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まなよどぎみ
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1 平成 28 年度宮川流域玉城第 7 処理分区管渠設計業務度会郡玉城町勝田地内中継ポンプ容量計算書玉城町

2 基本事項 1. 中継ポンプ場 M ha 当り時間最大汚水量 m3/sec ha 項目基本事項計画流入水量 0.081m3/min ( m3/sec ) 流入管口径 VUφ 200 流入管底高地盤高流出管口径流出管底高吐出先名称吐出先地盤高吐出先流入管管底高 VP φ M 流出管延長管 TOP

3 汚水ポンプ 1. ポンプ形式ポンプ形式としては以下の表に示す3タイプが主流となっているポンプは原則として着脱式水中ポンプ ( 汎用品 ) を使用し閉塞がしにくく分解点検の容易な構造で磨耗腐食の少ない材質のものとする以上の点及び下表によりボルテックスタイプの着脱式水中ポンプを使用するものとする

4 2. ポンプ容量台数口径ポンプ1 台当りの容量は計画時間最大汚水量以上とするまた同能力のポンプを1 台予備させる文献等によればポンプ口径は閉塞を防止する意味で原則として最低口径 φ80mmと設定されている但し φ65mm φ50mmのポンプについては流入区域が限定され粗大固形物の除去維持管理について十分な対応が可能な場合において採用可能とされている以下は文献の抜粋であるがポンプ口径と標準揚水量を示す表ポンプ口径と標準吐出量ポンプ口径 (mm) 標準吐出量 (m 3 / 分 ) 0.3~ ~ ~ ~ ~5.6 日本下水道協会小規模下水道計画設計維持管理道計画指針と解説 2004 年版 P165より抜粋これらを参考に M ポンプ場のポンプ流量とポンプ口径を以下に整理するポンプ場名称時間最大汚水量 m 3 /min 圧送管径 φmm 最低流速 m/sec 必要流量 m 3 /min ポンプ流量及び口径の決定 m 3 /min φmm 口径決定における根拠 M φ65mm 上表による流速による管径の照査 D1= ~1.5 = 54 ~ 34 50

5 3. ポンプ全揚程下水道マンホールポンプ施設技術マニュアル 1997 年 6 月版 P.20 によるポンプの全揚程は実揚程と管渠の損失水頭及びポンプ付属の吐出管弁類の損失水頭等を考慮して次式によって定める H=ha + hf + ho H : 全揚程 (m) ha : 実揚程 (m) 配管経路最高点 - 流入管底 hf ho : 管渠の損失水頭 (m) ヘーゼンウィリアムスの公式 : 吐出側の残留速度水頭及びポンプ付属品の吐出管弁類の損失水頭の和 (m) 実用上 ho=1.0~2.0m 2.0 mとする (1) 中継ポンプ場 M 実揚程 : ha 実揚程はポンプの吸込水位及び吐出水位の変動範囲を考慮して定める ha = 流出管途中最高点レベル ( ) - ポンプ運転 H.W.L ( ) = 配管損失 : hf ヘーゼンウィリアムス式により算出する hf = 6.82 (L/D1.17) (V/C)1.85 hf : 摩擦損失水頭 (m) L : 管長 (m) = D : 圧送管径 (m) = V 流速 (m/s) = 0.60 (0.16/(60 π/ ^2)) 但し最小流速 =0.60m/s C : 流量係数 110 hf = 6.82 (234.7/0.075^1.17) (0.60/110)^1.85 = 全揚程 H = ha + hf + ho = =

6 (3) 照査 M 実揚程 : ha ha1 = = ha2 = = 配管損失 : hf L1 : 管長 (m) = L2 : 管長 (m) = D : 圧送管径 (m) = V 流速 (m/s) = hf1 = 6.82 (49.5/0.075^1.17) (0.60/110)^1.85 = hf2 = 6.82 (234.7/0.075^1.17) (0.60/110)^1.85 = 全揚程 H1 = = H2 = =

7 全揚程 H1 : m 距離 (m) 動水勾配 1 (m) 管底高 (m) 動水勾配 2 (m) H2 : m 実揚程 Ha1: m Ha2: m 圧送管ロス Hn1: m Hn2: m ポンプ始動水位 HWL: m 流出管底高 m 流出先管底高 m 管路延長 L2: m 圧送距離 L1: m 動水勾配 1(m) 管底高 (m) 動水勾配 2(m) 35 動水勾配線標高 TP (m) 実揚程圧送距離 (m) 動水勾配線 2 が管路標高より高い位置にある為全路線圧送となるよって計算は吐出地点について行う ha = = L =

ボルテックスポンプポンプ口径 (mm) 80 65 60Hz 100 125 20

8 ポンプ出力 L は下図により決定する ( 日本下水道協会小規模下水道計画設計維持管理指針と解説 2004 版 P173 より抜粋 ) ボルテックスポンプポンプ口径 (mm) Hz 全揚程 10 9 (m) 吐出量 (m3/min) 図 3-14(c) 水中汚水ポンプの電動機出力 1 M φ65mm 0.160m3/min 7.0m 2.20 kw

9 5. 運転汚水ポンプの運転は始動頻度の稼動時間の均等化を図るためのものとして以下の 2 方式が考えられるがここでは原則として単独交互運転とする方式特徴単独交互運転方式 H.W.L.~L.W.L. 間を単独機のみで運転する 1 度稼動したポンプが停止した後再度 H.W.L. になれば次のポンプが稼動するといった 2 台が交互に運転を行うものであるまた電気容量はポンプ 1 台分のみとなる並列交互運転方式 H.W.L.~L.W.L. 間の運転は同上であるそれ以上の水位に対して 2 台目が追従して稼動する方式であるこの並列運転のためポンプ 2 台分の電気容量が必要となるまた連続気中運転を防止するため 30 分以上連続運転されれば自動的に停止し次のポンプを稼動させるものとする 6. ポンプ仕様のまとめポンプ仕様は下記の通りとなる名称形式口径容量 m 3 /min 揚程出力 M B φ m 2.20kw 数量運転 2 台 ( 内 1 台予備 ) 単独交互 1 スカム対策として予旋回槽 + ベルマウスタイプとする備考 2 形式覧の記号は以下とする S: 吸込スクリュー式水中汚水ポンプ B: ボルテックス式水中汚水ポンプ

10 マンホール必要スペース 1. 適用マンホール (1) 概要汚水ポンプが設置されるマンホールの容量と形状はポンプの大きさやポンプの始動運転間隔等を考慮して定めなければならない (2) マンホール号数とポンプ仕様の確認一般に適用するマンホールは以下の文献の表を用いてポンプ仕様により選定されている表 3-3 マンホールポンプボルテックス及び吸込スクリュー型ポンプに使用ポンプ台数 2 台 2 台 2 台口径 (mm) φ50 φ65 φ80 φ100 出力 (kw) 0.4~ ~ ~15 組立マンホール呼称マンホール本体内径マンホール蓋内径 1 号 2 号 3 号 φ900 φ1200 φ1500 φ900 φ900 φ900 日本下水道事業団小規模汚水中継ポンプ場設計要領 ( 案 ) 平成 9 年 1 月 P3-13より抜粋ポンプ口径と MH 号数まとめポンプ場名称 M ポンプ口径及び MH の号数 φ65 2 号

11 2. 運転水位について (1) 有効容量 Vo ポンプ起動頻度が最大となるときの流入量の決定ポンプ発停時間は下記の式で表される T1 Qp=Vo+T1 Q 1 T2 Q=Vo 2 T=T1+T2 3 T : ポンプ起動時間 ( 分 ) T1 : ポンプ運転時間 ( 分 ) T2 : ポンプ停止時間 ( 分 ) Q : 流入量 (m 3 / 分 ) Q(max): 最大流入量 (m 3 / 分 ) Qp : ポンプ揚水量 (m 3 / 分 ) Vo : ポンプ井容量 (m 3 ) 1 式より T1= Vo Qp-Q 4 2 式より T2= Vo Q 式より T= = = Vo Vo Vo Q+Vo (Qp-Q) + = Qp-Q Q Q (Qp-Q) Vo Qp Vo Qp = Q (Qp-Q) Q Qp-Q 2 Qp 2 Qp - (Q - ) 式より起動間隔 TはQ=Qp/2の時最小 ( 最大起動頻度 ) となり下記の式を得る T= 4Vo Qp 7

12 7 式から Vo= T Qp 4 8 また Q(max) < Qp/2 が成立するような選定をした場合の T は 6 式に Q=Q(max) を代入することで T= Vo Qp Q(max) (Qp-Q(max)) 9 を得る以上より有効貯留容量 Vp を決める式を下記のとおり得る a)q(max) Qp/2 の時 Vo= T Qp 4 10 b)q(max) < Qp/2 の時 Vo= T Q(max) (Qp-Q(max)) Qp 11

13 表 3-4 水中ポンプの原動機容量による起動頻度 ( 参考 ) ポンプ原動機容量 0.4kW ~ 7.5kW 11kW ~ 22kW 30kW ~ 45kW 最小起動間隔 :T 6 分 10 分 15 分水中ポンプの起動停止による発熱の累積を防ぐための原動機容量別による再起動の最小間隔を表す ( 下水道新技術推進機構下水道マンホールポンプ施設技術マニュアル ) ポンプ場名称最小起動間隔 Qp/2 Q(max) 式 Vo M m3/min 2.20kW m 3

14 (2) 有効水面積有効水面積 A は A = π 4 D 2 MH 号数 D(m) A(m 2 ) M 号 (3) 運転水位有効容量 Vo に対して運転水位 H は H = Vo A ポンプ場名称計算式決定寸法 M / 1.13 = 必要最低運転水位マンホール号数 1 号 2 号 3 号 4 号 H(mm) ( 下水道新技術推進機構下水道マンホールポンプ施設技術マニュアル )

15 3.H.W.L. の設定マンホール H.H.W.L. H.W.L. 流入管流入管底高 M 流入管底高 H.W.L H.H.W.L L.W.L. の設定マンホール L.W.L. P h1 マンホール底レベル表 3-4 予旋回槽の据付に必要な寸法 h1( 参考 ) マンホール号数 1 号 2 号 3 号 4 号 h1(mm) ( 下水道新技術推進機構下水道マンホールポンプ施設技術マニュアル ) MH 名称ポンプ (φmm) H.W.L. (m) 有効水深 (m) L.W.L. (m) h1(m) 必要マンホール底レベル予旋回槽 M 有

16 ウォーターハンマの検討 1. 概要運転中のポンプが停電等によって急に動力の供給が断たれるとポンプの送水管路に急激な圧力変動を生ずる事があるこれをウォーターハンマ ( 水撃 ) というマンホールポンプ施設のポンプ設備においては止水弁が全開のままで始動停止する為に運転毎にウォーターハンマが発生している 1) ウォーターハンマによって生ずる問題には以下のようなものがある 1 圧力降下によるもの管路内で発生した負圧により分離した水柱が再結合する時に大きい衝撃圧力が発生し管路を破壊する恐れがある 2 圧力上昇によるもの弁や管路の耐圧が十分でない場合には圧力が衝撃的にかかる為破損する場合があるこのような事故を回避する為適切な対策を行う事は施設設計上重要な事であるのであらかじめそのポンプ設備のウォーターハンマについて検討しておかなければならない圧送ポンプ場において揚程送水管長等が以下の表に示す値よりも大きい場合はウォーターハンマの発生を考慮して対策を検討する事が望ましい表 - ウォーターハンマ検討項目値 ( 目安 ) 全揚程実揚程送水管長今回のマンホールポンプ施設において上記の目安値を当てはめてみると全揚程実揚程送水管長検討 1 M 検討を行わない

17 停電対策 1. 貯留ポンプが停止すると汚水が人孔及び公共桝等から流出する恐れがあり可搬式の自家発電設備の必要性を検討する本設計箇所に於いても設備規模が小さく立地条件及びにより自家発電設備を常設する事が困難である事から可搬式を採用する本設計では貯留対象を中継ポンプとした貯留高 = 地盤高 - 運転水位 = = m 貯留量 = 断面積貯留高 = = m 3 2. 再稼動時間貯留能力を用いてポンプ停止から再稼動までの最小時間を算出する満留時間 = 貯留量汚水量 = = 37 min 貯留高を HWL に基づいて算定している為実際は貯留時間が延びると思われるが目標値として異常発生より 30 分以内に現場到着し速やかに再稼動する事が望ましい

18 3. 自家発電機容量ポンプ出力 (kw) 発電機容量 (KVA) 単独交互運転並列交互運転 10 (520kg) 15 (540kg) 20 (730kg) 30 (1150kg) 50 (1400kg) 60 (1600kg) 60 (1600kg) 70 (1720kg) 80 (1900kg) 100 (2200kg) 始動方式直入スターテルタ ( 下水道新技術推進機構下水道マンホールポンプ施設技術マニュアル )

19 2. M (1) ポンプ電動機及び管路の緒言 1) ポンプの仕様口径 D : 65 mmφ ( ボルテックス ) 全揚程 H : 7.00 m 実揚程 Ha : m 圧送管ロス Hn : m 吐出量 Q : m 3 / 分回転数 N : 1800 rpm 4P 60Hz ポンプ効率 η : 0.45 軸動力 Pa : 2.20 KW 2) 管路仕様管種塩化ビニル管口径 D1 : 75 mmφ 厚さ t1 : 6.0 mm 圧送距離 L : m DCIP VP 縦弾性係数 E1 : 3.0E+08 kgf/m 2 1.6E E+08 (2) 解析に必要な数値 1) 管路圧力伝播速度 ( a1 ) a1 = 1425 / ( 1 + K/E1 D1/t1 ) = m/sec 水の体積弾性係数 K: 2.07E+08 kgf/m 2 2) 管内流速 ( V1 ) V1 = 4 n Q/( 60 π D1 2 ) = m/sec ポンプ同時運転台数 n: 1 台 3) 管路定数 ( 2ρ ) 2ρ = a1 V1 / ( g H ) = 重力加速度 g: 9.8 m/sec 2 4) 運転時トルク ( M ) M = 974 Pa / N = 1.19 kgf-m 5) 回転体の慣性効果 ( GD 2 ) ポンプ部 0.25 kgf-m 2 電動機部 0.10 kgf-m 2 合計 0.35 kgf-m 2 6) 回転体のフライホイール効果定数 ( K ) K = 375 M / ( GD 2 N ) = sec -1 7) 圧力波往復時間 ( μ ) μ = 2 L / a1 = sec

20 (3) 解析結果管路損失 64 % サージ係数 S (Kμ 値 ) 管路定数 2ρ 管路損失 60% より最低圧力を求める表 1 解析結果 1 地点管路損失 60% 最低圧力比 (%) 最低圧力 (m) ポンプ直後 /2L 地点 /4L 地点表 2 解析結果 2 地点追加距離管底高最低圧力 (m) TP (m) TP (m) 基準面ポンプ直後 /2L 地点 /4L 地点吐出点図 - 最低曲線図動水勾配管底高最低曲線 (m) (m) (m) 標高 TP (m) 圧送距離 (m) 一般にウォーターハンマの発生は最低負圧の値が -7m を超えると発生するとされていが図では最大最低負圧がポンプ直後付近において約 4 となりウォーターハンマが発生しないことがわかる

21 表使用したデータ地点距離動水勾配管底高最低曲線最低負圧 (m) (m) (m) (m) (m) ポンプ直後 /2L 地点 /4L 地点吐出点

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Taro-水理計算.$td 水理計算の基本知識と実践演習問題技術検定研修協会受験案内 www.kenshu-kyokai.co.jp/jyuken.html 水理計算の基本原則を理解して確実に得点を GET しよう基本知識 1 長さを表す式の変換長さを表す場合は次の変換式を用います計算する場合は通常 m の単位で統一します 1 mm = 0.001m 10 mm = 0.01m 100 mm = 0.1 m 2