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May 28, 2023

産業用ポンプ用途向けの流体力学ドライブ

電力と電気は現代生活に不可欠な部分であり、世界経済にとって重要です。 世界的なエネルギートレンドは、最高のエネルギーを提供する必要があるスマート技術ソリューションに対する需要を示しています。

電力と電気は現代生活に不可欠な部分であり、世界経済にとって重要です。 世界的なエネルギートレンドは、可能な限り最高の信頼性を提供し、今後のあらゆる危険に耐える必要のあるスマート技術ソリューションに対する需要を示しています。 安全な操作を確保するには、これらの業界に適用される規格の厳しい要件に従う必要があります。 現代の経済パラダイムでは、業務効率を最大化する必要性も求められています。

回転機器、特に工業用ポンプは、信頼性と効率の両方の点で最も重要な機器です。 工業用ポンプを適切に選択することは、プロセス全体にとって重要です。 また、現代の工業用ポンプは、揚程や容量だけでなく、比重や粘度などの流体データも変化するさまざまな運転状況下で高効率を確保する必要があります。 この要件を満たすために、ポンプ調整が一般的に使用されます。

この記事では、ポンプ調整のさまざまな方法とその要点を説明し、さまざまなアプリケーションの総所有コストを示します。 この記事では、特に速度調整と流体継手の適用が、運用プロセス全体の信頼性と効率の向上にどのように役立つかを学びます。

画像 1 は、ポンプ制御の 3 つの主な方法を示しています。スロットリング、流体カップリングの使用、および電気可変周波数ドライブ (VFD) です。

スロットル制御の場合、ポンプはカップリング (通常はスペーサータイプ) を介してポンプにしっかりと接続された固定速度電気モーターによって直接駆動されます。 ポンプの揚程と容量の制御は、ポンプの吐出ラインに取り付けられたスロットル バルブを介して行われます。 スロットル バルブの摩耗レベルが高く、効率が大幅に低下するため、この制御方法の適用範囲は限られており、通常は狭い制御範囲のみが必要な場合に使用されます。

どちらの方法でも、流体カップリングまたは VFD を介して速度制御を使用します。 VFD アプリケーションの場合、ポンプとモーター (通常はスペーサー タイプのカップリングを介して接続されています) は、VFD によって与えられる同じ速度で回転します。 流体カップリング オプションでは、標準の固定速度モーターが使用され、速度制御は流体カップリングを介して行われます。 したがって、VFD と流体カップリングのアプリケーションには異なるモーターが必要です。 VFD 制御の場合、モーターには絶縁ベアリングと、固定速度モーターと比較してサービスファクタが高い VFD に適したモーターが装備されている必要があります。 これにより、モーターのフレームサイズが大きくなり、関連コストが増加する可能性があります。 流体カップリングを適用すると、標準の固定速度モーターを使用できるため、価格と信頼性の点でさらなる利点が得られます。

流体カップリングの概念は、2 つのインペラ間の流体循環によるトルク伝達の原理を使用します。 ドライバーからの機械エネルギーは、ポンプ ホイールを介して運動エネルギー、つまり流体の流れ (オイル) のエネルギーに変換され、そこからタービン ホイールで再び機械エネルギーに変換されます。 タービンホイールの速度は、循環するオイルの量を変えること（スクープパイプやスクープチューブを使用します。このような機械はフルードカップリングと呼ばれます）、または調整可能なベーンを使用することによって変更できます（このような機械はトルクコンバーターと呼ばれます）。

ドライバーと被駆動機械の間に直接の金属接触がないため (オイルがトルクを伝達する媒体として機能します)、このタイプのトルク伝達では摩耗は一般的ではありません。

流体カップリングの設計と主要コンポーネントを画像 2 に示します。オイルの流れは、ギアを介してドライバーのシャフトによって駆動されるオイル ポンプによってオイル クーラーを循環します。 オイルの流れはドライブシャフトにしっかりと結合されているポンプホイールに供給され、そこで加速されてタービンホイールに排出されます。タービンホイールは被駆動機械（ポンプ）のシャフトにしっかりと結合されています。

スクープチューブの位置を変えると、動力伝達に寄与するオイルの量が変わります。 その結果、流体カップリング内のオイルが増えるとポンプへの出力速度が増加し、逆も同様になります。 ポンプ ホイールとタービン ホイールの間でエネルギーを伝達するために、常に約 2% の最小スリップが残ります。 画像 3 は、スクープ チューブの位置に応じてカップリングが特性曲線に沿ってどのように動作するかを示しています。 流体カップリングによる一般的な速度制御範囲は、モーター速度の 20% ～ 98% です。