立軸ポンプおよび該立軸ポンプに用いられる水中軸受の監視方法
【課題】ポンプケーシングを分解することなく、信頼性の高い水中軸受の摩耗検知を行うことができ、かつ水中軸受の摩耗を正確に監視することができる機構を備えた立軸ポンプを提供する。
【解決手段】立軸ポンプは、羽根車１０と、羽根車１０に連結された回転軸６と、羽根車１０および回転軸６を収容するポンプケーシング２と、回転軸６を回転自在に支持する水中軸受１２と、回転軸６の径方向の変位を測定する変位測定器３０と、変位測定器３０の測定値に基づいて水中軸受の摩耗を監視する監視装置３１とを備える。
【解決手段】立軸ポンプは、羽根車１０と、羽根車１０に連結された回転軸６と、羽根車１０および回転軸６を収容するポンプケーシング２と、回転軸６を回転自在に支持する水中軸受１２と、回転軸６の径方向の変位を測定する変位測定器３０と、変位測定器３０の測定値に基づいて水中軸受の摩耗を監視する監視装置３１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水や排水などの液体を汲み上げる立軸ポンプおよび該立軸ポンプに用いられる水中軸受の監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的な立軸ポンプを示す模式図である。図１に示すように、立軸ポンプは、水槽上部のポンプ据付床５００に設置され、吊下管５０２を介して羽根車５０４を収容するケーシング５０６が吊り下げられる。このような立軸ポンプは、水中軸受５０８が水中に浸漬された状態で運転され、使用時間の経過とともに水中軸受５０８が徐々に摩耗する。このため、立軸ポンプの点検作業を定期的に行って水中軸受５０８の摩耗状況を確認し、必要に応じて水中軸受５０８の補修または交換が行われる。
【０００３】
水中軸受５０８の摩耗は、ポンプの異常振動の原因となり、最終的にポンプ故障（運転不能）に至る原因となる。このため、水中軸受５０８の点検は重要点検項目の１つである。一般に、水中軸受の点検整備間隔は約１０年とされる。したがって、１０年に１回程度、ケーシング５０６を分解して水中軸受５０８を露出させ、すきまゲージなどを用いて水中軸受５０８の摩耗量を測定し、水中軸受５０８の交換を行うべきか否かを判断する。
【０００４】
立軸ポンプの分解方法としては、天井クレーンを用いてポンプを引き上げて行う方法がある。しかしながら、この方法は費用がかかり、点検にかかる時間も長くなってしまう。例えば、天井クレーンを用いて立軸ポンプを引き上げるときにはクレーンオペレータも必要になるなど、引き上げのために相当の作業費用を要する。また、重量物であるポンプの引き上げは危険作業といえる。
【０００５】
また、立軸ポンプの点検整備の後は、立軸ポンプを再び組み立てる必要がある。この組立作業には、駆動源とポンプ回転軸との芯出し、立軸ポンプの試運転という工程が含まれ、かなりの日数を要する。さらに、ポンプ機場によっては、点検時でも、常に必要量の排水をできる状態にしておく必要があり、点検期間中は、仮設ポンプを設置するなどして、排水能力を確保する必要がある。
【０００６】
そこで、以下に示す特許文献１乃至４に開示されているように、ポンプを引き上げずに水中軸受の摩耗を検出する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、水中軸受に隣接してダミー部材を設け、その中に埋設された導線に電流を流し、ダミー部材の摩耗に起因して導線が切れたことを検出することで水中軸受が摩耗したことを検知する方法が開示されている。しかしながら、水中軸受の寿命は一般に１０年以上と長く、またポンプ内部は通常は液体で満たされているため、導線自体が腐食し、断線するおそれがある。
【０００７】
特許文献２，３には、空気流量、圧力、振動値などの間接的な物理量を測定することで軸受の摩耗量を推定する技術が開示されている。しかしながら、これらの技術は、軸受の摩耗量を計算により推測するものであり、正確な軸受交換時期を判断するには信頼性が低い。この点、特許文献１に記載の方法では、水中軸受の摩耗量を定量的に捉え、交換時期を的確に判断することは可能である。しかしながら、水中軸受の摩耗を検出する回数は１度限りであり、何らかの原因で水中軸受の摩耗を誤検知したときは、ポンプを無駄に引き上げてしまうことになる。
【０００８】
特許文献４には、回転軸と導体との接触により導体間が電気的に導通し、これにより導体に隣接する水中軸受の摩耗を検知する方法が開示されている。この方法によれば、水中軸受が摩耗しているときにポンプを運転すると、ポンプ回転軸の振れにより導体間が電気的に導通するので、何度でも水中軸受の摩耗を検知することができる。しかしながら、導体に接続される導線は水中に配置されるため、導線自体の腐食や断線などの欠陥が原因で、水中軸受の摩耗が検知されないおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１６１７９０号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８５７８号公報
【特許文献３】特許３５６７１４０号公報
【特許文献４】特開２００８−７５６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプケーシングを分解することなく、信頼性の高い水中軸受の摩耗検知を行うことができ、かつ水中軸受の摩耗を正確に監視することができる機構を備えた立軸ポンプを提供することを目的とする。また、本発明は、かかる立軸ポンプに使用される水中軸受の監視方法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】
【００１１】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、羽根車と、前記羽根車に連結された回転軸と、前記羽根車および前記回転軸を収容するポンプケーシングと、前記回転軸を回転自在に支持する水中軸受と、前記回転軸の径方向の変位を測定する少なくとも１つの変位測定器と、前記変位測定器の測定値に基づいて前記水中軸受の摩耗を監視する監視装置とを備えたことを特徴とする立軸ポンプである。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記監視装置は、所定の単位時間内に前記測定値が所定のしきい値を超えた回数、または前記測定値が前記しきい値を超えた積算時間が、所定の基準値を上回ったか否かを判定するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記監視装置は、前記回数または積算時間が前記所定の基準値を上回ったときに警報を発するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記しきい値は、摩耗した、または摩耗状態を模した仮軸受を前記水中軸受に代えて前記立軸ポンプに取り付け、前記立軸ポンプを吸込水槽に設置した状態で運転したときに前記変位測定器により測定された前記回転軸の径方向の変位であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記監視装置は、前記水中軸受が摩耗していないときに測定された前記回転軸の径方向の変位を正常値として記憶することを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記監視装置は、前記測定値と該測定値が取得されたときの前記立軸ポンプの運転時間とを記憶し、記憶された複数の前記測定値および運転時間から近似曲線を生成し、前記近似曲線から前記回転軸の径方向の変位が所定のしきい値に達する運転時間を推定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングの外側には、前記回転軸を回転自在に支持する外軸受が配置され、前記回転軸は、前記水中軸受および前記外軸受のみによって支持されており、前記水中軸受は、前記羽根車の下方に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の態様は、羽根車と、前記羽根車に連結された回転軸と、前記羽根車および前記回転軸を収容するポンプケーシングと、前記羽根車の下方に配置される水中軸受と、前記ポンプケーシングの外側に配置される外軸受とを有し、前記回転軸は前記水中軸受および前記外軸受のみによって支持されている立軸ポンプの前記水中軸受の監視方法であって、摩耗した、または摩耗状態を模した仮軸受を前記水中軸受に代えて前記立軸ポンプに取り付け、前記立軸ポンプを吸込水槽に設置した状態で運転したときの前記回転軸の径方向の変位を変位測定器により測定し、測定された前記回転軸の径方向の変位をしきい値として記憶し、前記水中軸受によって支持されているときの前記回転軸の径方向の変位を前記変位測定器により測定し、前記変位測定器の測定値と前記しきい値とを比較することによって前記水中軸受の摩耗を監視することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
回転中の回転軸の径方向の変位は、水中軸受の摩耗に応じて増加する。したがって、水中軸受に支持される回転軸の径方向の変位（すなわち、回転軸の振れ回りの大きさ）を直接測定することにより、水中軸受の摩耗を正確に監視することができる。また、得られた回転軸の変位に基づき、水中軸受の摩耗の傾向や水中軸受の交換時期などを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一般的な立軸ポンプを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る立軸ポンプの全体構成を示す断面図である。
【図３】２つの変位センサの配置を示す模式的平面図である。
【図４】外軸受および水中軸受によって支持されている回転軸の動きを説明する模式図である。
【図５】図５（ａ）は水中軸受が摩耗していない、または摩耗が少ない状態で測定された回転軸の変位を示すグラフであり、図５（ｂ）は水中軸受が許容限度にまで摩耗した状態で測定された回転軸の変位を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、回転軸のＸ方向またはＹ方向の変位のみを時間軸に沿って表した波形グラフである。
【図７】監視装置の発報装置を示す模式図である。
【図８】監視装置の発報動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９（ａ）は、水中軸受が摩耗していないときに取得された、正常状態を表すリサジュー図形を示し、図９（ｂ）は、水中軸受が摩耗しているときに取得された、摩耗状態を表すリサジュー図形を示し、図９（ｃ）は立軸ポンプの排水運転中に取得されたリサジュー図形を示す。
【図１０】水中軸受の好ましい配置位置を示す図である。
【図１１】監視装置に記憶された回転軸の変位と立軸ポンプの運転時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図２は本発明の一実施形態に係る立軸ポンプの全体構成を示す断面図である。
図２に示すように、立軸ポンプは、吸込ベルマウス１ａ及びポンプボウル１ｂを有するインペラケーシング１と、インペラケーシング１を吸込水槽５内に吊り下げる吊下管３と、吊下管３の上端に接続される吐出曲管４と、インペラケーシング１内に収容される羽根車１０と、羽根車１０が固定される回転軸（立軸）６とを備えている。吊下管３は、吸込水槽５の上部のポンプ据付床２２に形成された挿通孔２４を通して下方に延び、吊下管３の上端に設けられた据付用ベース２３を介してポンプ据付床２２に固定される。回転軸６は、吐出曲管４、吊下管３、及びインペラケーシング１内を通って鉛直方向に延びている。ポンプケーシング２は、インペラケーシング１、吊下管３、及び吐出曲管４により構成される。
【００１９】
吸込ベルマウス１ａは下方を向いて開口し、吸込ベルマウス１ａの上端はポンプボウル１ｂの下端に固定されている。羽根車１０は回転軸６の下端に固定されており、羽根車１０と回転軸６とは一体的に回転するようになっている。この羽根車１０の上方（吐出側）には複数のガイドベーン１４が配置されている。これらのガイドベーン１４はポンプボウル１ｂの内周面に固定されている。回転軸６は外軸受１１および水中軸受１２により回転自在に支持されている。水中軸受１２はポンプボウル１ｂ内に収容されており、羽根車１０の上方に位置している。水中軸受１２を支持する支持部材７はボウルブッシュ１３の内面に固定されており、さらに、ボウルブッシュ１３はガイドベーン１４を介してインペラケーシング１に支持されている。外軸受１１はボールベアリングなどの転がり軸受であり、水中軸受１２は、接水部に設けられ、回転軸６に滑り接触する、いわゆる滑り軸受である。符号１９はハンドホールである。
【００２０】
回転軸６は吐出曲管４から上方に突出して、駆動源１８に連結されている。駆動源１８により回転軸６を介して羽根車１０を回転させると、吸込水槽５内の水（取扱液）が吸込ベルマウス１ａから吸い込まれ、ポンプボウル１ｂ、吊下管３、吐出曲管４を通って吐出配管２０に移送される。なお、立軸ポンプの運転時においては、羽根車１０を収容するインペラケーシング１は、液面よりも下に位置している。
【００２１】
外軸受１１は吐出曲管４の外側に配置されている。吐出曲管４の外面には軸受ケーシング２５が固定されており、外軸受１１はこの軸受ケーシング２５内に配置されている。軸受ケーシング２５には切り欠き２５ａが形成されており、この切り欠き２５ａに近接して２つの変位センサ３０，３０が設けられている（図２には１つの変位センサ３０のみを示す）。図３は、２つの変位センサ３０，３０の配置を示す模式的平面図である。図３に示すように、変位センサ３０，３０は、互いに直交するように配置されている。すなわち、変位センサ３０，３０のうちの一方は、回転軸６のＸ方向の変位を測定し、他方は回転軸６のＹ方向の変位を測定する。この変位センサ３０，３０は、非接触型の変位測定器であり、切り欠き２５ａを通して露出している回転軸６の径方向の変位を測定する。変位センサ３０，３０の位置は、外軸受１１の下方であり、ポンプ据付床２２よりも上方である。
【００２２】
変位センサ３０，３０は監視装置３１に接続されており、変位センサ３０，３０の測定値（すなわち回転軸６の径方向の変位）は監視装置３１に送られるようになっている。監視装置３１は、変位センサ３０，３０からの測定値を記憶し、測定値に基づいて水中軸受１２の摩耗量を監視する。図４は、外軸受１１および水中軸受１２によって支持されている回転軸６の動きを説明する模式図である。なお、図４では、２つの変位センサ３０，３０のうちの１つのみを示す。この実施形態では、ポンプケーシング２内には１つの水中軸受１２のみが設けられており、この水中軸受１２と、ポンプケーシング２の外に設けられた外軸受１１とにより回転軸６が支持されている。図４に示すように、水中軸受１２が摩耗すると、その摩耗量に応じて回転軸６が振れ回る。この回転軸６の振れ回りの大きさは、回転軸６の径方向の変位として表すことができる。したがって、回転軸６の径方向の変位は、水中軸受１２の摩耗の程度を直接反映した値である。
【００２３】
監視装置３１は、変位センサ３０，３０の測定値を記憶し、さらに測定値に基づいて回転軸６の変位を表すグラフを作成する。図５（ａ）は水中軸受が摩耗していない、または摩耗が少ない状態で測定された回転軸の変位を示すグラフであり、図５（ｂ）は水中軸受が許容限度にまで摩耗した状態で測定された回転軸の変位を示すグラフである。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すグラフは、横軸を回転軸６のＸ方向の変位とし、縦軸を回転軸６のＹ方向の変位としており、互いに直交するＸ方向およびＹ方向への回転軸６の振動を合成することで得られるリサジュー図形を示す。Ｘ方向およびＹ方向は、回転軸６に垂直な方向である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すリサジュー図形から、水中軸受１２が摩耗していると、回転軸６が大きく変位することが分かる。なお、設置される変位センサは１つでもよく、１つの変位センサ３０によって回転軸６の径方向の変位を測定してもよい。この場合も、同様に監視装置３１によって回転軸６の変位を表すグラフが作成される。図６（ａ）および図６（ｂ）は、１つの変位センサによって測定された回転軸６のＸ方向またはＹ方向の変位のみを時間軸に沿って表した波形グラフである。このように時間軸に沿って表した波形グラフを作成して、水中軸受１２の摩耗状態の進捗を判断してもよい。
【００２４】
図４の模式図から分かるように、変位センサ３０，３０（図４では１つの変位センサ３０のみを示す）は、外軸受１１と水中軸受１２との間に設置する必要がある。ただし、変位センサ３０，３０の動作を保証する観点から、変位センサ３０，３０を水没させないことが好ましい。図２に示すように、本実施形態では、変位センサ３０，３０はポンプケーシング２の外であって、ポンプ据付床２２よりも上方に配置されている。変位センサ３０，３０がポンプ据付床２２の上方に配置されているので、変位センサ３０，３０の点検、較正、修理が容易に行える。変位センサがポンプ据付床２２の下方に配置され、水中に没しているとすると、センサの点検や修理などのために立軸ポンプを引き上げる作業が必要となるが、本実施形態によれば、このような引き上げ作業をなくすことができ、立軸ポンプが運転不能となる状態を回避して、信頼性の高い立軸ポンプとすることができる。
【００２５】
回転軸６の振動の大きさは、水中軸受１２の摩耗量に応じて変化するので、回転軸６の径方向の変位は、水中軸受１２の摩耗量を直接反映した値といえる。したがって、回転軸６の径方向の変位を変位センサ３０，３０により直接測定することにより、水中軸受１２の摩耗を正確に検知し監視することができる。また、本実施形態によれば、立軸ポンプを吸込水槽５から引き上げることなく水中軸受１２の摩耗量を監視することが可能であり、経済的な水中軸受１２の監視システムを構築することができる。なお、回転軸６の変位測定および水中軸受１２の摩耗監視は、立軸ポンプが実際に排水運転を行っているとき、吐出配管２０に設けられた図示しない吐出弁を閉じた締切運転を行っているとき、または排水を伴わないドライ運転を行っているときのいずれの運転パターンで行ってもよい。
【００２６】
図７に示すように、監視装置３１は発報装置３２を備えており、変位センサ３０，３０の測定値（回転軸６の径方向の変位）に基づいて警報を発するように構成されている。変位センサ３０，３０の測定値には所定の共通するしきい値が予め設定されており、所定の単位時間内に測定値がしきい値を超えた回数、または測定値がしきい値を超えた積算時間が、所定の基準値を上回ったときに、発報装置３２から警報（警報音および／または警告表示）が発せられるようになっている。しきい値は、水中軸受１２の摩耗の許容限度に対応した値であり、水中軸受１２の交換時期を示す値である。
【００２７】
図８は、監視装置３１の発報動作を説明するためのフローチャートである。立軸ポンプの運転が開始されると、変位センサ３０，３０により回転軸６の径方向の変位が測定される（ステップ１）。測定値は変位センサ３０，３０から監視装置３１に送られる。監視装置３１は、測定値と所定のしきい値とを比較し、測定値がしきい値より大きいか否かを判定する（ステップ２）。測定値がしきい値以下の場合は、処理フローはステップ１に戻る。一方、測定値がしきい値よりも大きい場合は、カウントを１つ増やすか、または測定値がしきい値を超えた時間を積算する（ステップ３）。監視装置３１は、測定値が単位時間内にしきい値を超えた回数（カウント）または積算時間が所定の基準値を超えたか否かを判定する（ステップ４）。そして、単位時間当たりの回数または積算時間が基準値を上回った場合は、警報を発する（ステップ５）。一方、単位時間当たりの回数または積算時間が基準値以下である場合は、処理フローはステップ１に戻る。
【００２８】
測定値が単位時間内にしきい値を超えた回数がカウントされるので、塵芥などにより瞬間的に回転軸６が大きく変位しても、警報が発せられることはない。したがって、信頼性の高い立軸ポンプとすることができる。また、本実施形態によれば、水中軸受１２が許容限度を超えて摩耗した状態で立軸ポンプが運転されることが防止される。したがって、重大な故障に至る前に水中軸受１２の交換を行うことができ、より信頼性の高い立軸ポンプとなる。
【００２９】
一般に、立軸ポンプは、その揚水量、全揚程、回転軸６の長さ、軸受の位置および個数、立軸ポンプの設置状態によって、振動モードが変化する。このため、上述したしきい値を適正に設定することが難しい。そこで、立軸ポンプを吸込水槽５に実際に据え付けた状態で立軸ポンプを運転し、運転中の回転軸６の変位から上記しきい値を決定することが好ましい。具体的には、摩耗した、または摩耗を模した仮軸受（図示せず）を用意し、吸込水槽５に設置されている立軸ポンプにこの仮軸受を水中軸受１２に代えて取り付け、そして立軸ポンプを運転して回転軸６の径方向の変位を計測する。用意される仮軸受の摩耗量は、立軸ポンプを安全に運転するための摩耗量の許容限度である。したがって、仮軸受に支持されているときに測定された回転軸６の径方向の変位は、水中軸受１２の摩耗量の許容限度に対応した変位であり、水中軸受１２の交換時期を示す値である。なお、計算や解析などにより水中軸受１２の摩耗時の回転軸６の変位を推定する方法もあるが、回転軸６の剛性（たわみ）や水中軸受１２の弾性、外軸受１１のがたつき、立軸ポンプの設置現場での据え付け状態などの種々の影響因子を正確に反映することが難しく、満足なしきい値を得ることは実質的に不可能である。
【００３０】
監視装置３１は、この仮軸受を取り付けたときに取得された測定値を、上述したしきい値として登録し、記憶する。このようにして決定されたしきい値は、立軸ポンプが吸込水槽５に据え付けられた状態を反映した水中軸受１２の摩耗の許容限度ということができる。つまり、決定されたしきい値は、立軸ポンプの揚水量、全揚程、回転軸６の長さ、軸受の位置および個数、立軸ポンプの設置状態によって変化する振動モードを反映した値である。したがって、変位センサ３０，３０によって測定される回転軸６の径方向の変位としきい値とを比較することにより、水中軸受１２の交換時期を正確に決定することができる。
【００３１】
上記仮軸受を用いて取得されたしきい値に加え、摩耗していないときの水中軸受１２に支持されている回転軸６の径方向の変位を変位センサ３０，３０により測定することが好ましい。水中軸受１２が摩耗していない状態で取得された回転軸６の変位は、正常値として上記しきい値とともに監視装置３１に登録され、記憶される。そして立軸ポンプの運転中に取得された変位センサ３０，３０の測定値（実測値）を、正常値およびしきい値の両方と比較することにより、水中軸受１２の摩耗の進行具合を判断することができる。
【００３２】
図９（ａ）は、水中軸受が摩耗していないときに取得された、正常状態を表すリサジュー図形を示し、図９（ｂ）は、水中軸受が摩耗しているときに取得された、摩耗状態を表すリサジュー図形を示し、図９（ｃ）は立軸ポンプの排水運転中に取得されたリサジュー図形を示す。図９（ｃ）において、正常状態を示すリサジュー図形と摩耗状態を示すリサジュー図形とで囲まれた範囲は、水中軸受１２が正常であることを示す範囲である。したがって、リサジュー図形として表された回転軸６の変位の実測値（点線で示す）が、正常状態を示すリサジュー図形と摩耗状態を示すリサジュー図形とで囲まれた範囲内にあるときは、水中軸受１２の摩耗は正常範囲内にあると判断される。
【００３３】
監視装置３１は、変位センサ３０，３０の測定値から図９（ｃ）に示すリサジュー図形を作成し、図示しない表示部に作成したリサジュー図形を表示する。管理者は、表示されたリサジュー図形から水中軸受１２の摩耗具合を判断することができ、また水中軸受１２の交換時期を推測することができる。なお、リサジュー図形に代えて、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、監視装置３１は回転軸６のＸ方向またはＹ方向の変位のみを時間軸に沿って表した波形グラフを作成してもよい。
【００３４】
図１０は水中軸受の好ましい配置位置を示す図である。上述した立軸ポンプでは、水中軸受１２はポンプボウル１ｂ内に収容されているが、図１０に示す例では水中軸受１２はポンプボウル１ｂ内には設けられておらず、羽根車１０の下方に配置されている。すなわち、図１０に示すように、羽根車１０から下方に突出している回転軸６の先端部が水中軸受１２によって支持されている。水中軸受１２は、ベルマウス１ａの内周面に固定された複数の支持部材１５によって支持されており、水中軸受１２はベルマウス１ａの吸込口の近くに配置されている。ポンプケーシング２の内部には、水中軸受１２以外に他の水中軸受は設けられていなく、回転軸６は、外軸受１１と、羽根車１０の下方の水中軸受１２の２つの軸受のみによって支持されている。
【００３５】
この例では水中軸受１２はポンプボウル１ｂの外に配置されており、さらに吸込口に近接して配置されているので、作業員は吸込口から水中軸受１２に容易にアクセスできる。したがって、ポンプケーシング２を引き上げて分解することなく、速やかに水中軸受１２を交換することができる。具体的には、従来一週間程度であった作業時間を２〜３時間程度にまで短縮することができる。さらに、軸受交換時間を短縮することができるので、上述した仮軸受の設置およびしきい値の取得作業を、立軸ポンプ設置時の試運転中に行うことができる。
【００３６】
監視装置３１は、変位センサ３０からの測定値を運転時間に関連して記憶するように構成されている。具体的には、監視装置３１は、変位センサ３０の測定値と、その測定値が取得された運転時間とを記憶する。記憶される変位センサ３０の測定値は、２つの変位センサ３０，３０の測定値の平均、または変位センサ３０，３０のいずれかの測定値とすることができる。さらに監視装置３１は、得られた複数の測定値および対応する運転時間から近似曲線を作成し、その近似曲線から測定値が上述のしきい値に達する時期を推定するように構成されている。図１１は、監視装置３１に記憶された回転軸６の変位と立軸ポンプの運転時間との関係を示すグラフである。図１１のグラフにおいて、縦軸は測定値（すなわち回転軸６の径方向の変位）を表し、横軸は立軸ポンプの運転時間を表している。変位センサ３０の測定値は水中軸受１２の摩耗を反映した値であるので、図１１に示すように、運転時間とともに変位センサ３０の測定値は増加する。
【００３７】
監視装置３１は、複数の測定値とその対応する運転時間とによって特定される複数の座標から近似曲線を生成し、回転軸６の変位がしきい値（水中軸受１２の摩耗の許容限度に相当）に達する運転時間を近似曲線から求める。一般に、立軸ポンプの水中軸受１２は汎用品ではなく、その立軸ポンプ専用に製造されたものであるため、新たな水中軸受を用意するには数ヶ月かかることがある。本実施形態によれば、水中軸受１２の交換時期が予測できるので、事前に新たな水中軸受を製作し、準備しておくことができ、摩耗した水中軸受１２を新たな水中軸受に速やかに交換することができる。なお、本発明は、変位センサが１つのみ設けられる実施形態にも同様に適用されることは言うまでもない。この場合も、監視装置３１は同様の処理フローに従って動作することができる。
【００３８】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【００３９】
１ インペラケーシング
１ａ 吸込ベルマウス
１ｂ ポンプボウル
２ ポンプケーシング
３ 吊下管
４ 吐出曲管
５ 吸込水槽
６ 回転軸
７ 支持部材
１０ 羽根車
１０ａ インペラハブ
１０ｂ インペラ
１１ 外軸受
１２ 水中軸受
１３ ボウルブッシュ
１４ ガイドベーン
１８ 駆動源
１７ 支持部材
１９ ハンドホール
２０ 吐出配管
２２ ポンプ据付床
２３ 据付用ベース
２４ ポンプ挿通孔
３０ 変位センサ
３１ 監視装置
３２ 発報装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水や排水などの液体を汲み上げる立軸ポンプおよび該立軸ポンプに用いられる水中軸受の監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的な立軸ポンプを示す模式図である。図１に示すように、立軸ポンプは、水槽上部のポンプ据付床５００に設置され、吊下管５０２を介して羽根車５０４を収容するケーシング５０６が吊り下げられる。このような立軸ポンプは、水中軸受５０８が水中に浸漬された状態で運転され、使用時間の経過とともに水中軸受５０８が徐々に摩耗する。このため、立軸ポンプの点検作業を定期的に行って水中軸受５０８の摩耗状況を確認し、必要に応じて水中軸受５０８の補修または交換が行われる。
【０００３】
水中軸受５０８の摩耗は、ポンプの異常振動の原因となり、最終的にポンプ故障（運転不能）に至る原因となる。このため、水中軸受５０８の点検は重要点検項目の１つである。一般に、水中軸受の点検整備間隔は約１０年とされる。したがって、１０年に１回程度、ケーシング５０６を分解して水中軸受５０８を露出させ、すきまゲージなどを用いて水中軸受５０８の摩耗量を測定し、水中軸受５０８の交換を行うべきか否かを判断する。
【０００４】
立軸ポンプの分解方法としては、天井クレーンを用いてポンプを引き上げて行う方法がある。しかしながら、この方法は費用がかかり、点検にかかる時間も長くなってしまう。例えば、天井クレーンを用いて立軸ポンプを引き上げるときにはクレーンオペレータも必要になるなど、引き上げのために相当の作業費用を要する。また、重量物であるポンプの引き上げは危険作業といえる。
【０００５】
また、立軸ポンプの点検整備の後は、立軸ポンプを再び組み立てる必要がある。この組立作業には、駆動源とポンプ回転軸との芯出し、立軸ポンプの試運転という工程が含まれ、かなりの日数を要する。さらに、ポンプ機場によっては、点検時でも、常に必要量の排水をできる状態にしておく必要があり、点検期間中は、仮設ポンプを設置するなどして、排水能力を確保する必要がある。
【０００６】
そこで、以下に示す特許文献１乃至４に開示されているように、ポンプを引き上げずに水中軸受の摩耗を検出する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、水中軸受に隣接してダミー部材を設け、その中に埋設された導線に電流を流し、ダミー部材の摩耗に起因して導線が切れたことを検出することで水中軸受が摩耗したことを検知する方法が開示されている。しかしながら、水中軸受の寿命は一般に１０年以上と長く、またポンプ内部は通常は液体で満たされているため、導線自体が腐食し、断線するおそれがある。
【０００７】
特許文献２，３には、空気流量、圧力、振動値などの間接的な物理量を測定することで軸受の摩耗量を推定する技術が開示されている。しかしながら、これらの技術は、軸受の摩耗量を計算により推測するものであり、正確な軸受交換時期を判断するには信頼性が低い。この点、特許文献１に記載の方法では、水中軸受の摩耗量を定量的に捉え、交換時期を的確に判断することは可能である。しかしながら、水中軸受の摩耗を検出する回数は１度限りであり、何らかの原因で水中軸受の摩耗を誤検知したときは、ポンプを無駄に引き上げてしまうことになる。
【０００８】
特許文献４には、回転軸と導体との接触により導体間が電気的に導通し、これにより導体に隣接する水中軸受の摩耗を検知する方法が開示されている。この方法によれば、水中軸受が摩耗しているときにポンプを運転すると、ポンプ回転軸の振れにより導体間が電気的に導通するので、何度でも水中軸受の摩耗を検知することができる。しかしながら、導体に接続される導線は水中に配置されるため、導線自体の腐食や断線などの欠陥が原因で、水中軸受の摩耗が検知されないおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１６１７９０号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８５７８号公報
【特許文献３】特許３５６７１４０号公報
【特許文献４】特開２００８−７５６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプケーシングを分解することなく、信頼性の高い水中軸受の摩耗検知を行うことができ、かつ水中軸受の摩耗を正確に監視することができる機構を備えた立軸ポンプを提供することを目的とする。また、本発明は、かかる立軸ポンプに使用される水中軸受の監視方法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】
【００１１】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、羽根車と、前記羽根車に連結された回転軸と、前記羽根車および前記回転軸を収容するポンプケーシングと、前記回転軸を回転自在に支持する水中軸受と、前記回転軸の径方向の変位を測定する少なくとも１つの変位測定器と、前記変位測定器の測定値に基づいて前記水中軸受の摩耗を監視する監視装置とを備えたことを特徴とする立軸ポンプである。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記監視装置は、所定の単位時間内に前記測定値が所定のしきい値を超えた回数、または前記測定値が前記しきい値を超えた積算時間が、所定の基準値を上回ったか否かを判定するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記監視装置は、前記回数または積算時間が前記所定の基準値を上回ったときに警報を発するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記しきい値は、摩耗した、または摩耗状態を模した仮軸受を前記水中軸受に代えて前記立軸ポンプに取り付け、前記立軸ポンプを吸込水槽に設置した状態で運転したときに前記変位測定器により測定された前記回転軸の径方向の変位であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記監視装置は、前記水中軸受が摩耗していないときに測定された前記回転軸の径方向の変位を正常値として記憶することを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記監視装置は、前記測定値と該測定値が取得されたときの前記立軸ポンプの運転時間とを記憶し、記憶された複数の前記測定値および運転時間から近似曲線を生成し、前記近似曲線から前記回転軸の径方向の変位が所定のしきい値に達する運転時間を推定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポンプケーシングの外側には、前記回転軸を回転自在に支持する外軸受が配置され、前記回転軸は、前記水中軸受および前記外軸受のみによって支持されており、前記水中軸受は、前記羽根車の下方に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の態様は、羽根車と、前記羽根車に連結された回転軸と、前記羽根車および前記回転軸を収容するポンプケーシングと、前記羽根車の下方に配置される水中軸受と、前記ポンプケーシングの外側に配置される外軸受とを有し、前記回転軸は前記水中軸受および前記外軸受のみによって支持されている立軸ポンプの前記水中軸受の監視方法であって、摩耗した、または摩耗状態を模した仮軸受を前記水中軸受に代えて前記立軸ポンプに取り付け、前記立軸ポンプを吸込水槽に設置した状態で運転したときの前記回転軸の径方向の変位を変位測定器により測定し、測定された前記回転軸の径方向の変位をしきい値として記憶し、前記水中軸受によって支持されているときの前記回転軸の径方向の変位を前記変位測定器により測定し、前記変位測定器の測定値と前記しきい値とを比較することによって前記水中軸受の摩耗を監視することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
回転中の回転軸の径方向の変位は、水中軸受の摩耗に応じて増加する。したがって、水中軸受に支持される回転軸の径方向の変位（すなわち、回転軸の振れ回りの大きさ）を直接測定することにより、水中軸受の摩耗を正確に監視することができる。また、得られた回転軸の変位に基づき、水中軸受の摩耗の傾向や水中軸受の交換時期などを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一般的な立軸ポンプを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る立軸ポンプの全体構成を示す断面図である。
【図３】２つの変位センサの配置を示す模式的平面図である。
【図４】外軸受および水中軸受によって支持されている回転軸の動きを説明する模式図である。
【図５】図５（ａ）は水中軸受が摩耗していない、または摩耗が少ない状態で測定された回転軸の変位を示すグラフであり、図５（ｂ）は水中軸受が許容限度にまで摩耗した状態で測定された回転軸の変位を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、回転軸のＸ方向またはＹ方向の変位のみを時間軸に沿って表した波形グラフである。
【図７】監視装置の発報装置を示す模式図である。
【図８】監視装置の発報動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９（ａ）は、水中軸受が摩耗していないときに取得された、正常状態を表すリサジュー図形を示し、図９（ｂ）は、水中軸受が摩耗しているときに取得された、摩耗状態を表すリサジュー図形を示し、図９（ｃ）は立軸ポンプの排水運転中に取得されたリサジュー図形を示す。
【図１０】水中軸受の好ましい配置位置を示す図である。
【図１１】監視装置に記憶された回転軸の変位と立軸ポンプの運転時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図２は本発明の一実施形態に係る立軸ポンプの全体構成を示す断面図である。
図２に示すように、立軸ポンプは、吸込ベルマウス１ａ及びポンプボウル１ｂを有するインペラケーシング１と、インペラケーシング１を吸込水槽５内に吊り下げる吊下管３と、吊下管３の上端に接続される吐出曲管４と、インペラケーシング１内に収容される羽根車１０と、羽根車１０が固定される回転軸（立軸）６とを備えている。吊下管３は、吸込水槽５の上部のポンプ据付床２２に形成された挿通孔２４を通して下方に延び、吊下管３の上端に設けられた据付用ベース２３を介してポンプ据付床２２に固定される。回転軸６は、吐出曲管４、吊下管３、及びインペラケーシング１内を通って鉛直方向に延びている。ポンプケーシング２は、インペラケーシング１、吊下管３、及び吐出曲管４により構成される。
【００１９】
吸込ベルマウス１ａは下方を向いて開口し、吸込ベルマウス１ａの上端はポンプボウル１ｂの下端に固定されている。羽根車１０は回転軸６の下端に固定されており、羽根車１０と回転軸６とは一体的に回転するようになっている。この羽根車１０の上方（吐出側）には複数のガイドベーン１４が配置されている。これらのガイドベーン１４はポンプボウル１ｂの内周面に固定されている。回転軸６は外軸受１１および水中軸受１２により回転自在に支持されている。水中軸受１２はポンプボウル１ｂ内に収容されており、羽根車１０の上方に位置している。水中軸受１２を支持する支持部材７はボウルブッシュ１３の内面に固定されており、さらに、ボウルブッシュ１３はガイドベーン１４を介してインペラケーシング１に支持されている。外軸受１１はボールベアリングなどの転がり軸受であり、水中軸受１２は、接水部に設けられ、回転軸６に滑り接触する、いわゆる滑り軸受である。符号１９はハンドホールである。
【００２０】
回転軸６は吐出曲管４から上方に突出して、駆動源１８に連結されている。駆動源１８により回転軸６を介して羽根車１０を回転させると、吸込水槽５内の水（取扱液）が吸込ベルマウス１ａから吸い込まれ、ポンプボウル１ｂ、吊下管３、吐出曲管４を通って吐出配管２０に移送される。なお、立軸ポンプの運転時においては、羽根車１０を収容するインペラケーシング１は、液面よりも下に位置している。
【００２１】
外軸受１１は吐出曲管４の外側に配置されている。吐出曲管４の外面には軸受ケーシング２５が固定されており、外軸受１１はこの軸受ケーシング２５内に配置されている。軸受ケーシング２５には切り欠き２５ａが形成されており、この切り欠き２５ａに近接して２つの変位センサ３０，３０が設けられている（図２には１つの変位センサ３０のみを示す）。図３は、２つの変位センサ３０，３０の配置を示す模式的平面図である。図３に示すように、変位センサ３０，３０は、互いに直交するように配置されている。すなわち、変位センサ３０，３０のうちの一方は、回転軸６のＸ方向の変位を測定し、他方は回転軸６のＹ方向の変位を測定する。この変位センサ３０，３０は、非接触型の変位測定器であり、切り欠き２５ａを通して露出している回転軸６の径方向の変位を測定する。変位センサ３０，３０の位置は、外軸受１１の下方であり、ポンプ据付床２２よりも上方である。
【００２２】
変位センサ３０，３０は監視装置３１に接続されており、変位センサ３０，３０の測定値（すなわち回転軸６の径方向の変位）は監視装置３１に送られるようになっている。監視装置３１は、変位センサ３０，３０からの測定値を記憶し、測定値に基づいて水中軸受１２の摩耗量を監視する。図４は、外軸受１１および水中軸受１２によって支持されている回転軸６の動きを説明する模式図である。なお、図４では、２つの変位センサ３０，３０のうちの１つのみを示す。この実施形態では、ポンプケーシング２内には１つの水中軸受１２のみが設けられており、この水中軸受１２と、ポンプケーシング２の外に設けられた外軸受１１とにより回転軸６が支持されている。図４に示すように、水中軸受１２が摩耗すると、その摩耗量に応じて回転軸６が振れ回る。この回転軸６の振れ回りの大きさは、回転軸６の径方向の変位として表すことができる。したがって、回転軸６の径方向の変位は、水中軸受１２の摩耗の程度を直接反映した値である。
【００２３】
監視装置３１は、変位センサ３０，３０の測定値を記憶し、さらに測定値に基づいて回転軸６の変位を表すグラフを作成する。図５（ａ）は水中軸受が摩耗していない、または摩耗が少ない状態で測定された回転軸の変位を示すグラフであり、図５（ｂ）は水中軸受が許容限度にまで摩耗した状態で測定された回転軸の変位を示すグラフである。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すグラフは、横軸を回転軸６のＸ方向の変位とし、縦軸を回転軸６のＹ方向の変位としており、互いに直交するＸ方向およびＹ方向への回転軸６の振動を合成することで得られるリサジュー図形を示す。Ｘ方向およびＹ方向は、回転軸６に垂直な方向である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すリサジュー図形から、水中軸受１２が摩耗していると、回転軸６が大きく変位することが分かる。なお、設置される変位センサは１つでもよく、１つの変位センサ３０によって回転軸６の径方向の変位を測定してもよい。この場合も、同様に監視装置３１によって回転軸６の変位を表すグラフが作成される。図６（ａ）および図６（ｂ）は、１つの変位センサによって測定された回転軸６のＸ方向またはＹ方向の変位のみを時間軸に沿って表した波形グラフである。このように時間軸に沿って表した波形グラフを作成して、水中軸受１２の摩耗状態の進捗を判断してもよい。
【００２４】
図４の模式図から分かるように、変位センサ３０，３０（図４では１つの変位センサ３０のみを示す）は、外軸受１１と水中軸受１２との間に設置する必要がある。ただし、変位センサ３０，３０の動作を保証する観点から、変位センサ３０，３０を水没させないことが好ましい。図２に示すように、本実施形態では、変位センサ３０，３０はポンプケーシング２の外であって、ポンプ据付床２２よりも上方に配置されている。変位センサ３０，３０がポンプ据付床２２の上方に配置されているので、変位センサ３０，３０の点検、較正、修理が容易に行える。変位センサがポンプ据付床２２の下方に配置され、水中に没しているとすると、センサの点検や修理などのために立軸ポンプを引き上げる作業が必要となるが、本実施形態によれば、このような引き上げ作業をなくすことができ、立軸ポンプが運転不能となる状態を回避して、信頼性の高い立軸ポンプとすることができる。
【００２５】
回転軸６の振動の大きさは、水中軸受１２の摩耗量に応じて変化するので、回転軸６の径方向の変位は、水中軸受１２の摩耗量を直接反映した値といえる。したがって、回転軸６の径方向の変位を変位センサ３０，３０により直接測定することにより、水中軸受１２の摩耗を正確に検知し監視することができる。また、本実施形態によれば、立軸ポンプを吸込水槽５から引き上げることなく水中軸受１２の摩耗量を監視することが可能であり、経済的な水中軸受１２の監視システムを構築することができる。なお、回転軸６の変位測定および水中軸受１２の摩耗監視は、立軸ポンプが実際に排水運転を行っているとき、吐出配管２０に設けられた図示しない吐出弁を閉じた締切運転を行っているとき、または排水を伴わないドライ運転を行っているときのいずれの運転パターンで行ってもよい。
【００２６】
図７に示すように、監視装置３１は発報装置３２を備えており、変位センサ３０，３０の測定値（回転軸６の径方向の変位）に基づいて警報を発するように構成されている。変位センサ３０，３０の測定値には所定の共通するしきい値が予め設定されており、所定の単位時間内に測定値がしきい値を超えた回数、または測定値がしきい値を超えた積算時間が、所定の基準値を上回ったときに、発報装置３２から警報（警報音および／または警告表示）が発せられるようになっている。しきい値は、水中軸受１２の摩耗の許容限度に対応した値であり、水中軸受１２の交換時期を示す値である。
【００２７】
図８は、監視装置３１の発報動作を説明するためのフローチャートである。立軸ポンプの運転が開始されると、変位センサ３０，３０により回転軸６の径方向の変位が測定される（ステップ１）。測定値は変位センサ３０，３０から監視装置３１に送られる。監視装置３１は、測定値と所定のしきい値とを比較し、測定値がしきい値より大きいか否かを判定する（ステップ２）。測定値がしきい値以下の場合は、処理フローはステップ１に戻る。一方、測定値がしきい値よりも大きい場合は、カウントを１つ増やすか、または測定値がしきい値を超えた時間を積算する（ステップ３）。監視装置３１は、測定値が単位時間内にしきい値を超えた回数（カウント）または積算時間が所定の基準値を超えたか否かを判定する（ステップ４）。そして、単位時間当たりの回数または積算時間が基準値を上回った場合は、警報を発する（ステップ５）。一方、単位時間当たりの回数または積算時間が基準値以下である場合は、処理フローはステップ１に戻る。
【００２８】
測定値が単位時間内にしきい値を超えた回数がカウントされるので、塵芥などにより瞬間的に回転軸６が大きく変位しても、警報が発せられることはない。したがって、信頼性の高い立軸ポンプとすることができる。また、本実施形態によれば、水中軸受１２が許容限度を超えて摩耗した状態で立軸ポンプが運転されることが防止される。したがって、重大な故障に至る前に水中軸受１２の交換を行うことができ、より信頼性の高い立軸ポンプとなる。
【００２９】
一般に、立軸ポンプは、その揚水量、全揚程、回転軸６の長さ、軸受の位置および個数、立軸ポンプの設置状態によって、振動モードが変化する。このため、上述したしきい値を適正に設定することが難しい。そこで、立軸ポンプを吸込水槽５に実際に据え付けた状態で立軸ポンプを運転し、運転中の回転軸６の変位から上記しきい値を決定することが好ましい。具体的には、摩耗した、または摩耗を模した仮軸受（図示せず）を用意し、吸込水槽５に設置されている立軸ポンプにこの仮軸受を水中軸受１２に代えて取り付け、そして立軸ポンプを運転して回転軸６の径方向の変位を計測する。用意される仮軸受の摩耗量は、立軸ポンプを安全に運転するための摩耗量の許容限度である。したがって、仮軸受に支持されているときに測定された回転軸６の径方向の変位は、水中軸受１２の摩耗量の許容限度に対応した変位であり、水中軸受１２の交換時期を示す値である。なお、計算や解析などにより水中軸受１２の摩耗時の回転軸６の変位を推定する方法もあるが、回転軸６の剛性（たわみ）や水中軸受１２の弾性、外軸受１１のがたつき、立軸ポンプの設置現場での据え付け状態などの種々の影響因子を正確に反映することが難しく、満足なしきい値を得ることは実質的に不可能である。
【００３０】
監視装置３１は、この仮軸受を取り付けたときに取得された測定値を、上述したしきい値として登録し、記憶する。このようにして決定されたしきい値は、立軸ポンプが吸込水槽５に据え付けられた状態を反映した水中軸受１２の摩耗の許容限度ということができる。つまり、決定されたしきい値は、立軸ポンプの揚水量、全揚程、回転軸６の長さ、軸受の位置および個数、立軸ポンプの設置状態によって変化する振動モードを反映した値である。したがって、変位センサ３０，３０によって測定される回転軸６の径方向の変位としきい値とを比較することにより、水中軸受１２の交換時期を正確に決定することができる。
【００３１】
上記仮軸受を用いて取得されたしきい値に加え、摩耗していないときの水中軸受１２に支持されている回転軸６の径方向の変位を変位センサ３０，３０により測定することが好ましい。水中軸受１２が摩耗していない状態で取得された回転軸６の変位は、正常値として上記しきい値とともに監視装置３１に登録され、記憶される。そして立軸ポンプの運転中に取得された変位センサ３０，３０の測定値（実測値）を、正常値およびしきい値の両方と比較することにより、水中軸受１２の摩耗の進行具合を判断することができる。
【００３２】
図９（ａ）は、水中軸受が摩耗していないときに取得された、正常状態を表すリサジュー図形を示し、図９（ｂ）は、水中軸受が摩耗しているときに取得された、摩耗状態を表すリサジュー図形を示し、図９（ｃ）は立軸ポンプの排水運転中に取得されたリサジュー図形を示す。図９（ｃ）において、正常状態を示すリサジュー図形と摩耗状態を示すリサジュー図形とで囲まれた範囲は、水中軸受１２が正常であることを示す範囲である。したがって、リサジュー図形として表された回転軸６の変位の実測値（点線で示す）が、正常状態を示すリサジュー図形と摩耗状態を示すリサジュー図形とで囲まれた範囲内にあるときは、水中軸受１２の摩耗は正常範囲内にあると判断される。
【００３３】
監視装置３１は、変位センサ３０，３０の測定値から図９（ｃ）に示すリサジュー図形を作成し、図示しない表示部に作成したリサジュー図形を表示する。管理者は、表示されたリサジュー図形から水中軸受１２の摩耗具合を判断することができ、また水中軸受１２の交換時期を推測することができる。なお、リサジュー図形に代えて、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、監視装置３１は回転軸６のＸ方向またはＹ方向の変位のみを時間軸に沿って表した波形グラフを作成してもよい。
【００３４】
図１０は水中軸受の好ましい配置位置を示す図である。上述した立軸ポンプでは、水中軸受１２はポンプボウル１ｂ内に収容されているが、図１０に示す例では水中軸受１２はポンプボウル１ｂ内には設けられておらず、羽根車１０の下方に配置されている。すなわち、図１０に示すように、羽根車１０から下方に突出している回転軸６の先端部が水中軸受１２によって支持されている。水中軸受１２は、ベルマウス１ａの内周面に固定された複数の支持部材１５によって支持されており、水中軸受１２はベルマウス１ａの吸込口の近くに配置されている。ポンプケーシング２の内部には、水中軸受１２以外に他の水中軸受は設けられていなく、回転軸６は、外軸受１１と、羽根車１０の下方の水中軸受１２の２つの軸受のみによって支持されている。
【００３５】
この例では水中軸受１２はポンプボウル１ｂの外に配置されており、さらに吸込口に近接して配置されているので、作業員は吸込口から水中軸受１２に容易にアクセスできる。したがって、ポンプケーシング２を引き上げて分解することなく、速やかに水中軸受１２を交換することができる。具体的には、従来一週間程度であった作業時間を２〜３時間程度にまで短縮することができる。さらに、軸受交換時間を短縮することができるので、上述した仮軸受の設置およびしきい値の取得作業を、立軸ポンプ設置時の試運転中に行うことができる。
【００３６】
監視装置３１は、変位センサ３０からの測定値を運転時間に関連して記憶するように構成されている。具体的には、監視装置３１は、変位センサ３０の測定値と、その測定値が取得された運転時間とを記憶する。記憶される変位センサ３０の測定値は、２つの変位センサ３０，３０の測定値の平均、または変位センサ３０，３０のいずれかの測定値とすることができる。さらに監視装置３１は、得られた複数の測定値および対応する運転時間から近似曲線を作成し、その近似曲線から測定値が上述のしきい値に達する時期を推定するように構成されている。図１１は、監視装置３１に記憶された回転軸６の変位と立軸ポンプの運転時間との関係を示すグラフである。図１１のグラフにおいて、縦軸は測定値（すなわち回転軸６の径方向の変位）を表し、横軸は立軸ポンプの運転時間を表している。変位センサ３０の測定値は水中軸受１２の摩耗を反映した値であるので、図１１に示すように、運転時間とともに変位センサ３０の測定値は増加する。
【００３７】
監視装置３１は、複数の測定値とその対応する運転時間とによって特定される複数の座標から近似曲線を生成し、回転軸６の変位がしきい値（水中軸受１２の摩耗の許容限度に相当）に達する運転時間を近似曲線から求める。一般に、立軸ポンプの水中軸受１２は汎用品ではなく、その立軸ポンプ専用に製造されたものであるため、新たな水中軸受を用意するには数ヶ月かかることがある。本実施形態によれば、水中軸受１２の交換時期が予測できるので、事前に新たな水中軸受を製作し、準備しておくことができ、摩耗した水中軸受１２を新たな水中軸受に速やかに交換することができる。なお、本発明は、変位センサが１つのみ設けられる実施形態にも同様に適用されることは言うまでもない。この場合も、監視装置３１は同様の処理フローに従って動作することができる。
【００３８】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【００３９】
１ インペラケーシング
１ａ 吸込ベルマウス
１ｂ ポンプボウル
２ ポンプケーシング
３ 吊下管
４ 吐出曲管
５ 吸込水槽
６ 回転軸
７ 支持部材
１０ 羽根車
１０ａ インペラハブ
１０ｂ インペラ
１１ 外軸受
１２ 水中軸受
１３ ボウルブッシュ
１４ ガイドベーン
１８ 駆動源
１７ 支持部材
１９ ハンドホール
２０ 吐出配管
２２ ポンプ据付床
２３ 据付用ベース
２４ ポンプ挿通孔
３０ 変位センサ
３１ 監視装置
３２ 発報装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車と、
前記羽根車に連結された回転軸と、
前記羽根車および前記回転軸を収容するポンプケーシングと、
前記回転軸を回転自在に支持する水中軸受と、
前記回転軸の径方向の変位を測定する少なくとも１つの変位測定器と、
前記変位測定器の測定値に基づいて前記水中軸受の摩耗を監視する監視装置とを備えたことを特徴とする立軸ポンプ。
【請求項２】
前記監視装置は、所定の単位時間内に前記測定値が所定のしきい値を超えた回数、または前記測定値が前記しきい値を超えた積算時間が、所定の基準値を上回ったか否かを判定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。
【請求項３】
前記監視装置は、前記回数または積算時間が前記所定の基準値を上回ったときに警報を発するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記しきい値は、摩耗した、または摩耗状態を模した仮軸受を前記水中軸受に代えて前記立軸ポンプに取り付け、前記立軸ポンプを吸込水槽に設置した状態で運転したときに前記変位測定器により測定された前記回転軸の径方向の変位であることを特徴とする請求項２または３に記載の立軸ポンプ。
【請求項５】
前記監視装置は、前記水中軸受が摩耗していないときに測定された前記回転軸の径方向の変位を正常値として記憶することを特徴とする請求項４に記載の立軸ポンプ。
【請求項６】
前記監視装置は、前記測定値と該測定値が取得されたときの前記立軸ポンプの運転時間とを記憶し、記憶された複数の前記測定値および運転時間から近似曲線を生成し、前記近似曲線から前記回転軸の径方向の変位が所定のしきい値に達する運転時間を推定することを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。
【請求項７】
前記ポンプケーシングの外側には、前記回転軸を回転自在に支持する外軸受が配置され、
前記回転軸は、前記水中軸受および前記外軸受のみによって支持されており、
前記水中軸受は、前記羽根車の下方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項８】
羽根車と、
前記羽根車に連結された回転軸と、
前記羽根車および前記回転軸を収容するポンプケーシングと、
前記羽根車の下方に配置される水中軸受と、
前記ポンプケーシングの外側に配置される外軸受とを有し、
前記回転軸は前記水中軸受および前記外軸受のみによって支持されている立軸ポンプの前記水中軸受の監視方法であって、
摩耗した、または摩耗状態を模した仮軸受を前記水中軸受に代えて前記立軸ポンプに取り付け、前記立軸ポンプを吸込水槽に設置した状態で運転したときの前記回転軸の径方向の変位を変位測定器により測定し、
測定された前記回転軸の径方向の変位をしきい値として記憶し、
前記水中軸受によって支持されているときの前記回転軸の径方向の変位を前記変位測定器により測定し、
前記変位測定器の測定値と前記しきい値とを比較することによって前記水中軸受の摩耗を監視することを特徴とする水中軸受の監視方法。
【請求項１】
羽根車と、
前記羽根車に連結された回転軸と、
前記羽根車および前記回転軸を収容するポンプケーシングと、
前記回転軸を回転自在に支持する水中軸受と、
前記回転軸の径方向の変位を測定する少なくとも１つの変位測定器と、
前記変位測定器の測定値に基づいて前記水中軸受の摩耗を監視する監視装置とを備えたことを特徴とする立軸ポンプ。
【請求項２】
前記監視装置は、所定の単位時間内に前記測定値が所定のしきい値を超えた回数、または前記測定値が前記しきい値を超えた積算時間が、所定の基準値を上回ったか否かを判定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。
【請求項３】
前記監視装置は、前記回数または積算時間が前記所定の基準値を上回ったときに警報を発するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の立軸ポンプ。
【請求項４】
前記しきい値は、摩耗した、または摩耗状態を模した仮軸受を前記水中軸受に代えて前記立軸ポンプに取り付け、前記立軸ポンプを吸込水槽に設置した状態で運転したときに前記変位測定器により測定された前記回転軸の径方向の変位であることを特徴とする請求項２または３に記載の立軸ポンプ。
【請求項５】
前記監視装置は、前記水中軸受が摩耗していないときに測定された前記回転軸の径方向の変位を正常値として記憶することを特徴とする請求項４に記載の立軸ポンプ。
【請求項６】
前記監視装置は、前記測定値と該測定値が取得されたときの前記立軸ポンプの運転時間とを記憶し、記憶された複数の前記測定値および運転時間から近似曲線を生成し、前記近似曲線から前記回転軸の径方向の変位が所定のしきい値に達する運転時間を推定することを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。
【請求項７】
前記ポンプケーシングの外側には、前記回転軸を回転自在に支持する外軸受が配置され、
前記回転軸は、前記水中軸受および前記外軸受のみによって支持されており、
前記水中軸受は、前記羽根車の下方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
【請求項８】
羽根車と、
前記羽根車に連結された回転軸と、
前記羽根車および前記回転軸を収容するポンプケーシングと、
前記羽根車の下方に配置される水中軸受と、
前記ポンプケーシングの外側に配置される外軸受とを有し、
前記回転軸は前記水中軸受および前記外軸受のみによって支持されている立軸ポンプの前記水中軸受の監視方法であって、
摩耗した、または摩耗状態を模した仮軸受を前記水中軸受に代えて前記立軸ポンプに取り付け、前記立軸ポンプを吸込水槽に設置した状態で運転したときの前記回転軸の径方向の変位を変位測定器により測定し、
測定された前記回転軸の径方向の変位をしきい値として記憶し、
前記水中軸受によって支持されているときの前記回転軸の径方向の変位を前記変位測定器により測定し、
前記変位測定器の測定値と前記しきい値とを比較することによって前記水中軸受の摩耗を監視することを特徴とする水中軸受の監視方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−５８４４７（Ｐ２０１１−５８４４７Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１０２３３（Ｐ２００９−２１０２３３）
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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