ポンプ入口/出口圧力と揚程の関係

コアフォーミュラ（最も重要なもの）

揚程（H）＝（ポンプ出口圧力 - ポンプ入口圧力）/（液体の密度 × 重力加速度）

記号で表すと:

H = (P2 - P2) / (ρ × g)

どこ：

H: ポンプによって生成される揚程（メートル（m）単位）。

P₂: ポンプ出口フランジにおける絶対圧力（通常はパスカル（パ）単位）。

P₁: ポンプ入口フランジにおける絶対圧力。通常はパスカル (パ) で表されます。

ρ：ポンプで汲み上げる液体の密度（kg/m³）。室温の水の場合、ρ ≈ 1000 kg/m³。

g: 重力加速度、約9.81 m/s²。

主要概念の説明

ヘッドとは何ですか?

高さではありません：揚程は単なる物理的な揚程ではありません。ポンプが単位重量の液体に与える総機械的エネルギーを表すエネルギー概念です。単位はメートル（m）で、これはポンプが液体を揚程できる理論的な高さと理解できます。

媒体に依存しない：揚程はポンプ自体の性能パラメータです。同じポンプで同じ速度で運転する場合、水、油、その他の液体を汲み出す場合でも、同じ揚程（H）値を生成します。ただし、消費電力と結果として生じる圧力は異なります。

圧力とは何ですか?

圧力は単位面積あたりの力です。ポンプによって生成される出口ゲージ圧は、その推力の大きさを直感的に反映しています。

媒体との密接な関連：式P = ρ × g × Hによれば、ポンプによって発生する圧力（P）は液体の密度（ρ）に直接依存します。より密度の高い液体（油など）をポンプで汲み上げると、同じ揚程でより大きな圧力が発生します。

核心的な違いとつながり

揚程は"原因、圧力は"結果です。ポンプの特性によって、供給できる揚程が決まります。この揚程は、特定の密度を持つ液体に作用し、最終的には入口と出口の間の圧力差として現れます。

揚程はポンプの能力定格、圧力はその能力が特定の物体（特定の液体）に作用したときに生じる効果と考えてください。

応用例（水を使用、ρ≈1000 kg/m³、g≈10 m/s²で簡略化）

ポンプの揚程が 100 メートルであると仮定します。

発生する圧力差を計算します。

ΔP = ρ × g × H = 1000 kg/m³ × 10 m/s² × 100 m = 1,000,000 パ = 1 MPa ≈ 10 バー

つまり、入口圧力が大気圧（0 バー ゲージ）の場合、出口ゲージ圧力は約 10 バー になります。

現場でのヘッドの見積もり:

現場で測定すると、ポンプの出口ゲージは 0.8 MPa (8 バー)、入口ゲージは 0.1 MPa (1 バー) を示しています。

この場合、圧力差 ΔP = 0.8 - 0.1 = 0.7 MPa = 700,000 パ となります。

落差を計算します：H = ΔP / (ρ × g) = 700,000 / (1000 × 10) = 70メートル。

この 70 メートルは、現在の動作条件下でポンプが実際に提供している有効揚程です。

重要な注意事項

計算には絶対圧力を使用する必要があります：式中のP₁とP₂は、理論上は絶対圧力です。しかし、実際の工学においては、入口圧力と出口圧力の両方を同じ基準（通常は局所的な大気圧）を用いたゲージで測定する場合、ゲージ圧差を用いることで完全に正しい結果が得られます。つまり、H = (出口ゲージ圧 - 入口ゲージ圧) / (ρ × g) となります。

入口圧力はNPSH要件を超える必要があります：入口圧力（P₁）が低すぎると、ポンプ内で液体が蒸発し、キャビテーションが発生してポンプに重大な損傷を与えます。ポンプ性能曲線における必要正味吸込ヘッド（NPSHr）は、P₁を十分に高くするために設定する必要がある重要なパラメータです。

システム抵抗が動作点を決定する：パイプラインシステムにおけるポンプの実際の出口圧力は、ポンプの揚程流量曲線とパイプラインシステムの抵抗曲線の交点によって決定されます。ポンプは、その流量においてシステムに必要な抵抗（揚程、配管摩擦、バルブ抵抗などを含む）と正確に一致する揚程を生成するまで、出力を調整します。