ポンプとシステムの合計揚程

Jul 07, 2023

「全揚程」(H) という用語は、ポンプ システムのエネルギーを表すために使用され、メーカーがポンプの性能を流量の関数として表す方法です。 全揚程は一般に全動的揚程 (TDH) とも呼ばれます。 ただし、Hydraulic Institute (HI) では全揚程という用語を使用しており、この記事全体でこの用語を使用します。

ユーザーがポンプ システムを設計または操作する場合に、ポンプを適切に選択して操作できるように、流量およびさまざまなシステム条件の関数としてシステムの全揚程を構成するものの微妙な違いを理解することが重要です。 さらに、設置後のポンプの性能を測定することが目的の場合は、ポンプ メーカーと同じ方法で測定する方法を理解することが重要です。

トータルヘッド (システム) は 3 つのコンポーネントで構成されています。

エレベーションヘッド 、これは液体が移動する高低差です。 たとえば、ユーザーがあるタンクから別のタンクにポンプで移送し、タンク内のレベルが同じである場合、標高ヘッドはゼロになります。 しかし、地上のタンクから高さ 100 フィートの建物の屋上までポンプを送り出す場合、標高は 100 フィートになります。

加圧ヘッド発生源と目的地の圧力の差です。 たとえば、大気圧で湖から液体を取り出し、それを大気圧より 10 ポンド/平方インチ (psi) 上回るタンクに配送する場合、圧力ヘッドは汲み上げられる液体のフィートとして表現されて 10 psi になります。 圧力と揚程の間の変換については、ポンプの全揚程の測定セクションで説明されています。

フリクションヘッドは摩擦によるシステム内の損失水頭であり、液体の速度または流量の二乗の関数です。 前述したように、摩擦損失は流量だけでなく、システム内の配管、継手、バルブ、最終用途機器のサイズにも依存します。 システム内に流量を能動的に調整するために使用される制御バルブがある場合、制御バルブ全体の摩擦損失は制御ヘッドと呼ばれます。 多くの場合、コントロール ヘッドは改善可能なエネルギー消費源であるため、コントロール ヘッドを理解することが重要です。

このトピックに関する追加のチュートリアル情報を提供し、摩擦損失の計算ツールを含む無料のリソースは、Hydraulic Institute の Engineering Data Library であり、edl.pumps.org からアクセスできます。 多くの機器や分岐を含む複雑なシステムの場合、システムの全揚程を手動で計算するのは難しい場合があるため、油圧モデリング ソフトウェアを使用する必要があります。 油圧モデリング ソフトウェアの一部の非商用バージョンは、pumps.org/freetools で無料リソースとして入手できます。 全揚程 (システム) の簡略化された式は、式 1 (100 ページ) で表されます。

画像 1 は、液体が供給タンクから 3 つの密閉された製品タンクに送られるポンプ システムを示しています。 全揚程 (システム) の方程式を考慮すると、供給タンクは点 1、製品タンクは点 2 になります。標高落差は、製品タンクと供給タンクのレベル間の標高差になります。 圧力ヘッドは、ポンプで送られる液体のフィートとして表される、製品タンクと供給タンクの間の圧力差になります。 摩擦水頭には、供給タンク、配管、継手、熱交換器、制御バルブなどからの損失がすべて含まれます。

画像 2 は、方程式変数の関数としてシステム ヘッドがどのように変化するかを示しています。 高さおよび圧力水頭の場合、これらの変数が変化すると、全水頭 (システム) 曲線が垂直に上下に移動します。 フリクションヘッドの場合、流量の二乗関数として変化し、流量調整弁（FCV-271、FCV-272、FCV-273）に応じて全ヘッド式で表される「C」係数が変化します。 ）。 流量制御バルブが開くと、「C」係数が減少し、全揚程が減少します。逆に、流量制御バルブが閉じると、「C」係数が増加し、全揚程が増加します。

全揚程 (ポンプ) は、特定の流量での全揚程 (システム) と一致します。 これは、同じグラフにプロットした場合、ポンプ曲線とシステム曲線が交差する場所がポンプの動作点になることを意味します。 画像 3 は、これらの曲線がどのように結合され、その結果生じる交差が操作点であるかを示しています。

流量の関数としてのポンプ曲線またはポンプの全揚程は、システムの全揚程とほぼ同様に測定されますが、点 1 と 2 はそれぞれポンプの入口と出口にあります。 画像 4 は、共通の基準を基準としたポンプ圧力計器を示しており、流れの方向は矢印で示されています。 ポンプの全揚程は、全吐出揚程 (ポイント 2) と全吸込揚程 (ポイント 1) の差です。 「合計」という用語は、静圧水頭 (h)、速度水頭 (hv)、および昇降水頭 (Z) を含むことを示します。

全揚程（ポンプ）の式は式 2 で表すことができます。

ポンプの全揚程を測定するには、ポイント 1 とポイント 2 で圧力を測定し、圧力計から基準点までの高さを測定し、体積流量と圧力測定位置の速度を計算します。パイプ内径。 測定された圧力は、式 3 に基づいて液体のフィートに変換する必要があります。

計算を行う際は、正しく計算するために単位に注意を払う必要があります。 米国の慣用単位では、比重と呼ばれる相対密度と、圧力をフィートに変換するための変換定数を使用するのが一般的です。 これは式 4 を使用して実行できます。

全揚程は、ポンプ システムを使用する際に理解しておくと有益な基本です。 これにより、システム要件の理解、ポンプ選択のための貴重な情報、エネルギー消費に関する重要な考慮事項が得られます。 この記事では基本について説明しますが、ポンプの専門家が遭遇する詳細なレビュー、計算例、シナリオについては説明しません。 標準やトレーニングなど、このトピックの詳細については、www.pumps.org をご覧ください。

Pete Gaydon は、Hydraulic Institute の技術ディレクターです。 [email protected] までご連絡ください。 詳細については、www.pumps.org をご覧ください。