軸流ポンプ

軸流ポンプ（AFP ）は、パイプ内に設置されたプロペラ（軸流インペラ）で構成される一般的なポンプの一種です。プロペラは、パイプ内の密閉型モーターで直接駆動することも、パイプの外側に取り付けられた電動モーターやガソリン／ディーゼルエンジン、あるいはパイプを貫通する直角駆動軸で駆動することもできます。

ポンプ内を流れる流体粒子は、ポンプの入口（「吸入」と呼ばれる）と出口（「吐出」と呼ばれる）における半径の変化が非常に小さいため、その半径方向の位置は変化しません。そのため、「アキシャル」ポンプと呼ばれます。

手術

軸流ポンプは、ケーシング内を回転するプロペラ型のインペラを備えています。軸流ポンプ内の圧力は、インペラの羽根を伝わる液体の流れによって発生します。流体はインペラの軸と平行な方向に押し出されます。つまり、流体粒子はポンプ内を流れる際に、その半径方向の位置を変えません。そのため、流体はインペラの軸方向に流入し、ほぼ軸方向に排出されます。軸流ポンプのプロペラはモーターによって駆動されます。

注記

固定ディフューザーベーンは、インペラの吐出速度の渦成分（）を除去し、エネルギーを圧力に変換するために使用されます。 $V_{\rm {w2}}$
インペラの羽根は調整可能です。
事前回転を排除し、流れを純粋に軸方向にするために、機械に事前エントリーベーンを取り付けることができます。

単位重量あたりの流体に対して行われた仕事^{[ 1 ]} = $U{\frac {(V_{\rm {w2}}-V_{\rm {w1}})}{g}}$

ブレードの速度はどこですか。 $U=U_{\rm {2}}=U_{\rm {1}}$

最大のエネルギー伝達のためには、つまり、 $V_{\rm {w1}}=0$ $\alpha _{\rm {1}}=90^{\circ }$

したがって、出口速度三角形から、

$V_{\rm {w2}}=U-V_{\rm {f2}}\cot \beta _{\rm {2}}$

したがって、軸流ポンプによる単位重量あたりの最大エネルギー伝達は = $U{\frac {(U-V_{\rm {f2}}\cot \beta _{\rm {2}})}{g}}$

ブレード設計

軸流ポンプでは、ブレードには翼断面があり、その上を流体が流れて圧力が発生します。^{[ 2 ]} 一定流量の場合、 $V_{\rm {f1}}=V_{\rm {f2}}=V_{\rm {f}}$

したがって、単位重量あたりの流体への最大エネルギー伝達は

$U{\frac {(U-V_{\rm {f}}\cot \beta _{\rm {2}})}{g}}$

ブレードの全スパンにわたって一定のエネルギー伝達を得るには、上記の式はのすべての値に対して一定である必要があります。しかし、は半径の増加に伴って増加するため、一定値を維持するにはも同様に増加する必要があります。は一定であるため、の増加に伴いも必ず増加します。つまり、半径が変化するとブレードはねじれます。 $r$ $U^{2}$ $r$ $UV_{\rm {f}}\cot \beta _{\rm {2}}$ $V_{\rm {f}}$ $\cot \beta _{\rm {2}}$ $r$

特徴

軸流ポンプの特性を図に示します。図に示すように、流量ゼロ時の揚程は、ポンプの最高効率点の揚程の3倍にも達することがあります。また、流量が減少するにつれて所要電力が増加し、流量ゼロ時に最大電力が消費されます。この特性は、流量の増加に伴って所要電力が増加する遠心ポンプの特性とは逆です。また、ピッチの増加に伴って所要電力とポンプ揚程が増加するため、ポンプはシステム状態に応じて調整され、最も効率的な運転を実現します。

利点

軸流ポンプの主な利点は、比較的低い揚程（垂直距離）で比較的高い吐出量（流量）が得られることです。^{[ 3 ]}例えば、一般的な遠心ポンプや遠心ポンプと比較して、4メートル未満の揚程で最大3倍の水やその他の流体を汲み上げることができます。また、プロペラのピッチを変更することで、低流量・高圧と高流量・低圧のどちらの場合でも、最高効率で運転するように簡単に調整できます（一部のモデルのみ）。

^{軸流ポンプ[}⁴^]では、流体の旋回の影響はそれほど大きくなく、インペラ羽根の長さも短い。そのため、流体力学的損失が少なく、段効率が高くなる。これらのポンプは、従来のポンプの中で最も小型であり、低揚程・高流量用途に適している。

アプリケーション

AFP の最も一般的な用途の 1 つは、商業、自治体、産業からの下水処理です。

ヨットでは、AFPはセーリングバラスト用の移送ポンプにも使用されています。発電所では、貯水池、河川、湖、または海から水を汲み上げ、主凝縮器を冷却するために使用されています。化学産業では、蒸発器や晶析装置など、大量の液体を循環させるために使用されています。下水処理では、AFPは内部混合液循環（硝化された混合液を曝気ゾーンから脱窒ゾーンへ移送すること）によく使用されます。

農業や漁業では、灌漑や排水のための揚水に、非常に高馬力のAFPが使用されています。東アジアでは、6～20馬力の小型移動式ユニットが数百万台も存在し、そのほとんどは単気筒ディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンで駆動されています。これらは小規模農家によって、作物の灌漑、排水、漁業に利用されています。インペラの設計も改良され、効率性がさらに向上し、農業におけるエネルギーコストの削減につながっています。初期の設計では長さが2メートル未満でしたが、現在では最大6メートル以上にもなり、動力源（多くの場合、二輪トラクターが使用される）をより安全で安定した位置に保ちながら、水源までより安全に「届く」ようになっています（隣の写真を参照）。

参照

参考文献

^ア・ヴァラン・アラス (2012).ターボマシン(第 2 版)。ヴィカス。 p. 342.ISBN 9789325960084。
^ Rama SR Gorla; Aijaz A. Khan (2003). Turbomachinery Design and Theory (illustrated edition.). CRC Press. p. 59. ISBN 9780203911600。
^マール・C・ポッター、デイヴィッド・C・ウィガート、バッセム・H・ラマダン（2011年）『流体力学』（第4版）Cengage Learning. p. 609. ISBN 9780495667735。
^ SM Yahya (2005).タービン、コンプレッサー、ファン（第3版）. Tata McGraw-Hill Education. p. 9. ISBN 9780070597709。

軸流ポンプとは？メリット、用途、選定のヒント

参考文献

SM Yahya著「タービン、コンプレッサー、ファン、第3版」、Tata McGraw-Hill Education、2005年
A Valan Arasu「Turbo Machines、第 2 版」、Vikas Publishing House Pvt. Ltd.

[1] ア・ヴァラン・アラス (2012).ターボマシン(第 2 版)。ヴィカス。 p. 342.ISBN 9789325960084。

[2] Rama SR Gorla; Aijaz A. Khan (2003). Turbomachinery Design and Theory (illustrated edition.). CRC Press. p. 59. ISBN 9780203911600。

[3] マール・C・ポッター、デイヴィッド・C・ウィガート、バッセム・H・ラマダン（2011年）『流体力学』（第4版）Cengage Learning. p. 609. ISBN 9780495667735。

[4] SM Yahya (2005).タービン、コンプレッサー、ファン（第3版）. Tata McGraw-Hill Education. p. 9. ISBN 9780070597709。

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