軸流ポンプ

軸流ポンプ（AFP ）は、基本的にパイプ内のプロペラ（軸流インペラ）で構成される一般的なタイプのポンプです。プロペラは、パイプ内の密閉モーターによって直接駆動することも、外側からパイプに取り付けられた電気モーターまたはガソリン/ディーゼルエンジンによって駆動することも、パイプを貫通する直角ドライブシャフトによって駆動することもできます。

ポンプを流れる流体粒子は、ポンプの入口（「吸引」と呼ばれる）と出口（「排出」と呼ばれる）での半径の変化が非常に小さいため、半径方向の位置は変化しません。そのため、「軸流」ポンプと呼ばれます。

手術

軸流ポンプには、ケーシング内で回転するプロペラ型のインペラがあります。軸流ポンプ内の圧力は、インペラのブレード上の液体の流れによって発生します。流体はインペラのシャフトと平行な方向に押されます。つまり、流体粒子は、ポンプを通過する際に、半径方向の位置を変更しません。これにより、流体は軸方向にインペラに入り、ほぼ軸方向に流体を排出します。軸流ポンプのプロペラは、モーターによって駆動されます。

注記

固定ディフューザーベーンは、インペラの排出速度の旋回成分（）を除去し、エネルギーを圧力に変換するために使用されます。 $V_{\rm {w2}}$
インペラの羽根は調整可能です。
機械には、事前回転を排除し、流れを純粋に軸方向にするために、事前エントリーベーンを取り付けることができます。

単位重量あたりの流体に対して行われる仕事^[1] = $U{\frac {(V_{\rm {w2}}-V_{\rm {w1}})}{g}}$

ブレードの速度はどこですか。 $U=U_{\rm {2}}=U_{\rm {1}}$

最大のエネルギー伝達のためには、つまり、 $V_{\rm {w1}}=0$ $\alpha _{\rm {1}}=90^{\circ}$

したがって、出口速度三角形から、

$V_{\rm {w2}}=U-V_{\rm {f2}}\cot \beta _{\rm {2}}$

したがって、軸流ポンプによる単位重量あたりの最大エネルギー伝達量 = $U{\frac {(U-V_{\rm {f2}}\cot \beta _{\rm {2}})}{g}}$

ブレード設計

軸流ポンプでは、ブレードには翼型部分があり、その上を流体が流れて圧力が発生します。^[2] 一定流量の場合、 $V_{\rm {f1}}=V_{\rm {f2}}=V_{\rm {f}}$

したがって、単位重量あたりの流体への最大エネルギー伝達は

$U{\frac {(U-V_{\rm {f}}\cot \beta _{\rm {2}})}{g}}$

ブレードの全スパンにわたって一定のエネルギー伝達を行うには、上記の式はのすべての値に対して一定である必要があります。しかし、は半径の増加とともに増加するため、一定の値を維持するにはが同様に増加する必要があります。は一定であるため、が増加するとも増加する必要があります。したがって、半径が変化するとブレードはねじれます。 $r$ $U^{2}$ $r$ $UV_{\rm {f}}\cot \beta _{\rm {2}}$ $V_{\rm {f}}$ $\cot \beta _{\rm {2}}$ $r$

特徴

軸流ポンプの特性を図に示します。図に示すように、流量ゼロでの揚程は、ポンプの最高効率点の揚程の 3 倍にもなります。また、流量が減少するにつれて電力要件が増加し、流量ゼロのときに最大電力が消費されます。この特性は、流量の増加に伴って電力要件が増加する遠心ポンプの特性とは逆です。また、ピッチの増加に伴って電力要件とポンプ揚程が増加するため、ポンプはシステム条件に応じて調整され、最も効率的な動作が提供されます。

利点

軸流ポンプの主な利点は、比較的低い揚程（垂直距離）で比較的高い吐出量（流量）が得られることです。^[3]たとえば、一般的なラジアルフローポンプや遠心ポンプと比較して、4メートル未満の揚程で最大3倍の水やその他の流体を汲み上げることができます。また、プロペラのピッチを変更することで、低流量/高圧と高流量/低圧でピーク効率で動作するように簡単に調整できます（一部のモデルのみ）。

^{軸流ポンプ[4]}では流体の回転の影響はそれほど大きくなく、インペラブレードの長さも短い。これにより流体力学的損失が少なくなり、段効率が高くなります。これらのポンプは従来のポンプの中で最も小型で、低揚程および高吐出量に適しています。

アプリケーション

AFP の最も一般的な用途の 1 つは、商業、自治体、産業からの下水処理です。

ヨットでは、AFP は帆船バラスト用の移送ポンプにも使用されています。発電所では、貯水池、川、湖、海から水を汲み上げて主凝縮器を冷却するのに使用されます。化学業界では、蒸発器や晶析装置などで大量の液体を循環させるのに使用されます。下水処理では、AFP は内部混合液循環 (硝化混合液を曝気ゾーンから脱窒ゾーンに移送する) によく使用されます。

農業や漁業では、灌漑や排水のために水を汲み上げるのに非常に大きな馬力の AFP が使用されています。東アジアでは、数百万のより小さな馬力 (6 ～ 20 HP) の移動式ユニットが主に単気筒のディーゼルエンジンやガソリンエンジンで駆動されています。小規模農家が作物の灌漑、排水、漁業に使用しています。インペラの設計も改善され、さらに効率が向上し、農業のエネルギーコストが削減されています。以前の設計では長さが 2 メートル未満でしたが、現在では最大 6 メートル以上になり、より安全に水源に「届く」ようになり、同時に動力源 (多くの場合、2 輪トラクターが使用されています) を次の図に示すようにより安全で安定した位置に保つことができます。

参照

参考文献

^ ア・ヴァラン・アラス (2012).ターボマシン(第 2 版)。ヴィカス。 p. 342.ISBN 9789325960084。
^ Rama SR Gorla、Aijaz A. Khan (2003)。ターボ機械の設計と理論（イラスト版）。CRC Press。p. 59。ISBN 9780203911600。
^ マール・C・ポッター、デイヴィッド・C・ウィガート、バセム・H・ラマダン（2011年）。流体力学（第4版）。Cengage Learning。609ページ。ISBN 9780495667735。
^ SM Yahya (2005). タービンコンプレッサーとファン (第3版). Tata McGraw-Hill Education. p. 9. ISBN 9780070597709。

文献

SM Yahya「タービンコンプレッサーとファン、第 3 版」、Tata McGraw-Hill Education、2005 年
A Valan Arasu「Turbo Machines、第 2 版」、Vikas Publishing House Pvt. Ltd.

[1] ア・ヴァラン・アラス (2012).ターボマシン(第 2 版)。ヴィカス。 p. 342.ISBN 9789325960084。

[2] Rama SR Gorla、Aijaz A. Khan (2003)。ターボ機械の設計と理論（イラスト版）。CRC Press。p. 59。ISBN 9780203911600。

[3] マール・C・ポッター、デイヴィッド・C・ウィガート、バセム・H・ラマダン（2011年）。流体力学（第4版）。Cengage Learning。609ページ。ISBN 9780495667735。

[4] SM Yahya (2005). タービンコンプレッサーとファン (第3版). Tata McGraw-Hill Education. p. 9. ISBN 9780070597709。