深井戸ポンプのサイジングガイド: 流量と総動揚程の計算方法

深井戸ポンプは、井戸の深さ、吐出管のサイズ、またはモーター出力だけで選ぶべきではありません。適切なポンプは、システムの実際の全揚程（TDH）で必要な流量を供給する必要があります。これら2つの値が組み合わさって、ポンプの運転点（デューティポイント）を形成します。これは、指定された揚程での流量です。

流量要件が過小評価されている場合、システムは灌漑、水の供給、またはプロセスの需要を満たせない可能性があります。揚程が不正確に計算されている場合、ポンプは水量が少なすぎたり、効率的な範囲から大きく外れた運転をしたり、モーターに過負荷をかけたり、過剰なサイクル運転をしたり、井戸を安全な揚水レベル以下で運転させたりする可能性があります。したがって、信頼性の高いサイジングは、モデル番号からではなく、現場のデータから始まります。

このガイドでは、深井戸またはボーリング孔ポンプに必要な流量と全揚程（TDH）の計算方法、一般的なエラーの回避方法、および結果として得られた運転点をメーカーの性能曲線で利用する方法を説明します。

深井戸水中ポンプのサイズを決定するには、アプリケーションが必要とする流量を決定し、予想される運転条件下での全揚程（TDH）を計算します。最も有用な形式での計算は次のとおりです。

開放式の吐出で通気タンクに排出する場合、吐出口での必要圧力ヘッドはゼロになる可能性があります。加圧灌漑ライン、圧力タンク、またはプロセス接続の場合、必要な残圧を水のメートルまたはフィートに変換し、TDHに加算する必要があります。

最終的なポンプは、計算された運転点で、そのQ-H性能曲線から選択されます。最大揚程または最大流量が要件を超えているという理由だけでポンプを選択しないでください。これらの2つの最大値は異なる運転点で発生します。

流量とは、単位時間あたりに供給しなければならない水の体積です。一般的にm3/h、L/s、またはUS GPMで表されます。正しい設計流量は、ポンプの吐出口径からではなく、アプリケーションから得られます。

典型的な開始点としては、以下が挙げられます。

• 農業灌漑：作物用水需要、灌漑面積、灌漑ゾーンサイズ、散水率、および利用可能な揚水時間。
• 自治体またはコミュニティ供給：平均需要、ピーク時需要、貯水量、および許可された井戸揚水量。
• 工業用水移送：プロセス消費量、バッチ量、運転スケジュール、および冗長性要件。
• 家畜および水産養殖：日々の消費量、ピーク使用量、循環または水交換要件。
• タンク充填：利用可能なタンク容量を許容充填時間で割った値。

例：400 m3の貯水タンクを5時間で満たす必要があります。現時点では予備容量を無視して：

設計流量は、井戸の持続可能な揚水量とも互換性がある必要があります。帯水層と井戸が回復するよりも速く水を汲み上げるポンプは、過度の水位低下、空気の巻き込み、不安定な流れ、空運転、砂の発生、または井戸の損傷を引き起こす可能性があります。需要が安全な井戸揚水量を超える場合、より大きなポンプを設置するよりも、貯蔵を増やすか揚水時間を延長する方が安全な場合が多いです。

深井戸ポンプの選定中に、3つの深度が混同されることがよくあります。

• 静止水位：井戸ヘッド基準点から水面までの距離で、井戸が回復し、ポンプが稼働していない状態。
• 揚水レベル（動水レベルとも呼ばれる）：設計流量で、またはそれに近い流量で井戸が揚水されている間の水位。
• ポンプ設置深度：ポンプの吸込口またはポンプアセンブリが設置されている物理的な深度。

TDHの垂直揚程成分には、設計流量で予想される揚水レベルを使用してください。総井戸深度またはポンプ設置深度を自動的に使用しないでください。ポンプは、潜水とモーター冷却を維持するために揚水レベルより下に設置されることがありますが、揚水レベルより下の水はポンプの両側で既に加圧されており、同等の追加静揚程は発生しません。

実用的な設計では、季節的な地下水位の低下、長期的な水位低下、および近隣の井戸からの干渉を含む、予想される最低揚水レベルを考慮する必要があります。ポンプの設置深度は、安全な潜水のために十分な深さである必要がありますが、井戸の構造、堆積物層、モーター冷却要件、およびケーブルの制限も尊重する必要があります。

垂直揚程とは、揚水レベルと最終吐出標高との間の標高差です。常に同じ基準点から標高を測定してください。

揚水レベルが地表から60 m下で、水が地表から12 m上の通気タンクに入る場合：

吐出点が井戸ヘッドより低い場合は、距離を機械的に加算するのではなく、実際の標高差を使用してください。計算は、揚水条件下での水源水面と供給ポイント間のエネルギー変化を表す必要があります。

摩擦損失とは、水が立上管、水平配管、および継手を通過する際に消費されるヘッドです。これは、流量、内部配管径、配管長、粗さ、経年劣化、およびバルブと継手の数によって変化します。小さな配管は初期費用が安いかもしれませんが、システムの寿命を通じてかなりのヘッドとエネルギー消費を追加する可能性があります。

水システムでは、エンジニアは一般的にHazen-Williams式またはDarcy-Weisbach式を使用して直線配管損失を計算します。公称配管サイズだけでなく、実際の内部直径を使用し、設計流量での損失を計算します。次に、エルボ、ティー、レジューサー、逆止弁、隔離弁、流量計、フィルター、および入口または出口条件などのコンポーネントからのマイナーロスを含めます。

実用的なワークフローは次のとおりです。

1. 各配管セクションを材質、内部直径、および長さでリストアップします。
2. 設計流量での各セクションの流速と摩擦損失を計算します。
3. 継手とバルブの相当長または損失係数を追加します。
4. フィルター、熱交換器、またはその他の機器からの損失をサプライヤーデータから含めます。
5. 損失を加えて、運転点でのシステム摩擦ヘッドを取得します。

摩擦損失は、流量が増加すると急速に上昇します。プロジェクトの需要が変更された場合は、線形にスケーリングするのではなく、損失を再計算してください。また、水速を確認してください。配管が小さすぎると、高い摩擦、ウォーターハンマー、および過剰な運転コストが発生する可能性がありますが、不必要に大きな配管は資本コストを増加させます。

供給ポイントで圧力を維持する必要がある場合は、その圧力を水のヘッドに変換し、TDHに加算します。常温付近のきれいな水の場合：

• 1 barは約10.2 mの水ヘッドです。
• 1 psiは約2.31 ftの水ヘッドです。
• 1 mの水ヘッドは約9.81 kPaです。

たとえば、必要な吐出圧力が3 barの場合：

供給ポイントで必要なゲージ圧を使用してください。開放システムに大気圧を加えないでください。汲み上げる液体が水と著しく異なる密度を持つ場合、圧力からヘッドへの変換には液体の比重を使用する必要があります。

いくつかの簡略化されたサイジング計算では、すべての動的損失を1つの摩擦許容値にまとめています。より確実な結果を得るには、個別に既知の損失を特定します。逆止弁、フィルター、制御弁、水道メーター、および処理装置は、特に高流量時または目詰まりしている場合に、かなりのヘッド損失を引き起こす可能性があります。

メーカーの圧力降下データが入手可能な場合は、それを使用してください。すべてのプロジェクトに任意のパーセンテージを適用しないでください。短く大口径のきれいな水ラインと、複数の継手を持つ長いラインは、同じ許容値を受けるべきではありません。不確実性のために適度な設計マージンが適切であるかもしれませんが、ヘッドを大きなパーセンテージで過大にサイジングすると、運転点が最適効率領域から離れる可能性があります。

深井戸給水プロジェクトの以下の運転条件を想定します。

• 必要流量：80 m3/h。
• 揚水レベル：井戸ヘッド基準レベルから60 m下。
• タンク入口：井戸ヘッド基準レベルから12 m上。
• 80 m3/hでの配管および継手損失の計算値：8 m。
• タンク接続での必要残圧：3 bar、これは水ヘッド30.6 mに相当します。
• 追加機器損失：2 m。

まず垂直揚程を計算します：

次にTDHを計算します：

したがって、必要な運転点は約80 m3/hで113 m TDHです。これはポンプ性能曲線上で見つける必要がある点です。この計算は、113 mの最大揚程と表示されたポンプが80 m3/hを供給することを意味するものではありません。モデルは、同じ運転点で両方の値を生成する必要があります。

ポンプ曲線は、特定のモデル、速度、インペラ構成、および段数に対して、流量の変化に応じて揚程がどのように変化するかを示します。実際の運転点は、ポンプ曲線がシステム曲線と交差する点で発生します。

候補モデルをレビューする際：

• 水平流量軸で80 m3/h、垂直揚程軸で約113 mを見つけます。
• モデル曲線が、メーカーの推奨運転範囲内でこの点を通るか、またはその近くを通ることを確認します。
• シャットオフヘッドまたは曲線の極端な右端ではなく、モデルの効率的で安定した領域の近くでの運転を優先します。
• 運転点での消費動力を確認し、適用される規格および現場条件の下で必要なサービスマージンを持つモーターを選択します。
• 関連する場合は、効率、最小流量、最大許容流量、段数、吐出サイズ、および非過負荷性能を確認します。
• 最小および最大の予想水レベルでシステムをレビューします。水レベルが低いと必要な揚程が増加します。水レベルが高いと、ポンプがより高流量の運転点に移動し、モーター負荷が増加する可能性があります。

可変周波数運転は制御の柔軟性を提供できますが、モーター、ケーブル、冷却、最小速度、高調波保護、およびポンプ運転範囲をすべて確認する必要があります。VFDは、根本的に不適切な油圧選択を修正するものではありません。

ポンプ設置深度は設置上の決定であり、TDHの代わりにはなりません。渦巻き、空気の侵入、冷却損失を防ぐために、予想される最低揚水レベルより下にポンプを設置します。同時に、堆積物を発生させるゾーンや井戸底に近すぎる場所にポンプを設置しないようにしてください。

必要な潜水深度は、ポンプの設計、流量、井戸の直径、吸込速度、およびメーカーの要件によって異なります。水中モーターは、モーターを通過する水の流れで冷却されます。大口径の井戸、開放水槽、または特殊な設置の場合、流れを誘導するスリーブが必要になる場合があります。選択したモーターの冷却速度と設置手順を確認してください。

油圧運転点は利用可能なモデルを絞り込みますが、最終的な製品ファミリーは、井戸の直径、水質、材質、電圧、および設置条件にも依存します。

• QJシリーズ：深井戸またはボーリング孔の水揚用に意図されており、さまざまな水源および材質の構成で利用可能です。エンジニアリングされた深井戸用途、高流量および高揚程プロジェクトを含む、主な出発点です。
• SPシリーズ：4インチ、6インチ、8インチ、10インチの水中ボーリング孔ポンプ範囲は、ボーリング径と運転点による選択を可能にします。カタログには複数の段の組み合わせが含まれているため、流量と揚程は、ポンプの直径から推測するのではなく、個々のモデル曲線で確認する必要があります。
• QSシリーズ：油圧要件と設置構成がシリーズに適合する、より小さいまたは異なる水中水移送用途に適しています。ボーリング孔の選択として使用する前に、特定のモデル、冷却条件、および井戸の幾何学的形状が適切であることを確認してください。

腐食性または鉱化された水の場合、材質の選択はポンプのサイジングの一部です。腐食と摩耗は信頼性に影響を与えるためです。利用可能な構成には、シリーズと媒体に応じて、鋳鉄、ステンレス鋼グレード、またはその他の合金が含まれる場合があります。濡れる材質を選択する前に、水分析を確認する必要があります。

井戸の深さは揚程と同じではありません。揚水レベル、吐出標高、摩擦、および必要圧力を参照してください。ポンプ設置深度は、潜水と設置の安全性について別途確認されます。

揚水中は水位が低下します。回復した静止水位を使用すると、揚程が過小評価され、ポンプが運転中に流量が不足する可能性があります。

長い配管、小さい内部直径、バルブ、フィルターは、かなりのヘッドを追加する可能性があります。これらの損失は設計流量で計算してください。

最大揚程は通常、流量がゼロに近いときであり、最大流量ははるかに低い揚程で発生します。モーター出力だけでは油圧運転点は特定できません。常にQ-H曲線を使用してください。

検証されていない大きなマージンは、ポンプの過大サイジング、流速と消費電力の増加、および運転を推奨範囲外に移動させる可能性があります。不確実性は、現実的な運転シナリオと曲線レビューによって対処してください。

技術的に有用なポンプの推奨と見積もりを得るには、以下を提供してください：

• 必要流量と、それが連続、ピーク、または変動のいずれであるか。
• 静止水位と、指定された試験流量での揚水レベル。
• 井戸の深さ、ケーシングの内部直径、およびポンプ設置の制限。
• 吐出標高と、供給ポイントでの必要残圧。
• 立上管および配管の材質、内部直径、長さ、および継手。
• 水温、pH、塩化物含有量、砂含有量、およびその他の利用可能な水分析データ。
• 電源：電圧、周波数、相、および始動または制御方法。
• 設置方向、冷却条件、ケーブル長、および現地の周囲または標高条件。

これらのパラメータがあれば、メーカーはTDHを計算または検証し、候補となる曲線を確認し、モーター負荷をチェックし、材質と付属品を推奨できます。

いいえ。必要揚程は、揚水レベル、供給標高、摩擦、および必要吐出圧力に基づいています。井戸の総深度とポンプ設置深度は設置パラメータであり、垂直揚程の自動的な構成要素ではありません。

設計流量で予想される揚水または動水レベルを使用してください。また、季節的な最低運転レベルも評価してください。静止水位は水位低下を理解するのに役立ちますが、揚水中の揚程は通常過小評価されます。

常温付近のきれいな水の場合、barに約10.2を掛けます。したがって、3 barは約30.6 mの水ヘッドです。他の液体の密度の場合、比重を使用して変換を調整してください。

同じ量ではありません。揚水面より下にポンプを深く設置すると潜水深度が増加しますが、その全深度が静揚程に自動的に加算されるわけではありません。揚水レベルから吐出標高までの揚程を計算してください。

いいえ。最大揚程と最大流量は曲線の端点であり、同時に発生しません。選択されたモデルは、推奨運転範囲内の1つの運転点で、必要流量とTDHを満たす必要があります。

すべてのプロジェクトに適合する普遍的なパーセンテージはありません。まず、既知の損失と信頼できる水位変動を計算します。残りの不確実性に対する正当な許容値のみを追加し、次に曲線上で通常の運転点と最悪の場合の運転点の両方を確認してください。

正しい深井戸ポンプのサイジングは、井戸の深さやモーター定格からではなく、運転点から始まります。実際の需要から必要流量を計算し、垂直揚程に揚水レベルを使用し、配管、継手、および機器の損失を加え、必要吐出圧力をヘッドに変換し、次に組み合わせた流量とTDHをメーカーの性能曲線に合わせます。

このガイドの例では、必要運転点は約80 m3/hで113 m TDHです。最終的な選択には、井戸の直径、水位、配管、電源、水質、モーター冷却、および選択されたモデルの曲線を確認する必要があります。

深井戸ポンプの推奨が必要ですか？SLAPKに、必要流量、静止水位と揚水レベル、吐出標高、配管の詳細、吐出圧力、井戸の直径、水質分析、および電気供給をお送りください。当社のエンジニアが運転点をレビューし、適切なQJ、SP、またはその他の水中ポンプ構成を推奨できます。