JP7086802B2

JP7086802B2 - ポンプ装置の維持管理方法、設計方法、及びポンプ装置

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Publication number: JP7086802B2
Application number: JP2018180828A
Authority: JP
Inventors: 実作田; 裕之井上
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2022-06-20
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Description

本発明は、複数の羽根を有する羽根車が備えられたポンプ装置の維持管理方法、設計方法、及びポンプ装置に関する。

産業用、農業用、雨水排水用など様々な用途において、最高効率点以外でも広い範囲で運転可能な斜流羽根車や、軸流羽根車が備えられたポンプ装置が用いられる。

特許文献１には、複数の羽根を有する斜流羽根車と、この斜流羽根車に接続された立軸の回転軸とが備えられたポンプ装置が開示されている。

このようなポンプ装置において、吸込水位の低下等による吸込圧力が低下した運転環境下では、羽根まわりにキャビテーションが発生することが知られている。なお、キャビテーションとは、液体の流れの中で圧力が液体の飽和蒸気圧よりも低くなった箇所に気泡が発生する現象を言う。

キャビテーションにより発生した気泡は、液体の圧力上昇に応じて次第に小さくなり消滅する場合に気泡部分に生じる非常に高い圧力が羽根の表面に衝撃的に作用する結果、その衝撃によって羽根の表面に凹みや傷が発生する。これをキャビテーションエロージョン（以下、壊食と記す。）と言う。

したがって、壊食は、キャビテーションの発生する位置に発生するのではなく、気泡が崩壊する近辺の金属面（すなわち羽根の表面）に発生する。壊食が、特に、羽根の表面に発生すると、ポンプ装置の性能が大きく低下するという問題があった。

特開２０１０－１２１４６７号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、壊食が発生した羽根車の性能低下を防止することができるポンプ装置の維持管理方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するための、本発明に係るポンプ装置の維持管理方法の特徴構成は、複数の羽根を有する羽根車が備えられたポンプ装置の維持管理方法であって、前記各羽根のうち少なくともいずれかの羽根の後縁に壊食又は壊食の兆候が発生しているか否かを確認する確認工程と、前記確認工程において、壊食又は壊食の兆候が発生していることが確認された場合に、前記各羽根の各後縁の負圧面側を前記各羽根の前縁へ向けて削る、又は前記各後縁を丸めるように削る加工工程とを有する点にある。

ポンプ装置において、ポンプ効率と、吸込性能の改善を両立させ、全体的にコンパクト化を図ると、羽根車の羽根の翼面の単位面積当たりの負荷を小さくする設計になる。このとき羽根は三次元的に大きく捩じれ、かつ、後縁は羽根の断面視において尖鋭化した形状となる。

羽根車の回転によって、羽根の正圧面側は基本的に高圧となるが、尖鋭化した後縁の少し上流側において低圧領域が発生する。この低圧領域においてキャビテーションが発生し、又は上流側で発生したキャビテーションが増大し、その気泡は後縁の近傍の高圧領域において崩壊するため、後縁が壊食され、羽根車の性能低下が発生する。

そこで、ポンプ装置の定期的な点検時に確認工程を実行し、羽根の後縁に壊食が発生しているか否かを確認し、壊食が発生していることが確認されたら、加工工程を実行するのである。

発明者らの鋭意研究の結果、加工工程によって、羽根の後縁の負圧面の形状を変更することによって、羽根の後縁の正圧面側の低圧領域の圧力を、削り加工前に比べて上昇させることができることが判明した。これにより、羽根の後縁の正圧面側の低圧領域の圧力と羽根の後縁の近傍の高圧領域の圧力との圧力差は小さくなる。したがって、キャビテーション自体が発生しづらく、仮にキャビテーションによって気泡が発生したとしてもその崩壊が発生しづらい状態となる。これによって新たな壊食が抑制され、羽根車の性能低下が改善する。

なお、加工工程は、確認工程において羽根の後縁で実際に壊食が発生していることが確認された場合に限らず、後縁に壊食の発生が確認されない場合であってもその兆候が確認された場合に実行される。

また、羽根車に複数の羽根が備えられている場合において、吸込の偏流や、羽根車の製作時の各羽根の取付角の微差等に起因して、壊食は全ての羽根に均等に発生するとは限らない。したがって、複数の羽根のうち少なくともいずれかの羽根の後縁に壊食が発生しているか、壊食の兆候が発生していることが確認された場合に、後縁において壊食又はその兆候の発生が確認できていない羽根であっても経時的に壊食が発生する虞があるため、該羽根を含む全ての羽根に対して加工工程が実行される。このとき羽根車のバランス調整が同時に行われることが好ましい。

なお、該維持管理方法は、羽根の後縁の近傍に局地的に、前記各後縁から、前記各後縁の下流側に設けられている整流羽根に至るまでの空間における圧力（以下、周囲圧力という。）の平均よりも２０％以上（多くの場合は５０％以下）程度圧力が高い高圧領域を有するポンプ装置において有効である。その際、ポンプ装置が、羽根の後縁の正圧面側に、負圧となるような、周囲圧力よりも極端に低い低圧領域を有する場合により有効である。
このような条件を有するポンプ装置であれば、羽根車は斜流羽根車や軸流羽根車であってもよいし、遠心羽根車であってもよい。

さらに、該維持管理方法は、羽根車が、羽根の翼角が変更可能に構成された羽根車であるポンプ装置において有効である。羽根の翼角の変更が設計どおりに行われない不具合が生じた場合に、壊食が発生しやすいからである。なお、壊食が発生しないように設計されている固定翼の羽根車であっても、吸込水位の変動によって、吐出圧力が変化するため、壊食が発生し得る。したがって、該維持管理方法は固定翼の羽根車においても有効である。

さらに、該維持管理方法は、羽根車の羽根が、前縁から後縁にかけて翼長の中腹に最大肉厚となる羽根の断面形状をもつ（すなわち厚みが一定ではない）羽根であるポンプ装置において有効である。

またさらに、該維持管理方法は、比速度ｎ_ｓが概ね５００以上、すなわち斜流羽根車や、軸流羽根車を有するポンプ装置において特に有効である。

本発明においては、前記確認工程は、前記各羽根のうちいずれの羽根の後縁にも壊食の発生が確認されない場合であっても、前記いずれかの羽根の正圧面に、該ポンプ装置の運転中にキャビテーションが発生している又は発生していたことが確認された場合は、前記羽根車に流体解析を実施する流体解析工程を有し、前記流体解析工程の結果、前記各羽根のうち少なくともいずれかの羽根の後縁の正圧面側に低圧領域が発生し、かつ前記後縁の近傍に局所的な高圧領域が発生することが確認され、前記低圧領域の圧力と前記高圧領域の圧力との圧力差が所定の閾値を越えている場合に、前記後縁に壊食の兆候が発生していると判断すると好適である。

羽根の後縁に壊食が発生していなくても、いずれかの羽根の正圧面に、例えば、該ポンプ装置の運転中にキャビテーションの発生が直接確認された場合や、塗装の傷や剥がれ等の、該ポンプ装置の運転中にキャビテーションが発生していた痕跡が確認された場合は流体解析工程を実行する。流体解析工程によって、後縁の正圧面側に低圧領域が発生し、後縁の近傍に局所的な高圧領域が発生することが確認され、低圧領域の圧力と高圧領域の圧力との圧力差が所定の閾値を越えている場合は、後縁において壊食又はその兆候の発生が確認できていない羽根であっても経時的に壊食が発生する虞があるため、該羽根を含む全ての羽根に対して予め加工工程を実行するのである。これによって、羽根の後縁における壊食を抑制することができる。なお、所定の閾値は、ポンプ装置の設計に応じて個別に定まる値である。

本発明においては、前記加工工程において前記後縁の負圧面側を前記各羽根の前縁へ向けて削る場合は、前記羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど、前記前縁に向けて加工範囲が広まるように加工すると好適である。

発明者らの鋭意研究の結果、羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど壊食が発生しやすいことが判明した。上述の構成によると、壊食が発生しやすい箇所に対して、より効果的に壊食を抑制することができる。

本発明においては、前記加工工程において前記後縁を丸めるように削る場合は、前記羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど、前記後縁が前記前縁に近づくように加工すると好適である。

上述の目的を達成するための、本発明に係るポンプ装置の設計方法の特徴構成は、複数の羽根を有する羽根車が備えられたポンプ装置の設計方法であって、所定の形状に形成された前記羽根車に対して、流体解析を実施する流体解析工程と、前記流体解析工程において、前記各羽根のうち少なくともいずれかの羽根の後縁の正圧面側に低圧領域が発生し、かつ前記後縁の近傍に局所的な高圧領域が発生することが確認され、前記低圧領域の圧力と前記高圧領域の圧力との圧力差が所定の閾値を越えている場合に、前記各羽根の各後縁が前記各羽根の前縁及び正圧面へ向けて近づき、これにより前記各羽根の負圧面に凸形状が形成されるように、前記各羽根の負圧面の形状を変更する、又は前記各後縁が丸まるように形状を変更する調整工程とを有する点にある。

ポンプ装置において、ポンプ効率と、吸込性能の改善を両立させ、全体的にコンパクト化を図ると、羽根車の羽根の翼面の単位面積当たりの負荷を小さくする設計になる。このとき羽根は三次元的に大きく捩じれ、かつ、後縁は羽根の断面視において尖鋭化した形状となる。このときの形状を所定の形状という。

このような所定の形状に形成された羽根車は、後縁の正圧面側に低圧領域が発生しやすく、キャビテーションによって発生した気泡が、尖鋭化した後縁の近傍の高圧領域において崩壊すると後縁が壊食されやすい。そこで、ポンプ装置の製造時に流体解析工程を実行し、羽根の後縁の正圧面側に低圧領域が発生し、かつ前記後縁の近傍に局所的な高圧領域が発生することが確認されたら、調整工程を実行するのである。

発明者らの鋭意研究の結果、調整工程によって、羽根の後縁の負圧面の形状を変更することによって、羽根の後縁の正圧面側の低圧領域の圧力を、削り加工前に比べて上昇させることができることが判明した。これにより、羽根の後縁の正圧面側の低圧領域の圧力と羽根の後縁の近傍の高圧領域の圧力との圧力差は小さくなる。したがって、キャビテーション自体が発生しづらく、仮にキャビテーションによって気泡が発生したとしてもその崩壊が発生しづらい状態となる。これによって壊食が抑制され、羽根車の性能低下が改善する。

本発明においては、前記調整工程において前記後縁が前記各羽根の前縁及び正圧面へ向けて近づき、これにより前記各羽根の負圧面に凸形状が形成されるように、前記各羽根の負圧面の形状を変更する場合は、前記後縁と負圧面の前記凸形状とにより画定された範囲が、前記羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど広がるように変更する点にある。

本発明においては、前記調整工程において前記後縁が丸まるように形状を変更する場合は、前記羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど、前記後縁が前記前縁に近づくように変更すると好適である。

上述の目的を達成するための、本発明に係るポンプ装置の特徴構成は、複数の羽根を有する斜流羽根車と、前記斜流羽根車に接続された立軸の回転軸とが備えられたポンプ装置であって、前記羽根は、該羽根の流体搬送方向に直交する断面が、正圧面において凸形状であり、負圧面において凹形状であるとともに、該羽根の後縁近傍の負圧面において凸形状を有し、負圧面の前記凸形状は、前記斜流羽根車を回転させた際の前記羽根の回転範囲の外周面と重なり、正圧面と連続する面である回転外周面を負圧面に投影したときに生じる投影面を超えて該羽根の前縁側に位置する点にある。

通常、ポンプ装置において、ポンプ効率と、吸込性能の改善を両立させ、全体的にコンパクト化を図ると、羽根車の羽根の翼面の単位面積当たりの負荷を小さくする設計になる。このとき羽根は三次元的に大きく捩じれ、かつ、後縁は羽根の断面視において尖鋭化した形状となる。

このような形状の羽根車は、後縁の正圧面側に低圧領域が発生しやすく、キャビテーションによって発生した気泡が、尖鋭化した後縁の近傍の高圧領域において崩壊すると後縁が壊食されやすい。

発明者らの鋭意研究の結果、羽根を、該羽根の流体搬送方向に直交する断面が、正圧面において凸形状であり、負圧面において凹形状であるとともに、該羽根の後縁近傍の負圧面において凸形状を有し、負圧面の前記凸形状が、前記斜流羽根車を回転させた際の前記羽根の回転範囲の外周面と重なり、正圧面と連続する面である回転外周面を負圧面に投影したときに生じる投影面を超えて該羽根の前縁側に位置するように構成すると、羽根の後縁の正圧面側の低圧領域の圧力が、後縁の負圧面において凸形状を有していない羽根に比べて高くなることが判明した。

このような羽根は、羽根の後縁の正圧面側の低圧領域の圧力と羽根の後縁の近傍の高圧領域の圧力との圧力差は小さくなる。したがって、キャビテーション自体が発生しづらく、仮にキャビテーションによって気泡が発生したとしてもその崩壊が発生しづらい状態となる。これによって壊食が抑制され、羽根車の性能低下が改善する。

本発明においては、前記後縁と負圧面の前記凸形状とにより画定された範囲が、前記斜流羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど広がるような形状を有する点にある。

本発明においては、前記後縁は、前記斜流羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど、前記後縁が該羽根の前縁に近づくように丸められた形状を有すると好適である。

ポンプ装置の概略図羽根車の正面図羽根の断面図羽根の断面図解析に基づいた羽根まわりにおける圧力領域の説明図解析に基づいた羽根まわりにおける圧力領域の説明図

以下、本発明の実施形態に係るポンプ装置の維持管理方法、設計方法及びポンプ装置を図面を参照しながら説明する。

図１には、ポンプ装置１０が示されている。ポンプ装置１０は、ケーシング１１内において回転自在に配設された立軸の回転軸１２と、回転軸１２の下端部に設けられ回転軸１２と一体回転する斜流羽根車１３と、ケーシング１１の上側に連設された揚水管１４と、揚水管１４の上側に連結された吐出曲管１５と、ケーシング１１の下側に連設された吸込ケーシング１６と、を備えている。なお、吐出曲管１５の下流側に吐出管１７が連設される。

ケーシング１１には、斜流羽根車１３の下流側に整流羽根１８が備えられている。整流羽根１８は、斜流羽根車１３から吐出した流体を軸方向に整流してスムーズに揚水管１４に導くために設けられている。

吐出曲管１５の上部にはモータ３０が設けられ、回転軸１２とモータ３０の出力軸３１とがカップリング２９を介して連結されている。

図２に示すように、斜流羽根車１３は、回転軸１２に固定的に支持されるボス部３２と、ボス部３２の周囲に固定的に配置された４枚の羽根３３を備えている。なお、羽根３３の枚数は例示である。ボス部３２や羽根３３は、ステンレス鋼やねずみ鋳鉄等の、流体に対して強度と耐食性のある材質から形成されている。

羽根３３は、羽根３３の流体搬送方向に直交する断面が、正圧面３３ｃにおいて凸形状であり、負圧面３３ｄにおいて凹形状であり、前縁３３ａから後縁３３ｂにかけて翼長の中腹に最大肉厚となる羽根の断面形状をもった（すなわち厚みが一定ではない）形状を有する。

ポンプ装置１０は、羽根３３の後縁３３ｂの近傍に局地的に、各後縁３３ｂから、各後縁３３ｂの下流側に設けられている整流羽根１８に至るまでの空間における圧力（以下、周囲圧力という。）の平均よりも２０％以上（多くの場合は５０％以下）程度圧力が高い高圧領域ＨＰを有し、羽根３３の後縁３３ｂの正圧面３３ｃ側に、負圧となるような、周囲圧力よりも極端に低い低圧領域ＬＰを有する状態となる場合がある（図５参照）。

その場合、ポンプ装置１０は、羽根３３に壊食が発生しにくいように設計されているものの、例えば吸込水位の変動によって、吸込圧力が変化するため、羽根３３のまわりの圧力状態が許容以上に低下し、これによってキャビテーションが発生し易くなり、羽根３３の特に後縁３３ｂにキャビテーションによる壊食が発生する虞がある。

羽根３３の後縁３３ｂに壊食が発生するとポンプ装置１０の性能が大きく低下するため、一定期間ごとの例えば１年ごとの保守点検時に、本発明に係る維持管理方法が実行される。

維持管理方法は、４枚の羽根３３のうち少なくともいずれかの羽根３３の後縁３３ｂに壊食又は壊食の兆候が発生しているか否かを確認する確認工程と、確認工程において、羽根３３の後縁３３ｂにおいて実際に壊食が発生している場合、又は、後縁３３ｂに壊食の発生が確認されない場合であってもその兆候が発生していることが確認された場合に、４枚の羽根の各後縁３３ｂを削る加工工程とを有する。

さらに、維持管理方法は、４枚の羽根３３のうちいずれの羽根３３の後縁３３ｂにも壊食の発生が確認されない場合であっても、いずれかの羽根３３の正圧面３３ｃに、該ポンプ装置１０の運転中にキャビテーションが発生していることが目視等によって直接確認された場合や、塗装の傷や剥がれ等の、該ポンプ装置１０の運転中にキャビテーションが発生していた痕跡が確認された場合は、斜流羽根車１３に流体解析を実施する流体解析工程を有する。

流体解析工程の結果、４枚の羽根３３のうち少なくともいずれかの羽根３３の後縁３３ｂの正圧面３３ｃ側に低圧領域が発生し、かつ後縁３３ｂの近傍に局所的な高圧領域が発生することが確認され、低圧領域ＬＰ（図５参照）の圧力と高圧領域ＨＰ（図５参照）の圧力との圧力差が所定の閾値を越えている場合に、後縁３３ｂに壊食の兆候が発生していると判断する。なお、所定の閾値は、ポンプ装置１０の設計に応じて個別に定まる値である。

図３に示すように、４枚の羽根３３のうち少なくともいずれかの羽根３３の後縁３３ｂに壊食が発生しているか、壊食の兆候が発生していることが確認された場合に、後縁３３ｂにおいて壊食又はその兆候の発生が確認できていない羽根３３であっても経時的に壊食が発生する虞があるため、該羽根３３を含む全ての羽根３３に対して加工工程が実行される。図３において、加工前の羽根３３の輪郭が二点鎖線で表され、加工後の羽根３３の輪郭が実線で表される。これによって、全ての羽根３３の後縁３３ｂにおける壊食を抑制することができる。なお、加工工程において、斜流羽根車１３のバランス調整が同時に行われる。

加工工程においては、性能変化（ＨＱ、効率、キャビテーション）に悪影響の出ない範囲、すなわち正圧面３３ｃを削らない回転外周面３３ｅの範囲において、４枚の羽根の各後縁３３ｂの負圧面３３ｄ側を各羽根３３の前縁３３ａへ向けて削る。なお、回転外周面３３ｅは、羽根車１３を回転させた際の羽根３３の回転範囲の外周面と重なり、正圧面３３ｃと羽根３３の前縁３３ａ側で連続する面であり、羽根車１３の設計時には考慮しない領域である。

具体的には、後縁３３ｂの近傍の羽根３３の厚みに対して、数倍、例えば３倍くらいの奥行きの範囲内において削る。その際、斜流羽根車１３の回転軸に対して内側より外側ほど、前縁３３ａ側へと加工範囲が広まるように加工する（図２において、加工前の羽根３３の輪郭が実線で表され、加工後の羽根３３の輪郭が一点鎖線で表される。）。これにより、４枚の羽根３３の各後縁３３ｂの負圧面３３ｄにおいて、各羽根３３の前縁３３ａへ向けて削られたような凸形状となる。

加工工程によって、羽根３３の後縁３３ｂの負圧面３３ｄの形状を変更することによって、羽根３３の後縁３３ｂの正圧面３３ｃ側の低圧領域ＬＰ（図６参照）の圧力を、削り加工前に比べて上昇させることができる。

これにより、羽根３３の後縁３３ｂの正圧面３３ｃ側の低圧領域ＬＰ（図６参照）の圧力と羽根３３の後縁３３ｂの近傍の高圧領域ＨＰ（図６参照）の圧力との圧力差は小さくなる。したがって、キャビテーション自体が発生しづらく、仮にキャビテーションによって気泡が発生したとしてもその崩壊が発生しづらい状態となる。これによって新たな壊食が抑制され、斜流羽根車１３の性能低下が改善する。

なお、図５には、後縁３３ｂの負圧面３３ｄ側が加工される前の羽根３３が示されている。解析によると、後縁３３ｂの正圧面３３ｃの低圧領域ＬＰと、羽根３３の後縁３３ｂの近傍の局地的な高圧領域ＨＰとの圧力差がポンプ全揚程の約１．７倍である。このように、圧力差が高い場合は、キャビテーションによる壊食が発生する虞が高い。

図６に、羽根３３に対して、維持管理方法が実行されたあとの、すなわち後縁３３ｂの負圧面３３ｄ側が加工されたあとの羽根３３が示されている。解析によると、維持管理方法を実行したあとの、斜流羽根車１３は、前記圧力差がポンプ全揚程の約０．５倍まで低下した。そして、このような加工後の羽根３３において、後縁３３ｂの壊食が発生しないことが確認された。

なお、上述の説明においては、維持管理方法の加工工程において、羽根３３の各後縁３３ｂの負圧面３３ｄ側を各羽根３３の前縁３３ａへ向けて削る場合について説明したが、これに限らない。加工工程においては、性能変化（ＨＱ、効率、キャビテーション）に悪影響の出ない範囲において、すなわち正圧面３３ｃを削らない回転外周面３３ｅの範囲において、各後縁３３ｂを丸めるように削ってもよい。

具体的には、図４に示すように、後縁３３ｂを、後縁３３ｂの近傍の羽根３３の厚みを直径とする半円状に削る。図４において、加工前の羽根３３の輪郭が二点鎖線で表され、加工後の羽根３３の輪郭が実線で表される。その際、斜流羽根車１３の回転軸に対して内側より外側ほど、前縁３３ａ側へと近づくように加工する（図２において、加工前の羽根３３の輪郭が実線で表され、加工後の羽根３３の輪郭が一点鎖線で表される。）。これにより、４枚の羽根３３の各後縁３３ｂは丸められ、負圧面３３ｄ側において凸形状となる。

本発明に係る維持管理方法は、既存の、斜流羽根車１３が備えられたポンプ装置１０に対して実行されるものであるが、新規に製造される斜流羽根車、すなわち複数の羽根３３を有する斜流羽根車１３が備えられたポンプ装置１０の設計方法にも応用することができる。

すなわち、該設計方法は、所定の形状に形成された斜流羽根車１３に対して、流体解析を実施する流体解析工程と、流体解析工程において、複数の羽根３３のうち少なくともいずれかの羽根３３の後縁３３ｂの正圧面３３ｃ側に低圧領域ＬＰが発生し、かつ後縁３３ｂの近傍に局所的な高圧領域ＨＰが発生することが確認された場合に、複数の羽根３３の各後縁３３ｂの負圧面３３ｄ側が各羽根３３の前縁３３ａへ向けて近づくように形状を変更する、又は各後縁３３ｂが丸まるように形状を変更する調整工程とを有する。

その際、調整工程において後縁３３ｂの負圧面３３ｄ側が各羽根３３の前縁３３ａへ向けて近づくように形状を変更する場合は、羽根車１３の回転軸１２に対して内側より外側ほど、前縁３３ａに向けて近づく範囲が広がるように変更するのが好ましく、調整工程において後縁３３ｂが丸まるように形状を変更する場合は、羽根車１３の回転軸１２に対して内側より外側ほど、後縁３３ｂが前縁３３ａに近づくように変更するのが好ましい。

なお、このような設計方法によって製造された斜流羽根車１３が備えられたポンプ装置１０に対しても、本発明に係る維持管理方法を実行することができる。

また、上述のような設計方法によって製造された斜流羽根車１３が備えられたポンプ装置１０自体も本発明の範囲にある。すなわち、該ポンプ装置１０は、複数の羽根３３を有する斜流羽根車１３と、斜流羽根車１３に接続された立軸の回転軸１２とが備えられたポンプ装置１０であって、羽根３３は、該羽根３３の流体搬送方向に直交する断面が、正圧面３３ｃにおいて凸形状であり、負圧面３３ｄにおいて凹形状であるとともに、該羽根３３の後縁３３ｂの負圧面３３ｄにおいて凸形状を有する。その際、後縁３３ｂの負圧面３３ｄ側が、斜流羽根車１３の回転軸１２に対して内側より外側ほど、該羽根３３の前縁３３ａに向けて近づく範囲が広まるような形状を有する、又は後縁３３ｂが該羽根３３の前縁３３ａに近づくように丸められた形状を有する。

なお、斜流羽根車１３に対する流体解析工程に替えて、例えば実験設備に備えられた実験用のポンプ装置１０に組み込んで運転してみて、実際のキャビテーションの発生の様子を目視確認するようにしてもよい。ただし、キャビテーションが発生した場合に、必ずしも壊食が発生するとは限らない。

上述した実施形態において、斜流羽根車１３の羽根３３は、ボス部３２に対して固定的に備えられている場合について説明したがこれに限らない。斜流羽根車１３は、羽根３３の翼角が変更可能に構成されていてもよい。羽根３３の翼角の変更が設計どおりに行われない不具合が生じた場合に、壊食が発生しやすいため、本発明に係るポンプ装置の維持管理方法、設計方法及びポンプ装置によれば、そのような壊食を効果的に抑制することができるからである。

上述した実施形態において、ポンプ装置１０に斜流羽根車１３が備えられている場合について説明したがこれに限らない。ポンプ装置１０は、斜流羽根車１３に替えて、軸流羽根車又は遠心羽根車が備えられていてもよい。

上述した実施形態は、いずれも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能である。

１０：ポンプ装置
１２：回転軸
１３：斜流羽根車（羽根車）
１８：整流羽根
３３：羽根
３３ａ：前縁
３３ｂ：後縁
３３ｃ：正圧面
３３ｄ：負圧面
ＨＰ：高圧領域
ＬＰ：低圧領域

Claims

複数の羽根を有する羽根車が備えられたポンプ装置の維持管理方法であって、
前記各羽根のうち少なくともいずれかの羽根の後縁に壊食又は壊食の兆候が発生しているか否かを確認する確認工程と、
前記確認工程において、壊食又は壊食の兆候が発生していることが確認された場合に、前記各羽根の各後縁の負圧面側を前記各羽根の前縁へ向けて削る、又は前記各後縁を丸めるように削る加工工程とを有することを特徴とするポンプ装置の維持管理方法。
前記確認工程は、前記各羽根のうちいずれの羽根の後縁にも壊食の発生が確認されない場合であっても、前記いずれかの羽根の正圧面に、該ポンプ装置の運転中にキャビテーションが発生している又は発生していたことが確認された場合は、前記羽根車に流体解析を実施する流体解析工程を有し、
前記流体解析工程の結果、前記各羽根のうち少なくともいずれかの羽根の後縁の正圧面側に低圧領域が発生し、かつ前記後縁の近傍に局所的な高圧領域が発生することが確認され、前記低圧領域の圧力と前記高圧領域の圧力との圧力差が所定の閾値を越えている場合に、前記後縁に壊食の兆候が発生していると判断する請求項１に記載のポンプ装置の維持管理方法。
前記加工工程において前記後縁の負圧面側を前記各羽根の前縁へ向けて削る場合は、前記羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど、前記前縁に向けて加工範囲が広まるように加工する請求項１又は２に記載のポンプ装置の維持管理方法。
前記加工工程において前記後縁を丸めるように削る場合は、前記羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど、前記後縁が前記前縁に近づくように加工する請求項１又は２に記載のポンプ装置の維持管理方法。
複数の羽根を有する羽根車が備えられたポンプ装置の設計方法であって、
所定の形状に形成された前記羽根車に対して、流体解析を実施する流体解析工程と、
前記流体解析工程において、前記各羽根のうち少なくともいずれかの羽根の後縁の正圧面側に低圧領域が発生し、かつ前記後縁の近傍に局所的な高圧領域が発生することが確認され、前記低圧領域の圧力と前記高圧領域の圧力との圧力差が所定の閾値を越えている場合に、前記各羽根の各後縁が前記各羽根の前縁及び正圧面へ向けて近づき、これにより前記各羽根の負圧面に凸形状が形成されるように、前記各羽根の負圧面の形状を変更する、又は前記各後縁が丸まるように形状を変更する調整工程とを有することを特徴とするポンプ装置の設計方法。
前記調整工程において前記後縁が前記各羽根の前縁及び正圧面へ向けて近づき、これにより前記各羽根の負圧面に凸形状が形成されるように、前記各羽根の負圧面の形状を変更する場合は、前記後縁と負圧面の前記凸形状とにより画定された範囲が、前記羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど広がるように変更する請求項５に記載のポンプ装置の設計方法。
前記調整工程において前記後縁が丸まるように形状を変更する場合は、前記羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど、前記後縁が前記前縁に近づくように変更する請求項５に記載のポンプ装置の設計方法。
複数の羽根を有する斜流羽根車と、前記斜流羽根車に接続された立軸の回転軸とが備えられたポンプ装置であって、
前記羽根は、該羽根の流体搬送方向に直交する断面が、正圧面において凸形状であり、負圧面において凹形状であるとともに、該羽根の後縁近傍の負圧面において凸形状を有し、
負圧面の前記凸形状は、前記斜流羽根車を回転させた際の前記羽根の回転範囲の外周面と重なり、正圧面と連続する面である回転外周面を負圧面に投影したときに生じる投影面を超えて該羽根の前縁側に位置することを特徴とするポンプ装置。
前記後縁と負圧面の前記凸形状とにより画定された範囲が、前記斜流羽根車の回転軸に対して内側より外側ほど広がるような形状を有する請求項８に記載のポンプ装置。