遠心ポンプと容積式ポンプ: 違い、用途、選び方

各ポンプタイプの仕組み

渦巻ポンプ 容積式ポンプはまったく異なるメカニズムで流体を移動させます。その 1 つの違いが、ポンプ間のほぼすべての性能差を生み出します。それぞれの動作原理を理解することが、情報に基づいたポンプ選択の出発点となります。

遠心ポンプは、モーターからの回転エネルギーを流体内の運動エネルギーに変換します。インペラが回転すると、遠心力によって液体が中心から外側に向かって加速され、吐出口で圧力に変換されます。インペラの回転が速いほど、流体に与えられる速度は増加しますが、流量と圧力の関係は固定されていません。システムの背圧が上昇すると、流量が減少します。インペラの形状やケーシングの構成など、遠心ポンプの原理と設計を詳細に分析するには、プロセスにポンプを指定する前に、基礎となるエンジニアリングを詳しく調べる価値があります。

容積式 (PD) ポンプはまったく異なる原理で動作します。ギア、ダイアフラム、ピストン、ロータリー ローブ、またはプログレッシブ キャビティを介してキャビティ内に一定量の流体を捕捉し、サイクルまたは回転ごとにその体積を吐出ラインに物理的に押し込みます。下流側の圧力の影響に関係なく、回転またはストロークごとに送出される流体の量は基本的に一定のままです。この機械的確実性が PD ポンプの特徴であり、それが最大の強みであると同時に、特定の状況では限界でもあります。

パフォーマンス曲線: エンジニアが重視する主な違い

これら 2 つのポンプ タイプの性能曲線を並べてプロットすると、コントラストがすぐに分かります。遠心ポンプの曲線では、流量と圧力ヘッドは逆の関係にあり、背圧が増加すると流量が低下します。ポンプは特定の点 (最高効率点 (BEP)) で最も効率的に動作し、その両側で性能が低下します。エンジニアは、動作点が BEP の近くに留まるようにシステムを設計する必要があります。遠心ポンプを曲線から大きく外れて運転すると、エネルギーの無駄、振動、早期摩耗が発生します。

容積式ポンプの曲線は、これとはほとんど似ていません。 1サイクルあたり一定量を移動させるため、 流量は幅広い吐出圧力にわたってほぼ一定に保たれます。 。圧力が上昇しても、流量はほとんど変化しません。このため、PD ポンプは本質的に、投与、計量、および予測可能で一貫した出力を必要とするあらゆる用途に適しています。その代償として、吐出ラインが詰まると、何かが故障するまで圧力が上昇し続けることになります。これが、ほとんどの容積式ポンプの設置に圧力リリーフバルブが必要な理由です。

いずれかのポンプ タイプを選択する前に、特定のシステムで流量と揚程がどのように相互作用するかを理解することが不可欠です。ポンプの流量と揚程を徹底的に理解することは、実際の設置においてこれらのパラメータがパイプの長さ、摩擦損失、システム抵抗とどのように相互作用するかを明確にするのに役立ちます。

粘度の取り扱い: 各ポンプが勝つか苦戦するか

流体の粘度は、遠心ポンプと容積式ポンプのどちらを選択する場合にもおそらく最も重要な変数です。 2 つのタイプは逆の方法で粘度に反応します。つまり、間違ったタイプを選択すると、重大な効率損失やポンプの完全な故障が発生する可能性があります。

遠心ポンプは、水、軽い化学薬品、薄い溶剤、および同様の自由に流れる液体など、低粘度の流体で最もよく機能します。粘度が上昇すると、ポンプ内の摩擦損失が急激に増加します。流量が低下し、揚程が減少し、効率が低下し、消費電力が増加します。およそ 200 ～ 400 センチポアズ (ポンプの設計に応じて) を超えると、遠心ポンプの性能低下が著しくなり、非現実的な選択となります。

容積式ポンプは、粘度の増加に対して非常に異なる反応をします。 液体が濃くなるにつれて、PD ポンプの効率が向上することがよくあります 粘度が高くなると隙間からの内部漏れが減少するため、それ以下ではありません。ギア ポンプ、ローブ ポンプ、プログレッシブ キャビティ ポンプは、遠心ポンプ全体が停止してしまうようなオイル、接着剤、スラリー、ポリマー、その他の高粘度媒体を移送するために日常的に使用されています。また、PD ポンプは、生成する内部速度が低いため、せん断に敏感な流体をより穏やかに処理できます。これは、流体が機械的な力によって劣化してはいけない食品加工、医薬品、生物学的用途において重要な利点です。

直接比較

以下の表は、工業および化学プロセス環境で最も重要なパラメータにわたる 2 つのポンプ カテゴリ間の動作上最も重要な違いをまとめたものです。

各ポンプタイプの共通用途

遠心ポンプと容積式ポンプの用途プロファイルは、それぞれの強みを反映しています。各タイプがどこで優勢かを知ることは、エンジニアが詳細なエンジニアリングを開始する前にオプションを絞り込むのに役立ちます。

渦巻ポンプ これらは、都市給水、HVAC 循環、冷却システム、および大量の液体移送の主力製品です。化学産業では、粘度が低く高スループットが優先される酸、アルカリ、溶剤、プロセス水を扱います。また、廃水処理、消火、農業用灌漑、つまり中程度の圧力で安定した高流量が必要な用途における標準的な選択肢でもあります。さまざまなタイプの遠心ポンプとその産業用途 (ラジアルフロー、アキシャルフロー、磁気ドライブのバリエーションなど) の概要については、さまざまなプロセスの要求に適した幅広い構成が用意されています。

容積式ポンプ 遠心ポンプでは不十分な場合に威力を発揮します。ギア ポンプとローブ ポンプは、潤滑油システム、油圧システム、およびシロップ、ソース、食用油などの食品グレードのアプリケーションで標準です。ダイヤフラム ポンプとペリスタルティック ポンプは、正確な計量と汚染防止が交渉の余地のない化学薬品の投与と医薬品の製造に役立ちます。プログレッシブキャビティポンプは、採掘、廃水、掘削作業において濃厚なスラリーや研磨媒体を処理します。ピストンおよびプランジャー ポンプは、スケール除去、静水圧試験、および高圧洗浄システムで要求される非常に高い圧力を供給します。

プロセスに適したポンプを選択する方法

遠心ポンプと容積式ポンプのどちらを選択するかは、順番に尋ねられる 4 つの質問に帰着します。理想的な設計条件ではなく、実際のプロセス条件に対して正直に答えれば、通常、正しいポンプ タイプが明らかになります。

1. 流体の粘度って何ですか？ 常に 200 cP を下回っている場合は、遠心ポンプを使用するのが自然な出発点です。 500 cP を超える場合、または動作条件によって粘度が大幅に変化する場合、容積式ポンプはより予測可能な性能を発揮します。
2. フロープロファイルはどのようなものである必要がありますか? 下流圧力に何が起こったかに関係なく、正確な流量、定量流量、または一定の流量が必要な場合は、PD ポンプが正しい選択です。アプリケーションが変動する流量を許容し、高スループットを優先する場合は、遠心ポンプの方が効率的でコスト効率が高くなります。
3. システムはどのような圧力を要求しますか? 単段遠心ポンプが供給できる圧力を超える非常に高い吐出圧力の場合、PD ポンプは必要な出力へのより直接的な経路を提供します。中圧で高流量の場合は、通常、遠心分離 (多段を含む) 設計の方が適しています。
4. 流体の特徴は何ですか? せん断感度、摩耗性、固形分、化学的攻撃性はすべて、ポンプのタイプと材料の選択の両方に影響します。特に腐食性プロセス流体の場合、腐食性流体に適切なポンプを選択するためのガイドでは、酸や溶剤などの一般的な攻撃性の化学物質に対する材料の適合性について説明します。

漏れが許容できない危険なプロセス流体や高価なプロセス流体を含む用途では、漏れのない流体移送用の化学磁気ポンプが、遠心分離構成と特定の PD 構成の両方に関連するメカニカル シールを完全に排除する特殊なソリューションを提供します。ポンプ選択の考慮事項に関する米国エネルギー省の公式ガイダンスは、産業用ポンプの仕様におけるシステム要件、流体特性、およびエネルギー効率要素を評価するための厳密な枠組みを提供しています。両方のカテゴリで利用可能なポンプ構成を包括的に確認するには、遠心ポンプ、磁気ドライブ、および要求の厳しい化学プロセス環境向けに設計された特殊オプションを網羅する産業用化学ポンプの全範囲をご覧ください。