水処理用ポンプの特徴と技術

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この投稿は最後にyinkuilin6868によって2016年6月17日09:33に編集されました。
一、はじめに
水はあらゆる生き物が生存するための基本的な条件であり、人間の生活や生産においても水は欠かせません。我が国は水資源が不足しており、さらに時間的・空間的にも分布が不均一です。人口と国民経済の発展に伴い、水汚染の範囲と程度はますます拡大している。我が国の重要な河川や沿岸地域の水質汚染は非常に深刻であり、それによって引き起こされる水不足の危機が、あらゆる産業の急速な発展を大きく制約し、人々の生活水準の向上にも影響を与えている。したがって、水処理は不可欠な課題となっている。 水ポンプは水処理において流体を輸送するための重要な装置であり、流体にエネルギーを供給して流れの中の抵抗を克服させ、装置や配管内で一定の流量を維持します。また、水処理を行う際には、化学試薬を甲タンクから乙タンクへ、低い位置から高い位置へ送る必要があります。これらすべては、水ポンプの動力によって行われます。これにより、ポンプ製品を適切に選定し、水処理用ポンプの技術的な発展動向を理解することが、水処理業務において重要な課題となっていることがわかる。本稿では、水処理用ポンプの構造的特徴や適用事例などを簡単に紹介し、関連する作業者の参考となるよう記した。 二、水処理用ポンプの分類
水処理業界においては、使用されるポンプ装置の種類が非常に多く、一つの分類方法だけでは全体を把握するのは難しい。そのため、実際のニーズに応じてさまざまな方法で分類されることが多い。ここでは簡単に紹介する。 1．動作原理による分類　羽根車ポンプ：羽根車と液体の相互作用を利用して液体を送り出すもので、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ、渦巻きポンプなどがある。 容積ポンプ：作動室の容積が周期的に変化することで液体を送り出すポンプで、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギアポンプ、スライドブロックポンプ、スクリューポンプなどがある。 その他のタイプのポンプ：液体の位置エネルギーのみを変化させるポンプ、例えば水車など；液体のエネルギーを利用して液体を送るポンプ、例えばジェットポンプ、ウォーターハンマーポンプ、酸卵など。 2．輸送媒体による分類では、単相媒体輸送ポンプ、二相媒体輸送ポンプ、多相媒体輸送ポンプの3種類がある。 3．羽根車式水処理用ポンプの分類 水処理用ポンプの中で、羽根車式水処理用ポンプが最も広く使用されており、一般的に用いられるタイプには、単段ポンプ、多段ポンプ、両吸ポンプ、混流ポンプ、軸流ポンプ、潜水ポンプ、汚水用潜水ポンプ、スクリューポンプ、計量ポンプ、ピストンポンプ、スクリュープランジャーポンプ、ジェットポンプなどがある。 三、主な製品の紹介 1．遠心耐腐食ポンプ 遠心耐腐食ポンプは主に単段単吸の懸垂式耐腐食ポンプで、固形物を含まない腐食性流体の送液に使用され、使用温度は0～100℃です。水処理においては、主にイオン交換プロセスでのH水の輸送に使用される。搬送媒体が接する過流部品の材質は、ステンレス鋼とプラスチックの2種類を使用している。両者の違いは、ポンプ本体、ポンプカバー、およびトレイの接続方法が異なる点です。前者はポンプ本体をトレイに固定し、その後ポンプカバーをポンプ本体に固定する；後者は、ポンプ本体がポンプカバーの止め溝を利用してトレーラフレームに固定され、同時にポンプカバーも固定される仕組みです。 2．汚水ポンプ 汚水ポンプは主にポンプ本体、ポンプカバー、ベアリングケース、インペラ、シャフトなどの部品で構成されている。 主に、80℃以下で繊維やその他の懸濁物を含む流体、および酸性、アルカリ性、その他の腐食性を持つ汚水の輸送に使用されます。一般的に使われる汚水ポンプには2つの種類があります。一つは通常の電動機を使用した汚水ポンプで、もう一つは水中ポンプです。 3．センターリードポンプ センターリードポンプは水処理工程において清水類の流体を送送するために使用され、最高温度は80℃を超えない。よく使われる中開きポンプには、S型遠心ポンプ～flSh型遠心ポンプがあります。S型遠心ポンプは効率が高く、製品コストが低いため、省エネに有利です。Sh型遠心ポンプは運転信頼性が高く、寿命が長い。中開ポンプとは、その名の通り、ポンプ本体が中央で開いており、上下二部分に分かれています。その接合部と軸の中心は同一平面上にあり、その間には紙のパッドが挟まれている。上下の部品はピンで位置決めされ、ボルトで締め付けられる。吸入口と排出口はいずれも下部にあり、水平方向に配置されてポンプ軸に垂直である。上下の本体を合わせると、インペラの両側に対称的な2つの吸込室が形成される。2つの室は共通の吸込口を有し、その間に高圧室がある。高圧室の底部は排出管と1対1で連通している。遠心ポンプのインペラが回転する際、ポンプ内部に低圧側（入口）と高圧側（出口）があるため、インペラの両側に不均衡な力がかかります。この問題を防ぐために、インペラの右側中央部にいくつかのバランス用の小穴を開け、右側の高圧水を少量戻して低圧領域に流し込み、こうすることで軸方向の推力をバランスさせる。 4．往復式ポンプ　往復式ポンプは、ポンプシリンダー内で往復運動するピストン（またはプランジャー）によってシリンダーの容積を変化させ、2つの逆止弁の働きと組み合わせることで、液体を吸い上げたり排出したりする。往復ポンプは、ピストンの構造により、ピストン式往復ポンプ、プランジャー式往復ポンプ、ダイヤフラム式往復ポンプの3種類に分けられる。ピストン式往復ポンプの主要な部品はピストンで、ポンプシリンダー内でピストンが動くことによって液体を吸い込んだり吐き出したりします。プランジャー式往復ポンプの主要な部品はプランジャー（円柱状）で、ピストンよりも接触面積が大きく、耐摩耗性に優れています。その作用原理はピストンとまったく同じです。ダイヤフラム式往復ポンプの主要な部品もピストンであり、ピストン式往復ポンプと異なる点は、ポンプの作動室とシリンダー本体の間がゴム製（または鋼製）のダイヤフラムによって仕切られていることです。ピストンが往復運動すると、ダイヤフラムもそれに合わせて上下に動き、液体を吸い込んだり排出したりする役割を果たします。 5．計量ポンプとスクリューポンプは水処理プロセスにおいて、計量ポンプとスクリューポンプが多く使用される。 (1)計量ポンプ　計量ポンプにはピストン式とダイアフラム式の2種類があり、主にウォーム、偏心輪、アーチ型フレーム、クロスヘッド、ピストン、偏心軸、調整ネジ、電動機などで構成されている。計量ポンプとは、流量を動的または静的に調整できる往復ポンプであり、ネジと偏心軸の間隔を調整することによって流量を制御します。スクリューと偏心軸の間隔が狭いほど、ポンプのストロークは大きくなり、流量も増加する；逆に、ポンプの流量も小さくなる。J型定量ポンプは、計量精度が求められ、配合量の調整が可能で、媒体を連続的に供給する必要がある場面で広く使用されています。水処理工程において、固形粒子を含まない腐食性および非腐食性薬剤の送液・添加に使用される。搬送媒体の化学的性質に応じて、シリンダーの流量部には適切な耐腐食材料を使用することができる。 (2)スクリューポンプ スクリューポンプには、シングルスクリューポンプ、ダブルスクリューポンプ、トリプルスクリューポンプがある。中性または腐食性、清浄または摩耗性、ガスを含むか気泡が発生しやすいもの、高粘度または低粘度のもの、さらには繊維や固体粒子を含む液体など、単一または複数の媒体の流体を輸送するために使用でき、あらゆる産業分野で広く利用されています。 スクリューポンプの動作原理は、次の通りです。スクリューポンプが作動すると、液体が吸い込まれ、ねじとポンプケーシングによって囲まれた密閉空間に入ります。駆動スクリューが回転すると、ねじ山の押し付け作用により密閉容積が変化し、ポンプ内圧力が上昇すると同時に軸方向に移動します。スクリューが等速で回転するため、液体の流出流量も均一です。したがって、スクリューポンプは、経済性に優れ、圧力が高く、流量が均一で、回転速度も高いという利点があります。 四、技術開発の傾向 水処理業界におけるポンプの要求により良く応えるため、水処理用ポンプの技術開発の傾向は主に以下のいくつかの面にある。 1．ポンプの運転安全性に関する技術研究 水処理業界において、水ポンプは極めて重要な機器である。水ポンプの運転安全性は、水処理プロセスの正常な稼働に直接影響を与えます。重大な故障が発生すると、水処理プロセス全体が停止し、人々の生活や生産活動に大きな支障をもたらします。現在の水処理用ポンプの運転状況に関する分析によると、よく見られる故障には、インペラーが長期間にわたって汚水の中で表面腐食を受けること、羽根の早期疲労破断、ポンプ本体の流路部品の摩耗、ポンプシャフトの曲がり、電動機およびベアリングの焼損などがある。運用の安全性に関する研究は非常に重要であり、この研究を通じてポンプの安全性が向上するだけでなく、その使用寿命も延ばすことができます。 2．ポンプの自動制御に関する技術研究 水処理の過程において、システムの用水量や水圧は絶えず変動する。これらが必要に応じて確保できなければ、生産の正常な運営に支障をきたし、大きな無駄が生じる。効果的な管理のためには、生産システムを遠隔で監視し、現場で制御する必要がある；生産効率と安全性を向上させるためにも、水処理用ポンプの重要な部分を検査する必要がある。このことから、自動制御技術の研究を進めることは、重要な技術発展の傾向であると言える。 現在、自動周波数変換技術に関する研究が盛んに行われており、すでに理想的な成果が得られ、大きな経済的・社会的効果をもたらしている。回転速度を調整する方法は優れた省エネ効果があり、これは国内の多くの実践によって証明されている。多くのポンプの適用分野において、時にはポンプの性能パラメータを一定に保つ必要があり、また時には使用条件に応じて変化させる必要がある。回転速度を調整することでこれを実現できるだけでなく、配管の効率も向上し、装置全体の効率を大幅に高めることができる。 3．ポンプの選定とシステム省エネに関する技術研究　様々な理由から、ポンプの選定設計には多くの不合理な点が存在し、エネルギーの無駄遣いを招き、省エネ対策に大きな影響を与えている。 (1) 水ポンプの選定において守るべき原則 1) 使用機関は、ポンプの性能パラメーターおよび必要な動作条件を適切に決定すること。 2) 設計部門は、ポンプの種類や仕様を適切に決定し、現場での使用条件を十分に満たすべきである。 3) ポンプの最高効率、高効率範囲、実際の使用効率指標を総合的に考慮する。 4) 技術的・経済的比較を行い、技術的に先進的で経済的に合理的な案を選定する。 (2)遠心ポンプシステムの運用効率指標の向上　遠心ポンプの省エネ対策は、単にポンプ自体の効率を高めることだけにとどまるべきではなく、システム全体のさまざまな側面における効率指標もより広範囲に検討し、システム全体として効率的に省エネを実現することが求められる。この分野には大きな可能性がある。以下のいくつかの点について、詳細な分析研究を行うべきである。 1) ポンプユニットと全体の生産システムの配置が、使用上の要件を満たすと同時に省エネの要件も達成できるよう適切かどうか。 2)遠心ポンプとモーターの配置が適切か、モーターの省エネ効果はどうか。 3) パイプラインの配置が適切かどうかを確認し、パイプラインを削減して効率を向上させる。 4) 駆動装置の配置が適切かどうか。駆動装置の選定と使用は、駆動効率に影響を与えるだけでなく、動力機や水ポンプ、配管の効率にも影響を及ぼす。 5) 効率と蒸気が適切か。 6)遠心ポンプシステムの運転における配管やメンテナンスなどが適切か。 4．特殊性能の研究 使用条件の違いにより、上記の技術研究を行うと同時に、さらにいくつかの特殊性能に関する研究も進める必要があり、主に以下のようなものがある。 1) 特殊な輸送媒体の研究、固液混合輸送媒体など。 2) 特殊材料の研究。材料は高い耐腐食性と耐摩耗性を備える必要がある。 3) 特殊構造の研究、過流通路の閉塞なし、二重層特殊構造など。 五、結語 ポンプは水処理プロセスにおける重要な装置である。いくつかの主要な水処理ポンプ製品について簡単に分析し、その構造的特徴や使用条件をまとめることで、水処理用ポンプの適切な選定のための参考情報を提供した。同時に、水処理用ポンプの技術的な発展傾向を指摘し、効率向上と省エネルギー化を実現するためには、ポンプの運転安全性、自己制御性、省エネ性能、および特殊な性能といった4つの側面について、さらなる探求と研究が必要であると述べている。