JP2005207322A - Pump apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボポンプの吸込管にエゼクタまたはエダクタ(以下、単にエゼクタと記す)を配し、このエゼクタにより吸込性能を高めるポンプ装置に関する。 The present invention relates to a pump device in which an ejector or an eductor (hereinafter simply referred to as an ejector) is disposed in a suction pipe of a turbo pump, and the suction performance is enhanced by the ejector.
ターボポンプの吸込ヘッドが低下すると、インペラの羽根裏面などポンプ内での圧力が取扱い液の飽和蒸気圧以下となって、キャビテーションが発生する場合がある。これを防止するために、ポンプの吸込管にエゼクタを配置し、吸気管内のヘッドを高める技術が知られている。エゼクタは、ノズルから高速で流体を噴射し、この噴射される流体と共に、取扱い液を吸込管に送る装置である。噴射される流体の速度ヘッドをディフューザにて圧力ヘッドに変換することによって、吸込圧力が高まり、ポンプ内におけるキャビテーションの発生が防止される。また、エゼクタのノズルから噴出される流体は、ポンプより吐出された取扱い液の一部を導いたものである。 When the suction head of the turbo pump is lowered, the pressure in the pump, such as the back surface of the impeller blades, becomes lower than the saturated vapor pressure of the handling liquid, and cavitation may occur. In order to prevent this, a technique is known in which an ejector is disposed in a suction pipe of a pump to increase a head in the intake pipe. The ejector is a device that ejects fluid from a nozzle at a high speed and sends a handling liquid to the suction pipe together with the ejected fluid. By converting the velocity head of the jetted fluid into a pressure head with a diffuser, the suction pressure is increased and cavitation in the pump is prevented. Further, the fluid ejected from the nozzle of the ejector is a part of the handling liquid discharged from the pump.
前述のように、ポンプにより吐出された液体の一部をエゼクタに環流する場合、その分だけ装置全体としての吐出流量が低下することになり、ポンプの効率が低下する。一方で、ポンプ装置の運転条件は様々に変化しており、前述のキャビテーションも運転条件によって発生する場合、しない場合がある。キャビテーションが発生する条件において、これを抑制するために、エゼクタを用いる必要があるが、発生しない条件下においても、ポンプ吐出流をエゼクタに環流することは、ポンプ装置の効率を低下させる。これにより、ポンプ装置の総合的な効率を高めることができないという問題があった。 As described above, when a part of the liquid discharged by the pump is circulated to the ejector, the discharge flow rate of the entire apparatus is reduced accordingly, and the efficiency of the pump is reduced. On the other hand, the operating conditions of the pump device are variously changed, and the above-described cavitation may or may not occur depending on the operating conditions. In order to suppress the cavitation, it is necessary to use an ejector. However, even if the cavitation does not occur, circulating the pump discharge flow to the ejector reduces the efficiency of the pump device. As a result, there is a problem that the overall efficiency of the pump device cannot be increased.
本発明は、前述の問題点を考慮してなされたものであり、エゼクタを用いたポンプ装置の効率の向上を目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and aims to improve the efficiency of a pump device using an ejector.
前述の課題を解決するために、本発明のポンプ装置は、ターボポンプより吐出された取扱い液の一部をエゼクタに送る環流配管の流れを制御する制御弁を設け、ターボポンプの吸込ヘッドに基づいて、前記制御弁を制御してエゼクタへの環流を制御する。キャビテーションが発生するなど、エゼクタへの環流が必要なときのみ、これを行い、不要時のポンプ装置の効率の向上が図られる。 In order to solve the above-mentioned problems, the pump device of the present invention is provided with a control valve for controlling the flow of the circulation pipe that sends a part of the handling liquid discharged from the turbo pump to the ejector, and is based on the suction head of the turbo pump. Then, the control valve is controlled to control the return flow to the ejector. This is performed only when recirculation to the ejector is necessary, such as when cavitation occurs, so that the efficiency of the pump device can be improved when unnecessary.
また、吸込ヘッドは、ターボポンプを電気モータで駆動する場合に、この電気モータに供給される電流に基づき推定することができる。吸込ヘッドが低下すると、モータの負荷が低下して、これが電流に反映される。これを利用して吸込ヘッドの低下を推定する。 The suction head can be estimated based on the current supplied to the electric motor when the turbo pump is driven by the electric motor. When the suction head decreases, the load on the motor decreases and this is reflected in the current. Using this, the reduction of the suction head is estimated.
また、吸込ヘッドは、取扱い液を供給タンクより供給する場合に、この供給タンクの液面の高さに基づき推定することができる。この液面の高さが低下すれば、これに合わせて吸込ヘッドも低下するので、これをもって吸込ヘッドを推定することができる。 Further, when the handling liquid is supplied from the supply tank, the suction head can be estimated based on the liquid level of the supply tank. If the height of the liquid level is lowered, the suction head is also lowered accordingly, so that the suction head can be estimated.
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。図1および図2は、本発明のポンプ装置の概略構成図である。図1は、取扱い液を蓄える供給タンクの液面が高い状態のときのポンプの動作を示す図であり、図2は、液面が低い状態のときの動作を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are schematic configuration diagrams of the pump device of the present invention. FIG. 1 is a diagram illustrating the operation of the pump when the liquid level of the supply tank storing the handling liquid is high, and FIG. 2 is a diagram illustrating the operation when the liquid level is low.
ターボポンプに属する遠心ポンプ10は、供給タンク12に蓄えられた取扱い液を吸込管14を介して吸い込み、吐出管16より吐出する。吸込管14の途中にはエゼクタ18が配置されている。また、遠心ポンプ10は、モータ制御部20からの電力供給を受ける電気モータ22により駆動される。エゼクタ18は、流体を噴射するノズル24と、供給タンク12から取扱い液が供給される吸液部26と、ノズル24から噴射される流体とともに取扱い液が送り出される送出管28を含む。送出管28は、ディフューザ部を有しており、噴射された流体の速度ヘッドを圧力ヘッドに変換する。ノズル24には、吐出管16から分岐された環流配管30を通して、遠心ポンプ10により吐出された取扱い液が送られる。環流配管30には、ポンプ装置の運転状況に応じて開閉が制御される開閉弁32と、環流配管30を流れる取扱い液の流量を定めるオリフィス34が設けられている。
The
図1に示すように、供給タンク12内の取扱い液の液面の高さhが高い場合、位置ヘッドが高いので、遠心ポンプ10の吸込ヘッドが高い。したがって、比較的高い有効NPSHを得ることができる。しかし、図2に示すように、供給タンク12内の取扱い液の液面高さhが低くなった場合、位置ヘッドが減少し、有効NPSHは比較的低くなる。本来であれば、ポンプ装置を設計するにあたっては、前記のように有効NPSHが低くなった場合においても、必要NPSH以上となるようにする。しかしながら、設置場所の空間的条件や、取扱い液の特性などによって十分な有効NPSHを得ることができない場合がある。有効NPSHが低い条件において、吸込ヘッドを高めるために、エゼクタ18を用いる。
As shown in FIG. 1, when the height h of the liquid level of the handling liquid in the
エゼクタ18には、遠心ポンプ10より吐出された取扱い液が環流配管30により導かれ、ノズル24より噴射される。この噴流が、吸液部26内の取扱い液を巻き込みつつ、送出管28へと向かう。送出管28は、流れの方向に沿って断面積が徐々に増加するディフューザを形成しており、ここで噴流の速度ヘッドが圧力ヘッドに変換され、遠心ポンプ10の吸込ヘッドが高められる。
The handling liquid discharged from the
前述のように、一つのポンプ装置でも運転条件によって、有効NPSHが変化し、条件によっては、これが必要NPSH以下となる場合が考えられる。前出の例であれば、供給タンク12内の液面の高さが高い場合には、十分な有効NPSHを得られる場合であっても、取扱い液が減って液面の高さが低くなったとき、有効NPSHが十分ではなくなるということが考えられる。有効NPSHが十分ではなく、遠心ポンプ10の吸込ヘッドが低下するのに備えて、エゼクタ18を用いるわけであるが、常時エゼクタ18への環流を行っていると、有効NPSHが十分得られるときであっても、環流される分だけ有効なポンプ吐出流量が減少することになる。すなわち、エゼクタ18が必要ない条件下であっても、環流が行われ、ポンプ効率が低下する。
As described above, even in a single pump device, the effective NPSH varies depending on the operating conditions, and depending on the conditions, this may be less than the required NPSH. In the example described above, when the liquid level in the
本実施形態のポンプ装置においては、有効NPSHが十分に得られるときには、エゼクタ18を使用せず、エゼクタ18への環流による効率低下を避けている。具体的には、有効NPSHが下がり、吸込ヘッドが低下するような運転条件が判断されたときに、開閉弁32を開放する。これにより遠心ポンプ10から吐出された取扱い液の一部が環流配管30を介してエゼクタ18に送られ、エゼクタ18が機能する。一方、有効NPSHが十分に得られる条件下においては、開閉弁32を閉止して、エゼクタ28への環流を止め、ポンプ効率を確保する。
In the pump device of this embodiment, when the effective NPSH is sufficiently obtained, the
エゼクタ18を使用するかの判定は、モータ22に供給される電流値に基づき推定する。遠心ポンプ10の吸込ヘッドが低下し、キャビテーションが発生し始めると、モータ22の負荷が低下し、供給される電流が減少する。キャビテーション発生時の電流値をあらかじめ求めておき、電流値がこの値となったとき、モータ制御部20より開閉弁32に、開放信号S1を送出する。開閉弁32は、この信号S1に従って開放状態となり、遠心ポンプ10より吐出された取扱い液の一部がエゼクタ18に環流される。エゼクタ18の昇圧作用によってキャビテーションの発生が抑えられる。モータ22に供給される電流値が高まると、モータ制御部20は、開閉弁32に対して閉止信号S2を送り、開閉弁32が閉止する。これにより、エゼクタ18への環流が阻止され、環流による損失がない状態となる。
Whether the
次に、ポンプ装置の実際の運転について説明する。ポンプ装置の始動時においては、流れが安定していないので、モータの電流値も変動する。このため、キャビテーションの判定を適切に行えないことも考えられるので、開閉弁32を閉止して始動を行い、このときエゼクタ18を用いない。また、始動時には、供給タンク12の取扱い液が十分に貯められていると考えられるので、この面からもエゼクタ18を用いる必要がない。始動から一定時間経過後、モータ22に供給される電流値によるキャビテーションの発生判定を始める。キャビテーションの発生が推定された場合、開閉弁32を開放し、キャビテーションの発生が収まった場合、開閉弁32を閉止する。
Next, actual operation of the pump device will be described. Since the flow is not stable when the pump device is started, the current value of the motor also varies. For this reason, it is conceivable that the determination of cavitation cannot be performed properly. Therefore, the on-off
本実施形態によれば、有効NPSHが十分得られ、吸込ヘッドを高める必要がないときには、エゼクタ18を使用しないようにして、エゼクタ18への環流による効率の低下を防止する。
According to this embodiment, when the effective NPSH is sufficiently obtained and it is not necessary to raise the suction head, the
なお、キャビテーション発生の推定は、供給タンク12内の液面の高さに基づき行うこともできる。設備を一旦設置してしまえば、ポンプ装置の運転条件の変化は、主に供給タンク12の液位であり、液位から有効NPSH、すなわちキャビテーションの発生を推定することができる。このためには、供給タンク12内に液面計を配置し、設置されたポンプ装置ごとに、キャビテーション発生と終息のしきい値を測定し、これに基づき開閉弁の制御を行う。
The estimation of the occurrence of cavitation can also be performed based on the height of the liquid level in the
10 遠心ポンプ、12 供給タンク、14 吸込管、16 吐出管、18 エゼクタ、20 モータ制御部、22 電気モータ、30 環流配管、32 開閉弁、34 オリフィス。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ターボポンプの吸込管に配置されたエゼクタまたはエダクタと、
前記ターボポンプにより吐出された取扱い液の一部を前記エゼクタまたはエダクタのノズルに送る環流配管と、
前記環流配管を開閉および/または流量を制御する調整弁と、
前記ターボポンプ吸込ヘッドに基づき前記制御弁の動作を制御する制御部と、
を有する、ポンプ装置。 A turbo pump that discharges the supplied handling liquid;
An ejector or an eductor disposed in the suction pipe of the turbo pump;
A recirculation pipe for sending a part of the handling liquid discharged by the turbo pump to the ejector or the nozzle of the eductor;
A regulating valve that opens and closes the reflux pipe and / or controls the flow rate;
A control unit for controlling the operation of the control valve based on the turbo pump suction head;
Having a pump device.
前記ターボポンプは電気モータに駆動され、前記制御部は、前記電気モータに供給される電流に基づき、吸込ヘッドを推定する、
ポンプ装置。 The pump device according to claim 1,
The turbo pump is driven by an electric motor, and the control unit estimates a suction head based on a current supplied to the electric motor.
Pump device.
前記取扱い液は、供給タンクより前記エゼクタまたはエダクタに供給され、
前記制御部は、前記供給タンクの液面の高さに基づき、吸込ヘッドを推定する、
ポンプ装置。 The pump device according to claim 1,
The handling liquid is supplied from the supply tank to the ejector or eductor,
The control unit estimates a suction head based on a liquid level of the supply tank.
Pump device.
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