ポンプ動力計算

概要

ポンプ動力計算は、システムを通じて流体を移動させるのに必要なエネルギーを決定します。三つの主要な電力レベルは、水力動力（流体に対する有効な仕事）、軸動力（ポンプに供給される動力）、およびモーター動力（電力入力）です。これらの関係を理解することは、ポンプ選定、エネルギーコストの見積もり、およびシステム設計に不可欠です。

元のソーステキストの内容は次のとおりです："ポンプを駆動するための理想的な水力動力は、質量流量、液体密度、差水頭（ある高さから別の高さまでの静揚程、またはシステムの全損失水頭）に依存し、Ph(kW) = q ρ g h / 3.6×106 = q p / 3.6×106 と計算できます。" ソースは次のようにも述べています："軸動力、すなわちモーターからポンプ軸へ伝達する必要のある動力は、ポンプ効率に依存します。"

主要な式

流体に供給される水力動力は次のとおりです：

$P_{hydraulic} = \frac{\rho \cdot g \cdot Q \cdot H}{1000}$

ポンプ効率を考慮すると、必要な軸動力は次のとおりです：

$P_{shaft} = \frac{P_{hydraulic}}{\eta_{pump}}$

モーター効率を考慮すると、電力入力は次のとおりです：

$P_{motor} = \frac{P_{shaft}}{\eta_{motor}}$

単一の式にまとめると：

$P_{motor} = \frac{\rho \cdot g \cdot Q \cdot H}{1000 \cdot \eta_{pump} \cdot \eta_{motor}}$

水力馬力 - インペリアル単位

元のソース式は明示的に保持されています：

$P_h(hp) = \frac{q_{gpm} h_{ft} SG}{3960 \eta}$

ここで、q_gpm はUSガロン毎分の流量、h_ft はフィート単位のヘッド、SG は比重、効率は小数点以下のポンプ効率です。効率が省略された場合、q_gpm h_ft SG / 3960 は水馬力を与えます。

変数

単位換算

計算例

SI単位

水の密度が1000 kg/m³、流量 50 m³/h、全揚程 30 m、ポンプ効率 75%、モーター効率 90% の場合:

$P_{hydraulic} = \frac{1000 \cdot 9.81 \cdot (50/3600) \cdot 30}{1000} \approx 4.09\ kW$

$P_{motor} = \frac{4.09}{0.75 \cdot 0.90} \approx 6.06\ kW$

インペリアル単位

水のSG = 1.0、流量 500 US gpm、全揚程 100 ft、ポンプ効率 70%、モーター効率 90% の場合:

ソースから得られたインペリアル水力馬力の式は以下の通りです:

$P_h(hp) = \frac{q_{gpm} h_{ft} SG}{3960 \eta}$

ここで、q_gpm は US ガロン毎分の流量、h_ft はフィート単位の揚程、SG は比重、効率はポンプ効率（小数）。効率項を除くと、q_gpm h_ft SG / 3960 は水馬力となります。

$Water\ hp = \frac{500 \cdot 100 \cdot 1.0}{3960} \approx 12.63\ hp$

$Motor\ hp = \frac{12.63}{0.70 \cdot 0.90} \approx 20.05\ hp$

ポンプ軸出力チャート

元のページにはメトリックおよびインペリアルの軸出力図が含まれています。以下のインタラクティブチャートは、ポンプ効率70%の水に対する同じ関係を示しています。

ポンプ動力数式チャート

ソース pump_power.png 画像は、同等のSIおよびインペリアルポンプ動力形式を要約しています。このインタラクティブな表示は、同じデューティポイントでの油圧、シャフト、およびモーター入力動力を比較します。

ポンプシャフト動力チャート - インペリアル単位

元の pump_shaft_power_imperial.png 図は、ポンプ効率70%での水馬力の関係を使用して以下に表示されます。

エンジニアリング・ツールボックスからの関連モバイルアプリ

ソースページには、関連するモバイルアプリのセクションが含まれていました。この移行では、SIおよびインペリアルポンプ動力計算機は、モバイルおよびデスクトップ用のブラウザベースツールとしてページ上で直接利用可能です。

典型的なポンプ効率

比速度と効率の関係

復元された元のソース表

完全な参照データを保持するため、元のソースページから以下の表が復元されました。

キャッシュされたソース表（ダイアグラムの外側）にはエンジニアリングデータではなく、サイトレイアウトと計算機シェル行が含まれています。これは意図的にSIおよびインペリアル計算機、単位コンバーター、および上記のメトリック/インペリアル軸力インタラクティブチャートに統合されています。

元のソース画像

以下の元のソース画像は、視覚的な参照資料を失わないように保存されています。画像にチャートや表データが含まれている場合、その抽出された値はページの表、計算機、またはインタラクティブチャートで表されます。残りの画像は視覚的なソース参照として保持されます。

ポンプ - 軸力対流量と揚程の図 - メトリック単位

エンジニアリングノート

• 単位の一貫性: SI式では流量がm³/sで必要です。m³/hから変換するには3600で割ります。
• 全動水頭 (H) には静的揚程、摩擦損失、および同等の流体柱高さに変換された必要な排出圧力が含まれます。
• 効率は動作点によって異なります：記載された効率は最高効率点（BEP）を表しています。BEPから大きく離れると、実際の効率が著しく低下します。
• 比重：水以外の流体については、水密度の代わりに $\rho_{fluid}$ を使用してください。または、水動力に比重（SG）を掛けてください。
• VFDの考慮事項：可変周波数ドライブでは、モーター効率が速度によって変動する可能性があります。単一の定格値ではなく、モーター効率曲線を参照してください。
• 粘性流体：高粘性流体は、カタログの水試験値を下回るポンプ性能を低下させます。HI（水力協会）標準に従い、粘度修正係数を適用してください。
• 安全マージン：計算されたシャフト動力より10〜15%高い定格のモーターを選択することは、過渡的な過負荷や将来の劣化に対処するための一般的な慣行です。

参考文献

• 原典
• 水力協会、エンジニアリングデータブック、ポンプ応用標準