機能保全

ポンプ設備の機能診断調査における詳細診断調査の方法・特徴について

ポンプ設備の性能管理とは、ポンプ設備に必要な機能・性能を長期にわたって維持させる行為です。

ポンプ設備の性能レベルを健全度で表し、レベルに応じた対策を検討するため、以下の手順で性能管理がされます。

  1. 日常点検
  2. 機能診断調査
  3. 機能診断評価
  4. 機能保全計画の策定
  5. 機能保全(長寿命化対策)の実施

この中の機能診断調査は、概略診断調査と詳細診断調査に分かれます。

今回は、この中の「詳細診断調査」についてまとめさせていただきます。

ポンプ設備の機能診断調査における詳細診断調査の方法・特徴について

詳細診断調査は、設備・機器・部材の状態について、専門技術者が行う調査であり、計測器等を用いた定量的調査・定性的調査の総合判断によって、劣化の程度・原因の判定を行います。

大きく分けて以下の2つに大別できます。

  • 現地で簡易的に内部を診断・計測する簡易内部診断」
  • 定期的な分解整備等に合わせて行う分解整備時診断」

簡易内部診断

引用:農業水利施設の機能保全の手引き「ポンプ場(ポンプ設備)」農林水産省

簡易内部診断は、ポンプ内部を開放して目視と計測により行う調査です。

目視にて回転・摺動部を中心に状態を確認し、摩耗や振動など現場で簡易に測定できる項目を測定します。

開放作業を行う場合、天井クレーンを使用するが、床上操作式クレーン運転技能講習歴・玉掛けの資格が必要となるなど、調査にあたり資格取得者の配置を検討する必要があります。

分解整備時診断

引用:農業水利施設の機能保全の手引き「ポンプ場(ポンプ設備)」農林水産省

分解整備時診断は、施設管理者が実施する定期・不定期の分解整備に併せて行う詳細調査です。

目視にて分解時にして見られない部位を中心に状態を確認します。

また、摩耗や振れなどを計測して、劣化の進行レベルから余寿命等を予測します。

より詳細な診断ができるため、適切な修理・交換時期の判断が可能となります。

主ポンプ締切圧力測定

引用:農業水利施設の機能保全の手引き「ポンプ場(ポンプ設備)」農林水産省

インペラ部・ケーシング部の摩耗度合いが計測できない場合などは、締切圧力を計測することにより、概ねの性能低下度合いを把握します。

事前に計測機器が正常であることの確認し、ゲージ配管内部に泥などが固着して閉塞していないかの確認を行います。

設置当初の値より約15%程度低下している場合は、ポンプのインペラなどの回転体交換を含めた詳細診断の必要性があります。

健全度ランク 評 価 基 準
S-4通常の運転状態
S-3締切全揚程の低下量が低下している(低下率15%未満)
S-2締切全揚程の低下量が著しい(低下率15%以上)

バックラッシ・歯当たりの測定

歯車の摩耗・損傷程度を把握するために、歯車のバックラッシ・歯当たりを測定する。

歯車減速機は主原動機の動力を主ポンプへ伝達する動力伝達装置のひとつで、歯車が疲
労や経年変形で劣化すると、振動発生や動力伝達効率が低下します。

バックラッシとは、互いに噛み合う一対の歯車のピッチ円周上の遊びであり、その大きさは「平歯車」と「はすば歯車」の精度等級により異なります。

歯車のバックラッシの計測は、歯車減速機の上ケースを開放した状態・点検窓より行います。

バックラッシの計測方法は、以下の3つあります。

  1. 噛合い部に鉛線(棒)を噛み込ませて回転させ、マイクロメータを用いて鉛線の変形後の厚
    さを測定することにより求める方法
  2. 歯当たり状態で、すきまゲージを使用し測定する方法
  3. 歯当たり状態で、ダイヤルゲージを使用し測定する方法

歯当たり状態は、「赤当たり法・黒当たり法」を用いて、互いに噛み合う歯車の歯面の接触跡を測定します。

赤当たり法は、一方の歯車の噛合い面洗浄後に光明丹等をむらなく一様に塗って、他方の歯車を1回転させて、他方の歯に転写された光明丹から噛合い位置及び噛合い巾を測定する方法です。

黒当たり法は、両方の歯車に塗料を塗り、短時間に回転させて塗料が除かれる部分を測定・連続運転中に噛み合う接触跡を測定する方法です。

歯車の歯面表面は、特殊熱処理により硬化してあるので、摩耗量として測定することは困難である。

このため、歯車の余寿命については、運転時間により判断するのが一般的であり、設計寿
命として20000時間を目安と、次式により余寿命を算定する。

健全度ランク評 価 基 準
S-4基準値未満
S-3基準値以上で、歯面には損傷はない
S-2著しく基準値を超え、歯面に損傷あり

電動機推定残存破壊電圧の測定

高圧電動機で最も重要な部位であるコイルの健全性を知るため、「非破壊絶縁診断」を実施します。

コイルの劣化が進行すると異常温度上昇を起こし、これを放置しておくと巻線や軸受など
が焼損して運転不能になり、場合によっては漏電、火災などを起こす原因になります。

方法として以下の3つがあります。

  • 交流電流試験
  • 誘電正接試験(tanδ試験)
  • 部分放電試験(コロナ試験)
健全度ランク評 価 基 準
S-4 定格値の 10%以内
S-3
S-2定格値の 10%を超える

高圧電動機の固定子コイルの余寿命は、以下の2パターンのうち小さいほうを用いります。


インペラ部やケーシング部等の摩耗測定

引用:農業水利施設の機能保全の手引き「ポンプ場(ポンプ設備)」農林水産省

インペラリングやライナリングなどの摩耗の進行度合を把握し、取り替えなどの対策時期を検討します。

インペラの摩耗が進行した場合、ケーシングとの隙間が大きくなり、ポンプ効率の低下を招きます。

インペラのライナリング摺動部外径をマイクロメータ・ノギスなどで測定し、さらにライナリングの内径を測定することで、測定平均値の差を求めて、インペラとライナリングの隙間を算出します。

または、すきまゲージなどを用いインペラとライナリングの隙間を計測する方法もあります。

隙間の許容値は、リング直径で異なり以下の通りになります。

引用:農業水利施設の機能保全の手引き「ポンプ場(ポンプ設備)」農林水産省

健全度ランク評 価 基 準 値
S-4基準値未満
S-3基準値以上
S-2著しく基準値を超え

ポンプの運転時間・インペラ摺動部とライナリングの隙間から年間摩耗量が推定でき、その値から許容隙間に達するまでの時間(年数)が予測できます。

パッキンスリーブの摩耗量測定

引用:農業水利施設の機能保全の手引き「ポンプ場(ポンプ設備)」農林水産省

パッキンスリーブの摩耗量を測定することにより、軸封部を診断することができます。

パッキンスリーブは、主軸の摩耗を保護するために、主軸の外周に装着しており、主軸がケーシングを貫通する軸封部の主軸表面を保護し、グランドパッキンの摺動からも主軸を保
護しています。

パッキンスリーブが著しく摩耗すると、貫通部からの漏洩量が多くなり、軸封部から空気吸込み等の原因となります。

詳細診断は、ケーシング解放後、回転体はそのままの状態でパッキンスリーブの摩耗量の
測定を行います。

また、消耗品のグランドパッキンははずし、外パス・インサイドマイクロメータでスリーブ外径を計測します。

部位名判定基準
パッキンスリーブd×0.03 程度の摩耗
グランドパッキン用水ポンプ1~3年
排水ポンプ3~5年
封水リングd×0.03 程度の摩耗
健全度ランク評 価 基 準
S-4基準値未満
S-3基準値以上
S-2著しく基準値を超える

スリーブ軸受部の摩耗量測定・ころがり軸受診断

引用:農業水利施設の機能保全の手引き「ポンプ場(ポンプ設備)」農林水産省

ケーシング開放後、回転体一式・軸受部分を取り外し、主軸の外径・スリーブ軸受の内径を内パス・マイクロメータ等で計測します。

スリーブ軸受には、メタル軸受、ゴム軸受、セラミックス軸受等があり、セラミックス軸受の場合は軸受内径とスリーブ外径を測定します。

スリーブ軸受・ころがり軸受は、ポンプの回転体を支える重要な部品であり、摩耗が進行すると主ポンプ振動・軸受温度等が上昇する原因になります。

引用:農業水利施設の機能保全の手引き「ポンプ場(ポンプ設備)」農林水産省

健全度ランク評 価 基 準
S-4基準値未満
S-3基準値以上
S-2著しく基準値を超える

スリーブ軸受の余寿命は以下の式により算定します。

ころがり軸受は、ポンプ運転時間により寿命を判断するのが一般的である。設計寿命である20000時間以上を目安として、次式により余寿命を算定します。

ディーゼル機関のピストン・クランク軸のすきま

ピストンの計測は、ディーゼル機関製造会社の取扱説明書などで示された計測場所にそっ
て、ピストンの外径をマイクロメータで、ピストンリング溝の寸法をすきまゲージで、ピストンリングの摩耗は各リングの厚み・幅をマイクロメータで計測します。

クランクシャフトの計測は、軸受部・クランクピン部について取扱説明書などで示された
計測方向に従って、外部外径をマイクロメータで測定します。

ディーゼル機関本体の劣化兆候は、ピストン部・クランク軸受部などの摺動部の摩耗及び過給器等の劣化によるディーゼル機関の性能低下で判断できます。

各計測項目の許容摩耗量に関する判定基準は、ディーゼル機関の型式・製造会社により異
なるので、各型式の設計条件を考慮して決定します。

健全度ランク評 価 基 準
S-4基準値未満
S-3基準値以上で、摺動面に損傷はない
S-2著しく基準値を超え、摺動面に損傷あり

まとめ

不勉強ながら、ポンプ設備の機能診断調査における詳細診断調査の方法・特徴についてまとめさせていただきました。

施設管理については、ポンプ設備以外にも「除塵機」「電気設備」など様々な設備があります。

これらを含めた総合的な施設管理についても実施していく必要があります。

そのために、ポンプ施設管理技術者などの個々の設備における資格の他にも、「機械保全技能士」の資格などの取得を目指すのも良いかもしれません。

今後も機械設備について研鑽に努め、農業土木分野についても手広く知識を吸収したいと思います。

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