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ポンプ場（ポンプハウスとも呼ばれる） [ a ]は、流体をある場所から別の場所へ送るためのポンプや設備を備えた公共施設です。給水、低地の排水、運河、下水処理場への下水輸送など、さまざまなインフラシステムにおいて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、重力による水の流れの妨げを克服し、水や下水をある場所から別の場所へ移送するために設計されており、航行可能な運河の水位維持、給水、下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充し、航行性を確保します。同様に、陸上排水においても、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、英国のフェンズ地方などでビクトリア朝時代に初めて導入されました。「パッケージ型ポンプ場」の導入により排水システムが近代化され、重力排水が現実的でない地域でもコンパクトで効率的な解決策が可能になりました。
給水ポンプ場は、井戸からの取水、原水揚水、高圧揚水など、用途によって分類され、それぞれ特定の需要予測と顧客ニーズを満たすように設計されています。一方、下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、溢水による環境への影響を最小限に抑えるように設計されています。ポンプ技術とポンプ場設計の革新により、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視認性を効果的に低減しています。電子制御装置は、ポンプ場の効率性と監視機能を向上させ、現代のシステムに不可欠なものとなっています。揚水発電はポンプ場の重要な用途の一つであり、異なる標高にある貯水池間で水を移動させることでエネルギー貯蔵と発電を行う方法を提供し、ポンプ場の多用途性と様々な分野における重要性を際立たせています。
クラバートン揚水場やクロフトン揚水場など、建築的・歴史的に重要な意義を持つ揚水場は、博物館として保存されている。オランダの土地排水、香港の給水、イラクの農業排水といった事例は、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極めて重要な役割を果たしていることを示している。
運河網を持つ国々では、揚水ポンプ場も頻繁に見られます。運河の水門システムの仕組み上、船舶が通過するたびに運河の上流部から水が失われます。また、ほとんどの水門は完全防水ではないため、運河の上流部から下流部へ水が漏れ出します。この水は補充しなければ、最終的には運河の上流部の水位が航行に必要な水量を維持できなくなります。
運河は通常、小川や川から水を運河の上流部に導水することによって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することができます。運河ポンプ場の例としては、英国南部のケネット・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、近くのエイボン川から運河に水を汲み上げ、川の水力で動く水車によって駆動されるポンプを使用しています。[ 1 ]
外部からの給水が利用できない場合は、逆揚ポンプシステムが用いられることがある。水は一連の閘門の最下部より下流の水路から汲み上げられ、次の船が通過できるよう最上部までポンプで送り返される。このような設備は通常、小規模である。
低地の排水を行う一般的な方法は、排水溝を掘ることです。しかし、海面下の地域の場合は、水をポンプで汲み上げて水路に流し込み、最終的に海に排水する必要があります。
他の地域では、漏水や洪水によって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る（例えばニューオーリンズなど）。
近年では、「パッケージ型ポンプステーション」が、効率的かつ経済的な排水システム設置方法として注目されています。これは、重力による排水が不可能な場所から、地表水、廃水、下水などの液体を収集・汲み上げるための、建物の設備配管などに適しています。
パッケージ型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、ガラス繊維強化プラスチックなどの強度と耐衝撃性に優れた素材で作られた筐体に収められた一体型システムです。ユニットには内部配管が取り付けられた状態で供給され、設置準備が整った状態で地面に埋設されます。その後、水中ポンプと制御装置が取り付けられます。機能としては、全自動運転のための制御装置、ポンプ故障時の高水位警報表示、そしてメンテナンスのためにポンプを容易に取り外せるようにするためのガイドレール／自動連結／台座システムなどが含まれる場合があります。
従来型の現場施工システムでは、バルブ室の構成要素が別個の構造物に設置されていました。構造物が2つあると、構成要素間の沈下が不均一になり、配管や接続部にストレスがかかり、破損するなど、現場で深刻な問題が発生する可能性があります。パッケージ型ポンプステーションシステムの開発により、すべての構成要素が1つの筐体に統合され、沈下不均一の問題が解消されるだけでなく、設置前に各ユニットの配管や設備を事前に設置できるため、土木工事や現場作業にかかるコストと時間を削減できます。
給水ポンプ場は、ピーク流量の高値を考慮して設計する必要がないという点で、下水ポンプ場とは区別されます。給水ポンプ場には、5つの一般的なカテゴリがあります。[ 2 ]
給水ポンプ場は、需要または予測需要が合理的に定義され、顧客のニーズと消火用水量の要件の組み合わせに依存する地域に建設されます。年間平均一人当たり水消費量、ピーク時間、および最大日流量は、気候、所得水準、人口、住宅、商業、産業ユーザーの割合などの要因により大きく変動する可能性があります。[ 2 ]
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（液体が重力によって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の下水を処理するように設計されています。下水はピットに供給され、一般にウェットウェルと呼ばれる場所に貯蔵されます。ウェルには、存在する下水のレベルを検出するための電気計器が備えられています。下水レベルが所定のポイントまで上昇すると、ポンプが起動され、下水をかなりの距離輸送する場合は、加圧パイプシステムである下水圧送管を通して下水を上方に汲み上げます。ポンプが近くの重力マンホールに排出するだけの場合は、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。 [ 3 ]ここから、下水が目的地（通常は処理場）に到達するまで、サイクルが最初から繰り返されます。この方法で、ポンプ場は廃棄物をより高い場所に移動させるために使用されます。ウェルへの下水流量が多い場合（たとえば、ピーク流量時や雨天時）には、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、下水道システム内で逆流が発生し、汚水が環境中に放出される下水溢流につなが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組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おり、いずれかのポンプが故障した場合でも、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」の間のウェットウェルの貯水容量は、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にはなっていません。
汚水ポンプは、ほとんどの場合、開放型インペラを備えたエンドサクション遠心ポンプであり、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、大きな開口部を持つように特別に設計されています。ポンプは通常、4極または6極の交流誘導電動機によって駆動されます。大きな開口部を持つ代わりに、一部のポンプ、特に小型の汚水ポンプは、汚水中の固形物を粉砕して、インペラをより容易に通過できる小さな破片に分解します。
下水ポンプ場の内部は非常に危険な場所です。メタンや硫化水素などの有毒ガスが湿槽内に蓄積する可能性があり、適切な装備なしに湿槽に入ると、すぐに有毒ガスに中毒してしまいます。湿槽への立ち入りには、危険環境における適切な密閉空間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、通常、ポンプやその他の機器は湿槽の外側から取り外せるように設計されています。
従来の汚水ポンプ場は、湿式ポンプ室と「乾式ポンプ室」の両方を備えています。多くの場合、これらは内部の仕切りで区切られた同一の構造物です。この構成では、ポンプは乾式ポンプ室の底部の地表より下に設置され、ポンプ始動時に吸込口が水位より下になるようにすることで、ポンプの呼び水と利用可能なNPSHの最大化を図っています。乾式ポンプ室は湿式ポンプ室の汚水とは名目上隔離されていますが、地下の密閉空間であるため、立ち入りには適切な予防措置が必要です。さらに、ポンプや配管の故障や漏水が発生すると、汚水が乾式ポンプ室に直接流れ込み、完全に浸水してしまうことも珍しくありません。そのため、電動モーターは通常、湿式ポンプ室の溢水面、つまり最上水位より上、通常は地表より上に設置され、延長された垂直シャフトを介して汚水ポンプを駆動します。地上に設置されたモーターを風雨から保護するため、通常は小型のポンプ室が建設され、そこには電気開閉装置や制御電子機器も設置されています。これらは従来型の汚水ポンプ場の目に見える部分ですが、通常は地下にある湿式および乾式ポンプ井戸よりも小さいです。
より近代的なポンプ場は、ドライウェルやポンプ室を必要とせず、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、密接に結合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内に設置され、汚水中に沈められます。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」に密着します。このダックフットは、ポンプの取り付け部と、吐出管の垂直方向の曲がり部を兼ねています。メンテナンスや交換の際には、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本のガイドレールに沿ってメンテナンスレベル（通常は地上）まで上げられます。ポンプの再設置は、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び取り付け、ダックフットに降ろすと、ポンプの自重で再び密着します。モーターは密閉されており、天候の影響も受けないため、電気開閉装置と制御システムを収容する小型のキオスクを除いて、地上構造物は必要ありません。
健康と安全上の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ことから、水中ポンプ式下水ポンプ場は、従来の下水ポンプ場をほぼ完全に置き換えています。さらに、従来のポンプ場の改修では、通常、湿式ポンプ室に水中ポンプを設置し、ポンプ室を解体し、乾式ポンプ室を撤去するか、内部の仕切りを取り外して湿式ポンプ室と統合することで、近代的なポンプ場に改造します。
ポンプメーカーは、ポンプ場の制御と監視を行うための電子機器を常に設計・製造してきました。今日では、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）やリモートターミナルユニット（RTU）をこうした用途に使用することも一般的ですが、特定の課題を解決するために必要な経験から、特定のポンプコントローラを探す方が賢明な選択となる場合もあります。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遠隔監視するのに非常に役立ちます。この構成は、ポンプの故障、水位、その他のアラームやパラメータを監視するのに役立ち、より効率的な運用を実現します。
揚水発電とは、標高の異なる貯水池間で水を移動させることで、電力を貯蔵・発電し、ピーク時の電力需要に対応する発電所の一種である。
通常、発電所では、発電が必要な時に、高水位貯水池から低水位貯水池へ水がタービン発電機を通して送られます。夜間など電力需要が少ない時間帯には、発電機は逆回転してポンプとなり、水を高水位貯水池へと戻します。
世界中には数え切れないほどのポンプ場が存在する。以下は、この百科事典で紹介されているポンプ場の一覧である。
英国（および他の多くの国）では、1830年代から1920年代にかけて建設された給水ポンプ場は、産業化によって引き起こされた都市衛生危機における社会的重要性を反映した、華麗で格式高い建築様式を持つ公共建築物として扱われました。その結果、かなりの数の旧給水ポンプ場が登録され、保存されています。ほぼすべてが大型蒸気機関で稼働していました。保存された蒸気機関がそのまま残っている多くの場所は、その後博物館のアトラクションとして再開されました。[ 4 ]
井戸から貯水池へ水を汲み上げるために使用される
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る。