ハンフリーポンプ

ハンフリーポンプ
ロンドンのキング・ジョージ5世ポンプ場のハンフリーポンプの上部
分類ガス燃料液体ピストンポンプ
応用下水、公共施設、灌漑、ドック用水ポンプ
燃料源石炭ガス、産出ガス、または天然ガス
発明家HAハンフリー
発明された1909

ハンフリーポンプは、ガス燃料を燃料とする大型の内燃式液体ピストンポンプです。このポンプはH・A・ハンフリーによって発明され、 1909年11月19日に機械技術者協会で初めて論文発表されました。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 1時間あたり25万ガロンの液体を35フィートの揚程に圧送できるポンプは、1910年のブリュッセル万博に出展され、エンジンとポンプの両方でグランプリを受賞しました。[ 4 ]

1906年から1925年の間に、大規模な給水プロジェクトで使用するために少数のポンプが製造されました。[ 1 ] [ 2 ]製造されたポンプは少数でしたが、いくつかは1960年代まで使用され続けました。[ 5 ]

手術

ハンフリー・ポンプ（ウィンペリス、1915年）

ハンフリーポンプは、水で満たされた大きなU字型の管で構成されています。一方の端は、重い鋳鉄製または鋼製の「燃焼ヘッド」で密閉されています。燃焼ヘッドには、吸気バルブと排気バルブ、点火源が収容されており、燃焼室の圧力に耐えます。水は、燃焼室の下にあるバネ付きの吸気バルブからポンプに入ります。ハンフリーポンプの他のポンプとの違いは、水がこの1組のバルブを通過するだけで済むことです。逆止弁はなく、吐出管内の吐出水の慣性のみを利用して流量を制御します。急激に開閉する吐出バルブがないため、水の流れはスムーズに変化し、ウォーターハンマーやこのタイプのポンプによくある問題を回避できます。[ 1 ]

可燃性ガスは空気と混合され、燃焼室に供給され、電気火花によって点火されます。膨張するガスの力によって燃焼室から水が下方に押し出され、送出管に沿って加速されます。燃焼室の圧力が流入水と同じ圧力まで低下すると、送出水はもはや加速されなくなりますが、長い管内の大量の水は自身の慣性によって流れ続けます。これにより燃焼室内の圧力が大気圧より低くなり、吸気バルブとガスバルブが開き、掃気効果として新鮮な空気が吸い込まれます。水がU字型に逆流し始めると、燃焼室の圧力が上昇し、排気バルブが開きます。[ 1 ]

4ストロークと2ストロークサイクル

HAハンフリーは、彼のエンジンの4ストロークと2ストロークの両方のバージョンの特許を取得しました。 [ 5 ] 4ストロークの設計では、吸気バルブへの機械的なインターロックが必要であり、排気バルブと掃気バルブはサイクル中に1回開いて排気ガスの掃気を可能にしますが、その後の圧縮サイクルでは開きません。適切な掃気を実現できれば、2ストロークサイクルも可能でした。ハンフリーポンプの燃焼室内に閉じ込められた空気には2つの役割があります。燃焼と、振動する水柱を維持するための空気ばねとしての役割です。このばねの動作には、燃焼に必要な最小限の空気に比べて大量の空気が関与するため、空気は簡単に発火温度以下に冷やされ、次の充填物を予期着火させます。ただし、掃気が以前の排気ガスを一掃するのに十分効果的でない限り、非効率的な4ストロークになるリスクは依然としてあります。これは、高くて薄い燃焼室を用いることで実現された。燃焼空気は燃焼室内の空気の大部分からほぼ隔離され、まず排気バルブを通して掃気される。独立した掃気バルブは設けられていなかった。[ 2 ]

ハンフリーエンジンの2ストローク版については、効率と出力密度の向上を目指して、複数の企業によって大規模な実験作業が行われた。しかし、実際には、吸入ガスが前回の燃焼サイクルの生成物と混ざり合うのを防ぐことは不可能であり、その結果、排気バルブからガスが失われることになった。[ 2 ]

実際に使用された唯一の2ストロークハンフリーポンプは、APステッケルが設計し、1925年にペンシルバニア州のサン造船所に設置された1台のみであった。その他の商用設備はすべて4ストロークタイプであった。[ 5 ]

限界と利点

ハンフリーポンプの主な制約は、吸引能力がないことであり、実際には供給水位より数メートル下のドライサンプに設置する必要がある。ポンプの物理的な大きさと洪水から機器を保護する必要性を考えると、これは決して小さな工学的作業ではなく、（コブドグラの例では）数千トンのコンクリートが必要となる。[ 6 ]

しかし、その利点は、数十個のバネ式入口バルブ以外に可動部品がないため、メンテナンスが容易で信頼性が高いことです。[ 6 ]ハンフリーポンプの効率も当時の基準では良好でした。ブリュッセル博覧会に展示されたデモポンプは、1909年にWCアンウィン教授によってテストされ[ 5 ]、当時のガス燃焼エンジンで同じ量の水を同じ高さまでポンプで駆動した場合と比較して、約33%の燃料ガス消費量削減が可能であることが分かりました。[ 2 ]

設置されたポンプ

キングジョージ5世貯水池のポンプ室、1985年
1924年、コブドグラにハンフリーポンプを設置

1912年から1925年の間に、商業用に10台のハンフリーポンプが製造されたことが知られている。[ 5 ]

イースト・ロンドンのチングフォード近郊にあるキング・ジョージ5世貯水池には、1912年にポンプ場が初めて建設された際に、4台のハンフリーポンプが設置されました。 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]各ポンプは1日あたり40,000,000ガロンの水を汲み上げることができました。後に5台目の小型ポンプが追加されました。[ 2 ]これらのポンプは、イギリスのスタッフォードにあるシーメンスの工場で製造されました。[ 5 ]

1914年にテキサス州デルリオに直径66インチのポンプが1台設置されました。[ 10 ]これは、ハンフリーの特許をライセンスしていたニューヨーク州シラキュースのハンフリーガスポンプ社によって建設されました。[ 5 ]

1914年、イギリスのサウスエンド・オン・シーにある下水処理場にハンフリーポンプ1台が設置されました。このポンプは揚程65フィート、処理能力は1日あたり198,000ガロンでした。2台目のポンプの建設工事が開始されましたが、1915年に中止されました。[ 5 ]

1923年からオーストラリアのマレー川沿い​​のコブドグラに、1時間あたり1,500,000英ガロン（6.8 Ml）[ 6 ]（1日あたり36,000,000英ガロン（160 Ml））の定格の2台のポンプが設置されました。これらはグラスゴーのウィリアム・ビアードモア・アンド・カンパニーによって製造され、組み立てのためにオーストラリアに出荷されました。[ 11 ] [ 12 ]

1927年、ペンシルベニア州チェスターにサン造船・乾ドック社により、シリンダー径36インチのハンフリーポンプが設置された。このポンプは乾ドックでの作業のほか、実験にも使用された。2ストロークエンジンとして設計され、20～150フィート（6～46メートル）の揚程範囲で作動する。エンジンはデラウェア川の約40フィート下、直径18フィート6インチ（5.6メートル）、深さ50フィート（15.25メートル）の鋼鉄ケーソンに設置された。この深さで、コンプレッサーを通してエンジンに空気が供給された。ポンプは1925年から1927年にかけて1日8時間稼働の耐久テストを受け、その後1928年には数週間にわたり、1日24時間稼働、揚程150フィートの水で稼働させた。[ 5 ]

提案された設備

1914年には、エジプト向けの大規模な排水・灌漑施設の建設も検討されました。[ 13 ]この建設は第一次世界大戦の勃発により中断されました。当初は18台のポンプを使用し、各ポンプは1日あたり1億ガロンの水を20フィートの落差に供給する予定でした。[ 1 ] [ 14 ]各ポンプ室は直径8フィート8インチ、高さ14フィートでした。最終的には10台のポンプが使用され、そのうち5台はビアードモア社製、残りの5台はブラウン・ボベリ社のイタリア支社製でした。[ 13 ]

類似ポンプ

ジョイポンプと呼ばれる類似のポンプもほぼ同時期に発表されました。これは直径が6フィートではなく約6インチとはるかに小さく、水道管の接続もはるかに小さかったです。この水量減少は燃焼室の圧縮比も低下させ、効率の低下につながりました。しかし、ハンフリーポンプのようにポンプを水中に沈める必要がなく、数フィートの吸引揚程で動作できるという利便性はありました。このポンプは、利便性が効率を上回った小規模または可搬型の用途にいくらか応用できると考えられていました。[ 15 ]

生き残った例

チングフォードポンプは1960年代に電動ポンプに置き換えられましたが、3台のポンプは現在もそのまま残っています。[ 16 ]

コブドグラのポンプは1927年から1965年まで稼働していました。1985年に1台が稼働可能な状態に修復され、IMechEエンジニアリング遺産賞を受賞しました。[ 17 ]

ハンフリーポンプの実用モデルの製作は2008年に完了し、英国の様々な博物館の一般公開日に実演されました。[ 16 ]

  • 入口バルブセクション、コブドグラ
    入口バルブセクション、コブドグラ
  • 内側バルブセクション、コブドグラ
    内側バルブセクション、コブドグラ

参照

参考文献

  1. ^ a b c d eウィンペリス、ハリー・エガートン (1915). 「ガスエンジン」.内燃機関（第2版）. ニューヨーク: D. ヴァン・ノストランド社. pp.  113– 117.
  2. ^ a b c d e fマクローラン、ジェームズ・アイビー (1931). 「ハンフリーポンプとコブドグラ川マレー川における66インチユニット2基の設置」(PDF) .オーストラリア技術者協会誌. XII : 413– 426.
  3. ^ Humphrey, Herbert A. (1909年11月19日). 「内燃ポンプと新しい原理のその他の応用」Proc. Inst. Mech. Eng. 77 : 1075–1200 . doi : 10.1243/PIME_PROC_1909_077_019_02 .
  4. ^ 「ブリュッセル博覧会のハンフリー・ポンプ」エンジニアリング誌、 1910年7月22日。 2018年10月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年4月12日閲覧。
  5. ^ a b c d e f g h iスミス、デニス（1971年2月10日）「ハンフリーポンプとその発明者」ニューコメン協会紀要、ロンドン、イギリス：科学博物館。
  6. ^ a b cマック、デイビッド（2003年）『灌漑集落：マレー川沿岸南オーストラリア州の歴史的側面 1838-1978』コブドグラ（南オーストラリア州）5346：コブドグラ灌漑・蒸気博物館、p. 252。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所 (リンク)
  7. ^「チングフォードの新しい貯水池、No. I」。『ザ・エンジニア』、1913年3月14日。
  8. ^「チングフォードの新貯水池、第2号」『ザ・エンジニア』1913年3月21日。
  9. ^「チングフォードの新貯水池、第3号」『ザ・エンジニア』1913年3月28日。
  10. ^ 「テキサス州デルリオの灌漑サービス向けハンフリー直動式爆発ポンプ」エンジニアリングニュース72 (16). 1914年10月15日. 2016年10月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年4月12日閲覧。
  11. ^南オーストラリア水道局（1913年）。コブドグラ・ハンフリー・ポンプ（写真）。Flickr。
  12. ^ 「コブドグラの大規模工事：巨大ハンフリーポンプ設置準備」『マレー・パイオニア・アンド・オーストラリア河川記録』レンマーク（南オーストラリア州）：オーストラリア国立図書館。1923年12月21日、5ページ。 2021年4月12日閲覧。
  13. ^ a b「世界最大の揚水プラント：エジプトの土地排水のためのグレート・ハンフリー・エンジン揚水プラント」。エンジニアリング・ニュース。72 (2). 1914年7月9日。 2016年10月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年4月12日閲覧。
  14. ^「内燃機関ポンププラント」『内燃機関工学』1914年6月24日。
  15. ^ケネディ、ランキン（1912年）『近代エンジンと発電機の書』第5巻、キャクストン、  pp.15-16。
  16. ^ a b Wells, Don (2012年9月). 「A Model Humphrey Pump」 . 2018年3月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年4月12日閲覧。
  17. ^ 「ハンフリー・ポンプ」 Energy 21. 2020年1月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年4月12日閲覧。

さらに読む

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