ダイヤフラムポンプと遠心ポンプ – どちらがあなたのシステムに適合しますか?

を選択してくださいダイヤフラムポンプ粘性、研磨性、せん断に敏感な、または自-安全性、空運転安全性、または高圧を必要とする固体{{1}を含む液体用。-低揚程から中程度の揚程で、きれいな低粘度の液体を大量に供給するには、遠心ポンプを選択してください。-ダイヤフラムポンプと遠心ポンプの違いは、動作原理と流れの挙動、粘度許容差、および圧力能力から始まります。ポンプは世界の電力の 20% 近くを使用するため、その選択が信頼性とコストを左右します。

ダイアフラムポンプと遠心ポンプの比較

A ダイヤフラムポンプ-ストロークごとにほぼ一定の体積を供給し、吐出圧力をシステムに合わせて上昇させます。一方、遠心ポンプは、システム曲線がインペラ速度で生成できるヘッドで許容されるあらゆる流量を供給します。この 1 つの対比で、この記事のほぼすべての選択ルールが説明されます。

クイックフィルターは流体であり、その役割を果たします。きれいな水、大きな流量、遠心力による連続運転がポイントです。厚い、研磨性、有毒、せん断に敏感、または投与義務は、ダイヤフラム ファミリーを指します。{0}}以下の表は、エンジニアが機械を最終候補に挙げる際に重要となる、ダイヤフラム ポンプと遠心ポンプの違いをまとめたものです。

表 1. 一般的なダイヤフラムポンプと遠心ポンプの違い。範囲は一般的な商業デザインを反映しています。正確なモデルについては、常にメーカーの曲線と照らし合わせて確認してください。

容積式ポンプとダイナミックポンプ: 2 つの動作原理

容積式ポンプとダイナミック ポンプの区別は、すべての実際的な違いの根源です。ダイナミック ポンプは液体に速度を加え、その速度を圧力に変換しますが、容積式ポンプは一定の体積をトラップし、満たす圧力に関係なく押し出します。

遠心ポンプの揚程の組み立て方

液体はインペラの穴に入り、外側に飛び散ります。ボリュートまたはディフューザーは流れを遅くし、運動エネルギーを圧力ヘッドに変換します。その結果、定頭数の機械が誕生します。所定の羽根車直径と速度に対して、ポンプは規定の揚程を生成し、ポンプ曲線がシステム曲線と交差するまで流量が調整されます。圧力ではなく揚程が正直な性能測定値です。揚程は液体の密度に依存しないためです。同じ機械が水またはブラインを同じ高さまで持ち上げますが、必要な電力のみが変化します。ポンプを最高効率点 (BEP) 付近で運転すると、エネルギーと摩耗が低く抑えられます。 BEP から遠く離れた場所で使用すると、キャビテーション、再循環、シールの損傷が発生します。

遠心ポンプは、給水、HVAC、冷却回路、灌漑、および最もクリーンなプロセスの移送など、時速数百または数千立方メートルの流量が測定されるあらゆる場所で主流を占めています。効率性の利点と流量単位あたりの初期コストの低さは、このような任務で打ち勝つのは困難です。

ダイヤフラムポンプが液体を移動させる仕組み

ダイヤフラムが屈曲してポンプ室を拡張し、吸入逆止弁を介して液体を吸い込み、次に収縮して吐出逆止弁を介して液体を押し出します。各ストロークは一定の体積を押しのけます。これが、ダイヤフラム ポンプが定流量機械である理由です。-一定の速度またはストローク長では、吐出ラインが 1 bar であっても 100 bar であっても、流量はほぼ同じに保たれます。-市場を支配している駆動方式は 3 つあります。空気作動式ダブル ダイヤフラム (AODD) ポンプ、機械駆動式ダイヤフラム ポンプ、計量および高圧サービスに使用される油圧作動式ダイヤフラム ポンプです。-ダイヤフラムがプロセス流体を駆動機構から分離しているため、接液経路に回転シャフトシールがありません。これは、毒性、腐食性、または漏れに敏感な化学薬品にとって決定的な利点です。-

-トレードオフは脈動と保護です。吐出は周期的であるため、脈動減衰装置が一般的ですが、以下で説明するように、遮断された吐出はリリーフバルブで保護する必要があります。容積式ポンプとダイナミック ポンプのどちらを選択するかを決定したら、ダイヤフラム、ギア、プログレッシブ キャビティのバリエーションのいずれを選択するかは、流体化学、固体、および圧力の問題になります。

圧力、流量、NPSH: 曲線が分岐する場所

ダイヤフラムポンプは、システムが要求するあらゆる圧力を設計限界まで生成し、その流量はほぼ一定に保たれます。遠心ポンプはシステムが許容するあらゆる流れを生成し、その圧力はインペラの速度と直径によって制限されます。

圧力能力と必須リリーフバルブ

容積式機械は通常、より大きな圧力を加えます。一般的な単段遠心ポンプは 5～15 バールを生成しますが、100 バール以上に達するには、多数の羽根車を備えた多段機械が必要です。ダイアフラム ポンプは 1 つのヘッドで同様の圧力に達し、油圧で作動する計量ダイアフラムは数百バールまで圧力を加えます。管理基準にはこの分割が反映されています。API 610 は石油サービスにおける遠心ポンプを対象とし、ISO 5199 はクラス II 化学プロセス用遠心ポンプを対象とし、API 675 は石油とガスの世界におけるダイヤフラム ポンプのホーム標準である、容量制御（計量）容積式ポンプを管理しています。-プラントエンジニアが 200 bar を必要とする場合、実際的な選択肢はほとんどの場合、多段遠心機または容積式機械になります。流量が小さい場合は、シンプルさと制御の点でダイヤフラム定量ポンプが優れています。

保護ルールも同様に明確です。-遠心ポンプの揚程曲線は停止時に平坦になるため、吐出が妨げられてもシステムに過剰な圧力がかかることはありません。-容積式ポンプには遮断ヘッドがありません。つまり、吐出をブロックし、ラインが破裂するか、ダイヤフラムが故障するか、ドライバーが失速するまで、容積を排出し続けます。したがって、吐出側のリリーフバルブは必須であり、戻りラインは吸入タンクに戻されます。継続的に動作させるとエネルギーが無駄になり、流体が加熱されるため、流量制御装置ではなく安全装置として扱ってください。

どちらのファミリーでも、利用可能な NPSH (NPSHa) と必要な NPSH (NPSHr) の間にプラスのマージンが必要ですが、曲線の動作は異なります。遠心式 NPSHr は流量とともに上昇しますが、ダイヤフラム ポンプの NPSHr は速度に依存します。-速度が低下すると、必要な NPSH は低下します。粘性流体は吸引ライン損失を増加させてマージンを縮小します。また、高温の液体は蒸気圧が高いため、より多くのマージンが必要です。 NPSHa を NPSHr よりも快適に上回るようにしてください (冷水の場合は少なくとも 0.6 m の余裕が一般的ですが、高温または粘性のサービスではさらに多くなります)。そうしないと、ポンプにキャビテーションが発生し、浸食され、性能が低下します。

-粘性流体用の自吸式ポンプ: ダイヤフラムの本拠地

流体が水より厚く、吸引ラインが液面より上にある場合、粘性流体用の自吸ポンプは、ほとんどの場合、ダイヤフラムまたは別の容積式機械になります。これは、粘度が上昇すると遠心ポンプの容量、揚程、効率が低下するためです。{0}}

ケーシング内の流体力学的損失は粘度とともに増加します。つまり、容量が低下し、ヘッドが低下し、効率が低下し、シャフト出力は実際に増加します。 BEP が変化し、公表されている水分曲線は適用されなくなります。エンジニアは何かを選択する前に、流量、揚程、効率の粘度補正係数を適用します。実際には、1 cSt の水に対応するサイズのポンプは、流体がおよそ 50 ～ 100 cSt を超えると出力を下げる必要があり、500 cSt を超えると補正が非常に大きくなるため、遠心分離機が正しい答えになることはほとんどありません。これは、ダイヤフラムポンプと遠心ポンプの違いをレビューする最初のフィルターです。価格列の前に粘度列を確認してください。

遠心ポンプは粘性流体を扱えますか?

はい、制限内で、補正係数を使用した場合に限ります。燃料油の実践には有用な上限が与えられます。約 4,000 ～ 5,000 SSU (約 900 ～ 1,100 cSt) がポンピングの最大実用粘度と考えられており、燃料油 no. 5 および 6 は 150 ～ 300 SSU (約 33 ～ 66 cSt) でバーナーで噴霧されます。粘性デューティでは、より遅いパイプ速度も要求されます。大規模なラインでは推奨される吐出速度が約 1.0 ～ 1.4 m/s に低下し、吸引速度はさらに低くなります。これが、粘性システムが低速の容積式機械に引き寄せられる理由の 1 つです。-以下の表は、各ファミリがどこで適切なデフォルトになるかを示しています。

表 2. 粘度-に基づくポンプ ファミリの選択。粘度は、記載された温度における典型的な値です。流体のデータシートで確認してください。

ダイヤフラム ポンプは自吸式ですか?{0}彼らは枯渇することができますか？

ほとんどのダイヤフラム ポンプは完全に自吸式です。-膨張するチャンバーが吸引力を生み出し、開いた容器から液体を持ち上げます。通常、ドライ リフトは 5～7 m で、フット バルブや呼び水ポットはありません。そのため、ダイヤフラム ポンプは、ドラム缶の排出、サンプの移送、タンカーの荷降ろしにおける粘性流体用の標準的な自吸式ポンプとなります。-さらに、AODD ポンプは短時間の空運転にも耐えられるため、タンクが空になることがあっても、シールの焼けやインペラの損傷ではなく、ダイヤフラムの交換に費用がかかります。標準的な遠心ポンプは空気を持ち上げることができないため、浸水吸引または呼び水装置が必要です。自吸式遠心モデルは再循環チャンバーを使用し、揚力が制限されていますが、空運転するとすぐに故障します。これは、オペレーターが液体の連続供給を保証できない場合に重要な違いです。

効率とライフサイクルコスト-: 遠心ポンプが勝つ場合

継続的、高流量、清浄な液体の処理では、効率とエネルギーコストの点で遠心ポンプが有利ですが、それは最高効率点付近で運転した場合に限られます。ダイアフラム ポンプは効率を犠牲にして、多用途性、制御性、およびシールの完全性を実現します。

遠心ポンプは、小型ユニットでは約 40～60% の効率に達し、大型の適切な機械では最大 85% に達します。-ダイヤフラム ポンプは通常 20% ～ 50% の間で動作し、圧縮空気駆動によって独自の損失が追加されるため、AODD ユニットはローエンドになります。{6}}このヘッドラインのギャップは、実際の動作点でのみ問題になります。絞りがかかった遠心ポンプや過大な遠心ポンプは、簡単に 30 ～ 40% で動作し、その利点が完全に失われます。効率に関する主張は、銘板ではなく BEP の曲線に属するものです。

仕事エネルギーの比較

水頭 50 m に対して 100 m3/h の上水の使用量を考えてみましょう。年間 8,000 時間、0.10 米ドル/kWh で稼働します。油圧出力はP= Q × H × ρ × g / 3,600、000=100 × 50 × 1,000 × 9.81 / 3,600,000 ≈ 13.6 kWです。 70% の効率では、シャフト入力は約 19.5 kW になります。 35% では約 39 kW になります。年間消費量は 156,000 kWh 対 312,000 kWh – 15,600 米ドル対 31,200 米ドルです。効率の差だけでも年間約 15,600 米ドルの価値があり、ほとんどのポンプの購入価格をはるかに上回っています。これが、高流量のクリーン業務が遠心機に属する理由です。-

ここで負荷を反転します: 200 bar (水頭約 2,000 m) で 1 m3/h。油圧出力はわずか約 5.5 kW ですが、遠心ポンプには数十段の多段機械が必要ですが、油圧駆動のダイヤフラム定量ポンプは、再現性と制御可能な出力を備えた 1 つのヘッドでそれを行います。エンベロープのこの端では、圧力能力と制御性が効率を上回り、前の例とはまったく逆になります。

メンテナンスも同じパターンに従います。遠心ポンプはメカニカル シールとベアリングによって生きたり死んだりします。シールの漏れはダウンタイムの主な原因であり、BEP をオフにすると摩耗が加速します。-ダイアフラム ポンプでは、回転シールのメンテナンスを行う代わりに、定期的なダイアフラムと逆止弁の交換を行っています。これは、精密なシールの取り付けを必要としない、計画的で低コストの作業です。-研磨や攻撃的な化学サービスでは、高速回転要素が流体に触れないため、ダイヤフラム ポンプは通常、遠心ポンプよりも長持ちします。- BEP のきれいな水では、よく運転された遠心分離機がオーバーホールの合間に何年も稼働します。{8}}

アプリケーション-別-アプリケーション選択ガイド

習慣に合わせるのではなく、系統を流体と実行プロファイルに一致させます。ほとんどの植物は両方を必要とし、用途ごとに境界を引くのが簡単です。

表 3. アプリケーション-ベースの候補リスト。同じ現場では、両方の家族が異なる列車に乗る必要があることがよくあります。

選択方法: 6 段階の意思決定フレームワーク-

デューティ ポイント、流体、吸引、制御、エネルギー、ライフサイクル コストなど、決まった順序で決定を進めます。通常、価格表に到達する前に、適切なファミリーが自ら宣言します。{0}

すべてのシステム損失を含む、必要な流量 (m3/h または L/h) および総吐出圧力 (bar または m のヘッド) のデューティポイントを修正します。

流体のプロファイルを作成します: 粘度 (cSt)、固形分含有量とサイズ (mm)、摩耗性、せん断感度、蒸気圧、温度。

吸込側を調べます: 浸水しているか、それとも浮き上がっていますか?利用可能な NPSHa、呼び水の要件、およびポンプが空になる頻度。

制御のニーズを定義します: 一定流量または可変流量、ターンダウン、投与精度、自動化または VFD が計画されているかどうか。

上記の例を使用して、勤務点での効率を比較し、年間エネルギーコストに変換します。

ライフサイクル コストを比較します。-最初のコスト、エネルギー、メンテナンス、10 年間の予備品を加えたものです。

ダイヤフラムポンプと遠心ポンプの違いのほとんどは、2 つの経験則で解決されます。粘度が約 100 cSt を超える場合、固形分が約 5 mm を超える場合、せん断が問題になる場合、または自-空運転保護-が必要な場合は、容積式ポンプ (多くの場合はダイヤフラム設計) を選択してください。作業がクリーン、低粘度、高流量、連続的な場合は、遠心ポンプを選択し、BEP 付近に保ちます。-

あなたの義務についてセカンドオピニオンが必要ですか?お客様のアプリケーションの流量、圧力、流体、粘度を当社に送信していただくと、ポンプ選択のレビューを無料で受けられます。書面によるダイヤフラムと遠心力の比較と、効率とコストのデータが 2 営業日以内に返信されます。

FAQ: ダイヤフラムポンプと遠心ポンプ

プラントエンジニアやバイヤーからのダイヤフラムポンプと遠心ポンプの違いに関する最も一般的な質問に、簡単に参照できるように重要な番号を繰り返して以下に回答します。

ダイヤフラム ポンプは自吸式ですか?{0}}はい。拡張するダイアフラム チャンバーにより吸引が行われ、フット バルブや呼び水ポットを使用せずに液体を通常 5 ～ 7 m 持ち上げます。そのため、ドラムおよびサンプの用途にはダイアフラム ポンプが標準的な選択肢となります。

ダイヤフラムポンプは空運転できますか?AODD ポンプは短時間の空運転に耐えます。これが、供給タンクが空の場合に AODD ポンプが選ばれる主な理由です。機械式または油圧式のダイヤフラムポンプは空運転しないようにしてください。メーカーのデータで制限を必ず確認してください。

遠心ポンプは粘性流体を扱えますか?流量、揚程、効率の粘度補正係数を使用すれば可能ですが、約 100 cSt を超えるとディレーティングが厳しくなり、約 1,000 cSt を超えると容積式ポンプと動的ポンプの決定は容量に基づいて決定されます。

ダイヤフラムポンプにはリリーフバルブが必要ですか?はい、強制的にです。ダイヤフラム ポンプにはシャットオフ ヘッドがないため、吐出口が詰まっても、何かが故障するまで圧力がかかり続けます。-吸込側への戻りラインを備えたリリーフバルブがポンプと配管を保護します。

ダイヤフラムポンプと遠心ポンプのどちらがより高い圧力を生み出しますか?容積式機械としてのダイヤフラム ポンプは、容積式ポンプと動的ポンプの圧力側に位置します。システムが要求するあらゆる圧力を設計限界まで生成します。一方、単段遠心ポンプはインペラの速度と直径によって制限され、高圧用の多段機械が必要です。{0}

遠心ポンプは常に効率が高いのでしょうか?いいえ。遠心ポンプは、クリーン、低粘度、高流量の場合、BEP でより効率的です。-スロットル、過大、粘性の負荷により、同じ動作点でのダイヤフラム ポンプの効率を下回る可能性があります。

化学物質の投与にはどのポンプが適していますか?ダイヤフラム定量ポンプです。漏れのない構造、ストローク長の制御、少量の流れまでの再現性を兼ね備えており、制御された量のサービス向けに API 675 でカバーされる設計です。-

重要なポイント

動作原理がすべてを決定します。容積式ポンプと動的ポンプの違いは、ダイアフラムが高圧で一定の流量を与えるのに対し、遠心ポンプは一定の揚程とシステム曲線に従う流量を与えることを意味します。

粘度は最初のフィルターです。遠心ポンプはおよそ 50 ～ 100 cSt を超えるとディレーティングが必要となり、1,000 cSt 付近では実用的ではなくなります。ダイヤフラム ポンプと他の容積式ポンプは同じ流体を簡単に処理できるため、ダイヤフラムは粘性流体の自然な自吸式ポンプとなります。-

呼び水と空運転はサービス上の決定事項です。ダイヤフラム ポンプの自吸-ユニットは空運転に耐えます。標準的な遠心分離機は満水吸引を必要とし、空運転になるとすぐに故障します。

効率は動作点でのみ有効です。上水の BEP では、遠心ポンプは年間数万ドルのエネルギーを節約できます。 BEP をオフにした場合や高圧では、ダイヤフラム ポンプが制御性とライフサイクル コストの点で優れています。{0}}

容積式機械を保護します。排出口のリリーフバルブは必須であり、配管が長い場合や振動に敏感な場合は脈動減衰装置の使用をお勧めします。-

仕様の指針となるのは標準です。ダイヤフラム ポンプには API 675 および ANSI/HI 10.x。遠心分離機用の API 610、ISO 5199、および ANSI/HI 14.x – それらは数十年にわたる故障経験をエンコードしています。

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