(57)【要約】      （修正有）【課題】キャビテーション壊食の発生が懸念される対象部位のキャビテーションによる壊食を抑制しつつ、対象部位の周辺部位のキャビテーションによる壊食を抑制する。【解決手段】搬送流体が水であるポンプであって、インペラと、当該インペラを収容するケーシングと、を備え、流路を形成する当該インペラ及び／または当該ケーシングの少なくとも一部に、硬質材料がレーザで肉盛溶接された硬質層が形成されている。【選択図】図２Ａ
2020190226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送流体が水であるポンプであって、
複数の翼を備えたインペラと、
前記インペラを収容するケーシングと、
を備え、
流路を形成する前記インペラ及び／または前記ケーシングの少なくとも一部には、硬質材料がレーザで肉盛溶接された硬質層が形成されているポンプ。
【請求項２】
前記硬質層は、前記インペラの吸込側に形成されている、
請求項１に記載のポンプ
【請求項３】
前記硬質層は、前記インペラの吸込口より軸方向内側の部位に形成されている、
請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記硬質層は、前記インペラの側板によって形成された吸込口より軸方向内側の部位に形成されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項５】
前記ケーシング内には、前記インペラの流入口に連通する吸込側流路と、前記インペラの吐出口に連通する吐出側流路とが形成されており、
前記ポンプは、前記インペラに所定の隙間を介して対向し、且つ、前記ケーシングに取り付けられる環状のライナリングを有し、
前記インペラにて加圧された吐出側流路内の前記搬送流体の一部が、前記隙間から前記吸込側流路へと吐出され、
前記硬質層は、当該吸込側流路に吐出された前記搬送流体の流れと、前記インペラへと流入する前記搬送流体の流れとが、衝突する流路を形成する部位に形成される、
請求項１から４のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項６】
前記ケーシングのうち前記インペラに対向する部位に、前記硬質層が形成されている
請求項１から５のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項７】
前記硬質層は、前記ケーシングのうち前記インペラの流路入口外周に対向する部位に形成されている
請求項１から６のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項８】
前記硬質層は、前記ケーシングのうち前記インペラの吐出し口に対向する部位に形成されている
請求項１から７のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項９】
当該ポンプは、
前記インペラの左右両方から均等に流体を吸込んで加速する両吸込である前記インペラを備えた横軸両吸込み渦巻きポンプである、
請求項１から８のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記ケーシングは、吸込側流路と吐出側流路を隔てる隔壁を有しており、
前記硬質層は、前記隔壁に形成されている
請求項１から９のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１１】
前記硬質層は、前記隔壁において、前記インペラの吸込口に近いほど硬質層が厚い
請求項１０に記載のポンプ。
【請求項１２】
前記インペラ及び／または前記ケーシングに形成された前記硬質層の少なくとも一部は、二重に硬質材料がレーザ溶接される
請求項１から１１のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１３】
前記インペラの翼に形成された前記硬質層は、吐出し側に比べて吸込み側の硬質層が厚い
請求項１から１２のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１４】
前記硬質材料は、Ｃｏ基合金であることを特徴とする、
請求項１から１３のいずれか一項に記載のポンプ。
【請求項１５】
ケーシングの壊食部位及び／またはインペラの壊食部位の表面を削る工程と、
前記削った後に、当該ケーシングの壊食部位及び／またはインペラの壊食部位に対して、硬質材料をレーザで肉盛溶接する工程と、
を有するポンプの補修方法。
【請求項１６】
前記硬質材料をレーザで肉盛溶接する工程において、振動式残留応力除去を実施する工程を有する、
請求項１５に記載のポンプの補修方法。
【請求項１７】
対象部品に前加工を実施する加工機に接続され、当該対象部品にレーザで肉盛溶接を施す溶接機に接続された出力インタフェースと、
前記出力インタフェースを制御するプロセッサと、
を備え、
前記プロセッサは、キャビテーション壊食量、作業者によって設定された各種パラメータ、及びメンテナンスするポンプの設計データの少なくとも一つに基づいて、硬質層の施工範囲を決定し、
前記決定された施工範囲における前加工の指令を前記加工機へ出力し、
前記決定された施工範囲に、硬質材料がレーザで肉盛溶接された硬質層を形成するよう前記溶接機に指令を出力する情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ、ポンプの補修方法及び情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャビテーションとは、ポンプ内の流動している液体の圧力が局部的に低下して、蒸気や含有気体を含む泡が発生する現象であり、騒音、振動、壊食の問題が生じることが知られている。特に、キャビテーションによって発生した気泡が材料表面で崩壊すると、崩壊圧によりポンプ内に壊食が生じることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、搬送流体が水であるポンプのケーシングとケーシングリング(ライナーリング)間の隙間を通過する漏れ流れや羽根車からの逆流に起因するキャビテーションによる壊食を抑えるために、ケーシングとケーシングリングとの間に電気的絶縁材が設けられている構成が開示されている。
【０００４】
特許文献２では、海水や化学物質などの腐食性のある環境下のうち、特に土砂が混入した海水環境下やキャビテーションが発生する条件で運転されるポンプに適した、耐食性と耐摩耗性に優れた被覆部材を用いた部品とその製造方法、およびその部品を用いたポンプが提供される。そして、羽根車の入口、高周速となる外周部に、局部的に耐摩耗性、耐キャビテーション性、耐食性などを付与させる目的に対して、耐食性を有する硬質材料（Ｃｏ基合金（例えば商品名ステライト）、Ｎｉ基合金（例えば商品名コルモノイ））の被覆処理が行われることが記されている。
【０００５】
また、キャビテーションは、ポンプの流路、材料等によって壊食が発生する箇所や壊食状態が異なる。そのため、例えば、特許文献３ではキャビテーションによって生じる流体機械の壊食を予測する方法が提示されている。更に、キャビテーションは、ポンプの設置状況（吸込側、吐出し側の管路の圧損、設置状態等）、運転状態（例えば、負荷状態、発停頻度や運転時間）、搬送液の液種（たとえば、清水、汚水、Ph、比重等）等の運用中の様々な環境要因によっても発生状態（例えば、壊食の発生箇所、壊食の範囲や深さ、ポンプ運転への影響度合い、等）が異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−４０３６３号公報
【特許文献２】特許第３８８６３９４号公報
【特許文献３】特許第６０６１４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
搬送流体が水であるポンプのキャビテーションは、上述したように、ケーシングとケーシングリングや羽根車等間の隙間を通過する漏れ流れや羽根車からの逆流等に起因することもあり、インペラ、ライナーリング、および／またはケーシングにて形成される流路内のいずれの箇所にも発生する虞がある。しかしながら、上述したように、キャビテーションはポンプ個々の環境要因にてその発生状態が異なるため、例えば、対象部位を局部的に硬質材料で被覆したポンプを長期間に渡って運用した結果、当該硬質材料で被覆した箇所に比べて相対的に弱くなった周辺部位の壊食が顕著となる、といった懸念がある。
また、壊食の発生部位に溶接にて硬質材料を被覆する施工過程において、熱ひずみ及び残留応力等の問題発生が懸念される。溶接時の入熱等の影響による変形を抑制しつつ施工が可能であり、且つ、長期間運転されるポンプのキャビテーションによる壊食をより低減できることが望ましい。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、キャビテーションの対象部位の壊食を抑制しつつ、当該対象部位の壊食を抑制したことで壊食の発生が懸念される周辺の部位の壊食を抑制するポンプ、ポンプの補修方法及び情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様に係るポンプは、搬送流体が水であるポンプであって、インペラと、前記インペラを収容するケーシングと、を備え、流路を形成する前記インペラ及び／または前記ケーシングの少なくとも一部に、硬質材料がレーザで肉盛溶接された硬質層が形成されている。
【００１０】
この構成によれば、レーザ溶接は入熱量が少ないので、施工対象に与える熱ひずみ及び残留応力が少なく、インペラの翼などの薄肉部にも施工できるため、キャビテーション壊食の発生が懸念される対象部位だけでなく、その周辺部位に対して同じ硬質材料で硬質層を形成することができる。よって、対象部位に対する硬質材料の被覆によって相対的に弱くなる周辺部位のキャビテーションによる壊食も抑制できる。これにより、キャビテーション壊食の発生が懸念される対象部位のキャビテーションによる壊食を抑制しつつ、対象部位の周辺部位のキャビテーションによる壊食を抑制することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る水ポンプは、第１の態様に係るポンプであって、前記硬質層は、前記インペラの吸込側に形成されている。
【００１２】
この構成によれば、インペラの吸込側もおいて、キャビテーションによる壊食をより低減することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様に係るポンプは、第１または２の態様に係るポンプであって、前記インペラは複数の翼を備え、前記硬質層は、前記インペラの吸込口より軸方向内側の部位に形成されている。
【００１４】
この構成によれば、インペラの吸込口より軸方向内側の部位は、液体の流れの中でキャビテーションに起因する気泡が発生し、この気泡がケーシングの内側表面で崩壊することにより壊食が起こりやすい。一方、この構成によれば、インペラの吸込口より軸方向内側の部位に対して、硬質層が形成されているので、壊食が起こりやすい部位の壊食を低減することができる。
【００１５】
本発明の第４の態様に係るポンプは、第１から３のいずれかの態様に係るポンプであって、前記硬質層は、前記インペラの側板によって形成された吸込口より軸方向内側の部位に形成されている。
【００１６】
この構成によれば、インペラの側板によって形成された吸込口より軸方向内側の部位は、液体の流れの中でキャビテーションに起因する気泡が発生し、この気泡がケーシングの内側表面で崩壊することにより壊食が起こりやすい。一方、この構成によれば、このインペラの側板によって形成された吸込口より軸方向内側の部位に対して、硬質層が形成されているので、壊食が起こりやすい部位の壊食を低減することができる。
【００１７】
本発明の第５の態様に係るポンプは、第１から４のいずれかの態様に係るポンプであって、前記ケーシング内には、前記インペラの流入口に連通する吸込側流路と、前記インペラの吐出口に連通する吐出側流路とが形成されており、前記ポンプは、前記インペラに所定の隙間を介して対向し、且つ、前記ケーシングに取り付けられる環状のライナーリングを有し、前記インペラにて加圧された吐出側流路内の前記搬送流体の一部が、前記隙間から前記吸込側流路へと吐出され、前記硬質層は、当該吸込側流路に吐出された前記搬送流体の流れと、前記インペラへと流入する前記搬送流体の流れとが、衝突する流路の部位に形成される。
【００１８】
この構成によれば、当該衝突する流路の部位におけるキャビテーションによる壊食が抑制することができる。
【００１９】
本発明の第６の態様に係るポンプは、第１から５のいずれかの態様に係るポンプであって、前記ケーシングのうち前記インペラに対向する部位に、硬質材料がレーザで肉盛溶接された硬質層が形成されている。
【００２０】
この構成によれば、壊食が起こりやすいケーシングのうち前記インペラに対向する部位に硬質層が形成されることにより、当該部位の壊食を抑制することができる。
【００２１】
本発明の第７の態様に係るポンプは、第１から６のいずれかの態様に係るポンプであって、前記硬質層は、前記ケーシングのうち前記インペラの流路入口外周に対向する部位に形成されている。
【００２２】
この構成によれば、ケーシングのうち前記インペラの流路入口外周に対向する部位に硬質層が形成されることにより、当該部位の壊食を抑制することができる。
【００２３】
本発明の第８の態様に係るポンプは、第１から７のいずれかの態様に係るポンプであって、前記硬質層は、前記ケーシングのうち前記インペラの吐出し口に対向する部位に形成されている。
【００２４】
この構成によれば、ケーシングのうち前記インペラの吐出し口に対向する部位に硬質層が形成されることにより、当該部位の壊食を抑制することができる。
【００２５】
本発明の第９の態様に係るポンプは、第１から８のいずれかの態様に係るポンプであって、当該ポンプは、前記インペラの左右両方から均等に流体を吸込んで加速する両吸込である前記インペラを備えた横軸両吸込み渦巻きポンプである。
【００２６】
この構成によれば、横軸両吸込み渦巻きポンプにおいて、壊食を抑制することができる。
【００２７】
本発明の第１０の態様に係るポンプは、第１から９のいずれかの態様に係るポンプであって、前記ケーシングは、吸込側流路と吐出側流路を隔てる隔壁を有しており、前記硬質層は、前記隔壁に形成されている。
【００２８】
この構成によれば、隔壁に硬質層が形成されることにより、当該部位の壊食を抑制することができる。
【００２９】
本発明の第１１の態様に係るポンプは、第１０の態様に係るポンプであって、前記硬質層は、前記隔壁において、前記インペラの吸込口に近いほど硬質層が厚い。
【００３０】
この構成によれば、隔壁においてインペラの吸込口に近いほど壊食が大きくなる傾向があるが、インペラの吸込口に近いほど硬質層が厚くすることによって、隔壁において壊食をより均等に抑制することができる。
【００３１】
本発明の第１２の態様に係るポンプは、第１から１１のいずれかの態様に係るポンプであって、前記インペラ及び／または前記ケーシングに形成された前記硬質層の少なくとも一部は、二重に硬質材料がレーザ溶接される。
【００３２】
この構成によれば、更にキャビテーションによる壊食をより低減することができる。
【００３３】
本発明の第１３の態様に係るポンプは、第１から１２のいずれかの態様に係るポンプであって、前記インペラの翼に形成された前記硬質層は、吐出し側に比べて吸込み側の硬質層が厚い。
【００３４】
この構成によれば、搬送流体が液体のポンプの羽根車は吐出し側に比べて吸込み側のキャビテーション壊食が大きくなる傾向があるが、吐出し側に比べて吸込み側の硬質層を厚くすることによって、インペラの翼における壊食をより均等に抑制することができる。
【００３５】
本発明の第１４の態様に係るポンプは、第１から１３のいずれかの態様に係るポンプであって、前記硬質材料は、Ｃｏ基合金であることを特徴とする。
【００３６】
この構成によれば、Ｃｏ基合金（例えば商品名ステライト）をレーザ溶接すると、ガス溶接肉盛、ＴＩＧ溶接肉盛、紛体プラズマ溶接肉盛、溶射によるコーティング等よりも、キャビテーションによる壊食を低減することができるので、例えば既設のポンプにおいて、効果的にキャビテーションによる壊食を低減することができる。
【００３７】
本発明の第１５の態様に係るポンプの補修方法は、ケーシングの壊食部位及び／またはインペラの壊食部位の表面を削る工程と、前記削った後に、当該ケーシングの壊食部位及び／またはインペラの壊食部位に対して、硬質材料をレーザで肉盛溶接する工程と、を有する。
【００３８】
この構成によれば、レーザ溶接は入熱量が少ないので、施工対象に与える熱ひずみ及び残留応力が少なく、インペラの翼などの薄肉部にも施工できるため、キャビテーション壊食の発生が懸念される対象部位だけでなく、その周辺部位に対して同じ硬質材料で硬質層を形成することができる。よって、対象部位に対する硬質材料の被覆によって相対的に弱くなる周辺部位のキャビテーションによる壊食も抑制できる。これにより、キャビテーション壊食の発生が懸念される対象部位のキャビテーションによる壊食を抑制しつつ、対象部位の周辺部位のキャビテーションによる壊食を抑制することができる。
【００３９】
本発明の第１６の態様に係るポンプの補修方法は、第１５の態様に係るポンプの補修方法であって、前記硬質材料をレーザで肉盛溶接する工程において、振動式残留応力除去を実施する工程を有する。
【００４０】
この構成によれば、硬質材料をレーザで肉盛溶接する部位について、残留応力を除去することができる。
【００４１】
本発明の第１７の態様に係る情報処理装置は、対象部品に前加工を実施する加工機に接続され、当該対象部品にレーザで肉盛溶接を施す溶接機に接続された出力インタフェースと、前記出力インタフェースを制御するプロセッサと、を備え、前記プロセッサは、キャビテーション壊食量、作業者によって設定された各種パラメータ、及びメンテナンスするポンプの設計データの少なくとも一つに基づいて、硬質層の施工範囲を決定し、前記決定された施工範囲における前加工の指令を前記加工機へ出力し、前記決定された施工範囲に、硬質材料がレーザで肉盛溶接された硬質層を形成するよう前記溶接機に指令を出力する。
【００４２】
この構成によれば、決定された施工範囲に、硬質材料がレーザで肉盛溶接された硬質層を形成することができる。レーザ溶接は入熱量が少ないので、施工対象に与える熱ひずみ及び残留応力が少なく、インペラの翼などの薄肉部にも施工できるため、キャビテーション壊食の発生が懸念される対象部位だけでなく、その周辺部位に対して同じ硬質材料で硬質層を形成することができる。よって、対象部位に対する硬質材料の被覆によって相対的に弱くなる周辺部位のキャビテーションによる壊食も抑制できる。これにより、キャビテーション壊食の発生が懸念される対象部位のキャビテーションによる壊食を抑制しつつ、対象部位の周辺部位のキャビテーションによる壊食を抑制することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の一態様によれば、レーザ溶接は入熱量が少ないので、施工対象に与える熱ひずみ及び残留応力が少なく、インペラ翼などの薄肉部にも施工できるため、キャビテーション壊食の発生が懸念される対象部位だけでなく、その周辺部位に対して同じ硬質材料で硬質層を形成することができる。よって、対象部位に対する硬質材料の被覆によって相対的に弱くなる周辺部位のキャビテーションによる壊食も抑制できる。これにより、キャビテーション壊食の発生が懸念される対象部位のキャビテーションによる壊食を抑制しつつ、対象部位の周辺部位のキャビテーションによる壊食を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】図１Ａは、第１の実施形態のポンプの一例の図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１の実施形態のポンプの一例の図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、第１の実施形態のポンプの一例の図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ｃにおける領域Ｒ１を拡大した図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ｃにおける領域Ｒ２を拡大した図である。
【図３】図１におけるインペラ９をケーシング３内に収容した状態を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第２の実施形態に係るポンプの模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第２の実施形態に係るポンプのインペラの模式図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、第２の実施形態に係るポンプのインペラの模式図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、第２の実施形態に係るポンプのインペラの模式図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、第２の実施形態に係るポンプのインペラの模式図である。
【図５】ステライトによるレーザによる肉盛溶接と他の手法の比較である。
【図６】上述の実施形態の変形例に係るインペラの模式図である。
【図７】上述の実施形態に係るポンプの補修方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８（Ａ）は第３の実施形態に係るポンプの一例を示す断面図である。図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図９】図９（Ａ）は第３の実施形態の変形例に係るポンプの一例を示す断面図である。図９（Ｂ）は図９（Ｂ）のＢ−Ｂ矢視図またはＢ’−Ｂ’矢視図である。
【図１０】第３の実施形態に係るポンプの補修方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】自動化システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００４６】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは、第１の実施形態のポンプの一例の図である。図１Ａは当該ポンプを主軸の長手方向から見た図である。図１Ｂは当該ポンプを吸込み側から見た図である。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示すポンプ１は、搬送流体が液体の両吸込渦巻きポンプであって、吸込み口３５から吸い込まれた搬送流体は、インペラ９がケーシング３内で回転されることでエネルギーを与えられて、吐出し口３６から吐出される。ポンプ１は、インペラの吐出し側に直接渦巻ケーシングをもつ渦巻きポンプである。
【００４７】
両吸込渦巻ポンプは図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、ポンプケーシング３内に回転軸７に固定したインペラ９を収納して構成されている。ここでポンプケーシング３はインペラ９を収納するボリュートケーシング３１と、ボリュートケーシング３１の外側に一体に設けられる吸込ケーシング３４とによって構成されている。吸込ケーシング３４は１つの吸込口３５が吸込ケーシング３４の内部でボリュートケーシング３１の隔壁１５によって２つに分離された後に渦巻状に捲かれ、ボリュートケーシング３１の両側に設けた流入口９ａ、９ａからボリュートケーシング３１内に流体を流入するように構成されている。
【００４８】
図１Ｃは、第１の実施形態のポンプの一例を示す断面図である。図１Ｃは、図１Ａ、図１Ｂのポンプの軸線を通る鉛直平面における断面である。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に固定された羽根車（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。
【００４９】
第１の実施形態のポンプ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の吸込口３５から流入し、ケーシング３によって形成される吸込側流路１１を通過した搬送液は、インペラ９にてエネルギーを与えられ、吐出側流路１３を通過して、ポンプ１の吐出し口３６より吐出される。
【００５０】
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。第１の実施形態のポンプ１は横形のポンプであって、回転軸７の長手方向が水平に延びて配置されている。なお、他の実施形態の態様として、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。
【００５１】
インペラ９は、２つの吸込口９ａ、１つの吐出し口９ｂ、複数の翼９ｃ、主板９ｄ、側板９ｅを具備した両吸込形のインペラである。２つの流入口９ａはインペラ９の両側にあり、反対方向を向いている。両吸込形のポンプは、インペラ９の左右両方から均等に流体を吸込んで加速するため軸推力をバランスできる。ケーシング３内には、インペラ９の流入口９ａに連通する吸込側流路１１と、インペラ９の吐出口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はボリュートケーシング３１にて形成される隔壁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。ケーシング３は、インペラ９の２つの流入口９ａの周囲に、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、ポンプの運転に伴って摩耗するため、ケーシング３に着脱可能に取り付けられている。
【００５２】
ライナーリング１９は、インペラ９の高圧部である吐出側流路１３と低圧部である吸込側流路１１の境界に存在する。ライナーリング１９はケーシング３に固定されて回転せず、一方インペラ９は回転する。このため、ライナーリング１９とインペラ９は接触しないように設計され、互いの間にわずかな隙間１８（図２Ａ参照）を持たせている。また、ポンプ１を運転すると、当該隙間１８によって吐出側流路１３の水が吸込側水路１１へと逆流し、当該逆流した水流にてキャビテーションによって発生した気泡が崩壊するため、ライナーリング１９の近傍はキャビテーション壊食が発生しやすい。
【００５３】
図２Ａは、図１Ｃにおける領域Ｒ１を拡大した図である。図２Ａ中の矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、搬送液における水流の方向を示す。図２に示すように、吸込側流路１１を形成するケーシング３には、基材２０（例えば、ＳＵＳ３１６）の表面に第１の硬質層２１，１２１，２２１，３２１，４２１と、第２の硬質層２２，１２２，２２２，３２２，４２２が形成されている。具体的には、第１の硬質層２１，１２１，２２１，３２１，４２１は、基材２０に、硬質材料であるＣｏ基合金（例えば商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。第２の硬質層２２，１２２，２２２，３２２，４２２は、第１の硬質層２１，１２１，２２１，３２１，４２１の表面上に、硬質材料であるＣｏ基合金がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。インペラ９並びにケーシング３のうちキャビテーションによる壊食が懸念される部位に、Ｃｏ基合金がレーザで肉盛溶接されている。
【００５４】
硬質材料の一例として、Ｃｏ基合金は、「ステライト合金」である。また、本実施形態では、「ステライト合金」のうち、「ステライト合金１，６，１２，２０，２１，２２，２５，３１，Ｆ，１０７，１９０，２５０，６９４，７０６，７１２，Ｕｌｔｉｍｅｔ」の何れかが用いられる。
【００５５】
ここで、吸込側水路１１内において、曲部Ｃ１は、ライナーリング１９の直近上流で搬送液の流れがケーシング３に沿って湾曲する箇所である。ケーシング３では、当該曲部Ｃ１より吸込口９ａ側の流路を形成する部位のキャビテーション壊食が顕著になる。ポンプの吸い込み口３５より吸込側流路１１を通ってインペラ９の吸込口９ａへ流入（矢印Ｆ１）された搬送液は、インペラ９にて加圧されて吐出される（水流Ｆ２）。ここで、当該加圧された搬送液のごく一部は隙間１８を通って吸込側流路１１へ吐出する（水流Ｆ３）。低圧側の水流Ｆ１は気泡を含んでおり、曲部Ｃ１付近では、当該気泡を含んだ水流Ｆ１と高圧の水流Ｆ３とが衝突する。よって、ライナーリング１９の直近の曲部Ｃ１付近はキャビテーション壊食が顕著になる。そのため、ケーシング３における曲部Ｃ１より吸込み口９ａ側は、硬質材料（例えば、Ｃｏ基合金：商品名ステライト）が被覆されることが好ましい。更に、当該硬質材料で被覆した箇所に比べて相対的に弱くなった周辺のケーシング３の壊食が進んでポンプの運転に影響してしまうことが懸念される。そのため、キャビテーション壊食が顕著となるケーシング３の曲部Ｃ１から吸込口９ａ近傍までは、第１の硬質層２１と第２の硬質層２２にて２重に被覆されるとよい。
【００５６】
このように、ケーシング３に形成される硬質層は、インペラ９の吸込口９ａに近いほど硬質層が厚いことが好ましい。なお、本実施形態では、ケーシング３の曲部Ｃ１の次に吸込口９ａに近い曲部である曲部Ｃ２を覆う領域まで２重に被覆される。これは、両吸込渦巻きポンプは、曲部Ｃ２で搬送液の流速が低下するため、曲部Ｃ２で圧力変動が生じ、キャビテーションによって発生した気泡が崩壊しやすいからである。このように、吸込側流路１１内で流速の変化が著しい部位の周辺には２重の硬質層が形成されるとよい。しかしながら、一実施形態では、硬質層は、曲部Ｃ１を覆う領域は２重に被覆され、曲部Ｃ２を覆う領域は１重に被覆されてもよい。また、硬質層は、キャビテーションによる壊食が顕著となる曲部Ｃ１を覆うように、１重で被覆されるのみでもよい。
【００５７】
また、インペラ９から吐出された搬送液（矢印Ｆ２）は、インペラ９の吐出し口９ｂと対向するケーシング３の曲部Ｃ４にぶつかって、吐出し口３６の方向に流れを変える。インペラ９から吐出された搬送液は吸込み側で発生した気泡を含むため、ケーシング３の曲部Ｃ４はキャビテーション壊食が顕著になる。そのため、曲部Ｃ３は、硬質材料（例えば、Co基合金：商品名ステライト）が被覆されることが好ましい。更に、当該硬質材料で被覆した箇所に比べて相対的に弱くなった周辺のケーシング３の部位に壊食が進んでポンプの運転に影響してしまうことが懸念される。そのため、キャビテーション壊食が顕著となる曲部Ｃ４のうちインペラ９の吐出し口に対向する部分は、第１の硬質層４２１と第２の硬質層４２２にて２重に被覆されるとよい。
【００５８】
このように、曲部Ｃ４に形成された硬質層は、インペラ９の吐出し口に近いほど硬質層が厚いことが好ましい。なお、一実施形態では、ケーシング３の曲部Ｃ１の吸込側直近の曲部である曲部Ｃ５を覆う領域まで２重に被覆されてもよい。これは、両吸込渦巻きポンプは、曲部Ｃ５で搬送液の流速が低下することで圧力変動が生じ、キャビテーションによって発生した気泡が崩壊しやすいからである。しかしながら、一実施形態では、硬質層は、キャビテーションによる壊食が顕著となる曲部Ｃ４の少なくとも一部を覆うように、１重で被覆されるのみでもよい。
【００５９】
また、図２Ａに示すように、インペラ９の側板９ｅの吸込側端部の内外周を覆うように、インペラ９の側板９ｅの吸込側端部には、基材（例えば、ステンレス）１２０に重ねて第１の硬質層１２１と、第２の硬質層１２２が形成されている。具体的には、第１の硬質層１２１は、基材１２０の材料よりも硬質材料であるＣｏ基合金（例えば商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。第２の硬質層１２２は、第１の硬質層１２１の表面上に、硬質材料であるＣｏ基合金がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。このように、インペラ９の側板９ｅの吸込側の端部には、Ｃｏ基合金がレーザで肉盛溶接されている。
【００６０】
ここで、吸込口９ａの直近は搬送液の圧力が低下しており、気泡ができやすい。インペラ９の吸込側は、水流Ｆ１によって当該気泡がぶつかるためキャビテーション壊食が顕著になる。そのため、主板９ｄ、側板９ｅ、翼９ｃのうち、吸込み口９ａを形成する端部は、硬質材料（例えば、Ｃｏ基合金：商品名ステライト）が被覆されることが好ましい。更に、当該硬質材料で被覆した箇所に比べて相対的に弱くなった周辺部位の壊食が進んでポンプの運転に影響してしまうことが懸念される。そのため、特にキャビテーション壊食が顕著となる吸込口９ａ側端部は、第１の硬質層１２１，２２１，３２１と第２の硬質層１２２，２２２，３２２にて２重に被覆され、更に、吸込口９ａから離れるに従って、硬質層は第１の硬質層１２１のみの１重で被覆されることが好ましい。
【００６１】
図２Ｂは、図１Ｃにおける領域Ｒ２を拡大した図である。図２Ｂに示すように、隔壁１５には、第１の硬質層２３と、第２の硬質層２４が形成されている。第１の硬質層２３は、隔壁１５に、硬質材料であるＣｏ基合金（例えば商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。第２の硬質層２４は、第１の硬質層２３の上に、硬質材料であるＣｏ基合金（例えば商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。隔壁１５は、液体の流れの中でキャビテーションに起因する気泡が発生し、この気泡がケーシングの内側表面で崩壊することにより壊食が起こりやすい。一方、この構成によれば、この隔壁１５に対して、硬質材料がレーザで肉盛溶接されているので、壊食が起こりやすい部位の壊食を低減することができる。
【００６２】
図３は、図１におけるインペラ９をケーシング３内に収容した状態を示す図である。図３に示すように、舌部３ａ１、３ａ２には、第１の硬質層５２１，６２１と、第２の硬質層５２２，６２２が形成されている。第１の硬質層５２１，６２１は、基材５２０に、硬質材料であるＣｏ基合金（例えば商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。第２の硬質層５２２，６２２は、第１の硬質層５２１，６２１の上に、硬質材料であるＣｏ基合金（例えば商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。舌部３ａ１、３ａ１は、渦巻きケーシング３の捲き始め端部であって、キャビテーション壊食が起こりやすい。
【００６３】
図２Ａ，図２Ｂ、図３にて上述したように、硬質層を２層重ねることにより、施工厚さの増加による壊食寿命の向上や硬質層の品質の安定化が期待できる。第１の硬質層には肉盛溶接時に基材（例えばＳＵＳ３１６）が硬質層に溶け込むことによる硬質層の品質(耐久性)の低下が懸念されるが、第２の硬質層には基材が溶け込むことがないために第１層よりも優れた品質(耐久性)が期待できる。また、硬質材料がレーザで肉盛溶接されると入熱量が少ないため、２重に肉盛溶接を行うことができる。
【００６４】
また、第１の硬質層と、第２の硬質層の施工範囲の広さは同じであったり逆転したりしてもよい。上述では、第１の硬質層の方が第２の硬質層よりも施工範囲が広いが、第１の硬質層と第２の硬質層の施工範囲が同じであったり、第１の硬質層のみで硬質層を形成されていたりしても良い。
【００６５】
また、硬質層の施工範囲は後述する計測方法で得られたキャビテーション壊食範囲の計測結果と安全係数に基づいて決定する。安全係数はポンプの用途や期待寿命、キャビテーション壊食リスクを考慮した上で設計者が任意に設定してもよい。
【００６６】
＜第２の実施形態＞
続いて図４Ａ〜図４Ｅにて第２の実施形態について説明する。図４Ａは、第２の実施形態に係るポンプの模式図である。図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅは、第２の実施形態に係るポンプのインペラの模式図である。なお、図４Ａ〜図４Ｅにて第１の実施形態と同等の機能を有する部品は、同じ符号を用い説明を省略する。
【００６７】
図４Ａに示す第２の実施形態に係るポンプ１０００は単段の片吸込み渦巻きポンプである。このポンプ１０００は、横形のポンプであって、インペラ１００９と、インペラ１００９が収容されたケーシング１００３と、インペラ１００９が固定された回転軸７と、回転軸７を支持する２つの軸受１４Ａ，１４Ｂを備えている。なお、インペラ１００９は片吸込みのクローズドインペラである。
【００６８】
図４Ｂは、図４Ａに示すインペラ１００９を吸込み側から見た図であり、図４Ｃは、インペラ１００９の軸線を通る断面図である。インペラ９は、複数の翼１００９ｃと、回転軸７が嵌合する孔１１２３ａが形成されたボス部１１２３と、ボス部１１２３に接続された主板１００９ｄと、流入口１００９ａを有する側板１００９ｅを備えている。主板１００９ｄは吐出し側シュラウド、側板１００９ｅは吸込側シュラウドとも呼ばれる。複数の翼１００９ｃは、孔１１２３ａの周囲（すなわち、ボス部１１２３の周囲）に等間隔で配列されている。複数の翼１００９ｃは、側板１００９ｅと主板１００９ｄとの間に配置されており、かつ側板１００９ｅと主板１００９ｄとボス部１１２３に固定されている。
【００６９】
図４Ｂに示すように、翼１００９ｃは、側板１００９ｅの開口（吸込口１００９ａ）に対面する部位に硬質層３２が形成されている。翼１００９ｃは、側板１００９ｅと主板１００９ｄとの間に配置されているが、側板１００９ｅの開口に対面する部位であれば、当該開口から工具がアクセスしやすいため、溶接作業が容易である。また、翼９と同様に、吸込口１００９ａの直近は搬送液の圧力が低下しており、気泡ができやすくキャビテーション壊食が顕著になる。そのため、翼１００９は、側板１００９ｅの開口に対面する部位に、硬質層が形成されるとよい。なお、翼９ｃが側板９ｅと主板９ｄとの間に配置されている第１の実施形態の両吸込みのインペラ９も同様に、翼９ｃの側板９ｅの開口に対面する部位に、硬質層を形成するとよい。
【００７０】
本実施形態では、図４Ｃに示すように、インペラ１００９の流入口１００９ａ側の翼１００９ｃに、硬質層３２として、第１の硬質層１０３１と、第２の硬質層１０３２が形成されている。第１の硬質層１０３１は、インペラ１００９の翼１００９ｃの基材１０３０（例えば、ステンレス）の表面に、硬質材料であるＣｏ基合金（例えば商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。第２の硬質層１０３２は、第１の硬質層１０３１の表面上に重ねて、硬質材料であるＣｏ基合金（例えば商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。
【００７１】
また、側板１００９ｅは、その開口（吸込口１００９ａ）に、図２Ａ，２Ｂに示した硬質層１２１,１２２と同様の硬質層１１３１,１１３２が形成されている。また、ボス部１１２３には、図２Ａ，２Ｂに示した硬質層２２１,２２２と同様の硬質層１２３１,１２３２が形成されている。
【００７２】
ここで、図４Ｄは、図４ＣのＸにおける拡大断面図である。インペラ１００９は、クローズドインペラであって、複数の翼１００９ｃは、接続部１００９ｃ１，１００９ｃ２にて、側板１００９ｅと主板１００９ｄとの間に配置されている。そのため、硬質層１０３１並びに１０３２の肉盛り溶接時に発生する熱にて翼１００９ｃの膨張が発生し、溶接完了時に残留応力が残り、溶接の冷却過程において結果インペラ１００９の形状が変形するおそれがある。このような残留応力の問題は、入熱量が少ないレーザにて溶接する際にも発生する。よって、硬質層１０３１,１０３２をレーザにて肉盛溶接する際には、施工する前後、もしくは施工中に『振動式残留応力除去』を実施するとよい。なお、翼９が側板９ｅと主板９ｄとの間に配置されている第１の実施形態のインペラ９も同様に、硬質層３２１,３２２をレーザにて肉盛溶接する際には、施工する前後、もしくは施工中に『振動式残留応力除去』を実施するとよい。なお、『振動式残留応力除去』は、硬質層１０３１,１０３２、３２１,３２２以外の硬質層を肉盛溶接する際にも実施されるとよい。
【００７３】
また、図４Ｅに示すように、ケーシング１００３は、ライナーリング１９の直近上流で搬送液の流れがケーシング３に沿って湾曲する箇所（水流Ｆ３の流路）に、図２Ａ，２Ｂに示した硬質層２１,２２と同様の硬質層１２３１,１２３２が形成されている。また、ケーシング１００３は、インペラ１００９の吐出し口と対向する箇所し、水流Ｆ２の流れ方向を吐出し口３６の方向に変える箇所に、図２Ａ，２Ｂに示した硬質層４２１,４２２と同様の硬質層１３３１,１３３２が形成されている。
【００７４】
第２の実施形態におけるポンプ１０００においても、インペラ１００９の吸込み側の圧力は吐出し側より低く、インペラ１００９および／またはケーシング１００３は、キャビテーションが発生しやすい。また、翼１００９ｃは、吸込み側の部位の方が吐出し側の部位に比べて壊食が起こりやすい。よって、図４Ｃのように、翼１００９ｃの吐出し側の部位に比べて吸込み側の部位のステライトのレーザ肉盛溶接の回数が多い。これにより、壊食が起こりやすい羽根の吸込み側の部位を硬質材料の肉盛で補強することができるので、羽根の吸込み側の部位の壊食を抑制することができる。換言すれば、インペラの翼１００９ｃに形成された硬質層は、吐出し側に比べて吸込み側の硬質層が厚い。これにより、搬送流体が液体のポンプの羽根車は吐出し側に比べて吸込み側のキャビテーション壊食が大きくなる傾向があるが、吐出し側に比べて吸込み側の硬質層を厚くすることによって、インペラの翼における壊食をより均等に抑制することができる。一実施形態では、翼１００９ｃの吐出し側の部位に比べて吸込み側側の部位のステライト層が厚く且つ優れた品質である。これにより、壊食が起こりやすいインペラ１００９の吸込み側の部位の壊食を抑制することができる。
【００７５】
なお、上述した全ての実施形態において、第１の硬質層と、第２の硬質層の施工範囲の広さは同じであったり逆転したりしてもよい。すなわち図２では第１の硬質層３１の方が第２の硬質層３２よりも施工範囲が広いが、第１の硬質層３１と第２の硬質層３２の施工範囲が同じであったり、第１の硬質層３１のみであったり、第２の硬質層３２の範囲が第１の硬質層３１（つまり、一重の硬質層）であっても良い。
【００７６】
図５は、基材に上述の実施例における硬質材料であるステライトをレーザにて肉盛溶接した場合と他の手法による肉盛り溶接した場合との壊食試験における結果である。図５に示すグラフは、縦軸が平均壊食深さで、横軸が試験時間である。図５に示すように、レーザを用いた肉盛溶接は、二相ステンレスによる溶接より遙かに壊食が少なく、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）を用いた肉盛りよりも壊食が少ない。ここでＴＩＧ溶接は、電気を用いたアーク溶接方法の一種である。よって、レーザを用いた肉盛溶接が上記他の手法よりも壊食の低減に有効である。
【００７７】
図５の試験結果は、ASTM Designation, G32-98, Anuual Bools of ASTM Standards, (2000), 107-120に基づいて、磁歪振動試験装置を用いた静置試験片法で行われた。振動子の増幅ホーンの先端に耐壊食性に優れたTi-6AI-4Vのディスクを取り付けて、このディスクと平行に隙間を１ｍｍ隔てて試験片を対向させて設置し、振動ディスクの端面より発生するキャビテーション気泡を試験面にさらして壊食が起こされた。振動子の共振周波数は１９ｋＨｚ、ディスクの全振幅は５０μｍである。ディスクは１０時間使用する毎に新しいものに交換された。試験液は腐食性の極めて少ないイオン交換水を用い、液温は恒温装置を介して２５±１℃に保持された。平均壊食深さ（ＭＤＥ）は試験後の断面曲線をＸ、Ｙ、２箇所測定し、測定データから壊食部の面積を計算し評価長さで除して算出された。
【００７８】
以上、上述の実施形態に係るポンプ１は、インペラ９と、インペラ９を収容するケーシング３と、を備える。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を有しており、インペラ９及び／またはケーシング３及び／または隔壁１５は、ステライトがレーザで肉盛溶接されたステライト層が形成されている。
【００７９】
この構成によれば、レーザ溶接は入熱量が少ないので、施工対象に与える熱ひずみ及び残留応力が少なく、インペラの翼などの薄肉部にも施工できる。またステライトをレーザ溶接すると、ガス溶接肉盛、ＴＩＧ溶接肉盛、紛体プラズマ溶接肉盛、溶射によるコーティング等よりも、キャビテーションによる壊食を低減することができる。これにより、インペラの翼などの薄肉部において、キャビテーションによる壊食をより低減することができる。
【００８０】
上述の実施形態では、インペラ９の一部、ケーシング３の一部または隔壁１５の一部は、二重にステライトがレーザ溶接されている。この構成によれば、更にキャビテーションによる壊食をより低減することができる。
【００８１】
第１の実施形態では、ケーシング３のうち当該インペラ９に対向する部位に、ステライトがレーザで肉盛溶接されている。インペラ９に対向する部位は、液体の流れの中でキャビテーションに起因する気泡が発生し、この気泡がケーシング３の内側表面で崩壊することにより壊食が起こりやすい。一方、この構成によれば、このインペラ９に対向する部位に対して、ステライトがレーザで肉盛溶接されているので、壊食が起こりやすい部位の壊食を低減することができる。
【００８２】
なお、第１の実施形態では、一例としてインペラ９は、クローズインペラ（Closed Impeller）として説明したが、これに限ったものではなく、インペラ９は、オープンインペラ（Open Impeller）であってもよい。その場合、図６のように、ステライト層が設けられていてもよい。また、上述の効果は第２の実施形態においても同様の効果を奏す。
【００８３】
図６は、上述の実施形態の変形例に係るインペラの模式図である。上述したインペラは、クローズドインペラであって、遠心ポンプ及び斜流ポンプで側板のあるインペラであった。本変形例は、オープンインペラであって、側板のないインペラである。また、本変形例は、主板が羽根外周まであるセミオープン形インペラ，主板を極力短くした“フルオープン形インペラにも適用できる。図６に示すように、インペラ９の２つの流入口９ａ側の翼９１に、第１の硬質層４１と、第２の硬質層４２が形成されている。第１の硬質層４１は、インペラ９の翼９１の表面上に、硬質材料（例えば、Ｃｏ基合金：商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。第２の硬質層４２は、第１の硬質層４１の上に、硬質材料（例えば、Co基合金：商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されている。
第１の硬質層４１と、第２の硬質層４２の施工範囲の広さは同じであったり逆転したりしてもよい。すなわち図２では第１の硬質層４１の方が第２のステライト層４２よりも施工範囲が広いが、第１の硬質層４１と第２のステライト層３２の施工範囲が同じであったり、第２の硬質層４２の施工範囲の方が広かったりしても良い。
硬質層の施工範囲は一例として、後述する図１０のステップＳ２２、２３の説明で述べる計測方法で得られたキャビテーション壊食範囲の計測結果と安全係数に基づいて決定する。安全係数はポンプの用途や期待寿命、キャビテーション壊食リスクを考慮した上で設計者が任意に設定してもよい。
【００８４】
＜ポンプの補修方法＞
続いて、既設のポンプに対するポンプの補修方法について図７を用いて説明する。図７は．上述の実施形態に係るポンプの補修方法の一例を示すフローチャートである。一例としてポンプについて、上ケーシングが外されているものとして説明する。以下、硬質層は、一例として、硬質材料としてＣｏ基合金（商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されることにより形成されるとし、ステライト層と称する。
【００８５】
（ステップＳ１１）まず、ケーシングの壊食部位及び／またはインペラの壊食部位における壊食によって生じた凹凸面を削る。
【００８６】
（ステップＳ１２）次に、ステップＳ１１で壊食部位を削った後に、当該ケーシングの壊食部位及び／またはインペラの壊食部位に対して、ステライトをレーザで肉盛溶接する。
【００８７】
（ステップＳ１３）次に、ケーシングの特定部位及びインペラの特定部位に対して、更にステライトをレーザで肉盛溶接する。ここでケーシングの特定部位は、キャビテーションによる壊食が起こりやすい部位で、例えば図２の第２のステライト層２２が形成されている部位及び／または図３の第２のステライト層２４が形成されている部位に相当する。インペラの特定部位は、キャビテーションによる壊食が起こりやすい部位で、例えば図４Ｂの第２のステライト層１０３２が形成されている翼１００９ｃに相当する。なお、キャビテーションの発生状況や発生予測から硬質層を２重にする必要がないと判断されれば、本ステップは省略されてもよい。
【００８８】
この構成によれば、ステライトをレーザ溶接すると、ガス溶接肉盛、ＴＩＧ溶接肉盛、紛体プラズマ溶接肉盛、溶射によるコーティング等よりも、キャビテーションによる壊食を低減することができるので、既設のポンプのキャビテーションによる壊食を低減することができる。またレーザ溶接は入熱量が少ないので、施工対象に与える熱ひずみ及び残留応力が少なく、インペラの翼やケーシングの舌部などの薄肉部にも必要に応じて２重で施工できるので、翼などの薄肉部において、キャビテーションによる壊食をより低減することができる。
【００８９】
＜第３の実施形態＞
続いて第３の実施形態について説明する。図８（Ａ）は第３の実施形態に係るポンプの一例を示す断面図である。第１の実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＡ−Ａ矢視図である。図８（Ｂ）に示すように、隔壁１５の領域５１は、比較的、キャビテーションによる壊食が小さい領域であるので、この領域５１には硬質層として、Co基合金（商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されたステライト層が形成されている。
隔壁１５の領域５２は、領域５１よりもキャビテーションによる壊食が大きい領域であるので、この領域５２にはステライト層がレーザ肉盛溶接によって２重に形成されたステライト層が形成されている。すなわち、この領域５２には、ステライト層が２層形成されている。
【００９０】
インペラ９の吸込口の周辺（ライナーリング１９の周辺）のケーシングは、キャビテーションによる壊食が発生しやすい。よって、隔壁１５は、インペラ９の吸込口（ライナーリング１９の周辺）に近いほどレーザによるステライトの層数を増やすとよい。換言すれば、隔壁１５において、インペラ９の吸込口に近いほどステライト層が厚い。この構成により、隔壁１５におけるキャビテーションによる壊食が抑制することができる。
【００９１】
＜第３の実施形態の変形例＞
なお、第３の実施形態では、片側の隔壁１５に、レーザによる肉盛溶接によって形成されたステライト層が形成されているとして説明したが、これに限ったものではない。図９（Ｂ）に示すように、両側の隔壁１５に、レーザによる肉盛溶接によって形成されたステライト層が形成されていてもよい。図９（Ａ）は第３の実施形態の変形例に係るポンプの一例を示す断面図である。第１の実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図９（Ｂ）は図９（Ｂ）のＢ−Ｂ矢視図またはＢ’−Ｂ’矢視図である。
【００９２】
図９（Ｂ）に示すように、隔壁１５の領域６１は、比較的、キャビテーションによる壊食が小さい領域であるので、この領域６１には、硬質層の一例として、Ｃｏ基合金（商品名ステライト）がレーザで肉盛溶接されたステライト層が形成されている。
隔壁１５の領域６２は、領域６１よりもキャビテーションによる壊食が大きい領域であるので、この領域６２にはステライト層がレーザ肉盛溶接によって２重に形成されたステライト層が形成されている。すなわち、この領域６２には、ステライト層が２層形成されている。
【００９３】
続いて図１０を用いて、第３の実施形態に係るポンプの補修方法について説明する。図１０は、第１の実施形態に係るポンプの補修方法の一例を示すフローチャートである。
【００９４】
（ステップＳ２１）まず作業員は、メンテナンスするポンプ部品を既設配管より取り外す。例えば作業員は、現地で溶接する場合や、羽根車やライナーリングなど分解できる部品のみメンテナンスする場合は、下ケーシングを配管に残し、上ケーシングを取り外し、メンテナンス部品を取り外してもよい。
【００９５】
（ステップＳ２２）次に作業員は、キャビテーション壊食を計測する。計測方法は非破壊検査とし、作業員は、羽根車とケーシングの壊食を計測する。計測方法は例えば、３Ｄスキャナによる計測、レプリカ樹脂による壊食形状の転写等、または目視による壊食範囲の確認である。
【００９６】
（ステップＳ２３）次に作業員は、ステライト溶接の施工範囲を決定する。
例えば、ステップＳ２２で壊食が確認された範囲（面積や距離）に安全係数を掛け合わせた領域に対しては、作業員は、その領域を１層分、ステライト肉盛溶接を施工することに決定する。安全係数はポンプの用途や期待寿命、キャビテーション壊食リスクを考慮した上で設計者が任意に設定してもよい。
例えば、ステップＳ２２で壊食が確認された範囲は特に壊食しやすい領域であるために、作業員は、その領域を２層分、硬質材料の一例であるＣｏ基合金（商品名ステライト）の肉盛溶接を施工することに決定する。
但し、一実施形態として、ステップＳ２２で壊食が確認された範囲（面積や距離）に安全係数を掛け合わせた領域に対しても、作業員は、その領域を２層分、硬質材料の一例であるCo基合金の肉盛溶接を施工することに決定してもよい。
これは、施工コストや熱による歪みや残留応力に対するリスク管理よりも、キャビテーション壊食対策が優先される場合にはステライト層を２層に施工する判断が必要となるからである。
また、別の一実施形態として、ステップＳ２２で壊食が確認された範囲（特に壊食しやすい領域）であっても、作業員は、その領域を１層分、ステライト溶接することに決定してもよい。
これは、比較的入熱量が少ないレーザ肉盛であるが、部材に対して入熱による影響を及ぼすため、キャビテーション壊食対策よりも熱による歪みや残留応力に対するリスク管理が優先される場合にはステライト層を１層のみに留める判断が必要となるからである。また、一実施形態として、例えば、特許文献３に示すようなキャビテーションによって生じる流体機械の壊食を予測する方法を用いたシミュレーションソフトにて予測された壊食形状を基にステライト層の施工範囲を決定してもよい。
【００９７】
（ステップＳ２４）次に作業員は、溶接の前加工を実行する。例えば作業員は、壊食面に削り加工等を行って、肉盛りしやすくする。
【００９８】
（ステップＳ２５）次に作業員は、１層目のステライト層を形成するために、レーザでステライトを肉盛溶接する。
【００９９】
（ステップＳ２６）次に作業員は、２層目のステライト層を形成するために、レーザでステライトを更に肉盛溶接する。
ステライトをレーザ溶接すると、入熱量が少ないため、基材との混合による品質の低下が生じにくい。入熱量が少ないため複数層の肉盛りが可能である。インペラのブレードなどの薄肉部品にレーザ肉盛を実施すると過大な残留応力や歪みが生じる恐れがある。特に、構造的に主板からの拘束を強くうけるクローズドインペラにおいてはレーザ肉盛をもってしても歪みや高い残留応力が生じる恐れがある。そこで作業員は、ステライト肉盛を施工する前後、もしくは施工中に『振動式残留応力除去』を実施するとよい。
【０１００】
（ステップＳ２７）次に作業員は、取り外したポンプ部品を元に戻す。例えば作業員は、取り外したポンプ部品を元に戻すのに併せて、ライナーリング等の交換部品の交換を行ってもよい。ここで、一般的に壊食が大きいとされるライナーリングはステップ２２での壊食量に関わらず、ステライト溶接されたものを用いるとよい。また、ライナーリングとケーシングとの隙間にてポンプの性能が変わるため、ライナーリングは補修せずに、新品と交換されるとよい。
【０１０１】
続いて、図１０に示すＳ２３からＳ２６に至る工程の自動化システムについて説明する。図１１は、当該自動化システムの概略構成図である。
【０１０２】
図１１に示すように、システムＳは、情報処理装置２０４０と、情報処理装置２０４０に接続された表示装置２０５０と情報処理装置２０４０に接続された溶接機２０５１と加工機２０５１とを備える。情報処理装置２０４０は、ストレージ２０４１と、メモリ２０４２と、入力インタフェース２０４３と、出力インタフェース２０４４と、通信回路２０４５と、プロセッサ２０４６を備える。
ここでストレージ２０４１には、プロセッサ２０４６が読み出して実行するための本実施形態に係るプログラム及び各種のデータが格納されている。また、ストレージ２０４１には、メンテナンスするポンプの形状や製品仕様等に関する設計データを識別する情報である設計データＩＤ、当該設計の仕様、当該設計の設計データファイル等が関連付けられて記憶されている。なお、設計データファイルは、少なくとも３Ｄデータによるポンプの形状を含むとよい。メモリ２０４２は、データ及びプログラムを一時的に保持する。メモリ２０４２は、揮発性メモリであり、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）である。
【０１０３】
入力インタフェース２０４３は、情報処理装置２０４０の使用者から情報（壊食量や各種パラメータなど）が入力される。
出力インタフェース２０４４は、外部の表示装置２０５０、溶接機２０５１及び加工機２０５２に情報を出力する。
通信回路２０４５は、ネットワークに接続されて、ネットワークを介して他のコンピュータと通信する。
【０１０４】
プロセッサ２０４６は、ストレージ２０４１からプログラムをメモリ２０４２にロードし、当該プログラムに含まれる一連の命令を実行する。
【０１０５】
以下、システムＳについて、図１０のステップに沿って説明する。
【０１０６】
（ステップＳ２１）作業者がメンテナンス部品を取り外し、当該メンテナンス部品をシステムＳに設置する。
【０１０７】
（ステップＳ２１）次に作業員は、キャビテーション壊食量を計測し、入力インタフェース２０４３に入力する。
【０１０８】
（ステップＳ２３）プロセッサ２０４６は、入力されたキャビテーション壊食量、作業者によって設定された各種パラメータ、及びメンテナンスするポンプの設計データの少なくとも一つに基づいて、硬質層の施工範囲を決定する。本実施形態ではプロセッサ２０４６は、ステップＳ２２で壊食が検出された範囲（面積や距離）を２層の硬質層とし、当該範囲に所定の安全係数を掛け合わせた領域を１層の硬質層としてもよい。
【０１０９】
もしくは一実施形態では、プロセッサ２０４６は、ステップＳ２２で所定量（もしくは設定基準）以上の壊食量が確認された範囲を２層の硬質層とし、当該所定量もしくは設定基準）未満の壊食量が確認された範囲を１層の硬質層としてもよい。また、プロセッサ２０４６は、ポンプの用途や期待寿命等の設計データ並びに、キャビテーション壊食のリスク等の各種パラメータに基づいて施工範囲を決定してもよい。例えば、ステップＳ２２で壊食が検出された範囲は特に壊食しやすい領域であるために、プロセッサ２０４６は、その領域を２層の硬質層とすることに決定してもよい。しかしながら、プロセッサ２０４６は、例えば、作業者によって、施工コストや熱による歪みや残留応力に対するリスク管理よりも、キャビテーション壊食対策が優先される、といったパラメータが入力された場合には、本来ならば１層の硬質層とする領域を２層の硬質層にしてもよい。
【０１１０】
一方、比較的入熱量が少ないレーザ肉盛であるが、部材に対して入熱による影響を及ぼすため、キャビテーション壊食対策よりも熱による歪みや残留応力に対するリスク管理が優先される、といったパラメータが作業者より入力されたら、本来２層の硬質層とする範囲であっても、プロセッサ２０４６は、その範囲を１層の硬質層とすることに決定してもよい。
【０１１１】
また、情報処理装置２０４０のストレージ２０４１はキャビテーションによって生じる流体機械の壊食を予測する方法を用いたシミュレーションソフトが記憶され、プロセッサ２０４６がこのシミュレーションソフトを実行して壊食量を予測してもよい。その場合、プロセッサ２０４６は、計測された壊食量に代えて予測された壊食量と、各種パラメータと、設計データと、を基に硬質層の施工範囲を決定してもよい。この場合、ステップＳ２１の処理は、なくてもよい。
【０１１２】
また、情報処理装置２０４０のプロセッサ２０４６は、メンテナンス部品に応じて、ストレージ２０４１に予め施工範囲を記憶し、当該記憶された施工範囲と、各種パラメータと、設計データと、を基に硬質層の施工範囲を決定してもよい。例えば、メンテナンス部品がポンプ１のインペラ９であれば、プロセッサ２０４６硬質層１２１、１２２、２２１、２２２、３２１、３２２に示す領域のうち少なくともひとつと、各種パラメータと、設計データと、を基に硬質層の施工範囲を決定してもよい。情報処理装置２０４０のプロセッサ２０４６はメンテナンス部品がポンプ１のケーシング３であれば、硬質層２１、２２、４２１、４２２に示す領域のうち少なくともひとつと、各種パラメータと、設計データと、を基に硬質層の施工範囲を決定してもよい。この場合、ステップＳ２１の処理は、なくてもよい。
なお、本ステップにて決定された硬質層の施工範囲は、プロセッサ２０４６によってポンプ形状と関連付けてメモリ２０４２に記憶されるとよい。
【０１１３】
（ステップＳ２４）次に情報処理装置２０４０のプロセッサ２０４６は、溶接の前加工を実行するため、加工機２０５２に施工範囲における前加工の指令を出力する。当該指令を受けた加工機２０５２は、メンテナンス部品の施工範囲に前加工を実施する。前加工は例えば、削り加工であって、当該加工によって、肉盛り溶接がしやすくする。なお、情報処理装置２０４０は、ポンプの形状の３Ｄデータ関連付けられた硬質層の施工範囲を指令するとよい。
【０１１４】
（ステップＳ２５）次に情報処理装置２０４０のプロセッサ２０４６は、１層目の硬質層（ここでは一例としてステライト層）を形成するために、施工範囲に硬質材料がレーザで肉盛溶接された硬質層を形成するよう（ここでは一例としてレーザでステライトを肉盛溶接するよう）溶接機２０５１に指令を出す。当該指令を受けた溶接機２０５１は施工範囲に対してレーザでステライトを肉盛溶接する。なお、情報処理装置２０４０は、ポンプの形状の３Ｄデータ関連付けられた硬質層の施工範囲を指令するとよい。
【０１１５】
（ステップＳ２６）次に情報処理装置２０４０のプロセッサ２０４６は、２層目のステライト層を形成するために、施工範囲にレーザで２層目のステライトを肉盛溶接するよう溶接機２０５１に指令を出力する。当該指令を受けた溶接機２０５１は施工範囲に対してレーザでステライトを肉盛溶接する。ここで、構造的に主板、側板からの拘束を強くうけるクローズドインペラにおいてはレーザ肉盛をもってしても歪みや高い残留応力が生じる恐れがある。そこで、プロセッサ２０４６は、残留応力が生じると判断したら、ステライト肉盛を施工する前後、もしくは施工中に『振動式残留応力除去』を実施するよう、溶接機２０５１に指令を出すとよい。当該指令を受けた溶接機２０５１は、ステライト肉盛を施工する前後、もしくは施工中に『振動式残留応力除去』を実施する。
硬質層の肉盛り溶接が完了すると、溶接機２０５１は完了した旨を伝える信号を情報処理装置２０４０に出力する。当該完了の出力を受けた情報処理装置２０４０のプロセッサ２０４６は、出力インタフェース２０４４を介して作業者に作業完了を報知する。
【０１１６】
（ステップＳ２７）次に作業員は、ポンプ部品をシステムＳから取り外し、当該取り外したポンプ部品を元の設置位置に戻す。例えば作業員は、取り外したポンプ部品を元に戻すのに併せて、ライナーリング等の交換部品の交換を行ってもよい。ここで、一般的に壊食が大きいとされるライナーリングはステップ２２での壊食量に関わらず、ステライト溶接されたものを用いるとよい。また、ライナーリングとケーシングとの隙間にてポンプの性能が変わるため、ライナーリングは補修せずに、新品と交換されるとよい。
【０１１７】
以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
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    流入口
９ｂ    吐出し口
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
２１、２３、３１、４１  第１のステライト層
２２、２４、３２、４２  第２のステライト層
９１      インペラ翼
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2020190226.tif 000010
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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