容積式ポンプとは
容積式（PD）ポンプは、一定の容積を繰り返し囲んで、その中で機械的に流体を動かしています。 ポンプ動作は周期的で、ピストン、スクリュー、ギア、ローラー、ダイヤフラム、またはベーンによって駆動されます。
容積式ポンプはどのように機能しますか？
ポンプのデザインにはさまざまなものがありますが、大半は往復運動と回転運動の2つのカテゴリに分類されます。
往復動容積式ポンプ
往復動容積式ポンプは、ピストン、プランジャー、ダイヤフラムのいずれかが前後に繰り返し動く（ストロークする）ことによって機能します（図1）。
ピストンポンプでは、ピストンの最初のストロークで真空を作り、入口バルブを開き、出口バルブを閉じて、ピストン室内に液体を吸い込む（吸引段階）。 ピストンの動きが逆転すると、今度は圧力がかかっている吸入弁が閉じられ、吐出弁が開いてピストン室内の液体を吐き出す（圧縮相）。 自転車用ポンプがその例である。 ピストンポンプは、ピストンの両側に吸入弁と吐出弁を持つ複動式ポンプもあります。 ピストンが片側で吸引している間、もう片側で圧縮しているのである。 より複雑なラジアル型は、工業用途によく使われる。
プランジャーポンプも同じように動作する。 ピストンポンプはシリンダーの容積によって、プランジャーポンプはプランジャーの大きさによって、動く液体の体積が決まる。 ピストンやプランジャの周りのシールは、ポンプ作用を維持し、漏れを防ぐために重要である。 一般に、ピストンのシールがポンプ室内で上下動を繰り返すのに対し、プランジャーポンプのシールはポンプシリンダーの上部に静止しているため、維持が容易である。 ダイアフラムを広げるとポンプ室の容積が増え、ポンプ内に流体が吸い込まれる。 ダイアフラムを圧縮すると容積が減少し、流体が排出される。
往復動ポンプは、圧縮時に加速し、吸引時に減速するというサイクルを繰り返すため、吐出量にパルスが生じる。 これは、設置に有害な振動を引き起こす可能性があり、多くの場合、ある種の減衰または平滑化が採用されます。
往復ポンプの反復可能で予測可能な動作は、正確な計量または投薬が必要なアプリケーションに理想的です。
ロータリー容積式ポンプ
ロータリー容積式ポンプは、往復ポンプの前後運動ではなく、液体の移送に回転歯車またはギアの作用を使用します。 回転体はポンプケーシングと液体シールを形成し、ポンプインレットに吸引力を発生させる。 ポンプに吸い込まれた流体は、回転する歯車の歯に囲まれ、吐出口へと送られます。 回転容積式ポンプの最も単純な例は、歯車ポンプである。 図2）。外歯車ポンプは、2つの歯車が別々の軸（一方または両方の軸が駆動されることもある）に支持されたもので、2つの歯車が連動して回転する。 歯車の回転により、液体を歯の間に閉じ込め、吸入口から吐出口へ、ケーシングの周りを移動させる。 歯車は連動しているので、流体が歯車間の中心から戻ることはありません。 歯車とケーシングの公差が小さいため、ポンプは吸込口から吸引し、吐出口からの液漏れを防ぐことができます。
内歯車ポンプは、同じ原理で作動しますが、2つのかみ合う歯車の大きさが異なり、一方が他方の中で回転しています。
ギヤポンプは送液によって潤滑される必要があり、油などの高粘性液体の送液に適している。 このため、ギヤポンプは空運転をしてはならない。
ギヤポンプに似た設計に、ローブポンプとベーンポンプがある。 この設計の大きな利点は、ポンプ作動中にローブが互いに接触しないため、摩耗、汚染、流体のせん断が減少することである。 ベーンポンプは、オフセンタロータに可動ベーン（バネ式、油圧式、フレキシブル式）が取り付けられています。 ベーンはケーシングの壁に対して密閉状態を保ち、閉じ込められた液体は吐出口に運ばれる。
別のクラスのロータリーポンプは、スクリュー軸に沿って液体を移送するために1つまたはいくつかのメッシュ状のスクリューを使用する。
容積式ポンプの主な特長と利点は何ですか。 遠心ポンプは大流量が可能で、低粘度の液体を扱うことができます。 化学工場では、使用されているポンプの9割が遠心ポンプであることもある。 しかし、容積式ポンプが好まれる用途も少なくない。 例えば、より粘度の高い液体を扱うことができ、高圧で比較的少ない流量でも効率よく運転することができる。
容積式ポンプの限界は？
一般に、容積式ポンプは遠心式ポンプよりも複雑で、メンテナンスが難しい。
容積式ポンプは、遠心式ポンプに比べて、低粘度の流体を扱うことができない。 回転ポンプは、吸引力を発生させ、スリップや漏れを減らすために、回転体とポンプハウジングの間のシールに頼っている。 低粘度流体ではこれがかなり低下する。 同様に、低粘度の送液を行う往復動ポンプでは、ポンプ動作中に発生する圧力が高いため、バルブからの滑りを防ぐことが難しくなる。
脈動吐出は、容積式、特に往復動ポンプの設計上の特徴でもある。 脈動は、配管システムの騒音や振動、キャビテーションの問題を引き起こし、最終的に損傷や故障につながる可能性があります。 脈動は、複数のポンプシリンダーや脈動吸収装置を使用することで低減させることができますが、そのためには慎重なシステム設計が必要です。 一方、遠心ポンプは滑らかな一定流量を発生させる。
往復ポンプの往復運動も振動や騒音の原因となりうる。 したがって、この種のポンプには非常に強い基礎を築くことが重要である。 ポンプサイクル中に発生する高圧のため、ポンプまたは吐出ラインに何らかの圧力解放機構があることも重要です。 遠心ポンプは過圧保護を必要としません：流体はこのような場合に単に再循環されます。
摩耗性の固形物を多く含む供給は、すべてのタイプのポンプ、特にバルブとシールのコンポーネントに過度の摩耗を引き起こす可能性があります。 容積式ポンプの部品は、遠心式ポンプの部品よりもかなり低い速度で動作しますが、これらの問題が発生しやすいことに変わりはありません。 特に、ピストン式、プランジャー式の往復動ポンプや歯車式の回転ポンプでは、このような問題が起こりやすい。 この種のフィードでは、ローブ、スクリュー、またはダイヤフラムポンプが、より要求の厳しい用途に適しているかもしれません。
次の表は、遠心ポンプと容積式ポンプの能力をまとめたものです。 遠心式と容積式
| 特性 | 遠心式 | 容積式 |
| 有効粘度範囲 | 粘度が高くなると効率が下がる (max. 200 Cp） | 粘度が高くなると効率が上がる |
| 圧力耐性 | 圧力変化により流量が変わる | 圧力変化の影響を受けない |
| 高圧、低圧ともに効率が下がる | ||
| プライミング | 必要 | 不要 |
| フロー（一定圧力時） | 一定 | パルス化 |
| せん断（エマルションの分離, スラリー、生物学的流体、食品） | 高速モーターは、せん断に敏感な媒体を損傷する | 低い内部速度。 せん断に弱い流体の送液に最適 |
容積式ポンプの主な用途は？
容積式ポンプは、一般的に油、塗料、樹脂、食品などの高粘性流体の送液に使用されています。 正確な定量注入や高圧出力が必要な用途で好まれます。 遠心ポンプとは異なり、容積式ポンプの出力は圧力の影響を受けないため、供給が不規則な状況でも好まれる傾向があります。 自吸式が多い。
| PDポンプの種類 | 用途 | 特徴 | |
| ピストンポンプ | 水-高圧洗浄、その他の低粘性液体、油の生産。 ペイントスプレー | Oリングで密閉されたピストン | |
| プランジャーポンプ | パッキン付きプランジャー | ||
| ダイアフラムポンプ | 計量または吐出に使用されるもの。 スプレー/洗浄、水処理; 塗料、オイル; 腐食性液体 | シールレス、自吸式、低流量、高圧可能 | |
| ギアポンプ | 石油化学、化学および食品産業で高粘性流体を圧送するのに使用します。 オイル、塗料、食品 | 歯車の噛み合わせによる回転ポンプ作用 | |
| ローブポンプ | 化学・食品産業; 衛生・医薬・バイオ用途 | 低せん断、低摩耗。 洗浄や殺菌が容易 | |
| スクリューポンプ | 石油生産、燃料移送および注入、灌漑 | 流体は軸方向に動き、乱流を減少させる。 | |
| ベーンポンプ | 低粘性流体、自動車トランスミッションシステム、燃料充填と伝達、飲料ディスペンサー | 固体の巻き込みに強く、ベーンの摩耗に耐える | 低粘性流体。 設計上、出力を変更可能 |
概要
定置ポンプは、シールまたはバルブの助けを借りて、一定の容積を繰り返し囲み、システムを通して機械的に移動させることにより、流体を移動させます。 ポンプ作用は周期的で、ピストン、ねじ、歯車、ローブ、ダイヤフラム、ベーンなどで駆動される。
容積式ポンプは、特に高圧で、濃い油やスラリーなどの高粘性流体を含む用途、エマルション、食品、生物液などの複雑な供給、また正確な投与が必要な場合に好まれます。