第１０話なぜポンプは揚水できるのですか? なぜ、ポンプは水を低いところから高いところへ揚げることができるのですか？ポイントポンプの中にある羽根車が回ることにより水にエネルギーを与え、ポンプのケーシングにより水の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換することによって揚水することができます。かんがい排水事業で使われる主に使われているポンプは大きく分けて、遠心ポンプ(渦巻ポンプ)（図１参照）、斜流ポンプ（図２参照）および軸流ポンプ（図３参照）の３種類があります。それぞれのポンプにより揚水する仕組みは多少異なっています。図 2 横軸斜流ポンプの構造図 1 立軸片吸込単段渦巻ポンプの構造１．遠心ポンプの場合ピザを作るとき中心を指で支えて生地を駒のように回すと、生地は遠心力で引っ張られて丸く伸びていきます。ピザの生地を水とすれば、渦巻ポンプの羽根車を回転させることによって、図 3 横軸軸流ポンプの構造ピザ生地と同じように羽根車の外周から水が高速で飛び出していくことになります(図 4 参照)。ここで、エネルギー保存の法則又はベルヌーイの定理によれば、エネルギー = 速度エネルギー + 位置エネルギー + 圧力エネルギーなる関係があるので、ケーシングに囲まれた水の速度エネルギー分が圧力エネルギーに変わって水の圧力が上がり、揚水できることになります。遠心力で水が高速で飛び出していく図 4 渦巻ポンプの仕組速度エネルギーが圧力エネルギーに変換流体の速度が速い →圧力が低くなる流体の速度が遅い図 5 単独翼の場合 →圧力が高くなる２．軸流ポンプの場合飛行機の翼は図５に示すように湾曲しています。ここで翼の周りの空気の流れを考えると、やはり、ベルヌーイの定理により、翼の背面の空気の流れは速くなり圧力は減少します。羽根車出口の流速は遅くなる →圧力が高くなる水の流れ方向羽根車出口の流速は速くなる →圧力が低くなる図 6 翼列の場合図 7 軸流ポンプの羽根車この翼が等間隔で一直線上に並べたものを翼列といいますが、この中を流体が通り抜ける時にも翼の入口部と出口付近では速度が変化するので、飛行機の場合と同様に圧力が変化します(図６参照)。軸流ポンプの円筒状の羽根車(図 7 参照)を切って広げると翼列と同じようになり、水がこの翼列を通り抜けるときの速度変化が圧力の変化となって揚水できるようになります。３．斜流ポンプの場合斜流ポンプは図８に示すように遠心ポンプと軸流ポンプの中間に位置する形式で、その特性は図８に示すように比速度１が大きくなるにしたがって、遠心的な性図 8 比速度と羽根車の形状質から軸流的な性質へと移行します。４．ポンプの効率以上述べたような仕組みでポンプにより揚水が可能となるのですが、ポンプの理論上の揚程と実際の揚程には差があり、実揚程と理論揚程の比をポンプ効率といいます。ポンプ効率は体積効率、機械効率、および水力効率から成り立っていますが、その中でも重要な水力効率２を正確に予測することは難しく、所要の揚程と吐出量が確保されているかどうかは、ポンプの納品に際して実際に検査確認する必要があります。１ポンプの特性や羽根車の形状を示すもので、次式で表される。 NS = N ⋅ Q ここで、Ns：比速度、N：回転数(rpm)、Q：吐出量(m3/min)、H：全揚程(m)。 3 H 4 ２水力効率を決めるのは、ポンプ内部の水頭損失で、①ポンプ吸込口から吐出口にわたる摩擦損失、②羽根車、ケーシングなどを流れる時の広がり損失、曲がり損失、渦による損失など、③ 羽根車羽根入口、出口における衝撃損失、などがあります。