JP6857081B2 - Pump monitoring device and pump monitoring method - Google Patents
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Description
本発明は、ポンプ監視装置、及びポンプ監視方法に関する。 The present invention relates to a pump monitoring device and a pump monitoring method.
排水機場では、ポンプの運転により吸込水槽内の液位が低くなるに従って、空気吸込渦や水中渦が発生する。空気吸込渦は、液面から吸込口にかけて生じる水流である。水中渦は、吸込水槽の底から吸込口にかけて生じる水流である。これらの渦は、ポンプの振動の原因の1つであり、据付床の劣化の原因にもなっている。 At the drainage pump station, air suction vortices and underwater vortices are generated as the liquid level in the suction water tank becomes lower due to the operation of the pump. The air suction vortex is a water flow generated from the liquid surface to the suction port. An underwater vortex is a water flow generated from the bottom of a suction tank to a suction port. These vortices are one of the causes of pump vibration and also cause deterioration of the installation floor.
特許文献1には、送信器と受信器を備える超音波センサを吸込水槽内に配置し、吸込水槽内に発生した空気吸込渦と水中渦を検出できるようにしたポンプ設備が開示されている。また、特許文献1には、吸込水槽内に流体噴射部を配置し、水を噴射することで空気吸込渦と水中渦を破壊することも開示されている。
特許文献1のポンプ設備では、渦検出用のセンサが吸込水槽内に配置されており、吸込水槽内の液体には異物が含まれている。よって、センサは、異物を検出することがあるため、検出精度が低い。
In the pump equipment of
本発明は、吸込水槽内に発生した渦を高精度に検出できるポンプ監視装置、及びポンプ監視方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a pump monitoring device capable of detecting a vortex generated in a suction water tank with high accuracy, and a pump monitoring method.
回転軸を駆動させて吸込水槽内の液体を排出すると、回転軸には、液体排出方向とは逆向きのスラスト荷重が作用する。空気吸込渦及び/又は水中渦が発生していない定常状態では、空気吸込渦及び/又は水中渦が発生している渦発生状態よりも、ポンプの全揚程は高く、吐出量は多い。また、スラスト荷重の変動は、定常状態では小さく(概ね一定)、渦発生状態では定常状態よりも大きい。本発明は、かかる新たな知見に基づいてなされたものである。 When the rotating shaft is driven to discharge the liquid in the suction water tank, a thrust load in the direction opposite to the liquid discharging direction acts on the rotating shaft. In the steady state where the air suction vortex and / or the underwater vortex is not generated, the total head of the pump is higher and the discharge amount is larger than in the vortex generation state where the air suction vortex and / or the underwater vortex is generated. Further, the fluctuation of the thrust load is small (generally constant) in the steady state and larger than that in the steady state in the vortex generation state. The present invention has been made based on such new findings.
本発明は、据付床上から前記据付床下の吸込水槽へ貫通されたポンプケーシングと、前記ポンプケーシングを貫通して、前記据付床上から前記吸込水槽側へ配置された回転軸とを備えるポンプの監視装置であって、前記回転軸の前記据付床上に位置する部分に配置され、前記回転軸に作用するスラスト荷重を検出するためのスラストセンサと、前記スラストセンサの検出結果に基づいて前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断するコントローラとを備える、ポンプ監視装置を提供する。 The present invention is a pump monitoring device including a pump casing that penetrates from the installation floor to the suction water tank under the installation floor, and a rotary shaft that penetrates the pump casing and is arranged from the installation floor to the suction water tank side. A thrust sensor, which is arranged on a portion of the rotating shaft located on the installation floor and for detecting a thrust load acting on the rotating shaft, and a thrust sensor based on the detection result of the thrust sensor in the suction water tank. Provided is a pump monitoring device including a controller for determining whether or not a vortex is generated.
この態様のポンプ監視装置では、スラストセンサによって回転軸のスラスト荷重を直接検出するため、回転軸のスラスト荷重に影響を及ぼす渦の発生を高精度に検出できる。また、コントローラは、スラストセンサの検出結果に基づいて、渦の発生の有無を正確に判断できる。また、スラストセンサは、吸込水槽内ではなく据付床上に配置されているため、汚れた液体や混入した異物によって故障することはない。 In the pump monitoring device of this aspect, since the thrust sensor directly detects the thrust load of the rotating shaft, the generation of a vortex that affects the thrust load of the rotating shaft can be detected with high accuracy. In addition, the controller can accurately determine whether or not a vortex is generated based on the detection result of the thrust sensor. Further, since the thrust sensor is arranged not in the suction water tank but on the installation floor, it will not be damaged by dirty liquid or mixed foreign matter.
第1態様では、前記吸込水槽内に位置する前記ポンプケーシングの外周部に配置され、前記ポンプケーシングに近接した第1位置と、前記第1位置よりも前記ポンプケーシングから離反した第2位置とに移動可能な渦抑制部材と、前記渦抑制部材を前記第1位置と前記第2位置に移動させるための作動部材とを備え、前記コントローラは、前記吸込水槽内に渦が発生したと判断すると、前記回転軸に作用するスラスト荷重の変動が小さくなるように、前記作動部材によって前記渦抑制部材を移動させる。この態様によれば、回転軸に作用するスラスト荷重の変動が小さくなる位置に作動部材によって渦抑制部材を移動させることで、渦抑制部材によって吸込水槽内の渦を消滅ないし渦の発生を抑制できる。よって、ポンプの振動、及び据付床の劣化を効果的に抑制できる。In the first aspect, the first position is arranged on the outer peripheral portion of the pump casing located in the suction water tank and is closer to the pump casing, and the second position is farther from the pump casing than the first position. A movable vortex suppressing member and an operating member for moving the vortex suppressing member to the first position and the second position are provided, and the controller determines that a vortex has been generated in the suction water tank. The vortex suppressing member is moved by the operating member so that the fluctuation of the thrust load acting on the rotating shaft is small. According to this aspect, by moving the vortex suppressing member by the operating member to a position where the fluctuation of the thrust load acting on the rotating shaft becomes small, the vortex suppressing member can eliminate the vortex in the suction water tank or suppress the generation of the vortex. .. Therefore, the vibration of the pump and the deterioration of the installation floor can be effectively suppressed.
第2態様では、前記ポンプケーシング内には、前記回転軸に作用するラジアル荷重を検出するためのラジアルセンサが配置されており、前記コントローラは、前記スラストセンサと前記ラジアルセンサの検出結果に基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する。この態様によれば、吸込水槽内での渦の発生の有無を正確に判断できる。In the second aspect, a radial sensor for detecting a radial load acting on the rotating shaft is arranged in the pump casing, and the controller is based on the detection results of the thrust sensor and the radial sensor. , It is determined whether or not a vortex is generated in the suction water tank. According to this aspect, it is possible to accurately determine whether or not a vortex is generated in the suction water tank.
前記コントローラは、前記スラストセンサから入力されたスラスト荷重の変動によって渦の発生の有無を判断する。The controller determines whether or not a vortex is generated based on the fluctuation of the thrust load input from the thrust sensor.
前記回転軸の周囲に位置するように、前記ポンプケーシングの前記据付床上に位置する部分に配置された基板と、前記基板に固定され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受けとを備え、前記スラストセンサは、前記基板と前記ポンプケーシングの間に配置されている。前記スラストセンサはロードセルである。この態様によれば、スラストセンサは、回転軸に作用するスラスト荷重を確実に受けて、高精度に検出できる。A substrate arranged on a portion of the pump casing located on the installation floor so as to be located around the rotary shaft, and a bearing fixed to the substrate and rotatably supporting the rotary shaft are provided. The thrust sensor is arranged between the substrate and the pump casing. The thrust sensor is a load cell. According to this aspect, the thrust sensor can reliably receive the thrust load acting on the rotating shaft and detect it with high accuracy.
前記ポンプは、前記回転軸の前記吸込水槽側の端部に固定された羽根車を備え、前記ポンプケーシングには、前記羽根車による液体の排出方向における前記羽根車の下流側の圧力を検出するための圧力センサが配置されており、前記コントローラは、前記スラストセンサ及び前記圧力センサそれぞれの検出結果に基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する。又は、前記コントローラは、前記スラストセンサ、前記ラジアルセンサ及び前記圧力センサそれぞれの検出結果に基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する。この態様によれば、吸込水槽内での渦の発生の有無を正確に判断できる。 The pump includes an impeller fixed to the end of the rotating shaft on the suction water tank side, and the pump casing detects a pressure on the downstream side of the impeller in a liquid discharge direction by the impeller. A pressure sensor for the purpose is arranged, and the controller determines whether or not a vortex is generated in the suction water tank based on the detection results of each of the thrust sensor and the pressure sensor. Alternatively, the controller determines whether or not a vortex is generated in the suction water tank based on the detection results of the thrust sensor, the radial sensor, and the pressure sensor. According to this aspect, it is possible to accurately determine whether or not a vortex is generated in the suction water tank.
また、本発明は、回転軸の据付床上に位置する部分に配置したスラストセンサによって、前記回転軸に作用するスラスト荷重を検出し、前記スラストセンサの検出結果に基づいて、コントローラが前記据付床下の吸込水槽内での渦の発生の有無を判断し、前記吸込水槽内に渦が発生したと判断すると、前記コントローラは、前記回転軸に作用するスラスト荷重の変動が小さくなるように、ポンプケーシングの外周部に移動可能に配置された渦抑制部材を、作動部材によって移動させる、ポンプ監視方法を提供する。
また、回転軸の据付床上に位置する部分に配置したスラストセンサによって、前記回転軸に作用するスラスト荷重を検出するとともに、ポンプケーシング内に配置したラジアルセンサによって、前記回転軸に作用するラジアル荷重を検出し、前記スラストセンサの検出結果と前記ラジアルセンサの検出結果とに基づいて、コントローラが前記据付床下の吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する、ポンプ監視方法を提供する。
Further, in the present invention, the thrust load acting on the rotating shaft is detected by the thrust sensor arranged on the portion of the rotating shaft located on the installation floor, and the controller is under the installed floor based on the detection result of the thrust sensor. the occurrence of vortex in a suction water tank judgment, if it is determined that the vortex in said suction water tank occurs, the controller, as fluctuations in the thrust load is reduced which acts on the rotary shaft, the pump casing Provided is a pump monitoring method in which a vortex suppressing member movably arranged on the outer peripheral portion of the vortex suppressor is moved by an operating member.
Further, the thrust sensor arranged on the portion of the rotating shaft located on the installation floor detects the thrust load acting on the rotating shaft, and the radial sensor arranged in the pump casing detects the radial load acting on the rotating shaft. Provided is a pump monitoring method in which a controller determines whether or not a vortex is generated in a suction water tank under the installation floor based on the detection result of the thrust sensor and the detection result of the radial sensor.
本発明では、スラストセンサによって回転軸のスラスト荷重を直接検出するため、吸込水槽内での渦の発生の有無を高精度に検出でき、コントローラによって正確に判断できる。また、スラストセンサは、吸込水槽内ではなく据付床上に配置されているため、汚れた液体や混入した異物によって故障することはない。 In the present invention, since the thrust load of the rotating shaft is directly detected by the thrust sensor, the presence or absence of the generation of vortices in the suction water tank can be detected with high accuracy, and the controller can accurately determine. Further, since the thrust sensor is arranged not in the suction water tank but on the installation floor, it will not be damaged by dirty liquid or mixed foreign matter.
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1から図3は、本発明の第1実施形態に係るポンプ監視装置30を搭載した立軸ポンプ10を示す。立軸ポンプ10は、排水機場の吸込水槽1に流入した雨水等の液体を下流側へ排出するものであり、吸込水槽1の上方を覆う据付床2に設置されている。立軸ポンプ10は、ポンプケーシング12、回転軸22、及び羽根車25を備える。ポンプ監視装置30は、回転軸22のスラスト荷重を検出するスラストセンサ32を備え、このスラストセンサ32の検出結果に基づいて、吸込水槽1内での空気吸込渦A及び/又は水中渦Bの発生の有無を判断する。
(First Embodiment)
1 to 3 show a
(立軸ポンプの概要)
図1に示すように、ポンプケーシング12は、据付床2に形成された円形状の取付孔2aを貫通して、据付床2上から吸込水槽1内へ配置されている。ポンプケーシング12は、吸込水槽1内に配置された揚水管13と、据付床2上に固定された吐出管19とを備える。
(Overview of vertical pump)
As shown in FIG. 1, the
揚水管13は、ストレート管14、ベーンケース15、及び吸込ベルマウス17を備える。ストレート管14は、直径が一様な配管であり、取付孔2a内から下方へ延びている。ベーンケース15は、径方向外向きに膨出した概ね楕円筒状の配管であり、ストレート管14の下端に接続されている。吸込ベルマウス17は、下向きに漸次拡径した概ね円錐筒状の配管であり、ベーンケース15の下端に接続されている。吸込ベルマウス17の下端開口は、吸込水槽1内の液体を吸い込むための吸込口18であり、吸込水槽1の底壁1aに対して定められた間隔をあけて配置されている。
The pumping
吐出管19は、揚水管13の上端に接続された吐出エルボ20と、据付床2上に配置された送水管(図示せず)とを備える。吐出エルボ20は、軸線が90度湾曲した曲がり管である。送水管は、軸線が直線状のストレート管である。吐出エルボ20と送水管との間には、軸方向と径方向に変形可能な可撓管(図示せず)が介設されている。
The
回転軸22は、吐出エルボ20を貫通して揚水管13の軸線に沿って配置されている。回転軸22の上端は、吐出エルボ20から外方へ突出されている。図2を参照すると、吐出エルボ20の回転軸22が貫通する部分は、軸封装置23によって液密にシールされている。
The rotating
羽根車25は、ベーンケース15の内部(吸込水槽1側)に位置する回転軸22の下端に固定されている。ベーンケース15の内部には軸受ケーシング16が配設されており、この軸受ケーシング16の下側に、羽根車25が回転可能に配置されている。
The
回転軸22の上端には、クラッチ機構を備える変速装置27が接続され、この変速装置27に駆動モータ28が接続されている。駆動モータ28の駆動により回転軸22が回転されると、回転軸22と一体に羽根車25が回転することで、吸込水槽1内の液体がポンプケーシング12内を通って下流側へ排出される。
A
(ポンプ運転時の状態)
吸込水槽1内の液位がベーンケース15よりも高い場合、吸込水槽1内の液体の流れは低速であるため、図1のような空気吸込渦A及び/又は水中渦Bは発生しない。排出により吸込水槽1内の液位がベーンケース15の上部よりも低下すると、吸込水槽1内の液体の流れが高速になるため、空気吸込渦A及び/又は水中渦Bが発生する。
(State during pump operation)
When the liquid level in the
図4Aから図4Cは、渦A,Bが発生していない定常状態で、回転軸22に作用するスラスト荷重(図4A)、回転軸22に作用するラジアル荷重(図4B)、及び羽根車25の出口側に作用する圧力(図4C)を示す。図5Aから図5Cは、渦A,Bが発生している渦発生状態で、回転軸22に作用するスラスト荷重(図5A)、回転軸22に作用するラジアル荷重(図5B)、及び羽根車25の出口側に作用する圧力(図5C)を示す。図4A、図4B、図5A、及び図5Bでは、縦軸が荷重であり、横軸が時間である。図4C、及び図5Cでは、縦軸が圧力であり、横軸が時間である。スラスト荷重とは、回転軸22に対して、回転軸22の軸方向に作用する荷重である。ラジアル荷重とは、回転軸22に対して、回転軸22の径方向に作用する荷重である。
4A to 4C show a thrust load acting on the rotating shaft 22 (FIG. 4A), a radial load acting on the rotating shaft 22 (FIG. 4B), and an
図4Aから図4Cに示すように、定常状態では、ポンプケーシング12内には液体のみが流れるため、回転軸22に作用するスラスト荷重とラジアル荷重は、変動幅が小さく(概ね一定)、安定している。また、羽根車25の出口側圧力も変動幅が小さく、安定している。
As shown in FIGS. 4A to 4C, in the steady state, only the liquid flows in the
図5Aから図5Cに示すように、渦発生状態では、渦A,Bによってポンプケーシング12内は気体と液体の二相流になるため、回転軸22に作用するスラスト荷重とラジアル荷重は、大きく変動する。羽根車25の出口側圧力も渦A,Bにより大きく変動する。回転軸22の回転周波数に、回転周波数と異なる周期の変動が重畳されるため、渦発生状態ではスラスト荷重、ラジアル荷重、及び出口側圧力は大きく複雑な波形になるのである。
As shown in FIGS. 5A to 5C, in the vortex generation state, the vortices A and B create a two-phase flow of gas and liquid in the
詳しくは、渦発生状態では、スラスト荷重、ラジアル荷重、及び出口側圧力の一定時間当たりの変位(増減)が、定常状態よりも大きい。特に渦発生状態でのスラスト荷重は、一定時間当たり変位を平滑化しても、定常状態よりも大きく変動する。そして、この渦発生状態では、定常状態よりも立軸ポンプ10の全揚程は低く、吐出量は少なくなる。また、立軸ポンプ10の振動が大きくなるため、据付床2も劣化する。
Specifically, in the vortex generation state, the thrust load, the radial load, and the displacement (increase / decrease) of the outlet side pressure per fixed time are larger than in the steady state. In particular, the thrust load in the vortex generation state fluctuates more than in the steady state even if the displacement is smoothed per fixed time. Then, in this vortex generation state, the total head of the
図6Aと図6Bは、渦発生状態でのスラスト荷重とラジアル荷重をFFT分析(高速フーリエ変換)したグラフである。また、図6Cは、渦発生状態で回転軸22の軸方向の振動をFFT分析したグラフである。図6Aから図6Cの縦軸は荷重であり、横軸は周波数である。図6Aから図6Cの低サイクル変動成分が、回転軸22に作用するスラスト荷重である。図6Aから図6Cの2n成分は、連続空気吸込渦Aが2本発生し、羽根車25が1回転する毎に2本の渦を通過することにより発生する回転数nの2倍の振動成分である。ノイズとして駆動モータ28や回転軸22のカップリングにより発生する成分は、渦A,Bによる成分と比較して非常に小さい。図6Aから図6CのnZ成分は、回転軸22の回転数nの整数倍の振動成分である。図6Cの配管振動成分は、ポンプケーシング12から伝達される振動成分である。
6A and 6B are graphs obtained by FFT analysis (fast Fourier transform) of the thrust load and the radial load in the vortex generation state. Further, FIG. 6C is a graph obtained by FFT analysis of the axial vibration of the
吸込水槽1内の液位の低下に従って、スラスト荷重には2n成分が出現し成長する。また、液位が低下すると、ポンプケーシング12の液体流入方向下流側には、2本の連続空気吸込渦Aが発生する。スラスト荷重の2n成分の成長は、水位の低下により連続空気吸込渦Aが2本発生し、羽根車25が1回転する毎に2本の渦Aを通過することが原因であると見知される。
As the liquid level in the
図5A及び図5Bに図6Aと図6Bを併せて参照すると、スラスト荷重は、ラジアル荷重よりも渦A,Bの発生状態が明確である。ラジアル荷重は、渦発生による荷重成分の検出に関してスラスト荷重よりも劣る。半径方向振動には、駆動モータ28の振動等のノイズが加わるためである。図5Cを参照すると、羽根車25の出口側圧力も渦A,Bにより大きく変動しているが、スラスト荷重とは異なり、2n成分が小さい。
With reference to FIGS. 6A and 6B together with FIGS. 5A and 5B, the thrust load has a clearer state of generation of vortices A and B than the radial load. Radial loads are inferior to thrust loads in terms of detecting load components due to vortex generation. This is because noise such as vibration of the
図6Cに示すように、回転軸22の軸方向の振動には、2n成分、配管振動成分、及び他の機械(駆動モータ28)の振動が加わるため、ノイズが多い。よって、吸込水槽1内での渦A,Bの発生の有無を判断するために、回転軸22の軸方向の振動を検出する構成は、最適ではない。
As shown in FIG. 6C, the axial vibration of the
以上のように、スラスト荷重には、ラジアル荷重、羽根車25の出口側圧力、及び回転軸22の軸方向の振動と比べて、定常状態と渦発生状態の検出値に明確な差異(変動)が生じる。よって、回転軸22のスラスト荷重を直接計測することにより、渦A,Bの発生の有無に関して、誤差の少ないデータが得られる。また、回転軸22のスラスト荷重の変動(変位の大きさ)によって、容易に渦A,Bの発生の有無を判断することができる。本発明は、かかる新たな知見に基づいてなされたものである。
As described above, the thrust load has a clear difference (fluctuation) between the detected values of the steady state and the vortex generation state as compared with the radial load, the pressure on the outlet side of the
具体的には、本実施形態の立軸ポンプ10には、渦A,Bの発生を検出するために、ポンプ監視装置30が搭載されている。また、発生した渦A,Bを消滅ないし渦A,Bの発生を抑制するために、渦抑制機構40が搭載されている。
Specifically, the
(ポンプ監視装置の概要)
図1及び図2に示すように、ポンプ監視装置30は、回転軸22の据付床2上に位置する部分に配置されたスラストセンサ32と、スラストセンサ32の検出結果に基づいて渦A,Bの発生の有無を判断するコントローラ38とを備える。
(Overview of pump monitoring device)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
吐出エルボ20には、回転軸22の軸線と同一の軸線を有する円環状の台座33が設けられている。台座33の上方には、回転軸22の周囲を取り囲むように、円環状の基板34がボルト止めされている。台座33と基板34の間には、定められた間隔の空隙が形成されている。基板34の内周部には、スリーブ36を介して回転軸22を回転可能に支持するボール軸受け35が配置されている。ボール軸受け35と回転軸22は、回転軸22の軸方向に沿って相対的に移動しないように取り付けられている。
The
スラストセンサ32は、基板34と台座33の間の空隙に配置されている。スラストセンサ32の一端は台座33に固定され、スラストセンサ32の他端は基板34に固定されている。これによりスラストセンサ32は、回転軸22に対して相対的に回転可能、かつ、回転軸22の軸方向に移動不可能に配置されている。スラストセンサ32には、一対の歪ゲージを有するロードセルが用いられている。回転軸22に沿った方向の荷重がスラストセンサ32に加わると、歪ゲージが変形し、その変形量に応じて歪ゲージの抵抗値が変化する。これによりロードセルは、抵抗値の変化量に応じた電圧を出力する。
The
コントローラ38は、駆動モータ28とスラストセンサ32に電気的に接続されている。このコントローラ38には、パーソナルコンピュータを用いることができる。コントローラ38は、駆動モータ28を制御することで、吸込水槽1内の液体の排出処理を実行する。また、コントローラ38は、スラストセンサ32を制御し、スラストセンサ32からの入力電圧(検出結果)の変動によって渦A,Bの発生の有無を判断する。
The
詳しくは、コントローラ38は、制御プログラムやデータを記憶するための記憶部(図示せず)を備える。また、この記憶部には、回転軸22に作用するスラスト荷重の周波数を分析し、回転軸22の回転数のnZ成分及び2n成分を監視するプログラム(機能)が記憶されている。また、記憶部には、渦A,Bの発生の有無を判断するための上限値Luと下限値Llとが記憶されている。上限値Luは、定常状態での入力電圧の上限値よりも大きく、下限値Llは、定常状態での入力電圧の下限値よりも小さい。
Specifically, the
コントローラ38が排出処理を実行すると、回転軸22には、液体排出方向(揚水管13では上向き)とは逆向き(図1において下向き)のスラスト荷重が作用する。このスラスト荷重は、ボール軸受け35を介して基板34に伝達される。よって、スラストセンサ32には、回転軸22のスラスト荷重に対応する下向きの荷重が加わる。
When the
前述のように、渦A,Bが発生していない定常状態では、ポンプケーシング12内には液体のみが流れるため、スラストセンサ32に加わる荷重は概ね一定である(図4A参照)。一方、渦発生状態では、ポンプケーシング12内には気体と液体が流れるため、スラストセンサ32に加わる荷重は変動する(図5A参照)。
As described above, in the steady state in which the vortices A and B are not generated, only the liquid flows in the
コントローラ38は、スラストセンサ32から入力された電圧が上限値Luと下限値Llの範囲内であれば、渦A,Bが発生していないと判断する。また、コントローラ38は、スラストセンサ32から入力された電圧が上限値Luと下限値Llの範囲を超えれば、渦A,Bが発生したと判断する。つまり、スラスト荷重の変動が小さければ、渦A,Bが発生していないと判断し、スラスト荷重の変動が大きければ、渦A,Bが発生していると判断する。
If the voltage input from the
このようにしたポンプ監視装置30は、スラストセンサ32によって回転軸22に作用するスラスト荷重を直接検出するように構成されている。よって、回転軸22の回転に影響を及ぼす渦A,Bの発生状態を高精度に検出できる。また、コントローラ38は、スラストセンサ32の検出結果に基づいて、渦A,Bの発生の有無を正確に判断できる。
The
また、スラストセンサ32は、吸込水槽1内ではなく据付床2上に配置されているため、汚れた液体や混入した異物によって故障することはない。勿論、スラストセンサ32は、異物の影響によって誤検出することもない。そして、コントローラ38は、吸込水槽1内に渦A,Bが発生したと判断すると、渦抑制機構40によって発生した渦A,Bを消滅ないし渦の発生を抑制することができる。
Further, since the
(渦抑制機構の概要)
図1及び図3に示すように、渦抑制機構40は、揚水管13の下側外周部に配置された渦抑制部材42と、渦抑制部材42を移動可能に取り付けるための取付枠44と、渦抑制部材42を移動させるための作動部材49とを備える。
(Outline of vortex suppression mechanism)
As shown in FIGS. 1 and 3, the
渦抑制部材42は、吸込ベルマウス17の下部からベーンケース15の上部にかけて、揚水管13の軸線に沿って鉛直方向に延びる平面視円形状の部材である。渦抑制部材42は、中空状であってもよいし、中実状であってもよい。渦抑制部材42は、取付枠44に対して周方向に間隔をあけて4本配置されている。図3を参照すると、渦抑制部材42は、揚水管13の外周部に近接した第1位置(図3において左側の2個)と、第1位置よりも揚水管13の外周部から離反した第2位置(図3において右側の2個)とに、作動部材49によって移動可能に保持されている。
The
取付枠44は、渦抑制部材42と同様に、吸込ベルマウス17の下部からベーンケース15の上部にかけて設けられている。この取付枠44は、横枠部材45、縦枠部材46、及び連結部材47を備える。
Similar to the
横枠部材45は、揚水管13の軸線を中心とする円環状のパイプであり、吸込ベルマウス17の吸込口18の上側外周部に固定されている。
The
縦枠部材46は、横枠部材45に下端が接合され、ベーンケース15の上部に向けて揚水管13の軸線に沿って配置した直管である。縦枠部材46は、吸込水槽1内への液体流入による負荷、及び可動式の渦抑制部材42からの負荷では変形しない剛体(金属)からなる。縦枠部材46は、横枠部材45に対して周方向に間隔をあけて、渦抑制部材42と同数(本実施形態では4本)配置されている。縦枠部材46の所定部位を、ベーンケース15に固定してもよいし、吸込ベルマウス17に固定してもよい。
The
連結部材47は、縦枠部材46に対して渦抑制部材42を回転可能、つまり揚水管13に対して渦抑制部材42を水平方向に旋回可能に連結するもので、渦抑制部材42の上下2箇所に配置されている。連結部材47は、縦枠部材46に回転可能に取り付けられた筒部材47aと、筒部材47aから径方向外向きに突出したアーム47bとを備える。アーム47bの先端には渦抑制部材42が接合されている。アーム47bの全長は、渦抑制部材42が設定した第2位置に配置される寸法に設定されている。
The connecting
図3に示すように、作動部材49は、渦抑制部材42を第1位置と第2位置に個別に移動させるものである。本実施形態の作動部材49は、油圧式又は気圧式のシリンダによって構成されている。シリンダ本体50は、縦枠部材46に固定されたブラケット52に回転可能に接続されている。ロッド51は、渦抑制部材42に固定されたブラケット53に回転可能に接続されている。シリンダ本体50には、可撓性及び耐圧性を有するチューブ(図示せず)の一端が接続されている。このチューブの他端は、据付床2上に配置した駆動部(ポンプ)55に接続されている。
As shown in FIG. 3, the operating
駆動部55には、コントローラ38が電気的に接続されている。駆動部55は、コントローラ38によって制御され、作動部材49を駆動し、渦抑制部材42を第1位置から第2位置の間の所定位置に移動させる。詳しくは、ロッド51を進出させることで渦抑制部材42を押圧し、縦枠部材46に対して渦抑制部材42を回転させて、渦抑制部材42を第1位置に向けて移動させる。また、ロッド51を後退させることで渦抑制部材42を引っ張り、縦枠部材46に対して渦抑制部材42を回転させて、渦抑制部材42を第2位置に向けて移動させる。渦抑制部材42は、作動部材49によって移動された位置に保持される。
A
コントローラ38は、駆動部55を駆動させ、空気吸込渦Aが発生した領域に渦抑制部材42を移動させる。具体的には、コントローラ38は、回転軸22に作用するスラスト荷重の変動が小さくなるように、つまりスラストセンサ32からの入力電圧が上限値Luと下限値Llの範囲内になるように、渦抑制部材42を移動させる。
The
空気吸込渦Aが消滅又は空気吸込渦Aの発生が抑制されると、吸込水槽1内は定常状態に回復するため、回転軸22に作用するスラスト荷重の変動は小さくなるとともに安定する。よって、スラストセンサ32からの入力電圧の変動が小さくなるように、渦抑制部材42を移動させることで、空気吸込渦Aを効果的に消滅できるとともに、空気吸込渦Aの発生を効果的に抑制できる。その結果、立軸ポンプ10の振動、及び据付床2の劣化を効果的に抑制できる。
When the air suction vortex A disappears or the generation of the air suction vortex A is suppressed, the inside of the
渦抑制部材42は、吸込水槽1内の水槽水位に追従して浮動するのではなく、揚水管13に対して水平方向に旋回可能に取り付けられ、作動部材49によって所定位置に保持される。よって、渦抑制部材42の位置が吸込水槽1内の液位に影響されないため、揚水管13から径方向外側へ離れた位置での空気吸込渦Aの発生を渦抑制部材42によって効果的に抑制できる。
The
(第2実施形態)
図7から図8Bは、第2実施形態のポンプ監視装置30を搭載した立軸ポンプ10を示す。この第2実施形態のポンプ監視装置30は、立軸ポンプ10のベーンケース15に、回転軸22に作用するラジアル荷重を検出するためのラジアルセンサ60を配置した点で、第1実施形態と相違する。
(Second Embodiment)
7 to 8B show a
図8A及び図8Bに示すように、ラジアルセンサ60は、センサケース62内に配置され、このセンサケース62を介して軸受ケーシング16の下部に配置されている。センサケース62は、下端開口のケース本体63と、ケース本体63の開口を覆うカバー64とを備える。センサケース62は、軸受ケーシング16に形成された凹部58内に、ボルトによって固定されている。センサケース62の内部には、回転軸22を回転可能に支持する水中軸受け65と、円環状の支持部材66とが配置されている。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the
支持部材66は、水中軸受け65の径方向外側に配置されている。支持部材66の内径は水中軸受け65の外径よりも大きく、支持部材66の外径はケース本体63の内径よりも小さい。支持部材66には、径方向の内側から外側へ貫通するように、ボルト67が取り付けられている。ボルト67の先端をケース本体63の内周面に当接させることで、支持部材66がケース本体63内に位置決めされている。
The
ラジアルセンサ60は、水中軸受け65と支持部材66の間の空隙に2個配置されている。図8Bを参照すると、一対のラジアルセンサ60,60は、回転軸22の軸線を中心として周方向に90度間隔をあけて配置されている。ラジアルセンサ60の一端は水中軸受け65に固定され、ラジアルセンサ60の他端は支持部材66に固定されている。ラジアルセンサ60は、スラストセンサ32と同様に、一対の歪ゲージを有するロードセルによって構成されている。ラジアルセンサ60は、ピエゾ型(圧電型)のロードセルによって構成してもよい。
Two
コントローラ38には、ラジアルセンサ60が電気的に接続されている。コントローラ38の記憶部には、渦A,Bの発生の有無を判断するための第2上限値と第2下限値とが記憶されている。第2上限値は、定常状態でのラジアルセンサ60の上限値よりも大きく、第2下限値は、定常状態でのラジアルセンサ60の下限値よりも小さい。コントローラ38は、スラストセンサ32とラジアルセンサ60の検出結果に基づいて、吸込水槽1内での渦A,Bの発生の有無を判断する。
A
詳しくは、コントローラ38は、スラストセンサ32からの入力電圧が第1上限値と第1下限値の範囲内で、ラジアルセンサ60からの入力電圧が第2上限値と第2下限値の範囲内であれば、渦A,Bが発生していないと判断する。また、コントローラ38は、スラストセンサ32からの入力電圧が第1上限値と第1下限値の範囲を超えるか、ラジアルセンサ60からの入力電圧が第2上限値と第2下限値の範囲を超えると、渦A,Bが発生したと判断する。勿論、スラストセンサ32からの入力電圧とラジアルセンサ60からの入力電圧との両方が上限値と下限値の範囲を超えた場合に、渦A,Bが発生したと判断してもよい。
Specifically, in the
このようにした第2実施形態のポンプ監視装置30では、スラストセンサ32によって回転軸22に作用するスラスト荷重を直接検出し、ラジアルセンサ60によって回転軸22に作用するラジアル荷重を直接検出する。そのため、回転軸22の回転に影響を及ぼす渦A,Bの発生状態を更に高精度に検出できる。また、コントローラ38は、スラストセンサ32とラジアルセンサ60の検出結果に基づいて、渦A,Bの発生の有無を正確に判断できる。
In the
(第3実施形態)
図9は、第3実施形態のポンプ監視装置30を搭載した立軸ポンプ10を示す。この第3実施形態のポンプ監視装置30は、立軸ポンプ10のベーンケース15に、羽根車25の出口圧力を検出するための圧力センサ70を配置した点で、第1実施形態と相違する。
(Third Embodiment)
FIG. 9 shows a
圧力センサ70は、検出部がポンプケーシング12内に位置するように、ベーンケース15を貫通して固定されている。圧力センサ70の検出部は、揚水管13の軸方向において、羽根車25の上端に位置している。この圧力センサ70としては、抵抗線式、静電容量式、及び機械式等、羽根車25の出口側の圧力を検出できるものであれば、いずれでも適用できる。なお、圧力センサ70は、ストレート管14を貫通するように固定してもよく、その配設位置は、液体の排出方向における羽根車25の下流側であればよい。
The
コントローラ38には、圧力センサ70が電気的に接続されている。コントローラ38の記憶部には、渦A,Bの発生の有無を判断するための第3上限値と第3下限値とが記憶されている。第3上限値は、定常状態での圧力センサ70の上限値よりも大きく、第3下限値は、定常状態での圧力センサ70の下限値よりも小さい。コントローラ38は、スラストセンサ32と圧力センサ70の検出結果に基づいて、吸込水槽1内での渦A,Bの発生の有無を判断する。
A
詳しくは、コントローラ38は、スラストセンサ32からの入力電圧が第1上限値と第1下限値の範囲内で、圧力センサ70からの入力電圧が第3上限値と第3下限値の範囲内であれば、渦A,Bが発生していないと判断する。また、コントローラ38は、スラストセンサ32からの入力電圧が第1上限値と第1下限値の範囲を超えるか、圧力センサ70からの入力電圧が第3上限値と第3下限値の範囲を超えると、渦A,Bが発生したと判断する。勿論、スラストセンサ32からの入力電圧と圧力センサ70からの入力電圧との両方が上限値と下限値の範囲を超えた場合に、渦A,Bが発生したと判断してもよい。
Specifically, in the
このようにした第3実施形態のポンプ監視装置30では、スラストセンサ32によって回転軸22に作用するスラスト荷重を直接検出し、圧力センサ70によって羽根車25の出口側の圧力を検出する。そのため、回転軸22の回転に影響を及ぼす渦A,Bの発生状態を更に高精度に検出できる。また、コントローラ38は、スラストセンサ32と圧力センサ70の検出結果に基づいて、渦A,Bの発生の有無を正確に判断できる。
In the
(第4実施形態)
図10は、第4実施形態のポンプ監視装置30を搭載した立軸ポンプ10を示す。この第3実施形態のポンプ監視装置30は、立軸ポンプ10のベーンケース15に、第2実施形態のラジアルセンサ60と、第3実施形態の圧力センサ70の両方を、ポンプケーシング12内に配置した点で、第1実施形態と相違する。
(Fourth Embodiment)
FIG. 10 shows a
コントローラ38は、スラストセンサ32、ラジアルセンサ60、及び圧力センサ70の検出結果に基づいて、吸込水槽1内での渦A,Bの発生の有無を判断する。詳しくは、コントローラ38は、スラストセンサ32からの入力電圧が第1上限値と第1下限値の範囲内で、ラジアルセンサ60からの入力電圧が第2上限値と第2下限値の範囲内で、圧力センサ70からの入力電圧が第3上限値と第3下限値の範囲内であれば、渦A,Bが発生していないと判断する。また、コントローラ38は、スラストセンサ32からの入力電圧が第1上限値と第1下限値の範囲を超えるか、ラジアルセンサ60からの入力電圧が第2上限値と第2下限値の範囲を超えるか、圧力センサ70からの入力電圧が第3上限値と第3下限値の範囲を超えると、渦A,Bが発生したと判断する。勿論、スラストセンサ32からの入力電圧、ラジアルセンサ60からの入力電圧、及び圧力センサ70からの入力電圧の全てが上限値と下限値の範囲を超えた場合に、渦A,Bが発生したと判断してもよい。
The
このようにした第4実施形態のポンプ監視装置30では、スラストセンサ32によって回転軸22に作用するスラスト荷重を直接検出し、ラジアルセンサ60によって回転軸22に作用するスラスト荷重を直接検出し、圧力センサ70によって羽根車25の出口側の圧力を検出する。そのため、回転軸22の回転に影響を及ぼす渦A,Bの発生状態を更に高精度に検出できる。また、コントローラ38は、スラストセンサ32、ラジアルセンサ60、及び圧力センサ70の検出結果に基づいて、渦A,Bの発生の有無を正確に判断できる。
In the
なお、本発明のポンプ監視装置30、及びポンプ監視方法は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。
The
例えば、回転軸22は、ボール軸受け35の代わりに、スラストパッド軸受け又はティルティングパッド軸受けによって回転可能に支持されてもよい。この場合、スラストセンサ32は、スラストパッド軸受け、又はティルティングパッド軸受けの円環状基板とポンプケーシングとの間に配置すればよい。
For example, the rotating
渦抑制部材42を第1位置と第2位置に移動させる機構は、必要に応じて変更が可能である。また、作動部材49と駆動部55も、渦抑制部材42を移動させる機構に応じて変更が可能である。
The mechanism for moving the
ポンプ監視装置30を配置するポンプは、立軸ポンプ10に限られず、回転軸を横向きに配置した横軸ポンプであってもよい。
The pump in which the
1…吸込水槽
1a…底壁
2…据付床
2a…取付孔
10…立軸ポンプ
12…ポンプケーシング
13…揚水管
14…ストレート管
15…ベーンケース
16…軸受ケーシング
17…吸込ベルマウス
18…吸込口
19…吐出管
20…吐出エルボ
22…回転軸
23…軸封装置
25…羽根車
27…変速装置
28…駆動モータ
30…ポンプ監視装置
32…スラストセンサ
33…台座
34…基板
35…ボール軸受け
36…スリーブ
38…コントローラ
40…渦抑制機構
42…渦抑制部材
44…取付枠
45…横枠部材
46…縦枠部材
47…連結部材
47a…筒部材
47b…アーム
49…作動部材
50…シリンダ本体
51…ロッド
52…ブラケット
53…ブラケット
55…駆動部
58…凹部
60…ラジアルセンサ
62…センサケース
63…ケース本体
64…カバー
65…水中軸受け
66…支持部材
67…ボルト
70…圧力センサ
1 ... Suction water tank 1a ...
Claims (10)
前記ポンプケーシングを貫通して、前記据付床上から前記吸込水槽側へ配置された回転軸と
を備えるポンプの監視装置であって、
前記回転軸の前記据付床上に位置する部分に配置され、前記回転軸に作用するスラスト荷重を検出するためのスラストセンサと、
前記スラストセンサの検出結果に基づいて前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断するコントローラと、
前記吸込水槽内に位置する前記ポンプケーシングの外周部に配置され、前記ポンプケーシングに近接した第1位置と、前記第1位置よりも前記ポンプケーシングから離反した第2位置とに移動可能な渦抑制部材と、
前記渦抑制部材を前記第1位置と前記第2位置に移動させるための作動部材と
を備え、
前記コントローラは、前記吸込水槽内に渦が発生したと判断すると、前記回転軸に作用するスラスト荷重の変動が小さくなるように、前記作動部材によって前記渦抑制部材を移動させる、ポンプ監視装置。 A pump casing that penetrates from above the installation floor to the suction water tank under the installation floor,
A pump monitoring device including a rotating shaft that penetrates the pump casing and is arranged from the installation floor to the suction water tank side.
A thrust sensor, which is arranged on a portion of the rotating shaft located on the installation floor and for detecting a thrust load acting on the rotating shaft,
A controller for determining the presence or absence of the occurrence of vortex in the suction water tank based on a detection result of the thrust sensor,
Vortex suppression that is arranged on the outer peripheral portion of the pump casing located in the suction water tank and can move to a first position closer to the pump casing and a second position separated from the pump casing than the first position. Parts and
E Bei an actuating member for moving the vortex suppressing member to the first position and the second position,
When the controller determines that a vortex has been generated in the suction water tank, the pump monitoring device moves the vortex suppressing member by the operating member so that the fluctuation of the thrust load acting on the rotating shaft becomes small.
前記基板に固定され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受けと
を備え、
前記スラストセンサは、前記基板と前記ポンプケーシングの間に配置されている、請求項1又は2に記載のポンプ監視装置。 A substrate arranged on a portion of the pump casing located on the installation floor so as to be located around the rotation axis.
A bearing that is fixed to the substrate and rotatably supports the rotating shaft is provided.
The pump monitoring device according to claim 1 or 2, wherein the thrust sensor is arranged between the substrate and the pump casing.
前記コントローラは、前記スラストセンサと前記ラジアルセンサの検出結果に基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する、請求項1から4のいずれか1項に記載のポンプ監視装置。 A radial sensor for detecting a radial load acting on the rotating shaft is arranged in the pump casing.
The pump monitoring device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the controller determines whether or not a vortex is generated in the suction water tank based on the detection results of the thrust sensor and the radial sensor.
前記ポンプケーシングを貫通して、前記据付床上から前記吸込水槽側へ配置された回転軸と With the rotating shaft arranged from the installation floor to the suction water tank side through the pump casing.
を備えるポンプの監視装置であって、 A pump monitoring device equipped with
前記回転軸の前記据付床上に位置する部分に配置され、前記回転軸に作用するスラスト荷重を検出するためのスラストセンサと、 A thrust sensor, which is arranged on a portion of the rotating shaft located on the installation floor and for detecting a thrust load acting on the rotating shaft,
前記ポンプケーシング内に配置され、前記回転軸に作用するラジアル荷重を検出するためのラジアルセンサと、 A radial sensor arranged in the pump casing for detecting a radial load acting on the rotating shaft, and a radial sensor.
前記スラストセンサの検出結果と前記ラジアルセンサの検出結果とに基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断するコントローラと With a controller that determines whether or not a vortex is generated in the suction water tank based on the detection result of the thrust sensor and the detection result of the radial sensor.
を備える、ポンプ監視装置。 A pump monitoring device.
前記ポンプケーシングには、前記羽根車による液体の排出方向における前記羽根車の下流側の圧力を検出するための圧力センサが配置されており、
前記コントローラは、前記スラストセンサ及び前記圧力センサそれぞれの検出結果に基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する、請求項1から4のいずれか1項に記載のポンプ監視装置。 The pump includes an impeller fixed to the end of the rotating shaft on the suction tank side.
A pressure sensor for detecting the pressure on the downstream side of the impeller in the direction of discharging the liquid by the impeller is arranged in the pump casing.
The pump monitoring device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the controller determines whether or not a vortex is generated in the suction water tank based on the detection results of each of the thrust sensor and the pressure sensor. ..
前記ポンプケーシングには、前記羽根車による液体の排出方向における前記羽根車の下流側の圧力を検出するための圧力センサが配置されており、 A pressure sensor for detecting the pressure on the downstream side of the impeller in the liquid discharge direction by the impeller is arranged in the pump casing.
前記コントローラは、前記スラストセンサ、前記ラジアルセンサ及び前記圧力センサそれぞれの検出結果に基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する、請求項5又は6に記載のポンプ監視装置。 The pump monitoring device according to claim 5 or 6, wherein the controller determines whether or not a vortex is generated in the suction water tank based on the detection results of the thrust sensor, the radial sensor, and the pressure sensor.
前記スラストセンサの検出結果に基づいて、コントローラが前記据付床下の吸込水槽内での渦の発生の有無を判断し、
前記吸込水槽内に渦が発生したと判断すると、前記コントローラは、前記回転軸に作用するスラスト荷重の変動が小さくなるように、ポンプケーシングの外周部に移動可能に配置された渦抑制部材を、作動部材によって移動させる、
ポンプ監視方法。 The thrust sensor placed on the installation floor of the rotating shaft detects the thrust load acting on the rotating shaft.
Based on the detection result of the thrust sensor, and judgment of the occurrence of vortex in the controller in the suction tank the installation floor,
When it is determined that a vortex has been generated in the suction water tank, the controller sets a vortex suppressing member movably arranged on the outer peripheral portion of the pump casing so that the fluctuation of the thrust load acting on the rotating shaft becomes small. Moved by the operating member ,
Pump monitoring method.
ポンプケーシング内に配置したラジアルセンサによって、前記回転軸に作用するラジアル荷重を検出し、 A radial sensor placed inside the pump casing detects the radial load acting on the rotating shaft.
前記スラストセンサの検出結果と前記ラジアルセンサの検出結果とに基づいて、コントローラが前記据付床下の吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する、 Based on the detection result of the thrust sensor and the detection result of the radial sensor, the controller determines whether or not a vortex is generated in the suction water tank under the installation floor.
ポンプ監視方法。 Pump monitoring method.
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