JP2654496B2 - ポンプ吐き出し流量測定装置および測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上下水道や農業用水お
よび雨水等の揚水や排水に用いられるポンプから吐き出
される流体の流量を測定するためのポンプ吐き出し流量
測定装置および測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、ターボポンプの吐き出し流量を
測定するための従来のポンプ吐き出し流量測定装置の一
例の配置図である。

【０００３】図７において、ターボポンプ１０としての
立軸斜流ポンプが、減速機１２を介して原動機１４によ
り駆動される。そして、貯水タンク１６内の雨水等がタ
ーボポンプ１０で吸い上げられ、ポンプ出口部の吐き出
しエルボ１８から、第１の直管部２０とポンプ用流量計
２４と第２の直管部２２を順次に経て排出タンク２６に
排出される。

【０００４】この従来のポンプ用流量計２４は、電磁流
量計または超音波流量計が用いられている。そして、こ
れらの流量計により管内の平均流速Ｖｍを求める。

【０００５】ところで、ターボポンプ１０から吐き出さ
れる流体は、ポンプ出口部の吐き出しエルボ１８付近で
は管内の流速分布に大きなむらがある。そこで、第１の
直管部２０を設けて管内の流速分布が十分に発達してむ
らがなくなる位置にポンプ用流量計２４を配置して、管
内の平均流速Ｖｍが検出できるように構成される。さら
に、第２の直管部２２は、排出タンク２６に排出するこ
とによる管内流速の分布の乱れの影響を防止するために
必要とされる。

【０００６】そして、ポンプ用流量計２４が電磁流量計
であれば、第１の直管部２０の長さＬ１は、管直径をＤ
とすれば５Ｄ以上必要であり、第２の直管部２２の長さ
Ｌ２は３Ｄ以上の長さが必要である。また、ポンプ用流
量計２４が超音波流量計であれば、第１の直管部２０の
長さＬ１は１０Ｄ以上必要であり、第２の直管部２２の
長さＬ２は５Ｄ以上の長さが必要である。

【０００７】また、図７のごときポンプ用流量計２４を
用いずにポンプ吐き出し流量を測定する簡単な方法とし
て、予めターボポンプ１０の単位時間当たりのポンプ吐
き出し流量を測定しておき、実際にポンプを運転する際
に、ポンプの運転時間を測定しこの運転時間からポンプ
吐き出し流量を算出するものがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記図７に示す従来の
ポンプ吐き出し流量測定装置にあっては、ポンプ用流量
計２４の上流側と下流側に管内の流速分布を整えるため
の第１と第２の直管部２０，２２が必要であり、それだ
けポンプ設備の設置に広い面積を必要とする。特に、大
口径のポンプにあっては必要となる直管部の長さも極め
て長いものとなり、設置に極めて不都合である。

【０００９】特に、近年の都市部の土地の高騰により、
図７に示すごとくポンプ吐き出し流量を測定するためだ
けに、広い設置面積を確保することは、経済的に極めて
困難である。

【００１０】そこで、十分な設置面積が得られない場合
に、単位時間当たりのポンプ吐き出し流量とポンプ運転
時間からポンプ吐き出し流量を算出する方法が一般的に
採用される。しかしながら、近年では雨水排水機場等に
おいて、ポンプの先行待機運転が一般化しつつあり、大
雨の予測により貯水タンク１６の水位がターボポンプ１
０の運転水位に達する前から運転がなされる。これらの
空運転時間も含めて算出される流量は、実際のポンプ吐
き出し流量よりも大きくなり、精度が良くないという不
具合がある。

【００１１】本発明は、上述したごとき従来のポンプ吐
き出し流量測定装置の事情に鑑みてなされたもので、ポ
ンプ吐き出し流量を測定するために格別な設置面積を必
要とせず、しかもポンプ吐き出し流量を正確に測定でき
るようにしたポンプ吐き出し流量測定装置および測定方
法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明のポンプ吐き出し流量測定装置は、ポンプ
の吐き出しエルボまたは揚水管の側壁に、前記吐き出し
エルボまたは揚水管内で流速変化とポンプ吐き出し流量
変化が一義的に対応する関係にあることを予め測定でき
た所定位置に向けて超音波周波数の送信波を送信する送
信用トランスジューサと、前記所定位置にある流体で前
記送信波が反射されたドップラ波を受信するように前記
送信用トランスジューサの指向方向と前記所定位置で交
叉する指向方向を有する受信用トランスジューサとを設
け、前記送信波および受信されたドップラ波の周波数差
から流速算出手段で流速を算出し、この流速と予め実測
された流速対吐き出し流量のデータから流量演算手段で
ポンプ吐き出し流量を算出するように構成されている。

【００１３】また、ポンプの吐き出しエルボの側壁に、
前記吐き出しエルボの流入側で中心から前記吐き出しエ
ルボの半径０．５ないし０．９の領域内の所定位置に向
けて超音波周波数の送信波を送信する送信用トランスジ
ューサと、前記所定位置にある流体で前記送信波が反射
されたドップラ波を受信するように前記送信用トランス
ジューサの指向方向と前記所定位置で交叉する指向方向
を有する受信用トランスジューサとを設け、前記送信波
および受信されたドップラ波の周波数差から流速算出手
段で流速を算出し、この流速と予め実測された流速対ポ
ンプ吐き出し流量のデータから流量演算手段でポンプ吐
き出し流量を算出するように構成されている。

【００１４】そして、予め実測された流速対ポンプ吐き
出し流量のデータから流速対ポンプ吐き出し流量の校正
曲線を予め求め、流量演算手段でこの校正曲線を用いて
流速からポンプ吐き出し流量を算出するように構成して
も良い。

【００１５】さらに、予め周波数差対ポンプ吐き出し流
量を実測し、前記流速算出手段ならびに流量演算手段に
換えて、周波数差対流量算出手段を設け、測定された周
波数差から周波数差対流量算出手段によりポンプ吐き出
し流量を算出するように構成することもできる。

【００１６】そしてさらに、吐き出しエルボの側壁に設
けられたハンドホールに、前記送信用トランスジューサ
と受信用トランスジューサを配設することもできる。

【００１７】また、ポンプの吐き出しエルボの流入側で
中心から前記吐き出しエルボの半径０．５ないし０．９
の領域内の所定位置の流速とポンプの吐き出し流量を予
め実測するとともにこれらの流速とポンプ吐き出し流量
から校正曲線を予め算出し、前記吐き出しエルボの側壁
に設けた送信用トランスジューサから前記所定位置に向
けて超音波周波数の送信波を送信するとともに、前記送
信用トランスジューサの指向方向と前記所定位置で交叉
する指向方向を有する受信用トランスジューサで前記所
定位置にある流体で反射されたドップラ波を受信し、流
速算出手段で前記送信波とドップラ波の周波敦差から前
記所定位置の流速を算出し、流量演算手段で前記流速か
ら前記校正曲線を用いてポンプ吐き出し流量を算出す
る。

【００１８】

【作用】ターボポンプから吐き出される流体は、ポンプ
出口部の吐き出しエルボ付近で管内の流速分布に大きな
むらがある。そして、例えば管内の中心部において測定
した流速変化とポンプ吐き出し流量変化は必ずしも一義
的に対応していない。そこで、従来にあっては、ポンプ
出口部で測定した流速からポンプ吐き出し流量を正確に
算出できないと一般的に考えられていた。

【００１９】しかるに、本発明者らは、実験を重ねてポ
ンプの吐き出しエルボの管内の各部の流速とポンプ吐き
出し流量を測定したところ、ポンプの吐き出しエルボの
管内であっても、管中心から所定半径の領域の流速変化
が、ポンプ吐き出し流量変化と一義的に対応することを
見出した。

【００２０】そこで、予め実測により吐き出しエルボ内
の流速変化とポンプ吐き出し流量変化が一義的に対応す
る所定位置の流速対ポンプ吐き出し流量のデータを求
め、超音波周波数の送信波を送信する送信用トランスジ
ューサとこの送信波の反射で生ずるドップラ波を受信す
る受信用トランスジューサとにより、送信波と所定位置
にある流体で反射されて生ずるドップラ波の周波数差を
求め、この周波数差から流速を算出し、さらにこの流速
と前記データとからポンプ吐き出し流量が演算算出され
る。

【００２１】そして、予め実測された流速対ポンプ吐き
出し流量のデータから校正曲線を予め算出しておけば、
流量演算手段で流速からポンプ吐き出し流量を簡単迅速
に算出し得る。

【００２２】また、予め周波数差とポンプ吐き出し流量
の特性を実測しておくならば、流速を算出することなし
に、周波数差から直ちに周波数差対流量算出手段でポン
プ吐き出し流量を算出し得る。

【００２３】さらに、流速を測定するための送信用トラ
ンスジューサと受信用トランスジューサを、ポンプの吐
き出しエルボの側壁に設けられたハンドホールに配設す
るならば、なんらポンプを改造等する必要がなく、既存
のポンプ設備にも簡単に付設し得る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図６を参
照して説明する。図１は、ターボポンプの吐き出し流量
を測定するための本発明のポンプ吐き出し流量測定装置
の一実施例の配置図であり、図２は、図１の吐き出しエ
ルボの流入側の所定位置で流速を測定することを示す図
であり、図３は、吐き出しエルボのハンドホール位置に
おける管内流速の実測値の一例を示す図であり、図４
は、吐き出しエルボの流入側における管内流速の実測値
の一例を示す図であり、図５は、吐き出しエルボで管内
の半径０．５ないし０．９の領域における流速対ポンプ
吐き出し流量特性の一例を示す図であり、図６は、吐き
出しエルボで管内の半径０．４の領域における流速対ポ
ンプ吐き出し流量特性の一例を示す図である。

【００２５】図において、本発明のポンプ吐き出し流量
測定装置は、ターボポンプ１０としての立軸斜流ポンプ
の吐き出しエルボ１８の側壁の両側に設けられたハンド
ホール３０，３０に、超音波周波数の送信波を送信する
送信用トランスジューサ３２と、この送信波が流体で反
射されて生ずるドップラ波を受信するための受信用トラ
ンスジューサ３４とがそれぞれに配設される。この送信
用トランスジューサ３２は、吐き出しエルボ１８の流入
側で管内の半径０．５ないし０．９の領域内の所定位置
４０に向けて鋭い指向性で送信波を送信する。また、受
信用トランスジューサ３４は、送信用トランスジューサ
３２の指向方向と所定位置４０で交叉する指向方向を有
するように配設されていて、所定位置４０にある流体に
より送信波が反射されることで周波数が変換されて生ず
るドップラ波を鋭い指向性で受信する特性を備えてい
る。

【００２６】ところで、ターボポンプ１０で排水される
雨水等にあっては、異物やスラリが含まれている他に、
インペラの攪拌により生じる気泡および圧力境界面が存
在する。そこで、送信用トランスジューサ３２から送信
された送信波がこれらの異物等により反射されて、流体
の流速によるドップラ効果で周波数の異なるドップラ波
が生成されて受信用トランスジューサ３４に受信され
る。

【００２７】さらに、送信用トランスジューサ３２の送
信波と受信用トランスジューサ３４で受信されるドップ
ラ波が共に流速算出手段５０に与えられ、その周波数差
から流速が算出される。そして、この流速が流量演算手
段５２に与えられ、予め実測された流速対ポンプ吐き出
し流量のデータに基づいてポンプ吐き出し流量に変換算
出され、ポンプ吐き出し流量に応じた流量信号が流量演
算手段５２から出力される。

【００２８】ここで、ポンプの吐き出しエルボ１８のハ
ンドホール３０，３０位置における管内各部の流速Ｖ
は、図３のごときものである。この図３のデータは、管
内口径１６５０ｍｍの吐き出しエルボ１８の管内各部の
流速Ｖを測定するとともに、堰によって平均流速Ｖｍお
よびポンプ吐き出し流量Ｑを測定したものである。ま
た、図４は、吐き出しエルボ１８の流入側位置における
管内各部の流速Ｖを測定するとともに、同様に堰によっ
て平均流速Ｖｍおよびポンプ吐き出し流量Ｑを測定した
ものである。

【００２９】図３および図４から明らかなように、平均
流速Ｖｍに対して各部の流速Ｖは乱れており、特に管内
中心を含む半径０．４までの領域内での乱れが著しい。
そこで、例えば半径０．４の領域における流速Ｖの変化
は平均流速Ｖｍの変化と必ずしも対応せず、図６に示す
ごとく流速Ｖ対ポンプ吐き出し流量Ｑの特性は、変曲点
を有する曲線となって流速Ｖから一義的にポンプ吐き出
し流量Ｑを算出できない。この傾向は、管内中心部に近
づくほど顕著となる。しかしながら、半径０．５ないし
０．９の領域の流速Ｖの変化は平均流速Ｖｍの変化とほ
ぼ対応し、図５に示すごとく流速Ｖ対ポンプ吐き出し流
量Ｑの特性は変曲点のない曲線となる。したがって、こ
の特性曲線より流速Ｖからポンプ吐き出し流量Ｑを一義
的に算出できる。

【００３０】そして、予め図５の特性曲線から校正曲線
を求めておけば、流速算出手段５０で算出した流速Ｖか
ら、流量演算手段５２で簡単迅速にポンプ吐き出し流量
Ｑを算出することができる。また、送信用トランスジュ
ーサ３２と受信用トランスジューサ３４をハンドホール
３０，３０に配設するので、ターボポンプ１０をなんら
改造する必要がなく、既存のポンプ設備にも簡単に付設
することができる。

【００３１】ところで、上記実施例では予め校正曲線を
算出し、これを用いて流量演算手段５２で、流速Ｖから
ポンプ吐き出し流量Ｑを算出するように説明したが、ポ
ンプ吐き出し流量Ｑの算出はこれに限られるものでな
い。即ち、実測された流速Ｖとポンプ吐き出し流量Ｑの
データから適宜に近似計算して流量Ｑを算出しても良
い。さらに、流速算出手段５０ならびに流量演算手段５
２に換えて、周波数差対流量算出手段を設けるとともに
予め周波数差対ポンプ吐き出し流量の特性を求めてお
き、流速Ｖを流速算出手段５０で算出することなく、送
信波とドップラ波の周波数差を検出し、この周波数差か
ら直ちに周波数差対流量算出手段でポンプ吐き出し流量
Ｑを算出するように構成しても良い。

【００３２】なお、上記実施例では、送信用および受信
用トランスジューサ３２，３４をハンドホール３０，３
０に設けるとともに流れの向きに対向して送信波を送信
させて流速を測定する関係から、流速を測定する所定位
置４０を吐き出しエルボ１８の流入側に設けたが、吐き
出しエルボ１８の流出側に所定位置４０を設けても良
い。また、本発明者らの実験によれば、揚水管内でも流
速変化とポンプ吐き出し流量変化が一義的に対応する領
域が存在することが判明している。そこで、この揚水管
内に流速を測定する所定位置４０を設けても良い。

【００３３】

【発明の効果】本発明のポンプ吐き出し流量測定装置お
よび測定方法は、以上説明したように構成されているの
で、以下のような格別な効果を奏する。

【００３４】ターボポンプの吐き出しエルボまたは揚水
管内の未だ流速分布が十分に発達してない部分で流速の
測定ができるので、従来のこの種の装置のごとく流速分
布を発達させるための直管部が不必要となり、それだけ
ポンプ設備の設置面積が狭くて良い。しかも、吐き出し
エルボまたは揚水管内の流速変化とポンプ吐き出し流量
変化が一義的に対応する所定位置で流速を測定するため
に、正確にポンプ吐き出し流量を測定算出することがで
きる。また、先行待機運転においても正確にポンプ吐き
出し流量の測定ができる。

【００３５】そして、予め校正曲線を算出しておけば、
ポンプ吐き出し流量の演算が容易かつ迅速にでき、それ
だけポンプ吐き出し流量の測定算出する周期を短くする
ことができ、リアルタイムのより精度の高い測定結果が
得られる。

【００３６】さらに、予め周波数差対ポンプ吐き出し流
量特性を求めておけば、流速を算出することなしに直ち
に周波数差からポンプ吐き出し流量を算出することがで
き、迅速にポンプ吐き出し流量の測定算出ができる。

【００３７】また 、送信用および受信用トランスジュ
ーサをハンドホールに配設するならば、既存のターボポ
ンプに対してもなんら改造することなしに、本発明のポ
ンプ吐き出し流量測定装置を付設することができ、汎用
性に優れたものであって、実用上で極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ターボポンプの吐き出し流量を測定するための
本発明のポンプ吐き出し流量測定装置の一実施例の配置
図である。

【図２】図１の吐き出しエルボの流入側の所定位置で流
速を測定することを示す図である。

【図３】 吐き出しエルボのハンドホール位置における
管内流速の実測値の一例を示す図である。

【図４】 吐き出しエルボの流入側位置における管内流
速の実測値の一例を示す図である。

【図５】吐き出しエルボで管内の半径０．５ないし０．
９の領域における流速対ポンプ吐き出し流量特性の一例
を示す図である。

【図６】吐き出しエルボで管内の半径０．４の領域にお
ける流速対ポンプ吐き出し流量特性の一例を示す図であ
る。

【図７】ターボポンプの吐き出し流量を測定するための
従来のポンプ吐き出し流量測定装置の一例の配置図であ
る。

【符号の説明】

１０ ターボポンプ １８ 吐き出しエルボ ３０ ハンドホール ３２ 送信用トランスジューサ ３４ 受信用トランスジューサ ４０ 管内の半径０．５ないし０．９の領域の所定位置 ５０ 流速算出手段 ５２ 流量演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉谷 恒也 静岡県三島市緑町10番24号 株式会社電 業社機械製作所三島事業所内 (72)発明者 稲垣 作樹 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (56)参考文献 実開 昭58−129122（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプの吐き出しエルボまたは揚水管の
   側壁に、前記吐き出しエルボまたは揚水管内で流速変化
   とポンプ吐き出し流量変化が一義的に対応する関係にあ
   ることを予め測定できた所定位置に向けて超音波周波数
   の送信波を送信する送信用トランスジューサと、前記所
   定位置にある流体で前記送信波が反射されたドップラ波
   を受信するように前記送信用トランスジューサの指向方
   向と前記所定位置で交叉する指向方向を有する受信用ト
   ランスジューサとを設け、前記送信波および受信された
   ドップラ波の周波数差から流速算出手段で流速を算出
   し、この流速と予め実測された流速対ポンプ吐き出し流
   量のデータから流量演算手段でポンプ吐き出し流量を算
   出するように構成したことを特徴とするポンプ吐き出し
   流量測定装置。
2. 【請求項２】ポンプの吐き出しエルボの側壁に、前記吐
   き出しエルボの流入側で管中心から前記吐き出しエルボ
   の半径０．５ないし０．９の領域内の所定位置に向けて
   超音波周波数の送信波を送信する送信用トランスジュー
   サと、前記所定位置にある流体で前記送信波が反射され
   たドップラ波を受信するように前記送信用トランスジュ
   ーサの指向方向と前記所定位置で交叉する指向方向を有
   する受信用トランスジューサとを設け、前記送信波およ
   び受信されたドップラ波の周波数差から流速算出手段で
   流速を算出し、この流速と予め実測された流速対ポンプ
   吐き出し流量のデータから流量演算手段でポンプ吐き出
   し流量を算出するように構成したことを特徴とするポン
   プ吐き出し流量測定装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のポンプ吐き出し流量測定装
   置において、予め実測された流速対ポンプ吐き出し流量
   のデータから流速対ポンプ吐き出し流量の校正曲線を予
   め求め、流量演算手段でこの校正曲線を用いて流速から
   ポンプ吐き出し流量を算出するように構成したことを特
   徴とするポンプ吐き出し流量測定装置。
4. 【請求項４】請求項１記載のポンプ吐き出し流量測定装
   置において、予め周波数差対ポンプ吐き出し流量を実測
   し、前記流速算出手段ならびに流量演算手段に換えて、
   周波数差対流量算出手段を設け、この周波数差対流量算
   出手段により測定された周波数差からポンプ吐き出し流
   量を算出するように構成したことを特徴とするポンプ吐
   き出し流量測定装置。
5. 【請求項５】請求項２記載のポンプ吐き出し流量測定装
   置において、吐き出しエルボの側壁に設けられたハンド
   ホールに、前記送信用トランスジューサと受信用トラン
   スジューサを配設したことを特徴とするポンプ吐き出し
   流量測定装置。
6. 【請求項６】ポンプの吐き出しエルボの流入側で中心か
   ら前記吐き出しエルボの半径０．５ないし０．９の領域
   内の所定位置の流速とポンプ吐き出し流量を予め実測す
   るとともに、これらの流速とポンプ吐き出し流量から校
   正曲線を予め算出し、前記吐き出しエルボの側壁に設け
   た送信用トランスジューサから前記所定位置に向けて超
   音波周波数の送信波を送信するとともに、前記送信用ト
   ランスジューサの指向方向と前記所定位置で交叉する指
   向方向を有する受信用トランスジューサで前記所定位置
   にある流体で反射されたドップラ波を受信し、流速算出
   手段で前記送信波とドップラ波の周波数差から前記所定
   位置の流速を算出し、流量演算手段で前記流速から前記
   校正曲線を用いてポンプ吐き出し流量を算出することを
   特徴とするポンプ吐き出し流量測定方法。