Thread Content
自然エネルギーや動力装置、伝動装置を利用して水を低い場所から高い場所へ上げる水力機械装置。農地の灌漑や排水、農牧業、都市の給水、工場や鉱山などで広く利用されている。農地の排水や灌漑、農業・畜産業の生産過程で使用される水ポンプを農業用水ポンプといい、農地の排水・灌漑機械の主要な構成要素の一つです。 タイプ 動作原理の違いにより、容積ポンプやブレードポンプなどのタイプに分けられます。容積ポンプは、作業室の容積変化を利用してエネルギーを伝達するもので、主にピストンポンプ、プランジャーポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、スクリューポンプなどの種類がある。羽根車ポンプは、回転する羽根車と水との相互作用を利用してエネルギーを伝達し、遠心ポンプ、混流ポンプ、軸流ポンプなどの種類がある。潜水用ポンプのポンプ本体部分は羽根車ポンプです。その他のタイプのポンプには、ウォーターハンマーポンプ、ジェットポンプ、内燃機関式ポンプなどがあり、それぞれ噴出する水流のウォーターハンマー作用や燃料の爆発を利用して動作します。水車ポンプは、水車と羽根車ポンプの組み合わせです。上記の各種水ポンプのうち、以下の式がより代表的である。 貫流ポンプは、水平軸流ポンプの一種です。電動機、減速装置、ポンプで一体となっており、水中のダム内部にある機械室に設置される。その取水口と排水口は一直線上にあり、ほぼ円筒形をしているため水力損失が少なく、揚水効率が高い。また構造がコンパクトで、設置やメンテナンスが容易であり、ポンプ施設の工事も簡単である。レンガ積みポンプは低揚程の軸流ポンプであり、インペラーとその周囲のポンプケーシングは金属材料で作られているが、吸水路と排水路はいずれもレンガやコンクリート構造を採用している。揚程は2メートル未満で、流量が多く、構造がシンプルで、コストが低く、効率が高い。低地地域の排水や灌漑に適しています。 混流ポンプ 構造と動作原理が遠心ポンプと軸流ポンプの両方の特徴を併せ持つ水ポンプ。インペラが動力機械によって回転させられると、ブレードは一方で水を押し出し、同時に水を回転させて遠心力を生み出します。水は葉の推力と遠心力の作用によって流動し、圧力が上昇する。水流は軸方向からインペラに流れ込み、ブレードに沿って斜めに流れ出ます。大量の流量が必要で、圧力は中程度の場面でよく使用されます。通常、渦巻き型と案内羽根型の2種類があります。渦巻きケーシング式の混流ポンプは遠心ポンプと構造が似ており、渦巻き状の流路を利用してインペラーを通過した水の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する。一般的に、中型・小型の混流ポンプでは渦巻きケーシング式の構造が多く採用されている。ガイドベーン式混流ポンプは斜流ポンプとも呼ばれ、その構造は軸流ポンプに似ており、半径方向のサイズが小さく、構造がシンプルで軽量であるという特徴があります。大型混流ポンプはガイドベーン式が多く、その羽根の取り付け角度も一般的に調整可能である。混流ポンプの揚程範囲は一般的に3～10.5メートルで、起動時の動力が低く、水位の変動に対応でき、流量は0.1～50立方メートル/秒です；効率は64～86％に達する。1970年代以降、大型混流ポンプの発展は急速であり、多くの場面で大型軸流ポンプに取って代わる傾向にある。 長軸深井ポンプは、ほとんどが垂直型の単吸遠心ポンプであり、そのインペラーは井戸内の動的水位より下に設置され、動力機は井戸の上に配置されている。伝動用の長軸を介してインペラーを駆動し、ガイドケーシング内で回転させることで、水はガイドケーシングとインペラーの間の流路を通って送水管を経由して地上まで上昇する。揚程が高い場合は、複数のインペラを直列に接続した多段遠心ポンプを使用できる。駆動長軸の製造および取り付けの精度が高く求められるため、井戸の深度が深くなるにつれて効率が著しく低下し、そのため一般的には100メートル未満の浅い井戸でのみ使用される。 ラッチ式ピストンポンプは、畜力エンジン、風力タービン、内燃機関などによって駆動され、牧草地で井戸から水を汲み上げる際によく使用されます。ポンプシリンダー、ピストン、給排水管、給排水バルブ、ラック棒、駆動装置などで構成されている。ピストンは、それに接続された引き棒によって駆動され、ポンプシリンダー内で上下に往復運動を行う。ピストンが上に動くと、吸水弁が開き、吸水管からの水がポンプケーシング内に入ります。同時に排水弁が閉じ、ピストンの上方にある水も一緒に上へと押し上げられます；ピストンが下方に動くと、吸水弁が閉じて排水弁が開き、ポンプシリンダー内の水が排水弁からピストンの上まで上昇する。このように吸水と上昇を繰り返すことで、水が絶えず排水管から排出される。 性能パラメータ 水ポンプの性能を測定するための技術的パラメータには、流量、吸上げ高さ、揚程、軸動力、水力動力、効率などがある。羽根車式水ポンプの場合には、回転速度や比速度も加わる。①吸上げ距離。つまり、水ポンプの吸水高さです。これは、ポンプ本体の中心から水源の水平面までの垂直距離を指し、ポンプ内部の真空度を利用して水を吸い上げる際、許容される吸上げ高さは一般的に7.5メートルを超えない。②揚程。つまり、水ポンプの揚水高さです。単位重量の水が水ポンプを通過した後のエネルギー増加量。一般的に、ポンプ場の取水槽と放水槽の水面の高さ差を実質的な揚程と呼びます；ポンプステーションの配管およびその付属品（底弁、エルボー、バルブなど）による水頭損失を加えたものを、総揚程と呼ぶ。水ポンプの銘板に記載されている揚程とは、一定の回転数の条件下で効率が最も高くなる時の揚程であり、実際の揚程と損失揚程の合計値です。③トラフィック。ポンプが単位時間あたりに送水する量で、送水量とも呼ばれる。よく使われる流量の単位には、リットル/秒、立方メートル/秒、立方メートル/時、キログラム/秒、トン/時などがあります。④軸出力。ポンプ軸に動力機械が供給するパワー、すなわちポンプの入力パワー。⑤水力。有効電力とも呼ばれる。単位時間あたりに水ポンプが水を送るのに使用する実際の動力、つまり水ポンプの出力です。⑥効率。水力動力と軸動力の比率が水ポンプの効率であり、通常はパーセンテージで表されます。それは動力機械が給水ポンプに供給するエネルギーの利用状況を測定する指標であり、給水ポンプの効率の良し悪しを示しています。⑦回転数比。ポンプの特性を示す総合的なパラメータ。通常はnSで表されます。nS=3.65nQ1/2H-3/4。式中、nは回転数（回/分）、Qは流量（m³/秒）であり、両吸式水ポンプの場合は式にQ/2を代入する。Hは揚程（メートル）である。水ポンプの比転数は、水ポンプの各種パラメータと密接に関連しています。一般的な遠心ポンプは比回転数が小さく、インペラの直径が大きく、出口幅が狭く、揚程は高いが流量は少ない；一方、軸流ポンプは比転数が大きいため、揚程は低く流量は大きい；混流ポンプはその中間に位置する。一般的な遠心ポンプの比転数は30～300で、混流ポンプは300～600、軸流ポンプは500～1800です。幾何学的に相似な2つの羽根ポンプでは、比回転数は必ず等しくなる。したがって、幾何学的に相似なモデルの試験データを利用して、大型ポンプの性能パラメータを予測することができる。 潜水用水ポンプ ポンプ本体のインペラと、それを駆動するモーターの両方が水中で作動するタイプの水ポンプで、深井用と作業面用の2種類がある。深井用の潜水電動ポンプは、井戸内に伸ばしたケーブルを通じてモーターに電力を供給するため、伝動用の長軸が不要であり、その結果、構造がコンパクトで軽量であり、設置や使用、移動も容易です。電源がある地域では、長軸式の深井ポンプに取って代わる傾向にありますが、砂分が多い井戸や電源のない地域では適用できません。潜水用水ポンプ用の電動機には、ドライタイプ（モーター全体が密閉されている）、セミドライタイプ（モーターの固定子は密閉されているが、回転子は水中で動作する）、オイル充填タイプ（モーター内部に油を充填して絶縁体への水分侵入を防ぐ）、ウェットタイプ（モーター内部に水を入れ、固定子と回転子の両方が水中で動作する）などの種類がある。最初の3種類はすべて密封が必要で、製造・取り付けの精度も高く求められるため、農業用の深井戸用潜水電動ポンプでは通常、湿式モーターが使用される。そのステーター巻線には耐水性のある絶縁導線が使用されるか、またはステーター巻線の端やスロット内に合成樹脂が注入される。水がモーター内部に入っても影響は少なく、密封構造を**簡素化でき、砂防ぐだけでよい。一部の深井戸用潜水ポンプは、揚程が1400メートルに達し、最大流量は1.4立方メートル/秒です。 遠心ポンプ 遠心力を利用して水の圧力を高め、流動させるポンプの一種。ポンプケーシング、インペラ、回転軸などで構成される（図1）。動力機が回転軸を駆動し、回転軸がインペラーを駆動してポンプケーシング内で高速回転させる。その結果、ポンプ内の水がインペラーと共に回転し、遠心力が生じる。遠心力によって液体がインペラの周辺から押し出され、高速高圧の水流となってポンプケーシングを通って外部に排出される。その結果、インペラの中心部には低圧が生じ、新たな水流が吸い込まれることで、絶え間ない水流の輸送が行われる。インペラには逆回転方向に曲がった羽根があり、その構造形態には密閉型、半密閉型、開放型の3種類がある。農業用には主に密閉型のインペラが用いられ、羽根の両側は円盤で覆われている。ポンプ本体は、排水管の方向に沿って徐々に渦巻き状に広がっている。インペラの一方から水を吸い込むものを単吸遠心ポンプといい、インペラの両方から水を吸い込むものを双吸遠心ポンプという。揚程を高めるために、複数のインペラを同じ軸に取り付けて多段遠心ポンプとすることができる。前のインペラーから排出された水が、次のインペラーの吸水口に入り、圧力が上昇した後に次のインペラーから排出されるため、インペラーの数が多ければ多いほど圧力は高くなる。吸い込み管やポンプ内部の空気を自動的に排出できる装置を備えた遠心ポンプもあり、起動前にポンプ内に水を入れる必要がないため、自吸遠心ポンプと呼ばれるが、その効率は一般的な遠心ポンプよりも低いことが多い。 遠心ポンプは、農地の排水・灌漑や農牧業の給水に最も広く利用されている。揚程が高く流量が少ない場面でよく使用されます。単段遠心ポンプの揚程は5～125メートルで、排出流量は均一で、一般的に6.3～400立方メートル/時であり、効率は約86～94％に達する。 軸流ポンプは、ポンプケーシング、インペラ、回転軸などの部品で構成されている。プロペラポンプとも呼ばれる。インペラーにはプロペラ状の羽根が複数あり、インペラーが駆動機械によって回転軸と共に回転すると、各羽根が水を一方の端へ押し出し、同時にもう一方の端から水を取り込むことで、回転軸に平行な方向に水が連続的に流れ、水を絶え間なく送り出すことができる。水流の圧力は、インペラーの回転によって上昇する。インペラから出た回転する水流は、固定されたガイドベーンを通過することで回転成分の速度がなくなり、拡散作用によってその運動エネルギーの一部が圧力エネルギーに変換される。これによりポンプケーシング内の水流が軸方向に上昇し、出口管から外に流れ出る。軸流ポンプは、揚程が低く流量が大きい場面で多く使用され、揚程の範囲は1～25メートル程度です；流量は2.7～60.0立方メートル/秒で、効率は85～90.5％に達する。設置方法には立型、横型、斜め型の3種類があり、その中でも立型軸流ポンプが最も多く使用されている（図2）。大型軸流ポンプのインペラハブ上にあるプロペラブレードの取り付け角度は調整可能であり、または油圧駆動式の回転軸を利用して運転中に時間の経過とともに調整することで、揚程や流量の変化に対応し、より高い生産性を得ることができるため、調整可能型軸流ポンプと呼ばれる。 ジェット式深井ポンプは、通常、ジェットポンプと遠心ポンプに対応するカバーケーシングを組み合わせて構成される。30メートル以内の深井戸から水を汲み上げるために使用されます。ジェットポンプの動作原理は、圧力をノズルからスロート部の入口に噴出させ、ジェットの横方向の乱流拡散作用によって吸水管内の空気を取り除き、管内に真空を形成することです。これにより井水が吸い込まれ、スロート部でジェット水と混合してエネルギー交換が行われます。喉管の出口付近で両者の流速はほぼ一致し、その後拡散管を通じて運動エネルギーの大部分が圧力エネルギーに変換されて水圧がさらに上昇し、最終的に排水管から排出される。 ジェット式深井ポンプには2種類の組み合わせタイプがある：①ジェットポンプと遠心ポンプを並列に接続し、遠心ポンプが配管を通じて圧力の高い水をジェットポンプに送り込み、ジェットポンプがこの水を吸い上げる水と一緒に上方に押し上げることで、少量で高圧の水を大量で低圧の水に変換する。これは主に地上灌漑や水路の清掃などに使用される；②ジェットポンプと遠心ポンプを直列および並列に接続し、ジェットポンプが遠心ポンプに圧力をかけて吸上げ高さを向上させる。一方、遠心ポンプからの排水量の一部はジェットポンプに供給され、残りは圧力タンクや圧力配管に送られる。こうして得られる水の圧力は高く、主にスプリンクラー装置や農業・畜産業の給水に利用される。同じ潜水用ポンプや長軸式深井ポンプと比べて、ジェット式深井ポンプは構造がシンプルで信頼性が高く、製造が容易でコストも低いという特徴がある；しかし、効率は低く、同じ作業条件での電力消費量が多い。 スクリューポンプ スクリューの回転によるポンプ室内の容積変化を利用して、水を吸い上げて送り出す容積式ポンプ。シングルスクリュー、ダブルスクリュー、マルチスクリューなどのタイプがあります。農業で使用されるのはシングルスクリューポンプで、そのポンプケーシングは鋼製のスクリューと、ポンプハウジング内に固定されたゴム製のカバーで構成されている。単一ピッチのスクリューが二重ピッチの内螺旋を持つカバーチューブ内で回転し、両者の間にできた空洞が吸入口から出口へと移動することで、連続した水流が形成される。構造がシンプルで体積が小さく、取り付けや分解が容易で信頼性が高く、自己吸上げ性能も優れているため、移動式のスプリンクラー灌漑システムで広く使用されています。 手動ダイアフラムポンプ 低揚程で少量の水を汲み上げる作業に使用され、ポンプ本体、送水・受水管、送水・受水用バルブ、ダイアフラム、押し引き棒などで構成されている。ポンプ本体は、1つまたは2つのポンプチャンバーで構成されることがある。2つのポンプチャンバーを持つダイヤフラムポンプで、そのダイヤフラムはポンプ本体の中央に設置されるか、または2つのダイヤフラムが分離された2つのポンプチャンバーの外側にそれぞれ取り付けられる。作業時には2人が手でダイアフラムに接続されたプッシュプルロッドを操作し、ダイアフラムを押し込んだり開いたりする往復運動をさせることで、2つのポンプ室の容積を交互に拡大・縮小させます。ポンプチャンバーが拡大すると圧力が下がり、吸水弁が開き排水弁が閉じることで、水が吸水管からポンプチャンバー内に流れ込む；ポンプ室が収縮すると圧力が上昇し、吸水弁が閉じて吐水弁が開き、ポンプ室内の水が排出管から流れ出ます。2つのポンプ室が交互に水を吸い上げて排出するため、1時間あたり10～20トンの水を汲み上げることができます。 ポンプの適切な動力仕様 ポンプと動力源を適切に組み合わせることは、ポンプが正常に動作し、高い効率と低いエネルギー消費を実現するために非常に重要である。駆動用エンジンの出力は、水ポンプの揚程H（メートル）と流量Q（立方メートル/秒）に基づき、次の式で計算される（キロワット）。揚程Hは、幾何学的揚程Hjと配管損失HSの2つで構成され、初期の選定時にはHS=(0.1～0.2)Hjとして見積もることができる。配管が決定された後、配管や接続部の種類または寸法に基づき、流体力学的手法によって計算するか、または表を参照して求められる。式において、Kは出力余裕係数であり、一般的にK=1.05～1.3とされる。出力が大きい場合はより小さい値が用いられる。η1は伝達効率で、動力機と水ポンプが直接接続されている場合、η1=1となる；η2は水ポンプの効率で、ポンプのタイプと運転条件によって決定されます。 給排水管と水槽：ポンプに接続される給排水管の直径Dは、次の式によって決定されます。D=1.13Q1/2V-1/2（メートル）。ここで、Vは管内の流速を表し、一般的に給水管ではV≤2メートル/秒、排水管ではV≤3メートル/秒です。直径が変化する漸変管を使用する場合、その漸変部分の長さは平均直径の5～7倍以上でなければならない。遠心ポンプと軸流ポンプの吸水口は、吸水池の水面下、距離h1の位置に設置される。ここで、h1=(1.4～1.6)D1であり、D1は吸水管の直径である。軸流ポンプのインペラ中心線は、取水槽の水面下、距離h3の位置に設定され、h2≥(0.75～D)D0であり、D0はインペラの直径である。給水口の池底からの高さh0は、(0.5～1)D0である。単体の水ポンプの取水槽の幅は(2～3)D1です。複数の水ポンプを設置する取水槽において、隣接する取水管間の距離は(3～3.5)D1である。給水管から給水池の後壁までの距離は(1～1.5)D1です。揚程の無駄を避けるため、通常は吐出管を出水池の水面下に設置する。中小型水ポンプの排水管の下端から池底までの距離は約10～20センチメートルです；出水口の上端から水面までの垂直距離は、(1～2)V娤/2gであり、v2は出水速度（メートル/秒）である；出水池の長さは(6～12)D2です。D2は排水管の直径であり、排水管と池壁との距離は0.2～0.5メートルです。 発展傾向 農業用ポンプの開発に求められるのは、効率の向上、エネルギー消費の削減、そして自然エネルギーの十分な活用である。複数の小型ポンプに代わって1台の大型ポンプを使用することで、装置の効率が向上し、材料の節約やエネルギー消費の削減、工事コストの低減が図れるほか、自動化管理も容易になります。そのため、各種の大型軸流ポンプや混流ポンプが急速に発展し、最大のインペラ直径はそれぞれ4.6メートルと6.2メートルに達し、搭載可能な出力は最大で1.25万キロワットにもなる。混流ポンプは、高揚程の軸流ポンプや低揚程の遠心ポンプの一部を置き換える傾向にある。深井からの水汲み上げにおいては、主に潜水型ポンプが開発されており、その最大口径は1メートルに達している。また、6000ボルトの高圧モーターを搭載したものもあり、最大出力は2500キロワットにもなる。水車ポンプ、風力プッシュロッドポンプ、スクリューポンプ、各種の人力・畜力駆動式ダイアフラムポンプ、ピストンポンプ、そして散水設備用に特化した水ポンプなどは、中国やその他の国々でもさまざまな程度で重視されている。 耐摩耗修復の専門家 洛陽耐普特新材料科技有限公司 13603889856 0379-60679266