ウォーターポンプの設計における重要な考慮事項

May 18, 2023

新しいポンプをゼロから設計するのは簡単ではなく、要求どおりにポンプを設計するために必要なツールをすべて提供するものは市場にはありません。 これらの情報源の中には、インペラの設計に関する洞察を提供するものもあれば、油圧通路 (ケーシング/ボウル、ボリュート、ディフューザー、クロスオーバーなど) のレイアウトに役立つものもあります。

ただし、ポンプの性能特性を決定するのは、共同して動作する 2 つの油圧コンポーネントの組み合わせです。 たとえば、インペラアイの設計によりポンプの振れ容量が制限されている場合、ボリュート内の流れ面積を増やしても振れ性能に影響を与えない可能性があります。 ポンプの油圧設計に関する標準化が欠如しており、まったく同じ方法、ソース、技術を使用している企業やエンジニアが 2 つもないため、この記事では、飲料水用途のポンプを設計する際に業界で認められている考慮事項に焦点を当てます。

飲料水用途で使用されるほとんどのポンプは回転力学的タイプ、より具体的には半径方向 (または遠心力) 設計のものです。 これは、混合または軸流ポンプが飲料水用途に使用できないということではありません。オーバーハング水平エンドサクションポンプ、オーバーハング垂直インラインポンプ、水平スプリットケースポンプ、および垂直タービン (塔を介した排出) ポンプが伝統的に飲料水用途で使用されているというだけです。飲料水の移送。 飲料水用遠心ポンプは、清潔で新鮮な飲料水をある場所から別の場所に循環または移動するように特別に設計されています。

これらのポンプは、都市水道システム、水処理プラント、農業用灌漑システムなどのさまざまな環境で使用されており、その設計は関連するすべての規制、規格、地域の条例を満たしている必要があります。 設計プロセスでは、構造材料からメカニカル シールの種類、適切な配管計画に至るまで、対処すべき重要な考慮事項があります。 この記事では、渦巻きケーシング タイプのポンプに関する重要な考慮事項に焦点を当てていますが、用途や環境によっては、ポンプの設計に影響を与える追加の要素が存在する場合があります。

ポンプの設計

インペラ、ボリュート、およびケーシングの油圧設計はポンプ業界内で標準化されていないため、対象外となります。 ただし、飲料水ポンプの水力設計に役立つ、広く受け入れられている要素がいくつかあり、その価値は設計エンジニアからエンド ユーザーまで誰もが知っておくべきです。

飲料水ポンプを設計する場合、効率は考慮する必要がある重要なパラメータです。 ポンプの種類、サイズ、方向、動作速度などのさまざまな要因の影響を受けます。 ポンプの効率に影響を与える重要な要素の 1 つは、ポンプの比速度です。 比速度 (Ns) は、回転力学的ポンプの性能を記述するために使用されるパラメータです。 これは、ポンプの最高効率点 (BEP) 流量と揚程、最大直径のインペラ、および所定の回転速度におけるポンプ性能の指標として定義されます (式 1)。

このインデックスは、アプリケーションに必要なポンプのタイプを設計エンジニアに知らせます。 ポンプのタイプに加えて、特定の速度によって、特定の設計で達成可能な最大効率が決まります。 ポンプの達成可能な効率は、ポンプのタイプ、設計 (BEP) 流量、比速度に基づいて、特定のポンプ設計で達成できる最大効率です (画像 1)。

流路の表面仕上げやポンプの内部コンポーネントの作動 (ウェアリング) クリアランスなど、達成可能な効率に影響を与える可能性のある追加の要因があります。 ただし、達成可能な最大効率に対する影響は、ポンプの特定の速度によって異なります (画像 2 および 3)。 通常、BEP の高出力容量ポンプは、同様の比速度で設計された場合、低容量ポンプよりも達成可能な効率が高く、この関係を理解することは設計プロセスにおいて非常に重要です。

設計の吸込み (入口) およびボリュートの開発段階で生じる流域の遷移も、ポンプの効率に影響を与える可能性があります。 これらの移行は、損失を最小限に抑えるように設計する必要があります。これは、断面積の急激な変化を最小限に抑え、吸引ノズルからインペラアイセクションへ、およびボリュートカットウォーター (または舌) からインペラアイセクションへの移行を滑らかにすることで実現できます。吐出ノズル。 これは通常、吸入通路と吐出通路の両方を個別に評価し、流れの方向の面積の進行を微調整することによって行われます。 画像 4 は、水平スプリットケース (BB1) ポンプのカットウォーター (またはタング) から吐出ノズルまでのボリュート展開における典型的な徐々に断面積が拡大する様子を示しています。