大形排水ポンプ

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概

農林省東京農地事務局の印旛沼,手賀沼干拓建設事業所で建設した印旛排水機場の,排水ポンプおよび電気設 備が,このほど日立製作所から納入された｡このポンプ容量ほ日本記録であるのみならず,立形ポンプの直並 列運転という点でまったく新しい構想のものであり っている｡

l.緒

日 印旛沼ほ千葉県北部にあり,大体英字のW形をして いてその両横は2,600ヘクタールである｡平時は北方 を流れる利根川に注いでいるが,降雨などにより利棍 川が増水すると排水できず,周辺に大きな被群を及ぼ していた｡この沼の山LIにポンプを置き排水をよくす るとともに,沼を干拓して耕地を造成することが印旛 沼干拓建設事業の目的である｡農林省としては昭和21 年からこの事業に着手し,当初は千葉県の検見川まで 水路により排水する計画で,その作業は現在でも進行 中であるが昭和29年頃より,早急に実効をあげるため ポンプを設置して直接利根川に排水する計画が具体化 し,昭和30年から正式に発足した｡ ポンプ排水においては,まずポンプ容最を決定しな ければならない｡給排水景ほ過去の統計から算出でき るが,全体を何台で排水するかについてほ種々問題がある｡揚程も 統計から推定できるが,利根川の水位変化の幅が大きいのでこれを いかに能率よくポソプ排水するかについては種々議論があった｡農 林省では先に手賀沼干拓事業において2台のポンプを1組とするi在 並列切換運転で揚程の問題を解決したので,今回もその例にならう こととした｡利限川の水位はYP(東京湾平均潮位)2.3mからYP 9.02mまで変化する｡これに対し沼側の水位をYPl.5mからYP 3.Omに保つことにするから,実揚程ほ最低Om,最高6.02mとな る｡ポンプの形式としては可動巽軸流ポンプを採用することとし, この揚程範囲を2台のポンプの直並列切換運転で排水するため,1 台のポンプの計画実揚程を2.5mにとり,また全水量を3組6台の ポンプで排水することとして1台の計画排水量を920m3/minと定 めた｡各揚程におけるポンプの吐出量と効率は,弟12図でわかる ように最低揚程Omにおいてほ約1,700m3/minの水量を吐出する が,その場合でもポソプはキャビテーションを起さぬように設計さ れている｡ さてポソプ1台の容量がこのように大きく,ポンプ製作上の技術 的理由および土建工事を含めた全工費の節減のために立形を採用し たので,2台のポンプの直列運転法には新たなくふうを要すること になった｡われわれは後述のモデル試験によって,据付面積が最小 * 日立製rF所亀有工場 ** 日立製作所国分工場 ***日立製作所日立工場 すでに据付けを終って昭和35年5月より実用運転にはい 和船鮭卿 派別磁駅

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鰹縦晦乃 濃 聯 印 旛 排 水 機 場 全 景 でしかも第1段目のポンプの吐Uj水の乱れが第2段目のぶソプの性 白割こ影響を及ぼさない連絡水路を設計することができた｡ 主ポソプの仕様ほ次のとおりである｡ 公称口径 形 式 吐 出 竜 実揚程 回転数 原動機 2,800mm 立形可動巽軸流ポンプ 920m3/min 2.5m(ただし単独運転の場合) 105rpm 570kW(760HP)誘導電動機 本機場では前記6f‡のポソプを常時用2台と非常時用4台とに分 けた｡仕様は6台共通であるが,前者は同期電動機直結として効率, 力率の向上をはかり,後者ほ誘導電動機から減速歯車を介して駆動 することにより機械設備費の低減をはかっている｡電気機器はすべ て日立製作所製であるが,常時用ポンプ2台は荏原製作所製,非常 時用ポンプ4台は日立製作所と酉島製作所が2台づつ製作した｡本 文でほ日立製作所が担当したポンプ2台と電気機器6台分について 述べる｡

2.モデルポンプによる試験

大形でしかも特殊な形をしているため,実物ポンプの工場試験は 不吋能であるから性能検査ほモデルポンプで行われた｡モデル比は 1/10 として,吸込水路,1段目ポンプ,連絡水路,2段目ポンプお よび吐州水路が作られた｡実物ポンプが立形であってもモデルポソ

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第3図 吸込 ピ _{ット 形状} ♂ _A二A_+堕+塾 第1岡 印 旛 排 水 機 場 据 付 図 羽根車中 整流柱 第2図 吸込 ピ _{ット 整 流柱}

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＼Tノ 第4図 吸込ピット形状

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第5図 吸込ピット形状 プは必ずしも同じにする必要はないが,顧客の希望によりモデルも _{キャビテーションようの舌を発することがわかった｡これほ吸込側} 立形とし,研究の蚕点は水路およぴケーシングに田いた｡NPSHか _{のケーシング内で渦による極度の低圧･部ができ,そこで生じた気体} ら見て十分の余裕があるにかかわらず,ケーシングの形によってほ

_{の柱が羽根車まで達する時に起ることが明らかにされたので,この}

-55-1

1192 _{昭和35年11月 日 立}

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第6図 吸込 ピ _{ット 形状}

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第7図 吐出ケーシング形状 〃U nバレ (やご 樹 S叫 っL ′ へ臣こ ㌍ 鴫吋

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3.実物ポンプの作成

.ガム材 八仏 一由 一旬E三 詐 品 名 ギアドリミットス十ソチ 貿角度送信器 配 圧 弁 サーボシリンダ小 サーボピストン スリッアリシア 電動磯ス/打夕小

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＼一山 第14図 _{パキスタン政府納吋動翼帥流} ポンプサーボモータ部 ＼ 第15因 減 速 機 構 造 図 キスタン政府に大略同行の;■二百種ポソプを納めたが,今回ほ減速機を リミ物ポソプほ,前述のとおり可動翼の立形ポソプである｡仙こパ 介して誘導電動機で駆動する山が異なっている｡前にほ何期電動機

-57-1194 _{昭和35年11月 立}

_評

_論

_{第42巻 第11号}

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と直結であったので弟14図のよ

うに,巽角度操作のサーボモータ を電動機の上部に置いたが,今回 は歯申減速機箱の下部に置いた｡ このような大群_吊二の立形減速機 はR立て如作所としての記録品であ るが,剋至転の紙火ほ非づ削こ良好で あったい歯車減速機は同期電動機 と共なり,小心に対して対称でな く,ポンプの水ノJ学1ニドJスラストに よって変形を起Lた場今の影響も 大きいのでその剛性にほ特に注志 した〔,減速機の柿造は弟】5図の ように,頂部に大きなスラスト軸 受を置き,ポンプを含めた1可転体 の重量と,水力学的スラストカを 受けている｡この構造では前述の とおり,推力による変形が歯車の かみ合いに影響を及ぼすことほ避 けられない｡二伸想的にほポンプの スラストが歯車のかみ合いに影響

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ヽ}ニ 第17岡 ゲ _ート￣ ス _{ピ ンド} ル 構 造 _図 を及ぼさないことが望まtいが, 機械の大きさおよび収扱いの容易さの止からこの形に決定したもの である｡ ポンプ本体に関してほ吐出側ケーシングを鋼板製とし,水路成形 の使をはかったほか,弟1る図のように羽根申ボスを矧調し,内部に 羽根角度変更機構を置き機構の保護をほかった｡この部分には常時 圧力油が満たされている() 操作抽出送入部は減速機箱の上にあり,円J止弁を外部に置いて, 保守の使をはかっている｡ 減速歯車箱ほ下部ケースが鋳鉄峯軋 上部カバーが鋳鋼製である｡ 潤滑油は強制循環するが循環の検｢r川こほ限によるサイトフローと電 気的流油リレーを併用し確実を期した｡これほ別置のギヤポンプか ら給油されるが,万一停電してもある程度の惰力回転や水流による 逆転には耐えるようにくふうしてある｡ 直並列切換用のゲートは電動スルースゲートであり,室内に設￣挺 されるため内ネジ式としたが,ネジを汚水から保護するため,スピ ンドルは二蚕筒の中に抽泣にしてある｡また長時間休止する特殊性 から戸みぞに砂がたまることほ避けられないので,別に小形ポンプ を持ち,戸みぞの部分を高圧水で洗浄できるようにした｡ 逆流l妨止弁ほ2.5m角の水路に対し1門4枚の弁板が取付けてあ る｡逆流時のショックを軽減するため1枚の弁板には水圧利用の緩 衝装主査カミつけてあるが,吐才一t川川水路が長いので舶防の下を通り抜け たところに空気抜の管を立てて水路内の負圧発生を防止している｡

4.運転操作の概要

牧場が72mx15mという大きなものであるから,操作はすべて 機場の一端にある稚作重から行われる.,操作雀ほポンプ床より一段 高く,機場乍体を比渡すことができ,階￣Fほ高圧電気器具室となっ ている‥柁作鰯でほ,補機の逆転からゲートの開閉および主機の逆 転などをすべて行うことができるほか,契伽宜の調節も可能である｡ 翼声1度は才柴作健から速力操作できるほか,電動機の入力による日動 制御二㌻ゴよびニト機側において手動でパイロット弁を操作することによ り調節ができる.詳細は次の電ニミ設備の項で述べる｡

形

排

5.電

気

設

備

本排水機場の電気設備は60kV受変電設臓,3kV開閉装㌍,主 電動機,制御装置および所己電健からなっている｡第18図ほ本機場 の††1締約線図で,-受電は601くⅤ, 変圧器要事托5,250kVA,二i三冠動機 1′`･エ

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水

ポ ン プ 1195 絵容量3,360kW(4,480HP)となっている｡ 5.1受 電 設 備 第19図は60kV岸外受電設備の全景を示すもので,受電川路用 遮断掛こはBOト150B形,80.5kV,400A,1,500MVA制弧遮断器 を使用し,ニーミ変圧掛ま全装￣吋搬形樗封構造のSORV-{形,l,750 kVA,60′/′ノ3.45kV,単相3千丁を設けたr⊃ 3kV開閉装琵到ま弟20図に示すようにすべてキユーピ クルに収納しコンパクトにまとめたので,据付面積は小 さく,攻扱い操作が安全で保マ,点検ほ容易である｡ 5.2 主 電 動 機 第1組の2台のポンプほ常用機で,高力率,高効率で 運転するように直結の同期電動機540kW(7201iP)で 駆動される｡ 本電動機の仕様 々≠ 八一‥ =-1----[.‥十二 Jノノ ､=㌧

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針山識 良 十ノ戸主 二卜i塩 第18[考1印旛排水機場上iま祝接続l駕l 繋 )′‥滞 ′⊥ 〃 αぜ α/ 7/抑Jガノ〆 第19凶 60kV _{受 変} 第201只13lくⅤスイッチキユーピクル 形 式 VSKP-RD(3相立軸開放かさ形, 凸趨回転界磁式制動巻線付) ∼ll 力 540kW(720HP) 電 旺 3,300V ノ或稚‰ _周波数 50∼ 極 致 52P 九 州転数 115.2rpm 力 率 100% かさ形柄追を採用しているから,弟21図のように床 `電 設 備

-59一

第21岡 540kW(720HP)同期電動機

(手前の2千丁が祈1組可動貞軸流ポンプ川)

1196 _{昭和35年11月}

_立

_評

_論

面上の高さが低く,安定である｡推ノ+軸受ほセグメソタ ル軸受であるが,停電時,万一逆止弁および吐山側堰止 弁の事故が重複して起り,川から沼へ適流してポソプが 逆回転した場合,最高揚程6.02mにおいてほ逆回転数ほ 定格正回転の約150%となるので,これに十分耐えるよ う中心支持式となっている｡また潤滑油自蔵,自冷であ るため構造は簡単でしかも一度調整すれは,回転子およ

び電動機軸の分解,組立てに際して再調整の必要がなく,

据付け,保守は容易である｡ 第2組および第3組のポンプ計4台は,洪水時の緊急 用であるので経済性を考慮して,570kW(760HP)誘導 ピノ轡￣萄莞ミ野‡) 第42巻 第11号 電動放電流 ββ■電圧 出電流

一票琵萱還空･萱蟹憂盛衰

′;■k三_￣_ 雷雲■≡で ￣■霊済璧望藁禁莞…ぎ･■碧雲■≡琶≡ミ￣言 _…￡潔,】■-■露￣≡=_￣｢￣-㌻≡ 亨亘･￣￣ 1･タニ:=亘---￣..〉ちr､■■■ _￣至=.載鞍.電流 -￣き一汁ヤ立言芦ポー- _{=､-=-･-一汐嘉一滞遼ニー￣､喜} _炭労_-■Ⅹ≡く些■■三■--｡云 (繋洛孝=--00一九､ハ･､･血,ゝ･･ノ▲仙 _一 挽藍嚢露￣￣(…≡誉､￣=￣叫■y■三￣￣￣￣￣￣｢照二￣￣､=ミニ■孟慧恵一■無肌H. 電動機により,減速歯車(600/105またほ111rpm)を介して駆動さ

れる(弟22図)｡

本電動機の仕様 形 式 出 力 電 圧 周波数 極 数 河転敷 これら同期電動機, VSP-DQ(3相立軸開放巻線形回転子式) 570kW(760HP) 3,300V 50へノ 10P 600rpm 誘導電動枚とも, 固定子コイルの絶縁にほ, 耐湿性および電気的特性がすぐれたSLSワニスを使用しているが, 第2組および第3組ポンプほ緊急用で停止期間が長いため,この間 誘導電動機の絶縁射ヒを防ぐた捌こ,インターロック装置付断器路 第22図 570kW(760HP)誘導電動機 (第2,3組可動巽軸流ポンプ用) JZ Jβ〝 〟 β (■7 出郷 一d 〝 ′レ √､U 棚秘枇 クレ ぐU Jど〝 甜 _ββ

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へヽ 第23図 _{可動巽軸溌ポンプ異聞度目動調整装置} βどノ与伊〆 上:VRAlOO%→50%急変 下:VRA50ガ→100%急変 第24図 可動異聞度応動オシログラム を介して,固定子コイルに交流200Vを通電して乾燥できるように している｡

る.制

御

装

置

d.1可動葦角度自動詞墓 前述のように実揚程の変化によって,軸流ポンプの効率および電 動機負荷が変化するが(弟る図),揚程の変動に応じ常に電動機を 定格容量で運転するよう巽閑度の日動調整装置を設け,これによっ て定格揚程以上でポンプを運転しても電動機過負荷のおそれがな く,定格揚程以下では電動機定格容量まで排水量を哨大させて効率 よく運転することができる｡ 第23図はこの系統図で電動機の負荷電流を変流船(CT)により 検㌻llし,磁気増幅誇MAlによって基準値と比較してその左を増幅 し,その方向により出力磁気増幅給MAR,またほMALが山力を 出し,油圧サーボ系のパイロットバルブ操作電動機を止怯または辿 転して可動巽閑度を調整し,電動機払荷電流が一定となるように制 御する｡また主ポンプ直列逆転の場合2台の電動機の爪荷電流が平 衡して運転するよう,それぞれの負荷電流の差を検Jllし,異聞度を 調整する｡ 電動機の負荷は弟23図中生這抵抗器VARを調整して100%から 50%までの間で自由に整定できるようになっており,盤嬉抵抗器は 集中監視制御盤に取付け,任意に負荷調整ができるようにした｡ 弟24図ほ現地試験の際に,整定抵抗器VARを急変したときの 本装置の応答状態を示すオシログラムである｡負荷電流100%より 50%に変化した場合と,逆に50一%より100ノ%に変化した場合を示 し,いずれの場合も可動巽ほ約1分で円滑に動作し制御系は安定で あることを示している｡ る.2 _{集中監視制御} これらの主ポンプをほじめ60kV受電回路,3kV専用配電線お よび所内電源など本排水機場の監視,制御はすべて縮小形集中監視 第25図 集 中 監視制御盤

形

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l-■っl卜Ⅶ 閉 ≡芋卜開 閉-･間 作】 閉-･†梢 順序制御綜の-･操作によって,本衣のように自動制御される｡ 制御盤(第25図)に集約し,能率よく確実に逆転できるようになっ ている｡さらに洪水などの緊急時にも誤りなく即応して主ポンプを 制御する必要があり,筒中確実で振放い容易な二段操作式順序制御 掛こよる一人制御方式を採用した｡この方式は:､__iミポンプ2台1組に 共通の1個の順序制御船を拙作することによって,令ポンプのミミ1独 運転,並列運転,直列運転,停止などを任意に選択操作することが でき,補磯顆から主電動機に至るまで,すべて順序よく自動的に 制御される｡この日動起動順序を第2組のポンプについて要約し, 弟2る囲および第l表に示したt, また監視制御億にほこれらの逆転順序,状態を表ホするランプ式 ホ詩誌およびポソプの!K号光式模擬系統を設け,逆転可尺況∴-トノミルブの 開閉状況などを一Ilで監糾しながら操作,保′才力こできるようになっ ている｡ 一プブ,糾側水代および川側水位を丁子d録するi盲■己銀計と,`月掛程を指 示する水位差計により,常時=水状況を監視できるようにし,ボン 第27図 継 電 器 盤 プを常に高効率で運転するため,排水量あるいは実扮程の変動に即 応して,運転小のポンプを他の運転方式(たとえば∃巨列運転から直 列運転)に切換えを必要とする場斜こは,これを警報して保守者に 知らせるようになっている(つ fぎ己録計と継電器頸はすべてこれらな継電紹盤(第27図)にまとめ, 臨み且制御盤の側ノブに円化している｡本鰍こほ保護リレーを一指して 収付け,故障発生時の保護に万全を期した∪ これらの故障ほ1二】動的に処丁托する虫.快陣と,繁雑のみで保と､1甥に 矧芦モをまかせる軽快障とがあるが,い一郎しもランプ式集1↑表示掛こ 明示し,役･者に対してほ.牧障川鮎をフリ､ソが亡如けるなど監睨を 群易にしている｡ なお,本排水機跡こは一行程多数の補機が駆位されているが,その おもなものとしてほ⊥ポンプの￣‖J軌翼拙作用比川_は甜壬,水■州皮の 潤附,糾Fl;冷却水ポンプおよび減速齢卜装￣;即1】洞i仰l=ポンプなどで あり,すべて集｢￣l--制御盤から監視制御される･J 肝油矧劉ま主ポンプに先立って運転され,肘‥げンプ2子㌻で1組 とし,1子ナほ常用で圧油槽の油圧を常に親近値範囲に保つよう日動 j坦転され,油圧が規建値以下となれば予術機が日動的に起動する〇 またアンローダを省略したので,旺油槽空気補給の状況を仙耐計 で監視し,油滴が児常上昇またほ降【Fした場糾まこれを警報表示し, 集小制御盤から簡単に空気補給操作ができるようにしている○ 冷却水ポソプほ全体に対して共通に4台設けられ,l勺1台を予肺 とし,各主ポンプの起動操作により,それぞれ所属の冷却水ポンプ が自動的に起動される｡潤附油ポンプもモボソプの逆転と関知して 同様に運転される｡

7.結

日 本排水機場ほわが拙走大の規校を有しているのみならず,前述の ように各位の特長をもっていて,わが国の代表的設業用排水機場と して諸外国にも誇ることができる｡特に,超大形立形ポンプの直並 列切換逆転に成功したことほ,水位差の大きなか〃llに対する排水設

備に一つの力式を旅立したことになり,今後控(く止ミ用されるものと

ノ且う｡木磯城が前述の近代設僻によF)その真価を十分に発揮すると ともに,次々計画される機場に対し参考になることを切望する次第 である〔_, 終りに,本磯城を計画され,祭瞳機器手製作に程々ご指導を賜った 畏林省本省および東京毘他市務局の関係各位に感謝の意を表する｡