JPH0612778U - キャビテーション実験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実プラントと同等の挙動等を再現できてポン
プのキャビテーションと性能とを容易にかつ短時間に習
得できるキャビテーション実験装置の提供。 【構成】 減圧タンク5,6 を減圧する真空ポンプ16と、
タンク5,6 に接続された配管8,9,10を通して流体を循環
させるポンプ７とを設け、ポンプ７の側面を内部観察可
能にアクリル板7Bで形成し、ポンプ７の吸入・吐出圧力
を測定する圧力計36,35 と、配管流量を測定するノズル
30、マノメータ32とを設けてキャビテーション実験装置
１を構成する。これによりキャビテーション状態の観察
とポンプ性能実験とを同時に行え、キャビテーション状
態つまり実プラントと同等の状態でポンプ性能実験を行
え、ポンプ性能とキャビテーション状態とを容易にかつ
短時間に習得できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ポンプのキャビテーションとポンプ性能との関係における流動原理 を実験するキャビテーション実験装置に係り、特に企業や学校における研修・教 育用に利用できる。

【０００２】

【背景技術】

近年、石油精製、石油化学工業をはじめとする化学プラントは、多種多様な装 置を用いて複雑かつ大規模となっている。このため、プラントを制御管理するオ ペレータは、プラント管理のために実プラントでよく経験するポンプのキャビテ ーションとポンプ性能とを十分に理解し習得する必要があった。 そこで、このようなポンプのキャビテーションとポンプ性能とを容易にかつ短 時間で理解習得することができる実験装置が求められていた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような実験装置としては僅かに学校教材用のものが存在す るのみであった。この教材用の実験装置においては、ポンプ性能実験用とキャビ テーション実験用の装置は別々に設けられており、各実験を別々に行っていたた めに効率が悪いとともに、キャビテーション状態でのポンプ性能実験等の実プラ ントで経験する挙動を再現することができず、実プラントにおける様々な挙動等 を理解習得するにはあまり適していないという問題があった。

【０００４】 本考案の目的は、実プラントと同等の挙動等を再現できてポンプのキャビテー ションおよびポンプの性能を容易にかつ短時間に習得できるキャビテーション実 験装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案のキャビテーション実験装置は、減圧タンクと、この減圧タンク内を減 圧する減圧手段と、前記減圧タンクに接続された配管と、この配管および前記減 圧タンクを通して流体を循環させるポンプとを備え、前記ポンプには内部のキャ ビテーション状態を観察できる観察手段とポンプの吸入圧力および吐出圧力を測 定する圧力測定手段とが設けられ、前記配管には配管の流量を測定する流量測定 手段が設けられていることを特徴とするものである。

【０００６】 この際、前記減圧タンク内には泡を消すためのフィルターが設けられ、前記ポ ンプは前面に計測操作パネルを備えた架台の上面に固定されていることが好まし い。また、前記観察手段としては、ポンプ内部を視認できるようにポンプの一部 に設けられた観察窓と、この観察窓からポンプ内部を観察するストロボスコープ とを備えたものが好ましい。さらに、前記減圧手段は架台下部に固定された真空 ポンプを備え、前記流量測定手段は配管に配置されたノズルとこのノズルの差圧 を測定するマノメータとを備えていることが好ましい。

【０００７】

【作用】

このような本考案では、減圧手段によって減圧タンク内を減圧すると、タンク に接続されている配管およびポンプも減圧される。この減圧によってキャビテー ションが発生しやすくなるので、ポンプを作動させてキャビテーションを発生さ せ、観察手段によって観察する。 また、ポンプの吸入・吐出圧力を測定する圧力測定手段や流量を測定する流量 測定手段を設けたので、キャビテーションの発生状態を観察するだけでなく、ポ ンプ性能も合わせて実験でき、キャビテーション状態でのポンプ性能等の実プラ ントでの挙動が再現され、その理解習得を容易にかつ短時間で行える。 この際、ポンプの一部に観察窓を形成して内部を視認できるようにし、かつそ の観察窓からポンプ回転数等に同期させたストロボスコープを用いてポンプ内部 を観察すればキャビテーション状態を明瞭に観察することが可能となる。 また、減圧タンク内にフィルターを設けてポンプで発生した泡を消泡させれば 、ポンプ内に泡が含まれる水が吸入されることがなく、ポンプによるキャビテー ション発生のみを実験することが可能となる。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。 図１，２，３には本実施例のキャビテーション実験装置１の正面図、側面図お よび平面図が、図４にはその配管系統図がそれぞれ示されている。

【０００９】 キャビテーション実験装置１は、実験に必要な各機器が取付けられた架台２を 備え、この架台２には装置１を移動するためのキャスタ３と、装置１を水平状態 で固定するための図示しないレベル調整ボルトが設けられている。 また、架台２の前面には、各種計器やスイッチ等が設けられた計測操作パネル ４が設けられている。

【００１０】 キャビテーション実験装置１は、２つの減圧タンク５，６と、キャビテーショ ンポンプ７とを備えている。ポンプ７は駆動ベルトを介して接続されたモータ７ Ａによって駆動されるとともに、架台２の上面の視認しやすい位置に固定されて いる。このポンプ７の側面はアクリル板７Ｂによって形成され、ポンプ７の内部 を視認できるように構成されている。従って、このアクリル板７Ｂによりポンプ ７の観察窓が形成されている。 また、ポンプ７の吐出側は吐出側配管８によって減圧タンク５に接続され、吸 入側は吸入側配管９によって減圧タンク６に接続されている。さらに、減圧タン ク５，６間は減圧タンク間配管１０によって接続されている。

【００１１】 減圧タンク５，６には、それぞれタンク５，６内の水位を測定するレベル計１ １が設けられている。また、各タンク５，６内には、金網等で形成されたフィル ター１２が配置され、このフィルター１２内には各タンク５，６内の吸入側の配 管つまりタンク５においては配管８、タンク６においては配管１０が配置され、 タンク５，６内に供給された水に泡が含まれている場合にはその泡を消すことが できるように構成されている。

【００１２】 また、各減圧タンク５，６には、バルブ１３，１４および真空バルブ１５を介 して減圧手段としての真空ポンプ１６が接続され、タンク５，６内を減圧できる ように構成されている。 さらに、各タンク５，６とバルブ１３，１４との間には、タンク５，６内を大 気開放するためのバルブ１７，１８が設けられている。

【００１３】 真空ポンプ１６は水封式の真空ポンプでありモータ１６Ａで駆動される。この ポンプ１６は、ポンプ１６内に給水するためにストレーナおよびバルブ１９を介 して給水バルブ２０を備える給水管２１に接続されている。また、ポンプ１６は 水抜きを行うために排水管２２にも接続されている。 なお、給水管２１および排水管２２は、給水バルブ２０および排水バルブ２３ を介して給排水管２４に接続されている。給排水管２４は、バルブ２５，２６お よび吐出側配管８、吸入側配管９を介して各減圧タンク５，６に接続され、各タ ンク５，６内への給排水を行えるようにされている。

【００１４】 減圧タンク間配管１０には、ノズル３０と流量調節弁３１とが設けられている 。ノズル３０には、ノズル３０の差圧を測定するＵ字管式マノメータ３２が接続 されている。 また、減圧タンク６には、水温測定用の温度計３３と、ポンプ７のサクション ヘッドを測定するための連成計３４とが設けられている。

【００１５】 キャビテーションポンプ７の吐出側および吸入側の配管８，９には、ポンプ７ の吐出圧力および吸入圧力を測定する連成計３５および真空計３６が接続されて いる。また、減圧タンク５，６の前後の各配管８〜１０には、各タンク５，６に おける圧力損失を測定するための連成計３７，３８，３９，４０がそれぞれ設け られている。 さらに、吸入側配管９および減圧タンク間配管１０には、流量検定用の吸込弁 ４１および吐出弁４２が分岐して設けられている。すなわち、本実施例ではノズ ル３０の差圧をマノメータ３２で測定することで流量を検出しているが、この検 出流量が正しいかを検定するために、水を吸込弁４１から給水し、ノズル３０を 通して吐出弁４２から排出させて実流量を測定し、ノズル３０の差圧から検出し た流量と比較して流量検定を行っている。

【００１６】 また、架台２には、ポンプ７のアクリル板７Ｂに向かって間欠的に光を照射す るストロボスコープ４３が設けられている。さらに、計測操作パネル４には、ポ ンプ７の回転数を計測する回転計４４、ポンプの電圧および電力を測定する電圧 計４５、電力計４６、キャビテーションポンプ７および真空ポンプ１６のスイッ チ４７，４８が設けられている。

【００１７】 次に、このようなキャビテーション実験装置１を用いた実験手順について説明 する。 まず、ポンプ７内のキャビテーション状態を観察するキャビテーション観察実 験は、バルブ２０，２５，２６，３１と、真空ポンプ１５に接続されたバルブ１ ３，１４，１７，１８を開き、バルブ１９，２３および検定用のバルブ４１，４ ２を閉じる。そして給水管２１から各減圧タンク５，６に給水する。レベル計１ １によってタンク５，６内の水位を監視し、８０％程度の高さまで給水したらバ ルブ２０，２５，２６を閉じて給水を終了する。

【００１８】 次に、ポンプ７の空気抜き弁を開き、ポンプ内部の空気を抜いてから水を満た す。この際、ポンプ７を回転させることで配管８，９，１０内の空気抜きも行え る。また、マノメータ３２の配管内に水を満たし、水銀を注入する。マノメータ ３２の配管内の空気抜きは、ポンプ７の運転中に均圧弁を開き、ノズルコックを 開くことで行える。

【００１９】 そして、バルブ２０，１９を開いて真空ポンプ１６に給水する。この真空ポン プ１６には運転中常時所定量の給水を行う。 次に、バルブ１３，１４，１５を開き、バルブ１７，１８を閉じて真空ポンプ １６を作動し、減圧タンク５，６の圧力を予定の真空度まで引き、その後バルブ １３，１４，１５を閉じる。

【００２０】 キャビテーションポンプ７を始動位置にセットし、スイッチ４７を押して作動 させる。モータ７Ａの回転数調整ハンドル７Ｃでポンプ７の回転数を予定の回転 数に調整する。また、バルブ３１を開いて水を循環させる。 ポンプ７の回転に伴ってキャビテーションが発生したらポンプ７のアクリル板 ７Ａが設けられた観察窓からストロボスコープ４３によってキャビテーション状 態を観察する。 なお、減圧タンク５，６内の真空度が変化しない場合には真空ポンプ１６を停 止させておいてもよい。

【００２１】 このキャビテーションの観察とともに、キャビテーションポンプ７の回転数、 吸込圧力、吐出圧力、減圧タンク５，６の圧力、ノズル３０の差圧、水温等を各 計測機器を用いて測定する。そして、これらの測定データから流量、ポンプ７内 の流速、キャビテーション係数を計算し、キャビテーション係数に対するキャビ テーション状態を観察記録する。

【００２２】 一方、ポンプ性能実験は、前記キャビテーション観察実験と同様に給水および 空気抜きを行った後、バルブ３１を僅かに開いてポンプ７を作動させる。そして 、ポンプ７の回転数を基準としてバルブ３１の開度を調節して流量を変化させた 時やポンプ７の回転数を変化させた時のポンプ７の吐出圧力、吸込圧力、入力電 力、回転数や、ノズル３０の差圧や流体温度、減圧タンク６の圧力、減圧タンク ５，６の水位を各計測機器を用いて測定する。そして、これらの測定データから 流量、ポンプ総圧、ポンプ出力、ポンプ入力、ポンプ効率、ＮＰＳＨ（有効吸込 ヘッド）を計算する。 なお、標準となるポンプ性能実験を行う場合には真空ポンプ１６を運転しない で行い、真空ポンプ１６を運転中の場合やキャビテーションが発生している場合 のポンプ性能を標準状態のポンプ性能と比較して実験を行ってもよい。

【００２３】 実験が終了したらキャビテーションポンプ７を始動位置に戻してポンプ７を停 止し、さらに必要に応じて配管系およびポンプ７，１６の水抜きを行う。

【００２４】 このような本実施例によれば、１つのキャビテーション実験装置１によってキ ャビテーション観察実験とポンプ性能実験とを行うことができる。このため、各 実験を別々の装置で行う場合に比べて効率良く実験することができるとともに、 キャビテーション状態でのポンプ性能等の実プラントと同等の状態でポンプ性能 実験を行うこともでき、実プラントで経験するポンプのキャビテーション状態や ポンプ性能を容易にかつ短時間で習得することができる

【００２５】 また、キャビテーション実験装置１は、実験に必要な機器が架台２にまとめら れており省スペースが図れるとともに、実験にあたって各機器を接続するなどの 組立作業も不要なため、実験を簡単に行うこともできる。さらに、実験装置１に はキャスタ３、レベル調整ボルトが設けられているので実験装置１を移動して使 用することができ、また床等が傾いていても実験装置１を水平にして実験するこ ともできる。このため、実験室をさらに有効に利用できるとともに、正確な実験 結果を得ることができる。

【００２６】 さらに、ポンプ７を架台２の上面に固定してアクリル板７Ｂからなる観察窓が 視認しやすいように設けたので、実験者が多数いても各実験者はキャビテーショ ン状態を容易に観察することができる。また、ポンプ７の回転数等に対応して光 を間欠的にあてるストロボスコープ４３を設けたので、ポンプ７が高速回転して いてもキャビテーション状態を明瞭に観察することができる。

【００２７】 また、減圧タンク５，６にフィルター１２を設け、キャビテーションポンプ７ で発生した泡を消すように構成したので、ポンプ７によって水を循環させる場合 でも泡の無い水をポンプ７に吸入させることができる。このため、キャビテーシ ョンはポンプ７の回転のみで発生するので、キャビテーション観察実験を正確に 行うことができる。

【００２８】 また、配管１０内の流量は、ノズル３０の差圧をマノメータ３２で測定するこ とで簡単に検出することができるとともに、ノズル３０を重量法によって検定で きるように吸入弁４１、吐出弁４２を設けたので常に正確な流量を測定すること ができ、この点からも実験を高精度に行うことができる。

【００２９】 なお、本考案は前述の実施例に限定されるものではなく、本考案の目的を達成 できる範囲での変形、改良等は本考案に含まれるものである。 例えば、前記実施例では２つの減圧タンク５，６を設けていたが、減圧タンク を１つだけ設けてもよい。但し、２つの減圧タンク５，６を設ければ、２つめの タンク６でも消泡することができ、従って各タンク５，６間に翼等のキャビテー ションを発生させる物を設けてポンプ７以外のものでのキャビテーション発生状 態を観察することもできるという利点がある。 また、ポンプ７を取替え可能とし、様々な形式のポンプを用意して順次取り替 えることで、各ポンプにおけるキャビテーション発生状態の相違等を観察できる ようにしてもよい。

【００３０】 さらに、流量測定は、前記実施例のようにノズル３０およびマノメータ３２を 用いたものに限らず、適宜な流量検出手段を用いればよい。また、ポンプ７や減 圧タンク５，６の圧力を検出する圧力検出手段としては適宜な圧力検出手段を用 いればよい。 また、減圧手段としては前記実施例の水封式の真空ポンプ１５に限らず、適宜 な減圧手段を用いればよい。 さらに、流量検出手段や圧力検出手段としてコンピュータを備えて計測データ を処理できるものを用いてもよい。また、このコンピュータ等でキャビテーショ ン実験装置の各機器を制御させて自動計測できるようにしてもよい。

【００３１】

【考案の効果】

このような本考案のキャビテーション実験装置によれば、実プラントと同等の 挙動等を再現できてポンプのキャビテーションおよびポンプの性能を容易にかつ 短時間に習得できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例のキャビテーション実験装置
を示す正面図である。

【図２】本実施例のキャビテーション実験装置を示す側
面図である。

【図３】本実施例のキャビテーション実験装置を示す平
面図である。

【図４】本実施例のキャビテーション実験装置の配管系
統図である。

【符号の説明】

１ キャビテーション実験装置 ２ 架台 ４ 計測操作パネル ５，６ 減圧タンク ７ キャビテーションポンプ ７Ｂ アクリル板 ８ 吐出側配管 ９ 吸入側配管 １０ 減圧タンク間配管 １２ フィルター １６ 真空ポンプ ３０ ノズル ３２ マノメータ ３４，３５，３７，３８，３９，４０ 連成計 ３６ 真空計 ４３ ストロボスコープ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 新林 栄一 千葉県市原市姉崎海岸26番地 出光興産株 式会社内 (72)考案者 泉 儀澄 東京都大田区久が原二丁目11番５号 東京 メータ株式会社内 (72)考案者 梶田 悦司 東京都大田区久が原二丁目11番５号 東京 メータ株式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧タンクと、この減圧タンク内を減圧
   する減圧手段と、前記減圧タンクに接続された配管と、
   この配管および前記減圧タンクを通して流体を循環させ
   るポンプとを備え、 前記ポンプには内部のキャビテーション状態を観察でき
   る観察手段と、ポンプの吸入圧力および吐出圧力を測定
   する圧力測定手段とが設けられ、 前記配管には配管の流量を測定する流量測定手段が設け
   られていることを特徴とするキャビテーション実験装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のキャビテーション実験装
   置において、前記減圧タンク内には泡を消すためのフィ
   ルターが設けられ、前記ポンプは前面に計測操作パネル
   を備える架台の上面に固定され、前記観察手段はポンプ
   の一部に設けられた観察窓とこの観察窓からポンプ内部
   を観察するストロボスコープとを備え、前記減圧手段は
   架台下部に固定された真空ポンプを備え、前記流量測定
   手段は配管に配置されたノズルとこのノズルの差圧を測
   定するマノメータとを備えていることを特徴とするキャ
   ビテーション実験装置。