JP6882939B2 - 立軸ポンプ観察装置及び立軸ポンプ観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、立軸ポンプ観察装置及び立軸ポンプ観察方法に関する。

ポンプ設備等の施設機械設備は、土木施設と異なり多数の機器・部材等から構成された集合体であることから、設備の機能の維持、ひいては設備の長寿命化を図るためには、日常管理における機器、部材等の適切な点検・整備が必要不可欠である。

近年、縦に長い構造をもつ立軸ポンプの内部を検査、観察する際に、上部の小孔から内視鏡を挿入して用いる方法が実用化されている。

国土交通省総合政策局公共事業企画調整課、水管理・国土保全局河川環境課『河川ポンプ設備点検・整備・更新マニュアル（案）』、平成２７年３月

しかしながら、揚水管に設けられた小孔から鉛直に内視鏡を垂らすため、観察できる場所が限られる問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、立軸ポンプの内部の点検を容易化することを可能とする立軸ポンプ観察装置及び立軸ポンプ観察方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る立軸ポンプ観察装置は、空気より軽い気体を入れることが可能な気嚢と、前記気嚢に接続され且つ推力を発生させる推力発生部と、前記気嚢に接続され且つ立軸ポンプの内部を撮像可能なカメラと、を備える。

この構成によれば、立軸ポンプの内部において立軸ポンプ観察装置を点検部位まで移動でき、移動後にカメラで撮影することができるので、立軸ポンプ観察装置の操作者はカメラで撮像された画像を確認することにより、点検部位を点検することができる。このため、立軸ポンプの内部の点検を容易化することができる。

本発明の第２の態様に係る立軸ポンプ観察装置は、第１の態様に係る立軸ポンプ観察装置であって、前記推力発生部は、上下移動用のプロペラと、水平方向の移動用のプロペラとを備える。

この構成によれば、立軸ポンプ観察装置は上下方向及び水平方向に移動することができる。

本発明の第３の態様に係る立軸ポンプ観察装置は、第１または２の態様に係る立軸ポンプ観察装置であって、前記カメラで撮影して得られた画像データを、操作者が操作するコントローラに送信する通信部を更に備え、前記画像データがコントローラに表示される。

この構成によれば、点検部位をカメラで撮影して得られた画像データがコントローラに表示されるので、操作者は点検部位の状態を確認することができる。

本発明の第４の態様に係る立軸ポンプ観察装置は、第１から３のいずれかの態様に係る立軸ポンプ観察装置であって、操作者が操作するコントローラから移動方向に関する指令を受信する通信部と、前記通信部によって受信された指令に応じて前記推力発生部を駆動するプロセッサと、を備える。

この構成によれば、操作者が立軸ポンプ観察装置１の移動または旋回をコントロールすることができる。

本発明の第６の態様に係る立軸ポンプ観察方法は、気嚢を折り畳んだ状態で、立軸ポンプの内部に挿入する工程と、前記立軸ポンプの内部において、前記気嚢に空気より軽い気体を入れて前記気嚢を膨らませる工程と、前記気嚢に接続された推力発生部による推力で移動する工程と、気嚢２に接続されたカメラで前記立軸ポンプの内部を撮像する工程と、を有する。

この構成によれば、立軸ポンプの内部において気嚢を点検部位まで移動でき、移動後にカメラで点検部位を撮影することができる。立軸ポンプ観察装置の操作者はカメラで撮像された画像を確認することにより、点検部位を点検することができるため、立軸ポンプの内部の点検を容易化することができる。

本発明の一態様によれば、立軸ポンプの内部において立軸ポンプ観察装置を点検部位まで移動でき、移動後にカメラで撮影することができるので、立軸ポンプ観察装置の操作者はカメラで撮像された画像を確認することにより、点検部位を点検することができる。このため、立軸ポンプの内部の点検を容易化することができる。

第１の実施形態による立軸ポンプ観察装置の概略構成を示す模式図である。 立軸ポンプ観察装置を用いた観察方法を説明するようすを説明するための第１の図である。 立軸ポンプ観察装置を用いた観察方法を説明するようすを説明するための第２の図である。 立軸ポンプ観察装置を用いた観察方法を説明するようすを説明するための第３の図である。 立軸ポンプ観察装置を用いた観察方法の流れの一例を説明するフローチャートである。 第２の実施形態による立軸ポンプ観察装置の概略構成を示す模式図である。

以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示の理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

（第１の実施形態）
図１を用いて第１の実施形態に係る立軸ポンプ観察装置について説明する。図１は、第１の実施形態による立軸ポンプ観察装置の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、立軸ポンプ観察装置１は、空気より軽い気体を入れることが可能な気嚢２と、気嚢２に接続され且つ推力を発生させる推力発生部３と、気嚢２に接続され且つ立軸ポンプの内部を撮像可能なカメラ４とを備える。気嚢２に入れる気体は、ヘリウムが望ましい。

このように、推力発生部３は、気嚢に連結された支柱３1と、上下移動用のプロペラ３２−１と、水平方向の移動用のプロペラ３３−１、３３−２とを備える。これらのプロペラは、支柱３1によって支持されている。水平方向の移動用のプロペラ３３−１、３３−２は、一例として前進または後退するためのものである。この構成によれば、立軸ポンプ観察装置は上下方向及び水平方向に移動することができる。推力発生部３は、更に、旋回用のプロペラを一つまたは二つ備えていてもよい。

推力発生部３は、気嚢２の上部、下部あるいは両方、あるいは気嚢２の側面のいずれにあっても良いが、推力発生部３がポンプ内の水面と接触させないこと、機体全体を、後述する小孔２０を通さなければならないところから、上部にあるのが好適である。

このように、推力発生方向は上下方向のみならず、前進後退左右、旋回方向にも動けるようにした方が好ましい。これを実現するには、現行の小型ドローンのようなクアッドコプターやヘキサコプターと類似の形状にしても良いし、鉛直方向のプロペラを少なくとも一つと水平方向のプロペラを少なくとも一つとの組み合わせにしても良い。

更に、立軸ポンプ観察装置１は、カメラ４で撮影して得られた画像データを、操作者が操作するコントローラ７（図２参照）に送信する通信部５を備える。これにより、画像データがコントローラ７に送信されて、画像データがコントローラ７に表示される。この構成によれば、点検部位をカメラ４で撮影して得られた画像データがコントローラ７に表示されるので、操作者は点検部位の状態を確認することができる。通信部５による通信は、有線であってもよいし無線であってもよい。ここでは一例として通信部５による通信は有線であるものとして以下説明する。

また、通信部５は、操作者が操作するコントローラ７（図２参照）から移動方向に関する指令を受信する。そして、立軸ポンプ観察装置１は、通信部５によって受信された指令に応じて推力発生部３を駆動するプロセッサ６を備える。

図２は、立軸ポンプ観察装置を用いた観察方法を説明するようすを説明するための第１の図である。図２に示すように、立軸ポンプ１０は、回転軸１１と回転軸１１に固定された羽根車１２とを含む回転体１３と、回転体１３の周囲を覆う揚水管１４と、を備える。揚水管１４は、ベース１８によって、ポンプ床１９に固定されている。揚水管１４の上部には、小孔（ハンドホールともいう）２０が設けられている。

このうち揚水管１４は、軸方向に延びる筒形状を有しており、回転軸１１は、揚水管１４の内部に回転可能に挿設されている。羽根車１２は、回転軸１１の下端部に同軸状に固定されている。

回転軸１１の上端部には原動機（図示せず）が取り付けられており、原動機から出力される駆動力によって羽根車１２と回転軸１１とが一体に回転される。羽根車１２の回転により揚水管１４内の流体が汲み上げられることで、揚水管１４の下端部の吸込口１４ｂから新たな液体が吸い込まれ、吸い込まれた液体が揚水管１４の上端部の吐出口１４ａから吐き出される。

図２に示すように、更に立軸ポンプ１０は、揚水管１４の内部に配置され且つ回転軸１１を回転可能に支持する水中軸受１５と、揚水管１４の内部に配置され且つ水中軸受１５を支持する軸受支え１５１と、軸受支え１５１を支持する静翼（ガイドベーン）１５２とを備える。静翼１５２は、揚水管１４に固定されている。更にポンプ１０は、揚水管１４の内面の位置であって羽根車１２に間隔を設けて対向する位置に設けられたケーシングライナ１２ｂを備える。

図２に示すように、更に立軸ポンプ１０は、揚水管１４の内部に配置され且つ回転軸１１を回転可能に支持する中間軸受１６と、揚水管１４の内部に配置され且つ中間軸受１６を支持する軸受支え１６１とを備える。

図２に示すように、更に立軸ポンプ１０は、揚水管１４の内部に配置され且つ回転軸１１を回転可能に支持する中間軸受１７と、揚水管１４の内部に固定され且つ中間軸受１７を支持する軸受支え１７１とを備える。

図２に示すように、操作者は、コントローラ７を操作することによって、立軸ポンプ観察装置１を操縦する。コントローラ７は、操作者による、立軸ポンプ観察装置１を操縦するための操作を受け付ける操作部７１と、立軸ポンプ観察装置と通信する通信部７２と、立軸ポンプ観察装置１によって撮像された画像データを表示する表示部７３とを備える。通信部７２による通信は、有線であってもよいし無線であってもよい。ここでは一例として通信部７２による通信は有線であるものとして以下説明する。

（立軸ポンプ観察方法）
続いて、本実施形態に係る立軸ポンプ観察方法について図２〜図４を参照しつつ図５を用いて説明する。図３は、立軸ポンプ観察装置を用いた観察方法を説明するようすを説明するための第２の図である。図４は、立軸ポンプ観察装置を用いた観察方法を説明するようすを説明するための第３の図である。図５は、立軸ポンプ観察装置を用いた観察方法の流れの一例を説明するフローチャートである。

（ステップＳ１０１）まず、気嚢２を細く折り畳んだ状態で、立軸ポンプ観察装置１を、揚水管１４の上部の小孔２０から立軸ポンプ１０内に挿入する。

（ステップＳ１０２）小孔２０から吊った状態で、空気より軽い気体（例えば、ヘリウム等）を入れることで所定の浮力が発生するまで気嚢２を膨らませる。横方向に大きく膨らませるとポンプ内壁に接触し、ポンプ内の移動が不可能になるので、気嚢２は、必要十分に細く、一方で縦に長い形状である。浮力は一例として、カメラ４、及び推力発生部３などの合算重量とほぼ釣り合うか、若干足りない程度とし、上下の動きは推力で駆動する。気嚢２が十分に膨張した後は、気体（ガス）を送る送ガスチューブから切り離すが、電力の送電のため、あまり張力を発生させない範囲で、小孔２０を経由して有線で外部の電源とつないでいても良い。有線で外部の電源とつながない場合は、立軸ポンプ観察装置１は電池を搭載してもよい。なお、コントローラ７との通信のために、小孔２０を経由して有線でコントローラ７と接続されている場合に、電源のケーブルと通信のケーブルが一つのケーブルにまとめられてもよい。

立軸ポンプ観察装置１はほぼ浮力で自重を浮揚させること、並びに比較的空気抵抗が大きいため、高速で動くことはない。このため立軸ポンプ１０内部に衝突することはなく、仮に衝突しても衝突速度が小さいため、機体にもポンプにも損傷を発生させない。このようにして、気嚢２が膨らんだ立軸ポンプ観察装置１は、図２のように、立軸ポンプ１０内において、ほぼ浮力で自重を浮揚させることができる。

（ステップＳ１０３）次に、操作者はコントローラ７を操作して立軸ポンプ観察装置１を軸受支え１７１の間、軸受支え１６１の間を順に通過させる。その際には、立軸ポンプ観察装置１のプロセッサ６は、コントローラ７からの指令に従って、推力発生部３を制御することによって、立軸ポンプ観察装置１を下降させる。これにより、立軸ポンプ観察装置１は、図３のように、軸受支え１７１の間を通った位置に移動することができ、更に図４のように、軸受支え１７１の間を通った位置に移動することができる。

（ステップＳ１０４）次に、カメラ４は、点検部位（例えば、静翼（ガイドベーン）１５２、羽根車１２、ケーシングライナ１２ｂなど）を撮像する。その際には、立軸ポンプ観察装置１のプロセッサ６は、コントローラ７からの指令に従って、カメラ４に点検部位を撮像させる。通信部５は、例えば有線により、カメラ（例えば、内視鏡）４で撮像して得た画像データを、操作者が操作するコントローラ７にリアルタイムで送信するのが望ましい。これにより、リアルタイムでコントローラ７に画像データが表示されるので、操作者はリアルタイムで、点検部位の画像を見て点検部位の状態を確認することができる。

（ステップＳ１０５）点検部位の撮像終了後、操作者はコントローラ７を操作して立軸ポンプ観察装置１を小孔２０に戻す。その際には、立軸ポンプ観察装置１のプロセッサ６は、コントローラ７からの指令に従って、推力発生部３を制御することによって、立軸ポンプ観察装置１を上昇させる。

（ステップＳ１０６）次に、例えば送ガスチューブと気嚢２を再接続して、気嚢２の中の気体（ガス）を回収し、気嚢２が縮んだ状態にする。

あるいは立軸ポンプ観察装置１にバルブ等が設けられていてもよい。その場合、小孔２０で単なるフック等で吊り下げた後、立軸ポンプ観察装置１に設けられたバルブを開にして気体（ガス）を放出してもよい。これらのどちらかの操作により気嚢２が縮んだ状態にする。

（ステップＳ１０７）次に、気嚢２が縮んだ状態で、小孔２０から気嚢２を引き抜き、立軸ポンプ観察装置１を回収する。電源と有線で接続したまま立軸ポンプ観察装置１が飛行する場合は、バルブを開いてガスを抜いた後、有線ケーブルを引くことで、小孔２０から立軸ポンプ観察装置１を回収してもよい。

立軸ポンプ１０の内面観察時において、カメラを水中に入れる場合もありうるが、その際は水の浮力もかかるので、必要十分の没水深さを得るために、上向き推力を停止させるか、あるいは下向き推力を発生させる場合もある。

立軸ポンプ１０の内面観察時には、カメラとして内視鏡を用いても良い。カメラとして、先端部に可動機構のついた内視鏡を用いても良い。また内視鏡の視野の方向を変えるにあたっては、気嚢２自体が前述の推力発生部３によって、移動したり旋回したりすることを利用しても良い。

以上、第１の実施形態に係る立軸ポンプ観察装置１は、空気より軽い気体を入れることが可能な気嚢２と、気嚢２に接続され且つ推力を発生させる推力発生部３と、気嚢２に接続され且つ立軸ポンプの内部を撮像可能なカメラ４と、を備える。

この構成により、立軸ポンプ１０の内部において立軸ポンプ観察装置１を点検部位まで移動でき、移動後にカメラ４で撮影することができるので、立軸ポンプ観察装置１の操作者はカメラ４で撮像された画像を確認することにより、点検部位を点検することができる。このため、立軸ポンプ１０の内部の点検を容易化することができる。

第１の実施形態に係る立軸ポンプ観察方法によれば、気嚢２を折り畳んだ状態で、立軸ポンプ１０の内部に挿入する工程と、立軸ポンプ１０の内部において、気嚢２に空気より軽い気体を入れて気嚢２を膨らませる工程と、気嚢２に接続された推力発生部３による推力で移動する工程と、気嚢２に接続されたカメラ４で立軸ポンプ１０の内部を撮像する工程と、を有する。

この構成により、立軸ポンプ１０の内部において気嚢２を点検部位まで移動でき、移動後にカメラ４で点検部位を撮影することができる。立軸ポンプ観察装置１の操作者はカメラ４で撮像された画像を確認することにより、点検部位を点検することができるため、立軸ポンプ１０の内部の点検を容易化することができる。

なお、回転プロペラではなく、気嚢２に小型バルブをつけ、その開閉でガスを噴出させ推力にしても良い。

（第２の実施形態）
続いて第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、気嚢２が二つのドローンと紐状部材で連結し、これらの二つのドローンが移動することにより、気嚢２が移動または旋回する。図６は、第２の実施形態による立軸ポンプ観察装置の概略構成を示す模式図である。第１の実施形態に係る構成要素と同じ構成要素には、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図６に示すように、立軸ポンプ観察装置１ｂは、気嚢２と、推力発生部３ｂと、カメラ４と、通信部５と、プロセッサ６を備える。

ここで推力発生部３ｂは、紐状部材３４−１によって気嚢２に接続されたドローン３５−１と、紐状部材３４−２によって気嚢２に接続されたドローン３５−２を有する。ドローン３５−１、３５−２は、遠隔操縦可能な無人航空機である。

第１の実施形態では、通信部５が、操作者が操作するコントローラ７（図２参照）から移動方向に関する指令を受信したが、本実施形態では、ドローン３５−１、３５−２がこの指令をコントローラ７から受信してもよい。これにより、コントローラ７からの指令に基づいてドローン３５−１、３５−２のプロペラが駆動し、ドローン３５−１、３５−２が移動する。それに伴ってこれらのドローン３５−１、３５−２に紐状部材３４−１、３４−２を介して連結された気嚢２が移動または旋回する。これにより、立軸ポンプ観察装置１ｂは点検部位まで移動することができるので、点検部位を撮像することができる。

なお、気嚢２が連結するドローンは、一つであってもよいし、三つ以上であってもよい。

以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１、１ｂ 立軸ポンプ観察装置
１０ 立軸ポンプ
１１ 回転軸
１２ 羽根車
１３ 回転体
１４ 揚水管
１４ａ 吐出口
１４ｂ 吸込口
１５ 水中軸受
１５２ 静翼
１６ 中間軸受
１７ 中間軸受
１８ ベース
１９ ポンプ床
２ 気嚢
２０ 小孔
３、３ｂ 推力発生部
３１ 支柱
３２、３３ プロペラ
３４−１．３４−２ 紐状部材
３５−１、３５−２ ドローン
４ カメラ
５ 通信部
６ プロセッサ
７ コントローラ
７１ 操作部
７２ 通信部
７３ 表示部

Claims (5)

1. 折り畳み可能で空気より軽い気体を入れることが可能な気嚢であって当該気体を入れて膨らませた場合に縦長の形状を有する気嚢と、
   前記気嚢に接続され且つ推力を発生させる推力発生部と、
   前記気嚢に接続され且つ立軸ポンプの内部を撮像可能なカメラと、
   を備える立軸ポンプ観察装置。
2. 前記推力発生部は、上下移動用のプロペラと、水平方向の移動用のプロペラとを備える
   請求項１に記載の立軸ポンプ観察装置。
3. 前記カメラで撮影して得られた画像データを、操作者が操作するコントローラに送信する通信部を更に備え、
   前記画像データがコントローラに表示される
   請求項１または２に記載の立軸ポンプ観察装置。
4. 操作者が操作するコントローラから移動方向に関する指令を受信する通信部と、
   前記通信部によって受信された指令に応じて前記推力発生部を駆動するプロセッサと、
   を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の立軸ポンプ観察装置。
5. 気嚢を折り畳んだ状態で、立軸ポンプの内部に挿入する工程と、
   前記立軸ポンプの内部において、前記気嚢に空気より軽い気体を入れて前記気嚢を膨らませる工程と、
   前記気嚢に接続された推力発生部による推力で移動する工程と、
   前記気嚢に接続されたカメラで前記立軸ポンプの内部を撮像する工程と、
   を有する立軸ポンプ観察方法。

Images