天アキ
25mm
i

2編
企画・編集

執 筆 者

流

体

機 械

香 川 利

春

黒 川 淳 一

後 藤

彰

辻 本 良

信

長 藤 友

建

速 水

松 本 洋一郎

山 本 和

義

青 木 素

直

安 藤 嘉 彦

池 尾

茂

井小萩 利

明

石 井

進

井 戸 章 雄

井 上

淳

井 上 雅

弘

植 村 雄

洋

二

梅 田 時 彦江 尻 英 治岡 田 勝

弘

岡 田 美津雄岡 村 共 由

小 山

香 川 利

春

金 髙

勇

川 上 幸 男川 嶋 健 嗣

川 田

裕

神 吉

博

菊 山 功 嗣

北 川

木 本

裕

久保田 信

昭

黒 川 淳 一小 嶋 英 一

後 藤 正

典

小 西 義

昭

佐 瀬 敏 次眞 田 一 志

澤 田

雅

清 水 幸

丸

高 橋 主 人

田 中

塚 本

寛

辻 本 良

信

鶴

誠 司

鳥 取 茂 機

中 川 幸

二

長 藤 友

建

新 倉 和 夫

新 美 智 秀

西 田 秀

夫

則 次 俊

紀
能

豊

郎

福 富 純一郎

藤 田 壽 憲古 川 明

徳松 本 貴与志松 本 洋一郎丸 田 芳 幸

望 月 宣

宏

山 本 孝

横 田 眞 一和 田 俊 朗

渡 辺 啓

悦

正

目

第 部

次

流体機械一般

第 1 章 流体機械の分類
1・1 流体機械の定義と範囲 ………………………1
1・2 分類と名称 ……………………………………1

1・4 容積形流体機械の分類 ………………………2
1・5 真空ポンプの分類 ……………………………2

1・3 ターボ形流体機械の分類 ……………………1

1・6 その他の流体機械 ……………………………2

第 2 章 流体機械によるエネルギー変換
2・1 流体のエネルギー ……………………………3
2・1・1 流体が保有するエネルギー……………3

2・3・2 圧縮性流体の場合………………………4

2・1・2 流体の伝達エネルギー…………………3

2・4 効率の細分化 …………………………………5
2・4・1 機械効率…………………………………5

2・1・3 全エンタルピー…………………………3

2・4・2 体積効率…………………………………5

2・2 エネルギー変換の基本関係 …………………32・3 有効仕事の算定 ………………………………3

2・4・3 流体効率…………………………………5
2・4・4 要素効率と流体効率……………………6

2・3・1 非圧縮性流体の場合……………………3

第 3 章 流体機械の作動原理と性能
3・1 ターボ形流体機械 ……………………………7

3・1・1 基本構造とエネルギーの授受…………7

目ii

3・1・2 速度三角形とオイラーの法則…………7

次

3・1・3 段全体の働きと反動度…………………83・2 容積形流体機械………………………………19
3・2・1 作動原理 ………………………………19

3・1・4 羽根車の働き……………………………93・2・2 吐出し流量 ……………………………20

3・1・5 ディフューザの働き …………………12

3・2・3 インジケータ線図 ……………………20

3・1・6 戻り流路と渦巻ケーシング …………13

3・2・4 効率 ……………………………………20

3・1・7 翼の傾斜：スイープとダイヘドラ

3・2・5 吐出し流量の脈動 ……………………22

ル ………………………………………14
3・1・8 羽根車背面流れと円板摩擦，漏れ
流れ ……………………………………17

3・3 真空ポンプの作動原理………………………22
3・3・1 ターボ分子ポンプ ……………………22
3・3・2 クライオポンプ ………………………23

3・1・9 性能 ……………………………………18

第 4 章 流体機械の運転と不安定現象
4・1 負荷曲線と作動点……………………………24
4・2 連合運転………………………………………24

4・3・2 サージ …………………………………25

4・3 不安定現象……………………………………25
4・3・1 作動点の静的安定性 …………………25

4・4 管路システムの動的解析……………………27

4・3・3 旋回失速 ………………………………27

第 5 章 流体機械の振動と騒音
5・1 振動……………………………………………29
5・1・1 流体機械の振動の分類 ………………29

5・2・1 騒音の発生機構 ………………………32

5・1・2 翼，羽根車の振動 ……………………29

5・2・3 騒音の暴露 ……………………………34

5・1・3 軸系の振動 ……………………………30

5・2・4 騒音計測と評価 ………………………34

5・2 騒音……………………………………………32

5・2・5 予測と低減対策 ………………………35

第部

5・2・2 騒音の伝搬 ……………………………33

水力機械

第 1 章 水力機械一般
1・1 水力機械の特徴………………………………38
1・2 ターボ形水力機械の流れと性能……………38

1・3・3 模型試験 ………………………………48

1・2・1 用語の説明 ……………………………38

1・3・5 寸法効果と性能換算 …………………49

1・2・2 羽根車の流れと性能 …………………39
1・2・3 水力損失および漏れ …………………41

1・4 キャビテーション……………………………50
1・4・1 キャビテーションと NPSH …………50

1・2・4 相似則と比速度 ………………………43

1・4・2 キャビテーションの相似則 …………51

1・2・5 羽根車に働く力 ………………………44

1・4・3 キャビテーション損傷 ………………53

1・2・6 材料 ……………………………………46

1・5 解析技術と性能予測…………………………53
1・5・1 過渡現象解析 …………………………53

1・2・7 シール …………………………………46
1・3 性能試験と寸法効果…………………………46
1・3・1 性能・特性の表示 ……………………46

1・3・4 実物試験 ………………………………49

1・5・2 流れ解析 ………………………………55
1・5・3 性能予測 ………………………………56

1・3・2 性能試験 ………………………………48

第 2 章 水車およびポンプ水車
2・1 形式と選定……………………………………60
2・1・1 比速度と形式 …………………………60

2・2・1 水の作用 ………………………………61

2・1・2 形式の選定 ……………………………60

2・2・3 特性 ……………………………………62

2・2 ペルトン水車…………………………………61

2・3 フランシス水車………………………………63

2・2・2 構造 ……………………………………61

天アキ
25mm
目

次

iii

2・3・1 水の作用 ………………………………63

2・7・3 マイクロ水車 …………………………73

2・3・2 構造 ……………………………………63

2・8 付属装置………………………………………73
2・8・1 調速機 …………………………………73

2・3・3 特性 ……………………………………64
2・4 斜流水車とプロペラ水車……………………65
2・4・1 水の作用 ………………………………65

2・8・2 入口弁 …………………………………74

2・4・2 構造 ……………………………………66

2・9 運転と制御……………………………………75
2・9・1 運転モード ……………………………75

2・4・3 特性 ……………………………………67

2・8・3 制圧機 …………………………………75

2・5 フランシス形ポンプ水車……………………67
2・5・1 水の作用 ………………………………67

2・9・2 起動・停止 ……………………………75

2・5・2 構造 ……………………………………68

2・9・4 振動・脈動 ……………………………76

2・5・3 特性 ……………………………………69

2・9・5 可変速ポンプ水車 ……………………76

2・6 斜流形およびプロペラ形ポンプ水車………71
2・6・1 構造 ……………………………………71

2・10 水力発電設備 ………………………………77
2・10・1 貯水池，調整池，逆調整池…………77

2・6・2 特性 ……………………………………71

2・10・2 発電方式………………………………77

2・7 小型水車………………………………………72
2・7・1 S 形チューブラ水車 …………………72

2・10・3 導水設備………………………………77

2・9・3 過渡現象 ………………………………75

2・10・4 発電所の形式…………………………78

2・7・2 貫流水車 ………………………………72

第 3 章 ターボポンプ
3・1 分類と選定……………………………………79
3・1・1 分類 ……………………………………79

3・3・3 性能 ……………………………………93

3・1・2 仕様 ……………………………………79
3・1・3 形式の選定 ……………………………80

3・4 軸流ポンプ……………………………………93
3・4・1 特徴 ……………………………………93

3・3・4 実例 ……………………………………93

3・1・4 キャビテーション ……………………81

3・4・2 設計 ……………………………………94

3・2 遠心ポンプ……………………………………82
3・2・1 構成 ……………………………………82

3・4・3 性能 ……………………………………94

3・2・2 形式 ……………………………………82
3・2・3 設計 ……………………………………83

3・5 ポンプ運転とポンプ設備……………………96
3・5・1 ポンプ運転点 …………………………96

3・2・4 性能 ……………………………………86

3・5・2 運転制御 ………………………………96

3・2・5 実例 ……………………………………89

3・5・3 吸込水槽 ………………………………98

3・3 斜流ポンプ……………………………………90
3・3・1 特徴 ……………………………………90

3・5・4 低騒音化技術…………………………100

3・3・2 設計 ……………………………………90

3・5・6 ポンプの過渡現象……………………103

3・4・4 実例 ……………………………………95

3・5・5 ポンプの据付けと配管………………102

第 4 章 容積形ポンプおよび特殊ポンプ
4・1 往復ポンプ …………………………………107
4・1・1 形式，特徴，用途……………………107
4・1・2 設計……………………………………107

4・2・2 スクリュー形ポンプ…………………111
4・3 その他のポンプ ……………………………111
4・3・1 渦流ポンプ（再生ポンプ，渦ポン

4・1・3 性能……………………………………109プ）……………………………………111

4・2 回転容積形ポンプ …………………………110
4・2・1 ロータリ形ポンプ……………………110

4・3・2 噴流ポンプ……………………………113
4・3・3 特殊ポンプ……………………………114

第 5 章 流体伝動装置
5・1 流体による動力伝達の分類と特徴 ………116
5・1・1 分類……………………………………116

5・2・2 特性……………………………………117

5・1・2 特徴……………………………………116

5・3 トルクコンバータ …………………………119
5・3・1 構造および作用………………………119

5・2 流体継手 ……………………………………116
5・2・1 構造および作用………………………116

5・2・3 補助機構………………………………118

5・3・2 特性と設計……………………………120

目

iv

次

5・3・3 補助機構………………………………124

5・4・1 自動変速機……………………………126

5・4 歯車装置などと組合わせた流体伝動装
置 ……………………………………………126

5・4・2 油圧‑機械式伝動装置 ………………126

第

部

気体機械

第 1 章 気体機械一般
1・1 気体機械の分類と選定 ……………………129
1・1・1 分類……………………………………129

1・2・4 軸受……………………………………134

1・1・2 選定……………………………………130

1・3 性能試験と性能換算 ………………………134
1・3・1 相似条件と相似パラメータ…………134

1・1・3 比速度と機械の形式…………………130

1・3・2 性能換算………………………………134

1・2 ターボ圧縮機の軸系 ………………………131
1・2・1 軸系の危険速度………………………131
1・2・2 漏れ止め装置…………………………131

1・3・3 比熱比が異なるガスによる性能試験…………………………………135
1・3・4 寸法効果………………………………135

1・2・3 推力釣合い……………………………133

第 2 章 容積形送風機および圧縮機
2・1 回転送風機および圧縮機 …………………136
2・1・1 種類および使用範囲…………………136

2・2・4 フレーム構造と材質…………………146

2・1・2 二葉形…………………………………136

2・2・6 吸入弁，吐出し弁……………………150

2・1・3 ベーン形………………………………136

2・2・7 潤滑……………………………………152

2・1・4 ローリングピストン形………………137

2・2・8 圧縮機付属機器………………………153

2・2・5 シリンダ構造と材質…………………148

2・1・5 ねじ形（二軸形）……………………137

2・2・9 実例……………………………………155

2・1・6 スクロール形…………………………139

2・3 据付け，運転，振動とその防止法 ………158
2・3・1 据付け，運転および保守……………158

2・2 往復圧縮機 …………………………………139
2・2・1 種類と特徴……………………………139
2・2・2 圧縮機の理論と実際…………………141

2・3・2 振動とその防止法……………………158
2・3・3 圧縮機管路の共振とその防止法……160

2・2・3 吐出しガス量の容量調整……………144

第 3 章 ターボ形送風機および圧縮機
3・1 遠心・斜流送風機および圧縮機の設計…………………………………………163

3・3・2 羽根車の固有振動数…………………171

3・1・1 特徴と適用範囲………………………163

3・4 軸流送風機および圧縮機の設計 …………172
3・4・1 特徴と適用範囲………………………172

3・1・2 全体設計………………………………163

3・4・2 子午面流れと動翼・静翼の設計……173

3・1・3 羽根車の設計…………………………164

3・4・3 旋回失速，サージングおよびフラ

3・1・4 ディフューザの設計…………………165

ッタに対する配慮……………………174

3・1・5 旋回失速およびサージング…………166

3・5 軸流送風機および圧縮機の構造と特性…………………………………………174

3・2 遠心送風機および圧縮機各論 ……………166
3・2・1 多翼ファン……………………………166

3・5・1 軸流送風機……………………………174

3・2・2 ラジアルファン………………………167

3・5・2 軸流圧縮機……………………………175

3・2・3 後向き羽根ファン……………………167

3・6 軸流圧縮機の強度 …………………………176
3・6・1 動翼および静翼の構造と強度………176

3・2・4 遠心ブロワ……………………………168
3・2・5 斜流送風機および圧縮機……………169

3・6・2 ロータおよびケーシングの構造と

3・2・6 遠心圧縮機……………………………169

強度……………………………………176

3・3 遠心圧縮機羽根車の強度 …………………171
3・3・1 羽根車の応力…………………………171

3・7 特殊送風機 …………………………………177
3・7・1 横流送風機……………………………177

天アキ
25mm
目

次

v

3・7・2 渦流送風機……………………………178

3・8・1 据付け，運転および保守……………178

3・8 据付け，運転，振動および保守 …………178

3・8・2 振動，騒音……………………………179

第 4 章 軸流タービンおよびラジアルタービン
4・1 形式と選定 …………………………………181
4・1・1 形式……………………………………181
4・1・2 選定……………………………………181
4・2 軸流タービン ………………………………182
4・2・1 性能……………………………………182

4・2・2 構造……………………………………184
4・3 ラジアルタービン …………………………185
4・3・1 性能……………………………………185
4・3・2 構造……………………………………187

第 5 章 風車
5・1 風の特徴 ……………………………………189
5・1・1 風のエネルギー………………………189

5・3 性能と出力の算定 …………………………193
5・3・1 風車の性能……………………………193

5・1・2 風の変化………………………………189

5・3・2 変動荷重………………………………195

5・2 種類・構造および特徴 ……………………190
5・2・1 発電用風車の歴史と技術革新………190

5・4 風車の強度 …………………………………195
5・4・1 静的強度………………………………195

5・2・2 風車の種類……………………………192

5・4・2 動的強度………………………………195

5・2・3 構造および風力発電関連技術………193
5・2・4 諸外国の実例…………………………193

5・5 風車の制御 …………………………………196
5・5・1 トルク制御……………………………196

5・2・5 日本の実例……………………………193

5・5・2 偏揺角制御……………………………196

第

部

真空機器

第 1 章 真空機器一般
1・1 気体分子の運動 ……………………………198
1・1・1 希薄気体流……………………………198

1・3・2 コンダクタンスの合成………………199
1・3・3 オリフィスの自由分子流コンダク

1・1・2 速度分布関数…………………………198

タンス…………………………………200

1・2 固体表面と気体分子の相互作用 …………198
1・2・1 固体表面から散乱する気体分子の

1・3・4 長い円管の自由分子流コンダクタ

流束強度・速度分布…………………198

1・3・5 短い円管の自由分子流コンダクタ

ンス……………………………………200

1・2・2 適応係数………………………………199
1・2・3 速度スリップと温度飛躍……………199

ンス……………………………………200
1・3・6 種々の断面形状配管の自由分子流

1・3 コンダクタンス ……………………………199
1・3・1 コンダクタンスの定義………………199

コンダクタンス………………………201

第 2 章 真空計測
2・1 真空度 ………………………………………202
2・2 真空計の構造および特徴 …………………202
2・2・1 マクラウド真空計……………………202

2・3 質量分析器 …………………………………203
2・4 分子流れの可視化 …………………………203
2・4・1 アフタグローおよびグロー放電法

2・2・2 隔膜真空計……………………………202…………………………………………204

2・2・3 ピラニ真空計…………………………202

2・4・2 電子線蛍光法…………………………204

2・2・4 スピニングロータ真空計……………203

2・4・3 レーザ誘起蛍光法……………………204

2・2・5 熱陰極電離真空計……………………203

目

vi

次

第 3 章 真空ポンプ
3・1 真空ポンプの性能の表し方 ………………206
3・1・1 到達圧力………………………………206

3・4・2 水封式ポンプ…………………………207

3・1・2 流量……………………………………206

3・4・4 蒸気噴射ポンプ………………………209

3・4・3 ドライポンプ…………………………207

3・1・3 排気速度………………………………206

3・4・5 ターボ分子ポンプ……………………210

3・2 実効排気速度 ………………………………206
3・3 真空ポンプの分類 …………………………207

3・4・6 ゲッタポンプ…………………………210

3・4 真空ポンプの構造と特徴 …………………207
3・4・1 油回転ポンプ…………………………207

3・4・8 クライオポンプ………………………210

3・4・7 スパッタイオンポンプ………………210
3・4・9 ソープションポンプ…………………211

第 4 章 真空システム
4・1 真空装置の設計 ……………………………212
4・1・1 設計項目………………………………212
4・1・2 真空排気過程…………………………212

4・2 排気システムの設計 ………………………215
4・2・1 到達圧力………………………………215
4・2・2 真空ポンプの選定と排気システム

4・1・3 ガス放出量……………………………213の設計…………………………………215

4・1・4 真空材料………………………………213

4・2・3 真空配管の設計………………………217

4・1・5 真空計測………………………………214
4・1・6 真空シール……………………………215

4・3 極高・超高真空システム …………………218
4・3・1 吸着ガスの挙動と脱ガス処理………218

4・1・7 駆動機構および真空部品……………215

4・3・2 真空排気過程…………………………218

第部

フルードパワーシステム

第 1 章 フルードパワーシステムの特徴
1・1 油圧システム ………………………………221

1・2 空気圧システム ……………………………221

第 2 章 油圧システム
2・1 油圧作動油 …………………………………222
2・1・1 作動油の種類…………………………222

2・3・2 揺動形アクチュエータ………………235

2・1・2 作動油の性状…………………………222

2・4 油圧制御弁 …………………………………236
2・4・1 分類と機能……………………………236

2・1・3 鉱油系作動油…………………………223

2・4・2 弁に働く力……………………………237

2・1・4 難燃性作動液…………………………223

2・4・3 制御弁の特性…………………………238

2・1・5 生分解性作動油………………………223

2・4・4 圧力制御弁……………………………238

2・1・6 汚染管理………………………………223

2・4・5 流量制御弁……………………………239

2・2 油圧ポンプ・モータ ………………………223
2・2・1 分類と特徴……………………………223

2・4・6 方向制御弁……………………………240

2・2・2 歯車ポンプ・モータ…………………223…………………………………………240

2・4・7 電気操作弁（電気‑油圧制御弁）

2・2・3 ベーンポンプ・モータ………………226

2・4・8 その他のバルブ………………………241

2・2・4 ピストンポンプ・モータ……………227
2・2・5 ねじポンプ・モータ…………………229

2・5 油圧付属機器 ………………………………241
2・5・1 油圧用フィルタ………………………241

2・2・6 低速高トルクモータ…………………230

2・5・2 アキュムレータ………………………241

2・2・7 油圧ポンプ・モータの騒音…………231

2・5・3 熱交換器………………………………242

2・2・8 油圧ポンプのキャビテーション……233

2・5・4 オイルリザーバ………………………242

2・3 油圧シリンダおよび揺動形アクチュエ
ータ …………………………………………233
2・3・1 油圧シリンダ…………………………233

2・5・5 油圧用継手・配管……………………242
2・6 油圧回路 ……………………………………242
2・6・1 油圧源回路……………………………242

天アキ
25mm
目

次

vii

2・6・2 圧力制御回路…………………………243

2・6・4 同期制御回路…………………………244

2・6・3 速度制御回路…………………………244

2・6・5 シーケンス回路………………………245

第 3 章 空気圧システム
3・1 空気圧システムの基本特性 ………………246
3・1・1 絞り要素を通過する流量……………246

3・4 付属機器・その他 …………………………255
3・4・1 フィルタ………………………………255

3・1・2 空気圧容器への充てんと放出………246

3・4・2 エアドライヤ…………………………256

3・1・3 空気圧シリンダシステムの特性……247

3・4・3 ルブリケータ…………………………256

3・1・4 空気圧シリンダシステムの設計法

3・4・4 消音器…………………………………257…………………………………………248

3・4・5 配管および継手………………………257

3・1・5 合成有効断面積………………………249

3・4・6 シールパッキン………………………258

3・1・6 アクチュエータの理論動力，空気

3・4・7 エジェクタ……………………………258

消費量および効率……………………249
3・2 空気圧アクチュエータ ……………………249
3・2・1 分類……………………………………249

3・5 空気圧回路 …………………………………258
3・5・1 圧力源回路……………………………258
3・5・2 方向制御回路…………………………259

3・2・2 空気圧シリンダ………………………250

3・5・3 速度制御回路…………………………259

3・2・3 空気圧モータ…………………………250

3・5・4 同期制御回路…………………………260

3・2・4 空気圧揺動形アクチュエータ………251

3・5・5 圧力（出力）制御回路………………260

3・2・5 エアチャック…………………………252

3・5・6 シーケンス回路………………………261

3・3 空気圧制御弁 ………………………………253
3・3・1 分類……………………………………253

3・5・7 油圧を併用した回路…………………262

3・3・2 方向制御弁……………………………253
3・3・3 流量制御弁……………………………254

3・6 空気圧サーボシステム ……………………262
3・6・1 空気圧サーボ弁………………………262

3・3・4 圧力制御弁……………………………255

3・6・2 サーボシステムと応用………………263

3・5・8 シリンダ以外の回路…………………262

第 4 章 水圧システム
4・1 水圧システムの特徴 ………………………266
4・1・1 概説……………………………………266

4・2 水圧回路 ……………………………………268
4・2・1 水圧回路構成上の留意点……………268

4・1・2 水圧機器………………………………267

4・2・2 応用回路………………………………269

第 部

流体の物性値第 1章

主要液体の物性値

1・1 水 ……………………………………………271
1・2 油 ……………………………………………271

第 2章

1・3 その他の液体 ………………………………274

主要気体の物性値

2・1 空気 …………………………………………276
2・1・1 標準大気………………………………276

2・2 その他の気体 ………………………………279
2・2・1 各種気体の物性値……………………279

2・1・2 乾き空気の物性と状態式……………276

2・2・2 実在気体の状態式と圧縮係数………282

2・1・3 湿り空気の物性………………………276

2・2・3 混合ガス………………………………283

索引（日本語・英語）………………………………………………………………………………………………巻末