JP4042663B2 - 水平度計測装置および水平度計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、河川の排水機場に設置した横型ポンプ等の産業機械について、長期間稼動後の設置状態を確認するために必要な水平度計測方法と装置に関するものである。

河川の排水機場には、支流の水位が本流よりも低い場合などに強制的に支流から本流へ排水するための横型ポンプシステムが備えられている。横型ポンプシステムは、主に駆動用の原動機、減速機、横型ポンプ等で構成されている。軸は各々カップリングで接続されているが、これらの軸芯がズレると振動や騒音が発生し、悪化すると原動機、減速機や横型ポンプに備えられている軸受け等が破損する。つまり、横型ポンプと減速機、減速機と原動機の軸の同心度は、厳密に管理する必要がある。

通常横型ポンプは、上下に分割された構造となっており、現地での据付作業時にフランジをボルトで結合することで一体化する。このとき横型ポンプの軸受は、上下の部品のハウジングに挟み込まれて固定されるため、フランジの接触面はポンプの軸芯との同一平面上に配される精度や地面との水平度（レベル）を厳密に管理する必要がある。つまり、各装置間の軸の同心度を維持管理するということは、各装置の地面に対しての水平度も同様に管理するということである。

排水機場にポンプを設置する場合には、設置のためのベースを備えている。このベースとポンプ脚部の接触面は、気泡管による水準器を用いて水平度が高精度で調整されている。上下に分割された下側の部品も同様に、フランジ部上面と脚部のベースとの接触面を機械加工により水平度が高精度で調整されており、ベース上に下側の部品を正しく設置するとフランジ部上面も必要な水平度が確保される。
このような従来技術を示すものとして、下記の文献がある。

改訂 水力機械工学便覧（水力機械工学便覧編集委員会編 （株）コロナ社 昭和４３年９月２０日改訂版発行） 応用編 ６．３．４ 故障の原因と対策 ｐｐ６４８−６５２ ６．３．７ ホンプの基礎、据付 ｐｐ６６６−６７０

しかし、排水機場への横型ポンプシステムの設置時は水平度に問題が無くても、長期的にみると地震等の突発的な事象を直接的な原因として急激に地盤沈下する場合があり、その影響で各装置間の軸の同心がずれる問題が発生する。さらに、地震等の突発的な事象直後は問題が無くても、それが引き金となって徐々に地盤沈下する場合もある。
これらの影響を知る方法として、カップリング部の同心等を計測することにより各装置間の相対的な軸の同心のずれを計測する方法が行われているが、各装置がどのように沈下しているのかといった絶対的な状況を把握することができない。

絶対的な状況を把握するためには、横型ポンプで水平度が厳密に管理された面としての上下に分割された内の下側の部品におけるフランジ上面と、設置用のベースのどちらかを気泡間による水準器で確認する必要があるが、設置作業後には露出されていない。
前述の気泡管による水準器で水平度を確認できる状態にするためには、クレーン等を用いてポンプを分解するという大掛かりな作業を行う必要がある。

本発明は、被計測体が組み合わされた状態で水平度を厳密に、しかも簡単に計測することのできる水平度計測装置および水平度計測方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するために、上記ポンプの水平度を計測する部位を上下に分割された装置、すなわち被計測体である上下フランジの合わせ部とし、それと同じ高さの水平な部位を設定可能な治具を用いることを特徴とする。この発明によれば、クレーン等を用いて分解するという大掛かりな作業を行う必要無く、簡便にポンプの水平度の計測が行える。

本発明は、具体的には、上下フランジが固定された状態でフランジ面の水平度を計測する水平度計測方法において、前記上下フランジの水平方向の両側に、それぞれ両側の複数の装置計測点の高さを計測するレベル計の位置を設定し、前記装置計測点の水平度を表示する目盛りを備えたスタッフを垂直方向に設定し、該スタッフを順次移動して両側の複数の装置計測点についてそれぞれ該スタッフの目盛りを計測、記録し、両側の複数の装置計測点の内、１つの装置計測点を共通として前記レベル計によって両側から計測して他方に対するいずれか一方側の計測された目盛りの差を零に調整し、零にするに当って計算された値で以って一方側の全ての計測された目盛りを調整することによって、両側の複数の装置計測点について基準点からの高さを求める水平度計測方法によって水平度の計測を行う。

以上説明したように、本発明の水平度計測方法と装置によれば、クレーン等を用いて分解するという大掛かりな作業を行う必要無く、簡便に横型ポンプ等の装置の水平度計測が行える。

本発明は、具体的には測定すべき水平面を備えた被計測体をはさみ込む取付金具と、該取付金具に取り付けられ、水平上面を備えたナイフエッジと、該ナイフエッジに一端側で接続され、他端側で平行軸が接続された、水平上面を備えた前ブロックと、該前ブロックの水平上面の水平度を調整する水平度調整部と、前記前ブロックに一端側で回転可能に接続され、該回転に伴って前記ナイフエッジの水平上面と同一平面となる上面を備えた平行軸と、該平行軸の他端側で接続され、前記前ブロックの水平上面と同一平面となる上面を備えた後ブロックと、前記平行軸の水平上面に接するようにして垂直方向に配設され、目盛りが設けられたスタッフとを含んで構成される水平度計測装置によって水平度計測を行う。

更に、前記水平度調整部は、前記取付金具に磁力により固定される磁石ブロックと、該磁石ブロックに取り付けられたネジ機構と、前記前ブロックに取り付けられ、前記ネジ機構によって上下移動する移動ブロックとから構成される水平度計測装置によって水平度計測を行う。
更に、前記ナイフエッジは、片側でテーパの片刃とされた水平度計測装置によって水平度計測を行う。

更に、片刃とされた面を反対側配置として組み合わせ、上側がテーパの片刃とされたナイフエッジを上側に配設した水平度計測装置によって水平度計測を行う。
更に、前記取付金具にポールを固定し、該ポールに移動ユニットをポール上を移動と回転が可能にして設置し、該移動ユニットの先端部にスタッフ掛を設置し、前記スタッフをスタッフ掛にフリー状態で自重によって常に鉛直方向に静定されるように設けた水平度計測装置によって水平計測を行う。

以下、本発明の一実施形態を図に従って説明する。
まず、本発明の一実施形態の構成について説明する。
図１は横型ポンプシステム全体を示す概略図、図２は横型ポンプ上下部品の合わせ部の水平度を測定する治具、すなわち水平度計測装置を示す図である。

図１において、横型ポンプ１の軸はフランジ２により減速機３と接続され、減速機３はフランジ４で原動機５の出力軸と接続されている。横型ポンプシステム運転時は、原動機５の出力をフランジ４を介して減速機３に伝え、減速された出力をフランジ２を介して横型ポンプ１に伝えてインペラ（図示せず）を回転させ、排水作業を行う。

また、横型ポンプ１の排水機場に露出している部品は、原動機５に近い吸込側と遠い吐出側に大別でき、それぞれ吸込側上部品１ａ、吸込側下部品１ｂ、吐出側上部品１ｃと吐出側下部品１ｄに分かれている。レベル計６は、三脚７上に設置され、横型ポンプ１に設置された計測治具８や、減速機３と原動機５の計測点が全て見える位置に設置されている。

図２において、取付金具１４の下部にはネジの加工が施してあり、押えネジ１５が取り付けてある。この押えネジ１５を下から見て時計方向に回転させることで、吸込側上部品１ａのフランジ部１２の上面と吸込側下部品１ｂのフランジ部１３の下面をはさみこみ、固定する構造となっている。

取付金具１４にはポール１６が固定され、ポール１６には移動ユニット１７がポール１７上を移動と回転が可能なように設置されており、固定つまみ１８によりポール１６に固定できる構造である。さらに移動ユニット１７には、アーム１９が、固定つまみ（図示せず）により固定され、これによってアーム１９はポール１６に対して垂直方向で移動と回転が可能とされる。また、移動ユニット１７は、移動つまみ２０を回転させることでアーム１９を支持する部分が上下する構造となっている。アーム１９先端部にはスタッフ掛２１が設置してあり、スケール状のスタッフ１１の上部に配した孔にスタッフ掛け２１の先端が通してある。この構造により、スタッフ１１はフリーの状態では自重によって常に鉛直方向に静定される。

前ブロック２２には図中左側にナイフエッジ２３、反対側には円柱状の平行軸２４が接続されている。ナイフエッジ２３は下側がテーパの片刃になっており、ナイフエッジ２３上面と平行軸２４の上部が同一平面上に配されている。平行軸２４の図中右端には、後ブロック２６が配され、その上面と前ブロック２２の上面が同一平面上に配されている。また、前ブロック２２は、回転軸２５で回転可能なように移動ブロック２７と接続されている。この状態でフリーにすると、平行軸２４と後ブロック２６のある方が重いので、前ブロック２２は回転軸２５を中心に図中右側が下がる。

移動ブロック２７には雌ネジ加工部（図示せず）と２つの孔（図示せず）が配してある。この２つの孔には下ブロック２８に固定された２つの軸（図示せず）を通してあり、移動ブロック２７は固定ブロック２８に対して上下方向に移動することができる。固定ブロック２８には移動ブロック２７の雌ネジ加工部と組になる雄ネジを持つ上下ネジ２９が回転可能で しかも上下方向に移動しないように配されている。移動ブロック２７の雌ネジ加工部に上下ネジ２９を組み合わせることで、上下ネジ２９を下から見て時計方向に回転させると移動ブロック２７が下降する構造になっている。
移動ブロック２８には磁石３０が配されており、磁性体を材料とする取付金具１４に固定することができる。

次に、本発明の一実施形態の動作について説明する。
計測作業は、「レベル計６の設置」、「計測治具８の設置」、「基準点と装置計測点の計測」の順番で行う。

レベル計６の設置について
図５はレベル計の位置と装置計測点を示す図である。
図５において、基準点をＢ０、横型ポンプ１の計測点をＰ１〜Ｐ１２とする。Ｂ０は横型ポンプ１と離れた位置で地盤沈下しない位置が望ましいので、排水機場外を基準点とする。
レベル計６の設置場所は、基準点Ｂ０とＰ１〜Ｐ６の全ての計測点が見えるＬ１の位置とＰ６〜Ｐ１２の全ての計測点が見えるＬ２の２箇所とする。Ｐ６についてはＬ１およびＬ２の双方から計測点が見えるものとする。これは、直接、間接を問わない。

計測治具８の設置について
最初に、横型ポンプ上下部品の合わせ部と平行軸２４のレベルを同じにする作業を行う。
図３と図４は横型ポンプ上下部品の合わせ部を同定する治具の動作を説明する図、図５はレベル計の位置と計測点を示す図である。
図３に示すごとく吸込側上部品１ａのフランジ部１２の方が吸込側下部品１ｂのフランジ部１３よりも外に出ている場合と同じ場合について図３を用いて説明する。

（１） 最初にナイフエッジ２３の上面がほぼフランジ部１２の下面と同じ位置になるよ
うに磁石３０を用いて下ブロック２８とそれに付属する部品を取付金具１４に固定
する。
（２） 取付金具１４をナイフエッジ２３の先端がフランジ部１３に接触するまで図中左
方向に移動させる。ナイフエッジ２３の先端とフランジ部１３が接触したら、ナイ
フエッジ２３上面とフランジ部１２下面の接触が外れないように少し図中右方向に
戻し、押えネジ１５を下からみて時計方向に回転させ固定する。
（３） 前ブロック２２の上面と後ブロック２６の上面に懸かるように気泡管による水準
器３１を載せる。
（４） 水準器３１の気泡が中央にくるように上下ネジ２９を回転させて調整する。気泡
が中央にくると、フランジ部１２の下面、ナイフエッジ２３の上面と平行軸２４の
上部はレベルが同じ状態になる。

図４に示すごとく吸込側下部品１ｂのフランジ部１３の方が吸込側上部品１ａのフランジ部１２よりも外に出ている場合について図４を用いて説明する。
（１） 最初にナイフエッジ２３の上面にナイフエッジ３３をナイフエッジ２３とテーパ
の方向が逆になるように固定する。
（２） 回転軸２５より図中左側の前ブロック２２上面にウエイト３２を載せる。このと
きのウエイト３２は、前述の水準器３２を載せても、スタッフ１１を平行軸２４に
載せても、前ブロック２２が回転軸２５より図中左側が下がる程度の質量である。
（３） ナイフエッジ３３の図中下面がほぼフランジ部１３の上面と同じ位置になるよう
に磁石３０を用いて下ブロック２８とそれに付属する部品を取付金具１４に固定す
る。
（４） 取付金具１４をナイフエッジ３３の先端がフランジ部１２に接触するまで図中左
方向に移動させる。ナイフエッジ３３の先端とフランジ部１２が接触したら、ナイ
フエッジ３３上面とフランジ部１３上面の接触が外れないように少し図中右方向に
戻し、押えネジ１５を下からみて時計方向に回転させ固定する。
（５） 前ブロック２２の上面と後ブロック２６の上面に懸かるように気泡管による水準
器３１を載せる。
（６） 水準器３１の気泡が中央にくるように上下ネジ２９を回転させて調整する。気泡
が中央にくると、フランジ部１２の下面、ナイフエッジ３３の下面と平行軸２４の
上部はレベルが同じ状態になる。

続いて、平行軸２４上部にスタッフ１１を垂直に設定する作業を行う。
（１） 図２において、ポール１６上での移動ユニット１７の上下移動と回転、そしてア
ーム１９の垂直移動により、スタッフ１１の下部が平行軸２４上部よりも数ｍｍ上
にくるように調整し、つまみ１８で固定する。
（２） スタッフ１１の揺れが収まったら、移動ユニット１７の移動つまみ２０を用いて
、スタッフ１１下面が平行軸２４の上部に接触させると、平行軸２４上部にスタッ
フ１１が垂直に設定される。
以上２つの作業により、横型ポンプ上下部品の合わせ部を下面として、スタッフ１１が鉛直方向に設置された状態となっている。

基準点と装置計測点の計測について
図５において、レベル計６と三脚７をＬ１に設置し、レベル計６が全ての計測点よりも高い位置で、しかもレベル計６に付属する水準計（図示せず）が基準内に納まるように三脚７を調整する。なお、レベル計６には多少の水平の誤差を補正する機能が予め付属している。基準点Ｂ０に２ｍのスタッフ（図示せず）を鉛直になるように設置する。レベル計６を回頭させて２ｍのスタッフの目盛りを読み、データシートに記録する。

次に、Ｐ１に前述の通り計測治具８を設置し、レベル計６を回頭させてスタッフ１１の目盛りを読み、データシートに記録する。同様にＰ２〜Ｐ６まで計測し、データシートに記録する。
次に、レベル計６と三脚７をＬ２に移動し、Ｐ６〜Ｐ１２の全ての計測点よりも高い位置で、しかもレベル計６に付属する水準計（図示せず）が基準内に納まるように三脚７を調整する。前述の通りＰ６〜Ｐ１２まで計測し、データシートに記録する。

表１は本発明の一実施形態になる計測結果の例を記す表である。
表１においてレベル計の読みの欄は、目盛りの読みそのままである。
Ｂ０からの高さは、レベル計６の位置がＬ１であるＰ１〜Ｐ６についてはＢ０を計測した条件と同一であるため、Ｂ０のレベル計の読み１４５１．５から各々のレベル計の読みを引いた値となる。

レベル計６の位置がＬ２であるＰ７〜Ｐ１２についてはＢ０を計測した条件と同一でなく、Ｂ０を直接基準にすることはできなので、Ｌ１とＬ２の両方から計測したＰ６を基準とする。レベル計６の位置がＬ２のときのＰ６のレベル計の読み１４５．５からＰ７〜Ｐ１２の各々の差を算出し、Ｐ６を基準とした高さの欄に記入した。この値に１２９５．６を加えた値がＢ０からの高さとなる。Ｐ１０を例にすると、Ｐ６のレベル計の読みとの差は１．４で、Ｐ６の高さ１２９５．６にその値を加えるとＢ０からの高さ１２９６．４が算出される。Ｐ１〜Ｐ６のＰ６を基準とした高さの欄は、単純にレベル計の読みの数値の差を算出したものである。

以上の構成によれば、上下フランジが固定された状態でフランジ面の水平度を計測する水平度計測方法において、前記上下フランジの水平方向の両側に、それぞれ両側の複数の装置計測点の高さを計測するレベル計の位置を設定し、前記装置計測点の水平度を表示する目盛りを備えたスタッフを垂直方向に設定し、該スタッフを順次移動して両側の複数の装置計測点についてそれぞれ該スタッフの目盛りを計測、記録し、両側の複数の装置計測点の内、１つの装置計測点を共通として前記レベル計によって両側から計測して他方に対するいずれか一方側の計測された目盛りの差を零に調整し、零にするに当って計算された値で以って一方側の全ての計測された目盛りを調整することによって、両側の複数の装置計測点について基準点からの高さを求める水平度計測方法が構成される。

表１のＰ６を基準とした高さと図５を見比べると、横型ポンプ１が吸込側に傾いていることが確認できる。

上記実施例で使用したレベル計とスタッフの組み合わせを電子レベル計とバーコードスタッフとしたり、水平にレーザ光を照射するレーザレベルと受光器としてもよく、その他、ゼオライト、トランジットやトータルステーション等のレベルを計測できる組み合わせであれば上記に限定されない。

また、合わせ面はあるがフランジ部が無い減速器等の計測対象については、ナイフエッジの短小化、磁石を使用した治具の計測対象への直接設置と取付金具の代わりにマグネットスタンドを使用してポールを固定することにより対応が可能である。

横型ポンプシステム全体を示す概略図である。 本発明の一実施形態になる横型ポンプ上下部品の合わせ部を同定する治具を示す図である。 本発明の一実施形態になる横型ポンプ上下部品の合わせ部を同定する治具の動作を説明する図である。 本発明の一実施形態になる横型ポンプ上下部品の合わせ部を同定する治具の動作を説明する図である。 本発明の一実施形態になるレベル計の位置と計測点を示す図である。

符号の説明

１…横型ポンプ、３…減速器、５…原動機、６…レベル計、８…計測治具、１１…スタッフ、２３…ナイフエッジ。

Claims (6)

1. 測定すべき水平面を備えた被計測体をはさみ込む取付金具と、該取付金具に取り付けられ、水平上面を備えたナイフエッジと、該ナイフエッジに一端側で接続され、他端側で平行軸が接続された、水平上面を備えた前ブロックと、該前ブロックの水平上面の水平度を調整する水平度調整部と、前記前ブロックに一端側で回転可能に接続され、該回転に伴って前記ナイフエッジの水平上面と同一平面となる上面を備えた平行軸と、該平行軸の他端側で接続され、前記前ブロックの水平上面と同一平面となる上面を備えた後ブロックと、前記平行軸の水平上面に接するようにして垂直方向に配設され、目盛りが設けられたスタッフとを含んで構成される水平度計測装置。
2. 請求項１において、前記水平度調整部は、前記取付金具に磁力により固定される磁石ブロックと、該磁石ブロックに取り付けられたネジ機構と、前記前ブロックに取り付けられ、前記ネジ機構によって上下移動する移動ブロックとから構成される水平度計測装置。
3. 請求項１において、前記ナイフエッジは、片側でテーパの片刃とされた水平度計測装置。
4. 請求項３において、片刃とされた面を反対側配置として組み合わせ、上側がテーパの片刃とされたナイフエッジを上側に配設した水平度計測装置。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、前記取付金具にポールを固定し、該ポールに移動ユニットをポール上を移動と回転が可能にして設置し、該移動ユニットの先端部にスタッフ掛を設置し、前記スタッフを該スタッフ掛にフリー状態で自重によって常に鉛直方向に静定されるように設けた水平度計測装置。
6. 請求項１から５のいずれかに示す水平度計測装置を使用して水平度を計測することを特徴とする水平度計測方法。

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