JP4792930B2 - 両吸込渦巻ポンプの耐圧試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、両吸込渦巻ポンプの耐圧試験装置に関するものである。

ポンプケーシングのような圧力容器では耐圧試験が必須である。
一般的な揚水ポンプでは、水をケーシングに密封し水圧を上げてポンプ締切運転の吐出圧力（締切圧力）に対して1.5倍程度の水圧をかけてもケーシングが破壊せず、さらに漏れの無いことを確認している。

両吸込渦巻ポンプにおいても上下のＯリングを挟み上下フランジをボルト締めして上下渦巻ケーシングを固定し、吸込口、吐出口、軸封部、その他の口を封止してケーシングを密閉して中に水を入れ水圧を上げて締切圧力の1.5倍程度の耐圧試験を行っている。この場合、吸込室側、吐出室側両者ともに同圧力での試験となる。吸込、吐出同圧力での耐圧試験を行った場合、吸込室側の体積が大きいため圧力に耐えられるように吸込室側のケーシング板厚を運転時に必要とされる板厚より厚くする必要がある。

特開平７−３１８４４９号公報 特開平８−２８４８６号公報 特開平１１−２３６８９４号公報 特開平１１―３０３７８９号公報 特開２００３−１８４７８６号公報 JIS B8322

上記従来技術のように、両吸込渦巻ポンプにおいては、吸込室と吐出室を区切る上下仕切板の曲げ変形が生じ、吸込室と吐出室のシールが困難であることから、吸込、吐出別圧力とした耐圧試験を行うことが困難であった。そのため一般的には吸込、吐出同圧力とした耐圧試験が行われてきたため、渦巻ケーシングの吸込側板厚を運転時に対して必要以上に厚くする必要があった。

本発明の目的は、上下仕切板の曲げ変形を抑えつつ、吸込室と吐出室を十分にシールして吸込、吐出別圧力とした耐圧試験を行うことが可能な両吸込渦巻ポンプの試験装置を提供することにある。

上記目的は、水平方向に配置した回転軸と、この回転軸の軸方向両側から流体を吸い込み中間部から径外周方向に吐き出す両吸込遠心型の羽根車と、この羽根車を内包する渦巻ケーシングとを備え、この渦巻ケーシング内の吸込室と吐出室を円板状治具で遮断して前記吐出室に高圧をかけて行う両吸込渦巻ポンプの耐圧試験装置において、前記吐出室を中心にして左右に吸込室が設けられ、前記吐出室と前記吸込室は仕切板で区切られており、左右の仕切板の吸込室側に平坦面を設け、この平坦面に前記円板状治具を取り付けて固定し、前記左右の吸込室に設けられた前記円板状治具どうしが、前記吐出室を貫通するボルトで連結されていることにより達成される。

また、上記目的は、前記円板状治具と当接する平坦面にリング状の溝を設け、この溝にシール用の部材を挿入したことにより達成される。

本発明によれば、上下仕切板の曲げ変形を抑えつつ、吸込室と吐出室を十分にシールして吸込、吐出別圧力とした耐圧試験を行うことが可能な両吸込渦巻ポンプの試験装置を提供できる。

一般的な両吸込渦巻ポンプを図２、図３、図４を用いて説明する。
図２は一般的な両吸込渦巻ポンプの断面図である。
図３は一般的な両吸込渦巻ポンプの正面図である。
図４は一般的な両吸込渦巻ポンプの反割り状態の断面図である。
一般的な両吸込渦巻ポンプは図２〜４に示すように、水平方向に配置した回転軸（主軸）１と、この回転軸１に固定された羽根車２と、この羽根車２を内包し、流体の流路を構成する渦巻ケーシング３、および回転軸１を支持するためにケーシングに固定された軸受部４から構成されている。羽根車２は回転軸１の軸方向両側から流体を吸い込み、回転軸中央部から回転しながら径外周方向に流体を吐出して流体の圧力を上昇させる。渦巻ケーシング３は、図３、図４に示す吸込口５から低圧の流体を流入させ、羽根車２に送り込み、羽根車２から加圧されて吐出された流体を吐出口６に流出させるように、吸込室７、吐出室８の２つの渦巻を組み合わせた複雑な形状となっている。

この吐出室８には静翼９を設けた二重渦巻構造（ダブルボリュート）としたものと、静翼９のない単渦巻構造（シングルボリュート）としたものがある。渦巻ケーシング３は、回転軸１、羽根車２を内包させるために回転軸上でケーシングを２つに割って構成される。図２〜４の渦巻ケーシング３は、上下２つの上ケーシング３ａと下ケーシング３ｂに分けられ、羽根車２や回転軸１、軸受４などを下ケーシング３ｂに取り付けてから、間にゴム等で作成されたＯリング１０（図４に示す）を挟みながら上ケーシング３ａを乗せて、上下フランジ１１ａ、１１ｂをボルト締めして固定される。

このように上下ケーシング３ａ、３ｂに分割する場合を水平割りと呼ぶ。他に吸込口５側と吐出口６側に分かれるよう縦に２つ割りした垂直割りのケーシングを用いる場合もある。渦巻ケーシング３と羽根車２の間には、吸込室７側の低圧の流体と吐出室８側の高圧の流体とをシールするために、羽根車２が微小な隙間で摺動するライナリング（又はマウスリング）１５（図２に示す）が取り付けられている。ライナリング１５は、高圧の吐出側から押されるために、吸込室７と吐出室８を区切る半円板状の上下仕切板１４ａ、１４ｂの円周淵１７の吐出室８側に作られた平坦面１８に当たるように取り付けられている。

ところで、ポンプケーシングのような圧力容器では、耐圧試験が必須とされている。
特に一般的な揚水ポンプでは、水をケーシングに密封し水圧を上げてポンプ締切運転の吐出圧力（締切圧力）に対して1.5倍程度水圧をかけてもケーシングが破壊せず、さらに漏れの無いことが要求される。両吸込渦巻ポンプにおいても上下のＯリング１０を挟み上下フランジ１１ａ、１１ｂをボルト締めして上下渦巻ケーシング３ａ、３ｂを固定し、吸込口５、吐出口６や図２、図３に示すような軸封部１９やその他の口を封止してケーシングを密閉し、中に水を入れ水圧を上げて、締切圧力の1.5倍程度の耐圧試験を行う。この場合、吸込室７側、吐出室８側両者ともに同圧力での試験となる。吸込、吐出同圧力での耐圧試験を行った場合、吸込室側の方が体積が大きいため、圧力に耐えられるように吸込室７側のケーシング板厚を運転時に必要とされる板厚より厚くする必要がある。

実際の運転時は、吸込室７側の圧力は低く、吐出室８側の圧力が高くなる。耐圧試験も運転時と同様の圧力状態となるように、吸込室７側を吸込圧力の1.5倍又は耐圧試験の最低圧力とし、吐出室８側を締切圧力の1.5倍程度とした、吸込、吐出別圧力とした試験方法もある。吸込、吐出別圧力とした耐圧試験を行うためには、図５に示すように羽根車２の入る円孔部を吐出室側から塞ぐ円板状の治具１２を用いたり、図６に示すように羽根車２の入る部分に円筒状の治具１３を入れたりして、吸込室７と吐出室８を分ける必要がある。

図５の円板状治具１２や図６の円筒状治具１３では、ライナリング１５を固定するために仕切板１４ａ、１４ｂの円周淵１７に設けられた平坦面１８をシール面として用いている。このようにして吸込、吐出別圧力とした耐圧試験を行うと、吸込室７側と吐出室８側の圧力の比率は運転時とほぼ同等となるため、吸込室７側のケーシング板厚を運転時に見合った板厚とすることができ、吸込、吐出同圧力での耐圧試験を行う場合のケーシングより吸込室７側の板厚を非常に薄く作ることができる。

しかしながら、図７（図７は吸込吐出別圧力とした耐圧試験を行ったときの、ケーシング変形の例を示す図である）に示すように吸込室７側と吐出室８側の圧力差が大きいため、吸込室７と吐出室８を区切る半円板状の上下仕切板１４ａ、１４ｂが吸込室７側に大きく倒れこんで、曲げ変形が生じることが分かる。このように上下仕切板１４ａ、１４ｂが曲げ変形してしまうために、特に揚程の高い、すなわち締切圧力の高い機種では図５に示したような円板状の治具１２や、図６に示したような円筒状治具１３を用いても、上仕切板１４ａと下仕切板１４ｂの開口部１７に生じるすき間１６から、吐出室８側の高圧の流体が吸込室７側に漏れてしまう。すなわち、吸込、吐出別圧力とした耐圧試験においては、吸込室７と吐出室８の間のシールが困難である。そのため、吸込、吐出別圧力とした耐圧試験は、あまり行われてこなかった。このような問題は、図７に示した水平割りの渦巻ケーシングのみではなく、垂直割りの渦巻ケーシングでも同様に生じる。

換言すると、両吸込渦巻ポンプに高圧がかかるのは吐出側だけであるにもかかわらず水圧試験で渦巻ケーシングの内部全域に水圧をかけて試験を行うため吸込側のケーシングまでも耐圧に耐えるように板厚を厚くしなければならないという問題がある。

本発明は上下仕切板の曲げ変形を抑えつつ、吸込室と吐出室を十分にシールして吸込、吐出別圧力とした耐圧試験を行うことが可能な両吸込渦巻ポンプの試験装置を種々検討したものである。

以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例を備えた両吸込渦巻ポンプを構成するケーシングの断面図である。
図１において、２つ割れの上下の渦巻ケーシング３ａ、３ｂの吸込室７と吐出室８を区切る半円板状の仕切板１４ａ、１４ｂの円周淵１７の吸込室７側にシール面となる平坦面２０を回転軸左右両側に設けている。

図８に図１の渦巻ケーシング３ａ、３ｂのＸ−Ｘ断面矢視図を示す。
平坦面２０は上下ケーシング３ａ、３ｂの仕切板１４ａ、１４ｂの円周淵１７に円孔の空いた円板のように構成される。図１においてさらに、耐圧試験治具１２として２つの円板状治具２１ａ、２１ｂを前記仕切板円周淵１７の吸込室側に設けた平坦面２０に当てるようにして回転軸左右両側に設置し、前記２つの円板状治具２１ａ、２１ｂを、それらを軸方向に繋いでいる。さらに円板状治具２１ａ、２１ｂは、締結ボルト２２で固定されている。締付ボルト２２は、図１左側の吸込室７側からも締結可能な構造となっている。

次に、図１の渦巻ケーシングの耐圧試験での組み上げ方手順（１）〜（５）を説明する。
（１）まず、下ケーシング３ｂに円板状治具２１ａ、２１ｂと締付ボルト２２を仮組みしたものを置く。（２）続いて、上ケーシング３ａを載せて上下ケーシング３ａ、３ｂのフランジ１１ａ、１１ｂを締め付ける。（３）次に右の軸封部１９の穴から締付ボルト２２を締め付けて、円板状治具２１ａ、２１ｂを上下ケーシング３ａ、３ｂの仕切板１４ａ、１４ｂに当てた上で、さらに仕切板１４ａ、１４ｂに軸両側から軸中央方向に押し付ける荷重を加える。（４）さらに、締付ボルト２２の頭側は円板状治具２１ａに設けられたザグリ穴に収まるようになっており、蓋２３とそれを締め付けるボルト２４およびガスケット２５を用いてシールする。（５）最後に左右の軸封部１９および吸込口、吐出口やその他の穴を塞いで密閉する。

図１ではさらに仕切板１４ａ、１４ｂと円板状治具２１ａ、状治具２１ｂとの間に、Ｏリング２４を設けシール性を向上させている。渦巻ケーシングおよび耐圧試験治具をこのように組み上げることで、吸込室側と吐出室側を完全に分離することができ、吸込、吐出別圧力での試験が可能となる。吸込、吐出別圧力での試験を行うことで、吸込室７側の板厚を図２の従来構造に比べて薄くすることができ、図２の従来構造では吐出室８側の板厚と吸込室７側の板厚がほぼ同じであるのに対して、吐出室８側の板厚に比べて吸込室７側の板厚を非常に薄くつくることができる。

図１の渦巻ケーシングの利点を説明すると、渦巻ケーシングの吸込室と吐出室を区切る半円板状の仕切板の円周淵の吸込室側にシール面となる平坦面２０を回転軸左右両側に設けている。これに、円板状治具２１ａ、２１ｂを密着させ、さらにＯリング２６を設けて吸込室側と吐出室側を完全に分離している。さらに、吸込、吐出別圧力の耐圧試験を実施したときに、吸込室７と吐出室８を区切る半円板状の仕切板１４ａ、１４ｂが、吸込室７側に倒れこむような曲げ変形をしようとしたとき、２つの円板状治具２１ａ、２１ｂは軸方向に開く方向に荷重をうける。

この軸方向の荷重を２つの円板を軸方向に繋いでいる締付ボルト２２が保持するため、結果として吸込室７と吐出室８を区切る半円板状の仕切板１４ａ、１４ｂの変形を押さえ込み、吐出側の高圧流体が吸込側に漏れることを防ぐことができる。

図１では、２つの円板状治具２１ａ、２１ｂを軸方向に繋ぐ部材として締付ボルト２２を用いているが、円筒又は円柱などでも良い。図１の構造では、さらに、締付ボルト２２を締め付けることによって、半円板状の仕切板１４ａ、１４ｂを、耐圧試験での吸込室側への曲げ変形と逆方向に予荷重を加えることができるため、より高いシール性を与えることができる上、仕切板１４ａ、１４ｂの応力を低減できるため、仕切板１４ａ、１４ｂの板厚を薄くすることも可能である。締付ボルト２２は、吸込室７側から締結可能な構造とし、締付ボルト部２２からの吐出室流体の漏れを防ぐための、シール構造として蓋２３とそれを締め付けるボルト２４およびガスケット２５を設けている。締付ボルト２２を吸込室側から締付可能な構造とすることで、耐圧試験前にボルトを締め付けることを可能にできる。このとき前記締付ボルト２２部からの流体漏れを防ぐ必要があるため、締付ボルトの吸込室側にシール構造を設ける必要がある。

図９は他の一実施例を備えた両吸込渦巻ポンプの断面図である。
図９において、図２に示した一般的な両吸込渦巻ポンプではライナリング１５の固定部分として仕切板１４ａ、１４ｂの吸込室７側に平坦部１８が設けられているが、図９では、仕切板１４ａ、１４ｂの吐出室８側にも平坦部２０を設けたものである。
また、円板状治具２１ａ、２１ｂを、連結部材２７と締結ボルト２２およびボルト２８で軸方向に繋いでいる。締結ボルト２２の頭部分は、図１と同様のシール構造を設けている。また、図１ではＯリングを平坦面２２でシールするように設けているが、図９ではＯリングを仕切板１４ａ、１４ｂの内周側でシールするように設けたものである。

図１０、図１１は他の実施例を備えた両吸込渦巻ポンプの断面図である。
図１０、１１において、耐圧試験治具として円筒２９を用意し、前記仕切板１４ａ、１４ｂの吸込室側に設けた平坦面２０に当たるような溝３０又はフランジ３１を軸方向両側に設ける。このような円筒耐圧試験治具２９を用いると、吸込、吐出別圧力の耐圧試験を実施したときに、吸込室７と吐出室８を区切る半円板状の仕切板１４ａ、１４ｂが、吸込室７側に倒れこむような曲げ変形をしようとしたとき、軸方向両側に設けた溝３０又はフランジ３１を介して円筒治具２９に軸方向に荷重がかかる。この軸方向の荷重を円筒治具２９が保持するため、結果として吸込室と吐出室を区切る半円板状の仕切板１４ａ、１４ｂの変形を押さえ込み、吐出側の高圧流体が吸込側に漏れることを防ぐことができる。図１０、１１に示す円筒治具２９を用いる構造は、図１に示したような締付ボルト２２を用いる構造に比べて、円筒治具２９の軸方向に対して高い寸法精度要求される。

〔参考例１〕
参考例１を図１２、図１３を用いて説明する。
図１２は他の実施例を備えた両吸込渦巻ポンプの断面図である。
図１３は図１２のＸ−Ｘ断面での矢視図である。
図１２、図１３において、吸込室７と吐出８室を区切る半円板状の仕切板１４ａ、１４ｂの円周淵の吸込室側に設けた平坦面上２０に、ねじ穴３２を円周上に多数設ける。耐圧試験時に２つの円板状治具２１ａ、２１ｂを用意し、２つ割れの渦巻前記平坦面２０をシール面として、その平坦面の円周上に設けた前記ねじ穴３２に円板をボルト３３で固定している。このような構造とすると、吸込室７と吐出室８を区切る半円板状の仕切板１４ａ、１４ｂを円板状治具２１ａ、２１ｂにボルトを介して固定できるため、２つの半円板状の仕切板１４ａ、１４ｂと円板状治具２１ａ、２１ｂが一体となって変形するので、吐出側の高圧流体が吸込側に漏れることを防ぐことができる。耐圧試験終了後、ねじ穴３２が空いている状態で運転すると流体性能の低下につながるため、実機運転時にはねじ穴３２をいもねじ（無頭ねじとも言う）や樹脂材等で埋めて使用する。図１２、図１３の実施例では、円板状治具２１ａ、２１ｂは締結されていないが、これら円板状治具２１ａ、２１ｂを軸方向に締結し、さらにボルト締付構造とすると、より効果的である。

本発明で示した構造を用いることで、吸込、吐出圧力差が大きい場合での、吸込、吐出別圧力での試験が可能となる。吸込、吐出別圧力での耐圧試験が可能となることで、吸込室側の板厚を吐出室側の板厚に比べて非常に薄くすることができる。逆に言えば吸込室側の板厚を吐出室側の板厚に比べて非常に薄くするためには、吸込、吐出別圧力での耐圧試験が必要である。吸込、吐出別圧力での耐圧試験を行うためには、本発明を実施する必要がある。

本発明の一実施例を説明する両吸込渦巻ポンプのケーシングの断面図である。 一般的な両吸込渦巻ポンプの断面図である。 一般的な両吸込渦巻ポンプの正面図である。 一般的な両吸込渦巻ポンプの軸垂直断面での断面図である。 一般的な両吸込渦巻ポンプの吸込吐出別圧力試験での試験方法を説明する断面図である。 一般的な両吸込渦巻ポンプの吸込吐出別圧力試験での試験方法を説明する断面図である。 一般的な両吸込渦巻ポンプの吸込吐出別圧力試験での変形図である。 図１のＸ−Ｘ断面での矢視図である。 本発明の一実施例を説明する両吸込渦巻ポンプのケーシングの断面図である。 本発明の一実施例を説明する両吸込渦巻ポンプのケーシングの断面図である。 本発明の一実施例を説明する両吸込渦巻ポンプのケーシングの断面図である。 参考例１を説明する両吸込渦巻ポンプのケーシングの断面図である。 図１２のＸ−Ｘ線断面矢視図である。

１…回転軸、２…羽根車、３…渦巻ケーシング、３ａ…上ケーシング、３ｂ…下ケーシング、４…軸受部、５…吸込口、６…吐出口、７…吸込室、８…吐出室、９…静翼、１０…Ｏリング、１１ａ…上フランジ、１１ｂ…下フランジ、１２…円板状治具、１３…円筒状治具、１４ａ…上仕切板、１４ｂ…下仕切板、１５…ライナリング、１６…すき間、１７…円周淵、１８…平坦面、１９…軸封部、２０…平坦面、２１ａ…円板状治具、２１ｂ…円板状治具、２２…締結ボルト、２３…蓋、２４…ボルト、２５…ガスケット、２６…Ｏリング、２７…連結部材、２８…ボルト、２９…円筒治具、３０…溝、３１…フランジ、３２…ねじ穴、３３…ボルト。

Claims (3)

1. 水平方向に配置した回転軸と、この回転軸の軸方向両側から流体を吸い込み中間部から径外周方向に吐き出す両吸込遠心型の羽根車と、この羽根車を内包する渦巻ケーシングとを備え、この渦巻ケーシング内の吸込室と吐出室を円板状治具で遮断して前記吐出室に高圧をかけて行う両吸込渦巻ポンプの耐圧試験装置において、
   前記吐出室を中心にして左右に吸込室が設けられ、前記吐出室と前記吸込室は仕切板で区切られており、左右の仕切板の吸込室側に平坦面を設け、この平坦面に前記円板状治具を取り付けて固定し、
   前記左右の吸込室に設けられた前記円板状治具どうしが、前記吐出室を貫通するボルトで連結されていることを特徴とする両吸込渦巻ポンプの耐圧試験装置。
2. 請求項１に記載の両吸込渦巻ポンプの耐圧試験装置において、
   前記円板状治具と当接する平坦面にリング状の溝を設け、この溝にシール用の部材を挿入したことを特徴とする両吸込渦巻ポンプの耐圧試験装置。
3. 水平方向に配置した回転軸と、この回転軸の軸方向両側から流体を吸い込み中間部から径外周方向に吐き出す両吸込遠心型の羽根車と、この羽根車を内包する渦巻ケーシングとを備え、この渦巻ケーシング内の吸込室と吐出室を、軸方向両側に溝またはフランジを設けた円筒状治具で遮断して前記吐出室に高圧をかけて行う両吸込渦巻ポンプの耐圧試験装置において、
   前記吐出室を中心にして左右に吸込室が設けられ、前記吐出室と前記吸込室は仕切板で区切られており、左右の仕切板の吸込室側に平坦面を設け、この平坦面に前記円筒状治具の溝またはフランジを取り付けて固定することを特徴とする両吸込渦巻ポンプの耐圧試験装置。

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