【プラント設計の基礎】ポンプの超基礎：容積式

現役プラントエンジニアが教えるプラント設計の基礎知識。

学校では教えてくれないことを中心に、実務に直結する内容を書いていきます。今回は「ポンプの超基礎」について語ります。

ポンプは単に冷却水などの水の輸送から、時には薬品、時には食品など多種多様な流体を輸送します。

そんなポンプには大きく分けると遠心式と容積式に分けることができますが、今回は容積式に焦点を当てていきます。

>>【プラント設計の基礎】ポンプの超基礎：遠心式

>>【プラント設計の基礎】容積式ポンプと遠心式ポンプの違いと使い方を解説！

 

 

ポンプは生活の中にあふれています。

ポンプは私たちの周囲にあるありふれた機械です。私達の飲料水を供給し、冷却水があなたの車のエンジンを循環し、そしてあなたの血さえも流します。

ポンプは私たちの生活のさまざまな面で不可欠ですが、実際のところポンプについてよく分かっていない人が多いのも事実ではないでしょうか？

ポンプは大きく分類すると容積式ポンプと遠心ポンプの2つに分ける事が出来ます。今回は容積式ポンプに焦点を当て説明していきましょう。

容積式ポンプとは？

容積式ポンプはその名前が示すように、1動作毎に一定量の液体を排出します。

これは、ポンプの可動部分が入口で液体を一定量吸入し、次にそれらを強制的に出口から排出させる構造となっているからです。

容積式ポンプのよく知られた例は、昔の井戸などで使用した手押しポンプです。下の図を参照してください。

Wikipediaより引用

この種のポンプは往復容積式ポンプとして知られています。往復運動とは可動部分が動作中に直線で前後に移動することを意味します。

容積式ポンプの基本的な動作

断面図では、ポンプのピストンと内部チェックバルブが表示され、ポンプハウジングの下部に別のチェックバルブがあります。

ハンドルを引き上げると、ピストンがポンプハウジング内を下部に移動し、この動きによって発生する圧力によって底部のチェックバルブが強制的に閉まります。

これにより、水の動きがピストン側の逆止弁を通ってあふれ、シリンダー内が水で満たされます。ハンドルを押し下げると逆のことが起こります。

ピストンの上の水が上向きに加速すると、ピストン側の逆止弁が急激に閉まり、水がその上に閉じ込められます。さらにピストンが上に移動すると、吸引力が下に発生します。

これにより、ハウジングの底部にあるチェックバルブが飛び出し、ピストンの下の空間にさらに水が吸い込まれます。

最終的に、ピストンが十分に高くなると、その上に閉じ込められた水は栓から流れ出ます。

容積式ポンプの特徴

容積式ポンプの特徴としては粘度の高い流体や吐出圧が求められるところに使用できるところです。

しかしその一方で、遠心式ポンプのように出口側のバルブで簡単に圧力調整をや流量調整をすることができませｎ。

もし、流量調整や圧力調整が必要な場合はバイパス弁を設けて吐出側の流体を吸い込み側に戻す必要があります。

また、出口側には安全弁を設けて万が一圧力が急上昇した際には、その圧力を逃がすことのできる構造とする必要があります。

他の容積式ポンプ

別の種類の容積式ポンプはロータリーポンプが代表的な例です。これらのポンプは、ポンプシャフトが１回転するごとに一定量の液体を移動させるように円運動で動作します。

これは、ギア、ローブ、羽根、ネジなどの可動部品と固定式ポンプハウジング自体の間に液体を閉じ込めることによって行われます。

容積式ポンプがどのように機能するかは、次に示すギアポンプを参照してください。

ギアの歯がポンプの真ん中で噛み合い、流れがまっすぐに進むのを防ぎ、回転するギアの歯とポンプハウジングによって形成されるスペースに閉じ込めます 。

他にもプランジャーポンプやモーノポンプ、ロータリーポンプなどがあります。

遠心式ポンプとの使い分けは？

 

まとめ

容積式ポンプはその構造も単純で、いろいろな種類がありいろいろな産業でよく使われてるポンプです。

しかし、使用に当たっては吐出側を閉塞させてはいけないなどの注意点があります。

その辺はまた後日記載していきます。

ポンプの選定とトラブル対策-現場で起きた故障事例と対処法-

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