インペラとは
インペラ (英: impeller) とは、ポンプやファン主軸に取り付けられた羽根車です。
インペラは流体に圧力を与える部品です。ポンプにおいてはケーシング内でインペラが回転することで、遠心力で流体に圧力を加えます。船舶に推進圧力を与えるスクリューもインペラの一種です。
インペラの羽根車が外部に露出している場合は、オープンインペラと呼ばれます。それに対して、側板などで羽根車が覆われている場合はクローズドインペラと呼ばれます。
インペラの使用用途
インペラは幅広い製品・分野で使用される部品です。オープンインペラとクローズドインペラで使用用途が異なります。
1. オープンインペラ
- 船舶のスクリュー
- 扇風機や換気扇
- エアーコンディショナーのファン
- スラリー輸送ポンプ
オープンインペラは、主に加える圧力が比較的低い機器に使用されます。
2. クローズドインペラ
- 大型ブロワやコンプレッサ
- 高揚程 (圧力) ポンプや純水輸送ポンプ
クローズドインペラは、高圧力の用途で使用されます。ポンプにおいては小型ではオープンインペラが多く、中型以上はクローズドインペラが多いです。
流通する流体の特徴によっても使い分けされ、純水などの清浄な液体の場合は、クローズドインペラを使用します。
インペラの原理
遠心ポンプなどではインペラの回転により気体・液体に遠心力が加えられ、外側へと向かって動かされます。これらがケーシングなどに衝突した結果、内圧が高まって吐き出し口に向かって逃げようとします。気体・液体を吐出したことで吸い込み口付近が負圧になり、新たに気体・液体を吸い込みます。これがインペラによる気送・液送の原理です。
インペラはポンプ・送風機用羽根車を指すことがほとんどですが、撹拌機のプロペラを指してインペラと言う場合もあります。撹拌機は、ビーカー内部や貯液タンクなどで内部を撹拌するために使用されます。撹拌機においても上記と同様に、インペラの遠心力を撹拌エネルギーに変換します。
インペラの種類
インペラにはさまざまな種類・形状が存在します。
1. 半径流形
インペラ内を通過する水が半径方向に流れ、羽根の形状は二次元の単純な曲面です。流量に対し圧力が高い点が特徴で、循環ポンプやボイラ給水ポンプに使用されます。
2. 斜流形
羽根流線は湾曲し、出口も斜めに傾いているインペラです。半径流形よりも流量が大きい点が特徴で、冷却水用ポンプなどに使用されます。
3. 軸流形
扇風機と同じ形状の羽根車を持ち、管内に電動機軸も有するインペラです。圧力が低い反面、高い流量を有するのが特徴です。洪水時の排水ポンプなどに使用されます。
4. ボルテックス形
ケーシングと羽根車の隙間が大きなインペラです。固形物を隙間が通るため、固形物が混ざった液体を送液する際に使用されます。汚水汲み上げ用ポンプなどに使用されます。
5. アステロイド形
真空ポンプの羽根のような形状で、フルオープンインペラーの一種です。気体が混入した液体を送液する際に使用されます。
この他にも、スクリュー渦巻形、ノンクロッグ高効率形、バランス形などのさまざまな形状があります。
インペラのその他、情報
1. ターボファンのインペラ
ターボファンは遠心送風機の一種です。この送風機のインペラは回転方向に対して羽根車を後ろ向きにすることで、エネルギー効率が高く騒音も低い点が特徴です。電子レンジ用フードやダクトなどに使用されます。
2.クローズドインペラの特徴
ポンプ内流体の一部は、回転の渦にはまりって滞留してしまいます。滞留液体量が多いとポンプでのエネルギー損失が大きくなるだけでなく、設計流量よりも実流量が小さくなる危険があります。
これらの問題を解決するために、羽根車にカバーを設置するクローズドインペラが考案されました。羽根車にカバーを装着することで流体の漏れが少なくなり、ポンプ効率や流量が向上します。
側板による円盤摩擦があるため、クローズドインペラでも損失は発生しますが、効率良く液送できる点が特徴です。オープンインペラとクローズドインペラを比較すると、オープンインペラは高流量低揚程であり、クローズドインペラは高揚程低流量です。
参考文献
https://www.iwakipumps.jp/blog/naruhodo/19/
https://www.miw.co.jp/column/post-208/
https://www.kodama-tec.com/case/use/microwelding/003957.html
http://www.sanwapump.co.jp/special/story/01_09.html