンプ斜流ポンプで羽根車の吐き出し側に直接うず巻ケーシングをもつポンプである 主に汚水送水 雨水排水ポンプとして 比較的揚程の高いところに使用されている 満水操作を必要としない押し込み状態の設置としている場合が多い ( 押し込み状態の設置 とは ポンプ井水位が常にポンプ羽根車より高い位置にある据え付け状態のことで図 -4に示す) 二床式として設置される場合が多い 案内羽根 図 -2 横軸斜流ポンプ 水面 図 -4 うず巻斜流ポンプ (4) 軸流ポンプ羽根車から吐き出される流れが主軸と同心の円筒面内にあるポンプで 立軸形と横軸形がある 雨水ポンプとして大容量で揚程の低い ( 横軸形軸流ポンプ ( 図 -5) で5m 以下 ) ところで使用される ポンプの特性上の問題から吐出弁を全閉にした状態での起動はできない そのため 日常のポンプの試運転調整はできず 原動機であるディーゼル機関のみ試運転ができるよう考慮する 103

3 必要がある 桜川抽水所旧雨水ポンプはこのタイプである 再起動しなければならない 3. 羽根車の段数による呼び方 単段 多段羽根車が2 以上あるものを多段という 高揚程が必要なところに使用され ボイラ給水ポンプ等に使われている 4. 羽根の取り付け方による呼び方 図 -5 横軸軸流ポンプ 2. 主軸の方向による呼び方 立軸主軸が鉛直に配置されているポンプ長所羽根車が水中に浸かっているため満水操作が不要で起動が容易短所軸 羽根車等主要部が常時水面下にあるため目視点検ができない 内部点検にはポンプ本体を引き上げ 原動機を一時切り離し 再度据付をするなど 点検整備に専門技術が必要である また 内部を分解しないと部品の劣化状態が確認出来ず 部品交換が必要な場合 部品の調達 加工が容易な工場での点検が必要となる 横軸主軸が水平に設置されているポンプ長所ポンプケーシングが床面にあり 点検整備が容易なため直営で実施できる 短所ケーシングへの満水操作が必要で 満水にするために真空ポンプ等の補機を必要とする そのため水を吐出するまでのポンプ起動に時間がかかるため 雷雨等の急な雨水排水に対応遅れが生じる恐れがある また 老朽化するとポンプのグランドパッキン摩耗部 接続配管等の継ぎ手部等からの空気漏れにより 真空破壊を生じる このような場合 一端満水にしたポンプから落水するため 真空ポンプを 可動羽根羽根車が可動するもので 羽根車の角度を変えることにより流量制御が行える 羽根車の可動機構として 油圧駆動と電動駆動があり 津守下水処理場の汚水ポンプは電動駆動である ポンプ井の水位一定制御や流量一定制御などで使われている 固定羽根通常使われているほとんどのポンプは この固定羽根である 5. 吸込形式による呼び方 片吸込 両吸込うず巻ポンプで 吸込口が片方だけにあるものが片吸込ポンプ ( 図 -6) である また 図 -1のように吸込口が両方あるものが両吸込ポンプで 吐き出し量は多い 図 -6 片吸込うず巻ポンプ 104

4 6. ポンプの据付及び支持方式を示す呼び方 一床式 ( いっしょうしき ) 図 -7( 左図 ) のように 同一床面にポンプ 減速機 原動機を設置する方式をいう 二床式 ( にしょうしき ) 設置する構造物の床が 2 つあるもので 図 -7( 右図 ) のように通常上面床に減速機 原 動機を 下面床に立軸ポンプを設置する方式をいう ポンプの設置位置が深くなれば浸水から電動機を守るため地盤近くに電動機等を設置し あいだに中間軸受けを設け 一番下部にポンプを据え付ける ポンプ井が深い津守下水処理場ポンプ室の汚水ポンプは 三床式である 可搬式水中汚水汚物ポンプマンホールポンプ場で多く採用されており 給水ポンプや床排水ポンプなどにも使われている 羽根車が常時水中にあるため スイッチを入れると即排水を始め起動が早い 図 -8は脱着装置がついた水中ポンプで 搬入搬出が容易な構造となっている 7. ポンプの駆動方式を示す呼び方 直結式原動機とポンプとが軸継手によって結合される方式 歯車駆動式原動機とポンプの間に歯車減速機を設け ポンプが必要とする回転数に減速する方式で ディーゼルエンジン駆動のポンプに多く使われている ベルト駆動式原動機とポンプの間にベルト装置を設けて駆動する方式で 汚泥ポンプに多く採用されている 回転数は プーリーの径を替えることにより変更することができる 8. ポンプの特殊構造を示す呼び方 槽内形立軸ポンプや水中ポンプのようにポンプ本体を吸込水槽内につり下げる等して据え付けるポンプ 槽外形ポンプ本体を吸い込み水槽外側の室内などに据え付けるポンプ 図 -7 一床式 二床式ポンプ 9. 用途別 ( 下水道関係 ) ポンプの呼び方 雨水排水ポンプ雨水を排水するポンプ 汚水排水( 揚水 ) ポンプ汚水を揚水するポンプ 汚泥ポンプ汚泥を圧送するポンプで 水処理の返送汚泥 余剰汚泥など また汚泥処理では濃縮 消化汚泥などを送るのに使われている 図 -8 可搬式水中汚水汚物ポンプ 105

5 参考ポンプの羽根車 ( インペラ ) 比速度 Ns 3 と羽根車形状 羽根車形状による分類 図 -9 比速度 NS と特性曲線の形状 は Q-H 曲線 Q-η 曲線 Q-HP 曲線で定格仕様点 100% に対しての一般的な特性を表す 各々の記号は下記に示す Q: 吐出量 H: 全揚程 η: ポンプ効率 HP: 動力例えば 図 -9 一番下のQ-HP 曲線 (4の曲線 ) で軸流ポンプ (Ns=1200) の動力 HP (Y 軸 ) が 吐出量 Q(X 軸 ) が0の時 ( 吐出弁が全閉時 ) 最大 (200% 以上 ) になる 通常 ディーゼル機関駆動軸流ポンプの動力余裕率は 15~20% であるので原動機が過負荷になり 吐出弁が全閉で起動することができないことが分かる 今回 ( その1) では 下水道用ポンプの種類 特徴の概観を述べたが 次号は大阪市の下水道ポンプ設備の経過 変遷をたどりたい 図 -9 比速度 Ns と特性曲線の形状注記 ) 1 ポンプの吐出する圧力のこと 単位は水柱 mで表す 2 真空ポンプ等を使用して ポンプ羽根車内に充水しポンプ内を満水にすること 3 比速度の式 Ns=n Q/H 3/4 n: 回転速度 min -1 Q: 吐出量m3 /min H: 全揚程 m 相似則により 遠心 斜流 軸流などのポンプ形式によってNs 値がおおよそ定まっている ( 図の Ns と羽根車形状 を参照 ) この Ns 値は n Q H 各々の単位が変われば数値が変わるので注意が必要である 参考文献 1) JIS ハンドブック ポンプ 送風機 圧縮機 1982 日本規格協会 2) 入門新ポンプ技術 松村正夫平成 23 年丸善出版株式会社 3) ターボポンプ ( 一社 ) ターボ機械協会編平成 23 年 日本工業出版株式会社 4) ポンプとその使用法 梶原滋美 丸善株式会社 106