JP2020041537A - ターボ形ポンプ、ターボ形ポンプの翼端隙間計測装置及び翼端隙間計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ形ポンプの運転中に翼端隙間を計測可能にする。【解決手段】一実施形態に係るターボ形ポンプは、主軸及び該主軸を回転させる駆動部と、前記主軸に連結され、複数のベーンを有する羽根車と、前記羽根車を取り囲むケーシングと、を備えるターボ形ポンプであって、前記複数のベーンと前記ケーシングの内面との間の翼端隙間に向けて超音波を発信し、該超音波の反射波を受信して前記翼端隙間を計測可能な超音波センサを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、ターボ形ポンプ、ターボ形ポンプの翼端隙間計測装置及び翼端隙間計測方法に関する。

遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ等、非容積型のターボ形ポンプは、ケーシングの内部に設けられた羽根車の回転によってケーシング内を流れる液体の揚程と流量を確保する。回転する羽根車のベーンの先端と静止したケーシングの内面との間には隙間があり、羽根車による揚液昇圧時にこの翼端隙間から液体の漏れ流れ（逆流）が発生する。そのため、翼端隙間をいかに低減するかがポンプ効率の向上に重要な要素となっている。例えば、半径１０００ｍｍの羽根車を備える斜流ポンプの場合、翼端隙間が１．０ｍｍ程度となるように設計されている。

上述のように、翼端隙間はできるだけ小さくすることが望ましいが、翼端隙間はポンプに生じるハイドロ荷重や運転温度によって変化するため、これらを考慮してベーン先端とケーシング内面とが接触しないように余裕をもって設計する必要がある。従って、翼端隙間を過度に小さく設計することはできないため、漏れ損失の低減にも限界がある。また、ポンプの運転中に翼端隙間を計測できないため、運転後ポンプを分解し、ケーシング内面とベーンとの接触痕を確認して運転中の翼端隙間を推定している。
特許文献１には、ポンプの停止中にケーシングに形成したアクセス孔から内視鏡を挿入し、内視鏡から得られた画像から翼端隙間を演算する方法が開示されている。

特開平９−２９２２１６号公報

特許文献１に開示された翼端隙間計測方法は、ポンプが停止した時でないと実施できないため、運転中にポンプに生じるハイドロ荷重や運転温度によって翼端隙間がどのように変化するかを検証することができない。また、ケーシングにアクセス孔を開ける必要があるため、運転中のケーシング内の圧力上昇に対してアクセス孔を封止可能な栓構造が必要となる。

一実施形態は、ターボ形ポンプの運転中に翼端隙間を計測可能にすることを目的とする。

（１）一実施形態に係るターボ形ポンプは、
主軸及び該主軸を回転させる駆動部と、
前記主軸に連結され、複数のベーンを有する羽根車と、
前記羽根車を取り囲むケーシングと、
を備えるターボ形ポンプであって、
前記複数のベーンと前記ケーシングの内面との間の翼端隙間に向けて超音波を発信し、該超音波の反射波を受信して前記翼端隙間を計測可能な超音波センサを備える。
上記（１）の構成によれば、ターボ形ポンプの運転中に上記構成の超音波センサから翼端隙間に向けて超音波を発信することで、翼端隙間を計測できる。従って、運転中の翼端隙間を計測できるので、この計測結果をターボ形ポンプの設計に反映できると共に、運転中の翼端隙間の状況確認のための分解及び再組立が不要になり、分解及び再組立に要する時間及び費用を節減できる。

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記超音波センサは、前記ベーンの翼端面の回転方向における幅をｄとし、前記翼端面の周速をＶとしたとき、Ｖ／ｄ以上の発信周波数で前記超音波を発信可能に構成される。
上記（２）の構成によれば、超音波センサがＶ／ｄ以上の発信周波数で超音波を発信することで、各ベーンの翼端面で少なくとも１つの反射波を形成できる。この反射波を計測することで翼端隙間を計測できる。

（３）一実施形態では、前記（２）の構成において、
前記超音波センサは、２Ｖ／ｄ以上の発信周波数で前記超音波を発信可能に構成される。
上記（３）の構成によれば、超音波センサが２Ｖ／ｄ以上の発信周波数で前記超音波を発信することで、各ベーンの翼端面で複数の反射波を形成できる。これによって、１つの反射波を計測する場合より翼端隙間を正確に計測できる。

（４）一実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記複数のベーンの各々は、翼端に向かって翼厚が増加する翼端部を有する。
上記（４）の構成によれば、各ベーンは翼端に向かって翼厚が増加する翼端部を有するため、翼端部の周速が大きく、かつ超音波センサの発信周波数が少ない場合でも、ベーン翼端面で反射波を形成できる。従って、翼端隙間を計測可能なターボ形ポンプの運転条件を広げることができると共に、超音波センサの性能条件を緩和でき、超音波センサを低コスト化できる。

（５）一実施形態では、前記（１）〜（４）の何れかの構成において、
２個の前記超音波センサが前記羽根車の回転方向に沿って８０°以上１００°以下の位相差をもって配置される。
上記（５）の構成によれば、羽根車の回転方向に沿って９０°前後の位相差で翼端隙間を計測することで、これらの計測結果から羽根車の設計上の真の回転中心に対する羽根車の実際の芯ずれを算出できる。従って、この算出結果に基づいて羽根車の芯ずれを矯正することで、羽根車の周方向で翼端隙間を適正に保持できる。

（６）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの構成において、
前記超音波センサは前記ケーシングの外面に設けられる。
上記（６）の構成によれば、超音波センサをケーシング外面に設けることで、超音波センサの取付けが容易になると共に、超音波センサを翼端隙間の近くに配置できるため、翼端隙間の計測精度を向上できる。

（７）一実施形態に係るターボ形ポンプの翼端隙間計測装置は、
ターボ形ポンプのケーシングを介して前記ケーシングの内面とベーンとの間の翼端隙間に向けて超音波を発信する発信部と、
前記ケーシングを介して、前記ケーシングの内面で反射する第１反射波、及び前記ターボ形ポンプの翼端で反射する第２反射波を受信する受信部と、
前記受信部で検出された前記第１反射波及び前記第２反射波の受信タイミングの時間差から、前記翼端隙間を算出する演算部と、
を備える。
上記（７）の構成によれば、ターボ形ポンプの運転中に上記構成の超音波センサから翼端隙間に向けて超音波を発信することで、翼端隙間を計測できる。従って、運転中の翼端隙間を計測できるので、この計測結果をターボ形ポンプの設計に反映できると共に、運転中の翼端隙間の状況確認のための分解及び再組立が不要になり、分解及び再組立に要する時間及び費用を節減できる。

（８）一実施形態に係るターボ形ポンプの翼端隙間計測方法は、
ターボ形ポンプのケーシングを介して前記ケーシングの内面と羽根車のベーンとの間の翼端隙間に向けて超音波を発信する発信ステップと、
前記ケーシングを介して、前記ケーシングの内面で反射する第１反射波及び前記ターボ形ポンプの翼端で反射する第２反射波を受信する受信ステップと、
前記受信ステップで検出された前記第１反射波及び前記第２反射波の受信タイミングの時間差から、前記翼端隙間を算出する翼端隙間演算ステップと、
を含む。

上記（８）の方法によれば、ターボ形ポンプの運転中に上記発信部からベーンの翼端面に向けて超音波を発信することで、翼端隙間を計測できる。従って、運転中の翼端隙間を計測できるので、この計測結果をターボ形ポンプの設計に反映できると共に、運転中の翼端隙間の状況確認のための分解及び再組立が不要になり、分解及び再組立に要する時間及び費用を節減できる。

（９）一実施形態では、前記（８）の方法において、
前記ターボ形ポンプの回転方向で互いに８０°以上１００°以下の位相差を有する２か所で、前記発信ステップ、前記受信ステップ及び前記翼端隙間演算ステップを行って夫々前記翼端隙間を算出し、
前記２か所で算出した前記翼端隙間から、前記羽根車の芯ずれを算出する芯ずれ算出ステップを含む。
上記（９）の方法によれば、ターボ形ポンプの運転中に羽根車の回転方向に沿って９０°前後の位相差で翼端隙間を計測することで、これらの計測結果から設計上の羽根車の回転中心に対する運転中の実際の芯ずれを算出できる。従って、この算出結果から羽根車の芯ずれを矯正することで、羽根車の周方向で翼端隙間を適正に保持できる。

（１０）一実施形態では、前記（８）の方法において、
前記ターボ形ポンプの回転方向において異なる３か所で、前記発信ステップ、前記受信ステップ及び前記翼端隙間演算ステップを同時に行って夫々前記翼端隙間を算出し、
前記３か所で算出した前記翼端隙間から、前記ターボ形ポンプを構成する羽根車の芯ずれを算出する芯ずれ算出ステップを含む。
上記（１０）の方法によれば、回転方向で同時に異なる３か所で翼端隙間を計測することで、運転中のある瞬間における羽根車の芯ずれを正確に算出できる。

（１１）一実施形態では、前記（８）の方法において、
前記ターボ形ポンプを構成する主軸を回転自在に支持する滑り軸受を備え、
前記発信ステップ、前記受信ステップ及び前記翼端隙間演算ステップを行って算出された前記翼端隙間から、前記主軸と前記滑り軸受との間の軸受隙間を算出する軸受隙間演算ステップを含む。
上記（１１）の方法によれば、翼端隙間を計測することで上記軸受隙間を算出できる。そして、軸受隙間から滑り軸受の摩耗の程度を把握できる。

（１２）一実施形態では、前記（１１）の方法において、
前記軸受隙間演算ステップで演算された前記軸受隙間から前記滑り軸受の交換要否を判定する判定ステップを含む。
上記（１２）の方法によれば、滑り軸受の摩耗の程度から滑り軸受の交換要否を判定でき、適切な時期に滑り軸受を交換できる。

（１３）一実施形態では、前記（１１）又は（１２）の方法において、
前記ターボ形ポンプの回転方向で８０°以上１００°以下の位相差を有する２か所で、前記発信ステップ、前記受信ステップ及び前記翼端隙間演算ステップを行って夫々前記翼端隙間を算出し、
前記軸受隙間演算ステップは、前記２か所で算出した前記翼端隙間から前記軸受隙間を算出する。
上記（１３）の方法によれば、羽根車の回転方向に沿って９０°前後の位相差で翼端隙間を計測することで、これらの計測結果から滑り軸受の摩耗の程度を周方向で正確に算出できる。従って、滑り軸受の交換要否を正確に判定できる。

幾つかの実施形態によれば、ターボ形ポンプの運転中に翼端隙間を計測できるため、運転中の翼端隙間の計測結果をターボ形ポンプの設計に反映できると共に、翼端隙間の状況確認のための分解及び再組立が不要になり、分解及び再組立に要する費用を節減できる。

一実施形態に係る斜流ポンプの縦断面図である。 一実施形態に係る斜流ポンプの一部拡大断面図である。 一実施形態に係る超音波の反射波を模式的に示すグラフである。 一実施形態に係る斜流ポンプを主軸方向から視た横断面図である。 一実施形態に係る超音波の反射波を模式的に示すグラフである。 一実施形態に係る斜流ポンプを示す横断面図である。 一実施形態に係る超音波センサの構成を示すブロック線図である。 一実施形態に係る斜流ポンプの翼端隙間計測方法を示す工程図である。 一実施形態に係る斜流ポンプを主軸方向から視た横断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、ターボ形ポンプとしての一実施形態に係る斜流ポンプ１０を示す。斜流ポンプ１０は、主軸１２及び主軸１２を回転させる駆動部１４を備える。主軸１２の先端部付近に羽根車１６が連結されている。羽根車１６は、主軸１２に連結されるボス部１８と、ボス部１８から外側へ放射状に突出した複数のベーン２０を含んで構成される。ケーシング２２が羽根車１６を取り囲むように設けられ、主軸１２とケーシング２２の内面との間にポンプ送りされる流体の流路Ｒが形成される。駆動部１４によって主軸１２と共に羽根車１６が回転し、ベーン２０の回転により流体（例えば水）は吸込口２６から流路Ｒに吸引され、流路Ｒで圧力と速度エネルギを与えられ、矢印方向へ送られる。斜流ポンプ１０には、ベーン２０にむけて超音波を発信可能な超音波センサ２４が設けられている。超音波センサ２４は、例えば、ケーシング２２の外面に固定される。

図２に示すように、斜流ポンプ１０の運転中に、複数のベーン２０の翼端とケーシング２２の内面２２ａとの間の翼端隙間Ｃ_１を計測するために、超音波センサ２４からベーン２０の翼端面２０ａに向けて超音波Ｕｔが発信される。そして、ケーシング内面２２ａ及び翼端面２０ａで反射する超音波Ｕｔの反射波を受信する。超音波Ｕｔは、音響インピーダンスや密度が小さい気体中は伝播しにくくなるため、流路Ｒに水などの液体を満たしておく必要がある。

図３は、ケーシング２２の内面２２ａ及びベーン２０の翼端面２０ａで反射する超音波Ｕｔの反射波を模式的に示すグラフである。同図において、縦軸は、超音波センサ２４から超音波Ｕｔが発信されたタイミングｔ_０を示し、横軸は、発信タイミングｔ_０からの時間の経過を示す。また、Ｒｃはケーシング２２の内面２２ａで反射した反射波（第１反射波）を示し、Ｒｖは翼端面２０ａで反射した反射波（第２反射波）を示す。横軸の経過時間は、超音波センサ２４からの距離と等価であり、従って、図中のＣ_１は翼端隙間を現している。

上記実施形態によれば、斜流ポンプ１０の運転中に超音波センサ２４から翼端隙間Ｃ_１に向けて超音波Ｕｔを発信することで、図３に示すように、運転中の翼端隙間Ｃ_１を計測できる。従って、運転中に計測した翼端隙間Ｃ_１の計測結果を斜流ポンプ１０の設計に反映できると共に、運転中の翼端隙間Ｃ_１の状況確認のための分解及び再組立が不要になり、分解及び再組立に要する費用を節減できる。

図１に示すように、斜流ポンプ１０は、吸込口２６の下流側でボス部１８によって主軸１２の中心軸に対して円錐状に広がる流路Ｒ_１が形成される。羽根車１６の回転によって吸込口２６から吸入された液体は、流路Ｒ_１で遠心力を受けて圧力が上昇した外向きの流れとなる。ボス部１８の下流側には、周方向に複数の案内羽根３０が固定されたボス部２８が設けられ、ボス部２８は静止側であるケーシング２２と案内羽根３０を介して一体に形成され、主軸１２を回転自在に支持している。ボス部２８の外側の流路Ｒ_２は、主軸１２の方向（内向き）に形成され、流路Ｒ_１で圧力が上昇した液体を主軸１２と平行な軸方向流れとして損失を最小にしている。

一実施形態では、吸込口２６はベルマウス状に形成されている。また、主軸１２の一方側はケーシング２２の外側へ導出され、ケーシング２２の外側へ導出された外側端部は駆動部１４に接続されている。

図４は、一実施形態において主軸１２の軸線方向からベーン２０を視た図である。
一実施形態では、図４に示すように、超音波センサ２４は、ベーン２０の翼端面２０ａの回転方向における幅をｄとし、翼端面２０ａの周速をＶとしたとき、Ｖ／ｄ以上の発信周波数ｆで超音波Ｕｔを発信可能に構成される。即ち、この実施形態では、Ｖ／ｄ＜ｆ（→Ｖ／ｆ＜ｄ）の関係にある。Ｖ／ｆは超音波が１回発信される間に翼端面２０ａが進む距離を現しているため、Ｖ／ｆ＜ｄを満たすことで、翼端面２０ａには少なくとも１回反射波Ｒｖが形成される。例えば、ｄ＝１０ｍｍ、Ｖ＝２０ｍ／秒であるとき、発信周波数を２ｋＨｚとすると、Ｖ／ｆ＝（２０×１０^３ｍｍ）／（２×１０^３Ｈｚ）＝１０ｍｍとなり、超音波は翼端面２０ａが１０ｍｍ進むごとに発信される。従って、ｄ＝１０ｍｍの回転方向幅を有する翼端面２０ａには１回の反射波Ｒｖが形成される。

この実施形態によれば、超音波センサがＶ／ｄ以上の発信周波数をもつことで、各ベーンの翼端面２０ａで少なくとも１つの反射波Ｒｖを形成できる。この反射波Ｒｖを計測することで翼端隙間Ｃ_１を計測できる。
なお、翼端面２０ａを平滑面とすることで、翼端面２０ａで反射する反射波Ｒｖの減衰及び散乱を抑制でき、反射波Ｒｖが鮮明に発現する。即ち、図３では、反射波Ｒｖの高さが高くなるので、反射波の計測精度を高めることができる。

一実施形態では、超音波センサ２４は２Ｖ／ｄ以上の発信周波数で超音波Ｕｔを発信可能に構成される。
この実施形態によれば、超音波センサ２４が２Ｖ／ｄ以上の発信周波数で超音波を発信することで、各ベーンの翼端面２０ａで複数の反射波Ｒｖを形成できる。複数の反射波Ｒｖを計測することで、１つの反射波Ｒｖを計測する場合より翼端隙間Ｃ_１を正確に計測できる。

図５は、１つのベーン２０の翼端面２０ａで２つの反射波Ｒｖを形成する場合を模式的に示している。同図に示すように、ケーシング２２の内面２２ａにおける超音波の反射波Ｒｃの間に、１つの翼端面２０ａで２つの反射波Ｒｖを形成している。このように、１つのベーン２０で翼端隙間Ｃ_１を２回計測できるため、翼端隙間Ｃ_１を正確に計測できる。例えば、Ｖ＝２０ｍ／秒、ｄ＝２０ｍｍのとき、発信周波数を２ｋＨｚとすると、上述のように、Ｖ／ｆ＝（２０×１０^３ｍｍ）／（２×１０^３Ｈｚ）＝１０ｍｍとなる。即ち、超音波は翼端面２０ａが１０ｍｍ進むごとに発信されるため、回転方向幅がｄ＝２０ｍｍである翼端面２０ａは反射波Ｒｖを２回形成できる。

一実施形態では、図４に示すように、翼端面２０ａの回転方向に沿う断面を円弧状に形成し、この円弧状断面の曲率をケーシング内面２２ａの横断面の曲率と同一とする。これによって、翼端隙間Ｃ_１が羽根車１６の回転方向で同一となるため、翼端隙間Ｃ_１を正確に計測しやすくなる。

一実施形態では、図４に示すように、各ベーン２０は、翼端に向かって翼厚（回転方向に沿う厚さ）が増加する翼端部３２を有する。同図に示すように、翼端部３２の翼厚ｄは、ベーン本体の翼厚ｄ_０に対して、ｄ_０＜ｄの関係にある。
この実施形態によれば、翼厚ｄを大きくし、翼端面２０ａを大きくすることで、翼端部３２の周速が大きく、かつ超音波センサ２４の発信周波数ｆが小さい場合でも、ベーン翼端面２０ａで反射波Ｒｖを形成できる。従って、翼端隙間Ｃ_１を計測可能な斜流ポンプ１０の運転条件を広げることができると共に、超音波センサ２４の性能条件を緩和でき、超音波センサ２４のコスト低減が可能になる。

図６は、一実施形態において主軸１２の軸線方向から視た横断面図である。同図において、便宜上互いに直交する座標軸（Ｘ軸及びＹ軸）が設定されている。
この実施形態では、２個の超音波センサ２４が羽根車１６の回転方向（同図中の矢印方向）に沿って８０°〜１００°の位相差をもって配置される。即ち、２個の超音波センサ２４は、夫々Ｘ軸上及びＹ軸上又はこれらの軸の近傍に配置される。
この実施形態によれば、２個の超音波センサ２４によって上記位相差で翼端隙間Ｃ_１を計測することで、これらの計測結果から羽根車１６の設計上の真の回転中心に対する羽根車１６の実際の芯ずれを算出できる。従って、この算出結果から羽根車１６の芯ずれを矯正することで、羽根車１６の周方向で翼端隙間Ｃ_１を適正に保持できる。

なお、好ましくは、２個の超音波センサ２４を８５°〜９５°の位相差で配置するとよい。これによって、超音波センサ２４をＸ軸上及びＹ軸上又はこれら座標軸の極近くに配置できるため、羽根車１６の芯ずれを正確に算出できる。また、斜流ポンプ１０の運転中に計測を行う場合、２個の超音波センサ２４から時間的なずれをなくして同時に超音波を発信させて計測するとよい。これによって、運転中のある瞬間における羽根車１６の芯ずれを正確に計測できる。

一実施形態では、図６に示すように、超音波センサ２４はケーシング２２の外面に設けられる。これによって、超音波センサ２４の取付けが容易になると共に、超音波センサ２４を翼端隙間Ｃ_１の近くに配置できるため、超音波が翼端隙間Ｃ_１に到達するまでに減衰や散乱を少なくでき、反射波Ｒｃ及びＲｖを鮮明に発現できる。従って、翼端隙間Ｃ_１の計測精度を向上できる。

一実施形態に係る超音波センサ２４（翼端隙間計測装置）は、図７に示すように、ケーシング２２の外側に設けられた発信部４０、受信部４２及び演算部４４を含んで構成される。発信部４０からケーシング２２を介して翼端隙間Ｃ_１に向けて超音波Ｕｔが発信される。ケーシング内面２２ａで反射した反射波Ｒｃ及び翼端面２０ａで反射した反射波Ｒｖはケーシング２２を介して受信部４２で受信される。演算部４４では、受信部４２で受信された反射波Ｒｃ及び反射波Ｒｖの受信タイミングの時間差から、翼端隙間Ｃ_１を算出する。発信部４０からの超音波の発信は斜流ポンプ１０の運転中に行うことができる。

この実施形態によれば、斜流ポンプ１０の運転中に超音波センサ２４から翼端面２０ａに向けて超音波Ｕｔを発信することで、翼端隙間Ｃ_１を計測できる。従って、運転中の翼端隙間Ｃ_１の計測結果を斜流ポンプ１０の設計に反映できると共に、運転中の翼端隙間Ｃ_１の状況確認のための分解及び再組立が不要になり、分解及び再組立に要する時間及び費用を節減できる。

一実施形態に係る斜流ポンプ１０の翼端隙間計測方法は、図８に示すように、まず、ケーシング２２の外側に設けられた発信部４０から、ケーシング２２を介してケーシング内面２２ａと羽根車１６のベーン２０との間の翼端隙間Ｃ_１に向けて超音波Ｕｔを発信する（発信ステップＳ１０）。次に、ケーシング２２の外側に設けられた受信部４２で、ケーシング２２を介してケーシング内面２２ａで反射する反射波Ｒｃ及び翼端面２０ａで反射する反射波Ｒｖを受信する（受信ステップＳ１２）。そして、受信部４２で検出された反射波Ｒｃ及びＲｖの受信タイミングの時間差から、翼端隙間Ｃ_１を算出する（翼端隙間演算ステップＳ１４）。この計測方法は、斜流ポンプ１０の運転中に行うことができる。

上記方法によれば、斜流ポンプ１０の運転中に翼端隙間Ｃ_１を計測できる。このように、運転中の翼端隙間Ｃ_１を計測できるので、計測結果を斜流ポンプ１０の設計に反映できると共に、運転中の翼端隙間Ｃ_１の状況確認のための分解及び再組立が不要になり、分解及び再組立に要する費用を節減できる。

一実施形態では、図６に示すように、斜流ポンプ１０の回転方向で互いに８０°〜１００°の位相差を有する２か所に設けられた超音波センサ２４を用い、発信ステップＳ１０、受信ステップＳ１２及び翼端隙間演算ステップＳ１４を行って夫々翼端隙間Ｃ_１を算出する。そして、これら２か所で算出した翼端隙間Ｃ_１から、羽根車１６の芯ずれを算出する（芯ずれ算出ステップＳ１６）。
この実施形態によれば、斜流ポンプ１０の運転中に羽根車１６の回転方向に沿って９０°前後の位相差で翼端隙間Ｃ_１を計測することで、これらの計測結果から設計上の真の羽根車１６の回転中心に対する運転中の実際の芯ずれを算出できる。従って、この算出結果から羽根車１６の芯ずれを矯正することで、羽根車の周方向で翼端隙間を適正に保持できる。また、斜流ポンプ１０の運転中に計測する場合、上述のように、２個の超音波センサ２４から同時に超音波を発信させて計測するとよい。

一実施形態では、図９に示すように、斜流ポンプ１０の回転方向において異なる３か所で、同時に発信ステップＳ１０、受信ステップＳ１２及び翼端隙間演算ステップＳ１４を行って夫々翼端隙間Ｃ_１を算出する。そして、芯ずれ算出ステップＳ１６において、３か所で算出した翼端隙間Ｃ_１から、羽根車１６の芯ずれを算出する芯ずれ算出ステップを含む。
この実施形態によれば、斜流ポンプ１０の回転方向で異なる３か所で同時に翼端隙間Ｃ_１を計測することで、運転中のある瞬間における羽根車１６の芯ずれを正確に算出できる。なお、同図において、Ｏは羽根車１６の設計上の真の回転中心であり、Ｏ’は芯ずれした羽根車１６の実際の回転中心を示す。この計測によって、ＯからＯ’への芯ずれＭａを計測できる。なお、図９では、翼端隙間Ｃ_１を誇張して図示している。
羽根車１６の横断面上に真の回転中心Ｏで交差するＸ軸及びＹ軸を置き、主軸１２の軸線方向にＺ軸を置いたとき、羽根車１６の芯ずれ量は、Ｘ軸方向のｘ_１、Ｙ軸方向のｙ_１及びＺ軸方向のｚ_１の３つの未知数で表される。同時に３か所の翼端隙間Ｃ_１（Ｃ_１１、Ｃ_１２、Ｃ_１３）を計測することで、連立方程式から３つの未知数ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１を求めることができる。

一実施形態では、図１に示すように、斜流ポンプ１０は、主軸１２を回転自在に支持する滑り軸受３４を備える。この実施形態では、図８に示すように、発信ステップＳ１０、受信ステップＳ１２及び翼端隙間演算ステップＳ１４を行って算出された翼端隙間Ｃ_１から、主軸１２と滑り軸受３４との間の軸受隙間Ｃ_２を算出する（軸受隙間演算ステップＳ１８）。
この実施形態によれば、翼端隙間Ｃ_１を計測することで軸受隙間Ｃ_２を算出できる。そして、軸受隙間Ｃ_２から滑り軸受３４の摩耗の程度を把握できる。

一実施形態では、軸受隙間演算ステップＳ１８で演算された軸受隙間Ｃ_２から滑り軸受３４の交換要否を判定する（判定ステップＳ２０）。
この実施形態によれば、滑り軸受３４の摩耗の程度から滑り軸受３４の交換要否を判定でき、適切な時期に滑り軸受３４を交換できる。

一実施形態では、図６に示すように、斜流ポンプ１０の回転方向で８０°〜１００°の位相差を有する２か所に設けられたで、発信ステップＳ１０、受信ステップＳ１２及び翼端隙間演算ステップＳ１４を行い、夫々翼端隙間Ｃ_１を算出する。そして、軸受隙間演算ステップＳ１８では、２か所で算出した翼端隙間Ｃ_１から軸受隙間Ｃ_２を算出する。
この実施形態によれば、羽根車１６の回転方向に沿って９０°前後の位相差で翼端隙間Ｃ_１を計測することで、これらの計測結果から滑り軸受３４の摩耗の程度を周方向で正確に算出できる。従って、滑り軸受３４の交換要否を正確に判定できる。また、上述のように、斜流ポンプ１０の運転中に計測を行う場合、２個の超音波センサ２４から時間的なずれをなくして同時に超音波を発信させて計測するとよい。

なお、上記実施形態は、いずれも斜流ポンプに適用したものであるが、遠心ポンプ、軸流ポンプ等、他の種類のターボ形ポンプにも適用できる。

幾つかの実施形態によれば、ターボ形ポンプの運転中にケーシング内面とベーン間の翼端隙間を計測でき、これによって、計測結果をターボ形ポンプの設計に反映できると共に、運転中の翼端隙間の状況確認のための分解及び再組立が不要になり、分解及び再組立に要する時間及び費用を節減できる。

１０ 斜流ポンプ
１２ 主軸
１４ 駆動部
１６ 羽根車
１８、２８ ボス部
２０ ベーン
２０ａ 翼端面
２２ ケーシング
２２ａ ケーシング内面
２４ 超音波センサ
２６ 吸込口
３０ 案内羽根
３２ 翼端部
３４ 滑り軸受
Ｃ_１（Ｃ_１１、Ｃ_１２、Ｃ_１３） 翼端隙間
Ｃ_２ 軸受隙間
Ｒ 反射波
Ｒｃ 反射波（第１反射波）
Ｒｖ 反射波（第２反射波）
Ｕｔ 超音波
ｔ_０ 発信タイミング

Claims (13)

1. 主軸及び該主軸を回転させる駆動部と、
   前記主軸に連結され、複数のベーンを有する羽根車と、
   前記羽根車を取り囲むケーシングと、
   を備えるターボ形ポンプであって、
   前記複数のベーンと前記ケーシングの内面との間の翼端隙間に向けて超音波を発信し、該超音波の反射波を受信して前記翼端隙間を計測可能な超音波センサを備えることを特徴とするターボ形ポンプ。
2. 前記超音波センサは、前記ベーンの翼端面の回転方向における幅をｄとし、前記翼端面の周速をＶとしたとき、Ｖ／ｄ以上の発信周波数で前記超音波を発信可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のターボ形ポンプ。
3. 前記超音波センサは、２Ｖ／ｄ以上の発信周波数で前記超音波を発信可能に構成された
   ことを特徴とする請求項２に記載のターボ形ポンプ。
4. 前記複数のベーンの各々は、翼端に向かって翼厚が増加する翼端部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のターボ形ポンプ。
5. ２個の前記超音波センサが前記羽根車の回転方向に沿って８０°以上１００°以下の位相差をもって配置されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のターボ形ポンプ。
6. 前記超音波センサは前記ケーシングの外面に設けられることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のターボ形ポンプ。
7. ターボ形ポンプのケーシングを介して前記ケーシングの内面とベーンとの間の翼端隙間に向けて超音波を発信する発信部と、
   前記ケーシングを介して、前記ケーシングの内面で反射する第１反射波、及び前記ターボ形ポンプの翼端で反射する第２反射波を受信する受信部と、
   前記受信部で検出された前記第１反射波及び前記第２反射波の受信タイミングの時間差から、前記翼端隙間を算出する演算部と、
   を備えることを特徴とするターボ形ポンプの翼端隙間計測装置。
8. ターボ形ポンプのケーシングを介して前記ケーシングの内面と羽根車のベーンとの間の翼端隙間に向けて超音波を発信する発信ステップと、
   前記ケーシングを介して、前記ケーシングの内面で反射する第１反射波及び前記ターボ形ポンプの翼端で反射する第２反射波を受信する受信ステップと、
   前記受信ステップで検出された前記第１反射波及び前記第２反射波の受信タイミングの時間差から、前記翼端隙間を算出する翼端隙間演算ステップと、
   を含むことを特徴とするターボ形ポンプの翼端隙間計測方法。
9. 前記ターボ形ポンプの回転方向で互いに８０°以上１００°以下の位相差を有する２か所で、前記発信ステップ、前記受信ステップ及び前記翼端隙間演算ステップを行って夫々前記翼端隙間を算出し、
   前記２か所で算出した前記翼端隙間から、前記羽根車の芯ずれを算出する芯ずれ算出ステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のターボ形ポンプの翼端隙間計測方法。
10. 前記ターボ形ポンプの回転方向において異なる３か所で、前記発信ステップ、前記受信ステップ及び前記翼端隙間演算ステップを同時に行って夫々前記翼端隙間を算出し、
    前記３か所で算出した前記翼端隙間から、前記ターボ形ポンプを構成する羽根車の芯ずれを算出する芯ずれ算出ステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のターボ形ポンプの翼端隙間計測方法。
11. 前記ターボ形ポンプを構成する主軸を回転自在に支持する滑り軸受を備え、
    前記発信ステップ、前記受信ステップ及び前記翼端隙間演算ステップを行って算出された前記翼端隙間から、前記主軸と前記滑り軸受との間の軸受隙間を算出する軸受隙間演算ステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のターボ形ポンプの翼端隙間計測方法。
12. 前記軸受隙間演算ステップで演算された前記軸受隙間から前記滑り軸受の交換要否を判定する判定ステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載のターボ形ポンプの翼端隙間計測方法。
13. 前記ターボ形ポンプの回転方向で８０°以上１００°以下の位相差を有する２か所で、前記発信ステップ、前記受信ステップ及び前記翼端隙間演算ステップを行って夫々前記翼端隙間を算出し、
    前記軸受隙間演算ステップは、前記２か所で算出した前記翼端隙間から前記軸受隙間を算出することを特徴とする請求項１１又は１２に記載のターボ形ポンプの翼端隙間計測方法。

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