JP2018178804A - スクリューポンプの羽根補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリュー羽根の軸芯および回転バランスを維持しやすいスクリューポンプの羽根の補修方法を提供すること。【解決手段】横にされたスクリュー軸６をその両端支持で回転可能に支持するスクリュー軸支持工程と、両端支持されたスクリュー軸６をその軸芯回りに回転させながら、且つスクリュー軸６の長手方向に対して平行に配置されたレール４５の上を切断機４６を走行させながら、スクリュー羽根７の少なくとも先端部を切断機４６にて切断除去する羽根切断工程と、スクリュー羽根７の切断部に、新規に製作した羽根先端部１２（羽根新規部）を溶接する羽根新規部取付工程と、両端支持されたスクリュー軸６をその軸芯回りに回転させながら、且つレール４５の上を切断機４６を走行させながら、溶接された羽根先端部１２をその外径寸法が所定の寸法となるように切断機４６にて切断加工する羽根外径調整工程と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、スクリュー軸の外周面に取り付けられたスクリュー羽根の補修方法に関する。

スクリューポンプは、回転するスクリューで揚水する開放形のポンプであり、例えば雨水ポンプ場、下水処理場の中のポンプ設備などにおける揚水機として用いられる。このスクリューポンプは、水平方向に対して斜めに傾斜する断面凹形状のトラフ内に設置される。ここで、スクリューポンプの本体（主要部）は、外周面に螺旋状のスクリュー羽根が取り付けられたスクリュー軸であり、トラフ内に設置された状態で、上記スクリュー羽根の先端部（外周縁部）とトラフとの隙間は、所望の揚水量（ポンプ性能）を確保するために、規定の隙間とされなければならない。したがって、トラフの内面仕上げも重要ではあるが、スクリュー羽根の外径寸法はできるだけ寸法精度が高いことが望ましい。

一方、スクリューポンプ、特にそのスクリュー羽根は、経年劣化する。経年劣化したスクリューポンプは、更新（全取替）されたり、一部取替などされる。また、腐食したスクリュー羽根の先端部に肉盛り溶接することで、スクリュー羽根を補修して、スクリューポンプを延命させることもある。

ここで、スクリューポンプの一部を取り替える補修方法が、下記の特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の補修方法は、スクリュー羽根を含めてスクリュー軸を、取り替える部分と、継続使用する部分とに分割し、取り替える部分を新規のスクリュー羽根およびスクリュー軸に更新するというものである。スクリュー羽根の連続性、回転バランスなどの再現性を確保するための工夫が、特許文献１に開示されている。

なお、スクリューポンプを補修する技術に関する発明ではないが、本件出願人は、スクリュー羽根の外径を調整する方法に関し特許出願し、その特許出願は登録となっている（特許文献２）。特許文献２に記載のスクリューポンプの羽根外径調整方法は、横にされたスクリュー軸をその両端支持で回転可能に支持し、両端支持されたスクリュー軸をその軸芯回りに回転させながら、且つスクリュー軸の長手方向に対して平行に配置されたレールの上を切断機を走行させながら、スクリュー羽根の先端部をその外径寸法が所定の寸法となるように切断機にて切断加工する、というものである。

特開２０１５−４０５２９号公報 特許第５８９００５６号公報

スクリューポンプを補修することに関し、特許文献１に開示のようなスクリューポンプの一部を取り替える方法では、まだ十分に継続使用が可能なスクリュー軸の一部までをも取り替えるケースが発生し得、費用および労力などにおいて無駄が多くなる場合がある。

一方、スクリュー羽根の先端部に肉盛り溶接を施すという公知の補修方法によると、費用および労力は少なく抑えることができるが、スクリュー羽根の軸芯よび回転バランスがくるいやすいという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、スクリュー羽根の軸芯および回転バランスを維持しやすいスクリューポンプの羽根の補修方法を提供することである。

本発明は、スクリュー軸の外周面に取り付けられたスクリュー羽根の補修方法である。この補修方法は、横にされた前記スクリュー軸をその両端支持で回転可能に支持するスクリュー軸支持工程と、両端支持された前記スクリュー軸をその軸芯回りに回転させながら、且つ前記スクリュー軸の長手方向に対して平行に配置されたレールの上を切断機を走行させながら、前記スクリュー羽根の少なくとも先端部を前記切断機にて切断除去する羽根切断工程と、前記スクリュー羽根の切断部に、新規に製作した羽根新規部を溶接する羽根新規部取付工程と、両端支持された前記スクリュー軸をその軸芯回りに回転させながら、且つ前記レールの上を前記切断機を走行させながら、溶接された前記羽根新規部をその外径寸法が所定の寸法となるように前記切断機にて切断加工する羽根外径調整工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によると、スクリュー軸をその軸芯回りに回転させながら、且つスクリュー軸の長手方向に対して平行に切断機を走行させながら、スクリュー羽根の少なくとも先端部を切断除去し、その後、切断部に溶接された羽根新規部をその外径寸法が所定の寸法となるように切断加工することにより、スクリュー羽根の軸芯および回転バランスを維持しやすい。

スクリューポンプの側面図である。 スクリュー羽根の既塗装を除去するときの、スクリュー本体の状態を示す側面図である。 スクリュー羽根の先端部を切断除去等するときの、スクリュー本体の状態を示す側面図である。 図３のＣ部の詳細構造図である。 図３のＤ部の詳細構造図である。 スクリュー羽根の切断面に、新規に製作した羽根先端部（羽根新規部）を突合せ溶接してなるスクリュー本体の全体図である。 スクリュー羽根の切断面に、新規に製作した羽根先端部（羽根新規部）を突合せ溶接してなるスクリュー羽根の一部を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

（スクリューポンプの構成）
図１に示すように、スクリューポンプ１００は、水平方向に対して斜めに傾斜するトラフ５０内に設置されるスクリュー本体１と、スクリュー本体１を支持する上部軸受４および下部軸受２とを備えている。スクリュー本体１の上端には上スピンドル３が取り付けられており、スクリュー本体１はこの上スピンドル３を介して上部軸受４にて吊り下げられるようにして支持される。スクリュー本体１を回転させるエンジン、電動機などの駆動装置（不図示）は、ギヤカップリング５を介してスクリュー本体１に回転駆動力を伝達する。

スクリュー本体１は、筒状のスクリュー軸６と、その外周面に取り付けられた螺旋状のスクリュー羽根７とを有し、一方（下側）の端部には円錐胴８が取り付けられ、その末端には下エンドプレート９が取り付けられる。他方（上側）の端部には上エンドプレート１０が取り付けられる。

トラフ５０の内面は、回転するスクリュー羽根７に沿う円弧形状に仕上げられ、所望の揚水量を確保するために、スクリュー羽根７の先端部（外周縁部）とトラフ５０の内面との隙間Ｓは、例えば、７ｍｍ〜１３ｍｍに調整される。スクリュー軸６は、例えばＳＴＰＹ（アーク溶接鋼管）製であり、スクリュー羽根７は、例えばＳＳ製である。スクリュー軸６の全長は、ポンプの揚程、傾斜角度等から決定されるものであり、例えば６ｍ〜２５ｍ程度である。また、その軸径は、例えば０．６ｍ〜３．０ｍ程度である。スクリュー羽根７の外径は、例えば１．２ｍ〜６．０ｍ程度であり、その羽根の厚みは、例えば、６ｍｍ〜１６ｍｍ程度である。

（スクリュー羽根の補修方法）
図２から図６を適宜参照しつつスクリュー羽根７の補修方法について説明する。

＜輸送工程＞
まず、現地に設置されているスクリューポンプ１００のスクリュー本体１を取り外し、取り外したスクリュー本体１を、低床トレーラーなどを用いて工場に輸送する。

＜既塗装除去工程＞
次に、スクリュー本体１のスクリュー羽根７に施されている既塗装を、例えば以下に記載の方法にて除去する。図２に示したように、工場に輸送されたスクリュー本体１を横姿勢にし、ローラ４０ａが上端部に配置された架台４０の上にスクリュー軸６を載せて、適宜スクリュー軸６を回転させながら、スクリュー羽根７の既塗装を除去する。このとき、スクリュー軸６の既塗装も除去したり、スクリュー羽根７全面の既塗装を除去したりしてもよいが、既塗装の除去範囲を最小限にとどめるには、スクリュー羽根７のうちの切断除去して補修する加工部のみの既塗装を除去すればよい。

＜スクリュー軸支持工程＞
その後、横にされたスクリュー軸６（スクリュー本体１）を、例えば以下に記載の方法にて、両端支持で回転可能に支持する。図３に示したように、スクリュー本体１を支持する架台を、架台４０から架台４１に変更する。この架台４１に設けられた回転治具４７，４８でスクリュー軸６の両端を挟むようにして、横にされたスクリュー軸６（スクリュー本体１）を支持する。なお、回転治具４７，４８は架台４１に対して回転可能に取り付けられている。

スクリュー軸６の上端部の支持構造（図３のＣ部）について図４を参照しつつ説明する。上エンドプレート１０の中央部には孔１０ａがあけられており、円盤状の治具プレート１１がこの孔１０ａに印ろうの構造で嵌め込まれる。印ろうの構造としているのは、上エンドプレート１０の軸芯と治具プレート１１の軸芯とを一致させるためである。治具プレート１１の軸芯部分には、スクリュー軸６の長手方向外方へ向かって拡がる形状の治具挿入孔１１ａが設けられている。本実施形態の治具挿入孔１１ａは円錐台の形状とされている。

回転治具４７は、先端部４７ａが先細り形状とされた治具である。本実施形態の回転治具４７の先端部４７ａは円錐形状とされている。なお、上記した治具挿入孔１１ａは、回転治具４７の先端部４７ａに対応する円錐台の形状とされる。

スクリュー軸６の下端部の支持構造（図３のＤ部）について図５を参照しつつ説明する。下エンドプレート９の中央部（軸芯部分）には、スクリュー軸６の長手方向外方へ向かって拡がる形状の治具挿入孔９ａが設けられている。本実施形態の治具挿入孔９ａは円錐台の形状とされている。

回転治具４８は、回転治具４７と同じく先端部４８ａが先細り形状とされた治具である。本実施形態の回転治具４８の先端部４８ａは円錐形状とされている。なお、上記した治具挿入孔９ａは、回転治具４８の先端部４８ａに対応する円錐台の形状とされる。

回転治具４７の先端部４７ａを上記治具挿入孔１１ａに挿入して、治具挿入孔１１ａの傾斜内周面に先端部４７ａの外周面を面接触させるとともに、回転治具４８の先端部４８ａを上記治具挿入孔９ａに挿入して、治具挿入孔９ａの傾斜内周面に先端部４８ａの外周面を面接触させる。これにより、スクリュー軸６（スクリュー本体１）は、その両端支持で１組の架台４１により回転可能に支持される。

＜羽根切断工程＞
その後、例えば以下に記載の方法にて、両端支持されたスクリュー軸６をその軸芯回りに回転させながら、且つスクリュー軸６の長手方向に対して平行に配置されたレール４５の上を切断機４６を走行させながら、スクリュー羽根７の少なくとも先端部を切断機４６にて切断除去する。

図３に示したように、スクリュー軸６の外周面にベルト４２を掛け、ベルト駆動装置４３にてベルト４２を回転させることでスクリュー本体１をその軸芯まわりに回転させる。ここで、スクリュー本体１の側方には複数の脚４４で支持されたレール４５がスクリュー軸６（スクリュー本体１）の長手方向に対して平行に配置されており、このレール４５の上を切断機４６（例えばガストーチを有するガス切断機）が走行するようにされている。

スクリュー軸６（スクリュー本体１）をその軸芯回りに回転させながら切断機４６を走行させて、スクリュー羽根７の先端部を、例えば２００ｍｍ、切断機４６にて切断除去する。なお、スクリュー羽根７の先端から根元へ２００ｍｍ以上の長さ、スクリュー羽根７を切断除去してもよい。また、極端に言えば、スクリュー羽根７の根元付近（スクリュー羽根７のスクリュー軸６直近部分）を切断してもよい。

ここで、スクリュー羽根７の先端の周速が、例えば２ｍｍ／秒以上、且つ５ｍｍ／秒以下となるようにスクリュー軸６を回転させる。切断機４６に関しては、回転するスクリュー羽根７の先端部を当該切断機４６にて連続的に切断するように、スクリュー羽根７先端部の周速およびスクリュー羽根７のリードから決定した走行速度で切断機４６を走行させる（スクリュー羽根７の先端部の回転速度（周速）と、切断機４６の走行速度とを同期させる）。

なお、図３に示すように、スクリュー軸６の中心部から水平方向に延ばした仮想線Ｌとスクリュー羽根７の先端部とが交差する部分Ｐを切断機４６にて切断加工することが好ましい。

＜羽根新規部取付工程＞
次に、スクリュー羽根７の切断面１５（図７（ｂ）参照）を、グラインダなどを用いて平滑にした後、当該切断面１５に新規に製作した羽根先端部１２（羽根新規部、図６および図７（ａ）参照）を突合せ溶接する。なお、図６は、スクリュー羽根７の切断面１５に、新規に製作した羽根先端部１２（羽根新規部）を突合せ溶接してなるスクリュー本体１の全体図である。また、図７（ａ）は、図６中の矢印Ｆで示す部分の詳細図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。また、スクリュー羽根７の切断面１５は、スクリュー羽根７の径方向の端面である。

ここで、図７（ａ）に示すように、突合せ溶接する羽根先端部１２は、例えば、複数の円弧状の羽根先端部分割片１６からなる。また、前記した羽根切断工程にて、スクリュー羽根７の先端部を、２００ｍｍ切断除去したとすると、羽根先端部１２（羽根先端部分割片１６）の幅は、例えば２２０ｍｍ（調整代：２０ｍｍ）とされる。なお、前記した羽根切断工程にて、スクリュー羽根７の先端から根元へ２００ｍｍ以上の長さ、例えば７００ｍｍ、スクリュー羽根７を切断除去したとすると、羽根新規部の幅は、例えば７２０ｍｍ（調整代：２０ｍｍ）とされる。また、スクリュー羽根７の根元付近（スクリュー羽根７のスクリュー軸６直近部分）を切断除去したとすると、それに応じた寸法の羽根新規部とされる。

また、図７（ｂ）に示すように、スクリュー羽根７の継続使用部７ａ（残存部）と、新規に製作した羽根先端部１２とを突合せ溶接する部分は、例えば開先がとられ、強固に固定される。

＜羽根外径調整工程＞
次に、両端支持されたスクリュー軸６をその軸芯回りに回転させながら、且つスクリュー軸６の長手方向に対して平行に配置されたレール４５の上を切断機４６を走行させながら、突合せ溶接された羽根先端部１２（羽根新規部）をその外径寸法が所定の寸法となるように切断機４６にて切断加工する。

羽根先端部１２の調整代が、例えば２０ｍｍとされている場合、この羽根外径調整工程にて、羽根先端部１２の外縁部は、切断機４６で２０ｍｍ切断される。なお、羽根先端部１２の具体的な切断方法については、前記した羽根先端部除去工程における、スクリュー羽根７の先端部の切断方法の記載、および図３を参照されたい。スクリュー羽根７の継続使用部７ａ（残存部）に突合せ溶接された羽根先端部１２をその外径寸法が所定の寸法となるように切断機４６にて切断加工する方法と、スクリュー羽根７の先端部を切断機４６にて切断除去する方法とは、同様の方法である。

なお、この羽根外径調整工程において、前記した羽根切断工程と同様に、スクリュー羽根７の羽根先端部１２（羽根先端部１２の先端）の周速が、例えば２ｍｍ／秒以上、且つ５ｍｍ／秒以下となるようにスクリュー軸６を回転させる。切断機４６に関しては、回転するスクリュー羽根７の羽根先端部１２を当該切断機４６にて連続的に切断するように、羽根先端部１２の周速およびスクリュー羽根７のリードから決定した走行速度で切断機４６を走行させる（羽根先端部１２の回転速度（周速）と、切断機４６の走行速度とを同期させる）。また、スクリュー軸６の中心部から水平方向に延ばした仮想線Ｌとスクリュー羽根７の羽根先端部１２とが交差する部分Ｐを切断機４６にて切断加工することが好ましい。

＜羽根外径仕上げ工程＞
図示を省略するが、その後、スクリュー軸６（スクリュー本体１）の長手方向に対して平行にピアノ線（糸状部材）を張り、当該ピアノ線を基準にして、スクリュー羽根７の外径寸法が±６ｍｍの寸法公差内となるように、グラインダ等で羽根先を仕上げる。なお、ピアノ線の代わりに針金、糸などの糸状部材を用いてもよい。また、糸状部材の代わりにレーザー光を用いてもよい。

＜塗装工程＞
最後に、前記した既塗装除去工程にて塗装を除去した部分、および所定の寸法公差内に仕上げられた新規製作の羽根先端部１２に塗装を施す。なお、塗装を施す前にケレン処理することが好ましい。

（スクリュー羽根の補修箇所）
スクリュー羽根７の補修箇所は、特に限定されるものではなく、且つ、スクリューポンプ全長にわたってスクリュー羽根７の先端部を補修してもよいが、水平方向に対して斜めに設置されたときのスクリューポンプ１００（スクリュー本体１）（図１参照）の下部側のスクリュー羽根７の少なくとも先端部を、前記した補修方法で補修することが好ましい。上記下部側のスクリュー羽根７は、水に浸かったり浸からなかったりを繰り返すので、特に腐食しやすい部分である。そのため、上記下部側のスクリュー羽根７を補修することは、スクリューポンプ１００の延命に大きく寄与する。

（変形例）

前記した実施形態では、スクリュー羽根７の切断部としてのスクリュー羽根７の径方向の端面（切断面１５）に、羽根先端部１２を突き合わせ溶接する例を示した。これに代えて、スクリュー羽根７の先端部を切断した後の継続使用部７ａ（残存部）の先端部の側面に、適宜寸法で新規に製作したリング状や複数の円弧状の羽根先端部を溶接してもよい。

スクリュー羽根７の先端の周速を、例えば２ｍｍ／秒以上、且つ５ｍｍ／秒以下とするのは好ましい一例であり、上記以外の周速でスクリュー羽根７（スクリュー軸６）を回転させてもよい。

ガストーチを有するガス切断機以外の切断機４６としては、例えばプラズマトーチを有する切断機を挙げることができる。

回転するスクリュー羽根７先端部の切断機４６による切断箇所は、スクリュー軸６の中心部から水平方向に延ばした仮想線Ｌとスクリュー羽根７の先端部とが交差する部分Ｐに限られることはない。

スクリュー羽根７の先端部を切断機４６にて粗面なく所定の寸法に切断できた場合などは、上記した羽根外径仕上げ工程を省略してもよい。

（作用・効果）
本発明によると、スクリュー軸６をその軸芯回りに回転させながら、且つスクリュー軸６の長手方向に対して平行に切断機４６を走行させながら、スクリュー羽根７の少なくとも先端部を切断除去し、その後、切断部に溶接された羽根新規部（羽根先端部１２）をその外径寸法が所定の寸法となるように切断加工することにより、新規製作部分（羽根新規部）を精度良く製作することができ、スクリュー羽根７の軸芯および回転バランスを維持しやすい。

本発明においては、上記切断部は、スクリュー羽根７の径方向の端面であって、羽根新規部取付工程において、当該端面に羽根新規部（羽根先端部１２）を突合せ溶接することが好ましい。このようにすることで、スクリュー羽根７の軸芯および回転バランスをより維持しやすい。

また、本発明においては、水平方向に対して斜めに設置されたときのスクリューポンプ１００の下部側のスクリュー羽根７を、前記した方法で補修することが好ましい。なお、必須の重要工程は、スクリュー軸支持工程、羽根切断工程、羽根新規部取付工程、および羽根外径調整工程である。スクリューポンプ１００の下部側のスクリュー羽根７は、水に浸かったり浸からなかったりを繰り返すので、特に腐食しやすい部分である。そのため、上記下部側のスクリュー羽根７を補修することは、スクリューポンプ１００の延命に大きく寄与する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

１：スクリュー本体
２：下部軸受
３：上スピンドル
４：上部軸受
５：ギヤカップリング
６：スクリュー軸
７：スクリュー羽根
８：円錐胴
９：下エンドプレート
１０：上エンドプレート
１２：羽根先端部（羽根新規部）（新規に製作した羽根先端部（羽根新規部））
１５：切断面（切断部、端面）
４５：レール
４６：切断機
１００：スクリューポンプ

Claims (3)

1. スクリュー軸の外周面に取り付けられたスクリュー羽根の補修方法であって、
   横にされた前記スクリュー軸をその両端支持で回転可能に支持するスクリュー軸支持工程と、
   両端支持された前記スクリュー軸をその軸芯回りに回転させながら、且つ前記スクリュー軸の長手方向に対して平行に配置されたレールの上を切断機を走行させながら、前記スクリュー羽根の少なくとも先端部を前記切断機にて切断除去する羽根切断工程と、
   前記スクリュー羽根の切断部に、新規に製作した羽根新規部を溶接する羽根新規部取付工程と、
   両端支持された前記スクリュー軸をその軸芯回りに回転させながら、且つ前記レールの上を前記切断機を走行させながら、溶接された前記羽根新規部をその外径寸法が所定の寸法となるように前記切断機にて切断加工する羽根外径調整工程と、
   を備えることを特徴とする、スクリューポンプの羽根補修方法。
2. 請求項１に記載のスクリューポンプの羽根補修方法において、
   前記切断部は、前記スクリュー羽根の径方向の端面であって、
   前記羽根新規部取付工程において、前記端面に前記羽根新規部を突合せ溶接することを特徴とする、スクリューポンプの羽根補修方法。
3. 請求項１または２に記載のスクリューポンプの羽根補修方法において、
   水平方向に対して斜めに設置されたときの前記スクリューポンプの下部側の前記スクリュー羽根を、前記スクリュー軸支持工程、前記羽根切断工程、前記羽根新規部取付工程、および前記羽根外径調整工程により補修することを特徴とする、スクリューポンプの羽根補修方法。

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