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| 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、生産ガス、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、ガス燃料の大型内燃液体ピストンポンプです。このポンプは、 HA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25万ガロンを35フィートの揚程に汲み上げることができるポンプは、1910年のブリュッセル博覧会で展示され、エンジンとポンプの両方で2つの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わずかでしたが、そのうちのいくつかは1960年代まで使用され続けました。[5]
手術
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ハンフリーのポンプは、水が満たされた大きな U 字型のチューブで構成されています。一方の端は、重い鋳鉄または鋼鉄の「燃焼ヘッド」で密閉されています。燃焼ヘッドには、点火源である入口バルブと排気バルブが含まれており、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入口バルブからポンプに入ります。他のポンプと比較したハンフリー ポンプの際立った特徴は、水がこの 1 セットのバルブだけを通過すればよいことです。逆止弁はなく、出口パイプ内の送水された水の慣性のみを使用して流量を制御します。突然開閉する送水バルブがないため、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り、燃焼室から水が下方に押し出され、送出パイプ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下がると、送出された水は加速されなくなりますが、長いパイプ内の大量の水は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引き込まれます。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一度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中は開きません。適切な掃気を達成できれば、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、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2つの役割があります。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、空気は簡単に点火温度以下に冷却され、次の充填物を事前に点火します。ただし、掃気が以前の排気ガスを一掃するほど効果的でない限り、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、背が高くて薄い燃焼室を使用することで実現され、燃焼空気は燃焼室の空気の大部分からほぼ隔離されたままになり、最初に排気バルブから掃気されるようになった。独立した掃気バルブはなかった。[2]
ハンフリーエンジンの2ストロークバージョンについては、効率と出力密度の向上を期待して、複数の企業によって大量の実験作業が行われました。しかし、実際には、流入するガスが前の燃焼サイクルから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ました。[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限は、吸引能力がないことであり、実際には供給レベルより数メートル下のドライサンプに設置する必要があります。ポンプの物理的なサイズと洪水から機器を保護する必要性を考えると、これは小さなエンジニアリング作業ではなく、（コブドグラの例では）数千トンのコンクリートが必要です。[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、メンテナンスが少なく、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で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を使用して同じ量の水を同じ高さに動かすポンプを駆動した場合よりも約33％少ない燃料ガスで済むことがわかりました。[2]
設置されたポンプ
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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]
東ロンドンのチンフォード近くにあるキングジョージ5世貯水池には、1912年にポンプ場が最初に建設されたときに4台のハンフリーポンプが設置されていました。 [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]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・シーの下水処理場にハンフリーポンプ1台が設置された。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ガロンであった。2台目のポンプの建設工事が開始されたが、1915年に中止された。[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150万英ガロン（680万リットル）[6]（1日あたり3600万英ガロン（1600万リットル））の定格のポンプ2台が設置されました。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・乾ドック社によって、36インチシリンダーボア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の作業や実験に使用された。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フィート下の、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、コンプレッサーを介してエンジンに空気が供給された。ポンプは1925～27年に1日8時間の耐久テストを受け、その後1928年には数週間、1日24時間、揚程150フィートの水で稼働させた。[5]
提案された設置
1914年には、エジプト向けの大規模な排水・灌漑プラントの建設も検討された。[13]このプラントの建設は、第一次世界大戦の勃発により中断された。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だった。[1] [14]各ポンプ室は直径8フィート8インチ、高さ14フィートになる予定だった。最終的な建設では、ベアードモア社製のポンプ5台とブラウン・ボベリ社のイタリア支社製のポンプ5台、合わせて10台のポンプが使用される予定だった。[ 13]
類似ポンプ
同様のポンプであるジョイポンプも、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。水の量が減ったため、燃焼室で利用できる圧縮比も減り、効率も低下しました。しかし、ハンフリーポンプのように水中に沈める必要がなく、数フィートの吸引力で作動するポンプの機能は便利でした。このポンプは、利便性が効率を上回った小規模またはポータブルな作業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、英国のさまざまな博物館の一般公開日に展示されました。[16]
ギャラリー
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入口バルブセクション、
コブドグラ -
内部バルブセクション、
コブドグラ
参照
参考文献
- ^ abcde Wimperis, Harry Egerton (1915)。「ガスエンジン」。内燃機関（第2版）。ニューヨーク：D. Van Nostrand Company。pp. 113–117。
- ^ abcdef McLaughlan, James Ivey (1931). 「ハンフリーポンプとマレー川 コブドグラの66インチユニット2台の設置」(PDF)。オーストラリア技術者協会訳。XII : 413–426。
- ^ Humphrey, Herbert A. (1909 年 11 月 19 日)。「内燃ポンプと新しい原理の他の応用」。Proc . Inst. Mech. Eng. 77 : 1075–1200。doi : 10.1243 /PIME_PROC_1909_077_019_02。
- ^ “The Humphrey Pump at the Brussels Exhibition”. Engineering . 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。
- ^ abcdefghi 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: サイエンス ミュージアム。
- ^ abc Mack, David (2003).灌漑集落：マレー川沿いの南オーストラリア州の歴史的側面 1838-1978南オーストラリア州コブドグラ 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) - ^ 「チンフォードの新しい貯水池、No. I」。エンジニア。1913年3月14日。
- ^ 「チンフォードの新しい貯水池、第2号」。エンジニア誌、1913年3月21日。
- ^ 「チンフォードの新しい貯水池、第3号」。エンジニア誌、1913年3月28日。
- ^ 「テキサス州デルリオの灌漑サービスのための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。
- ^ 南オーストラリア水道（1913年）。コブドグラ・ハンフリー・ポンプ（写真）。Flickr。
- ^ 「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・オーストラリアン・リバー・レコード。レンマーク、SA：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。
- ^ ab 「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。
- ^ 「内燃ポンププラント」。内燃工学。1914年6月24日。
- ^ ケネディ、ランキン（1912年）。『現代のエンジンと発電機の書』第5巻、キャクストン、pp.15～16。
- ^ ab 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。
- ^ “The Humphrey Pump”. 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。
外部リンク
- コブドグラ灌漑・蒸気博物館、南オーストラリア
- 南オーストラリア水道。コブドグラ・ハンフリー・ポンプ。Flickr 。 2021年4月12日閲覧。
さらに読む
ウィキメディア・コモンズには、ハンフリー・ポンプに関連するメディアがあります。
- PDDunn、NGJoyce、DJFulford、「ハンフリー ポンプ」、海外開発省への報告書、レディング大学工学およびサイバネティクス学部、1977 年 1 月。
- スミス、デニス（1970）。「ハンフリーポンプとその発明者」。ニューコメン協会紀要。43 （ 1）。テイラー＆フランシス：67–92。doi ：10.1179 / tns.1970.006 。2021年4月12日閲覧。
- ヴィーナス、リチャード（2016年1月） 。「HAハンフリーとハンフリーポンプの簡単な歴史」（PDF）。エンジニアリングヘリテージオーストラリア。2 （1）：18–21 。 2021年4月12日閲覧。