JP4081566B2 - Canned motor pump - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はキャンドモータポンプに係り、特に、ラジアル方向およびアキシャル方向の軸受の摩耗の進行状況を電気的な検出手法を用いて容易に監視できる軸受摩耗検出器を備えたキャンドモータポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図11は、この種のキャンドモータポンプの一般的な構成を示す断面図である。図11に示すように、キャンドモータポンプはポンプ部Pとモータ部Mとからなる。ポンプ部Pのポンプケーシング1の内部には、羽根車2が配置されているとともに、ポンプケーシング1の高圧側の開口部には、ケーシングカバー3が固着されている。また、ケーシングカバー3には、羽根車2を通過した後の昇圧されたポンプ取扱液の一部を導く流通孔4が形成されている。
【0003】
前記ケーシングカバー3の内部には、ロータ5の一端が挿通され、このロータ5の一端に、ここに嵌合されたディスタンスピース(スリーブ)6、スラスト板7a、軸スリーブ8aおよび羽根車2がボルト22により固定されている。また、ロータ5の他端には、スラスト板7bおよび軸スリーブ8bがボルト23により固定されている。
【0004】
ロータ5は、その両端で一対の軸受9a,9bを介して回転自在に支承されているとともに、そのほぼ中央部にモータ部Mの回転子10が固着され、ケーシングカバー3に軸受9aが、エンドカバー11に軸受9bがそれぞれ装着されている。また、このロータ5の内部には、軸方向に貫通する貫通孔14が形成されており、この貫通孔14は、両端のボルト22,23を貫通して両側に開口している。
【0005】
モータ部Mの固定子13はモータフレーム24に嵌合し、このモータフレーム24の両端にはフレーム側板25a,25bが嵌合している。更に、モータ部Mの回転子10のキャン12aおよびモータ部Mの固定子13のキャン12bとで、それぞれ回転子10および固定子13をポンプ取扱液に触れないように保護している。また、固定子13の鉄心の両端面に、2組の誘導型センサS1とS3、S2とS4が配設されている。
【0006】
上記従来構造のキャンドモータポンプにおいては、運転中に回転側である軸スリーブ8a,8bおよびスラスト板7a,7bが、固定側である軸受9a,9bに接触しながら回転するために、一般的にカーボン製の軸受9a,9bが主に摩耗し、運転時間と共にその摩耗量が増加していく。そして、運転時間と共に軸受9a,9bの摩耗量が増加するにつれて、ロータ5の振れ回りが大きくなり、摩耗が更に進むと回転子10のキャン12aと固定子13のキャン12bとが接触してそれぞれ損傷し、更に運転を続けると破損に至る。固定子13のキャン12bが破損すると、固定子13の内部にポンプ取扱液が浸入して、固定子13の巻線を劣化させる原因となり、キャンドモータ本体の致命的な故障を引き起こす。
【0007】
また、キャンドモータポンプは、ポンプ部Pとモータ部Mとの間に軸シール部を持たない一体の圧力容器構造のため、ロータ5の振れ回りを本体外部より目視することが不可能である。そのため長期の使用や異物の混入など、何らかの原因により軸受9a,9bに摩耗が発生した場合においても、その変化を外部より確認することができない。そこで軸受9a,9bの摩耗状況を検出する種々の検出手段が提案されている。
【0008】
これまで実施されてきた軸受の摩耗状況を検出する検出手段のうち、電気的検出手段としては、図11及び図12(a)に示すように、固定子13の鉄心の両端面に2組の誘導型センサS1とS3、S2とS4を設け、図12(b)に示すように、誘導型センサS1とS3を180°対称に配置し、同様に、誘導型センサS2とS4も180°対称に配置した構成の検出手段がある。
【0009】
この検出手段は、軸受9a,9bの半径方向(ラジアル方向A)の摩耗を誘導型センサS1とS3、およびS2とS4で検出し、軸方向(アキシャル方向B)の摩耗は誘導型センサS1とS2、もしくはS3とS4で検出する。つまり、ラジアル方向Aの軸受の摩耗は、誘導型センサS1とS3のそれぞれの誘起電圧の差(差動出力)、および誘導型センサS2とS4のそれぞれの誘起電圧の差(差動出力)を検出し、どちらか大きい方を検出器(図示せず)に表示することによって行われる。また、アキシャル方向Bの軸受の摩耗は、誘導型センサS1とS2のそれぞれの誘起電圧の差(差動出力)、もしくは誘導型センサS3とS4のそれぞれの誘起電圧の差(差動出力)を検出することによって行われる。
【0010】
図13は、前記誘導型センサS1,S2,S3,S4から出力された信号の処理回路例を示す。この信号処理回路の構成は、誘導型センサS1,S2,S3,S4のそれぞれの信号を受ける入力回路31乃至34、比較のための差動アンプ35乃至38、比較後のオフセット調整回路39乃至42、それぞれの信号処理結果からロータ5の位置の演算を行う判定回路43、判定した結果を表示する表示回路44から構成されている。従って、各誘導型センサS1,S2,S3,S4の出力は、それぞれの出力信号を判別するための比較回路部に入力され、誘導型センサS1,S2,S3,S4からのそれぞれの出力によってロータ5の位置を検出し、この位置の変化から軸受の摩耗状況を判定する。
【0011】
図14に、ラジアル方向Aの軸受の摩耗の検出原理を示す。図14に示すように、軸受が主に上方向に摩耗した場合には、ロータ5が上方に移動するため、ラジアル方向における上方の隙間δ1は、下方の隙間δ2よりも小さくなる。回転子10が誘導型センサS1,S2,S3,S4の磁極に近づくほど、各センサの誘起電圧は大きくなる。従って、誘導型センサS1,S2,S3,S4のそれぞれに誘起される誘起電圧の大小関係は、
S1>S3、かつ、S2>S4
となる。また、誘導型センサS1とS3、S2とS4のそれぞれに誘起される誘起電圧の差(差動電圧)の大小関係は
(S1−S3)<(S2−S4)
となり、(S2−S4)の差動出力を回路を介して検出器に表示することによって、軸受のラジアル方向Aのどちらか大きい方の摩耗を検出することができる。
【0012】
図15に、アキシャル方向Bの軸受の摩耗の検出原理を示す。羽根車2側の軸受9aの端面が摩耗した場合には、図15に示すように、ロータ5が羽根車2の方向へ移動するため、誘導型センサS1,S2,S3,S4の磁極の回転子10の端部外周面との軸方向に沿った重なり長さL1,L2,L3,L4の大小関係は、
L1>L2、かつ、L3>L4
となり、誘導型センサS1,S2,S3,S4のそれぞれに誘起される誘起電圧の大小関係は、
S1>S2、かつ、S3>S4
となる。従って、
(S1−S2)、もしくは、(S3−S4)
の差動出力を回路で大小を比較し、大きい方を回路を介して検出器に表示することによって、軸受のアキシャル方向Bの摩耗を検出することができる。
【0013】
図16(a)に、ラジアル方向Aの軸受の摩耗量に対する差動出力を示す。図中の従来例1は、モータの負荷電流が大きい場合もしくはポンプの運転点が最高効率点よりもかなり小さい場合を示し、従来例2は、モータの負荷電流が小さい場合もしくはポンプの運転点が最高効率点付近の場合を示す。図16(b)に、アキシャル方向Bの軸受の摩耗量に対する差動出力を示す。ラジアル方向Aと同様に、図中の従来例1は、モータの負荷電流が大きい場合を示し、従来例2は、モータの負荷電流が小さい場合を示す。
【0014】
いずれの場合においても、モータの負荷電流やポンプの運転点の変化によって差動出力が変動する。加えて、後述するように、キャンドモータの電源周波数と実際の運転される周波数の差によって生じるうねりや、誘導型センサの取付け誤差によるモータ回転子10の溝数Zとキャンドモータポンプの回転周波数N2との積(Z×N2)である溝高調波成分によっても、センサの差動出力が影響を受けるという問題がある。
【0015】
その他の電気的検出手段としては、固定子13の巻線スロット内にサーチコイルを巻き込むもの、または特殊な巻線構造のキャンドモータを用いて軸受の摩耗状況をその巻線を利用して検出するようにした検出手段等がある。
【0016】
しかしながら、この電気的検出手段においては、モータの負荷電流やポンプの運転点の変化や、前述したうねりや誘導型センサの取付け誤差による溝高調波成分によっても、センサの差動出力が影響を受けるという前述と同様の問題があり、軸受の摩耗状況が正確に表示されないという欠点がある。
【0017】
一方、機械的検出手段の一例としては、ロータ5の反羽根車側の軸端にロータ5と一定の間隔を保ち、エンドカバー11に固着された機械的接触部と、この接触部が回転体との接触摩耗によって内部に封入したガスが外部に排出される機能を備えた検出手段がある。このような検出手段の場合には、反羽根車側の軸受9bのラジアル方向Aの摩耗は検知できるが、羽根車2側の軸受9aのラジアル方向Aの摩耗はほとんど検知できないばかりでなく、一度検出手段が作動した後は、内部に封入されたガスが放出されてしまうため、摩耗した軸受とともに検出手段自体の交換も必要となり、保守部品の増加を余儀なくされる等の問題を有する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ロータの一端に羽根車を固定し、該ロータを羽根車側および反羽根車側の両側に配置した軸受で支承するキャンドモータポンプにおいて、ラジアル方向およびアキシャル方向の軸受の摩耗の進行状況を、電気的な検出手法を用いて容易に検出できるようにしたキャンドモータポンプを提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、ロータの一端に羽根車を固定し、該ロータを羽根車側および反羽根車側の両側に配置した軸受で支承するキャンドモータポンプにおいて、キャンドモータの固定子鉄心の端面の一部に切り欠き部を設け、該切り欠き部に、鉄心と該鉄心に巻回された検出コイルとを有し、該検出コイルが巻回された前記鉄心は、半径方向に固定子の外周側に向かって延びコ字状に屈曲して再び固定子内周側に向かい、回転子の負荷電流によって形成される磁束吸を収する遮蔽部を有する複数個の誘導型センサを該センサの検出面が回転子鉄心の端部外周面と軸方向に沿った少なくとも一部で重なるように配置し、数十Hz以上の周波数成分を減衰させるローパスフィルタ回路と、数Hz以下の周波数成分を減衰させるハイパスフィルタ回路を通過させた前記誘導型センサの出力から前記ロータの位置を検出して前記軸受の摩耗状況を監視するようにしたことを特徴とするキャンドモータポンプである。
【0020】
これにより、各誘導型センサの出力に含まれるキャンドモータの溝高調波成分やうねりの周波数成分を減衰させることで、これらの影響を殆ど受けることなく、誘導型センサからのそれぞれの出力によってロータの位置を検出し、この位置の変化から軸受の摩耗状況を判定することができる。
【0021】
請求項2に記載の発明は、前記誘導型センサは、該誘導型センサの検出面が前記回転子鉄心の端部外周面と軸方向に沿って半分程度重なるように配置されていることを特徴とする請求項1記載のキャンドモータポンプである。これにより、軸受の端面の摩耗でロータがアキシャル方向に距離Laだけ移動した時に、この距離の2倍の2×Laに対応する差動出力を得ることができる。
【0022】
請求項3に記載の発明は、前記誘導型センサは、該誘導型センサの検出面が前記回転子鉄心の端部外周面と軸方向に沿ってほぼ全面で重なるように配置されていることを特徴とする請求項1記載のキャンドモータポンプである。これは、固定子の巻線によって形成される固定子と回転子の空隙を通る磁束の端部の磁束が相対的に大きいキャンドモータポンプに有効である。
【0023】
請求項4に記載の発明は、前記誘導型センサの出力の最大値のみを出力する回路が備えられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のキャンドモータポンプである。これにより、安定した差動出力を得て、検出器の針の振れをなくして、軸受の摩耗状態を正確に検出できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1乃至図4は、本発明の第1の実施の形態のキャンドモータポンプを示すもので、図11乃至図13に示す従来例と同一または相当部分には、同一の符号を付して、その重複した説明を省略する。
【0025】
即ち、このキャンドモータポンプには、図1及び図2(a)に示すように、固定子13の鉄心の両端面に遮蔽構造を備えた2組の誘導型センサS1とS3、S2とS4が設けられている。そして図2(b)に示すように、誘導型センサS1とS3は180°対称に配置され、同様に、誘導型センサS2とS4も180°対称に配置されている。これにより、軸受9a,9bの半径方向(ラジアル方向A)の摩耗は、誘導型センサS1とS3のそれぞれの誘起電圧の差(差動出力)、および誘導型センサS2とS4のそれぞれの誘起電圧の差(差動出力)を検出し、どちらか大きい方を検出器(図示せず)に表示することによって行われ、また、軸受9a,9bの軸方向(アキシャル方向B)の摩耗は、誘導型センサS1とS2のそれぞれの誘起電圧の差(差動出力)、もしくは誘導型センサS3とS4のそれぞれの誘起電圧の差(差動出力)を検出することによって行われるようになっている。
【0026】
図3は、遮蔽構造を備えた誘導型センサS1の取付け部の詳細図であり、他の誘導型センサS2,S3,S4についても同様な構成である。図3において、誘導型センサS1は、鉄心S1aと該鉄心S1aに巻回された検出コイルS1bとからなり、更に、検出コイルS1bが巻回された鉄心S1aは、半径方向に固定子13の外周側に向かって延び、コの字形に屈曲して、再び固定子内周側に向かう遮蔽部S1dを有している。これにより、鉄心S1aの検出コイルS1bが巻回された部分は遮蔽部S1dで遮蔽されている。検出コイルS1bが巻回された鉄心S1aの検出面S1cは、固定子13の内周面13aと略同一面に配置されている。また、誘導型センサS1は、その検出面S1cが回転子10の鉄心の端部外周面と軸方向に沿って長さL1oだけ重なるように配置されている。この長さL1oは、誘導型センサS1の検出面S1cの全長の約半分になっている。そして、誘導型センサS1は、固定子13の端面の切り欠き部13bに配置されている。
【0027】
なお、図2(a)に示すように、誘導型センサS2,S3,S4にあっては、その検出面の全長の約半分の長さL2o,L3o,L4oだけ回転子10の鉄心の端部外周面と軸方向に沿って重なるように配置されている。
【0028】
このように構成することによって、回転子10の主としてエンドリング10aの負荷電流によって形成される磁束ΦRは、鉄心S1aの遮蔽部S1dに吸収されることになり、これにより検出コイルS1bが巻回された近傍の検出面S1cには、磁束ΦRは殆ど入らなくなる。一方で、固定子13の巻線によって形成される固定子13と回転子10の空隙を通る磁束ΦSの端部の磁束ΦLは、誘導型センサS1の検出面S1cを通るように形成され、この磁束量を検出コイルS1bで検出することが可能となる。従って、誘導型センサS1は、回転子10の主としてエンドリング10aの負荷電流によって形成される磁束ΦRの影響をほとんど受けることなく、固定子13と回転子10の空隙を通る磁束ΦSの端部の磁束ΦLを検出することが可能となる。
【0029】
ここで、固定子13の巻線によって形成される固定子13と回転子10の空隙を通る磁束ΦSの端部の磁束ΦLは、キャンドモータポンプの動力源の周波数(以下、電源周波数N0という)成分をもち、一方、誘導型センサS1の検出コイルS1bの検出する誘起電圧は、キャンドモータのすべりの周波数(以下、すべり周波数N1という)成分をもつ。実験によると、このすべり周波数N1は数Hz以下であり、キャンドモータへの負荷が大きくなるほど大きくなる。従って、一般的に知られているモータのスリップ率と合致している。このため、実際のキャンドモータポンプを回転している周波数(以下、回転周波数N2という)は、以下のようになる。
(回転周波数N2)=(電源周波数N0)−(すべり周波数N1)
【0030】
すべり周波数N1は、キャンドモータの負荷率で決まる周波数であり、負荷が全くない場合には、
(すべり周波数N1)=0
となる。また、キャンドモータの通常の使用範囲においては、
0<(すべり周波数N1)<(数Hz)
と考えて良い。
【0031】
このすべり周波数N1によって、摩耗した軸受の場合のみならず、正規の摩耗していない軸受の場合においても、その正規の隙間(ラジアル方向Aにおいては、直径隙間、アキシャル方向Bにおいてはエンドプレー)があるために、検出器(図示せず)の針に影響を及ぼす。つまり、センサの差動出力に、すべり周波数N1(数Hz以下)の成分をもつ周期的な変動(以下、うねりという)があり、正規の摩耗していない軸受においても、検出器の針は正常な位置とある程度摩耗した位置との間を周期的に往復する。従って、正規の摩耗していない軸受においても、あたかもある程度摩耗したかのように、検出器の針が振れてしまう。
【0032】
また、一方では、回転子10の溝数Zとキャンドモータポンプの回転周波数N2の積(Z×N2)である溝高調波成分によっても、センサの差動出力に影響を受ける。誘導型センサS1とS3は180゜対称に、また、誘導型センサS2とS4も180゜対称に配置されているため、理論上は、それぞれの対になったセンサ同士で、例えば軸受が全く摩耗していない場合には差動出力は打ち消し合うし、また、摩耗してくるとその差動出力が増加してくる。ここで、回転子10の溝数Zは、一般には20乃至30個程度あるため、溝高調波成分は極めて高い周波数となる。つまり、誘導型センサの取付けを正確に行わないと位相がずれてしまい、若干の位相ずれでも、差動出力として、本来軸受の摩耗による成分でない成分を検出してしまうことになる。
【0033】
このため、この実施の形態にあっては、数十Hz以上の溝高調波成分を減衰させるローパスフィルタ、および数Hz以下のうねりの成分を減衰させるハイパスフィルタを回路に設けている。
【0034】
図4は、誘導型センサS1,S2,S3,S4から出力された信号の処理回路を示す。この信号処理回路は、誘導型センサS1,S2,S3,S4のそれぞれの信号を受ける入力回路31乃至34、溝高調波の成分を減衰させるローパスフィルタ回路45乃至48、比較のための差動アンプ35乃至38、うねりの成分を減衰させるハイパスフィルタ回路49乃至52、比較後のオフセット調整回路39乃至42、それぞれの信号処理結果から回転子位置の演算を行う判定回路43、判定した結果を表示する表示回路44から構成されている。
【0035】
ここで、ローパスフィルタ回路45乃至48は、図5に示すように、例えば70Hz以上の周波数成分を減衰するものであり、ハイパスフィルタ回路49乃至52は、例えば10Hz以下の周波数成分を減衰するものである。
【0036】
これにより、各誘導型センサS1,S2,S3,S4の出力は、ローパスフィルタ回路45乃至48を通って溝高調波の成分が減衰され、それぞれの出力信号を判別するための比較回路部に入力され、更にハイパスフィルタ回路49乃至52を通ってうねりの成分が減衰される。従って、誘導型センサS1,S2,S3,S4のそれぞれの出力によってロータ5の位置を検出し、この位置の変化から軸受の摩耗状況を判定することができる。
【0037】
図6に、ラジアル方向Aの軸受の摩耗の検出原理を示す。図6に示すように、軸受が主に上方向に摩耗した場合には、ロータ5が上方に移動するため、ラジアル方向における上方の隙間δ1は、下方の隙間δ2よりも小さくなる。回転子10が誘導型センサS1,S2,S3,S4の磁極に近づくほど、各センサの誘起電圧は大きくなる。従って、誘導型センサS1,S2,S3,S4のそれぞれに誘起される誘起電圧の大小関係は、
S1>S3、かつ、S2>S4
となる。また、誘導型センサS1とS3、S2とS4のそれぞれに誘起される誘起電圧の差(差動電圧)の大小関係は
(S1−S3)<(S2−S4)
となり、(S2−S4)の差動出力を回路を介して検出器に表示することによって、軸受のラジアル方向Aのどちらか大きい方の摩耗を検出することができる。
【0038】
図7に、アキシャル方向Bの軸受の摩耗の検出原理を示す。アキシャル方向Bについては、誘導型センサS1,S2,S3,S4の磁極の回転子10との軸方向の重なり長さL1o,L2o,L3o,L4oは、それぞれ磁極のほぼ半分に位置しているため、差動出力(S1−S2)、もしくは(S3−S4)は、アキシャル方向Bの移動量に対して、軸方向の重なり長さの変化がより大きくなっている。つまり、羽根車2側の軸受9aの端面が距離Laだけ摩耗して、図7に示すように、ロータ5が羽根車2の方向へ距離Laだけ移動すると、誘導型センサS1の磁極の軸方向における回転子10との重なり長さL1および誘導型センサS2の磁極の軸方向における回転子10との重なり長さL2は、以下のように変化する。
L1=L1o+La、L2=L2o−La
また、軸受の摩耗がない状態では、
L1o=L2o
となるように配置しているから、誘導型センサS1とS2の重なり長さの差は、
L1−L2=2×La
となる。
【0039】
従って、誘導型センサS1,S2の磁極の回転子10との軸方向の重なり長さL1,L2がセンサの誘起電圧に比例すると考えて良いので、差動出力(S1−S2)が本来の移動量の2倍となる。誘導型センサS3,S4についても、誘導型センサS1,S2の場合と同様に、差動出力が本来の移動量の2倍となる。
【0040】
図8は、本発明の第2の実施の形態のキャンドモータポンプの誘導型センサの取付け部を示すもので、これは、誘導型センサS1,S2を、その検出面の全長L1a,L2aに亘って回転子10の鉄心の端部外周面と軸方向に沿って重なるように配置したものである。なお、図示しないが、誘導型センサS3,S4も同様に配置されている。
【0041】
この実施の形態にあっては、前述のように、ロータ5が羽根車2の方向へ距離Laだけ移動すると、誘導型センサS1の磁極の軸方向における回転子10との重なり長さL1bおよび誘導型センサS2の磁極の軸方向における回転子10との重なり長さL2bは、以下のように変化する。
L1b=L1a、L2b=L2a−La
また、軸受の摩耗がない状態では、
L1a=L2a
となるように配置しているから、誘導型センサS1とS2の重なり長さの差は、
L1b−L2b=La
となる。
【0042】
従って、アキシャル方向Bの差動出力(S1−S2)そのものは、本来の移動量と同じとなるが、磁束密度ΦLが相対的に大きいキャンドモータポンプに有効である。
【0043】
前記のように構成することによって、キャンドモータの溝高調波成分やうねりの周波数成分の影響をほとんど受けることなく、軸受の摩耗状況を判断することができるが、ロータ5が軸受隙間内を回転周波数N2とは異なる周波数で回転している(以下、公転という)ために、センサの差動出力が周期的に変動する。この差動出力は、不規則に変化するのではなく、図9(a),(b)に示すように、一定の最大値と一定の最小値の間で安定して周期的に繰り返す。つまり、公転によっても、少なくとも差動出力の最大値は変わらず、これによって、軸受の摩耗を正確に検出できる。
【0044】
図10は、キャンドモータの差動出力の振れをなくすための手段を備えた本発明の第3の実施の形態のキャンドモータポンプの信号処理回路を示すものである。この信号処理回路は、誘導型センサS1,S2,S3,S4のそれぞれの信号を受ける入力回路31乃至34、溝高調波の成分を減衰させるローパスフィルタ回路45乃至48、比較のための差動アンプ35乃至38、うねりの成分を減衰させるハイパスフィルタ回路49乃至52、比較後のオフセット調整回路39乃至42、それぞれの信号処理結果から回転子位置の演算を行う判定回路43、判定した結果の最大値のみを取り出すピークホルド回路53、その最大値のみを表示する表示回路44から構成されている。
【0045】
これにより、各誘導型センサS1,S2,S3,S4の出力は、ローパスフィルタ回路45乃至48を通って溝高調波の成分が減衰され、それぞれの出力信号を判別するための比較回路部に入力され、ハイパスフィルタ回路49乃至52を通ってうねりの成分が減衰される。更に、ピークホルド回路53によって差動出力の最大値のみが検出される。従って、誘導型センサS1,S2,S3,S4のそれぞれの出力によってロータ5の位置を検出し、この位置の変化から軸受の摩耗状況を判定することができる。
このように構成することによって、差動出力のそれぞれ最大値のみを検出器に出力できるので、検出器の針が振れることなく、極めて安定する。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、キャンドモータの溝高調波成分やうねりの周波数成分の影響を殆ど受けることなく、軸受の摩耗進行状況を電気的な検出方法を用いて容易にかつ確実に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のキャンドモータポンプを示す断面図である。
【図2】(a)は図1の誘導型センサ取付け部を拡大して示す拡大図で、(b)はその側面図である。
【図3】遮蔽構造を備えた誘導型センサを拡大して示す拡大図である。
【図4】軸受摩耗検出器の処理回路を示す処理回路図である。
【図5】フィルタにより減衰される周波数の説明に付する示すグラフである。
【図6】ラジアル方向の軸受摩耗の検出例を示す図である。
【図7】アキシャル方向の軸受摩耗の検出例を示す図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態のキャンドモータポンプの誘導型センサ取付け部を示す断面図である。
【図9】(a)はラジアル摩耗量と差動出力の関係を示すグラフで、(b)はアキシャル摩耗量と差動出力との関係を示すグラフである。
【図10】本発明の第3の実施の形態のキャンドモータポンプの軸受摩耗検出器の処理回路を示す処理回路図である。
【図11】従来のキャンドモータポンプを示す断面図である。
【図12】(a)は図11の誘導型センサ取付け部を拡大して示す拡大図で、(b)はその側面図である。
【図13】従来の軸受摩耗検出器の処理回路を示す処理回路図である。
【図14】従来のラジアル方向の軸受摩耗の検出例を示す図である。
【図15】従来のラジアル方向の軸受摩耗の検出例を示す図である。
【図16】従来の軸受摩耗出力例を示す図であり、(a)はラジアル摩耗量を、(b)はアキシャル摩耗量をそれぞれ示す。
【符号の説明】
1 ポンプケーシング
2 羽根車
3 ケーシングカバー
4 流通孔
5 ロータ
6 ディスタンスピース(スリーブ)
7a,7b スラスト板
8a,8b 軸スリーブ
9a,9b 軸受
10 回転子
11 エンドカバー
12a,12b キャン
13 固定子
14 貫通孔
22,23 ボルト
24 モータフレーム
25a,25b フレーム側板
S1,S2,S3,S4 誘導型センサ
δ1、δ2 隙間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a canned motor pump, and more particularly to a canned motor pump including a bearing wear detector that can easily monitor the progress of radial and axial bearing wear using an electrical detection method. .
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a general configuration of this type of canned motor pump. As shown in FIG. 11, the canned motor pump includes a pump part P and a motor part M. An
[0003]
One end of the
[0004]
The
[0005]
The
[0006]
In the conventional canned motor pump, since the shaft sleeves 8a and 8b and the
[0007]
In addition, since the canned motor pump has an integrated pressure vessel structure that does not have a shaft seal portion between the pump portion P and the motor portion M, it is impossible to visually observe the swing of the
[0008]
Among the detection means for detecting the wear state of the bearing that has been carried out so far, as the electrical detection means, as shown in FIG. 11 and FIG. 12 (a), two sets of both ends of the iron core of the
[0009]
This detecting means detects wear in the radial direction (radial direction A) of the
[0010]
FIG. 13 shows an example of a processing circuit for signals output from the inductive sensors S1, S2, S3, S4. The configuration of this signal processing circuit includes
[0011]
FIG. 14 shows the principle of detecting the wear of the bearing in the radial direction A. As shown in FIG. 14, when the bearing is worn mainly in the upward direction, the
S1> S3 and S2> S4
It becomes. In addition, the magnitude relationship of the difference (differential voltage) in induced voltage induced in each of the inductive sensors S1 and S3 and S2 and S4 is
(S1-S3) <(S2-S4)
Thus, by displaying the differential output of (S2-S4) on the detector through a circuit, it is possible to detect the larger wear in the radial direction A of the bearing.
[0012]
FIG. 15 shows the principle of detecting the wear of the bearing in the axial direction B. When the end face of the
L1> L2 and L3> L4
The magnitude relationship of the induced voltages induced in each of the induction sensors S1, S2, S3, S4 is
S1> S2 and S3> S4
It becomes. Therefore,
(S1-S2) or (S3-S4)
The wear in the axial direction B of the bearing can be detected by comparing the differential outputs of the two by the circuit and displaying the larger one on the detector via the circuit.
[0013]
FIG. 16A shows the differential output with respect to the wear amount of the bearing in the radial direction A. FIG. Conventional example 1 in the figure shows a case where the load current of the motor is large or the operation point of the pump is considerably smaller than the maximum efficiency point, and conventional example 2 shows a case where the load current of the motor is small or the operation point of the pump is low. The case near the maximum efficiency point is shown. FIG. 16B shows the differential output with respect to the wear amount of the bearing in the axial direction B. FIG. Similarly to the radial direction A, Conventional Example 1 in the figure shows a case where the load current of the motor is large, and Conventional Example 2 shows a case where the load current of the motor is small.
[0014]
In either case, the differential output fluctuates due to changes in the load current of the motor or the operating point of the pump. In addition, as will be described later, the number of grooves Z of the
[0015]
As another electrical detection means, the wear state of the bearing is detected by using a winding having a search coil in the winding slot of the
[0016]
However, in this electrical detection means, the differential output of the sensor is also affected by changes in the load current of the motor, the operating point of the pump, and the groove harmonic components due to the aforementioned swell and inductive sensor mounting errors. There is a problem in that the wear state of the bearing is not accurately displayed.
[0017]
On the other hand, as an example of the mechanical detection means, a mechanical contact portion that is fixed to the
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances. In a canned motor pump in which an impeller is fixed to one end of a rotor and the rotor is supported by bearings disposed on both sides of the impeller side and the opposite impeller side, It is an object of the present invention to provide a canned motor pump that can easily detect the progress of wear of bearings in the axial direction and the axial direction using an electrical detection method.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0020]
As a result, the groove harmonic component and the undulation frequency component of the canned motor included in the output of each inductive sensor are attenuated, so that the output of the rotor is not affected by these effects and the rotor output is influenced by the respective outputs from the inductive sensor. The position is detected, and the wear state of the bearing can be determined from the change in the position.
[0021]
The invention according to
[0022]
According to a third aspect of the present invention, the inductive sensor is arranged such that a detection surface of the inductive sensor overlaps with the outer peripheral surface of the end of the rotor core substantially along the entire axial direction. The canned motor pump according to
[0023]
The invention according to
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4 show a canned motor pump according to a first embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the conventional example shown in FIGS. 11 to 13 are denoted by the same reference numerals. The duplicate description is omitted.
[0025]
That is, as shown in FIGS. 1 and 2 (a), the canned motor pump includes two sets of induction sensors S1 and S3, S2 and S4 having shielding structures on both end surfaces of the iron core of the
[0026]
FIG. 3 is a detailed view of a mounting portion of the inductive sensor S1 having a shielding structure, and the other inductive sensors S2, S3, and S4 have the same configuration. In FIG. 3, the inductive sensor S1 includes an iron core S1a and a detection coil S1b wound around the iron core S1a. The iron core S1a around which the detection coil S1b is wound further includes an outer periphery of the
[0027]
As shown in FIG. 2A, in the induction type sensors S2, S3, and S4, the end portions of the iron core of the
[0028]
With this configuration, the magnetic flux ΦR formed mainly by the load current of the
[0029]
Here, the magnetic flux ΦL at the end of the magnetic flux ΦS passing through the gap between the
(Rotation frequency N2) = (Power supply frequency N0) − (Slip frequency N1)
[0030]
The slip frequency N1 is a frequency determined by the load factor of the canned motor, and when there is no load at all,
(Slip frequency N1) = 0
It becomes. In the normal use range of the canned motor,
0 <(slip frequency N1) <(several Hz)
You can think of it.
[0031]
Due to this slip frequency N1, not only in the case of a worn bearing but also in the case of a bearing that is not normally worn, the regular gap (diameter gap in the radial direction A and end play in the axial direction B) is generated. It affects the needle of the detector (not shown). In other words, the differential output of the sensor has periodic fluctuations (hereinafter referred to as waviness) having a component of slip frequency N1 (several Hz or less), and the detector needle is normal even in a normal non-wearing bearing. Periodically reciprocates between a normal position and a somewhat worn position. Therefore, even in a bearing that is not normally worn, the detector needle swings as if it is worn to some extent.
[0032]
On the other hand, the differential output of the sensor is also affected by the groove harmonic component which is the product of the number of grooves Z of the
[0033]
For this reason, in this embodiment, a low pass filter for attenuating groove harmonic components of several tens of Hz or more and a high pass filter for attenuating undulation components of several Hz or less are provided in the circuit.
[0034]
FIG. 4 shows a processing circuit for signals output from the inductive sensors S1, S2, S3, S4. The signal processing circuit includes
[0035]
Here, as shown in FIG. 5, the low-
[0036]
As a result, the output of each inductive sensor S1, S2, S3, S4 passes through the low-
[0037]
FIG. 6 shows the principle of detection of bearing wear in the radial direction A. As shown in FIG. 6, when the bearing is worn mainly in the upward direction, the
S1> S3 and S2> S4
It becomes. In addition, the magnitude relationship of the difference (differential voltage) in induced voltage induced in each of the inductive sensors S1 and S3 and S2 and S4 is
(S1-S3) <(S2-S4)
Thus, by displaying the differential output of (S2-S4) on the detector through a circuit, it is possible to detect the larger wear in the radial direction A of the bearing.
[0038]
FIG. 7 shows the principle of detecting the wear of the bearing in the axial direction B. Regarding the axial direction B, the overlapping lengths L1o, L2o, L3o, and L4o in the axial direction of the magnetic poles of the induction sensors S1, S2, S3, and S4 with the
L1 = L1o + La, L2 = L2o−La
In the state where there is no wear of the bearing,
L1o = L2o
Therefore, the difference in overlap length between the inductive sensors S1 and S2 is
L1-L2 = 2 × La
It becomes.
[0039]
Accordingly, since the axial overlap lengths L1 and L2 of the magnetic poles of the induction type sensors S1 and S2 with the
[0040]
FIG. 8 shows a mounting portion of the induction type sensor of the canned motor pump according to the second embodiment of the present invention, which extends the induction type sensors S1 and S2 over the entire lengths L1a and L2a of their detection surfaces. The
[0041]
In this embodiment, as described above, when the
L1b = L1a, L2b = L2a-La
In the state where there is no wear of the bearing,
L1a = L2a
Therefore, the difference in overlap length between the inductive sensors S1 and S2 is
L1b-L2b = La
It becomes.
[0042]
Therefore, the differential output (S1-S2) in the axial direction B itself is the same as the original movement amount, but is effective for a canned motor pump having a relatively large magnetic flux density ΦL.
[0043]
By configuring as described above, the wear state of the bearing can be judged almost without being affected by the groove harmonic component and the swell frequency component of the canned motor. Since the sensor rotates at a frequency different from N2 (hereinafter referred to as revolution), the differential output of the sensor fluctuates periodically. This differential output does not change irregularly, but stably and periodically repeats between a certain maximum value and a certain minimum value, as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). In other words, at least the maximum value of the differential output does not change even by revolution, whereby the wear of the bearing can be accurately detected.
[0044]
FIG. 10 shows a signal processing circuit of a canned motor pump according to a third embodiment of the present invention, which includes means for eliminating the differential output fluctuation of the canned motor. The signal processing circuit includes
[0045]
As a result, the output of each inductive sensor S1, S2, S3, S4 passes through the low-
With this configuration, only the maximum value of each differential output can be output to the detector, so that the detector needle is not shaken and is extremely stable.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the progress of bearing wear can be easily and reliably detected using an electrical detection method without being substantially affected by the groove harmonic component of the canned motor and the frequency component of the swell. Can be monitored.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a canned motor pump according to a first embodiment of the present invention.
2A is an enlarged view showing the inductive sensor mounting portion of FIG. 1, and FIG. 2B is a side view thereof.
FIG. 3 is an enlarged view showing an inductive sensor having a shielding structure.
FIG. 4 is a processing circuit diagram showing a processing circuit of a bearing wear detector.
FIG. 5 is a graph for explaining the frequency attenuated by the filter.
FIG. 6 is a diagram showing an example of detection of bearing wear in the radial direction.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of detection of bearing wear in the axial direction.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an inductive sensor mounting portion of a canned motor pump according to a second embodiment of the present invention.
9A is a graph showing the relationship between the radial wear amount and the differential output, and FIG. 9B is a graph showing the relationship between the axial wear amount and the differential output.
FIG. 10 is a processing circuit diagram showing a processing circuit of a bearing wear detector of a canned motor pump according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional canned motor pump.
12A is an enlarged view showing the inductive sensor mounting portion of FIG. 11, and FIG. 12B is a side view thereof.
FIG. 13 is a processing circuit diagram showing a processing circuit of a conventional bearing wear detector.
FIG. 14 is a diagram showing an example of detection of conventional bearing wear in the radial direction.
FIG. 15 is a diagram showing a detection example of conventional bearing wear in the radial direction.
FIGS. 16A and 16B are diagrams showing examples of conventional bearing wear output, where FIG. 16A shows a radial wear amount, and FIG. 16B shows an axial wear amount.
[Explanation of symbols]
1 Pump casing
2 impeller
3 Casing cover
4 distribution holes
5 Rotor
6 Distance piece (sleeve)
7a, 7b Thrust board
8a, 8b Shaft sleeve
9a, 9b Bearing
10 Rotor
11 End cover
12a, 12b can
13 Stator
14 Through hole
22,23 volts
24 Motor frame
25a, 25b Frame side plate
S1, S2, S3, S4 Inductive sensor
δ1, δ2 clearance
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