【効率・力率】ポンプの電気機械のエネルギー変換効率

ポンプ電気設計

NEONEEETです。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象としています。

この記事を読むと、ポンプやファン等の回転機器の電気機械変換効率について知ることができます。

結論

ポンプの電気機械エネルギー変換のロスとして、以下があります。

  • 電気回路のロスとして力率
  • 電動機のロスとしてすべり
  • インペラのロスとしてポンプ効率
  • その他のロスとして軸受

はじめに

ポンプやファンは、電気の力を機械の力に変える装置という言い方ができます。

ここで、エネルギーの変換効率が1つの話題となります。

エネルギー変換時にはロスが起きる

エネルギーを変換するとき、必ずロスが起きます。

物理の初歩として、位置エネルギーと運動エネルギーや、運動エネルギーから熱エネルギーの話などは聞いたことがあるかもしれません。

ここで必ずロスが起きます。

電気エネルギーを機械エネルギーに変換するときも同じです。

これをポンプというシステムにおいて、どこにロスがあるかに着目します。

電気回路上のロス

これは力率という表現も可能です。

電力会社から供給される全エネルギーが皮相電力で、

それを電動機に伝わる分が有効電力という表現をします。

電動機上のロス

これはすべりという表現も可能です。

電動機のコイルで発生した磁界変化を、シャフトの回転速度に伝達するときに、速度差が起こります。

この速度差がすべりであり、すべりがないとトルクは発生しません。

インペラ上のロス

インペラが回転して、ポンプ内の流体にエネルギーが加わります。

ポンプが受け取るエネルギーは、流量・揚程で決まります。

ポンプが受け取るエネルギーとは、流体の運動エネルギーそのものです。

インペラの回転エネルギーすべてが、流体の運動エネルギーに伝達されるわけではありません。

ロスとして主流を占めるのが、です。

インペラの持つエネルギーのうち1/4~1/2程度が熱に変わります。

その他、振動・騒音等のロスともなります。

インペラから吐き出された流体は、すべてが吐出口に流れるわけではありません。

  • インペラとケーシングの間で循環する
  • メカニカルシールの冷却水として循環する

これも一種のロスと言えます。

その他のロス

上記以外のロスとして最も有名なのが、軸受のロスです。

軸受がある以上必ずロスはあります。

電動機内部の軸受、ポンプシャフトを支持する軸受

これらはエネルギーのロスとなります。

おわりに

電動機の仕様だけ、ポンプだけを見ていると、システム全体を見るという目線に立てません。

それぞれの専門用語の概要を把握して、全体を結びつけると視野が広がります。

この記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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