発電所や海水淡水化プラントでは、さまざまなポンプが使用されており、プラントの安定稼働を図るために高い信頼性が要求されます。 ポンプの安定的運転を達成するには、軸受寿命、ケーシングの耐圧、回転体の安定性、キャビテーションの抑制、 吸込水槽に発生する渦および腐食防止などを考慮する必要があります。
トリシマの研究開発部では、最先端の流体および構造解析技術を駆使して、これらの課題の克服に取り組んでいます。
ポンプの高速・小型化を実現するには、キャビテーションの抑制という問題が立ちはだかる。大規模クラスタマシンと最新のCFD解析技術を用い、 キャビテーション発生状態を予測し、キャビテーション特性の改善を行っている《図1・2》。
《図1》キャビテーション解析結果
(左：従来インペラ、右：改良インペラ、赤色で示す領域が気相)
《図2》キャビテーション可視化写真
(改良インペラ。キャビテーション
の発生が抑制されている)
外径を小さく抑制して設計されるポンプは、静翼などの圧力回復装置で流れが剥離し、旋回失速（渦がくるくる回る）が発生しやすい。 このとき、振動・騒音が大きくなるため《図1》、ポンプの運転は著しく狭い流量範囲に制限される。
旋回失速の発生原因を詳細に調査するため、 ダイナミックPIVを用いて内部流れを計測した《図2・3》。
また、CFDを用いて旋回失速を引き起こす原因を究明した《図4・5》。
さらに、設計パラメータスタディを行い、不安定特性が現れ難い形状を開発した《図6》。
《図1（左）》静圧変動波形 《図2（右）》ダイナミックPIVと静圧計測位置
《図3》旋回失速の渦核 (PIV計測)
《図4》瞬時圧力コンター図 (CFD)
《図5》 瞬時速度ベクトル図 (CFD)
《図6》 ポンプ性能曲線
大型ポンプは、据付位置や水槽形状が適正でない場合、吸込水槽内にポンプの運転に有害な水中渦および空気吸込渦が発生するが、 模型試験またはCFD（Computational Fluid Dynamics）を用いて渦の発生を予測し、適正な形状を提案することが可能である。
《図1》
水中渦(模型試験)
《図2》
空気吸込渦(模型試験)
《図3》
CFDによる渦の予測
《図4》
渦防止対策
最適な軸受設計によって、ポンプは長期間に渡り健康を保ち、安定して回り続けることができる。
さらに、軸受箱の振動や回転体の振動をモニタリングすることで、さまざまな運転条件、環境に対して健全な軸受が完成する。
メタル軸受
軸受試験装置
安全運転が可能なポンプ製品を提供するために、回転体の安定性も重要要素となる。高圧多段ポンプ《図1》を例に挙げれば、 専用ソフトウエアを用いて、安定性解析および捻じり振動解析を行い、固有振動数、固有振動モード形状《図2・3》を把握した上で回転体設計を行っている。
《図1》高圧多段ポンプ回転体構造図
《図3》捻り振動解析結果(固有モード図)
《図2》安定性解析結果(固有モード図)
海水ポンプの需要が増大するにともない、材料の耐食性がますます重要になり、これには、海水の成分や温度が非常に大きく影響する。 当社では、ポンプを納める地域条件に合わせた試験を実施し、なによりも大切な“信頼性”を守っている。
海水中の腐食試験
中東向け
ステンレス海淡用 RO高圧ポンプ
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