WO2018042626A1 - 振動監視装置 - Google Patents

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WO2018042626A1
WO2018042626A1 PCT/JP2016/075830 JP2016075830W WO2018042626A1 WO 2018042626 A1 WO2018042626 A1 WO 2018042626A1 JP 2016075830 W JP2016075830 W JP 2016075830W WO 2018042626 A1 WO2018042626 A1 WO 2018042626A1
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WO
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vibration
transmitter
unit case
liquid
waterproof
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/075830
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敬祐 早房
裕輔 渡邊
Original Assignee
株式会社 荏原製作所
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Publication date
Application filed by 株式会社 荏原製作所 filed Critical 株式会社 荏原製作所
Priority to PCT/JP2016/075830 priority Critical patent/WO2018042626A1/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups

Definitions

  • the present invention relates to a vibration monitoring device that monitors vibrations generated during operation of a machine such as a rotating machine, and in particular, when at least a part of the machine and / or incidental equipment of the machine is in contact with a liquid,
  • the present invention relates to a vibration monitoring device that monitors vibration generated at a contact portion with a liquid.
  • vibrations are generated from the rotating machines. Furthermore, vibration generated during operation of the rotating machine is transmitted to incidental equipment (for example, piping) of the rotating machine. Such vibration causes a failure of the rotating machine and incidental equipment. Furthermore, if stress generated by vibration is repeatedly applied to the rotary machine and incidental equipment, it may lead to fatigue failure such as cracks. Fatigue failure can cause a major accident. Therefore, a vibration monitoring device for monitoring vibration generated during operation of the rotating machine may be provided in the rotating machine.
  • FIG. 13 is a schematic view showing a vertical shaft pump provided with a conventional vibration monitoring device.
  • the vertical shaft pump shown in FIG. 13 is connected to a pump casing 101 having a suction bell mouth 101a and a discharge bowl 101b, a suspension pipe 103 for suspending the pump casing 101 in a suction water tank 105, and an upper end of the suspension pipe 103.
  • the suspension pipe 103 extends downward through an insertion port 124 formed in the pump installation floor 122 at the top of the suction water tank 105.
  • the suspension pipe 103 is fixed to the pump installation floor 122 via an installation base 123 provided at the upper end of the suspension pipe 103.
  • the rotary shaft 106 protrudes upward from the discharge curved pipe 104 and is connected to a drive source 118.
  • the drive source 118 When the drive source 118 is operated, the impeller 110 is rotated via the rotary shaft 106.
  • the drive source 118 is fixed on a mount 119 fixed to the pump installation floor 122.
  • the handling liquid for example, water
  • the suction water tank 105 is sucked from the suction bell mouth 101a, and discharged through the discharge bowl 101b, the suspension pipe 103, and the discharge bent pipe 104. 120.
  • the vibration monitoring device 130 includes a plurality of vibration sensors 131 and a vibration monitor 132 that displays vibration data (for example, vibration frequency, waveform, amplitude, acceleration, etc.) detected by the plurality of vibration sensors 131.
  • the vibration sensor 131 is connected to the vibration monitor 132 via the transmission cable 135, and vibration data is transmitted to the vibration monitor 132 via the transmission cable 135.
  • a power cable (not shown) is connected to the vibration sensor 131. Electric power for driving the vibration sensor 131 is supplied to the vibration sensor 131 via the power cable.
  • a battery may be disposed in the vibration sensor 131 and the vibration sensor 131 may be driven by the power of the battery.
  • the pump casing 101 and the suspension pipe 103 are usually supported only by the installation base 123 fixed to the pump installation floor 122. For this reason, when the vertical shaft pump is operated, the pump casing 101 and / or the suspension pipe 103 located below the installation base 123 may generate large vibrations. Therefore, originally, the vibration sensor 131 is preferably attached to the suspension pipe 103 and / or the pump casing 101 positioned below the installation base 123. In particular, since the largest vibration is expected to occur in the pump casing 101 that is farthest from the installation base 123, the vibration sensor 131 is preferably attached to the pump casing 101.
  • the space below the installation base 123 is the internal space of the suction water tank 105, there is a handling liquid. Since the vibration sensor 131 is an electronic component, the vibration sensor 131 cannot be attached to the pump casing 101 immersed in the handling liquid unless waterproofing measures are taken. Further, the space below the installation base 123 is very narrow and dark, so it is not suitable as a work space. Therefore, when an operator performs the installation work of the vibration sensor 131 and the wiring work of the transmission cable 135 and the power cable in a space below the installation base 123, much labor and cost are required. Further, it is necessary to periodically maintain the vibration sensor 131, the transmission cable 135, and the power cable.
  • the vibration sensor 131 is attached to a structure located above the installation base 123 such as the gantry 119 and the drive source 118, and the vibration sensor 131 is installed from the vibration detected by the vibration sensor 131.
  • the vibration generated in the pump casing 101 located below the base 123 has been estimated.
  • the vibration measurement point is far from the vibration generation point, accurate vibration measurement cannot be performed.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and can measure vibration generated at a position in contact with a liquid, and can easily perform installation work and maintenance work.
  • An object of the present invention is to provide a vibration monitoring apparatus that can perform the above.
  • a vibration sensor that detects vibration and outputs the vibration as vibration data, a transmitter that wirelessly transmits the vibration data, and electric power generated by the vibration are generated.
  • a vibration generator for supplying the power to the vibration sensor and the transmitter; a receiver for receiving the vibration data transmitted from the transmitter; and a vibration for displaying the vibration data received by the receiver.
  • a waterproof unit case that houses the vibration sensor, the transmitter, and the vibration power generator, and the waterproof unit case prevents liquid from entering the internal space of the waterproof unit case.
  • the vibration sensor, the transmitter, the vibration power generator, and the waterproof unit case are integrated into a vibration detection unit.
  • a vibration monitoring device characterized in that configuration.
  • the waterproof unit case has a first unit case member and a second unit case member that form the internal space when they are fixed to each other, the first unit case member and the second unit.
  • a gap between the case member and the case member is sealed by a seal member.
  • a preferred aspect of the present invention is a transmission antenna for transmitting the vibration data to the receiver, and a waterproof cover fixed to the waterproof unit case so as to cover a first through hole formed in the waterproof unit case.
  • the transmission antenna is connected to the transmitter and extends to the outside of the waterproof cover through the first through hole and the second through hole formed in the waterproof cover.
  • a gap between the waterproof cover and the waterproof unit case is sealed by a sealing member, and the second through hole is filled with an insulating material with the transmission antenna passing through the second through hole. It is characterized by.
  • the first through hole is sealed with a haumetic seal.
  • a preferred aspect of the present invention further includes a repeater capable of floating on a liquid surface, wherein the repeater receives the vibration data transmitted from the transmitter in the liquid, and the vibration data is transmitted to the liquid. It transmits to the receiver from the upper side than the liquid level.
  • the repeater receives the vibration data transmitted from the transmitter in a liquid, and transmits the vibration data to the receiver from above the liquid level of the liquid. It is characterized by using radio.
  • the repeater receives the vibration data transmitted from the transmitter in a liquid, and transmits the vibration data to the receiver from above the liquid level of the liquid. It is characterized by using a cable.
  • the vibration monitor includes a storage unit that stores vibration data received by the receiver and a time when the vibration data is acquired.
  • a preferred aspect of the present invention is characterized by further comprising a capacitor that stores the power generated by the vibration power generator and supplies the power to the vibration sensor and the transmitter.
  • the vibration data includes at least one of vibration frequency, waveform, amplitude, and acceleration.
  • the vibration monitor issues an alarm when the amplitude of vibration included in the vibration data exceeds a predetermined threshold value.
  • the vibration monitor stops the operation of the pump when the amplitude of vibration included in the vibration data exceeds a predetermined threshold value.
  • a transmission cable for connecting the vibration sensor to the vibration monitor and a power cable for supplying power to the vibration sensor are unnecessary.
  • the vibration sensor, the transmitter, the vibration generator, and the waterproof unit case constitute an integrated vibration detection unit. Therefore, the vibration detection unit can be easily installed at a desired location. In addition, maintenance of the transmission cable and the power cable is unnecessary. Further, when the vibration detection unit fails, it is only necessary to replace the vibration detection unit in which the failure has occurred with a new vibration detection unit. Therefore, maintenance work can be easily performed. Furthermore, since the vibration sensor, the transmitter, and the vibration generator are accommodated in the waterproof unit case, the vibration detection unit can be brought into contact with the liquid. Therefore, it is possible to measure the vibration generated at the location in contact with the liquid.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 2. It is an expanded sectional view of the B section of FIG. It is an expanded sectional view which shows a mode that the 1st through-hole was sealed with the haumetic seal. It is an expanded sectional view showing signs that the 1st penetration hole was sealed with the 3rd seal member. It is an expanded sectional view which shows a mode that the 1st through-hole was filled with resin. It is a schematic diagram which shows the vibration monitoring apparatus provided with the repeater.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a vertical shaft pump provided with a vibration monitoring device 30 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the vibration monitoring device 30 shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the vertical shaft pump includes a pump casing 1 having a suction bell mouth 1 a and a discharge bowl 1 b, a suspension pipe 3 for suspending the pump casing 1 in a suction water tank 5, and an upper end of the suspension pipe 3.
  • a discharge bend pipe 4 connected to the pump casing 1, an impeller 10 accommodated in the pump casing 1, and a rotary shaft (main shaft) 6 to which the impeller 10 is fixed.
  • the suspension pipe 3 extends downward through an insertion port 24 formed in the pump installation floor 22 at the upper part of the suction water tank 5, and is connected to the pump installation floor 22 via an installation base 23 provided at the upper end of the suspension pipe 3. Fixed.
  • the rotary shaft 6 extends in the vertical direction through the discharge curved pipe 4, the suspension pipe 3, and the pump casing 1.
  • the suction bell mouth 1a opens downward, and the upper end of the suction bell mouth 1a is connected to the lower end of the discharge bowl 1b.
  • the impeller 10 is fixed to the lower end of the rotating shaft 6, and the impeller 10 and the rotating shaft 6 rotate integrally.
  • a plurality of guide vanes 14 are arranged above the impeller 10 (discharge side). These guide vanes 14 are fixed to the inner peripheral surface of the discharge bowl 1b.
  • the rotating shaft 6 is rotatably supported by the underwater bearing 15 and the underwater bearing 12.
  • the underwater bearing 12 is accommodated in the discharge bowl 1 b and is disposed above the impeller 10.
  • the support member 7 that supports the underwater bearing 12 is fixed to the inner surface of the discharge bowl inner chamber 13, and the discharge bowl inner chamber 13 is supported by the pump casing 1 via the guide vanes 14.
  • the mechanical seal 11 is installed so as to smoothly rotate the rotating shaft 6 and prevent leakage of the handling liquid from the rotating shaft 6.
  • the underwater bearings 12 and 15 rotate the rotating shaft 6 smoothly and rotate the rotating shaft. support
  • the rotary shaft 6 protrudes upward from the discharge curved pipe 4 and is connected to a drive source 18.
  • the drive source 18 is fixed on a gantry 19 fixed to the pump installation floor 22.
  • the impeller 10 is rotated through the rotating shaft 6 by operating the drive source 18, the water (handling liquid) in the suction water tank 5 is sucked from the suction bell mouth 1a, and the discharge bowl 1b and the suspension tube 3 are sucked. Then, it is transferred to the discharge pipe 20 through the discharge curved pipe 4.
  • the vibration monitoring device 30 detects a vibration, outputs a vibration sensor 31 that outputs the vibration as vibration data, receives the vibration data output from the vibration sensor 31, and receives the vibration data.
  • a transmitter 33 that transmits power wirelessly
  • a vibration generator 34 that generates power by vibration and supplies the power to the vibration sensor 31 and the transmitter 33
  • a receiver that receives vibration data transmitted from the transmitter 33 36
  • a vibration monitor 32 having a display unit 32a for displaying vibration data received by the receiver 36
  • a waterproof unit case 38 that houses the vibration sensor 31, the transmitter 33, and the vibration power generator 34.
  • the waterproof unit case 38 is configured to prevent liquid from entering the internal space 38d in which the vibration sensor 31, the transmitter 33, and the vibration power generator 34 are accommodated. The structure of the waterproof unit case 38 will be described later.
  • the vibration sensor 31, the transmitter 33, the vibration power generator 34, and the waterproof unit case 38 constitute an integrated vibration detection unit 39.
  • the vibration detection unit 39 is attached to the pump casing 1 positioned below the installation base 23 fixed to the pump installation floor 22 and located in the liquid to be handled.
  • the vibration monitor 32 is positioned above the pump installation floor 22.
  • the vibration detection unit 39 is fixed to the pump casing 1 by a fixing tool (not shown) such as a screw.
  • the vibration detected by the vibration sensor 31 is represented, for example, by at least one of vibration frequency, waveform, amplitude, and acceleration. Therefore, the vibration data includes at least one of vibration frequency, waveform, amplitude, and acceleration.
  • the transmitter 33 is disposed in the vibration sensor 31.
  • the transmitter 33 may be provided at a position away from the vibration sensor 31 in the waterproof unit case 38.
  • a transmitter antenna 41 for transmitting vibration data representing vibration detected by the vibration sensor 31 to the receiver 36 is connected to the transmitter 33.
  • the vibration power generator 34 is connected to the vibration sensor 31 via the power cable 40.
  • the vibration power generator 34 includes, for example, a piezoelectric element that can convert vibration into electric power, and the vibration power generator 34 generates power by vibration generated during operation of the vertical shaft pump.
  • the electric power generated by the vibration power generator 34 is supplied to the vibration sensor 31 and the transmitter 33 disposed in the vibration sensor 31 via the power cable 40. Since the vibration power generator 34 can convert vibration into electric power, it can supply electric power to the vibration sensor 31 and the transmitter 33 semi-permanently as long as vibration continues.
  • the vibration sensor 31 and the vibration power generator 34 are available on the market.
  • a high-speed three-channel small wireless vibration recorder (model: MVP-RF3-HC) manufactured by Microstone Corporation can be used.
  • a small vibration power generation unit (model: EH12, EH13, EH15) manufactured by Star Seimitsu Co., Ltd. can be used.
  • the receiver 36 is disposed in the vibration monitor 32.
  • the receiver 36 may be provided separately from the vibration monitor 32.
  • a receiver antenna 42 for receiving vibration data transmitted from the transmitter 33 is connected to the receiver 36.
  • the vibration monitor 32 further includes a storage unit 45 that stores the vibration data received by the receiver 36 and the time when the vibration data was acquired.
  • the storage unit 45 may be provided separately from the vibration monitor 32.
  • the vibration data stored in the storage unit 45 and the time when the vibration data is acquired can be displayed on the display unit 32a of the vibration monitor 32.
  • vibration data can be displayed on the display unit 32a of the vibration monitor 32 along the time axis.
  • the vibration monitor 32 may be, for example, a personal computer or a tablet terminal device.
  • the waterproof unit case 38 that houses the vibration sensor 31, the transmitter 33, and the vibration power generator 34 includes a bottom plate 38a and a box 38b that is fixed to the bottom plate 38a.
  • the vibration sensor 31 and the vibration power generator 34 are attached to the bottom plate 38a, and are accommodated in an internal space 38d of the waterproof unit case 38 formed by the bottom plate 38a and the box 38b. Therefore, the vibration generated during the operation of the vertical shaft pump is transmitted to the vibration sensor 31 through the bottom plate 38 a, and vibration data of this vibration is detected by the vibration sensor 31.
  • the 1st through-hole 38c is formed in the side surface of the box 38b, and the transmission antenna 41 extends through this 1st through-hole 38c.
  • the transmitter 33 is disposed in the vibration sensor 31, but the transmitter 33 may be fixed to the bottom plate 38a or the box 38b.
  • the vibration power generator 34 is fixed to the bottom plate 38a, but may be fixed to the box 38b.
  • An annular groove 50 in which the annular first seal member 44 is disposed is formed in the bottom plate 38a.
  • the box 38b has a flange portion 38e that contacts the surface of the bottom plate 38a.
  • the first seal member 44 is, for example, an O-ring.
  • the first seal member 44 uses a rubber O-ring, but a seal made of a polymer material, a resin material, or a metal material other than rubber may be used.
  • the annular groove 50 is formed on the surface of the bottom plate 38a with which the flange portion 38e contacts.
  • a through hole 38f through which a screw 51 for fixing the box 38b to the bottom plate 38a passes is formed in the flange portion 38e.
  • a screw hole 38g is formed on the surface of the bottom plate 38a facing the through hole 38f.
  • the box 38b When the screw 51 inserted into the through hole 38f is engaged with the screw hole 38g, the box 38b is fixed to the bottom plate 38a.
  • the first sealing member 44 seals the gap between the box 38b and the bottom plate 38a.
  • a waterproof cover 53 is provided to cover the first through hole 38c formed in the box 38b.
  • 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion B in FIG.
  • the waterproof cover 53 has a flange portion 53a that contacts the outer surface of the box 38b.
  • An annular groove 53b in which the annular second seal member 48 is disposed is formed in the flange portion 53a.
  • the second seal member 48 is, for example, an O-ring.
  • the second seal member 48 uses a rubber O-ring, but a seal made of a polymer material, a resin material, or a metal material other than rubber may be used.
  • a through hole 53c into which the screw 52 is inserted is formed outside the annular groove 53b of the flange portion 53a.
  • a screw hole 38h is formed on the outer surface of the box 38b facing the through hole 53c.
  • the waterproof cover 53 is fixed to the box 38b.
  • the gap between the waterproof cover 53 and the box 38b is sealed by the second seal member 48.
  • the waterproof cover 53 is formed with a second through hole 53d through which the transmission antenna 41 passes.
  • the transmission antenna 41 extends to the outside of the waterproof cover 53 through the first through hole 38 c formed in the box 38 b and the second through hole 53 d formed in the waterproof cover 53.
  • the second through hole 53d is filled with an insulating material 49 in a state where the transmission antenna 41 passes through the second through hole 53d.
  • the insulating material 49 is, for example, an epoxy resin.
  • the bottom plate 38a and the box 38b are preferably made of a corrosion-resistant metal material such as stainless steel or nickel alloy, or a polymer material having corrosion resistance.
  • the bottom plate 38a and the box 38b constitute a first unit case member and a second unit case member that form an internal space when fixed to each other.
  • a box-shaped member having a flange portion such as a box 38b may be used instead of the bottom plate 38a.
  • the first through hole 38 c may be sealed with a haumetic seal 60.
  • the transmission antenna 41 includes an antenna body 41a and a transmission antenna cable 41b.
  • the haumetic seal 60 includes an insulating portion 60a made of an insulating material such as glass or ceramic, and a metal base 60b joined to the insulating portion 60a so as to surround the insulating portion 60a.
  • the metal base 60b is welded (for example, brazed) to the box 38b. As a result, the first through hole 38 c is completely sealed by the haumetic seal 60.
  • the haumetic seal 60 has a pin 60c that penetrates the insulating portion 60a.
  • a transmission antenna cable 41b is connected to one end of the pin 60c, and a connection cable 43 extending from the transmitter 33 is connected to the other end of the pin 60c. Therefore, the vibration data transmitted from the transmitter 33 is transmitted to the transmission antenna 41 through the pin 60c of the haumetic seal 60, and is transmitted from the transmission antenna 41 to the receiver 36 wirelessly.
  • a groove 81 into which an O-ring as the third seal member 80 is inserted is formed on the outer periphery of the first through hole 38c.
  • the O-ring that is the third seal member 80 may be sealed so as to come into contact, and the O-ring may be fixed by the third seal member pressing jig 83 and shielded.
  • the first through hole 38 c may be directly filled with a resin 49 and shielded. Whatever the seal, any liquid may be prevented from entering the waterproof unit case 38.
  • the vibration detection unit 39 is completely immersed in the handling liquid.
  • the tip 41a of the transmission antenna 41 protrudes from the liquid level of the handling liquid.
  • the vibration data transmitted from the tip 41a of the transmitting antenna 41 is sent on radio waves. This radio wave may be reflected by the liquid level of the handling liquid. Therefore, the receiver 36 can reliably receive the vibration data transmitted from the transmission antenna 41 by projecting the tip 41a of the transmission antenna 41 from the liquid surface of the handling liquid.
  • the transmission antenna 41 may be made of a flexible material such as a metal wire, and the tip 41a of the transmission antenna 41 may protrude from the liquid surface of the handling liquid by extending upward along the outer surface of the suspension tube 3.
  • the vibration monitoring device 30 may include a repeater 65 that can float on the liquid surface.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the vibration monitoring device 30 including the repeater 65.
  • a part of the repeater 65 is immersed in the handling liquid.
  • the tip 41a of the transmission antenna 41 is in the handling liquid.
  • a radio wave transmitted from the tip 41a of the transmitting antenna 41 and superimposed with vibration data travels in the handling liquid and is received by the lower part of the repeater 65 immersed in the handling liquid.
  • the repeater 65 transmits the received vibration data as it is or amplifies it to the receiver 36 from a portion of the repeater 65 located above the liquid level. By using such a repeater 65, the receiver 36 can reliably receive vibration data transmitted from the transmission antenna 41.
  • 8 is provided with a flow stop wire 84 so as not to lose the flow.
  • the vibration monitoring device 30 includes a repeater 65 that can float on the liquid surface, and communication with the receiver 36 may be performed by a cable 85.
  • the repeater 65 that floats on the liquid level has a limited distance to move on the liquid level, so communication with the receiver 36 is possible even with the cable 85. Rather, using the cable 85, which is wired communication, is considered more reliable than wireless communication.
  • the outer surface of the transmission antenna 41 is preferably covered with a corrosion-resistant material.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a vibration monitoring apparatus 30 according to another embodiment.
  • the vibration detection unit 39 includes a capacitor 47 that stores the electric power generated by the vibration power generator 34.
  • the configuration other than the capacitor 47 provided in the vibration detection unit 39 is the same as the configuration of the embodiment shown in FIG.
  • the battery 47 is, for example, a capacitor or a secondary battery.
  • the power cable 40 includes a primary power cable 40a that electrically connects the vibration power generator 34 to the battery 47, and a secondary that electrically connects the battery 47 to the vibration sensor 31 and the transmitter 33. Side power cable 40b.
  • the power storage device 47 can store the power generated by the vibration power generator 34. Therefore, even when the vibration power generator 34 is not generating enough power to drive the vibration sensor 31 and the transmitter 33 at the time of starting the operation of the vertical shaft pump, the vibration sensor 31 detects the vibration and the transmitter 33 Vibration data can be transmitted to the receiver 36.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a vertical shaft pump provided with a plurality of vibration detection units 39.
  • a plurality of vibration detection units 39 may be provided in the vertical pump, and vibration data detected by these vibration detection units 39 is transmitted to one or a plurality of vibration monitors 32.
  • a plurality of vibration detection units 39 are provided, a plurality of vibration data of vibrations generated in the vertical shaft pump can be collected, so that vibrations can be analyzed in a complex manner.
  • vibration data representing vibration detected by the vibration sensor 31 is transmitted to the vibration monitor 32 wirelessly. Therefore, a transmission cable for connecting the vibration sensor 31 to the vibration monitor 32 is unnecessary. Further, since the vibration sensor 31 and the transmitter 33 are driven by the electric power generated by the vibration power generator 34, a power cable for supplying electric power to the vibration sensor 31 and the transmitter 33 is unnecessary. Furthermore, since the vibration sensor 31, the transmitter 33, the vibration generator 34, and the waterproof unit case 38 constitute an integrated vibration detection unit 39, the vibration detection unit 39 can be easily installed at a desired location. it can.
  • the vibration detection unit 39 in which the failure has occurred is replaced with a new vibration detection unit 39. It may be replaced with 39. Therefore, maintenance work can be easily performed. Furthermore, since the vibration sensor 31, the transmitter 33, and the vibration power generator 34 are accommodated in the waterproof unit case 38, the vibration detection unit 39 can be brought into contact with the liquid. As a result, as shown in FIGS. 1 and 11, the installation base 23 has conventionally been very expensive in installation and maintenance, and has been difficult to place the vibration sensor due to contact with the liquid to be handled.
  • the vibration detection unit 39 (that is, the vibration sensor 31) can be disposed in the pump casing 1 located below the pump casing 1. Therefore, the vibration detection unit 39 can measure vibration near the vibration source.
  • the vibration monitor 32 has a storage unit 45 that stores the vibration data received by the receiver 36 and the time when the vibration data was acquired.
  • the vibration data and the vibration data stored in the storage unit 45 are acquired.
  • the displayed time can be displayed on the display unit 32a of the vibration monitor 32.
  • the operator can determine the maintenance time of the vertical pump based on the vibration data displayed on the display unit 32a of the vibration monitor 32.
  • the vibration monitor 32 calculates the magnitude of the stress generated in the components of the vertical pump (for example, the pump casing 1 and the suspension pipe 3) and the number of times the stress is generated from the amplitude and the number of vibrations.
  • the mechanical fatigue may be calculated from the magnitude of the stress and the number of occurrences of stress, and when the calculated value of the mechanical fatigue reaches a set threshold value, an alarm for prompting replacement of the component may be issued.
  • a set threshold value For example, when the amplitude of vibration gradually increases, it is assumed that wear of the underwater bearing 15 and the underwater bearing 12 that rotatably support the rotary shaft 6 is progressing. Therefore, maintenance or replacement of each bearing may be performed when the amplitude of vibration exceeds a predetermined set value. In order to accurately determine the maintenance timing of the vertical shaft pump, it is preferable to determine the optimal installation position of the vibration detection unit 39 from simulations or experiments.
  • the vibration monitor 32 may store a predetermined threshold value in advance, and the vibration monitor 32 may issue an alarm when the vibration amplitude included in the vibration data received by the receiver 36 exceeds the predetermined threshold value. For example, when the frequency of vibration generated by operating the vertical pump approaches the natural frequency of the vertical pump, resonance may occur in the vertical pump. When resonance occurs, a very large vibration is generated, so the vibration monitor 32 may issue an alarm and change the rotational speed of the impeller 10. Moreover, a comparatively large foreign material may be sucked into the vertical shaft pump. In this case as well, large vibrations are generated in the vertical pump, so that if the amplitude included in the vibration data received by the receiver 36 exceeds a predetermined threshold, the vibration monitor 32 issues an alarm and also indicates the vertical pump. The operation may be stopped.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an example in which the vibration monitoring device 30 shown in FIG. 2 is provided in the water supply device 70 for sending seawater as cooling water to the plant.
  • a plant is, for example, a nuclear power plant.
  • the water feeding device 70 includes a pump 71 that sends seawater to a plant (not shown), a suction pipe 72 that extends from the suction port of the pump 71 into the seawater, and a water feeding pipe 73 that extends from the discharge port of the pump 71 to the inside of the plant. .
  • the pump 71 is installed on the ground. At the tip of the suction pipe 72, a water inlet 72a that opens into seawater is provided.
  • the vibration monitoring apparatus 30 shown in FIG. 12 may be a system using a repeater 65 as shown in FIGS.
  • the suction pipe 72 is supported only by a pipe support member 76 provided on the ground. Therefore, when the pump 71 is driven, it is expected that the tip of the suction pipe 72 will vibrate greatly. Therefore, as shown in FIG. 12, the vibration detection unit 39 is attached to the distal end portion of the suction pipe 72 immersed in seawater. On the other hand, the vibration monitor 32 is disposed on the ground, and the vibration of the tip portion of the suction pipe 72 is monitored from the ground. The worker can obtain data on vibrations occurring at the tip of the suction pipe 72 in the seawater.
  • the vibration of the suction pipe 72 can be monitored from the ground by the vibration detection unit 39 disposed in the seawater where a person does not normally enter. As a result, fatigue failure of the suction pipe 72 can be prevented in advance. Furthermore, according to the vibration monitoring device 30 of the present embodiment, the vibration detection unit 39 can be disposed in seawater that a person does not normally enter, while the vibration monitor 32 can be disposed on the ground. Therefore, the vibration generated in the suction pipe 72 can be monitored from the ground.
  • the vibration monitoring device 30 of the present invention can be applied to machines other than the vertical shaft pump and the water feeding device.
  • the vibration detection unit 39 of the vibration monitoring device 30 of the present invention can be disposed in a space filled with mist, high-pressure steam, or radioactive material.
  • the present invention can be used for a vibration monitoring device that monitors vibrations generated in a contact portion with a liquid when at least a part of a machine such as a rotating machine and / or an incidental facility of the machine is in contact with the liquid. It is.

Abstract

本発明は、回転機械などの機械および／または該機械の付帯設備と、液体との接触部分に発生する振動を監視する振動監視装置に関するものである。　振動監視装置（３０）は、振動を検出し、該振動を振動データとして出力する振動センサ（３１）と、振動データを無線により送信する送信機（３３）と、振動によって電力を生成し、振動センサおよび送信機に電力を供給する振動発電器（３４）と、振動センサ、送信機、および振動発電器を収容する防水ユニットケース（３８）とを備える。防水ユニットケース（３８）は、該防水ユニットケースの内部空間へ液体が浸入することを防止するように構成されており、振動センサ、送信機、振動発電器、および防水ユニットケースは、一体化された振動検出ユニットを構成する。

Description

振動監視装置
　本発明は、回転機械などの機械の運転時に発生する振動を監視する振動監視装置に関し、特に、該機械および／または該機械の付帯設備の少なくとも一部が液体に接触している場合に、該液体との接触部分に発生する振動を監視する振動監視装置に関する。
　ポンプ、タービン、およびコンプレッサーなどの回転機械を運転した時に、回転機械から振動が発生する。さらに、回転機械の運転時に発生した振動は、該回転機械の付帯設備（例えば、配管など）に伝わる。このような振動は、回転機械および付帯設備を故障させる原因となる。さらに、振動によって発生した応力が回転機械および付帯設備に繰り返し与えられると、亀裂などの疲労破壊につながることがある。疲労破壊は、大事故の原因になり得る。そこで、回転機械の運転時に発生する振動を監視するための振動監視装置を、該回転機械に設けることがある。
　図１３は、従来の振動監視装置が設けられた立軸ポンプを示す模式図である。図１３に示される立軸ポンプは、吸込ベルマウス１０１ａ及び吐出しボウル１０１ｂを有するポンプケーシング１０１と、ポンプケーシング１０１を吸込水槽１０５内に吊り下げる吊下管１０３と、吊下管１０３の上端に接続される吐出曲管１０４と、ポンプケーシング１０１内に収容される羽根車１１０と、羽根車１１０が固定される回転軸（主軸）１０６とを備えている。吊下管１０３は、吸込水槽１０５の上部のポンプ据付床１２２に形成された挿通口１２４を通して下方に延びる。吊下管１０３は、該吊下管１０３の上端に設けられた据付用ベース１２３を介してポンプ据付床１２２に固定される。
　回転軸１０６は吐出曲管１０４から上方に突出して、駆動源１１８に連結されており、駆動源１１８を運転することにより回転軸１０６を介して羽根車１１０が回転される。駆動源１１８は、ポンプ据付床１２２に固定された架台１１９上に固定されている。羽根車１１０を回転させたときに、吸込水槽１０５内の取扱液（例えば、水）が吸込ベルマウス１０１ａから吸い込まれ、吐出しボウル１０１ｂ、吊下管１０３、吐出曲管１０４を通って吐出配管１２０に移送される。
　図１３に示した立軸ポンプには、該立軸ポンプの運転時に発生する振動を監視する振動監視装置１３０が設けられる。振動監視装置１３０は、複数の振動センサ１３１と、複数の振動センサ１３１が検出した振動データ（例えば、振動の周波数、波形、振幅、加速度など）を表示する振動モニタ１３２とを有する。振動センサ１３１は、送信ケーブル１３５を介して振動モニタ１３２に接続されており、振動データは、送信ケーブル１３５を介して振動モニタ１３２に伝えられる。振動センサ１３１には、電源ケーブル（図示せず）が接続されている。この電源ケーブルを介して、振動センサ１３１を駆動させるための電力が振動センサ１３１に供給される。電源ケーブルの代わりに、振動センサ１３１内に電池を配置して、該電池の電力により振動センサ１３１を駆動させてもよい。
　図１３に示すように、通常、ポンプケーシング１０１および吊下管１０３は、ポンプ据付床１２２に固定された据付用ベース１２３のみによって支持される。そのため、立軸ポンプを運転したときに、据付用ベース１２３よりも下方に位置するポンプケーシング１０１および／または吊下管１０３は大きな振動を発生することがある。したがって、本来であれば、振動センサ１３１は、据付用ベース１２３よりも下方に位置する吊下管１０３および／またはポンプケーシング１０１に取り付けられるのが好ましい。特に、据付用ベース１２３から最も離れているポンプケーシング１０１に最も大きな振動が発生することが予想されるので、振動センサ１３１は、ポンプケーシング１０１に取り付けられるのが好ましい。
特開２００６－１７０６２５号公報 特開２０１３－１１３１２号公報
　しかしながら、据付用ベース１２３よりも下方の空間は、吸込水槽１０５の内部空間であるため、取扱液が存在する。振動センサ１３１は電子部品であるため、防水対策を施さない限り、該振動センサ１３１を取扱液に浸漬されているポンプケーシング１０１に取り付けることができない。また、据付用ベース１２３よりも下方の空間は、非常に狭く、暗いため、作業空間として適さない。したがって、作業員が据付用ベース１２３よりも下方の空間で振動センサ１３１の取付作業と、送信ケーブル１３５および電源ケーブルの配線作業を行う場合、多くの労力とコストが必要となる。さらに、振動センサ１３１、送信ケーブル１３５、および電源ケーブルを定期的にメンテナンスする必要がある。メンテナンス時に、送信ケーブル１３５および／または電源ケーブルに異常が発見された場合、作業員は送信ケーブル１３５および／または電源ケーブルを再配線しなければならない。これらメンテナンス作業および再配線作業も、据付用ベース１２３よりも下方の空間が作業空間として適していないために多くの労力とコストが必要となる。電源ケーブルの代わりに、電池を用いる場合は、電池の交換作業または充電作業が必要である。
　このような理由から、据付用ベース１２２の下方に位置するポンプケーシング１０１に振動センサ１３１を取り付けることは現実的ではなかった。そのため、従来の振動監視装置では、振動センサ１３１を、架台１１９および駆動源１１８などの据付用ベース１２３よりも上方に位置する構造体に取り付け、これら振動センサ１３１によって検出された振動から、据付用ベース１２３よりも下方に位置するポンプケーシング１０１で発生している振動を推定していた。しかしながら、振動の測定箇所が振動の発生箇所から遠く離れているため、正確な振動測定を行うことができなかった。
　立軸ポンプ以外の機械でも、振動が発生する箇所は、作業員が立ち入ることが困難な場所にあり、かつ液体と接触していることがあり、振動センサを所望の位置に取り付けることができないことがある。
　本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、液体に接触している箇所で発生する振動を測定することが可能であり、かつ容易に設置作業およびメンテナンス作業を行うことができる振動監視装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するための本発明の一態様は、振動を検出し、該振動を振動データとして出力する振動センサと、前記振動データを無線により送信する送信機と、振動によって電力を生成し、前記電力を前記振動センサおよび前記送信機に供給する振動発電器と、前記送信機から送信された前記振動データを受信する受信機と、前記受信機によって受信された前記振動データを表示する振動モニタと、前記振動センサ、前記送信機、および前記振動発電器を収容する防水ユニットケースと、を備え、前記防水ユニットケースは、該防水ユニットケースの内部空間へ液体が浸入することを防止するように構成されており、前記振動センサ、前記送信機、前記振動発電器、および前記防水ユニットケースは、一体化された振動検出ユニットを構成することを特徴とする振動監視装置である。
　本発明の好ましい態様は、前記防水ユニットケースは、互いに固定したときに前記内部空間を形成する第１ユニットケース部材および第２ユニットケース部材を有し、前記第１ユニットケース部材と前記第２ユニットケース部材との間の隙間は、シール部材によってシールされることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記受信機に前記振動データを送信するための送信アンテナと、前記防水ユニットケースに形成された第１貫通孔を覆うように前記防水ユニットケースに固定される防水カバーと、をさらに備え、前記送信アンテナは、前記送信機に接続されると共に、前記第１貫通孔、および前記防水カバーに形成された第２貫通孔を通って、前記防水カバーの外部に延び、前記防水カバーと前記防水ユニットケースとの間の隙間は、シール部材によってシールされ、前記第２貫通孔は、該第２貫通孔を前記送信アンテナが通った状態で、絶縁材料によって埋めら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貫通孔は、ハウメチックシールによって密閉されていることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、液面上に浮くことが可能な中継器をさらに備え、前記中継器は、前記送信機から送信される前記振動データを液体中で受信し、該振動データを前記液体の液面よりも上方から前記受信機に送信することを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記中継器は、前記送信機から送信される前記振動データを液体中で受信し、該振動データを前記液体の液面よりも上方から前記受信機に送信する手段として無線を使用することを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記中継器は、前記送信機から送信される前記振動データを液体中で受信し、該振動データを前記液体の液面よりも上方から前記受信機に送信する手段として有線を使用することを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記振動モニタは、前記受信機が受信した振動データ、およびその振動データが取得された時間を記憶する記憶部を有することを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記振動発電器が生成した電力を蓄え、前記振動センサおよび前記送信機に電力を供給する蓄電器をさらに備えることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記振動データには、振動の周波数、波形、振幅、および加速度のうちの少なくとも１つが含まれることを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記振動モニタは、前記振動データに含まれる振動の振幅が所定の閾値を超えたときに、警報を発することを特徴とする。
　本発明の好ましい態様は、前記振動モニタは、前記振動データに含まれる振動の振幅が所定の閾値を超えたときに、ポンプの運転を停止することを特徴とする。
　本発明によれば、振動センサを振動モニタに接続する送信ケーブル、および振動センサに電力を供給するための電源ケーブルが不要である。さらに、振動センサ、送信機、振動発電器、および防水ユニットケースは、一体化された振動検出ユニットを構成する。したがって、振動検出ユニットを所望の場所に容易に設置することができる。また、送信ケーブルおよび電源ケーブルのメンテナンスが不要である。さらに、振動検出ユニットが故障した場合には、故障が発生している振動検出ユニットを新たな振動検出ユニットに置き換えるだけでよい。したがって、メンテナンス作業を容易に行うことができる。さらに、振動センサ、送信機、および振動発電器は、防水ユニットケースに収容されるので、振動検出ユニットを液体に接触させることができる。したがって、液体に接触している箇所で発生する振動を測定することができる。
本発明の一実施形態に係る振動監視装置が設けられた立軸ポンプを示す模式図である。 図１に示される振動監視装置を示す模式図である。 図２のＡ－Ａ線断面図である。 図２のＢ部の拡大断面図である。 ハウメチックシールで第１貫通孔を密閉した様子を示す拡大断面図である。 第３シール部材で第１貫通孔をシールした様子を示す拡大断面図である。 樹脂で第１貫通孔が埋められた様子を示す拡大断面図である。 中継器を備えた振動監視装置を示す模式図である。 中継器からの振動モニタへ通信手段が有線である振動監視装置を示す模式図である。 別の実施形態に係る振動監視装置を示す模式図である。 複数の振動検出ユニットが設けられた立軸ポンプを示す模式図である。 図２に示される振動監視装置が海水を冷却水としてプラントに送るための送水装置に設けられた例を示す模式図である。 従来の振動監視装置が設けられた立軸ポンプを示す模式図である。
　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１は、一実施形態に係る振動監視装置３０が設けられた立軸ポンプを示す模式図である。図２は、図１に示される振動監視装置３０を示す模式図である。図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。
　図１に示すように、立軸ポンプは、吸込ベルマウス１ａ及び吐出しボウル１ｂを有するポンプケーシング１と、ポンプケーシング１を吸込水槽５内に吊り下げる吊下管３と、吊下管３の上端に接続される吐出曲管４と、ポンプケーシング１内に収容される羽根車１０と、羽根車１０が固定される回転軸（主軸）６とを備えている。吊下管３は、吸込水槽５の上部のポンプ据付床２２に形成された挿通口２４を通して下方に延び、吊下管３の上端に設けられた据付用ベース２３を介してポンプ据付床２２に固定される。回転軸６は、吐出曲管４、吊下管３、及びポンプケーシング１内を通って鉛直方向に延びている。
　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の上端は吐出しボウル１ｂの下端に接続されている。羽根車１０は回転軸６の下端に固定されており、羽根車１０と回転軸６とは一体的に回転する。この羽根車１０の上方（吐出側）には複数のガイドベーン１４が配置されている。これらのガイドベーン１４は吐出しボウル１ｂの内周面に固定されている。回転軸６は、水中軸受１５、および水中軸受１２により回転自在に支持されている。水中軸受１２は吐出しボウル１ｂ内に収容されており、羽根車１０の上方に配置されている。水中軸受１２を支持する支持部材７は吐出しボウル内室１３の内面に固定されており、さらに、吐出しボウル内室１３はガイドベーン１４を介してポンプケーシング１に支持されている。メカニカルシール１１は回転軸６を円滑に回転させ且つ回転軸６からの取扱い液を外部に漏れないように設置されており、水中軸受１２，１５は回転軸６を円滑に回転させ且つ回転軸を支える。
　回転軸６は吐出曲管４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は、ポンプ据付床２２に固定された架台１９上に固定されている。駆動源１８を運転することにより回転軸６を介して羽根車１０を回転させると、吸込水槽５内の水（取扱液）が吸込ベルマウス１ａから吸い込まれ、吐出しボウル１ｂ、吊下管３、吐出曲管４を通って吐出配管２０に移送される。
　図１に示した立軸ポンプには、本発明の一実施形態に係る振動監視装置３０が設けられている。図２および図３に示されるように、振動監視装置３０は、振動を検出し、該振動を振動データとして出力する振動センサ３１と、振動センサ３１から出力された振動データを受け取り、該振動データを無線により送信する送信機３３と、振動によって電力を生成し、該電力を振動センサ３１および送信機３３に供給する振動発電器３４と、送信機３３から送信された振動データを受信する受信機３６と、受信機３６によって受信された振動データを表示する表示部３２ａを有する振動モニタ３２と、振動センサ３１、送信機３３、および振動発電器３４を収容する防水ユニットケース３８と、を備えている。防水ユニットケース３８は、振動センサ３１、送信機３３、および振動発電器３４が収容される内部空間３８ｄへ液体が浸入することを防止するように構成されている。この防水ユニットケース３８の構成は後述する。
　振動センサ３１、送信機３３、振動発電器３４、および防水ユニットケース３８は、一体化された振動検出ユニット３９を構成する。振動検出ユニット３９は、ポンプ据付床２２に固定された据付用ベース２３よりも下方に位置し、かつ取扱液中に位置するポンプケーシング１に取り付けられる。一方で、振動モニタ３２は、ポンプ据付床２２よりも上方に位置される。振動検出ユニット３９は、ねじなどの固定具（図示せず）などによりポンプケーシング１に固定される。振動センサ３１が検出する振動は、例えば、振動の周波数、波形、振幅、および加速度の少なくとも１つにより表わされる。したがって、振動データには、振動の周波数、波形、振幅、および加速度のうちの少なくとも１つが含まれる。
　図２に示されるように、本実施形態では、送信機３３は、振動センサ３１内に配置されている。送信機３３を、防水ユニットケース３８内で振動センサ３１から離れた位置に設けてもよい。送信機３３には、振動センサ３１が検出した振動を表す振動データを受信機３６に送信するための送信アンテナ４１が接続されている。振動発電器３４は、電源ケーブル４０を介して振動センサ３１に接続されている。振動発電器３４は、例えば、振動を電力に変換することができる圧電素子を有しており、振動発電器３４は、立軸ポンプの運転時に発生する振動によって発電する。振動発電器３４によって生成された電力は、電源ケーブル４０を介して振動センサ３１、および振動センサ３１内に配置された送信機３３に供給される。振動発電器３４は、振動を電力に変換することができるので、振動が続く限り半永久的に電力を振動センサ３１および送信機３３に供給することができる。
　振動センサ３１および振動発電器３４は、市場で入手可能である。無線により振動データを送信することができる振動センサ３１は、例えば、マイクロストーン株式会社製の高速３チャンネル小型無線振動記録計（型式：MVP-RF3-HC）を用いることができる。振動発電器３４は、例えば、スター精密株式会社製の小型振動発電ユニット（型式：EH12,EH13,EH15）を用いることができる。
　図２に示されるように、受信機３６は、振動モニタ３２内に配置されている。受信機３６を、振動モニタ３２とは別に設けてもよい。受信機３６には、送信機３３から送信された振動データを受信するための受信アンテナ４２が接続される。振動モニタ３２は、さらに、受信機３６が受信した振動データ、および振動データが取得された時間を記憶する記憶部４５を有している。記憶部４５を振動モニタ３２とは別に設けてもよい。記憶部４５に保存されている振動データ、および振動データが取得された時間は、振動モニタ３２の表示部３２ａに表示することができる。例えば、振動モニタ３２の表示部３２ａに、振動データを時間軸に沿って表示させることができる。振動モニタ３２は、例えば、パーソナルコンピュータであってもよいし、タブレット型端末機器であってもよい。
　図３に示されるように、振動センサ３１、送信機３３、および振動発電器３４を収容する防水ユニットケース３８は、底板３８ａと、底板３８ａに固定された箱体３８ｂと、を有する。振動センサ３１および振動発電器３４は、底板３８ａに取り付けられ、底板３８ａと箱体３８ｂとによって形成される防水ユニットケース３８の内部空間３８ｄに収容される。したがって、立軸ポンプの運転時に発生する振動は、底板３８ａを通じて振動センサ３１に伝わり、この振動の振動データが振動センサ３１によって検出される。さらに、箱体３８ｂの側面には、第１貫通孔３８ｃが形成され、送信アンテナ４１は、該第１貫通孔３８ｃを通って延びる。本実施形態では送信機３３は振動センサ３１内に配置されているが、送信機３３は底板３８ａまたは箱体３８ｂに固定されてもよい。また、本実施形態では振動発電器３４は底板３８ａに固定されているが、箱体３８ｂに固定されてもよい。
　底板３８ａには、環状の第１シール部材４４が配置される環状溝５０が形成される。箱体３８ｂは、底板３８ａの表面に接触するフランジ部３８ｅを有している。第１シール部材４４は、例えばＯリングである。第１シール部材４４は、ゴム製のＯリングを用いているが、ゴム以外にも高分子材料、樹脂材料、金属材料のシールを用いてもよい。環状溝５０は、フランジ部３８ｅが接触する底板３８ａの表面に形成されている。フランジ部３８ｅには、箱体３８ｂを底板３８ａに固定するねじ５１が通る貫通孔３８ｆが形成されている。貫通孔３８ｆに対向する底板３８ａの表面には、ねじ孔３８ｇが形成されている。貫通孔３８ｆに挿入されたねじ５１がねじ孔３８ｇに係合することにより、箱体３８ｂが底板３８ａに固定される。箱体３８ｂを底板３８ａに固定したときに、第１シール部材４４によって、箱体３８ｂと底板３８ａとの間の隙間がシールされる。
　さらに、箱体３８ｂに形成された第１貫通孔３８ｃを覆う防水カバー５３が設けられる。図４は、図２のＢ部の拡大断面図である。図４に示されるように、防水カバー５３は、箱体３８ｂの外面に接触するフランジ部５３ａを有する。フランジ部５３ａには、環状の第２シール部材４８が配置される環状溝５３ｂが形成される。第２シール部材４８は、例えばＯリングである。第２シール部材４８は、ゴム製のＯリングを用いているが、ゴム以外にも高分子材料、樹脂材料、金属材料のシールを用いてもよい。フランジ部５３ａの、環状溝５３ｂの外側には、ねじ５２が挿入される貫通孔５３ｃが形成される。貫通孔５３ｃに対向する箱体３８ｂの外面には、ねじ孔３８ｈが形成されている。貫通孔５３ｃに挿入されたねじ５２がねじ孔３８ｈに係合することにより、防水カバー５３が箱体３８ｂに固定される。防水カバー５３を箱体３８ｂに固定したときに、防水カバー５３と箱体３８ｂとの間の隙間が第２シール部材４８によってシールされる。
　防水カバー５３には、送信アンテナ４１が通る第２貫通孔５３ｄが形成される。送信アンテナ４１は、箱体３８ｂに形成された第１貫通孔３８ｃと防水カバー５３に形成された第２貫通孔５３ｄを通って、防水カバー５３の外部まで延びる。第２貫通孔５３ｄは、送信アンテナ４１が該第２貫通孔５３ｄを通った状態で、絶縁材料４９によって埋められている。絶縁材料４９は、例えば、エポキシ樹脂である。
　このような構成で、底板３８ａと箱体３８ｂとによって形成される防水ユニットケース３８の内部空間３８ｄに液体が浸入することが防止される。底板３８ａと箱体３８ｂは、ステンレス鋼、ニッケル合金などの耐食性を有する金属材料、または耐食性を有する高分子材料から構成されるのが好ましい。本実施形態では、底板３８ａと箱体３８ｂは、互いに固定したときに内部空間を形成する第１ユニットケース部材および第２ユニットケース部材をそれぞれ構成する。第１ユニットケース部材として、底板３８ａに代えて、箱体３８ｂのようなフランジ部を有する箱形状のものを使用してもよい。
　図５に示されるように、第１貫通孔３８ｃをハウメチックシール６０によって密閉してもよい。振動検出ユニット３９がアルコールなどの浸透性の高い液体に接触する場合は、第１貫通孔３８ｃをハウメチックシール６０によって密閉することが好ましい。この場合、送信アンテナ４１は、アンテナ本体４１ａと、送信アンテナ用ケーブル４１ｂとで構成される。ハウメチックシール６０は、ガラスまたはセラミックなどの絶縁材料からなる絶縁部６０ａと、絶縁部６０ａを取り囲むように絶縁部６０ａと接合される金属ベース６０ｂとから構成される。金属ベース６０ｂは箱体３８ｂに溶接（例えば、ろう付け）される。これにより、第１貫通孔３８ｃはハウメチックシール６０によって完全に密閉される。
　ハウメチックシール６０は、絶縁部６０ａを貫通するピン６０ｃを有している。ピン６０ｃの一方の端部には、送信アンテナ用ケーブル４１ｂが接続され、ピン６０ｃの他方の端部には、送信機３３から延びる接続ケーブル４３が接続される。したがって、送信機３３から送信される振動データは、ハウメチックシール６０のピン６０ｃを通って、送信アンテナ４１に伝えられ、送信アンテナ４１から無線で受信機３６に送信される。
　更に簡便な第１貫通孔３８ｃをシールする方法として図６に示されるように、第１貫通孔３８ｃの外周に第３シール部材８０であるＯリングが入る溝８１を形成し、送信アンテナ４１に接触するように第３シール部材８０であるＯリングでシールし、Ｏリングを第３シール部材押さえ治具８３で固定し、シールドしてもよい。また、図７に示すように直接第１貫通孔３８ｃを樹脂４９で埋めてシールドしてもよい。何れのシールであっても液体が防水ユニットケース３８内にはいりこまないようにすればよい。
　本実施形態では、図１に示されるように、振動検出ユニット３９が取扱液に完全に浸漬される。この場合、送信アンテナ４１の先端４１ａを取扱液の液面から突出させるのが好ましい。送信アンテナ４１の先端４１ａから発信される振動データは電波に乗せて送られる。この電波は、取扱液の液面で反射されることがある。そこで、送信アンテナ４１の先端４１ａを取扱液の液面から突出させることにより、受信機３６は、送信アンテナ４１から発信された振動データを確実に受信することができる。送信アンテナ４１を金属線などの柔軟な材料から構成し、吊下管３の外面に沿って上方に延ばすことで、送信アンテナ４１の先端４１ａを取扱液の液面から突出させてもよい。
　図８に示されるように、振動監視装置３０は、液面上に浮くことが可能な中継器６５を備えてもよい。図８は、中継器６５を備えた振動監視装置３０を示す模式図である。中継器６５の一部は取扱液に浸漬される。本実施形態の場合、送信アンテナ４１の先端４１ａは取扱液中にある。送信アンテナ４１の先端４１ａから発信された、振動データが重畳された電波は、取扱液中を進み、取扱液中に浸漬された中継器６５の下部に受信される。中継器６５は、受信した振動データをそのまま、または増幅して、中継器６５の、液面よりも上方に位置される部分から受信機３６に発信する。このような中継器６５を用いることにより、受信機３６は、送信アンテナ４１から発信された振動データを確実に受信することができる。図８の中継器６５には、流れ紛失しないよう流れ止めワイヤ８４がとりつけてある。
　また、図９に示されるように、振動監視装置３０は、液面上に浮くことが可能な中継器６５を備え、受信機３６との通信は、ケーブル８５によって行っても良い。液面上に浮く中継器６５は、液面で移動する距離は限られているので受信機３６との通信は、ケーブル８５であっても可能である。むしろ有線通信であるケーブル８５を使用したほうが、無線による通信よりは信頼性が高いと考える。
　振動検出ユニット３９が取扱液に完全に浸漬される場合、送信アンテナ４１の外面は、耐食性材料により被覆されることが好ましい。
　図１０は、別の実施形態に係る振動監視装置３０を示す模式図である。図１０に示されるように、本実施形態では、振動検出ユニット３９は、振動発電器３４によって生成された電力を蓄える蓄電器４７を有している。振動検出ユニット３９内に蓄電器４７が設けられている以外の構成は、図２に示した実施形態の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。蓄電器４７は、例えば、コンデンサーまたは二次電池である。蓄電器４７が設けられる場合、電源ケーブル４０は、振動発電器３４を蓄電器４７に電気的に接続する一次側電源ケーブル４０ａと、蓄電器４７を振動センサ３１および送信機３３に電気的に接続する二次側電源ケーブル４０ｂとで構成される。
　蓄電器４７は、振動発電器３４によって生成された電力を蓄えることができる。したがって、立軸ポンプの運転開始などの時に、振動発電器３４が振動センサ３１および送信機３３を駆動させるために十分に発電できていないときでも、振動センサ３１によって振動を検出し、送信機３３によって振動データを受信機３６に送信することができる。
　図１１は、複数の振動検出ユニット３９が設けられた立軸ポンプを示す模式図である。図１１に示されるように、複数の振動検出ユニット３９を立軸ポンプに設けてもよく、これら振動検出ユニット３９が検出した振動データは、１台または複数台の振動モニタ３２に送信される。複数の振動検出ユニット３９を設けた場合、立軸ポンプに発生している振動の複数の振動データを集めることができるので、振動を複合的に解析することができる。
　上述した実施形態に係る振動監視装置３０によれば、振動センサ３１が検出した振動を表す振動データは、無線により振動モニタ３２に送信される。したがって、振動センサ３１を振動モニタ３２に接続するための送信ケーブルが不要である。また、振動発電器３４によって生成された電力で振動センサ３１および送信機３３が駆動されるので、振動センサ３１および送信機３３に電力を供給するための電源ケーブルが不要である。さらに、振動センサ３１、送信機３３、振動発電器３４、および防水ユニットケース３８は、一体化された振動検出ユニット３９を構成するので、振動検出ユニット３９を所望の場所に容易に設置することができる。
　さらに、送信ケーブルおよび電源ケーブルのメンテナンスを行う必要がない。振動検出ユニット３９の防水ユニットケース３８に収容される振動センサ３１、送信機３３、および振動発電器３４のいずれかが故障した場合は、この故障が発生した振動検出ユニット３９を新たな振動検出ユニット３９に置き換えればよい。したがって、メンテナンス作業を容易に行うことができる。さらに、振動センサ３１、送信機３３、および振動発電器３４は、防水ユニットケース３８に収容されるので、振動検出ユニット３９を液体に接触させることができる。その結果、図１および図１１に示されるように、従来は設置コストおよびメンテナンスコストが非常に高く、かつ取扱液に接触していたために振動センサを配置することが困難であった据付用ベース２３よりも下方に位置するポンプケーシング１に、振動検出ユニット３９（すなわち振動センサ３１）を配置することができる。したがって、振動検出ユニット３９は、振動の発生源の近くで振動を測定することができる。
　振動モニタ３２は、受信機３６が受信した振動データ、および振動データが取得された時間を記憶する記憶部４５を有しており、記憶部４５に保存されている振動データ、および振動データが取得された時間を振動モニタ３２の表示部３２ａに表示させることができる。作業者は、振動モニタ３２の表示部３２ａに表示された振動データに基づいて、立軸ポンプのメンテナンス時期を判断することができる。例えば、振動モニタ３２は、振動の振幅と回数から立軸ポンプの構成要素（例えば、ポンプケーシング１および吊下管３など）に発生した応力の大きさと、応力の発生回数とを算出し、さらに応力の大きさと応力の発生回数とから機械的疲労を計算し、この機械的疲労の計算値が設定した閾値に到達した場合に、該構成要素の交換を促す警報を発してもよい。また、例えば、振動の振幅が徐々に大きくなっていく場合は、回転軸６を回転可能に支持する水中軸受１５、および水中軸受１２の摩耗が進行していることが想定される。したがって、振動の振幅が所定の設定値を超えたときに、各軸受のメンテナンスまたは交換を実施してもよい。立軸ポンプのメンテナンス時期を正確に判断するために、振動検出ユニット３９の最適な設置位置をシミュレーションや実験などから決定するのが好ましい。
　振動モニタ３２に、所定の閾値を予め記憶させ、受信機３６が受信した振動データに含まれる振動の振幅が所定の閾値を超えた場合には、振動モニタ３２が警報を発してもよい。例えば、立軸ポンプを運転することにより発生した振動の周波数が、立軸ポンプの固有振動数に近づくと、立軸ポンプに共振が発生することがある。共振が発生したときには、非常に大きな振動が発生するので、振動モニタ３２は、警報を発すると共に、羽根車１０の回転速度を変更するようにしてもよい。また、立軸ポンプに比較的大きな異物が吸い込まれることがある。この場合も、立軸ポンプに大きな振動が発生するので、受信機３６が受信した振動データに含まれる振幅が所定の閾値を超えた場合には、振動モニタ３２は、警報を発すると共に、立軸ポンプの運転を停止させてもよい。
　図１２は、図２に示される振動監視装置３０が海水を冷却水としてプラントに送るための送水装置７０に設けられた例を示す模式図である。このようなプラントは、例えば、原子力発電所である。送水装置７０は、海水をプラント（図示せず）に送るポンプ７１と、ポンプ７１の吸込口から海水中まで延びる吸込管７２と、ポンプ７１の吐出口からプラント内部まで延びる送水管７３とを備える。ポンプ７１は地上に設置されている。吸込管７２の先端には、海水中に開口する吸水口７２ａが設けられる。ポンプ７１を駆動すると、海水が吸込管７２から吸い込まれ、ポンプ７１によって昇圧されて、送水管７３に吐き出される。図１２に示す振動監視装置３０も図８、図９に示すように中継器６５を用いる方式としても良い。
　吸込管７２は、地上に設けられた配管支持部材７６のみによって支持される。したがって、ポンプ７１を駆動したときに、吸込管７２の先端が大きく振動することが予想される。そこで、図１２に示されるように、振動検出ユニット３９を海水中に浸漬された吸込管７２の先端部分に取り付ける。その一方で、振動モニタ３２を地上に配置し、吸込管７２の先端部分の振動を地上から監視する。作業員は、海水中にある吸込管７２の先端部分で発生している振動のデータを得ることができる。
　このように、本実施形態の振動監視装置３０によれば、人が通常立ち入らない海水中に配置された振動検知ユニット３９によって、地上から吸込管７２の振動を監視することができる。その結果、吸込管７２の疲労破壊を未然に防止することができる。さらに、本実施形態の振動監視装置３０によれば、振動検出ユニット３９を人が通常立ち入らない海水中に配置することができる一方で、振動モニタ３２を地上に配置することができる。したがって、吸込管７２に発生している振動の監視を地上から行うことができる。
　上述した実施形態では、立軸ポンプと送水装置に振動監視装置３０を適用した例を説明したが、本発明の振動監視装置３０は、立軸ポンプと送水装置以外の機械にも適用が可能である。例えば、本発明の振動監視装置３０の振動検出ユニット３９を、ミスト、高圧蒸気、または放射性物質が充満している空間に配置することができる。
　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。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に解釈されるものである。
　本発明は、回転機械などの機械および／または該機械の付帯設備の少なくとも一部が液体に接触している場合に、該液体との接触部分に発生する振動を監視する振動監視装置に利用可能である。
　　１　　ポンプケーシング
　　３　　吊下管
　　４　　吐出曲管
　　５　　吸込水槽
　　６　　回転軸
　１０　　羽根車
　１１　　メカニカルシール
　１２　　水中軸受
　１５　　水中軸受
　２２　　ポンプ据付床
　２３　　据付用ベース
　３０　　振動監視装置
　３１　　振動センサ
　３２　　振動モニタ
　３３　　送信機
　３４　　振動発電器
　３６　　受信機
　３８　　防水ユニットケース
　３９　　振動検出ユニット
　４０　　電源ケーブル
　４１　　送信アンテナ
　４２　　受信アンテナ
　４４　　第１シール部材
　４５　　記憶部
　４７　　蓄電器
　４８　　第２シール部材
　４９　　樹脂
　５０　　環状溝
　５１　　ねじ
　５２　　ねじ
　５３　　防水カバー
　６０　　ハウメチックシール
　７０　　送水装置
　７１　　ポンプ
　７２　　吸込管
　７３　　送水管
　７６　　配管支持部材
　８０　　第３シール部材
　８１　　第３シール部材挿入用溝
　８２　　第３シール部材押さえリング
　８３　　第３シール部材押さえリング固定用ボルト
　８４　　中継器流れ止めワイヤ
　８５　　通信用ケーブル

Claims (12)

  1. 　振動を検出し、該振動を振動データとして出力する振動センサと、
    　前記振動データを無線により送信する送信機と、
    　振動によって電力を生成し、前記電力を前記振動センサおよび前記送信機に供給する振動発電器と、
    　前記送信機から送信された前記振動データを受信する受信機と、
    　前記受信機によって受信された前記振動データを表示する振動モニタと、
    　前記振動センサ、前記送信機、および前記振動発電器を収容する防水ユニットケースと、を備え、
    　前記防水ユニットケースは、該防水ユニットケースの内部空間へ液体が浸入することを防止するように構成されており、
    　前記振動センサ、前記送信機、前記振動発電器、および前記防水ユニットケースは、一体化された振動検出ユニットを構成することを特徴とする振動監視装置。
  2. 　前記防水ユニットケースは、互いに固定したときに前記内部空間を形成する第１ユニットケース部材および第２ユニットケース部材を有し、
    　前記第１ユニットケース部材と前記第２ユニットケース部材との間の隙間は、シール部材によってシールされることを特徴とする請求項１に記載の振動監視装置。
  3. 　前記受信機に前記振動データを送信するための送信アンテナと、
    　前記防水ユニットケースに形成された第１貫通孔を覆うように前記防水ユニットケースに固定される防水カバーと、をさらに備え、
    　前記送信アンテナは、前記送信機に接続されると共に、前記第１貫通孔、および前記防水カバーに形成された第２貫通孔を通って、前記防水カバーの外部に延び、
    　前記防水カバーと前記防水ユニットケースとの間の隙間は、シール部材によってシールされ、
    　前記第２貫通孔は、該第２貫通孔を前記送信アンテナが通った状態で、絶縁材料によって埋められていることを特徴とする請求項２に記載の振動監視装置。
  4. 　前記第１貫通孔は、ハウメチックシールによって密閉されていることを特徴とする請求項３に記載の振動監視装置。
  5. 　液面上に浮くことが可能な中継器をさらに備え、
    　前記中継器は、前記送信機から送信される前記振動データを液体中で受信し、該振動データを前記液体の液面よりも上方から前記受信機に送信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動監視装置。
  6. 　前記中継器は、前記送信機から送信される前記振動データを液体中で受信し、該振動データを前記液体の液面よりも上方から前記受信機に送信する手段として無線を使用することを特徴とする請求項５に記載の振動監視装置。
  7. 　前記中継器は、前記送信機から送信される前記振動データを液体中で受信し、該振動データを前記液体の液面よりも上方から前記受信機に送信する手段として有線を使用することを特徴とする請求項５に記載の振動監視装置。
  8. 　前記振動モニタは、前記受信機が受信した振動データ、およびその振動データが取得された時間を記憶する記憶部を有す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振動監視装置。
  9. 　前記振動発電器が生成した電力を蓄え、前記振動センサおよび前記送信機に電力を供給する蓄電器をさらに備え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振動監視装置。
  10. 　前記振動データには、振動の周波数、波形、振幅、および加速度のうちの少なくとも１つが含まれ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振動監視装置。
  11. 　前記振動モニタは、前記振動データに含まれる振動の振幅が所定の閾値を超えたときに、警報を発することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の振動監視装置。
  12. 　前記振動モニタは、前記振動データに含まれる振動の振幅が所定の閾値を超えたときに、ポンプの運転を停止することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の振動監視装置。
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