JP7262928B2 - ライナーリングを備えたポンプのケーシングの補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、浸食防止構造を備えたライナーリング、およびそのようなライナーリングを備えたポンプに関するものである。また、本発明は、ポンプのケーシングの補修に使用されるテンプレートに関し、特にケーシングの浸食された部位を補修するときに使用される治具に関する。

通常のポンプの連続運転範囲では、キャビテーションやジェット噴流（以下、「キャビテーション等」という）は発生しにくく、問題とならないが、少水量域運転時や大水量域運転時にポンプ流路内にキャビテーション等が発生する場合がある。これは、羽根車に一旦入った水の一部が旋回を伴って高流速で逆流し、その逆流はジェット噴流となり羽根車入口部のケーシングまで到達する。このジェット噴流とキャビテーションとの複合的要因により、ポンプ羽根車入口付近のケーシングに浸食が発生すると考えられる。

実開昭６１－１９６９７号公報 特開２０１３－２２７９７０号公報

一般に、その浸食された部位を補修するために、その浸食された部位を機械加工で除去し、特殊なライナーリングを機械加工された部分に嵌め込む作業が行われる。しかしながら、この方法は、機械加工を実施するために、ポンプを工場に搬送する必要があり、補修に長い時間がかかる。そこで、機械加工を伴わない補修方法として、金属充填剤（金属パテ）を用いた方法がある。この方法によれば、ポンプの設置場所で、金属充填剤を浸食された部位に充填することで補修作業が完了する。しかしながら、補修後のポンプ運転中に、金属充填剤が脱落し、浸食が再度発生することがあった。

そこで、本発明は、ケーシングの浸食された部位に充填された金属充填剤（金属パテ）の脱落を防止し、ケーシングの浸食の再発を防止することができるライナーリングを備えたポンプのケーシングの補修方法を提供する。

一態様では、回転軸と、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラを収容するケーシングと、前記インペラの液体入口の周囲に配置されたライナーリングを備えたポンプのケーシングの補修方法であって、前記インペラの液体入口の周囲に位置する前記ケーシングの浸食された部位に金属充填剤を充填し、次いで、前記インペラを収容する前記ケーシングの取付面に嵌合される円筒部と、前記円筒部の吸込側から半径方向外側に突出した保護フランジを備えたライナーリングを、前記保護フランジが前記金属充填剤を覆うように前記インペラの液体入口の周囲に配置する、ポンプのケーシングの補修方法が提供される。

一態様では、前記保護フランジは、前記ケーシングの外面に対向する背面を有し、前記背面は前記ケーシングの前記外面に沿った形状を有する。
一態様では、前記背面は湾曲している。
一態様では、前記保護フランジは、前記円筒部の吸込側端面に接続された前面を有している。
一態様では、前記ライナーリングは、前記円筒部の吸込側から半径方向内側に突出した内側フランジをさらに備える。

一参考例では、ポンプのインペラが収容されるケーシングを金属充填剤を用いて補修するときに使用されるテンプレートであって、前記ケーシングの外面に沿った形状の端面を有する整形プレートと、前記整形プレートが固定されたガイドリングを備えたテンプレートが提供される。

一参考例では、前記ケーシングは、ライナーリングが嵌合される取付面を有しており、前記ガイドリングは、前記取付面に嵌合可能な形状を有している。
一参考例では、前記端面は、前記ガイドリングから半径方向外側に突出している。
一参考例では、前記端面は湾曲している。

一参考例では、ポンプのインペラが収容されるケーシングの浸食された部位を補修する方法であって、前記浸食された部位に金属充填剤を充填し、上記テンプレートを前記ケーシングの取付面に嵌合させ、前記金属充填剤の表面形状が前記テンプレートの前記端面の形状に合うまで、前記金属充填剤の表面を切削工具を用いて切削し、上記ライナーリングを前記ケーシングの取付面に取り付ける方法が提供される。

ライナーリングの保護フランジは、ケーシングの浸食された部位に充填された金属充填剤を覆うことができる。保護フランジは、金属充填剤をキャビテーションやジェット噴流から保護することができ、金属充填剤の脱落を防止することができる。
また、上記テンプレートを用いることで、金属充填剤の表面形状が、ケーシングの外面の本来の形状となるまで、金属充填剤の表面を研削することができる。特に、上記テンプレートを用いることで、金属充填剤の除去不足および過剰な除去を防ぐことができるので、結果として、短い時間で金属充填剤の表面研削を完了することができる。

ポンプの一例を示す断面図である。 図１におけるライナーリングおよびケーシングの一部を拡大した図である。 金属充填剤を用いてケーシングを補修するときに使用されるテンプレートの上面図である。 図３のＡ－Ａ線断面図である。 図３に示すテンプレートの底面図である。 図３乃至図５に示す整形プレートの斜視図である。 ライナーリングをケーシングから取り外した状態を示す図である。 浸食された部位に金属充填剤を充填する様子を示す図である。 テンプレートのガイドリングがケーシングの取付面に嵌合された状態を示す図である。 金属充填剤の表面形状がケーシングの外面の本来の形状となるまで、金属充填剤の表面が研削された状態を示す図である。 ライナーリングの一実施形態を示す縦断面図である。 図１１の矢印Ｂで示す方向から見た図である。 図１１および図１２に示すライナーリングがケーシングの取付面に取り付けられた状態を示す断面図である。 ケーシングの浸食された部位を補修する方法を説明するフローチャートである。 ライナーリングの他の実施形態を示す縦断面図である。 ライナーリングの他の実施形態を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、ポンプの一例を示す断面図である。図１に示すポンプ１は、両吸込渦巻きポンプと呼ばれる形式のものである。ただし、本発明は、両吸込渦巻きポンプのみならず、片吸込渦巻きポンプにも適用可能である。ポンプ１は、ケーシング３と、ケーシング３内を延びる回転軸７と、当該回転軸７に固定されたインペラ９とを備えている。インペラ９はケーシング３内に配置されている。ケーシング３は、上ケーシング３Ａと、下ケーシング３Ｂとを備えており、これら両ケーシング３Ａ，３Ｂが図示しない締結具（ねじ、またはボルトおよびナットなど）によって互いに締結されている。

本実施形態のポンプ１は、インペラ９の両側から液体を吸い込む形式の両吸込渦巻きポンプである。このため、ケーシング３は、吸込側流路１１と吐出側流路１３を隔てる隔壁１５を備えている。

ポンプ１の回転軸７は、図示しない電動モータなどの原動機に連結されており、この原動機の駆動力によりインペラ９を回転させるようになっている。本実施形態のポンプ１では、回転軸７は水平に配置されている。一実施形態では、回転軸７は鉛直方向やそれ以外の角度で設置してもよい。回転軸７は、ケーシング３の両側に設けられた軸受１４Ａ，１４Ｂに回転可能に支持されている。ポンプ１は、ケーシング３内の液体が漏れることを防ぐ軸封装置８Ａ，８Ｂを備えている。

ポンプ１は両吸込渦巻きポンプであるので、インペラ９は、２つの液体入口９ａと、１つの液体出口９ｂを具備した両吸込型インペラである。２つの液体入口９ａはインペラ９の両側にあり、反対方向を向いている。ケーシング３内には、インペラ９の２つの液体入口９ａに連通する吸込側流路１１と、インペラ９の液体出口９ｂに連通する吐出側流路１３とが形成されている。吸込側流路１１は隔壁１５の外側に位置し、吐出側流路１３は隔壁１５の内側に位置している。インペラ９の２つの液体入口９ａの周囲には、２つのライナーリング１９がそれぞれ配置されている。これらのライナーリング１９はケーシング３に保持されている。

ケーシング３の隔壁１５には環状の取付面３ａが形成されており、ライナーリング１９は、この取付面３ａに取り付けられている。ライナーリング１９は、上ケーシング３Ａと下ケーシング３Ｂとの間に挟まれている。取付面３ａの上半分は上ケーシング３Ａに形成され、取付面３ａの下半分は下ケーシング３Ｂに形成されている。

図２は、図１におけるライナーリング１９およびケーシング３の一部を拡大した図である。図２に示すケーシング３は上ケーシング３Ａであるが、以下の説明では、上ケーシング３Ａを単にケーシング３という。環状の取付面３ａには、その周方向に延びる環状溝３ｂが形成されている。ライナーリング１９は、その周方向に延びる環状突起２１を有している。環状突起２１はライナーリング１９の外周面１９ａに形成されており、環状突起２１は環状溝３ｂに係合している。環状突起２１が環状溝３ｂに係合した状態で、ライナーリング１９は取付面３ａに嵌合している。

ライナーリング１９の環状突起２１には、半径方向に延びる挿入穴２１ａが形成されている。この挿入穴２１ａには、ロックピン２２の一部が挿入されている。ケーシング３の環状溝３ｂには、半径方向に延びるロック穴３ｅが形成されている。ロックピン２２の他の部分は、ロック穴３ｅに挿入されている。このロックピン２２とロック穴３ｅとの係合により、インペラ９が回転しているときのライナーリング１９自体の回転を防止することができる。

ライナーリング１９は、単一の部材から構成されており、耐摩耗性を有するステンレス鋼、鋳鋼などの金属から構成されている。ただし、ケーシング３の材質よりも耐摩耗性の高い材料であれば、ステンレス鋼、鋳鋼でなくともよい。

インペラ９の液体入口９ａの周囲に位置するケーシング３の部位２０は、キャビテーションやジェット噴流に起因して、浸食されやすい部位である。ケーシング３の浸食が発生した場合、その浸食された部位２０に金属充填剤（金属パテ）が充填される。金属充填剤は、粘性のある充填材料に硬化剤を混合させることで、硬質の材料となる性質を有する。このような金属充填剤は、接着剤の一種であり、市場で入手することができる。硬化する性質を有するものであれば、金属充填剤の種類は特に限定されない。金属充填剤が硬化した後、以下に説明するテンプレート２５および研削工具を用いて金属充填剤の表面形状を整える。

図３は、金属充填剤を用いてケーシング３を補修するときに使用されるテンプレート２５の上面図であり、図４は、図３のＡ－Ａ線断面図であり、図５は、図３に示すテンプレート２５の底面図である。テンプレート２５は、ケーシング３の外面３ｃ（図２参照）に沿った形状の端面２９を有する整形プレート２８と、整形プレート２８が固定されたガイドリング３２を備えている。本実施形態では、２つの整形プレート２８が互いに直交するように配置されている。各整形プレート２８は、ガイドリング３２の径方向に延びている。一実施形態では、１つの整形プレート２８のみが設けられてもよい。

図６は、図３乃至図５に示す整形プレート２８の斜視図である。端面２９は、整形プレート２８の両側に位置しており、ガイドリング３２の外周面３２ａから半径方向外側に突出している。各端面２９は、ケーシング３の外面３ｃ（図２参照）の形状、より具体的には、隔壁１５の外面３ｃの形状に沿った形状を有している。ケーシング３の外面３ｃは、図２に示す浸食しやすい部位２０の表面であり、本実施形態では、湾曲面である。よって、整形プレート２８の各端面２９は、浸食しやすい部位２０の外面３ｃに沿って湾曲している。

ガイドリング３２の外周面３２ａは、図２に示すケーシング３の取付面３ａの直径よりもわずかに小さい直径を有している。さらに、ガイドリング３２は、その外周面３２ａに、ケーシング３の環状溝３ｂに係合する環状突起３３を有している。ガイドリング３２の環状突起３３の大きさおよび形状は、上述したライナーリング１９の環状突起２１の大きさおよび形状と同じである。したがって、ガイドリング３２の環状突起３３が環状溝３ｂに係合した状態で、ガイドリング３２の外周面３２ａをケーシング３の取付面３ａに接触させることができる。整形プレート２８は、ガイドリング３２を横切って延びており、ガイドリング３２の直径よりも長い。このように構成されたテンプレート２５の材料は、特に限定されないが、例えば、テンプレート２５はステンレス鋼などの金属から構成される。

次に、テンプレート２５の使用方法について説明する。ケーシング３の部位２０が浸食した場合、まず、上ケーシング３Ａを下ケーシング３Ｂから取り外し、さらに、回転軸７とインペラ９とライナーリング１９を下ケーシング３Ｂから取り外す。そして、ライナーリング１９をインペラ９から取り外す。図７は、ライナーリング１９をケーシング３Ａ，３Ｂから取り外した状態を示す図である。

次に、図８に示すように、浸食された部位２０に金属充填剤４０を充填する。金属充填剤４０が硬化した後、図９に示すように、ガイドリング３２の環状突起３３を上ケーシング３Ａの環状溝３ｂに係合させ、テンプレート２５のガイドリング３２を上ケーシング３Ａの取付面３ａに嵌合させる。このとき、ガイドリング３２の外周面３２ａは、上ケーシング３Ａの取付面３ａに接触する。そして、金属充填剤４０の表面形状が、整形プレート２８の端面２９の形状に合うまで、金属充填剤４０の表面を切削工具を用いて切削する。具体的には、作業員は、グラインダーまたはヘラなどの研削工具を用いて、余分な金属充填剤４０を取り除く。作業員は、テンプレート２５を、その軸心を中心に少しずつ回転させながら、金属充填剤４０の表面形状がテンプレート２５の端面２９の形状に適合しているか否かを検査することができる。すなわち、テンプレート２５を回転させたときに、テンプレート２５の端面２９が金属充填剤４０に接触しなくなるまで、金属充填剤４０が研削される。

同様に、ガイドリング３２の環状突起３３を下ケーシング３Ｂの環状溝３ｂに係合させ、テンプレート２５のガイドリング３２を下ケーシング３Ｂの取付面３ａに嵌合させる。このとき、ガイドリング３２の外周面３２ａは、下ケーシング３Ｂの取付面３ａに接触する。そして、金属充填剤４０の表面形状が、整形プレート２８の端面２９の形状に合うまで、金属充填剤４０の表面を切削工具を用いて切削する。

このようにテンプレート２５を用いることで、金属充填剤４０の除去不足および過剰な除去を防ぐことができる。結果として、短い時間で金属充填剤４０の表面研削を完了することができる。

図１０に示すように、テンプレート２５を用いることで、金属充填剤４０の表面形状がケーシング３の外面３ｃの本来の形状となるまで、金属充填剤４０の表面を研削することができる。金属充填剤４０の表面形状の整形が終了した後、次に説明するライナーリング５０がケーシング３の取付面３ａに取り付けられる。

図１１は、ライナーリング５０の一実施形態を示す縦断面図であり、図１２は、図１１の矢印Ｂで示す方向から見た図である。図１１および図１２に示すライナーリング５０は、ポンプ１のインペラ９の液体入口９ａの周囲に配置される。このライナーリング５０は、ケーシング３の取付面３ａに嵌合される円筒部５１と、円筒部５１の吸込側から半径方向外側に突出した保護フランジ５５を備えている。円筒部５１は、その周方向に延びる環状突起５８を有している。環状突起５８は円筒部５１の外周面５１ａに形成されており、環状突起５８はケーシング３の環状溝３ｂ（図１０参照）に係合可能な形状を有している。環状突起５８には、半径方向に延びる挿入穴５８ａが形成されている。

保護フランジ５５は、環状の形状を有している。保護フランジ５５は、ケーシング３の外面３ｃ（図１０参照）に対向する背面５５ａを有する。この背面５５ａはケーシング３の外面３ｃに沿った形状を有している。本実施形態では、ケーシング３の外面３ｃ（浸食が発生しやすい部位の表面）は、湾曲しているので、保護フランジ５５の背面５５ａは、ケーシング３の外面３ｃに沿って湾曲している。保護フランジ５５の断面は、テーパー形状を有している。金属充填剤４０が塗布された部分の全体を覆うために、保護フランジ５５はある程度の大きさを有する。具体的には、保護フランジ５５の半径方向の幅Ｌ１は、円筒部５１の半径方向の厚みＬ２よりも大きい。

保護フランジ５５は、円筒部５１の吸込側端面５１ｂに接続された前面５５ｂを有している。本実施形態では、円筒部５１の吸込側端面５１ｂは、テーパー面から構成されている。このテーパー面からなる吸込側端面５１ｂは、インペラ９に流入する液体の流れを乱さないために設けられている。

図１３は、図１１および図１２に示すライナーリング５０がケーシング３の取付面３ａに取り付けられた状態を示す断面図である。円筒部５１の環状突起５８が環状溝３ｂに係合した状態で、ライナーリング５０は取付面３ａに嵌合される。ライナーリング５０の挿入穴５８ａには、ロックピン２２の一部が挿入されている。ロックピン２２の他の部分は、ケーシング３のロック穴３ｅに挿入されている。このロックピン２２とロック穴３ｅとの係合により、インペラ９が回転しているときのライナーリング５０自体の回転を防止することができる。

ライナーリング５０は、単一の部材から構成されており、耐摩耗性を有するステンレス鋼、鋳鋼などの金属から構成されている。ただし、ケーシング３の材質よりも耐摩耗性の高い材料であれば、ステンレス鋼、鋳鋼でなくともよい。

保護フランジ５５は、ケーシング３の取付面３ａから半径方向外側に突出し、ケーシング３の浸食された部位に充填された金属充填剤４０を覆う。保護フランジ５５の背面５５ａと、金属充填剤４０の表面を含むケーシング３の外面３ｃとの間には、微小な隙間が形成されている。金属充填剤４０の表面形状は、既にテンプレート２５を用いて整えられているので、均一かつ微小な隙間が保護フランジ５５の背面５５ａとケーシング３の外面３ｃとの間に形成される。

保護フランジ５５は、ポンプの運転中に発生しうるキャビテーションやジェット噴流から金属充填剤４０およびケーシング３を保護することができる。ポンプの運転中には、インペラ９の回転によって昇圧された液体は、ライナーリング５０の外周面とケーシング３の取付面３ａとの間の隙間を低圧側（吸込側）に流れる。この隙間は極めて小さいので、液体の流量は低い。したがって、液体の流れに起因した金属充填剤４０の脱落が防止される。

図１４は、ケーシング３の浸食された部位を補修する方法を説明するフローチャートである。ステップ１では、既に設置されているライナーリング１９をケーシング３から取り外す（図７参照）。より具体的には、上ケーシング３Ａを下ケーシング３Ｂから取り外し、さらに、回転軸７とインペラ９とライナーリング１９を下ケーシング３Ｂから取り外す。そして、ライナーリング１９をインペラ９から取り外す。

ステップ２では、図８に示すように、浸食された部位２０に金属充填剤４０を充填する。ステップ３では、金属充填剤４０が硬化した後、図９に示すように、ガイドリング３２の環状突起３３を上ケーシング３Ａの環状溝３ｂに係合させ、テンプレート２５のガイドリング３２を上ケーシング３Ａの取付面３ａに嵌合させる。ステップ４では、金属充填剤４０の表面形状が、テンプレート２５の端面２９の形状に合うまで、上ケーシング３Ａ上の金属充填剤４０の表面を切削工具（例えばグラインダーまたはヘラなど）を用いて切削する。

ステップ５では、ガイドリング３２の環状突起３３を下ケーシング３Ｂの環状溝３ｂに係合させ、テンプレート２５のガイドリング３２を下ケーシング３Ｂの取付面３ａに嵌合させる。ステップ６では、金属充填剤４０の表面形状が、テンプレート２５の端面２９の形状に合うまで、下ケーシング３Ｂ上の金属充填剤４０の表面を切削工具（例えばグラインダーまたはヘラなど）を用いて切削する。一実施形態では、ステップ５，６をステップ３，４の前に行ってもよい。さらに、一実施形態では、複数のテンプレート２５および複数の切削工具を用いて、ステップ３，４とステップ５，６を同時に行ってもよい。

ステップ７では、図１１および図１２に示すライナーリング５０を、インペラ９及び回転軸７とともに、下ケーシング３Ｂに設置する。ライナーリング５０の下半分は、下ケーシング３Ｂの取付面３ａに嵌合される。ステップ８では、上ケーシング３Ａが下ケーシング３Ｂに締結され、同時に、ライナーリング５０の上半分は、上ケーシング３Ａの取付面３ａに嵌合される。これにより、ライナーリング５０のケーシングの取付面３ａへの取り付けが完了する。

本実施形態によれば、従来の補修とは異なり、浸食された部位を機械加工で除去する必要がないので、ポンプを工場に搬送する必要がなく、短時間に補修作業を完了することができる。また、機械加工された部分に嵌合可能な特殊なライナーリングを用意する必要がないので、補修費用を下げることができる。

図１５は、ライナーリング５０の他の実施形態を示す縦断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１１および図１２に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態のライナーリング５０は、円筒部５１の吸込側から半径方向内側に突出する環状の内側フランジ６０を有している。保護フランジ５５の前面５５ｂと、円筒部５１の吸込側端面５１ｂと、内側フランジ６０の前面６０ａは、同一平面内に位置している。この内側フランジ６０は、インペラ９に向かう液体の流れを整えるために設けられている。

図１６は、ライナーリング５０の他の実施形態を示す縦断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１５に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、内側フランジ６０には、複数の通孔６０ｂが形成されている。これらの通孔６０ｂは、ライナーリング５０の周方向に沿って等間隔に配列されている。通孔６０ｂは、インペラ９に向かう液体の流れを整えるために設けられている。

ケーシング３の補修において、図１１および図１２に示すライナーリング５０に代えて、図１５に示すライナーリング５０、または図１６に示すライナーリング５０をケーシング３の取付面３ａに取り付けてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ ポンプ
３ ケーシング
３ａ 取付面
３ｂ 環状溝
３ｃ 外面
３ｅ ロック穴
３Ａ 上ケーシング
３Ｂ 下ケーシング
７ 回転軸
８Ａ，８Ｂ 軸封装置
９ インペラ
９ａ 液体入口
９ｂ 液体出口
１１ 吸込側流路
１３ 吐出側流路
１４Ａ，１４Ｂ 軸受
１５ 隔壁
１９ ライナーリング
１９ａ 外周面
２０ 浸食されやすい部位
２１ 環状突起
２１ａ 挿入穴
２２ ロックピン
２５ テンプレート
２８ 整形プレート
２９ 端面
３２ ガイドリング
３２ａ 外周面
３３ 環状突起
４０ 金属充填剤
５０ ライナーリング
５１ 円筒部
５１ａ 外周面
５１ｂ 吸込側端面
５５ 保護フランジ
５５ａ 背面
５５ｂ 前面
５８ 環状突起
５８ａ 挿入穴
６０ 内側フランジ
６０ａ 前面
６０ｂ 通孔

Claims (5)

1. 回転軸と、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラを収容するケーシングと、前記インペラの液体入口の周囲に配置されたライナーリングを備えたポンプのケーシングの補修方法であって、
   前記インペラの液体入口の周囲に位置する前記ケーシングの浸食された部位に金属充填剤を充填し、
   次いで、前記インペラを収容する前記ケーシングの取付面に嵌合される円筒部と、前記円筒部の吸込側から半径方向外側に突出した保護フランジを備えたライナーリングを、前記保護フランジが前記金属充填剤を覆うように前記インペラの液体入口の周囲に配置する、ポンプのケーシングの補修方法。
2. 前記保護フランジは、前記ケーシングの外面に対向する背面を有し、前記背面は前記ケーシングの前記外面に沿った形状を有する、請求項１に記載のポンプのケーシングの補修方法。
3. 前記背面は湾曲している、請求項２に記載のポンプのケーシングの補修方法。
4. 前記保護フランジは、前記円筒部の吸込側端面に接続された前面を有している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプのケーシングの補修方法。
5. 前記ライナーリングは、前記円筒部の吸込側から半径方向内側に突出した内側フランジをさらに備えた、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のポンプのケーシングの補修方法。

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