「水力学の基礎」のトピックタスクへようこそ。

まずは基本原理からはじめましょう。

水を移送するポンプシステムの
水力学で重要なパラメータは
主に次の3つです。

• 流量
• 揚程
• 出力

記号ではQ、H、Pです。

流量は立法メートル毎時で測定されます。

揚程の単位はメートルで、出力はキロワットです。

流量とは、一定時間内にポンプが配管を通して
移送する水の量を指します。

よって、流量は立法メートル毎時で測定されます。

揚程とは、ポンプが提供できる圧力のことを指し、
上昇させることができる水の高さで測定します。

よって、揚程の単位はメートルです。

つまり、揚程が40mのポンプは、
縦方向の配管で水の高さを40mまで
上昇させることができます。

揚程は押上揚程と吸上揚程に分けられ、
圧力として換算することができます。

ですが、全圧力が働くわけではありません。

一部は配管系統における摩擦で失われます。

水ポンプシステムにおける出力 (P) とは、
水が移送される圧力と速度を指し、
流量 (Q) と揚程 (H) の両方によって決定されます。

出力の単位はキロワット (kW) です。

流量、揚程、出力は、次のような相互関係にあります:

P = Q x H x c

cはポンプ効率と重力、

流体の種類によって決まる係数です。

流量または揚程を2倍にすると出力も2倍になります。

両方を2倍にした場合、出力は4倍になります。

ポンプシステムで流体を移送すると、

流体とそれが接触する面との間に摩擦が生じます。

これによってエネルギーと圧力が失われます。

これが摩擦損失です。

摩擦損失は配管からエルボ継手、

バルブに至るまで、

システム全体を通して起こります。

摩擦の量を決めるのは

システム内の流量と流体の粘度、

そして配管の長さと表面積です。

また、水が移送される速度である流体速度によっても

影響されます。

流体速度 (v) はこのように算出できます:

v = Q / A x c

Qは流量、

Aは配管の断面積、

cは速度をメートル毎秒に変換する係数です。

水の量が多く、流れる速度が速いほど
摩擦損失は大きくなります。

流体速度を最小限にし、摩擦損失を抑えるには
主に2つの方法があります:

流量を減らすか配管の直径を大きくするのです。

配管の直径を大きくすると
ポンプシステムの初期費用が増えますが、
長期的に見れば
配管が大きい方が摩擦損失は小さくなり、
ポンプシステム全体の効率が高くなるため、
総合的なライフサイクルコストを低く抑えることができます。

ポンプシステムを考えるうえで重要な問題に蒸気圧があります。

蒸気圧とは、水が蒸気に変化する際の
圧力と温度を指します。

通常の大気圧では、水は100°Cで沸騰します。

しかし、ポンプシステム内の圧力が一定のレベルを下回ると、
水が沸騰し始めます。

圧力が再び上昇すると
蒸気は液体に戻ります。

これはキャビテーションと呼ばれ、
ポンプに深刻な損傷を起こす場合があります。

キャビテーションとは何でしょうか？

キャビテーションとは、沸騰した水の中で
気泡が急速に形成され破裂する現象です。

インペラ入り口付近で、
圧力が水の沸点を下回った時に起こります。

水は沸騰すると蒸気に変わりますが、
再び圧力が上がって沸点を超えると
蒸気になった水の分子が破裂して

液体に戻ります。

このときポンプからは大きな破裂音が聞こえ、
インペラやポンプハウジングに
穴が開いてしまう場合もあります。

キャビテーションを防止する方法はいくつかあります:

ポンプ入口の位置を下げて入口圧力を上げる。

吸込配管の摩擦損失を減らす。

ポンプの流量を減らす。

そして、吸込水位の高さを上げるといった方法です。

これで「水力学の基礎」のプレゼンテーションは終わりです。

ここで学んだ知識を試して
タスクに挑戦してみてください。

ご参加ありがとうございました。