NPSH 計算 · 有効吸込みヘッド · キャビテーション確認

水温、大気圧(標高)、吸込みタンク圧、吸込み水位と吸込み損失から、ポンプ入口の有効吸込みヘッド NPSHa を求めます。メーカーの NPSHr を入れると余裕とキャビテーションの危険も見られます。

NPSH とキャビテーション

ポンプ入口の圧力がその水温の飽和蒸気圧より下がると、水中に気泡ができて崩れ、羽根車を削り、騒音・振動・揚程低下を起こします。これがキャビテーションです。

有効吸込みヘッド NPSHa は、ポンプ入口で蒸気圧よりどれだけ高い圧力が残るかを水頭(m)で表した値で、設備側の条件(水面上の圧力、水位、吸込み損失、水温)で決まります。NPSHa = (P_s − P_v)/(ρ g) + z_s − h_fs です。

必要吸込みヘッド NPSHr は、ポンプが決められた性能低下なしに運転するのに必要な値で、メーカーが試験で決めます。NPSHa が NPSHr より十分大きくないとキャビテーションは避けられません。

水温別の蒸気圧と理論最大吸上げ高さ

飽和蒸気圧と飽和液密度は IAPWS-IF97 で計算しました。最後の列は大気開放(101.325 kPa)・吸込み損失 0・NPSHr 0 とした理論上限 (P_atm − P_v)/(ρ g) で、実際の吸上げ高さはここから吸込み損失と NPSHr を引いた値より低くなければなりません。

水温 °C	飽和蒸気圧 kPa	密度 kg/m³	蒸気圧水頭 m	理論最大吸上げ m
10	1.228	999.7	0.13	10.21
20	2.339	998.2	0.24	10.11
30	4.247	995.6	0.43	9.94
40	7.384	992.2	0.76	9.65
50	12.351	988.0	1.27	9.18
60	19.946	983.2	2.07	8.44
70	31.201	977.7	3.25	7.31
80	47.415	971.8	4.98	5.66
90	70.182	965.3	7.41	3.29
100	101.418	958.4	10.79	−0.01

100 °C 付近では理論上限が 0 以下になり吸上げは不可能で、水面をポンプより高く(押込み)する必要があります。高地では大気圧が低く、同じ水温でも上限が小さくなります。

よくある質問

NPSHa と NPSHr は何が違いますか?

NPSHa (有効吸込みヘッド)は設備がポンプ入口に与える値で、水面上の圧力、水位、吸込み損失、水温から計算します。NPSHr (必要吸込みヘッド)はポンプが要求する値で、メーカーが試験で決めて性能曲線に示し、流量が大きいほど大きくなります。運転範囲全体で NPSHa が NPSHr より大きくなければなりません。

高温水ではなぜ吸い上げられないのですか?

水温が上がると飽和蒸気圧が急に大きくなり、蒸気圧水頭が大気圧水頭に近づきます。大気開放タンクでは 20 °C の水は理論上約 10 m 吸い上げられますが、80 °C では約 5.7 m、100 °C では 0 です。ここから吸込み損失と NPSHr を引くので、高温水はふつう水面をポンプより高くする押込みで設計します。

NPSH の余裕はどれくらい必要ですか?

余裕が 0 以下ならキャビテーションの危険があることだけは確かです。必要な余裕はポンプの種類、吸込み比速度、運転範囲、液体によって変わり、一つの数字では決まっていません。メーカー資料と ANSI/HI 9.6.1 の NPSH 余裕比の基準を確認してください。実務でよく使う 0.5〜1 m 以上は参考の目安です。

計算式と出典

計算機と上の表が使う式です。圧力は kPa を 1000 倍して Pa にします。

項目	式	説明・根拠
有効吸込みヘッド	NPSHa = (P_s − P_v) / (ρ g) + z_s − h_fs	P_s 水面上の絶対圧、P_v 飽和蒸気圧、z_s 吸込み水位(押込み +、吸上げ −)、h_fs 吸込み損失
水面上の絶対圧	P_s = P_atm + P_g	P_atm 大気圧、P_g タンクのゲージ圧 (開放 0、真空は負)
標高 → 大気圧	P_atm = 101.325 (1 − 2.25577 × 10⁻⁵ z)^5.2559	z 標高 m、kPa。ASHRAE Fundamentals 2017 1章式 3 (計算エンジンと同じ式)
蒸気圧・密度	P_v = p_sat(t), ρ = 1 / v_f(t)	IAPWS-IF97 領域 4 の飽和圧力、領域 1 の飽和液比体積。蒸気表ツールと同じ式
余裕・比	ΔNPSH = NPSHa − NPSHr, NPSHa / NPSHr	余裕 0 以下はキャビテーションの危険。必要な余裕はメーカーと ANSI/HI 9.6.1 で確認

出典

IAPWS R7-97(2012) 「Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam」 (IAPWS-IF97): 飽和圧力・飽和液比体積
ANSI/HI 9.6.1 「Rotodynamic Pumps Guideline for NPSH Margin」: NPSH 余裕の基準 (値は原文で確認)
ASHRAE Handbook Fundamentals 2017 1章 Psychrometrics 式 3 (標高 → 大気圧、計算エンジン)

次の計算

空調設計でよくたどる順序です。湿り空気線図で状態点を求め、結露を確認し、負荷から給気量を求めてから、ダクトと配管の大きさを決め、ポンプの全揚程を求めます。試運転ではコイル入口・出口の実測 2 点で能力を確かめます。

1湿り空気線図計算ツール状態点・混合・コイル負荷 kW
2露点温度計算ツール・結露判定窓・壁・配管の表面結露、保温厚さ
3VPD・飽差計算温室の湿度を VPD（kPa）・飽差（g/m³）で
4冷房負荷計算ツール顕熱・潜熱・SHF・給気量
5換気量計算ツール換気回数・m³/h・ASHRAE 62.1
6ダクトサイズ計算ツール風量 → 円形・角ダクトのサイズ
7送風機静圧計算ツールダクト損失 → 送風機静圧・動力
8配管サイズ選定ツール冷温水の流量 → 配管径（呼び径）
9ポンプ全揚程計算ツール区間の損失 → 全揚程・軸動力
10NPSH 計算ツール吸込み側のキャビテーション確認このページ
11スチーム配管のサイズ選定流速または圧力損失基準でスチーム配管の呼び径を推奨次へ
12凝縮水還水管の管径計算再蒸発蒸気の流速からトラップ後の還水管の呼び径を推奨
13飽和蒸気表圧力・温度から飽和温度・潜熱・エンタルピーを引く
14冷却コイル能力計算ツール実測 2 点 → コイル能力 kW
15外気冷房計算ツール外気導入の判定 → 節約 kW
16冷凍トン kW 換算・空調単位換算冷凍トン・kW・kcal/h、m³/h・CFM、mmAq・Pa

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比エンタルピー計算ツール・絶対湿度乾球温度 + 湿度 → h・x・露点温度
湿度計算・湿球・不快指数乾球 + 湿度一つ → RH・湿球・露点・g/m³
混合空気計算・外気と還気 OA + RA 風量 → 混合乾球・RH・エンタルピー
冷凍トン kW 換算 USRT・JRT・kcal/h・Btu/h の表
風量換算 m³/h CFM m³/h・m³/min・CFM・L/s・m³/s
静圧 mmAq Pa 換算静圧 mmAq・inWG・kPa・psi
圧力の単位換算 kgf/cm²・bar・psi・MPa・mH₂O

最終更新 2026-11-09。