JP2002236111A - 液体ポンプの気泡検出方法及びその装置 - Google Patents
液体ポンプの気泡検出方法及びその装置Info
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- JP2002236111A JP2002236111A JP2001033112A JP2001033112A JP2002236111A JP 2002236111 A JP2002236111 A JP 2002236111A JP 2001033112 A JP2001033112 A JP 2001033112A JP 2001033112 A JP2001033112 A JP 2001033112A JP 2002236111 A JP2002236111 A JP 2002236111A
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- Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 液体ポンプ系の外部に配設して液体中の気泡
を検出でき、気泡発生と機械振動とを区別でき、種々の
ポンプに対応できる液体ポンプの気泡検出方法及び気泡
検出装置を開発する。 【解決手段】 本発明に係る液体ポンプの気泡検出方法
は、吸込管４から吸込んだ液体Ｌを吐出管６に送出し、
しかもこの液体Ｌを使用して回転体と主軸の間を液体潤
滑する液体ポンプ２において、吐出管６に吐出された液
体中に超音波を発信し、この液体を通過してきた超音波
を受信し、超音波の受信強度の減衰により液体中の気泡
発生を検出することを特徴とする。また、この気泡検出
方法により液体中に気泡Ｂが発生したことを検出し、こ
の気泡検出により液体ポンプに異常が発生したことを報
知する。
を検出でき、気泡発生と機械振動とを区別でき、種々の
ポンプに対応できる液体ポンプの気泡検出方法及び気泡
検出装置を開発する。 【解決手段】 本発明に係る液体ポンプの気泡検出方法
は、吸込管４から吸込んだ液体Ｌを吐出管６に送出し、
しかもこの液体Ｌを使用して回転体と主軸の間を液体潤
滑する液体ポンプ２において、吐出管６に吐出された液
体中に超音波を発信し、この液体を通過してきた超音波
を受信し、超音波の受信強度の減衰により液体中の気泡
発生を検出することを特徴とする。また、この気泡検出
方法により液体中に気泡Ｂが発生したことを検出し、こ
の気泡検出により液体ポンプに異常が発生したことを報
知する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液体を輸送する液体
ポンプの気泡検出方法に関し、更に詳細には、輸送され
る液体を利用して主軸と内部回転体との液体潤滑を行な
う液体ポンプにおいて、超音波により気泡を検出して液
体潤滑部の異常を検出し、液体ポンプの異常発生を報知
する液体ポンプの気泡検出方法及びその装置に関する。
ポンプの気泡検出方法に関し、更に詳細には、輸送され
る液体を利用して主軸と内部回転体との液体潤滑を行な
う液体ポンプにおいて、超音波により気泡を検出して液
体潤滑部の異常を検出し、液体ポンプの異常発生を報知
する液体ポンプの気泡検出方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、液体を配管系に輸送する場合に
は液体ポンプで圧送する方式が採られている。その中で
も、塩素水、無機酸、アルカリ溶液、塩類水溶液、有機
溶媒などの一部危険な液体を輸送する液体ポンプでは、
液漏れを完全遮断するために、圧送用回転体をポンプ本
体内に密封し、回転体を非接触で外部動力によって回転
させるポンプ方式が採用されている。
は液体ポンプで圧送する方式が採られている。その中で
も、塩素水、無機酸、アルカリ溶液、塩類水溶液、有機
溶媒などの一部危険な液体を輸送する液体ポンプでは、
液漏れを完全遮断するために、圧送用回転体をポンプ本
体内に密封し、回転体を非接触で外部動力によって回転
させるポンプ方式が採用されている。
【０００３】このような液体ポンプの典型例はマグネッ
トポンプである。マグネットポンプの一例は、主軸がケ
ーシングの内部に固定配置され、この主軸の外周に圧送
用のインペラを有した回転体が回転自在に軸受けされて
いる。この回転体にインナーマグネットが固定され、ケ
ーシングの外側に駆動回転されるアウターマグネットを
配置して構成される。
トポンプである。マグネットポンプの一例は、主軸がケ
ーシングの内部に固定配置され、この主軸の外周に圧送
用のインペラを有した回転体が回転自在に軸受けされて
いる。この回転体にインナーマグネットが固定され、ケ
ーシングの外側に駆動回転されるアウターマグネットを
配置して構成される。
【０００４】このマグネットポンプの作動は次のようで
ある。アウターマグネットとインナーマグネットの間に
は磁気引力又は磁気斥力が作用するように磁気極性を調
整しておく。アウターマグネットを電動回転させると、
磁気力によってインナーマグネットが従動回転し、その
結果回転体とインペラがケーシング内で回転する。イン
ペラ-の回転によって液体が吐出管へと送出される。
ある。アウターマグネットとインナーマグネットの間に
は磁気引力又は磁気斥力が作用するように磁気極性を調
整しておく。アウターマグネットを電動回転させると、
磁気力によってインナーマグネットが従動回転し、その
結果回転体とインペラがケーシング内で回転する。イン
ペラ-の回転によって液体が吐出管へと送出される。
【０００５】液体は吐出管側に送出されるだけでなく、
回転体の裏側へも一部逆流し、回転体と主軸の間の微小
間隙に薄流となって流れ、再びインペラ側へと帰還す
る。回転体と主軸の間に流れる輸送液体の薄流は、この
軸受部分に自己循環型の液体潤滑作用を生じ、主軸上で
の回転体の円滑な回転とマグネットポンプの定常運転を
保証する。
回転体の裏側へも一部逆流し、回転体と主軸の間の微小
間隙に薄流となって流れ、再びインペラ側へと帰還す
る。回転体と主軸の間に流れる輸送液体の薄流は、この
軸受部分に自己循環型の液体潤滑作用を生じ、主軸上で
の回転体の円滑な回転とマグネットポンプの定常運転を
保証する。
【０００６】液体ポンプの代表的な損傷は液体中に気泡
が発生することによって生起される。この気泡は、外部
からの空気の侵入、キャビテーション、液体の分解など
によって発生する。気泡が発生すると、気泡の多くは吐
出管へと流出するが、気泡の一部は回転体と主軸の間に
流れる薄流に紛れ込む。回転体と主軸の間隙は極めて小
さいから、気泡によって間隙が封鎖されることがよくあ
る。
が発生することによって生起される。この気泡は、外部
からの空気の侵入、キャビテーション、液体の分解など
によって発生する。気泡が発生すると、気泡の多くは吐
出管へと流出するが、気泡の一部は回転体と主軸の間に
流れる薄流に紛れ込む。回転体と主軸の間隙は極めて小
さいから、気泡によって間隙が封鎖されることがよくあ
る。
【０００７】気泡による間隙の封鎖は、主軸と回転体の
間が半乾燥潤滑状態又は固体潤滑状態になることを意味
する。その結果、この軸受部分に急激な摩擦発熱が生
じ、薄流による熱伝導が機能しないため発熱損傷が発生
し、この損傷は軸受寿命を短縮化させると同時に、結果
的にポンプ全体の破損を生起させる。
間が半乾燥潤滑状態又は固体潤滑状態になることを意味
する。その結果、この軸受部分に急激な摩擦発熱が生
じ、薄流による熱伝導が機能しないため発熱損傷が発生
し、この損傷は軸受寿命を短縮化させると同時に、結果
的にポンプ全体の破損を生起させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この損傷を検出するた
めに、従来から吐出圧力を検出したり、ポンプ内の液体
温度を検出したり、回転駆動用の電動機所要電流を検知
したり、液体ポンプの振動を検出する方法が採られてき
た。
めに、従来から吐出圧力を検出したり、ポンプ内の液体
温度を検出したり、回転駆動用の電動機所要電流を検知
したり、液体ポンプの振動を検出する方法が採られてき
た。
【０００９】液体の圧力や温度を検出する方法は、セン
サーを液体中に浸漬しなければならないから、防食設計
や液密設計が必要になる。特に、反応性の高い液体では
センサーを液体から保護することが困難になり、また液
体の漏出という最悪の事態がすることもあった。
サーを液体中に浸漬しなければならないから、防食設計
や液密設計が必要になる。特に、反応性の高い液体では
センサーを液体から保護することが困難になり、また液
体の漏出という最悪の事態がすることもあった。
【００１０】電動機所要電流の変化から異常発生を検出
する方法は汎用性の高い方法である。しかし、実際には
気泡発生に対して所要電流の顕著な変化は確認できず、
実用的ではない。振動検出方式は最も開発が進められて
いる方式である。この方式は、気泡が侵入すると通常と
は異なる振動が発生する特性を利用し、ポンプの筐体に
取り付けられた振動センサーで特殊振動を検出するもの
である。しかし、通常の機械振動と異常振動を区別する
ことは難しく、周囲環境によっても振動が異なるため、
汎用化することは当面期待できない。
する方法は汎用性の高い方法である。しかし、実際には
気泡発生に対して所要電流の顕著な変化は確認できず、
実用的ではない。振動検出方式は最も開発が進められて
いる方式である。この方式は、気泡が侵入すると通常と
は異なる振動が発生する特性を利用し、ポンプの筐体に
取り付けられた振動センサーで特殊振動を検出するもの
である。しかし、通常の機械振動と異常振動を区別する
ことは難しく、周囲環境によっても振動が異なるため、
汎用化することは当面期待できない。
【００１１】つまり、液体ポンプの異常検出に要求され
る性能は、異常と正常を区別できること、種々の液
体ポンプに同一のセンサーで対応できること、液体に
接触することなく容易に取り付けられること、耐久性
が高くメンテナンスが容易であること、等である。
る性能は、異常と正常を区別できること、種々の液
体ポンプに同一のセンサーで対応できること、液体に
接触することなく容易に取り付けられること、耐久性
が高くメンテナンスが容易であること、等である。
【００１２】従って、本発明に係る液体ポンプの異常検
出方法及びその装置は、液体を通過する超音波が気泡に
より減衰する性質を利用して、前述した４種の性能を満
足させながら、超音波の受信強度の変化から気泡発生を
検出することを目的とする。
出方法及びその装置は、液体を通過する超音波が気泡に
より減衰する性質を利用して、前述した４種の性能を満
足させながら、超音波の受信強度の変化から気泡発生を
検出することを目的とする。
【００１３】即ち、使用する周波数帯は機械振動よりも
高い領域であるから、異常振動と超音波を区別できる。
配管外部に超音波送受信器を取り付ければよいから、種
々のポンプに対応でき、液体と非接触である。しかも、
外部設置であるから耐久性があり、取り付けが簡単で且
つメンテナンスが容易である。
高い領域であるから、異常振動と超音波を区別できる。
配管外部に超音波送受信器を取り付ければよいから、種
々のポンプに対応でき、液体と非接触である。しかも、
外部設置であるから耐久性があり、取り付けが簡単で且
つメンテナンスが容易である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、吸込
管から吸込んだ液体を吐出管に送出し、しかもこの液体
を使用して回転体と主軸の間を液体潤滑する液体ポンプ
において、吐出管に吐出された液体中に超音波を発信
し、この液体を通過してきた超音波を受信し、超音波の
受信強度の減衰により液体中の気泡発生を検出すること
を特徴とする液体ポンプの気泡検出方法である。
管から吸込んだ液体を吐出管に送出し、しかもこの液体
を使用して回転体と主軸の間を液体潤滑する液体ポンプ
において、吐出管に吐出された液体中に超音波を発信
し、この液体を通過してきた超音波を受信し、超音波の
受信強度の減衰により液体中の気泡発生を検出すること
を特徴とする液体ポンプの気泡検出方法である。
【００１５】請求項２の発明は、請求項１に記載の気泡
検出方法により液体中に気泡が発生したことを検出し、
この気泡検出により液体ポンプに異常が発生したことを
報知する液体ポンプの異常検出方法である。
検出方法により液体中に気泡が発生したことを検出し、
この気泡検出により液体ポンプに異常が発生したことを
報知する液体ポンプの異常検出方法である。
【００１６】請求項３の発明は、吸込管から吸込んだ液
体を吐出管に送出し、しかもこの液体を使用して回転体
と主軸の間を液体潤滑する液体ポンプにおいて、液体ポ
ンプの吐出口近傍又は吐出管に配設される超音波発信器
及び超音波受信器と、超音波発信器から発射されて液体
中を通過してきた超音波を超音波受信器で受信して受信
強度を検出する検出制御回路から構成され、受信強度が
減衰したときに液体中の気泡発生を検出することを特徴
とする液体ポンプの気泡検出装置である。
体を吐出管に送出し、しかもこの液体を使用して回転体
と主軸の間を液体潤滑する液体ポンプにおいて、液体ポ
ンプの吐出口近傍又は吐出管に配設される超音波発信器
及び超音波受信器と、超音波発信器から発射されて液体
中を通過してきた超音波を超音波受信器で受信して受信
強度を検出する検出制御回路から構成され、受信強度が
減衰したときに液体中の気泡発生を検出することを特徴
とする液体ポンプの気泡検出装置である。
【００１７】請求項４の発明は、前記超音波発信器と超
音波受信器を流動する液体を挟んで対向配置する請求項
３に記載の液体ポンプの気泡検出装置である。
音波受信器を流動する液体を挟んで対向配置する請求項
３に記載の液体ポンプの気泡検出装置である。
【００１８】請求項５の発明は、前記超音波発信器と超
音波受信器を流動する液体に対し同じ側に配置する請求
項３に記載の液体ポンプの気泡検出装置。
音波受信器を流動する液体に対し同じ側に配置する請求
項３に記載の液体ポンプの気泡検出装置。
【００１９】請求項６の発明は、請求項3、４又は５に
記載の気泡検出装置において、気泡検出を通して液体ポ
ンプの異常発生を報知するアラーム回路を前記検出制御
回路に組み込んだことを特徴とする液体ポンプの異常検
出装置である。
記載の気泡検出装置において、気泡検出を通して液体ポ
ンプの異常発生を報知するアラーム回路を前記検出制御
回路に組み込んだことを特徴とする液体ポンプの異常検
出装置である。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る液体ポンプ
の異常検出方法及びその装置の実施形態を添付する図面
に従って詳細に説明する。
の異常検出方法及びその装置の実施形態を添付する図面
に従って詳細に説明する。
【００２１】図1は本発明に係る液体ポンプの異常検出
装置を取り付けたポンプ系の構成図である。液体ポンプ
２は吸込管４と吐出管６の間に介装され、液体Ｌを矢印
ａ方向から吸込み、矢印ｂ方向に送出している。吐出管
６には液体ポンプ異常検出装置８が取り付けられてい
る。
装置を取り付けたポンプ系の構成図である。液体ポンプ
２は吸込管４と吐出管６の間に介装され、液体Ｌを矢印
ａ方向から吸込み、矢印ｂ方向に送出している。吐出管
６には液体ポンプ異常検出装置８が取り付けられてい
る。
【００２２】この異常検出装置８は、吐出管６にアダプ
ター１０を取り付け、このアダプター１０に超音波発信
器１２と超音波受信器１４を対向配置して構成されてい
る。また、超音波発信器１２と超音波受信器１４を一体
化した超音波発受信器をアダプター１０に取り付けても
よい。この場合には、超音波発信器と超音波受信器が液
体流に対し同じ側に配置されたことになる。超音波信号
は検出制御回路Ｃにより発信受信制御される。
ター１０を取り付け、このアダプター１０に超音波発信
器１２と超音波受信器１４を対向配置して構成されてい
る。また、超音波発信器１２と超音波受信器１４を一体
化した超音波発受信器をアダプター１０に取り付けても
よい。この場合には、超音波発信器と超音波受信器が液
体流に対し同じ側に配置されたことになる。超音波信号
は検出制御回路Ｃにより発信受信制御される。
【００２３】次に、液体ポンプ系に気泡Ｂが発生する場
合を説明する。液体ポンプ２の始動時には空気が供給口
から液体中に混入しやすく、空気の気泡Ｂが液体Ｌと共
に吸込管４から液体ポンプ２に吸込まれてゆく。この気
泡Ｂは一時的なもので、液体ポンプ２の異常によるもの
ではないから、吐出管６から圧送される流れが定常流に
なると自然に無くなり、軸受に対する害悪作用は比較的
少ない。
合を説明する。液体ポンプ２の始動時には空気が供給口
から液体中に混入しやすく、空気の気泡Ｂが液体Ｌと共
に吸込管４から液体ポンプ２に吸込まれてゆく。この気
泡Ｂは一時的なもので、液体ポンプ２の異常によるもの
ではないから、吐出管６から圧送される流れが定常流に
なると自然に無くなり、軸受に対する害悪作用は比較的
少ない。
【００２４】問題となる気泡は、供給口や吸込管４の異
常による継続的な気泡発生や、液体ポンプ２の内部で継
続的に発生する気泡である。このような気泡は前述した
回転体と主軸の間の微小間隙部（軸受部）に継続的に吸
込まれ、そこに滞留して軸受部を流れる薄流を遮断する
確率が急激に高くなる。液体ポンプ２の内部における気
泡発生原因には、キャビテーションや液体の自己分解に
よる気泡発生が考えられる。
常による継続的な気泡発生や、液体ポンプ２の内部で継
続的に発生する気泡である。このような気泡は前述した
回転体と主軸の間の微小間隙部（軸受部）に継続的に吸
込まれ、そこに滞留して軸受部を流れる薄流を遮断する
確率が急激に高くなる。液体ポンプ２の内部における気
泡発生原因には、キャビテーションや液体の自己分解に
よる気泡発生が考えられる。
【００２５】気泡が主軸と回転体の間にある軸受部に滞
留し、軸受部を流れる薄流を遮断すると、軸受部の液体
潤滑が壊れ、半固体潤滑や固体潤滑となって摩擦発熱に
より過加熱状態となる。この過加熱状態は定温で輸送す
べき液体を過剰に加熱したり、液体ポンプの故障を誘発
し、液体ポンプを損傷させることが多い。
留し、軸受部を流れる薄流を遮断すると、軸受部の液体
潤滑が壊れ、半固体潤滑や固体潤滑となって摩擦発熱に
より過加熱状態となる。この過加熱状態は定温で輸送す
べき液体を過剰に加熱したり、液体ポンプの故障を誘発
し、液体ポンプを損傷させることが多い。
【００２６】図２は超音波発受信器の対向配置における
超音波の減衰原因の説明図である。容器１６の底に発泡
板１８を配置し、液体Ｌの中に気泡Ｂを発生させる。こ
の気泡Ｂに対し超音波発信器１２から超音波２０を発射
する。超音波２０は気泡Ｂにより散乱２２及び反射２４
を起こして減衰し、残余の超音波が透過する。この透過
超音波２６は超音波受信器１４により検出される。
超音波の減衰原因の説明図である。容器１６の底に発泡
板１８を配置し、液体Ｌの中に気泡Ｂを発生させる。こ
の気泡Ｂに対し超音波発信器１２から超音波２０を発射
する。超音波２０は気泡Ｂにより散乱２２及び反射２４
を起こして減衰し、残余の超音波が透過する。この透過
超音波２６は超音波受信器１４により検出される。
【００２７】超音波発信器１２と超音波受信器１４の対
向距離をＤとし、液体の超音波速度をＶとすると、発射
後に透過超音波２６が受信される時間ｔはｔ＝Ｄ／Ｖで
与えられる。従って、超音波受信器１４の信号を検出制
御回路Ｃで検出すると、ｔ＝Ｄ／Ｖの時刻から透過超音
波２６の受信が始まる。この受信超音波を計測すると、
発泡時の受信強度は無発泡時の受信強度より相当程度減
衰しているはずである。この受信強度の減衰を計測し
て、気泡Ｂを検出することになる。
向距離をＤとし、液体の超音波速度をＶとすると、発射
後に透過超音波２６が受信される時間ｔはｔ＝Ｄ／Ｖで
与えられる。従って、超音波受信器１４の信号を検出制
御回路Ｃで検出すると、ｔ＝Ｄ／Ｖの時刻から透過超音
波２６の受信が始まる。この受信超音波を計測すると、
発泡時の受信強度は無発泡時の受信強度より相当程度減
衰しているはずである。この受信強度の減衰を計測し
て、気泡Ｂを検出することになる。
【００２８】図３は液体ポンプの拡大概略断面図であ
る。液体ポンプ２は閉鎖板４４で一体化されたフロント
ケーシング３０とリアーケーシング４６の中に構成され
ている。吸込口３４を有する吸込受フランジ３２は吸込
管フランジ４ａと連結されて吸込管４に接続される。吐
出口３８を有する吐出受フランジ３６は吐出管フランジ
６ａと連結されて吐出管６に接続される。
る。液体ポンプ２は閉鎖板４４で一体化されたフロント
ケーシング３０とリアーケーシング４６の中に構成され
ている。吸込口３４を有する吸込受フランジ３２は吸込
管フランジ４ａと連結されて吸込管４に接続される。吐
出口３８を有する吐出受フランジ３６は吐出管フランジ
６ａと連結されて吐出管６に接続される。
【００２９】フロントケーシング３０の中には、支持板
４０、４０によりフロントブラケット４２が支持されて
おり、リアーケーシング４６にはリアーブラケット４８
が形成されている。主軸５０はフロントブラケット４２
とリアーブラケット４８により両端を支持されている。
この主軸５０は主軸頭部５０、主軸中間部５０ｂ及び主
軸本体５０ａから構成され、両ブラケット４２、４８間
に固定状態に配置される。
４０、４０によりフロントブラケット４２が支持されて
おり、リアーケーシング４６にはリアーブラケット４８
が形成されている。主軸５０はフロントブラケット４２
とリアーブラケット４８により両端を支持されている。
この主軸５０は主軸頭部５０、主軸中間部５０ｂ及び主
軸本体５０ａから構成され、両ブラケット４２、４８間
に固定状態に配置される。
【００３０】主軸５０の外周には前述した回転体を構成
するマグネットライニング５４が回転自在に嵌合され、
このマグネットライニング５４には圧送用のインペラ５
２が一体に構成されている。マグネットライニング５４
の中にはインナーマグネット５６が固定され、またその
内周部６２にはフロントベアリング６４が内嵌されてい
る。つまり、フロントベアリング６４が主軸本体５０ａ
の外周に外嵌されて構成される。
するマグネットライニング５４が回転自在に嵌合され、
このマグネットライニング５４には圧送用のインペラ５
２が一体に構成されている。マグネットライニング５４
の中にはインナーマグネット５６が固定され、またその
内周部６２にはフロントベアリング６４が内嵌されてい
る。つまり、フロントベアリング６４が主軸本体５０ａ
の外周に外嵌されて構成される。
【００３１】フロントベアリング６４と主軸本体５０ａ
の間には微小間隙部６３が形成され、この微小間隙部６
３に輸送液体の薄流が流れて液体潤滑され、フロントベ
アリング６４が主軸本体５０ａの外周を円滑に継続回転
できる。
の間には微小間隙部６３が形成され、この微小間隙部６
３に輸送液体の薄流が流れて液体潤滑され、フロントベ
アリング６４が主軸本体５０ａの外周を円滑に継続回転
できる。
【００３２】リアーケーシング４６の外周にはアウター
マグネット５８が配置され、駆動回転機構６０によって
駆動回転されるように構成されている。このアウターマ
グネット５８と前記インナーマグネット５６とは対向
し、両マグネット５６、５８は反対極性に設定される。
従って、両者には磁気引力が作用する。磁気引力により
インナーマグネット５６はアウターマグネット５８と同
方向に回転するように構成されている。
マグネット５８が配置され、駆動回転機構６０によって
駆動回転されるように構成されている。このアウターマ
グネット５８と前記インナーマグネット５６とは対向
し、両マグネット５６、５８は反対極性に設定される。
従って、両者には磁気引力が作用する。磁気引力により
インナーマグネット５６はアウターマグネット５８と同
方向に回転するように構成されている。
【００３３】次に、この液体ポンプ２の作動について説
明する。駆動回転機構６０によりアウターマグネット５
８を矢印ｃ方向に回転させると、インナーマグネット５
６を有するマグネットライニング５４がインペラ５２と
共に矢印ｄ方向に磁気引力により回転する。
明する。駆動回転機構６０によりアウターマグネット５
８を矢印ｃ方向に回転させると、インナーマグネット５
６を有するマグネットライニング５４がインペラ５２と
共に矢印ｄ方向に磁気引力により回転する。
【００３４】インペラ５２の回転によって液体は矢印ａ
方向から矢印ｅ方向に吸引され、インペラ５２から矢印
ｆ方向に送出された液体は吐出管６を矢印ｂ方向に圧送
されてゆく。しかし、液体の一部はインペラ５２から矢
印ｊ方向にも流出し、矢印ｋ方向にフィードバックされ
る。
方向から矢印ｅ方向に吸引され、インペラ５２から矢印
ｆ方向に送出された液体は吐出管６を矢印ｂ方向に圧送
されてゆく。しかし、液体の一部はインペラ５２から矢
印ｊ方向にも流出し、矢印ｋ方向にフィードバックされ
る。
【００３５】特に、矢印ｇ方向に流出した液体はマグネ
ットライニング５４の後方を迂回し、微小間隙部６３を
矢印ｈ方向に流動した後、矢印ｉ方向にインペラ５２へ
とフィードバックされる。矢印ｈ方向の流れは前述した
軸受部の薄流である。この薄流が適切に流れていると、
微小間隙部６３は適正に液体潤滑され、マグネットライ
ニング５４は主軸本体５０ａの外周を異常発熱すること
なく安定に回転を続けることができる。
ットライニング５４の後方を迂回し、微小間隙部６３を
矢印ｈ方向に流動した後、矢印ｉ方向にインペラ５２へ
とフィードバックされる。矢印ｈ方向の流れは前述した
軸受部の薄流である。この薄流が適切に流れていると、
微小間隙部６３は適正に液体潤滑され、マグネットライ
ニング５４は主軸本体５０ａの外周を異常発熱すること
なく安定に回転を続けることができる。
【００３６】ところが気泡Ｂが矢印ｇ方向に流れ込むと
種々の問題が生じる。前述したように、気泡Ｂは吸込管
４から導入される場合もあるが、液体ポンプの中でもキ
ャビテーションや液体の分解反応によって気泡Ｂが発生
する。この気泡Ｂはフィードバック流に乗り、矢印ｇ方
向から流入し、微小間隙部６３を流通する。
種々の問題が生じる。前述したように、気泡Ｂは吸込管
４から導入される場合もあるが、液体ポンプの中でもキ
ャビテーションや液体の分解反応によって気泡Ｂが発生
する。この気泡Ｂはフィードバック流に乗り、矢印ｇ方
向から流入し、微小間隙部６３を流通する。
【００３７】気泡Ｂは狭い管路を封鎖する性質を有す
る。この気泡Ｂが微小間隙部６３に滞留して薄流を遮断
すると、微小間隙部６３の液体潤滑が破れ、固体潤滑又
は半固体潤滑の状態が出現する。微小間隙部６３では急
激に摩擦熱が発生し、しかもこの発生熱は局部的に作用
するからその部分を融解破断して液体ポンプ２を損傷・
破壊に到らしめる。
る。この気泡Ｂが微小間隙部６３に滞留して薄流を遮断
すると、微小間隙部６３の液体潤滑が破れ、固体潤滑又
は半固体潤滑の状態が出現する。微小間隙部６３では急
激に摩擦熱が発生し、しかもこの発生熱は局部的に作用
するからその部分を融解破断して液体ポンプ２を損傷・
破壊に到らしめる。
【００３８】このような損傷を未然に防止するために、
吐出管６に気泡検出装置８を取り付け、透過超音波の受
信強度の減衰により気泡発生を検出し、アラームを発生
して、液体ポンプの異常を報知するものである。
吐出管６に気泡検出装置８を取り付け、透過超音波の受
信強度の減衰により気泡発生を検出し、アラームを発生
して、液体ポンプの異常を報知するものである。
【００３９】図４は超音波発信器と超音波受信器を一体
化した超音波発受信器による気泡検出の説明図である。
容器１６の一端には超音波発受信器１３が配置されてい
る。超音波発受信器１３は超音波発信器１２と超音波受
信器１４を一体化したセンサーで、超音波を発信すると
同時に超音波を受信することができる。使用する超音波
の振動数は１ＭＨｚであるが、この振動数は自在に設定
することができる。
化した超音波発受信器による気泡検出の説明図である。
容器１６の一端には超音波発受信器１３が配置されてい
る。超音波発受信器１３は超音波発信器１２と超音波受
信器１４を一体化したセンサーで、超音波を発信すると
同時に超音波を受信することができる。使用する超音波
の振動数は１ＭＨｚであるが、この振動数は自在に設定
することができる。
【００４０】この超音波発受信器１３を用いると、超音
波発信器１２と超音波受信器１４は液体流に対して同じ
側に配置されることになる。超音波発信器１２により発
射された超音波は容器の直径距離Ｄを往復して超音波受
信器１４により受信される。この場合には、超音波は往
復の過程で気泡Ｂにより減衰を受けるから、図２の片道
受信強度より減衰が大きく、気泡検出の精度は高くな
る。
波発信器１２と超音波受信器１４は液体流に対して同じ
側に配置されることになる。超音波発信器１２により発
射された超音波は容器の直径距離Ｄを往復して超音波受
信器１４により受信される。この場合には、超音波は往
復の過程で気泡Ｂにより減衰を受けるから、図２の片道
受信強度より減衰が大きく、気泡検出の精度は高くな
る。
【００４１】図５は気泡がある場合と無い場合の受信強
度の比較図である。容器の直径距離Ｄは３０．７ｃｍ、
超音波速度Ｖは１５００ｍ／ｓであるから、受信時間ｔ
はｔ＝２Ｄ／Ｖ＝２×０．３０７／１５００＝４１０
（μｓ）で与えられる。従って、超音波発射から４１０
μｓ後の受信強度を比較して気泡を存否を検出する。
度の比較図である。容器の直径距離Ｄは３０．７ｃｍ、
超音波速度Ｖは１５００ｍ／ｓであるから、受信時間ｔ
はｔ＝２Ｄ／Ｖ＝２×０．３０７／１５００＝４１０
（μｓ）で与えられる。従って、超音波発射から４１０
μｓ後の受信強度を比較して気泡を存否を検出する。
【００４２】（ａ）は気泡が無い場合の受信強度を示
し、Ｖp-p＝０．３〜０．４（Ｖ）とかなり大きいこと
が分かる。他方、（ｂ）は気泡がある場合の受信強度を
示し、Ｖp-p＝０．２〜０．１（Ｖ）とかなり小さくな
る。気泡が存在すると、受信強度は１／２に減衰するこ
とが分かる。この減衰によって気泡の発生を検出し、液
体ポンプ２に異常が発生したことを報知する。
し、Ｖp-p＝０．３〜０．４（Ｖ）とかなり大きいこと
が分かる。他方、（ｂ）は気泡がある場合の受信強度を
示し、Ｖp-p＝０．２〜０．１（Ｖ）とかなり小さくな
る。気泡が存在すると、受信強度は１／２に減衰するこ
とが分かる。この減衰によって気泡の発生を検出し、液
体ポンプ２に異常が発生したことを報知する。
【００４３】図６は反射超音波を利用した気泡検出の説
明図である。発泡器１８は容器１６の中央に設置されて
いるから、気泡までの距離ｄはｄ＝Ｄ／２で与えられ
る。従って、ｄ＝１５ｃｍであるから、受信時間ｔはｔ
＝２ｄ／Ｖで与えられ、計算すると、ｔ＝４００（μ
ｓ）となる。超音波振動数は１ＭＨｚである。
明図である。発泡器１８は容器１６の中央に設置されて
いるから、気泡までの距離ｄはｄ＝Ｄ／２で与えられ
る。従って、ｄ＝１５ｃｍであるから、受信時間ｔはｔ
＝２ｄ／Ｖで与えられ、計算すると、ｔ＝４００（μ
ｓ）となる。超音波振動数は１ＭＨｚである。
【００４４】図７は気泡がある場合と無い場合の反射超
音波による受信強度の比較図である。（ａ）は気泡が無
い場合を示し、（ｂ）は気泡がある場合を示している。
受信強度の単位はｍＶであり、図４の透過超音波と比較
すると、受信強度が全体に小さくなる傾向にある。図７
で判断する限り、（ａ）と（ｂ）の受信強度にそれほど
目立った差異は見られない。
音波による受信強度の比較図である。（ａ）は気泡が無
い場合を示し、（ｂ）は気泡がある場合を示している。
受信強度の単位はｍＶであり、図４の透過超音波と比較
すると、受信強度が全体に小さくなる傾向にある。図７
で判断する限り、（ａ）と（ｂ）の受信強度にそれほど
目立った差異は見られない。
【００４５】図８は気泡がある場合と気泡が無い場合の
差信号の検出波形図である。差信号であるため信号強度
は更に小さくなるが、気泡による反射波がｍＶ単位で明
らかに検出されていることが分かる。従って、反射超音
波を利用しても、透過超音波と同様に気泡を検出するこ
とが可能になる。
差信号の検出波形図である。差信号であるため信号強度
は更に小さくなるが、気泡による反射波がｍＶ単位で明
らかに検出されていることが分かる。従って、反射超音
波を利用しても、透過超音波と同様に気泡を検出するこ
とが可能になる。
【００４６】図９は超音波の受信強度に与える機械振動
の影響を調べる装置図である。超音波発信器１２と超音
波受信器１４を容器１６に対向配置する。容器１６の底
板下面には振動板７０が配設されている。超音波受信器
１４は透過超音波と共に振動板による機械振動波を受信
する。超音波振動数ｆは１ＭＨｚである。
の影響を調べる装置図である。超音波発信器１２と超音
波受信器１４を容器１６に対向配置する。容器１６の底
板下面には振動板７０が配設されている。超音波受信器
１４は透過超音波と共に振動板による機械振動波を受信
する。超音波振動数ｆは１ＭＨｚである。
【００４７】図１０は振動板の振動数が数十ｋＨｚ以下
のときの検出波形図である。超音波の片道透過波を検出
する構成であるから、受信時間ｔはｔ＝Ｄ／Ｖで与えら
れ、ｔ＝２０５（μｓ）になる。約２００μｓを越えた
領域に受信波形が観察されるが、この波形は超音波の受
信波形である。振動板７０による機械振動波は観察され
ないから、機械振動の周波数が数十ｋＨｚ以下では、機
械振動は気泡検出に全く影響を与えないことが分かる。
のときの検出波形図である。超音波の片道透過波を検出
する構成であるから、受信時間ｔはｔ＝Ｄ／Ｖで与えら
れ、ｔ＝２０５（μｓ）になる。約２００μｓを越えた
領域に受信波形が観察されるが、この波形は超音波の受
信波形である。振動板７０による機械振動波は観察され
ないから、機械振動の周波数が数十ｋＨｚ以下では、機
械振動は気泡検出に全く影響を与えないことが分かる。
【００４８】図１１は振動板の振動数が８００ｋＨｚの
ときの検出波形図である。振動板の振動数が８００ｋＨ
ｚであるから、１ＭＨｚの超音波振動数にかなり接近し
ている。その結果、全時間領域を通してノイズが観察さ
れ、特に２００μｓ以下でノイズ波形が明確に理解でき
る。しかい、このノイズ波形は超音波の受信波形に影響
を与えるには到っていない。
ときの検出波形図である。振動板の振動数が８００ｋＨ
ｚであるから、１ＭＨｚの超音波振動数にかなり接近し
ている。その結果、全時間領域を通してノイズが観察さ
れ、特に２００μｓ以下でノイズ波形が明確に理解でき
る。しかい、このノイズ波形は超音波の受信波形に影響
を与えるには到っていない。
【００４９】前述したように、従来でも液体ポンプの筐
体に振動センサーを取り付けて振動異常を検出する方法
が存在していた。この従来方法では気泡振動と環境機械
振動を区別することができなかった。しかし、本発明方
法は高振動数の超音波を使用しているため、環境に起因
する機械振動と超音波振動とを明確に分離することに成
功している。
体に振動センサーを取り付けて振動異常を検出する方法
が存在していた。この従来方法では気泡振動と環境機械
振動を区別することができなかった。しかし、本発明方
法は高振動数の超音波を使用しているため、環境に起因
する機械振動と超音波振動とを明確に分離することに成
功している。
【００５０】環境に起因する機械振動の振動数も広範囲
に分布するのが実情である。機械振動数が超音波振動数
にかなり接近したときには、超音波の受信強度に相当の
影響を与える。このような場合には、本発明では超音波
の振動数を変更することによって対応できる。超音波の
振動数は自在に設定することができるから、環境振動数
に応じた超音波振動数の帯域を使用して気泡検出を確実
に行うことができる。
に分布するのが実情である。機械振動数が超音波振動数
にかなり接近したときには、超音波の受信強度に相当の
影響を与える。このような場合には、本発明では超音波
の振動数を変更することによって対応できる。超音波の
振動数は自在に設定することができるから、環境振動数
に応じた超音波振動数の帯域を使用して気泡検出を確実
に行うことができる。
【００５１】図１２は検出制御回路のフローチャートの
一例である。ステップｎ１で超音波信号Ｖを受信する。
この受信信号Ｖがゼロであればｎ１に戻り、Ｖが正であ
れば信号があったものと判断してｎ３に進む（ｎ２）。
信号Ｖに限界強度Ｖ0を設定し、ΔＶ＝Ｖ−Ｖ0を計算す
る。この限界強度Ｖ0より大きければ気泡はなく、限界
強度以下であれば気泡があるものとする。ΔＶがゼロ以
上であれば気泡がなかったものと判断しｎ１に帰還する
（ｎ４）。ΔＶが負であれば気泡があると判断し、アラ
ームを報知し（ｎ５）、液体ポンプを停止させる（ｎ
６）。
一例である。ステップｎ１で超音波信号Ｖを受信する。
この受信信号Ｖがゼロであればｎ１に戻り、Ｖが正であ
れば信号があったものと判断してｎ３に進む（ｎ２）。
信号Ｖに限界強度Ｖ0を設定し、ΔＶ＝Ｖ−Ｖ0を計算す
る。この限界強度Ｖ0より大きければ気泡はなく、限界
強度以下であれば気泡があるものとする。ΔＶがゼロ以
上であれば気泡がなかったものと判断しｎ１に帰還する
（ｎ４）。ΔＶが負であれば気泡があると判断し、アラ
ームを報知し（ｎ５）、液体ポンプを停止させる（ｎ
６）。
【００５２】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種
々の変形例、設計変更等をその技術的範囲内に包含する
ものであることは云うまでも無い。
なく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種
々の変形例、設計変更等をその技術的範囲内に包含する
ものであることは云うまでも無い。
【００５３】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、超音波の受信
強度の減衰から気泡を確実に検出することができる。し
かも超音波振動数を適切に設定することにより、異常振
動と気泡発生とを明確に区別できる。
強度の減衰から気泡を確実に検出することができる。し
かも超音波振動数を適切に設定することにより、異常振
動と気泡発生とを明確に区別できる。
【００５４】請求項２の発明によれば、気泡を検出する
ことにより液体ポンプに異常が発生したことを報知でき
る。気泡の発生は液体ポンプの液体潤滑を破壊するか
ら、気泡発生を検出して液体ポンプの損傷を未然に防止
し、液体ポンプの長寿命化を達成できる。
ことにより液体ポンプに異常が発生したことを報知でき
る。気泡の発生は液体ポンプの液体潤滑を破壊するか
ら、気泡発生を検出して液体ポンプの損傷を未然に防止
し、液体ポンプの長寿命化を達成できる。
【００５５】請求項３の発明によれば、液体ポンプや吐
出管の外部に超音波発受信器を配設するだけで気泡を検
出できるから、種々の液体ポンプに同一のセンサーで対
応でき、しかも液体に接触させることなく容易に取り付
けることができる。その結果、気泡検出装置の耐久性が
高く、メンテナンスも容易にできる。
出管の外部に超音波発受信器を配設するだけで気泡を検
出できるから、種々の液体ポンプに同一のセンサーで対
応でき、しかも液体に接触させることなく容易に取り付
けることができる。その結果、気泡検出装置の耐久性が
高く、メンテナンスも容易にできる。
【００５６】請求項４の発明によれば、超音波発信器と
超音波受信器を対向配置して気泡検出装置を構成するか
ら、超音波受信器には反射波や散乱波などの雑信号が入
りにくく、気泡の検出を高精度に行うことができる。
超音波受信器を対向配置して気泡検出装置を構成するか
ら、超音波受信器には反射波や散乱波などの雑信号が入
りにくく、気泡の検出を高精度に行うことができる。
【００５７】請求項５の発明によれば、超音波発信器と
超音波受信器を一体化した超音波発受信器を使用するか
ら、装置の構成が簡単になり、液体ポンプ配管系への取
付や取り外し、並びにメンテナンスが容易になる。
超音波受信器を一体化した超音波発受信器を使用するか
ら、装置の構成が簡単になり、液体ポンプ配管系への取
付や取り外し、並びにメンテナンスが容易になる。
【００５８】請求項６の発明によれば、アラーム回路を
検出制御回路に組み込んだから、気泡を検出すると、液
体ポンプに異常が発生したこと、又は異常が発生する可
能性が高いことを報知でき、液体ポンプのメンテナンス
を容易にして液体ポンプの長寿命化を達成できる。
検出制御回路に組み込んだから、気泡を検出すると、液
体ポンプに異常が発生したこと、又は異常が発生する可
能性が高いことを報知でき、液体ポンプのメンテナンス
を容易にして液体ポンプの長寿命化を達成できる。
【図１】本発明に係る液体ポンプの異常検出装置を取り
付けたポンプ系の構成図である。
付けたポンプ系の構成図である。
【図２】超音波発受信器の対向配置における超音波の減
衰原因の説明図である。
衰原因の説明図である。
【図３】液体ポンプの拡大概略断面図である。
【図４】超音波発信器と超音波受信器を一体化した超音
波発受信器による気泡検出の説明図である。
波発受信器による気泡検出の説明図である。
【図５】気泡がある場合と無い場合の受信強度の比較図
である。
である。
【図６】反射超音波を利用した気泡検出の説明図であ
る。
る。
【図７】気泡がある場合と無い場合の反射超音波による
受信強度の比較図である。
受信強度の比較図である。
【図８】気泡がある場合と気泡が無い場合の差信号の検
出波形図である。
出波形図である。
【図９】超音波の受信強度に与える機械振動の影響を調
べる装置図である。
べる装置図である。
【図１０】振動板の振動数が数十ｋＨｚ以下のときの検
出波形図である。
出波形図である。
【図１１】振動板の振動数が８００ｋＨｚのときの検出
波形図である。
波形図である。
【図１２】検出制御回路のフローチャートの一例であ
る。
る。
２は液体ポンプ、４は吸込管、４ａは吸込管フランジ、
６は吐出管、６ａは吐出管フランジ、８は異常検出装
置、１０はアダプター、１２は超音波発信器、１３は超
音波発受信器、１４は超音波受信器、１６は容器、１８
は発泡板、２０は超音波、２２は散乱超音波、２４は反
射超音波、２６は透過超音波、３０はフロントケーシン
グ、３２は吸込受フランジ、３４は吸込口、３６は吐出
受フランジ、３８は吐出口、４０は支持板、４２はフロ
ントブラケット、４４は閉鎖板、４６はリアーケーシン
グ、４８はリアーブラケット、５０は主軸、５０ａは主
軸本体、５０ｂは主軸中間部、５０ｃは主軸頭部、５２
はインペラ、５４はマグネットライニング、５６はイン
ナーマグネット、５８はアウターマグネット、６０は回
転駆動機構、６２は内周部、６３は微小間隙部、６４は
フロントベアリング、６６はリアベアリング、６８はリ
アスラスト、７０は振動板、Ｂは気泡、Ｄは距離、Ｌは
液体。
６は吐出管、６ａは吐出管フランジ、８は異常検出装
置、１０はアダプター、１２は超音波発信器、１３は超
音波発受信器、１４は超音波受信器、１６は容器、１８
は発泡板、２０は超音波、２２は散乱超音波、２４は反
射超音波、２６は透過超音波、３０はフロントケーシン
グ、３２は吸込受フランジ、３４は吸込口、３６は吐出
受フランジ、３８は吐出口、４０は支持板、４２はフロ
ントブラケット、４４は閉鎖板、４６はリアーケーシン
グ、４８はリアーブラケット、５０は主軸、５０ａは主
軸本体、５０ｂは主軸中間部、５０ｃは主軸頭部、５２
はインペラ、５４はマグネットライニング、５６はイン
ナーマグネット、５８はアウターマグネット、６０は回
転駆動機構、６２は内周部、６３は微小間隙部、６４は
フロントベアリング、６６はリアベアリング、６８はリ
アスラスト、７０は振動板、Ｂは気泡、Ｄは距離、Ｌは
液体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 AA03 AC08 BA01 BA02 BC03 EA08 EA21 GG28 GH05 3H020 AA01 BA22 CA00 DA02 EA01 3H022 AA01 BA06 BA07 CA16 CA46 CA50 DA09 DA18 3H045 AA06 AA08 AA12 AA22 BA43 CA23 EA12 EA26 3H071 AA01 BB03 CC44 DD31 DD84
Claims (6)
- 【請求項１】 吸込管から吸込んだ液体を吐出管に送出
し、しかもこの液体を使用して回転体と主軸の間を液体
潤滑する液体ポンプにおいて、吐出管に吐出された液体
中に超音波を発信し、この液体を通過してきた超音波を
受信し、超音波の受信強度の減衰により液体中の気泡発
生を検出することを特徴とする液体ポンプの気泡検出方
法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の気泡検出方法により液
体中に気泡が発生したことを検出し、この気泡検出によ
り液体ポンプに異常が発生したことを報知する液体ポン
プの異常検出方法。 - 【請求項３】 吸込管から吸込んだ液体を吐出管に送出
し、しかもこの液体を使用して回転体と主軸の間を液体
潤滑する液体ポンプにおいて、液体ポンプの吐出口近傍
又は吐出管に配設される超音波発信器及び超音波受信器
と、超音波発信器から発射されて液体中を通過してきた
超音波を超音波受信器で受信して受信強度を検出する検
出制御回路から構成され、受信強度が減衰したときに液
体中の気泡発生を検出することを特徴とする液体ポンプ
の気泡検出装置。 - 【請求項４】 前記超音波発信器と超音波受信器を流動
する液体を挟んで対向配置する請求項３に記載の液体ポ
ンプの気泡検出装置。 - 【請求項５】 前記超音波発信器と超音波受信器を流動
する液体に対し同じ側に配置する請求項３に記載の液体
ポンプの気泡検出装置。 - 【請求項６】 請求項3、４又は５に記載の気泡検出装
置において、気泡検出を通して液体ポンプの異常発生を
報知するアラーム回路を前記検出制御回路に組み込んだ
ことを特徴とする液体ポンプの異常検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033112A JP2002236111A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 液体ポンプの気泡検出方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033112A JP2002236111A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 液体ポンプの気泡検出方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002236111A true JP2002236111A (ja) | 2002-08-23 |
Family
ID=18896916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001033112A Pending JP2002236111A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 液体ポンプの気泡検出方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002236111A (ja) |
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-
2001
- 2001-02-09 JP JP2001033112A patent/JP2002236111A/ja active Pending
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