産業用ポンプの理解：種類、作動原理、主要特徴

ポンプとは

ポンプは、機械的作用によって液体を移送する装置です。従来、ポンプは流体を移動させる方法に基づき、直接揚程、変位、重力の3つの主要タイプに分類されます。

分類

これら3つのタイプは流体の動かし方、すなわち直接揚程式、変位式、重力式によって異なります。したがって、対応する直接揚程ポンプ、変位ポンプ、重力ポンプがそれぞれ異なる部品設計で存在します。ポンプは通常、往復運動または回転機構によって作動し、エネルギーを消費して流体を移動させる機械的仕事を行います。産業用ポンプはこれら3つのメカニズムによって作動し、それぞれ異なる利点を持ってポンピングプロセスを実行します。

機械式産業ポンプは、ポンプされる流体の中に浸漬させることも、流体の外部に設置することも可能です。ポンプは変位方式によって、容積式ポンプ、衝動ポンプ、速度ポンプ、重力ポンプ、蒸気ポンプ、弁なしポンプに分類されます。さらに、基本的なポンプタイプとして容積式ポンプと遠心ポンプの2種類があります。

ポンプを駆動する動力源

広く言えば、ポンプは人力、電力、風力など多様な動力（エネルギー）で駆動できます。これらのエネルギー源は、医療用のマイクロ顕微鏡から上水道システムの大型産業用ポンプ、工作機械のクーラント移送用産業ポンプまで、サイズも用途も多岐にわたります。これらの産業用ポンプは、ポンピングプロセス中に耐食性を備えている必要があります。

産業用ポンプの用途は広範囲にわたり、井戸からの汲み上げ、水槽・池のろ過、自動車産業での水冷・燃料噴射、エネルギー産業での石油・ガス作業などがあります。工作機械分野では切削液やクーラントの移送に使用され、生化学プロセスでの医薬品開発・製造にも用いられます。人工心臓や陰茎義肢など、人体部位の人工代替品として使用されることもあります。

インペラ数とポンプの作動モード

インペラの数はポンプの作動モードと液体送達の強さを決定します。回転インペラが1つのみのポンプは単段ポンプと呼ばれ、2つ以上の回転インペラを持つポンプは多段ポンプ（2段以上）と呼ばれます。

生物学分野の応用では、様々なタイプの化学ポンプや生体力学的ポンプが開発されています。バイオミミクリー（生物模倣）は、新しい機械式ポンプの開発にも応用されることがあります。初期の航空開発で鳥を研究して人間の飛行を実現しようとしたように、生物模倣の試みは必ずしも成功するわけではありませんが、多くの事例が科学研究のレベル向上に貢献しています。

容積式ポンプ

容積式ポンプは、一定量の液体を吸引し、吐出管へ強制的に排出して流体を流します。一般的に、吸込側で容積が拡大するキャビティ、吐出側で容積が減少するキャビティを使用します。この方式では、吸込側のキャビティが拡大すると液体がポンプ内に流入し、キャビティが収縮すると吐出口から液体が流出します。各サイクルで一定量の液体が移送されます。

容積式ポンプの安全上の課題

遠心ポンプとは異なり、容積式ポンプは与えられた回転数において吐出圧力に関わらず同じ流量を生み出せるため、定量ポンプの一種に分類されます。

しかし同時に、圧力上昇に伴い内部漏れがわずかに増加するため、完全な定量流量とはなりません。容積式ポンプには遠心ポンプのような遮断弁がないため、ポンプの吐出側にある遮断弁に対して作動させることはできません。したがって、吐出側の遮断弁が閉じた状態で作動し続けると、吐出配管内の圧力が上昇し続け、配管が破裂してポンプが深刻な損傷を受ける可能性があります。

必要な安全対策

安全上の観点から、容積式ポンプの吐出側にはリリーフバルブまたは安全弁の設置が必要です。ポンプメーカーと産業ユーザーはこの問題に注意を払うべきです。リリーフバルブは内部式・外部式のいずれも可能で、メーカーは通常内部リリーフバルブまたは安全弁を提供するオプションを持っています。