ポンプの性能

質問

同じモータを用いて軸流ポンプを構成する場合と、スクリューポンプ（ネジポンプ）を構成する場合どちらが揚程を高くできるのでしょうか。（もちろん吐出水量を同じにした場合です）
感覚的にはスクリューポンプのほうが水を汲み上げる方向にインペラが作用するので揚程が高くなるように感じるのですが、正しいでしょうか。
水槽なんかに使われる小型の循環ポンプを検討しております。
作りやすさや等は完全に無視してください。

回答No.3

a-kuma

> スクリューポンプ（螺旋）と軸流ポンプを比較した場合の揚程の差です

そのふたつは、仕組みに大きな違いがあります。

スクリューポンプは、容積の移動によって水を押し出します。バケツリレーと
同じだと考えてください。

軸流ポンプは、羽の揚力によって、水に圧力差を生み出し、それによって、
水を流します。

揚程を比較すると、スクリューポンプの方が大きく取れます。というのは、
質問の趣旨とずれるのを承知で書きますが、スクリューをどんどん長くして
ゆくことで、高くできるからです。いずれ、スクリュー内の水の容量と
軸の摩擦力の大小の関係で限界はあると思いますが。あと、10m 以上は、
駄目ですね（トリチェリの実験を思い出してください）。

で、そうではなく、プロペラが二回点程度くらいのものをまわして、という
ことであれば、通常の範囲だったら、軸流ポンプの方が、断然揚程を
高く取れます。

> インペラの径を同じにした場合

あまり、比較の意味が有りません。スクリューポンプであれば、管径と
ほぼ同じ大きさじゃないと意味が有りませんから。

> 表面積を同じにした場合

これも意味が有りません。軸流ポンプは、羽の面積はいいところ、断面積の
1.5倍くらいしか取れないでしょうし、スクリューポンプは最低ふた巻き
位（でも、全然足りてないと思う）無いと、スクリューポンプとして機能
しないでしょう。

なお、前回紹介したURLに「スクリュー渦巻き型」なるプロペラの画像が
置いてありますが、あれは、軸流ポンプの一種になります。

プロペラがひと巻き以上ある軸流ポンプでは、せっかく圧力を与えられた
水の逃げ場を押え込むことになるので、効率は落ちることになります。

回答No.2

a-kuma

質問を見たときになんとなく違和感があったのですが、軸流ポンプを
勘違いしてますよ。

「軸流ポンプ」は、羽の軸と同じ方向に水が流れるものを言います。あなたが、
質問で書いたスクリューポンプがそれです。

私が先の回答で書いた「渦巻きポンプ」というのは、水の流れる方向に直角に
軸が有るタイプです。あなたが言うところの軸流ポンプがこれになります。

因みに、スクリューポンプというものもきちんとありますが、それも含めて
参考URLのページをみてください。

で、回転数の話ですが、確かに、同じだとは考えにくいです。

今、手元には無いのですが、持っている教科書にポンプの種類と適用条件
みたいなことが書いてあった記憶があります。

調べて、また、書き込みますので、閉めるのは、もう２～３日待ってて
下さい。

参考URL：

http://www.kubota-pump.com/oldmail.html

補足

私がスクリューポンプと表現したのはまさしくＵＲＬに載っていたインペラが螺旋形状をしているもので、船のスクリューのようなものではありません。
補足で軸流ポンプのインペラの形状には私に誤解がありました。すみません。軸流ポンプのインペラを延長すればスクリューポンプになるんでしょうね。
で、私の知りたいところは、スクリューポンプ（螺旋）と軸流ポンプを比較した場合の揚程の差です。
スクリューポンプのほうがインペラが長くなるので揚程が高くなると直感的に思うのですが。インペラにかかる負荷が大きくなるため回転数が落ちてしまうのではないかとも思います。
インペラの径を同じにした場合、あるいは表面積を同じにした場合など考察していただけたら助かります。

回答No.1

a-kuma

土木学会発行の「水理公式集」を見ての回答です。

「比較回転度」という指標があって、次の式で定義されます。

　　　　Q^(1/2)
Ns = n ────
　　　　H^(3/4)

Ns：比較回転度、n：回転数(rpm)、Q：揚水量(m3/min)、H：揚程(m)

で、この数値の範囲が表になっている(*)のですが、軸流ポンプ ＞ 渦巻きポンプ と
なっています。幅はありますが、２～200倍くらいの差が有ります。

同じモータで同じ流量で、ということですから、渦巻きポンプの方が
揚程を高くとれる、ということになります。

　　(*) 一応、書物なので、そのまま引用することは、著作権上避けておきます

お礼

すばやい回答ありがとうございます。
もう一つ質問なのですが、同じモータといってもインペラの形状によって負荷が変わってくるので回転数も変化してしまいます。軸流ポンプはインペラが回転すると表面に垂直に水が当たるため面積当たりの抵抗が大きいように感じます。スクリューポンプはインペラ表面に対して斜めに水が当たりますので面積当たりの抵抗は小さいように思います。しかしスクリューポンプのほうがインペラの表面積が広いのでトータルの抵抗としてはどうなるかわかりません。
仮にインペラが回転するときに占有する体積が両者で等しい場合（つまりインペラの縦×横が同じ時）、回転数はほぼ同じと考えて問題ないでしょうか。