ポンプ場

ポンプ場はポンプ室とも呼ばれ、^{[1]流体をある場所から別の場所へ移送するための}ポンプや機器を備えた公共施設です。給水、低地の排水、運河、下水処理場への排出など、さまざまなインフラシステムで重要な役割を果たしています。ポンプ場は揚水式水力発電設備の不可欠な部分です。

ポンプ場は、重力の課題を克服して水や汚水をある場所から別の場所へ移動するように設計されており、航行可能な運河の水位の維持、給水、汚水や洪水の管理に不可欠です。運河システムでは、ポンプ場は閘門の使用や漏水によって失われた水を補給し、航行性を確保します。同様に、陸上排水では、ポンプ場は海面下の地域での洪水を防ぐために水を汲み上げます。この概念は、英国のフェンズなどの場所でビクトリア朝時代に開拓されました。「パッケージ ポンプ場」の導入により排水システムが近代化され、重力排水が実用的でない地域にコンパクトで効率的なソリューションを提供できるようになりました。

水ポンプ場は、井戸からの水源、原水の汲み上げ、高サービス ポンプなどの用途によって区別され、それぞれが特定の需要予測と顧客のニーズを満たすように設計されています。一方、廃水ポンプ場は下水処理用に設計されており、信頼性と安全性を確保し、オーバーフローによる環境への影響を最小限に抑える設計になっています。ポンプ技術とポンプ場の設計における革新により、よりコンパクトで安全な水中ポンプ場が開発され、下水管理インフラの設置面積と可視性が効果的に削減されています。電子制御装置により、現代のシステムに不可欠なポンプ場の効率と監視機能が向上しました。揚水貯蔵方式は、ポンプ場の重要な用途であり、異なる標高の貯水池間で水を移動させることでエネルギーを貯蔵および生成する方法を提供し、セクター全体にわたるポンプ場の汎用性と重要性を浮き彫りにしています。

いくつかのポンプ場は、その建築的、歴史的重要性が認められており、例えばクラバートンおよびクロフトンポンプ場は博物館の名所として保存されています。オランダの土地排水、香港の給水、イラクの農業排水などの例は、これらの施設が現代のインフラ、環境管理、エネルギー貯蔵を支える上で重要な役割を果たしていることを強調しています。

運河システムのある国では、ポンプ場も頻繁にあります。運河の水門の仕組み上、船が通るたびに運河の上部から水が失われます。また、ほとんどの水門は防水ではないため、運河の上部から下部に水が漏れます。水を交換しなければ、最終的には運河の上部に十分な水が溜まらず、航行できなくなります。

運河には通常、小川や川から運河の上流部に水を流すことにより水が供給されますが、適切な水源がない場合は、ポンプ場を使用して水位を維持できます。運河ポンプ場の例として、イギリス南部のケネット・アンド・エイボン運河にあるクラバートンポンプ場があります。このポンプ場は、川の力で動く水車で駆動するポンプを使用して、近くのエイボン川から運河に水を汲み上げます。^[2]

外部から水が供給されない場合には、逆ポンプ システムを採用することができます。水は、閘門の最下部の下の運河から汲み上げられ、次の船が通過できるように閘門の上部に送り返されます。このような設備は通常、小規模です。

低地の水を排水する場合、一般的には排水溝を掘ります。ただし、その地域が海面より低い場合は、水をポンプで上方に汲み上げて水路に送り、最終的に海に排水する必要があります。

ビクトリア朝の人々は、この概念を理解し、英国でこの目的を達成するために蒸気エンジンで動く水ポンプを備えたポンプ場を建設しました。リンカンシャーでは、海抜ゼロメートル地帯にあるザ・フェンズと呼ばれる広大な湿地帯が、この方法によって肥沃な耕作地へと変貌しました。この土地は、もともとこの土地を形成した 堆積泥の蓄積により、栄養分に富んでいます。

他の地域では、漏水や洪水により低地に流れ込んだ水を排出するためにポンプ場が使用されています（たとえば、 ニューオーリンズ）。

最近では、「パッケージ ポンプ ステーション」が排水システムを設置する効率的で経済的な方法を提供しています。これは、重力による排水が不可能な地域からの表面水、廃水、下水などの液体を機械的に収集してポンプで汲み上げるのに適しています。

パッケージ ポンプ ステーションは、プレキャスト コンクリート、ポリエチレン、ガラス強化プラスチックなどの頑丈で耐衝撃性のある材料で作られたハウジングに組み込まれた統合システムです。ユニットには、地面に設置できるように事前に組み立てられた内部配管が取り付けられており、その後、水中ポンプと制御機器が取り付けられます。機能には、完全自動操作用の制御、ポンプが故障した場合の高レベル アラーム表示、およびメンテナンスのためにポンプを簡単に取り外せるようにするためのガイド レール/自動カップリング/台座システムが含まれる場合があります。

従来の現場で構築されるシステムでは、バルブ ボールト コンポーネントが別の構造に設置されています。2 つの構造コンポーネントがあると、コンポーネント間の不均一な沈下によりパイプやコンポーネント間の接続にストレスがかかり、故障するなど、現場で深刻な問題が発生する可能性があります。パッケージ化されたポンプ ステーション システムの開発により、すべてのコンポーネントが 1 つのハウジングに統合され、不均一な沈下の問題が解消されるだけでなく、設置前に各ユニットを事前に配管して装備することで、土木工事と現場作業にかかるコストと時間を削減できます。

水ポンプ場は、ピーク時の流量を考慮して規模を決める必要がない点で廃水ポンプ場と区別されます。5つの一般的なカテゴリがあります。^[3]

• 井戸などの水源ポンプから高架タンクに排水する
• 川や湖から汲み上げた原水
• 高架タンクへのインラインブースターポンプ
• 処理水を高圧で高サービスポンプで汲み上げる
• 配管システムに貯蔵タンクのない分散型システムブースター

水ポンプ場は、需要または予測される需要が合理的に定義され、顧客のニーズと消火流量要件の組み合わせに依存する地域に建設されます。1人当たりの年間平均水消費量、ピーク時、および1日の最大消費量は、気候、所得水準、人口、住宅、商業、工業の利用者の割合などの要因によって大きく異なります。^[3]

下水収集システムのポンプ場は通常、地下の重力パイプライン（液体が重力で一方向に流れるように傾斜したパイプ）から供給される未処理下水を処理するように設計されています。下水は、一般にウェットウェルと呼ばれるピットに供給され、貯蔵されます。井戸には、存在する下水のレベルを検出するための電気機器が装備されています。下水レベルが所定のポイントまで上昇すると、下水がかなりの距離輸送されている場合は、下水圧送管と呼ばれる加圧パイプシステムを通じて下水を持ち上げるためにポンプが始動します。ポンプが近くの重力マンホールに単に排出する場合、ポンプ場はリフトステーションと呼ばれることがあります。 ^[4]ここから、下水が目的地（通常は処理場）に到達するまで、サイクルがすべて繰り返されます。この方法では、ポンプ場を使用して廃棄物をより高い標高に移動します。井戸への下水流入量が多い場合（たとえば、ピーク流量期間や雨天時）は、追加のポンプが使用されます。これが不十分な場合、またはポンプ場が故障した場合、下水道システムの逆流が発生し、下水道の溢れ、つまり未処理の下水が環境に排出される可能性があります。

下水ポンプ場は通常、1 台のポンプまたは 1 セットのポンプで通常のピーク流量に対応できるように設計されています。システムには冗長性が組み込まれているため、1 台のポンプが使用不能になった場合でも、残りのポンプが設計流量に対応します。「ポンプオン」と「ポンプオフ」の設定間のウェット ウェルの貯留容量は、ポンプの起動と停止を最小限に抑えるように設計されていますが、ウェット ウェル内の下水が腐敗するほど長い滞留時間ではありません。

汚水ポンプは、ほとんどの場合、オープンインペラ付きの端面吸引遠心ポンプで、ゴミによる詰まりや糸状のゴミがインペラに巻き付くのを防ぐために、大きなオープン通路を備えた特別設計になっています。通常、4 極または 6 極の AC 誘導モーターがポンプを駆動します。大きなオープン通路を提供する代わりに、一部のポンプ (通常は小型汚水ポンプ) は、汚水中の固形物を細かく砕いてインペラを通り抜けやすくします。

下水ポンプ場の内部は非常に危険な場所です。ウェット ウェルにはメタンや硫化水素などの有毒ガスが蓄積される可能性があり、不用意に井戸に入るとすぐに煙で酔ってしまいます。ウェット ウェルに入るには、危険な環境に適した閉鎖空間への正しい進入方法が必要です。立ち入りの必要性を最小限に抑えるため、施設は通常、ポンプやその他の機器をウェット ウェルの外部から取り外せるように設計されています。

従来の下水ポンプ場には、ウェット ウェルと「ドライ ウェル」の両方が組み込まれています。これらは、多くの場合、内部の仕切りによって分離された同じ構造です。この構成では、ポンプはドライ ウェルの基部の地面より下に設置されるため、ポンプの始動時に入口が水面より下になり、ポンプをプライミングして、利用可能なNPSHを最大化します。ウェット ウェル内の下水から名目上は隔離されていますが、ドライ ウェルは地下の密閉空間であり、立ち入る際には適切な予防措置が必要です。さらに、ポンプまたは配管の故障や漏れにより、下水が直接ドライ ウェルに排出され、完全に浸水することも珍しくありません。その結果、電気モーターは通常、ウェット ウェルのオーバーフロー、つまり上水面より上、通常は地面より上に取り付けられ、延長された垂直シャフトを介して下水ポンプを駆動します。地上のモーターを天候から保護するために、通常は小型のポンプ ハウスが建設され、電気スイッチギアと制御電子機器も組み込まれています。これらは、従来の下水ポンプ場の目に見える部分ですが、通常は地下の湿式井戸や乾式井戸よりも小さいです。

より現代的なポンプ場は、ドライ ウェルやポンプ ハウスを必要とせず、通常はウェット ウェルのみで構成されています。この構成では、密接連結された電動モーターを備えた水中汚水ポンプがウェット ウェル自体に取り付けられ、下水に沈められます。水中ポンプは 2 本の垂直ガイド レールに取り付けられ、恒久的に固定された「ダックフット」に密閉されます。この「ダックフット」は、排出パイプのマウントと垂直ベンドの両方を形成します。メンテナンスまたは交換の場合、水中ポンプはチェーンでダックフットから持ち上げられ、2 本のガイド レールをメンテナンス レベル (通常は地上) まで持ち上げられます。ポンプを再設置するには、このプロセスを逆に行うだけで、ポンプをガイド レールに再取り付けし、ダックフットに降ろして、ポンプの重量で再び密閉します。モーターは密閉されており、天候の心配がないため、電気スイッチギアと制御システムを収容する小さなキオスクを除いて、地上構造物は必要ありません。

健康や安全に関する懸念が大幅に軽減され、設置面積と視認性も小さくなったため、水中ポンプ式下水ポンプ場は従来の下水ポンプ場にほぼ完全に取って代わりました。さらに、従来のポンプ場の改修には通常、ウェット ウェルに水中ポンプを設置し、ポンプ ハウスを解体し、ドライ ウェルを剥ぎ取るか内部の仕切りを壊してウェット ウェルと統合することで、ポンプ場を最新のポンプ場に改造することが含まれます。

ポンプ製造業者は、常にポンプ場を制御および監視するための電子機器を設計および製造してきました。今日では、そのような作業にプログラマブル ロジック コントローラー(PLC) またはリモート ターミナル ユニット(RTU) を使用することも非常に一般的ですが、特定の問題を解決するために必要な経験により、特定のポンプ コントローラーを探すことが簡単に選択されます。RTU は、SCADA (監視制御およびデータ収集) システムを備えた中央制御室から各ポンプ場をリモート監視するのに非常に役立ちます。この設定は、ポンプの障害、レベル、その他のアラームやパラメーターを監視するのに役立ち、より効率的になります。

揚水発電方式は、異なる標高の貯水池間で水を移動させることにより、ピーク時の需要に応えるために電力を貯蔵・生産する発電所の一種です。

通常、水は高位の貯水池から低位の貯水池に、発電用のタービン発電機を通して送られます。これは発電所が発電を必要とするときに行われます。夜間など需要の少ない時間帯には、発電機は逆回転してポンプとなり、水を上部の貯水池まで戻します。

世界中には数え切れないほど多くのポンプ場があります。以下は、この百科事典に記載されているポンプ場の一覧です。

英国では、ビクトリア朝時代に、公共の建物に非常に凝った装飾を施すことが流行しました。その結果、かなりの数の旧ポンプ場が登録され、保存されています。そのほとんどは元々蒸気動力で、蒸気機関が今もそのまま残っている場所では、その多くがその後、博物館の見どころとして再オープンしています。

• クラバートン揚水所、ケネット・エイボン運河沿い、バース近郊、水力
• コブのエンジンハウス、ネザートントンネルの南入口近くの廃墟
• ケネット・アンド・エイボン運河沿い、グレート・ベドウィン近くのクロフトン揚水所
• ダービーシャーのクロムフォード運河沿いにあるリーウッドポンプハウス
• スメスウィックエンジン、現在は元の場所からバーミンガムシンクタンクに移設されている。
• ニュー スメスウィック ポンプ場 (現在はガルトン バレー運河遺産センターの一部)

井戸から貯水池に水を汲み上げるのに使われる

• ベストウッドポンプ場、ノッティンガムシャー
• ノッティンガムシャー州、ボートンポンプ場
• ブラッチポンプ場、スタッフォードシャー
• スタッフォードシャーのミル・ミース揚水機場
• パップルウィック揚水所、ノッティンガムシャー（200フィート（61メートル）の深さの井戸から汲み上げ）
• セリーオークポンプ場、バーミンガム（変電所に改造された建物）
• トワイフォードポンプ場、ハンプシャー

• ワッピング水力発電所、ロンドン（電気に転換され、現在はアートセンターとレストランになっています）

• ピンチベック エンジン、スポルディング近郊(ビーム エンジンとスクープ ホイールが保存されている)
• リンカンシャー州スポルディング近郊の ポデホールポンプ場（以前は蒸気ビームエンジンでしたが、現在は存在しません）
• プリックウィロー エンジン ハウス、ケンブリッジシャー州イーリー 近郊(現在はフェンランド排水博物館)
• ストレサム オールド エンジン、ストレサム、ケンブリッジシャー
• ウェストンゾイランドポンプ場、サマセット

貯水池から給水システムに飲料水を汲み上げるために使用されます。

• ブラグドンポンプ場、チューバレー、サマセット
• エッジバストン水道局、バーミンガム
• ケンプトン パーク ポンプ場、ロンドン
• キュー ブリッジ ポンプ場、キュー ブリッジ、ロンドン
• ラングフォードポンプ場（「電力博物館」）、エセックス
• ライホープエンジン博物館、サンダーランド
• ティーズ コテージ ポンプ場、ダーリントン

• アビーポンプ場、レスター
• 北ロンドンのアビー ミルズ ポンプ場。(蒸気機関はもう存在しません)
• チェダーズ レーン ポンプ場、ケンブリッジ
• クレイミルズポンプ場、バートン・アポン・トレント近郊
• コールハムポンプ場、コールハム、シュルーズベリー近郊
• 南ロンドンのクロスネスポンプ場
• ドック ロード エドワード ポンプ場、チェシャー州ノースウィッチ(ガス エンジン。1913 年建設)
• ローホールポンプ場、ウォルサムストウ、北ロンドン
• マークフィールド ビーム エンジン、トッテナム、ロンドン
• オールドブルックポンプ場、チャタム、ケント

• ブルネル エンジン ハウス(現在はブルネル博物館)、ロザーハイズ、イースト ロンドン(テムズ トンネルから水を汲み上げていたが、エンジンは現存しない)
• ショア ロード ポンプ場、バーケンヘッド、ウィラル(元々は蒸気でしたが、現在は電気です。マージー川の下の鉄道トンネルから水を汲み上げます)

公共水道

• 香港旧ポンプ場エンジニア事務所

農業排水

• ナシリヤ排水ポンプ場、ディーカール県

• ハミルトン蒸気技術博物館、オンタリオ州ハミルトン初の水道施設。1859 年製の蒸気機関 2 基で稼働。

土地の排水

• クルキウスポンプ場 (稼働中だが、蒸気動力ではない。)

  世界最大のシリンダー（直径144インチ（3.5メートル））を備えた8ビームのコーニッシュエンジン。

• ir.DF Woudagemaal、（ir. Wouda ポンプ場）（世界最大の蒸気動力ポンプ場）

• バルセロナの公共給水所。そのうちの一つはバルセロナ市歴史博物館の文化遺産（MUHBA Casa de l'aigua）です。^[5]もうひとつは博物館で、Museu Agbar de les Aigües（アグバール水博物館）です。^[6]

• シカゴのシカゴアベニューポンプ場は1869 年に建設され、現在も (最新のポンプを備えて) 使用されていますが、劇場としても機能しています。
• カリフォルニア州サンフランシスコ市にあるサンフランシスコ消防署補助給水システム第2ポンプ場は、国家歴史登録財に登録されています。

• エドモンストン揚水プラント
• ゲートハウス（水道施設）  - 一部のゲートハウスにはポンプ場が併設されている
• 水中ポンプ
• 水の汲み上げ
• 風力ポンプ

• コルンバレー水道鉄道、イーストベリーポンプ場、ワトフォード近郊
• グレーター・ウィニペグ水道局鉄道
• イギリスの水処理および下水処理施設における狭軌鉄道の一覧
• メトロポリタン ウォーター ボード鉄道、ケンプトン パーク、ロンドン

ウィキメディア・コモンズには、ポンプ場に関連するメディアがあります。

• パッケージポンプステーション - 定義と用途
• ポンプ場に適したポンプの選び方
• パッケージポンプステーションのメンテナンス方法
• プリックウィロー博物館
• 下水ポンプ場の費用はいくらですか