【プラント設計の基礎】容積式ポンプと遠心式ポンプ




ポンプについて二回ほど簡単に記事を書いていますが、内容としてはあまりにも簡単なので補足事項としてもう少し詳しく書いていきます。

特に容積式と遠心式の違いや、運転特性などを理解せずに使用すると、思わぬ事故につながる恐れがあるのでよく理解する必要があります。

以前書いた記事は下記より参考願います。

プラントエンジニアのお勉強【ポンプの超基礎:容積式】

プラントエンジニアのお勉強【ポンプの超基礎:遠心式】

ポンプとは?

ポンプとは詳細を説明するまでもなく液体を移送する機械設備のことです。

その用途は非常に広く水処理場などで使われる大型のポンプから、超微量の液体を扱うポンプまで様々な種類があります。

ポンプの分類

ポンプは内部で液体に圧力を与え移送しますが、この圧力発生方法により大きく二つのポンプに分かれます。

  • 容積式ポンプ
  • 遠心式ポンプ

もちろんこれ以外の機構もあるのですが、一般的なプラントは「容積式」と「遠心式」を多く使っている。

また、容積式と遠心式では、始動時のバルブ操作などに関して扱い方が違うので、それぞれの特性についてはよく勉強する必要があります。

揚程と吐出圧

どちらもポンプの性能を表す言葉ですが、性能といってもポンプ吐出側の圧力を指しています。

吐出圧はその名の通り圧力ですが揚程は水を送る場合に、どの程度の高さまで送ることができるか表しています。

非常に簡単な換算ですが10mで0.1MPaと覚えておけば簡単に換算できます。

しかし、大体のポンプの揚程は水の場合なので密度が変わる場合は揚程も変わるので注意が必要です。

なお、遠心ポンプは揚程、容積式ポンプは吐出圧ということが多いみたいですが・・・なぜかはわかりません。

容積式ポンプの特性

容積式ポンプには種類がいろいろあります。ロータリーポンプ、モーノポンプ及びピストンポンプなど。

どのポンプも基本的な構造として同じなのは、ポンプのない容積変化により液体を吸って吐き出すことです。

吐出側バルブを閉じての運転はできない

容積式ポンプは容積を変化させて液体の輸送を行うので、例えばモーターを使用している場合はモーターの回転数と吐出量が常に比例します。

そのため、吐出側バルブが閉じていると以上の高圧が発生しモーターのトリップや最悪はポンプ自体が壊れてしまいます。

あとで述べますが遠心ポンプは吐出側が閉じていても運転できるのにたいして、容積式ポンプはそれができない構造になっています。

容積式ポンプを使用する場合は以上高圧を検知する機器や、安全弁の設置及びモーターが必ずトリップするように安全装置を組み込むことが必要です。

流量制御は回転数を制御する

容積式ポンプの流量制御は構造上モーターの回転数を制御するしかありません。

その際は自分の希望する流量範囲での制御は問題ないか、メーカーとよく話し合う必要があります。

遠心式ポンプの特性

遠心式ポンプはインペラで流体に遠心力を与えて、送液する構造上容積式ポンプとはまた違う特性を持っています。

吐出側を閉じても運転できる

遠心ポンプは吐出側バルブ閉じた状態でも運転ができます。

さらに、その状態が動力が最も低くなるので吐出側バルブを閉じた状態で起動することが多いです。

同様にポンプを停止する際も吐出側バルブを閉じてから停止することができます。

長く容積式ポンプを使ってきた人は、「ポンプ=閉塞運転は絶対ダメ」という思想を持っている人がたまにいるので、無駄に動力を使ってる人がたまにいます。

流量制御は吐出側バルブでもできる

遠心ポンプの流量制御は吐出側バルブを使用してもできます。

しかし、効率が低下するので大型の遠心ポンプであれば回転数制御の方がエネルギロスも少なく運転ができます。

そのため、最初からインバーターを使用しているところが非常に多いです。

この場合もメーカーに希望する流量範囲での制御は問題ないかよく確認しましょう。

まとめ

容積式ポンプと遠心式ポンプについて解説しました。

両方ともポンプという目的は一緒ですが構造は違い、それにより特性も違ったものになります。

両方の特性をよく理解して自分の目的とするところにあった、最適なポンプを使用しましょう。