八戸工業高等専門学校紀要 第 45 号 （2010， 12） 5 ポンプ関連規格に携わって ― ISO ・ JIS 規格と学協会基準 / 指針 ― 浦西 和夫* Taking Part in Pump standards ― ISO ・ JIS Standard and JSME ・ TSJ Standard /Guideline ― By Kazuo URANISHI １. はじめに ポンプ関連の国際規格 , 国内規格 , 学協会基準 / 指 針の制定や改訂作業を通じ日本の技術を世界に発信し 続けて , 20 年近い年月が過ぎた。 折しも , 政府の四大 重点項目が提示され , 技術立国による成長戦略が議論 されている。 ポンプという産業機械は直接的にはこれら の分野に関係しないと思われがちであるが , エネルギー 関連システムにおいては流れを操る基盤技術であり , 将 来においても消滅しない重要な技術の一つとなってい る。 ここで , ポンプ関連の規格 / 基準 / 指針について , 私が関係してきたこの 20 年の歩みを振り返ってみる。 ２. 各種の規格・基準について ポンプは , 紀元前から使用されていたが , ポンプ技術 として西洋から導入されたのは一世紀以上前である。 戦 後 は ア メ リ カ の 技 術 1) も 導 入 さ れ , 今 日 に 至 っ て い る。 国内のポンプ規格は , 水力性能試験規格 JES（Japanese Engineering Standards） 162:1932 を 制 定 2) し た 頃 が 出 発 点 で あ る。 そ れ 以 降 , ヨ ー ロ ッ パ 各 国 の 規 格 （ ド イ ツ DIN, イ ギ リ ス BS） や ISO 規 格 （ISO は等 し い と い うギリシャ語 isos から由来） の技術的内容を導入して , JIS 規 格 （Japanese Industrial Standards, 1949 年 制 定の工業標準化法に基づく国家規格） の制定 ・ 改訂を 行ってきた。 現在 , JIS 規格は 10,000 件を , ISO 規格 は 18,000 件を超えている。 ポンプ関連規格の中心的活動団体は , 日本機械学会 標準 ・ 規格センター （旧標準化委員会） と産業機械工 業会内に設けられているポンプ国際規格審議会であっ た。 1980 年代は , ヨーロッパを中心に規格が取りまとめ （原稿受付 ： 2010 年 9 月 24 日） ＊ 機械工学科 られ , 1990 年代は , アメリカの規格の ISO 化が活発に 行 わ れ た。 1995 年 , WTO/TBT （Technical Barriers to Trade） 協定が課題となり , 8000 を超える JIS 規格を 国際規格と整合させるという作業が始まった。 ポンプに おいては , 水力性能を保証する受渡試験の規格につい て ISO 規格との整合化作業を行っている。 以下では , このような大きな流れの中での主な規格の 変遷と現在の取り組み / 将来の方向性を紹介する。 2.1 水力性能試験規格 ポ ン プ の 水 力 性 能 試 験 規 格 は , JIS や ISO 規 格 ・ HIS （ ア メ リ カ Hydraulic Institute Standards） が 用 い られている。 1980 年代のヨーロッパ各国規格の ISO 規格への統合 の流れをうけ , 二つの試験規格のドラフト作成が始った。 その当時 , 日本は P メンバー （ドラフト作成会議の参加 と規格の投票権を持つ） の資格を有しており , 主に , ド イツ , イギリス , フランスで開催される TC115 （ポンプ） 全体会議 , SC （分科会） ・ WG （作業部会） 会議に参 加し , 規格ドラフトの作成に関与してきた。 精密級の試験規格 （研究所などの実験施設で行う試 験に用いる規格で , 計測器や測定の精度が高い。） に つ い て は , 10 年 の 歳 月 を 要 し て 1989 年 に 発 行 さ れ た が , 受 渡 試 験 に 用 い る 試 験 規 格 ISO 9906 3) は , さ ら に 10 年かかり , 1999 年に発行された。 これは , 一度 , DIS （Draft International Standards） ま で 進 行 し た 規 格が , 中央委員会から差し戻しを受けたことによる。 新 たな DIS を作るべく 1991 年の西ドイツ ・ ダルムシュタッ ト大学での WG に参加したのが , ポンプ規格との係わり 始めであった。 規格案に対する各国からのコメントの数は , 百件をは るかに超える規格もあるが , 受渡試験については , 判 定基準の統合が主な論点で , 英文表記など , エディトリ アルな部分は , イギリス ・ ドイツの委員が担った。 大筋 6 浦 西 は決まったのであるが , 投票するための規格案としてま とめる作業に , 多大な時間の浪費があった。 というより , 幹事の抱えている仕事量が多すぎて , ISO 9906 の作業 にかかれなかったのが実情のようである。 この時は , 他 の ISO 規格制定作業に時間がかかりすぎることが問題と な り , 48 ヶ 月 ル ー ル （4 年 で , 規 格 の 提 案 か ら 発 行 ま で終わらせる。 終わらない場合は廃案とする。） を守るよ うにとの指導が行われている。 といっても , 規格のまとめ にはキーマンがいないと作業は一向に進まず , 期間の 延長を行って , 廃案を免れている規格案もある。 WTO/TBT 協定に対応するため , 経済産業省の指導 の下 , ポンプ分野では , 試験規格の JIS B 8301 を発行 前であったが ISO 9906 と整合 （記載内容が同一） させ る計画が 1995 年から始った。 まずは , ISO 規格の翻訳 からスタートし , JIS 原案の前段階である素案つくり , 原 案作成委員会での JIS 原案の完成をへて JIS 規格として は 2000 年 の 改 正 発 行 と な っ た。 当 時 , TBT の 問 題 を クリアにするため , JIS は全て , 国際規格と整合させる計 画 （当事は , JIS 規格をなくし , ISO 規格を JIS 化すると いう乱暴な意見も聞かれた。） であったと聞くが , 日本独 自の技術を反映した規格も多数あり , また , 国際規格へ の日本提案を促進する上からも , JIS 規格止めてしまえ という暴論は聞かれなくなった。 以降 , 国際規格の提案 活動の活発化 , 幹事国の引受け数の増加という , 実効 ある施策に変更された。 最先端分野での TBT 対応は市 場確保とリンクしており , 日本の技術を盛り込んだ国際規 格作成に努力したと聞いている。 一方 , 東南アジアで通 用していたポンプ JIS 規格は , グローバル化の進展 ・ ア ジアの国々のポンプ技術と品質の向上に伴い , ISO 規 格への移行が進んでいる。 な お , ISO 9906 は 発 行 よ り 10 年 以 上 経 過 し , 数 年 前 よ り , EU, USA と 日 本 が 共 同 し て 改 訂 版 の 準 備 を 進 めている。 和 夫 性能換算式は大きく変化した。 従来の換算式では , 損 失は全てレイノルズ数に比例するとしていたので , 効率 の悪いポンプほど性能の上昇分ガ大きいという理屈に合 わない換算結果となっていた。 この弊害を解消するため 損失をレイノルズ数に依存しない損失とレイノルズ数に 依存する摩擦損失に分離して換算するという改定を行っ た。 その後 , JSME S008 の技術的内容の見直し 7) （タ イトルは水車およびポンプから , 水車およびポンプ水車 に変更されているが。） を反映して , 換算式を規定して い る JIS B 8327 も 2002 年 改 定 発 行 し , 現 在 に 至 っ て いる。 なお , 水車の性能換算式については , 機械学会基準 の JSME S008 7) によりその換算精度がオーソライズされ ており , この技術的内容は , 水車エンジニアが 20 年近 くの歳月をかけ , 日本発の IEC 規格として発行 8) させて いる。 ポンプの性能換算については , 精度の高い換算式が ISO 規格や各国の規格になく , 日本の JIS 換算式が唯 一のものである。 しかし , JIS 規格が国際取引に用いら れることはなく , 水車の国際規格を用いることが通例と なっている。 このような状況を打開すべく , JIS 換算式を ISO 規格にすることを目標にし , 現在 , JIS B 8327 の改 定作業を進めている。 この改訂作業では , 効率アップ量とその考え方が最重 要課題としてあげられている。 換算式の基本は , レイノ ルズ数増大により , 境界層の特性が変化し , 実機の摩 擦損失が減少するということにある。 つまり , 効率が上昇 することになるが , ポンプに適用したとき , 効率アップの 量が少なすぎるという問題が実機―模型のデータから示 されており , 模型からの換算による効率と実機の効率と の差について , 妥当なモデル ・ 考え方を構築する必要 がある。 2.3 模型水槽試験基準 2.2 水力性能換算規格 大型ポンプの性能試験は , 工場運転の設備 （受電容 量 , 流量測定装置 , 日本では , 全幅せきが用いられる こ と が 多 い。） や 現 地 試 運 転 の 場 合 の 流 量 計 測 の 精 度 などから , 形状の相似な模型ポンプを製作 ・ 運転して水 力性能の保証を行っている。 模型ポンプの性能は , 模 型より数倍大きい実機の性能に換算して保証するが , こ の換算式については , 国内物件では JIS B 8327:2002 4) を , 海外物件については , 主として水車の IEC 規格 5) が用いられている。 水車およびポンプ性能換算の研究成果物として , JSME S008 6) が 1989 年刊行され , JIS B 8327 の水力 火力発電所の蒸気を水に戻す復水器用の冷却水循 環に用いられるポンプや河川排水ポンプなど , 自由表 面を持つ水槽内に大口径の立軸ポンプを据え付けること がある。 水槽内には , ポンプに吸い込まれる流れにより , 渦流れができ , 渦中心を通じて空気がポンプに吸い込ま れたり （空気吸込渦という。） , 水中の渦中心の圧力が 低下することにより , 一種のキャビテーション （水中渦と いう。） がポンプと側壁や床面との間に発生する。 このよ うな流れ中でポンプを運転すると , 振動 , 騒音が発生し , 振動基準値を超え運転できない , ポンプ性能の発揮が できない , 振動により軸受寿命が短くなるなどの障害が 発生する。 ポンプ関連規格に携わって 1986 年 , 日本機械学会基準として , 水槽試験に関す る基準 JSME S004 が発行 9) されたが , 10 年以上も改定 なしで使用してきた経緯から廃案にするという決定がされ た。 廃案となると , この基準を用いて , 水槽の健全性を 保証していた根拠がなくなってしまうので , ターボ機械協 会内に模型水槽分科会を設置し , ターボ機械協会基準 TSJ S002 として改定発行 10) が行われた。 水 槽 試 験 に つ い て 規 定 し て い る 規 格 と し て は , TSJ S002 以外では , USA の Hydraulic Institute 規格 11) が あるが , 模型と実機水槽間の相似則についての規定が なく , TSJ S002 はその点で一歩進んでいる。 分科会に おいては , 相似則のブラッシュアップを継続的に行って おり , さらに , 国際規格として発信するため英訳を完了 している。 2.4 キャビテーション損傷予測の指針 キャビテーションは , 速度依存性の相変化現象である が , 崩壊 ・ 再成長時に衝撃力やマイクロジェットを生成 し , 材料表面に損傷を与える。 1980 年代 , 低吸込圧で 運転可能なポンプの開発競争が世界のポンプメーカを 巻き込んで起こった。 より低い吸込圧力で運転できるポ ンプを提供することは , 石油精製プラントなどポンプを用 いているシステムのコストダウンをもたらすことになる。 こ の判定基準は , 性能の劣化であるため , 性能の判定は クリアしても , 羽根車内には大量のキャビテーションが発 生しており , ひどい場合には 1 年程度の運転で羽根車 がキャビテーションのアタックを受けて穴が開くという問題 が起こった。 この問題の対処の一つとして , 吸込性能の 上限を設けキャビテーション性能を過度によくすることを 避ける方法が取られた。 キャビテーション損傷に対する もう一つの方法として , 4 万時間キャビテーションフリー の保証を行うことがユーザ （サウジアラムコの仕様書） から要求されていた。 4 万時の保証を行う予測式の妥当性を検証するため , ターボ機械協会に , ポンプのキャビテーション研究分科 会を設け , 8 期目 （1 期 3 年） の活動を行っている。 そ の成果として , 2003 年 TSJ G001 の発行 12) を行い , 来 年はその改定版の発行を予定している。 4 万時間の保証については , ユーザスペックだけ で は な く , ア メ リ カ 石 油 協 会 （American Petroleum Institute）の遠心ポンプの技術仕様 13) に取り込むという , メーカとユーザ合同の検討が 2008 年行われた。 キャビ テーション研究分科会で収集した損傷データを用い , 現 状の予測式の精度は± 1 桁程度であることを , USA で 開催された規格検討会議で説明し , 予測式の規格への 導 入 は , 時 期 尚 早 と し て 見 送 ら れ て い る。 分 科 会 の 設 7 置目的は , 精度の高い予測式を提案することと予測式を 国際会議での発表 , 論文投稿して予測式をオーソライズ することである。 そして , この予測式が日本発の国際規 格として提案できればと考えている。 今まで , キャビテー シ ョ ン の 国 際 会 議 な ど で 積 極 的 に PR 活 動 （1998 年 3rd キャビシンポ in グルーノーブル , 2004 年キャビエロ in バンデロール , 2011 年キャビエロ in グルーノーブル 予定） を進めている。 2.5 その他のポンプ関連規格 技術仕様 1970 年代 ISO 規格では , 製品毎の規格 （ポンプの形状 ・ 寸法を定める規格） が検討されていた。 ポンプは鋳物で作ることが多く , 木型の変更には多大な 時間と投資が必要となること , ポンプを接続する管フラン ジ寸法が異なることなど , 各国 ・ 各メーカの使用規格に 影 響 さ れ る。 こ の こ と か ら , 16bar の 遠 心 ポ ン プ の 製 品 規格 14) がまとまっただけである。 この規格の発行後しば らくして , 日本の汎用ポンプメーカは , 規格対応 ISO ポ ンプを商品化したが , ケーシングの流路設計に無理があ りポンプ効率はよくなかったようである。 この例からも分 かるように , ポンプ寸法を統一する案はまとめることが難 し く , 1980 年 ご ろ か ら 技 術 的 内 容 の 統 一 （ 技 術 仕 様 ） により , ポンプの品質レベルを維持する方向に舵をきっ ている。 その後 20 年を経て , 技術仕様を定めた３つの ISO 規格が 制定され た。 この ISO 規格 を 3 年の 年月を か け て , JIS 規 格 と し て 2009 年 発 行 15) し て い る。 こ の JIS 化検討の中で , 修正点が明らかになり , 次回の ISO 規格の改定作業に反映させる予定である。 せ き に よ る 流 量 計 測 2.2 で 述 べ た 大 型 ポ ン プ の 流 量 計 測 に 用 い ら れ る 全 幅 せ き は , 国 内 規 格 で は JIS B 8302, 国際規格は ISO 1438/1 として規定 16) されている。 国内では , 測定の不確かさ２％程度の大流量計測装置 として用いられることが多い。 この JIS 式を , ISO 規格に 盛り込む活動が , 日本機会学会のもと大学 , 計量研と メーカの共同作業として , 1990 年台に行った。 実流量 の試験を行い , JIS 式の精度は ISO 式の精度より高いこ とが判明し , 国際会議発表をへて , 1999 年 , JIS 式は ISO 1438/1 の追補 17) として発行された。 せきは , 河川 の流量計測に用いられることもあり , 国内引受け団体は , 日本土木学会である。 追補発行を機に , そのメンテを土 木学会に移管したが , 河川などで使用していない測定 方法であることもあり , WG のドラフト作成会議には参加 せず , DIS として発行されたとき JIS 式が削除されている ということが分かった。 このせきの ISO 規格は , 規格中 に 4 つの式が記載され , 式によって算出される流量が異 なる。 このように幾つもの答えが出る規格は使用者を混 8 浦 西 乱させるので , 改訂 18) を機に一本化を図る必要がある のは理解できる。 しかし , DIS レベルまで進展した状態 では , 精度の一番高い JIS 式の削除を防止することをイ ギリスまで出向き働きかけたが , 復活させることができな かった。 今は , 精度の高い式であることを示すため , 論 文投稿して JIS 式を再度オーソライズし , 新 ISO 規格と して発行すべく , 再チャレンジを続けている。 振動 振動は , 日本機械学会が国内引受団体となっ ているが , ポンプの振動については , メーカが集まる タ ー ボ 機 械 協 会 内 に WG を 設 け , 運 転 さ れ て い る ポ ン プ振動データの収集 , アメリカ , EU の持つポンプデー タから , 判定基準値の設定を行った。 日本 ・ アメリカは , ポンプ動力に応じ , 基準レベルを変えることを主張し , 新たに制定された規格 19) に反映した。 日本の主張のす べてが認められたわけではなかったが , 主要部分につ いては規格に反映させることができた。 その他の試験規格と製品規格 JIS には , 油用の試 験規格 , 往復動ポンプなど常温清水用の受渡試験規格 JIS B 8301 ではカバーできない規格があり , JIS B 8301 の 改 定 を 反 映 し た 改 訂 作 業 を 行 っ て い る。 さ ら に , JIS に は , 6 つ の 製 品 規 格 が あ り , こ れ も JIS B 8301 の 改 定内容の反映 , 新しく発行された技術仕様の反映を行っ て行く必要がある。 3. おわりに 規格関係の仕事は , 自社技術を国際規格とすること により市場を獲得するという場合から日本の技術を世界 に向けて発信し世界をリードするという場合まで , その活 動には幅広い意味を持たせることができる。 いずれの場 合でも , それに携わっていくには , 膨大な時間とお金が かかる話である。 これらの活動は , 学校の先生方と企業 のエンジニア達が支えている。 日本の技術が途切れるこ とのないよう , ポンプという流体機械に携わった一員とし て , やるべきことをやって行くしかないと , 今も考えてい る。 最後に , face to face の付き合いが , 自分たちの提案 を受け入れてくれる土壌を作ることになる。 インターネッ トが発達している今日 , メールでの議論 , コメントの提出 が行われているが , それだけで , 自分たちの言い分を 通すことはできない。 顔を合わせて議論し , それを継続 して行くことが重要である。 会議に出向くことがなければ , 日本は far east だからメールの返事が届くのに 1 ヶ月以 上もかかるよねと冗談を言われ , 無視されて , 地の果て にはメールは届かないよねという , 泣くに泣けない状態 に追い込まれてしまう。 どのような場合でもそうであるが , 和 夫 言いたいことが言え , 言うことを聞いてもらうには , 顔を 合わせての議論が重要であると , 規格の仕事に携わっ て痛感させられている。 参 考 文 献 1）Stepanoff, A.J., Centrifugal and Axial Flow Pumps, (1957), John Wiley & Sons 2）JIS B 8301, 遠心ポンプ , 斜流ポンプ及び軸流ポンプー 試験方法 , (2000) 3）ISO 9906, Rotodynamic Pumps – Hydraulic Performance Acceptance Tests – Grades 1 and 2, (1999) 4）JIS B 8327, 模型によるポンプ性能試験方法 , (2002) 5）IEC 60193, Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines – Model acceptance tests, (1999) 6）JSME S008, 水車及びポンプの性能換算法 , (1989) 7）JSME S008, 水車及びポンプ水車の性能換算法 , (1999) 8）IEC 62097, Hydraulic machines, radial and axial – Performance conversion method from model to prototype, (2009) 9）JSME S004 ポンプ吸込水槽の模型試験方法 , (1984) 10）TSJ S002, ポンプ吸込水槽の模型試験方法 , (2005) 11）ANSI/HI9.8, American National Standard for Pump Intake Design(1998) 12） TSJ G001, ポンプのキャビテーション損傷の予測と評価 , (2003) 13）API 610-11th ed., Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries,(2010) 14）ISO2858, End suction centrifugal pumps (16bar) – Designation, nominal duty point and dimensions, (1975) 15）JISB8307 ～ 8309, 遠心ポンプの技術仕様 , クラス Ⅰ ～Ⅲ , (2010) 16）ISO1438/1, Water flow measurement in open channels using weirs and venture flumes – Part 1 : Thin-plate weirs, (1980) 17）ISO1438/1,Amendment 1,(1998) 18）ISO1438, Hydrometry - Open channel flow measurement using thin-plate weirs, (2008) 19）ISO10816-7, Mechanical vibration – Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts – Part 7 : Rotodynamic pumps for industrial applications, including measurements on rotating shafts, (2009)
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