遠心ポンプ システムでは、「揚程」は単なる技術パラメータをはるかに超えており、ポンプが流体を目標位置に送達し、パイプラインの抵抗を効果的に克服できるかどうかを直接決定します。揚程計算のエラーは、良くても流量不足やエネルギー消費の増加、最悪の場合はキャビテーション、モーターの過負荷、さらには機器の損傷につながる可能性があります。
新しいシステムを設計する場合でも、古いポンプを交換する場合でも、動作異常のトラブルシューティングを行う場合でも、正確な揚程計算方法を習得することが、効率的で安定した省エネ運転を実現する鍵となります。この記事では、複雑な原理を明確な手順に分けて説明するため、流体力学の深い知識がなくても簡単に理解できるようになります。
揚程とは、流体の単位重量に対して遠心ポンプによって提供される総機械エネルギーを指し、単位はメートル (m) またはフィート (ft) です。
注: 頭 ≠ 圧力!数式を使用して変換できますが、物理的な意味は異なります。
ヘッドは 4 つのコンポーネントで構成されます。
| 成分 | 説明 |
|---|---|
| スタティックヘッド | 吸込液面と吐出液面の鉛直高低差（単位：m） |
| 加圧ヘッド | 吸込側と吐出側の圧力差を克服するために必要な同等の液柱高さ |
| ベロシティヘッド | 流体の流速によって生成される運動エネルギー項 (通常は小さいですが、特定の場合には考慮する必要があります) |
| フリクションヘッド | パイプ、バルブ、エルボ内の流体の摩擦によって生じるエネルギー損失 |
✅ 総ヘッドの計算式:Htotal = H静的 + H圧力 + H速度 + H摩擦
以下の既知の条件で、開放型吸引タンクから加圧排出タンクに室温水を輸送します。
💡 注: 開放タンクの圧力は大気圧であり、ゲージ圧が 0 であるため、吸込側圧力ヘッドは 0 になります。
新しいシステムを設計する場合でも、古いポンプを交換する場合でも、動作異常のトラブルシューティングを行う場合でも、正確な揚程計算方法を習得することが、効率的で安定した省エネ運転を実現する鍵となります。この記事では、複雑な原理を明確な手順に分けて説明するため、流体力学の深い知識がなくても簡単に理解できるようになります。
パイプ断面積：A = π(d/2)² = 3.1416 × (0.05)² ≈ 0.00785 m²
結論: 正確な計算、効率的な運用
速度ヘッド:Hvelocity = v²/(2g) = (1.77)²/(2×9.81) ≈ 3.13 / 19.62 ≈ 0.16 m
⚠️ 注: 吸込管と吐出管の直径が異なる場合は、速度差を計算する必要があります: (v₂² - v₁²)/(2g)
Darcy-Weisbach の公式を使用: Hfriction = f × (L/d) × (v²/(2g))
データを置き換えます。
H摩擦 = 0.02 × (100/0.1) × 0.16 = 0.02 × 1000 × 0.16 = 3.2 m
✅ 重要な注意事項: 元のテキストでは結果が 32 m と誤って計算されていました。実際の値は 3.2 m である必要があります。このエラーにより、非常に大きすぎるポンプが選択され、無駄が発生します。
🔧 ヒント: 100 m のパイプの長さには、バルブとエルボの「同等の長さ」が含まれている必要があります (例: 1 つの 90° エルボ ≈ 3 m の直管)。
Htotal = 静圧 + 圧力 + 速度 + 摩擦 = 15 + 20.4 + 0.16 + 3.2 = 38.76 m
📌 エンジニアリング上の推奨事項: ポンプを選択するときは、5% ～ 10% のマージンを確保してください。定格揚程 ≥ 40 ～ 42 m の遠心ポンプを選択することをお勧めします。
| 道具 | 目的 |
|---|---|
| ムーディーチャート | レイノルズ数と管壁粗さに基づいて摩擦係数 f を正確に決定します |
| 継手相当長さ表 | Hf 計算に含めるためにエルボ、バルブなどを直管の長さに変換します。 |
| オンライン計算機 | Engineering ToolBox、Pump-Flo など、結果を迅速に検証 |
| 現場圧力計方式 | 既存のシステムの場合、水頭は次の式を使用して逆計算できます:H = (Pd - Ps)/(ρg) + Δz + (vd² - vs²)/(2g) |
| 誤解 | 正しい理解 |
|---|---|
| ❌「頭が圧迫されている」 | ✅ ヘッドはエネルギー高さ (m)、圧力は力 (bar) です。換算式：H = P/(ρg) |
| ❌ 摩擦損失を無視する | ✅ 長いパイプラインまたは小径パイプでは、Hf が全揚程の 20% 以上を占める場合があります。 |
| ❌ ベロシティーヘッドの省略 | ✅ 小口径大流量システムでは無視できません（特に吸込・吐出配管径が異なる場合） |
| ❌ 液面の高低差の代わりにポンプの入口と出口の間の距離を使用する | ✅ 静的ヘッドは液面間の垂直距離でなければなりません |
| ❌ 石油製品輸送時の水密度の利用 | ✅ 非水性流体の場合、実際の密度 ρ と粘度 ν に応じて計算を補正する必要があります。 |
遠心ポンプの揚程計算は、克服できない課題ではありません。静揚程、圧力揚程、速度揚程、摩擦揚程の 4 つの部分に分解し、パラメーターを段階的に代入する限り、信頼できる結果を得ることができます。産業用流体機器分野のプロフェッショナルブランドとして、テフィコさん遠心ポンプシリーズ製品は厳密な流体力学に基づいて設計されており、さまざまなシナリオでの揚程要件に正確に適合し、高いエネルギー効率比と安定した耐久性を特徴としており、揚程計算後の選択と実装のニーズを完全に満たします。さまざまな作業条件に適した Teffiko の遠心ポンプ製品の詳細について、またはカスタマイズされた選択ソリューションを入手するには、お気軽にお問い合わせください。お問い合わせ!
