ロータダイナミックポンプ

ロータリーポンプは、回転するインペラ、プロペラ、またはローターによって、ポンプで汲み上げた流体にエネルギーが継続的に与えられる運動機械であり、一定量の流体を捕捉し、捕捉した容積をポンプの吐出口に押し出すことで流体を移動させる容積式ポンプとは対照的です。 ^{[1]ロータリーポンプの例には、}遠心ポンプを使用して流体の速度や圧力を高めるなど、流体に運動エネルギーを 追加するものがあります。^{[2] [3]}

ポンプは、一般的に液体を低いレベルから高いレベルに上げるために使用される機械装置です。これは、ポンプの入口で低圧を作り、出口で高圧を作ることによって実現されます。入口圧力が低いため、液体は保管または供給される場所から上昇します。ただし、液体に機械的エネルギーを与えるために原動機による作業が必要であり、最終的に圧力エネルギーに変換されます。^[4]

基本的な動作原理を考慮すると、ポンプは次の 2 つのカテゴリに分類できます。

1. 容積式ポンプ。
2. 非容積式ポンプ。

ポンプは以下のように分類される：^[5]

容積式ポンプは、ポンプの入口圧力セクションからポンプの排出ゾーンに一定量の流体を強制的に送り込むことによって作動します。容積式ポンプは 2 つのタイプに分類できます。

1. ロータリー式容積式ポンプ：
   • 内歯車ポンプ
   • スクリューポンプ
2. 往復動型容積式ポンプ：
   • ピストンポンプ
   • ダイヤフラムポンプ

容積式回転ポンプは、回転機構を使用して真空を作り、液体を捕捉して吸い込み、流体を移動させます。容積式回転ポンプは、主に次の 2 つのタイプに分類できます。

1. ギアポンプ
2. ロータリーベーンポンプ

往復ポンプは、1 つ以上の振動ピストン、プランジャー、または膜を使用して流体を移動し、バルブは流体の動きを目的の方向に制限します。

このカテゴリのポンプはシンプルで、1 つまたは複数のシリンダーを備えています。ピストンの片方向の動きで吸引し、もう片方向で排出する単動式、または両方向で吸引と排出を行う複動式のいずれかになります。

このタイプのポンプでは、各サイクルで供給される液体の量は、流れに与えられる抵抗によって決まります。ポンプは、ポンプの特定の速度ごとに一定の力を液体に生じます。排出ラインの抵抗は、反対方向の力を生み出します。これらの力が等しい場合、液体は平衡状態にあり、流れません。非容積式ポンプの出口が完全に閉じられている場合、ポンプが最大速度で動作しているときに、排出圧力が最大まで上昇します。

遠心ポンプは、遠心力を利用して圧力を発生させ、液体を低いレベルから高いレベルに持ち上げます。最も単純なタイプのポンプは、シャフトに取り付けられたインペラで構成され、渦巻き状のケーシング内で回転します。液体はインペラの中心（インペラの「目」と呼ばれる）に導かれ、インペラの羽根によって拾い上げられ、羽根によって高速に加速され、遠心力によってケーシングに排出され、その後、排出パイプから排出されます。液体が中心から押し出されると、真空が生成され、より多くの液体が羽根からエネルギーを受け取り、圧力エネルギーと運動エネルギーが増加します。インペラの出口で大量の運動エネルギーは望ましくないため、液体が排出パイプに入る前に、液体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換するように設計が行われます。^[6]

ロータリーポンプは、設計、構造、用途、サービスなどのさまざまな要素によって分類できます。^{[7] [8]}

• ステージ数別：
  • 単段ポンプ:
    • シングルインペラーポンプとも呼ばれる
    • シンプルでメンテナンスが簡単
    • 大流量および低圧設備に最適
  • 2段ポンプ:
    • 直列に接続された2つのインペラ
    • 中規模用途向け
  • 多段ポンプ:
    • 3つ以上のインペラを直列に接続
    • 高揚程アプリケーション向け
• ケース分割の種類別:
  • 軸方向分割:
    • これらのタイプのポンプでは、渦巻ケーシングは軸方向に分割されており、ポンプ ケーシングが分離する分割線はシャフトの中心線にあります。
    • 設置とメンテナンスが容易なため、通常は水平に取り付けられます。
  • 放射状分割:
    • ポンプケースは放射状に分割されており、渦巻き状のケースの分割はシャフトの中心線に対して垂直です。
• インペラ設計による
  • 片吸込ポンプ:
    • 単一の吸引インペラを備えており、流体は単一の開口部からのみブレードに入ることができます。
    • シンプルな設計ですが、インペラの片側から流れが入るため、インペラの軸方向の推力の不均衡が大きくなります。
  • 両吸込ポンプ:
    • 両吸い込みインペラにより、流体はブレードの両側から流入します。
    • これらは最も一般的なタイプのポンプです。
• 渦巻きの数によって:
  • シングルボリュートポンプ:
    • 渦巻きのサイズが小さいため、通常は低容量ポンプに使用されます。
    • 小さな渦巻きを鋳造するのは難しいが、品質は良い
    • ラジアル荷重が大きい
  • ダブルボリュートポンプ:
    • 2つの渦巻きを180度離して配置する
    • ラジアル荷重のバランスをとるのが得意
    • 最もよく使われるデザイン
• シャフトの向きによって:
  • 水平遠心ポンプ：
    • すぐに入手可能
    • 設置、検査、保守、サービスが簡単
    • 低圧に適しています
  • 垂直遠心ポンプ:
    • 設置、サービス、メンテナンスのために広い天井高が必要
    • より高い圧力負荷に耐える
    • 水平ポンプよりも高価

遠心ポンプは、油圧の世界で最も一般的に使用されているポンプ装置です。このポンプ装置では、水はインペラの中心にあるタンクから来て、ポンプの上部から出ます。インペラはシステムの心臓部と呼ばれています。インペラには、1. オープンインペラ、2. セミオープンインペラ、3. 密閉型インペラの 3 種類があり、密閉型インペラは最高の効率を発揮します。密閉型インペラは、2 つのプレートの間に取り付けられた一連の後方に湾曲した羽根を持っています。インペラは常に水中にあります。インペラが回転し始めると、インペラが入っている流体も回転します。流体が回転し始めると、流体粒子に遠心力が誘発されます。遠心力により、流体の圧力と運動エネルギーの両方が増加します。流体粒子に遠心力が発生すると、入口ノズル (吸引側) の圧力が低下します。圧力は比較的大気圧よりも低くなります。このような低圧は、貯蔵庫から流体を吸い上げるのに役立ちます。しかし、入口ノズル（吸引側）が空であったり、空気で満たされていたりすると、インペラが損傷します。入口ノズル（吸引側）で発生する圧力と大気圧の差は、タンクから流体を吸い上げるにはごくわずかです。インペラはケーシング内に取り付けられています。そのため、流体はケーシング内にある必要があります。ケーシングは、出口で最大圧力がかかるように設計されます。ケーシングでは、最大直径またはスペースは出口（排出ノズル）にあり、内側に移動するにつれて直径は徐々に小さくなります。このため、排出ノズルでの流体の体積は大きくなり、速度が低下します。速度と圧力はどちらも反比例するため、圧力が増加します。そして、圧力の増加は、ポンプシステムの抵抗を克服するために必要です。^[9]

入口ノズル（吸引時）の圧力が流体の蒸気圧を下回ると、ケーシング内に気泡が発生します。この状況は、流体が沸騰して泡を形成するため、ポンプにとって非常に危険です。これらの泡はインペラに衝突し、インペラの材質を損傷します。この状況はキャビテーションとして知られています。入口ノズル（吸引時）の圧力を上げるには、セクションヘッドを小さくする必要があります。^{[9] [10]}

これら3種類のインペラにはそれぞれ異なる用途があります。流体が詰まりやすい場合は、セミオープンまたはオープンタイプのインペラが使用されます。ただし、効率はそれぞれ低下します。また、ポンプの機械設計も困難です。シャフトはインペラとモーターを接続するために使用され、回転運動をインペラに伝達します。ケーシング内の流体圧力は非常に高いため、適切なシール配置が必要です。^{[9] [11]}

ロータリーポンプが使用される主な産業には以下のものがある: ^[4]

• 一般サービス: 冷却水、用水、消火、排水
• 農業: 灌漑、ボーリング、土地排水
• 化学/石油化学：移管
• 建設/建築サービス: 圧力増強、排水、温水循環、空調、ボイラー給水
• 乳製品/醸造所: 発酵への移送、「麦汁」、「洗浄」
• 家庭用：温水
• 金属製造：ミルスケール、炉ガス研磨、スケール除去
• 鉱業/採石業: 石炭洗浄、鉱石洗浄、固形物輸送、脱水、ウォータージェット
• 石油・ガス生産：主油ライン、タンカー積載、注水、海水揚水
• 石油・ガス精製：炭化水素移送、原油供給、タンカー積載、製品パイプライン、反応器充填
• 紙/パルプ: 中/低濃度紙料、木材チップ、液体/凝縮液、ヘッドボックスへの紙料
• 発電：大型冷却水、灰処理、排ガス脱硫プロセス、凝縮水抽出、ボイラー給水
• 砂糖製造: ライムミルク/シロップ、ビート尾、ジュース、ビート丸ごと
• 廃水: 未処理および沈殿した下水、砂利を含んだ流水、雨水
• 給水：原水採取、給水配分、給水増強

• 遠心ポンプ
• インペラ
• ルーツブロワー
• 軸
• 渦巻
• 吸引
• ベルヌーイの原理

• http://www.pumps.org/Pump_Fundamentals/Rotodynamic.aspx
• http://shodhganga.inflibnet.ac.in/bitstream/10603/40703/8/08_chapter3.pdf
• http://nptel.ac.in/courses/Webcourse-contents/IIT-KANPUR/machine/ui/Course_home-lec33.htm
• https://www.introtopumps.com/pump-terms/rotodynamic/
• https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4613-1217-8_1
• https://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/29394-the-basic-concept-construction-and-working-principle-of-hydraulic-pumps/
• http://www.roymech.co.uk/Everyone/Pumps/Centrifugal%20Pumps.html
• https://powerequipment.honda.com/pumps/pump- Theory-1
• https://www.castlepumps.com/info-hub/positive-displacement-vs-centrifugal-pumps
• https://www.flowcontrolnetwork.com/piping-requirements-rotodynamic-pumps/
• http://indjst.org/index.php/indjst/article/view/100938/73724
• https://souzimport.ru/upload/files/auslegung-en-data.pdf