渦巻ポンプとは？ポンプの分類と役割|基礎知識まとめ

上下水道施設や農業、工場などの施設で活躍している渦巻ポンプ。

一般の方が渦巻ポンプを直接見る機会はなかなかないかもしれませんが、これらのインフラを支える施設には欠かせない重要な役割を担っています。もし渦巻ポンプが止まってしまえば、水が届かない、設備が動かないといったトラブルにつながり、私たちの生活や産業に大きな影響を与えてしまいます。

この記事では、渦巻ポンプの基本構造や仕組みを改めて整理して解説します。

渦巻ポンプとは

ポンプとは、低い場所から高い場所、または遠方などへ液体を送るために使用される機械です。水は自然の川の流れでは高い場所から低い場所へ流れていきますが、逆に低い場所から高い場所へ送るには、圧力エネルギーをかけて水を送ります。

渦巻ポンプとは、このポンプの一種類です。これから細かい分類についてご説明をしていきます。「ポンプ＞非容積式ポンプ（ターボポンプ）＞遠心ポンプ＞渦巻ポンプ」という段階で渦巻ポンプにたどり着きますので、イメージしながら読んでみてください。

ポンプの分類について

では早速、ポンプの分類について説明をしていきます。

• 非容積式ポンプと容積式ポンプ
• 非容積式ポンプの3種類
• 渦巻ポンプは遠心ポンプの一種

非容積式ポンプと容積式ポンプ

ポンプは大きく3つに分類されます。

1. 非容積式ポンプ（ターボポンプ）
2. 容積式ポンプ
3. その他の特殊なポンプ

非容積式ポンプはターボポンプとも呼ばれ、羽根車の回転による遠心力をエネルギーとして水にエネルギーを与えていく仕組みです。容積式ポンプは、空間体積を圧縮させ水に圧力エネルギーをかけていきます。

一般的に使用されるのは非容積式ポンプ（ターボポンプ）と容積式ポンプとなり、その他のものは特殊なポンプという扱いになります。この大分類でみると、渦巻ポンプは非容積式ポンプ（ターボポンプ）の仲間となります。

非容積式ポンプの3種類

非容積式ポンプ（ターボポンプ）は、さらに細かく3種類に分類されます。

1. 遠心ポンプ
2. 斜流ポンプ
3. 軸流ポンプ

遠心ポンプ

遠心力といえば、バケツに水を入れて水がこぼれないようにグルグル回して実験をした経験がある方もいるのではないでしょうか。遠心ポンプはまさにこの力を利用するもので、バケツに小さな穴を開けて遠方まで水を飛ばすイメージです。遠心ポンプの内部では羽根車を高速回転させて、水に圧力を加えていきます。

斜流ポンプ

一言でいうと、斜流ポンプとは斜め方向に水を吐き出すポンプです。羽根車から軸に対して斜め方向に水を吐き出すもので、下水道では汚水ポンプとして、農業用水では灌漑排水として活用されます。遠心ポンプより小型軽量化ができるのが、メリットです。

軸流ポンプ

軸流ポンプとは、羽根車を羽根の軸方向へ平行に押し流す仕組みのポンプです。プロペラ型の回転羽根車と固定案内羽根の組合せでできたもので、家庭用の換気扇などで見かける構造のポンプです。雨水排水や農業灌漑、下水排水など大量の水を低コストで移送する場面で活用されます。

渦巻ポンプは遠心ポンプの一種

渦巻ポンプは、上記の中の遠心ポンプという分類に入ります。さらに細かく説明すると、遠心ポンプは渦巻ポンプとデイフューザーポンプに分類できます。

1. 渦巻ポンプ
2. デイフューザーポンプ

デイフューザーポンプとは、案内羽根（ディフューザー）で羽根車から出た水をさらに減速・高圧化させていくものです。渦巻ポンプは低揚程・大流量に適しているのに対し、ディフューザーポンプは高揚程・小流量の現場で活用されます。

渦巻ポンプの原理

渦巻ポンプは、内部の羽根車の回転により遠心力を加え、その遠心力によって水を排出するという仕組みになっています。シンプルな仕組みとなっていますのでメンテナンスが比較的容易で、広範囲・大流量に使用できるという特徴があります。渦巻ポンプを稼働させると羽根車が回転し、水を加速させながら外側へ移動させていきます。

渦巻きポンプを構成する部品

渦巻ポンプを構成する部品の名前と、その働きについて確認していきましょう。

 

渦巻ポンプの使用用途

渦巻ポンプは、高い圧力を必要とせず、大量の水を効率的に移動させたい時に向いています。

• 発電所のボイラー給水用
• 上下水道用
• 農業分野や空調機の給排水、灌漑
• 鉱山用
• 化学工業用

揚液中の固形物容積濃度が、20%程度以下の液体に使用するようにしてください。この条件に該当しないと、つまりの原因になったり、効率が落ちる懸念があります。

渦巻ポンプを羽根の数で分類

ここからは渦巻ポンプについて、さらに詳しく分類していきます。渦巻ポンプを羽根の数で分類すると、単段渦巻ポンプと多段渦巻ポンプに分けられます。

• 単段渦巻ポンプ
• 多段渦巻ポンプ

単段渦巻ポンプ

一つの軸に一つの羽根車がついた渦巻ポンプを、単段渦巻ポンプといいます。シンプルな構造になっているので扱いやすく、低圧で大量の水を移動させたい時に用いられます。動かす水量を重視したい時は、単段渦巻ポンプを使います。

多段渦巻ポンプ

一つの軸に二つ以上の複数の羽根車がついた渦巻ポンプを、多段渦巻ポンプといいます。各段で遠心力を加えていきますので、高い圧力が求められるシーンで用いられます。単段渦巻ポンプよりも構造が複雑で、ややコストが高くなります。

渦巻ポンプをケーシングの構造で分類

ケーシングとは、水を送り出す渦巻き状の容器のことでした。渦巻ポンプには、シングルケーシングとダブルケーシングがありますので違いについてお伝えします。

• シングルケーシング渦巻ポンプ
• ダブルケーシング渦巻ポンプ

シングルケーシング渦巻ポンプ

シングルケーシングポンプとは、その名前のとおりケーシングが一つのシンプルな形です。羽根車とケーシングが一体化した構造で、ダブルケーシング渦巻ポンプよりも安価なのが特徴です。一般的な送水、冷却水、排水など、コストを重視したいシーンで用いられます。

ダブルケーシング渦巻ポンプ

ケーシングが二つの渦巻ポンプです。外側と内側の二つのケーシングがあり、二重構造のため高い耐圧性を実現します。冷却液が循環する構造を持っているため、シングルケーシング渦巻ポンプよりも耐久性に優れています。製造が複雑なので、コストがかかります。

渦巻ポンプを軸封部の構造で分類

メカニカルシールという密封性を高める部品の有無により、以下のように分類されます。メカニカルシール式渦巻ポンプとグランドパッキン式渦巻ポンプでの、特徴や用途の違いについてご説明します。

• メカニカルシール式渦巻ポンプ
• グランドパッキン式渦巻ポンプ

メカニカルシール式渦巻ポンプ

軸とケーシングの間にメカニカルシールを配置するのが、メカニカルシール式渦巻ポンプです。“シール”という名前ではありますが、見た目はネジのような穴のあいた円形をした部品です。外部への水漏れが極めて少ないため、水漏れを許容できない現場に適しています。一方で、構造が複雑なため導入時のコストが高額になりやすく、万が一シール面が摩耗や異物噛み込みで破損した際には、ポンプの分解が必要となります。

グランドパッキン式渦巻ポンプ

軸の周りに紐状のパッキンを巻き付け、適度に締め付けることで漏れを抑制するのが、グランドパッキン式渦巻ポンプです。異物の混入に強いという特徴がありますので、農業用水などの泥や砂が混じるようなにも対応できます。

特筆すべきメリットは維持管理のしやすさで、部品交換が比較的容易なだけでなく、稼働中に漏れが増えてもポンプを止めずに「増締め（ナットを締め直すこと）」で即座に調整ができ、導入コストも安価に抑えることが可能です。ただし多少の漏れがあるのが前提のタイプなので、水漏れを許容できる環境であれば運用の継続性に優れた方式です。

渦巻ポンプのトラブルと対処法

このように渦巻ポンプにはいくつか種類がありますので、用途にあった揚程の高さや運転効率を考えて適切なタイプを選ばなくてはいけません。適した渦巻ポンプを選べないと、以下のようなトラブルになってしまう可能性があります。

• 水が適切に排出されない
• 吐き出し量が足りない
• 軸受が熱くなる
• 運転音が大きい
• 水漏れが多い

このようなトラブルがあれば、羽根車や軸受を交換するなどして対処します。

「どの部品を交換すればいいのかわからない」
「対処できなくて困っている」という場合は専門家にご相談ください。

渦巻ポンプの選び方

では数ある渦巻ポンプの中から、何を基準に適切なポンプを選んでいけばいいのでしょうか。ポイントは流量と圧力の2点です。基本的に渦巻ポンプが向いているのは、決まった水量を安定した圧力で送りたいというシーンです。どのくらいの水量を、どのくらいの圧力で送り出したいのかによって、渦巻ポンプを選んでいきましょう。

渦巻ポンプの歴史

明治時代に東京帝国大学教授の井口在屋（いのぐちありや）という人が、渦巻ポンプの基盤を築きました。井口在屋の理論を実現させたのが、井口の弟子である畠山一清（はたけやまいっせい）です。

大正時代頃までは外国製優位の時代でしたが、関東大震災で畠山が寄付したポンプが活躍して貢献しました。水道を生き返らせ、震災による火災の拡大を抑え、衛生面を確保して感染症を防いだのです。国産ポンプの優位性が証明され、現代の上下水道、農業発展に大きく貢献しました。

渦巻ポンプに関するよくある質問

渦巻ポンプに関するよくある質問についてまとめました。

• モートルポンプと渦巻ポンプの違いは何ですか?
• 片吸込渦巻ポンプって何ですか?
• 遠心ポンプと渦巻ポンプは同じものですか？
• 渦巻ポンプはどんな液体に向いていますか？
• オーバースペックなポンプを選ぶとどうなりますか？
• キャビテーションはなぜ起こるのですか？

モートルポンプと渦巻ポンプの違いは何ですか?

モートルポンプとは、モーター（電動機）を原動力として稼働するポンプです。モートルポンプは駆動方式、渦巻ポンプはポンプの形式という点で分類が異なります。

片吸込渦巻ポンプって何ですか?

片吸込渦巻ポンプは渦巻ポンプのひとつであり、ひとつの吸込口から水を取り込むタイプです。片吸込は吸込口がひとつなのに対し、吸込口が両側にあるものを両吸込と分類します。

遠心ポンプと渦巻ポンプは同じものですか？

遠心ポンプに属するひとつの種類が、渦巻ポンプです。多くの用途で使われる代表的なポンプなので、同じような位置づけで呼ばれる場合がありますが、厳密には少し異なります。

渦巻ポンプはどんな液体に向いていますか？

渦巻ポンプは、揚液中の固形物容積濃度が20%程度以下の液体に向いているとお伝えした通り、比較的粘度が低く、不純物の少ない液体に適しています。

粘度が高いと効率が大幅に低下してしまうため、他のポンプを検討してください。さらりとした粘り気のない水は、最も一般的な対象液体であるといえます。

オーバースペックなポンプを選ぶとどうなりますか？

配管、バルブや接続部分に過度な負担がかかってしまう恐れがあります。耐用年数が少なくなってしまう、キャビテーション（空洞現象）の原因になるといったトラブルが考えられます。

キャビテーションはなぜ起こるのですか？

キャビテーションとは、液体が急激に減圧されて、常温でも気化して泡が発生・消滅する空洞現象です。流速の増加や急激な圧力変化が原因とされており、圧力が飽和蒸気圧を下回らないように適切に管理していくのが重要です。

渦巻ポンプのご相談は朝水技研へ

渦巻ポンプは、構造がシンプルで汎用性が高い一方、揚液条件や使用環境によっては性能低下やトラブルを招きやすい機器でもあります。流量・揚程はもちろん、固形物の有無や濃度、運転条件、メンテナンス性まで含めた総合的な検討が欠かせません。

朝水技研では、現場条件に適したポンプ選定・更新・運用改善のご提案を行っています。既設設備の見直しやトラブル対策はもちろん、「どのポンプを選ぶべきか迷っている」といった段階でも対応可能です。渦巻ポンプに関するお悩みがありましたら、朝水技研までご相談ください。