ラムポンプの作動原理

ラムポンプのアイデアの基のコンセプトは、「ウォーターハンマー」の衝撃波です。
水は重量があるため、一定の速度で移動する水量は運動量を持っており、それは、すぐには停止できません。

車がレンガの壁に衝突すれば、金属の車体は潰れるように、もしも、パイプ内の水の流れが、突然バルブによって止められれば、水の不意の停止による、圧力「スパイク」が、突如出現します。
家の水道栓を急に閉めると、パイプの中で、小さな「ゴン」という音を聞くことができますが、それが、ウォーターハンマー現象です。

ここでは、どの様にラムポンプが作動するのか、順序を追って簡単な説明を行います（ノート1参照）。

Step-1

水（青矢印）は、駆動パイプを通り、最初は開いているスイングチェックバルブ（＃4）から、外へ流れます。
水は次第に速く、バルブの外へ流れ出します。

Step-2

ある時点で、水は、スイングチェックバルブ（＃4）を通り抜けながら、バルブのフラッパーを引っ張り上げ、閉めてしまいます。

配管内の水は急速に動いていています。その時、バルブが閉じたことにより、全ての水の重量と運動量は、止められます。
それは、閉じたバルブから、高圧スパイク（赤矢印）を発生させます。

高圧スパイクは、一部の水（青矢印）を、スプリングチェックバルブ（＃5）を通って、プレッシャーチャンバーに送り、チャンバー内の圧力を僅かに増加させます。

パイプ内の一部の高圧スパイクは、スイングチェックバルブから、何処へも行く所が無いので、パイプを逆戻りし始めます（赤矢印）。

これは、パイプに非常に小さな後方への「流れ」を発生させます。
画像は、スプリングチェックバルブが閉じた瞬間です。水の塊が宙に浮かんでいるのが見えます。

Step-3

圧力波（高圧スパイク）（赤矢印）はパイプ内を逆流するので、スイングチェックバルブからは、低圧の流れが起きます（緑矢印）。
スプリングチェックバルブ（＃5）は、圧力の低下によって閉じ、プレッシャーチャンバー内の圧力は維持されます（ノート1参照）。

Step-4

圧力（緑矢印）が低くなるため、フラッパーは下がり、スイングチェックバルブ (#4) は再び開きます。画像は、スイングチェックチェックバルブが開いている状態。

Step-5

ウォーターハンマーの高圧衝撃波（赤矢印）の大部分は解放されます。
衝撃波が解放された後、ポンプより高い水源の水位により、水は、簡単にスイングチェックバルブ（＃4）に戻り始めます。
そして、水は再び水撃ラムに向かって流れ始めます。

Step-6

水は、スイングチェックバルブ（＃4）から流出し始め、プロセスは再開します。

1から6では、水撃ポンプの作動サイクルを説明しました。
圧力波理論は、水撃ポンプの作動の技術的な詳細を説明しますが、我々は、単にそれが作動する理由を知る必要があります。
水撃ポンプは、通常、1秒に1回のサイクルで作動しますが、装置によっては、もう少し早かったり、遅かったりします。
各パルス（或はサイクル）は、プレッシャーチャンバーに、少しづつ圧力を加えていきます。
もし、アウトレットバルブを閉じると、ラムはプレッシャーチャンバーを最大圧力にした後、停止します。

ノート1

実際には、水撃ポンプは、3つの異なる圧力波を内包しています。
（a）スイングチェックバルブのフラッパーが閉じた時、水源まで戻る、最初の高圧スパイク。（b）水源から閉じられたフラッパーへの通常の圧力波。
（c）水源への低圧波。スイングチェックバルブのフラッパーが開いた時に生じる。それらの圧力波は、音速で移動するので（パイプの材質で変わる）、全ては迅速に起きる。
これらの複雑なプロセスは、上記説明には含めていない。
（参考文献：Fluid Mechanics, Second edition, Roberson and Crowe, and personal communications with Mr. John Stanley, 2013.）

ノート2

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