ボーリング会社の事務屋のBlog

ボーリングに使われる送水ポンプ

[1]ボーリングポンプの役目

ポンプで送られる圧送水は、ボーリングロッドの中を通って孔底に送られます。この圧送水は三つの大きな役目を持っています。

（1）刃先の冷却

ビットで岩石を切削した時に発生する熱を冷却する目的を持っています。刃先を冷却することと刃先近辺の切粉を水で排除することで、切れ味を維持し寿命を延ばすことが出来ます。 工作機械で鉄を削るときに、切削油を刃先にかけるのと同じ目的です。

（2）切粉の排除

ビットで切削すると切粉（スライム）がでます、スライムがビットの近辺に溜ってしまうと切れ味が悪くなるばかりでなく、回転抵抗が増え掘削に悪影響を与えます。従って発生した切粉は速やかに孔外に排除しなくてはなりません、そこでポンプで送られた圧送水がこのスライムを外に排除する役目を持っています。掘削口径や使用するツールによって適正な水量を送ることでスライムを排除することは非常に大切なことなのです。

（3）孔壁の保護

安定した岩盤を掘削するときは、清水を用いることもありますが、変化にとんだ地層や軟弱な地層をボーリングするときは泥水を用いることが多いのです。泥水といってもいろいろな種類があって、水にベントナイトを5～8％（重量比）、調泥剤ＣＭＣほか0.05～0.5％ほど加えたベントナイト泥水が一般的で、清水に比べ比重が1.05～1.10位あります。この泥水は孔壁に薄くて強靭な不浸透性の壁を作って孔壁の崩壊を防止したり、逸水、湧水を遮断する役目を持っています。

このようにボーリングに使用するポンプは、非常に重要な役目を持っています。深堀の石油や天然 ガス掘削現場では、専門の泥水管理人がいて常に泥水の比重、粘性、スライム粒子などをチェックし 最良の泥水コンデイションを維持する努力をしています。そういう意味ではポンプの性能がボーリン を左右すると言っても良いでしょう、残念ながら我々地質調査の世界ではこれほどまでポンプを重要 視してないようですが、ボーリングには無くてはならないものです。

[2]ボーリングポンプの種類と作動原理、特長

ボーリングポンプを分類してみると次のようになります。

2.ポンプ形式別作動原理

(1)ピストンポンプ（図１参照）

画像の確認 図１：ピストンポンプ

原動機から伝達された動力は、Ｖプーリを介しピニオンギア-メインギアを回転させます。

コネクティングロッドと呼ばれる連結棒の片端はメインギアに偏芯して取り付けてあり、他端はクロスヘッドと呼ばれる部品に連結されています。メインギアが一回転するとクロスヘッドは一往復し、その片道行程量はクランクギアの偏芯量の二倍となります。クロスヘッドにはピストンロッドがつながりその先端にはピストンが付いています。ピストンの外周にはピストンライナ（シリンダライナ）と呼ばれる筒型の部品がありバルブボックスに固定されており、ピストンとピストンライナはぴったりと接していて水は漏れません。ピストンを境にして左室と右室は独立した部屋になっています、左右の部屋には吸入側バルブ（サクションバルブ）と吐出側バルブ（デリバリーバルブ）が組み込まれています。クランクギアが矢印の方向に回転するとピストンは左方向に移動します、このとき左室に入っていた流体は吐出側バルブを押し上げ吐出口へ流れます。右室はピストンの動きで負圧状態になるため吸入側バルブが開き、流体が右室に吸い込まれます。クランクギアがさらに回転するとピストンは右方向の動きに変わり、右室に吸い込まれた流体を吐出側バルブから吐出口へと流し同時に左室には吸入バルブが開いて流体が流れ込みます。

クランクギアが一回転すると左右の部屋の流体がそれぞれ吸入と吐出を行い一往復で交互に二回の吸入、吐出をしたことになります。この作動の繰返しでポンプから流体が連続して吐出されます。このような構造を複動ポンプといい、シリンダを横に二列並べたものを複動二連ポンプ、三列並べたものを複動三連ポンプといいます。当社Ｖ5-Ｐは複動単筒ポンプといいます。

ピストンポンプの

＜長所＞

1）ピストン径を大きく出来大容量化ができる。

2）ピストン径、シリンダ径を変えることで吐出量の変更が容易である。

＜短所＞

1）プランジャポンプと比較して構成部品が多い。

2）泥水使用の場合パッキンや、ピストン、シリンダライナなどの損耗品が多い。

などがあげられる。

続く・・・（プランジャポンプについて）

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鉄筋加工のこと

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（2）プランジャポンプ　（図2参照）

原動機から伝達された動力がＶプーリを介し、クロスヘッドが往復するまでの伝達経路はピストンポンプと全く一緒です。

画像の確認　図２：プランジャポンプ

クロスヘッドに接続されたプランジャは、コネクティングロッドの動きに伴い往復運動をします。シリンダ室内のプランジャが左右に移動するとシリンダ室の容積が変化します。いま図のようにプランジャが左方向に移動すると、シリンダ室内の容積はプランジャが移動した分少なくなります、しかしシリンダ室を満たしていた流体の量は変わらないのでこの分が吐出バルブを押し上げ吐出口へと排出されます。

注射器を思い浮かべてください。注射器の外側がシリンダ、中の棒がプランジャです。プランジャを引っ張ると注射器の中に薬が吸い込まれます、プランジャを押すと薬は注射器の先から押し出されます。まさに注射器は手動プランジャポンプなのです。

ピストンポンプとの大きな違いはピストンが一往復すると左室、右室で押し工程、引き工程共に吐出を行っていましたが、プランジャポンプはシリンダ室が一つのため一往復で押し工程時に吐出し、引き工程時に吸入します。このような構造を単動ポンプといいます。プランジャを二列並べたものを単動二連プランジャポンプ、三列並べたものを単動三連プランジャポンプと呼んでいます。

プランジャポンプの

＜長所＞

1）構成部品が少なく、消耗部品も少ない。

2）高圧化が出来る

＜短所＞

1）単動のため吐出時の脈動が激しいため二連以上の連数のものが使用され、脈動の減少を行っています。一般には単動三連ポンプが多く使用されています。

続く・・・渦巻きポンプ(＠_＠;)

（3）渦巻きポンプ

渦巻きポンプは遠心ポンプとも呼ばれ、流体に強制的にうず運動を与えて、その遠心力を利用して圧力を高め送り出すポンプです。

ピストンポンプや、プランジャポンプと比べ圧力が低いことなどからボーリングにはあまり用いられず、一般工業用、農業用などに広く使われています。

このポンプがボーリングに用いられる例としては、大口径掘削（口径1.5～5ｍ）に於けるリバースサーキュレーション用として使用します。私が経験した例としては東京都の小河内ダム取水庭拡張掘削工事（口径1.5ｍ深度50ｍ）をローラービットで掘削しスライムをエアリフトによるリバースサーキュレーション方式、また鳴門海峡の淡路島と徳島を結ぶ淡路大橋の海中橋脚の基礎工事（海底の岩盤をダイナマイトで砕き直径2.5ｍ位のローラービットで海底を平らにする工事）でもリバースサーキュレーション方式で渦巻きポンプを使っているのを見ました。

渦巻きポンプの原理と構造（図３参）

画像の確認（渦巻きポンプ機構図）

原動機により動力軸につながる羽根車を高速回転させると、流体に遠心力が作用し、渦巻き室の壁 のそって吐出口へと流れます。遠心力が発生すると中心部が負圧になり吸入口から流体が流れ込みます。

画像の確認（タービンポンプ機構図）

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 Odekoでのんびりそろそろ梅雨明け

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