JP5038165B2 - 立軸ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、回転軸を支持する水中軸受の摩耗検出機構を備えた立軸ポンプに関するものである。

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、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。

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。一般的に、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を取り外して水中軸受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の判断が行われる。

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・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ときには、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。

そこで、以下に示す特許文献１乃至３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通電状態が途切れたことを検出することで水中軸受の摩耗量が所定の値に達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。

また、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、軸受の摩耗量を間接的に求めるものであり、定量的な摩耗量を検知する場合の信頼性が低い。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。

特開２００６−１６１７９０号公報 特開２００４−２１８５７８号公報 特開２００２−２８５９７５号公報

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、水中軸受の摩耗量の検出動作を繰り返し行うことができ、水中軸受の摩耗量を正確に検出することができる水中軸受の摩耗検出機構を備えた立軸ポンプを提供することを目的とする。

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、前記回転軸をその径方向に沿って押圧する少なくとも１つの押圧機構とを備えたことを特徴とする立軸ポンプである。

本発明の好ましい態様は、前記押圧機構によって押圧される前記回転軸の部位は、前記水中軸受によって支持されている部位またはその近傍であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記押圧機構は、複数のリンクおよびジョイントを有するリンク機構であり、前記リンク機構は、前記回転軸に接触する接触端部と、該接触端部の反対側の自由端とを有し、前記リンク機構は、前記自由端の変位量が前記接触端部の変位量よりも大きくな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、前記押圧機構は少なくとも２つの押圧機構であり、前記回転軸を中心とし、前記押圧機構が対称に配置されていることを特徴とする。

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、前記回転軸を回転自在に支持する水中軸受と、前記水中軸受または前記水中軸受に隣接して配置された可動部材を有する閉止機構と、前記閉止機構に接続され、内部に流体が封入された中空管とを備え、前記中空管の開口端部は、前記閉止機構により密閉されており、前記閉止機構は、前記可動部材がその定常位置から移動したときにのみ開かれるように構成されていることを特徴とする立軸ポンプである。

本発明の好ましい態様は、前記水中軸受に隣接してダミー部材が配置され、前記ダミー部材は、前記水中軸受の内径以上の内径を有し、前記可動部材は、前記ダミー部材の内部に配置されていることを特徴とする。

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、前記回転軸を回転自在に支持する水中軸受と、前記回転軸をその径方向に沿って押圧する押圧機構と、前記水中軸受の内部または前記水中軸受に隣接して配置された可動部材を有する閉止機構と、前記閉止機構に接続され、内部に流体が封入された中空管とを備え、前記中空管の開口端部は、前記閉止機構により密閉されており、前記閉止機構は、前記可動部材がその定常位置から移動したときにのみ開かれるように構成されており、前記閉止機構は、前記回転軸に関して前記押圧機構の反対側に配置されていることを特徴とする立軸ポンプである。

本発明によれば、水中軸受の摩耗量の直接的な検出を複数回繰り返すことができるので、摩耗検出の信頼性、精度を大きく高めることができる。

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は本発明の第１の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を水槽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、水槽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。なお、インペラケーシング１及び吊下管３によりポンプケーシング２が構成される。

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１２，１５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１５は吊下管３に収容されている。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。また、水中軸受１５を支持する支持部材１７は、吊下管３の内周面に固定されている。水中軸受１２，１５は、回転軸６に滑り接触する、いわゆる滑り軸受である。なお、符号１９はハンドホールである。

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、水槽内の水（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を通って図示しない吐出配管に移送される。なお、立軸ポンプ運転時においては、羽根車１０や水中軸受１２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。

本実施形態に係る立軸ポンプは、回転軸６をその径方向に押すことによって水中軸受１２，１５の摩耗量を検出する押圧機構（摩耗検出機構）３０，３０を備えている。押圧機構３０，３０は水中軸受１２，１５に対して設けられ、これら押圧機構３０，３０によって押圧される回転軸６の部位は、それぞれの水中軸受１２，１５に支持されている部位である。押圧機構３０は、それぞれハウジング３５に収容されている。押圧機構３０の上端はポンプ据付床２２の上方に位置し、下端はそれぞれの水中軸受１２，１５の内部に位置している。押圧機構３０，３０は互いに同一の構成を有しているので、以下、水中軸受１２に対応して設けられた押圧機構３０について説明する。

図３は、図２に示す押圧機構（摩耗検出機構）３０を示す模式図である。図３に示すように、本実施形態に係る押圧機構３０は、いわゆるリンク機構であり、３つのリンク（第１〜第３のリンク）３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと、２つのジョイント（第１および第２のジョイント）３２Ａ，３２Ｂとを備えている。第１のリンク３１Ａは回転軸６に接触するリンクである。第１のリンク３１Ａの先端は接触端部を構成し、この接触端部は水中軸受１２に形成された通孔の内部に位置している。第３のリンク３１Ｃは、回転軸６を押圧するための操作力が加えられるリンクである。第２のリンク３１Ｂは、第１のリンク３１Ａと第３のリンク３１Ｃとを連結するＬ字型のリンクである。

第１のリンク３１Ａと第２のリンク３１Ｂとは第１のジョイント３２Ａによって接続され、第２のリンク３１Ｂと第３のリンク３１Ｃとは第２のジョイント３２Ｂによって接続されている。第２のリンク３１Ｂは、支持軸３３によって回転自在に支持されている。この支持軸３３はハウジング３５に設けられており、その位置は固定されている。

第１のリンク３１Ａは回転軸６と略垂直に配置され、第３のリンク３１Ｃは回転軸６と略平行に配置されている。したがって、第３のリンク３１Ｃを上方に引き上げると、第２のリンク３１Ｂが支持軸３３を中心として回転するとともに第１のリンク３１Ａが回転軸６に向かって移動し、回転軸６を押圧する。回転軸６を支持する水中軸受１２が摩耗していると、回転軸６はその径方向に移動する。図３では、この回転軸６の径方向の変位量をｔで表し、変位量ｔに対応する第３のリンク３１Ｃの端部（自由端）の変位量をＴで表している。

図４は第２のリンク３１Ｂの拡大図である。図４に示すように、第２のリンク３１Ｂは、長さの異なる２本の腕を有している。第１のリンク側に位置する腕の長さａは、第３のリンク側に位置する腕の長さｂよりも短く、変位量ｔ，Ｔと、長さａ，ｂとの間には次の関係式が成立する。
ａ：ｂ＝ｔ：Ｔ

回転軸６の変位量ｔは水中軸受１２の摩耗量に概ね等しく、第３のリンク３１Ｃの変位量Ｔは変位量ｔ（すなわち、水中軸受１２の摩耗量）の増幅された値として表される。通常、水中軸受１２の摩耗量は大きくても数ミリであり、単に回転軸６を押しただけではその変位量を計測することが困難なことがある。本実施形態の押圧機構（リンク機構）３０によれば、回転軸６の変位量（すなわち、水中軸受１２の摩耗量）ｔを増幅させた値として計測することが可能である。したがって、計測対象箇所としての第３のリンク３１Ｃの自由端の変位量Ｔを目視により、または通常の計測器を用いることにより、定量的に計測することができる。

このように、本実施形態によれば、ポンプケーシング２を分解することなく、押圧機構３０を操作することによって必要に応じて何度も水中軸受１２，１５の摩耗量を計測することができる。また、計測器や特許文献１のような導線をポンプケーシング内（水中）に設ける必要がなく、１０年以上とされる水中軸受１２，１５の寿命に対応した、信頼性の高い機械的な摩耗検出機構を提供することができる。

なお、押圧機構３０の先端部（回転軸６との接触端部）は、水中軸受１２，１５の内部ではなく、水中軸受１２，１５の近傍であってもよい。また、図５に示すように、水中軸受１２が羽根車１０の下方に設けられている場合でも、上述と同様の構成の押圧機構３０により水中軸受１２の摩耗量を求めることができる。

図６は、１つの水中軸受に対して２つの押圧機構を備えた構成例を示す模式図である。２つの押圧機構３０Ａ，３０Ｂは図３に示す押圧機構３０と同一の構成を有している。これら２つの押圧機構３０Ａ，３０Ｂは、回転軸６に関して対称的に配置されている。このような配置によれば、一方の押圧機構３０Ｂの先端部を回転軸６に接触させた状態で、他方の押圧機構３０Ａにより回転軸６をその径方向に押圧すると、水中軸受１２の摩耗量に対応した変位量だけ押圧機構３０Ｂの第３のリンク３１Ｃ（図３参照）が移動する。したがって、押圧機構３０Ｂの第３のリンク３１Ｃの変位量Ｔを測定することにより、水中軸受１２の摩耗量を求めることができる。

図６に示す構成例の利点は次の通りである。回転軸６を押圧するために押圧機構３０Ａの操作部（第３のリンク３１Ｃ）を引き上げると、押圧機構３０Ａの弾性により押圧機構３０Ａ全体が僅かながらも伸び、結果として水中軸受１２の摩耗量の測定に微小な誤差が生じてしまう。本構成例によれば、荷重が掛からない側の押圧機構３０Ｂの第３のリンク３１Ｃの変位量を測定するので、測定精度を向上させることができる。

図７は本発明の第２の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。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。

本実施形態に係る立軸ポンプは、第１の実施形態で説明した押圧機構３０に代えて、気体または液体などの流体を利用した摩耗検出機構を備えている。本実施形態の摩耗検出機構は、中空管４０と、後述するプランジャ機構（閉止機構）とを備えている。図７に示すように、中空管４０はポンプケーシング２の側方に配置されている。これら中空管４０の上端はポンプ据付床２２の上方に位置し、流体供給源４１に連結されている。摩耗検出機構は互いに同一の構成を有しているので、以下、水中軸受１２に対応して設けられた摩耗検出機構について詳細に説明する。

図８は図７に示す摩耗検出機構を示す模式図である。図８に示すように、中空管４０の下端開口にはプランジャ機構４２が取り付けられている。このプランジャ機構４２は閉止機構として機能し、中空管４０の開口端部を密閉している。中空管４０の内部には流体供給源４１から気体または液体などの流体が封入されている。流体として気体を用いる場合は、流体供給源４１としてコンプレッサや圧力タンクなどの空気圧入装置を用いることができる。

中空管４０には、その内部に封入された流体の漏洩を検出する漏洩検出器４３が設けられている。中空管４０に封入される流体が気体の場合は、漏洩検出器４３として圧力計などの圧力検出器が用いられ、流体が液体の場合は、漏洩検出器４３として液位検出器が用いられる。図７に示すように、漏洩検出器４３はポンプ設置床２２の上方に位置している。

図９は図８に示すプランジャ機構４２の拡大断面の模式図である。図９に示すように、プランジャ機構４２は、円筒部材４５と、その内部に配置されたボール（可動部材）４６およびスプリング４７とを備えている。ボール４６はスプリング４７により円筒部材４５の開口端部に向けて付勢され、この開口端部を閉止している。この位置は、ボール４６の定常位置である。円筒部材４５の他方の開口端部は中空管４０（図８参照）に接続されている。ボール４６の一部は円筒部材４５から突出しており、ボール４６に外力が作用してボール４６が円筒部材４５の内部に押し込まれると、円筒部材４５の両方の開口端部が連通し、閉止機構としてのプランジャ機構４２が開くようになっている。

プランジャ機構４２の先端（すなわちボール４６）は水中軸受１２の内部に位置しており、水中軸受１２の内周面から回転軸６の径方向において所定の距離ｔだけ離間している。この状態では、ボール４６は回転軸６と非接触であり、中空管４０の下端開口部はプランジャ機構４２によって閉止されている。

立軸ポンプの運転中は、回転軸６は水中軸受１２の内周面と滑り接触するため、ポンプの運転時間の経過とともに水中軸受１２の摩耗が進み、やがて回転軸６がプランジャ機構４２のボール４６に接触する。そうすると、ボール４６は回転軸６によって円筒部材４５に押し込まれ、これにより中空管４０に封入されている流体がプランジャ機構４２を通じて漏れ出す。作業員は、漏洩検出器４３を目視することにより、中空管４０からの流体の漏れを判断することができる。または、図示しない監視装置を漏洩検出器４３に接続し、漏洩検出器４３からの出力信号が所定の閾値に達したときに流体が漏洩したと監視装置によって判断するようにしてもよい。なお、水中軸受１２の内周面とプランジャ機構４２の先端との距離ｔは、検知すべき水中軸受１２の許容摩耗量に応じて決定される。

本実施形態によれば、ボール（可動部材）４６を有するプランジャ機構４２を採用したことにより、水中軸受１２，１５の摩耗を繰り返し検出することができる。したがって、摩耗の誤検知かどうかを正確に判断することができ、結果として、水中軸受１２，１５の摩耗の信頼性、検出精度を高めることができる。

図１０（ａ）は本実施形態の他の構成例を示す図である。図１０（ａ）に示すように、プランジャ機構４２は、水中軸受１２に隣接する環状のダミー部材５０に埋設されている。このダミー部材５０は、水中軸受１２と同心上に配置され、水中軸受１２の内径と等しい、またはそれよりも大きい内径を有している。さらに、ダミー部材５０は、水中軸受１２と同材質、又は同程度の摩耗性を持つ材料から形成されている。プランジャ機構４２の先端（すなわちボール４６）は、上述の例と同様に、水中軸受１２の内周面から所定の距離ｔだけ離間している。また図１０（ｂ）のように、ダミー部材５０自体が摩耗しないよう、ダミー部材５０の内径を水中軸受１２の内径以上としてもよい。

水中軸受１２が摩耗すると、回転軸６の振れにより、同時にダミー部材５０が摩耗する。ダミー部材５０の摩耗が進むと、やがて回転軸６がプランジャ機構４２のボール４６に接触する。ダミー部材５０の摩耗量は水中軸受１２の摩耗量と概ね等しいので、上述の例と同様に、中空管４０からの流体の漏洩を検出することにより、水中軸受１２の摩耗量が所定の値に達したことを検知することができる。

なお、図１１に示すように、水中軸受１２が羽根車１０の下方に設けられている場合でも、上述と同様に水中軸受１２の摩耗量を求めることができる。また、第１の実施形態に係る摩耗検出機構（押圧機構３０）と第２の実施形態に係る摩耗検出機構（中空管４０およびプランジャ機構４２）を組み合わせて用いることもできる。この場合は、図１２に示すように、プランジャ機構４２を回転軸６に関して押圧機構３０の反対側に配置し、押圧機構３０で回転軸６を押圧して回転軸６をプランジャ機構４２に接触させることで、水中軸受の摩耗を検出するようにしてもよい。

これまで説明した実施形態は、当業者にとって本発明を実施可能とするためのものである。したがって、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の最も広い範囲によって定義される。

一般的な立軸ポンプを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態である立軸ポンプの全体構成を示す断面図である。 図２に示す押圧機構（摩耗検出機構）を示す模式図である。 第２のリンクの拡大図である。 本発明の第１の実施形態である立軸ポンプの他の構成例を示す断面図である。 １つの水中軸受に対して２つの押圧機構を備えた構成例を示す模式図である。 本発明の第２の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７に示す摩耗検出機構を示す模式図である。 図８に示すプランジャ機構４２の拡大断面の模式図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は第２の実施形態の他の構成例を示す図である。 第２の実施形態のさらに他の構成例を示す図である。 第１の実施形態と第２の実施形態に係る摩耗検出機構を組み合わせた構成例を示す模式図である。

符号の説明

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
６ 回転軸
７，１７ 支持部材
１０ 羽根車
１１ 外軸受
１２，１５ 水中軸受
１３ ボウルブッシュ
１４ ガイドベーン
１６ 駆動軸
１８ 駆動源
１９ ハンドホール
２２ ポンプ据付床
２３ 据付用ベース
２４ ポンプ挿通孔
３０ 押圧機構
３１Ａ〜３１Ｃ リンク
３２Ａ，３２Ｂ ジョイント
３３ 支軸
３５ ハウジング
４０ 中空管
４１ 流体供給源
４２ プランジャ機構
４３ 漏洩検出器
４５ 円筒部材
４６ ボール（可動部材）
４７ スプリング
５０ ダミー部材

Claims (7)

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、
   前記回転軸をその径方向に沿って押圧する少なくとも１つの押圧機構とを備えたことを特徴とする立軸ポンプ。
2. 前記押圧機構によって押圧される前記回転軸の部位は、前記水中軸受によって支持されている部位またはその近傍であることを特徴とする請求項１に記載の立軸ポンプ。
3. 前記押圧機構は、複数のリンクおよびジョイントを有するリンク機構であり、
   前記リンク機構は、前記回転軸に接触する接触端部と、該接触端部の反対側の自由端とを有し、
   前記リンク機構は、前記自由端の変位量が前記接触端部の変位量よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の立軸ポンプ。
4. 前記押圧機構は少なくとも２つの押圧機構であり、
   前記回転軸を中心とし、前記押圧機構が対称に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の立軸ポンプ。
5. 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、
   前記水中軸受または前記水中軸受に隣接して配置された可動部材を有する閉止機構と、
   前記閉止機構に接続され、内部に流体が封入された中空管とを備え、
   前記中空管の開口端部は、前記閉止機構により密閉されており、
   前記閉止機構は、前記可動部材がその定常位置から移動したときにのみ開かれるように構成されていることを特徴とする立軸ポンプ。
6. 前記水中軸受に隣接してダミー部材が配置され、
   前記ダミー部材は、前記水中軸受の内径以上の内径を有し、
   前記可動部材は、前記ダミー部材の内部に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の立軸ポンプ。
7. 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、
   前記回転軸をその径方向に沿って押圧する押圧機構と、
   前記水中軸受の内部または前記水中軸受に隣接して配置された可動部材を有する閉止機構と、
   前記閉止機構に接続され、内部に流体が封入された中空管とを備え、
   前記中空管の開口端部は、前記閉止機構により密閉されており、
   前記閉止機構は、前記可動部材がその定常位置から移動したときにのみ開かれるように構成されており、
   前記閉止機構は、前記回転軸に関して前記押圧機構の反対側に配置されていることを特徴とする立軸ポンプ。

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