羽根車の羽根一枚を欠損

1.概要

図1.羽根一枚を欠損

羽根車の損傷の仕方には色々と種類がある。本投稿では、羽根車の複数枚ある羽根のうちの一枚が欠損している場合について、述べることとする。

図1の様に、単純に羽根が一枚だけ欠損した場合について、経験が無く、文献を見つけることもできなかった。
ある文献で、羽根枚数を2～12枚で実験したものの記載があった。ここでは、それを根拠とする。その文献は羽根が均等な間隔で配置されているため、本稿のトラブルとは若干の条件の違いがある。

現象：羽根車の羽根一枚を欠損
測定データ：吐出し量=少、吐出し圧力＝低、締切り圧力=正常(多少変化する場合あり)

2.性能の考察

図2.性能曲線

羽根車の羽根一枚を欠損すると、液体を掻きだす羽根が少ないため、吐出し量が減少する。そのため、図2に示すように、性能曲線は吐出し量が減る方向へ移動する。
羽根車の直径は変わらない（残った羽根）ので、遠心力は低下することはない。そのため、圧力が高くなるのに少し時間を要するが、ほぼ同じ締切り揚程を得ることができる。

その結果、図2に記すように性能曲線は吐出し量が多いほど揚程が低下した（実際は吐出し量が減少した）、急な下がりこう配な曲線となる。
抵抗曲線はあまり変化しないので、運転点がAからBへ移り、全揚程はH1からH2へと小さくなり、その結果、吐出し圧力が低くなる。また、吐出し量はQ1からQ2へと減少する。
この傾向は、「吸込み配管が閉塞」と全く同じである。

3.その他の測定データ
羽根車の羽根一枚を欠損した場合の、その他の測定データは下記となる。

・吸込み圧力：変化無し、または微増
・電流値：場合による→6.アドバイス(1)参照
・振動値：大（アンバランス）
・異音：変化無し、または微増
・液体の流れ方：脈動あり

4.発生原因（例）
・腐食
・異物の噛み込み（衝突）
・羽根車の鋳物に巣があった

5.類似の現象との区別
「吸込み配管が閉塞」は、羽根車の羽根一枚を欠損と似た測定データで、吐出し量=少、吐出し圧力＝低、締切り圧力=変化無し　となる。違いは、吸込み圧力と振動値である。

表1.吸込み圧力と振動値

6.アドバイス

図3.羽根枚数と効率

①羽根の枚数が減った場合の電流値について述べておこう。
羽根が少ないと羽根と羽根の間隔が広くなり、流体の剥離が生じて効率が低下する。
逆に羽根が多いと羽根と羽根の間隔が狭くなり、摩擦損失が大きいため効率が低下する。
その結果、いづれも電流値が上昇する可能性がある。羽根の枚数は、この中間のベストな枚数になるように設計される。
羽根が一枚だけ欠損した場合、剥離が生じて効率が低下するが、吐出量も低下するので、電流値は大きくなるのか小さくなるのかは、場合により異なり、一概には言えない。

写真1. プレス製羽根車

②羽根車が鋳造品の場合、羽根が一枚丸ごとモゲることは、ほとんど無い。しかし、写真1のように、鉄板の羽根をスポット溶接で固定しているような簡易なものの場合は、羽根一枚が丸ごとモゲる場合があ得る。
このような羽根の構造なども勘案しつつ、故障の原因を推測してゆきたい。

以上

吸込み側で空気が混入

1.概要
ポンプの運転中は、吸込みが押込み圧である場合を除いて、吸込み配管から、羽根車の入口に至るまで、負圧（大気圧より低圧）となる。そのため、シールやパッキンの状態が悪いと、そこから空気を吸いこんでポンプの運転に悪影響を与える。

現象：吸込み側で空気が混入
測定データ：吐出し量=少、吐出し圧力＝低、締切り圧力=正常（例外あり）

2.性能の考察
吸込み側から空気を吸いこむと、ポンプが搬送する流体のうち一部分を空気が占めてしまうため、液体の流量（=吐出し量）は減少してしまう。
これは、吸込み配管が閉塞してキャビテーションが生じて吐出し量が減少するのと似た現象であり、同じような性能的な変化が発生する。以前に記事に上げた「吸込み配管の閉塞」を参照して頂きたい。ここでは同じ説明を省略する。

3.その他の測定データ
吸込み側で空気が混入した場合の、その他の測定データは下記となる。

・吸込み圧力：大気圧(0MPa)に近くなる
・電流値：小
・振動値：大　・・・回転周波数とは無関係な振動
・異音：やや大　・・・気泡を攪拌する音

4.発生原因（例）
・吸込み配管に穴が開き大気開放となっている
・吸込み配管中のパッキンが不良
・グランドパッキン、メカニカルシールの破損
・グランド部への注水（シール水）配管の閉塞
・吸込み側タンクの水位が低い（渦から空気を巻き込む）
・吸込み側タンク内で、吸込み配管の取り込み口付近に落水があり、気泡を吸込んでいる

5.類似の現象との区別
「吸込み配管の閉塞」は、吸込み側で空気が混入と似た測定データで、吐出し量=少、吐出し圧力＝低、締切り圧力=変化無し　となる。違いは吸込み圧力である。吸込み側で空気が混入の場合、吸込み圧力が大気圧に近づく（上昇）のに対し、「吸込み配管の閉塞」は吸込み圧力が大きく低下する。

表1. 吸込み圧力の違い

6.アドバイス
①本項で述べている空気の問題は、運転中に吸込み側から空気を吸い込んだ際のトラブルについて述べている。ポンプの起動時や立ち上げ時に、呼び水等を充分にせずに発生する揚水不良の状態とは現象や対策が異なるので、注意して頂きたい。そちらについては、いづれ投稿したい。

②吸込み圧力計が無い場合、測定データだけで「吸込み配管の閉塞」との違いを判断するのは困難である。まわりの状態や設置状況を見て判断しよう。例えば下記の点をチェックして判断する。
・吸込みタンクの水位・・・低い場合　→「吸込み配管の閉塞」
・吸込み配管の周辺の床が濡れている　→「吸込み側で空気が混入」
・その他
このような判断ができると、フィールドプレイヤーとしてワンランクアップだぁ！

以上