JP2016188637A - ポンプ装置、及び、ポンプ装置の監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運転状態を管理するための情報をポンプの形状にかかわらずに得ることができるポンプ装置、及び、ポンプ装置の監視方法を提供する。
【解決手段】ポンプ装置は、配管に接続されて流体を圧送するポンプ装置である。ポンプ装置は、主軸と、主軸に取り付けられた羽根車と、主軸を軸支する軸受と、を備える。また、ポンプ装置は、ケーシングを形成する第１部材および第２部材と、センサユニットと、を備える。第１部材および第２部材は、ボルトにより互いに締結されて、主軸、羽根車、または、軸受のうち少なくとも１つを収容するケーシングを形成する。センサユニットは、振動を検出するセンサを有し、ボルトの頭部に取り付けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプ装置、及び、ポンプ装置の監視方法に関する。

ポンプ装置の点検・管理項目の一つとして、ポンプ装置の振動計測が挙げられる。ポンプの振動は、回転軸を支持する軸受の摩耗等が原因とされる。軸受の摩耗が進行すると、ポンプ装置の振動が大きくなる。したがって、ポンプの振動傾向を管理することにより、ポンプ装置の状態を把握することができる。

国際公開第２００９／０４６００５号 米国特許第８１５４４１７号明細書

ポンプ装置では、例えば吸込水域の水位が変化した場合にも運転状態が変化する。このため、振動計測だけでは、ポンプ装置を十分に管理できない場合がある。また、短時間における計測だけではポンプ装置を十分に管理できないおそれがある。このため、ポンプ装置には、計測部が常設されることが好ましい。しかし、ポンプ装置は、用途および設置される場所等によって形状が異なる。こうした形状が異なるポンプ装置ごとに計測部を新たに設計すると、コストが大きくなってしまう。

本発明は上記課題の少なくとも一部に鑑みてなされたものであり、運転状態を管理するための情報をポンプの形状にかかわらずに得ることができるポンプ装置、及び、ポンプ装置の監視方法を提供することを目的とする。

本発明のポンプ装置は、配管に接続されて流体を圧送するポンプ装置である。ポンプ装置は、主軸と、主軸に取り付けられた羽根車と、主軸を軸支する軸受と、を備える。また、ポンプ装置は、ケーシングを形成する第１部材および第２部材と、センサユニットと、を備える。第１部材および第２部材は、ボルトにより互いに締結されて、主軸、羽根車、または、軸受のうち少なくとも１つを収容するケーシングを形成する。センサユニットは、振動を検出するセンサを有し、ボルトの頭部に取り付けられる。
かかるポンプ装置によれば、第１ケーシング及び第２ケーシングを締結するボルトにセンサユニットが取り付けられる。そして、センサにより、ボルトの頭部の振動が検出される。これにより、ポンプの形状にかかわらず、振動を検出することができる。また、ボルトは、ケーシングに一体に固定され、その頭頂部は平坦である。このため、ボルトの頭部にセンサユニットが取り付けられてセンサにより振動を検出することによって、ポンプ装置の運転状態を管理するための適正な情報が得られる。

また、第１部材及び第２部材は、軸受を収容するケーシングを形成するものでもよい。
こうすれば、軸受の近くで振動を検出することができ、運転状態を管理するための更に適正な情報を得ることができる。

また、センサにより検出された振動を記憶する記憶部と、記憶部に記憶された振動を外部に発信する発信部と、記憶部および発信部を収容するボックスと、配管に取り付けられ
てボックスを支持するボックス支持体と、を更に備えてもよい。
こうすれば、記憶部と発信部とをボックス内に一体に収容することができ、小型化を図ることができる。また、配管の形状はポンプごとに大きく変化しない。このため、ボックス支持体を介して配管にボックスを取り付けることにより、ポンプの形状によらず、記憶部と発信部とを設置することができる。

また、ボックス支持体は、配管の形状に合わせて変形可能な可撓性部を有してもよい。
こうすれば、配管の形状に合わせて、ボックスをより確実に取り付けることができる。

また、ボックス支持体は、ポンプ装置が接続される配管の外周を覆ってボックスを固定するバンドを有してもよい。
こうすれば、ボックスをより確実に配管に取り付けることができる。

また、センサにより検出された振動に基づいてポンプ装置に異常が生じているか否かを判断する判断部を更に備えてもよい。
こうすれば、判断部による判断に応じてポンプ装置を運転することができる。

また、センサは、温度を更に検出してもよい。
こうすれば、ポンプ装置の運転状態を管理するための更に適正な情報が得られる。

本発明のポンプ装置の監視方法は、主軸と、主軸に取り付けられた羽根車と、主軸を軸支する軸受と、ケーシングを形成する第１部材および第２部材と、を備えるポンプ装置を監視する方法である。第１部材および第２部材は、ボルトにより互いに締結されて、主軸、羽根車、または、軸受のうち少なくとも１つを収容するケーシングを形成する。そして、この監視方法では、振動を検出するセンサをボルトの頭部に取り付ける。また、監視方法では、センサにより検出された振動を記憶し、記憶した振動を発信する。
かかるポンプ装置の監視方法によれば、ポンプ装置の形状にかかわらず、振動を検出することができる。また、ボルトは、ケーシングに一体に固定され、その頭頂部は平坦である。このため、ボルトの頭部にセンサユニットが取り付けられてセンサにより振動を検出することによって、ポンプ装置の運転状態を管理するための適正な情報が得られる。

また、センサにより検出された振動を記憶する記憶部と、記憶された振動を外部に発信する発信部と、をボックスに収容して、配管に取り付けてもよい。
こうすれば、記憶部と支持体とをボックス内に一体に収容することができ、ポンプ装置の小型化を図ることができる。また、配管の形状はポンプごとに大きく変化しない。このため、ボックス支持体を介して配管にボックスを取り付けることにより、ポンプの形状によらず、記憶部と発信部とを設置することができる。

本実施形態のポンプ装置の概略構成を示す図である。 本実施形態のポンプの概略構成を示す外観図である。 本実施形態のポンプの概略構成を示す断面図である。 監視部の構成を示すブロック図である。 本実施形態のセンサユニットの概略構成を示す図である。 監視ボックス及び支持体の構成を示す斜視図である。 変形例のセンサユニットの概略構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明はあくまでも一例を示すものであって、本願発明の技術的範囲を以下の実施形態に限定する趣旨
ではない。また、各実施形態を構成する構成要素は任意に組み合わせることが可能であり、以下に説明する組み合わせに限定されるものではない。

図１は、本実施形態のポンプ装置の外観を示す図である。図１に示すように、ポンプ装置１００は、モータ４０と、モータ４０に接続されたポンプ１０と、ポンプ１０に接続された配管４４，４５と、ポンプ１０及びモータ４０を監視するための監視部７０と、を備える。

図２、図３は、本実施形態のポンプの概略構成を示す外観図、断面図である。図２及び図３に示すように、ポンプ１０は、主軸１２と、羽根車１４と、軸受１５，１６，１７と、ケーシング２０とを備える。主軸１２は、鉛直（重力）方向と直交する軸線ＡＬの方向に沿って延びて形成されている。主軸１２は、軸受１５，１６，１７によってケーシング２０に軸支されている。主軸１２の一端側には、羽根車１４が一体に回転するように固定されている。主軸１２の他端側は、ケーシング２０から延出して、モータ４０が連結される。かかる構成によって、主軸１２および羽根車１４は、モータ４０からの動力によって軸線ＡＬを回転中心軸として回転する。

主軸１２、羽根車１４、軸受１５，１６，１７は、ケーシング２０に収容される。本実施形態では、ケーシング２０は、羽根車ケーシング２１、羽根車カバー２２、軸受ケーシング２３、及び、軸受カバー２４を有する。これらは、軸線ＡＬに沿って配置され、ボルト２５〜２７で連結されている。羽根車ケーシング２１、羽根車カバー２２、軸受ケーシング２３、及び、軸受カバー２４には、主軸１２が挿通する貫通孔がそれぞれに形成されている。

羽根車ケーシング２１と羽根車カバー２２とは、軸線ＡＬ方向において羽根車１４を挟んで収容する。羽根車ケーシング２１と羽根車カバー２２とは、複数のボルト２５によって締結される。羽根車ケーシング２１には、配管４４，４５が接続される。また、羽根車カバー２２の内側には、軸受１５が設けられている。かかる構成により、羽根車ケーシング２１と羽根車カバー２２とは、配管４４，４５を流れる流体の流路を構成する。

軸受ケーシング２３の内側には、軸受１６，１７が設けられている。軸受ケーシング２３の羽根車１４側（図３中、右側）は、ボルト２６によって羽根車カバー２２が連結される。また、軸受ケーシング２３のモータ４０側（図３中、左側）は、ボルト２７によって軸受カバー２４が連結される。軸受ケーシング２３には、軸受１５を点検およびメンテナンスするための開口部２３ａが形成されている（図２参照）。また、軸受カバー２４には、ポンプ１０を支持するための脚部２４ａが形成されている。

図４は、監視部の構成を示すブロック図である。監視部７０は、ポンプ１０の状態を監視するために設けられている。監視部７０は、ポンプ１０の振動および温度を検出するためのセンサ７３を有するセンサユニット７２と、センサ７３に接続される監視制御部７５と、を有する。

図５は、センサユニットの概略構成を示す図である。センサユニット７２は、振動および温度を検出するセンサ７３と、センサ７３をボルト２５に取り付ける取付部７４と、を備える。センサ７３は、取付部７４によってボルト２５の頭部２５ａに取り付けられ、ボルト２５の頭頂部２５ｂに接触する。

取付部７４は、内部にセンサ７３を保持している。取付部７４は、剛性の高い金属などで形成されることが好ましい。取付部７４は、ボルト２５の頭部２５ａを覆うように、ボルト２５の頭部２５ａに対応した形状に形成されている。本実施形態では、取付部７４は
、本体７４ａと、締結具７４ｂとを有する。本体７４ａは、ボルト２５の頭部２５ａに対応した凹部が形成されて、その底面（図５中、上側の面）にセンサ７３が取り付けられている。なお、センサ７３がボルト２５に密着するように、本体７４ａの凹部の深さは、頭部２５ａの高さより小さいことが好ましい。そして、本体７４ａの側面には、内側に貫通する雌ネジが形成されている。締結具７４ｂは、この雌ネジに嵌合する。かかる構成により、取付部７４は、本体７４ａがボルト２５の頭部２５ａに被せられて頭部２５ａの側面に締結具７４ｂが押し込まれることで、ボルト２５の頭部２５ａに固定される。ただし、取付部７４は、かかる構成に限定されず、たとえば接着剤などを介してボルト２５に取り付けられてもよい。

センサ７３は、振動を検出する振動検出部７３ａと、温度を検出する温度検出部７３ｂとを有する。ここで、振動を検出するのは、軸受１５〜１７に摩耗などが生じるとポンプ１０の振動が大きくなることに基づく。また、温度を検出するのは、軸受１５〜１７に摩耗などが生じると軸受１５〜１７での発熱が大きくなることに基づく。振動検出部７３ａは、例えば、速度センサまたは加速度センサ等で構成することができる。また、温度検出部７３ｂは、例えばサーミスタ又は熱電対等で構成することができる。一般に、ポンプ装置１００に用いられるボルト２５の頭頂部２５ｂは、平面に形成されている。このため、ボルト２５の頭頂部２５ｂにセンサ７３を接触させて、振動および温度を検出することにより、安定した検出値を得ることができる。しかも、ボルト２５は、軸受１５が設けられている羽根車カバー２２に固定されている。このため、センサ７３は、軸受１５に近い位置で振動および温度を検出することができる。したがって、センサユニット７２によって、ポンプ１０を管理するための好適な情報を得ることができる。

説明を図４に戻す。監視制御部７５は、センサ７３と電気的に接続される。監視制御部７５は、データ記憶部７６、データ解析部７７、発信部７８として機能する。監視制御部７５は、本実施形態では、ＣＰＵとメモリとを有する情報処理装置として構成されており、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することによって、所要の機能を実現する。ただし、監視制御部７５の機能の少なくとも一部は、専用のハードウェア回路によって実現されてもよい。また、監視制御部７５の各機能は、２以上の装置に分散配置されていてもよい。

データ記憶部７６は、センサ７３によって検出された振動および温度のデータを一定期間記憶する。また、データ記憶部７６は、センサ７３についての初期値が記憶される。かかる初期値には、本実施形態では、ポンプ装置１００の正常時における定格運転時に、センサ７３によって実際に測定された値が使用される。なお、振動の検出値の初期値としては、最大振幅、平均振幅、または、特定の振動数における振幅などを用いることができ、複数の初期値を記憶してもよい。また、振動の検出値としては、振幅に代えて、または加えて、速度または加速度を用いてもよい。初期値の測定および記憶は、真空ポンプ１００の出荷前に行ってもよいし、真空ポンプ１００を使用場所に設置した後（例えば、試運転時）に行ってもよい。なお、初期値は、設計上設定された値であってもよい。

データ解析部７７は、データ記憶部７６に記憶されているデータに基づいて、ポンプ１０の運転状態を解析する。つまり、データ解析部７７は、軸受１５の摩耗などによる異常の有無を判定する。本実施形態では、データ解析部７７は、データ記憶部７７に記憶されている一定期間（例えば、１時間など）の振動および温度の検出値の平均値が、データ記憶部７６に記憶されている初期値から所定の程度離れているか否かを判断する。そして、振動と温度との少なくとも一方が初期値から所定の程度離れている場合には、データ解析部７７は、ポンプ１０の運転状態が異常である、または、その予兆があると判定する。本実施形態のように平均値を使用して異常の判定を行えば、ノイズなどの瞬間的な変動によって誤判定がなされるのを抑制できる。ただし、平均値に代えて、または加えて、瞬間値
を用いて異常判定を行ってもよい。

発信部７８は、データ記憶部７６に記憶されているデータと、データ解析部７７により解析されたデータ結果とを、外部に発信する。なお、発信部７８による発信は、任意の方法で行うことが可能であり、有線または無線で外部に信号を発信すればよい。たとえば、発信部７８は、ＮＦＣ（近距離無線通信）で構成されればよい。なお、監視制御部７５は、データ記憶部７６に記憶されているデータを外部に送信するだけでなく、画面などを備えて表示してもよい。なお、発信部７８による発信は、たとえば受信機が近づけられたとき、ユーザによって所定の発信操作がなされたとき、または、データ解析部７７により異常が判定されたときに、行われるものとしてもよい。また、発信部７８による発信は、上記の条件にかかわらず、予め決められた期間ごと、または、常時に行われてもよい。こうすれば、ポンプ１０の運転状態を常時監視することができる。

図６は、監視ボックス及び支持体の構成を示す図である。監視制御部７５は、本実施形態では、単一の基板上に設計されて監視ボックス８０に収容される。本実施形態では、監視ボックス８０は、支持体８２を介して配管４４に取り付けられる。支持体８２は、可撓性のある樹脂などで形成された可撓性体８３と、監視ボックス８０に取り付けられたバンド８４と、を有する。

可撓性体８３は、板状の可撓性の部材が円弧状に折り曲げられた形状に形成されている。かかる構成により、可撓性体８３は、配管４４の径などの形状によらず、配管４４の外周に密着して取り付けることができる。監視ボックス８０は、可撓性体８３が配管４４に取り付けられた状態で、可撓性体８３の上に載置される。これにより、監視ボックス８０を配管４４の上に安定して取り付けることができる。ここで、可撓性体８３には、監視ボックス８０の載置が安定するように、平坦な座部が形成されることが好ましい。なお、可撓性体８３は、監視ボックス８０と別々に設けられるものに限定されず、監視ボックス８０と一体に形成されてもよい。そして、バンド８４は、可撓性体８３と監視ボックス８０とが配管４４に取り付けられた状態で、配管４４の外周を覆うことにより可撓性体８３と監視ボックス８０とを固定する。これにより、監視ボックス８０を配管４４に確実に固定することができる。なお、バンド８４は、監視ボックス８０に一体に取り付けられていてもよい。

以上説明したポンプ装置１００では、ポンプ１０のケーシング２０を締結するボルト２５にセンサユニット７３が取り付けられている。これにより、装置の形状にかかわらず、振動と温度を検出することができる。しかも、ボルト２５の頭頂部２５ｂは平坦であるため、センサ７３を頭頂部２５ｂに接触させて振動と温度を検出することにより、ポンプ装置１００の運転状態を管理するための適正な情報を得ることができる。

上記の実施形態では、羽根車カバー２２と軸受ケーシング２３とを締結するボルト２５ｂにセンサユニット７３を取り付けるものとした。しかし、この例に限定されず、センサユニット７３は、主軸１２、羽根車１４、または、軸受１５〜１７のうち少なくとも１つを収容するケーシングを締結するボルトに取り付けられればよい。たとえば、センサユニット７３は、ボルト２６，２７に取り付けられてもよい。

上記の実施形態では、センサ７３は、取付部７４の底部に設けられて、ボルト２５の頭頂部２５ｂに直接に接触するものとした。しかし、図７の変形例のセンサユニット７２Ａに示すように、センサ７３Ａは、取付部７４Ａに収められて、取付部７４Ａを介してボルト２５の頭頂部２５ｂに接触してもよい。こうした構成によっても、取付部７４Ａを介して、センサ７３Ａによりボルト２５の頭頂部２５ｂから振動と温度を検出することができる。なお、温度検出部７３ｂが取付部７４に内蔵される場合には、取付部７４は熱伝導率
の大きい素材で形成されることが好ましい。

上記の実施形態では、センサ７３は、振動検出部７３ａと温度検出部７３ｂとを有するものとした。しかし、こうした例に限定されず、センサ７３は、温度検出部７３ｂを有しなくてもよい。

上記の実施形態では、監視制御部７５は、データ解析部７７として機能するものとした。しかし、データ解析部７７として機能せずに、センサ７３により検出されたデータがそのまま発信部７８によって発信されるものとしてもよい。

上記の実施形態では、監視制御部７５を収容する監視ボックス８０は、可撓性体８２及びバンド８４によって配管４４に支持されるものとした。しかし、監視ボックス８０は、可撓性体８２とバンド８４の一方のみで配管４４に支持されてもよい。また、監視ボックス８０は、配管４４以外の配管または場所に設置されてもよい。さらに、上記の実施形態では、監視制御部７５が一体に監視ボックス８０に収容されるものとした。しかし、監視制御部７５は、監視ボックス８０に収容されることなく、別々に配置されてもよい。

上記の実施形態では、ポンプ装置１００は、主軸１２が横向きとなるように設置されるものとしたが、この例に限定されず、縦向きに設置して利用されてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

１０ ポンプ
１２ 主軸
１４ 羽根車
１５，１６，１７ 軸受
２０ ケーシング
２１ 羽根車ケーシング
２２ 羽根車カバー
２３ 軸受ケーシング
２４ 軸受カバー
２５〜２７ ボルト
２５ａ 頭部
２５ｂ 頭頂部
４０ モータ
４４，４５ 配管
７０ 監視部
７２ センサユニット
７３，７３Ａ センサ
７３ａ 振動検出部
７３ｂ 温度検出部
７４，７４Ａ 取付部
７５ 監視制御部
７６ データ記憶部
７７ データ解析部
７８ 発信部
８０ 監視ボックス
８２ 支持体
８３ 可撓性体
８４ バンド
１００ ポンプ装置

Claims (9)

1. 流体を圧送するポンプ装置であって、
   主軸と、
   前記主軸に取り付けられた羽根車と、
   前記主軸を軸支する軸受と、
   ボルトにより互いに締結されて、前記主軸、前記羽根車、または、前記軸受のうち少なくとも１つを収容するケーシングを形成する第１部材および第２部材と、
   振動を検出するセンサを有し、前記ボルトの頭部に取り付けられるセンサユニットと、
   を備えるポンプ装置。
2. 請求項１に記載のポンプ装置であって、
   前記第１部材及び前記第２部材は、前記軸受を収容するケーシングを形成する、
   ポンプ装置。
3. 請求項１または２に記載のポンプ装置であって、
   前記センサにより検出された振動を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された振動を外部に発信する発信部と、
   前記記憶部および前記発信部を収容するボックスと、
   前記配管に取り付けられて前記ボックスを支持するボックス支持体と、
   を更に備えるポンプ装置。
4. 請求項３に記載のポンプ装置であって、
   前記ボックス支持体は、前記配管の形状に合わせて変形可能な可撓性部を有する、
   ポンプ装置。
5. 請求項３又は４に記載のポンプ装置であって、
   前記ボックス支持体は、ポンプ装置が接続される配管の外周を覆って前記ボックスを固定するバンドを有する、
   ポンプ装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のポンプ装置であって、
   前記センサにより検出された振動に基づいてポンプ装置に異常が生じているか否かを判断する判断部を更に備える、
   ポンプ装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のポンプ装置であって、
   前記センサは、温度を更に検出する、
   ポンプ装置。
8. 主軸と、前記主軸に取り付けられた羽根車と、前記主軸を軸支する軸受と、ボルトにより互いに締結されて、前記主軸、前記羽根車、または、前記軸受のうち少なくとも１つを収容するケーシングを形成する第１部材および第２部材と、を備えるポンプ装置を監視する方法であって、
   振動を検出するセンサを前記ボルトの頭部に取り付け、
   前記センサにより検出された振動を記憶し、
   前記記憶した振動を発信する、
   ポンプ装置の監視方法。
9. 請求項８に記載のポンプ装置の監視方法であって、
   前記センサにより検出された振動を記憶する記憶部と、前記記憶された振動を外部に発信する発信部と、をボックスに収容して、ポンプ装置が接続される配管に取り付ける、
   ポンプ装置の監視方法。

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