JP4190396B2 - ポンプ性能試験方法 - Google Patents

Description

本発明はポンプ性能試験方法に係り、特に、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ等のターボ型流体機械の運転状態における軸受温度の上昇についてのポンプ性能試験方法に関する。

遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ等のターボ型流体機械の運転状態の性能確認を行う１つの指標として、定格負荷運転時のポンプの軸受温度が軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度まで上昇しないことを確認する試験が行われている。通常、この試験は、ポンプ起動前の常温の軸受温度状態から、ポンプ実負荷運転を行い、定格負荷による連続運転で軸受温度が上昇し安定するまで待つ。そして、安定状態に到達した後のポンプの軸受温度が、軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度まで上昇しないことを確認する。

しかしながら、この試験に要する時間は、ポンプに実負荷を供給し、定格出力の連続運転を行い、軸受温度が安定化するまで待つため、ポンプの大きさによっても安定時間は異なるが長時間を要し、多くの電力、時間、コストを必要とする。

本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、短時間で効果的にポンプの軸受温度上昇が許容範囲内であるか否かについての試験を行うことができるポンプ性能試験方法を提供することを目的とする。

本発明のポンプ性能試験方法は、ポンプ実負荷運転前に、軸受温度を所定の設定温度まで高め、その状態にて、ポンプ実負荷運転を行い、軸受温度が軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度以上になることなく、軸受温度が徐々に低下することを確認することを特徴とするものである。

また、本発明の他の態様のポンプ性能試験方法は、ポンプ実負荷運転前に、少なくとも軸受部分を加熱して予め軸受温度を所定の設定温度まで高め、その状態にてポンプ実負荷運転を行い、規定時間での軸受温度の推移を監視し、所要時間を短縮化できることを特徴とするものである。

ここで、前記ポンプに熱風または温水などを供給し、ポンプ実負荷運転前に前記軸受温度を所定の設定温度まで高めることが好ましい。また、前記ポンプ実負荷運転は、定格運転速度における定格出力運転である。また、前記所定の設定温度は、軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度の９０％程度の温度とすることで、規定時間の短縮化が図れ、前記ポンプの長時間運転後に予想される軸受温度、またはその上下の温度とすることで、温度安定時間の短縮化が図れる。

上述した本発明によれば、予めポンプの軸受部分に熱風や温水などの熱を供給し、軸受温度を高めた後に、ポンプの実負荷運転を行い、軸受温度の推移を監視するようにしたものである。そして、軸受温度が軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度以下の温度であり、規定時間当初の設定温度（図５中ｔ_１での温度）を上回らない場合には、従来のポンプ実負荷運転にて長時間行い、軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度に到達しない結果と同じであると判断することができる。

このため、ポンプの実負荷運転開始後、短時間で軸受温度上昇についての試験を終了することができる。これにより、ポンプ実負荷運転による性能確認試験の時間を短縮化することができ、ポンプの駆動機に必要な化石燃料、電力などの消費量等のコストを低減することができる。なお、所定の設定温度を軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度よりも低い温度に設定することで、ポンプ実負荷運転前の軸受部分の加熱に要する時間およびエネルギーを節減できる。

総じて本発明によれば、ターボ型流体機械の性能試験を、従来よりも短時間、省コスト且つ効率的に実施することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１乃至図４は、本発明の軸受温度上昇試験の対象となる各種ポンプの例を示す。

図１は、片吸込渦巻きポンプの例を示す。このポンプ１１ａは、モータまたはエンジン等の駆動機１２ａによりカップリング１３ａを介して駆動される。そして、吸込口１４ａから吸い込んだ水を加圧して吐出口１５ａより吐出する。ポンプ１１ａの回転軸２０ａは少なくとも２カ所の軸受２１ａ，２２ａにより支持され、ポンプ１１ａの運転中にこの軸受２１ａ，２２ａの温度が上昇する。この軸受温度の上昇は、軸受ケーシングに取付けられた熱電対等のセンサにより検出され、図示しない試験装置において記録されるようになっている。

図２は、両吸込渦巻きポンプの例を示す。この例においても、ポンプ１１ｂは、モータまたはエンジン等の駆動機１２ｂによりカップリング１３ｂを介して駆動され、両側の吸込口１４ｂ（片側の吸込口のみを図示）から吸込んだ水を加圧して吐出口１５ｂより吐出する。このポンプ１１ｂにおいても、回転軸２０ｂは少なくとも２カ所の軸受２１ｂ，２２ｂにより支持され、この軸受の温度が図示しない熱電対等のセンサにより計測され、軸受温度上昇試験の対象となっている。

図３は、縦軸軸流および斜流ポンプの例を示す。このポンプ１１ｃは、駆動機１２ｃによりカップリング１３ｃおよび減速機１６ｃを介して駆動される。ポンプ１１ｃの内部では回転軸２０ｃが少なくとも２カ所の軸受により支持され（１カ所の軸受２１ｃのみを図示）、回転軸２０ｃに固着されたインペラ（図示しない）が吸込口１４ｃから吸込んだ水を加圧して吐出口１５ｃより吐出する。このポンプにおいても、軸受２１ｃ等が温度上昇試験の対象となる軸受である。

図４は、横軸軸流および斜流ポンプの例を示す。このポンプ１１ｄも、駆動機１２ｄによりカップリング１３ｄおよび減速機１６ｄを介して駆動される。ポンプ１１ｄの内部では回転軸が少なくとも２カ所の軸受により支持され、回転軸に固着されたインペラが吸込口１４ｄから吸込んだ水を加圧して吐出口１５ｄより吐出する。このポンプにおいても、軸受２１ｄが温度上昇試験の対象となる。

次に、本発明の軸受温度上昇試験の手順について、図５を参照して説明する。図５は、軸受温度上昇試験における軸受温度の推移を示す図である。線Ｐは従来例を示し、線Ａ，Ｂ，Ｃは、本発明の実施形態を示す。ここで、時刻ｔ_０は常温（Ｔ_ＲＴ）から軸受部分の加熱を開始する時刻であり、時刻ｔ_１はポンプ実負荷運転を開始する時刻であり、時刻ｔ_２は本発明の軸受温度の推移を見極め、試験を終了する時刻であり、時刻ｔ_３は長時間ポンプ実負荷運転を行った後の軸受温度が安定状態に達する時刻である。また、軸受温度Ｔ_Ｍは、軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度であり、軸受温度Ｔ_Ｓは、長時間ポンプ実負荷運転後の安定状態における軸受温度であり、Ｔ_ＲＴは常温の冷えた状態の軸受温度である。

従来例の軸受温度上昇試験においては、時刻ｔ_１でポンプ実負荷運転を開始し、軸受温度が安定した状態（温度Ｔ_Ｓ）に到達するまで（時刻ｔ_３）、例えば数時間〜十数時間等の長時間を要する。

まず、本発明の第１の実施形態の軸受温度上昇試験Ａについて説明する。最初にポンプ実負荷運転前に、冷えた状態（Ｔ_ＲＴ）から軸受温度を軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度（Ｔ_Ｍ）まで高める。この軸受温度を高めることは、ポンプ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの全体または軸受が存在する部分の近傍に部分的に、熱風または温水などを供給することにより行うことができる。例えばこの熱風は、ヒータにより加熱された空気を用いることができ、また例えばこの温水はボイラを用いて加温された水を用いることができる。また、高温の蒸気をポンプ全体またはポンプの軸受部分近傍に供給するようにしてもよい。また、赤外線ヒータ等を用いてポンプの軸受部分近傍を直接加熱するようにしてもよい。また、例えばガスタービンの高温排ガスを利用するようにしてもよい。

いずれの加熱手段を取るにしても、対象となるポンプ軸受温度を熱電対等のセンサにより計測する。そして、例えば約７５−９０℃程度の軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度まで、軸受温度を高める。

予め設定した軸受温度（Ｔ_Ａ＝Ｔ_Ｍ）に到達すると、その状態でポンプ実負荷運転を開始する（時刻ｔ_１）。このポンプ実負荷運転は、実際にポンプで送水し、定格回転速度で定格出力の運転を行う。ポンプ実負荷運転の開始後は、軸受温度の推移を監視記録する。軸受温度が軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度（Ｔ_Ｍ）以上になることなく、規定時間内で軸受温度が徐々に低下することが確認されれば、軸受温度は軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度（Ｔ_Ｍ）を上回らないことが確認できる。そして、その時点でポンプ性能試験を終了できる（時刻ｔ_２）。仮に、軸受温度が軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度以上に上昇することになれば、従来の長時間のポンプ実負荷運転後の安定状態における軸受温度が許容温度以上になることが予想される。

上記軸受温度上昇試験によれば、予め軸受温度を設定温度に高めた後のポンプ実負荷運転を、例えば５−３０分程度行うことで、軸受温度が長時間の定格出力運転後の安定状態において許容温度以上に上昇しないことを確認することができる。即ち、この試験によれば、例えば数時間〜十数時間のポンプ実負荷試験と同等の試験を極めて短時間で行うことができる。このため、軸受温度についてのポンプ性能試験の時間を大幅に短縮することが可能である。

次に、本発明の第２の実施形態の軸受温度上昇試験Ｂについて説明する。この実施形態においても、ポンプ実負荷運転前に所定の設定温度まで軸受温度を高め、その状態にてポンプ実負荷運転を行い、軸受温度が上記所定の設定温度以上になることなく、軸受温度が徐々に低下することを確認することにおいて共通する。しかしながら、この実施形態では、予め高める軸受温度を軸受許容最高温度の９０％程度の温度、または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度の９０％程度の温度（Ｔ_Ｂ）に設定している。

実際のポンプにおけるポンプ実負荷運転時の温度上昇は、上記軸受許容最高温度の９０％程度の温度、または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度の９０％程度の温度（Ｔ_Ｂ）以上には上昇しないことが一般的である。このため、ポンプ実負荷運転前の所定の設定温度を軸受許容温度の９０％程度と設定し、ポンプ実負荷運転後の温度推移が低下傾向であることを確認することにより、実質的に長時間のポンプ実負荷運転後の軸受許容温度の条件を満足することを確認することができる。このため、所定の設定温度を軸受許容温度の９０％程度と設定することで、ポンプ実負荷運転前の軸受部分の加熱に要する時間およびエネルギーを低減することができる。

次に、本発明の第３の実施形態の軸受温度上昇試験Ｃについて説明する。この実施形態においては、ポンプ実負荷運転前の軸受の所定の設定温度を、軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度以下で、長時間運転後の安定した状態における予測できる軸受温度より若干低い温度（Ｔ_Ｃ≒Ｔ_Ｓ）に設定する。

そして、この状態にて、定格回転速度で定格出力のポンプ実負荷運転を行う。このようにしてポンプ実負荷運転を行いながら、軸受温度の推移を監視する。軸受温度が、軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度以下で、予想温度近傍で安定化することが確認できれば、長時間のポンプ実負荷運転においても同じ温度上昇となることが予測できる。そして、その時点でポンプ性能試験を終了できる。この実施形態においても、所定の設定温度を軸受許容最高温度等よりも低く設定しているので、ポンプ実負荷運転前の軸受温度を予め設定温度まで高めるための時間およびエネルギーを節約し、実質的に十分な性能試験を行うことが可能である。

なお、上記設定温度を、軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度以下で、長時間のポンプ実負荷運転後の安定状態における予測できる軸受温度より若干高い温度に設定してもよい。そして、ポンプ実負荷運転前に上記所定温度まで軸受温度を上昇し、軸受温度の低下が確認できるまでポンプ実負荷運転を行う。これにより、軸受温度は軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度以下で、予測できる軸受温度よりも若干高い温度を上回らないことが確認できるため、その時点でポンプ性能試験を終了できる。これによっても、ポンプ実負荷運転時間の短縮化が可能となる。

なお、上記設定温度を、軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度以下で、長時間のポンプ実負荷運転後の安定状態における予測できる軸受温度と同程度に設定してもよい。これによっても、ポンプ実負荷運転前に上記所定温度まで軸受温度を上昇し、軸受温度の低下もしくは同程度が確認できるまでポンプ実負荷運転を行う。これにより、軸受温度は軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度以下で、予測できる軸受温度を上回らないか、同程度であることを確認できるため、その時点でポンプ性能試験を終了できる。

尚、上記実施形態は本発明の実施例の一態様を述べたもので、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能なことは勿論である。

本発明のポンプ性能試験の対象とするターボ型流体機械の一例である片吸込渦巻きポンプを示す立面図である。 本発明のポンプ性能試験の対象とするターボ型流体機械の一例である両吸込渦巻きポンプを示す立面図である。 本発明のポンプ性能試験の対象とするターボ型流体機械の一例である縦軸軸流および斜流ポンプを示す立面図である。 本発明のポンプ性能試験の対象とするターボ型流体機械の一例である横軸軸流および斜流ポンプを示す立面図である。 軸受温度上昇試験における軸受温度の推移を示す図であり、本発明の例Ａ，Ｂ，Ｃと従来例Ｐとを対比して示す。

符号の説明

１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ ポンプ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 駆動機
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ カップリング
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 吸込口
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 吐出口
１６ｃ，１６ｄ 減速機
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 回転軸
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｂ 軸受

Claims (6)

1. ポンプ実負荷運転前に、軸受温度を所定の設定温度まで高め、その状態にて、ポンプ実負荷運転を行い、軸受温度が軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度以上になることなく、軸受温度が徐々に低下することを確認することを特徴とするポンプ性能試験方法。
2. ポンプ実負荷運転前に、少なくとも軸受部分を加熱して予め軸受温度を所定の設定温度まで高め、その状態にてポンプ実負荷運転を行い、前記軸受温度の推移を監視することを特徴とするポンプ性能試験方法。
3. 前記ポンプに熱風または温水を供給し、ポンプ実負荷運転前に前記軸受温度を所定の設定温度まで高めることを特徴とする請求項１または２記載のポンプ性能試験方法。
4. 前記ポンプ実負荷運転は、定格運転速度における定格出力運転であることを特徴とする請求項１または２記載のポンプ性能試験方法。
5. 前記所定の設定温度は、軸受許容最高温度または周囲温度に許容温度上昇分を加えた温度の９０％程度の温度であることを特徴とする請求項２記載のポンプ性能試験方法。
6. 前記所定の設定温度は、前記ポンプの長時間運転後に予想される軸受温度、またはその上下の温度であることを特徴とする請求項２記載のポンプ性能試験方法。

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