JPH11326150A - 反力負荷試験方法 - Google Patents

反力負荷試験方法

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JPH11326150A
JPH11326150A JP10170459A JP17045998A JPH11326150A JP H11326150 A JPH11326150 A JP H11326150A JP 10170459 A JP10170459 A JP 10170459A JP 17045998 A JP17045998 A JP 17045998A JP H11326150 A JPH11326150 A JP H11326150A
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JP
Japan
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pump
valve
discharge
head
water
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JP10170459A
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Kichinosuke Yamamoto
吉之助 山本
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】ポンプの揚程を合理的に決定する方法を提供す
る。 【解決手段】反力負荷試験装置は、試供ポンプ1、逆止
め弁2、吐出管3、反力負荷平衡弁4、給水弁5、排気
弁6、排水弁7、圧力計8、圧力発信器9、吸水管、連
成計、せき12で構成する。圧力負荷平衡弁4と排水弁
7を閉じ、給水弁5と排気弁6を開き吐出管内を充水
し、給水弁5と排気弁6を閉じる。給水弁5に水圧試験
機14を装着し、給水弁5を開き加圧する。圧力負荷平
衡弁4から漏水する場合、揚程相当圧力までバネにて調
節し、圧力計8の指示を読み反力負荷に平衡させた後に
試供ポンプ1を起動する。ポンプの吐出力により圧力平
衡弁を押し上げ、導入管13に流入した吐出し量Qをせ
き12で計量し、出力を読み、性能を確認する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ポンプ揚程決定
に関する設計原理を水力学的にベクトルを図示し、揚水
した後にもつ水の位置のエネルギーと同等の理論動力と
設定することに重大な錯誤があることを証明し、吸水面
と最高吐水面間の鉛直距離を揚程とする。ポンプの吐出
力は上昇流で反重力で減衰・減速する。最高吐水面に吐
出し量をえるための、吐出流速および実際動力の設計原
理を示すとともに、現行のポンプ性能試験方法では反力
がなく、理論動力と実際動力との差異があるために、吐
出し圧力の変化を摩擦損失や抵抗と錯誤している。吐出
管に揚程相当の反力負荷を加え性能試験を行う装置。
【0002】
【従来の技術】(イ) ポンプ揚程決定には、配管内壁
面と流体が接触する界面において生じる渦流の発生か
ら、多量の水が流れる時の圧力計の読みが低圧を指示す
るのは摩擦損失であると考え、流量の減少も抵抗が増す
と考え圧力損失により減速・減衰すると考え、加速によ
って強行突破することを考え、摩擦損失水頭を実高に加
算して揚程を決めてきた。 (ロ) ポンプ実際動力計算に関しては、ポンプの吐出
し量Qを全揚程Hだけ揚水するに必要な軸動力Sは、揚
水に有効に利用される水動力Wとポンプ効率ηによって
求める。ポンプを駆動するモータの容量Mはその軸動力
にある程度の余裕率を付して決定する。その関係をまと
めるとつぎのようになる。 ここに、γ=揚液の単位体積重量kg/l(常温清水の
ときγ=1)、Q=吐出量〔m/min〕、H=全揚
程m、η=ポンプ効率、e=余裕率 (ハ) ポンプ実際動力試験装置は、ポンプの性能を試
験するのに十分なものとする。この場合、吐出し量測定
装置はJIS B8302(ポンプ吐出し量想定方法)
の規定による。ポンプを試験回転数で運転し、ポンプの
吐出し量のバルブを調整することによって揚程と吐出し
量を変化させて試験する。圧力計の読みは揚程ではなく
放出水頭であり放水速度を示し、吐出し量を放出速度で
除した商は流量調整断面積に相当する。したがって、全
揚程の反力がないために出力も小さく、実際動力と差異
があり、係数や効率によって差異を調整するのである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】(イ) 水は配管の凹
凸面を濡らし水膜を形成する。流体の水が管内壁と接触
する前に水膜と接触するが、水分子は超微粒子であり、
分子間に作用する水素結合により、結合したり離れたり
しながら超高速回転や振動する永久運動を続けている。
その現象が解明されるに伴って、流体の水が管内壁面と
接触すると摩擦抵抗を受け、渦流を生じ減速するとする
設計原論は成立しなくなる。接触する固体の界面に注水
すれば減磨効果や冷却効果を発揮することは周知のこと
である。流体が減速減衰するのは、配管の鉛直距離に充
満した水自体に重力が作用し下向き慣性を有し静止して
おり、ポンプによって動かし加速する運動は反重力であ
り、上昇に伴って減速し減衰するのであり、摩擦損失な
どではない。現行の設計原論は重大な錯誤理論であり、
力学的解明必要。 (ロ) 鉛直管内の水柱に重力が作用するため、静止水
面には下向き慣性が潜在する。ポンプは最低吸水面から
徐々に水位を増すに伴い重力の抵抗を受け続け最高到達
面から吐水する。「作用あれば反作用あり」の物理原則
から、揚水に要する理論動力Wを揚水した後に水が持つ
位置のエネルギーに等しいと設定したことが配管設計原
論には重大な事実誤認があり、力学的に解明する。 (ハ) 鉛直管内の水が反力となってポンプの吐出力に
抵抗する。ポンプの性能試験装置には鉛直配管を実現で
きないため、流量調節装置によって配管断面を縮小して
抵抗を加え、反力を発生した現象を全揚程と錯誤し、圧
力計の指示を読み取ってきた。同時に吐出し量を計量
し、モーターの出力を読み取り、揚程h〔m〕と吐出し
量Q〔m/min〕に重力加速度9.8〔m/s〕を
加算して一秒間の理論動力〔kw〕を計算し、実際動力
と比較して効率ηを計算してきた。重力の反力は鉛直距
離がないと現出できないため、仮想理論で性能評価を行
ってきたのであり、水力学的に解説し、実際動力=真の
理論動力とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】(イ) 揚水ポンプの揚
程は揚水管の先端を全面開口するため、最低吸水面と最
高吐水面までの鉛直距離h〔m〕を全揚程とする。最高
位放水口の断面積を縮小し、高速流を噴射する送水ポン
プにあっては、吸水面から最高位の放水口までの鉛直距
離に放水口の放水速度をえるために必要な放出水頭を加
算して全揚程h〔m〕とする。 (ロ) ポンプの実際動力は、吐出し量Q〔m/mi
n〕を(イ)の全揚程まで反重力で押し上げるために、
次の式で計算する。(理論動力×2) W=0.163γQh×2〔kw〕 …実際動力計算式 (ハ) ポンプ実際動力試験装置は、供試ポンプの吐出
側に逆止め弁、圧力計、給水弁、排気弁、排水弁、圧力
発振器を設け、吐出管の先端に揚程設定用の圧力平衡弁
を設ける。吐出管内に充水し、所定揚程まで水圧試験機
にて加圧し、圧力平衡弁で揚程相当を反力負荷を調節
後、ポンプを起動し、吐出し量の計量と出力および放出
水頭を計測する。
【0005】 〔発明の詳細な説明〕(イ) 揚水した後に持つ水の位
置のエネルギーのベクトルを
【図1】に示す。最高吐水面(1)、最低吸水面
(2)、最高吐水面から最低吸水面間の鉛直距離を落差
h(3)、最低吸水面の吐出し量Q(4)、重力加速度
による下降流速υ(5)を、それぞれの作用方向を矢印
で示す。下降流速υは、 で計算する。落差は放出水頭であり、任意点の潜在放水
速度である。 ポンプの理論動力のベクトルを
【図2】に示すと、
【図1】の相似形になるが、それぞれの作用方向は全て
逆向きである。ポンプの吐出流速は斜め上向き、最高吐
水面に達すると流速0、吐出し量も0で揚水しない。最
高吐水面に吐出し量Qの位置を指示するには、最高吐水
面に
【図2】を重ねた
【図3】になる。ポンプの吐出流速が全揚程hの位置で
重力の下向き慣性と平衡するためには、全揚程h×2に
加速すればよい。摩擦損失水頭(6)まで加速しても不
足することが分かる。 (ロ) ポンプの理論動力と揚水した後に水がもつ位置
のエネルギーの差異は
【図3】で明白である。理論動力W(7)では揚水不能
なのである。 W=0.163γQh〔kw〕…………理論動力計算式 ポンプの実際動力は揚水した後に持つ水の位置のエネル
ギーであり、理論動力の2倍力であれば揚水可能であ
る。ポンプの実際動力W(8) W=0.163γQh×2〔kw〕 …実際動力計算式 である。損失水頭や効率を加算するのは原理を錯誤した
結果である。 (ハ) ポンプの吐出し量測定装置
【図4】はJIS B8302の規定では反力負荷がな
く、理論動力と実際出力との差異を効率により調整を行
う。ポンプの圧力計の指示は圧力水頭ではなく、吐出速
度を示すために速度水頭計であり、揚程ではなく速度水
頭であり放出速度を表す。
【図5】に反力負荷試験装置を示す。試供ポンプ
(1)、逆止め弁(2)、吐出管(3)、反力負荷平衡
弁(4)、給水弁(5)、排気弁(6)、排水弁
(7)、圧力計(8)、圧力発信器(9)、吸水管(1
0)、連成計(11)、せき(12)で構成する。圧力
負荷平衡弁(4)と排水弁(7)を閉じ、給水弁(5)
と排気弁(6)を開き吐出管内を充水し、給水弁(5)
と排気弁(6)を閉じる。給水弁(5)に水圧試験機
(14)を装着し、給水弁(5)を開き加圧する。圧力
負荷平衡弁(4)から漏水する場合、揚程相当圧力まで
バネにて調節し、圧力計(8)の指示を読み反力負荷に
平衡させた後に試供ポンプ(1)を起動する。ポンプの
吐出力により圧力平衡弁を押し上げ、導入管(13)に
流入した吐出し量Qをせき(12)で計量し、出力を読
み、性能を確認した後、試供ポンプ(1)を停止する。
【0006】
【発明の効果】(イ) この発明は、ポンプの揚程を合
理的に決定する方法である。揚水管が全面開口の場合
は、最低給水面から最高吐水面までの鉛直距離。吐出口
断面を縮小する場合は、位置水頭+放出圧力を揚程とす
る。 計算方法は矛盾があり、否定する根拠を示した合理的な
理論である。 (ロ) この発明は、ポンプの実際動力が現行の理論動
力の2倍値で計算する合理的な設計方法である。ポンプ
羽根車の形式によって比速度が大きくなる排水ポンプの
場合には実際動力を真の理論動力と読み替え出力と真の
理論動力の差異をポンプ効率とする。計算の簡略化可
能。 (ハ) この発明は、ポンプ揚程に相当する反力を加え
て性能を計測する合理的な試験方法である。
【手続補正書】
【提出日】平成10年11月26日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】揚水した後の水がもつ位置のエネルギーのベク
トル図である。静止流体力学では 落差に比例する圧力
水頭h〔m〕による圧縮応力すなわち圧力のみが存在す
ると定義してきたが、水の駆動力として速度水頭h=υ
/2gが潜在し、重力加速度(g=9.8m/s
によっ を乗じた積が吐出し量Q〔m/min〕になる。ベク
トルは矢印で囲まれた△3,4,5で下向き慣性を示
す。水力学の既成概念の欠落を補完する重要な図であ
る。
【図2】ポンプの理論動力による吐出力のベクトル図で
ある。揚水した後の水がもつ位置のエネルギーと等しい
仕事量を揚水ポンプの理論動力とするが、両者のベクト
ルは矢印で囲まれた△3,4,5で相似形であるが、位
置のエネルギーは下向き慣性を示し、ポンプの理論動力
は上向き慣性を示し、上昇に伴って重力加速度の反力に
よって減衰し、最高吐水面では流速υ=0,吐出し量Q
=0で静止状態になる。すなわち、理論動力の基本原理
には重大な錯誤があることを示す。
【図3】揚水に要するポンプの真の理論動力のベクトル
図である。揚水ポンプの理論動力計算の全揚程は実高に
摩擦損失水頭を加算して計算するが、ベクトルで図示す
ると最高吐水面には吐出し量Qをえられないことが分か
る。すなわち、摩擦抵抗などではなく、位置のエネルギ
ーの下向き慣性仕事量:ポンプの仕事量は相対運動であ
り、相対速度で 同時に、下向き慣性の仕事量W=0.163Qh〔k
w〕=理論動力Wではなく、その2倍値が真の理論動力
=0.163Qh×2〔kw〕になる原理を示す図
である。この原理によって揚水した後の水がもつ位置の
エネルギーには静荷重である圧力水頭と動荷重である速
度水頭が潜在することを証明する図であることが分か
る。
【図4】ポンプの吐出し量測定装置例 JISB830
2 の立面図である。揚水した後の水がもつ位置のエネ
ルギーは、揚水管内の水柱の下向き慣性であり、下降流
速が最大の反力であるが試験装置の吐出立て管が低く、
反力が加えられない。そのために、出口弁または流量調
整装置によって断面を制御し、狭い隙間から噴出する流
速υの駆動力の速度水頭h=υ/2gを吐出し圧力と
読み、噴流の吐出し量Q〔m/min〕を計量し、そ
の時の動力を実際出力と読み、理論動力との差異を効率
と考えて計算している。管内最大流速は断面制御部の通
過速度ではなく、配管断面から逆算した値であり、管内
最大流速を3.5〔m/s〕と錯誤する原因になってい
る。現行の試験方法は不適当である。
【図5】ポンプの吐出反力負荷試験装置の立体図であ
る。揚水した後の水がもつ位置のエネルギーは、静荷重
の圧力水頭h〔m〕の他に、流れの駆動力である速度水
頭h〔m〕が潜在する。圧力水頭を反力として負荷する
ために、揚程を設定する反力負荷平衡弁を吐出立て管に
取り付け、試供ポンプの吐出側逆止め弁と吐出立て管内
を設定揚程まで予圧した後に試供ポンプを起動し、吐出
し量と実際動力を計測する試験装置である。
【符号の説明】 1, 最高吐水面 配管装置内の最高水位 2, 最低吸水面 配管装置内の最低水位 3, 落差h、揚程h 配管装置の最低水位と最高水
位間の鉛直距離 4, 吐出し量Q〔m/min〕 g, 重力加速度=9.8〔m/s〕 W, ポンプの理論動力 0.163Qh〔kw〕 揚水した後に水がもつ位置のエネルギー Wp.ポンプの実際動力 0.163Qh×2〔kw〕
【図4】
【図5】 1, 試供ポンプ 2, 逆止め弁 吐出立て管内の予圧時に逆流
を止める弁 3, 吐出立て管 満水後、予圧する立て管部分 4, 反力負荷平衡弁 設定揚程の反力で閉口する一
種の逃し弁 5, 試験用給水弁 吐出立て管内を満水時に用い
る弁 6, 空気抜き弁 吐出立て管内の空気を排除時
に用いる弁 7, 排水弁 吐出立て管内の排泥用排水弁 8, 吐出側圧力計 揚程相当の速度水頭を計測す
る計器 9, 圧力発信器 揚程相当の圧力を発信する計
器 10,・出口弁 断面制御し吐出し時に噴流
が通過する弁 11,・流量調節装置 断面制御し吐出し時に噴流
の通過流量調整弁 12, 計量せき 整流板をもつ水槽の水位か
ら計量する装置 13, 導入管 計量積に吐出し流を導入す
る配管 14, 水圧試験機 揚程相当に予圧する高圧水
注入ポンプ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポンプ揚程決定に関する設計原理
  2. 【請求項2】 ポンプ実際動力計算に関する設計原理
  3. 【請求項3】 ポンプ実際動力試験装置
JP10170459A 1998-05-14 1998-05-14 反力負荷試験方法 Pending JPH11326150A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112555167A (zh) * 2020-12-08 2021-03-26 浙江省机电设计研究院有限公司 常规立式泵用自动化测试台及其测试方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112555167A (zh) * 2020-12-08 2021-03-26 浙江省机电设计研究院有限公司 常规立式泵用自动化测试台及其测试方法

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