【千里の道も一歩から――遠心ポンプ編】1.1 概念の解説：類似理論とその応用

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この投稿は、2018年11月21日09:13に3983596_FPPZによって最終的に編集されました。1.1.8 類似理論とその応用 類似理論 ポンプの設計や試験において、ポンプ類似理論は広く利用されています。類似理論は幾何学的類似、運動的類似、力学的類似に分かれ、ポンプの類似理論の前提は幾何学的類似である。簡単に言えば、幾何学的類似とは、実物のポンプと模型のポンプの水力寸法の間に一定の比率関係があることを指します；運動相似とは、実物ポンプと模型ポンプにおける流体の流速の向きが同じであり、速度の大きさが一定の比率関係にあることを指す；動力相似とは、実物のポンプと模型のポンプにおいて、流体が受ける力の向きが同じであり、力の大きさが一定の比率を保つことを指す。 このように、幾何学的に相似でかつ運転条件が同じ場合には、相似則を導き出すことができる。 類似理論の応用：類似理論を基盤とすることで、以下のようなことが可能になります。1、モデル交換法による水力部品の設計。多くの水力設計は、一から全く新しく行われるわけではありません。そうすると設計結果のばらつきが大きくなり、リスクも高くなります。その代わりに、まずはモデルポンプの水力寸法を見つけ出し（モデルポンプとは、設計が十分に洗練されており、市場で繰り返し検証され、高い信頼性が認められているポンプです）、次に類似理論に基づく比率関係を用いて実機ポンプの水力寸法を算出し、必要に応じて調整を加えていくのです。 2、回転速度を変更した際のポンプ性能パラメータの変化。例えば、インバーター駆動モーターによってポンプの回転速度を変える際、類似理論を用いて異なる回転速度下でのポンプの性能パラメータを算出することができます。 3、新しい回転速度における性能曲線（効率の変化）を得る。点から線へ、新しい回転速度における性能曲線は、それに基づいて算出することができる。 4、インペラ切断の法則。類似理論に基づいて切断法則を導き、インペラの外径を切断した後の性能パラメータを算出することで、必要な切断量を求めることができる。類似理論によれば、類似したポンプのインペラの切断前後の外径の二乗比は、切断前後の揚程比に等しい。 5、インペラの入口および出口のブレード形状を修正し、性能パラメータの変化を最小限に抑える。これには多くの実際の操作例が参考としてあるが、すべて類似の理論に基づいて導き出されたものである。6、パターン図の作成。インペラの切断や回転速度の変更により、ポンプはより広い性能範囲を持つようになり、それによって性能曲線図が作成される。（複数の異なる型式のポンプや、異なる性能曲線から得られる一連のポンプの有効性能範囲を示した図）比転数は、幾何学的類似性に基づけば、性能間のいくつかの総合的なデータを導き出すことができる。もしこの総合的なデータが等しい場合、幾何学的類似性および運動学的類似性があると見なせ、類似則を用いて性能上の換算を行うことができる。この総合的なデータが比転数であり、記号nsで表される。 ns = 3.65 * n * Q1/2 / (H)3/4
n——回転速度、r/min
Q——流量、m3/s
H——揚程、m
比転数が小さいポンプは一般的に効率が低く、特徴として流量が少なく、揚程が比較的高く、インペラの流路が狭い。回転数が大きいポンプは効率が高く、特徴としては大量の流量、低い揚程、そして広いインペラの流路を持っています。 比速度は製品の実際の使用過程ではあまり関与しませんが、水力設計の基礎であり重要な根拠となります。多くのポンプの水力特性や水力幾何形状、性能パラメータなどは、すべて比速度をもとにして算出されるのです。 類似理論の部分は理論的すぎるため、私はあくまで入門として説明するにとどめました。興味のある方は関連資料を調べて詳しく研究すれば、必ず何か得るものがあるでしょう。 こんなに多くの内容を、私がたった数言で、図も表も公式もなしにまとめてしまったなんて、自分でも笑ってしまう。 宿題（単一選択）：ZAポンプ1台、ポンプの回転速度は2950RPM、試験台での試験時の揚程は82m、実際に必要な揚程は75m、試験用のインペラーの直径は259mmです。類似理論に厳密に従えば、インペラーの外径はいくらに切るべきでしょうか？ A.250.5mm B. 259mm C.247.7mm C.248.8mm C