(57)【要約】【課題】ポンプを分解することなく、すべり軸受の摩耗を簡易に検出することができる摩耗検出装置を提供する。【解決手段】摩耗検出装置５０は、回転体１５に光を照射し、回転体１５からの反射光を検出する光学式検出器５２と、光学式検出器５２の出力信号に基づいて複数の摺接部材７１の摩耗を検出する信号処理部５３を備える。光学式検出器５２は、回転体１５に光を照射し、回転体１５からの反射光を受ける光学ヘッド５０を有しており、光学ヘッド５０は、複数の摺接部材７１の間に配置されている。【選択図】図２
2020176865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の周方向に沿って配列された複数の摺接部材を備えたすべり軸受の摩耗を検出するための摩耗検出装置であって、
前記回転体に光を照射し、前記回転体からの反射光を検出する光学式検出器と、
前記光学式検出器の出力信号に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する信号処理部を備え、
前記光学式検出器は、前記回転体に光を照射し、前記回転体からの反射光を受ける光学ヘッドを有しており、前記光学ヘッドは、前記複数の摺接部材の間に配置されている、摩耗検出装置。
【請求項２】
前記光学式検出器は、前記光学ヘッドと前記回転体との距離を測定する光学式距離測定装置であり、
前記信号処理部は、前記光学式検出器の出力信号の振幅に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出するように構成されている、請求項１に記載の摩耗検出装置。
【請求項３】
前記光学式検出器は、前記回転体の周方向に沿って配列された複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器である、請求項１または２に記載の摩耗検出装置。
【請求項４】
前記光学式検出器は、前記回転体の軸方向に沿って配列された複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器である、請求項１または２に記載の摩耗検出装置。
【請求項５】
前記光学ヘッドは、前記回転体に光を照射する投光部と、前記回転体からの反射光を受ける受光部を備えており、
前記複数の摺接部材のうちの少なくとも１つは、前記投光部と前記受光部との間に配置されている、請求項１に記載の摩耗検出装置。
【請求項６】
前記光学ヘッドは、前記回転体に光を照射する複数の投光部と、前記回転体からの反射光を受ける複数の受光部を備えた複数の光学ヘッドであり、
前記複数の投光部と前記複数の受光部は、前記回転体の周方向に沿って交互に配列されている、請求項１に記載の摩耗検出装置。
【請求項７】
前記光学ヘッドは、前記回転体に向けて光を発する光源と、前記回転体からの反射光を検出する光センサのうちの少なくとも１つを備えており、前記光学ヘッドは前記すべり軸受に取り付けられている、請求項１に記載の摩耗検出装置。
【請求項８】
液体を移送するためのポンプであって、
回転体と、
前記回転体に固定された羽根車と、
前記回転体の周方向に沿って配列された複数の摺接部材を備えたすべり軸受と、
前記すべり軸受の摩耗を検出するための摩耗検出装置を備え、
前記摩耗検出装置は、
前記回転体に光を照射し、前記回転体からの反射光を検出する光学式検出器と、
前記光学式検出器の出力信号に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する信号処理部を備え、
前記光学式検出器は、前記回転体に光を照射し、前記回転体からの反射光を受ける光学ヘッドを有しており、前記光学ヘッドは、前記複数の摺接部材の間に配置されている、ポンプ。
【請求項９】
前記光学式検出器は、前記光学ヘッドと前記回転体との距離を測定する光学式距離測定装置であり、
前記信号処理部は、前記光学式検出器の出力信号の振幅に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出するように構成されている、請求項８に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記光学式検出器は、前記回転体の周方向に沿って配列された複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器である、請求項８または９に記載のポンプ。
【請求項１１】
前記光学式検出器は、前記回転体の軸方向に沿って配列された複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器である、請求項８または９に記載のポンプ。
【請求項１２】
前記光学ヘッドは、前記回転体に光を照射する投光部と、前記回転体からの反射光を受ける受光部を備えており、
前記複数の摺接部材のうちの少なくとも１つは、前記投光部と前記受光部との間に配置されている、請求項８に記載のポンプ。
【請求項１３】
前記光学ヘッドは、前記回転体に光を照射する複数の投光部と、前記回転体からの反射光を受ける複数の受光部を備えた複数の光学ヘッドであり、
前記複数の投光部と前記複数の受光部は、前記回転体の周方向に沿って交互に配列されている、請求項８に記載のポンプ。
【請求項１４】
前記光学ヘッドは、前記回転体に向けて光を発する光源と、前記回転体からの反射光を検出する光センサのうちの少なくとも１つを備えており、前記光学ヘッドは前記すべり軸受に取り付けられている、請求項８に記載のポンプ。
【請求項１５】
回転体の周方向に沿って配列された複数の摺接部材を備えたすべり軸受の摩耗を検出するための摩耗検出方法であって、
前記複数の摺接部材の間に配置されている光学ヘッドから前記回転体に光を照射し、
前記回転体からの反射光を前記光学ヘッドで受け、
前記反射光を光学式検出器で検出し、
前記光学式検出器の出力信号に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する、摩耗検出方法。
【請求項１６】
前記光学式検出器は、前記光学ヘッドと前記回転体との距離を測定する光学式距離測定装置であり、
前記光学式検出器の出力信号に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する工程は、前記光学式検出器の出力信号の振幅に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する工程である、請求項１５に記載の摩耗検出方法。
【請求項１７】
前記反射光を光学式検出器で検出する工程は、前記反射光の強度を光センサで測定する工程であり、
前記光学式検出器の出力信号に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する工程は、前記光センサの出力信号に基づいて、前記複数の摺接部材の摩耗を検出する工程であり、
前記光学ヘッドは、前記回転体に光を照射する投光部と、前記回転体からの反射光を受ける受光部を備えており、
前記複数の摺接部材のうちの少なくとも１つは、前記投光部と前記受光部との間に配置されている、請求項１５に記載の摩耗検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプの回転体を支持するすべり軸受の摩耗を検出するための摩耗検出装置および摩耗検出方法に関する。また、本発明は、そのような摩耗検出装置を備えたポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、立軸ポンプは、吸込水槽上部のポンプ据付床に設置され、揚水管を介してポンプケーシングが吊り下げられる。立軸ポンプの羽根車は、回転軸および軸スリーブなどから構成される回転体に固定されており、回転体とともに回転する。回転体は、ポンプケーシング内に配置されたすべり軸受によって支持されている。吸込水槽内の液体は、回転する羽根車によって汲み上げられ、ポンプケーシング内を通って他所に移送される。
【０００３】
立軸ポンプの運転中は、すべり軸受は、回転する回転体に摺接する。このため、すべり軸受は、立軸ポンプの運転時間の経過とともに徐々に摩耗する。したがって、立軸ポンプの点検作業を定期的に行ってすべり軸受の摩耗状況を確認し、必要に応じてすべり軸受の補修または交換を行うことが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２５６８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、すべり軸受は、ポンプケーシング内に位置しているため、すべり軸受の摩耗状況を確認するためには、立軸ポンプをクレーンで吸込水槽から引き上げ、さらに立軸ポンプを分解する必要がある。このため、すべり軸受の点検には多大な時間と労力を要していた。
【０００６】
そこで、本発明は、ポンプを分解することなく、すべり軸受の摩耗を簡易に検出することができる摩耗検出装置および摩耗検出方法を提供する。また、本発明は、そのような摩耗検出装置を備えたポンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様では、回転体の周方向に沿って配列された複数の摺接部材を備えたすべり軸受の摩耗を検出するための摩耗検出装置であって、前記回転体に光を照射し、前記回転体からの反射光を検出する光学式検出器と、前記光学式検出器の出力信号に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する信号処理部を備え、前記光学式検出器は、前記回転体に光を照射し、前記回転体からの反射光を受ける光学ヘッドを有しており、前記光学ヘッドは、前記複数の摺接部材の間に配置されている、摩耗検出装置が提供される。
【０００８】
一態様では、前記光学式検出器は、前記光学ヘッドと前記回転体との距離を測定する光学式距離測定装置であり、前記信号処理部は、前記光学式検出器の出力信号の振幅に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出するように構成されている。
一態様では、前記光学式検出器は、前記回転体の周方向に沿って配列された複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器である。
一態様では、前記光学式検出器は、前記回転体の軸方向に沿って配列された複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器である。
【０００９】
一態様では、前記光学ヘッドは、前記回転体に光を照射する投光部と、前記回転体からの反射光を受ける受光部を備えており、前記複数の摺接部材のうちの少なくとも１つは、前記投光部と前記受光部との間に配置されている。
一態様では、前記光学ヘッドは、前記回転体に光を照射する複数の投光部と、前記回転体からの反射光を受ける複数の受光部を備えた複数の光学ヘッドであり、前記複数の投光部と前記複数の受光部は、前記回転体の周方向に沿って交互に配列されている。
一態様では、前記光学ヘッドは、前記回転体に向けて光を発する光源と、前記回転体からの反射光を検出する光センサのうちの少なくとも１つを備えており、前記光学ヘッドは前記すべり軸受に取り付けられている。
【００１０】
一態様では、液体を移送するためのポンプであって、回転体と、前記回転体に固定された羽根車と、前記回転体の周方向に沿って配列された複数の摺接部材を備えたすべり軸受と、前記すべり軸受の摩耗を検出するための摩耗検出装置を備え、前記摩耗検出装置は、前記回転体に光を照射し、前記回転体からの反射光を検出する光学式検出器と、前記光学式検出器の出力信号に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する信号処理部を備え、前記光学式検出器は、前記回転体に光を照射し、前記回転体からの反射光を受ける光学ヘッドを有しており、前記光学ヘッドは、前記複数の摺接部材の間に配置されている、ポンプが提供される。
【００１１】
一態様では、前記光学式検出器は、前記光学ヘッドと前記回転体との距離を測定する光学式距離測定装置であり、前記信号処理部は、前記光学式検出器の出力信号の振幅に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出するように構成されている。
一態様では、前記光学式検出器は、前記回転体の周方向に沿って配列された複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器である。
一態様では、前記光学式検出器は、前記回転体の軸方向に沿って配列された複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器である。
【００１２】
一態様では、前記光学ヘッドは、前記回転体に光を照射する投光部と、前記回転体からの反射光を受ける受光部を備えており、前記複数の摺接部材のうちの少なくとも１つは、前記投光部と前記受光部との間に配置されている。
一態様では、前記光学ヘッドは、前記回転体に光を照射する複数の投光部と、前記回転体からの反射光を受ける複数の受光部を備えた複数の光学ヘッドであり、前記複数の投光部と前記複数の受光部は、前記回転体の周方向に沿って交互に配列されている。
一態様では、前記光学ヘッドは、前記回転体に向けて光を発する光源と、前記回転体からの反射光を検出する光センサのうちの少なくとも１つを備えており、前記光学ヘッドは前記すべり軸受に取り付けられている。
【００１３】
一態様では、回転体の周方向に沿って配列された複数の摺接部材を備えたすべり軸受の摩耗を検出するための摩耗検出方法であって、前記複数の摺接部材の間に配置されている光学ヘッドから前記回転体に光を照射し、前記回転体からの反射光を前記光学ヘッドで受け、前記反射光を光学式検出器で検出し、前記光学式検出器の出力信号に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する、摩耗検出方法が提供される。
【００１４】
一態様では、前記光学式検出器は、前記光学ヘッドと前記回転体との距離を測定する光学式距離測定装置であり、前記光学式検出器の出力信号に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する工程は、前記光学式検出器の出力信号の振幅に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する工程である。
一態様では、前記反射光を光学式検出器で検出する工程は、前記反射光の強度を光センサで測定する工程であり、前記光学式検出器の出力信号に基づいて前記複数の摺接部材の摩耗を検出する工程は、前記光センサの出力信号に基づいて、前記複数の摺接部材の摩耗を検出する工程であり、前記光学ヘッドは、前記回転体に光を照射する投光部と、前記回転体からの反射光を受ける受光部を備えており、前記複数の摺接部材のうちの少なくとも１つは、前記投光部と前記受光部との間に配置されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ポンプを分解することなく、すべり軸受の摩耗を簡易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】立軸ポンプの一実施形態を示す模式図である。
【図２】図１に示すすべり軸受の横断面図を示す図である。
【図３】摺接部材が摩耗していないときの光学ヘッドと回転体との距離の時間変化を示す図である。
【図４】摺接部材が摩耗しているときの光学ヘッドと回転体との距離の時間変化を示す図である。
【図５】複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器を備えた磨耗検出装置の一実施形態を示す図である。
【図６】複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器を備えた磨耗検出装置の一実施形態を示す図である。
【図７】立軸ポンプの他の実施形態を示す図である。
【図８】図７に示すすべり軸受の横断面図を示す図である。
【図９】回転体が偏摩耗していないときの光センサの出力信号の波形を示すグラフである。
【図１０】回転体が偏摩耗しているときの光センサの出力信号の波形を示すグラフである。
【図１１】複数の光学ヘッドを有する複数の光学式検出器を備えた磨耗検出装置の一実施形態を示す図である。
【図１２】回転体が偏摩耗しているときの光センサの出力信号の波形を示すグラフである。
【図１３】摩耗検出装置の他の実施形態を示す図である。
【図１４】摩耗検出装置の他の実施形態を示す図である。
【図１５】立軸ポンプの他の実施形態を示す図である。
【図１６】横軸ポンプの一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、立軸ポンプの一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、立軸ポンプは、吸込水槽１内の液体を汲み上げ、他所に移送するためのポンプである。
【００１８】
立軸ポンプは、鉛直方向に延びる回転体１５と、回転体１５に固定された羽根車１０と、内部に羽根車１０を収容するポンプケーシング２７と、ポンプケーシング２７の上端に接続された揚水管２８と、揚水管２８の上端に接続された吐出曲管３０と、吐出曲管３０の吐出側の端部に接続された吐出配管３４とを備えている。回転体１５は、軸継手６により駆動源７の駆動軸７ａに連結されている。駆動源７の例としては、電動機、ディーゼルエンジン、ガスタービンエンジンなどが挙げられる。
【００１９】
ポンプケーシング２７は、揚水管２８によって吸込水槽１内に吊り下げられている。ポンプケーシング２７は、吸込ベルマウス２２と、吐出ボウル２４とを備えている。吐出ボウル２４の上端は、揚水管２８の下端に接続されている。吸込ベルマウス２２は、下方に開口した吸込口２２ａを有しており、吸込ベルマウス２２の上端は吐出ボウル２４の下端に接続されている。吸込口２２ａは、ポンプケーシング２７の下端に形成されている。羽根車１０は、ポンプケーシング２７内に収容されている。
【００２０】
揚水管２８は、吸込水槽１の上壁を構成するポンプ据付床２に形成された開口５を通して下方に延びている。揚水管２８の上端には取り付けフランジ３３が固定されている。取り付けフランジ３３は、図示しない基礎ボルトによってポンプ据付床２に固定されている。回転体１５は、吐出曲管３０および揚水管２８を通って鉛直方向に延びており、回転体１５の下端は、ポンプケーシング２７内に位置している。回転体１５は、外軸受４５およびすべり軸受４１によって回転可能に支持されている。
【００２１】
回転体１５は吐出曲管３０から上方に突出し、駆動源７の駆動軸７ａに連結されている。外軸受４５は、吐出曲管３０の外側に配置されており、吐出曲管３０から突出した回転体１５の部分を回転可能に支持している。回転体１５を支持するすべり軸受をさらに揚水管２８内に配置してもよい。外軸受４５は、吐出曲管３０の上部に固定され、回転体１５の上部を支持している。すべり軸受４１は、吐出ボウル２４内に配置され、回転体１５の下部を支持している。すべり軸受４１は、立軸ポンプの運転中は、液体中に浸漬される。
【００２２】
吐出ボウル２４の内部には内側ボウル２５が配置されており、内側ボウル２５は、複数のガイドベーン３７によって吐出ボウル２４に連結されている。複数のガイドベーン３７は、羽根車１０の上方（吐出側）に配置されている。吐出ボウル２４の内面と内側ボウル２５の外面との間には液体の流路が形成されている。
【００２３】
羽根車１０が回転すると、吸込水槽１内の液体がポンプケーシング２７の吸込口２２ａから吸い込まれる。液体は、羽根車１０の回転により、ポンプケーシング２７、揚水管２８、吐出曲管３０を通って吐出配管３４に移送される。
【００２４】
立軸ポンプは、すべり軸受４１の摩耗を検出する摩耗検出装置５０をさらに備えている。この摩耗検出装置５０は、回転体１５に光を照射し、回転体１５からの反射光を検出する光学式検出器５２と、光学式検出器５２の出力信号に基づいてすべり軸受４１の摩耗を検出する信号処理部５３を備えている。光学式検出器５２は、光を発する光源５５と、光源５５から発せられた光を回転体１５に導き、かつ回転体１５からの反射光を受ける光ファイバーケーブル５６と、光ファイバーケーブル５６を伝送された反射光を検出する光センサ６４と、光センサ６４から出力された反射光の検出信号に基づいて、光学ヘッド６０と回転体１５との距離を算出する距離演算器６５を備えている。光ファイバーケーブル５６の先端は、回転体１５に光を照射し、回転体１５からの反射光を受ける光学ヘッド６０を構成する。この光学ヘッド６０は、すべり軸受４１に固定されている。
【００２５】
光ファイバーケーブル５６は、主光ファイバーケーブル５６Ａと、主光ファイバーケーブル５６Ａから分岐した第１分岐光ファイバーケーブル５６Ｂおよび第２分岐光ファイバーケーブル５６Ｃを有している。主光ファイバーケーブル５６Ａの先端は、上記光学ヘッド６０を構成し、主光ファイバーケーブル５６Ａの他端は、ビームスプリッター６７に接続されている。第１分岐光ファイバーケーブル５６Ｂの一端はビームスプリッター６７に接続され、他端は光源５５に接続されている。第２分岐光ファイバーケーブル５６Ｃの一端はビームスプリッター６７に接続され、他端は光センサ６４に接続されている。
【００２６】
光源５５から発せられた光は、第１分岐光ファイバーケーブル５６Ｂ、ビームスプリッター６７、および主光ファイバーケーブル５６Ａを通って回転体１５に導かれる。回転体１５からの反射光は、主光ファイバーケーブル５６Ａ、ビームスプリッター６７、および第２分岐光ファイバーケーブル５６Ｃを通って光センサ６４に導かれる。光ファイバーケーブル５６は、光源５５および光センサ６４から、ビームスプリッター６７を経由してすべり軸受４１まで延びている。
【００２７】
光ファイバーケーブル５６は、吸込水槽１の内部から外部に延びている。すなわち、光学ヘッド６０を構成する光ファイバーケーブル５６の先端は、すべり軸受４１に固定されており、光ファイバーケーブル５６の他端は、ポンプ据付床２の上方に位置している。光源５５、光センサ６４、距離演算器６５、ビームスプリッター６７、および信号処理部５３は、ポンプ据付床２の上方、すなわち吸込水槽１の外に配置されている。
【００２８】
図示しないが、一実施形態では、光ファイバーケーブル５６は、光源５５からすべり軸受４１まで延びる第１光ファイバーケーブルと、すべり軸受４１から光センサ６４まで延びる第２光ファイバーケーブルを備えてもよい。この場合は、ビームスプリッター６７は設けられない。光学ヘッド６０は、第１光ファイバーケーブルの先端と、第２光ファイバーケーブルの先端から構成される。
【００２９】
光源５５には、ハロゲンランプ、キセノンランプ、発光ダイオードなどが使用される。光センサ６４は、光ファイバーケーブル５６を通って伝送された反射光の強度を測定するように構成されている。光センサ６４の例としては、フォトダイオード、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどが挙げられる。距離演算器６５は、光センサ６４から出力された反射光の検出信号に基づいて、光学ヘッド６０と回転体１５との距離を算出するように構成される。本実施形態の光学式検出器５２は、タイムオブフライト型、分光干渉型などの光学式距離測定装置である。タイムオブフライト型、および分光干渉型の距離測定の原理自体は、公知であるので、その説明は省略する。
【００３０】
距離演算器６５は、信号処理部５３に接続されており、距離演算器６５によって算出された距離の値は信号処理部５３に送られるようになっている。信号処理部５３は、プログラムおよびデータ（距離の測定値など）を記憶する記憶装置５３ａと、プログラムに含まれた命令に従って演算を実行する処理装置（ＣＰＵなど）５３ｂを備えた少なくとも１台のコンピュータから構成される。信号処理部５３は、光学ヘッド６０と回転体１５との距離の値を距離演算器６５から受け取り、距離の変化に基づいてすべり軸受４１の摩耗を検出するように構成されている。
【００３１】
図２は、図１に示すすべり軸受４１の横断面図を示す図である。回転体１５は、鉛直に延びる回転軸１５ａと、回転軸１５ａの外周面に固定された円筒状の軸スリーブ１５ｂを備えている。すべり軸受４１は、軸スリーブ１５ｂの周囲に配置されている。すべり軸受４１は、回転体１５の周方向に沿って配列された複数の摺接部材７１と、これら摺接部材７１を保持する保持部材７２と、保持部材７２が固定された軸受ハウジング７３を備えている。
【００３２】
複数の摺接部材７１は、回転体１５の軸スリーブ１５ｂの外周面を囲むように配置されている。摺接部材７１は、耐摩耗性の高い樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂）から構成されている。摺接部材７１は、回転体１５の周りに等間隔で配列されており、摺接部材７１の間には複数の隙間が形成されている。立軸ポンプに汲み上げられた液体中の砂などの固形物は、これら隙間を通してすべり軸受４１から排出されるので、固形物の噛み込みを防止することができる。
【００３３】
保持部材７２は、円筒形状を有しており、ゴムなどの弾性材料から構成されている。保持部材７２の内周面には、回転体１５の軸方向に沿って延びる複数の縦溝７５が形成されている。これら縦溝７５は、摺接部材７１の間に形成された複数の隙間にそれぞれ位置している。これらの縦溝７５は、上述した液体中の固形物の排出路を形成し、固形物の噛み込み防止をより確実とすることができる。軸受ハウジング７３は、金属または樹脂から構成されている。
【００３４】
光ファイバーケーブル５６は、軸受ハウジング７３を貫通して延びている。光学ヘッド６０を構成する光ファイバーケーブル５６の先端は、保持部材７２内に位置している。光学ヘッド６０は、隣接する２つの摺接部材７１の間の隙間に配置されており、回転体１５の外周面を向いている。本実施形態では、図２に示すように、光学ヘッド６０は、保持部材７２の縦溝７５と同じ周方向位置に配置されている。
【００３５】
光源５５によって発せられた光は、光ファイバーケーブル５６を通り、光学ヘッド６０（光ファイバーケーブル５６の先端）から回転体１５の軸スリーブ１５ｂに向けられる。光は軸スリーブ１５ｂの外周面で反射する。軸スリーブ１５ｂからの反射光は、光学ヘッド６０（光ファイバーケーブル５６の先端）に受けられ、光ファイバーケーブル５６を通って光センサ６４に送られる。反射光は光センサ６４によって検出され、距離演算器６５は、反射光の検出信号に基づいて光学ヘッド６０と回転体１５との距離を算出する。
【００３６】
通常、摺接部材７１の内面と、回転体１５の外面（軸スリーブ１５ｂの外周面）との間には、ある程度のクリアランスが設けられている。したがって、回転体１５は、その軸心を中心に回転しながら、回転体１５の全体は半径方向に振れる。よって、立軸ポンプの運転中、回転する回転体１５は、複数の摺接部材７１に接触する。回転体１５との接触により摺接部材７１が摩耗するにつれて、摺接部材７１と回転体１５との上記クリアランスは増加する。上記クリアランスが増加すると、回転体１５の半径方向への振れ幅が大きくなり、光学ヘッド６０と回転体１５との距離は周期的に変化する。信号処理部５３は、距離演算器６５の出力信号の振幅に基づいて、摺接部材７１の摩耗を検出する。距離演算器６５の出力信号は、光学ヘッド６０と回転体１５との距離を示す。
【００３７】
図３は、摺接部材７１が摩耗していないときの光学ヘッド６０と回転体１５との距離の時間変化を示す図である。上述したように、回転体１５は、その軸心を中心に回転しながら、回転体１５の全体は半径方向に振れるため、光学ヘッド６０と回転体１５との距離は、周期的に変化する。
【００３８】
図４は、摺接部材７１が摩耗しているときの光学ヘッド６０と回転体１５との距離の時間変化を示す図である。摺接部材７１が摩耗するにつれて、回転体１５の半径方向への振れ幅が大きくなり、結果として、距離演算器６５の出力信号の振幅が増加する。信号処理部５３は、距離演算器６５の出力信号の振幅を算出し、振幅が予め設定されたしきい値を上回った場合は、摺接部材７１の摩耗を検出する。本実施形態によれば、摩耗検出装置５０は、立軸ポンプを分解することなく、摺接部材７１の摩耗を検出することができる。
【００３９】
一実施形態では、図５に示すように、摩耗検出装置５０は、複数の光学ヘッド６０を備えた複数の光学式検出器５２を備えてもよい。複数の光学式検出器５２のそれぞれは、図２に示す光学式検出器５２と同じ構成を有しており、一部の図示を省略している。複数の光学ヘッド６０は、回転体１５の周方向に沿って配列されており、かつ複数の摺接部材７１の間にそれぞれ配置されている。図５では、１つの光源５５、１つの光センサ６４、および１つの距離演算器６５のみが描かれているが、複数の光ファイバーケーブル５６は、複数の光源５５および複数の光センサ６４にそれぞれ光学的に接続されており、複数の距離演算器６５は複数の光センサ６４にそれぞれ光学的に接続されている。
【００４０】
信号処理部５３は、各光学式検出器５２の距離演算器６５に接続されている。信号処理部５３は、各光学式検出器５２の距離演算器６５の出力信号の振幅に基づいて、摺接部材７１の摩耗を検出することができる。さらに、本実施形態に係る摩耗検出装置５０は、回転体１５が回転していないときに、回転体１５の摩耗を検出することができる。例えば、信号処理部５３は、各光学式検出器５２の距離演算器６５から送られてくる距離の値の平均または合計がしきい値を上回った場合は、回転体１５の摩耗を検出する。
【００４１】
図６は、摩耗検出装置５０の他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図１乃至図４を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。
【００４２】
図６に示すように、摩耗検出装置５０は、複数の光学ヘッド６０を備えた複数の光学式検出器５２を備えている。複数の光学式検出器５２のそれぞれは、図２に示す光学式検出器５２と同じ構成を有している。複数の光学ヘッド６０は、回転体１５の軸方向に沿って配列されており、かつ摺接部材７１の間に配置されている。信号処理部５３は、各光学式検出器５２の距離演算器６５に接続されている。信号処理部５３は、各光学式検出器５２の距離演算器６５の出力信号の振幅に基づいて、摺接部材７１の摩耗を検出することができる。
【００４３】
本実施形態によれば、複数の光学ヘッド６０は、回転体１５の軸方向において異なる箇所に光を導き、回転体１５からの反射光を受けることができる。したがって、摩耗検出装置５０は、回転体１５の軸方向に沿った異なる位置での摺接部材７１の摩耗を検出することができる。特に、本実施形態によれば、摩耗検出装置５０は、摺接部材７１の軸方向における偏摩耗を検出することができる。
【００４４】
図６に示す実施形態は、３つの光学ヘッド６０が回転体１５の軸方向に沿って配列されているが、２つの光学ヘッド６０、あるいは４つ以上の光学ヘッド６０が回転体１５の軸方向に沿って配列されてもよい。
【００４５】
図７は、立軸ポンプの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、光学式検出器５２は、光源５５からすべり軸受４１まで延びる第１光ファイバーケーブル５７と、すべり軸受４１から光センサ６４まで延びる第２光ファイバーケーブル５８を備えている。ビームスプリッター６７および距離演算器６５は設けられていない。光センサ６４は、信号処理部５３に接続されており、光センサ６４の出力信号（反射光の強度の測定データ）は信号処理部５３に送られるようになっている。光学ヘッド６０は、第１光ファイバーケーブル５７の先端と、第２光ファイバーケーブル５８の先端から構成されている。
【００４６】
摩耗検出装置５０は、回転体１５の回転位置を検出する回転位置検出器７９をさらに備えている。この回転位置検出器７９は、回転体１５の特徴的な形状（例えば、回転体１５のキー溝）を検出したときに、位置検出信号を出力するように構成されている。ただし、回転角度検出器の構成は、本実施形態に限られず、ロータリエンコーダなどの角度測定器を回転位置検出器７９に使用してもよい。回転位置検出器７９は、信号処理部５３に接続されており、位置検出信号は、信号処理部５３に送られるようになっている。
【００４７】
図８は、図７に示すすべり軸受４１の横断面図を示す図である。光学ヘッド６０は、第１光ファイバーケーブル５７の先端からなる投光部６０Ａと、第２光ファイバーケーブル５８の先端からなる受光部６０Ｂを有している。投光部６０Ａは、回転体１５に光を照射し、受光部６０Ｂは、回転体１５からの光を受ける。複数の摺接部材７１のうちの１つは、投光部６０Ａと受光部６０Ｂとの間に配置されている。摺接部材７１のサイズによっては、複数の摺接部材７１が投光部６０Ａと受光部６０Ｂとの間に配置されてもよい。光源５５から発せられた光は、第１光ファイバーケーブル５７を伝送され、投光部６０Ａから回転体１５に照射される。光は、回転体１５の外面と、摺接部材７１の内面で反射を繰り返し、反射光として受光部６０Ｂに受けられる。反射光は、第２光ファイバーケーブル５８を伝送されて光センサ６４に導かれる。光センサ６４は、反射光の強度を測定するように構成されている。
【００４８】
投光部６０Ａから受光部６０Ｂに伝わる反射光の量は、回転体１５と摺接部材７１との間のクリアランスに従って増加する。すなわち、回転体１５と摺接部材７１との間のクリアランスが大きくなると、受光部６０Ｂに入射する反射光の量は増加する。したがって、信号処理部５３は、光センサ６４の出力信号（すなわち反射光の強度）に基づいて、摺接部材７１の摩耗を検出することができる。より具体的には、信号処理部５３は、反射光の強度を示す光センサ６４の出力信号の振幅を算出し、振幅が予め設定されたしきい値を上回った場合は、摺接部材７１の摩耗を検出する。
【００４９】
さらに、本実施形態に係る摩耗検出装置５０は、光センサ６４の出力信号の波形から、回転体１５の偏摩耗を検出することができる。図９は、回転体１５が偏摩耗していないときの光センサ６４の出力信号の波形を示すグラフである。図９において、「IN」は投光部６０Ａの位置を表し、「OUT」は受光部６０Ｂの位置を表している。
【００５０】
上述したように、摺接部材７１の内面と、回転体１５の外面（軸スリーブ１５ｂの外周面）との間には、ある程度のクリアランスが設けられている。したがって、回転体１５は、その軸心を中心に回転しながら、回転体１５の全体は半径方向に振れる。回転体１５の振れに従い、投光部６０Ａから受光部６０Ｂに送られる光の量は、周期的に変化する。したがって、光センサ６４によって測定される反射光の強度は、図９に示すように、周期的に変化する。回転体１５とすべり軸受４１との間の最小隙間の位置が、受光部６０Ｂの位置に一致するとき、光センサ６４に送られる反射光の量は最小となる。
【００５１】
図１０は、回転体１５が偏摩耗しているときの光センサ６４の出力信号の波形を示すグラフである。図１０から分かるように、回転体１５が偏摩耗しているとき、投光部６０Ａから受光部６０Ｂに送られる光の量の変化の仕方が、回転体１５が偏摩耗していないときに比べて、異なる。すなわち、回転体１５が偏摩耗しているときの光センサ６４の出力信号の波形は、回転体１５が偏摩耗していないときの波形に比べて異なる。
【００５２】
信号処理部５３は、回転体１５が偏摩耗していないときの光センサ６４の出力信号の波形である基準波形を決定し、光センサ６４の出力信号の波形が、基準波形から許容範囲を超えて変化した場合に、回転体１５の偏摩耗を検出する。光センサ６４の出力信号の波形は、回転体１５の回転角度と、光センサ６４の出力信号の値との関係から定義することができる。一例では、信号処理部５３は、回転体１５の回転角度の設定範囲内での光センサ６４の出力信号の値が許容範囲を外れた場合に、回転体１５の偏摩耗を検出する。回転体１５の回転角度は、回転位置検出器７９から周期的に出力される位置検出信号の時間間隔から換算することができる。
【００５３】
図１１は、摩耗検出装置５０の他の実施形態を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図７および図８を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。
【００５４】
図１１に示すように、摩耗検出装置５０は、複数の光学ヘッド６０を備えた複数の光学式検出器５２を備えている。複数の光学式検出器５２のそれぞれは、図８に示す光学式検出器５２と同じ構成を有している。図１１では、１つの光源５５および１つの光センサ６４のみが描かれているが、複数の第１光ファイバーケーブル５７は、複数の光源５５にそれぞれ光学的に接続され、複数の第２光ファイバーケーブル５８は複数の光センサ６４にそれぞれ光学的に接続されている。信号処理部５３は、複数の光センサ６４に接続されている。一実施形態では、複数の第１光ファイバーケーブル５７は、１つの共通の光源５５に接続されてもよい。
【００５５】
複数の光学ヘッド６０は、複数の第１光ファイバーケーブル５７の複数の先端からなる複数の投光部６０Ａと、複数の第２光ファイバーケーブル５８の複数の先端からなる複数の受光部６０Ｂを有している。複数の投光部６０Ａと複数の受光部６０Ｂは、回転体１５の周方向に沿って交互に配列されており、かつ摺接部材７１の間に配置されている。信号処理部５３は、各光学式検出器５２の光センサ６４に接続されている。信号処理部５３は、各光センサ６４の出力信号に基づいて、摺接部材７１の摩耗を検出することができる。より具体的には、信号処理部５３は、反射光の強度を示す光センサ６４の出力信号の振幅を算出し、振幅が予め設定されたしきい値を上回った場合は、摺接部材７１の摩耗を検出する。
【００５６】
本実施形態に係る摩耗検出装置５０は、立軸ポンプが運転していないときに、摺接部材７１の摩耗を正確に検出することができる。例えば、信号処理部５３は、各光センサ６４から送られてくる出力信号の値（反射光の強度）の平均または合計がしきい値を上回った場合は、摺接部材７１の摩耗を検出する。
【００５７】
さらに、本実施形態に係る摩耗検出装置５０は、光センサ６４の出力信号の波形から、回転体１５の偏摩耗を検出することができる。図１２は、回転体１５が偏摩耗しているときの光センサ６４の出力信号の波形を示すグラフである。図１２の「IN」は、図１１に示す４つの投光部６０Ａの位置を示し、「OUT1」，「OUT2」，「OUT3」，「OUT4」は、図１１に示す４つの受光部６０Ｂの位置を示している。
【００５８】
図９と図１２のグラフの対比から分かるように、回転体１５が偏摩耗しているときの光センサ６４の出力信号の波形は、回転体１５が偏摩耗していないときの波形に比べて異なる。信号処理部５３は、回転体１５が偏摩耗していないときの光センサ６４の出力信号の波形である基準波形を決定し、光センサ６４の出力信号の波形が、基準波形から許容範囲を超えて変化した場合に、回転体１５の偏摩耗を検出する。
【００５９】
図１３は、摩耗検出装置５０の他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図１乃至図４を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。光学ヘッド６０は、回転体１５に光を照射する光源５５と、光源５５に電力を供給する電池８０を備えている。光源５５および電池８０は、すべり軸受４１に固定されている。
【００６０】
光学式検出器５２は、回転体１５からの反射光を受ける光ファイバーケーブル５６と、光ファイバーケーブル５６を伝送された反射光の強度を測定する光センサ６４を備えている。光学ヘッド６０は、光ファイバーケーブル５６の先端から構成された受光部６０Ｂを有している。光源５５および電池８０は、吸込水槽１（図１参照）内に配置されており、光センサ６４および信号処理部５３は、吸込水槽１の外に配置されている。本実施形態によれば、光源５５とすべり軸受４１とを接続する光ファイバーケーブルが不要になり、摩耗検出装置５０の構成を簡略化することができる。
【００６１】
図１４は、摩耗検出装置５０の他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図１３を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。光学ヘッド６０は、回転体１５に光を照射する光源５５と、回転体１５からの反射光の強度を測定する光センサ６４と、光源５５および光センサ６４に電力を供給する電池８０を備えている。光源５５、光センサ６４、および電池８０は、すべり軸受４１に固定されている。光センサ６４は、信号線（電線）８１により信号処理部５３に接続されている。
【００６２】
光源５５、光センサ６４、および電池８０は、吸込水槽１（図１参照）内に配置されており、信号処理部５３は、吸込水槽１の外に配置されている。本実施形態によれば、光学式検出器５２の全体がすべり軸受４１に取り付けられている。したがって、光ファイバーケーブルが不要になり、摩耗検出装置５０の構成をさらに簡略化することができる。
【００６３】
図１５は、立軸ポンプの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の詳細は、図１を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態に係る立軸ポンプは、光ファイバーケーブル５６をすべり軸受４１まで導くための導管８５を備えている。導管８５の一端はすべり軸受４１に固定され、導管８５の他端はポンプ据付床２の上方に位置している。光ファイバーケーブル５６の先端から構成される光学ヘッド６０は、すべり軸受４１に着脱可能とされている。
【００６４】
本実施形態によれば、光ファイバーケーブル５６を常にすべり軸受４１に接続しておく必要はなく、すべり軸受４１の摩耗を検出するときに、光ファイバーケーブル５６を導管８５に挿入し、光ファイバーケーブル５６の先端（すなわち、光学ヘッド６０）をすべり軸受４１内に配置することができる。本実施形態の導管８５は、図１乃至図１４に示す各実施形態に適用することができる。
【００６５】
今まで説明した実施形態に係る摩耗検出装置５０は、立軸ポンプに組み込まれているが、上述した各実施形態に係る摩耗検出装置５０は、すべり軸受を備えた他のタイプのポンプにも適用することができる。例えば、図１６に示す横軸ポンプに、摩耗検出装置５０を組み入れることができる。図１６に示す横軸ポンプは、湾曲した管路を有する吸込ケーシング１１２と、吸込ケーシング１１２の下流側に接続されるポンプケーシング１１４とを有する。また、横軸ポンプは、略水平方向に延在する回転体１１１を有する。回転体１１１は、吸込ケーシング１１２を貫通し、ポンプケーシング１１４の内部まで延在する。回転体１１１と吸込ケーシング１１２との隙間は、軸封部１１３により液密に封止される。
【００６６】
回転体１１１の先端側は、ポンプケーシング１１４内に配置されるすべり軸受１４０によって回転可能に支持される。すべり軸受１４０は図示しないリブによって支持されている。すべり軸受１４０は内部ケーシング（内筒）１３１内に配置されており、内部ケーシング１３１は、複数のガイドベーン１１８によってポンプケーシング１１４に固定されている。
【００６７】
回転体１１１には、羽根車１１７がキー１１５によって固定される。これにより、回転体１１１の回転に伴って羽根車１１７が回転する。羽根車１１７と内部ケーシング１３１により、すべり軸受１４０を収容する空間であるすべり軸受室１１９が形成される。回転体１１１の後端側は、回転体１１１を回転させるためのエンジンやモータ等の駆動源１２０に接続される。また、駆動源１２０と軸封部１１３との間には、吸込ケーシング１１２の外部において回転体１１１を回転可能に支持する外部軸受１２２が設けられる。
【００６８】
摩耗検出装置５０は、回転体１１１に光を照射し、回転体１１１からの反射光を検出する光学式検出器５２と、光学式検出器５２の出力信号に基づいてすべり軸受４１の摩耗を検出する信号処理部５３を備えている。光学式検出器５２は、光を発する光源５５と、光源５５から発せられた光を回転体１１１に導き、かつ回転体１１１からの反射光を受ける光ファイバーケーブル５６と、光ファイバーケーブル５６を伝送された反射光を検出する光センサ６４と、光センサ６４から出力された反射光の検出信号に基づいて、光学ヘッド６０と回転体１１１との距離を算出する距離演算器６５を備えている。光ファイバーケーブル５６の先端は、回転体１１１に光を照射し、回転体１１１からの反射光を受ける光学ヘッド６０を構成する。この光学ヘッド６０は、すべり軸受１４０に固定されている。
【００６９】
図１６に示す摩耗検出装置５０は、図１乃至図４を参照して説明した実施形態に係る構成を有しているが、図５乃至図１５に示す上述した他の実施形態に係る構成を備えてもよい。
【００７０】
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。
【符号の説明】
【００７１】
１      吸込水槽
２      ポンプ据付床
５      開口
６      軸カップリング
７      駆動源
１０      羽根車
１２      翼
１５      回転体
１５ａ    回転軸
１５ｂ    軸スリーブ
２２      吸込ベルマウス
２２ａ    吸込口
２４      吐出ボウル
２５      内側ボウル
２７      ポンプケーシング
２８      揚水管
３０      吐出曲管
３３      取り付けフランジ
３４      吐出配管
３７      ガイドベーン
４１      すべり軸受
４５      外軸受
５０      摩耗検出装置
５２      光学式検出器
５３      信号処理部
５５      光源
５６      光ファイバーケーブル
５７      第１光ファイバーケーブル
５８      第２光ファイバーケーブル
６０      光学ヘッド
６０Ａ    投光部
６０Ｂ    受光部
６４      光センサ
６５      距離演算器
６７      ビームスプリッター
７１      摺接部材
７２      保持部材
７３      軸受ハウジング
７５      縦溝
７９      回転位置検出器
８０      電池
８５      導管
【図１】
2020176865.tif 000003
【図２】
2020176865.tif 000004
【図３】
2020176865.tif 000005
【図４】
2020176865.tif 000006
【図５】
2020176865.tif 000007
【図６】
2020176865.tif 000008
【図７】
2020176865.tif 000009
【図８】
2020176865.tif 000010
【図９】
2020176865.tif 000011
【図１０】
2020176865.tif 000012
【図１１】
2020176865.tif 000013
【図１２】
2020176865.tif 000014
【図１３】
2020176865.tif 000015
【図１４】
2020176865.tif 000016
【図１５】
2020176865.tif 000017
【図１６】
2020176865.tif 000018