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ポンプ選定ヘルパー

運転条件、流量要件、揚程、流体特性に基づいて適切なポンプの種類を選定するための実用的な決定木ツールです。

ポンプの種類の概要

遠心ポンプ（動力式）

ラジアルフロー（遠心式）

• 流量範囲：10 - 100,000 gpm（0.6 - 6,300 L/s）
• 揚程範囲：50 - 5,000 ft（15 - 1,500 m）
• 比速度（Ns）：500 - 4,000（米国単位）
• 用途：汎用、高揚程、中～高流量
• 利点：構造がシンプルで信頼性が高く、メンテナンスが少なく、固形物に対応
• 制限事項：低流量で効率が悪く、高粘度には不向き

混流式

• 流量範囲：500 - 20,000 gpm（30 - 1,260 L/s）
• 揚程範囲：20 - 200 ft（6 - 60 m）
• 比速度（Ns）：4,000 - 9,000（米国単位）
• 用途：灌漑、洪水制御、給水
• 利点：効率が良く、中程度の流量と揚程に対応
• 制限事項：揚程能力に限りがある

軸流式（プロペラ式）

• 流量範囲：2,000 - 100,000 gpm（125 - 6,300 L/s）
• 揚程範囲：5 - 50 ft（1.5 - 15 m）
• 比速度（Ns）：9,000 - 15,000（米国単位）
• 用途：循環、冷却水、排水
• 利点：非常に高い流量、小型
• 制限事項：低揚程専用で、流量変動の影響を受けやすい

容積式ポンプ

ギアポンプ

• 流量範囲：1 - 1,500 gpm（0.06 - 95 L/s）
• 圧力範囲：最大3,000 psi（200 bar）
• 粘度範囲：1 - 1,000,000 cP
• 用途：潤滑油、燃料移送、油圧
• 利点：自吸式で、高粘度流体に対応し、流量が一定
• 制限事項：研磨性物質に対応できず、脈動流が発生

ピストン／プランジャーポンプ

• 流量範囲：0.1 - 5,000 gpm（0.006 - 315 L/s）
• 圧力範囲：最大50,000 psi（3,400 bar）
• 粘度範囲：1 - 100,000 cP
• 用途：高圧洗浄、石油・ガス、薬品注入
• 利点：非常に高い圧力、正確な計量
• 制限事項：脈動流、高いメンテナンスコスト、高価

ダイヤフラムポンプ

• 流量範囲：0.1 - 800 gpm（0.006 - 50 L/s）
• 圧力範囲：最大1,000 psi（70 bar）
• 用途：腐食性薬品、スラリー、有害流体
• 利点：シールレスで、研磨性物質や固形物に対応
• 制限事項：圧力に限りがあり、脈動流が発生

スクリューポンプ（プログレッシブキャビティ）

• 流量範囲：1 - 2,000 gpm（0.06 - 125 L/s）
• 圧力範囲：最大1,500 psi（100 bar）
• 粘度範囲：1 - 1,000,000 cP
• 用途：高粘度流体、スラリー、せん断に敏感な流体
• 利点：脈動がなく、高粘度に対応し、流体を穏やかに移送
• 制限事項：ローター／ステーターが摩耗し、中程度の圧力までに限られる

特殊ポンプ

タービンポンプ（立軸）

• 流量範囲：50 - 10,000 gpm（3 - 630 L/s）
• 揚程範囲：50 - 1,000 ft（15 - 300 m）
• 用途：深井戸、ブースターステーション、冷却塔
• 利点：省スペースで、高揚程に対応
• 制限事項：設置が複雑で、メンテナンスが困難

ジェットポンプ

• 流量範囲：5 - 100 gpm（0.3 - 6.3 L/s）
• 揚程範囲：50 - 300 ft（15 - 90 m）
• 用途：浅井戸・深井戸、遠隔地
• 利点：流体中に可動部がなく、構造がシンプル
• 制限事項：効率が低い（25-35%）

エアリフトポンプ

• 流量範囲：10 - 5,000 gpm（0.6 - 315 L/s）
• 用途：井戸、廃水、砂・砂利
• 利点：構造がシンプルで、固形物や腐食性流体に対応
• 制限事項：効率が非常に低く、エアコンプレッサーが必要

選定基準

1. 流量要件

• 低流量（< 10 gpm / 0.6 L/s）：容積式が適しています
• 中流量（10 - 1,000 gpm / 0.6 - 63 L/s）：遠心式または容積式
• 高流量（> 1,000 gpm / 63 L/s）：遠心式（混流または軸流）

2. 揚程の要件

• 低揚程（< 50 ft / 15 m）：軸流ポンプ、遠心ポンプ、または容積式ポンプ
• 中揚程（50 - 500 ft / 15 - 150 m）：ラジアルフロー遠心ポンプ、または容積式ポンプ
• 高揚程（> 500 ft / 150 m）：高速遠心ポンプ、またはピストンポンプ

3. 比速度（Ns）

比速度によってポンプのインペラーの種類が決まります。

米国単位：Ns = N × √Q / H^0.75 SI 単位：Ns = N × √Q / H^0.75

ここで：

• N = 回転速度（rpm）
• Q = 流量（gpm または m³/h）
• H = 揚程（ft または m）

分類：

• Ns < 2,000：ラジアルフロー（高揚程、低流量）
• Ns = 2,000 - 5,000：フランシスベーン（中揚程／中流量）
• Ns = 5,000 - 10,000：斜流
• Ns > 10,000：軸流（低揚程、高流量）

4. 流体の粘度による影響

低粘度（< 100 cP）：

• 遠心ポンプが適しています
• 大幅な補正は不要です

中粘度（100 - 1,000 cP）：

• 遠心ポンプの効率が低下します
• 容積式ポンプを検討してください
• 粘度補正を適用してください

高粘度（> 1,000 cP）：

• 容積式ポンプが必要です
• ギアポンプ、スクリューポンプ、またはピストンポンプを使用します
• 遠心ポンプは効果的ではありません

5. NPSH の要件

**有効吸込ヘッド（NPSH）**はキャビテーションを防ぎます。

• NPSHa（有効）= 大気圧 + 静水頭 - 蒸気圧 - 摩擦損失
• NPSHr（必要）= ポンプ曲線から取得（メーカーのデータ）
• 要件：NPSHa > NPSHr + 安全マージン（3-5 ft）

NPSHr が高い場合の対策：

• ダブルサクションインペラーを使用します
• ポンプ速度を下げます
• インデューサーまたはブースターポンプを使用します
• 容積式ポンプを使用します（自吸式）

6. 効率に関する考慮事項

最高効率点（BEP）：

• 遠心ポンプ：BEP 流量の 70-120% の範囲で運転します
• 最高効率：遠心ポンプで 60-85%
• 容積式ポンプ：70-90%（流量への依存度は低めです）

エネルギーコストの計算： 年間コスト = （BHP × 0.746 × 運転時間 × kWh 単価） / 効率

7. コスト要因

初期コスト：

• 遠心ポンプ：$$（最も低い）
• ギアポンプ／スクリューポンプ：$$$（中程度）
• ピストンポンプ／プランジャーポンプ：$$$$（最も高い）

運転コスト：

• エネルギー消費量
• メンテナンスの頻度
• 予備部品の入手可能性

ライフサイクルコスト = 初期費用 + 設置費用 + エネルギー費用 + メンテナンス費用 + ダウンタイム費用

ポンプ選定の決定木

START
  |
  ├─ Is fluid viscosity > 1,000 cP?
  |    YES → POSITIVE DISPLACEMENT
  |           ├─ High pressure (> 1,000 psi)? → PISTON/PLUNGER
  |           ├─ Shear-sensitive? → SCREW PUMP
  |           ├─ Abrasive/corrosive? → DIAPHRAGM
  |           └─ General viscous? → GEAR PUMP
  |
  NO ↓
  |
  ├─ Is constant flow required despite pressure changes?
  |    YES → POSITIVE DISPLACEMENT (Gear, Piston, or Screw)
  |
  NO ↓
  |
  ├─ Calculate Specific Speed: Ns = N × √Q / H^0.75
  |
  ├─ Ns < 500? (Very high head, low flow)
  |    YES → TURBINE or HIGH-SPEED CENTRIFUGAL
  |
  ├─ Ns = 500 - 4,000? (High head, moderate flow)
  |    YES → RADIAL CENTRIFUGAL
  |           ├─ Deep well? → VERTICAL TURBINE
  |           └─ Surface? → HORIZONTAL CENTRIFUGAL
  |
  ├─ Ns = 4,000 - 9,000? (Moderate head, high flow)
  |    YES → MIXED FLOW CENTRIFUGAL
  |
  ├─ Ns > 9,000? (Low head, very high flow)
  |    YES → AXIAL FLOW (PROPELLER)
  |
  └─ Special Conditions?
       ├─ Self-priming required? → PD or JET PUMP
       ├─ No electricity available? → ENGINE-DRIVEN
       ├─ Solids > 10% by volume? → DIAPHRAGM or SCREW
       └─ Metering accuracy critical? → PISTON or DIAPHRAGM

用途別の推奨事項

給水

• 自治体：横型両吸込遠心ポンプ（高い信頼性）
• 井戸：立軸タービンポンプまたは水中ポンプ
• ブースター：多段遠心ポンプ
• 一般的な範囲：Q = 100-5,000 gpm、H = 50-500 ft

HVAC／冷却

• 冷水：エンドサクション型またはインライン型遠心ポンプ
• 冷却水：横型両吸込ポンプ
• 一般的な範囲：Q = 50-2,000 gpm、H = 30-150 ft

化学処理

• 腐食性流体：ライニング付き遠心ポンプまたはダイヤフラムポンプ
• 高粘度流体：ギアポンプまたはスクリューポンプ
• 定量注入：ダイヤフラムポンプまたはピストンポンプ
• 一般的な範囲：Q = 1-500 gpm、P = 50-500 psi

石油・ガス

• 移送：遠心ポンプまたはスクリューポンプ
• 注入：高圧ピストンポンプ
• 原油：スクリューポンプ（高粘度）
• 一般的な範囲：Q = 10-1,000 gpm、P = 100-5,000 psi

廃水

• 未処理下水：ノンクロッグ型水中遠心ポンプ
• 汚泥：プログレッシブキャビティポンプ（スクリュー）
• 薬品注入：ダイヤフラム定量ポンプ
• 一般的な範囲：Q = 50-5,000 gpm、H = 20-200 ft

農業／灌漑

• 表流水：横型遠心ポンプ
• 井戸：立軸タービンポンプ
• 点滴灌漑：ろ過装置付き遠心ポンプ
• 一般的な範囲：Q = 100-5,000 gpm、H = 50-300 ft

鉱業／スラリー

• 高濃度スラリー：横型スラリーポンプ（ゴムライニング付き）
• 研磨性流体：硬質金属またはセラミックライニング付き
• 排水：水中ポンプまたは横型遠心ポンプ
• 一般的な範囲：Q = 100-10,000 gpm、H = 50-500 ft

食品・飲料

• サニタリー用途：遠心ポンプ（研磨仕上げ、3A 認証）
• 高粘度製品：ローブポンプまたはスクリューポンプ
• CIP／洗浄：遠心ポンプ
• 一般的な範囲：Q = 10-500 gpm、P = 50-150 psi

使用ガイド

selector.py の使用

対話型セレクターを実行します：

python selector.py

または、プログラムから使用します：

from selector import select_pump, calculate_specific_speed

# Example 1: Water supply
result = select_pump(
    flow_rate=500,      # gpm
    head=200,           # ft
    viscosity=1,        # cP
    fluid_type="water",
    speed=1750          # rpm
)
print(result)

# Example 2: High viscosity
result = select_pump(
    flow_rate=50,
    head=100,
    viscosity=5000,
    fluid_type="oil",
    temp=100            # °F
)
print(result)

クイック選定ガイドライン

1. 流量と揚程から始めます - これらは主要な要素です
2. 流体の特性を確認します - 粘度、腐食性、研磨性
3. 比速度を計算します - 遠心ポンプの形式を決定します
4. NPSH を確認します - 十分な吸込条件を確保します
5. 運転範囲を考慮します - ポンプは BEP 付近で運転する必要があります
6. ライフサイクルコストを評価します - 初期費用だけで判断しません
7. メンテナンスのためのアクセスを確認します - 保守作業用のスペースを確保します
8. メーカーの性能曲線を確認します - 実際の性能を検証します

避けるべきよくある間違い

• ❌ ポンプを過大選定する（効率が低下し、コストが増加します）
• ❌ 遠心ポンプに対する粘度の影響を無視する
• ❌ NPSH の余裕が不十分である（キャビテーションの原因になります）
• ❌ BEP から大きく離れた状態で運転する（早期摩耗につながります）
• ❌ 初期費用だけを基準に選定する
• ❌ 将来の拡張ニーズを考慮しない
• ❌ システム曲線の変化を無視する

参考資料

以下については reference.md を参照してください。

• 詳細なポンプ選定チャート
• 業界標準に基づく比速度の範囲
• メーカーの選定ガイド
• 性能曲線の例
• NPSH の計算方法