JP4456579B2 - 立軸ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、立軸ポンプに係り、特に河川水や排水などの液体を揚水する立軸ポンプに関するものである。

図１は、従来の立軸ポンプを示す模式図である。図１に示すように、一般に、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、羽根車５０４や水中軸受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これらの部材に徐々に摩耗や腐食が起こる。このため、立軸ポンプの点検作業を定期的に行って軸受部（外軸受５１０や水中軸受５０８）や羽根車５０４の摩耗状況、ケーシング５０６の腐食状況を確認し、必要に応じて補修または交換を行うことが必要となる。その中でも、水中軸受５０８の損傷や摩耗は、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）にまで至る要因となる。このため、水中軸受５０８の点検は重要点検項目の１つとされる。

立軸ポンプの点検・整備方法としては、１）ポンプを据え付けたまま行う方法と、２）ポンプを引き上げて行う方法とがある。１）の点検方法は、ポンプを引き上げずに済むため、費用が安く、かつ点検・整備にかかる期間も短くできる。しかしながら、例えば、立軸ポンプの水中軸受５０８は通常水中に没水しているため、上記１）の方法では、水中軸受５０８の摩耗状態を適切に測定または検知することは難しく、また水中軸受５０８を交換することもできない。また、水槽内の水を排水してドライにした状態でも、水中軸受５０８は羽根車５０４の上部に位置しているため、やはり水中軸受５０８の点検や整備および交換はできない。すなわち、水槽内の水を抜き、軸受部を大気中に露出させても軸受の設置位置の問題により、満足な点検ができない。

このため、地上部で測定できる外軸受５１０やポンプベース５１４などの振動を測定し、間接的に水中軸受５０８の状態を推測することになる。しかしながら、この方法では、振動源となる水中軸受５０８付近で測定を行うわけではないため、測定点までの種々の減衰効果により、水中軸受の摩耗等による異常振動を計測することが難しく、適切に損傷や摩耗状況を判断することができない。

横軸ポンプの場合には、ポンプケーシングや羽根車等の回転体が機場の床面上にあり、分解やケーシングの外壁の任意の位置に振動ピックアップなどを取り付けることが容易であるが、立軸ポンプの場合には、羽根車５０４やガイドベーン５１６、吊下管５０２は床下の水槽内にあり、測定位置が床上に限定されてしまう。すなわち、外軸受５１０、ポンプベース５１４、原動機５２０などにセンサを取り付けることになる。

立軸ポンプにおいては、水槽内に位置する羽根車５０４や水中軸受５０８の振動は、その振動源から離れるとともに応答が小さくなるため、羽根車５０４や水中軸受５０８から離れた位置で振動を測定したとしても、振動源である水中軸受５０８の摩耗や損傷の状態を確実に把握するのは難しい。すなわち、羽根車５０４や水中軸受５０８から離れた位置では、外軸受５１０やポンプベース５１４などの支点の影響により羽根車５０４や水中軸受５０８で発生した振動が減衰しやすい。また、より厳密には、軸封に用いるグランドパッキンの締め具合によっても上記減衰効果が変わる。

これに対して、上記２）の方法によれば、水中軸受５０８の摩耗状態を適切に測定または検知することが可能であり、また水中軸受５０８の交換も可能である。このため、従来、立軸ポンプの水中軸受５０８の摩耗を確認するために、上記２）の方法を行っていた。

しかしながら、上記２）の方法は、費用がかかり、点検・整備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場合には、点検員となる機械技術者、作業員およびクレーンオペレータなどが必要となり、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、再組立作業は危険作業といえる。

また、引き上げおよび点検作業は、引き上げ後に、点検整備を行い、その後、再設置、芯出し、試運転という工程を経なければならず、かなりの日数を要する。さらに、機場によっては、点検・整備時でも、常に必要量の排水をできる状態にしておく必要があるが、点検期間中は、点検を行っているポンプを運転することができないため、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。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプを引き上げることなくポンプを据え付けた状態で水中軸受など消耗部材の摩耗状態を適切に測定または検知でき、該消耗部材の適切な交換時期を把握し、交換することができる立軸ポンプを提供することを目的とする。

本発明の第１の参考例によれば、ポンプを引き上げることなくポンプを据え付けた状態で水中軸受の摩耗状態を適切に推定または検知でき、該水中軸受の適切な交換時期を把握することができる立軸ポンプが提供される。この立軸ポンプは、回転軸と、上記回転軸に固定された羽根車と、上記羽根車の近傍で上記回転軸を回転自在に支持する水中軸受と、上記羽根車と上記水中軸受とを収容するガイドケーシングとを備えている。また、立軸ポンプは、上記水中軸受の振動を測定する振動計と、上記振動計を上記ガイドケーシングの近傍まで案内する案内装置とを備えている。上記立軸ポンプは、上記振動計により測定された測定値から上記羽根車および上記水中軸受の交換時期を推定するモニタを備えていてもよい。上記振動計または上記案内装置は、常時設置ではなく、点検時のみ持ち込み設置してもよい。

本発明の第２の参考例によれば、ポンプを引き上げることなくポンプを据え付けた状態で羽根車の摩耗状態を適切に推定または検知でき、該羽根車の適切な交換時期を把握することができる立軸ポンプが提供される。この立軸ポンプは、回転軸と、上記回転軸に固定された羽根車と、羽根車部の振動を測定する振動計と、上記振動計を上記羽根車の近傍まで案内する案内装置とを備えている。上記振動計または上記案内装置は、常時設置ではなく、点検時のみ持ち込み設置してもよい。

上記立軸ポンプは、上記振動計により測定された測定値から上記羽根車および上記水中軸受の交換または引き上げが必要な点検時期を推定するように構成されている論理回路（モニタ）を備えていてもよい。さらに、上記立軸ポンプは、上記水中軸受の摩耗を直接検知した結果と上記振動計により測定された測定値とから上記水中軸受の交換時期を推定および判断するように上記モニタを構成してもよい。また、上記立軸ポンプは、上記水中軸受の摩耗を直接検知した結果により該水中軸受の交換が必要であることを発報する設備を備えていてもよい。さらに、待機運転中に空気を吸入する空気吸入管を上記振動計を上記羽根車の近傍まで案内する案内装置としてもよい。

本発明の第３の参考例によれば、ポンプを引き上げることなくポンプを据え付けた状態で中間軸受の摩耗状態を適切に推定または検知でき、該中間軸受の適切な交換時期を把握することができる立軸ポンプが提供される。この立軸ポンプは、回転軸と、上記回転軸に固定された羽根車と、上記回転軸の中間部で該回転軸を回転自在に支持する中間軸受と、上記中間軸受を支持する支持部材とを備えている。また、立軸ポンプは、上記中間軸受の振動を測定する振動計と、上記振動計を上記支持部材の近傍まで案内する案内装置とを備えている。上記立軸ポンプは、上記振動計により測定された測定値から上記中間軸受の交換または引き上げが必要な点検時期を推定するように構成されている論理回路（モニタ）を備えていてもよい。さらに、上記立軸ポンプは、上記中間軸受の摩耗を直接検知した結果と上記振動計により測定された測定値とから上記中間軸受の交換時期を推定および判断するように上記モニタを構成してもよい。また、上記立軸ポンプは、上記中間軸受の摩耗を直接検知した結果により該中間軸受の交換が必要であることを発報する設備を備えていてもよい。上記振動計または上記案内装置は、常時設置ではなく、点検時のみ持ち込み設置してもよい。

上記案内装置として矩形状の断面形状を有するものを用い、上記振動計は上記案内装置の断面形状に対応して矩形状の断面形状を有するものを使用するか、または振動計を常にその設置位置および測定軸方向が一定になるように設置できるように、市販の振動計に治具を取り付け、測定部まで導いてもよい。また、上記案内装置は、格子状またはスリット状の仕切板と、上記仕切板の下部に形成されたドレン槽とを有していてもよい。

本発明の第１の態様によれば、ポンプを引き上げることなくポンプを据え付けた状態で水中軸受の摩耗状態を適切に測定または確認でき、該水中軸受の適切な交換時期を把握し、交換することができる立軸ポンプが提供される。この立軸ポンプは、羽根車と、上記羽根車が収容されたガイドケーシングと、上記ガイドケーシングを水槽内に吊り下げる吊下管と、上記吊下管の上端に接続される吐出曲管と、上記吐出曲管と上記ガイドケーシング内を通って鉛直方向に延び、上記羽根車が固定される回転軸と、上記吐出曲管の上部に設けられた外軸受と、上記羽根車の下方に設けられた水中軸受とを備え、上記外軸受と上記水中軸受との間には上記回転軸を支持する中間軸受を配置せずに、上記回転軸を上記外軸受と上記水中軸受とで支持するように構成され、上記ガイドケーシングは、上記羽根車の吐出側に配置された吐出ボウルを有し、該吐出ボウル内にはガイドベーンが配置されていることを特徴とする。

上記構成では、上記回転軸の中間部には中間軸受が設けられていない。上記水中軸受によって支持される上記回転軸の部分は傾斜形状を有していてもよい。さらに、上記立軸ポンプは、所定の消耗部材の画像を取得する画像取得手段と、該画像取得手段を上記消耗部材の近傍まで案内する案内装置を備えていてもよく、また、上述した振動計用の案内装置を流用して導いてもよい。また、上記立軸ポンプは、上記画像取得手段により取得された画像に基づいて腐食マップを作成するように構成されたモニタを備えていてもよい。

上記羽根車の下部に設けられる吸込ベルマウスの外部に上記水中軸受を配置してもよい。また、上記吸込ベルマウスに取り付けられる水中渦防止コーンに上記水中軸受を取り付けてもよい。

本発明の第４の参考例によれば、ポンプを引き上げることなくポンプを据え付けた状態でケーシングなどの部材の腐食や摩耗の状態を適切に検知でき、該部材の適切な補修時期を把握し、交換することができる立軸ポンプが提供される。この立軸ポンプは、回転軸と、上記回転軸に固定された羽根車と、表面が塗装された所定の消耗部材に埋め込まれた導通材と、上記導通材に接続された導通検知器とを備えている。

本発明に係る立軸ポンプによれば、ポンプを引き上げることなくポンプを据え付けた状態で水中軸受など消耗部材の摩耗状態を適切に測定または検知でき、該消耗部材の適切な交換時期を把握し、交換することができる。

以下、本発明に係る立軸ポンプの実施形態および参考例について図２から図１２を参照して詳細に説明する。なお、図２から図１２において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図２は、本発明の一参考例における立軸ポンプ１を示す模式図である。図２に示すように、立軸ポンプ１は、吸込ベルマウス１０および吐出ボウル１２を有するガイドケーシング１４と、ガイドケーシング１４を水槽内に吊り下げる吊下管１６と、吊下管１６の上端に接続される吐出曲管１８と、ガイドケーシング１４内に収容された羽根車２０と、羽根車２０が固定された回転軸２２とを備えている。

吊下管１６は、水槽上部のポンプ据付床２４に形成された挿通孔２６を通って下方に延び、吊下管１６の上端に設けられたポンプベース２８を介してポンプ据付床２４に固定されている。回転軸（立軸）２２は、吐出曲管１８、吊下管１６、およびガイドケーシング１４内を通って鉛直方向に延びている。ガイドケーシング１４および吊下管１６によりポンプケーシング３０が構成されている。なお、ポンプ据付床２４より上にある床上部Ｆは点検が可能な領域であり、ポンプ据付床２４より下にある水槽部Ｕは没水される領域である。

図２に示すように、吸込ベルマウス１０は下方に開口しており、吸込ベルマウス１０の上端は吐出ボウル１２の下端に固定されている。羽根車２０は回転軸２２の下端に固定されており、羽根車２０と回転軸２２とは一体的に回転するようになっている。この羽根車２０は複数の羽根３２を有し、羽根車２０の上方（吐出側）には複数のガイドベーン３４が配置されている。これらのガイドベーン３４はガイドケーシング１４の内周面に固定されている。

また、回転軸２２は水中軸受３６、中間軸受３８、および外軸受４０により回転自在に支持されている。水中軸受３６は吐出ボウル１２の内部１２ａに収容されており、羽根車２０の近傍で回転軸２２を回転自在に支持している。また、中間軸受３８は吊下管１６内に収容され、回転軸２２の中間部を支持している。外軸受４０は吐出曲管１８の上部に設けられ、回転軸２２の上端部を支持している。水中軸受３６を支持する支持部材４２は保持体４４の内面に固定されている。また、保持体４４はガイドベーン３４を介してガイドケーシング１４に支持されている。また、中間軸受３８を支持する支持部材４６は、吊下管１６の内周面に固定されている。水中軸受３６、中間軸受３８、および外軸受４０は、回転軸２２に滑り接触する、いわゆる滑り軸受である。

図２に示すように、回転軸２２は吐出曲管１８から上方に突出している。回転軸２２の上端は、原動機４８の駆動軸５０に連結されている。原動機４８により回転軸２２を介して羽根車２０を回転させると、水槽内の水（取扱液）が吸込ベルマウス１０から吸い込まれ、吐出ボウル１２、吊下管１６、吐出曲管１８を通って図示しない吐出配管に移送される。なお、立軸ポンプ１の運転時は、羽根車２０や水中軸受３６を収容するガイドケーシング１４は、水面５２よりも下に位置している。

ここで、吊下管１６およびガイドケーシング１４の側部には、水中軸受３６の振動を検出する振動計５４をガイドケーシング１４の近傍まで案内する案内装置としての導管５６が設置されている。すなわち、導管５６は吊下管１６の横に配置され、下端５６ａは、水中軸受３６を支持するガイドケーシング１４の近傍に位置しており、上端５６ｂはポンプ据付床２４の上方に位置している。振動計５４は、この上端５６ｂから導管５６内に挿入されケーブル５８または吊り下げ用ワイヤなどにより下端５６ａの近傍まで降下される。このケーブル５８にはモニタ６０が接続されている。このモニタ６０は、振動計５４により測定された計測値（水中軸受３６の振動の振幅値、振動速度、振動加速度など）から水中軸受３６の摩耗量や損傷を判断し、水中軸受３６の交換時期を推定できるように構成されている。

また、水中軸受３６および／または中間軸受３８の摩耗を直接検知した結果により水中軸受３６および／または中間軸受３８の交換が必要であることを発報する設備を設けてもよい。さらに、この計測値と水中軸受３６および／または中間軸受３８の摩耗を直接検知した結果とを組み合わせて水中軸受３６および／または中間軸受３８の摩耗量や損傷を判断し、水中軸受３６および／または中間軸受３８の交換時期を推定するとともに、水中軸受３６および／または中間軸受３８の使用限界を警報するようにモニタ６０を構成してもよい。水中軸受３６および／または中間軸受３８の摩耗を直接検知する方法としては、例えば、１）水中軸受３６および／または中間軸受３８の本体に摩耗により切断される脆弱部（導通線やワイヤなど）を設け、この脆弱部の切断により摩耗の限界値（取り替え推奨値）を検知する、２）水中軸受３６および／または中間軸受３８で最も摩耗量が大きい部位（例えば両端）に該水中軸受３６および／または中間軸受３８の材質と同等以下の耐摩耗性を持つ部材（以下、ダミー部材という）を設け、実際に軸を支える軸受より早く摩耗させ本軸受が摩耗で使用不能となる前に検知する、３）上記ダミー部材の摩耗を外部に設置した水槽の減水の有無や水量などから検知する、４）上記ダミー部材に導線を埋め込み、この導線が摩耗により切断されることで検知する、５）水中軸受３６および／または中間軸受３８に互いに接続されていない導線を埋め込んでおき、これらの導線が摩耗により水中に開放されることによる通電を検知して摩耗を判断する、などの方法がある。

このような構成により、振動計５４を振動源である水中軸受３６の近傍に配置することができるので、水中軸受３６の振動を直近で確実に検知することができる。これにより、水中軸受３６が使用不能となる前に処置を施すことが可能となる。また、従来の立軸ポンプでは、水中軸受に問題がなくても、軸受の状態を確認するためにポンプを引き上げて点検する必要があったが、本参考例の立軸ポンプによれば、ポンプを引き上げずに水中軸受３６の振動を検知することができるので、適切な引き上げ時期を判断することが可能となり、従来、定期的に行っていたポンプの引き上げを、必要な時だけ行えばよいことになり、この結果、ポンプの維持管理費が低減される。

なお、上述した振動計５４は、常にガイドケーシング１４の近傍に設置していてもよいし、あるいは、水中軸受３６の測定時にのみガイドケーシング１４の近傍に設置してもよい。また、導管５６をポンプケーシング３０から取り外しできるように構成し、水中軸受３６の測定時にのみ導管５６をポンプケーシング３０に取り付けてもよい。この場合には、ポンプ据付床２４上で振動計５４を導管５６内に設置することができるので、振動計５４の取付作業が容易かつ確実になる。なお、導管５６を設置せずに、水中用の振動センサ（図示せず）をガイドケーシング１４に取り付けて水中軸受３６の振動を測定してもよい。また、レーザ振動計を使用し、導管５６内に反射板などを配置して、レーザの方向を変えて水中軸受３６の振動を測定してもよい。

また、図２に示すように、吊下管１６およびガイドケーシング１４の側部には、羽根車２０の振動を検出する振動計６２を羽根車２０の近傍まで案内する導管６４が設置されている。すなわち、導管６４は吊下管１６の横に設置され、下端６４ａは、羽根車２０の近傍（ライナ部近傍）に位置しており、上端６４ｂはポンプ据付床２４の上方に位置している。振動計６２は、この上端６４ｂから導管６４内に挿入されケーブル６６または吊り下げ用ワイヤなどにより下端６４ａの近傍まで降下される。このケーブル６６にはモニタ６８が接続されている。このモニタ６８は、振動計６２により測定された計測値（羽根車２０の振動の振幅値、振動速度、振動加速度など）から羽根車２０の摩耗量や損傷を判断できるように構成されている。また、水中軸受の摩耗や損傷による振動は羽根車にも起因することがあるため、羽根車の振動を検出することで水中軸受の交換時期を判断することもできる。

また、吊下管１６の側部には、中間軸受３８の振動を検出する振動計７０を支持部材４６の近傍まで案内する導管７２が設けられている。すなわち、導管７２は吊下管１６の横に設置され、下端７２ａは、中間軸受３８を支持する支持部材４６の近傍に位置しており、上端（図示せず）はポンプ据付床２４の上方に位置している。振動計７０は、この上端から導管７２内に挿入されケーブル７４または吊り下げ用ワイヤなどにより下端７２ａの近傍まで降下される。このケーブル７４にはモニタ（図示せず）が接続されている。このモニタは、振動計７０により測定された計測値（中間軸受３８の振動の振幅値、振動速度、振動加速度など）から中間軸受３８の摩耗量や損傷を判断できるように構成されている。

なお、上述した各モニタにより得られた結果を記憶装置（図示せず）に格納・蓄積しておいてもよい。このようにすれば、立軸ポンプ１に関する過去のデータや傾向を現地で容易に確認することができる。また、記憶装置は持ち運びできるものとしてもよく、あるいは、当該ポンプにＩＣタグ等を利用して書き込めるようにしてもよい。

また、上述した導管５６，６４，７２の内部に物を落としたりしないように、導管５６，６４，７２の上端部などに蓋を取り付けたり、導管５６，６４，７２の内部にビニル袋などを入れて落下物を取り出せる構造としてもよい。

ここで、上述した導管５６，６４，７２としては、例えば図３（ａ）から図３（ｅ）に示すような導管８０ａ〜８０ｄを用いることができ、これらの導管８０ａ〜８０ｄの内部にケーブル８１やワイヤ（図示せず）により吊り下げられた振動計８２を案内してもよい。なお、この導管はポンプに対して１本でも複数本でもよい。

図３（ａ）に示す導管８０ａは矩形状の断面を有しており、導管８０ａ内に収容される振動計８２は導管８０ａの断面形状に対応して直方体形状となっている。このような構成とすることで、振動計８２を一定の向きで導管８０ａ内に導入することができるので、振動計８２を確実に目標位置（点）に案内することができ、振動計８２は、一定の位置および一定の測定軸方向で常に測定を行うことが可能となる。なお、導管８０ａおよび振動計８２の断面形状を楕円としても同様の効果が得られる。また、図３（ｂ）に示すように、矩形状の導管８０ａを使用し、市販の振動計８２に治具８５を取り付けて測定部まで導いてもよい。

また、図３（ｃ）に示す例では、導管８０ｂの底部に磁性体８３を配置し、永久磁石や電磁石などにより振動計８２を磁性体８３に固定している。この導管８０ｂ自体は非磁性体である。このような構成により振動計８２を一定の場所に位置決め固定することができる。また、図３（ｄ）に示す例では、断面形状が楕円の導管８０ｃにガイド溝８４を形成し、振動計８２にこのガイド溝８４に係合する突起８６を設けている。このような構成によっても振動計８２を一定の場所に一定の向きで位置決め固定することができる。また、図３（ｅ）に示す例では、導管８０ｄの底部がテーパ形状８８になっており、振動計８２の底部がこのテーパ形状８８に係合することにより位置決めされるようになっている。なお、振動計８２の底部をねじ止めまたはインロー構造にしてもよい。なお、これら導管や磁性体等は、設置部の水質や周囲環境などにより、必要に応じ塗装やコーティング等の防錆を行なう。

このように、振動計８２を一定の場所に一定の向きで位置決め固定することにより、常に一定の測定点および一定の測定軸方向の振動を測定することができるので、測定結果の傾向管理が可能となり、現実的な維持管理計画（修繕計画）が可能になり、設備の信頼性を向上することが可能となる。

また、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、導管８０ｅの底部に格子状またはスリット状の仕切板９０を設け、この仕切板９０の下方にドレン槽９２を形成してもよい。このようなドレン槽９２を設けることにより、振動計８２に悪影響を与える湿気、水分、ごみなどを仕切板９０を通してドレン槽９２に分離し、除去することができる。ドレン槽９２に溜まったドレン水は、定期的にバキュームクリーナや圧縮空気を用いて排水することができる。なお、振動計８２として水中用振動計を用いる場合や、使用前に導管８０ｅの内部をバキュームクリーナや圧縮空気により洗浄する場合にはこのような構造を採用する必要はない。

また、立軸ポンプ１が先行待機型ポンプである場合には、待機中に空気を吸入するための空気吸入管が羽根車２０の近傍に接続されるが、上述した導管６４としてこの空気吸入管を利用してもよい。この場合には、通常の揚水運転状態や気中での空転状態での測定が可能となり、気中運転で振動測定を行えば、ポンプの運転状態を常に同じ状態にして傾向管理を行うことができるので、振動計測および傾向管理の精度を上げることができる。なお、この場合において、空気吸入管の断面形状を図３（ａ）に示すような矩形状としてもよい。通常の揚水運転で測定する場合は、吸水位および吐水位の変動によりポンプの運転点が異なるため、完全に同じ状態での計測とはならない。

図５は、本発明の一実施形態における立軸ポンプ１０１を示す模式図である。上述した参考例においては、水中軸受３６が吐出ボウル１２に収容されていたが、本実施形態においては、羽根車２０の上方の水中軸受３６を省略し、羽根車２０の下方に水中軸受１３６を配置している。この水中軸受１３６は、支持部材１４２によって吸込ベルマウス１０に固定されている。上述した参考例においては水中軸受３６が吐出ボウル１２に収容されているため、立軸ポンプを据え付けた状態で水中軸受３６を直接確認することは難しい。本実施形態においては、羽根車２０の下方に水中軸受１３６を配置しているため、水槽部Ｕの内部をドライにし、立軸ポンプ１０１の下部に作業員Ｐが入れば、隙間ゲージなどを用いて水中軸受１３６の摩耗量や損傷具合を容易に判断することが可能となる。このように、立軸ポンプ１０１を引き上げることなく水中軸受１３６の点検を行うことができるので、立軸ポンプの引き上げに必要な費用を削減することができ、点検時の運転不能時間を大幅に短縮することができる。したがって、ポンプ場の経済性および信頼性を向上することができる。また、水中軸受１３６の位置が従来の位置よりも低くなるため、水槽内の水位が低い場合でも、水中軸受１３６が没水するので、水潤滑を必要とするカットレス軸受などでは運転水位を下げることが可能となる。

また、吐出ボウル１２の内部１２ａでは水が淀んでいるため、ポンプ吐出流により異物がボウル内に入り込み、滞留することによりボウル内の水中軸受に絡む可能性が高い状態になる。このため、図２に示す水中軸受３６では、異物の流入を防ぐためにボウルブッシュを付ける必要があった。これに対して、本実施形態では、羽根車２０の下方に水中軸受１３６を配置しているため、水中軸受１３６に異物が滞留するおそれがなく、信頼性を向上させることができる。

また、羽根車２０の下方に水中軸受１３６を配置することにより、回転軸２２の支持構造が片持ち支持から両端支持になるので、メンテナンスの行いにくい水中軸受１３６に作用する力を小さくすることができる。これにより、水中軸受１３６の摩耗の度合いおよび取替頻度を低くすることができる。すなわち、図６（ａ）に示すような片持ち支持構造の場合、羽根車２０に作用するラジアル力Ｆ、水中軸受１３６に作用するラジアル力ｆ１、外軸受４０と羽根車２０との間の距離Ｌ、羽根車２０と水中軸受１３６との間の距離Ｈ１とすると、モーメントの釣り合いから以下の式が成り立つ。
Ｌ×Ｆ＝ｆ１×（Ｌ−Ｈ１） ・・・（１）
すなわち、
ｆ１＝Ｌ×Ｆ／（Ｌ−Ｈ１） ・・・（２）

一方、図６（ｂ）に示すような両端支持構造の場合、水中軸受１３６に作用するラジアル力ｆ２、羽根車２０と水中軸受１３６との間の距離Ｈ２とすると、モーメントの釣り合いから以下の式が成り立つ。
Ｌ×Ｆ＝ｆ２×（Ｌ＋Ｈ２） ・・・（３）
すなわち、
ｆ２＝Ｌ×Ｆ／（Ｌ＋Ｈ２） ・・・（４）

上記式（２）および式（４）から以下の式が導かれる。
ｆ２／ｆ１＝（Ｌ−Ｈ１）／（Ｌ＋Ｈ２）＜１ ・・・（５）
したがって、ｆ２＜ｆ１となり、両端支持構造により水中軸受１３６に作用する力が小さくなることがわかる。

また、水中軸受１３６の交換が必要となった場合でも、回転軸２２のスラストは外軸受４０で支持しているので、水中軸受１３６を容易に取り外し、新たな水中軸受１３６を容易に装着することができる。したがって、立軸ポンプ１０１の維持管理性および信頼性を向上できるとともに、不測の故障時においても迅速な対応が可能となる。河川排水などの予備機のないポンプ設備においては、ポンプ機能を早急に回復することが浸水被害の防除につながる重要な要素であるため、図５に示す両端支持構造は非常に有意義である。

また、本実施形態においては、図２に示す立軸ポンプ１と異なり、中間軸受３８が設けられていない。その代わりに、図２に示す立軸ポンプ１よりも回転軸２２（中実）の径を大きくするか、または径の大きい中空の円筒軸を用いて剛性を増している。このように、本実施形態においては、中間軸受３８がないため、立軸ポンプ１０１を据え付けた状態のままで消耗品の点検分解を完全に行うことができ、立軸ポンプの維持管理性がさらに向上する。また、摩耗品である中間軸受がないため、経済性が向上するともに、故障発生箇所がなくなることによってポンプの信頼性が向上する。なお、中間軸受を設けない上記実施形態が最も好ましいが、ポンプの長さによっては中間軸受を設けてもよい。

図７は、回転軸２２の下端部の部分拡大図である。図７に示すように、水中軸受１３６に支持される回転軸２２の下端部は下方に行くほど細くなる傾斜形状になっている。このように回転軸２２の下端部を傾斜形状とすることにより、水中軸受１３６が均等に摩耗したとき、水中軸受１３６を上方に押し込むことにより応急補修が可能となる。これにより、立軸ポンプ１０１を据え付けた状態のままで水中軸受１３６の応急補修が可能となるので、緊急時にも迅速な復旧が可能となってポンプの信頼性が向上する。なお、水中軸受１３６の軸受材１３６ａとしては樹脂系の軸受を用いることができる。このような樹脂系の軸受では摩耗して減肉しやすい材質のものがあり、本構造とすることにより、信頼性を確保することができる。

また、図８に示すように、水中軸受１３６、羽根車２０、および吸込ベルマウス１０の摩耗や腐食を確認するためにこれらの部材の画像を取得するファイバスコープ２００（ＣＣＤカメラ）と、このファイバスコープ２００を水中軸受１３６の近傍に案内する案内装置としての導管２０２を設けてもよい。このファイバスコープ２００はモニタ２０４に接続される。ファイバスコープ２００は、導管２０２の上端２０２ａから導管２０２内に挿入され水中軸受１３６の近傍まで案内される。このように、ファイバスコープやＣＣＤカメラなどの画像取得手段により水中軸受１３６、羽根車２０、および吸込ベルマウス１０の映像を取得し、これらの部材の摩耗や腐食を確認できるので、水槽部Ｕの内部をドライにせず、床上から状態を把握できる。また、映像によって直接的に隙間の測定や確認が可能であるため（羽根車２０の隙間なども確認することができる）、点検精度を向上することができる。なお、導管２０２として、上述した振動計用の導管を使用することも可能である。

ここで、上述したファイバスコープ２００により立軸ポンプ１０１の特定の位置を計測することができるので、例えば、図９に示すように吸込ベルマウス１０を複数の領域Ａ〜Ｄに分割し、各領域ごとに腐食状態を取得して腐食マップ２０５を作成するようにモニタ２０４を構成してもよい。この腐食マップ２０５は、吸込ベルマウス１０の円筒形状の内面を展開して存在する腐食Ｒを平面に示したものである。このような腐食マップ２０５を作成することにより、消耗部品の経年変化を部位と合わせ確認することができる。

また、例えば、水中軸受１３６を支持する支持部材１４２の腐食状況を検知するために、図１０に示すように、支持部材１４２付近に導通材２０６を埋め込み、その表面を塗装してもよい。支持部材１４２付近は、最も流速が早く、かつ塵芥などが当たりやすい場所である。このような構成により、腐食により塗装２０８が剥がれ落ちると、導通材２０６が水中に開放されて通電し、導通検知器２１０がこれを検知して摩耗を判断する。あるいは、塗装が剥がれた後、導通材が腐食、断線することにより、導通断を検知して摩耗を判断してもよい。

図１１は、図５に示す立軸ポンプの変形例を示す模式図である。この例においては、水中軸受１３６が吸込ベルマウス１０の下方外側に設けられている。このような構成により、吸込ベルマウス１０内の吸込流路を広くすることができ、吸込性能が低下することを防止することができる。この場合において、図１２に示すように、吸込ベルマウス１０に取り付けられる水中渦防止コーン２１２に上記水中軸受１３６を取り付けてもよい。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

従来の立軸ポンプを示す模式図である。 本発明の一参考例における立軸ポンプを示す模式図である。 図２に示す立軸ポンプに用いることができる導管の例を示す模式図である。 図２に示す立軸ポンプに用いることができる導管の例を示す模式図であり、図４（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）は仕切板の平面図である。 本発明の一実施形態における立軸ポンプを示す模式図である。 図６（ａ）は片持ち支持構造の場合に水中軸受に作用する力を説明する図、図６（ｂ）は両端支持構造の場合に水中軸受に作用する力を説明する図である。 図５に示す立軸ポンプの部分拡大図である。 図５に示す立軸ポンプの変形例を示す部分拡大図である。 図８に示す立軸ポンプにおいて作成される腐食マップを説明するための概略図である。 図５に示す立軸ポンプにおける水中軸受を支持する支持部材の腐食状態を検知するための構成を示す模式図である。 図５に示す立軸ポンプの変形例を示す模式図である。 図１１の変形例を示す模式図である。

符号の説明

１，１０１ 立軸ポンプ
１０ 吸込ベルマウス
１２ 吐出ボウル
１４ ガイドケーシング
１６ 吊下管
１８ 吐出曲管
２０ 羽根車
２２ 回転軸
３０ ポンプケーシング
３６，１３６ 水中軸受
３８ 中間軸受
４０ 外軸受
４２，４６ 支持部材
４８ 原動機
５０ 駆動軸
５４，６２，７０，８２ 振動計
５６，６４，７２，８０ａ〜８０ｅ 導管
５８，６６，７４，８１ ケーブル
６０，６８ モニタ
９０ 仕切板
９２ ドレン槽
２００ ファイバスコープ
２０２ 導管
２０４ モニタ
２０６ 導通材
２１０ 導通検知器
２１２ 水中渦防止コーン

Claims (7)

1. 羽根車と、
   前記羽根車が収容されたガイドケーシングと、
   前記ガイドケーシングを水槽内に吊り下げる吊下管と、
   前記吊下管の上端に接続される吐出曲管と、
   前記吐出曲管と前記ガイドケーシング内を通って鉛直方向に延び、前記羽根車が固定される回転軸と、
   前記吐出曲管の上部に設けられた外軸受と、
   前記羽根車の下方に設けられた水中軸受とを備え、
   前記外軸受と前記水中軸受との間には前記回転軸を支持する中間軸受を配置せずに、前記回転軸を前記外軸受と前記水中軸受とで支持するように構成され、
   前記ガイドケーシングは、前記羽根車の吐出側に配置された吐出ボウルを有し、該吐出ボウル内にはガイドベーンが配置されていることを特徴とする立軸ポンプ。
2. 前記回転軸は、前記水中軸受を貫通して延びていることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。
3. 前記ガイドケーシングは、下方に開口する吸込ベルマウスを有し、
   前記水中軸受は、前記吸込ベルマウスから吸い込まれた液体により潤滑されることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。
4. 前記ガイドケーシングは、下方に開口する吸込ベルマウスを有し、
   前記水中軸受は、前記吸込ベルマウスに固定された支持部材により支持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。
5. 前記水中軸受によって支持される前記回転軸の部分は傾斜形状を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
6. 前記水中軸受の軸受材料は、樹脂であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の立軸ポンプ。
7. 前記水中軸受は、前記羽根車を収容する吸込ベルマウスの外部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。

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