(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ吸込水槽の模型試験時に、吸込管内を流れる水の旋回流の旋回量と旋回方向を測定する装置であって、吸込管と、回転軸と、前記吸込管内の上記旋回流を受けて回転するように、吸込管の中心軸に平行に設置された前記回転軸に複数枚の板羽根を取り付けた羽根車と、前記回転軸の軸心を通り軸心と直行するように穿孔した孔と、回転軸を保持するための支柱と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、支柱内部に設けられた信号発信部及び受信部と、前記支柱内部に設置し前記信号発信部及び前記受信部からの信号を導く信号ケーブルと、前記信号発信部及び前記受信部からの信号を発信及び受信可能であり、かつ回転方向を自動的に判定することができる信号検出機器を備えることを特徴とする
ポンプ吸込管旋回流測定装置。
【請求項２】
前記回転軸を保持するための支柱が４本で、前記支柱は前記信号発信部を支柱内部に設けた支柱１本と前記受信部を支柱内部に設けた支柱１本の２本ずつが１組となり、前記２本の支柱は回転軸に対して１８０度対向する位置に１本ずつ配置するよう一直線上に位置し、かつ、この前記２組の直線のなす角度が直交しない位置関係に設置し、それにより前記２組のそれぞれの組から出力される信号に、前記回転軸の回転方向による位相差の違いを生じさせることにより回転方向を判定することを特徴とする請求項１に記載のポンプ吸込管旋回流測定装置。
【請求項３】
請求項１あるいは２において、前記羽根車に流れが流入する上流側には支柱が存在しない空間が設けてあり、かつ、前記支柱は、前記羽根車から流れが流出する側である下流側に設けてあることを特徴とするポンプ吸込管旋回流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にポンプ吸込水槽の模型試験時に、吸込管内を流れる水のスワール強さとスワール方向を自動計測する試験装置としてのポンプ吸込管旋回流測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ポンプ吸込水槽試験方法としては、国内では日本機械学会基準の「ポンプの吸込水槽の模型試験法」（JSME S 004-1984）が一般によく知られている。但し、本基準は２００５年に廃止されたため、ターボ機械協会によって、同協会の基準「ポンプ吸込水槽の模型試験方法」（TSJ S 002:2005）が作成された。いずれの基準においても、ポンプ吸込水槽試験方法に関する基本的な考え方を示されたものである。試験方法の主な内容は、空気吸込渦と水中渦を目視観察することが規定されており、これまで多くのユーザによって実施されているところである。
【０００３】
一方、海外の代表的なポンプ吸込水槽試験方法の基準であるANSI/HI基準「Pump Intake Design」（ANSI/HI 9.8-1998）の中に、「9.8.5 Model tests of intake structures」がある。本基準の主な試験方法の内容は、（１）表面渦と水中渦の目視観察、（２）吸込管内の流速分布の計測、（３）吸込管内の旋回量の計測が記載されている。（１）については、水の中に染料等を入れて、染色された渦を目視観察することが記載されている。（２）については、吸込管内に設置したピトー管か、または同等の計測器等により、管内流れの流速分布を測定することが記載されている。（３）については図５に示すように、吸込管内に４枚の板羽根を取り付けて、その回転数や回転方向を測定し、旋回量（旋回角度θ）を算出するように記載されている。
【０００４】
海外の旋回量及び旋回方向を計測している文献によると、羽根のいずれか一枚を他の羽根と異なる色にする方法等により、吸込管内の旋回量及び旋回方向を人間の目視観察により計測が実施されている。
【０００５】
【非特許文献１】「ポンプの吸込水槽の模型試験法」（JSME S 004-1984）
【非特許文献２】「ポンプ吸込水槽の模型試験方法」（TSJ S 002:2005）
【非特許文献３】「Pump Intake Design」（ANSI/HI 9.8-1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ANSI/HI基準「Pump Intake Design」（ANSI/HI 9.8-1998）の「9.8.5 Instrumentation and measuring techniques」において、ポンプ吸込水槽内の吸込管内は、通常は旋回流れの強さやその方向が、非定常的に変動すると記載されている。さらに同基準では、こうした旋回流れの計測にあたって、少なくとも１０分以上の長時間に渡り、一定の時間間隔（例として１０〜３０秒毎）で、吸込管内に取り付けた羽根車の回転数と回転方向を計測することが記載されている。
【０００７】
従来では図６に示すような装置により、１枚の羽根に目印を付ける方法や、羽根のいずれか一枚を他の羽根と異なる色にする方法等により、吸込管内の旋回量及び旋回方向を人間の目視観察により計測されている。従って、羽根車の回転数や回転方向が変動を繰り返す状況下において、長時間に渡り人間の目視観察により計測を実施する場合、人間の労力を必要とすることや、人間の主観が入り、計測誤差等を招くことが懸念され、測定信頼性の確保が困難であった。そのため、検出方法を自動化することにより、高信頼性な測定方法が必要である。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するために提案されたものであり、吸込管内の旋回流の旋回量及び旋回方向を自動で検出することが可能な旋回流測定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】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、請求項１によるポンプ吸込管旋回流測定装置は、ポンプ吸込水槽の模型試験時に、吸込管内を流れる水の旋回流の旋回量と旋回方向を測定する装置であって、吸込管と、回転軸と、前記吸込管内の上記旋回流を受けて回転するように、吸込管の中心軸に平行に設置された前記回転軸に複数枚の板羽根を取り付けた羽根車と、前記回転軸の軸心を通り軸心と直行するように穿孔した孔と、回転軸を保持するための支柱と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、支柱内部に設けられた信号発信部及び受信部と、前記支柱内部に設置し前記信号発信部及び前記受信部からの信号を導く信号ケーブルと、前記信号発信部及び前記受信部からの信号を発信及び受信可能であり、かつ回転方向を自動的に判定することができる信号検出機器を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、前記回転軸を保持するための支柱が４本で、前記支柱は前記信号発信部を支柱内部に設けた支柱１本と前記受信部を支柱内部に設けた支柱１本の２本ずつが１組となり、前記２本の支柱は回転軸に対して１８０度対向する位置に１本ずつ配置するよう一直線上に位置し、かつ、この前記２組の直線のなす角度が直交しない位置関係に設置し、それにより前記２組のそれぞれの組から出力される信号に、前記回転軸の回転方向による位相差の違いを生じさせることにより回転方向を判定することを特徴とする。
さらに、前記のポンプ吸込管旋回流測定装置において、前記羽根車に流れが流入する上流側には支柱が存在しない空間が設けてあり、かつ、前記支柱は、前記羽根車から流れが流出する側である下流側に設けてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、ポンプ吸込水槽の模型試験において、吸込管内の旋回流の旋回量及び旋回方向の自動計測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明によるポンプ吸込管旋回流測定装置の実施の一形態を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は支柱部の横断面図である。このポンプ吸込管旋回流測定装置は吸込水槽試験装置において、吸込管内の旋回流Ｓの旋回量及び旋回方向を測定するための装置である。しかし、用途はこれに限られるものではない。図１において、円筒状の吸込管１があり、上流側（図１下側）より旋回流Ｓが流れ込む。回転軸２は吸込管１の中心線を軸心線とし、支柱４により回転自由に保持されている。回転軸の上流側には羽根車３が備えられており、吸込管内の旋回方向の成分のみを受けて回転するよう、吸込管１の中心線に平行な板羽根である。羽根車３は４枚羽根で、それぞれ羽根間角度は９０度の等間隔である。
【００１３】
図２は、図１（ｂ）の詳細図を示す。回転軸２の下流側には計４本の支柱４が設けられている。なお、４本の支柱（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の位置関係は、４ａと４ｂ、４ｃと４ｄの２本ずつが１組となり、吸込管内の中心線を挟んで１８０度対向する位置に１本ずつ配置するよう一直線上に位置し、かつ、この２組の直線がなす角度αが直交しない（α≠９０度）位置関係とする。支柱４部分において、回転軸２は軸受け５により支えられている。
【００１４】
支柱４のそれぞれの内部には、信号の伝達可能なケーブル６と、信号発信部及び信号受信部７が挿入されており、支柱４ａと４ｂの内部にはそれぞれ、ケーブル６ａに接続された信号発信部７ａと、ケーブル６ｂに接続された信号受信部７ｂが挿入されており、同様にして支柱４ｃと４ｄの内部には、ケーブル６ｃに接続された信号発信部７ｃと、ケーブル６ｄに接続された信号受信部７ｄが挿入されている。それぞれのケーブル６は、オシロスコープ等のような、信号を発信及び受信可能な信号検出機器８に接続されている。
【００１５】
回転軸２が支柱４で支持されている位置には、回転軸２の軸心を通る孔２ａが一箇所設けられている。回転軸２が回転する際に、信号発信部７ａより信号が発信され、孔２ａを通り、信号受信部７ｂで受信される電気信号をＸ、信号発信部７ｃより信号が発信され、孔２ａを通り、信号受信部７ｄで受信される電気信号をＹとする。電気信号Ｘ、Ｙを連続的に信号検出機器８で検出すると、横軸が時間ｔであるパルス波形となる。図３に検出されるパルス波形例を示す。回転軸２が１回転する際に、電気信号は２パルス検出する構造となっている。ここで、図２において反時計回りを正回転、時計回りを逆回転とする。正回転の場合、電気信号Ｘが検出された後に、角度＋α分だけ回転し、電気信号Ｙが検出される。逆回転の場合、電気信号Ｙが検出された後に、角度−α分だけ回転し、電気信号Ｘが検出される。このように、回転軸２が回転する際に、電気信号Ｘ、電気信号Ｙのパルス信号により旋回量を計測可能であり、また、パルス位相差αの相違から、回転方向を自動判定することが可能である。
【００１６】
ここで、前記羽根車３の羽根枚数は４枚に限らない。
【００１７】
前記支柱４は、図２に示す（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の関係を保つ支柱を含めば、４本以上で設置しても良い。また、図４に示すように、別の支柱９を含む支柱を数箇所に設置しても良く、その場合、支柱本数はそれぞれの箇所の支柱本数同士が最大公約数を持たない本数とする。
【００１８】
前記信号発信手段としては光、電気、磁気、レーザー等を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）はポンプ吸込管旋回流測定装置の縦断面図、（ｂ）は支柱部の横断面図。
【図２】図１（ｂ）の詳細図。
【図３】検出されるパルス波形例。
【図４】複数の支柱設置箇所を持つポンプ吸込管旋回流測定装置の縦断面図。
【図５】ＡＮＳＩ／ＨＩ基準における吸込管内旋回量計測方法を説明する図。
【図６】従来のポンプ吸込管旋回流測定装置図例。
【符号の説明】
【００２０】
１…吸込管、２…回転軸、３…羽根車、４…支柱、５…軸受け、６…ケーブル、７…信号発信部及び信号受信部、８…信号検出機器、Ｓ…旋回流。
【図１】
0004650231.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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