JP5826650B2 - 軸受の摩耗検出機構および該摩耗検出機構を備えた立軸ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、回転軸を支持する軸受の摩耗検出機構および該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、ポンプ機場に使用される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５０１を介して羽根車５０２を収容するケーシング５０３が吊り下げられる。このような立軸ポンプは、水中軸受５０４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水中軸受５０４が徐々に摩耗する。このため、立軸ポンプの点検作業を定期的に行って水中軸受５０４の摩耗状況を確認し、必要に応じて水中軸受５０４の補修または交換が行われる。

水中軸受５０４の摩耗は、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）に至る原因となる。このため、水中軸受５０４の点検は重要点検項目の１つである。一般に、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５０３を分解して水中軸受５０４を露出させ、すきまゲージなどを用いて水中軸受５０４の摩耗量を測定し、水中軸受５０４の交換を行うべきか否かを判断する。

立軸ポンプの水中軸受の点検は、天井クレーンを用いてポンプを引き上げて行う必要がある。しかしながら、この方法は点検のためにポンプ本体を引き上げ、分解する作業であるため、費用がかかり、点検にかかる時間も長くなる。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クレーンオペレータが必要となり、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は危険作業といえる。

また、立軸ポンプの点検整備の後は、立軸ポンプを組み立てる必要がある。この組立作業には、駆動源とポンプ回転軸との芯出し、立軸ポンプの試運転という工程が含まれ、かなりの日数を要する。さらに、ポンプ機場によっては、点検時でも、常に必要量の排水ができる状態にしておく必要があり、点検期間中でも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。

そこで、以下に示す特許文献１乃至５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導線が切れたことを検出することで水中軸受が摩耗したことを検知する方法が開示されている。

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。特許文献４，５には、回転軸と導体との接触により導体間が電気的に導通し、これにより導体に隣接する水中軸受の摩耗を検知する方法が開示されている。

特開２００６−１６１７９０号公報 特開２００４−２１８５７８号公報 特許３５６７１４０号公報 特開２００８−７５６２５号公報 特開２０１０−２４８９３９号公報

これらの特許文献に開示された先行技術はそれぞれの特徴を有しており、適用するポンプの運転環境、コスト、摩耗の検出態様などに応じて適宜選択される。突発的な豪雨など、異常気象が多発する近年では、ポンプ機場に設置されるポンプとして、先行待機型のポンプへの需要が高まっている。先行待機型ポンプは、ドライの状態で、すなわち羽根車や水中軸受に揚水すべき液体がない状態で運転させておくことができるので、雨水の急激な増大に対処することができる。

そこで、本発明は、ドライ状態でも運転することができる先行待機型の立軸ポンプに適用可能な軸受の摩耗検出機構を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような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、回転軸を支持する軸受の摩耗を検出する摩耗検出機構であって、前記回転軸を囲むように配置されたセンサパッドと、導電体から構成され、前記センサパッドを保持するパッド保持部材と、前記パッド保持部材を、前記回転軸の半径方向に移動可能に支持する摺接部材と、前記半径方向において前記パッド保持部材の外側に配置され、該パッド保持部材に対向する第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とを電気的に隔離する絶縁部材と、前記センサパッドおよび前記パッド保持部材の前記半径方向への移動を許容しつつ、前記センサパッドおよび前記パッド保持部材の回転を制限する回り止め部材と、前記パッド保持部材を通じた前記第１の電極と前記第２の電極との電気的導通を検出する検出回路とを備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記摺接部材は、前記パッド保持部材の上面に接する第１の摺接部材と、前記パッド保持部材の下面に接する第２の摺接部材とから構成され、前記第１の摺接部材は、センサキャップに保持されており、前記第２の摺接部材は、センサベースに保持されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の電極、前記第２の電極、および前記絶縁部材は、複数のボルトにより前記センサキャップと前記センサベースとの間に挟まれていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第１の電極および前記第２の電極は、リング形状を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記軸受と同軸状に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の電極および前記第２の電極の内径よりも大きな内径を有するリング状の第３の電極をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記パッド保持部材には、係合孔が形成されており、前記回り止め部材の先端は、前記係合孔に緩やかに挿入されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記回り止め部材は、前記絶縁部材に固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センサパッドおよび前記パッド保持部材は、それぞれ円筒形状を有しており、前記センサパッドは、前記パッド保持部材の内周面に固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記摺接部材は、樹脂材料から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、前記樹脂材料は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、またはポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記センサパッドは、絶縁材料から構成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、前記回転軸を回転自在に支持する滑り接触面を有する軸受と、上記摩耗検出機構とを備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸受は水中軸受であることを特徴とする。

本発明によれば、センサパッドは、回転軸の回転に応じて回転軸の半径方向に移動する一方で、回転軸とともには回転しない構成となっているので、センサパッドの摩耗量および発熱量が極めて少なくなる。また、センサパッドには、回転軸との接触に対し、ドライ状態でも発熱がなく、健全性が保てる樹脂等の材料を用い、電極と接触するパッド保持部材には電気抵抗の少ない金属を用いることが可能となり、確実に電極間の導通を検知することが可能となる。したがって、先行待機型の立軸ポンプに最適な摩耗検出機構を提供することができる。

さらに本発明によれば、パッド保持部材もセンサパッドと同様に、回転軸とともには回転しない構成となっているので、パッド保持部材と電極とが激しく摺接することがなく、電極が発熱したり、焼き付いたりすることがない。したがって、先行待機型ポンプの運転に最適な摩耗検出機構を提供することができる。

さらに本発明によれば、回転軸と電極とは直接接触することはないため、回転軸の振れ回りによる荷重が直接電極にかからない。したがって、電極が変形しにくく、信頼性の高い摩耗検出機構を提供することができる。

ポンプ機場に使用される一般的な立軸ポンプを示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る立軸ポンプの全体構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態における摩耗検出機構の模式図である。 立軸ポンプの回転軸、水中軸受、及び摩耗検出機構の各要素の寸法を示した図である。 図３に示す摩耗検出機構の部分拡大図である。 パッド保持部材と電極とが接触した状態を示す図である。 図３に示す摩耗検出機構を別の方向から見た模式図である。 摩耗検出機構と検出回路の接続を模式的に示した図である。 図８に示す電気回路が閉回路となった状態を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態における摩耗検出機構の模式図である。 本発明の第３の実施形態における摩耗検出機構の模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る立軸ポンプの全体構成を示す模式図である。
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２と、吊下管２の上端に接続される吐出曲管３と、インペラケーシング１内に収容される羽根車４と、羽根車４が固定される回転軸（立軸）５とを備えている。吊下管２は、水槽上部のポンプ据付床６に形成された挿通孔７を通して下方に延び、吊下管２の上端に設けられた据付用ベース８を介してポンプ据付床６に固定される。回転軸５は、吐出曲管３、吊下管２、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。ポンプケーシング９は、インペラケーシング１、吊下管２、及び吐出曲管３により構成される。ポンプケーシング９、回転軸５、および据付用ベース８は金属から形成されている。

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４は回転軸５の下端に固定されており、羽根車４と回転軸５とは一体的に回転するようになっている。この羽根車４の上方（吐出側）には複数のガイドベーン１０が配置されている。これらのガイドベーン１０はポンプボウル１ｂの内周面に固定されている。回転軸５は外軸受１１および水中軸受１３，１４により回転自在に支持されている。水中軸受１３はポンプボウル１ｂに収容されており、羽根車４の上方に位置している。水中軸受１４は吊下管２に収容されている。外軸受１１は吐出曲管３に固定されている。水中軸受１３の上方には摩耗検出機構２０が設置されており、水中軸受１４の上方には摩耗検出機構２５が設置されている。水中軸受１３を支持する支持部材１７はボウルブッシュ１２の内面に固定されており、さらに、ボウルブッシュ１２はガイドベーン１０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１４を支持する支持部材１５は、吊下管２の内周面に固定されている。水中軸受１３，１４は、回転軸５に滑り接触する、いわゆる滑り軸受である。なお、符号１６はハンドホールである。

回転軸５は吐出曲管３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５を介して羽根車４を回転させると、水槽内の水が吸込ベルマウス１ａから吸い込まれ、ポンプボウル１ｂ、吊下管２、吐出曲管３通って図示しない吐出配管に移送される。

この立軸ポンプは、水中軸受１３，１４の摩耗を検出する機構２０，２５を有している。水中軸受１３用の摩耗検出機構２０と水中軸受１４用の摩耗検出機構２５は同一の構成を有しているので、以下、水中軸受１４用の摩耗検知機構２５について説明する。

図３は本発明の第１の実施形態における摩耗検出機構の模式図である。
本実施形態では、図３のＡ−Ａ線より下方に水中軸受１４が配置されており、Ａ−Ａ線より上方に摩耗検出機構２５が配置されている。しかしながら、水中軸受１４と摩耗検出機構２５との配置は図３の例に限定されない。すなわち、図３のＡ−Ａ線より上方に水中軸受１４が配置され、Ａ−Ａ線より下方に摩耗検出機構２５が配置されてもよい。水中軸受１４と摩耗検出機構２５とは、同軸状に配置されており、複数のボルト２８で軸受ホルダ３０に固定されている。軸受ホルダ３０は複数の支持部材１５によりポンプケーシング９の内面に固定されている。

まず、水中軸受１４の構成について説明する。水中軸受１４は、回転軸５に固定された軸受スリーブ３５の外周面を支持する軸受本体４０と、軸受本体４０を保持する軸受保持部材４２と、回転軸５から軸受本体４０及び軸受保持部材４２が受ける衝撃を吸収する緩衝部材４５と、緩衝部材４５が固定される軸受ベース５０とを備えている。軸受スリーブ３５は、回転軸５の外周面にスリーブ支持部材５１により固定されている。スリーブ支持部材５１は軸受スリーブ３５と同様に円筒形状を有している。軸受スリーブ３５及びスリーブ支持部材５１は回転軸５と共に回転し、回転軸５と共に振れ回る。回転軸５が回転することで、軸受スリーブ３５は軸受本体４０にすべり接触する。

軸受本体４０は、円筒形状を有しており、軸受スリーブ３５の外周面から所定の距離だけ離間した状態で軸受保持部材４２の内周面に取り付けられている。図４に示すように、軸受本体４０の内径ｄ２は、軸受スリーブ３５の外径ｄ１より僅かに大きく形成されている。軸受スリーブ３５の外周面と軸受本体４０の内周面との隙間は、０．１ミリメートルオーダーである。

軸受スリーブ３５は、超硬金属から形成されており、軸受本体４０は、摺動性の良い樹脂系材料から形成されている。軸受スリーブ３５は軸受本体４０にすべり接触し、軸受本体４０は、軸受スリーブ３５及び回転軸５を回転自在に支持するすべり軸受として機能する。特に本実施形態に係る立軸ポンプは、ドライ状態での起動、所定時間の運転、停止といった運転条件を想定しているため、軸受本体４０の材料は、ドライ状態でも過度に発熱して溶融することなく、また通常の揚水時にはすべり軸受として機能する樹脂系材料が好ましい。

軸受保持部材４２は、金属から形成されている。軸受保持部材４２の外周面には、軸受保持部材４２を取り囲むようにして緩衝部材４５が設けられている。この緩衝部材４５はゴムなどの耐衝撃性のある材料から形成されている。この緩衝部材４５が設けられることにより、例えば回転軸５の振れ回りによる過度の衝撃が軸受本体４０に加えられたときに、軸受本体４０の破損を防止することができる。

次に、摩耗検出機構２５について説明する。摩耗検出機構２５は、回転軸５に固定されたセンサスリーブ６０の外周面を囲むように配置されたセンサパッド６２と、センサパッド６２を保持するパッド保持部材６４と、パッド保持部材６４に対向して配置された一対の電極６６，６８とを備えている。センサスリーブ６０は、回転軸５の外周面に固定されている。センサスリーブ６０は回転軸５と共に回転し、回転軸５と共に振れ回る。回転軸５が回転することでセンサスリーブ６０はセンサパッド６２にすべり接触する。

センサパッド６２は、円筒形状を有しており、センサスリーブ６０の外周面から所定の距離だけ離間した状態でパッド保持部材６４の内周面に固定されている。図４に示すように、センサパッド６２の内径ｄ４は、センサスリーブ２８の外径ｄ３より僅かに大きく形成されている。センサパッド２９の内周面とセンサスリーブ６０の外周面との隙間は０．１ミリメートルオーダーである。

図５は、図３に示す摩耗検出機構２５の部分拡大図である。パッド保持部材６４はセンサパッド６２の外周面に取り付けられている。パッド保持部材６４の外周面から所定距離だけ離間した位置には一対の電極６６，６８が配置されている。これら電極６６，６８はリング形状を有しており、パッド保持部材６４を囲むように配置されている。図４に示すように、電極６６，６８の内径ｄ６は互いに同一であり、この内径ｄ６はパッド保持部材６４の外径ｄ５よりも大きく設定されている。電極６６，６８の内周面６６ａ，６８ａとパッド保持部材６４の外周面との隙間ｄｔの大きさは、水中軸受１４の許容摩耗量または交換推奨摩耗量に相当する。そのため、隙間ｄｔの大きさは、検出しようとする摩耗量に応じて適宜変更される。例えば、比較的少ない摩耗量で検出しようとする場合は隙間ｄｔを小さく、比較的多い摩耗量で検出しようとする場合は隙間ｄｔを大きくする。この隙間ｄｔの大きさは、検出しようとする摩耗量によって変更される値であるが、通常数ミリメートルである。

一対の電極６６，６８は回転軸５の軸方向に沿って配列されており、互いに離間している。電極６６，６８は第１の絶縁部材７０、第２の絶縁部材７２、及び第３の絶縁部材７４により保持されている。電極６６は第１の絶縁部材７０と第２の絶縁部材７２との間に挟まれており、電極６８は第２の絶縁部材７２と第３の絶縁部材７４との間に挟まれている。電極６６と電極６８との間には第２の絶縁部材７２が配置されている。したがって、電極６６，６８は電気的に互いに分離されている。絶縁部材７４の下には、センサベース８０が配置されており、絶縁部材７０の上にはセンサキャップ８２が配置されている。電極６６，６８及び絶縁部材７０，７２，７４は、センサベース８０とセンサキャップ８２との間に配置されている。電極６６，６８、絶縁部材７０，７２，７４、センサベース８０、及びセンサキャップ８２はリング形状を有しており、同心状に配置されている。

電極６６，６８及び絶縁部材７０，７２，７４にはそれぞれを固定するための締結孔（図示せず）が形成されている。そしてボルト８５が、センサキャップ８２から締結孔を通り、センサベース８０に挿入されることで、センサキャップ８２とセンサベース８０との間に電極６６，６８及び絶縁部材７０，７２，７４が挟まれている。

センサキャップ８２の下面には、パッド保持部材６４の上面に対向する環状の溝９０が形成されており、同様にセンサベース８０の上面には、パッド保持部材６４の下面に対向する環状の溝９２が形成されている。この溝９０，９２内にはリング状の摺接部材９４，９６がそれぞれ設けられている。センサキャップ８２とパッド保持部材６４との隙間は摺接部材９４によってシールされており、センサベース８０とパッド保持部材６４との隙間は摺接部材９６によってシールされている。パッド保持部材６４は回転軸５の半径方向に移動可能に摺接部材９４，９６によって支持されている。摺接部材９４，９６は摺動性の良い樹脂材料、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などから形成されている。センサベース８０とパッド保持部材６４とは摺接部材９６により電気的に絶縁され、センサキャップ８２とパッド保持部材６４とは摺接部材９４により電気的に絶縁されている。

絶縁部材７０，７２，７４のいずれか１つにはパッド保持部材６４の回転を制限する回り止め部材１００が固定されている。この回り止め部材１００は、パッド保持部材６４の外周面に形成された係合孔６５の内部まで延びている。図５に示す本実施形態では絶縁部材７０に回り止め部材１００が固定されている。センサパッド６２およびパッド保持部材６４は、回転軸５およびセンサスリーブ６０とともには回転せず、回転軸５の振れに従って半径方向に移動する。

回り止め部材１００の先端部１００ａと係合孔６５の底部との間には、所定の隙間ｄｇが形成されている。この隙間ｄｇは、電極６６，６８の内周面６６ａ，６８ａとパッド保持部材６４の外周面との隙間ｄｔと同じか、またはそれよりも大きい。これは隙間ｄｇが隙間ｄｔよりも小さいと、パッド保持部材６４の外周面と電極６６，６８の内周面６６ａ，６８ａとが接触できなくなるためである。

軸受スリーブ３５は超硬金属から形成され、軸受本体４０は樹脂系材料から形成されているため、回転軸５が回転することにより軸受本体４０が徐々に摩耗する。すなわち、図４において、軸受本体４０の内径ｄ２が徐々に大きくなり、軸受スリーブ３５と軸受本体４０との隙間が大きくなる。軸受本体４０の摩耗が進行すると、回転軸５は、軸受スリーブ３５の外周面が軸受本体４０の内周面に接するように回転する、いわゆる振れ回り回転をする。回転軸５の振れ回りにより、センサスリーブ６０の外周面とセンサパッド６２の内周面とが摺接し、センサパッド６２及びパッド保持部材６４は、回転軸５とほぼ同じ挙動をする。上述したように、センサパッド６２およびパッド保持部材６４は摺接部材９４，９６によりスライド自在に支持されているため、センサパッド６２及びパッド保持部材６４は滑らかに回転軸５の半径方向に移動する。

回転軸５の振れ回りが大きくなると、図６に示すようにパッド保持部材６４の外周面が電極６６，６８の内周面６６ａ，６８ａに接触し、電極６６と電極６８とがパッド保持部材６４を通じて電気的に接続される。これにより、水中軸受１４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。このような構成によれば、回転軸５と電極６６，６８の内周面６６ａ，６８ａとは直接接触せず、回転軸５の振れ回りによる荷重が直接電極６６，６８にかかることはない。そのため、電極６６，６８が変形することが防止され、信頼性の高い摩耗検出機構を提供することができる。センサパッド６２は樹脂系の絶縁材料、または導電度の小さい樹脂から形成されており、パッド保持部材６４は金属などの導電体から形成されている。なお、電極に常時通電し、常時監視を行う場合は、電食を防止するため、センサパッド６２は絶縁材料で構成することが好ましい。

図７は、図３に示す摩耗検出機構を別の方向から見た模式図である。図７の左側に示すように、上側の電極６６にはねじ穴が形成されている。第１の電極ボルト１１０はセンサキャップ８２から下方に延び、その先端が電極６６のねじ穴に螺合されている。したがって、第１の電極ボルト１１０は電極６６と電気的に接続されている。第１の電極ボルト１１０の先端以外の部分には、絶縁材料（図示せず）がコーティングされている。

図７の右側に示すように、上側の電極６６には、センサキャップ８２から延びる第２の電極ボルト１１５が貫通する貫通孔６６ｂがさらに形成されている。この貫通孔６６ｂの口径は第２の電極ボルト１１５の直径よりもやや大きく形成され、貫通孔６６ｂは上述したねじ穴とは別の場所に位置している。下側の電極６８には、ねじ穴が形成されており、第２の電極ボルト１１５は、電極６６の貫通孔６６ｂを通って延び、その先端が電極６８のねじ穴に螺合されている。したがって、第２の電極ボルト１１５は電極６８と電気的に接続されている。第２の電極ボルト１１５の先端以外の部分には、絶縁材料（図示せず）がコーティングされており、第２の電極ボルト１１５は上側の電極６６とは電気的に絶縁されている。

電極ボルト１１０，１１５の上部には、コネクタＣ１，Ｃ２がそれぞれ接続されており、これらコネクタＣ１，Ｃ２には導線Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。導線Ｄ１，Ｄ２は、後述する検出回路に接続されている。このように、電極６６，６８は、導体である電極ボルト１１０，１１５を介して検出回路に電気的に接続されている。

図８は摩耗検出機構と検出回路の接続を模式的に示した図である。図８に示すように、電極６６，６８は導線Ｄ１，Ｄ２を介して検出回路１２０に接続されている。導線Ｄ１，Ｄ２のいずれか一方には電源Ｖが接続されている。電極６６，６８は絶縁部材７０，７２，７４によって絶縁されているので、電極６６，６８は互いに電気的に接続されていない。水中軸受１４が摩耗し回転軸５の振れ回りが大きくなると、パッド保持部材６４が電極６６，６８に接触し、図９に示す破線の電気回路が閉回路となって電極６６と電極６８とが導通する。その電気的導通状態を検出回路１２０が検知する。これにより、水中軸受１４の摩耗量が所定の値に達したことを検出することができる。なお、電源は直流であってもよいし、交流であってもよい。また、検出回路１２０は電気的導通を検知できるものであれば特に限定されない。例えば、電流計で電流を検知してもよいし、電圧計で電圧降下を検知してもよい。

このような構成の本実施形態の動作について説明する。以下の説明では、回転軸５、軸受スリーブ３５、及びセンサスリーブ６０を総称して、単に回転軸５という。
立軸ポンプが作動されると、回転軸５が回転し、回転軸５と軸受本体４０とが摺接する。軸受本体４０が摩耗すると、その摩耗量に応じて回転軸５が振れ回る。回転軸５はセンサパッド６２と摺接し、センサパッド６２及びパッド保持部材６４は回転軸５の振れ回りに同調して半径方向に移動する。パッド保持部材６４には回り止め部材１００が挿入されているため、センサパッド６２及びパッド保持部材６４は回転せず、回転軸５の半径方向にのみ移動する。

軸受本体４０の摩耗がさらに進行し、回転軸５の振れ回りが大きくなると、センサパッド６２及びパッド保持部材６４の回転軸５の中心からの移動量が大きくなり、やがてパッド保持部材６４が電極６６，６８に接触する。パッド保持部材６４は導電体で形成されているため、電極６６，６８とパッド保持部材６４とが接触することで電極６６と電極６８とが電気的に接続され、この電気的導通を検出回路１２０が検出する。したがって、検出回路１２０は、水中軸受１４の摩耗量が所定の値に達したことを検出することができる。

半径方向に移動可能なセンサパッド６２及びパッド保持部材６４は、位置が固定されている軸受本体４０よりも、移動の自由度が高い。したがって、センサパッド６２は回転軸５の荷重をほとんど受けないため、立軸ポンプをドライ状態で運転し、回転軸５とセンサパッド６２とが摺接してもセンサパッド６２の摩耗量及び発熱量は少ない。さらにパッド保持部材６４も回転軸５とともに回転しないため、パッド保持部材６４と電極６６，６８との接触時に、パッド保持部材６４は電極６６，６８に高速で摺接することはない。したがってポンプをドライ状態で運転しても、パッド保持部材６４と電極６６，６８との摺接に起因してパッド保持部材６４および電極６６，６８が発熱したり、焼き付いたりすることがない。さらに、回転軸５と電極６６，６８とが直接接触することはないため、電極６６，６８には、回転軸５の振れ回りによる荷重が直接かからない。したがって、電極６６，６８が変形することを防止することができる。このように、本発明によれば、先行待機型ポンプに最適な摩耗検出機構を提供することができる。

上述したようにセンサパッド６２は、軸受本体４０と異なり、回転軸５とともに半径方向に動くことができるので、回転軸５からの負荷を受けない構成としている。このため、センサパッド６２の摩耗は軸受本体４０の摩耗に比べてはるかに少ない。これは、軸受圧力Ｐとすべり速度Ｖの積で表されるすべり軸受の作動限界値、すなわちＰＶ値のうち、Ｐの値が小さいという点から説明することができる。したがって、センサパッド６２の材料として、軸受本体４０の材料よりも安価で入手性がよい汎用のエンジニアリングプラスチックを用いることができる。

図１０は本発明の第２の実施形態における摩耗検出機構の模式図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は、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。また、本実施形態においても水中軸受１３，１４の摩耗検知機構２０，２５は同一の構成を有しているので、以下、水中軸受１４の摩耗検知機構２５について説明する。

図１０に示すように、パッド保持部材６４を囲むように少なくとも３個のリング状の電極１５０，１５２，１５４が設けられている。電極１５０，１５２，１５４は導線Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を介して検出回路１２０に接続されている。導線Ｄ１またはＤ２には電源Ｖが接続されている。電極１５０と電極１５２との間には絶縁部材１６０が配置され、電極１５０と電極１５２とは電気的に隔離されている。同様に、電極１５０と電極１５４との間には絶縁部材１６４が配置され、電極１５０と電極１５４とは電気的に隔離されている。電極１５２は絶縁部材１６０と絶縁部材１６２に挟まれており、電極１５４は絶縁部材１６４と絶縁部材１６６に挟まれている。電極１５０，１５２は同じ内径ｄ６ａを有しており、電極１５４は電極１５０，１５２の内径ｄ６ａよりも大きな内径ｄ６ｂを有している。電極１５４の内周面とパッド保持部材６４の外周面との隙間ｄｂ２は、電極１５０，１５２の内周面とパッド保持部材６４の外周面との隙間ｄｂ１よりも大きく設定されている。これらの距離ｄｂ１，ｄｂ２は、図５と同様、検出しようとする摩耗量によって適宜変更される。本実施形態においては、電極１５４とパッド保持部材６４の外周面との隙間ｄｂ２は、電極１５０，１５２とパッド保持部材６４の外周面との隙間ｄｂ１よりも大きく設定されているため、２段階で摩耗の進行が検出される。

すなわち、軸受本体４０の摩耗が進行すると、回転軸５の振れ回りによりパッド保持部材６４の外周面と電極１５０，１５２の内周面１５０ａ，１５２ａとが接触し、１度目の電気的導通が検出回路１２０により検出される。軸受本体４０の摩耗がさらに進行すると、回転軸５の振れ回りが大きくなり、パッド保持部材６４が電極１５０，１５２の内周面１５０ａ，１５２ａを押し、電極１５０，１５２の内周面１５０ａ，１５２ａが塑性変形する。最終的には、パッド保持部材６４と電極１５４とが接触し、２度目の電気的導通が検出回路１２０により検出される。電極１５０，１５２の内周面１５０ａ，１５２ａが塑性変形しやすいように、図１０に示すように電極１５０，１５２の内周面１５０ａ，１５２ａは、半径方向内側に突き出たテーパー形状（先細り形状）を有している。また、電極１５０，１５２は黄銅などの比較的軟質の金属から形成されることが好ましい。電極１５０，１５２の内周面１５０ａ，１５２ａが塑性変形しやすいようにするためである。

このように摩耗の進行具合が複数段階で検出されるので、水中軸受１４の交換時期の目安を付けることができる。例えば、電極１５０，１５２とが電気的に導通した段階で、水中軸受１４の交換の準備を開始し、電極１５４と電極１５０，１５２とが電気的に導通したら、実際に水中軸受１４の交換を開始するといった計画を立てることができる。

図１１は本発明の第３の実施形態における摩耗検出機構の模式図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は、上述した第１，２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。また、本実施形態においても水中軸受１３，１４の摩耗検知機構２０，２５は同一の構成を有しているので、以下、水中軸受１４の摩耗検知機構２５について説明する。

図１１に示すように、電極に代えて、変位センサ２００がパッド保持部材６４から所定の距離だけ離間して設けられている。変位センサ２００はセンサホルダ２０１に形成された通孔内に収容されている。変位センサ２００はセンサモニタ２１０に接続されている。変位センサ２００の浸水を防ぐために、変位センサ２００が収容される通孔はキャップ２１１で塞がれている。センサホルダ２０１はセンサベース８０とセンサキャップ８２とに挟まれている。センサホルダ２０１は、円筒形状を有し、パッド保持部材６４を囲むように配置されている。変位センサ２００は、パッド保持部材６４の外周面と変位センサ２００との距離を非接触で計測するように構成されている。したがって、変位センサ２００の出力値から水中軸受１４の摩耗量を定量的に計測することができ、水中軸受１４の交換時期を把握することができる。すなわち、軸受本体４０の摩耗量が多くなると、回転軸５の振れ回りが大きくなり、パッド保持部材６４と変位センサ２００との距離が短くなる。この距離を計測することで、水中軸受１４の摩耗量を定量的に把握することができる。

変位センサ２００は摩耗の進行具合を何度でも計測することができる。したがって、現在の摩耗量がどのくらいであるかを検出したい場合に有効である。パッド保持部材６４とセンサベース８０とセンサキャップ８２との間は摺接部材９４，９６でシールされており、パッド保持部材６４とセンサホルダ２０１との間に形成される空間２１５には、外部から異物が侵入しにくい構造となっている。そのため、外部から異物が侵入することによる誤検出を防止することができる。さらに、パッド保持部材６４は、回り止め部材１００により回転しない構造となっているため、砂混じりの水が空間２１５に流入したとしても変位センサ２００の検出面が削れることもない。このように、回転する回転軸またはセンサスリーブの変位を直接測定する構造に比べて、変位センサはより良好な測定環境で摩耗量を測定することができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ インペラケーシング
４ 羽根車
５ 回転軸
１３，１４ 水中軸受
１５，１７ 支持部材
２０，２５ 摩耗検出機構
３０ 軸受ホルダ
３５ 軸受スリーブ
４０ 軸受本体
４２ 軸受保持部材
４５ 緩衝部材
６０ センサスリーブ
６２ センサパッド
６４ パッド保持部材
６６，６８，１５０，１５２，１５４ 電極
７０，７２，７４ 絶縁部材
８０ センサベース
８２ センサキャップ
９４，９６ 摺接部材
１００ 回り止め部材
６５ 係合孔
１１０，１１５ 電極ボルト
１２０ 検出回路
２００ 変位センサ

Claims (14)

1. 回転軸を支持する軸受の摩耗を検出する摩耗検出機構であって、
   前記回転軸を囲むように配置されたセンサパッドと、
   導電体から構成され、前記センサパッドを保持するパッド保持部材と、
   前記パッド保持部材を、前記回転軸の半径方向に移動可能に支持する摺接部材と、
   前記半径方向において前記パッド保持部材の外側に配置され、該パッド保持部材に対向する第１の電極および第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極とを電気的に隔離する絶縁部材と、
   前記センサパッドおよび前記パッド保持部材の前記半径方向への移動を許容しつつ、前記センサパッドおよび前記パッド保持部材の回転を制限する回り止め部材と、
   前記パッド保持部材を通じた前記第１の電極と前記第２の電極との電気的導通を検出する検出回路とを備えたことを特徴とする摩耗検出機構。
2. 前記摺接部材は、前記パッド保持部材の上面に接する第１の摺接部材と、前記パッド保持部材の下面に接する第２の摺接部材とから構成され、
   前記第１の摺接部材は、センサキャップに保持されており、
   前記第２の摺接部材は、センサベースに保持されていることを特徴とする請求項１に記載の摩耗検出機構。
3. 前記第１の電極、前記第２の電極、および前記絶縁部材は、複数のボルトにより前記センサキャップと前記センサベースとの間に挟まれていることを特徴とする請求項２に記載の摩耗検出機構。
4. 前記第１の電極および前記第２の電極は、リング形状を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の摩耗検出機構。
5. 前記第１の電極および前記第２の電極は、前記軸受と同軸状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の摩耗検出機構。
6. 前記第１の電極および前記第２の電極の内径よりも大きな内径を有するリング状の第３の電極をさらに備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の摩耗検出機構。
7. 前記パッド保持部材には、係合孔が形成されており、
   前記回り止め部材の先端は、前記係合孔に緩やかに挿入されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の摩耗検出機構。
8. 前記回り止め部材は、前記絶縁部材に固定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の摩耗検出機構。
9. 前記センサパッドおよび前記パッド保持部材は、それぞれ円筒形状を有しており、前記センサパッドは、前記パッド保持部材の内周面に固定されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の摩耗検出機構。
10. 前記摺接部材は、樹脂材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の摩耗検出機構。
11. 前記樹脂材料は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、またはポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とする請求項１０に記載の摩耗検出機構。
12. 前記センサパッドは、絶縁材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の摩耗検出機構。
13. 羽根車と、
    前記羽根車に連結された回転軸と、
    前記回転軸を回転自在に支持する滑り接触面を有する軸受と、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の摩耗検出機構とを備えたことを特徴とする立軸ポンプ。
14. 前記軸受は水中軸受であることを特徴とする請求項１３に記載の立軸ポンプ。

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