水中ポンプの基礎知識

知っておいて損はしない！ 水中ポンプの基礎知識

はじめに 工場や工事現場などの過酷な環境において、液体の移送・排水を担う 「水中ポンプ」は、現場のインフラを支える重要な設備です。 地上にスペースがなくても設置できるという大きなメリットがある反 面、水中で稼働するという特殊な環境ゆえに、用途や液質に合わない ポンプを選定してしまうと、早期故障や維持コストの増大を招いてし まいます。 本資料では、意外と知られていない「水中ポンプの基礎知識」から 「正しい選定のポイント」までを分かりやすく解説します。 現場の安定稼働と最適な設備導入のヒントとして、最後までご覧くだ さい。 目次 1. 水中ポンプとは？ 2. 陸上ポンプとの比較 3. 水中ポンプの仕組み 4. 水中ポンプの基本構造 5. 水中ポンプの性能を表す基本用語 6. 水中ポンプの種類と用途 7. 水中ポンプの選定 8. お問合せ

水中ポンプとは？ ＜定義＞ 水を送り出す「ポンプ部」と､それを動かす「モータ部」が一体構造に なっており､機器全体を水（液体）の中に沈めて排水･揚水を行う機械 です。 ＜特徴＞ ① 呼び水が不要 ： 本体が水に浸かっているため、始動時に水を入 れる作業（呼び水）が不要ですぐに稼働できます。 ② 省スペース・低騒音 ： 水中に設置するため地上の設置スペースを 取らず、モータ音が水で遮音されるため静かです。 ③ 冷却効率が高い ： 周囲の液体で直接モータを冷却するため、連 続運転に強い構造になっています。 ＜主な用途＞ 工場廃水の処理、土木・建築現場の湧水排水、農業用の揚水、マン ホールやピット内の汚水移送など、幅広い産業で利用されています。

陸上ポンプとの比較 ポンプを導入・更新する際、「メンテナンスがしやすい陸上ポンプにするか、ス ペースを取らない水中ポンプにするか」で迷うことがあるかもしれません。 ここでは両者の違いを比較し、自社の現場にはどちらのポンプが適しているの か（使い分けの基準）のポイントを解説します。 陸上ポンプ 水中ポンプ 設 地上に設置。 水中に設置。 備 モータの保護、対人への危険性から 地上部に露出するのは配管・ケーブ 面 建屋等が必要。 ルのみ。 騒 音 騒音対策が必要 モータ部が水中にあるので低騒音 面 ポンプ起動時は呼び水が必要。 ポンプ部が水中にあるため、運転と 運 吸込条件で自動運転を行う際、フー 同時に排水が開始される。 転 面 ト弁、又は自吸式ポンプが必要とな 制御盤を用いることで完全な自動運 る。 転が可能。 水中にあるため目視で異常に気付 保 きにくく、電流値の監視や絶縁測定 守 陸上にあるため、ポンプの異常は目 管 などの定期的な点検が必要になる。 視確認で気付くことができる。 理 又、点検の際は、一度地上に引き上 げる必要がある。 イ メ ー ジ イ ラ ス ト

水中ポンプの仕組み 前ページで比較したように、陸上ポンプとは異なり「水中に完全に沈めて使用 する」のが水中ポンプの最大の特徴です。では、電気を使うモータが水の中で ショートせずに、安全に液体を運ぶために、内部ではどのような仕組みが働い ているのでしょうか？ 大きく3つのポイントに分けて解説します。 吸い込む仕組み（ストローの原理） ポンプ内の羽根車（インペラ）が回転すると、中心部の 圧力が下がり真空に近い状態になります。 すると、ジュースをストローで吸い上げるのと同じ 「圧力差」が働き、周囲の液体が自然とポンプ内へ吸 い込まれていきます。 吐き出す仕組み（遠心力） 吸い込まれた液体は、高速で回転する羽根車によっ て外側へ勢いよく弾き飛ばされます。 羽根車（インペラ) 遊園地のコーヒーカップで外側に引っ張られるのと 同じ「遠心力」を利用して、液体を高い場所や遠い場 所へと力強く押し出します。 水中ポンプの心臓部「メカニカルシール」 水中ポンプを動かす「モータ部」には電気が通っているため、絶対に水を入れて はいけません。 そこで、水を扱うポンプ部とモータ部の境界には「メカニカルシール」と呼ばれ る高度な軸封装置（パッキン）が使われています。 これが水の浸入を完全に防ぐことで水中の連続運転を可能にしており、まさに 水中ポンプの寿命を左右する“心臓部”と言えます。 シールがない場合 メカニカルシール

水中ポンプの基本構造 前ページで解説した通り、水中ポンプは水中で電気（モータ）を扱うため、各 パーツに高度な防水性と耐久性が求められます。 ここでは、ポンプ内部の基本構造と、過酷な環境での安定稼働を支える『重要 パーツの役割』を見ていきましょう。 基本構造図（縦断面図） 1 2 3 4 ①電源ケーブル部のシール ②メカニカルシール ＆ オイル室 水中ポンプで見落とされがちですが、非常に モータ部への浸水を防ぐ水中ポンプの 重要な浸水対策箇所。水没した際に、ケーブ “心臓部”。 すぐ隣にある「オイル室」に満 ルの取り付け部からの浸水を防ぎます。 たされた潤滑油が、メカニカルシールの ケーブルの芯線の隙間から水が浸入する（毛 摩擦や発熱を抑え、パッキンの寿命を大 細管現象）を防ぐ水切り加工も施します。 幅に延ばす働きをしています。 ③インペラ（羽根車） ③ストレーナ 水を遠心力で押し出す、ポンプの核とな 吸込口に設けられたフィルター（網目）。 る部品。 移送する液体（清水、汚水、異物 ポンプに詰まってしまうようなゴミなどの 混じりの泥水など）の性質に合わせて 異物が侵入するのを防ぎます。 様々な形状があり、ポンプの性能を決定 用途によってストレーナ有無や粗さがこ づけます。 となります。

水中ポンプの性能を表す基本用語 現場に最適な水中ポンプを選ぶためには、仕様（スペック）の意味を正確に把握 することが第一歩です。 ここを読み間違えると『パワー不足で水が上がらない』『異物が詰まる』などのト ラブルに直結します。ここでは、ポンプの性能を決定づける代表的な用語とそ の見方について解説します。 出力(kw) 吐出口(ｍm) 水中ポンプのパワー。 メーカによっては口径とも呼ばれており、 大きければ排出水をより上に持ち上げる 排水する際の口の大きさ（直径）になりま 事（揚程）ができ、排出水を送り出す量（吐 す。配管やホースなどに合わせて形状を選 出量）も大きくなります。 ぶ必要があります。 周波数（Hz）/相 • 周波数は東日本（５０Hz）・西日本（60Hz）で区分されており、間違えるとモータ故障の原 因になるので注意。 • 相はコンセントの差込口等の形に関係し、一般的家庭用は単相、業務・建設設備は三相です。 揚程高さ､吐出量の関係（ポンプカーブ） 吐出量と揚程高さの関係は反比例に近い関係にあり、どちらか一方が増えると､ どちらかが少なくなります。送り出す力が一定であれば当然とも言えます。 必要な揚程高さ、吐出量にあった出力の水中ポンプの選定が大事になります。 揚程高さ（m） 高く上げるほど 出る量の水は減る！ 吐き出し量（㎥/min）

水中ポンプの種類と用途 水中ポンプは『どのような液体を運ぶか』によって、最適な構造が全く異なりま す。液質（ゴミの有無や泥の粘度など）に合わないポンプを選ぶと、すぐに詰 まったり羽根車が摩耗したりして故障の原因となります。 代表的なポンプの種類と用途を確認しましょう。 種類 特徴 主な用途 • 異物の少ない水向け 受水槽・井戸水の移送 清水用 • 高効率 農業用水・散水 • 小さな固形物を含む排水に対応 ビル・工場の排水 汚水・雑排水用 • 建物設備で汎用的 地下 pit 排水・生活排水 • 繊維質・固形物に強い 下水・し尿・厨房排水 汚水・汚物用 • 閉塞しにくい構造 マンホール・処理設備 • 砂・泥・スラリー搬送向け 土木工事・浚渫 サンド用 • 耐摩耗性が重要 採石場・沈殿槽清掃 海水移送・養殖 海水・耐食用 ステンレス/樹脂など耐食材を採用 港湾設備・塩害環境 トンネル・立坑排水 一般工事排水用 仮設現場で使いやすい 建設現場の湧水処理 • 防爆構造を採用 石油化学・溶剤設備 防爆用 • 可燃性ガス雰囲気で使用可能 危険物槽・防爆エリア排水 羽根車（インペラ）の形状の違い ⚫ クローズド形 ： 異物の通過径は小さいが、高揚程で効率のよいインペラ。清 水用や、高い揚程を必要とする機種に使用される ⚫ セミオープン形 ： クローズド形に比べて異物に強く、メンテナンス性も比較 的よいが、効率はやや劣る。清水から多少の異物を含む液体まで、幅広い用 途に使用される。） ⚫ ノンクロッグ形 ： 詰まりにくさを重視した形状で、異物の通過径が大きいイ ンペラ。汚水・汚物用など異物が含まれる揚水に使用される。 クローズド型 セミオープン型 ノンクロッグ形

水中ポンプの選定 ポンプの寿命を延ばし、予期せぬトラブルを防ぐためには『現場の条件に合った 正しい選定』が不可欠です。 パワー（出力）だけでなく、液体性質や環境を踏まえた具体的な選定のステップ を確認していきましょう。 STEP1：液体の確認 確認したい事 例 ⚫ 液質：清水か、汚水か、固形物（スラリー・泥）が混じっているか？ ⚫ 温度・成分：高温ではないか？ 酸性やアルカリ性などの化学成分が含まれ ①どんな液体を送りますか？ 清水、汚水、薬液、油分混じり など ていないか？（特殊な材質やシールが必要になります） ②どれくらいの量を送りますか？ L/min、m³/h、何分で排水したいか など STEP2：能力の算出 ③どこまで送りますか？ 高さ、配管距離、吐出先の位置 など ⚫ 全揚程（m）：水を「どれくらいの高さまで」引き上げる必要があるか？（配 管の摩擦抵抗なども考慮します） ④異物は含まれますか？ 切粉、泥、スラッジ、繊維くず など ⚫ 吐出量（L/min）：1分間に「どれくらいの量の水」を運びたいか？ ※この2つの条件を元に、メーカーの「性能曲線（ポンプカーブ）」を見て適正な ⑤設置条件や安全条件はありますか？ 水深、槽寸法、電源、防爆、自動運転 など 機種を絞り込みます。 ※ 詳細な仕様（材質・口径・制御方法など）は、使用条件を確認のうえご提案します。 STEP3：環境の確認 ⚫ 電源：単相100Vか、三相200V（または400V）か？ 周波数は50Hzか 60Hzか？ ⚫ 水位：渇水運転（水がない状態での空回り）にならない十分な水位が確保で きるピットサイズか？ STEP4：仕様の決定 ⚫ 運転方式と保護： 水位に合わせて自動で運転・停止を行う「自動型（フロー トスイッチ付き）」にするか？ 過負荷からモータを守る保護装置はついてい るか？ ⚫ 特殊環境への対応（防爆など）： 可燃性ガスが発生する場所での「防爆仕 様」や、メンテナンス時の引き上げを容易にする「着脱装置」など、現場に必 要なオプション構成を決定します。 標準品で対応できない過酷な現場はどうする？ STEP1の確認で「高濃度の泥水」「高温」「強酸・強アルカリ」などの過酷な条件 が出た場合、 カタログ標準品では早期故障の原因となります。このような環境 では耐久性を高めた特殊仕様やカスタマイズポンプの検討が必要です。

弊社では、各種メーカ製品のお取り扱いに加え、グループ企業であ る「アイム電機工業」の技術力を活かし、お客様の現場環境（高温・高 濃度の泥水・特殊な液質など）に合わせたオーダーメイドの水中ポン プのご提案・製作も承っております。 「既存のポンプがすぐ壊れてしまう」「うちの現場に合う仕様がわか らない」といったお悩みがございましたら、 ぜひお気軽にドーワテクノスまでご相談ください。 現場の安定稼働を支える最適な一台をご提案いたします！ ▼企業情報はコチラ お問合せ お気軽に下記の問合せフォームよりご連絡ください。 問い合わせはこちら 問い合わせはこちら 株式会社ドーワテクノス 〒806-0004 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石3-5 https://www.dhowa-technos.co.jp/