JP6505515B2 - 超音波振動計測装置及び縦型ポンプ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、超音波振動計測装置及び縦型ポンプに関する。

横型ポンプの状態監視保全（ＣＢＭ：Condition Based Maintenance）は、産業界において広く行われているが、縦型長尺ポンプの状態監視保全は、ほとんど行われていない。一般的に、ポンプの状態監視保全は、軸受部等の非回転部の振動を加速度センサにより測定し、その特徴及び傾向に基づいてポンプの劣化状況を判断し、補修時期を決めることにより行われる。

ここで、縦型ポンプは、横型ポンプと異なり、重力による軸受負荷がなく、かつ軸受には転がり軸受が採用されていない場合が多い。これにより、縦型ポンプは、軸受特性が安定しないため、振動データがばらつきやすいハイドロホワール振動（軸受の摩耗による振れ回り）が発生しやすい等の特徴がある。

また、横型ポンプでは、軸受付近で容易に振動を測定することができる。これに対して、縦型長尺ポンプでは、モータ部及びポンプの頂部のみが測定者がアクセス可能な床上に設置されているものの、ポンプ本体を含む大部分の部位が測定者にとってアクセスすることができない床下に設置されている。そのため、縦型長尺ポンプでは、軸受付近での振動測定が難しい。因みに、上記床下は一定レベルまで揚水される対象の流体（水、海水、他）で満たされており、通常は測定者がアクセスすることができないようになっている。

特許第５１７１９８４号公報 特許第４２０８５２７号公報

ところで、上記縦型長尺ポンプには、原子力発電所等で用いられる安全系の海水揚水ポンプのように床下部の全長が１０ｍを超えるものがある。これにより、データ測定部と、ポンプ本体又は水中軸受との距離が長くなるため、床上部で測定したデータでは、ポンプ本体又は水中軸受の近傍で測定したデータよりも振動異常に対する感度が低くなる。

これを解決する手段としては、防水コンテナに超音波センサを収納し、信号ケーブルも防水養生することで、揚水管等の床下部に取り付けることが可能である。

しかしながら、この手段では、ポンプの分解点検実施後の組立工程において、組立作業に合わせてセンサを設置するとともに、信号ケーブルを敷設する必要があり、手順が煩雑になる。また、ポンプに対して後付けし、数年から数十年床下に設置するので、上記防水コンテナや養生の水漏れ等が発生する可能性もある。

本実施形態が解決しようとする課題は、分解点検及び組立工程での作業性を高めるとともに、正確に振動測定が可能な超音波振動計測装置及び縦型ポンプを提供することにある。

上記課題を解決するために、本実施形態に係る超音波振動計測装置は、上下方向に分離可能に連結された複数の外管を備えた縦型ポンプの軸振動を測定する測定センサ部と、前記測定センサ部に接続されて前記測定センサにより検出した振動データを伝送する伝送部と、前記伝送部に接続されて前記伝送部から伝送された振動データを取得するデータ取得部と、を備え、前記測定センサ部は、前記縦型ポンプに固定された外箱と、この外箱内に収納された超音波センサと、この超音波センサを前記外箱に固定するセンサ支持部とを有し、前記伝送部は、前記複数の外管に沿って配置されて前記複数の外管に応じて長さ方向に複数に分離可能でかつ互いに連結可能な伝送ケーブルを有する、ことを特徴とする。

本実施形態の縦型ポンプは、本実施形態に係る超音波振動計測装置を搭載したことを特徴とする。

本実施形態によれば、分解点検及び組立工程での作業性を高めるとともに、正確に振動測定を行うことが可能になる。

一実施形態の超音波振動計測装置が搭載された縦型ポンプを示す立面図である。 図１の測定センサ部を示す分解斜視図である。 図１の伝送部を示す立面図である。 図１の伝送部を示す構成図である。

以下、本実施形態に係る超音波振動計測装置及び縦型ポンプについて、図面を参照して説明する。

（一実施形態）
（構 成）
図１は一実施形態の超音波振動計測装置が搭載された縦型ポンプを示す立面図である。図２は図１の測定センサ部を示す分解斜視図である。図３は図１の伝送部を示す立面図である。図４は図１の伝送部を示す構成図である。

図１に示すように、本実施形態の縦型ポンプ５には、例えば原子力発電所等で用いられる安全系の海水揚水ポンプが適用され、床６の下部の全長が１０ｍ以上である。縦型ポンプ５は、床６の上部に縦型ポンプ５を駆動するための駆動モータ７と、海水を吐出する吐出口８が配置されている。また、縦型ポンプ５は、床６の下部に複数の外管１６が連結され、その最下部に海水を吸い込む吸込口１７が配置されている。

したがって、本実施形態の縦型ポンプ５は、駆動モータ７を駆動することで、海水を吸込口１７から吸い込み、複数の外管１６を経て吐出口８から吐出する。

図１に示すように、本実施形態の超音波振動計測装置は、縦型ポンプ５に搭載され、測定センサ部１、伝送部２、及びデータ取得部３を備える。測定センサ部１は、複数の外管１６にそれぞれ設置されて縦型ポンプ５の軸振動を測定する。伝送部２は、縦型ポンプ５の複数の外管１６の上下方向に沿って敷設されている。伝送部２は、図示しない電源から測定センサ部１に電力を供給するとともに、測定センサ部１により検出した軸振動データを伝送する。データ取得部３は、伝送部２から伝送された軸振動データを取得する。

図２に示すように、測定センサ部１は、外箱１０、センサ支持部１１、超音波振動計としての超音波センサ１２、通信ケーブル１３、押圧機構１４及び通信コネクタ１５を備える。

外箱１０は、内部に海水等の流体が流れ込まないように、外管１６の外周面に例えば溶接等の固定手段により固定されている。外箱１０は、センサ支持部１１及び超音波センサ１２を内部に収納可能とするために空洞に形成されている。外箱１０は、中央に円孔１０ｂが形成された蓋部１０ａにより閉止される。

センサ支持部１１は、外箱１０に超音波センサ１２を固定する。すなわち、センサ支持部１１は、超音波センサ１２の外管１６の外周面に対して上下方向及び左右方向の設置位置を固定する。具体的には、センサ支持部１１は、４枚の支持板１１ａと、弾性部材１１ｂと、を備えている。４枚の支持板１１ａは、断面円弧状に形成され、超音波センサ１２の外周面に対して四方から接触して支持する。弾性部材１１ｂは、４枚の支持板１１ａにそれぞれ一端が固定され、それぞれの他端が外箱１０の内壁に固定されて超音波センサ１２を弾性復元力で押圧して固定する。本実施形態の弾性部材１１ｂは、コイルばねが用いられている。４枚の支持板１１ａは、超音波センサ１２の外周面とほぼ同一の曲率に湾曲して形成されている。

超音波センサ１２は、外管１６に超音波パルス信号を発信し、反射エコーを受信し、縦型ポンプ５の軸振動を測定する。

押圧機構１４は、縦型ポンプ５の外管１６の外周面に超音波センサ１２を押圧して固定する。具体的に、押圧機構１４は、蓋部１０ａの円孔１０ｂにねじ込むことにより閉止する閉止板１４ａと、この閉止板１４ａに一端が固定され、他端が超音波センサ１２に当接する押圧ばね１４ｂとを備えている。

したがって、蓋部１０ａの円孔１０ｂに閉止板１４ａを閉止することにより、超音波センサ１２は、押圧ばね１４ｂにより外管１６の外周面に対して垂直方向に押圧されることで、超音波センサ１２は外管１６に密着される。

通信ケーブル１３は、図示しない電源から超音波センサ１２に電力を供給するとともに、超音波センサ１２により検出した振動データを伝送する。通信ケーブル１３は、一端が超音波センサ１２に接続され、他端が押圧機構１４の閉止板１４ａに設けられた通信コネクタ１５と着脱可能に接続される。通信ケーブル１３は、超音波センサ１２を外管１６の外周面に設置するときに通信コネクタ１５と接続される。

外箱１０の内部には、センサ支持部１１、超音波センサ１２等の各部材を収納した後、カプラント（接触媒質）が充填される。したがって、外箱１０の内部にカプラントを充填したことにより、超音波センサ１２から発信する超音波を縦型ポンプ５に確実に伝達するとともに、外箱１０の内部に流体が侵入するのを未然に防止することができる。

次に、図３及び図４に基づいて伝送部２の構成を具体的に説明する。

図３及び図４に示すように、伝送部２は、伝送ケーブルとしての主伝送ケーブル２０、ガイドチューブ２１、中継コネクタ２２、副伝送ケーブル２３及び分岐コネクタ２４を備える。

主伝送ケーブル２０は、データ取得部３から各外管１６に設置された各測定センサ部１と通信するためのものである。主伝送ケーブル２０は、長さ方向に複数に分離可能に構成するため、中継コネクタ２２から切り離すことができる。ガイドチューブ２１は、主伝送ケーブル２０を外管１６に沿わせて設置するために主伝送ケーブル２０を収納する。中継コネクタ２２は、ガイドチューブ２１内に主伝送ケーブル２０（図３に破線で示す）を配線するためガイドチューブ２１の両端部に設けられている。副伝送ケーブル２３は、通信コネクタ１５を介して超音波センサ１２で受信したパルスエコー等の信号を主伝送ケーブル２０に伝送する。分岐コネクタ２４は、副伝送ケーブル２３と主伝送ケーブル２０とを接続する。

ガイドチューブ２１内には、縦型ポンプ５に設置する各測定センサ部１と独立して接続できるように複数の主伝送ケーブル２０があらかじめ格納されており、中継コネクタ２２と分岐コネクタ２４との間、又は中継コネクタ２２との間で結線されている。また、ガイドチューブ２１は、外管１６に例えば溶接又は金属バンドにより固定されている。

なお、本実施形態の超音波振動計測装置において、測定センサ部１及び伝送部２に用いられる各構造物は、海水腐食等に対して耐腐食性の高い材料で構成されている。各コネクタ部の接触面、外箱１０と押圧機構１４との接触面には、防水のためにシール部材が組み込まれている。

（作 用）
上記のように構成された本実施形態において、縦型ポンプ５を分解点検するときには、主伝送ケーブル２０を中継コネクタ２２から切り離すことで、縦型ポンプ５を分解した外管１６から主伝送ケーブル２０を容易に取り外すことができる。

したがって、本実施形態では、伝送部２を長さ方向に複数に分離可能な構造としたことで、縦型ポンプ５の分解点検時、又は分解点検実施後の組立工程においての作業に合わせてセンサの設置や信号ケーブルの敷設を行う必要がなく、伝送部２の主伝送ケーブル２０及び副伝送ケーブル２３の着脱作業だけで超音波センサ１２の組込みが可能となる。

また、本実施形態では、超音波センサ１２の設置位置の変更、カプラントの充填、又は超音波センサ１２の交換が必要となった場合は、押圧機構１４から閉止板１４ａを開けることにより、測定センサ部１内を容易に保守することができる。

さらに、本実施形態では、外箱１０を縦型ポンプ５の外管１６に固定し、センサ支持部１１及び押圧機構１４により超音波センサ１２の設置位置を保持することにより、超音波センサ１２の設置位置を長期にわたり固定することができる。

（効 果）
このように本実施形態によれば、伝送部２を長さ方向に複数に分離可能な構造としたことで、分解点検及び組立工程での作業性を高めることができる。

また、本実施形態によれば、センサ支持部１１及び押圧機構１４により超音波センサ１２の設置位置を保持することにより、正確に振動測定を行うことが可能となる。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

なお、上記実施形態では、センサ支持部１１の弾性部材１１ｂにコイルばねを用いたが、これに限らず板ばね又はゴム等の弾性部材を用いてもよい。同様に、押圧機構１４は、押圧ばね１４ｂを用いたが、これに限らず押圧ゴム等の弾性体であってもよい。

１…測定センサ部、２…伝送部、３…データ取得部、５…縦型ポンプ、６…床、７…駆動モータ、８…吐出口、１０…外箱、１０ａ…蓋部、１０ｂ…円孔、１１…センサ支持部、１１ａ…支持板、１１ｂ…弾性部材、１２…超音波センサ（超音波振動計）、１３…通信ケーブル、１４…押圧機構、１４ａ…閉止板、１４ｂ…押圧ばね、１５…通信コネクタ、１６…外管、１７…吸込口、２０…主伝送ケーブル（伝送ケーブル）、２１…ガイドチューブ、２２…中継コネクタ、２３…副伝送ケーブル、２４…分岐コネクタ

Claims (5)

1. 上下方向に分離可能に連結された複数の外管を備えた縦型ポンプの軸振動を測定する測定センサ部と、
   前記測定センサ部に接続されて前記測定センサにより検出した振動データを伝送する伝送部と、
   前記伝送部に接続されて前記伝送部から伝送された振動データを取得するデータ取得部と、を備え、
   前記測定センサ部は、前記縦型ポンプに固定された外箱と、この外箱内に収納された超音波センサと、この超音波センサを前記外箱に固定するセンサ支持部とを有し、
   前記伝送部は、前記複数の外管に沿って配置されて前記複数の外管に応じて長さ方向に複数に分離可能でかつ互いに連結可能な伝送ケーブルを有する、
   ことを特徴とする超音波振動計測装置。
2. 前記測定センサ部は、前記縦型ポンプに前記超音波センサを押圧する押圧機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動計測装置。
3. 前記測定センサ部は、前記外箱内にカプラントが充填されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波振動計測装置。
4. 前記測定センサ部は、前記連結された複数の外管のそれぞれに設置され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超音波振動計測装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の超音波振動計測装置が搭載されていることを特徴とする縦型ポンプ。

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