JP2004316606A - 回転機械の軸受摩耗検知装置 - Google Patents
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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
【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
【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 (7)
- 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。
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JP2009063443A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Ntn Corp | 回転角検出装置 |
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CN117705449A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-03-15 | 聊城大学 | 一种向心关节轴承磨损寿命试验***及试验方法 |
-
2003
- 2003-04-18 JP JP2003114409A patent/JP2004316606A/ja active Pending
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