プログレッシブキャビティポンプ

プログレッシブキャビティ ポンプは容積式ポンプの一種で、プログレッシブ キャビティ ポンプ、プロッグ キャビティ ポンプ、偏心スクリュー ポンプ、キャビティ ポンプとも呼ばれます。ローターの回転に伴って、ポンプ内を一連の小さな固定形状の個別のキャビティが移動することで流体を移送します。これにより、体積流量は回転速度 (双方向) に比例し、ポンプで汲み上げられた流体 に低レベルのせん断が適用されます。

これらのポンプは、粘性物質やせん断に敏感な物質の流体計量およびポンピングに使用されます。キャビティは端に向かって細くなっており、重なり合っています。1 つのキャビティが減少すると、別のキャビティが増加しますが、総変位量は等しいため、正味流量の変化は最小限に抑えられます。この設計により、脈動がほとんどまたはまったくないフローが実現します。

機器は、特定の製造元または製品名で呼ばれるのが一般的です。したがって、名前は業界や地域によって異なる場合があります。例: Moineau (発明者 René Moineau にちなんで)。最初の 4 つの製造ライセンスは、MOYNO pump [アメリカ]、Mono pump [イギリス、ヨーロッパ]、Gardier [ベルギー]、および PCM に発行されました。

プログレスキャビティローターとステーターは、内部に流体が送り込まれると モーター（泥モーター）としても機能します。用途には、方向性井戸掘削などがあります。

プログレッシン キャビティ ポンプは通常、らせん状のローターと、ステーター内の 2 倍の波長のらせん状の穴であるツイン ヘリックスから構成されます。ローターは回転するとステーターにしっかりと密着し、その間に固定サイズのキャビティ セットを形成します。ローターが回転するとキャビティも動きますが、形状や容積は変化しません。ポンプで汲み上げられた物質はキャビティ内で移動します。^[1]

このポンプ技術の原理は、しばしば誤解されています。多くの場合、これは、スクリュー ローターの動く歯に対する抗力または摩擦によって引き起こされる動的効果によって発生すると考えられています。実際には、ピストン ポンプのように密閉された空洞によるもので、非常に低い速度でポンプすることができ、高圧であっても、その効果が純粋に正の変位であることを示すなど、同様の動作特性があります。ローターは、内部の空洞を軌道状に「登ります」 (ポンプを参照)。

圧力が十分に高い場合、キャビティ間のスライド シールは流体を送り出すのではなく、いくらか漏れ出します。そのため、高圧に対してポンプで送る場合、各シールは隣接するキャビティ間の圧力差のみに対処すればよいため、キャビティの数が多く長いポンプの方が効果的です。ポンプの設計は、ステージごとに 2 つ (または 3 つ) のキャビティから始まります。ステージの数 (現在最大 24) は、ツールの機械加工能力によってのみ制限されます。

ローターが回転すると、穴の内面を転がり/登ります。ローターの動きは、遊星歯車システムの遊星歯車と同じです。ローターが同時に回転して移動すると、偏心して取り付けられた駆動シャフトの組み合わせた動きは、ハイポサイクロイドの形になります。単螺旋ローターと二重螺旋ステーターの典型的なケースでは、ハイポサイクロイドは単なる直線です。ローターは、偏心を許容するために、ユニバーサルジョイントまたはその他のメカニズムのセットを介して駆動する必要があります。^[2]

ローターはコルク抜きに似た形状をしており、中心からずれた回転運動と相まって、偏心スクリューポンプという別名が付けられています。

さまざまなローター形状とローター/ステーターピッチ比が存在しますが、それらは通常完全な密閉ができないという点で特殊であり、そのため低速圧力と流量の直線性は低下しますが、特定のポンプサイズでの実際の流量やポンプの固形物処理能力は向上します。^{[引用が必要]}

プログレッシン キャビティ ポンプは、ピストン ポンプや蠕動ポンプと同様に、基本的には固定流量ポンプですが、このタイプのポンプは、一般的に紹介されているタイプのポンプ、つまり圧力を生成するものと考えられるポンプとは根本的に異なる理解が必要です。このため、すべてのポンプの流量は、出口に取り付けられたバルブを使用して調整できるという誤った想定につながる可能性があります。しかし、このタイプのポンプでは、このようなバルブは流量に実質的に影響を及ぼさず、バルブを完全に閉じると非常に高い圧力が発生するため、この想定は問題です。これを防ぐために、ポンプには多くの場合、カットオフ圧力スイッチ、破裂ディスク(意図的に弱く、簡単に交換できる)、または可変量の流体を入口に戻すことができるバイパス パイプが取り付けられています。バイパスを取り付けると、固定流量ポンプが実質的に固定圧力ポンプに変換されます。

ローターがステーターに接触する部分では、表面が横方向に移動するのが一般的であるため、小さな滑り接触領域が発生します。これらの領域は、ポンプで送られる流体によって潤滑される必要があります (流体潤滑)。これは、始動時により大きなトルクが必要になることを意味し、流体なしで動作させると「空運転」と呼ばれる状態になり、ステーターが急速に劣化する可能性があります。

プログレッシブ キャビティ ポンプは、粘度の高い流体や塊状の流体を移送する場合、長寿命で信頼性の高いサービスを提供しますが、研磨性の流体はステーターの寿命を大幅に短縮します。ただし、スラリー(媒体内の粒子) は、粒子の周囲に潤滑層を維持してステーターを保護するのに十分な粘性を持つ媒体であれば、確実に移送できます。

具体的な設計では、ポンプのローターは鋼鉄製で、通常はクロムで滑らかで硬い表面がコーティングされ、本体 (ステーター) は金属管本体内の成型エラストマーで作られています。ステーターのエラストマー コアは、必要な複雑な空洞を形成します。ローターは、角度の付いたリンク アーム、ベアリング (流体に浸漬) によってステーターの内面に保持され、内面の周りを回転できます (非駆動)。ステーターにエラストマーが使用されるのは、鋳造によって作成される複雑な内部形状の作成を簡素化するためです。これにより、水やポンプで汲み上げる流体の他の一般的な成分の吸収により徐々に膨張することで、シールの品質と寿命も向上します。したがって、エラストマーとポンプで汲み上げる流体の適合性を考慮する必要があります。

ステーターの一般的な設計は、「等壁」と「不等壁」の 2 つです。後者は、頂点部分のエラストマー壁厚が厚く、圧力下で変形する能力が高いため、より大きなサイズの固体を通過させることができます。前者は、エラストマー壁厚が一定であるため、ステージあたりの圧力、精度、熱伝達、摩耗、重量など、他のほとんどの面で優れています。外管の形状が複雑なため、より高価です。

1930 年、航空のパイオニアであるルネ・モワノーは、ジェット エンジンのコンプレッサーを発明する過程で、この原理がポンプ システムとしても機能することを発見しました。パリ大学は、ルネ・モワノーの「新しいカプセル機構」に関する論文に対して理学博士号を授与しました。彼の先駆的な論文は、プログレッシブ キャビティ ポンプの基礎を築きました。

• 食べ物と飲み物のポンピング
• 石油採掘
• 石炭スラリーポンプ
• 下水・汚泥汲み上げ
• 粘性化学物質のポンプ輸送
• 雨水流出防止スクリーニング
• 油田の傾斜掘削におけるダウンホール泥水モーター（プロセスを逆転させ、油圧を機械力に変換します）
• 限られたエネルギーで井戸水を汲み上げる

• グラウトまたはセメントのポンプ注入
• 潤滑油ポンプ
• 船舶用ディーゼル燃料ポンプ
• 鉱山スラリーポンプ
• 油田泥水モーター

• プログレスキャビティポンプ（PCP）システム - 石油技術者協会 PetroWiki 記事
• プログレッシブキャビティポンプ - 油井生産人工リフト - アンリ・ショレとクリスチャン・ウィトリッシュによる独創的な教科書
• プログレッシングキャビティポンプ - 世界最大の PCP メーカーの 1 社によるプログレッシングキャビティポンプの技術と原理の説明
• 人工リフト用プログレスキャビティポンプシステム - パート1：ポンプ - ISO 15136-1:2009 石油および天然ガス産業
• プログレッシブキャビティポンプ -食糧農業機関によるポンプ操作の簡潔な説明