ダブルサクションポンプとシングルサクションポンプ：違いを説明

1.ダブルサクションポンプ

ダブルサクションポンプは、2つのインペラを背中合わせにしたユニークなインペラデザインが特徴です。この構成により、両側から同時に水が入り、インペラを通過した後、1つのボリュートケーシングに収束します。この改良された構造により、ポンプは高揚程と大流量を達成することができ、様々なエンジニアリング用途で好評を得ています。

ポンプの設計には、インペラの両側に1つずつ、2つの吸込室が組み込まれている。一般的な誤解に反して、吸込口と吐出口ではなく、両方のチャンバーが吸込口として機能します。吸込口は通常、ポンプシャフトの下部に垂直に配置されますが、これはインペラーの回転力学と最適化されたフローパターンによって決定される設計上の選択です。

両吸込ポンプの主な利点は、キャビテーションの影響を受けにくいことにあります。全流量を2つの吸込口に分けることで、インペラの両側に流入する水の流速は、同容量の片吸込ポンプと比較して効果的に半分になります。同じ回転速度と全体流量で維持されるこの低い入口流速は、キャビテーション（低圧領域で蒸気泡が形成され崩壊する現象）のリスクを大幅に減少させ、損傷や効率低下を引き起こす可能性があります。

さらに、両吸込設計に固有のバランスの取れた軸方向スラストは、ポンプの長寿命化とメンテナンス要件の低減に貢献します。この構成はまた、より高い比速度を可能にし、ダブルサクションポンプを中程度から高揚程で高流量を必要とする用途に特に適しています。

2.シングルサクションポンプ

シングルサクションポンプは、水平で軸方向の吸入口と垂直で半径方向の吐出口が特徴です。このポンプは吊り構造設計を採用しており、メンテナンスに大きな利点があります。メンテナンスの際、インレットとアウトレットのパイプラインを取り外すことなくローターアセンブリを取り出すことができるため、ダウンタイムが大幅に短縮され、メンテナンス手順が簡素化されます。

ポンプとモーターのインターフェースは、標準または拡張弾性カップリングのいずれかを使用し、効率的な動力伝達を可能にすると同時に、わずかなミスアライメントに対応し、振動を低減します。シャフトのシーリングはソフトパッキンによって達成され、幅広い用途に適した、費用対効果が高く、メンテナンスが容易なソリューションです。

回転サポートとして、ポンプには単列ラジアルボールベアリングが組み込まれています。このベアリングタイプは、ラジアル荷重と軽いアキシャル荷重の両方に対応でき、スムーズな動作と長寿命を保証することから選ばれました。このベアリングはオイル潤滑であり、グリース潤滑に比べて優れた放熱性と耐汚染性を提供し、特に高速または高負荷の用途で有益です。

モーター側から見ると、ポンプのインペラは時計回りに回転します。この標準化された回転方向は、適切な据付とシステム設計のために非常に重要であり、最適な流量特性を確保し、誤ったインペラの回転によるキャビテーションや効率低下などの潜在的な問題を防止します。

動作原理

シングルサクションポンプが運転を開始すると、シャフト駆動のインペラが高速で回転し、その羽根の間にあらかじめ充填された液体に遠心力を与えます。この力により、液体はインペラの中心から外周に向かって放射状に推進される。液体がインペラを通過する際、エネルギー変換が行われ、運動エネルギーと位置エネルギーの両方が大幅に増加し、静圧と流量の上昇として現れます。

インペラーを出た液体はポンプケーシングに入り、そこで流路の緩やかな膨張による減速を経験します。この減速プロセスにより、ベルヌーイの原理に従い、運動エネルギーが静圧エネルギーに変換されます。その後、液体は出口パイプラインに接線方向に排出される。渦巻状のポンプケーシングは、インペラーの流出を効率的に集めると同時に、エネルギー変換プロセスの重要なコンポーネントとして機能するという、2つの役割を果たします。

インペラの遠心作用により、その中心に低圧ゾーンが形成される。この圧力差は、貯蔵タンクの液面とインペラの中心との間の全ポテンシャルエネルギー差と相まって、吸引効果を誘発する。その結果、液体はタンクからインペラの中心領域に吸引される。インペラの連続回転は、この吸入と吐出のサイクルを維持し、ポンプシステムを通じて安定した流れを確立します。

遠心ポンプ内の全体的なエネルギー伝達は、オイラー乱流方程式を用いて定量化することができます。液体に付与される機械的エネルギーは、主に静圧エネルギーの増加として現れ、さらに速度揚程が増加します。このエネルギー変換は、流量、揚程、効率の関係を示すポンプの特性曲線に反映されます。最新の数値流体力学（CFD）技術は、インペラとケーシングの設計を正確に最適化し、ポンプ全体の性能とエネルギー効率を向上させます。

3.両吸込ポンプと片吸込ポンプの比較：

インレット構成

シングルサクションポンプは、1つのインレットから流体を受け入れるインペラを備えていますが、ダブルサクションポンプは、2つのインレットを備えたインペラ設計を利用し、両端から流体を取り込むことができます。この吸込口の基本的な違いは、ポンプの性能と用途に大きく影響します。

流量容量と操業の安定性

ダブルサクションポンプは、安定した運転を必要とする高流量用途に優れています。非常に高い流量を必要とするシナリオでは、片吸込ポンプは安定性を維持するため、吸込口径と吐出口径を大きくし、中程度の回転速度（通常1450 RPM前後）を必要とします。

対照的に、両吸込ポンプにはいくつかの利点がある：

• ポンプの小型化と軽量化
• より高い動作速度
• 容積効率の向上

これらの利点により、両吸込ポンプは、スペースの最適化と効率が重要な大規模産業用途に特に適しています。

キャビテーション耐性

ダブルサクションポンプは、シングルサクションポンプに比べて優れた耐キャビテーション性を発揮します。この強化された性能は、以下の理由による：

1. 左右対称のインペラ設計：よりバランスのとれた油圧負荷分散を実現
2. 低い流速：キャビテーションの原因となる圧力低下のリスクを低減します。

ダブルサクションポンプのバランスの取れたアキシャルスラストは、ベアリング寿命の延長とポンプ全体の信頼性向上にも貢献します。

水力バランスと効率

ダブルサクションポンプの対称的な設計は、油圧バランスを改善し、その結果、より良い結果をもたらします：

• ベアリングのラジアル荷重を低減
• シャフトのたわみを最小化
• 特に高流量での運転効率の向上

このバランスの取れた構成により、ダブルサクションポンプは、同等のシングルサクションモデルよりも効率的に大容量を処理することができます。

経済的考察

ダブルサクションポンプは一般的に、シングルサクションポンプに比べて初期費用が高くなりますが、長期的なメリットにより、投資を正当化できることがよくあります：

• エネルギー効率の改善
• メンテナンスの軽減
• 要求の厳しいアプリケーションにおける高い信頼性

シングルサクションポンプは、特に低流量シナリオやスペースが限られている場合など、幅広い用途で費用対効果を維持します。

選考基準

シングルサクションポンプとダブルサクションポンプのどちらを選択するかは、以下の点に基づくべきである：

• 必要な流量と揚程
• システムNPSH（正味吸込揚程）要件
• エネルギー効率への配慮
• スペースの制約
• 長期運用コスト

大容量の用途やキャビテーションの問題が発生しやすいシステムでは、初期コストは高くなるものの、ダブルサクションポンプが優れた選択肢であることがしばしば証明される。