呼び水が不要なウォーターポンプはどれですか?自吸式および水中ガイド

新しいポンプのスイッチを入れた瞬間、隠れた設置上の欠陥がすべて可視化されます。吸引ラインに空気が閉じ込められている、ポンプ ケーシングが空である、またはフット バルブに漏れがあると、通常の遠心ポンプによる水の移動がまったく停止します。だからこそ、プラントのオペレーター、灌漑計画者、メンテナンス技術者は、呼び水の必要のないタイプの給水ポンプとは何なのかという同じ実践的な質問をし続けるのです。

直接の答えは、自吸式遠心ポンプ、容積式ポンプ、水中ポンプの 3 つのポンプ ファミリが、吸引ラインを手動で事前に充填しなくても流れを生成できるということです。 4 番目のカテゴリである垂直長軸ポンプも、インペラが液面より下に設置されているため呼び水が不要です。これらの設計は、吸引経路から空気を除去する方法が根本的に異なり、それぞれに実際の選択に影響を与える特定の強みと制限があります。

クイックアンサー: 呼び水を必要としないポンプ

呼び水の意味とほとんどのポンプで呼び水が必要な理由

呼び水とは、ポンプを始動する前に、ポンプケーシングと吸込管内をポンプで汲み上げる液体で満たすプロセスです。標準的な遠心ポンプはインペラを回転させ、発生する圧力はケーシング内の流体の密度に比例します。空気の密度は 1 立方メートルあたり約 1.2 kg ですが、水の密度は 1 立方メートルあたり約 1,000 kg です。標準ポンプがケーシング内に空気が入った状態で始動すると、インペラは低密度ガス中で回転するだけで、吸引力はほとんど発生しません。大気圧では水を吸引パイプに押し上げることができず、ポンプは流量をゼロにします。

このため、従来の遠心ポンプの設置では、吸込パイプの端にフートバルブ、呼び水ポット、または手動による充填手順が必要になります。ポンプが停止し、吸引ラインが排出されるたびに、オペレータは次の始動前に再度呼び水しなければなりません。排水ステーションや灌漑システムなど、ポンプが自動的に起動および停止することが期待される用途では、その手動ステップは自動化の目的全体を無効にします。この記事で説明したポンプは、さまざまな方法でそのステップを排除します。これらのメカニズムを理解することが、適切なポンプを選択する鍵となります。

自吸式遠心ポンプ: 最も広く使用されている答え

自吸式遠心ポンプは、外観は標準の遠心ポンプと似ていますが、そのケーシングは液体を永続的に保持できるように設計されています。ポンプが始動すると、インペラがこの保持された液体を再循環します。吸込管からの空気は循環液と混合し、分離室に上昇しポンプ外に排出されます。適度な上昇で通常 2 分未満の短時間の後、空気が完全に除去され、ポンプは通常の遠心ポンプとして動作します。

停止後もケーシングに液体が保持されるため、これらのポンプは次回の起動時に吸込管が空または空気で満たされていても処理できます。その行動が彼らに適しているのは、 自吸式遠心排水用途 、運転中に水源が消えたり、再び現れたりする可能性があります。主な制限は実際の吸引揚力です。大気圧により理論上の最大値は約 10 メートルに制限され、信頼性の高い連続運転は通常 6 ～ 8 メートルで達成されます。

工業ユーザーにとって、WFB シリーズ シールフリー自吸ポンプは、呼び水の問題だけでなくメカニカル シールも排除するため、特に注目に値します。シールフリー設計では、シャフトとケーシングの間に動的シールを使用しないため、通常のポンプでよくある漏れの原因となるシールの破損を防ぎます。固形物、化学薬品、その他の扱いにくい媒体を含む廃水を、シールの磨耗のリスクを常に伴うことなく処理できます。

タフな流体および固体用のシールフリー自吸式ポンプ このポンプはシャフトとケーシングの間の動的メカニカルシールを取り除き、共通の漏れ源を排除します。耐摩耗性の自吸式設計は固体や化学物質を含む廃水を処理するため、シールの故障や困難な媒体を扱う業界にとって信頼できるオプションとなります。 製品を見る→

GJB および GZB シリーズは、最適化された油圧設計やコンパクトな設置面積など、効率を重視した改良を加え、通常動作時のエネルギー消費を削減します。灌漑、工業用循環水、緊急排水などに多用されるポンプです。

容積式ポンプ: 原則として呼び水不要

容積式ポンプは遠心力をまったく使用しません。チャンバーを拡張して液体を引き込み、チャンバーを閉じ、次にチャンバーを圧縮して液体を押し出すことによって流れを作成します。チャンバーの膨張により内部の圧力が直接低下します。つまり、これらのポンプは外部からの呼び水なしで吸引ラインから空気を排出し、液体を上方に引き上げることができます。

最も一般的なプライミング不要の容積式タイプは次のとおりです。

• ダイヤフラムポンプは、空気または電気によって駆動される柔軟な膜を使用しており、8 ～ 9 メートルの吸引揚程に達します。
• ギア ポンプとローブ ポンプ。オイル、シロップ、ポリマーなどの粘性液体を移動し、通常 6 ～ 7.5 メートルの吸引揚力を達成します。
• 蠕動ポンプ。ホースまたはチューブを絞り、固形分が多くても自吸します。

容積式ポンプには 2 つの実際的な注意事項があります。まず、ほとんどの場合、長期間空のままで使用することはできません。ポンプが送り出す液体は、内部部品に潤滑と冷却を提供します。第 2 に、機械的な真空機構により、吸引フィルターが詰まっていると固体や蒸気のロックが発生する可能性があります。ただし、清浄な流体、粘性流体、またはせん断に敏感な流体の場合、遠心ポンプでは実現できない真の呼び水不要の動作を実現します。

水中ポンプ: 吸引ラインなし、呼び水なし

水中ポンプは液体中に直接降下させることで呼び水の問題を解決します。モーターとポンプは 1 つの密閉ユニットとして構成されており、液体は底部または側面の入口スクリーンから入ります。ポンプはすでに液面下にあるため、水を持ち上げるのに真空は必要ありません。インペラは単に液体を排出パイプに押し上げるだけです。

この設計は、廃水と治水に特に実用的です。 WQシリーズは都市排水や工場排水などに使用される水中汚水ポンプで、固形物を詰まらせることなく通過させることができ、フロートスイッチにより自動起動・停止します。水位が最小浸水深を超えている限り、すべての始動は事実上呼び水始動となります。

WQ 都市排水および産業排水用水中汚水ポンプ モーターとポンプを一体化した水中ポンプで、固形物や長繊維を目詰まりさせることなく通過させます。フロート スイッチにより自動始動と停止が可能になり、浸水してもすぐに呼び水が行われる廃水、雨水、産業排水に実用的です。 製品を見る→

水中ポンプには動作上の制約があります。ピットから持ち上げずに検査するのは難しいため、ケーブルの密閉と湿気の監視が重要です。また、最小動作レベルもあります。非常に浅い水域では、垂直長軸ポンプまたは自吸式ポンプの方が良い選択となる場合があります。

立型長軸ポンプ：呼び水不要で深いピットにも対応

垂直長軸ポンプは、深いピット、取水所、治水施設などでよく見られます。インペラを含む油圧側の端部は、ピットの底部、液面より低い位置に設置されます。長いシャフトが、地上のサポートプレートに取り付けられたモーターからの動力を伝達します。インペラはすでに水没しているため、これらのポンプは呼び水なしで起動します。

Double-wheel の SCY 立型水中ポンプと SLC 立型長軸ポンプは 2 つの配置を反映しています。SCY はタンクに適した短い水中モーター配置を備えており、SLC は深い距離を橋渡しするために長いシャフトを使用しています。どちらの設計も、沿岸の雨水排水ステーション、循環水システム、および工業用排水溜めで使用されます。水中ポンプと比較した主な利点は、モーターが上部からアクセスできるため、検査やベアリングのメンテナンスが容易であることです。

垂直ロングシャフトポンプは設置時に慎重な位置合わせが必要であり、シャフトベアリングには潤滑が必要です。一度設置すると、自吸ポンプでは必要な吸込揚程を達成できない深いピットでの連続使用に対して高い信頼性を発揮します。

一目でわかる比較

以下の表は、呼び水なしポンプの各タイプの呼び水動作と一般的な動作範囲、および各設計が最適な状況をまとめたものです。

適切な呼び水なしポンプの選び方

4 つのタイプの中から選択する場合は、呼び水よりも、流体、設置形状、動作パターンに大きく依存します。次のガイドラインでは、呼び水なしの動作が不可欠となる一般的な状況について説明します。

コンパクトな立形設計の高効率自動自吸ポンプ 設置面積が小さくメンテナンスが容易な立型デリックタイプの固定構造を採用したポンプです。インテリジェントな自動制御装置により効率が向上し、吸引ポートの位置も柔軟に設定できます。スペースが限られている場合や昇降装置が使用できない場合の設置に最適です。 製品を見る→

インストールと起動: プライミングなしで何が変わるか

プライミング手順を省略しても、適切な設置方法が必要になるわけではありません。自吸式遠心ポンプの場合、最初の始動前にケーシングを一度液体で満たす必要があります。吸込みパイプはできるだけ短く真っ直ぐにし、エアポケットを避けるためにわずかに上向きの傾斜を付ける必要があります。すべてのねじ継手は PTFE テープまたは液体ねじシーラントでシールする必要があります。吸引ラインに漏れがあると、空気が継続的に入り込み、ポンプの呼び水が失われます。

パイプのサイズはシールと同じくらい重要です。 50 m3/h のポンプの場合、DN100 以上の吸込管を使用し、速度を 2 m/s 以下に保ちます。曲げるたびに同等のパイプの長さが追加され、高い箇所に空気が溜まるリスクが増加します。よくある間違いは、ポンプ入口と同じ直径のフレキシブル吸引ホースを使用することです。フレキシブルホースは真空下で潰れることが多く、呼び水時間が長くなります。

水中ポンプの設置チェックでは、ケーブルの引き込み口、最小浸水深さ、フロートスイッチの範囲に重点が置かれます。固形物が入口スクリーンを詰まらせる可能性があるため、ポンプをスラッジピットの底に直接置かないでください。通常、小さなライザーまたは吊りチェーンを使用すると、これを解決できます。

容積式ポンプでは、吐出側にリリーフバルブが必要です。これは、吐出ラインが詰まっていると機械的真空によって非常に高い圧力が発生する可能性があるためです。吸込側の真空計は実際の吸込リフトを監視するのに役立ちます。

流れが確立されるまでに必要な時間は、吸込リフト、吸込パイプの直径と長さ、および設備の気密性によって異なります。呼び水時間を制御する要因については、次の記事で詳しく説明します。 プライミング時間要因に関する技術記事 .

効率とエネルギーコストの考慮事項

オペレーターは、自吸ポンプが標準の遠心ポンプよりも効率が悪いのではないかと心配することがよくあります。この懸念は呼び水段階にも当てはまります。ポンプが空気を排出している数秒または数分の間に、再循環する液体の一部がエネルギーの無駄になります。プライミングが完了すると、効率の差は小さくなり、通常、同じインペラ直径を備えた標準遠心ポンプとの数パーセント以内になります。

完全なインストールを考慮すると、比較は変わります。フートバルブを備えた標準的な遠心ポンプでは、フートバルブ全体で継続的に圧力降下が発生し、吸込みパイプが長い場合には追加の損失が発生します。年間 4,000 時間運転する 7.5 kW ポンプを考えてみましょう。フートバルブは総揚程の 1.5% ～ 3% を消費する可能性があり、このモーターサイズでは年間約 110 ～ 220 kWh が失われることになります。一般的な産業用電力料金では、これは目に見える年間コストになります。オープン吸引ラインを備えた自吸式ポンプはこの損失を完全に回避し、再循環チャンバーのわずかな効率の低下を相殺します。

水中ポンプや立型長軸ポンプは羽根車が水没しているため吸込揚程の損失がありません。モーター効率は他の設計と同等です。定流量で長時間運転する場合、多くの場合、垂直長軸ポンプが深いピットから水を移動させる最もエネルギー効率の高い方法であることがわかります。

呼び水不要ポンプの種類ごとのメンテナンスの違い

各ノープライミング設計には異なるメンテナンス プロファイルがあり、サービスへのアクセスが困難な場合、これが購入の決定に影響を与えるはずです。

自吸式遠心ポンプは、ほとんどの産業ユーザーにとって保守が最も簡単です。検査するフートバルブがないため、従来の設備における流れの遅さやプライミングの喪失の最もよくある原因の 1 つが取り除かれます。 WFB シールフリー設計では、交換するメカニカル シールがないため、最も一般的な摩耗項目は単にインペラとケーシングのライニングであり、摩耗が発生します。

水中ポンプはモーターが周囲の液体によって冷却されるため、メンテナンスの頻度は低くなりますが、保守が必要な場合はポンプをピットから持ち上げる必要があります。モーターハウジング内の湿気検出器は絶縁破壊を警告するため、ケーブルとフロートスイッチの確認は定期検査の一部として行う必要があります。

容積式ポンプでは、ダイヤフラム、逆止弁、シールの定期検査が必要です。ダイアフラムが破裂すると、空気作動ポンプの空気側が浸水し、性能が低下します。蠕動ポンプではホースを定期的に交換する必要がありますが、これは短時間で安価な作業です。

これらの設計により回避される一般的なプライミング関連の障害

呼び水不要ポンプの具体的な利点は、従来のポンプ設置での故障の防止によって評価できます。

まずはエアバインディングです。吸引ラインに空気が閉じ込められた標準的な遠心ポンプは、液体を移動させずに回転するため、インペラがケーシング内の少量の液体を瞬間的に蒸気になるまで過熱する可能性があります。この状態でポンプを無理に運転し続けると、短時間でメカニカルシールが破損します。自吸式および容積式ポンプは空気を自動的に排出するため、空気の結合は発生しません。

2 番目に多い故障は、フートバルブの漏れによる呼び水の喪失です。標準ポンプが停止するたびに、フートバルブが吸引パイプ内の液柱を保持する必要があります。砂、スケール、破片によりバルブが固定されなくなります。液体が排出され、次の始動時に再度呼び水が必要になります。自吸式ポンプは単に自吸するだけで動作を続けます。

3つ目は空運転によるシャフトシールの損傷です。標準的なポンプでは、ドライスタートによりシール面が急速に過熱し、歪みや漏れが発生します。 WFB シールフリー ポンプにはメカニカル シールがないため、この故障モードは完全に排除されます。

よくある質問

最終的な決定を下す

呼び水不要のポンプを選ぶには、まず吸引条件を決めることから始めます。水位がポンプより下で 6 ～ 8 メートル以内にある場合、特に流体に固体が含まれており、設置が地上にある場合には、自吸式遠心ポンプが最も簡単な解決策です。流体が粘性である場合、または正確な計量が必要な場合は、容積式ポンプを選択してください。ポンプを水没させることができる場合、水中ポンプを使用すると、最初の疑問が完全に解消されます。モーターにアクセスできる状態にしておく必要がある深いピットの場合は、垂直ロングシャフトポンプが実績のあるオプションです。

二輪ポンプ工場は、WFB シールフリー自吸ポンプ、GJB および GZB 高効率自吸ポンプ、SCY および SLC 立型長軸ポンプ、および WQ 水中下水ポンプを製造しており、これらはすべて、任務要件に従って設置されると呼び水なしで起動します。流量、揚程、吸込揚程、および流体の特性を当社のエンジニアリング チームに提出してください。現場の条件に合わせて呼び水なしの設計を調整します。