JPH01280698A - 揚程特性を用いてポンプの流量指示または制御を行う方法および揚程特性の較正を行う方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ターボポンプと、ポンプの回転数を検知する
装置と、入口および出口の圧力を検知する装置とを備え
たポンプ系で揚程特性を用いて流量指示または制御を行
う方法、およびポンプ揚程特性の経年変化を較正する方
法に関する。

（従来の技術および解決しようとする課題）従来設計の
一般の遠心ポンプでは、第７図に示すように、その揚程
特性のカーブの勾配がゆるやかなカーブになり、従って
揚程の微小変化量Δ１］に対して流量の微小変化量ΔＱ
の値が大きくなるので、圧力（全揚程）に対する流量の
指示精度が悪くなり、この特性を使用して流量指示また
は流量制御を行っても実際」二目安程度にしかならない
。

また、前述のような流量指示または制御を行う場合、ポ
ンプをポンプ回転数制御のための可変速装置、例えばイ
ンバータと組み合わせてその使用範囲を広くとるのが通
例であるが、このようなポンプ可変速装置を併設した場
合、広い回転数領域でポンプ揚程特性が相似則に合致す
ることが重要である。一般の設計の遠心ポンプの場合、
回転数の上限の２０％以内では相似則を使ってもよいこ
とがＪＩＳ規格で規定されているが、このことは、それ
以外の回転数範囲では相似則に合致しないことを意味す
る。従って、使用回転数範囲が広い場合には、計算値と
実測値が一致しないので、各回転数ごとに、例えば３０
ｒ、ｐ、ｍや５０　ｒ、ｐ、ｍごとに実測してその揚程
特性をコンピュータに記憶させておかなければならす、
このためメモリー容量が膨大となり、従って大型コンピ
ュータが必要となり、実際的ではない。

また、ターボポンプの場合、長い間使用しているうちに
、羽根車、ケーシングなどが摩耗や腐食をしてその揚程
特性が変化するのが普通である。従って、前述したよう
に揚程特性を用いてポンプ流量指示または制御を行う場
合に、定期的に変化した揚程特性をポンプの設置現場で
確認し、その揚程特性を簡単に較正し、以後の流量指示
または制御を、較正した揚程特性により実施できるよう
にしておかなりればならない。

しかしながら、一般の設計の遠心ポンプの較正の際にポ
ンプの設置現場で各回転数で較正し、各回転数における
揚程特性を全て較正しなければならず、実際上は不可能
である。

一方、本出願人は、特願昭６０−５０５７６、特願昭６
３−３４０７０により羽根数の少ない軸流形状のターボ
ポンプと、特願昭６３−３４０７０によりラジアル形状
のターボポンプを出願している。これらのターボポンプ
に共通した点は、入口案内装置により羽根入口で急激な
流れの方向変化を起こさずに羽根車の中へ抵抗なく流体
を流入させ、羽根車では、摩擦損失へンドが小さくかつ
輻流方向羽根車内速度成分Ｃｍが従来の羽根車のＣｍに
比較して１７１０程度まで小さく、羽根を出るときの出
口での流速の方向変化が非常におだやかになっているこ
とである。

上記のような輻流速度成分の小さい羽根車を有するター
ボポンプを用いると、第一にその揚程特性が第１図（−
枚羽根型軸流形状のターボポンプの場合）に示すように
直線状の象、激な右下がり特性を示すことが分かった。

この右下がりの勾配の曲線は、従来設計の遠心ポンプの
揚程特性の曲線（第７図）と比較すれば分かるように、
同し揚程の微小変化量ΔＨに対する流量の微小変化量Δ
Ｑの大きさがきわめて小さくなるので、圧力（全揚程）
に対する流量の指示精度が高くなる。第二に、前記のタ
ーボポンプによれば、第１図のように、各回転数のポン
プ揚程曲線が相イ以則に合致することが見出された。

これについては、後述する。

本発明の第一の目的は、右下がりの程度が大きくかつ相
似則に合致するターボポンプの揚程特性を利用してポン
プの流量指示または制御を行う方法を提供することであ
る。

本発明の第二の目的は、ポンプの揚程特性の経年変化を
現場で簡単に較正できる方法を提供することである。

（課題を解決するための装置） 上記の第一の目的を達成するために、ターボポンプの揚
程特性を用いて、流量指示または制御するための本発明
による方法は、ターボポンプの構成要素として輻流速度
成分の小さい羽根車を有するターボポンプより得られる
、急な右下がりでかつ相似則に合致する揚程特性を利用
し、検知された回転数と、予め記憶されているポンプ揚
程特性を表す数式とを用いて、その回転数のポンプ揚程
特性を演算し、この特性と実際に検知された入口と出口
の圧力差がら得られた揚程圧力によりポンプ吐出量を計
算してこれを表示することからなる。

本発明の第二の目的を達成するために、本発明による方
法は、ターボポンプとして、輻流速度成分の小さい羽根
車により得られる、急な右下がりでかつ相似則に合致す
る揚程特性を有するターボポンプを用い、ポンプ系出口
に弁をイ」設し、較正の際に前記弁を完全に閉じてポン
プ締切の際の全揚程を計測し、この値を用いて前記ポン
プ揚程特性を較正することからなる。

（実施例） 以下、本発明の方法を実施例について図面により説明す
る。

前述したように、本出願人が先に出願したターボポンプ
は、その揚程特性を使用して流量指示または制御しよう
とする場合に長期にわたって信頼性や精度を維持するた
めに必要な二つの条件、すなわち揚程特性が直線または
直線に近い象、激な右下がり特性を示すこと、可変速装
置と共に使用する場合に要求される広い回転数領域でポ
ンプ揚程特性が相似則に合致することの二条性を満足す
る。本出願人の出願したターボポンプは、ラジアル型と
軸流型形状と二種類あるが、−枚羽根形羽根車を有する
軸流型形状のターボポンプの構造について第２図により
説明する。

このターボポンプ２０の一枚羽根形羽根車２２では、駆
動軸２１に固定された円錐台状ハブ２３に、円筒状に流
体をそぎ取るように、羽根車軸線にほぼ垂直な流入面を
有する羽根入口を形成し、そこから羽根２４が出口側ま
で−巻き以上連続してハブ２３の周面に巻き回され、そ
の際出口まで遠心作用が生ずるように入口から出口に向
かうにしたがい羽根２４が羽根車軸線に向かって前方に
順次傾斜してゆくように配置されている。ハブ２３の周
面に隣り合う羽根と羽根の間の流路は、入口から出口ま
でほぼ等しい断面を有するように形成されている。この
羽根車では、その軸線に垂直な平面に対する羽根の巻き
回し角度が小さいので、羽根内の流体の輻流速度成分Ｃ
ｍか従来に比較して１／１０程度に小さくなる点に特徴
がある。

ポンプゲージング２５の入口側フランジに、環状の吸い
込め室２７ａを有する吸込ケーシング２７が取りつげら
れている。吸込ケーシング２７には、環状の吸い込み室
２７ａに開口する入口ボート２８を有する。吸込ケーシ
ング２７とポンプケーシング２５に挾まれて、吸込ケー
シング２７の下流に、羽根車２２の羽根入口側に隣接し
て入口案内装置としての入ロガイドヘーン部材２６が取
外し可能に装着されている。

入ロガイドヘーン部材２６には、吸い込みケーシング２
７に周方向に開口する流体通路の二つの人口２９ａと２
９ａ′が対称に設けられ、各入口から流体通路２９はそ
れぞれ周方向に１８０゜旋回する間にその断面積が軸方
向に次第に縮小するように形成され、従って流体通路２
９の壁面３０が羽根車の羽根入口に向かって近接してゆ
き、最後に下部（実線）と上部（仮想線）に示すように
羽根入口面に隣接するようになる。

この構成では、入口ボート２８から入った流体は、吸込
ケーシング２７の吸込室２７ａに流入した後、入ロガイ
ドヘーン部材２６の入口２９ａと２９ａ′からそれぞれ
流入して１８０°旋回する間に羽根車の羽根入口に次第
に近接するように軸方向に強１１１的に案内されて、つ
いに回転　。

している羽根車の羽根入口に自然に流入することができ
る。

さらに、羽根車２２の羽根出口側に隣接して出口案内装
置としてのリング状出口ガイドベーン部材３１がポンプ
ケーシング２５内にアダプター３２により取外し可能に
取りつりられている。この出口ガイドベーン部材３１の
流体通路３３は、その断面積が、羽根車の羽根出口に隣
接している流体通路の入口３４から出口に向かって次第
に増大するように形成され、かつ出口ガイドベーン部材
の出口側でボンプケーシング２５の吐出通路２５ａに接
続されている。なお、３５は、ポンプケーシング２５の
吐出通路２５ａに接線方向に接続された吐出ボートであ
る。

この軸流形状の一枚羽根形ターボポンプの揚程特性が第
１図に示したグラフである。前述したように、第２図の
ターボポンプは、輻流速度成分の小さい羽根車を有する
ので、そのポンプ揚程曲線が第１図に示すように相似則
に合致し、計算値と実測値が合致することが良く分かる
。

すなわち、−点鎖線で示す曲線が相似則を示す曲線であ
り、４，０００　ｒ、ｐ、ｍ、の実測値を基にして６．
０００．８，０００、・・・ｒ、ｐ、ｍ、の回転数で相
似則に従って計算した計算（ｉｏの値を同し回転数でプ
ロットして得られた揚程曲線に実測値△の植がよく一致
していることが分かる。

上記のターボポンプの揚程特性を用いて流量指示または
制御する本発明の方法を実施するポンプ系を第３図に示
す。１はモータ、２はカップリングを介して連結された
前記のターボポンプ、３はポンプの回転数を計測するた
めの回転数センサ、４はポンプ２の入口に接続された圧
力センサ、５はポンプの出口に接続された圧力センサ、
６はポンプ吐出管に接続された遮断弁、７はコンピュー
タ、８は流量表示をするための装置、９はポンプを広い
回転数範囲にわたって使用する際に必要な可変速装置と
してのインバータを示す。モータ１はインハーク９に接
続され、回転数センサ３０、圧力センサ４と５がコンピ
ュータ７に接続され、コンピュータ７が流　　　。

量表示装置８に接続されている。

第３図に示したポンプ系において、ターボポンプ２の揚
程特性を用いて流量指示する本発明の方法では、回転数
センサ３により検知された回転数と、コンピュータ７に
予め記憶されているポンプ揚程特性を示す数式（６）と
を用いてその回転数のときのポンプ揚程特性を演算し、
この特性と、実際にポンプ入口圧力センサ４と出口圧力
センサ５により検知された入口と出口の圧力差から得ら
れた全揚程圧力とによりポンプ流量を計算してこの値を
流量表示装置により表示する。

第４図には、前記ターボポンプの全揚程曲線を用いて流
量制御するためのポンプ系を示す。

第３図と同様な部品には、同様な参照数字を付けである
。第３図と異なる点はコンピュータ７が制御部１０に接
続され、この制御部が可変速装置としてのインバータ９
に接続されている点である。回転数センサ３、入口の圧
力センサ４、出口の圧力センサ５により実際の測定値が
コンピュータ７にフィードバックされ、これらの値に基
づいて前述したようにその回転数の全揚程特性から流量
を演算して制御部１０にフィードバックし、この（直を
インバータ９に入力してインバータによりモータ１、従
ってポンプ２の回転数を制御する。

また一般に、ターボポンプの場合、羽根、ケーシングな
どの摩耗や腐食によりその揚程特性が低下するのが通例
であるので、この低下した特性を現場で定期的に確認、
してその特性を簡単に較正し、以後の流量指示、制御を
その較正し１ま た特性で行なえるようにしておく必要がある。

このために本発明では、第３図と第４図に示したように
、ポンプ吐出口に完全に管路を閉鎖しうる弁６を設け、
これを完全に締め切ることにより流量ゼロのときの締切
圧力を確認し、この値を用いて予め記憶されているポン
プ揚程特性を表す数式の値を較正する。

実際の過程では、ポンプを設置した現場で、初期に、実
際に使う液体を用いてポンプを基準回転数近傍で回転さ
せて締切圧力を計測し、基準回転数に換算した締切圧力
として記憶または記録してお（。その後、較正時に同様
な操作を行い、初期基準回転数のポンプ締切圧力と、較
正時に計測した較正基準回転数のポンプの締切圧力との
差を計算し、この差の量たり初期のポンプ揚程特性を単
に下方へ平行にずらせば、その特性曲線が較正時の特性
曲線となる。その理由は、輻流速度成分の小さい羽根車
を有するターボポンプを用いているため、第５図と第６
図に示すように摩耗や間隙の変化したときの揚程特性曲
線が始めの揚程特性曲線に対して平行に変化するからで
ある。

なお、経年変化の較正のための締切以外の特性は、予め
その特性の変化を事前に調査して記憶しておき、それに
従って決定すればよい。この事前調査の例として、第５
図には、軸流形状の一枚羽根ターボポンプ（特願昭６０
−５０５７６、特願昭６３−３４０７０）の羽根車とケ
ーシングの間の間隙の変化に対するポンプ揚程特性をグ
ラフで示す。この形式のターボポンプの場合には、片側
オープンの羽根のためそのケーシングと羽根車先端との
間隙がポンプ揚程特性に大きな影響を与えるので、その
間隙を拡げていった場合の揚程特性の変化を示す。また
、第６図には、前記の軸流形状のターボポンプの基準揚
程特性を清水で開側した後、摩耗性の砂、例えば粒度の
そろった珪砂を水に混ぜてポンプ内を流し、揚程特性の
変化を調べた結果を示す。これらの二つのグラフから見
ると、前記の軸流形状のターボポンプの場合、その揚程
特性がほとんど平行に移動することが分かる。これらの
例のような場合には、簡単にＱ＝Ｏの点のＨの値を前述
の実液で計測したときの低下分（揚程ｍＡｑ）だけ全域
で下げて較正特性とすればよい。

第７図は、一般の遠心ポンプの羽根車のオープン羽根の
先端とケーシングの間隙ａおよび裏羽根とケーシングの
間隙すをそれぞれ広げていった場合の揚程特性の変化を
示す。なお、第７図のような一般の遠心ポンプの揚程特
性曲線の場合でも較正することが可能であるが、曲線が
互いに平行ではなく、末広がりとなるので、精度が悪い
点に問題がある。

（発明の効果） 本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。

請求項１の、ポンプ揚程特性を用いて流量指示または制
御するための方法では、ポンプ揚程特性が急な右下がり
特性を示し、かつその特性が相似則に合致するターボポ
ンプを用い、検知された回転数と、検知された入口と出
口の圧力差から得られた全揚程圧力によりＱ＝ｆ　（ｎ
、Ｈ）の関係からポンプ流量を計算してこれを表示する
ようにしてので、流量側が不要であり、かつ高い流量の
指示精度で、揚程特性を用いた流量指示または制御を非
常に簡単に行うことができる。また、複数台のターボポ
ンプの運転時の合成特性における流量制御または指示も
容易となる。

請求項２に記載の、前記ターボポンプの揚程特性の経年
変化を較正する方法では、前記のポンプ系に弁を付設し
、較正の際に前記弁を完全に閉じてポンプ締切全揚程を
計測し、単にこの値によりポンプ揚程特性を較正するよ
うにしたので、ポンプが設置された現場で定期的にきわ
めて容易に短時間で較正を行うことができ、従って長期
的に精度の高い、正確で信頼のおけるポンプ系が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１回は急な右下がりでかつ相似則に合致するポンプ揚
程特性を有する軸流形状の一枚羽根形ターボポンプの揚
程曲線を示すグラフ、第２回は第１図の揚程特性を示す
軸流形状のターボポンプの縦断面図、第３図は本発明の
流量指示の方法を実施するためのポンプ系の概略図、第
４図は本発明の流量制御の方法を実施するためのポンプ
系の概略図、第５図は輻流速度成分の小さい羽根車とケ
ーシング間隙の変化に対する揚程特性のグラフ、第６図
は摩耗による揚程特性の変化を示すグラフ、第７図は従
来の遠心ポ′ンプにおける第５図に対応する羽根車とケ
ーシングの間隙の変化に対する揚程特性を示すグラフで
ある。 ２．２０・・・ターボポンプ ３・・・ポンプ回転数検知装置 ４・・・ポンプ入口の圧力検知装置 ５・・・ポンプ出口の圧力検知装置 ６・・・弁 ９・・・ポンプ可変速装置 ２２・・・羽根車 ２４・・・羽根

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターボポンプと、ポンプの回転数を検知する装置
   と、ポンプの入口および出口の圧力を検知する装置とを
   備えたポンプ系で揚程特性を用いて流量指示または制御
   を行う方法において、ターボポンプの構成要素として輻
   流速度成分の小さい羽根車を有するターボポンプより得
   られる、急な右下がりでかつ相似則に合致する揚程特性
   を利用し、検知された回転数と、予め記憶されているポ
   ンプ揚程特性を表す数式とを用いて、その回転数のポン
   プ揚程特性を演算し、この特性と実際に検知された入口
   と出口の圧力差から得られた揚程圧力によりポンプ吐出
   量を計算してこれを表示するようにしたことを特徴とす
   る方法。
2. （２）ターボポンプと、ポンプの回転数を検知する装置
   と、入口および出口の圧力を検知する装置とを備えたポ
   ンプ系で予め記憶されている揚程特性の経年変化を較正
   する方法において、ターボポンプとして、輻流速度成分
   の小さい羽根車により得られる、急な右下がりでかつ相
   似則に合致する揚程特性を有するターボポンプを用い、
   ポンプ系出口に弁を付設し、較正の際に前記弁を完全に
   閉じてポンプ締切の際の全揚程を計測し、この値を用い
   て前記ポンプ揚程特性を較正することを特徴とする方法
   。