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ポンプについて
そもそもポンプって

吸い上げの高さ


図1
図2

図1のようにストローでコップからコーラを吸うとなぜコーラが口に入ってくるのでしょうか?これがポンプの吸上げ(Suction)の原理です。
地球上には1気圧(1013ヘクトパスカル)の大気を受けていることは周知の事実です。そこで図2のように器の中に水銀を入れ一方が閉じたガラス管を入れ、閉じた方を垂直に立てると水銀はガラス管の中を水銀面から76cm上がります。
これは水銀の表面を大気圧が押しているからです。水銀の重さは水の13.6倍ですから、これを水柱に換算しますと
76cm×13.6=1033.6cm=10.336m
になります。

そこで図2のガラス管の上の部分には真空になっているということで、つまり液体にパイプを立て何等かの方法で管の空気を抜いて真空度76cmにすれば、水ならば10.336m上がってくるということになります。コップのコーラをストローで吸うとコーラが口に入ってくるのは実はストロー中の空気を吸って真空を作り、大気の圧力を利用してコーラを飲んだということです。空気を吸い出して作るのがポンプです。人間の口と肺と鼻がわずかなポンプの役目を果たしたことになります。

絶対真空とポンプの作る真空


図3

水銀中に立てたガラス管の上にできた真空は完全な真空で、これを絶対真空(トリチェリーの真空)といいます。そして絶対真空は、水銀を76cmだけ吸上げることができます。
これを真空度760mmといいます。これ以上の真空はないので絶対真空と呼ばれます。ところがポンプという我々が作る機械ではいろいろな構造上の理由からこれほどの真空を作ることは困難です。一般的には図のような水銀柱45cm(水柱で約6m)から60cm(水柱で約8m)ぐらいが普通です。

押し上げ


図3

ポンプは汲み上げた液体を押し上げることができます。
水を5階建てのビルの上まで揚げるのは大変ですが、これをポンプにやらせることができるのです。
図のように水鉄砲で水を筒先からピューと飛ばせるのもポンプです。ポンプには色々な方法で液体に圧力を加えてパイプの中を流れるように工夫してあります。この工夫によって、ポンプの構造はさまざまですが、押し上げ能力は吸上げ能力と違い、工夫すればポンプによって100mでも200mでも上げることができます。

ポンプの種類

ジェットポンプ


図1:書類に紙をはさんで吹くと紙は持ち上がる
図2
図3

いま図1のように本に紙をはさんでふくと紙は持ち上がります。
これは吹いたときは紙の上が風速が大きく圧力が下がるからです。
流れている水の中に板を入れて流れをせき止めると、板は大きな圧力を受けます。つまり圧力は流れが止まったところが大きくなります。
一般に1つの流れの中で流速が小さいところ程、圧力は大きいのです。
図2はこの関係を示します。

図3はジェットポンプの主要部分を示したものです。
先のくびれた管の先端Aから高速水を吹き出すと、Bの部分の圧力は大気圧よりも低くなり、したがって水は吸い上げられます。
C部では吹き出水と吸上水が混合しながら、徐々に速度を下げ圧力を上げて揚水作用をするのです。

タービン・ジェット組合わせポンプ


図4
図5

地上に据付けたポンプでは、実用的な吸い上げの高さが約8mですから、このままでは深井戸用として使えません。したがって地上に据付けたポンプの実用的な吸い上げの高さまで上げるためにポンプを井戸の中に設置して押し上げる必要があります。
この様な場合、ジェットポンプは構造簡単で故障が少なく狭い井戸に設置するのに適し、家庭用深井戸ポンプに多く使用されています。

図4はこの組合せを示すものです。
例:
深さ30mの井戸 / 地上のポンプ吸上能力 8m
ジェットポンプの必要押上げ高さは、損失水頭=3mとしたとき:
30-8+3=25m

図5はタービン・ジェット組合せポンプの概略です。これはタービンポンプによってジェットポンプのノズルに圧力水を送り、その結果、ジェットポンプは駆動されて、タービンポンプの吸込可能高さまで水を押し上げます。図5中の調圧弁(コントロールバルブ)は非常に重要な部分です。ポンプ運転中、大量の水を使用すれば吐出側への流出が大きくなり、タービンポンプ内の圧力が下がります。このため、ジェットポンプのノズルに加わる水圧が下がり、タービンの吸上可能高さまで押し上げることが出来ず、揚水不能になることがあります。
調圧弁はタービンポンプの最低必要内圧を保ち吐出側への過流出を防ぐ働きをします。
自動運転には、圧力タンク、圧力スイッチを組み合わせて行います。
これは、うず流れ自動ポンプと同様です。

用途による分類

1. 浅井戸ポンプ

地表から井戸水面までの高さが8m以内の井戸から揚水に使用するポンプです。
井戸の配管は1本だけです。
電気使用のポンプとしては、1番間便な工事ですむ方式です。簡単に言えば人間がストローで水を吸うのと同じ原理です。井戸工事もポンプ取替も深井戸に比べ安価です。
浅井戸であれば電動ポンプと手動手押しポンプ同時に設置して、災害時、緊急時など停電の際にも手押しポンプにて給水可能となります。

2. 深井戸ポンプ

地表から井戸水面までの高さが8mを越える井戸からの揚水に使用するポンプです。

3. 自動給水装置用ポンプ

水道の水の出が悪いところ、断水の多いところ、又3階以上に給水する場合に使用するポンプで、一旦受水槽に水を蓄えポンプで加圧の上給水するポンプです。

4. 循環ポンプ

主として、空調関係のある温水または、冷水の循環用として使用するポンプです。

5. 海水用ポンプ

海水の循環用ポンプです。

6. 給湯加圧用ポンプ

水道水から暖房装置、給湯装置への給水加圧用として使用します。

7. 洗浄用ポンプ

溶剤等を利用し部品の洗浄用の循環用あるいは厨房用に使用します。

8. 深井戸ジェットポンプ

モーター、電装、制御部は地上で、井戸の中に吸込管、圧送管を結んだジェット部分を設置する方式です。深井戸ポンプとしては、オーソドックスな方式です。吸い上げ高さが8m〜20m位までが適用範囲です。その範囲ならば、水量も比較的得られます(高さ、用途によりモーター出力選定しますが、ジェット方式の性格上、あまり深いと水量が得られません)。新規設置時は呼び水が必要です。現在の機種は運転音がかなり低く抑えられております。また、井戸のそばに設置するのが望ましいです。インバーター方式の機種ならば省エネで、浅井戸と兼用できる機種もあります(別途部分が必要で、ジェット部分は不要です)。

9. 深井戸水中ポンプ

ポンプ部を井戸水中部に設置する方式です。かなり深い井戸でも、豊富な水量が得られます(同出力のジェットポンプの約2倍)。地上部分は非常にコンパクトな電装、制御部のみで場所をとらずジェットポンプと違い井戸から離れた場所に設置可能です。運転音が全く聞こえませんので住宅密集地でも、真夜中でも気にすることなく使用できます。効率が良いので省エネになります。砂あがりの多い井戸にはおすすめしませんが極端な砂あがりでなければ砂濾器と併用でOKです。

運転方法による分類

1. 自動式ポンプ

ポンプに圧力タンクまたはアキュームレータ、圧力スイッチを備えており、水の仕様状態に応じて、自動的に運転、停止をするポンプです。

2. 非自動式ポンプ

ポンプには圧力タンク、圧力スイッチ等がなく使用のたびにスイッチを入れて使用するか、あるいはフロートスイッチ等の制御スイッチと組み合わせて使用、機会等にセット用として使用もされるポンプです。

ポンプ形式による分類

1. うず流れ形ポンプ(ウェスコポンプ・カスケードポンプ)

円板の周囲に多数の羽根溝を持った羽根車をケーシング内でまわし、水に摩擦力を与えて揚水するポンプ。一般に高揚程少水量形のポンプです。

2. うず巻きポンプ

羽根枚数(2〜6)の羽根を持った羽根車をケーシング内でまわし、遠心力の作用で水に圧力と速度の両エネルギーを与えて揚水するポンプで、一般に低揚程多水量形ポンプです。

3. ジェットポンプ

正しくはタービンポンプとジェットポンプの組み合わせであり、タービンポンプ(うず巻きポンプの一種)の揚水の一部をジェットポンプに回しノズルから噴射し、その噴射水で周りの水を揚水するポンプで、一般に高揚程少水量ポンプです。

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