JP7104605B2 - ポンプシステム - Google Patents

Description

本発明は、ポンプシステムに関するものである。

従来からポンプ装置として、例えば、下記特許文献１に記載されているような立軸ポンプが知られている。この立軸ポンプは、大雨等に湛水防除の目的で稼働するポンプ機場に設置されている。ポンプ機場では、洪水時において確実な稼働が必要とされる。立軸ポンプは、羽根車や水中軸受（滑り軸受）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徐々に腐食、摩耗する。このため点検作業を定期的に行い、水中軸受の摩耗状態を確認する必要がある。水中軸受の摩耗はポンプの異常振動に直結するため、水中軸受の点検は重要項目の１つである。

下記特許文献１に記載の立軸ポンプは、回転軸に固定された羽根車と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、画像取得手段（ファイバースコープなど）を前記ポンプケーシング外部から前記ポンプケーシング内部の所定の点検箇所まで案内する導管と、液体を前記所定の点検箇所まで導く液体導入管とを備えたことを特徴としている。この立軸ポンプによれば、液体導入管から排出される透明な液体により、ポンプケーシングの内部の透明度が増すため、水中軸受の摩耗状態などを点検し易くなる。

特開２００９－４１５０３号公報

ところで、上記従来技術では、ポンプ停止中に、ファイバースコープを導管に挿入し、水中軸受を直接観察して、その摩耗状態を点検している。しかしながら、ファイバースコープには、点検箇所を照らす光源が設けられているが、この光源が照らせるのは一方向からのみであり、上記従来技術で点検できるのは水中軸受の局所的な部分に限られていた。そのため、水中軸受を全面的に観察して、どのような向きに、どのような特徴のある摩耗の仕方をしているのかを把握することは困難であった。
また、人が目視で観察するため定量的に計測ができなかった。
また、ポンプ運転中には、吐出圧側にある水中軸受の水圧が大気圧より高い圧力であり、ポンプ内から導管を伝って外部に揚水が噴出することを避けるため、導管を閉止する必要があるので、ファイバースコープを導管に挿入したまま水中軸受を運転時も継続して観察することはできなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ポンプ運転中停止中を問わず、継続的に滑り軸受を直接観察して、その摩耗状態を全体的、全周的且つ定量的に評価点検できるポンプシステムの提供を目的とする。

（１）本発明の一態様に係るポンプ装置は、羽根車と、前記羽根車が固定された回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持する滑り軸受と、前記羽根車、前記回転軸、及び前記滑り軸受を収容するケーシングと、を備えるポンプ装置であって、前記滑り軸受を軸方向で挟んで取り付けられ、前記滑り軸受と前記回転軸との隙間に点検光を投光する投光部、及び、前記隙間を通過した前記点検光を受光する受光部と、前記受光部が受光した前記点検光に係る情報を、前記ケーシングの外部へ伝送する有線と、を備える。

（２）上記（１）に記載されたポンプ装置であって、前記有線は、前記滑り軸受を支持する支持部材に沿って固定されていてもよい。
（３）上記（２）に記載されたポンプ装置であって、前記滑り軸受は、水中軸受であってもよい。
（４）上記（１）～（３）に記載されたポンプ装置であって、前記投光部は、前記点検光を発する複数の発光部を有し、前記複数の発光部は、は、前記滑り軸受の軸心と同心円上に配置されていてもよい。
（５）上記（１）～（４）に記載されたポンプ装置であって、前記受光部は、前記点検光を受ける複数の検出部を有し、前記複数の検出部は、前記滑り軸受の軸心と同心円上に配置されていてもよい。
（６）上記（１）～（５）に記載されたポンプ装置であって、前記投光部は、前記隙間に対し、軸方向と交差する方向に前記点検光を投光してもよい。

（７）本発明の一態様に係るポンプシステムは、上記（１）～（６）に記載されたポンプ装置と、前記受光部が受光した前記点検光の光量に基づいて、前記回転軸と前記滑り軸受との摩耗の発生を判定する制御装置と、を有する。

（８）上記（７）に記載されたポンプシステムであって、前記回転軸の径方向における変位を計測する変位センサを有し、前記制御装置は、さらに、前記変位センサの計測結果に基づいて、前記摩耗が全周摩耗か部分摩耗なのかを判定してもよい。
（９）上記（７）または（８）に記載されたポンプシステムであって、前記回転軸の回転角度を計測する回転角度センサを有し、前記制御装置は、さらに、前記回転角度センサの計測結果に基づいて、前記摩耗が前記回転軸で発生したのか前記滑り軸受で発生したのかを判定してもよい。
（１０）上記（７）～（９）に記載されたポンプシステムであって、前記投光部は、前記回転軸が回転しているときに、前記点検光を投光してもよい。

（１１）本発明の一態様に係るポンプ装置における滑り軸受の点検方法は、羽根車と、前記羽根車が固定された回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持する滑り軸受と、を備えるポンプ装置における滑り軸受の点検方法であって、前記滑り軸受を軸方向で挟んだ一方側から、前記滑り軸受と前記回転軸との隙間に点検光を投光すると共に、前記滑り軸受を軸方向で挟んだ他方側において、前記隙間を通過した前記点検光を受光し、当該受光した前記点検光の光量に基づいて、前記回転軸と前記滑り軸受との摩耗の発生を判定する。

上記本発明の態様によれば、ポンプ運転中停止中を問わず、継続的に滑り軸受を直接観察して、その摩耗状態を全体的、全周的且つ定量的に評価点検できる。すなわち、どのような向きに、どのような特徴のある摩耗の仕方をしているのかを把握することができるポンプシステムを提供できる。

一実施形態に係る立軸ポンプを含むポンプシステムの全体構成図である。 一実施形態に係る中間軸受の構成図である。 図２に示す中間軸受の要部模式図である。 一実施形態に係る投光部の（ａ）平面図、（ｂ）矢視Ａ－Ａ断面図である。 一実施形態に係る投光部及び受光部の構成模式図である。 一実施形態に係る下部軸受の構成図である。 一実施形態に係る変位センサの模式平面図である。 一実施形態に係る点検光の光量に基づく、滑り軸受の摩耗量の算出方法を説明する説明図である。 一実施形態に係る滑り軸受の摩耗状態を示すイメージ図である。 一実施形態に係る回転軸と滑り軸受との（ａ）摩耗が発生していない状態、（ｂ）摩耗が発生している状態を示すイメージ図である。 一実施形態に係る滑り軸受に部分的に摩耗が生じた場合のイメージ図である。 一実施形態に係る回転軸及び滑り軸受に摩耗が生じた場合のイメージ図である。 一実施形態に係る制御装置による傾向管理手法の一例を示す図である。 一実施形態に係る給水ポンプの全体構成図である。 一実施形態の変形例に係る下部軸受の構成図である。

以下、本発明の実施形態のポンプ装置、ポンプシステム及びポンプ装置における滑り軸受の点検方法について図面を参照して説明する。以下の説明では、本発明の適用例として、大雨等に湛水防除の目的で稼働するポンプ機場に設けられた立軸ポンプを例示する。

図１は、一実施形態に係る立軸ポンプ１を含むポンプシステム１Ａの全体構成図である。
立軸ポンプ１（ポンプ装置）は、羽根車２及び羽根車２が固定された回転軸３を含む回転部１Ｂと、回転部１Ｂのうち回転軸３を支持する滑り軸受４（軸受）及び滑り軸受４と回転部１Ｂを収容するポンプケーシング１０（ケーシング）を含む静止部１Ｃと、を備える。なお、回転軸３は、鉛直方向に延び、その上端部はポンプケーシング１０を貫通して上方に延びている。

ポンプケーシング１０は、インペラケーシング１１と、吊下管１２と、吐出曲管１３と、を備える。インペラケーシング１１は、吸込ベルマウス１１ａ及びポンプボウル１１ｂを組み合わせて形成されている。吊下管１２は、インペラケーシング１１の上端部に接続され、インペラケーシング１１を吸込水槽１４内に吊り下げている。吐出曲管１３は、吊下管１２の上端部に接続され、水平方向に延びる吐出配管１５に連通している。

吊下管１２は、吸込水槽１４の上部のポンプ据付床１６に形成された挿通孔１６ａを通して下方に延び、吊下管１２の上端部に設けられた据付用ベース１７を介してポンプ据付床１６に固定されている。吊下管１２の下端部には、ポンプボウル１１ｂが固定されている。ポンプボウル１１ｂの内周面には、ガイドベーン１８が設けられている。ガイドベーン１８は、ボウルブッシュ１９を支持している。

ポンプボウル１１ｂは、ポンプ外部と内部を仕切る外筒と、外筒より内側に内筒（ボウルブッシュ１９）を備え、外筒と内筒の間には羽根車２の回転により生じた旋回流を軸方向に整流する案内羽根（ガイドベーン１８）が設けられ、内筒の内部には、滑り軸受４が設けられている。以下、この滑り軸受４を、下部軸受４１と称する。下部軸受４１は、回転軸３を鉛直方向に延びる軸回りに回転自在に支持している。下部軸受４１よりも下方に延びる回転軸３の下端部には、羽根車２が固定されている。羽根車２の周囲には、吸込ベルマウス１１ａが配置されている。吸込ベルマウス１１ａは、ポンプボウル１１ｂの下端部に固定され、羽根車２よりも下方に延在している。

回転軸３は、ボウルブッシュ１９よりも上方の吊下管１２内で、もう一つの滑り軸受４に支持されている。以下、この滑り軸受４を中間軸受４２と称する。中間軸受４２は、回転軸３を鉛直方向に延びる軸回りに回転自在に支持している。中間軸受４２は、吊下管１２の内周面から、吊下管１２の中央に向かって径方向内側に向かって延びる複数の支持部材１２ａに支持されている。

回転軸３は、吐出曲管１３から上方に突出して、駆動源２０に連結されている。駆動源２０は、電動機やディーゼルエンジンなどである。駆動源２０の駆動軸２１は、軸連結部２２を介して回転軸３と連結されている。駆動源２０により回転軸３を介して羽根車２を回転させると、吸込水槽１４内の水（取扱液）が吸込ベルマウス１１ａから吸い込まれ、羽根車２により加圧され、ポンプボウル１１ｂ、吊下管１２、吐出曲管１３を通って吐出配管１５に移送される。すなわちポンプ運転時には、羽根車２の回転により水（取扱液）が加圧され、大気圧よりも高い圧力となっており、羽根車２により上方の位置にある下部軸受４１や中間軸受４２は、大気圧よりも高い圧力の雰囲気に置かれる。

回転軸３は、吐出曲管１３の外側において外軸受２３によって支持されている。吐出曲管１３の外面には、軸受ケーシング２４が固定されており、外軸受２３はこの軸受ケーシング２４内に設けられている。軸受ケーシング２４には、窓部２４ａが形成されている。立軸ポンプ１は、窓部２４ａを介して回転軸３の径方向における変位を計測する変位センサ２５を有する。また、立軸ポンプ１は、軸連結部２２における図示しないキーの回転角度を検出することで、回転軸３の回転角度を検出する回転角度センサ２６を有する。

図２は、一実施形態に係る中間軸受４２の構成図である。なお、図２においては、中間軸受４２の一部を部分的に拡大して示している。図３は、図２に示す中間軸受４２の要部模式図である。
図２に示すように、回転軸３には、円筒状の軸スリーブ３１が固定されている。中間軸受４２は、軸スリーブ３１の外周面と対向する円筒状の軸受本体４２ａと、軸受本体４２ａを支持する軸受ベース４２ｂと、を備える。

軸スリーブ３１は、金属材料から形成されており、軸受本体４２ａは、摺動性の良い樹脂材料ないしセラミックス材料から形成されている。軸スリーブ３１は、軸受本体４２ａにすべり接触し、軸受本体４２ａは、軸スリーブ３１及び回転軸３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１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４２ａ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材料が好ましい。

軸受本体４２ａは、軸受本体４２ａを保持する軸受保持部材、及び、回転軸３から軸受本体４２ａが受ける衝撃を吸収する緩衝部材を介して軸受ベース４２ｂに支持されている。軸受ベース４２ｂは、上述した支持部材１２ａに支持されている。この軸受本体４２ａの内径は、軸スリーブ３１の外径より僅かに大きく形成されている。このため、軸スリーブ３１の外周面と軸受本体４２ａの内周面との間（回転部１Ｂと静止部１Ｃとが近接して対向する箇所：点検箇所）には、隙間Ｓが形成されている。ここでいう点検箇所となり得る隙間Ｓとは、例えば、回転部１Ｂと静止部１Ｃとの近接距離が０．０１ｍｍから２ｍｍのものをいう。

上記構成の中間軸受４２には、投光部５０及び受光部６０が固定されている。投光部５０及び受光部６０は、中間軸受４２を軸方向で挟んで、円筒状の軸受ベース４２ｂの上下面にネジ止めなどで取り付けられている。投光部５０は、図３に示すように、中間軸受４２と回転軸３との隙間Ｓに点検光Ｌを投光するものであり、中間軸受４２の下側に配置されている。受光部６０は、図３に示すように、隙間Ｓを通過した点検光Ｌを受光するものであり、中間軸受４２の上側に配置されている。なお、投光部５０及び受光部６０は、上下逆の配置にしてもよい。

図４は、一実施形態に係る投光部５０の（ａ）平面図、（ｂ）矢視Ａ－Ａ断面図である。なお、受光部６０も、図４に示す投光部５０と同様の構成になっているため、図示は割愛する。図５は、一実施形態に係る投光部５０及び受光部６０の構成模式図である。
投光部５０には、図５に示すように、複数の光ファイバー５１（光ファイバーアレイ）の端部５１ｂが接続されている。なお、図５に示す複数の光ファイバー５１は、部分的に束ねられているが、束ねられていなくてもよい。

複数の光ファイバー５１の投光部５０に接続されない別の端部５１ａは、ＬＤ（Laser Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源５３と接続されている。これにより、端部５１ａから光源５３の点検光Ｌが導入され、端部５１ｂから外部に点検光Ｌが発せられる。なお、投光部５０と光源５３との間には、光ファイバー５１の中継コネクターや、光ファイバー５１の中継ケーブルが介在していてもよい。

投光部５０は、図４（ａ）に示すように、周方向に間隔をあけて複数個所から点検光Ｌ（図３参照）を投光可能なリング状に形成されている。投光部５０には、点検光Ｌを照射する複数の光ファイバー５１の端部５１ｂ（発光部）が、リング部材５２によって、中間軸受４２の軸心と同心円上に配置されている。リング部材５２は、投光部５０の固定治具として用いられ、中間軸受４２に固定されている。

リング部材５２は、一つの部品、あるいは複数の部品の組立てにより形成するとよい。このリング部材５２の中に複数の光ファイバー５１の一部を配置する手法としては、例えば、リング部材５２が樹脂材料であれば埋設、あるいは、リング部材５２が複数の部品であれば、それらにより挟持してもよい。

リング部材５２には、図４（ｂ）に示すように、リング内側にテーパー面５２ａが形成されている。テーパー面５２ａには、複数の光ファイバー５１の端部５１ｂが露出している。このため、投光部５０は、図３に示すように、隙間Ｓに向けて、軸方向と交差する方向（例えば斜め４５度方向）に点検光Ｌを投光することができる。

初期設定として、回転軸３と中間軸受４２の間の隙間Ｓを軸方向に通る点検光Ｌの距離は、可能な限り等距離が良いので、複数の光ファイバー５１の端部５１ｂは中間軸受４２の径と同等以上の円周上に、回転軸３に対し径方向に任意の間隔をもって配置されるのが好ましい。このようにすることで、端部５１ｂと回転軸３との径方向における距離が均等に初期設定できる。

また、中間軸受４２の全周方向を均等に評価するため、複数の光ファイバー５１の端部５１ｂの周方向における間隔は均等であることが望ましい。このようにすることで、点検光Ｌが中間軸受４２の全周のどの方向にも均等に投光されるように初期設定できる。

一方、受光部６０は、図３に示すように、投光部５０と上下対称の角度で点検光Ｌを受光する。なお、受光部６０の光ファイバー６１（有線）及びリング部材６２の構成は、投光部５０の光ファイバー６１及びリング部材６２の構成と上下対称であり、物としては同じ物であってもよい。

受光部６０は、図５に示すように、複数の光ファイバー６１（光ファイバーアレイ）の端部６１ｂが接続されている。複数の光ファイバー６１は、受光部６０に接続された端部６１ｂから隙間Ｓを通過した点検光Ｌを受光し、受光部６０に接続されない別の端部６１ａがＰＤ（Photodiode）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの光電変換装置６３と接続されている。受光部６０は、投光部５０と同じように、周方向に間隔をあけて複数個所から点検光Ｌを受光可能なリング状に形成されている。

受光部６０には、点検光Ｌを受ける複数の光ファイバー６１の端部６１ｂ（検出部）が、中間軸受４２の軸心と同心円上に配置されている。好ましくは、複数の光ファイバー６１の端部６１ｂは、中間軸受４２の径と同等以上の円周上に且つ周方向の間隔は均等に配置され、中間軸受４２に指定された座標位置と関連付けられているとよい。なお、投光部５０における端部５１ｂ（光ファイバー５１）の数、周方向の間隔、及び傾斜角度（投光角度）と、受光部６０における端部６１ｂ（光ファイバー５１）の数、周方向の間隔、及び傾斜角度（受光角度）は、一致していなくてもよい。

光電変換装置６３は、図１に示す制御装置７０（後述）に接続されており、中間軸受４２と関連付けられた座標位置ごとに各端部６１ｂの点検光Ｌの光量、（より詳しくは照度（ルクス）を、あるいはそれらの総光量を計測し、その結果を制御装置７０に出力する。
この構成によれば、中間軸受４２と関連付けられた座標位置で受光した点検光Ｌの光量を測定することで、中間軸受４２が全面的に観察して、どのような向きに、どのような特徴のある摩耗のしかたをしているのかを把握することが可能となる。

なお、図２に示すように、投光部５０及び受光部６０に接続される光ファイバー５１，６１は、支持部材１２ａに沿って、または、支持部材１２ａの内部を通して固定するとよい。これにより、立軸ポンプ１が運転中でも、光ファイバー５１，６１が揚液の影響を受け難くなる。さらに、ポンプケーシング１０（吊下管１２）に、ポンプケーシング１０の内部からポンプケーシング１０の外部に光ファイバー５１，６１を中継する中継コネクター５４，６４を備えている。この中継コネクター５４，６４は、ポンプケーシング１０内の水をポンプ外部に漏らさないように耐圧シール仕様である。

この構成によれば、ポンプ運転中に、ポンプケーシング１０内の吐出圧の揚水がポンプケーシング１０外に漏洩することを防止する一方で、光ファイバー５１，６１により、中間軸受４２の摩耗の状況を、ポンプ運転中停止中を問わず、継続的に中間軸受４２の摩耗状態を全体的・全周的に直接観察して点検できる、すなわち、どのような向きに、どのような特徴のある摩耗の仕方をしているのかを把握することが可能となる。

図６は、一実施形態に係る下部軸受４１の構成図である。
図６に示すように、下部軸受４１においても、上述した中間軸受４２と同様に、投光部５０及び受光部６０が取り付けられている。すなわち、下部軸受４１は、回転軸３に固定された軸スリーブの外周面と対向する軸受本体と、当該軸受本体を支持する軸受ベースと、を備え、当該軸受ベースの上下面に投光部５０及び受光部６０が取り付けられている。これら投光部５０及び受光部６０に接続される光ファイバー５１，６１は、ポンプケーシング１０の外部の図示しないＬＤやＬＥＤなどの光源５３、および同じく図示しないＰＤやＣＣＤなどの光電変換装置６３と接続している。これら光ファイバー５１，６１は、ガイドベーン１８に沿って、または、ガイドベーン１８の内部を通して配設してもよい。

さらに、ポンプケーシング１０（ポンプボウル１１ｂの外筒）に、ポンプケーシング１０の内部からポンプケーシング１０の外部に光ファイバー５１，６１を中継する中継コネクター５４，６４を備えている。この中継コネクター５４，６４は、ポンプケーシング１０内の水をポンプ外部に漏らさないように耐圧シール仕様である。

この構成によれば、ポンプ運転中に、ポンプケーシング１０内の吐出圧の揚水がポンプケーシング１０外に漏洩することを防止する一方で、光ファイバー５１，６１により、下部軸受４１の摩耗の状況を、ポンプ運転中停止中を問わず、継続的に下部軸受４１の摩耗状態を全体的・全周的に直接観察して点検できる、すなわち、どのような向きに、どのような特徴のある摩耗の仕方をしているのかを把握することが可能となる。

図１に戻り、ポンプシステム１Ａは、上述した立軸ポンプ１と、制御装置７０と、を備える。制御装置７０は、図示しないＣＰＵ等の演算部、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ハードディスクドライブ（ＨＤＤ），ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等の記憶部、上述した各構成機器とデータのやり取りする入出力インターフェース等が、図示しないバスで接続されたものである。入出力インターフェースには、上述した各構成機器以外にも、図示しないディスプレイ等の表示装置、マウス、キーボード等の入力装置が接続されている。

記憶部には、演算部が読み出して実行するためのプログラムが格納されており、制御装置７０はそのプログラムに従って、以下説明する回転軸３と滑り軸受４との摩耗の発生を判定することができるようになっている。具体的に、制御装置７０は、受光部６０が受光した点検光Ｌの光量に基づいて、回転軸３と滑り軸受４との摩耗の発生を判定する。本実施形態の制御装置７０は、さらに、変位センサ２５や回転角度センサ２６の計測結果に基づいて、摩耗の状態を判定する。

図７は、一実施形態に係る変位センサ２５の模式平面図である。図８は、一実施形態に係る点検光Ｌの光量に基づく、滑り軸受４の摩耗量の算出方法を説明する説明図である。図９は、一実施形態に係る滑り軸受４の摩耗状態を示すイメージ図である。
図７に示すように、変位センサ２５は、平面視において互いに直交するように２つ配置されている。すなわち、２つの変位センサ２５のうちの一方は、回転軸３のＸ方向の変位を計測し、他方は回転軸３のＹ方向の変位を計測する。これら２つの変位センサ２５は、例えば、非接触型の変位測定器である。

変位センサ２５は、制御装置７０に接続されており、変位センサ２５の計測結果（すなわち回転軸３の径方向の変位）は制御装置７０に出力されるようになっている。制御装置７０は、変位センサ２５の測定結果に基づいて、回転軸３の径方向の変位を監視する。すなわち、立軸ポンプ１の運転中は、回転軸３が振れ回る場合があるため、この回転軸３の径方向の変位を、後述する図８に示す滑り軸受４の摩耗量（軸受隙間）に反映させることにより、摩耗状態をより正確に判定することができる。なお、回転軸３の径方向の変位は、Ｘ方向およびＹ方向の変位を合成することで得られるリサジュー図形としてパターン化し、記憶部に記憶するとよい。

図８に示すように、回転軸３と滑り軸受４との隙間Ｓの大きさと、受光部６０が受光する点検光Ｌの光量は、比例関数にある。すなわち、隙間Ｓが大きくなると、隙間Ｓを通過できる点検光Ｌが増える。制御装置７０は、図８に示すデータを予め記憶しており、当該データと受光部６０の計測結果を対比して、隙間Ｓの大きさを算出する。なお、図８に示すデータは、工場での試験記録、もしくは実機場で試運転したときの試運転記録などの実測データから作成するとよい。

制御装置７０は、受光部６０が受光した点検光Ｌの光量（＝隙間Ｓの大きさ）が、所定の閾値以上の場合、回転軸３と滑り軸受４との間に摩耗が発生したと判定する。さらに、制御装置７０は、受光部６０が受光した点検光Ｌの光量が、周方向全体に亘って当該閾値以上であった場合、回転軸３と滑り軸受４との間に全周摩耗が発生したと判定する。図９（ａ）は、滑り軸受４が全周摩耗した状態を示すイメージ図である。また、制御装置７０は、受光部６０が受光した点検光Ｌの光量が、周方向において部分的に当該閾値以上であった場合、回転軸３と滑り軸受４との間に部分摩耗が発生したと判定する。図９（ｂ）は、滑り軸受４が部分摩耗した状態を示すイメージ図である。

次に、上記のように構成された立軸ポンプ１における滑り軸受４の点検方法、具体的には、回転軸３と滑り軸受４との摩耗を判定する制御装置７０の制御フローについて詳しく説明する。

図９は、一実施形態に係る制御装置７０による制御フローである。
制御装置７０は、図３に示すように、滑り軸受４の軸方向一方側に配置された投光部５０から隙間Ｓに向かって点検光Ｌを投光し、滑り軸受４の軸方向他方側に配置された受光部６０によって隙間Ｓを通過した点検光Ｌを受光し、その受光量を検出する（ステップＳ１）。この受光量の検出は、回転軸３が回転しているときに行うとよい。すなわち、回転軸３の静止状態では、回転軸３が偏心して滑り軸受４に寄っているケースがあるためである。

回転軸３が回転しているときには、揚液された液体が、回転軸３と滑り軸受４との隙間Ｓを満たした状態となる。そして、回転軸３と滑り軸受４との間には、全周に亘って環状の隙間Ｓが形成される。投光部５０は、このように回転軸３が回転しているときに、当該隙間Ｓに点検光Ｌを投光する。点検光Ｌは、ＬＤ光やＬＥＤ光であり、通常の照明光に比べて指向性に優れ、対象物を明確に照らせる利点がある。投光部５０は、隙間Ｓに対し、軸方向と交差する方向に点検光Ｌを投光する。これにより、点検光Ｌが角度をもって投光され、回転軸３の外周面と滑り軸受４の内周面との間で反射するため、対象物の反射特性を反映させた受光量の検出が可能となる。

次に、制御装置７０は、受光部６０が受光した点検光Ｌの光量が所定の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで、図１に示す吸込水槽１４は、建屋地下に位置しており、暗渠の空間である。また、ポンプケーシング１０は、下部が水没していることから通常、その内部は真暗な空間を形成することになる。このため、ポンプケーシング１０の内部は、点検光Ｌ以外の光が存在しない。そうすると、受光部６０の受光量の増加は、回転軸３と滑り軸受４との隙間Ｓの増加以外にあり得ない。よって、受光部６０の受光量の増加を判定することで、回転軸３と滑り軸受４との摩耗の発生を判定することが可能となる。また、点検光Ｌを用いた光信号は、温度や電気、磁気的な外乱に対し極めて安定であり、ケーブル長による減衰も無視できるため、再現性が非常に高いという利点がある。

図１０は、一実施形態に係る回転軸３と滑り軸受４との（ａ）摩耗が発生していない状態、（ｂ）摩耗が発生している状態を示すイメージ図である。
制御装置７０は、受光部６０の受光量が閾値未満の場合（ステップＳ２が「ＹＥＳ」の場合）、回転軸３と滑り軸受４との間に摩耗が発生していない（図１０（ａ）参照）と判定し、図示しないディスプレイなどへの警告表示をＯＦＦにする（ステップＳ３）。一方、制御装置７０は、受光部６０の受光量が閾値以上の場合（ステップＳ２が「ＮＯ」の場合）、回転軸３と滑り軸受４との間に摩耗が発生している（図１０（ｂ）参照）と判定し、図示しないディスプレイなどへの警告表示をＯＮにする（ステップＳ４）。

ここで、本実施形態の投光部５０は、図４（ａ）に示すように、隙間Ｓに対し、周方向に間隔をあけて複数個所から点検光Ｌを投光可能なリング状に形成され、受光部６０もまた、隙間Ｓを通過した点検光Ｌを、周方向に間隔をあけて複数箇所で受光可能なリング状に形成されている。この構成によれば、隙間Ｓの全周に亘る受光量の分布を把握することができる。このため、図１０（ｂ）に示すように、滑り軸受４の一部に摩耗が発生していたとしても、その摩耗を検出することができる。

次に、制御装置７０は、キー位置または軸変位信号により回転軸３の位相を検出する（ステップＳ５）。キー位置は、図１に示す回転角度センサ２６（ギャップセンサなど）によって検出する。また、軸変位は、同図に示す変位センサ２５によって検出する。
そして、制御装置７０は、キー位置または軸変位信号に基づいて、回転軸３と滑り軸受４との摩耗の状況を、図示しないディスプレイなどに出力する。

図１１は、一実施形態に係る滑り軸受４に部分的に摩耗Ｓ_１が生じた場合のイメージ図である。
制御装置７０は、変位センサ２５の計測結果に基づいて、摩耗Ｓ_１が全周摩耗か部分摩耗なのかを判定する。すなわち、変位センサ２５によって回転軸３と滑り軸受４との相対位置を把握し、光量との関係を明らかにすることで部分的な摩耗なのか、全周的な摩耗なのかを評価することができる。例えば、隙間Ｓの周方向における光量の分布と、回転軸３の径方向における上述したリサジュー図形が略一致していれば、それは全周摩耗と判定することができる。また、隙間Ｓの周方向における光量の分布と、回転軸３の径方向におけるリサジュー図形が略一致していなければ、それは部分摩耗と判定することができる。

図１２は、一実施形態に係る回転軸３及び滑り軸受４に摩耗が生じた場合のイメージ図である。
制御装置７０は、回転角度センサ２６の計測結果に基づいて、摩耗Ｓ_１ないし摩耗Ｓ_２が回転軸３で発生したのか滑り軸受４で発生したのかを判定する。すなわち、制御装置７０は、軸連結部２２のキー８０を回転角度センサ２６によって検出し、回転軸３の回転角度を把握し、回転軸３の回転角度の変化に伴い、隙間Ｓの周方向における光量の分布が変化したか否かで、摩耗が回転軸３で発生したのか滑り軸受４で発生したのかを評価する。

例えば、図４（ａ）～図４（ｂ）に示すように、回転軸３の回転角度が変化したときに、常に所定の閾値以上の光量が検出されている部分が移動しない場合、それは滑り軸受４の摩耗Ｓ_１であると判定することができる。また、例えば、図４（ａ）～図４（ｂ）に示すように、回転軸３の回転角度が変化したときに、所定の閾値以上の光量が検出されている部分が移動（変化）した場合、それは回転軸３の摩耗Ｓ_２であると判定することができる。
以上のような判定を出力したら滑り軸受４の点検が終了する。なお、上記判定は、下部軸受４１及び中間軸受４２のそれぞれで行う。

このように、上述した本実施形態によれば、羽根車２と、羽根車２が固定された回転軸３と、回転軸３を回転自在に支持する滑り軸受４と、を備える立軸ポンプ１であって、滑り軸受４を軸方向で挟んで取り付けられ、滑り軸受４と回転軸３との隙間Ｓに点検光Ｌを投光する投光部５０、及び、隙間Ｓを通過した点検光Ｌを受光する受光部６０と、受光部６０が受光した点検光Ｌの光量に基づいて、回転軸３と滑り軸受４との摩耗の発生を判定する制御装置７０と、を有する、という構成を採用することによって、滑り軸受４の摩耗状態を全体的且つ定量的に点検できる。また、投光部５０及び受光部６０は、滑り軸受４を軸方向で挟んで取り付けられているため、滑り軸受４との相対位置が変わらず、隙間Ｓの大きさを精度良く、高い再現性をもって計測することができる。

また、光源５３と光電変換装置６３がポンプ外に配置でき、浸水やポンプの水流による破損を回避できる。また、ポンプ内に光源５３が配置されるのに比べて、光源５３の照度の調整が容易となるため、様々な水質や環境下で使用できる。

また、図２に示すように、支持部材１２ａに沿って光ファイバー５１，６１を固定すれば、光ファイバー５１，６１によりポンプの水流に影響を与えないので、ポンプの揚水性能が低下することがない。また、支持部材１２ａの水流の当たる面の反対側に光ファイバー５１，６１を固定すれば、水流に混ざった砂礫等の異物の光ファイバー５１，６１への衝突を回避することができ、光ファイバー５１，６１が断線するというトラブルを回避できる。このため、ポンプ運転中停止中を問わず、継続的に立軸ポンプ１内の所定の点検個所である隙間Ｓを直接観察できる。

さらに、立軸ポンプ１の運転中における定量的な滑り軸受４の点検が実現できるため、点検作業計画で時間保全を選択しなくても済む。加えて、立軸ポンプ１を引き上げることなく、且つ容易に滑り軸受４の摩耗状態を全体的に点検することが可能となる。
また、上記構成によれば、同一条件を再現し易いため、以下説明するような傾向管理も容易である。

図１３は、一実施形態に係る制御装置７０による傾向管理手法の一例を示す図である。
制御装置７０は、図１３に示すように、定期的に滑り軸受４の点検を行い、受光部６０の受光量の変化に基づいて滑り軸受４の傾向管理（例えば部品交換時期などの予測）をすることができる。具体的には、制御装置７０は、定期的な点検（例えば１カ月ごとの点検）で計測される光量の変化を記憶部に蓄積し、現在の計測値と前回の計測値とを結ぶ直線と、前回の計測値と前々回の計測値とを結ぶ直線との角度の差θが、所定の角度以上であれば、異常の予兆（摩耗の発生の予兆）を検知したと判定する。異常の予兆を検知したら、図示しないディスプレイなどに、滑り軸受４の部品交換時期を表示するとよい。なお、この判定は、上述した摩耗の発生の有無を判定する閾値未満で行うとよい。すなわち、摩耗が発生していない基準光量に対し、例えば上下に閾値を設定し、その許容範囲内で行うとよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

例えば、上記実施形態では、本発明を立軸ポンプ１に適用した場合を例示したが、本発明の適用は立軸ポンプ１に限られない。例えば、本発明は、図１４に示す給水ポンプ１００（横軸ポンプの一例）にも適用できる。

図１４は、一実施形態に係る給水ポンプ１００の全体構成図である。
図１４に示す給水ポンプ１００（ポンプ装置）は、火力発電などで使用される超臨界圧向け二重胴バレル型の給水ポンプである。バレル型の外ケーシング１０１（ケーシング，静止部）の内部には、上下二つ割りの内ケーシング１０２（ケーシング，静止部）が収められ、外ケーシング１０１の端部は、カバー１０３（ケーシング，静止部）で覆われている。その内ケーシング１０２の内部には、ポンプ軸１２０（回転軸，回転部）に固定された複数の羽根車１２１（回転部）が収められている。このポンプ軸１２０の一端は、内ケーシング１０２に取付けられたブラケット１２２（ケーシング，静止部）に、ベアリング１２４（滑り軸受，静止部）を介して回転自在に支持され、メカニカルシール１２５により内ケーシング１０２との間がシールされている。

また、ポンプ軸１２０の他端は、カバー１０３に取付けられたブラケット１２３（ケーシング，静止部）にベアリング１２４（滑り軸受）及びスラストベアリング１２６を介して回転自在に支持され、メカニカルシール１２５によりカバー１０３との間がシールされている。この給水ポンプ１００においては、吸込口１１７Ａから吸い込まれた液体は、内ケーシング１０２の内部で複数の羽根車１２１によって多段昇圧され、吐出口１１７Ｂから吐出されるようになっている。
上記構成の給水ポンプ１００においても、ベアリング１２４を軸方向で挟んで投光部５０及び受光部６０を取り付けることにより、上記実施形態と同様にベアリング１２４における摩耗状態を全体的かつ定量的に点検することができる。すなわち、投光部５０及び受光部６０は、ブラケット１２２，１２３の内部に配置され、その内部は真暗な空間であるため、受光部６０の受光量の増加は、ベアリング１２４における摩耗の増加以外にあり得ないからである。

また、例えば、図５に示す光電変換装置６３（ＰＤ／ＣＣＤ）の前に、偏光板を設置し、隙間Ｓを通過した点検光Ｌの偏向成分を抽出してもよい。例えば、回転軸３と滑り軸受４との間で焼き付きなどが生じた場合、部材の表面が荒れたり、一方の部材の材料が他方の部材に付着することがあり、それらが点検光Ｌの偏向成分から検出できる場合がある。

また、例えば、上述した受光部６０の受光量に、水中軸受（滑り軸受４）以外の他の軸受（例えば外軸受２３）の温度、振動値（軸受振動）もデータとして記憶してもよい。
さらに、当該記憶データにて閾値（異常値）が出た際に警報を発する装置を付加してもよい。
また、当該記憶データと共に回転軸３の主軸位置を把握することで摩耗位置を判定してもよい。

また、図１５に示す形態を採用してもよい。
図１５は、一実施形態の変形例に係る下部軸受４１の構成図である。
図１５に示すように、下部軸受４１においても、上述した中間軸受４２と同様に、投光部５０及び受光部６０が取り付けられている。すなわち、下部軸受４１は、回転軸３に固定された軸スリーブの外周面と対向する軸受本体と、当該軸受本体を支持する軸受ベースと、を備え、当該軸受ベースの上下面に投光部５０及び受光部６０が取り付けられている。

ここで、ＬＤやＬＥＤなどの光源５３及び光源５３に電力を供給する電源９０は、防水されてポンプボウル１１ｂの内筒に固定されている。電源９０と光源５３は、電気ケーブル５５により接続され、光源５３と投光部５０は、光ファイバー５１により接続される。
なお、図１５において、回転軸３よりも紙面左側において二点鎖線で示すように、電源９０が投光部５０に電気ケーブル５５により直接接続されていてもよい。この場合、投光部５０には、ＬＤやＬＥＤなどの複数の発光素子が組み込まれ、電源９０は、これら発光素子を点灯させる電力を供給する。ＬＤやＬＥＤ（発光部）は通常の照明に比べて指向性に優れているので、観察対象の特定した範囲に照射できる。すなわち、無駄な光にエネルギーを割くことがない。また、これらは低電力で必要とする光量を発光するので、電源９０のようなバッテリーにより長時間の使用が可能である。

受光部６０には、光検出器として防水されたフォトダイオードやフォトトランジスタなどが組み込まれている。フォトダイオードやフォトトランジスタ（検出部）などで、受光した光量に応じて変換生成される電流は、防水した電気ケーブル６５によりポンプケーシング１０の外部の図示しない増幅器などと接続させてもよい。なお、電気ケーブル６５は、ガイドベーン１８に沿って、または、ガイドベーン１８の内部を通して配設してもよい。
なお、受光部６０には、上述の実施形態で説明した光ファイバー６１を接続して、ポンプケーシング１０の外部の図示しないＰＤやＣＣＤなどの光電変換装置６３と接続させてもよい。

ポンプケーシング１０（ポンプボウル１１ｂの外筒）には、ポンプケーシング１０の内部からポンプケーシング１０の外部に電気ケーブル６５を中継する中継コネクター６６が設けられている。この中継コネクター６６は、ポンプケーシング１０内の水をポンプ外部に漏らさないように耐圧シール仕様である。

この構成によれば、ポンプケーシング１０の内外に配線される有線（電気ケーブルや光ファイバー）を減らすことができるので、ポンプの揚水の流れの抵抗やポンプ効率低下に影響することが少なくなる。
そして、上述の実施形態と同様に、ポンプ運転中に、ポンプケーシング１０内の吐出圧の揚水がポンプケーシング１０外に漏洩することを防止する一方で、電源ケーブル６５や光ファイバー６１により、下部軸受４１の摩耗の状況を、ポンプ運転中停止中を問わず、継続的に、下部軸受４１の摩耗状態を全体的・全周的に直接観察して点検できる。すなわち、どのような向きに、どのような特徴のある摩耗の仕方をしているのかを把握することが可能となる。

なお、図１５に示す変形例では、ＬＤやＬＥＤなどの光源５３に電流を供給する機器として電源９０が用いたが、回転軸３に永久磁石を備え、ポンプボウル１１ｂの外筒などの静止部側に永久磁石を囲繞するコイルを設けることで発電装置ができる。この発電装置により生成される電流を整流する整流器から、ＬＤやＬＥＤなどの光源５３に整流された必要な電流を供給することは可能である。勿論、この場合も発電装置や整流器等には必要な防水措置が為され、整流器はポンプボウル１１ｂの外筒などの静止部側に設けられる。

１ 立軸ポンプ（ポンプ装置）
１Ａ ポンプシステム
１Ｂ 回転部
１Ｃ 静止部
２ 羽根車
３ 回転軸
４ 滑り軸受（水中軸受）
１０ ポンプケーシング（ケーシング）
２５ 変位センサ
２６ 回転角度センサ
３１ 軸スリーブ
４１ 下部軸受
４２ 中間軸受
４２ａ 軸受本体
４２ｂ 軸受ベース
５０ 投光部
５１ 光ファイバー
５１ｂ 端部（発光部）
５２ リング部材
５２ａ テーパー面
５３ 光源
５４ 中継コネクター
６０ 受光部
６１ 光ファイバー（有線）
６１ｂ 端部（検出部）
６２ リング部材
６３ 光電変換装置
６４ 中継コネクター
７０ 制御装置
８０ キー
１００ 給水ポンプ（ポンプ装置）
１２２ ブラケット（ケーシング）
１２３ ブラケット（ケーシング）
１２４ ベアリング（滑り軸受，静止部）
Ｌ 点検光
Ｓ 隙間

Claims (9)

1. 羽根車と、
   前記羽根車が固定された回転軸と、
   前記回転軸を回転自在に支持する滑り軸受と、
   前記羽根車、前記回転軸、及び前記滑り軸受を収容するケーシングと、
   前記滑り軸受を軸方向で挟んで取り付けられ、前記滑り軸受と前記回転軸との隙間に点検光を投光する投光部、及び、前記隙間を通過した前記点検光を受光する受光部と、
   前記受光部が受光した前記点検光に係る情報を、前記ケーシングの外部へ伝送する有線と、
   前記受光部が受光した前記点検光の光量に基づいて、前記滑り軸受と前記回転軸との摩耗の発生を判定する制御装置と、を備えるポンプシステムであって、
   前記回転軸の径方向における変位を計測する変位センサを有し、
   前記制御装置は、さらに、前記変位センサの計測結果に基づいて、前記摩耗が全周摩耗か部分摩耗なのかを判定する、ことを特徴とするポンプシステム。
2. 前記有線は、前記滑り軸受を支持する支持部材に沿って固定されている、ことを特徴とする請求項１に記載のポンプシステム。
3. 前記滑り軸受は、水中軸受である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のポンプシステム。
4. 前記投光部は、前記点検光を発する複数の発光部を有し、
   前記複数の発光部は、前記滑り軸受の軸心と同心円上に配置されている、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のポンプシステム。
5. 前記受光部は、前記点検光を受ける複数の検出部を有し、
   前記複数の検出部は、前記滑り軸受の軸心と同心円上に配置されている、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のポンプシステム。
6. 前記投光部は、前記隙間に対し、軸方向と交差する方向に前記点検光を投光する、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のポンプシステム。
7. 前記回転軸の回転角度を計測する回転角度センサを有し、
   前記制御装置は、さらに、前記回転角度センサの計測結果に基づいて、前記摩耗が前記回転軸で発生したのか前記滑り軸受で発生したのかを判定する、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のポンプシステム。
8. 羽根車と、
   前記羽根車が固定された回転軸と、
   前記回転軸を回転自在に支持する滑り軸受と、
   前記羽根車、前記回転軸、及び前記滑り軸受を収容するケーシングと、
   前記滑り軸受を軸方向で挟んで取り付けられ、前記滑り軸受と前記回転軸との隙間に点検光を投光する投光部、及び、前記隙間を通過した前記点検光を受光する受光部と、
   前記受光部が受光した前記点検光に係る情報を、前記ケーシングの外部へ伝送する有線と、
   前記受光部が受光した前記点検光の光量に基づいて、前記滑り軸受と前記回転軸との摩耗の発生を判定する制御装置と、を備えるポンプシステムであって、
   前記回転軸の回転角度を計測する回転角度センサを有し、
   前記制御装置は、さらに、前記回転角度センサの計測結果に基づいて、前記摩耗が前記回転軸で発生したのか前記滑り軸受で発生したのかを判定する、ことを特徴とするポンプシステム。
9. 前記投光部は、前記回転軸が回転しているときに、前記点検光を投光する、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のポンプシステム。

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