配管で水頭圧とポンプ選定について

質問

循環ループでのラインポンプの選定を行っています。

3Ｆ（ＧＬ+10ｍ）に受け（開放）タンクがあり、その脇のポンプでこのタンク内の水を、1Ｆにある別タンクの冷却用ジャケットに送り、また3Ｆタンクの受けタンクに戻すループとなっています。
下記の通り仮選定しましたが、ポンプが3Ｆについているため水頭圧がさらに加わると考えられますが、ジャケットの耐圧が0.20ＭＰaでしてジャケット流入時点での圧力を確認するにはどういった計算を行えばよいでしょうか？
特に水頭圧がどのくらいかかるかの計算方法を教えていただきたいです。
また、ポンプで直下降で送っても、損失楊程として考慮しなければならないでしょうか？
すみませんが、よろしくお願いします。

＜仮選定＞ラインポンプ循環水量100ℓ/min×楊程24ｍＡｑ×出力1.5ｋｗ
（上記で説明してない範囲で別途タンク２台経由してるため能力余裕見てます）
※ポンプは都合上3Ｆにしか付けられません。

回答No.3

noname#230359

厳しい条件ですね。
現実的な計画を考えると
実際のラインは３Ｆポンプから６５Ａ配管で降ろし、５０Ａ×３本に分岐し
各タンクを経由して、８０Ａ１本にまとめて３Ｆ冷水タンクに戻す。

１Ｆタンクのジャケットにかかる圧力は水頭圧０．１Ｍｐａ＋１Ｆタンク
を出てから、冷水タンクに戻るまでの背圧の配管抵抗となります。
これを常時２Ｍｐａ以下とし、異常時にも２Ｍｐａ以下を維持できる
安全策を設ける必要があります。

設置条件は
?循環ポンプ出口に１Ｍｐａのリリーフバルブを設ける。
?ポンプ起動の衝撃で圧力が上がるので、最初はポンプから
　冷水タンクに直近で戻す水路で起動し、ゆっくり循環ラインに切り替わる
　制御とする。（エアシリンダーボールバルブをスピコン利用で）
?循環ポンプを１５ｍａｑ×１００Ｌ／ｍｉｎとする。
　以上を提案します。

循環ポンプ出口１Ｍｐａリリーフ弁→０．１Ｍｐａでした。失礼しました。

?流体では通常減圧弁は使用しません。
　抵抗になりますので、絶対避けられない場合を除き使用しません。
　ポンプ出口がわにリリーフバルブを取り付ける事を推奨します。
　また、閉回路になった場合の信頼性がありません。
　別に安全弁を取り付ける必要があります。

?通常のジャケット付タンクでは３０～５０Ｌ／ｍｉｎで圧損は０．０２
　Ｍｐａ以下、また帰路の圧力損失は１００Ｌ／ｍｉｎで０．０６Ｍｐａ
　程度（水平距離は無視して）と推測しますので、システムとしては
　なんとか成立すると思います。

　また、タンクの設計耐圧０．２Ｍｐａですと瞬時値０．４Ｍｐａ、
　常時０．２５程度で稼動できる安全率をもっていますので、衝撃圧の
　防止と帰路圧損を低くすることを配慮すれば設計可能と判断します。

お礼

ありがとうございます。参考になりました。
ジャケット手前で0.2ＭＰaまで落とすのは減圧弁ではだめでしょうか？
ジャケットでの圧損は余裕をみて、ジャケット出口からの圧力でまた3Ｆまで戻るか確認してみます。

回答No.2

noname#230359

要は、ジャケット前で耐圧0.2MPa以下になるように逃がせば良いのではと思う
逃がした分は元に戻すか、別途タンク２台の方に回すとか。。。
勿論、圧力計は付けるが振動などを考慮してグリセリン入り圧力計が必要かも

参考URLのような「ポンプ専用のレリーフ弁」は、高圧ポンプの専用逃がし弁
を使ったことはある。それと同じような感じに見えるが、メーカーに相談して
下さい。取付場所や、その他、技術的なことを色々聞ける良い機会と思います

参考URL：

http://www.venn.co.jp/products/safety_valve.html#relief

お礼

参考になりました。ありがとうございました。
ちなみにレリーフ弁ではなく減圧弁ではいけないのでしょうか？

回答No.1

noname#230359

この森に、同様の内容を何回も記述していますが、
海や水中を10m潜る毎に約0.1MPa（1kgf/cm^2）の圧力が増す事はご存知でしょうか？
また、ホースをＵの字にし、片方から水を入れるともう片方の水位と同じ処で安定します。
さて、今回の仕様は略水平面にパイプを設置する内容と同じ事になります。
（パイプ径ポンプ吐出とリターン部で略同じで、且つＵ字の配管長さが左右略同じであれば
、結局水量がＵ字の左右で略同じであればですが）
すると計算は、ラインポンプ循環水量100ℓ/minでなので、配管の内径から毎分当たり水が
動く量がでます。
100ℓの水の重さは約100kgで、毎分**動かすで動力が計算できます。
そして、配管圧力損失を計算して、モーターの出力計算をします。
が、今回の仮仕様は、ラインポンプ循環水量100ℓ/min×楊程24mAq×出力1.5kWなので、
1kW≒102kg･m/secから、1.5kWは102kg･m/sec×1.5＝153kg･m/secとなり、水100kgを1.53m/sec
運搬できる能力がある事になります。（今回の内容には、あまり関係ありませんが）
そして、ジャケットの耐圧が0.20ＭＰaでしてジャケット流入時点での圧力を確認するには
どういった計算を行えばよいでしょうか？は、
楊程24mAqとは0.24MPaの圧力が吐出部に最悪加わるので、その10m下のジャケット部には、
0.24MPa＋0.1MPa＝0.34MPa加わります。
正確には、0.24MPa－（吐出部からジャケット部までの配管圧力損失）＋0.1MPaです。

他の回答者さんの記述にありますが、
ポンプにリリーフ弁を付けたら良いと思います。
ある圧以上に圧力が上昇したら、タンクに戻る減圧弁です。
正確は、0.24MPa－（吐出部からジャケット部までの配管圧力損失）＋0.1MPaですが、
（吐出部からジャケット部までの配管圧力損失）は無視して、0.24MPaを抑制すれば良い
と思います。安全をみて0.1MPaでなく、0.05～0.08MPa位で。

お礼

ありがとうございました。参考になりました。