我が国の水ポンプ技術の革新と発展

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我が国の水ポンプ技術の革新と発展 2015-12-22 科学技術が急速に発展するにつれて、製造業界の変化も日々進化している。閉じた環境での取り組みは、どの業界の発展にとっても非常に不利であり、技術進歩に依存する製造業においてはなおさらです。理解によると、我が国の水ポンプ業界は近年、生産能力が著しく向上しているが、今後の市場発展に向けては技術とイノベーションにも注意を払う必要がある。　　水ポンプ技術の発展展望　　1．新たな分野でのポンプの発見と開発に注力する　　ポンプは汎用機械であり、非常に広範囲に利用されており、新たな分野でのポンプも絶えず登場している。例えば：心臓ポンプ、噴流推進ポンプ、コンピュータ冷却ポンプ、エアコンポンプ、熱伝導油ポンプ、油ガス混合輸送ポンプ、煙ガス脱硫ポンプ、石油プラットフォームの注入ポンプなど。ポンプを使用すべき場所でまだ使用されていないところもあるかもしれず、新たなポンプの活用分野も絶えず出現してくる。これらに目を向け、その開発に取り組む必要がある。　　2、CFD、PIVなどの先進技術を活用した実証的な試験研究　　CFDなどの新技術の優れた点は否定できず、現在では各大学にもソフトウェアがあり、計算が行われており、大学院生の50％以上の研究課題がこれに関連している。新技術が開発されて成熟するには一定の過程が必要であり、現時点では実際の工学上の問題を解決するための補助手段として、従来の設計手法と組み合わせて使用すべきである。また、できるだけ実際の状況に合わせる必要があり、そうでなければ成熟や向上は難しい。初期段階では、問題をあまり大きく設定しないようにしましょう。例えば、ポンプ1台について入口から出口までを計算したり、ポンプステーション1つについて取水槽から放水槽までを計算したりすると、その計算結果は判断しにくくなります。スラリーポンプの摩耗部や入口流路の渦発生部などは、CFDやPIV技術を用いた研究に非常に適しています。また、一部の大手ポンプメーカーは、条件を備えた大学と協力して、この分野の研究を行うべきです。　　3、重要な技術と重要な製品の研究開発を重視する　ポンプの技術水準を向上させるためには、重要な技術的課題を解決しなければならない。例えば、スラリーポンプの摩耗メカニズムに関する研究、高性能斜流ポンプの水力モデルに関する研究、自己吸上げポンプの構造簡素化と効率向上に関する研究、点検が容易な高性能で大流量かつ高揚程を持つ鉱山用排水ポンプや送油ポンプの研究開発、新型船舶用ポンプの研究開発、大型排煙脱硫ポンプや石炭液化用の高温・高圧ポンプの研究開発、シールドポンプや磁気ポンプの信頼性向上に関する研究、新型計量ポンプ（ダイアフラムポンプ）の研究開発、部分流ポンプの効率向上に関する研究などです。　　4．高品質意識を持ち、標準化・汎用化を重視する　我が国の一部のポンプメーカーでは、注文に応じて一種類のポンプを設計し、1年間かけて製造するが、振り返ってみるとポンプごとに形状が異なり、そのため製造コストが高くなるのは想像に難くない。 　　複合技術を活用してポンプ技術の革新と発展を実現　ポンプ技術の発展を振り返ると、その多くは複合技術が採用された結果である。例えば：　　(1)遠心羽根車と渦巻き羽根車を組み合わせることで、遠心渦巻き自己吸上げポンプができる。　　(2)ジェットノズルと遠心ポンプを組み合わせて、遠心ジェット自己吸上げポンプができる。　　(3) 水ポンプのインペラと水力タービンのランナーを組み合わせることで、水力ポンプができる。　　(4)遠心ポンプとピストンダイアフラムポンプを組み合わせることで、強力な自己吸上げポンプが構成される。　　(5)誘導輪と遠心輪を組み合わせることで、ポンプのキャビテーション耐性が向上する。　　(6)両吸いインペラと単吸いインペラを組み合わせることで、キャビテーションや軸方向力のバランス問題を解決できる。　　(7) 長短の羽根を組み合わせて、インレットの閉塞とアウトレットの拡散問題を解決する。　　(8)短い羽根を長い羽根の背面側に配置することで、軸方向の渦や出口での流れの分離を防ぐことができる。　　(9)下部に低揚程のインペラを搭載して液を汲み上げ、上部に高揚程のインペラを搭載して加圧する長軸液下ポンプ（二重インペラ液下ポンプ）で、長軸液下ポンプの製造が困難であり運転が不安定であるという問題を解決する。　　(10)機械シールの動環および静環を最終段インペラの後方シールリング部に取り付け、軸方向力バランス装置とする。インペラの前方と後方の圧力差を利用して軸方向力をバランスさせることで、動環と静環の摩耗問題が解決できれば、経済的な効果は非常に大きい。　　(11) バランスディスクの動作原理をインペラ後部カバープレートに適用することで、半径方向および軸方向の2つの隙間が生じ、バランスディスクのように軸方向力を自動的にバランスさせることができる。軸方向の力が大きくなると、インペラは入口側に移動し、軸方向の隙間が広がり、インペラの後方の圧力が低下して、インペラは後方に移動する。逆もまた真である（図5参照）。　　(12)ペースト状充填剤シール。このシールはアメリカのセイブストン社によって最初に使用され、我が国でも販売されている。グラファイト、繊維、テトラフルオロエチレン、シリコンゴムなどで構成されたペースト状のもので、使用時にはインジェクターを使って注入（補充）することができる。状況によっては効果が良いと言われています。現時点ではすべてのポンプで使用することはできないものの、このアプローチは非常に価値があり、シール技術における画期的な進展となる可能性がある。　　(13)スラリーポンプのインペラにはねじれた羽根が使用され、流動状態に適合することで摩耗を軽減し、効率を向上させることができる。　　複合技術を活用した成功事例は数え切れないほどあり、それを有効に活用するためには幅広い知識と、革新に挑む勇気が求められる。