遠心ポンプとは

遠心ポンプとは

遠心ポンプは、インペラからの回転エネルギーの伝達を利用して流体の圧力と流量を増加させる一般的なタイプのポンプです。これらのポンプは、給水、化学処理、工業市場など、幅広い用途で使用されています。遠心ポンプの主要コンポーネントはインペラです。インペラは、ポンプの入口に低圧ゾーン、出口に高圧ゾーンを作成する湾曲した羽根を備えた回転ディスクです。

遠心ポンプは、インペラを収容し、流体の流れを吸入口から吐出口に導く渦巻きケーシングで構成される、シンプルな設計で知られています。インペラは、電気モーターまたはその他の動力源によって駆動されるシャフトに取り付けられています。インペラが回転すると、流体に運動エネルギーが与えられ、流体が渦巻きケーシングを通過して吐出口から流れ出るときに、この運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されます。

遠心ポンプの仕組み

遠心ポンプは、回転するインペラの機械的エネルギーを運動エネルギーに変換し、その運動エネルギーを使用して流体をポンプで送り出すことで機能します。ポンプの主要部品であるインペラは、ポンプ ケーシング内で高速回転する湾曲した羽根で構成されています。インペラが回転すると、中央に低圧ゾーンが生成され、吸引ポートから流体がポンプに引き込まれます。

流体はインペラの目に入り、回転する羽根によって捕らえられます。流体が羽根に沿って外側に移動するにつれて、速度と圧力が増加します。回転するインペラによって発生する遠心力により、流体はポンプのケーシングを通って排出ポートに押し出され、そこから流入時よりも高い圧力でポンプから排出されます。

遠心ポンプの設計

遠心ポンプの設計は、特定の用途とポンプで送る流体の種類によって異なります。ただし、ほとんどの遠心ポンプは、次の 2 つの主要コンポーネントで構成されています。

渦巻

渦巻きは、インペラを囲む螺旋状のケーシングです。その主な機能は、インペラから排出された流体を集め、排出ポートに導くことです。渦巻きは、断面積が徐々に大きくなるように設計されており、流体の速度を圧力に変換するのに役立ちます。

ディフューザー

一部の遠心ポンプ設計では、渦巻きの代わりにディフューザーが使用されています。ディフューザーは、インペラを取り囲む固定された羽根のセットです。流体がディフューザーを通過すると、羽根が流れを誘導し、流体の速度を圧力に変換します。ディフューザーは、多段遠心ポンプでよく使用されます。

遠心ポンプの部品

遠心ポンプは、効率的で信頼性の高い動作を確保するために連携して動作するいくつかの主要コンポーネントで構成されています。

インペラ

インペラは、流体を移動させるために必要な遠心力を生成するポンプの回転部品です。インペラは、流体を吸い込んで外側に加速するように設計された一連の湾曲した羽根で構成されています。インペラは、用途やポンプで汲み上げる流体の種類に応じて、鋳鉄、ステンレス鋼、複合材料など、さまざまな材料で作ることができます。

ディフューザーまたは渦巻きケーシング

ディフューザーまたは渦巻きケーシングは、インペラを囲む固定部品です。その主な機能は、インペラから排出された流体を集め、排出ポートに導くことです。ケーシングは、流体の速度を圧力に変換するのにも役立ちます。

シャフトとシャフトスリーブ

シャフトは、インペラをモーターに接続する回転部品です。ベアリングで支えられ、漏れを防ぐために密閉されています。特に研磨性または腐食性の流体をポンプで送る場合、シャフトを摩耗や腐食から保護するためにシャフト スリーブがよく使用されます。

ベアリング

ベアリングはシャフトを支え、スムーズな回転を確保するために使用されます。用途と負荷要件に応じて、ボール ベアリングまたはスリーブ ベアリングのいずれかになります。

メカニカルシール

メカニカル シールは、シャフトに沿った漏れを防ぐために使用されます。メカニカル シールは、スプリング圧力によって固定された固定面と回転面の 2 つの接合面で構成されています。メカニカル シールは、信頼性が高く、さまざまな流体と圧力に対応できるため、遠心ポンプで広く使用されています。

ポンプの種類

ポンプには、容積式ポンプと遠心ポンプの 2 つの主な種類があります。容積式ポンプは、サイクルごとに一定量の流体を物理的に移動させることで機能しますが、遠心ポンプは、回転するインペラの運動エネルギーを使用してポンプに流体を押し込みます。

容積式ポンプ

容積式ポンプは、一定量の液体を繰り返し封入し、システム内で機械的に移動させることで液体を移動させるポンプの一種です。通常、高圧、低流量の用途に使用され、粘性液体を処理できます。容積式ポンプの例には、プログレッシブ キャビティ ポンプ、ダイヤフラム ポンプ、エア モーター ポンプなどがあります。

遠心力ポンプ

• 単段遠心ポンプこれらのポンプには単一のインペラがあり、低圧から中圧の用途に最適です。給水、灌漑、産業市場でよく使用されます。
• 多段遠心ポンプこれらのポンプは複数のインペラを直列に備え、各段階で流体の圧力を高めます。多段ポンプは、ボイラー給水や高圧洗浄などの用途でより高い圧力が必要な場合に使用されます。
• 軸流遠心ポンププロペラ ポンプとも呼ばれるこれらのポンプは、インペラがシャフトの軸に沿って流体を押し出す軸方向設計になっています。洪水制御や灌漑など、流量が高く、揚程要件が低い用途でよく使用されます。
• ラジアルフロー遠心ポンプこれらのポンプでは、流体は軸方向にインペラに入り、シャフトに対して垂直に放射状に排出されます。ラジアルフローポンプは高圧用途に適しており、清浄な液体、化学薬品、温水など、さまざまな流体を処理できます。

遠心ポンプの利点

1. シンプルなデザイン: 遠心ポンプは容積式ポンプに比べて可動部品が少ないため、製造、操作、保守が容易です。
2. 高効率: 遠心ポンプは、特に最高効率点 (BEP) で動作しているときに高い効率を達成できます。
3. 幅広い用途: 遠心ポンプは、水、化学薬品、さらには一部の粘性流体など、さまざまな液体を扱うことができます。
4. 低コスト遠心ポンプは設計がシンプルで生産量が多いため、一般的に他のタイプのポンプよりも安価です。
5. スムーズな流れ: 遠心ポンプは、多くの用途に不可欠な、安定した脈動のない流れを提供します。

遠心ポンプの欠点

1. 限られた吸引力: 遠心ポンプの吸引揚程能力は限られているため、流体源の近くに設置するか、プライミングが必要になります。
2. 設計外条件での効率が低い: 遠心ポンプは、最高効率点 (BEP) で動作しているときに最も効率的です。BEP から離れた流量または圧力で動作している場合、効率は大幅に低下します。
3. 高粘度の液体には適していません: 遠心ポンプは、流体抵抗の増加によりポンプの効率と性能が大幅に低下する可能性があるため、高粘度の流体のポンプには適していません。
4. キャビテーションリスク遠心ポンプはキャビテーションの影響を受けやすく、キャビテーションは流体の圧力が蒸気圧以下に低下すると発生し、ポンプを損傷する可能性のある蒸気泡の形成につながります。

遠心ポンプと容積式ポンプ

要素	遠心ポンプ	容積式ポンプ
動作原理	運動エネルギーを利用して流体を放射状に加速して移動させる	往復運動または回転運動機構によって物理的に流体を移動させることにより流体を移動させる
流量	連続的で安定した流量を提供します。流量は排出圧力に応じて変化します。	排出圧力に関係なく一定の流量を供給します
効率	低粘度流体では効率が高いが、粘度が上昇すると効率は低下する	低粘度および高粘度の流体の両方で高い効率を維持
プレッシャー	高圧を発生し、高揚程用途に適しています	高圧を生成し、高圧アプリケーションに最適
流体処理	固形物が少ないクリーンな低粘度の流体を処理できます。せん断に敏感な流体には適していません。	粘性流体、せん断感受性流体、研磨性流体など、幅広い流体を処理できます。
メンテナンス	シンプルな設計と可動部品の少なさによりメンテナンスの必要性が低い	より複雑な設計と可動部品によるメンテナンス要件の増加
料金	低粘度アプリケーションの初期コストとエネルギー消費量を削減	初期コストは高いが、高粘度用途ではエネルギー効率が高い
一般的な用途	給水、灌漑、冷却システム、ボイラー給水、一般産業用途	化学処理、石油・ガス、食品・飲料、医薬品、計測アプリケーション

ANSI ポンプと API ポンプ

要素	ANSIポンプ	API ポンプ
応用	一般工業、化学処理、水処理	石油・ガス、石油化学、製油所
デザイン	標準化された寸法と交換可能な部品	特定のアプリケーション向けにカスタマイズ
操作条件	適度な温度と圧力	高温、高圧、高流量
材料	鋳鉄、ステンレス鋼、ダクタイル鋳鉄	炭素鋼、ステンレス鋼、二相鋼、合金20
シールチャンバー	シールとフラッシュプランのためのスペースが小さく限られている	より大きく、さまざまなシールとフラッシュプランに対応
効率	標準化された設計による中程度の効率	カスタマイズされた設計による高い効率
メンテナンス	交換可能な部品によりメンテナンスが容易	カスタマイズされた部品によるメンテナンスの複雑化
料金	初期コストと交換部品コストの低減	初期費用と交換部品のコストが高い

遠心ポンプと求心ポンプ

要素	遠心力ポンプ	求心ポンプ
エネルギー伝達	回転エネルギーを流体の運動エネルギーに変換する	流体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する
インペラ設計	中心から外側に流体を押し出す湾曲した羽根	流体を中心に向かって内側に導く直線状の羽根
流体の流れ	インペラの中心から外縁に向かう放射状の流れ	インペラの外側から中心に向かう軸方向の流れ
圧力生成	流体の速度を上げて圧力を発生させ、それを渦巻きケーシングまたはディフューザー内の圧力に変換します。	流体の速度を圧力に直接変換することで圧力を生成します
アプリケーション	給水、化学処理、工業市場など幅広い用途	航空宇宙や特定の工業プロセスなどの専門分野を中心に、限られた用途にのみ適用されます。
効率	回転エネルギーを流体の運動エネルギーに効果的に変換するため、一般的に効率が高くなります。	運動エネルギーを圧力に直接変換するため、遠心ポンプに比べて効率が低い
メンテナンス	比較的シンプルな設計で、メンテナンスや修理が簡単	より複雑な設計で、専門的なメンテナンスと修理が必要
料金	一般的に、広く使用されており、設計がシンプルなため、コスト効率が高い。	特殊性と複雑な設計に伴うコストの上昇

遠心ポンプの用途

1. 給水と処理遠心ポンプは、都市の給水システム、灌漑、水処理プラントでの水の汲み上げによく使用されます。
2. HVACシステム遠心ポンプは、暖房、換気、空調システムで水やその他の熱伝達流体を循環させるために使用されます。
3. 化学処理遠心ポンプは、石油化学、医薬品、食品加工などのさまざまな加工産業で化学物質を移送するために使用されます。
4. 石油・ガス産業遠心ポンプは、原油移送、パイプラインのブースト、注入システムなど、石油・ガス産業のさまざまな用途に使用されます。
5. 発電: 遠心ポンプは、発電所の給水システム、冷却水循環、凝縮水移送に使用されます。

遠心ポンプの動作要因

流量の制限

スロットルは、遠心ポンプ システムで流量を制御するために使用される一般的な方法です。排出バルブを調整することで、ポンプ速度を一定に保ちながら流量を減らすことができます。これにより、変化する需要要件を満たす柔軟性が向上します。ただし、スロットルは、特にポンプの最高効率点 (BEP) から離れた場所で動作している場合、エネルギー使用量の増加とポンプ効率の低下につながることもあります。

ヘッド – フロー曲線

ヘッドフロー曲線は、遠心ポンプの性能をグラフで表したもので、全ヘッド (圧力) と流量の関係を示します。ヘッドフロー曲線の形状は、ポンプの種類、インペラの設計、その他の要因によって異なります。ポンプを BEP から離れた場所で操作すると、効率が低下し、摩耗が増加し、ポンプ部品が損傷する可能性があります。

粘度

ポンプで送る流体の粘度は、遠心ポンプの動作におけるもう 1 つの重要な要素です。流体の粘度が増加すると、摩擦損失が増加し、流速が低下するため、ポンプの性能が低下します。遠心ポンプは一般に、水、油、一部の化学物質など、低粘度から中粘度の流体に最適です。

馬力

遠心ポンプの馬力要件は、流量、揚程、流体密度、ポンプ効率などの要因によって異なります。適切な馬力定格のポンプを選択することは、効率的な動作を確保し、モーターの過負荷を回避するために重要です。高粘度の流体をポンプで送るときや、高流量および高圧力で動作するときは、追加の馬力が必要になる場合があります。ポンプとモーターのサイズと選択を適切に行うことで、エネルギー使用量を最適化し、システムの寿命全体にわたってメンテナンス コストを削減できます。

よくある質問

遠心ポンプはなぜ空気を扱えないのでしょうか?

遠心ポンプは、気体ではなく液体をポンプで送るように設計されています。遠心ポンプに空気が入ると、ポンプがプライミングを失い、ポンプが停止する可能性があります。これは、空気がポンプを通る液体の連続的な流れを妨げ、ポンプの効率と性能を低下させるためです。

遠心ポンプはACですか、それともDCですか?

遠心ポンプは、AC (交流) または DC (直流) モーターのいずれかで駆動できます。AC と DC のどちらを選択するかは、特定のアプリケーション、電源の可用性、および制御要件によって異なります。AC モーターは、そのシンプルさ、信頼性、低コストのため、より一般的に使用されていますが、DC モーターは速度制御が優れており、バッテリー駆動のアプリケーションに適しています。