ピストンポンプ

ピストンポンプは、高圧シールがピストンとともに往復運動する容積式ポンプの一種です。^{[1]ピストンポンプは、}液体を移動させたり、ガスを圧縮したりするために使用できます。幅広い圧力で動作できます。流量に悪影響を与えることなく高圧動作を実現できます。ピストンポンプは、粘性媒体や固体粒子を含む媒体も処理できます。^[2]このタイプのポンプは、ピストンカップ、ダウンストロークで圧力差が生じる振動機構、アップストロークでポンプ流体を押し出すポンプ室の充填によって機能します。ピストンポンプは、高い一定の圧力が必要なシナリオや、灌漑や給水システムでよく使用されます。^[3]

ピストンポンプには主にリフトポンプとフォースポンプ の2種類があります。^[4]どちらのタイプも手動またはエンジンで操作できます。

リフト ポンプでは、ピストンの上昇ストロークにより、水がバルブを通ってシリンダーの下部に引き込まれます。下降ストロークでは、水はピストンに取り付けられたバルブを通過してシリンダーの上部に入ります。次の上昇ストロークでは、水はシリンダーの上部から注ぎ口を通して排出されます。このタイプのポンプは、真空に対して空気圧で支えられる水の高さによって制限されます。

強制ポンプでは、ピストンの上昇ストロークにより、水が入口バルブを通ってシリンダーに引き込まれます。下降ストロークでは、水は出口バルブを通って出口パイプに排出されます。

ピストン ポンプは、単動式および単効型 (流体はピストンの片面でポンプされ、アクティブなストロークは一方向のみ) または複動式および複効型 (流体はピストンの両面でポンプされ、両方向のストロークがアクティブ) のいずれかに分類できます。

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  単動ピストン力ポンプのアニメーション。
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  入口と出口の両方にアキュムレータを備えた複動ピストン力ポンプのアニメーション。

ピストンポンプの理論的な吐出量の計算は比較的簡単です。

単動ポンプでは、ピストンの片側のみが流体と接触します。この結果、1ストロークのみが吐出ストロークとなります。理論的な吐出速度は、次の式を使用して計算できます。^[5]

${\displaystyle Q=h\times {\frac {d^{2}\times \pi }{4}}\times n}$

ここで、Qは吐出量、dはピストンの直径、hはストローク、nは rpm です。ポンプに複数のシリンダーがある場合は、Qにシリンダー数を掛けます。

複動式ポンプでは、ピストンの両側が流体と接触しています。このため、両方のストロークが吐出ストロークとなります。吐出速度の近似値は次の式で与えられます。^[5]

${\displaystyle Q=h\times {\frac {d^{2}\times \pi }{4}}\times 2n}$

ただし、この式ではピストンロッドが占める容積が考慮されていません。実際の吐出量は次のように計算できます。

${\displaystyle Q=nh\times \left(2{\frac {d^{2}\times \pi }{4}}-{\frac {d_{1}^{2}\times \pi }{4}}\right)=nh\times {\frac {\pi }{4}}\left(2d^{2}-d_{1}^{2}\right)}$

d _{1 は}ピストンロッドの直径に等しい。

プランジャー ピストン ポンプのピストンは一定の速度で移動しないため、ストロークの期間中、圧力と吐出量が変動します。次の図は、単動式および複動式ポンプのクランクシャフト角度と吐出量との関係を示しています。線はポンプの平均吐出量を示しています。圧力と吐出量の変動はウォーター ハンマーなどの望ましくない影響を引き起こす可能性があるため、通常は空気充填アキュムレータを設置することで軽減されます。互いにオフセットされた複数のシリンダーを使用することで、吐出量をさらに滑らかにすることができます。

その結果、実際の配信率はより小さくなることが多く、次の式で求められます。

${\displaystyle Q_{s}=Q\times \lambda }$

Q _sは実際の配信率、Qは理論上の配信率、λ は損失係数です。

• アキシャルピストンポンプ
• ラジアルピストンポンプ

• プランジャーポンプ
• ダイヤフラムポンプ