遠心ポンプ曲線の読み取り

Aug 01, 2023

長期的なパフォーマンスを最大化するには、アプリケーションに適した遠心ポンプを選択することが重要です。 ポンプが間違っていると、動作効率が低下するだけでなく、アプリケーションの条件に理想的に適合していないため、早期に故障する可能性があります。

アプリケーションに最適なポンプを特定するには、ポンプ曲線を調べることから始まります。ポンプ曲線は、特定の圧力ヘッドと流量の比率に対してポンプがどのように機能するかを示します。 このデータを適切に解釈することが、ポンプ、モーターのサイジング、電力消費戦略、その他の要素の選択に関して情報に基づいた意思決定を行う唯一の方法です。 ポンプ曲線を読み取る前に、特定のシステムについて次の情報を収集する必要があります。

これらの計算を行った後、システム パラメータ内で効率的に動作するポンプを見つけます。

ポンプ曲線は、x 軸 (水平) に流量を、y 軸 (垂直) にヘッド圧力を示します。 曲線は流量ゼロの点または遮断揚程で始まり、ポンプのランアウト点または最大流量に達するまで徐々に下降します。

ポンプの動作「スイート スポット」、つまり最高効率点 (BEP) は、通常、曲線の中央付近に位置します。 ポンプは、製造元が決定した BEP に近い値で動作できる場合に最も効率的であり、期待寿命が最も長くなります。 通常、BEP の 70 ～ 120 パーセントの間の曲線上の領域は、ポンプの優先動作領域 (POR) として知られています。

システム曲線と呼ばれる 2 番目の曲線はポンプ曲線と組み合わせて使用​​され、同じグラフに重ねることができます。 システム曲線は、さまざまな流量における特定のアプリケーションのシステムヘッドを表し、システムの静ヘッドと摩擦損失を決定することによって計算されます。

システム曲線では、流量が増加すると、それに対応してシステムヘッド、つまり液体を移動させるのに必要な圧力も増加します。 流れ抵抗を克服するために使用されるエネルギーは、摩擦による水頭 (または圧力) 損失と呼ばれます。

システム曲線をポンプ曲線に重ねると、ポンプ制御バルブの位置とインペラの直径に応じて、特定の流量とヘッド圧力が与えられた場合にポンプがどのように動作するかがわかります。 グラフ上でポンプ曲線とシステム曲線が交差する点は、その特定のシステムにおけるポンプの実際の動作点を示します。

これを説明するために、次の例を考えて、画像 1 に表示されている単一速度曲線を参照してください。

X 軸上で 9,000 gpm を見つけ、Y 軸上のヘッドの 180 フィートと交差するまで追跡します。 交点は曲線の中央に向かって下がり、POR 内にある可能性が高いため、このポンプはこのアプリケーション例に適しています。

メーカーのガイドラインを確認して、実際に POR の範囲内に該当することを確認することが重要です。

同じグラフは、羽根車の直径が小さくなったり大きくなったりした場合にポンプの性能がどのように変化するかを表すことができます。 直径は、それぞれの曲線に隣接するインチで表​​されます。 インペラ直径の変化はシステム曲線に影響を与えません。バルブが閉じているなど、システムヘッドに変化がある場合にのみ変化します。 交点は、ポンプが各直径で機能する場所です。

ポンプ性能が POR の範囲内に収まる限り、インペラ直径やシステム条件を変更することが許容されることに注意してください。 許容動作領域 (AOR) として特定されるポンプ曲線のより広い範囲があり、この範囲内ではポンプの動作が許可され、有益となる可能性があります。 通常、最小連続安定流量 (MCSF) ラインと振れラインの間に収まります。 ポンプの性能がそのゾーンを外れている場合は、別のポンプを探してください。

ポンプ曲線グラフは、ポンプとシステム曲線のプロットに加えて、アプリケーションに適切な製品を選択するために重要な他の要素も提供します。

効率曲線:ポンプ効率曲線は、動作範囲全体にわたるポンプの効率を表します。 効率は曲線グラフの右側にパーセンテージで表されます。 BEP は効率曲線のピークで表され、曲線が BEP から右または左に弧を描くにつれて効率が低下します。 効率のパーセンテージを知ることは、アプリケーションに必要な馬力の計算にも役立ちます。

ISO 効率ライン:国際標準化機構 (ISO) の線は、ポンプ曲線グラフ上で等しい効率を示す同心の楕円曲線です。 これらは、ポンプが BEP から離れる場合、またはインペラの直径が減少する場合に、ポンプ曲線に沿って効率レベルがどのように変化するかを表す別の手段として使用されます。

パワーカーブ:出力曲線は、ポンプ曲線上の特定の点でポンプがドライバーに与える負荷を表し、適切なモーターのサイジングに役立ちます。 これは別の曲線グラフとして表され、ピーク負荷に向かって徐々に上昇します。これは通常、ほとんどの回転力学的ポンプ タイプの BEP に近くなります。 その後、振れ点に近づくにつれて減少します。

正味の吸引ヘッド曲線:必要な正味吸引ヘッド (NPSHr) は、液体をポンプ インペラの目に押し込むためにどのくらいの力が必要かを示します。 メインポンプ曲線グラフの下にフィート単位で表示されます。 NPSHr の正しい量を知ることで、ポンプのキャビテーション、振動、早期故障を防ぐことができます。

これまでのところ、固定の単一速度ポンプのみが検討されてきました。 ここで、画像 2 に示す可変速曲線を簡単に見てみましょう。

グラフ上では、さまざまな速度が個別の曲線によって rpm で表されます。 速度が低下すると、可変速ポンプ曲線は、システム曲線との交点に基づいて、対応する流量レベルと揚程レベルの減少がどのようになるかを予測するのに役立ちます。 システム曲線の円弧に沿って、流量と水頭が最終的にゼロに達し、ポンプの回転数が停止するまで減少が続きます。 追加のシステム曲線を追加して、たとえば、暖房、換気、空調 (HVAC) システムのようなさまざまなゾーン バルブの開閉の影響を示すこともできます。 使用する速度制御の種類によっては、ポンプがシステム曲線とは異なる制御曲線で動作する場合があることに注意してください。

上記の用語と考慮事項は、指定子が遭遇する可能性のあるすべてのシナリオをカバーしているわけではありません。 ただし、それらを理解することは、ポンプ曲線を解釈するための強固な基盤を提供するのに役立ちます。

これにより、ポンプを選択および指定する際の適切な決定が促進されます。

編集者注: 2016 年に、グルンドフォスとポンプ & システムズは、この記事と同様のトピックに関するウェビナーを開催しました。 参加者はこの記事が非常に有益であると感じており、この記事の読者も、得た知識を基に構築するのに役立つと考えています。 ポンプ曲線の読み方の詳細については、ここからウェビナーのアーカイブ バージョンをダウンロードできます。

Jim Swetye はグルンドフォスの技術トレーニング マネージャーです。 彼は 39 年間ポンプ業界に携わっており、オハイオ州のハイラム大学で文学士号を取得し、カンザス州のエンポリア州立大学で教育/カリキュラムリーダーシップの理学修士号を取得しています。