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インペラ、またはインペラー[ 1 ]は、流体の圧力と流量を増加させるために使用される駆動ローターです。これは、流れる流体からエネルギーを取り出し、圧力を低下させるタービンとは反対です。
厳密に言えば、プロペラは流れが軸方向に流入し、軸方向に流出するインペラのサブクラスですが、多くの文脈では、「インペラ」という用語は、流れが軸方向に流入し、半径方向に流出する非プロペラローター、特にポンプやコンプレッサーで吸引を生成する場合に使用されます。
インペラは遠心ポンプの回転部品で、回転中心から流体を外側に加速させ、ポンプを駆動するモーターからポンプで送られる流体にエネルギーを伝達します。[ 2 ] [ 3 ]流体の外側への動きがポンプケーシングによって制限されると、加速によって出力圧力が発生します。インペラは通常、流入する流体を受け入れるための開口部（アイと呼ばれる）と、流体を半径方向に押し出すための羽根、および駆動軸を受け入れるためのスプライン、キー、またはねじ穴を備えた短い円筒形です。
インペラとそのスピンドルを別々に鋳造するよりも、一体鋳造した方がコストが安くなる場合がある。この組み合わせは、単に「ローター」と呼ばれることもある。
オープンインペラは、ハブに羽根が取り付けられ、シャフトに取り付けられています。羽根には壁がないため、オープンインペラはクローズドインペラやセミクローズドインペラよりもわずかに弱くなります。ただし、サイドプレートが羽根の入口側に固定されていないため、ブレードの応力は大幅に低くなります。[ 4 ]ポンプでは、流体はインペラのアイに入り、そこで羽根がエネルギーを加えてノズル吐出に導きます。羽根とポンプの渦巻きまたはバックプレートの間のクリアランスが狭いため、ほとんどの流体が逆流するのを防ぎます。ボウルと羽根のエッジの摩耗は、クリアランスを調整して時間の経過とともに効率を維持することで補償できます。[ 5 ]内部部品が見えるため、オープンインペラはクローズドインペラよりも損傷の検査とメンテナンスが容易です。また、流れ特性を変更するために簡単に改造することもできます。オープンインペラは、狭い範囲の比速度で動作します。オープンインペラは通常、より高速でメンテナンスが容易です。小型ポンプや浮遊固形物を扱うポンプでは、一般的にオープンインペラが使用されます。[ 6 ]砂詰まりは、密閉型ほど簡単には発生しない。
半密閉型インペラは背面に補強壁を備えているため、強度が高くなっています。これらのインペラは、効率は低下するものの、固液混合液を流すことができます。
クローズド インペラの構造には、羽根の両側に追加の背面と前面の壁があり、強度を高めています。これにより、シャフトにかかる推力も軽減され、ベアリングの寿命と信頼性が向上し、シャフトのコストも削減されます。ただし、追加の摩耗リングの使用など、このより複雑な設計により、クローズド インペラはオープン インペラよりも製造が難しく、高価になります。クローズド インペラの効率は、使用に伴って摩耗リングのクリアランスが増加するにつれて低下します。ただし、インペラ ボウル クリアランスの調整は、オープン インペラほど羽根の摩耗に重大な影響を与えません。[ 4 ]クローズド インペラは、オープン インペラよりも広い範囲の比速度で使用できます。[ 5 ]これらは一般的に、大型ポンプや清水用途で使用されます。これらのインペラは固形物に対して効果的に機能せず、詰まると洗浄が困難になります。[ 6 ]
スクリューインペラの設計は、回転時に固形物を自由に扱える軸方向の漸進的なチャネルにより適合している。[ 7 ] [ 8 ]
遠心圧縮機の主要部品はインペラです。オープンインペラはカバーがないため、より高速で回転させることができます。カバー付きインペラを備えた圧縮機は、オープンインペラを備えた圧縮機よりも多くの段数を持つことができます。
インペラの中には、小型プロペラに似ているものの、大きな羽根がないものがあります。用途の一つとして、高速ボートの動力源となるウォータージェットに使用されています。
インペラは回転させる大きな羽根を持たないため、プロペラよりもはるかに高速で回転させることができます。インペラを通過する水はハウジングによって導かれ、水流ジェットとなって船体を前進させます。ハウジングは通常、水の速度を上げるためにノズル状に先細りになっており、これによりベンチュリ効果も生じます。ベンチュリ効果とは、インペラ後方の低圧によってより多くの水が羽根に向かって引き寄せられ、回転速度をさらに高める効果です。
効率的に作動させるためには、インペラとハウジングが密着している必要があります。ハウジングには通常、交換可能な摩耗リングが取り付けられており、インペラによって砂やその他の粒子がハウジング側面に衝突することで摩耗します。
インペラを使用する船舶は、通常、水流の方向を変えることによって操舵される。
撹拌槽内のインペラは、槽内の流体やスラリーを混合するために使用されます。これにより、固体、液体、気体といった様々な形態の物質を混合することが可能です。温度や濃度などの条件に勾配がある場合、槽内の流体を混合することは非常に重要です。
インペラには、生成される流れの形態に応じて2種類あります（図を参照）。
ラジアルフローインペラは、流体に本質的にせん断応力を加えるものであり、例えば、混ざり合わない液体を混合する場合や、一般的に変形可能な界面を破壊する必要がある場合に使用されます。ラジアルフローインペラのもう一つの用途は、非常に粘性の高い流体の混合です。
軸流インペラは基本的に流体の塊状運動を発生させ、流体の体積流量の増加が重要な均質化プロセスで使用される。
インペラは、主に3つのサブタイプに分類できます。
プロペラは軸方向の推力を発生させる要素です。これらの要素は、船体内部に非常に強い旋回流を生み出します。流体中に発生する流れのパターンは、らせん状に似ています。
英国および多くの英連邦諸国の消防署では、階級章としてインペラを様式化したデザインが用いられている。隊員は、陸軍や警察が着用する階級章（ピップ）に相当するものとして、消防服の肩章や襟に1つまたは複数個を着用する。
ルーツブロワーなどの空気ポンプは、噛み合うインペラを使用してシステム内に空気を送り込みます。用途としては、高炉、換気システム、内燃機関の過給機などがあります。
インペラは軸流ポンプの不可欠な部分であり、心室補助装置で心臓機能を増強または完全に代替するために使用されます。[ 9 ] [ 10 ]