遠心ポンプの油圧損失、体積損失、機械損失とは何ですか?

エネルギー変換プロセスにおいて、遠心ポンプ、すべての入力電力を液体の圧力エネルギーと運動エネルギーに効果的に変換できるわけではありません。実際の動作においては、避けられないエネルギー損失が常に存在します。エネルギー損失の物理的メカニズムによれば、遠心ポンプの損失は通常、油圧損失、体積損失、機械損失の 3 つのカテゴリに分類されます。これら 3 種類の損失が総合的にポンプの全体的な効率を決定します。

I. 油圧損失

定義: 流量損失としても知られる油圧損失は、液体がポンプ内部の流れコンポーネントを通って流れるときに生成されるエネルギー損失を指します。結果としては、ポンプの理論揚程と実際の揚程の差として現れます。これがポンプ効率に影響を与える主な要因です。

原因: 油圧損失は主に次の 3 つの側面から構成されます。

1. 衝撃損失：羽根車に液体が流入または流出する際、その流れ方向が翼や流路の設計方向と一致していない場合、衝撃や急激な方向転換が発生し、衝撃損失が発生します。この状況は、ポンプが最高効率点 (BEP) から離れて動作する場合に特に顕著になります。
2. 摩擦損失：液体自体が粘性を持っています。吸入室の粗い内壁や羽根車流路、ボリュートなどを流れる際に摩擦抵抗が発生し、その一部のエネルギーが熱エネルギーに変換されて失われます。流路が長く粗ければ多いほど、摩擦損失は大きくなります。
3. 渦損失: インペラのブレードの数が限られているため、すべての液体を完全に導くことは不可能です。液体の一部は羽根車内で循環流（相対渦）を発生させ、エネルギーを消費します。同時に、流路形状の変化により局所的な渦が発生し、損失が発生します。

油圧損失の大きさはポンプ揚程に直接影響し、その影響度は油圧効率（ηh）で測定できます。

II.体積損失

定義: 体積損失は、漏れ損失とも呼ばれ、流れの漏れによって引き起こされるエネルギー損失です。具体的には、インペラによって加圧された高圧液体の一部がポンプ出口まで効果的に送られず、ポンプ内部のさまざまな隙間を通って低圧領域（インペラ入口など）に漏れ出ます。

原因:

1. シールリングのクリアランス漏れ: これは体積損失の主な部分です。高速回転するインペラと固定ポンプケーシングとの摩擦を防ぐために、両者の間には隙間（ウェアリング隙間）を確保する必要があります。ポンプ出口の高圧液体は、この隙間を通って入口に戻ります。
2. バランス装置の漏れ：軸力のバランスをとるように設計された多段ポンプや一部の単段ポンプでは、バランス穴、バランスディスク、バランスパイプなどの構造によっても高圧液体の一部が逆流し、損失が発生します。
3. シャフト シールの漏れ: シャフト シールから少量の液体が漏れる場合もあります。これも、占める割合は小さいですが、体積損失に含まれます。

体積損失により、ポンプの実際の出力流量が理論上の流量より少なくなります。その大きさは体積効率 (ηv) によって測定されます。ポンプが摩耗すると、シールリングのクリアランスが徐々に増加し、それに応じて体積損失も増加します。

Ⅲ．機械的損失

定義: 機械損失とは、回転中のさまざまな機械的摩擦に打ち勝つためにポンプ シャフトによって消費されるエネルギーを指します。エネルギーのこの部分は、最終的に熱エネルギーの形で散逸されます。

原因:

1. ディスク摩擦損失：高速回転するインペラの外側カバープレート（前後カバープレート）とポンプキャビティ内の液体との間に激しい摩擦が発生し、機械損失の主な部分となります。
2. 軸受の摩擦損失：ポンプのシャフトを支持するために使用される転がり軸受または滑り軸受は、運転中に摩擦力を発生します。
3. シャフトシールの摩擦損失：パッキンシールでもメカニカルシールでも、シール装置はポンプシャフトやシャフトスリーブとこすれ、動力の一部を消費します。

機械損失とは、モーターから伝達された軸動力の一部が羽根車に到達して液体に仕事をする前に消費されることを意味します。その大きさは機械効率 (ηm) によって測定されます。

結論

遠心ポンプの油圧損失、体積損失、機械損失を理解することは、流体機械の専門学習の基礎であるだけでなく、「デュアルカーボン」目標を達成し、産業分野での省エネと消費量削減を促進するための重要な技術的手段でもあります。科学的な設計、洗練された運用とメンテナンス、インテリジェントな制御を通じて、当社はこれらの「目に見えない損失」を最小限に抑え、ポンプ システムの潜在能力を最大限に引き出すことができます。将来、テフィコは今後も高効率流体ソリューションの研究を深め、業界のグリーンアップグレードを支援し、流れるあらゆるエネルギーをお客様と一緒に活用していきます。