JP3933586B2 - ポンプの軸受監視装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプの主軸を支持する軸受の監視に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、吸水槽に短時間かつ多量に流入する雨水に対処するために、種々の先行待機型立軸ポンプが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この先行待機型立軸ポンプは、降雨情報等に基づいて予め始動しておいて雨水流入と同時に排水を開始し、かつ吸水槽内の水位が低下しても運転状態を維持する。また、先行待機型立軸ポンプではケーシング内に水が存在しない状態で運転を行うので、(空転運転状態)、主軸を支持する軸受として無注水軸受を採用したものがある。
【0003】
無注水軸受の磨耗や破損の発生を監視する方法としては、熱電対を備える温度センサで軸受温度を検出し、この軸受温度により磨耗や破損の発生を間接的に監視する方法が知られている。また、振動センサで軸受に発生する振動を検出し、この振動により磨耗等の発生を間接的に監視する方法も知られている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−315795号公報(図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、温度センサを使用する監視方法では、熱電対の断線によって検出温度自体に異常が発生して磨耗や破損を正確に判定することが困難となったり、温度センサの故障により検出自体が不可能となる問題がある。
【0006】
また、先行待機型立軸ポンプでは、ケーシング内の羽根車より下方の領域に空気だまりが形成され、羽根車より上方の領域には水柱が形成された運転状態(エアロック運転状態)があり、このエアロック運転状態及びその前後は空気の混入により激しい振動が発生する。従って、振動センサを使用する監視方法では、無注水軸受の磨耗や破損を正確に監視することができない。
【0007】
そこで、本発明は、ポンプの主軸を支持する軸受における異常発生を正確に判定することができる、軸受監視装置及びその方法を提供することを課題としている。
【0008】
本発明の第1の態様は、ポンプの主軸を支持する軸受の監視装置であって、前記軸受は前記ポンプのケーシング内に配置され、圧縮された空気を供給する空気供給源と、この空気供給源から供給される空気を前記軸受と前記主軸の隙間に導入する空気供給管路と、前記空気供給管路に設けられ前記隙間に供給される空気の流量を検出する流量計と、前記流量計よりも前記空気供給源側で前記空気供給管路から分岐し、前記ポンプのケーシング内の吐出側と接続する検出用管路と、前記検出用管路に設けられ、前記空気供給源の空気供給圧と前記ポンプの吐出圧との差圧を検出する差圧計と、前記流量計により検出された空気流量と、前記差圧計により検出された差圧とに基づいて軸受の異常発生を判定する判定部とを備えるポンプの軸受監視装置を提供する。
【0009】
軸受の磨耗によって軸受と主軸の隙間が拡大すると、この隙間を通過する空気流量が増加し、それに伴って空気流路の空気流量も増加する。同様に、軸受が破損すると軸受と主軸の隙間を通過する空気流量が増加するので、空気流路の空気流量も増加する。従って、流量計により検出された空気流量と、差圧計により検出された差圧とに基づいて、軸受の異常発生を判定することができる。空気流量と差圧に基づいて軸受の異常発生を判定することで、温度センサで検出した軸受温度や、振動センサで検出した振動に基づいて間接的に異常発生を判定する場合と比較し、正確な判定が可能となる。詳細には、温度センサとして熱電対を使用すると断線による異常信号の発生や故障の可能性が高いが、差圧計と流量計を使用するので、その可能性が低い。また、軸受の異常発生以外の原因でポンプに振動が発生している場合であっても、軸受の異常を正確に判定することができる。
【0010】
具体的には、前記判定部は、前記流量計により検出された空気流量が前記差圧に対応して定められた閾値を上回ると、前記軸受に異常が発生していると判定する。
【0011】
例えば、前記ポンプは先行待機型立軸ポンプであり、前記軸受は無注水軸受である。先行待機型立軸ポンプがいわゆるエアロック運転状態や気水混合運転状態となると、軸受に異常が発生していなくても振動が激しくなるので、振動に基づいて軸受の異常を判定することは困難である。しかし、本発明の軸受監視装置は、差圧と空気流量とに基づいて異常を判定するので、激しい振動の発生しているエアロック運転状態や気水混合運転状態であっても、軸受の異常を正確に判定することができる。
【0012】
前記空気供給源の空気供給圧を調整する制御部をさらに備えることが好ましい。ポンプの吐出圧は運転状態により変化する。しかし、制御部が空気供給源の空気供給圧を調整することにより、ポンプの運転状態が変化しても空気供給圧とポンプの吐出圧との差圧を適切に設定し、軸受の異常を正確に判定することができる。
【0013】
前記空気供給源がエアコンプレッサである場合、前記ポンプの主軸の回転を前記エアコンプレッサの回転軸に伝達する回転力伝達機構をさらに備えることが好ましい。回転力伝達機構によりポンプの主軸の回転をエアコンプレッサの回転軸を伝達すれば、エアコンプレッサ駆動用のモータを設ける必要がないので、装置の構成を簡素化することができる。例えば、回転力伝達機構はポンプの主軸に固定されたプーリと、エアコンプレッサの回転軸に固定されたプーリと、これらのプーリに掛け渡されたベルトとからなる。
【0014】
本発明の第2の態様は、ポンプの主軸を支持する軸受の異常発生を監視する方法であって、前記軸受は前記ポンプのケーシング内に配置され、空気供給源から空気供給管路を介して前記軸受と前記主軸との隙間に空気を供給し、前記空気供給管路に設けられた流量計で前記隙間に供給される空気の流量を検出し、前記流量計よりも前記空気供給源側で前記空気供給管路から分岐して前記ポンプのケーシング内の吐出側と接続する検出用管路に設けられた差圧計により、前記隙間への空気供給圧と前記ポンプの吐出圧との差圧を検出し、前記空気の流量と前記差圧とに基づいて軸受の異常発生を判定する、ポンプの軸受監視方法を提供する。
【0015】
具体的には、差圧に対応する流量の閾値を定め、前記流量が前記閾値を上回ると、前記軸受に異常が発生していると判定する。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0017】
図1を参照すると、先行待機型立軸ポンプ(以下、単に立軸ポンプという)1は、図示しない流入側管路から排水ポンプ場の吸水槽2内に流入する雨水等の水を下流側に排水するためのものであり、鉛直方向に延びるケーシング3を備えている。ケーシング3は、直管状の揚水管3a、揚水管3aの下端に連結されたポンプケーシング3b、及び揚水管3aの上端に連結されて鉛直方向から水平方向に湾曲した吐出エルボ3cを備えている。吐出エルボ3cには図示しない吐出管が連結されている。ポンプケーシング3b内に羽根車4が配設されている。また、ポンプケーシング3bの下端には吸込ベル3dが連結されている。
【0018】
羽根車4が下端に固定されている主軸5は鉛直方向に延びてケーシング3の外部に突出している。主軸5の上端側は概略的に示すモータ又は内燃機関、減速機構等からなるポンプ駆動機構6に連結されている。
【0019】
図において、7A,7B,7Cは主軸5のラジアル軸受として機能する無注水軸受である。1個の無注水軸受7Aはポンプケーシング3bの内面から突出するリブ8Aに取り付けられ、2個の無注水軸受7B,7Cは揚水管3aの内面から突出するリブ8B,8Cに取り付けられている。また、図1において9は主軸5のスラスト軸受、10は軸封装置である。
【0020】
3個の無注水軸受7A〜7Bは同一構造であるので、図2及び図3をさらに参照して無注水軸受7Aについて説明する。無注水軸受7Aは両端開口の軸受ケーシング11を備え、この軸受ケーシング11がリブ8Aに固定されている。軸受ケーシング11内には、主軸5の軸受方向に配列された2個の軸受体12A,12Bを備えている。各軸受体12A,12Bは軸受ケーシング11の内周壁に固定された両端開口の円筒状のシェル13と、このシェル13の内周面側に取り付けられたセグメント状の複数の摺動体14とを備えている。シェル13は、例えばステンレス、銅合金、合成樹脂等からなる。また、摺動体14は樹脂や金属材料からなる。軸受ケーシング11の両端には軸受体12A,12Bを内部に保持するための円環状の端部プレート15A,15Bが取り付けられている。
【0021】
軸受体12A,12Bは主軸5の軸線方向に間隔をあけて配置されているので、軸受ケーシング11内には軸受体12A,12B間に円筒状の空気室16が形成されている。軸受ケーシング11を貫通する空気孔11aが設けられており、この空気孔11aによって空気室16が無注水軸受7Aの外部と連通している。
【0022】
次に、無注水軸受7A〜7Bの摺動体12の磨耗や破損を検出するための構成について説明する。まず、圧縮された空気を供給する空気供給源として、エアコンプレッサ21とアキュミュレータ22が設けられている。本実施形態では、エアコンプレッサ21の回転軸23に対して、立軸ポンプ1の主軸5から回転力が伝達される。詳細には、エアコンプレッサ21の回転軸23に固定されたプーリ24Aと、主軸5に固定されたプーリ24Bとに、伝動ベルト26が掛け渡されている。ポンプ駆動機構6により主軸5が回転されると、この回転力がプーリ24A,24Bと伝動ベルト26を介してエアコンプレッサ21に伝達される。従って、エアコンプレッサ21の駆動専用のモータ等の駆動機構を設ける必要がなく、全体の装置構成が簡素化される。主軸5から回転軸23へ回転力を伝達する機構は、例えば歯車機構のような他の機構であってもよい。また、必要に応じて、ポンプ駆動機構6の他にエアコンプレッサ用の駆動機構を設けてもよい。
【0023】
エアコンプレッサ21から各無注水軸受8A〜8Cの空気室16に至る管路(空気供給管路)28A,28B,28Cが設けられている。これらの空気供給管路28A〜28Cには、それぞれ空気流量を検出するための流量計29A,29B,29Cが設けられている。また、空気供給管路28A〜28Cには、それぞれチェッキ弁31A,31B,31Cが設けられている。これらのチェッキ弁31A〜31Bを開閉することで、対応する空気供給管路28A〜28Cを連通又は遮断できる。
【0024】
各流量計29A〜29Cよりもアキュミュレータ22側で空気供給管路28A〜28Cから分岐し、差圧計33に接続された検出用管路32A,32B,32Cが設けられている。また、差圧計33と立軸ポンプ1の吐出エルボ3c内を接続する検出用管路34が設けられている。差圧計33によりエアコンプレッサ21の空気供給圧と立軸ポンプ1の吐出圧との差圧が検出される。
【0025】
図1において36で概略的に示す制御・判定部は、図示しない操作盤からの指令に基づいて、ポンプ駆動機構6、エアコンプレッサ21、チェッキ弁31A〜31C等を制御する機能と、流量計29A〜29C及び差圧計33からの信号に基づいて無注水軸受7A〜7Bの摺動体12の異常発生を判定する機能とを有する。
【0026】
続いて、本発明における軸受の異常検出の原理を説明する。エアコンプレッサ21からアキュミュレータ22を介して供給される圧縮された空気は空気供給管路28A〜28Bを介して無注水軸受7A〜7Cの空気室16に供給される。空気室16に供給された空気は、各摺動体14と主軸5の外周面との間の僅かな隙間及び互いに隣接する摺動体14間の隙間38a(以下、これらを併せて無注水軸受7A〜7Bと主軸5との間の隙間38という。)を通ってケーシング3内に流出し、吐出エルボ3cへ排出される。この無注水軸受7A〜7Bと主軸5との間の隙間38を流れる空気の流量は、流量計29A〜29Cにより検出される空気供給管路28A〜28Cを流れる空気流量と対応している。一方、前述のようにエアコンプレッサ21の空気供給圧と立軸ポンプ1の吐出圧との差圧が差圧計33により検出される。
【0027】
ここで流量計29A〜29Cにより検出される空気流量と差圧計33により検出される差圧との間には、図4に示すような関係がある。図4において、a1は摺動体14と主軸5の隙間38が設計値である場合、a2は摺動体14の磨耗により摺動体14と主軸5の隙間38がある程度拡大している場合、a3は摺動体14の磨耗により摺動体14と主軸5の隙間38が摺動体14の交換を要する程度まで拡大している場合、a4は摺動体14が破損している場合を示している。差圧が増加すると空気流量も増加する点はa1〜a4のいずれの場合も同様であるが、差圧が同一の値である場合を比較するとa4、a3、a2、a1の順で空気流量が大きい。従って、図4のa3に対応する空気流量を第1の閾値として設定しておけば、流量計29A〜29Cによって計測された空気流量をこの第1の閾値と比較することで、交換を有する程度の摺動体14の磨耗を判定することができる。また、図4のa4に対応する空気流量を第2の閾値に設定しておけば、流量計29A〜29Cによって計測された空気流量をこの閾値と比較することで、摺動体14の損傷を判定することができる。
【0028】
例えば、無注水軸受7Aについて磨耗や破損を監視する場合には、チェッキ弁31Aを開弁し、アキュミュレータ22から空気供給管路28Aを介して無注水軸受7Aと主軸5の隙間38に圧縮された空気を導入しておく。そして、制御・判定部36は、流量計29Aにより検出される空気供給管路28Aを流れる空気量と、差圧計33により検出される差圧とを比較する。図4において、差圧計33により検出される差圧がdP1であるとき、制御・判定部36は流量計7Aにより検出される空気流量が第1の閾値FTH1を上回れば交換が必要な程度まで摺動体14の磨耗が進行していると判定し、第2の閾値FTH2を上回れば摺動体14が破損していると判定する。
【0029】
制御・判定部36は、流量計29A〜29Cにより検出される空気流量と差圧計33により検出される差圧に基づいて無注水軸受7A〜7Cの異常発生を判定するので、温度センサで検出した軸受温度や、振動センサで検出した振動に基づいて間接的に異常発生を判定する場合と比較して、正確に判定が可能となる。詳細には、温度センサとして熱電対を使用すると断線による異常信号の発生や故障の可能性が高いが、差圧計33と流量計29A〜29Cを使用することで異常信号発生や故障の可能性を低減することができる。
【0030】
図5は立軸ポンプ1の流量と吐出圧(揚程)の関係(H−Q曲線)を示している。F1以上の流量域は、吸水槽2内の水位が羽根車4より上方にある通常排水運転状態である。この通常排水運転状態では、吸水槽2内から吸い上げられた水のみが吐出エルボ3cから吐出される。流量及び吐出圧の両方が零である点b0はいわゆるエアロック運転であり、ケーシング3内の羽根車4より下方の領域に空気だまりが形成され、羽根車4より上方の領域には水柱が形成される。このエアロック運転状態では空気だまりから水柱へ気泡が上昇するので、激しい振動が発生する。F1未満の流量域は吸水槽2内の水位が羽根車4にまで達しない気水混合運転状態である。この気水混合運転状態では、吸水槽2内の水と共に吸込ベル3dの下端から吸込まれた空気が吐出エルボ3cから吐出される。気水混合運転状態では空気の混入により激しい振動が発生する。
【0031】
前記エアロック運転状態や気水混合運転状態では、無注水軸受7A〜7Bに異常が発生しているか否かにかかわらず気体の混入により振動が発生するので、振動センサでは軸受の異常を正確に判定することは困難である。しかし、本実施形態では、差圧計33により計測された差圧と流量計29A〜29Cにより検出された空気流量とに基づいて異常を判定するので、激しい振動の発生しているエアロック運転状態や気水混合運転状態であっても、無注水軸受7A〜7Bの異常を正確に判定することができる。
【0032】
図5を参照すると、点b1は通常排水運転状態であり立軸ポンプ1の吐出圧はP1である。このときの空気供給圧CP1は、吐出圧P1よりも所望の差圧dPの分だけ大きく設定する必要がある。一方、図5において点b2は気水混合運転状態であり、このときの立軸ポンプ1の吐出圧P2は前記点b1の運転状態の吐出圧P1よりも低いので、所望の差圧dPを得るためのエアコンプレッサ21からの空気供給圧CP2も空気供給圧CP1より低圧でよい。従って、制御・判定部36は立軸ポンプ1の吐出圧に応じてエアコンプレッサ21からの空気供給圧を調整することが好ましい。例えば、制御・判定部36は、差圧計33の検出する差圧が常に一定となるように、エアコンプレッサ21からの空気供給圧を調整する。
【0033】
先行待機型立軸ポンプの無注水軸受を例に本発明を説明したが、本発明は他の種類のポンプが備える軸受に対しても適用することができる。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の装置及び方法では、軸受とポンプの主軸との間の隙間に供給される空気流量と、空気供給圧とポンプの吐出圧との差圧に基づいて軸受の異常発生を判定するので、正確で信頼性の高い異常の判定が可能である。特に、本発明を先行待機型立軸ポンプの無注水軸受に適用した場合、激しい振動の発生するエアロック運転状態や気水混合運転状態であっても、軸受の異常発生を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態にかかる軸受監視装置を備える先行待機型立軸ポンプを示す縦断面図である。
【図2】 無注水軸受を示す縦断面図である。
【図3】 図2のIII−III線での断面図である。
【図4】 差圧と空気流量の関係を概略的に示す線図である。
【図5】 立軸ポンプの流量と吐出圧の関係を概略的に示す線図である。
【符号の説明】
1 先行待機型立軸ポンプ
2 吸水槽
3 ケーシング
3a 揚水管
3b ポンプケーシング
3c 吐出エルボ
3d 吸込ベル
4 羽根車
5 主軸
6 ポンプ駆動機構
7A,7B,7C 無注水軸受
8A,8B,8C リブ
9 スラスト軸受
10 軸封装置
11 軸受ケーシング
11a 空気孔
12A,12B 軸受体
13 シェル
14 摺動体
15A,15B 端部プレート
16 空気室
21 エアコンプレッサ
22 アキュミュレータ
23 回転軸
24A,24B プーリ
26 ベルト
28A,28B,28C 空気供給管路
29A,29B,29C 流量計
31A,31B,31C チェッキ弁
32A,32B,32C 検出用管路
33 差圧計
34 検出用管路
36 制御・判定部
38,38a,38b 隙間
Claims (7)
- ポンプの主軸を支持する軸受の監視装置であって、
前記軸受は前記ポンプのケーシング内に配置され、
圧縮された空気を供給する空気供給源と、
この空気供給源から供給される空気を前記軸受と前記主軸の隙間に導入する空気供給管路と、
前記空気供給管路に設けられ前記隙間に供給される空気の流量を検出する流量計と、
前記流量計よりも前記空気供給源側で前記空気供給管路から分岐し、前記ポンプのケーシング内の吐出側と接続する検出用管路と、
前記検出用管路に設けられ、前記空気供給源の空気供給圧と前記ポンプの吐出圧との差圧を検出する差圧計と、
前記流量計により検出された空気流量と、前記差圧計により検出された差圧とに基づいて軸受の異常発生を判定する判定部と
を備えるポンプの軸受監視装置。 - 前記判定部は、前記流量計により検出された空気流量が前記差圧に対応して定められた閾値を上回ると、前記軸受に異常が発生していると判定する、請求項1に記載のポンプの軸受監視装置。
- 前記ポンプは先行待機型立軸ポンプであり、前記軸受は無注水軸受である、請求項1又は請求項2に記載のポンプの軸受監視装置。
- 前記空気供給源の空気供給圧を調整する制御部をさらに備える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のポンプの軸受監視装置。
- 前記空気供給源はエアコンプレッサであり、
前記ポンプの主軸の回転を前記エアコンプレッサの回転軸に伝達する回転力伝達機構をさらに備える、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のポンプの軸受監視装置。 - ポンプの主軸を支持する軸受の異常発生を監視する方法であって、
前記軸受は前記ポンプのケーシング内に配置され、
空気供給源から空気供給管路を介して前記軸受と前記主軸との隙間に空気を供給し、
前記空気供給管路に設けられた流量計で前記隙間に供給される空気の流量を検出し、
前記流量計よりも前記空気供給源側で前記空気供給管路から分岐して前記ポンプのケーシング内の吐出側と接続する検出用管路に設けられた差圧計により、前記隙間への空気供給圧と前記ポンプの吐出圧との差圧を検出し、
前記空気の流量と前記差圧とに基づいて軸受の異常発生を判定する、
ポンプの軸受監視方法。 - 差圧に対応する流量の閾値を定め、
前記流量が前記閾値を上回ると、前記軸受に異常が発生していると判定する、請求項6に記載のポンプの軸受監視方法。
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