JP2001271761A - ポンプ実際動力決定方法およびポンプ実際動力試験方法 - Google Patents

ポンプ実際動力決定方法およびポンプ実際動力試験方法

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JP2001271761A JP2001035859A JP2001035859A JP2001271761A JP 2001271761 A JP2001271761 A JP 2001271761A JP 2001035859 A JP2001035859 A JP 2001035859A JP 2001035859 A JP2001035859 A JP 2001035859A JP 2001271761 A JP2001271761 A JP 2001271761A
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Kichinosuke Yamamoto
吉之助 山本
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(57)【要約】 【課題】 ポンプの実際動力試験方法を提供する。 【解決手段】 反力負荷試験装置は、試供ポンプ1、逆
止め弁2、吐出管3、反力負荷平衡弁4、給水弁5、排
気弁6、排水弁7、圧力計8、圧力発信器9、吸水管、
連成計、せき12で構成する。圧力負荷平衡弁4と排水
弁7を閉じ、給水弁5と排気弁6を開き吐出管内を充水
し、給水弁5と排気弁6を閉じる。給水弁5に水圧試験
機14を装着し、給水弁5を開き加圧する。圧力負荷平
衡弁4から漏水する場合、揚程相当圧力までバネにて調
節し、圧力計8の指示を読み反力負荷に平衡させた後に
試供ポンプ1を起動する。ポンプの吐出力により圧力平
衡弁を押し上げ、導入管13に流入した吐出し量Qをせ
き12で計量し、出力を読み、性能を確認する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ポンプ実際動力
決定方法、およびポンプ実際動力試験方法に関する。す
なわち、ポンプ揚程決定に関する設計原理を水力学的に
ベクトルを図示することにより、揚水した後にもつ水の
位置のエネルギーと同等の理論動力と設定することに重
大な錯誤があることを証明し、吸水面と最高吐水面間の
鉛直距離を揚程とする。
【0002】またこの発明は、ポンプの吐出力は上昇流
で反重力で減衰・減速することより、最高吐水面に吐出
し量をえるための、吐出流速および実際動力の設計原理
を示す。
【0003】さらにこの発明は、現行のポンプ性能試験
方法では反力がなく、理論動力と実際動力との差異があ
るために、吐出し圧力の変化を摩擦損失や抵抗と錯誤し
ている点を指摘し、吐出管に揚程相当の反力負荷を加え
性能試験を行う装置を提供する。
【0004】
【従来の技術】従来、ポンプ揚程決定には、配管内壁面
と流体が接触する界面において生じる渦流の発生から、
多量の水が流れるときの圧力計の読みが低圧を指示する
のは摩擦損失であると考え、流量の減少も抵抗が増すと
考え圧力損失により減速・減衰すると考え、加速によっ
て強行突破することを考え、摩擦損失水頭を実高に加算
して揚程を決めてきた。
【0005】また、従来は、ポンプ実際動力計算に関し
ては、ポンプの吐出し量Qを全揚程Hだけ揚水するに必
要な軸動力Sは、揚水に有効に利用される水動力Wとポ
ンプ効率ηによって求め、ポンプを駆動するモータの容
量Mはその軸動力にある程度の余裕率を付して決定して
きた。この関係をまとめると次のようになる。 W=0.163γQH[kw]、S=W/η[kw]、
M=S・e/ηb[kw]。 ここに、γ=揚液の単位体積重量kg/l(常温清水の
ときγ=1)、Q=吐出量[m3 /min]、H=全揚
程m、η=ポンプ効率、e=余裕率。
【0006】さらに、従来、ポンプ実際動力試験装置
は、ポンプの性能を試験するのに十分なものとするもの
であって、この場合、吐出し量測定装置はJIS B8
302(ポンプ吐出し量想定方法)の規定による。ポン
プを試験回転数で運転し、ポンプの吐出し量のバルブを
調整することによって揚程と吐出し量を変化させて試験
する。圧力計の読みは揚程ではなく放出水頭であり放水
速度を示し、吐出し量を放出速度で除した商は流量調整
断面積に相当する。したがって、全揚程の反力がないた
めに出力も小さく、実際動力と差異があり、係数や効率
によって差異を調整するのである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】水は、配管の凹凸面を
濡らし水膜を形成する。流体の水が管内壁と接触する前
に水膜と接触するが、水分子は超微粒子であり、分子間
に作用する水素結合により、結合したり離れたりしなが
ら超高速回転や振動する永久運動を続けている。その現
象が解明されるに伴って、流体の水が管内壁面と接触す
ると摩擦抵抗を受け、渦流を生じ減速するとする設計原
論は成立しなくなる。接触する固体の界面に注水すれば
減磨効果や冷却効果を発揮することは周知のことであ
る。流体が減速減衰するのは、配管の鉛直距離に充満し
た水自体に重力が作用し下向き慣性を有し静止してお
り、ポンプによって動かし加速する運動は反重力であ
り、上昇に伴って減速し減衰するのであり、摩擦損失で
はない。現行の設計原論は重大な錯誤理論であり、力学
的解明が必要である。
【0008】鉛直管内の水柱に重力が作用するため、静
止水面には下向き慣性が潜在する。ポンプは最低吸水面
から徐々に水位を増すに伴い重力の抵抗を受け続け最高
到達面から吐水する。「作用あれば反作用あり」の物理
原則から、揚水に要する理論動力Wを揚水した後に水が
持つ位置のエネルギーに等しいと設定したことが配管設
計原論には重大な事実誤認があり、力学的に解明する必
要がある。
【0009】鉛直管内の水が反力となってポンプの吐出
力に抵抗する。ポンプの性能試験装置には鉛直配管を実
現できないため、流量調節装置によって配管断面を縮小
して抵抗を加え、反力を発生した現象を全揚程と錯誤
し、圧力計の指示を読み取ってきた。同時に吐出し量を
計量し、モータの出力を読み取り、揚程h[m]と吐出
し量Q[m3 /min]に重力加速度9.8[m/
2]を加算して一秒間の理論動力[kw]を計算し、
実際動力と比較して効率ηを計算してきた。重力の反力
は鉛直距離がないと現出できないため、仮想理論で性能
評価を行ってきたのであり、水力学的に解説し、実際動
力=真の理論動力とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】揚水ポンプの揚程は揚水
管の先端を全面開口するため、最低吸水面と最高吐水面
までの鉛直距離h[m]を全揚程とする。最高位放水口
の断面積を縮小し、高速流を噴射する送水ポンプにあっ
ては、吸水面から最高位の放水口までの鉛直距離に放水
口の放水速度を得るために必要な放出水頭を加算して全
揚程h[m]とする。
【0011】ポンプの実際動力は、吐出し量Q[m3
min]を上記の全揚程まで反重力で押し上げるため
に、次の式で計算する(理論動力×2)。
【0012】
【数2】
【0013】ポンプ実際動力試験装置は、供試ポンプの
吐出側に逆止め弁、圧力計、給水弁、排気弁、排水弁、
圧力発信器を設け、吐出管の先端に揚程設定用の圧力平
衡弁を設ける。吐出管内に充水し、所定揚程まで水圧試
験機にて加圧し、圧力平衡弁で揚程相当を反力負荷を調
節後、ポンプを起動し、吐出し量の計量と出力および放
出水頭を計測する。
【0014】揚水した後に持つ水の位置のエネルギーの
ベクトルを図1に示す。最高吐水面(1)、最低吸水面
(2)、最高吐水面から最低吸水面間の鉛直距離を落差
h(3)、最低吸水面の吐出し量Q(4)、重力加速度
による下降流速υ(5)をそれぞれの作用方向を矢印で
示す。下降流速υは、次の数式で計算する。
【0015】
【数3】
【0016】落差は放出水頭であり、任意点の潜在放水
速度である。ポンプの理論動力のベクトルを図2に示す
と、図1の相似形になるが、それぞれの作用方向はすべ
て逆向きである。ポンプの吐出流速は斜め上向き、最高
吐水面に達すると流速0、吐出し量も0で揚水しない。
最高吐水面に吐出し量Qの位置を指示するには、最高吐
水面に図2を重ねた図3になる。ポンプの吐出流速が全
揚程hの位置で重力の下向き慣性と平衡するためには、
全揚程h×2に加速すればよい。摩擦損失水頭(6)ま
で加速しても不足することがわかる。
【0017】
【数4】
【0018】ポンプの理論動力と揚水した後に水がもつ
位置のエネルギーの差異は図3で明白である。理論動力
W(7)では揚水不能なのである。
【0019】
【数5】
【0020】ポンプの実際動力は揚水した後に持つ水の
位置のエネルギーであり、理論動力の2倍力であれば揚
水可能である。ポンプの実際動力Wp (8)は、次の式
で計算する。損失水頭や効率を加算するのは原理を錯誤
した結果である。
【0021】
【数6】
【0022】ポンプの吐出し量測定装置、図4はJIS
B8302の規定では反力負荷がなく、理論動力と実
際出力との差異を効率により調整を行う。
【0023】ポンプの圧力計の指示は圧力水頭ではな
く、吐出速度を示すために速度水頭計であり、揚程では
なく速度水頭であり放出速度を表す。
【0024】図5に反力負荷試験装置を示す。試供ポン
プ(1)、逆止め弁(2)、吐出管(3)、反力負荷平
衡弁(4)、給水弁(5)、排気弁(6)、排水弁
(7)、圧力計(8)、圧力発信器(9)、吸水管(1
0)、連成計(11)、せき(12)で構成する。圧力
負荷平衡弁(4)と排水弁(7)を閉じ、給水弁(5)
と排気弁(6)を開き吐出管内を充水し、給水弁(5)
と排気弁(6)を閉じる。給水弁(5)に水圧試験機
(14)を装着し、給水弁(5)を開き加圧する。圧力
負荷平衡弁(4)から漏水する場合、揚程相当圧力まで
バネにて調節し、圧力計(8)の指示を読み反力負荷に
平衡させた後に試供ポンプ(1)を起動する。ポンプの
吐出力により圧力平衡弁を押し上げ、導入管(13)に
流入した吐出し量Qをせき(12)で計量し、出力を読
み、性能を確認した後、試供ポンプ(1)を停止する。
【0025】
【発明の効果】この発明は、ポンプの揚程を合理的に決
定する方法である。揚水管が全面開口の場合は、最低給
水面から最高吐水面までの鉛直距離、吐出口断面を縮小
する場合は、位置水頭+放出圧力を揚程とする。ポンプ
の吐出速度は、下記式に示す揚程に潜在する下向き慣性
流速の2の平方根倍速とする。設計吐出し量を増量する
摩擦損失水頭計算方法は矛盾があり、否定する根拠を示
した合理的な理論である。
【数7】
【0026】この発明は、ポンプの実際動力が現行の理
論動力の2倍値で計算する合理的な設計方法である。ポ
ンプ羽根車の形式によって比速度が大きくなる排水ポン
プの場合には実際動力を真の理論動力と読み替え出力と
真の理論動力の差異をポンプ効率とする。計算の簡略化
が可能となる。
【0027】この発明は、ポンプ揚程に相当する反力を
加えて性能を計測する合理的な試験方法である。
【図面の簡単な説明】
【図1】揚水した後の水がもつ位置エネルギーのベクト
ル図である。
【図2】ポンプの理論動力による吐出力のベクトル図で
ある。
【図3】揚水に要するポンプの真の理論動力のベクトル
図である。
【図4】従来のポンプの吐出し量測定装置例(JISB830
2) の立面図である。
【図5】ポンプの吐出反力負荷試験装置の立面図であ
る。
【符号の説明】
1 供試ポンプ 2 逆止め弁 3 吐出立て管 4 反力負荷平衡弁 5 試験用吸水弁 6 空気抜き弁 7 排水弁 8 吐出側圧力計 9 圧力発信器 10 出口弁 11 流量調節装置 12 計量せき 13 導入管 14 水圧試験機

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 揚水ポンプの場合には最低吸水面から最
    高吐水面までの鉛直距離を全揚程hとし、送水ポンプの
    場合には吸水面から最高位の放水口までの鉛直距離に放
    水口からの放水速度をえるために必要な放水水頭を加え
    たものを全揚程hとする一方、 ポンプ実際動力WP を、次式により決定することを特徴
    とする、ポンプ実際動力決定方法。 【数1】 (ただし、γは揚水の単位体積重量、Qは吐出量、hは
    上記全揚程)
  2. 【請求項2】 供試ポンプの吐出側に逆止め弁、圧力
    計、吸水弁、排気弁、排水弁、圧力発信器を有し、か
    つ、吐出管の先端に揚程設定用の圧力平衡弁を有してな
    るポンプ実際動力試験装置を用い、吐出管内に充水し、
    所定揚程まで水圧試験機にて加圧し、圧力平衡弁で揚程
    相当の反力負荷を加えて調節後、ポンプを起動し、吐出
    し量の計量と出力および放出水頭を計測することを特徴
    とする、ポンプ実際動力試験方法。
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