遠心ポンプの基礎講座
本連載では遠心ポンプにスポットをあてて、ポンプの種類、またポンプで使われる記号や圧力計の読み方などの豆知識まで、さまざまな事項をご紹介していきます。
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2-1 ポンプで使用する記号
ポンプの特性や仕様を指定するときに、一般に使用されている用語の代りに、よく記号を使っています。 記号は、たとえばポンプの購入者とポンプメーカの設計者との間で、仕様などの連絡をし合うときに便利です。 JIS B 0131では、これらの記号を規格にしていますが、国際的な規格がないために、どれが正しいということはできません。 ポンプの特性には、吐出し量、全揚程、効率、回転速度、NPSH3などがあり、それぞれ次の記号を使用します。
特性 | 吐出し量 | 全揚程 | 効率 | 回転速度 | NPSH3 |
---|---|---|---|---|---|
記号 | Q | H | η | N | NPSH3 |
これらの他に、特に海外では、吐出し量はCAP.、全揚程はTH、効率はE、回転速度はRPM、NPSH3はNPSHRなどを使用することもあります。また、回転速度は回転数と言われることもあります。
ポンプの仕様では、取扱液の特性として飽和蒸気圧力、密度、粘度などがあり、運転条件として液温、吸込圧力、規定吐出し量、規定全揚程、吐出し圧力、NPSHAなどがあります。そして、それぞれ次の記号を使います。
特性 | 飽和蒸気圧力 | 密度 | 動粘度 | 液温 | 吸込圧力 | 規定吐出し量 | 規定全揚程 | 吐出し圧力 | NPSHA |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
記号 | Pvp | ρ | ν | t | Ps | Qr | Hr | Pd | NPSHA |
これらの他に、飽和蒸気圧力はPv、密度はγ、粘度はVvis、液温はT、規定吐出し量はQrated、規定全揚程はHratedなどがあります。また密度は比重、動粘度は粘度で言うこともあります。
これらの記号をまとめて表2-1-1に示します。先に述べたように、規格で決められているわけではないので、記号が何を表しているのか確認して利用してください。 特に海外の仕様書には見慣れない記号が多くあるので、注意してください。 また、日本国内で日本人同士が使用する場合には、 表2-1-1に示すJIS B 0131で規定している記号を使用するのがよいと考えています。
表2-1-1:ポンプで使用する主な記号
用語 | 一般的な記号 | その他の記号 | JIS B 0131 | |
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特性を表す記号 | 吐出し量 | Q | CAP. | Q |
全揚程 | H | TH,DIFFH | H | |
効率 | η | E,EFF. | η | |
回転速度、(回転数) | N | RPM,R/M | n | |
NPSH3 | NPSH3 | NPSHR,ReqNPSH | Hsv | |
仕様を表す記号 | 飽和蒸気圧力 | Pvp | Pv,VAP.P. | Pv |
密度、(比重) | ρ | γ,SG | ρ | |
動粘度、(粘度) | ν | Vvis | ν | |
液温 | t | T,LiqT | 規定なし | |
吸込圧力 | Ps | SUC.P. | Ps | |
規定吐出し量 | Qr | Qrated,RATEDQ | Qsp | |
規定全揚程 | Hr | Hrated, RATEDH | Hsp | |
吐出し圧力 | Pd | DIS.P. | Pd | |
NPSHA | NPSHA | NPSHAv,AvNPSH | hsv |
JIS B 0131は規格の名称が「ターボポンプ用語」です。この規定では、様々あった用語を統一したのです。日本語の用語に対応した英語もあります。そしてこの規格の解説に、次のような記述があります。
『ポンプは古くから使用されている機械ですが、既に慣習的に用いられている用語が多く、変更したほうが好ましい用語であっても、混乱を招くおそれが大きいと思われるものもある。 一方、英語を日本語化して用いている用語と日本語によるもののいずれを採用すべきかも難しい問題の一つであったが、一般性の高い用語を優先した』
このように、用語をJIS規格に作り上げた努力は大変なものだったと想像されます。そのためにも、ポンプの用語は今後JIS B 0131のものを使用していきたいと考えています。
『遠心ポンプの基礎講座』の目次
第1章 ポンプの基礎
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1-1ポンプの概況1国内では毎年400万台のポンプを生産していますが、現在国内で運転されているポンプは何台になるのでしょうか。
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1-2ポンプの概況2専用に使用されるポンプには、雨水ポンプ、汚水ポンプ、汚泥ポンプ、グラインダーポンプ、消火ポンプ、石炭輸送ポンプ、LNGポンプ、熱媒ポンプ、人工心臓血液ポンプなどいろいろとあります。
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1-3ポンプの概況3単段ポンプでは圧力が足りない場合、羽根車数を多くした多段ポンプを使用します。ここでは、輪切り多段ポンプ、水平割り多段ポンプ及び二重胴多段ポンプの3種類に分けて紹介します。
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1-4ポンプの種類ポンプの種類は作動原理からみると、ターボ形、容積形などに分類でき、また構造上からは、横軸、立軸、単段、多段などに分類できます。
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1-5ポンプの特徴「1-4 ポンプの種類」において、API 610という規格にしたがったポンプの記号を説明しました。ここでは、各記号のポンプそれぞれの特徴を掘り下げて説明します。
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1-6ポンプの用途ポンプは、電力、自動車、建設機械、船舶、鉄鋼、石油精製、石油化学、化学、食品、パルプ、医療など、国内外のほとんどの産業分野において、送液、循環、加圧用などとして使用されています。
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1-7国内のポンプ生産ポンプがどのぐらい生産されているのかを見てみましょう。経済産業省はホームページに、国内におけるポンプ形式別の生産台数及び生産金額の統計を公表しています。
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1-8世界のポンプ生産それでは世界のポンプ生産はどうでしょうか。少し古いのですが、「the McIlvaine Company」の統計によると、世界におけるポンプの生産金額は、図1-8-1に示すように、2000年には米ドルで200億ドルとなっています。
第2章 ポンプの豆知識
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2-1ポンプで使用する記号ポンプの特性や仕様を指定するときに、一般に使用されている用語の代りに、よく記号を使っています。
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2-2ポンプで使用する単位と換算方法ポンプで使用する記号は、世界的な規格がないためにさまざまあります。また、ポンプで使用する単位は「SI単位」が世界的な標準なのですが、 実際には「CGS系単位」や「工学系単位」もまだ多く使われています。
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2-3ポンプの圧力と圧力計の読み方ポンプを設置して試運転のとき、ポンプが正規の圧力を出しているかどうか確認する必要があったり、使い始めて数年経過してポンプの圧力がどの程度低下しているかを確認したりすることがあります。
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2-4ポンプの特性を表す比速度遠心ポンプにおいて、特性を表わすための値として、吐出し量、全揚程、効率、回転速度、NPSH3などがあります。
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2-5ポンプの吸込性能を表す吸込比速度ポンプの特性や形状を表す特性数に比速度Nsがあります。似たような特性数として、吸込比速度Sというものがあります。
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2-6ポンプの吸込揚程と求め方「このポンプは何m吸い上げられるか」ということが、話題になることがあります。図2-6-1に示すhaが吸い上げることができる高さ、すなわち吸込揚程になります。
第3章 ポンプの性能
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3-1ポンプの性能曲線の見方ポンプの性能は、吐出し量を基に、それぞれの吐出し量に対する全揚程、効率、軸動力、NPSH3、電流などの能力のことをいいます。
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3-2ポンプの効率遠心ポンプの効率について規定している規格として、国内では次のJIS規格があります。
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3-3ポンプの回転速度の変化吐出し量を少なくしたい、吐出し圧力を下げたいなど何らかの事情によって、ポンプの性能を下げる必要があることがあります。
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3-4ポンプの吸込口と吐出し口の口径ポンプには吸込口と吐出し口があります。そして、ポンプを運転するためには、一部の水中ポンプを除き、吸込配管及び吐出し配管が必須であり、弁、ストレーナなどを含めてポンプに付設されます。
第4章 ポンプの選定
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4-1ポンプの選定ポイント基本的には、購入者が横軸、立形などポンプの形式を指定します。そして、ポンプメーカは指定された形式で仕様が満足できるかどうかを確認して、最適なポンプを選定します。
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4-2ポンプの選定ポンプが必要なとき、どのようにポンプを選定するのがよいのでしょうか。用途や使用年数などによって、当然選定するポンプは変わります。
第5章 知っておきたいポンプの技術
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5-1ポンプの国内の設計規格ポンプは、目指す市場に適当と考えられる設計規格に適合または準じて設計されています。
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5-2ポンプの国際的な設計規格ポンプに関する国際的な設計規格として、表5-2-1に示す「API 610」、「ANSI B 73.1」及び「ISO規格」があります。
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5-3ポンプのシールの漏れ量ここで取り上げたいシールは、軸封に使用するメカニカルシール及びグランドパッキン、軸受ハウジング内の潤滑油を外部に漏れないようにシールするデフレクタ及びオイルシールの4つの部品です。
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5-4ポンプで使うシールの選定遠心ポンプの主要な構成部品は、ケーシング、羽根車、主軸、軸受及びシールです。
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5-5ポンプのNPSHAとNPSH3前節「2-6 ポンプの吸込揚程と求め方」において、NPSHAとNPSH3の意味及び両者の関係を説明しています。要約すると、次のようになります。
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5-6ポンプの吸込ストレーナ吸込ストレーナのメッシュは、想定される異物が通過できない大きさにする必要があります。または、ある大きさ以下の異物がポンプに混入しても問題なければ、その大きさにします。
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5-7ポンプの吸込口、吸込タンク及び吸込配管ポンプは吸込口から空気を吸い込むことを避ける必要があります。
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5-8横軸ポンプ始動前の空気抜きポンプは流体機械の1つと定義されています。流体機械は、液を扱うポンプと気体を扱う送風機及び圧縮機があるので、正確に言うと、真空ポンプを除き、ポンプは液体機械なのです。
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5-9ポンプの締切運転ポンプの締切運転、すなわち吐出し量が零(0)のときでも、図5-9-1に示すように、ポンプには軸動力S (kW)が負荷されています。
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5-10ポンプの全揚程と吐出し圧力の関係ポンプの吐出し圧力は、ポンプの性能曲線に示される全揚程を圧力に換算した値と同じではありません。吸込圧力を考慮する必要があります。
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5-11ポンプの性能曲線と運転点の関係ポンプは独自に自由に運転点を決めることはありません。ポンプには吸込配管及び吐出し配管が必要です。
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5-12ポンプの保護装置ポンプの保護装置には、異常を引き起こさないためにあらかじめ設けるミニマムフローラインがあり、また、機能の異常を検知してポンプを停止するために、振動計、温度計、漏洩検知器などの機器があります。
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5-13ポンプの管理基準管理標準とは、ここではポンプに関することに限定し、トラブルを最小限に抑えて必要経費を縮減するために、点検項目を決めて管理するための基準とします。
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5-14ポンプの標準化「標準化」とは、広辞苑によると、「工業製品などの品質・形状・寸法を標準に従って統一すること。これによって互換性を高める。」とあります。