ポンプ

【ポンプ】流入水頭の計算方法。ポンプのキャビテーションを防ぐには?

更新日:

飽和温度近くの流体をポンプで圧送する場合、ポンプでキャビテーションが発生しないように考慮する必要があります。

その時、検討しなければいけない項目にポンプの有効流入水頭(NPSHa)というものがあります。今回は、ポンプの流入水頭はどのようにして計算するのか解説してみたいと思います。

1. 流入水頭とは?

水頭とは、水の持つ圧力などのエネルギーを水の高さ(m)で表したものです。例えば大気圧での水頭は0.1MPaなので約10mになります。

ポンプを選定する際には必要流入水頭(NPSHr)と有効流入水頭(NPSHa)の2つを考慮しなければいけません。必要流入水頭(NPSHr)とは、ポンプでキャビテーションが発生しないように必要なポンプ手前の水の押し込み圧力のことを言います。

例えば、飽和温度近くの水が流入水頭3mと言われれば、ポンプの手前側で配管を3m立ち上げる必要があるということになります。ポンプへの流入水頭が高ければ高いほど、ポンプの安全性は高まります。

一方、有効流入水頭(NPSHa)とは、ある設置状況でポンプの流入水頭として有効な水頭のことを言います。NPSHrとNPSHaの関係性がキャビテーション発生の有無を左右します。

2. 有効吸込ヘッド(NPSHa)と必要吸込ヘッド(NPSHr)

ポンプでキャビテーションが発生しないためには、有効吸込ヘッドがそのポンプの必要吸込ヘッドを上回らなければいけません。

式に表すと次のようになります。

$$NPSHa>NPSHr$$

必要吸込ヘッドはポンプによって決められています。では、有効吸込ヘッドはどのように計算するのでしょうか?

2-1. 有効吸込ヘッドの計算方法

有効吸込ヘッドの計算は次の式で表すことが出来ます。

$$NPSHa=\frac{(Pa-Pv)×10^6}{ρg}±Hs-Hfs$$

Pa:液面にかかる圧力[MPa]
Pv:液体の飽和圧力[MPa]
ρ:液体の密度[kg/m3]
g:重力加速度[9.8m/s2]
Hs:液面から吸込み口までの高さ[m]
Hfs:吸込配管の圧力損失[m]

少し複雑に見えますが、要はポンプに押し込む方向をプラス、ポンプから離れる方向の力をマイナスにして計算しているだけです。

例えば次のような計算をしてみましょう。

大気圧で80℃の水3mの高さからポンプに流入させた場合、有効吸込ヘッドはいくらか?

この場合、大気圧なのでPa=0.1MPa 80℃の飽和圧力はPv=0.047MPa 液体の密度ρ=1000kg/m3 Hs=3m Hfsは無視していい程度小さい場合が多いのでHfs=0mとします。

これを上の式に代入すると8.4だということがわかります。なのでこの場合の有効吸込ヘッドは8.4mということになります。これがポンプの必要吸込ヘッドよりも大きければキャビテーションが発生しないということになります。

3. キャビテーションが発生すると?

キャビテーションとは、飽和温度近くの流体がポンプ内でかき回されることによって圧力が下がり一部が気化し、その気泡がはじけることでポンプに衝撃を与える現象です。

ポンプでキャビテーションが発生すると、十分な能力が出ないだけでなく、ポンプ内を振動させたり、インペラを破壊したりします。

ポンプを選定する上で絶対に考慮しなければいけない項目になります。

4. まとめ

  • キャビテーションを防ぐにはNPSHaが必要
  • NPSHa>NPSHrにしなければいけない
  • キャビテーションが発生するとポンプが故障する

NPSHについての考え方が慣れないうちは難しいですが、意味が分かればそこまで難しい式ではありません。みなさんもポンプを選定する際にはNPSHを十分に考慮して失敗のないようにしましょう。

ポンプについて詳しく知りたい方はこちらの本もおすすめです。

ポンプメーカーに長年勤めた筆者の経験が書かれています。この本を読めばポンプの基本的なことは全てわかるような構成になっています。

2020/3/31

【ポンプ】性能曲線、HQ曲線って何?どうやって見るの?

ポンプのカタログを見ると必ず性能曲線が掲載されています。 実際に現場に適したポンプを選びたい時、この曲線をどのように活用すればいいのでしょうか?今回は性能曲線やH-Q曲線とは何かについて解説したいと思います。 目次性能曲線とは性能曲線の見方まとめ 性能曲線とは ポンプは羽が回ることにより流体にエネルギーを与える機器ですが、その作用は1点で固定されるわけではなく、ある程度の幅を持っています。 全揚程、軸動力、電流、効率などは吐出される流量によって変化します。それぞれの値を縦軸にとり、横軸を吐出量で表したグラ ...

ReadMore

2020/3/29

【ポンプ】静圧と動圧の違いって何?

今回は、ポンプや空調について勉強していると出てくる静圧と動圧についてです。 圧力を考える時に出てくるこの2つの言葉は何が違うのかについて、解説していきたいと思います。 目次動圧とは静圧とは動圧と静圧はどんな時に必要?まとめ 動圧とは うちわで扇ぐと風を感じますよね。これは空気に流速が与えられて、圧力が上がったから、と捉えることができます。この時の圧力を動圧と呼びます。 動圧とは流速や運動エネルギーに関係した圧力です。流体に動きがある時に発生する圧力のことを指します。定義は以下の式で表されます。 $$q = ...

ReadMore

2020/4/4

【ポンプ】騒音値ってなに?基準や測定方法は?

今回のテーマはポンプの騒音についてです。小型ポンプでも結構音がしますし、大型の装置になれば、より騒音が大きくなります。 管理面を考えた時に、法律上の基準や正しい測定方法を知っておいた方がいいです。今回はポンプの騒音と測定方法について解説したいと思います。 チャンネル登録はこちら 目次騒音値とは騒音値の適正な値は?騒音値の測定方法は?まとめ 騒音値とは ポンプをはじめとする産業機器は、稼働する過程で動作部から音が発生します。騒音を定量化するために用いられるのが、音の強さを示す単位dB(デシベル)です(物理量 ...

ReadMore

2020/3/13

【ポンプ】渦巻ポンプを並列運転するときの注意点は?

設備を新規導入する際に、ポンプの選定を任された経験がある方は多いと思います。型式や能力など気にすることが多く、慣れていないと大変ですよね。 また電池と同じように、直列・並列という接続方法があり、これも液体の使用状況を考慮して組む必要があります。 今回は、ポンプを並列に設置する際の注意点についてまとめました。 目次なぜポンプの並列運転を選択するのか?ポンプの並列運転の注意点は?合流後の配管サイズを太くする必要があるポンプの性能が違うと締め切り運転になるケースがある1台運転の場合、NPSHAが下がるポンプの吐 ...

ReadMore

2020/2/27

【ポンプ】真空ポンプは何種類?産業分野に使われるタイプをまとめて解説

現場で使用される真空ポンプは、文字通り真空(大気圧よりも低い状態)を作り出すために活用されています。 原理なんて知らなくても・・・と思われるかもしれませんが、いざ突発的に不調になった時、対処方法がわからないと困りますよね。原理を知っていれば、不調の予測や対処法の考案にもつながるかもしれません。 真空ポンプは原理ごとに分けると大きく3種類あり、かつそれぞれ数種類のタイプがあるため、構造は多岐に渡ります。 今回は、真空ポンプの3つの種類について解説してみたいと思います。 目次機械式真空ポンプ運動量移送式真空ポ ...

ReadMore



おすすめ通信講座

エネルギー管理士熱分野講座

・効率よく短期間で確実に合格したい
・スマホを使ってすき間時間に勉強したい
・独学だけでは分かりにくい

そんな方にお勧めの通信講座です。

現場技術の資格を取るなら!おすすめ通信講座

最短で資格を取得するためには、いかに効率よく学習するかが重要です。現場技術系の資格取得をサポートするおすすめの通信講座を紹介します。

SAT『エネルギー管理士講座 熱分野』

現場技術系専門の通信講座です。イラストを多用したシンプルで分かりやすいテキストと動画がセットになっています。

価格もお手頃で、特に熱力学などを学んだことのない初学者におすすめの通信講座です。

エネルギー管理士以外にも電験や衛生管理者など25の資格の通信講座を展開しています。

現場系通信講座の老舗「JTEX」

40年の実績がある現場系通信講座の老舗です。動画はなく、レポート提出形式の通信講座になります。価格もお手頃でテキストが分かりやすいと評判です。

  • この記事を書いた人
  • 最新記事

エコおじい

プラント系エンジニアです。「エネ管.com」というブログで工業系の技術に関する情報を発信しています。最近、Youtubeも始めました。応援よろしくお願いします。

おすすめ記事!

1

あなたエネルギー管理士の資格を最短で取得したい。でも、熱力学や流体工学を学んだことがないので、独学だ ...

2

これからエネルギー管理士試験を受けるあなたのために、最短時間でエネルギー管理士に合格する方法を紹介し ...

3

エネルギー管理士の資格を取ろうとしていたり、すでに資格を持っている方にとって、エネルギー管理士の資格 ...

-ポンプ

Copyright© エネ管.com , 2020 All Rights Reserved Powered by AFFINGER5.