JPH03145597A - 回転ポンプ吐出流量の決定方法 - 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１下池部における液体を液位差Ｈｔｎ上池部に
逆止弁を介して回転ポンプで揚液するようにした回転ポ
ンプ揚液設備において、＃設備にポンプの吐出流量Ｑを
備接測定する流量計の取り付けが困難な場合に、ポンプ
の回転数Ｎと逆止弁の弁開度θと液位差Ｈｔとを知るこ
とによって計算で流量Ｑを求める方法、特に、流量計算
のための事前準備６’−容易であり、さらに、流量Ｑの
算出を迅速かつ高精度に行うことｌ１ｌｌ’＝できる方
法に関する。

〔従来の技術〕

第３図は従来一般疋採弔されている回転ポンプ揚水設備
の構成図で１図において、１は下池部としての７部ポン
プ井２における水３を流路４を介して上、を部としての
上部ポンプ井５に揚水するようにした回転ポンプ、Ｈｗ
はポンプ井２．５間の水位差である。そうして、この場
合、流路４は配管６とこの配′１！６の途中に設けたポ
ンプ吐出弁としての逆止弁７とからなっている。８はポ
ンプｌの吐出流＠Ｑな直接測定する流量計を配管６に取
り付けることができないために設けたポンプ吐出流＠ａ
１１定装置で、この測定装＠８は、メンプ井２゜５のそ
れぞれにおける水面０．ひとつの仮想基準水平面からの
各水位を検出してそれぞれ検出結果に応じた検出信号９
ａ、１０ａを出力する水位検出器９．１０と、ポンプｌ
の回転数Ｎを検出してこの検出結果に応じた検出信号１
１ａを出力する回転数検出器１１と、弁７の開度θを検
出してこの検出結果に応じた検出信号１２ａを出力する
弁開度検出器１２と、検出信号９ａ、１０ａ、１１ａ＋
１２ａを用いて以下に即問するｆｉｆｌＱのＷ出演算を
行ってこの流量（１表す信号１３１１を出力するように
した演算部１３とで構成されている。

次シて、演算部１３における流量Ｑの算出曲様な説明−
Ｃる。すなわち、第４図にす６ける１４１〜１４７はポ
ンプ１の異？ｊる回転数Ｎ「ごとに計算または実測によ
って求めたそれぞれポンプｌ　（ｒＩＱ　−Ｈ曲−で、
ｈ述の演算部１３にはこれらの曲線１４１〜１４７がす
べて予め記憶させられており、また。

演算部１３は信号１１ａが入力されるとこの信号１１ａ
が表すポンプ回転数Ｎに最も近い上述の回転数Ｎｒの場
合のＱ−Ｈ曲線を曲線１４１〜１４７の中から選択する
ように紅っている。そうして、また。

第３図においては、ポンプ１　／＞’＝流ｆｉＱｆｌ水
３を揚水する時の該ポンプの揚程Ｈは１周知のように。

流路４における損失水頭をＰｔとし、ポンプ井５におけ
る配管６の開口端６ａで配管６からポンプ井５に流出す
る水の速度水頭をＨｖとすると（４）式で表され、この
場合、水頭Ｐｔは弁７のｒｉ４Ｉｆθと流量Ｑとの関数
ｆ（θ、Ｑ）であり、かつ水頭Ｈｖは管端６ａｌＣおけ
ろ水の速度をＶとすると重力０加速度をｇとしてＶ　／
（２ｇ）で表されてこの場合の速Ｈｖは’ｔ！［がの開
口断面積をＳとするとＱ／ＳＫ等しいので、（４）式か
ら（５）式が得られる。

Ｈ＝Ｈｗ＋　Ｐ　ｔ＋ＨＶ　　　　　　　　、−０１４
，（４）Ｈ＝）１ｗ＋　ｆ　（θ、　Ｑ）−ＨＩＡ　２
ｇ　）　ｌ−（Ｑ／５）２−・−・（５）第３図「おい
ては上述した関数ｆ（θ、　Ｑ　）　６”−計算または
実測１によって予め明らかにされていて、演算ｇ１１３
は検出信号９ａ＊　　１０ａ及び１２ａが入力されるこ
とによって（５）式を満足する一本のＱ−Ｈ特性線を算
出するようになっており、第４図における１５はこのよ
うにして得られたＱ−Ｈ特性線の一例な示している。そ
うして、さらに、演ｌＩ部１３　ｉＣｆ６いては、上記
のようにして選択した第４図におげろ１４１〜１４７の
Ｑ−Ｈ曲線のうちの一本のＱ−１４曲線、たとえは１６
とＪ：記特性線１５との第４色における交点エフを求ぬ
てこの交点１７の第４図だおける流量座標値Ｑｏを表す
信号を前述の信号１３ａとして出力するようになってい
る。

第３凶においては流量測定装Ｎ８の各部が上述のように
構成されているので、流量ＱをｉＩｊ接測定するａ毀計
を配’？＆　６　ｖＣ１’７り付けなくても、演算部出
力信号１３ａによってポンプ１の吐出流ＩＱを知ること
ができるわけである。

〔発明が解決りようとする課題〕

第３図においてはポンプ吐出流ｇｋ測定装置８が上述の
ようにｍ成されているので信号１３ａによって派遣Ｑを
知ることができるｂ＝、この場合、第４図ｒｃ示したｎ
ｉする両ＱＨ曲線のそれぞれに対応した都合二個のポン
プ回転数間の回転数差ｌＮが大きいと流量Ｑの算出精度
が低Ｆすることは明らかで、したり１つて、この精度を
向上させるためには、１１＠常ポンプｌを用いて正規の
揚水Ｏ′−行われる該ポンプの定格回転数の６０〜１０
ｉの回転数範囲内で、できるだけ多数のＱ−Ｈ曲線を演
算部１３１Ｃ予め記憶させておく必ｔ＋　６”−ある。

つまり。

上述の測定装置８で行われる流量算出方法には。

ポンプ１の一本のＱ−Ｈ曲線上の一点を表す、−個０流
ＩＱを表すデータと一個の揚程Ｈを表すデータと一個の
回転ｆｉＮを表すデータとの都合三個の個別データから
たるＱＨＮデーデー、予め、極めて多数、計算または実
測によって求めて、これらのＱＨＮデータを演算部１３
ＶＣ多数ｆｌ　Ｑ−Ｈ曲線の形で記憶させておかなけれ
ばたらたいので、流量算出力ための準備０１極めて面倒
であるという問題点６”−ある。そうして、また、この
場合、演算部１３に多数のＱ−Ｈ曲線を記憶さ七たとし
ても。

演算部１３ＶＣ多数させられた多くのＱ−Ｈ曲線の中に
回転数検出器１１で検出したポンプ回転数におけるＱ−
Ｈ曲線に一致するＱ−Ｈ曲線が存在するとは限らないの
で、こういう面から上述の流量算出方法には極めて精度
の高い流ｉｔ測測定行うことは不可能であるという問題
点もある。

そうして、さらに、上述した流量算出方法には。

多数のＱ−Ｈ曲線の中からたとえばＱ−Ｈ曲Ｍ１６のよ
うな一本のＱ−Ｈ曲線を選択して、しかる後この選択さ
れた一本のＱ−Ｈ曲線たとえば特性線１５との交点を求
めるようにしているので、流量Ｑの決定が迅速に行えな
いという問題点もある。

本発明の目的は、上述した従来の流量算出方法における
よりもはるかに少ない個数のＱＨＮデーデー用いてポン
プｌの回転数Ｎをパラメータとする該ポンプの多数のＱ
−Ｈ曲線をただ一個の方程式で表すようにし、ポンプ１
の実際の回転数を測定することによってＮを特電したこ
の方程式と鳥及びθを前述のようにして特定した（４）
式のようなポンプｌの実際揚程を表す式との連立方程式
を解いて流量Ｑを求めるようにして、流量Ｑを算出する
ための準備に手間０１かからないようにし、さらに、Ｑ
の算出を極めて高精度かつ迅速に行えるよ５ｖｃするこ
とにある。

〔１１題を解決するための手段〕 上記目的を達成するためＶＣ，本発明だよれば。

Ｆ他部から液位差Ｈｔの上池部に弁開度θの逆止弁６”
−設けられた揚液流路を介して液体を揚液する回転ポン
プの回転数ＮをパラメータとするＱ−Ｈ曲線上のＱＨＮ
データを所定個数２採取するステップと。

２個の前記ＱＨＮデーデー用いて前記回転ポンプの回転
数Ｎをパラメータとする前記Ｑ−Ｈ曲線な表す（１）式 ％式％ を求めるステップと。

前記液位差Ｈｌと、弁開度θと、前記ポンプの回転Ｎと
の実測データを採取するステップと。

前記回転ポンアが吐出流量ＱのＩＩＩ紀液体を前記上池
部に揚液する際に必要ｔｌ前記回転ポンプの揚程Ｈと前
記吐出ｆｉｌｌＱとの間の関係を、前記液位差Ｈｔ、前
記弁開度θと前記吐出量Ｑとの関数として予め明らかに
されたｓ１］記揚液流路における損失水頭ｆ（θ、Ｑ）
１重力加速度ｇ及び前記上池部における前記揚液流路の
開口断面積Ｓによって記述した（２）式。

Ｈ＝Ｈ，＋ｆ（θ、Ｑ）＋［：　１／（２ｇ　）　）・
（Ｑ／８　）・・・・・・（２）の前記液位差Ｈｌ及び
前記弁開度θとして前記の実測データを用い、かつ（１
）式の前記回転数ＮＶＣ前記の実測データを用いて、（
１）式と（２）式とから前記吐出Ｒ量Ｑを演算するステ
ップと、からなるように回転ポンプ吐出流量の決定方法
を構成する。

〔作用〕

Ｊ：記のように構成すると、流量Ｑを算出するための準
備として、まず（３）式で表される個！！！１．ＺのＱ
ＨＮデーデー求ヌ、シかる後これらのＱＨＮデータを用
いて（１）式の係数Ｙ　（ｐ−ｉ、ｍ−ｊ　）を決定し
てこの係数Ｙ（ｐ−ｉ、ｍ−ｊ）６；決定サレタ（１）
式トシテのただ一個の方程式を予めしかるべき記憶手段
に記憶さ４士てす６けばよいので、流量算出のための準
備に手間がかからないということになる。

そうして、また、上記のように構成すると、第１方程式
と第２方程式とからなる連立方程式な解くことによって
流量Ｑが得られて、この場合、上述した従来の流借算出
方法におけるような予め記憶させられた多数のＱ−Ｈ曲
線の中から一本のＱ−Ｈ曲線を選ぶという作業工程０１
不寮であろうえ。

第２方程式Ｏ′−１％定された回転数Ｎｌ’（おける回
転−ンプのＱ　−Ｈ曲線を正しく表した方程式であるか
ら、吐出流量Ｑが迅速かつ高精度に算出されることにな
る。

〔実抱例〕

＠１図は本発明の方法を採用して流量Ｑを知るようにし
た回転ポンプ揚水設備の構成図で１本図の第３図と異な
る所は酌述の演算部１３Ｖｃ対応した演算部１８の機能
が以′Ｆに押開するようにｒｊっていることである。

すなわち、第１図において、ポンプ１０回転数ＮがＮ、
　、　Ｎ、　、　Ｎ、である場合の該ポンプの各Ｑ−Ｈ
曲線が第２図に示したＱ−Ｈ曲線１９１．１９２゜１９
３のようＫ　ｆ（っていて、かつこれらの曲線１９１〜
１９３が（１）式においてｐ＝　３　、　ｍ＝　２とし
た（６）式で表されるものとした時６曲線１９１〜１９
３のそれぞれにおイテ、流量Ｑ　６’　０＝　ＱＩ−Ｑ
Ｉ　−ＱｓＶＣなった時の各揚程Ｈ６５Ｉ２図に示した
値になるとすると、（７）式の条件のもとＫ　（６）式
によって（８）式が成丈するので、（８）式から（９）
式が得られる。

そうして、また、（７）式から（１０）式が得られて。

（１０）式カら（１１）　式ｂ″−−成立ノテ、同が１
［して（７）式から（１２）　、　Ｃ１３）、　（１４
）の各式Ｏ′−求められる。

つまり、上述の説明は、第２図におげろ曲＠１９１〜１
９３上の図示した都合１２個の点のそれぞれの位置を表
す都合１２１’ｌの前述したＱＨＮデーデー１与えられ
ると（９）式と（］１）〜（１４）式とから（６）式に
示した係数Ｙ（３−１，２−ｊ）つ１決定されて、上記
曲線１９１〜１９３を含むポンプ１の多数のＱ−Ｈ曲が
回転数Ｎをバラメーダとして一個の方程式（６）で表さ
れることを示していて、第１図の場合、上述のような都
合１２個のＱＨＮデータを計算または実測によって予め
求めておいて、しかる後上述のようにして係数ｙ　（３
−１，２−ｊ＞が決定された演算式（６）が演算部１３
Ｖｃ対応させられている。　そうして、さらに、第１図
においては、演算部ｌ５ａＺ。

回転数信号１１ａ６Ｓ入力されることによって内蔵の演
算式（６）中の回転数ＮＯ′−特定された＠２２方程を
つくり、また前述の演算部１３の場合と同様に水位信号
９ａ、１０ａと弁開度信号１２ａとＯｏ−入力されるこ
とによって（４）式中のＨＷとθとが特定さ力た第１方
程式をつくって、しかる後、第１方程式と第２方程式と
からなる連立方程式を流ＩＱＩＣついて解いて、この結
果のｆｉｌＱに応じたｉ１１個１８ａを出力するように
７ｊつている。

ｆＪｉ、１図においては演算部１８０１上述のように動
作するので、流＠信号１８ａが表す流−ＩＱがポンプ１
によって′４！際に揚水されろ水３０ａ敏に等しいこと
は明らかで、したＯｏ・つて、第１図の場合。

配ｇｔ６に流量計をとり付げｆｘ　＜ても信号１８ａに
よって流量Ｑを知ることＯ；できることＶｃたる。

第１図においては、上述ｆ）ようにして流量Ｑ６″−算
出されるが、この場合流惜Ｑの算出のために予め準備す
べきＱＨＮデータは開運したように１２個あればよくて
、この個数１２６’−第３図の場合に断切した従来の流
量算出方法で事薊に必鷹となるＱＨＮデーゲ０個数に比
べてはるかに少ない個数であることは明らかである。そ
うして、また、上述した従来の流量算出方法では多数の
Ｑ−Ｈ曲線を演算部１３に記憶させておかなければたら
ｔｘいのに対して、第１図の場合ＶＣは、上述したよう
に。

演算部１８に上記した多数のＱ−Ｈ曲線をまとぬて表す
一個の方程式（６）を記憶させておくだけでよい。した
Ｏｏ−って、第１図の場合に採用したｆｉｌ算出方法に
よれば流量ＱＩ７）算出のたゐの準備に手間０１かから
ないことにたる。

そうして、また、演算部１８ＶＣおいては、上述したよ
うに、（４）式中＋７１Ｈｗとθとを特定することによ
って得られた第１方程式と（６）式中のＮを特定するこ
とによって得られた第２方程式とからｆｌる連立方程式
をＱについて解く演算が行われる０１゜これは第１方程
式Ｏ；表す前述のＱ−Ｈ特性＠１５とｍ２方程式が表す
Ｑ−Ｈ曲線との交点を第２図において求める０と等価で
、この場合の＠２２方程が表すＱ−Ｈ曲線は回転数検出
器１１で検出したポンプ回転数におけるポンプｌのＱ−
Ｈ［１！である。したがって、第１図において採用した
本発明の流量算出方法によれば第３図において採用した
従来の流量算出方法におけるよりも高い精度でＲ量Ｑ＋
”１％：出が行えることπなる。また、演算部１８Ｖｃ
おいては上述の連立方程式を解くことによってＱが求め
られて、このＱの算出は演算部１３・でねけるようなま
ず−１固のＱ　−Ｈ曲線を選ぶという作業工程を経た後
行われるわけではないので。

上述した本発明力流量算出方法によれば従来の流量算出
方法におけるよりも迅速ＶｃＱｂ：算出されることにな
る。

上述の説明はポンプ１０；水３を圧送する場合であった
が１本発明はポンプ１６′−水板外の液体を正送する場
合にも適用できるものであり、また、上述の説明ではポ
ンプ１０回転数ＮをバラメーダとしたＱ−Ｈ曲線６；（
６）式で表されるものとしたが。

本発明者の研究によれば１本発明の場合、ｐ、ｍをいず
れも２以上の正整数としてボン１１の回転数Ｎをバラメ
ーダとしたＱ−Ｈ曲線が（１）式で表されるようにして
も差し支えないものであって。

この場合、（１）式における係数Ｙ　（ｐ−ｉ、ｍ−Ｊ
　）を決定するためＶＣ最終的ＶＣ（１）式で表される
ことにｒｊ　ル（ｍ＋１　）本のＱ−Ｈ曲線のそれぞれ
における（ｐ＋１）個の点を表す（ｐ＋１　）−（ｒｒ
）−１−１＞個のＱＨＮデータが事前に必要であること
が上述し、た所から明らかで、この場合、　　（ｐ＋１
）・（ｍ−）−１）個ｎＱＨＮデータは、同じひとつの
流量Ｑ　＋７”）　＋１１別データを共有する（ｍ＋１
）個のＱ）（ＮデータのＣｐ＋１３組で生成されるよう
にしたデータである。

〔発明の効果〕

上述したようＶＣ１本発明においては、′Ｆ池他部ら液
位差Ｈｔの上池部に弁開度θの逆止弁０１設げられた揚
液流路を介して液体を揚液する回転ポンプの回転数Ｎを
バラメーダとするＱ−Ｈ曲線上のＱＨＮデーデー所尾個
数Ｚ採取するステｙプと。

２個の前記ＱＨＮデーデー用いて前記回転ポンプの回転
数Ｎをハ′ラメーダとするｍ紀Ｑ−Ｈ曲線を表す（１）
式 Ｊ＝０．１．２．・・・０ｍノ ２ 但しくｐ−）−１）（ｍ−）−１）＝４−、　　ｐ、ｍ
４２　。

を求めるステップと。

前記液位差Ｈｔと、弁開度θと、前記ポンプの回転Ｎと
の実測データを採取するステップと。

前記回転イシプｂ′−吐出流＠Ｑの前記液体を前記上池
部に揚液する際に必要な前記回転−ンプの揚程Ｈと前記
吐出流ＩＱとの間の関係を、前記液位差Ｈｔ、前記弁開
度θと前記吐出量Ｑとの関数として予め明らかにされた
前記ｔｉ＃１液流路におけろ損失水頭ｆ（＃、Ｑ）、重
力加速Ｉｆｇ及び前記上池部における前記揚液流路の開
口断面積８によって記述した（２）式。

Ｈ冨Ｈｔ＋ｒ（θ、　Ｑ）＋［ｌ／Ｃｚｇ　））・（Ｑ
／Ｓ　）・・・・・・（２）の前記液位差Ｈｔ及び前記
弁開度θとして前記の実測データを用い、かつ（１）式
の前記回転数ＮＫ前記の実測データを用いて、（１）式
と（２）式とから前記吐出流量Ｑを演算するステップと
、からなるように回転ポンプ吐出流量の決定方法を構成
した。

このため、上記のように構成すると、ａ＠Ｑを算出する
ための準備として、まず（３）式で表される個数ＺのＱ
ＨＮデーデー求ヌ、シかる後これらのＱＨＮデータを用
いて（１）式の係数Ｙ　（ｐ−ｉ、ｍ−ｊ）を決定して
、：の係数Ｙ　（ｐ−ｉ、ｍ−ｊ）６；決定された（１
）式としてのただ一個の演算式を予めしかるべき記憶手
段に記憶させておけばよいので１本発明には流量算出の
ための準備に手間０１かからｒ！いという効果０１ある
。

そうして、また、上記のように構成すると、第１方程式
と第２方程式とからなる連立方程式すＱについて解くこ
とによって流ＩＱが得られて、この場合、上述１−た従
来の流量算出方法におけるようた予ぬ記憶させられた多
数のＱ　−Ｈ１ｆｉｌ線の中から一本のＱ−Ｈ曲線を選
ぶという作業工程が不要であるうえ、第２方程式０１．
特定された回転数ＮにおけるポンプのＱ−Ｈ曲線を正し
く表した方程式であるから１本発明には流量Ｑの算出が
迅速かつ高精度に行える効果０１ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の害虫を採用して流量Ｑを知るようにし
た回転ポンプ揚水設備の構成図。 第２図は本発明における要部の原理説明図。 第３図は従来の回転ポンプ吐出流量の算出方法な採用し
て流ＩＱを知るようにした回転ポンプ揚水設備の構成図
。 第４図は従来の回転ポンプ吐出流量の算出方法な説明す
る説明図である。 １・・・・・・回転ポンプ、２・・・・・・′Ｆ部ポン
プ井（″Ｆ池他部。 ３・・・・・・水（液体）、４・・・・・・流路（ｍ液
流路）、５・・・上部ポンプ井（上池部）、７・・・・
・・ポンプ吐出弁（逆止弁）、１６．１４１〜１４７．
１９１〜１９３・・・・・・Ｑ−Ｈ曲線、　Ｑ、　Ｑ、
　、　Ｑ、　、　Ｑｔ　、　Ｑ、　・−・・・吐出ＩＷ
量、Ｈ１Ｈ，ｏ、　Ｈ，、Ｉ　Ｈ，、・、、、−・揚程
、　　Ｎ、Ｎ、　、　Ｎ、　、　Ｎ、　、、−・ボ箋 図 箋 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）下池部から液位差Ｈ＿ｌの上池部に弁開度θの逆止
   弁が設けられた揚液流路を介して液体を揚液する回転ポ
   ンプの回転数ＮをパラメータとするＱ−Ｈ曲線上のＱＨ
   Ｎデータを所定個数Ｚ採取するステツプと、 Ｚ個の前記ＱＨＮデータを用いて前記回転ポンプの回転
   数Ｎをパラメータとする前記Ｑ−Ｈ曲線を表す（１）式 ｛▲数式、化学式、表等があります▼、ｉ＝０、１、２
   、・・・、ｐ ▲数式、化学式、表等があります▼、ｊ＝０、１、２、
   ・・・、ｍ｝・・・・・・（１）但し（ｐ＋１）（ｍ＋
   １）＝Ｚ、ｐ、ｍ≧２、を求めるステップと、 前記液位差Ｈ＿ｌと、弁開度θと、前記ポンプの回転Ｎ
   との実測データを採取するステップと、前記回転ポンプ
   が吐出流量Ｑの前記液体を前記上池部に揚液する際に必
   要な前記回転ポンプの揚程Ｈと前記吐出流量Ｑとの間の
   関係を、前記液位差Ｈ＿ｌ、前記弁開度θと前記吐出量
   Ｑとの関数として予め明らかにされた前記揚液流路にお
   ける損失水頭ｆ（θ、Ｑ）、重力加速度ｇ及び前記上池
   部における前記揚液流路の開口断面積Ｓによつて記述し
   た（２）式。 Ｈ＝Ｈ＿ｌ＋ｆ（θ、Ｑ）＋〔１／（２ｇ）〕・（Ｑ／
   Ｓ）＾２・・・（２）の前記液位差Ｈ＿ｌ及び前記弁開
   度θとして前記の実測データを用い、かつ（１）式の前
   記回転数Ｎに前記の実測データを用いて（１）式と（２
   ）式とから前記吐出流量Ｑを演算するステップと、から
   なることを特徴とする回転ポンプ吐出流量の決定方法。