移送の豆知識。移送の学び舎

ポンプの基礎知識クラス

【A-4b】NPSH(Ⅱ)

ポンプの基礎知識のクラスを受け持つ、ティーチャー モーノベです。
前回は、「NPSH」について説明しましたが、今回は「NPSH」を利用して、具体的にポンプ選定する練習をしてみましょう!液質や使用条件によって移送可否の判断が異なってきますので、実際の判断にお役立て下さい。みなさんついてきてくださいね。

NPSHの判定具体例

具体的に下記のようなケースについて、使用可否の判定作業をしてみましょう!
まずは前回の講義で説明した一般的なケースです。

【例1】ポンプから7m下のピットにある水を吸い上げる場合(図1参照)
1. ポンプメーカーから、ポンプ入口でのNPSHreq=2.3(m)と提示。
2. ポンプの使用条件から、NPSHava=(大気圧)-(深さ)=10.3-7.0=3.3(m)
3. 判定は、NPSHava(3.3m) >  NPSHreq(2.3m)となり、OK。

図1:ポンプで水を地下ピットから吸い上げる場合

通常は、上述の方法で判定すれば良いのですが、「液の温度が高い場合」や、「液の粘度が高い場合」には、別の要因についても考慮する必要があります。

特殊なケース1:液の温度が高い場合には、蒸気圧に注意!!
液の温度が高い場合、液が気体(ガス)になろうとする力が無視できなくなります。その力は、一般に「蒸気圧」と言われており、たとえば、水が100℃の場合、蒸気圧は大気圧(水換算ヘッド10.3m)に等しくなり、おなじみの沸騰が起こります。参考に、水温と蒸気圧とのイメージ図を、図2に示します。このような場合のNPSHavaは、蒸気圧の分だけ減ることになります。
 

図2:水温と蒸気圧の関係イメージ図

【例2】ポンプから7m下のピットにある60℃の温水を吸い上げる場合(図3参照)
1. ポンプメーカーから、ポンプ入口でのNPSHreq=2.3(m)と提示。
2. ポンプの使用条件及び60℃の水の蒸気圧(水換算ヘッド2.0m)から、
   NPSHava=(大気圧)-(蒸気圧)-(深さ)=10.3-2.0-7.0=1.3(m)
3. 判定は、NPSHava(1.3m) < NPSHreq(2.3m)となり、NG。

図3:ポンプで60℃の温水を地下ピットから吸い上げる場合

特殊なケース2:液の粘度が高い場合には、流れ抵抗に注意!!
液の粘度が高い場合、液が吸込管内を流れにくくなり、吸込力の一部が流れ抵抗のためロスとなり、NPSHavaはその分減ることになります。流れ抵抗がどれくらいのロスになるかは、流体理論などから推定することが可能です。
 
【例3】ポンプから7m下のピットにある高粘度液を吸い上げる場合(図4,5参照)
(液が吸込配管を上昇する間に、流れ抵抗が液換算ヘッドで、1.5mあると推定される場合)
1. ポンプメーカーから、ポンプ入口での液換算 NPSHreq=2.5(m)と提示。
2. ポンプの使用条件から、NPSHava=(大気圧)-(深さ)-(吸込配管内流れ抵抗)
   =10.3-7.0-1.5=1.8(m)
3. 判定は、NPSHava(1.8m) < NPSHreq(2.5m)となり、NG。

図4:ポンプで高粘度液を地下ピットから吸い上げる場合、図5:液の粘度と吸込配管内流れ抵抗の関係イメージ図

液の粘度が高くて、高温の場合には、蒸気圧と流れ抵抗の両方を考慮する必要があります。

以上をまとめますと、一般に、NPSHavaは下記の式で求められます。なお、この式で得られる値は、前述しましたように移送液換算ヘッドであり、水換算ヘッドではないので注意が必要です。

[NPSHava]=[液面の圧力]-[蒸気圧]-[液面までの深さ]-[吸込配管内流れ抵抗](m)

復習事項

前回説明しましたので復習になりますが、「ヘッド」とは、通常、MPa(メガパスカル)の単位で表わされる圧力を、液の高さで何m(メートル)に相当するかに換算して表した値で、単位は「m(メートル)」です。人間の「head=頭」とは何の関係もないですが、この分野では、日本語でやはり、「水頭(すいとう)」と言われています。

一般に、「ヘッド」は水の高さで表す場合が多いので、このように「水頭」と言われますが、下記のように、液の密度により「ヘッド」は異なりますので、注意が必要です。たとえば、大気圧(空気の力)は、通常は、次のような関係になります(水とエタノールは密度が異なるため)。

0.101(MPa)=[水換算ヘッド]10.3(m)=[エタノール換算ヘッド]12.9(m)

図:水とエタノールでの大気圧の換算ヘッドの違い

そろそろ時間ですね!最後にまとめをしておきましょう!!

本稿のまとめ

  • 移送可否の判定をする際、
    1. 移送液の温度が高い場合の蒸気圧
    2. 移送液の粘度が高い場合の流れ抵抗
    に留意する必要があることです。
  • また、移送液の密度が異なると、1気圧=10.3mの数値が異なることにも注意が必要です。

ポンプの吸込性能を判定する際には、以上の点に注意しましょう!!

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