掘削 穴 の ポンプ の 上昇 源 を どの よう に 測定 する か

揚水管とは、水中設置型井戸ポンプから立坑まで水を運ぶ垂直配管のことです。選定は単純に見えるかもしれません。ポンプの出口に配管を接続し、地表まで延長するだけです。

実際には、揚水管はポンプの性能、エネルギー消費、設置荷重、ウォーターハンマー、メンテナンス、長期的な信頼性に影響を与えます。

小さすぎる配管は、水流速度が高くなり、摩擦損失が過大になります。ポンプは追加の揚程で運転する必要があり、吐出流量が減少し、エネルギー消費が増加する可能性があります。

不必要に大きすぎる配管は、コストが高くなり、重量が増加し、利用可能なケーシング内に設置するのが困難になる場合があります。

ポンプの吐出口サイズが、揚水管全体の適切な直径であるとは限りません。出口サイズは、選定されたポンプの機械的接続を示します。最終的な配管直径は、設計流量、配管内部直径、長さ、材質、圧力定格、設置条件を使用して確認する必要があります。

揚水管は、コラムパイプ、ドロップパイプ、または吐出パイプとも呼ばれ、水中ポンプの出口と立坑を接続します。

設置に応じて、以下のいずれかの素材で製造される場合があります。

• 炭素鋼

• 亜鉛メッキ鋼

• ステンレス鋼

• HDPE

• uPVC

• 強化フレキシブルパイプ

• その他の承認された圧力配管材料

配管は、ポンプアセンブリ、ケーブル、逆止弁、水柱によって発生する荷重を支持または収容しながら、汲み上げられた水を運ばなければなりません。

一部の設置では、揚水管がポンプを機械的に支持します。他の設置では、別途安全ケーブルまたは支持システムが提供されます。完全な構成は、配管メーカーの指示および地域の設置要件に準拠する必要があります。

配管直径は、水流速度と摩擦損失に影響します。

一定の流量では、内部直径を小さくすると速度が増加します。速度が高いと、一般的に摩擦損失が増加し、急なバルブの動きやポンプの始動・停止に対してシステムが敏感になります。

配管直径を大きくすると、速度と摩擦損失が減少しますが、材料コスト、配管重量、井戸内の必要なスペースも増加します。

したがって、適切な直径は、以下の間のバランスです。

• 必要なポンプ流量

• 許容可能な水流速度

• 許容可能な摩擦損失

• 総設置コスト

• 配管の圧力定格

• 利用可能なケーシングクリアランス

• 機械的強度

• 設置および引き出し要件

配管サイズは、ポンプがすでに注文された後ではなく、完全な揚水システムの一部として選定されるべきです。

井戸ポンプのカタログには、通常、ポンプファミリーごとに吐出口サイズが記載されています。

例えば、異なるSLAPK 6SPモデルファミリーは、公称流量範囲が異なるため、異なる吐出口接続を使用できます。8SPシリーズは一般的に高流量用途に使用され、より大きな出口接続を使用します。

しかし、出口寸法が最適な揚水管直径を独立して決定するわけではありません。

計算された配管直径がポンプ出口と異なる場合、短いエンジニアリングされたトランジションを使用できます。ただし、以下の条件を満たす必要があります。

• トランジションが機械的に適切であること。

• 圧力定格が十分であること。

• 接続が過度の局所損失を引き起こさないこと。

• トランジションがケーシング内に収まること。

• アセンブリを安全に降ろしたり引き出したりできること。

• メーカーが構成を承認していること。

公称サイズが出口ねじまたはフランジに一致するだけで配管を選定しないでください。

揚水管は、ポンプの最大公表流量ではなく、実際の設計流量でサイジングする必要があります。

設計流量は、以下のような用途から導き出す必要があります。

• 灌漑需要

• 自治体の水消費量

• 貯水タンクの充填時間

• 産業プロセス需要

• 家畜の水需要

• 消火用水需要

• 鉱山または建設用水移送

選定されたポンプは、計算された全揚程でこの流量を供給する必要があります。

システムが複数の流量で運転される場合は、以下の流量で配管を確認してください。

• 最小連続流量

• 通常の設計流量

• 予想される最大流量

• 可変速運転限界

• 将来の拡張流量（確認済みの場合）

摩擦損失は流量に比例して増加しません。流量の比較的わずかな増加でも、配管損失が大幅に増加する可能性があります。

油圧計算では、配管の内部直径を使用する必要があります。

同じ公称サイズの2本の配管でも、以下の理由により内部直径が異なる場合があります。

• 壁厚

• 配管スケジュール

• 圧力クラス

• 材質

• 製造規格

• 内部ライニング

高圧配管は、通常、同じ外径の低圧配管よりも肉厚が厚くなります。肉厚が厚いと、内部流路面積が減少します。

公称直径ではなく真のボアを使用すると、水流速度と摩擦損失を過小評価する可能性があります。

計算を完了する前に、配管メーカーの寸法データを入手してください。

平均水流速度は、流量と配管の内部断面積から計算できます。

速度 = 流量 ÷ 配管内部面積

円形配管の場合：

v = 4Q ÷ (πD²)

ここで：

• vは平均水流速度

• Qは体積流量

• Dは実際の配管内部直径

• πは約3.1416

すべての単位は一貫している必要があります。流量が立方メートル/時で提供されている場合は、メートル/秒での速度を計算する前に、立方メートル/秒に変換してください。

速度はスクリーニングパラメータであり、唯一の選定基準ではありません。許容範囲は、配管材料、システム用途、始動方法、ウォーターハンマー解析、および適用される工学標準によって異なります。

すべてのプロジェクトに単一の普遍的な速度制限を適用することは避けてください。

摩擦損失とは、揚水管を水が移動する際に消費される揚程のことです。

これは以下の要因に依存します。

• 流量

• 実際の内部直径

• 配管長

• 配管の粗さ

• 配管材料

• 配管の経年劣化と内部状態

• 水の特性

ダルシー・ワイスバッハ法とハーゼン・ウィリアムス法は、水配管計算で一般的に使用される方法です。

ダルシー・ワイスバッハ法は、適切な摩擦係数が使用されていれば、幅広い流体と配管材料に適用できます。ハーゼン・ウィリアムス法は、水システムの見積もりに頻繁に使用されますが、その係数は適切に選択する必要があります。

信頼性の高い計算のために：

1. 完全な垂直配管長を特定する。

2. 内部直径と材質を確認する。

3. 設計流量での単位長さあたりの損失を計算する。

4. 実際の配管長を掛ける。

5. 他の予想される運転流量で計算を繰り返す。

6. 結果をシステムの全揚程に含める。

配管損失の計算の代わりに、井戸水深の一般的な割合を使用しないでください。

全揚程計算については、深井戸ポンプサイジングガイド：流量と全揚程の計算方法を参照してください。

揚水管だけが油圧抵抗の原因ではありません。

追加の損失は、以下を通じて発生する可能性があります。

• ポンプ吐出トランジション

• 逆止弁

• ゲートバルブ

• バタフライバルブ

• エルボ

• ティー

• レジューサー

• 流量計

• 圧力計およびゲージ継手

• フィルター

• 立坑接続部

• 制御バルブ

• タンク入口アセンブリ

これらの損失は、損失係数、相当配管長、またはメーカーデータを使用して計算できます。

逆止弁は特に注意が必要です。公称サイズだけで選定されたバルブは、高流量で大きな損失を引き起こす可能性があります。その全開流路面積、圧力定格、向き、および垂直サービスへの適合性を確認してください。

配管は、地表で観測される通常の吐出圧力以上の圧力に耐える必要があります。

運転条件によっては、ポンプの近くまたは過渡イベント中に最高圧力が生じる可能性があります。

圧力レビューには以下を含める必要があります。

• ポンプ停止揚程

• 静水柱圧

• 通常の運転圧力

• 必要な立坑圧力

• バルブ閉鎖

• ポンプの始動と停止

• ウォーターハンマー

• 標高変化

• 圧力制御設定

• 試験圧力

• 配管規格で要求される安全マージン

深井戸揚水管の最も低い部分は、高い内部圧力にさらされる可能性があります。

通常の立坑ゲージ読み取り値だけで圧力クラスを選定しないでください。設計者は、最も厳しい信頼できる運転および過渡条件を確認する必要があります。

ウォーターハンマーは、水流速度の急激な変化によって引き起こされる一時的な圧力変化です。

以下の場合に発生する可能性があります。

• ポンプが急に始動する。

• 停電後にポンプが停止する。

• 逆止弁が急速に閉まる。

• 地表バルブが速すぎるために閉まる。

• VFDが急激に速度を変更する。

• 逆止弁が閉まる前に流れが逆転する。

その深刻度は、配管長、水流速度、配管材料、バルブの挙動、および速度変化率に依存します。

長い垂直揚水管には、かなりの移動水柱が含まれています。不適切に選定された逆止弁または急速なシャットダウンは、損傷を引き起こす圧力サージを発生させる可能性があります。

可能な制御には以下が含まれます。

• ノンラムチェックバルブ

• 制御されたバルブ操作

• ソフトスタート

• 制御されたVFD加速および減速

• サージタンク

• 圧力解放装置

• その他のエンジニアリングされたサージ制御機器

深井戸、長距離配管、高流量システムでは、詳細な過渡解析が必要になる場合があります。

揚水管は、自身の重量、含まれる水の重量、および支持する機器の重量を安全に運ばなければなりません。

関連する荷重には以下が含まれます。

• 乾燥配管重量

• 水柱重量

• ポンプおよびモーター重量

• 逆止弁重量

• ケーブルおよびケーブルガード重量

• カップリング重量

• 始動および停止中の動荷重

• 設置および取り外し中の荷重

• ウォーターハンマー力

• 立坑支持荷重

ねじ込み鋼管の場合、ねじとカップリングの強度を確認してください。フランジ付き配管の場合、フランジ、ボルト、ガスケットの配置を確認してください。

プラスチック配管の場合、引張荷重、クリープ、温度影響、接合部定格、および垂直吊り下げサービスに対するメーカーの制限を確認してください。

内部圧力要件を満たす配管でも、吊り下げ機械荷重には不向きな場合があります。

揚水管、カップリング、および付属品の外径は、最小ケーシング内部直径を通過する必要があります。

完全な設置エンベロープを確認してください。これには以下が含まれます。

• 配管カップリング

• フランジ

• ポンプ出口トランジション

• 逆止弁

• 電源ケーブル

• ケーブルガード

• ケーブルクランプ

• スプライス保護

• センタライザー

• 安全ケーブル

• リフティングアタッチメント

最も大きなコンポーネントは、配管自体ではなく、カップリングまたはバルブである場合があります。

以下も考慮してください。

• 井戸の偏り

• ケーシングの接合部

• 内部溶接

• ライナー

• スケール堆積物

• 変形

• ケーシング直径の変化

理論的な金属対金属のフィットは、許容できる設置余裕ではありません。

寸法クリアランスの詳細については、6インチ対8インチ井戸ポンプ：選び方を参照してください。

炭素鋼揚水管

炭素鋼は高い機械的強度を提供し、広く入手可能です。深井戸および高圧設置に適しています。

ただし、腐食を考慮する必要があります。内部腐食は粗さと摩擦損失を増加させ、外部腐食は壁厚を減少させます。

コーティング、ライニング、腐食代が必要になる場合があります。

亜鉛メッキ鋼揚水管

亜鉛メッキ鋼は、特に中程度のサイズで、水井戸設置で一般的に使用されます。

その適合性は、水質、設置寿命、ねじ込み接続、および地域の基準によって異なります。ねじ部または接合部の亜鉛メッキの損傷は、腐食点になる可能性があります。

ステンレス鋼揚水管

ステンレス鋼は耐食性を向上させますが、水分析から適切なグレードを選択する必要があります。

SS304は、高塩化物水に自動的に適しているわけではありません。SS316L、二相ステンレス鋼、またはその他の合金が、より攻撃的な条件下で必要になる場合があります。

異種金属間のガルバニック相互作用も検討する必要があります。

HDPE揚水管

HDPEは、耐食性、滑らかな内部表面、およびより少ない剛性接合部を提供できます。

その設計には、以下の慎重なレビューが必要です。

• 圧力クラス

• 引張荷重

• 温度

• クリープ

• 接合方法

• 伸び

• ポンプ接続との互換性

• 垂直支持要件

配管メーカーは、水中設置への適合性を確認する必要があります。

uPVC揚水管

特殊なuPVCコラムパイプは、軽量で耐食性があるため、一部の井戸システムで使用されています。

配管およびねじ込み接合部は、設置深度、圧力、および吊り下げ荷重に対して特別に定格されている必要があります。通常の圧力配管を、深井戸コラムパイプとして自動的に使用すべきではありません。

井戸ポンプが140mの垂直揚水管を通して50m³/hを供給する必要があると仮定します。

2つの候補配管が、基本的な接続と圧力要件を満たしています。一方は内部直径が小さく、もう一方は内部直径が大きいです。

小さい配管は以下を生成します。

• より高い水流速度

• より大きな摩擦損失

• より高い全揚程

• ウォーターハンマーに対する感度の上昇

• 低い初期配管コスト

大きい配管は以下を生成します。

• より低い水流速度

• より低い摩擦損失

• より低い必要なポンプ揚程

• 潜在的に低い運転エネルギー

• 高い初期コストと重量

正しい決定は、購入価格だけではできません。

エンジニアは、両方の代替案の運転点を計算し、各摩擦損失をTDHに追加して比較する必要があります。

• ポンプモデルとモーター出力

• ポンプ効率

• 年間エネルギー消費量

• 配管および設置コスト

• 圧力クラス

• 井戸クリアランス

• 予想されるサービス寿命

より大きな配管は、生涯エネルギーコストを削減できますが、実用的な要件を超えて直径を増やすと、追加のメリットはほとんどない可能性があります。

多くの井戸ポンプには、吐出口またはその近くに逆止弁が含まれています。長距離揚水管では追加の逆止弁を検討できますが、普遍的な間隔ルールを使用して追加すべきではありません。

不適切に配置された、または不適切な逆止弁は、以下に寄与する可能性があります。

• 閉じ込められた圧力

• 油圧ショック

• バルブチャッター

• 閉鎖遅延

• 逆転

• 摩擦損失の増加

• メンテナンスの困難さ

バルブの配置は、ポンプの深さ、配管長、圧力、流量、始動方法、およびメーカーの指示に従って選択する必要があります。

追加のバルブを指定する前に、選定されたポンプにすでに一体型逆止弁が含まれているかどうかを確認してください。

揚水管はポンプ出口と同じサイズであるべきですか？

必ずしもそうではありません。出口は直接の接続を決定します。揚水管の直径は、流量、速度、摩擦損失、圧力、機械的荷重、およびケーシングクリアランスを使用して確認する必要があります。

ポンプの上で揚水管の直径を小さくできますか？

レジューサーは可能ですが、速度が増加し、油圧損失が増加する可能性があります。システム全体を再計算する必要があり、トランジションは機械的に適切でなければなりません。

より大きな配管は常にポンプ性能を向上させますか？

より大きな内部直径は摩擦損失を低減しますが、過度のサイズはコスト、重量、設置の難しさを増加させる可能性があります。油圧およびライフサイクル評価を通じて直径を選択してください。

摩擦損失は井戸水深から計算されるべきですか？

いいえ。各配管セクションの実際の長さ、内部直径、材質、および設計流量を使用してください。井戸水深だけでは摩擦損失は決定されません。

HDPEは井戸ポンプの揚水管として使用できますか？

はい、適切な設置では使用できますが、特定の配管、接合部、および支持システムは、内部圧力、吊り下げ荷重、温度、クリープ、および設置深度に対して定格されている必要があります。

深井戸ポンプはいくつの逆止弁を使用すべきですか？

すべての井戸に適切な普遍的な数量または間隔はありません。深度、圧力、および過渡条件をレビューした後、ポンプ、バルブ、およびシステム設計者の推奨に従ってください。

揚水管はポンプモーターの出力に影響しますか？

はい。配管の摩擦はTDHに追加されます。TDHが高いと、選定されたポンプモデル、段数、運転点、および必要なモーター出力が変更される可能性があります。

信頼性の高い井戸ポンプ揚水管は、油圧、圧力、機械的、および設置要件を同時に満たす必要があります。

選定プロセスは以下を行うべきです。

• 設計流量を確認する。

• 実際の配管内部直径を使用する。

• 水流速度と摩擦損失を計算する。

• バルブと継手を考慮する。

• 運転、停止、および過渡圧力を確認する。

• 配管と接合部の強度を確認する。

• ケーシングクリアランスを確認する。

• 水と互換性のある材料を選択する。

• ライフサイクルエネルギーコストを評価する。

揚水管全体をポンプ出口サイズだけで選定しないでください。最終的な配管直径と圧力クラスは、実際の井戸と運転条件に対して確認する必要があります。

必要な流量と揚程、井戸水深、ポンプ設置深度、最小ケーシング内部直径、提案された配管材料と直径、必要な吐出圧力、電圧、周波数、および水質分析をSLAPKに送信してください。

当社のエンジニアは、適切なQJまたはSP井戸ポンプを推奨し、ポンプ曲線、出口寸法、および揚水管設計に必要な設置データを提供できます。