JPH0463239B2 - - 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と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
か僅かの場合、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と圧力
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、Ｘ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Ｘ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、上部のような速度エ
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
広い範囲に亘つてできるだけ顕著な右下がり勾配
の曲線を呈するような圧力差を有する複数の圧力
検出個所を求め、これら個所から検出した圧力差
から流量を算出するものである。そのために、 本発明は、ポンプ羽根車入口よりも上流側のケ
ーシング又は管路に第１の圧力検出手段を、また
水切り部近傍を除く個所で且つ羽根車の出口径近
傍の圧力を、羽根車の回転軸とほぼ同じ方向にケ
ーシングに設けられた穴を介して検出する第２の
圧力検出手段を、更にポンプ吐出口のケーシング
に第３の立力検出手段をそれぞれ設け、これらの
各圧力検出手段からそれぞれ圧力を検出し、第１
の圧力検出手段から検出した圧力と第２の圧力検
出手段から検出した圧力との圧力差に基づいて流
量を算出する例えば揚程曲線等の（Ａ手段とい
う。）と、第１の圧力検出手段から検出した圧力
と第３の圧力検出手段から検出した圧力との圧力
差に基づいて流量を算出する例えば揚程曲線等の
手段（Ｂの手段という。）とを備え、低流量範囲
では上記Ａの手段によつて流量を算出し、大流量
範囲では上記Ｂの手段によつて流量を算出するよ
うにしたこと（方法）を特徴としている。

（作用） 本発明は、上記のように、ポンプの吸込口の圧
力を検出する第１の圧力検出手段と、水切り部近
傍を除く個所で且つ羽根車の出口径近傍の圧力を
羽根車の回転軸とほぼ同じ方向に設けられた穴を
介して検出する第２の圧力検出手段と、ポンプの
吐出口の圧力を検出する第３の圧力検出手段とを
設けているので、特に第２の圧力検出手段より検
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
のような少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、理論的にも少流量時に
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
れる現象でたる。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、即ち羽根車出口
近傍で圧力を検出することによつて、特に低流量
範囲でも右下がり勾配を得ることができる。

事実、第１及第２の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亘
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。

一方、第１の圧力検出手段と第３の圧力検出手
段からそれぞれ検出した圧力（静圧）の差と流量
との関係を示す圧力差−流量曲線（揚程曲線）
は、流量時には、前記のように案内羽根やボリユ
ート室頭の流路内での速度エネルギから圧力エネ
ルギか圧力エネルギへの変換に損失が生じるため
余り変化せず、時には右上がり勾配を示すことも
ある。しかし大流量になるにつれ、上記第１と第
２の両圧力検出手段から検出した圧力差による揚
程曲線より更に右下がり勾配を呈するようにな
る。

そして実際のポンプ運転中は、前記各圧力検出
手段から圧力又は圧力差を検出し、これらの圧力
差に基づいて算出した流量が、低流量範囲、例え
ば予め定めた流量よりも少流量側にあるときは、
ポンプ羽根車出口近傍の第２圧力検出手段で検出
された圧力との差圧によつて流量が算出され、大
流量範囲、例えば上記予め定めた流量より大流量
側にあるときは、ポンプ吐出口の第３圧力検出手
段で検出された圧力との差圧によつて流量が算出
される。

（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、ポンプ羽根車入口４ａよ
りも上流側のケーシングの入口２に近い位置に第
１圧力取出し孔１０が、またポンプ羽根車４の出
口４ｂに相当する出口径近傍のケーシング本体１
に第２圧力取出し孔１１が、更にポンプの吐出口
３近傍のケーシング本体１に第３圧力取出し孔１
２が、それぞれ設けられている。

このポンプにおける前記第２圧力取出し孔１１
からの羽根車出口近傍の圧力と第１圧力取出し孔
１０からの吸込口圧力との圧力差と流量の関係
は、次のようにして求められる。即ち、該ポンプ
の流量は、第７図の実験設備に示すように、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吸込側圧力及び羽根車
出口近傍の圧力の圧力差は、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、またはそれを揚程曲線に作図する。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図の圧力差−流量曲線に
よつて表示すると、Ｙ曲線が得られる。この曲線
Ｙからみても分かるように、第１及び第２の圧力
取出し孔１０と１１より検出された吸込圧力と羽
根車出口近傍の圧力と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亘つて右下が
り勾配の曲線となつて表わされる。

同様にして、第３圧力取出し孔１２からのポン
プ吐出口の圧力と第１圧力取出し孔１０からの吸
込口の圧力との圧力差と流量の関係を揚程曲線に
よつて表示すると、Ｘ曲線が得られる。この曲線
Ｘは、前記した従来のポンプの較正試験によつて
得られたものと変りはなく、程域では圧力差が流
量によつて余り変化せず（第２ａ図）、時には右
上がり勾配を示すことがある（第２ｂ図）。しか
し大流量域では、著しく右下がり勾配を呈してい
る。

上記のようにＹ曲線は広い流量範囲に亘つて右
下がり勾配をとつているので、該Ｙ曲線によつ
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が、流量に
よる差圧の変化が大きい側ち曲線の傾きが大きい
方が、差圧から流量を算出する場合にそれだけ誤
差が少なく、算出した流量の精度が良くなる。そ
こで本実施例（本発明）では、流量範囲の全体に
亘つて流量の精度をより良く算出するために、少
流量側では傾きの大きいＹ曲線を使用し、大流量
側では傾きの大きいＸ曲線を使用して、それぞれ
差圧から流量を算出するものである。

第３図は、上記の場合におけるＸ、Ｙ両曲線に
よる流量測定範囲を図示するものであつて、予め
定められた流量x₀（このときの羽根車出口近傍の
圧力と吸込圧力の差はy₀）より左側の低流量域で
はＹ曲線によつて流量を算出し、x₀より右側の大
流域ではＸ曲線によつて流量を算出することを示
している。

なお、圧力差に基づいて流量を算出する手段に
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、前記第
２圧力取出し孔から圧力差に基づいて流量を求め
る場合の実験フローシートの一例を、第７図によ
つて説明すると、渦巻ポンプ２１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、電流を電圧に変
換（Ｉ／Ｖ変換）し、圧力指示針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。

上記のように第１及び第２の両圧力取出し孔か
ら検出された圧力差−流量曲線が広範囲に亘つて
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４図は、上記実験に使用された渦巻ポンプの
縦断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ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４図のＶ−Ｖ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
られた圧力取出孔、または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５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６図は、第４図、第５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があ
るので、この水切り部を避ける。

前記実施例において、各圧力取出し孔より検出
する圧力より圧力差を求め、この圧力差に基づい
て流量を算出する場合について述べたが、差圧
計、例えば可撓性隔壁で仕切られた左右両室にそ
れぞれ立力流体を導入し該隔壁の変位によつて圧
力差を検出する型の差圧計等によつて、両圧力取
出し孔からの圧力差を直接検出し、この圧力差に
基づいて流量を算出することも勿論可能であり、
また、前記Ｘ曲線とＹ曲線との使い分けを、前記
実施例のように流量の大小によつて選択する代り
に、第１と第２の両圧力取出し孔より検出した圧
力より求められた圧力差、或いは差圧計により直
接求められた圧力差が、予め定められた差圧、つ
まり第３図の圧力差y₀の範囲より大きいときはＹ
曲線を使用して流量を算出し、上記差圧の範囲よ
り小さいときはＸ曲線を使用して流量を算出する
ようにすることも可能である。

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送風機にも適用するこ
とも可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、吸込圧
力を検出する第１の圧力検出手段と、水切り部近
傍を除く個所で且つ羽根車の出口径近傍の圧力
を、羽根車の回転軸とほぼ同じ方向に設けられた
穴を介して検出する第２の圧力検出手段と、吐出
圧力を検出する第３の圧力検出手段とを備え、第
１の圧力検出手段と第２の圧力検出手段の圧力差
及び第１の圧力検出手段と第３の圧力検出手段の
圧力差からそれぞれ流量を算出できるようにして
おき、少水量側では第１の圧力検出手段と第２の
圧力検出手段の圧力差より流量を算出し、大水量
側では第１の圧力検出手段と第３の圧力検出手段
の圧力差から流量を算出するようにしているの
で、広い流量範囲に亘つて精度が良く、またポン
プの揚程曲線がどのような場合でも、従来のよう
な流量測定装置を用いずに流量を算出することが
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図は吸込圧力と吐出圧力の差と流量
との関係（Ｘ）及び羽根車出口近傍の圧力と吸込
圧力の差と流量との関係（Ｙ）をそれぞれ示す曲
線図、第３図は第２ａ図の両曲線Ｘ，Ｙによる流
量測定範囲を示す図、第４図は本発明に関する第
１（吸込口部）及び第２（羽根車出口部）の両圧力
取出し孔によ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
５図は第４図のＶ−Ｖ線による断面図、第６図は
その実験結果を示すポンプの揚程曲線図、第７図
及び第８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、１２……第３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
   プの吸込口の圧力を検出する第１の圧力検出手段
   と、水切り部近傍を除く個所で且つ羽根車の出口
   径近傍の圧力を、羽根車の回転軸とほぼ同じ方向
   にケーシングに設けられた穴を介して検出する第
   ２の圧力検出手段と、ポンプの吐出口の圧力を検
   出する第３の圧力検出手段とをそれぞれ設け、第
   １の圧力検出手段により検出した圧力と第２の圧
   力検出手段により検出した圧力との圧力差に基づ
   いて流量を算出する手段（Ａの手段という。）と、
   第１の圧力検出手段により検出した圧力と第３の
   圧力検出手段により検出した圧力との圧力差に基
   づいて流量を算出する手段（Ｂの手段という。）
   とを備え、低流量範囲ではＡの手段によつて流量
   を算出し、大流量範囲ではＢの手段によつて流量
   を算出するようにしたことを特徴とする流量測定
   方法。