遠心ポンプと容積式ポンプ: 種類、性能、選択などに関する完全ガイド

ポンプは数え切れないほど多くの産業活動の主力ですが、正しいタイプを選択するのは難しい場合があります。遠心ポンプと容積式ポンプの選択は、パフォーマンスに大きく影響します。これら 2 つのポンプ タイプは、動作、機能、および用途が大きく異なります。

この記事では、それぞれのポンプの複雑さについて説明し、そのメカニズム、性能特性、一般的な用途を分析して、最適なポンプを選択するためのガイダンスを提供します。動作原理、流量、粘度処理、メンテナンスの考慮事項などの重要な側面を取り上げ、この分野の専門家が十分な情報に基づいて決定を下せるよう支援します。

遠心ポンプとは

遠心ポンプは、回転するインペラを使用して流体に運動エネルギーを与え、速度と圧力を高める回転動力ポンプの一種です。この運動エネルギーは、流体がポンプから出るときに圧力エネルギーに変換されます。

遠心ポンプ 比較的低い圧力で大量の流体を移動できることが特徴で、低粘度の流体を扱う幅広い用途に適しています。シンプルな設計、操作のしやすさ、コスト効率の良さから、さまざまな産業、家庭、農業で広く使用されています。

遠心ポンプの動作原理

遠心ポンプは、モーターからの機械的エネルギーを流体内の運動エネルギーに変換するという原理で動作します。このプロセスは、電動モーターがインペラに接続されたポンプ シャフトを回転させることから始まります。一連のブレードまたは羽根を備えたインペラは、通常 500 ～ 5000 rpm の高速で回転します。この回転により遠心力が生じ、インペラの目に近いポンプの中心に流体が引き込まれます。流体がインペラを通過すると、速度が増し、ケーシングの外縁に向かって押し出されます。

ポンプケーシングは、インペラから排出された流体を集め、ポンプ出口に導くように設計されています。ケーシングの形状により、流体の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され、流体が排出パイプを通って押し出されます。ここで重要なのは、ポンプが圧力を発生させて流れを生み出すことです。

容積式ポンプとは

容積式ポンプは、一定量の流体をキャビティ内に閉じ込め、その量を排出パイプに押し込むか押し出すことで流体を移動するタイプのポンプです。流体に運動エネルギーを与える遠心ポンプとは異なり、容積式ポンプは一定量の流体を繰り返し閉じ込めて移送することで、一定の流れを作り出します。

このメカニズムにより、容積式ポンプは粘性流体を処理し、高圧を生成できるため、正確な投与、高圧、扱いが難しい流体の取り扱いを必要とする用途に最適です。

容積式ポンプの動作原理

容積式ポンプは、一定量の流体を機械的に捕捉し、ポンプの吸入側から吐出側へ移動させることで作動します。これらのポンプは、吸入側に拡大するキャビティ、吐出側に縮小するキャビティを使用します。吸入側のキャビティが拡大すると、流体がポンプに引き込まれます。キャビティが収縮すると、流体は吐出ラインから押し出されます。このプロセスにより、圧力に関係なく、動作速度に比例した一定の流れが生まれます。容積式ポンプは、往復型と回転型の 2 つの主なタイプに分類されます。

• ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復ポンプは、前後の動きを利用してポンプ動作を生み出します。
• ギアポンプ、ローブポンプ、スクリューポンプ、ベーンポンプなどの回転ポンプは、回転要素を使用して流体を移動します。

これらのポンプによって生成される圧力はシステムの抵抗によって決まり、流量を大幅に低下させることなく高圧を実現できます。容積式ポンプは、排出口が閉じている場合でも流量を生成し続けるため、圧力が急激に上昇し、圧力逃がし弁または安全弁が必要になることに注意することが重要です。

遠心ポンプと容積式ポンプの比較

動作の仕組み

遠心ポンプは、インペラを使用して流体に運動エネルギーを与え、速度と圧力を上げてポンプ内を移動させます。一定量の流体を閉じ込めるのではなく、圧力をかけて流体を移動させます。

一方、容積式ポンプは、一定量の流体をチャンバー内に閉じ込め、機械的な動作で排出ラインに押し出すことで作動します。この直接容積式メカニズムにより、圧力の変化に関係なく一定の流量を維持できます。

流量特性

遠心ポンプは、システム圧力に応じて変化する可変流量を示します。圧力が増加すると流量は減少し、逆もまた同様です。

容積式ポンプは、圧力の変化に関係なく、ほぼ一定の流量を供給します。流量はポンプの動作速度に比例するため、予測可能で一貫した出力を必要とする用途に最適です。

粘度処理

遠心ポンプは、水、溶剤、軽油などの低粘度の流体に最適です。粘度の高い流体では、ポンプ内部の摩擦損失が増加するため、遠心ポンプの性能は大幅に低下します。粘度が増加すると、流量は急速に減少します。

容積式ポンプは、高粘度のオイル、シロップ、スラリーなどの高粘度の流体の処理に優れています。粘度が上がると、流量も実際に増加します。容積式ポンプは、高粘度の流体に対応する内部クリアランスを備えて設計されており、粘度に関係なく一貫した流量を保証します。

吸引リフト能力

標準的な遠心ポンプは自己プライミング機能がなく、吸引リフトを作成できないため、流体をポンプの上方に引き込むことができません。

容積式ポンプは、その設計により、入口側に真空を作り出すことができ、ポンプのレベルより下から流体を吸い上げ、吸引リフト機能を提供します。

せん断に関する考慮事項

遠心ポンプは高速インペラを備えているため、流体のせん断を引き起こす可能性があり、せん断に敏感な材料の場合は問題となる可能性があります。高速モーターは、ポンプを通過する流体を劣化させる可能性があります。

容積式ポンプはせん断力が少なく、機械的ストレスに敏感な流体や壊れやすい固体を含む流体に適しています。せん断力に敏感な流体や壊れやすい固体を含む流体を丁寧に扱うためによく使用されます。

メンテナンスの要求

遠心ポンプは、設計がシンプルで可動部品が少ないため、一般的にメンテナンスの必要性が低くなります。そのため、連続運転に適しています。ただし、キャビテーション、インペラの摩耗、シール漏れなどの問題には注意が必要です。

容積式ポンプは通常、複数の可動部品を備えたより複雑な機構を備えているため、メンテナンスの必要性が高くなります。

一般的なコストの違い

遠心ポンプは、設計がシンプルで入手しやすいため、通常は購入コストが比較的安価です。メンテナンスコストも低い場合が多いです。

容積式ポンプは、特に特殊なタイプでは、設計が複雑なため、初期コストが高くなります。また、内部コンポーネントが複雑で、部品が摩耗しやすいため、メンテナンス コストも高くなります。ただし、高粘度の流体を扱う場合は、エネルギー効率が高くなります。

代表的なアプリケーション

遠心ポンプは、低粘度の流体と高流量を伴う用途で一般的に使用されます。これには、給水と循環、灌漑、廃水処理、化学処理、石油とガスの生産、HVAC システム、発電が含まれます。また、食品加工における調理、包装、洗浄のプロセス中に大量の液体を移送および処理するためにも使用されます。

容積式ポンプは、正確な投与、高圧、粘性流体またはせん断に敏感な流体の取り扱いを必要とする用途に適しています。一般的な用途としては、濃厚な油のポンプ輸送、化学薬品の計量、食品加工における原料、シロップ、完成品の移送、化学処理における腐食性、研磨性、高粘度の流体の取り扱い、医薬品における正確な投与などがあります。

アプリケーションに適したポンプを選択する方法

システム要件の定義

最初のステップは、システム要件を明確に定義することです。これには、ポンプで送る流体、必要な流量、必要な圧力、および特定の動作条件を理解することが含まれます。特定の時間枠内で移動する必要がある流体の量を決定します。流量は通常、1 分あたりのガロン (GPM) または 1 分あたりのリットル (LPM) で測定されます。

ポンプが克服しなければならない全圧力またはヘッドを評価します。これには、静ヘッド (流体を持ち上げる必要がある垂直距離) と配管システム内の摩擦損失が含まれます。

流体特性

ポンプで送り出す流体の特性は、適切なポンプを選択する上で重要な要素です。粘度は流体の厚みまたは流れに対する抵抗を意味し、両方のポンプの性能に影響します。遠心ポンプは低粘度の流体に適しており、容積式ポンプは高粘度の流体に適しています。密度、腐食性、固形物の存在など、その他の流体特性も考慮する必要があります。

流量要件

必要な流量は重要なパラメータです。低圧で高い流量と一定の流量が求められるアプリケーションの場合、低粘度アプリケーションには遠心ポンプが適している可能性があります。ただし、圧力が変動しても一定の流量が求められるアプリケーションの場合、特に粘度が高い場合は容積式ポンプの方が適しています。需要の変動がある場合、遠心ポンプの方が適応性が高いです。

圧力（ヘッド）ニーズ

システムの圧力またはヘッド要件も重要です。アプリケーションで高圧が必要な場合は、容積式ポンプの方が一般的に適しています。容積式ポンプは、圧力の大幅な低下なしに一定の流量を実現できるからです。遠心ポンプは低圧アプリケーションに効果的で、圧力が上昇すると流量が大幅に低下する可能性があります。

電力要件

ポンプの電力要件は運用コストに影響します。遠心ポンプは最適な条件下ではエネルギー効率に優れています。容積式ポンプは高粘性流体の処理に優れ、さまざまな圧力範囲にわたって効率を維持できます。

また、遠心ポンプは高速で稼働する傾向があり、容積式ポンプは低速で稼働するため、各タイプのポンプの稼働速度も考慮してください。稼働速度のこれらの違いはシールの寿命に影響し、選択プロセスに影響を与える可能性があります。