「ポンプコラム」カテゴリーアーカイブ

ポンプのエア噛みの原因を探す

ポンプを吸上げにより使用するときにエア噛みを誘発しやすいです。

水面より上に吸込み口があるポンプの設置方式を「吸上げ」といいます。
ポンプ 吸上げ 説明図

逆に水面より下にポンプの吸込み口がある設置方式を「流込み」といいます。
ポンプ 流込み 説明図

吸上げの場合のトラブルの多くは、エアーが噛んで「吸上げない」ということにつきると思います。
本来であれば施工時に十分配慮して施工計画を行い工事を実施すればよいのですが、
改修が続いたりすると、今までは問題なかったはずが、ダメになったということは多く発生しています。

  1. チャッキ弁・フート弁の不具合を確認
  2. まずは、逆流を防止している、チャッキ弁、フート弁が機能しているか?確認しましょう。
    ポンプ停止時に耳を配管に当てて水の逆流音が聞こえなければ問題ないです。
    チャッキ弁が横向きや逆さ、斜めなど、に設置されていませんか?
    この場合、「時々」落水することがあります。正しい向きに設置します。
    チャッキ弁の正しい設置方向 説明図

    フート弁などはきっちりと縦向きに取り付けます。少しでも斜めになっていると落水する可能性があります。

  3. 配管途中に鳥居配管がないか?
  4. ポンプ吸込み側 鳥居配管 説明図

    鳥居配管とよばれる経路が吸込み経路途中にあると、エアー溜まりができて吸上げ不良になることがあります。

  5. チャッキが複数ついていないか?
  6. ポンプ吸込み側にチャッキが複数ついていると吸込みにくくなり、やはり吸上げ不良となりやすいです。
    ポンプ吸込み側 複数のチャッキ弁設置は吸込み不良を起こしやすくなります
    この図の場合は一番下のフート弁以外のチャッキ弁2個は不要です。撤去します。

  7. 複雑な経路となっていないか?
  8. エルボ(曲がり)が多くないか?これも吸込みにくくなる要因です。
    極力少ないに越したことはありません。
    3個程度ならまったく問題ないですが、6個、7個とむやみやたらに多いのは問題です。
    ポンプ 吸上げ のエルボ個数が多いとエアが抜けにくくなりエア噛みを誘発します
    できる限り少なくします。

  9. 配管が下り勾配となっていないか?
  10. ポンプに向かって配管の勾配が低くなっている場合もエア溜まりができて
    吸上げ不良となります。この原因は結構多いです。厳密にレベルで当たることをお勧めします。
    ポンプ吸込み配管の勾配不良
    また異径管が接続されている場合には偏心異型管が必要です。

  11. 2台のポンプで1本の配管から吸上げしていないか?
  12. 吸込み配管を途中で分岐していると分岐側からエアを吸込むことがあります
    ポンプ吸上げ時に吸込み配管を共用するとエア噛みしやすくなります

  13. 配管の距離が適切か?

吸込み側の距離が長かったり吸上げ高さが高かったりすると、吸上げ不良となります。
また水温が高くなるほど吸上げにくくなります。

圧力タンクレス 給水ユニット

※現在メーカーが倒産したためこの商品はありません。

給水ポンプには通常「圧力タンク」というものが付いています。アキュムレーターと呼ぶこともあります。

この、圧力タンクというのは中にゴム風船が入っている様な構造になっていてます。(このゴム風船を「プラダ」といいます)
上の注入口から空気を補充しておいて、定めた圧力にしておきます。(車のタイヤと同じ感じです)

この空気圧は6ヶ月に1度の点検がメーカーから指針としてでています。

そして、ポンプが起動した時に急激に水圧が変動しないようタンク内で吸収しています。

ところがこれが曲者で、このゴムが破損するといろいろな不具合を併発します。

故障するとポンプの起動停止が頻繁になり(チャタリングといいます)、マグネットスイッチ・モーターに負担がかかり、起動停止に伴う音もうるさいです。
また、水栓での圧力変動も大きくなります。

寿命としては、3年(かなり短いですが実際にあります)〜7年ぐらいで破損する事が多く
大型の圧力タンクほど交換費用も高くなります。(下の写真のものは定価で10万くらいします)
エバラ 圧力タンク 40L

※荏原製の39Lの圧力タンクは小型の10L圧力タンクを3連並べて(写真下)使用する方式となりました。3個に分かれているのでリスクヘッジができていると言えるでしょう。
エバラ 圧力タンク 3連

ところが、そんな圧力タンクなどいらない給水ポンプがあります。

山製作所 給水ポンプユニット
これがその圧力タンクレス給水ポンプ!!
佐山製作所の商品です

圧力タンクレスによるメリットはいっぱいあります。

  • メリット
    • 圧力タンクが故障しない。(あたりまえですが重要な事です)
    • 省スペース(結構な省スペースになると思います)
    • 圧力タンクレス化に伴い、常にポンプを運転している為レスポンスが良い

  • デメリット
    • 圧力タンクレス化に伴い、常にポンプを運転している為電気代がかかる(1.6kwのもので年間1000円くらい)

  • インバーターの水冷化
  • これは荏原でもやっていますが、空冷方式だとファンの寿命により(2.5万時間くらい)ファンが故障するとすぐにインバーターも故障しますので、良さそうな方式です。

  • モーターの水冷化
  • モーターを水冷とすることで、モーター音も抑えています。

  • 省スペース
  • また、装置が縦型で省スペースに作られているので、設置場所が限られた都市部のビル・マンションなどでも有効に使えそうです。

※現在メーカーが倒産したためこの商品はありません。

マグネットスイッチ(電磁開閉器)の仕組み 春日電機 MUF10-4

ポンプの制御にはマグネットスイッチを使用しているものが一般的です。
これは、ポンプの起動には大電流が流れる為、機械的にスイッチをON/OFFさせているものです
※最新のポンプ制御盤ではマグネットスイッチに変わり「ソリッドステートコンタクタ」と呼ばれる電気的に接点をON/OFF出来る物が使用されているものもあります。
今回の部品は春日(http://www.kasuga.jp/)製のMUF10-4です。その他、三菱、ナショナル、富士電機、東芝などのメーカーからも発売されています。
KASUGA MUF10-4
写真1

これがマグネットスイッチ(電磁開閉器)です。上側がコンタクタ(電磁接触器)、下側がサーマルスイッチから成り立っています。上側を間違えてマグネットスイッチと呼んだりする場合もありますが、正式には上記の通りの呼び名です。今回はこのコンタクタを見ていきます。仕組みとしては、A1とA2の端子にAC200Vの電圧をかけるとコイルに電気が流れ、磁石のついたスイッチを「ガチャ」っと動かしてスイッチがONになります。ガチャッと「機械的」にスイッチが入るわけです。

MUF10-4 接点 摩耗状態の確認
写真2

表面カバーを取外し接点部を確認している写真です。ポンプ点検ではこのように接点の上側、下側が磨耗していないかを確認します。接点に損傷があったり、厚みが1/2程度になった場合は交換です。

マグネットスイッチ 接点
写真3

実際に下側の接点を取り外して見ました。一番右側は使用していない接点の為、きれいなままなのが確認できます。

接点 稼働側
写真4

接点上側のユニットを外した状態です。上側の接点も傷んでいるのが確認できるかと思います。下側の灰色の部分が磁石部分です。

コンタクタ コイル
写真5

マグネットスイッチの下の部分です。右上のネジがA1、左下がA2端子になっています。

コイル
写真6

コイルを取り外してみました。このコイルに電気が流れ、電磁力により磁石部を動かします。

MUF10-4 部品一覧
マグネットスイッチは接点の磨耗により、スイッチONの際、1箇所のみスイッチの入りが遅かったりすると、欠相となりブレーカーが落ちたり、劣化により接点がくっついたままだったり、という症状が考えられます。本体を触ってみて、振動が感じ取れるようであれば、劣化の兆候です。

また圧力タンクの故障などでインチング運転(ポンプの入り切りが激しい状態)になると接点劣化に拍車がかかります。故障の際はすぐ断水になりますので(機種により2台交互運転で片側運転に切り替わるものもあります)劣化の際はすぐ交換したほうが良いでしょう。

テラルNX給水ポンプユニットの旧型SX型からの変更点

テラルの給水ポンプユニット形式がSX型からNX型へと変更になり
インバーター給水ポンプユニットもNX-VFC型へと一新されました。
メーカーのカタログを入手しましたので何が変わったか追っていきます
テラル NX-VFC
新型 NX-VFC
テラル SX-VFC
旧型 SX-VFC

外観上の大きな変更は制御盤の位置が変更になった点です。
またフロースイッチが付くことになりました。ポンプユニット比較で旧型と新型を比べてみます。

メーカー名/品番 重量(kg) 奥行(mm) 幅(mm) 高さ(mm) 最大給水量
(L/min)
吐出揚程
設定範囲
(m)

騒音値
(dB(A))

テラル 新型
NX-VFC502-2.2D
97 662 560 575 380 18〜42 56
テラルキョクトウ 旧型
SX-VFC502-2.2D
114 705 660 530 380 19〜36 56
エバラ
50BNAMD2.2A
119 555 780 541 380 20〜31 56
川本製作所
KF2-50A2.2
141 535 910 520 360 20〜32 54

重量が大幅に減ってます。17kgの軽量化です。施工性が上がります。

また、高さが45mm高くなってます。幅と奥行きがその分小さくなっています。

設置場所として高さ制限がある現場が多いので、高さが高くなると使用できる現場が限定されるかもしれません。
他メーカーに比べテラルは高さが低かったので使用していた現場がありました。
吐出揚程の最大値が高くなっているのでポンプの能力も上がっていると思います。
また既存の基礎が小さい場合(たとえば600*600mm程度)はテラルしか載らないというような現場もあります。

個人的には制御盤の整備性があがっているのと、重量が軽くなっているのがうれしいところです。

サーマルスイッチの仕組み 春日電機 MUF10-4 HRD-010編

サーマルスイッチとはモータが過負荷(回転が重くなること)となった時にコイルが焼損するのを防止するスイッチです。写真のものは春日電機 MUF10-4、荏原製作所の給水ポンプで使用されていたマグネットスイッチです。
kasuga HRD-010 サーマルスイッチ
マグネットスイッチの下の部分(赤丸の部分)をサーマルスイッチといいます。

早速、取り外して分解してみてみます。
春日電機 サーマルスイッチ 仕組み1
モータへの電気はAからBへ向かって流れます。コイルに電流が流れることによって熱が出ます。

春日電機 サーマルスイッチ 仕組み2
このコイル部分の電流が増えると熱が発生し、コイルが巻いてあるバイメタルが伸びて下の板を矢印の方向に押します。すると、Cのラッチ部分が外れます。

春日電機 MUF10-4サーマルスイッチ 仕組み3
Dの接点(スイッチ)が右から左に動いて、回路が切り替わります。この状態が「サーマルトリップ」または「サーマルが作動した」という状態です。

サーマルスイッチの正常な状態
通常はこのスイッチが沈んでいますが、

サーマルトリップのトリップ状態
サーマルスイッチが作動すると(過負荷になると)飛び出ます。飛び出ているときは過負荷になったということです。このスイッチが飛び出ているかで異常を判断します。スイッチが切れることでコンタクタを遮断します。サーマルスイッチ自体ではモータ電路の遮断ができません。

サーマルスイッチ 設定値
このダイヤルで電流値を決めます。モータの定格電流値+アルファ(ちょっとだけ)の値が良いでしょう。この値以上の電流が流れるとサーマルスイッチが作動します

マグネットスイッチとサーマルスイッチの関係
サーマルスイッチはコンタクタのON/OFFを制御している回路の途中に入っています。
サーマルスイッチが作動するとこの回路を切断させるので、マグネットスイッチがOFFになるというわけです。

サーマルスイッチが作動した場合に考えられるのはモータの過負荷です。
ポンプの羽に異常があったり、軸受け(ベアリング)に異常があったりすると回転が重くなり(手で廻せない位になります)電流が大量に流れ(過電流・過負荷)、サーマルスイッチが作動します。こんなときは2台運転であれば、応急的に片側運転にして、すぐにポンプの修理もしくは交換をしましょう。またコンタクタの接点不良時にも作動する場合があります。その場合はコンタクタの交換が必要です。

※H25.4.1
下記新しく記事を書きました。
ポンプで使用されるサーマルスイッチ 三菱 TH-N20

※H26.7.25
写真を撮りなおしました。加筆修正しました。