JPS59176469A - 水力機械のキヤビテ−シヨン検出装置 - Google Patents

水力機械のキヤビテ−シヨン検出装置

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JPS59176469A
JPS59176469A JP58048816A JP4881683A JPS59176469A JP S59176469 A JPS59176469 A JP S59176469A JP 58048816 A JP58048816 A JP 58048816A JP 4881683 A JP4881683 A JP 4881683A JP S59176469 A JPS59176469 A JP S59176469A
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JP
Japan
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light
cavitation
light guide
light receiving
receiving
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JP58048816A
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English (en)
Inventor
Tomoyoshi Okamura
共由 岡村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/04Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator for diminishing cavitation or vibration, e.g. balancing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はポンプ、水車などの水力機械のケーシング内の
羽根車近傍に発生するキャビテーションを外部から検出
するキャビテーション検出装置に関するものである。
〔発明の背景〕
従来、水力ha i+&のケーシング内に発生するキヤ
ビテーシヨンの検出には、次に列記するよう々種種の方
法があるが、これらの方法はそれぞれ問題点がある。
(a)人間の耳によりキャビテーションの発生音をとら
えることにより、キャビテーションを検出する方法:こ
の方法はきわめて簡便であるが、検出精度が悪く、かつ
定量的な把握も困難である。
(b)水力機械のケーシング内に収納された羽根車付近
を外部から覗祭できるように、ケーシングを透明な(酊
脂などの材料で製作し、ケーシング内のキャビテーショ
ンの発生状態を外部から目視などにより把握してキャビ
テーションを検出する方法、この方法は非常に精度の高
い検出方法であるが、通常、笑1験用の水力機械などに
のみ適用可能であって、実機には適用不能である。また
高速の水力機械の実揚程実験に適用するには、透明なケ
ーシング材料は耐圧性の見地から限界がある。
(C)ケーシングの外周面に水中音圧センサ、振動加速
度センサ、マクーステイツエミッションセンサなどを取
付け、ギヤビテーション発生に伴う水中音、ケーシング
の振動などを測定してキャビテーションの発生を検出す
る方法、 この方法は比較的に簡単で、かつある程度の定量的把握
が可能である長所を有する反面、キャビテーションの発
生位置および状態の検知がきわめて困難であり、また気
泡の混入により検出信号が大幅に変化し、信号の出力値
の校正が困難であるなどの知所を有する。さらに振動加
速度、マク−スティックエミッションの場合には、ケー
シングの肉厚、形状などの影響を受けやすい恐れがある
(d)ケーシング内のキャビテーションの発生個所へ超
音波を投射し、その反射波を測定してキャビテーション
を検出する方法、 この方法は上記(C)項と同様に混入気泡の影響を受け
やすく、かつ検出装置が複雑化する恐れがある。
〔発明の目的〕
本発明は上記にかんがみキャビテーションの発生状態を
lII接光学的に把握し、測定精度を高めて信頼性を向
上させることを目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明は上記目的を達成するために、ケーシングの外部
に発光部および受光部をそれぞれ任意数設置し、これら
の発光部および受光部にそれぞれ1車結された送光用ラ
イトガイドおよび受光用ライトガイドの各先・瑞に取付
けた光学系を羽根車近傍に配置し、前記発光部から発光
された照射光のキャビテーションによる反射光を、前記
受光用ライトガイド側の光学系を介して受光部に導いて
電気信号に変換し、この電気信号の変化を測定してキャ
ビテーションを検出するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を図面について説明する。
第1図および第2図において、1は吸込口1aと吐出口
1bを有する片吸込型遠心ポンプのケーシング、2はケ
ーシング1内に収納され、羽根3を有する羽根車で、こ
の羽根車2はモータなどの原動機(図示せず)により駆
動される回転軸4に取付けられている。5,6はケーシ
ング1の外部に設けられた発光部、例えば発光ダイオー
ドまたはレーザ発光器および受光部、例えばフォトダイ
オードまたはフォトマルチメータ、7,8け一端が発光
部5および受光部6にすれぞれ連結され、他端がケーシ
ング1内に配置された送光用ライトガイドおよび受光用
ライトガイドである。
9.10は上記ライトガイド7.8の先端にそれぞれ取
付けられた光学系例えばロッドレンズで、このレンズ9
,10は羽根車2の近傍、すなわちその羽根前、縁部3
aに対向するように配置されている。11は羽根前線部
3aの付近に発生したキャビテーション、12は発光部
5から発光され、送光用ライトガイド7およびロッドレ
ンズ9を経てキャビテーション11に照射される照射光
、13は照射光12がキャビテーション11により反射
され、受光用ライトガイド8の先端部に取付けられたロ
ッドレンズ10に入射される反射光である。
次に上記のような構成からなる本実施例の作用について
説明する。
回転軸4を介して羽根車2が回転運動すると、吸込口1
aより流入した液体は、羽根車2内の流路14を経て吐
出口1bより吐出される。この際、吸込口1aの静圧が
低く、または羽根車2の回転速度が高いと、羽根3の#
縁部3aにキャビテーション11が発生する。このキャ
ビテーション11は無数の微小な気泡で構成され、通常
、白い雲状を呈しているので、このキャビテーション1
1に発光部5から発せられた光が送光用ライトガイド7
およびロッドレンズ9を経て照射されると、この照射光
12はキャビテーション11によυ反射あるいは散乱さ
れて反射光13と々る。この反射光13は受光側のロッ
ドレンズIOおよび受光用ライトガイド8を経て受光部
6に導入され、この受光部6で光信号が電気出力信号に
変換されると共に、この電気出力信号は電圧計などの心
気計器により測定される。
一方、羽根3の前縁部3aにキャビテーション11が発
生していない場合には、放射光1.2aは第2図に示す
ように羽根面3bで反射し、この反射光13aは受光側
ロッドレンズ10から著しくそれるため、受光部6に導
入される光は弱くなるから電気出力信号も小さくなる。
このように羽根ff13b上のキャビテーションの有無
に対応して受光部6の電気出力信号は強弱を生ずるから
、その電気出力信号を測定することにより羽根面3bh
のキャビテーションの有無を検知することができる。
上記キャビテーションの発生が少ないときには、反射光
の強さは小であるが、キャビチーシミ/の発生が多いと
きには、反射光の強さは大であるから、キャビテーショ
ンの発生状態と反射光の強さは一対一のある対応関係を
有する。したがってその関係を予じめ杷握しておけば、
光信号出力すなわち心気的出力信号によりキャビテーシ
ョンの発生状態を検出することが可能である。
第3図は本発明の第2実施例の要部を示すもので、送光
用ライトガイド7および受光用ライトガイド8を、発光
部5および受光部6の近傍からポンプ内の検出端までの
間にわたり、第4図(a)(b)に示すように結合して
一本の光フアイバコード15に構成したものである。こ
のように構成すれば、取扱いが簡便となる利点がある。
第5図に示す第3実施例は、送光用ライトガイド7と受
光用ライトガイド8をゲージング1に取付具19を介し
て固定したピトー管のような堅固な保持棒17内に収納
し、この保持棒17のケーシング1内に挿入された端部
を保持棒17の軸心に対して任意角度傾斜させ、ここに
前記光学系9゜10を設けると共に、保持棒17のケー
シング1外の端部に元ファイバコード15の一端に接続
する光コネクタ18を着脱自在に取付けて構成されてい
る。その光フアイバコード15の他端はコネクタ19を
介して送光部と受光部とを一体化した送受光部20に連
結されている。また前記光学系9.10は第6図に示す
ように保持棒17の軸心方向に設iff してもよい。
本実施例における光関係の各部の動作は第一実施例(第
1図)と同僚であるから説明を省略する。
第7図に示す第4実施例は、ケーシング1の吸込口1a
に複数1固のキャビテーション検出部21a〜21Cを
設け、この検出部21a〜21Cを送光用、受光用ライ
トガイドを内蔵する保持棒17a〜17Cを介して送受
光部20a〜20Cにそれぞれ接続した構成からなり、
ポンプの最高効率点より低流量側では、羽根車2の上流
部に逆流22が生じ、吸込圧が低い場合、前記逆流22
中には渦巻状のキャビテーション(図示せず)を発生し
て激しい振動および、騒音を生ずる場合が多い。このよ
うに羽根車2の直前に活生ずるキャビテーションが上流
側へ発達する程度に応じて、送受光部20a〜20Cで
電気出力信号が順次にえられるので、各電気出力信号を
それぞれ測定することにより、キャビテーションの発生
状態を検出することができる。
第8図に示すg5実施例は、発光部50発光をポンプ軸
30回転に同期して行うようにするため、ポンプ軸4に
直結する駆動機軸24に取付けた継手25の回転を回転
検出器26により検出し、回−転同期、遅延装置27を
介して発光部5へ発光信号を送るように構成したもので
ある。前記発光部5に接続された送光用ライトガイド2
8および受光部6に接続された反射光のライトガイド2
9は分岐器30を介して光フアイバコード15に接続さ
れている。
このように発光部5において羽根車2の回転に同期して
発光させ、キャビテーション11からの反射光を保持棒
17内のライトガイド、光フアイバコード15、分岐器
30およびライトガイド29を経て受光部6に導入する
ように構成すれば、キャビテーション11が発生してい
ないときには、羽根車からの反射光がなくなるから、測
定精度を向上させることができる利点がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、キャビテーション
の有無を直接光学的に把握できるので、従来の水中音、
ケーシング振動加速度などのようなキャビテーションの
発生により2次的に放出される物理現象をとらえる手段
に比べて、測定精度を高めて信頼性を向上させることが
できる。
また本発明によれば、光ファイバ、発光部および受光部
の各素子を比較的小型に形成できるので、装置全体をコ
ンパクト化し、かつ取扱いを簡便にすることができる利
点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる水力機械のキャビテーション検
出装置の第一実施例を示す縦断面図、第2図は同実施例
の羽、恨事入口部の展開図、第3図は本発明に係わる第
2実施例の要部を示す図、第4図は第3図のA−A断面
図、第5図は本発明に係わる第3実施例の縦断面図、第
6図は第3実施例の保持棒の変形例を示す要部断面図、
第7図および第8図は本発明に係わる第4実施例および
第5実施例を示す断面図である。 1・・・ケーシング、2・・・羽根車、5・・・発光部
、6・・・受光部、7・・・送光用ライトガイド、8・
・・受光用ライトガイド、9.10・・・光学系、11
・・・キャビテーション、12・・・照射光、13・・
・反射光、15・・・光フアイバコード、17・・・保
持棒、18・・・光コネクタ、27・・・同期遅延装置
。 y3図 ¥l 5  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 ケーシングの外部に発光部および受光部をそれぞ
    れ任意数設置し、これらの発光部および受光部にそれぞ
    れ連結された送光用ライトガイドおよび受光用ライトガ
    イドの各先端に取付けた光学系を羽根車の近傍にt+己
    装し、前記発光部から発光された照射光のキャビテーシ
    ョンによる反射光を、前記受光用ライトガイド側の光学
    系を介して受光部に導いて電気信号に変換し、この電気
    信号の変化を測定してキャビテーションを検出すること
    を特徴とする水力機械のキャビテーション検出装置。 2、送光用ライトガイドおよび受光用ライトガイドを一
    体に結束して一本の光フアイバコードに構成したことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の水力機械のキャ
    ビテーション検出装置。 3、 送光用ライトガイドと受光用ライトガイドを中空
    状保持棒内に収納し、この保持棒の検出側端部に前記ラ
    イトガイドに接1胱する光学系をそれぞれ設けると共に
    、前記保持棒の反検中側端部にその各ライトガイドと発
    光部および受光部に接続する各ライトガイドとをそれぞ
    れ接続する光コネクタを着脱可能に取付けたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の水力機
    械のキャビテーション検出装置。 4、 発光部の発光を水力機械の回転に同期させるよう
    に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
    し第3項記載のいずれかに記載の水力機械のキャビテー
    ション検出装置。
JP58048816A 1983-03-25 1983-03-25 水力機械のキヤビテ−シヨン検出装置 Pending JPS59176469A (ja)

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JP58048816A JPS59176469A (ja) 1983-03-25 1983-03-25 水力機械のキヤビテ−シヨン検出装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009209792A (ja) * 2008-03-04 2009-09-17 Ebara Corp 水力機械の壊食予測方法、壊食予測装置
CN102367779A (zh) * 2011-09-28 2012-03-07 哈尔滨电机厂有限责任公司 模型水轮机透明锥管水透镜
EP4162113A4 (en) * 2020-06-08 2024-07-03 Canadian Powerplus Corp SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING CAVITATION USING AN ADJUSTABLE SPILLWAY

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