流体・熱

ポンプ・ファン

キャビテーション・圧力損失・水撃・省エネ・異音など

ポンプのキャビテーション、配管の圧力損失、ウォーターハンマー、弁で絞る運転の電力のむだ、ポンプ・送風機の異音など、ポンプ・ファンの課題と解決する技術をまとめています。

モーターと直結した渦巻ポンプと吐出側の圧力計・逆止弁・仕切弁、ベルトで駆動する遠心送風機とダクトのイメージ
AI(ChatGPT)で生成したイメージ画像

ポンプ・ファンの課題から探す

課題目的困りごと
ポンプのキャビテーションを防ぎたい品質・信頼性ガラガラと異音がする。揚程・流量が出ない。羽根車が虫食いのように削れる
流体抵抗・圧力損失を減らしたいコストダウン電気代が高い。必要な流量が出ない。年々ポンプの圧力が上がってきた
ウォーターハンマー(水撃)を防ぎたい品質・信頼性弁を閉めたとき・ポンプが止まったときに「ドン」と音がして、配管が揺れる
工場の電力を減らしたい(コンプレッサー・ポンプ・空調の省エネ)コストダウンポンプ・ファンを弁やダンパーで絞って使っている。電力のむだを減らしたい
機械の異音の原因を突き止めたい(軸受・歯車・モーター・ファン)品質・信頼性ポンプ・送風機から異音や振動が出る。原因の場所が分からない
状態を検知したい品質・信頼性ポンプ・ファンの軸受の劣化を、止まる前に見つけたい
軽くすると振動・騒音が増える小型・軽量化ファン・ポンプを載せた薄い板やカバーが鳴る・揺れる
小型化で部品の温度が上がる小型・軽量化機器を小さくしたら、ファンで冷やしても部品の温度が上がる

課題ごとに効く技術は、下の「課題と技術のマトリクス」にまとめています。

ポンプは液体を、ファン(送風機)は空気などの気体を送る機械です。羽根車をモーターで回して流れをつくり、配管やダクトの抵抗に打ち勝って、必要な所へ必要な量を届けます。このページでは、ポンプ・ファンの困りごとをキャビテーション・圧力損失・水撃・電力のむだ・異音と振動の5つに分けて整理しました(編集部の整理)。どれに困っているかで、効く技術が変わります。

ポンプ・ファンのトラブルは、機械そのものより、吸込みの条件、配管の抵抗、弁の閉め方、流量の変え方といった「使い方」から起きることが少なくありません(編集部の解説)。よくある課題と、それを解決する技術(選定と吸込みの設計、回転数制御、材料・表面処理、配管・流路の改善、弁と止め方、解析・測定・診断)、ポンプと送風機の種類、選ぶときに確かめることをまとめ、関係する技術を持つ企業を紹介します。

ポンプ・ファンの企業(早見表)

企業選定・
吸込み
回転数
制御
材料・
表面処理
配管・
流路
弁・
水撃
解析・
診断
伏虎金属工業容積式ポンプと運転条件の見直し●●
ダイナテックポンプ・コンプレッサーのインバーター化●●
千代田第一工業エロージョンに強い表面処理●
フロンティアテクノロジー電解式スケール除去装置●
山商エンジニアリングポンプ管路のエアチャンバ●
朝倉機械製作所送風機の異音・振動の測定●

●は、各社の公式サイトで確認できた得意分野です(空欄は、扱っていないという意味ではありません)。社名を押すと、その会社の紹介へ移ります。

ポンプ・ファンでよくある課題

課題が起きる場所は、ポンプの吸込側、配管とストレーナ、吐出側の弁と逆止弁、モーター、ファンの羽根と軸受などです(編集部の整理)。どこで、どんな運転のときに出るかを分けると、打つ手が見えてきます。

吸込タンクからストレーナ・ポンプ・逆止弁・仕切弁・装置へ続く配管と、ファンとダクトで、課題が起きる場所を番号で示した図
図1 ポンプ・ファンの課題が起きる場所
出典:編集部の整理をもとに AI(Claude)で作成(機器の形・配置は模式)
課題何が起きているか主に効く技術
ポンプのキャビテーションを防ぎたい羽根車の入口で圧力が飽和蒸気圧を下回って気泡ができ、圧力の高い所でつぶれる。異音・揚程の低下・羽根車の削れになる選定と吸込みの設計、回転数制御、材料・表面処理、可視化
流体抵抗・圧力損失を減らしたい直管の摩擦、曲がり・弁・ストレーナ、内側に付いたスケールで圧力が下がり、そのぶん動力が増える配管・流路の改善、回転数制御、解析
ウォーターハンマー(水撃)を防ぎたい弁を急に閉めたり、ポンプが急に止まったりすると、高い圧力の波が管を往復する。負圧で水柱が分離することもある弁と止め方、計算・解析と圧力の測定
工場の電力を減らしたい(コンプレッサー・ポンプ・空調の省エネ)弁やダンパーで絞って流量を合わせると、抵抗をわざと増やしてエネルギーを捨てることになる回転数制御、機器の更新、流量と電力の測定
機械の異音の原因を突き止めたい(軸受・歯車・モーター・ファン)軸受の傷、アンバランス、芯ずれ、羽根の通過、共振などで、決まった周波数の音や振動が出る振動の測定と周波数の分析

「何が起きているか」は各課題ページの解説、「主に効く技術」の列は、下のマトリクスと各節の内容をもとにした編集部の整理です。

出典:ポンプキャビテーション現象の基礎知識[第1回]|荏原製作所、圧力損失とその原因|キーエンス、ウォーターハンマ(水撃)の発生要因と対策について(水道技術ジャーナル2008年7月)|水道技術研究センター、ポンプや送風機の回転速度調整による省エネとは?|中小機構 J-Net21、振動計の FFT 解析による軸受診断|鉄原実業

このほか、ポンプ・ファンに関係する課題として、「状態を検知したい」、「軽くすると振動・騒音が増える」、「小型化で部品の温度が上がる」も解説しています。

課題と技術のマトリクス

よくある課題に対して、どの技術が効くかをまとめました。記号の理由と出典は表の下にあります。

よくある課題選定と吸込みの設計(NPSH・機種)回転数制御(インバーター)材料・表面処理配管・流路の改善(部品・スケール)弁と止め方(緩閉・逆止弁・空気槽)解析・測定・診断
ポンプのキャビテーションを防ぎたい◎○◎○
流体抵抗・圧力損失を減らしたい○◎○
ウォーターハンマー(水撃)を防ぎたい◎◎
工場の電力を減らしたい(コンプレッサー・ポンプ・空調の省エネ)○◎○○
機械の異音の原因を突き止めたい(軸受・歯車・モーター・ファン)◎

◎:第一候補 ○:有効 △:条件によって有効 空欄:公開資料で直接の関係を確認できなかった組み合わせ。一般的な傾向で、効果を保証するものではありません。

記号の理由と出典

課題技術記号理由と出典
ポンプのキャビテーションを防ぎたい選定と吸込みの設計(NPSH・機種)◎キャビテーションを防ぐ基本は、現場側の余裕(NPSHA)がポンプ側の要求(NPSHR)を上回るようにすること。NPSHR は一般に全揚程が3%低下するときの値で示されるため、余裕をとる(後半は編集部の解説)。計画では NPSHR に1.3倍の余裕をみるとする資料がある(出典:ポンプキャビテーション現象の基礎知識[第1回]|荏原製作所、ハンドブック 参考資料(NPSH)|川本製作所)
ポンプのキャビテーションを防ぎたい回転数制御(インバーター)○インバーターで回転数を上げすぎると吸込流速が急に増えて吸込不良になり、能力が過大なポンプを極端に絞ると液温が上がって気化しやすくなる。ポンプを設計どおりの適正な能力範囲で使う(出典:キャビテーションを防ぐポンプ対策完全ガイド|伏虎金属工業)
ポンプのキャビテーションを防ぎたい材料・表面処理◎千代田第一工業は、①表面を平滑にする、②母材をオーステナイト系からマルテンサイト系に変えるなどして硬さを上げる、③エロージョン摩耗に強い表面処理を施す、という順で対策を提案している。材料や表面処理は壊れるまでの時間を延ばす対策で、音や揚程の低下は残る(後半は編集部の解説)(出典:キャビテーション・エロージョン|千代田第一工業、キャビテーション発生によるトラブル|酉島製作所)
ポンプのキャビテーションを防ぎたい解析・測定・診断○シュリーレン法などの可視化で、気泡がつぶれるときの衝撃波を観察できる(出典:衝撃波とは|カトウ光研)
流体抵抗・圧力損失を減らしたい回転数制御(インバーター)○抵抗を下げただけでは流量が増える側に運転点が移る(編集部の解説)。遠心式のポンプや送風機では動力が回転速度の3乗に比例し、回転速度を20%下げると動力は約49%減る(出典:ポンプや送風機の回転速度調整による省エネとは?|中小機構 J-Net21)
流体抵抗・圧力損失を減らしたい配管・流路の改善(部品・スケール)◎圧力損失は流速の2乗に比例し、流量が一定のまま内径を1/2にすると圧力損失は32倍になる。内径500mm・流速20m/s の解析では、エルボ157kPa、ベンド81kPa、整流板付きベンド46kPa。スケールはポンプ圧の上昇や流量の低下の原因になる(出典:圧力損失|川口液化ケミカル、【流体】熱と流れの不思議vol.4 圧力損失③~エルボ・ベンド~|構造計画研究所、冷却水系で発生する障害の種類―スケール障害―|栗田工業)
流体抵抗・圧力損失を減らしたい解析・測定・診断○熱流体解析で、エルボ・ベンド・整流板付きベンドの圧力損失と、渦のできる場所を比べている例がある(出典:【流体】熱と流れの不思議vol.4 圧力損失③~エルボ・ベンド~|構造計画研究所)
ウォーターハンマー(水撃)を防ぎたい弁と止め方(緩閉・逆止弁・空気槽)◎バルブを急開・急閉塞するとウォーターハンマーが発生するので、開閉時間を長く取る。ポンプの逆止弁は、逆流が始まる前に閉じればよいので、スプリング式の逆止弁などに替える。油圧ダッシュポット付きの緩閉逆止弁や、フライホイールでポンプの止まり方をゆっくりにする方法(小型機向け)もある(出典:ダクタイル鉄管の設計(Chapter5)|日本ダクタイル鉄管協会、ウォーターハンマ(水撃)の発生要因と対策について(水道技術ジャーナル2008年7月)|水道技術研究センター、土地改良事業計画設計基準 設計「パイプライン」技術書 8. 非定常的な水理現象の解析|農林水産省)
ウォーターハンマー(水撃)を防ぎたい解析・測定・診断◎複雑な管路やバルブ制御を含む場合は、専用ソフトなどで計算するのが一般的。実際の管路では、消火栓で水圧を測って原因の場所を絞り込んだ事例がある(出典:ダクタイル鉄管の設計(Chapter5)|日本ダクタイル鉄管協会、ウォーターハンマーへの対応事例について(横浜市水道局)|水道技術研究センター)
工場の電力を減らしたい(コンプレッサー・ポンプ・空調の省エネ)選定と吸込みの設計(NPSH・機種)○排水処理の曝気に0.69MPa のコンプレッサー(30kW)を使っていたのを、11kW のルーツブロワに替えて年236,500kWh から61,600kWh(74%減)にした試算がある。50Hz・4極・7.5kW の三相誘導電動機を IE1 から IE3 に更新すると約4.9%の省エネが期待できる(出典:工場の省エネルギーガイドブック2024|省エネルギーセンター、トップランナーモータが2015年度からスタートします|中小機構 J-Net21)
工場の電力を減らしたい(コンプレッサー・ポンプ・空調の省エネ)回転数制御(インバーター)◎遠心ポンプの軸動力は回転数の3乗に比例する。15kW×2台の冷却水ポンプで流量を80%にする試算(24時間365日運転の仮定)では、定格に対する消費電力の比が弁制御の90%からインバーターの50%になり、年237千kWh から131千kWh(44%減)。実揚程が大きいポンプでは効果が小さい(出典:インバーター制御装置等の回転数制御装置の導入(設備ガイドライン)|環境省、実揚程の大きなポンプにインバータを取り付けても省エネ効果が少ないのはなぜ?|中小機構 J-Net21)
工場の電力を減らしたい(コンプレッサー・ポンプ・空調の省エネ)配管・流路の改善(部品・スケール)○暖房用の循環水に界面活性剤を約0.5%の濃度で加え、循環ポンプの運転周波数を50Hz から35Hz に下げても定格流量を保ち、電力量を65%削減した。使える設備は密閉された循環系などに限られる(出典:界面活性剤を利用して循環ポンプ動力の65%の省エネを達成|産業技術総合研究所)
工場の電力を減らしたい(コンプレッサー・ポンプ・空調の省エネ)解析・測定・診断○インバーターのチューニングでは、超音波流量計・圧力測定器・クランプ型電力計で流量と電力を測りながら回転数を下げていく(出典:工場の省エネルギーガイドブック2024|省エネルギーセンター)
機械の異音の原因を突き止めたい(軸受・歯車・モーター・ファン)解析・測定・診断◎振動を FFT で周波数ごとに分け、回転周波数や損傷周波数と照らし合わせて、アンバランス・ミスアライメント・軸受の損傷の部位を確かめる。ファンは羽根の通過で決まった周波数の音が出やすく、1,200rpm のプロペラファンの翼通過周波数は280Hz だった。2か所の軸受を3方向ずつ測ると故障発見率100%と紹介した資料がある(出典:振動計の FFT 解析による軸受診断|鉄原実業、長崎大学工学部研究報告 第41巻第76号(2011年)、小村英智「事例に基づいた状態監視 信号処理技術のノウハウ」(日本機械学会 状態監視振動診断技術者コミュニティ、2012年))

表が画面に収まらないときは、横にスクロールできます。

主な解決技術

ポンプ・ファンの課題を解決する代表的な技術です。技術ごとに、しくみと効き方を下で説明します。

技術概要解決できる課題
選定と吸込みの設計NPSH の余裕をとる吸込配管、吸込性能の高い機種、液に合う形式(ターボ形・容積形)を選ぶポンプのキャビテーションを防ぎたいポンプのキャビテーションを防ぎたい工場の電力を減らしたい(コンプレッサー・ポンプ・空調の省エネ)
回転数制御インバーターで回転数を下げて流量を合わせ、動力を減らす。キャビテーションも起きにくくなる工場の電力を減らしたい(コンプレッサー・ポンプ・空調の省エネ)ポンプのキャビテーションを防ぎたい流体抵抗・圧力損失を減らしたい
材料・表面処理エロージョンに強い材料と表面処理で、羽根車やケーシングが削れるまでの時間を延ばすポンプのキャビテーションを防ぎたい
配管・流路の改善管径・曲がり・ストレーナの形を見直し、スケールを防いで、抵抗を下げる流体抵抗・圧力損失を減らしたい流体抵抗・圧力損失を減らしたい流体抵抗・圧力損失を減らしたい流体抵抗・圧力損失を減らしたい
弁と止め方弁をゆっくり閉め、逆止弁を逆流の前に閉じさせ、水撃防止器や空気槽で圧力の波を和らげるウォーターハンマー(水撃)を防ぎたいウォーターハンマー(水撃)を防ぎたいウォーターハンマー(水撃)を防ぎたい
解析・測定・診断流体解析・可視化、水撃の計算と圧力の測定、振動の周波数の分析で、原因の場所を確かめるポンプのキャビテーションを防ぎたいウォーターハンマー(水撃)を防ぎたい機械の異音の原因を突き止めたい(軸受・歯車・モーター・ファン)機械の異音の原因を突き止めたい(軸受・歯車・モーター・ファン)

技術の概要と、つないだ課題は、各節と課題ページの内容をもとにした編集部の整理です。

選定と吸込みの設計:NPSH に余裕をとる

キャビテーションが起きるかどうかは、NPSH(有効吸込ヘッド)で判断します。現場の条件で決まる有効 NPSH(NPSHA)は、液面にかかる圧力と液面の高さから、配管の損失と液の飽和蒸気圧の分を引いたものです。ポンプの性能で決まる必要 NPSH(NPSHR)は、一般に全揚程が3%低下するときの値で示されます(荏原製作所)。NPSHA が NPSHR を余裕をもって上回るようにするのが基本で、川本製作所の資料は、計画では必要 NPSH に1.3倍の余裕をみるとしています。

液面にかかる圧力と液面の高さから、配管の損失と飽和蒸気圧の分を引いたものが NPSHA になることを示す図
図2 NPSHA(有効 NPSH)の決まり方(課題「ポンプのキャビテーション」の図)
出典:ポンプキャビテーション現象の基礎知識[第1回]|荏原製作所をもとに AI(Claude)で作成

NPSHR を「揚程が3%落ちた点」で決めているなら、その時点ですでに気泡は出ているので、余裕が要ります(編集部の解説)。NPSHA を増やすには、ポンプを吸込タンクの近くや低い位置に置く、吸込配管を太く短くして曲がりや弁を減らす、吸込側の液面を高く保つ、といった方法があります。液温を下げられれば、飽和蒸気圧が下がって NPSHA が増えます。ポンプを選び直すなら、羽根車の手前にらせん状の羽根(インデューサ)を付けて吸込性能を高めたポンプなどがあります。高粘度の液体では、渦巻ポンプから容積式ポンプに切り替えるという選択肢もあります(伏虎金属工業)。

流量が増えると NPSHR が増え、NPSHA が減ることと、運転点で余裕をとることを示す図
図3 流量と NPSH の関係(課題「ポンプのキャビテーション」の図)
出典:ポンプキャビテーション現象の基礎知識[第1回]|荏原製作所をもとに AI(Claude)で作成(概念図)

出典:ポンプキャビテーション現象の基礎知識[第1回]|荏原製作所、ハンドブック 参考資料(NPSH)|川本製作所、Wi+ シリーズ インデューサ渦巻ポンプ|SPX FLOW、キャビテーションを防ぐポンプ対策完全ガイド|伏虎金属工業

回転数制御:弁で絞らず、回転数で合わせる

遠心ポンプは、流量が回転数に、揚程が回転数の2乗に、軸動力が回転数の3乗に比例します(環境省)。弁やダンパーを絞って流量を減らす方法は、抵抗を増やしてエネルギーを捨てているため、回転数を下げる方法より省エネの効果が小さくなります(J-Net21)。環境省の試算では、15kW×2台の冷却水ポンプ(24時間365日運転の仮定)で流量を80%にするとき、消費電力の比が弁制御の90%からインバーターの50%になり、年237千kWh から131千kWh(44%減)になります。

バルブで絞る場合と、インバーターで回転数を下げる場合のポンプの電力の比較
図4 バルブで絞る場合とインバーターで回転数を下げる場合のポンプの電力(課題「工場の電力を減らしたい」の図)
出典:実揚程の大きなポンプにインバータを取り付けても省エネ効果が少ないのはなぜ?|中小機構 J-Net21、インバーター制御装置等の回転数制御装置の導入(設備ガイドライン)|環境省をもとに AI(Claude)で作成

ただし、実揚程(高い所へ持ち上げる分)が大きいポンプでは、回転数を下げると揚程が足りなくなるので、インバーターの効果は小さくなります(J-Net21)。配管の抵抗を下げた場合も、回転数を下げて流量を元に戻して、はじめて省エネになります(後半は編集部の解説)。

ポンプとファンのインバーター化の試算の例
図5 ポンプ・ファンのインバーター化の試算の例(課題「工場の電力を減らしたい」の図)
出典:工場の省エネルギーガイドブック2024|省エネルギーセンター、インバーター制御装置等の回転数制御装置の導入(設備ガイドライン)|環境省をもとに AI(Claude)で作成

出典:インバーター制御装置等の回転数制御装置の導入(設備ガイドライン)|環境省、ポンプや送風機の回転速度調整による省エネとは?|中小機構 J-Net21、実揚程の大きなポンプにインバータを取り付けても省エネ効果が少ないのはなぜ?|中小機構 J-Net21、工場の省エネルギーガイドブック2024|省エネルギーセンター

材料・表面処理:削れるまでの時間を延ばす

気泡がつぶれる衝撃が金属の表面にくり返し加わると、表面が疲労して少しずつはがれ落ちます(キャビテーション・エロージョン)。千代田第一工業は、対策を①表面を平滑にする、②母材をオーステナイト系からマルテンサイト系に変えるなどして硬さを上げる、③エロージョン摩耗に強い表面処理を施すという順で組み立てるとしています。母材が変形すると皮膜も追従して効果が出にくいため、表面処理だけで効果が出なかった場合は、母材の見直しが鍵になります。

キャビテーション・エロージョンで羽根の表面が虫食い状に削れたインペラ
キャビテーション・エロージョンで羽根の表面が虫食い状に削れたインペラ(出典:キャビテーション発生によるトラブル|酉島製作所)

材料や表面処理は、あくまで壊れるまでの時間を延ばす対策です。騒音や揚程の低下といった症状は残るため、吸込みの条件や運転点を見直す対策と組み合わせて考えます(編集部の解説)。

出典:キャビテーション・エロージョン|千代田第一工業、キャビテーション発生によるトラブル|酉島製作所

配管・流路の改善:抵抗を下げる

圧力損失は、直管の壁との摩擦と、曲がり・弁・ストレーナなど形が変わる所で生じ、どちらも流速の2乗に比例します。川口液化ケミカルは、流量が一定のまま配管の内径を1/2にすると、流速が4倍になり、圧力損失は32倍になると説明しています。構造計画研究所が内径500mm・流速20m/s で行った解析では、エルボの圧力損失が157kPa、ベンドが81kPa、ベンドの中に整流板を付けると46kPa でした。

ポンプの性能曲線と配管の抵抗曲線。抵抗を下げたぶん回転数を下げると動力を減らせることを示す図
図6 ポンプの性能曲線と配管の抵抗曲線(課題「流体抵抗・圧力損失を減らしたい」の図)
出典:ポンプや送風機の回転速度調整による省エネとは?|中小機構 J-Net21をもとに AI(Claude)で作成

使ううちに圧力損失が増えるなら、付着物を疑います。栗田工業は、冷却水系のスケールが、熱交換効率の低下に加えて、ポンプ圧の上昇や流量の低下の原因になるとしています。密閉された循環系では、界面活性剤を加えて抵抗を下げる方法もあり、産業技術総合研究所は、暖房用の循環水に約0.5%の濃度で加え、循環ポンプの運転周波数を50Hz から35Hz に下げても定格流量を保ち、電力量を65%削減したと発表しています。

同じ流量で管径を細くしたときの直管の圧力損失の倍率
図7 同じ流量で管径を細くしたときの直管の圧力損失の倍率(課題「流体抵抗・圧力損失を減らしたい」の図)
出典:圧力損失|川口液化ケミカルをもとに AI(Claude)で作成(管摩擦係数を一定とした概算)

出典:圧力損失とその原因|キーエンス、圧力損失|川口液化ケミカル、【流体】熱と流れの不思議vol.4 圧力損失③~エルボ・ベンド~|構造計画研究所、冷却水系で発生する障害の種類―スケール障害―|栗田工業、界面活性剤を利用して循環ポンプ動力の65%の省エネを達成|産業技術総合研究所

弁と止め方:圧力の波を立てない・和らげる

日本ダクタイル鉄管協会は、バルブを急開・急閉塞するとウォーターハンマーが発生するので、開閉時間を長く取る必要があるとしています。ポンプが止まったときの逆止弁の水撃は、逆流が始まる前に逆止弁が閉じればよいので、スイングチャッキにカウンタウェイトを付けたり、スプリング式の逆止弁に替えたりして防げます(水道技術研究センター)。

ポンプが止まったあと逆止弁の閉まりが遅れて逆流が始まり、水撃が起きるようすと対策
図8 ポンプが止まったときの逆止弁の閉まり遅れと対策(課題「ウォーターハンマー」の図)
出典:ウォーターハンマ(水撃)の発生要因と対策について(水道技術ジャーナル2008年7月)|水道技術研究センター、土地改良事業計画設計基準 設計「パイプライン」技術書 8. 非定常的な水理現象の解析|農林水産省、ダクタイル鉄管の設計(Chapter5)|日本ダクタイル鉄管協会をもとに AI(Claude)で作成

圧力の波を和らげる機器もあります。水撃防止器は、ゴムのダイヤフラムやベローズの反対側に空気や窒素を封入して水撃を吸収するもので(ベン)、閉止する器具の直近に取り付けることが重要です(水道技術研究センター)。ポンプの管路では、空気槽(エアチャンバ)やサージタンクを使います。日本ダクタイル鉄管協会は、ポンプにフライホイールを付けて回転体の慣性を大きくすると、止まり方がゆっくりになり、水柱分離を低減できるとしています。

水撃防止器とエアチャンバのしくみの模式図
図9 水撃防止器とエアチャンバのしくみ(課題「ウォーターハンマー」の図)
出典:よくあるご質問|ベン、土地改良事業計画設計基準 設計「パイプライン」技術書 8. 非定常的な水理現象の解析|農林水産省をもとに AI(Claude)で作成(模式図)

出典:ダクタイル鉄管の設計(Chapter5)|日本ダクタイル鉄管協会、ウォーターハンマ(水撃)の発生要因と対策について(水道技術ジャーナル2008年7月)|水道技術研究センター、土地改良事業計画設計基準 設計「パイプライン」技術書 8. 非定常的な水理現象の解析|農林水産省、よくあるご質問|ベン

解析・測定・診断:原因の場所を確かめる

ポンプ・ファンのトラブルは、羽根車の内部や配管の中など、外から見えない所で起きます。キャビテーションは、流体解析(CFD)で気泡ができる場所を予測したり(編集部の解説)、シュリーレン法などの可視化で気泡がつぶれるときの衝撃波を観察したりして確かめます(カトウ光研)。水撃は、簡単な管路なら簡易計算図表で最低圧力の見当をつけられますが、複雑な管路やバルブ制御を含む場合は、専用ソフトなどで計算するのが一般的です(日本ダクタイル鉄管協会)。

シュリーレン法で可視化したキャビテーションジェット
シュリーレン法で可視化したキャビテーションジェット。気泡がつぶれるときの衝撃波が同心円状に広がっている(出典:衝撃波とは|カトウ光研)

異音や振動は、振動を測って周波数ごとに分けて(FFT)、回転周波数や軸受の損傷周波数と照らし合わせます(鉄原実業)。ファンでは、羽根が仕切りの前を通るたびに圧力が変わり、羽根の枚数×1秒あたりの回転数の周波数(翼通過周波数)とその倍数に音が出やすくなります(編集部の解説)。長崎大学の研究(2011年)は、回転数1,200rpm のプロペラファンの翼通過周波数を280Hz としています。ある回転数だけ大きいときは、ハンマリング試験で固有振動数を測り、共振を疑います(福島県ハイテクプラザ)。

ファンの羽根の枚数と回転数から翼通過周波数を求める図
図10 ファンの翼通過周波数(課題「機械の異音の原因を突き止めたい」の図)
出典:長崎大学工学部研究報告 第41巻第76号(2011年)をもとに AI(Claude)で作成
測る場所と向きの数と、故障発見率の関係
図11 測る場所と向きの数と、故障発見率(課題「機械の異音の原因を突き止めたい」の図)
出典:小村英智「事例に基づいた状態監視 信号処理技術のノウハウ」(日本機械学会 状態監視振動診断技術者コミュニティ、2012年)をもとに AI(Claude)で作成

出典:衝撃波とは|カトウ光研、ダクタイル鉄管の設計(Chapter5)|日本ダクタイル鉄管協会、ウォーターハンマーへの対応事例について(横浜市水道局)|水道技術研究センター、振動計の FFT 解析による軸受診断|鉄原実業、長崎大学工学部研究報告 第41巻第76号(2011年)、小村英智「事例に基づいた状態監視 信号処理技術のノウハウ」(日本機械学会 状態監視振動診断技術者コミュニティ、2012年)、ハンマリング振動測定システム|福島県ハイテクプラザ

種類と特徴

ポンプは、羽根車を回して液に勢いを与えるターボ形と、一定の容積の液を押し出す容積形に大きく分けられます(モーノポンプ)。送風機は、羽根の形と流れの向きで分けられ、圧力と風量の得意な範囲が違います(ファン・ブロア・送風機.com)。

ポンプのターボ形(遠心・斜流・軸流)と容積形(往復・回転)の分類と、送風機の種類ごとの圧力の目安
図12 ポンプと送風機の主な種類
出典:ポンプの種類とは?その原理と構造|モーノポンプ(兵神装備)、容積式ポンプ(往復ポンプ・回転ポンプ)の原理と構造|モーノポンプ(兵神装備)、種類について|ファン・ブロア・送風機.com、3.1.8 ファン・ブロア|香川県をもとに AI(Claude)で作成
分け方種類特徴
ポンプ:ターボ形遠心・斜流・軸流羽根車をケーシングの中で回して液にエネルギーを与える。比較的連続した流れで、大容量の移送に向く。負荷で流量が大きく変わるため、定量性は低い。遠心は水道・下水道の送水から化学プラント用まで幅広い用途に使われ、斜流は遠心と軸流の中間、軸流は低揚程・大容量で河川排水などに向く(モーノポンプ)
ポンプ:容積形往復(ピストン・プランジャー・ダイヤフラム)・回転(ギヤ・スクリュー)一定の容積の液を、往復や回転で押し出す。定量性がよく、揚程が比較的高いものが多い。高粘度の液にも対応できる。ダイヤフラムはシールレスで薬液の移送に向く(モーノポンプ)
送風機:遠心多翼(シロッコ)・後向き(ターボ)・ラジアル多翼は小型で、圧力は約1.2kPa まで。後向き・翼形は1〜15kPa、ラジアルは2〜20kPa で、構造が単純で粉じんのある所に向く(ファン・ブロア・送風機.com)
送風機:軸流・斜流軸流・斜流軸流は構造が単純で冷却用途に多く、圧力は約2.5kPa まで。斜流は軸流と遠心の中間で、約5kPa まで(ファン・ブロア・送風機.com)
圧力による呼び分けファン・ブロワゲージ圧10kPa 以上(0.1MPa 未満)をブロワ、それ未満をファンと呼ぶ(香川県)

出典:ポンプの種類とは?その原理と構造|モーノポンプ(兵神装備)、容積式ポンプ(往復ポンプ・回転ポンプ)の原理と構造|モーノポンプ(兵神装備)、種類について|ファン・ブロア・送風機.com、3.1.8 ファン・ブロア|香川県

モーターの効率と、更新のときの注意

ポンプ・ファンを動かすモーターは、2015年度から三相誘導電動機のトップランナー基準に IE3(プレミアム効率)が適用されています。J-Net21 は、50Hz・4極・7.5kW の三相誘導電動機を IE1 から IE3 に更新すると約4.9%の省エネが期待できるとしています。トップランナーモーターは回転速度が速くなる傾向があり、ポンプ・ファンでは負荷が増えることがあるので確かめます(J-Net21)。

高効率モーター(IE3)への更新の効果と注意点
図13 高効率モーター(IE3)への更新(課題「工場の電力を減らしたい」の図)
出典:トップランナーモータが2015年度からスタートします|中小機構 J-Net21をもとに AI(Claude)で作成

出典:トップランナーモータが2015年度からスタートします|中小機構 J-Net21

選ぶ・見直すときに確かめること

ポンプ・ファンは、送るもの、量と圧力、吸込み、運転のしかた、確かめ方の順に確かめて決めます(編集部の整理)。酉島製作所のチェックリストは、清水・常温なら全揚程・吐出し量・電源周波数の3項目、正確に選ぶには液質(温度・密度・粘度・pH・スラリーの有無)、吸込条件、設置場所、運転方法、制御方法、モーターの情報も加えるとしています。

送るもの、量と圧力、吸込み、運転のしかた、確かめ方の順に確かめる流れの図
図14 ポンプ・ファンを選ぶ・見直すときに確かめる流れ
出典:編集部の整理をもとに AI(Claude)で作成
  • 送るもの:液体か気体か、温度・密度・粘度、異物やスラリーの有無
  • 量と圧力:必要な流量(風量)と全揚程(圧力)、配管・ダクトの抵抗。実揚程がどれだけあるか
  • 吸込み:液面の高さ、吸込配管の長さと曲がり、液温。NPSHA が NPSHR を余裕をもって上回るか
  • 運転のしかた:流量を弁で変えるか回転数で変えるか、止め方と弁の閉め方、運転時間
  • モーター:電源周波数、効率クラス、回転速度
  • 確かめ方:流量・圧力・電力の測定、振動と音、分解点検

出典:初心者さん向け!ポンプ選定チェックリスト|酉島製作所、ハンドブック 参考資料(NPSH)|川本製作所、実揚程の大きなポンプにインバータを取り付けても省エネ効果が少ないのはなぜ?|中小機構 J-Net21

企業紹介(ポンプ・ファン技術)

ポンプ・ファンに関係する技術を持つ企業を、得意分野が重ならないように選びました。内容は各社の公式サイトで確認できる範囲です。各社の得意分野は、次の早見表のとおりです。

企業選定・
吸込み
回転数
制御
材料・
表面処理
配管・
流路
弁・
水撃
解析・
診断
伏虎金属工業容積式ポンプと運転条件の見直し●●
ダイナテックポンプ・コンプレッサーのインバーター化●●
千代田第一工業エロージョンに強い表面処理●
フロンティアテクノロジー電解式スケール除去装置●
山商エンジニアリングポンプ管路のエアチャンバ●
朝倉機械製作所送風機の異音・振動の測定●

●は、各社の公式サイトで確認できた得意分野です(空欄は、扱っていないという意味ではありません)。社名を押すと、その会社の紹介へ移ります。

伏虎金属工業株式会社|高粘度液に強い容積式ポンプと、配管・運転条件の見直し

伏虎金属工業とは

伏虎金属工業は、和歌山県和歌山市に本社・工場を置く工業用ポンプメーカーです。二軸スクリューポンプやラジアルベーンポンプなど、容積式ポンプを中心に製造・開発しています。

伏虎金属工業の二軸スクリューポンプ
伏虎金属工業の容積式ポンプ「二軸スクリューポンプ」(出典:二軸スクリューポンプ|伏虎金属工業)

伏虎金属工業の得意技術

技術内容
高粘度の液体に強い容積式ポンプすき間が狭く吸込能力の高い容積式ポンプで、遠心ポンプでは対応しにくい液体を送る
振動・異音の原因診断と改善提案部品の交換だけで済ませず、なぜキャビテーションが起きているのか、どの運転点に無理があるのかを判断し、配管の改善や運転条件の見直しを含めて提案する

あわせて同社は、吸込能力が高すぎる場合にはキャビテーションに似た症状が出ることがある、という注意点も示しています。

伏虎金属工業が解決できる課題

  • 高粘度の液体を送るときに起きる、異音や吐出流量の不足を解決したい
  • 振動や異音の原因が、配管と運転条件のどちらにあるのか分からない
  • これから導入するポンプで、配管レイアウトや液温・粘度に合った機種を選びたい

出典:キャビテーションを防ぐポンプ対策完全ガイド|伏虎金属工業、二軸スクリューポンプ|伏虎金属工業

株式会社ダイナテック|ポンプ・コンプレッサー・冷凍機のインバーター化と省エネ診断

ダイナテックとは

ダイナテックは、福井県福井市に本社・第一工場がある会社です(1986年設立)。ビル用設備・産業用機器の販売・設置工事・メンテナンス、制御盤の製作とソフト開発、配管・ダクト・空調工事の設計施工などを行っています。

ダンパ制御とインバータ制御の消費電力量の比較のグラフ
ダンパ制御とインバータ制御の消費電力量の比較(出典:省エネルギー|ダイナテック)

ダイナテックの得意技術

技術内容
ポンプのインバーター化工場内の循環水ポンプ(15kW)をインバーターで90%・80%運転にした場合の効果を試算している。同社の実績では、適正な流量を確保しながらの現地調整で、実測で周波数を70%(42Hz)程度まで下げた事例が多数あるとし、70%程度まで調整できた場合は年82万円の省エネになるとしている
コンプレッサーのインバーター化と台数制御盤従来の調節弁や発停制御では、コンプレッサーを動かすモーターが常にほぼフル稼働して電力を使っているとし、インバーター化と台数制御盤の組み合わせを提案している
冷凍機の省エネ診断負荷状況の把握による更新時の機種選定や、運転状態の把握による効率のよい稼働環境づくりを、診断とインバーター化で支援するとしている

ダイナテックが解決できる課題

  • 弁で絞って使っているポンプを、インバーター化して電力を減らしたい
  • ポンプ・冷凍機の負荷状況を測り、インバーター化や更新時の機種選定に生かしたい

出典:会社案内|ダイナテック、省エネルギー|ダイナテック

千代田第一工業株式会社|キャビテーション・エロージョンに強い表面処理「ダイクロン」

千代田第一工業とは

千代田第一工業は、表面処理「ダイクロン」「ブラストロン」を手がける企業です。

千代田第一工業の製造現場で部品を磨く作業の様子
千代田第一工業の製造現場で、部品を磨く作業の様子(出典:採用サイト|千代田第一工業)

千代田第一工業の得意技術

技術内容
表面処理「ダイクロン」密着力が高くはがれにくい皮膜で、表面の硬さはマイクロビッカースで1000前後(HV1000前後)
キャビテーション・エロージョン対策の組み立て①表面を平滑にする、②母材をオーステナイト系からマルテンサイト系に変えるなどして硬さを上げる、③そのうえでエロージョン摩耗に強い表面処理を施す、という順番で対策を提案する

母材が変形すると皮膜も追従して効果が出にくいため、表面処理だけで効果が出なかった場合は、母材の見直しが鍵になるとしています。

千代田第一工業が解決できる課題

  • ポンプのインペラやケーシングが、キャビテーション・エロージョンで削れる
  • 表面処理をしてもエロージョンを十分に防げない

公開されている実績・用途

  • ポンプケーシング、インペラ、ジェットポンプ、超音波振動子などへの処理
  • 母材をオーステナイト系からマルテンサイト系に変更し、寿命が大幅に伸びた事例

出典:キャビテーション・エロージョン|千代田第一工業

フロンティアテクノロジー株式会社|薬品を使わずにスケールの成分を減らす電解式スケール除去装置

フロンティアテクノロジーとは

フロンティアテクノロジーは、福岡県直方市に本社を置く、熱交換器の洗浄装置のメーカーです。ボール式熱交換器自動洗浄装置と、電解式スケール除去装置の製造・販売を手がけています。

電解式スケール除去装置の導入前と導入半年後の伝熱管チューブ
「WET」導入前(左)と導入半年後(右)の熱交換器の伝熱管チューブ。異なる熱交換器のため単純な比較はできない、と同社は注記している(出典:電解式スケール除去装置「WET」の導入効果・メリット|フロンティアテクノロジー)

フロンティアテクノロジーの得意技術

技術内容
電解式スケール除去装置「WET」冷却水・補給水の経路に設置し、水中のスケール成分をタンク内で電気分解して強制的に析出させ、冷却水中のスケール成分の濃度を下げる
付着の防止と溶出新たなスケールの付着を防ぐだけでなく、水中のスケール成分の濃度を下げることで、すでに付着したスケールの溶出を促す効果もあるとしている
ランニングコスト必要なランニングコストは電気代のみ。メンテナンスは3か月から1年ごとのタンク内の定期清掃

フロンティアテクノロジーが解決できる課題

  • 冷却水の配管や熱交換器にスケールが付き、流れが悪くなってきた
  • 水処理剤を使わずにスケールをおさえたい

出典:会社概要|フロンティアテクノロジー、電解式スケール除去装置「WET」の導入効果・メリット|フロンティアテクノロジー

山商エンジニアリング株式会社|ポンプ管路のエアチャンバ(空気槽)

山商エンジニアリングとは

山商エンジニアリングは、東京都江戸川区にある会社です(1953年設立)。営業品目に、給排水設備機器の第二種圧力容器・水撃防止装置・空気槽・真空タンクの設計・製造販売・保守点検を挙げています。

空気補給式エアチャンバの系統図
空気補給式エアチャンバの系統図(出典:水撃防止装置(エアチャンバ)|山商エンジニアリング)

山商エンジニアリングの得意技術

技術内容
自動空気補給式エアチャンバ(ATZ 型)自動で空気を補給するタイプのエアチャンバで、ウォーターハンマー防止装置として、管路及び付帯設備の保全に広く利用されているとしている
蓄圧式エアチャンバ(VSD 型・ARZ 型)ブラダゴムを内蔵し、空気の補給が要らないタイプ
コンプレッサー式エアチャンバ(ACZ 型)コンプレッサーで空気を補うタイプ

どの型が合うか、どれくらいの容量が要るかは、管路の条件で変わります。型ごとの系統図を公開しています。

山商エンジニアリングが解決できる課題

  • ポンプが止まったときの圧力の急な低下・上昇を、空気槽で和らげたい
  • 送水・配水の管路の水撃対策の設備を選びたい

出典:会社概要|山商エンジニアリング、水撃防止装置(エアチャンバ)|山商エンジニアリング

株式会社朝倉機械製作所|送風機の異音・騒音・振動の測定と原因推定

朝倉機械製作所とは

朝倉機械製作所は、東京都小金井市に本社(技術研究所)がある送風機の専業メーカーです(創業1920年、工場はさいたま市岩槻区)。送風機の開発・設計・製造からメンテナンスまでを行い、「ファン・ブロア・送風機.com」で技術情報を公開しています。

送風機の異音が出る場所と考えられる原因の図
図15 送風機の異音が出る場所と、考えられる原因(課題「機械の異音の原因を突き止めたい」の図)
出典:異音(軸受部・羽根車・ケーシング・潤滑油)|ファン・ブロア・送風機.comをもとに AI(Claude)で作成

朝倉機械製作所の得意技術

技術内容
異音・騒音測定サービス簡易騒音計で周辺の騒音レベルを測り、触診で異常箇所を特定し、騒音の周波数から異音の原因を推定して、対策を盛り込んだ報告書を出す。関東圏を中心に対応する
振動測定サービス触診による異常箇所の特定と、振動の周波数からの原因の推定を行い、改善提案書つきの診断報告書を出す
異音の原因の解説送風機の異音は軸受部・羽根車・ケーシング・潤滑油で起き、軸受部のベアリング異常が最も多い症例としている。羽根車がケーシングに接触している場合は、オーバーホールしてバランス調整とケーシングとの隙間の調整を行う

朝倉機械製作所が解決できる課題

  • 送風機(ファン・ブロア)から異音・騒音が出ている
  • 送風機の振動の原因を推定して、改善策を出してほしい

出典:会社情報|朝倉機械製作所、異音・騒音測定サービス|ファン・ブロア・送風機.com、異音(軸受部・羽根車・ケーシング・潤滑油)|ファン・ブロア・送風機.com、振動測定サービス|ファン・ブロア・送風機.com

ポンプ・ファンに関係する分野と製品のページです。

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出典・参考

情報の確認日:2026年10月2日 本ページの内容は一般的な情報で、実際の性能は製品・使用条件により異なります。図はAI(Claude)で作成した概念図、冒頭の画像はAI(ChatGPT)で生成したイメージ画像です。

ポンプ・ファンのよくある課題

ポンプ・ファンの主な解決技術

流体・熱のほかのテーマ