JP3184553U - 水中軸受診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立軸ポンプを分解することなく、立軸ポンプの外部から水中軸受の近傍に着脱可能に挿着することができる計測ユニットを備えた水中軸受診断装置を提供する。
【解決手段】据付床に取り付けて水槽内に垂下し、下方を水中軸受１４により回転自在に軸支した立軸ポンプにおいて、外壁のケーシング５ａから内環のハブ５ｂ，５ｂまで貫通する点検路２７を有し、ケースに収納された変位センサと、ケースに連結する保護管と、保護管の端部に固定している取付フランジとで計測ユニット１８を構成し、計測ユニット１８をケーシング５ａの外方から点検路２７に着脱自在に挿着するもので、計測ユニット１８が故障してもポンプ本体を分解することなく、外部から計測ユニット１８を着脱することができる。
【選択図】図３

Description

本考案は立軸ポンプの水中軸受の摩耗を計測する装置に係り、立軸ポンプを分解することなく非接触にて監視・診断する水中軸受診断装置に関する。

従来、立軸ポンプは据付床から吊下げて床下方の水槽内の水を排水している。立軸ポンプは図１で示すように、下端の羽根車を回転させることで水を吸込ベルから揚水して上部の吐出エルボより吐出する。羽根車を垂下している主軸は適所に軸受で軸支しており、揚水部はゴムやセラミックス等で形成された水中軸受が用いられている。水中軸受は長時間使用していると摺動部（水中軸受および軸スリーブ）が摩耗してくる。水中軸受あるいは軸スリーブの摺動部が摩耗した状態で立軸ポンプを運転すると、主軸が揺動しながら回転するので異常振動が発生し、最終的には様々な部品の故障を引き起こす。

立軸ポンプは定期的に引き上げて点検を行う。その際に、立軸ポンプを分解して水中軸受の摺動部の摩耗量を点検する。次回の引き上げ点検までの摩耗量を予測して、補修あるいは交換が行われる。立軸ポンプの引き上げ点検は、立軸ポンプを据付けている機場により予め点検周期を設定している。

しかし、環境の変化により水中軸受の摩耗量が、計画時あるいは竣工時に予想していた摩耗量より多くなることがあり、予め設定した点検周期では摩耗量が許容値を超えることがある。水中軸受の点検には立軸ポンプを引き上げた後、分解する必要があり、多大な手間と経費及び作業時間を要する。また、点検周期を短くしても環境の変化により摩耗量が減少し、交換の必要がない状態で立軸ポンプを引き上げ分解する可能性がある。そこで、立軸ポンプを引き上げ分解することなく、内部の水中軸受の摺動部に関する摩耗量をリアルタイムに監視・診断する装置が望まれていた。

回転軸の変位を変位測定器で測定することにより、水中軸受の摩耗量を正確に監視し、水中軸受けの摩耗の傾向や水中軸受けの交換時期などを推定する方法が引用文献１に開示されている。また、変位計側部の周囲をセラミックス材で形成したキャップで被覆することで、計側部表面の摩耗や破損を防止し、高い測定精度にて水中軸受の摩耗量を測定する変位計ユニットが引用文献２に開示されている。

特開２０１１−０５８４４７号公報 特開２００３−０３５５０５号公報

引用文献１の監視方法は、実施例にて吐出エルボ上方のスラスト軸受近傍に変位測定器を設置している。また、変位測定器の点検・校正・修理を容易に行うために、変位測定器を水没させないことが好ましいことが記載されている。スラスト軸受近傍で測定するため、主軸の振れ回り量が小さく、測定誤差が発生しやすい。また、摩耗を模した仮軸受を用意してポンプ本体に取り付け、実運転した際のデータを許容限度として設定するので、許容限度を設定するために分解・組立を行う必要がある。

引用文献２の変位計ユニットは、案内羽根の内壁である軸受固定部材に取り付けているブラケットに装着されており、変位計の装着にはポンプの分解が必要である。変位計をポンプ外部から着脱可能であるという明確な記載や示唆がない。

本考案は、据付床から垂下されている立軸ポンプの水中軸受の摩耗量を非接触で監視・診断する装置に係り、主軸の振れ回りの変位量を監視するための計測ユニットを、立軸ポンプの外部から水中軸受の近傍に着脱可能に挿着するように構成した水中軸受診断装置を提供する。

本考案の水中軸受診断装置は、据付床に取り付けて水槽内に垂下し、下方を水中軸受により回転自在に軸支した立軸ポンプにおいて、外壁のケーシングから内環のハブまで貫通する点検路を有し、ケースに収納された変位センサと、ケースに連結する保護管と、保護管の端部に固定している取付フランジとで計測ユニットを構成し、計測ユニットをケーシングの外方から点検路に着脱自在に挿着するとともに計測ユニットのケーブルを据付床上方の制御装置に接続しているので、計測ユニットが故障してもポンプ本体を分解することなく、外部から計測ユニットを着脱することができる。また、水中軸受の近傍で高精度の監視を陸上で行うことができる。

点検路を揚水管のリブ内部あるいは吐出ボウルの案内羽根内部に設けると、計測ユニットへの水流による水圧およびスラリー等の懸濁物による破損や摩耗がなく、水流に含まれるし渣等の絡み付きがない。

本考案における水中軸受診断装置は、計測ユニットが故障してもポンプ本体を分解することなく、外部から計測ユニットを着脱することができる。監視位置が水中軸受の近傍であるため、リアルタイムで立軸ポンプの主軸の振れ回りを高精度で監視ができる。また、主軸の振れ回りのデータは陸上に送信して処理（監視・診断）を行うことができる。さらに、既存のポンプにも簡易な改良で計測ユニットの取付が可能となる。

本考案に係る立軸ポンプの縦断面図である。 同じく、計測ユニットの縦断面図である。 同じく、揚水管に計測ユニットを取り付けた状態の拡大図である。 同じく、吐出ボウルに計測ユニットを取り付けた状態の拡大図である。 同じく、計測ユニットを取り付けた状態の平面図である。 同じく、立軸ポンプを改造して計測ユニットを取り付けた状態の平面図である。

図１は本考案に係る立軸ポンプの縦断面図である。立軸ポンプ１は、据付床２に据付けたソールプレート３に設置する吐出エルボ４と、吐出エルボ４の下部に揚水管５，６、吐出ボウル７及び吸込ベル８を水槽９内に垂下して構成されている。揚水管５は、外環のケーシング５ａと内環のハブ５ｂとを放射状に連結する複数のリブ１０で構成している。吐出ボウル７は、外環のケーシング７ａと内環のハブ７ｂとを放射状に連結する複数の案内羽根１１で構成している。
なお、水槽９内に垂下している立軸ポンプ１のコラム長に伴って揚水管５，６を適宜連設し、垂下する高さを調整する。

立軸ポンプ１内には駆動機（図示せず）に連結した主軸１２の下端に羽根車１３を取り付けている。羽根車１３の外周端は吸込ベル８の内面に近接させている。主軸１２の中間部は揚水管５に設けたハブ５ｂに嵌合された水中軸受１４に、下部は吐出ボウル７のハブ７ｂに嵌合された水中軸受１４によって回転自在に支持されている。この主軸１２と水中軸受１４との摺動部分には超硬合金で作られている軸スリーブ１５が嵌装されており、一方軸受部には炭化ケイ素（ＳｉＣ）等で作られたセラミック軸受を使用している。本実施例では、超硬合金の軸スリーブ１５が摩耗するため定期的な交換が必要となる。

吐出エルボ４から突出した主軸１２は水封装置１６で軸封され、その上方にてスラスト軸受１７により軸支されている。スラスト軸受１７に関する部品は、主軸１２の振れ回りに影響を与えるような摩耗がない。したがって、立軸ポンプ１は上方のスラスト軸受１７を起点にして振れ回るため、主軸１２の振れ回りの変位量を測定するには下方の水中軸受１４部近傍が望ましい。

吐出ボウル７のハブ７ｂに嵌合された水中軸受１４及び揚水管５に設けたハブ５ｂに嵌合された水中軸受１４の近傍には、計測ユニット１８を配設している。計測ユニット１８は、それぞれ吐出ボウル７および揚水管５の外部から着脱可能で、測定時には回転部の主軸１２近傍に端部を対向した状態で固定されている。

吐出エルボ４のフランジ４ａは、立軸ポンプ１内部に配設されている計測ユニット１８に接続するケーブル１９を据付床２上に導くための開口部４ｂを有している。据付床２上でケーブル１９は制御装置２０に接続されており、主軸１２の振れ回りに関するデータはリアルタイムに制御装置２０に送信される。

図２は計測ユニットの縦断面図である。計測ユニット１８は、ケース２１に収納された変位センサ２２と、ケース２１に連結する保護管２３と、保護管２３の端部に固定する取付フランジ２４とで構成されている。変位センサ２２にはケーブル１９を接続しており、保護管２３の内部を通って取付フランジ２４から延出している。

変位センサ２２は、内部のコイルに高周波磁界を発生させ、この磁界内に測定対象物（磁性金属）があると、電磁誘導によって対象物表面に磁束の通過と垂直方向の過電流が流れて、コイルのインピーダンスが変化する現象を利用して距離を測定する過電流式を用いている。対象物とセンサの間に非磁性体（水、樹脂、セラミックス等）が存在しても、その測定精度に影響がないという特徴を持つ。

ケース２１は、一方を閉塞した円筒状で他方の開口部から変位センサ２２を着脱自在に収納する。水中軸受１４を内挿するハブ５ｂ，７ｂと嵌合する。ハブ５ｂ，７ｂ側の開口に容易に挿入するために、端部に面取りあるいはテーパを施してもよい。材質は樹脂、セラミックス等の公知の非磁性体で形成されており、変位センサ２２の測定に影響を与えないものであれば限定しない。

保護管２３は、リブ１０や案内羽根１１の内部に挿入するため、樹脂や軽金属等の管で構成している。既設の立軸ポンプ１の改造等で、流路内に配設する場合はステンレス等の強度部材で構成し、水流による水圧およびスラリー等の懸濁物による破損や摩耗を防止できる材質が望ましい。保護管２３の長さは立軸ポンプ１の口径に合わせて適宜調整する。

取付フランジ２４は、中央に保護管２３内部と連通する開口２５を形成し、立軸ポンプ１の外周面に設けた取付座２６に着脱自在に固着する。ケーシング５ａ，７ａの点検路２７と嵌合するので、凸部２４ａにＯリングを外挿する溝２４ｂを有している。また、取付座２６と取付フランジ２４との間にパッキン等を挟着して水封してもよい。本実施例では取付フランジ２４と保護管２３を別部品として構成しているが、取付フランジ２４と保護管２３を一体的に形成してもよい。

保護管２３の内部を通って取付フランジ２４から水槽９内に抜出されたケーブル１９は、上方の吐出エルボ４のフランジ４ａに有している開口部４ｂを貫通して据付床２上に導かれている。水槽９内のケーブル１９は適宜ケーブルカバー２８等で保護してもよい。

図３は揚水管に計測ユニットを取り付けた状態の拡大図である。揚水管５の外壁のケーシング５ａから内環のハブ５ｂまでリブ１０内部を経て点検路２７を形成している。点検路２７のケーシング５ａ外方には取付座２６を有しており、取付フランジ２４の凸部２４ａと嵌合した後ボルト等で固着する。取付座２６の内周部と凸部２４ａに外挿したＯリングとで水封される。計測ユニット１８のケース２１は、端部が主軸１２に嵌装している軸スリーブ１５近傍まで挿入される。リブ１０の内周部とケース２１に外挿したＯリングとで水封される。

図４は吐出ボウルに計測ユニットを取り付けた状態の拡大図である。吐出ボウル７の外壁のケーシング７ａから内環のハブ７ｂまで案内羽根１１内部を経て点検路２７を形成している。ハブ７ｂ内面から軸スリーブ１５近傍まで座を延設するとケースの固定が容易となる。点検路２７のケーシング７ａ外方には取付座２６を有しており、取付フランジ２４の凸部２４ａと嵌合した後ボルト等で固着する。取付座２６の内周部と凸部２４ａに外挿したＯリングとで水封される。計測ユニット１８のケースは、端部が主軸１２に嵌装している軸スリーブ１５近傍まで挿入される。案内羽根１１の内周部とケース２１に外挿したＯリングとで水封される。

計測ユニット１８をリブ１０あるいは案内羽根１１の内部に形成する点検路２７に挿入すると、水流による水圧およびスラリー等の懸濁物による破損や摩耗がなく、水流に含まれるし渣等の絡み付きがない。

計測ユニット１８は一体的に構成しているので、揚水管５および吐出ボウル７の外方から点検路２７に計測ユニット１８を挿入して容易に固着するとともに、外方に計測ユニット１８を引き抜くことで容易に取り外すことができる。計測ユニット１８の交換に、立軸ポンプ１の引き上げおよび分解を必要としない。

図５は計測ユニットを取り付けた状態の平面図である。計測ユニット１８は、リブ１０および案内羽根１１の配設枚数に応じて、主軸１２を中心に互いに直行するように配置すると、Ｘ方向、Ｙ方向の主軸１２の変位量を正確に測定できる。リブ１０および案内羽根１１の配設枚数から直行に配置できない場合は、直行に近い角度で計測ユニット１８を配置し、Ｘ方向、Ｙ方向成分に換算してもよい。

図６は既設の立軸ポンプを改造して計測ユニットを取り付けた状態の平面図である。既設の立軸ポンプ１を改造して計測ユニット１８を取り付ける場合は、外壁のケーシング５ａ，７ａから内環のハブ５ｂ，７ｂまで直線状に貫通する点検路２７を開口する。リブ１０や案内羽根１１の内部に点検路２７を形成できないので、計測ユニット１８の保護管２３の材質をステンレス等の強度部材で構成する。

図１に示すように、揚水管５および吐出ボウル７に配設した計測ユニット１８のケーブル１９が、吐出エルボ４のフランジ４ａに有する開口部４ｂから陸上に抜出されて制御装置２０に接続している。立軸ポンプ１のケーシング５ａ，７ａから上方の開口部４ｂまでにケーブル１９を保護するケーブルカバー２８を配設してもよい。

計測ユニット１８から主軸１２の振れ回りの測定値を受信した制御装置２０は、主軸１２のＸ方向、Ｙ方向の変位量を算出する。変位量と立軸ポンプ１の稼働時間から数年後に摩耗するであろう想定値を算定し、次回の定期検査まで想定値が予め定めた基準値を超えるようであれば、適切な時期に摩耗した部品を交換する。また、定期検査直前の変位量が十分に基準値を下回っていた場合は、検査時に水中軸受１４を交換する必要がないので、水中軸受１４部を分解する必要がない。
また、測定値が基準値を超えるようなことがあれば、制御装置２０を介して警報を発してもよい。

本考案に係る水中軸受診断装置は上記のように構成しており、立軸ポンプを据付けた状態で水中軸受の摩耗量を測定できる。また、変位センサをユニット化して立軸ポンプの外部から着脱可能に構成しているので、装置の故障時に容易に交換可能である。大型のコラム下が長い立軸ポンプに適用すると著しい効果を奏することができ、取り扱いが容易に高精度な水中軸受の摩耗量の診断ができるものである。

１ 立軸ポンプ
２ 据付床
５ 揚水管
５ａ，７ａ ケーシング
５ｂ，７ｂ ハブ
７ 吐出ボウル
９ 水槽
１０ リブ
１１ 案内羽根
１４ 水中軸受
１８ 計測ユニット
１９ ケーブル
２０ 制御装置
２１ ケース
２２ 変位センサ
２３ 保護管
２４ 取付フランジ
２７ 点検路

Claims (3)

1. 据付床（２）に取り付けて水槽（９）内に垂下し、下方を水中軸受（１４）により回転自在に軸支した立軸ポンプ（１）において、
   外壁のケーシング（５ａ，７ａ）から内環のハブ（５ｂ，７ｂ）まで貫通する点検路（２７）を有し、
   ケース（２１）に収納された変位センサ（２２）と、
   ケース（２１）に連結する保護管（２３）と、
   保護管（２３）の端部に固定している取付フランジ（２４）とで計測ユニット（１８）を構成し、
   計測ユニット（１８）をケーシング（５ａ，７ａ）の外方から点検路（２７）に着脱自在に挿着するとともに、
   計測ユニット（１８）のケーブル（１９）を据付床（２）上方の制御装置（２０）に接続した
   ことを特徴とする水中軸受診断装置。
2. 前記点検路（２７）を揚水管（５）のリブ（１０）内部に設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の水中軸受診断装置。
3. 前記点検路（２７）を吐出ボウル（７）の案内羽根（１１）内部に設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の水中軸受診断装置。

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