ポンプ相似則計算ツール
プラント・プロセス設計向けエンジニアリング計算ツール · 最終更新: 2026年3月
ポンプ相似則（アフィニティ則）を用いて、回転数またはインペラ径の変化に伴う流量・揚程・軸動力の変化を計算します。インバータ制御・運転条件変更時のポンプ性能予測に利用します。
ポンプ相似則（アフィニティ則）計算器
ポンプの相似則（アフィニティ則）は、同一ポンプで回転数（またはインペラ径）を変化させた場合の性能変化を予測する法則です。インバータ制御や口径変更時の性能計算に広く使用されます。
主な用途
- インバータ（VFD）制御による省エネ効果の試算
- インペラ切削（トリミング）後の流量・揚程の推算
- 運転点変更時のポンプ・モーター適合性の確認
- 回転数変更後の所要軸動力の見積もり
計算式と方法論
回転数 n の変化に対する性能は次の相似則で予測します。
Q₂/Q₁ = n₂/n₁、 H₂/H₁ = (n₂/n₁)²、 P₂/P₁ = (n₂/n₁)³
流量 Q は回転数に比例、揚程 H は2乗、軸動力 P は3乗に比例します。たとえば回転数を50%にすると流量は50%、揚程は25%、動力は約12.5%となり、絞り弁制御に比べ大きな省エネとなります。インペラ径 D を変える場合も同様に Q∝D、H∝D²、P∝D³ が近似的に成立します。
前提条件と制限事項
- 効率が変化前後でほぼ一定であることを前提とする
- 大幅な回転数・径変更では効率低下により誤差が増大
- システム抵抗曲線（静揚程の有無）の影響は別途考慮
- キャビテーション（NPSH）の再確認は別計算が必要
設計上の注意点
相似則はポンプ単体の特性であり、実際の運転点はシステム抵抗曲線との交点で決まります。静揚程が大きい系では流量低減効果が相似則どおりにならない点に注意してください。減速時は揚程低下により必要揚程を下回らないこと、低流量域での最小連続流量や軸受・封水への影響も確認が必要です。
計算例
条件:
- 基準: N₁ = 1450 rpm、Q₁ = 100 m³/h、H₁ = 50 m、P₁ = 20 kW
- 新回転数 N₂ = 1740 rpm（回転数比 1.2）
方法: 相似則: Q₂ = Q₁·(N₂/N₁) = 100·1.2、H₂ = H₁·(N₂/N₁)² = 50·1.44、P₂ = P₁·(N₂/N₁)³ = 20·1.728。
結果: Q₂ = 120 m³/h、H₂ = 72 m、P₂ ≈ 34.6 kW。
解釈: 動力の3乗則が落とし穴で、わずか20 %の増速で約73 %増の動力が必要となるため、既設原動機の流用可否を確認します。相似則は同一システム曲線上を前提とし、摩擦支配の系では実運転点は予測と完全には一致しません。
よくある誤用・注意点
- 回転数の法則を、羽根車外径（トリム）変更にも同一として適用すること — 径のスケーリングは近似で、わずかなトリム範囲外では崩れます。
- 新しい運転点もシステム曲線上になければならないことを忘れること — 相似則はポンプ曲線を動かし、運転点交点ではありません。
- 動力3乗則を大幅な減速まで外挿すること — 効率が低下し、3乗関係が省エネを過大評価します。
- 回転数で変化する必要NPSHを無視すること — 揚程・流量が良好でも高回転側でキャビテーションを起こし得ます。
よくある質問
ポンプ相似則とは？
Q₂/Q₁ = N₂/N₁（流量は回転数に比例）、H₂/H₁ = (N₂/N₁)²（揚程は回転数の2乗に比例）、P₂/P₁ = (N₂/N₁)³（動力は回転数の3乗に比例）。幾何学的に相似な条件で適用されます。
相似則が成り立たない場合は？
相似則は近似です。低回転数域、BEPから離れた運転、システム摩擦が支配的な場合、キャビテーション（NPSH）条件が大きく変化する場合には精度が低下します。
利用上の注意
- 更新: 2026年3月
- 用途: 予備エンジニアリング検討支援
本ツールは教育および概算検討を目的としています。計算結果は、前提条件、入力値、流体・材料物性、使用式の適用範囲によって大きく変わる場合があります。設計、調達、製作、運転、安全上の判断に使用する前に、重要な計算は必ず独立して検証し、適用規格・仕様書および正式な設計レビュー手順に従ってください。