縦型遠心ポンプ

Typhoon

このTYPHOON 縦型遠心ポンプは、固定設置タイプの高効率ポンプで、貯蔵タンクに直接沈めて使用します。

これらのポンプは、毎時6から40 m3の流量で素早く流体を取り出すのにご使用いただけます。
セミオープンインペラの特殊設計により、見掛け粘度500cpsまでの汚れた流体や小さな懸濁固形物が含まれている流体でも連続吸込・吐出が可能です。

TYPHOONは電気モーター駆動式ポンプで、たわみカップリングを介して、回転がシャフトに、そしてインペラに伝えられます。そして、遠心力によって中央の吸込管から吸い込み、外周の吐出管に放出します。

OPERATING PRINCIPLE OF THE CENTRIFUGAL PUMP

遠心ポンプは液圧ポンプ (またはターボ機械) の一種で、内部の通路は常に開いた状態になっており、通常、作動流体の流れが一定に保たれているため、バルブなどの仕切りを内部に設ける必要がありません。

インペラ (回転部品) が動き始めると、流体に回転 (運動エネルギーを) が伝わり、吸込管に吸引力が発生します。
この吸引力が大気圧と共に、液体を遠心ポンプの中へと引き込みます。

ポンプ内では、流体がインペラの中心部分から、遠心力によって、流路を経由してインペラの外周へと送られます。
この時、湾曲したブレードによって断面が徐々に大きくなる流路を通ることで、
運動エネルギーの一部が、圧力エネルギーに変換されます。

インペラを出ると、流体はボリュートに入ります。このボリュートの形状も、断面が徐々に大きくなっています。
ここで、残りの運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され、ポンプの揚程 (または圧力能力) が増加します。
流体に伝わる圧力エネルギーが大きいほど、ポンプの揚程が高くなり、より遠くまで作動流体を送ることができます。

遠心ポンプの動作範囲は、その性能曲線によって決まっており、
さまざまな動作条件下での揚程、流量、および消費電力の関係が定義されます。

遠心ポンプの特徴

それぞれの遠心ポンプには、そのポンプの性能をグラフで表す独自の性能曲線があります。

X軸 (横軸) には流量 Qが設定され、通常この単位は1時間当たりの立方メートル (m3/h) が用いられます。
これは、一定の時間内に遠心ポンプを通過する吐出し量を示しています。
この量は、ポンプのサイズやモーターの速度 (つまりインペラの回転速度)、そして流体の特性 (温度による密度や粘度) によって左右されます。
流量は、遠心ポンプのすべての性能に影響を与えるもので、最初に考慮すべき項目となっています。

一方、Y軸 (縦軸) には、揚程Hが設定され、通常はメートル単位で表示されます。
これは、遠心ポンプの出口と入口との間の圧力差から計算されるもので、その流路において高さや曲線、またはバルブなどの抵抗に遭遇した場合どのくらい押し込むことができるかを表しています。

次のように定義してみましょう。

ΔZ = 下の容器Aと上の容器Bの高低差

PA・PB = 下の容器Aと上の容器Bの自由表面に作用する圧力

γ = 流体の比重 (= 流体密度×重力加速度 g)

ΣY = システム内での分散損失と局所損失の合計

理想的な条件、つまり配管内が完全に滑らかで、曲線やバルブ、フィルターがない場合は、ΣY = 0で、PA = PB = 周囲圧力となるため、H = ΔZとなり、ゆえに遠心ポンプはそのすべてのエネルギーを高低差だけに注ぎ込むことができます。

しかし、実際は、この理想的な条件が達成されることは不可能であり、ポンプは単なる高低差以上のものを克服しなければならなくなります。つまり、達成しなければならない揚程は次の式で定義することができます。

H = ΔZ + (P_B – P_A)γ + Σ Y

遠心ポンプのサイズ (インペラおよびボリュート寸法) とインペラの回転速度 (モーターの回転数) が確定すると、性能曲線はポンプごと異なり、固有のものとなります。

流体 γ の比重が分かれば、それを動かすのに必要な理論上の動力 W (単位：ワット) を算出することができます。

𝑊 = 𝛾 ⋅ 𝑄 ⋅ 𝐻

モーターが消費する実際に動力 Wa は、効率 η で考慮されるポンプ内の摩擦と流体力学的損失を常に考慮しなければならないため、理論上の動力よりわずかに大きくなります。
動力曲線は、常に流量Ｑに依存するため、下の式で表すことができます。

𝑊𝑎 = 𝑊/𝜂

つまり、下のグラフのように、流量が増加するにつれて、必要な動力も増えるということが分かります。

遠心ポンプの選び方

遠心ポンプは、液体を迅速かつ継続的に移送する必要がある用途に適しています。
とはいえ、ポンプを選ぶ前に、あらゆる動作条件を見極める必要があります。

対象となる液体：遠心ポンプは、高性能であると同時に繊細なマシンです。
そのため、この処理できる流体の粘度は中低レベルで、その最大比重は1.9 kg/Lとなっています。
この数値を越えてしまうと、機械部品とインペラに過剰な負荷がかかり、モーターの消費電力が許容範囲を超えることでその機能に支障をきたすことがあります。
オープンインペラが使われているので汚れた液体を通すことは可能ですが、長さがあるものや直径が1ミリメートルを超える固体粒子を含む液体の吸入は推奨されていません。
腐食性が極めて高いまたは非常に汚れた流体に遠心ポンプを使用すると、インペラまたはメカニカルシールが損傷する危険があります。

温度：Fluimac遠心ポンプは、ポリプロピレン製の場合は-5℃から+65℃の範囲内で動作が可能です。一方、PVDF製の遠心ポンプは、-20℃から+95℃の間に対応します。
重要なのは流体が常に液状を保つことなのです。

動作条件：それぞれの遠心ポンプには、流量 [m3/h] に応じてポンプが到達できる揚程 [m] を示す固有の性能曲線が存在します。そのため、遠心ポンプを選ぶ前にお使いのシステム条件をしっかり理解しておくことが、ポンプおよびシステムの損傷や性能の不適切を防ぐために重要となります。

構成：Fluimacは、横型と縦型、両方の遠心ポンプを提供しています。
横型タイプは、吸込側タンクの外側、さらに流体の自由表面よりも低い位置にポンプの軸が地面と平行になるように配置する必要があります。一方、縦型は、その一部が流体に沈められた状態で、縦軸が地面に対して垂直になるように配置します。

モーター電源：Fluimac遠心ポンプは、主に電気モーターによって動作するように設計されていますが、空気圧モーター構成も可能です。システムは連続した電源供給を保証できるよう、適切に設計および容量設定が必要です。

縦型遠心ポンプTYPHOONの構造

遠心ポンプとは、流体の圧縮率を変更することなく、常に開放されている固定されている流路と回転する流路を通って、遠心力の力で流体を処理することのできる水力式ターボ機械です。
このことから、遠心ポンプと呼ばれています。
モーターからインペラに機械的動作が伝えられ、流れに運動エネルギーを与えます (放射状に加速)。そして、このエネルギーは次の先端が広がる形状の流路で圧力エネルギーへと変換されます。

縦型遠心ポンプの主な構成部品は次のとおりです。

インペラは、流体をエネルギーに変換する可動部品で、遠心ポンプの主要構成部品です。
遠心ポンプの用途および取り扱う流体に応じて、PP＋FRPまたはPVDF＋CFの繊維強化プラスチックが使われており、外側に向かって断面が広がる流路を形成する一連の湾曲した羽根で構成されています。
オープンインペラは、わずかに汚れた液体であれば通すことができます。粘度が500 CPS以下または比重が1.9 kg/L以下の流体の処理は、モーターからシャフトと伝動カップリングを介して連結されたインペラの確実でずれのない動きによって保証されます。
インペラの直径、曲率、高さ、さらにブレードの枚数をコントロールすることで、異なる体積流量 [m3/h] と揚程 [m] を実現することができます。
遠心ポンプの性能曲線はインペラごとに異なります。つまり、達成可能な揚程は、流量や動作範囲、作動点によって決定されます。

ポンプ本体またはボリュートはカタツムリ状をしており、流れの方向に向かって断面が大きくなっており、縦軸方向に流体が吸い込まれ、側方に吐出され、吐出管を通じて上方へ送られます。
流れを誘導することに加えて、遠心ポンプのパフォーマンスにとっても重要な役割を持ち、面積が大きくなることで、流体を適切に減速させるため、運動エネルギーが圧力エネルギーへ変換されます。
摩耗ブッシングとは、摩擦によって動く部品のため、より大きな摩耗を受けるのが特徴です。
これが、インペラに作用する力によって軸が偏心回転してしまうのを防ぎ、モーターに対してシャフトを正しく同心位置に維持します。
インペラと一体化した回転部分と遠心ポンプの静止部分に固定される固定部分で構成されています。
通常、遠心ポンプの回転速度は約3000 rpmに達するため、わずかの時間で高温に達します。
ブッシュは常に移送する流体によって冷却される必要があります。つまり、固定部品が溶ける危険性があるため、遠心ポンプを空運転しないことがとても重要となります。
ブッシュには、摩耗を最小限に抑える炭化ケイ素とテフロンが使われています。機械的および化学的耐性に優れ、熱衝撃に強く、高温での動作を可能にします。

ランタンには、伝動部品 (伝動カップリングを介してモーターに連結されているシャフトとベアリング) が収められています。そのため、固定部と回転部の間に、完全な同心性を確保する必要があります。
ランタンには、サポートプレートを介して、流体と接触するカバー支柱が接続されています。
さらに、縦型遠心ポンプの全長に伝わる振動を最小限に抑えるため、全体構造は可能な限り、堅牢で安定していなければなりません。
モーターは、動力を伝えるための部品です。多くが2極式電気モーター (約3000 rpm) です。
回転数に応じて、遠心ポンプの異なる性能曲線が形成されます

縦型遠心ポンプTYPHOONの使い方

縦型遠心ポンプは、インペラのすぐ上に配置された摩耗ブッシングを介して回転する際の同心性が維持されます。このブッシングは常に冷却される必要があります。
このポンプは、追加の手段を使わずに、移送する作動流体を使って常に冷却されるように設計されています。いずれの場合も、縦型遠心ポンプは、構成部品が溶けるのを避けるため、少なくとも、最小レベルまで流体に浸かっている状態でのみ使用し、絶対に空運転しないようにしてください。

縦型遠心ポンプは、連続した流れを必要とする用途に最適ですが、それに必要な速度と出力を考慮すると、インペラを損傷し、流路を詰まらせる可能性のある懸濁液や腐食性の高い流体の使用は避けることをお勧めします。
モーターの出力を上げると、最大で粘度500 CPSまたは比重1.9kg/Lまでの流体を扱うことができます。
毎分回転数 [rpm] が同じならば、モーター出力を上げても流量と揚程に影響しませんが、より重い液体による負荷の増加を補うことができます。
遠心ポンプは、非常に効率的ですが同時にとても繊細なマシンです。
適切な一台を選ぶには、プラントと作動流体の特性を知る必要があります。
- その作動原理により、この遠心ポンプは吸入側に真空状態を作ります。
  インペラ入口での絶対圧力が作動流体の蒸気圧を下回ると、キャビテーションが発生することがあります (蒸発した液体の蒸気泡が発生し、インペラで爆縮が発生)。
  Fluimacの縦型遠心ポンプは、常に揚程の下に設置し、その一部に流体に沈めておく必要があります。
  最大吸込高はNPSH (正味吸込ヘッド) 曲線で知ることができます。
  ポンプの有効NPSHは、システムの必要NPSHよりも常に大きくなければなりません。この数値は、測地高さ (液体が移送される下側と上側にあるタンクの高低差)、これら両ポイントでの圧力損失、そして下流側にあるタンクの自由表面圧と液体の蒸気圧の差から導き出されます。

- 吸込条件に加えて、揚程の算出に影響を与える吐出管を知ることも重要です。
  縦型遠心ポンプを選ぶ前に、システムが必要とする揚程を知る必要があります。これは、測地高さ (液体が移送される下側と上側にあるタンクの高低差) にシステム内の摩擦や局所的な要因による損失を加算して把握できます。
  これらの損失は、分散損失と局所損失のふたつに分けることができます。
  分散損失は配管内の流体の流れに依存するもので、配管の寸法と状態に関する情報が必要です。一方、局所損失はシステム内に備わっている曲がり、バルブ、フィルターなどの要因に依存します。