JP2004316606A

JP2004316606A - 回転機械の軸受摩耗検知装置

Info

Publication number: JP2004316606A
Application number: JP2003114409A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Ishizuka; 忍石塚; Yukio Toyama; 幸雄外山; Akira Wada; 朗和田; Takahisa Sekino; 孝久関野
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】回転機械のラジアル方向およびアキシャル方向の軸受の摩耗の進行状況を、電気的な検出手段を用いて容易に検出でき、且つ軸受の摩耗による信号のオフセット調整作業等を容易に行えるようにした回転機械の軸受摩耗検知装置を提供する。
【解決手段】回転軸を軸受で支承する回転機械において、軸受摩耗によるセンサからの信号を処理する検出回路基板と、検出回路基板で検出した軸受の摩耗状況を表示する表示器とを備え、検出回路基板のオフセット調整を外部から行えるようにした。検出回路基板と表示器とが、密閉された端子箱内に収容され、表示器がガラス窓を介して外部から目視可能であることが好ましい。また、検出回路基板のオフセット調整は、該検出回路基板に備えた半固定抵抗器をドライバにより調整するものであることが好ましい。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転機械の軸受摩耗検知装置に係り、特に、ラジアル方向およびアキシャル方向の軸受の摩耗の進行状況を電気的な検出手段を用いて容易に監視できる軸受摩耗検出器を備えたキャンドモータポンプ等の回転機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、キャンドモータポンプにおける軸受摩耗検知装置の一構成例を示す。モータポンプの本体上部には、端子箱本体８１が取り付けられている。端子箱本体はモータ軸心に平行で、概ね円筒状に形成されている。円筒状の開口部の端部には端子箱蓋８２Ａがボルトで固着され、端子箱本体の反対側の開口部には端子箱蓋８２Ｂがボルトで固着されている。また、端子箱本体の内部には軸受摩耗によるセンサからの信号を処理する検出回路基板８３と、該検出回路基板で検出した軸受の摩耗状況を表示する表示器８４とが配置されている。表示器８４の反対側の開口部８５はポンプモータケーシングとの接続用の開口部であり、図示しないモータ本体と端子箱本体８１とがボルトで固着されている。
【０００３】
検出回路基板８３はモータからの軸受摩耗による信号を処理する回路素子を搭載した基板から構成されていて、検出回路基板８３の箱体内部側に、軸受の摩耗による信号をオフセット調整するための半固定抵抗器８６が配設されている。この軸受摩耗検出器は、検出回路基板８３で軸受摩耗による信号を処理した摩耗状況を表示するためのメータ（表示器）８４を備えていて、端子箱本体８１の外部と内部を気密に仕切るガラス窓８７Ａが備えられている。表示器８４はガラス窓８７Ａの内部側に配置され、表示器８４のメータの針の表示が、ガラス窓８７Ａを通して外部から確認できる構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成されたポンプモータの軸受摩耗検出用端子箱８１で、検出回路基板８３のオフセット調整をする場合には、通電中に図示しないドライバなどで半固定抵抗器８６を廻して調整することになる。しかしながら、この作業は端子箱蓋８２Ａを取り外して行う必要があり面倒である。また、防爆地域にポンプモータが設置されている場合は、通電中に端子箱蓋８２Ａを開けることは出来ないので、設置現場雰囲気の引火の危険性を取り除くか、防爆地域外へ移動して、外部電源を接続して調整作業をすることになる。いずれにしても作業が大変に面倒である。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、回転機械のラジアル方向およびアキシャル方向の軸受の摩耗の進行状況を、電気的な検出手段を用いて容易に検出でき、且つ軸受の摩耗による信号のオフセット調整作業等を容易に行えるようにした回転機械の軸受摩耗検知装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転機械の軸受摩耗検知装置は、回転軸を軸受で支承する回転機械において、軸受摩耗によるセンサからの信号を処理する検出回路基板と、該検出回路基板で検出した軸受の摩耗状況を表示する表示器とを備え、前記検出回路基板のオフセット調整を外部から行えるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
また、前記検出回路基板と前記表示器とが、密閉された端子箱内に収容され、前記表示器がガラス窓を介して外部から目視可能であることが好ましく、前記検出回路基板のオフセット調整は、該検出回路基板に備えた半固定抵抗器をドライバにより調整するものであることが好ましい。ここで、前記端子箱にドライバを回転可能に備えることが好ましい。
【０００８】
これにより、検出回路基板のオフセット調整を通電中にガラス窓から表示器のメータの振れ等を確認しつつ端子箱に回転可能に備えたドライバなどにより半固定抵抗器を回して調整することが出来る。従って、密閉構造のポンプケーシング内部に存在する軸受摩耗検知器のオフセット調整などを容易に行うことが出来るので、モータポンプ等の回転機械の安全確実な運転を確保することが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１乃至図７を参照しながら説明する。なお、各図中、同一機能を有する要素また部材には同一符号を付して、その重複した説明を省略する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態のキャンドモータポンプの構成例を示す断面図である。図１に示すように、このキャンドモータポンプはポンプ部Ｐとモータ部Ｍとからなる。ポンプ部Ｐのポンプケーシング１の内部には、羽根車２が配置されているとともに、ポンプケーシング１の高圧側の開口部には、ケーシングカバー３が固着されている。また、ケーシングカバー３には、羽根車２を通過した後の昇圧されたポンプ取扱液の一部を導く流通孔４が形成されている。
【００１１】
前記ケーシングカバー３の内部には、ロータ５の一端が挿通され、このロータ５の一端に、ここに嵌合されたディスタンスピース（スリーブ）６、スラスト板７ａ、軸スリーブ８ａおよび羽根車２がボルト２２により固定されている。また、ロータ５の他端には、スラスト板７ｂおよび軸スリーブ８ｂがボルト２３により固定されている。
【００１２】
ロータ５は、その両端で一対の軸受９ａ，９ｂを介して回転自在に支承されているとともに、そのほぼ中央部にモータ部Ｍの回転子１０が固着され、ケーシングカバー３に軸受９ａが、エンドカバー１１に軸受９ｂがそれぞれ装着されている。また、このロータ５の内部には、軸方向に貫通する貫通孔１４が形成されており、この貫通孔１４は、両端のボルト２２，２３を貫通して両側に開口している。
【００１３】
モータ部Ｍの固定子１３はモータフレーム２４に嵌合し、このモータフレーム２４の両端にはフレーム側板２５ａ，２５ｂが嵌合している。更に、モータ部Ｍの回転子１０のキャン１２ａおよびモータ部Ｍの固定子１３のキャン１２ｂとで、それぞれ回転子１０および固定子１３をポンプ取扱液に触れないように保護している。また、固定子１３の鉄心の両端面に、２組の誘導型センサＳ１とＳ３，Ｓ２とＳ４が配設されている。
【００１４】
上記構造のキャンドモータポンプにおいては、運転中に回転側である軸スリーブ８ａ，８ｂおよびスラスト板７ａ，７ｂが、固定側である軸受９ａ，９ｂに接触しながら回転するために、一般的にカーボン製の軸受９ａ，９ｂが主に摩耗し、運転時間と共にその摩耗量が増加していく。そして、運転時間と共に軸受９ａ，９ｂの摩耗量が増加するにつれて、ロータ５の振れ回りが大きくなり、摩耗が更に進むと回転子１０のキャン１２ａと固定子１３のキャン１２ｂとが接触してそれぞれ損傷し、更に運転を続けると破損に至る。固定子１３のキャン１２ｂが破損すると、固定子１３の内部にポンプ取扱液が浸入して、固定子１３の巻線を劣化させる原因となり、キャンドモータ本体の致命的な故障を引き起こす。
【００１５】
また、キャンドモータポンプは、ポンプ部Ｐとモータ部Ｍとの間に軸シール部を持たない一体の圧力容器構造のため、ロータ５の振れ回りを本体外部より目視することが不可能である。そのため長期の使用や異物の混入など、何らかの原因により軸受９ａ，９ｂに摩耗が発生した場合においても、その変化を外部より確認することができない。そこで軸受９ａ，９ｂの摩耗状況を検出する以下の構成の軸受摩耗検出装置を備えている。
【００１６】
即ち、このキャンドモータポンプには、図１に示すように、固定子１３の鉄心の両端面に遮蔽構造を備えた２組の誘導型センサＳ１とＳ３，Ｓ２とＳ４が設けられている。そして図２（ｂ）に示すように、誘導型センサＳ１とＳ３は１８０°対称に配置され、同様に、誘導型センサＳ２とＳ４も１８０°対称に配置されている。これにより、軸受９ａ，９ｂの半径方向（ラジアル方向Ａ）の摩耗は、誘導型センサＳ１とＳ３のそれぞれの誘起電圧の差（差動出力）、および誘導型センサＳ２とＳ４のそれぞれの誘起電圧の差（差動出力）を検出し、軸受摩耗検知装置の表示器８４に表示することによって行われ、また、軸受９ａ，９ｂの軸方向（アキシャル方向Ｂ）の摩耗は、誘導型センサＳ１とＳ２のそれぞれの誘起電圧の差（差動出力）、もしくは誘導型センサＳ３とＳ４のそれぞれの誘起電圧の差（差動出力）を検出することによって、同様に軸受摩耗検知装置の表示器８４に表示するようになっている。
【００１７】
図３は、遮蔽構造を備えた誘導型センサＳ１の取付け部の詳細図であり、他の誘導型センサＳ２，Ｓ３，Ｓ４についても同様な構成である。図３において、誘導型センサＳ１は、鉄心Ｓ１ａと該鉄心Ｓ１ａに巻回された検出コイルＳ１ｂとからなり、更に、検出コイルＳ１ｂが巻回された鉄心Ｓ１ａは、半径方向に固定子１３の外周側に向かって延び、コの字形に屈曲して、再び固定子内周側に向かう遮蔽部Ｓ１ｄを有している。これにより、鉄心Ｓ１ａの検出コイルＳ１ｂが巻回された部分は遮蔽部Ｓ１ｄで遮蔽されている。検出コイルＳ１ｂが巻回された鉄心Ｓ１ａの検出面Ｓ１ｃは、固定子１３の内周面１３ａと略同一面に配置されている。また、誘導型センサＳ１は、その検出面Ｓ１ｃが回転子１０の鉄心の端部外周面と軸方向に沿って長さＬ１０だけ重なるように配置されている。この長さＬ１０は、誘導型センサＳ１の検出面Ｓ１ｃの全長の約半分になっている。そして、誘導型センサＳ１は、固定子１３の端面の切り欠き部１３ｂに配置されている。
【００１８】
なお、図２（ａ）に示すように、誘導型センサＳ２，Ｓ３，Ｓ４にあっては、その検出面の全長の約半分の長さＬ２ｏ，Ｌ３ｏ，Ｌ４ｏだけ回転子１０の鉄心の端部外周面と軸方向に沿って重なるように配置されている。
【００１９】
このように構成することによって、回転子１０の主としてエンドリング１０ａの負荷電流によって形成される磁束ΦＲは、鉄心Ｓ１ａの遮蔽部Ｓ１ｄに吸収されることになり、これにより検出コイルＳ１ｂが巻回された近傍の検出面Ｓ１ｃには、磁束ΦＲは殆ど入らなくなる。一方で、固定子１３の巻線によって形成される固定子１３と回転子１０の空隙を通る磁束ΦＳの端部の磁束ΦＬは、誘導型センサＳ１の検出面Ｓ１ｃを通るように形成され、この磁束量を検出コイルＳ１ｂで検出することが可能となる。従って、誘導型センサＳ１は、回転子１０の主としてエンドリング１０ａの負荷電流によって形成される磁束ΦＲの影響をほとんど受けることなく、固定子１３と回転子１０の空隙を通る磁束ΦＳの端部の磁束ΦＬを検出することが可能となる。
【００２０】
図４は、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４から出力された信号の処理回路を示す。この信号処理回路は、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のそれぞれの信号を受ける入力回路３１乃至３４、溝高調波の成分を減衰させるローパスフィルタ回路４５乃至４８、比較のための差動アンプ３５乃至３８、うねりの成分を減衰させるハイパスフィルタ回路４９乃至５２、比較後のオフセット調整回路３９乃至４２、それぞれの信号処理結果から回転子位置の演算を行う判定回路４３、判定した結果を表示する表示回路４４から構成されている。
【００２１】
ここで、ローパスフィルタ回路４５乃至４８は、例えば７０Ｈｚ以上の周波数成分を減衰するものであり、ハイパスフィルタ回路４９乃至５２は、例えば１０Ｈｚ以下の周波数成分を減衰するものである。
【００２２】
これにより、各誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の出力は、ローパスフィルタ回路４５乃至４８を通って溝高調波の成分が減衰され、それぞれの出力信号を判別するための比較回路部に入力され、更にハイパスフィルタ回路４９乃至５２を通ってうねりの成分が減衰される。従って、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のそれぞれの出力によってロータ５の位置を検出し、この位置の変化から軸受の摩耗状況を判定することができる。
【００２３】
図５に、ラジアル方向Ａの軸受の摩耗の検出原理を示す。図５に示すように、軸受が主に上方向に摩耗した場合には、ロータ５が上方に移動するため、ラジアル方向における上方の隙間δ１は、下方の隙間δ２よりも小さくなる。回転子１０が誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の磁極に近づくほど、各センサの誘起電圧は大きくなる。従って、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のそれぞれに誘起される誘起電圧の大小関係は、
Ｓ１＞Ｓ３、かつ、Ｓ２＞Ｓ４
となる。また、誘導型センサＳ１とＳ３，Ｓ２とＳ４のそれぞれに誘起される誘起電圧の差（差動電圧）の大小関係は
（Ｓ１−Ｓ３）＜（Ｓ２−Ｓ４）
となり、（Ｓ２−Ｓ４）の差動出力を検出回路基板を介して表示器に表示することによって、軸受のラジアル方向Ａのどちらか大きい方の摩耗を検出することができる。
【００２４】
図６に、アキシャル方向Ｂの軸受の摩耗の検出原理を示す。アキシャル方向Ｂについては、誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の磁極の回転子１０との軸方向の重なり長さＬ１ｏ，Ｌ２ｏ，Ｌ３ｏ，Ｌ４ｏは、それぞれ磁極のほぼ半分に位置している（図５参照）ため、差動出力（Ｓ１−Ｓ２）、もしくは（Ｓ３−Ｓ４）は、アキシャル方向Ｂの移動量に対して、軸方向の重なり長さの変化がより大きくなっている。つまり、羽根車２側の軸受９ａの端面が距離Ｌａだけ摩耗して、図６に示すように、ロータ５が羽根車２の方向へ距離Ｌａだけ移動すると、誘導型センサＳ１の磁極の軸方向における回転子１０との重なり長さＬ１および誘導型センサＳ２の磁極の軸方向における回転子１０との重なり長さＬ２は、以下のように変化する。
Ｌ１＝Ｌ１ｏ＋Ｌａ、Ｌ２＝Ｌ２ｏ−Ｌａ
また、軸受の摩耗がない状態では、
Ｌ１ｏ＝Ｌ２ｏ
となるように配置しているから、誘導型センサＳ１とＳ２の重なり長さの差は、
Ｌ１−Ｌ２＝２×Ｌａ
となる。
【００２５】
従って、誘導型センサＳ１，Ｓ２の磁極の回転子１０との軸方向の重なり長さＬ１，Ｌ２がセンサの誘起電圧に比例すると考えて良いので、差動出力（Ｓ１−Ｓ２）が本来の移動量の２倍となる。誘導型センサＳ３，Ｓ４についても、誘導型センサＳ１，Ｓ２の場合と同様に、差動出力が本来の移動量の２倍となる。
【００２６】
図７は軸受摩耗検知装置の上記検出回路基板および表示器を収容した端子箱の概要を示す。端子箱本体８１に端子箱蓋８２Ｃがボルトで固着され、端子箱蓋８２Ｃには端子箱蓋８２Ｄが同様にボルトで固着されている。
【００２７】
端子箱本体８１の内部には端子板８８がボルトで固着され、端子箱本体８１、端子蓋８２Ａ、検出回路基板８３、端子板８８により、モータ本体側と連通する空間“Ｘ”を構成している。また、端子箱本体８１、端子箱蓋８２Ｂ、端子板８８により空間“Ｙ”を構成している。端子板８８には空間“Ｘ”側と空間“Ｙ”側に、端子箱蓋８２Ｄと端子箱蓋８２Ｂに直交する方向に、電気導通する端子が複数本設置されている。
【００２８】
空間“Ｘ”側の端子は、モータポンプ本体内部のモータ巻線と接続する電線８９ａ、モータ巻線の温度検出器用の電線８９ｂ等が接続されている。
検出回路基板８３にはモータポンプ本体内部のセンサからの電線８９ｃ、空間“Ｘ”側の端子からの電線８９ｄ等とが接続されている。表示器８４と検出回路基板８３は電線８９ｅで接続されている。空間“Ｙ”側の端子箱本体８１の円筒状ケーシングの外周部に、空間“Ｙ”と連通する電線挿入用開口穴９０が設けられていて、空間“Ｙ”側の端子に外部電源用の電線８９ｆが接続されている。
【００２９】
端子箱蓋８２Ｄには、端子箱８１内部を透視可能な覗き窓（ガラス窓）８７Ｂが端子箱内部よりナット９２により固着されている。端子箱蓋８２Ｃには検出回路基板８３が取り付けられていて、半固定抵抗器８６は端子箱蓋８２Ｄ側に設けられている。端子箱蓋８２Ｄには、調整ドライバ９３を取り付ける丸穴“Ｐ”と丸穴“Ｑ”が同心で端子箱外部と内部を連通するように複数個設けられている。それぞれの丸穴は端子箱内部側の出口で径が小さい丸穴“Ｐ”となる部分があり、丸穴“Ｑ”の長さは調整ドライバの必要な長さに応じた長さを持っている。
【００３０】
調整ドライバ９３は、丸穴“Ｑ”の内径より小さく、丸穴“Ｑ”の内径との隙間が防爆性能を維持できるような外径と長さを持ち、その一端に丸穴“Ｐ”の内径より小さい外径を持ち、先端がプラス或いはマイナス形状の係合部になっている。もう一方のドライバ９３の端部には、端子箱蓋８２Ｄの外部側にボルトで取り付けられたドライバ止め９４に設けられた丸穴“Ｒ”の内径より小さい外径を持った部分が構成されている。そして、このドライバ９３の先端の係合部が半固定抵抗器８６の係合部と係合することで、ドライバ９３を回転させることで半固定抵抗器８６の抵抗値の調整が可能である。
【００３１】
誘導型センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の作動出力は、固定子１３の鉄心の両端面への取付け誤差や、固定子の製作誤差、固定子１３のモータフレームへの組み込み誤差、検出回路基板の電気部品のバラツキなどにより出力信号が現れる。このため、軸受摩耗による作動出力が無い状態でも、誤差による出力信号を生じることがある。
【００３２】
検出回路基板８３には半固定抵抗器８６が設けられていて、上記誤差による信号を表示器８４のメータの振れを見ながらドライバ９３で調整することによりオフセットできる。調整はモータ通電中に行う必要があり、上記構造によれば、端子箱蓋を取り外すことなく、外部からドライバ９３により容易に半固定抵抗器８６の調整が行える。また、モータの負荷電流やポンプの運転点の変化や、前述したうねりや誘導型センサの取付け誤差による溝高調波成分によっても、センサの差動出力が影響を受けるという問題がある。しかしながら、上記オフセットの調整により、軸受の摩耗状況が正確に表示される。
【００３３】
上記実施形態においては、キャンドモータポンプの軸受摩耗の検出例について述べたが、他の形式の回転機械の軸受摩耗の検出にも同様に適用できることは勿論である。
【００３４】
尚、上記実施形態は本発明の実施例の一態様を述べたもので、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能なことは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、端子箱蓋を取り外すことなく、回転機械の端子箱外部より検出回路基板のオフセット調整ができ、例えば、防爆地域に設置されている場合、通電中に端子箱蓋を開けることは出来ないので、雰囲気の引火の危険性を取り除くか、防爆地域外へ移動して、外部電源を接続して調整作業をする必要がなくなり、作業性を大きく向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のキャンドモータポンプを示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１の誘導型センサ取付け部を拡大して示す拡大図で、（ｂ）はその側面図である。
【図３】遮蔽構造を備えた誘導型センサを拡大して示す拡大図である。
【図４】軸受摩耗検出器の処理回路を示す処理回路図である。
【図５】ラジアル方向の軸受摩耗の検出例を示す図である。
【図６】アキシャル方向の軸受摩耗の検出例を示す図である。
【図７】本発明の軸受摩耗検知装置における端子箱の構成例を示す断面図である。
【図８】従来の軸受摩耗検知装置における端子箱の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ポンプケーシング
２羽根車
３ケーシングカバー
４流通孔
５ロータ
６ディスタンスピース（スリーブ）
７ａ，７ｂスラスト板
８ａ，８ｂ軸スリーブ
９ａ，９ｂ軸受
１０回転子
１１エンドカバー
１２ａ，１２ｂキャン
１３固定子
１４貫通孔
２２，２３ボルト
２４モータフレーム
２５ａ，２５ｂフレーム側板
８１端子箱（本体）
８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ，８２Ｄ端子箱蓋
８３検出回路基板（基板）
８４表示器（メータ）
８６半固定抵抗器
８７Ａ，８７Ｂガラス窓
８９電線
９３調整ドライバ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４誘導型センサ
δ１，δ２隙間

Claims

回転軸を軸受で支承する回転機械において、
軸受摩耗によるセンサからの信号を処理する検出回路基板と、該検出回路基板で検出した軸受の摩耗状況を表示する表示器とを備え、前記検出回路基板のオフセット調整を外部から行えるようにしたことを特徴とする回転機械の軸受摩耗検知装置。
前記検出回路基板と前記表示器とが、密閉された端子箱内に収容され、前記表示器がガラス窓を介して外部から目視可能であることを特徴とする請求項１記載の回転機械の軸受摩耗検知装置。
前記検出回路基板のオフセット調整は、該検出回路基板に備えた半固定抵抗器をドライバにより調整するものであることを特徴とする請求項１記載の回転機械の軸受摩耗検知装置。
前記端子箱にドライバを回転可能に備えたことを特徴とする請求項２記載の回転機械の軸受摩耗検知装置。
前記回転機械が、モータと羽根車とを密閉したケーシングに収容したモータポンプであることを特徴とする請求項１記載の回転機械の軸受摩耗検知装置。
前記端子箱が前記回転機械のモータ本体に固定されたものであることを特徴とする請求項２記載の回転機械の軸受摩耗検知装置。
前記請求項１乃至６のいずれかの軸受摩耗検知装置を備えたことを特徴とする回転機械。