JPH0510519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ポンプ特に遠心型ポンプの流量を測
定する方法に関する。

なお、本明細書において、「ポンプ」とは、液
体ポンプ及び送風機を含むものとする。

（従来の技術） 従来、ポンプの流量を測定する方法としては、
普通、ポンプの上流側又は下流側に、例えばオリ
フイス前後の圧力差により流量を算出する型式の
もの等の流量測定装置を設置して流量を計測する
方法が採用されている。しかし、管路の構造上の
制約などにより、上記のような流量測定装置を設
置できない場合がある。このような流量測定装置
を取り付けられない場合、或いは流量測定装置の
取付けを省略し度い場合には、例えば、ポンプ吸
込側圧力と吐出側圧力の圧力差と流量との関係
を、予め較正試験（商品につけるための工場での
テスト）によつて調べておき、実際のポンプ運転
中はポンプ吸込側圧力と吐出側圧力を検出して、
この圧力差により流量を算出する手段が採用され
ている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが上記のような方法では、ポンプの吸込
側圧力と吐出側圧力の圧力差の流量に対する変化
が僅かの場合、圧力差から流量を算出するのは困
難になる。即ち、吸込側圧力と吐出側圧力の圧力
差を縦軸にまた流量を横軸にとつて、上記従来の
圧力差と流量との関係を第２ａ図のポンプの揚程
曲線に示すと、Ａ曲線のようになり、流量の少な
い領域では、流量によつて吐出圧力が余り変化せ
ず、極端な場合は、第２ｂ図のＡ曲線のように、
圧力が右上りになつているものもある。その理由
は、一般に、遠心ポンプ（渦巻ポンプ）において
は、羽根車出口を出る流体は、圧力エネルギと速
度エネルギを有し、その中の速度エネルギは、ガ
イドベーン、ボリユートその他の断面変化等によ
つて圧力エネルギに変換され、ポンプ吐出口で
は、羽根車出口よりも高い圧力（静圧）を示すよ
うになるが、流量の少ないところでは、流路内で
渦或いは衝突損失を起こし、上記のような速度エ
ネルギより圧力エネルギへの変換が十分行われな
いためであり、従つて羽根車出口では、圧力水頭
と速度水頭を合計した総水頭が、流量の少ないと
きの方が流量の多いときよりも理論的にも実験的
にも高いにも拘らず、ポンプ吐出口での圧力（静
圧）は、前記のＡ曲線と同様に、流量の少ない領
域では吐出圧力が余り変化せず、右上りになるも
のもあるのである。

従つて、小流量においては特に、前記のように
変化の少ない圧力差（縦軸）を基にして流量（横
軸）を算出すると大きな誤差を生じたり、ポンプ
特性によつては同一の吐出圧力に対して二つの流
量が存在したりするので、実際上、上記の方法で
は小流量の測定は不可能の場合があつた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記した従来技術の欠点を除去する
ために、圧力差−流量曲線が低流量から大流量の
広い範囲に亙つて右下がりの曲線を呈するような
圧力差を有する二つの圧力検出手段を決め、該手
段から取り出した圧力差から流量を算出するもの
である。そのために、本発明は、ポンプケーシン
グに圧力を検出する第１の圧力検出手段を、また
ポンプ羽根車入口よりも上流側のケーシング又は
管路に圧力を検出する第２の圧力検出手段をそれ
ぞれ設け、これら第１及び第２の両圧力検出手段
により圧力又は圧力差を検出し、その圧力差が流
量の増加と共に減少することを利用して通常の手
段で流量を算出する方法であつて、第１の圧力検
出手段は、水切り部近傍を除く個所で且つ羽根車
の出口径近傍に羽根車の回転軸とほぼ同じ方向に
穴が設けられていることを特徴としている。

（作用） 本発明は、上記のように、ポンプ吐出側圧力と
吸込側圧力の検出手段のうち、特に吐出側圧力の
検出手段を、水切り部近傍を除く個所で且つ羽根
車の出口径近傍のケーシングに、羽根車の回転軸
とほぼ同じ方向に穴を介して設けているので、こ
こで検出される圧力は、速度エネルギが圧力エネ
ルギに変換される前か或いは僅かしか変換されて
いない状態の圧力（静圧）を測定することにな
り、前記のような小流量時の流路内での損失の影
響を受けず、主として羽根車内で水に与えられた
圧力水頭分に相当し、またこれは、理論的にも小
流量時に最も高くなるものである。

なお、ポンプ内の実際の流れでは羽根入口部及
び羽根車内でも損失を起こし、特に入口径が出口
径に近い羽根車では入口部の衝突損失の割合が大
きい。これはNsの大きな羽根車に特徴的に見ら
れる現象である。しかし一般の遠心ポンプでは羽
根入口径は出口径に比べて小さく、したがつて羽
根入口での衝突損失は全体のエネルギに比べて小
さい。また、流量が少なくなると羽根入口におけ
る衝突損失も増加するが、羽根出口以降での損失
は流量が少なくなるに従つてそれ以上に大きくな
る。このように羽根入口部での衝突損失が大きい
場合でも、羽根出口以降での損失の影響を受けに
くい場所、即ち羽根車の出口径近傍で静圧力を検
出することによつて、右下がり勾配を得ることが
できる。

事実、両圧力検出手段からそれぞれ検出した圧
力の差と流量との関係を示す圧力差−流量曲線
は、低流量から大流量の広い範囲に亙つて常に右
下がり勾配の曲線を呈しており、またこのことは
実験的にも確認されている。

（実施例） 次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明の流量測定方法を実施するの
に用いられる渦巻ポンプの縦断面図であつて、ケ
ーシング本体１は、吸込口２と吐出口３を有し、
内部に羽根車４が回転軸５によつて支持されてい
る点は、従来のものと変りはない。

そして本実施例では、ポンプ羽根車４の出口４
ａに相当する出口径近傍のケーシング本体１に、
該羽根車４の回転軸とほぼ同じ方向に第１圧力取
出し孔１０が、またポンプ羽根車入口４ｂよりも
上流側のケーシングの入口２に近い位置に第２圧
力取出し孔１１がそれぞれ設けられている。

このポンプにおける吐出側圧力及び吸込側圧力
の圧力差と流量との関係は、次のようにして求め
られる。即ち、該ポンプの流量は、第６図の実験
設備にも示すように、ポンプ吐出側に設けられた
流量制御弁２６によつて制御され、またその時の
流量は、その手前に設けられた流量計２８によつ
て検出される。またこれらの各流量に対応するポ
ンプ吐出側圧力及び吸込側圧力の圧力差は、前記
した第１圧力取出し孔１０及び第２圧力取出し孔
１１よりそれぞれ検出された圧力の差によつて、
計算により或いは差圧計によつて求められる。こ
のような操作を流量設定値を変更しながら複数回
（ｎ回）繰り返えし、各データによつてテーブル
（表）を作成し、またはそれを圧力差−流量曲線
に作図する。また上記の作業を電気的に変換し、
マイクロコンピユータによつて処理することもで
きる。

上記のようにして求められた圧力差と流量の関
係を、第２ａ図、第２ｂ図のような圧力差−流量
曲線によつて表示するとＢ曲線が得られる。この
曲線Ｂからみても分かるように、第１及び第２圧
力取出し孔１０と１１より検出された吐出側圧力
と吸込側圧力の圧力差と流量の関係は、小流量か
ら大流量までの広い範囲に亙つて顕著な右下がり
勾配の曲線となつて表わされる。従つて、どの流
量範囲においても圧力差を測定すれば、流量は一
義的に算出することができる。なお、この算出方
法には、前記揚程曲線から流量を直接求める方
法、或いは前記テーブルを利用し、圧力差から流
量を読み、演算で補正して求める方法等がある。
また、これらの作業を電気的に変換し、マイクロ
コンピユータによつて処理することもできる。

上記のマイクロコンピユータによつて処理する
場合の実験フローシートの一例を、第６図によつ
て説明すると、渦巻ポンプ２１の吸込側圧力P₁
及び内部圧力P₂を圧力センサー２２，２３によ
つて電気的信号として採り出し、電流（例えば４
〜20ｍＡ）を電圧（例えば１〜5VDC）に変換
（Ｉ／Ｖ変換）し、圧力指示計２４，２５で読み
取り、マイクロコンピユータＣのマルチプレクサ
ー３０に入力する。一方、ポンプの吐出量は、開
度設定器２７に接続された流量制御弁２６で制御
され、その時の流量は流量計２８で検出され、流
量指示計２９を経てマルチプレクサー３０に入力
され、該コンピユータ内で前記圧力差と流量の関
係を記憶処理させる。次いで運転中における流量
を求めるときは、両圧力センサー２２，２３から
検出された圧力を入力して圧力差を算出し、それ
に対応する流量が、上記のようにして記憶された
テーブルから演算で求められ、デスプレーに表示
される。

上記のように圧力差−流量曲線が広範囲に亙つ
て右下がり勾配の曲線を呈する事実は、次のよう
な実験結果によつて確認されている。

第３図は、上記実験に使用された渦巻ポンプの
縦断面図、第４図は第３図の−線によるケー
シング部分の断面図であつて、第１図に示された
符号と同一符号は同類部分を示すものとする。

図において、Ａは第３図の−線位置におけ
るケーシング１の外周壁（ボリユート室）に設け
られた圧力取出し孔、またＢないしＦは、ケーシ
ング側壁に設けられた各圧力取出し孔で、特にＢ
は、羽根車４の出口径位置の近傍に設けられてい
る。そしてこれらの各取出し孔は、第４図に示す
ように回転軸心に対して放射状に分布されてい
る。

第５図は、第３図、第４図に示すポンプを運転
したときの実験結果を示す性能曲線図である。図
から分かるように、ケーシング外周壁（ボリユー
ト室）より取出した圧力曲線Ａ−ないしＡ−
も右下がりになつているが、羽根車出口近傍の側
壁より取出したＢ−ないしＢ−の方が更に顕
著な右下がりの直線状に近いカーブを画いている
ことが分かる。

なお、羽根車は点対象の形状をしているので、
本来出口での圧力は均等でなければならないが、
羽根車の外周には非対称の渦形室があるため実際
の圧力はその影響を受け非対称となり、特に渦形
室の断面形状が急変している水切り部（舌部）の
近くではその影響を強く受け、圧力が他の部分と
異なる挙動を示し、右下がりとならない場合は、
この水切り部近傍を避ける。

また、上記実施例において、第２の圧力取出し
孔から検出する吸込側圧力の変化が少ないとき
は、第１及び第２の両圧力取出し孔から検出した
圧力差の代りに、第１の圧力取出し孔から検出す
る圧力のみに基づいて近似的に流量を算出するこ
ともできる。

なお、本発明は、遠心型液体ポンプのみなら
ず、同様な特性を有する遠心型（ターボ型）送風
機にも適用することが可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、吐出側
圧力を特に、水切り部近傍を除く個所で且つ羽根
車出口径近傍のケーシングより、羽根車の回転軸
とほぼ同じ方向に設けられた穴を介して圧力を検
出していることにより、この圧力と、羽根車入口
よりも上流側のケーシング又は管路より検出した
吸込圧力との圧力差と流量の関係が、どの流量範
囲においても右下り勾配の曲線となるので、小流
量から大流量までの広い範囲に亙つて、圧力差を
測定することにより従来のような流量測定装置を
用いずに流量を一義的に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るポンプの流量測定方法の
実施に用いられる渦巻ポンプの縦断面図、第２ａ
図及び第２ｂ図は吐出圧力と吸込圧力との差と流
量の関係Ａ及び羽根車出口近傍の圧力と吸込圧力
との差と流量の関係Ｂをそれぞれ示す曲線図、第
３図は本発明に関する圧力差と流量との関係を実
験的に求めるのに使用された渦巻ポンプの縦断面
図、第４図は第３図の−線による断面図、第
５図は実験結果を示すポンプの揚程曲線図、第６
図及び第７図はマイクロコンピユータを使用した
実験フローシート及びフローチヤートを示す。 １……ポンプケーシング、４……羽根車、４ａ
……羽根車出口、４ｂ……羽根車入口、１０……
第１の圧力取出し孔、１１……第２の圧力取出し
孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ポンプの流量を測定する方法において、ポン
   プケーシングに圧力を検出する第１の圧力検出手
   段を、またポンプ羽根車入口よりも上流側のケー
   シング又は管路に圧力を検出する第２の圧力検出
   手段をそれぞれ設け、これら第１及び第２の両圧
   力検出手段により圧力又は圧力差を検出し、その
   圧力差が流量の増加と共に減少することを利用し
   て通常の手段で流量を算出する方法であつて、第
   １の圧力検出手段は、水切り部近傍を除く個所で
   且つ羽根車の出口径近傍に羽根車の回転軸とほぼ
   同じ方向に穴が設けられていることを特徴とする
   ポンプの流量測定方法。