比速度とは？ポンプ・送風機選定と計算式

「必要流量と揚程は決まったが、遠心ポンプと軸流ポンプのどちらを選ぶべきか」と迷うことがあります。

その判断を感覚だけに頼ると、効率の悪い形式を選び、動力や騒音、寿命で不利になります。

比速度とは、流量・揚程・回転速度からポンプや送風機の羽根車形状を読むための選定指標です。

同じ相似形の羽根車なら大きさや回転速度が変わっても近い値になり、形式比較に使えます。

本記事では、比速度の計算式、ポンプ形式との関係、送風機への応用、計算時の注意点まで解説します。

1. 比速度とは：ポンプ形式を選ぶ相似指標

比速度は、ターボ機械の羽根車がどのような形に向くかを表す指標です。

ポンプでは、回転速度、吐出し量、全揚程を組み合わせて求めます。

数値が小さいほど高揚程・小流量に向き、数値が大きいほど低揚程・大流量に向きます。

単なる計算値ではなく、遠心形、斜流形、軸流形を選ぶときの目安になります。

羽根車の形を数値で表す

ポンプの羽根車は、用途によって大きく形が変わります。

高い圧力を作る遠心形は、流体を中心から外周へ押し出す形です。

大量の流体を低い揚程で送る軸流形は、プロペラのように軸方向へ流します。

比速度は、この形の違いを一つの数値として整理するために使います。

流量と揚程だけを別々に見るよりも、用途に合う形式を短時間で判断できます。

相似形なら同じ値になる

比速度の重要な意味は、相似則と結びついている点です。

幾何学的に似ていて、流れの状態も相似なポンプは、規模が違っても近い比速度になります。

小型試験機の結果から大型機の性能を推定する考え方にも、この相似の発想が使われます。

そのため比速度は、単なる分類名ではなく、性能予測やシリーズ設計の土台になります。

ただし完全な相似には、形状だけでなく流れの状態も近いことが必要です。

最高効率点の値で比較する

比速度は、通常は最高効率点の流量と揚程を使って求めます。

最高効率点とは、そのポンプが最も効率よく運転できる点です。

同じポンプでも、運転点がずれると流量や揚程は変わります。

そのため、任意の運転点で計算した値をそのまま形式分類に使うと、判断がずれます。

カタログや性能曲線を見るときは、どの点の値で計算した比速度かを確認しましょう。

2. 比速度の計算式と単位

ポンプの比速度は、回転速度、吐出し量、全揚程から計算します。

日本のポンプ資料では、回転速度を毎分、流量を立方メートル毎分、揚程をメートルで扱う形がよく使われます。

この比速度は、無次元数ではなく、採用した単位系に依存する特定数として扱う点に注意が必要です。

ポンプ比速度の基本式

回転速度を 、吐出し量を 、全揚程を とすると、ポンプ比速度は次の式で表します。

ここで は 、 は 、 は として扱います。

流量が大きいほど比速度は大きくなり、揚程が大きいほど比速度は小さくなります。

式の形から、高揚程・小流量の用途と低揚程・大流量の用途を区別できます。

各記号の意味を、計算で使う値と合わせて整理します。

記号	意味	計算で使う値
	回転速度	羽根車の回転数。通常は で扱う
	吐出し量	最高効率点の流量。両吸込では片側分を使う
	全揚程	最高効率点の全揚程。多段では1段あたりを使う
	比速度	羽根車形状と運転特性を表す選定指標

式だけを見ると簡単ですが、入力値の取り方を間違えると結果は大きく変わります。

特に、全揚程を総揚程のまま入れる多段ポンプの誤りはよく起こります。

また、流量を毎秒単位のまま入れると、同じポンプでもまったく違う値になります。

比速度を比較するときは、式だけでなく単位系までそろえることが前提です。

国際的な無次元形式との違い

比速度には、国内でよく使う単位付きの値と、国際的な無次元に近い形式数があります。

たとえば を使った形式数は、同じ相似性を別の形で表します。

資料によって記号や単位が違うため、数値だけを見て大小を判断してはいけません。

メーカーの技術資料、JIS系の資料、海外文献では、前提が異なることがあります。

設計レビューでは、計算式と単位をセットで明記しておくと誤解を防げます。

比速度を先に見ておくと、「高い揚程が必要なのに流量重視の形式を選ぶ」といった大きな外れを避けやすくなります。

ポンプや送風機は一度据え付けると長期間使うため、形式の外れは電力費や保全費に長く影響します。

3. 比速度の計算例：流量・揚程から形式を読む

比速度は、実際に数値を代入すると意味がつかみやすくなります。

ここでは、同じ回転速度でも、流量と揚程が変わると比速度がどう変わるかを確認します。

計算結果は厳密な分類境界ではなく、形式選定の方向を読むための目安として使います。

例1：高揚程・小流量のポンプ

回転速度 、吐出し量 、全揚程 とします。

比速度は比較的小さく、高揚程・小流量に向いた遠心形の性格が強い条件です。

ビル給水、小型ボイラ給水、装置内循環など、圧力をしっかり作りたい用途に近い考え方になります。

この領域では、羽根車外径やケーシング形状が揚程を作るうえで重要になります。

例2：中流量・中揚程のポンプ

次に、同じ回転速度で 、 とします。

流量が増え、揚程が下がったことで、比速度は大きくなります。

この条件では、遠心形だけでなく斜流形の検討も視野に入ります。

同じ動力でできるだけ多くの水を動かしたい場合、比速度が高い形式のほうが自然です。

例3：低揚程・大流量のポンプ

排水や循環のように、、、 とします。

このように比速度が大きい条件では、軸流形に近い考え方になります。

高い圧力を作るよりも、大量の流体を低い抵抗で動かすことが主目的です。

低揚程なのに遠心ポンプを無理に選ぶと、効率や設置寸法で不利になることがあります。

3つの例を比べると、比速度は単に回転速度だけで決まらないことが分かります。

同じ回転機械でも、流量を多く取る設計か、揚程を高く取る設計かで羽根車の形は変わります。

つまり比速度は、使用条件を機械形状へ翻訳するための中間指標です。

4. 比速度と羽根車形状の関係

比速度は、ポンプの羽根車がどの方向へ流体を出すかと深く関係します。

低い比速度では半径方向に流れ、高い比速度では軸方向に近づきます。

その中間に斜流形があり、流れの方向も性格も連続的に変化します。

低比速度：遠心形ポンプ

低比速度の代表が、遠心形ポンプです。

羽根車の中心から吸い込んだ液体を、外周方向へ押し出して圧力を作ります。

高い揚程を得やすく、小流量でも圧力を確保しやすい形式です。

一方で、大流量を無理に扱うと、流路幅やケーシングが大きくなります。

配管抵抗が大きく高揚程が必要な設備では、遠心形が候補になりやすくなります。

中比速度：斜流形ポンプ

斜流形ポンプは、遠心形と軸流形の中間に位置します。

流体は半径方向と軸方向の両方の成分を持って流れます。

中程度の揚程と中程度から大きめの流量を扱う用途に向きます。

比速度が大きくなるほど、流れの方向は軸流形に近づきます。

遠心形では流量が不足し、軸流形では揚程が不足する場合の橋渡しになる形式です。

高比速度：軸流形ポンプ

高比速度の代表が、軸流形ポンプです。

プロペラのような羽根で、流体を軸方向へ大きく動かします。

低い揚程で大量の流量を送る用途に適しています。

排水、農業用水、循環水など、圧力よりも流量が重視される場面で使われます。

ただし、部分流量域では特性が扱いにくくなる場合があるため、運転範囲の確認が欠かせません。

比速度の傾向	主な形式	得意な条件	注意点
小さい	遠心形	高揚程・小流量	大流量では効率や寸法に注意
中間	斜流形	中揚程・中流量	性能曲線と運転範囲を確認
大きい	軸流形	低揚程・大流量	部分流量運転と共振に注意

この分類は、明確な境界線で機械的に分けるものではありません。

メーカーや資料によって表現は変わるため、最終的にはカタログ性能と使用条件で判断します。

それでも、比速度を先に計算しておくと、候補形式を大きく外しにくくなります。

5. ポンプ選定での使い方

比速度は、詳細な機種選定の前段階で特に役立ちます。

必要流量、必要揚程、想定回転速度から、候補になる形式を絞り込むためです。

いきなりカタログから機種名を探すより、形式の方向を決めてから見るほうが効率的です。

要求仕様から候補形式を絞る

ポンプ選定では、まず運転点を明確にします。

必要な流量、全揚程、液体の種類、温度、運転時間、制御方法を整理します。

全揚程には、実揚程だけでなく配管の圧力損失も含めて考えます。

その条件で比速度を計算すれば、遠心形、斜流形、軸流形のどれが自然かを判断できます。

候補形式が決まると、カタログの検索範囲が狭まり、比較の軸も明確になります。

揚程の中身を分解すると、位置の高さ、圧力差、速度エネルギー、配管損失が関わります。

エネルギーとしての揚程を理解するには、ベルヌーイの定理の考え方も役立ちます。

また、管路内で流量を測る設備では、ベンチュリー効果を利用した流量計とも関係します。

BEPから外れすぎないようにする

ポンプは、最高効率点の近くで運転するほど無理が少なくなります。

BEPから大きく外れると、効率低下、騒音、振動、軸受荷重の増加が起こりやすくなります。

比速度はBEPの値で形式を読む指標なので、実際の運転点がどこに来るかも合わせて確認します。

定格点だけでなく、最小流量、最大流量、バルブ絞り時の状態も見ておく必要があります。

比速度で形式を決め、性能曲線で運転の妥当性を確認する流れが実務的です。

キャビテーションと吸込条件も確認する

比速度だけでは、吸込み側の安全性までは判断できません。

ポンプでは、吸込圧力が低すぎるとキャビテーションが発生します。

そのため、NPSHや吸込比速度も別に確認する必要があります。

比速度は羽根車の形式を読む指標であり、吸込余裕を直接示す指標ではありません。

形式選定では、比速度、NPSH、効率、軸動力をセットで確認しましょう。

6. 送風機・ファンでの比速度

比速度の考え方は、ポンプだけでなく送風機にも応用できます。

送風機では、液体の揚程ではなく、風量と圧力上昇が選定の中心になります。

流体が空気になるため、密度や圧縮性の扱いに注意しながら形式を選びます。

風量と圧力から形式を読む

送風機でも、低い圧力で大きな風量を送る用途と、高い圧力を必要とする用途があります。

軸流ファンは、低圧・大風量に向き、換気や冷却で多く使われます。

遠心送風機は、ダクト抵抗が大きい場合や、比較的高い静圧が必要な場合に向きます。

送風機の選定では、風量だけでなくダクトやフィルタの圧力損失を見込む必要があります。

流量測定や差圧測定の考え方は、ピトー管やオリフィスの理解ともつながります。

ファンの相似則との関係

ファンでは、同じ羽根車なら回転速度を変えると風量や静圧も変わります。

一般に、風量は回転速度に比例し、圧力は回転速度の二乗に比例します。

この関係を使うと、回転数変更時のおおよその風量や圧力を推定できます。

ただし実機では、ダクト抵抗、モータ特性、制御方式、騒音制限の影響も受けます。

比速度は形式の目安、相似則は回転数変更の目安として使い分けると理解しやすくなります。

送風機では単位と定義の確認も重要です。

送風機の比速度は、資料によって定義や単位の扱いが異なります。

圧力を静圧で扱うのか全圧で扱うのか、風量をどの単位で扱うのかを確認します。

空気密度の補正が必要な条件では、温度や標高も影響します。

ポンプの比速度式をそのまま送風機に当てはめるのではなく、対象資料の定義に従います。

特に設備設計では、メーカー選定表と同じ単位で比較することが重要です。

7. 計算上の注意点

比速度の計算ミスは、式そのものよりも入力値の取り違えで起こります。

多段ポンプ、両吸込ポンプ、単位系、回転速度の扱いを誤ると、形式判断を大きく外します。

ここでは、実務で特に間違えやすい点を整理します。

多段ポンプは1段あたりの揚程を使う

多段ポンプは、複数の羽根車を直列に並べて揚程を高めます。

比速度は羽根車1段の形を表すため、全体の揚程ではなく1段あたりの揚程を使います。

たとえば全揚程が90mで3段なら、計算に使う揚程は30mです。

総揚程90mをそのまま入れると、比速度が小さく出すぎます。

その結果、本来よりも高揚程形の羽根車だと誤解してしまいます。

両吸込ポンプは片側流量で計算する

両吸込ポンプは、羽根車の左右から液体を吸い込む構造です。

1枚の羽根車が両側から流れを受けるため、比速度の計算では吐出し量を半分にします。

全流量をそのまま使うと、比速度が大きく出すぎます。

両吸込か片吸込かは、カタログの構造図や型式説明で確認できます。

同じ流量でも、内部で1流路として扱うか2流路として扱うかで計算値が変わります。

単位系を混在させない

比速度は単位を持つ特定数として扱うため、単位の混在が致命的です。

を のまま入れたり、 を で入れたりすると、国内資料の値と比較できません。

また、海外資料ではガロン毎分やフィートを使う場合があり、値の桁が大きく変わります。

計算書には、式、単位、使用した運転点を必ず残しておきます。

単位が見えない比速度は、設計判断に使わないほうが安全です。

さらに、同じ比速度でも液体の粘度や固形物の有無によって実際の効率は変わります。

比速度は水など低粘度流体を前提にした初期判断として使い、特殊液ではメーカー確認を前提にします。

スラリや高粘度液では、羽根車形式だけでなく閉塞しにくさや洗浄性も重要です。

この前提を忘れると、比速度だけで最終機種まで決めてしまう危険があります。

吸込比速度と混同しない

比速度と似た用語に、吸込比速度があります。

比速度は全揚程を使い、羽根車の形式や流れの方向を読む指標です。

吸込比速度は、必要NPSHを使い、吸込性能やキャビテーションの傾向を見る指標です。

両者は式の形が似ていますが、設計で見ているリスクが違います。

ポンプを選ぶときは、比速度で形式を確認し、吸込比速度やNPSHで吸込余裕を確認します。

よくある誤り	正しい考え方
多段ポンプの総揚程を使う	1段あたりの全揚程に直して計算する
両吸込の全流量を使う	片側あたりの流量、つまり吐出し量の半分を使う
単位の違う値を比較する	回転数、流量、揚程の単位系をそろえる
吸込比速度と混同する	形式分類とキャビテーション評価を分ける

8. 効率・省エネ・運用への影響

比速度は、形式分類だけでなく効率や運転のしやすさにも関わります。

形式に合わない条件で運転すると、軸動力が増えたり、振動や騒音が悪化したりします。

ポンプや送風機は長時間動く設備が多いため、わずかな効率差でも電力量に大きく影響します。

適正範囲を外れると効率が落ちる

各形式には、効率を出しやすい比速度の領域があります。

高揚程・小流量の条件で軸流形を選んでも、圧力を作るのが苦手です。

逆に低揚程・大流量で遠心形を無理に使うと、余分な損失や大型化につながります。

比速度が極端に低い遠心ポンプでは、羽根車内部や円板摩擦の損失が効率に響きやすくなります。

形式そのものが合っているかを確認することが、省エネ設計の第一歩です。

形式が合わないポンプを使うと、同じ流量を出すために余分な軸動力が必要になります。

軸動力の増加は、長時間運転する設備ではそのまま電力量の増加につながります。

選定時には購入価格だけでなく、年間運転時間を含めたランニングコストも見ておきましょう。

インバータ運転では相似則も見る

ポンプや送風機の省エネでは、回転数制御がよく使われます。

回転速度を下げると、流量はおおむね比例して下がり、揚程や圧力は二乗に近い関係で下がります。

軸動力はさらに大きく下がるため、流量調整をバルブやダンパだけで行うより有利な場合があります。

ただし、同じ羽根車の相似運転なら比速度は大きく変わりません。

比速度は形式選定、相似則は回転数変更時の性能予測という役割で使い分けます。

配管系・ダクト系との整合が必要

ポンプや送風機は、単体で性能が決まるわけではありません。

実際の運転点は、機械の性能曲線と配管系・ダクト系の抵抗曲線が交わる場所で決まります。

配管ではレイノルズ数や摩擦損失、ダクトではフィルタや曲がりの抵抗が効きます。

比速度で形式が合っていても、配管側の損失見積もりが間違っていれば運転点はずれます。

最終選定では、機械単体の指標と設備全体の抵抗を両方確認する必要があります。

9. まとめ

比速度とは、ポンプや送風機の羽根車形状と運転特性を読むための選定指標です。

ポンプでは、回転速度、吐出し量、全揚程から で求めます。

通常は最高効率点の値を使い、単位系をそろえて比較することが重要です。

比速度が小さいほど遠心形に近く、高揚程・小流量に向きます。

比速度が大きいほど軸流形に近く、低揚程・大流量に向きます。

中間領域では斜流形が候補になり、遠心形と軸流形の中間的な性質を持ちます。

多段ポンプは1段あたりの揚程、両吸込ポンプは片側流量で計算します。

比速度は形式選定の出発点であり、最終的には性能曲線、NPSH、効率、設備側の抵抗と合わせて判断します。