遠心ポンプ

概要

遠心ポンプは、回転するインペラーを通じて流体を加速させることで、回転機械的エネルギーを運動エネルギーに変換します。流体はインペラーアイから進入し、高速で半径方向に外向きに投げ出され、その後、ボリュートケーシング内で減速し、運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されます。結果として生じる吐出圧力は、配管システムにおける流れへの抵抗を反映しており、ポンプ自体は流量を作り出すものであり、圧力ではありません。

揚程は、液柱メートルで測定され、流体密度に関係なく、一定のインペラー径と速度に対して一定であるため、好まれる性能指標です。一方、圧力は流体の比重に比例して変化します。

シャットオフヘッドは、吐出流れが遮断された場合にポンプが流体を持ち上げることができる最大高さであり、主にインペラー外径とシャフト速度によって支配されます。

主要数式

水力動力

$P = \frac{Q \cdot H \cdot \rho \cdot g}{\eta}$

正味有効吸引ヘッド利用可能

$NPSH_a = \frac{P_s}{\rho g} + \frac{v_s^2}{2g} - \frac{P_v}{\rho g}$

総揚程

$h = \frac{p_2 - p_1}{\rho g} + \frac{v_2^2}{2g}$

アフィニティ則 (速度スケーリング)

$Q \propto n, \quad H \propto n^2, \quad P \propto n^3$

流量は速度に比例し、揚程は速度の2乗に比例し、動力は速度の3乗に比例する。

変数

ポンプヘッドの種類

ポンプ効率

ポンプ効率は、液体に供給される水力パワーとポンプに供給されるシャフトパワーの比率です。効率は流量によって変動し、通常、最高効率点（BEP）付近で最大値を示します。BEPから離れた運転は、消費電力、振動、軸受荷重、および再循環リスクを増加させます。

ポンプ出力計算機

単位変換機

復元された元のソーステーブル

元のソース抽出には、遠心ポンプのエンジニアリングデータ行を含まない共有サイトレイアウト/検索テーブルマークアップが含まれています。これらの非実質的なUI行は意図的に除外されており、実質的なソースコンテンツは数式、計算機、ノート、および以下の元の画像として保存されています。

インタラクティブなポンプ出力チャート

ソース画像 pump_power.png は、SI単位と帝国単位でのポンプ出力を比較しています。以下のインタラクティブチャートは、密度1000 kg/m3の水と75%のポンプ効率における同じ水力関係を示しています。

元画像

以下の元画像は、視覚的な参照資料を失わないように保存されています。画像にチャートや表データが含まれている場合、その抽出値はページの表、計算機、またはインタラクティブチャートで表されます。残りの画像は視覚的なソース参照として保持されます。

エンジニアリングノート

• ヘッドは流体密度に依存しません。 水で作成されたポンプ性能曲線は、同じ速度の任意のニュートン流体に適用されます。比重度に応じて必要な動力のみが変化します。
• ポンプは流量を作り、圧力を作りません。 吐出圧力は下流の抵抗に対するシステムの応答です。バルブを絞るとゲージ圧力が上昇し、流量が減少します。
• NPSHマージンが重要です。 利用可能なNPSHは、必要NPSH（ポンプ曲線から）を十分なマージン—通常少なくとも0.5–1.0 m—で超える必要があります。キャビテーションによる騒音、振動、インペラ侵食を避けるためです。
• 類似法則の限界。 rated RPMの±20 %以内の速度変化は、類似法則を適用する上で一般的に安全です。大きな変化は、作動点を曲線の安定領域の外にシフトさせる可能性があります。
• 効率は作動点によって異なります。 すべての遠心ポンプには最適効率点（BEP）があります。BEPから遠くで運転すると、軸受とシールの負荷、振動、エネルギー消費が増加します。
• 粘度補正。 水よりもはるかに粘性の高い流体（例えば、~10 cP以上の油）の場合、ポンプヘッド、流量、効率は Hydraulic Institute 標準に従って補正する必要があります。類似法則だけでは不十分です。

参考文献

• 元ソース — エンジニアリングツールボックス：遠心ポンプ