遠心ポンプの基礎講座

電力、自動車、建設機械、鉄鋼、化学、食品など、多くの産業分野において使用されている「ポンプ」。
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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第5章 知っておきたいポンプの技術

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。 これを「ポンプの標準化」にあてはめると、「ポンプの標準化」とは、「ポンプの品質・形状・寸法を標準に従って統一し、これによって互換性を高める」ことになります。

ポンプには、横軸単段、立軸単段、横軸多段、立軸多段など各種の形式があり、またそれぞれの形式において、小さいポンプから大きいポンプまで大きさも様々あります。一般には、生産台数が多い形式のポンプを標準化すると利点が大きくなります。

これに加え、トラブルを起こした経験を洗い出して、標準化の中に今後起こらないような工夫をして、トラブルの低減を目指します。

5-14-2 キーワード

「ポンプの標準化」には、キーワードが6つあります。品質、形状、寸法、標準、統一、互換性の6つです。それぞれ具体的にはどのようなことなのでしょうか。

  • a.品質
  • ポンプの性能を安定させます。結果として、同じ性能が得られます。
  • ボックスリスト内容
  • b.形状
  • ポンプ及び構成する部品の形状を統一します。
  • ポンプの外観を統一します。したがって、どこのポンプメーカのポンプであるか見ただけで分かります。
  • c.寸法
  • ポンプを設計するときに、標準に従って設計するために、寸法を決めるときに迷うことがありません。
  • 使用する部品も、標準にある部品の中から最適な部品を選定できます。
  • d.標準
  • 使用する部品を小さいものから大きいものまで、寸法と適用基準を決めます。
  • 設計手法を決めます。
  • この「標準」は、ポンプメーカでは「設計基準」として社内規格になっています。
  • e.統一
  • だれが設計しても、同じポンプになります。
  • f.互換性
  • 特定の形式のポンプにおいて、大きさが異なるポンプでも使用している部品が同じ場合があります。
  • 異なる形式のポンプ間でも、使用している部品が同じ場合があります。
  • 部品の調達や予備品の在庫において、種類を減らすことができるので、管理が容易になります。
5-14-3 メリットとデメリット

設計者としては、吐出し量、圧力など購入者の要項に合わせてその都度新規に設計するのは時間的に大変です。標準化するには時間がかかりますが、一度標準化してしまえば、あとはそれを利用するだけです。 製造面を考えると、ケーシング、カバー、羽根車などの部品は、木型や金型を作って鋳造して製造します。 もし、その都度異なる寸法で製造するとすれば、その都度木型や金型を作る必要が出てきます。したがって、標準化には、設計の省力化、製造の省力化などのメリットがあります。

一方で、設計が定型化されるので、新規設計する力が身に付かないなどのデメリットもあります。それでは、メリットとデメリットをまとめてみましょう。

  • メリット
  • ア.設計及び製造が省力化できます
  • イ.設計コスト及び製造コストを縮減できます
  • ウ.設計方法を数値化すれば、コンピュータを活用できます
  • エ.他の形式のポンプにも適用できます
  • オ.新規設計するときに、「標準」を利用できます
  • デメリット
  • ア.設計が定型化されるので、新規設計する力が身に付きません
  • イ.標準を改定したとき、周知徹底する基準が必要になります
  • ウ.外部に漏れるのを防止する手段が必要になります
5-14-4 ポンプの標準化フロー

a.ポンプの標準化フローの必要性

 それでは、どのように「ポンプの標準化」を行うのか、具体的にフローを使って説明します。

b.ポンプの標準化フローの項目

 ポンプの標準化フローは、項目を挙げると、表5-18-1に示すように、Aから始まってGで完了します。 作業は、Aから始めるのですが、B、C、・・・と順番に進めて行って、強度不足などの支障があれば、また前に戻って修正します。 つまり、「A→B→C→D→B→C→D→C→D→E・・・・・」のように、前に戻ることが頻繁にあります。

表5-14-1 標準化のフロー

A ニーズを把握します
B 設計仕様を決めます
C ハイドロを決めます
D 詳細を設計します
E 技術資料を作ります
F 製作図、手配資料などを作ります
G 販売技術資料を作ります

それでは、項目ごとに詳細を見ていきましょう。

A.ニーズを把握します

  • ア.市場調査をします
  • イ.競合他社のポンプを調査します
  • ウ.見積り部門及び営業部門の意見を聞きます
  • エ.ポンプのグレードを決めます
  • オ.モデルチェンジの場合には、過去の問題点やトラブルを整理します
  • カ.価格をチェックします

B.設計仕様を決めます

  • ア.適用規格
  • イ.標準とオプション
  • ウ.取扱温度と取扱液
  • エ.口径と回転速度
  • オ.構成部品の材料
  • カ.最高吸込圧力と最高使用圧力
  • キ.設計条件
    設計温度、設計圧力、密度、主軸K値、ケーシング・ボルト・羽根車・キー・カップリングの各許容応力
  • ク.構造
    ケーシングの分割、ケーシングの構造、羽根車、軸封、スラスト支持、軸受、カップリング、フラッシング、カバー
  • ケ.ノズルのレイティングと方向
  • コ.回転方向
  • サ.クリアランス
  • シ.軸系列と軸端形状
  • ス.ケーシングのボスの数

C.ハイドロを決めます
ハイドロとは、羽根車及びケーシングの通液路の形状及び寸法のことを言います。

  • ア.選定表を作ります
  • イ.予想代表曲線を作ります

D.詳細を設計します

  • ア.コスト計算
  • イ.スラスト計算
  • ウ.他機種との部品の共用
  • エ.軸系列
  • オ.軸封―メカニカルシール、グランドパッキン
  • カ.カップリング
  • キ.危険速度とたわみ
  • ク.カバーフランジ
  • ケ.主軸強度
  • コ.軸受寿命
  • サ.ケーシングの肉厚
  • シ.計画図を作ります

E.技術資料を作ります

  • ア.カタログ
  • イ.代表曲線
  • ウ.デビエーションリスト
  • エ.外形図、単体図
  • オ.断面図
  • カ.配管図
  • キ.軸受詳細図
  • ク.互換性リスト、予備品リスト、工具リスト
  • ケ.スタフィングボックス詳細図
  • コ.軸封の選定基準
  • サ.騒音データ
  • シ.テクニカルデータ
    ボリュートタイプ、羽根車最大径・最小径、クリアランス表、重量表、ケーシング内容積、水冷基準、ケーシング最大径・肉厚、メカニカルシール適用表、水切り径、危険速度とたわみ、材料組合せ表、許容配管荷重及びモーメント、潤滑油リスト、スペーサ長さ

F.製作図、手配資料を作ります

G.販売技術資料を作ります

執筆:外山技術士事務所 所長 外山幸雄

『遠心ポンプの基礎講座』の目次

第1章 ポンプの基礎

第2章 ポンプの豆知識

第3章 ポンプの性能

第4章 ポンプの選定

第5章 知っておきたいポンプの技術

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