(57)【要約】【課題】立軸ポンプを運転しながら、ねじり振動の発生を簡易かつ確実に検出することができるねじり振動検出装置を提供する。【解決手段】ねじり振動検出装置５０は、回転軸１５に固定された羽根車１０の翼１２を検出する翼検出器５２と、翼検出器５２の検出信号に基づいて回転軸１５のねじり振動を検出する信号処理部５３を備える。信号処理部５３は、羽根車１０が回転しているときに取得した翼検出器５２の検出信号の周期を算出し、検出信号の周期が増減している場合は、回転軸１５にねじり振動が発生していると判定する。【選択図】図３
2020183893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定された羽根車の翼を検出する翼検出器と、
前記翼検出器の検出信号に基づいて前記回転軸のねじり振動を検出する信号処理部を備え、
前記信号処理部は、
前記羽根車が回転しているときに取得した前記翼検出器の検出信号の周期を算出し、
前記検出信号の周期が増減している場合は、前記回転軸にねじり振動が発生していると判定する、ねじり振動検出装置。
【請求項２】
前記翼検出器は、光を発する光源と、前記光源から発せられた光を前記羽根車の翼に導く第１光ファイバーケーブルと、前記翼からの反射光を受ける第２光ファイバーケーブルと、前記第２光ファイバーケーブルに接続された光センサを備えた光学式検出器である、請求項１に記載のねじり振動検出装置。
【請求項３】
前記光源および前記光センサは、前記羽根車が配置される吸込水槽外に配置され、前記第１光ファイバーケーブルおよび前記第２光ファイバーケーブルは前記吸込水槽内に配置されている、請求項２に記載のねじり振動検出装置。
【請求項４】
前記光源から発せられる光の照度を制御する制御部をさらに備えている、請求項２または３に記載のねじり振動検出装置。
【請求項５】
前記翼検出器は、距離センサである、請求項１に記載のねじり振動検出装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記検出信号の周期が設定範囲を外れた場合に、前記回転軸にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のねじり振動検出装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、前記検出信号の周期が増減を繰り返した回数を計数し、当該回数が所定の値を超えた場合に、前記回転軸にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のねじり振動検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のねじり振動検出装置を備えたポンプ設備に設置される立軸ポンプであって、
回転軸と、
複数の翼を有し、前記回転軸に固定された羽根車と、
前記羽根車を収容するポンプケーシングと、を備え、
前記翼検出器が前記ポンプケーシングに取り付けられている、立軸ポンプ。
【請求項９】
前記ポンプケーシングは、液体の吸込口を有する吸込みベルマウスを有しており、
前記翼検出器は、前記吸込みベルマウスに取り付けられたセンサヘッドを有している、請求項８に記載の立軸ポンプ。
【請求項１０】
前記センサヘッドは、前記回転軸から最も離れた前記翼の部位に対向して配置されている、請求項９に記載の立軸ポンプ。
【請求項１１】
前記センサヘッドは、前記翼の外端に対向して配置されている、請求項９に記載の立軸ポンプ。
【請求項１２】
前記センサヘッドは、前記翼の下面に対向して配置されている、請求項９に記載の立軸ポンプ。
【請求項１３】
回転軸に固定された羽根車が回転しているときに、前記羽根車の翼を翼検出器で検出し、
前記翼検出器の検出信号の周期を算出し、
前記検出信号の周期が増減している場合は、前記回転軸にねじり振動が発生していると判定する、ねじり振動検出方法。
【請求項１４】
前記翼検出器は、光を発する光源と、前記光源から発せられた光を前記羽根車の翼に導く第１光ファイバーケーブルと、前記翼からの反射光を受ける第２光ファイバーケーブルと、前記第２光ファイバーケーブルに接続された光センサを備えた光学式検出器である、請求項１３に記載のねじり振動検出方法。
【請求項１５】
前記翼検出器は、距離センサである、請求項１３に記載のねじり振動検出方法。
【請求項１６】
前記回転軸にねじり振動が発生していると判定する工程は、前記検出信号の周期が設定範囲を外れた場合に、前記回転軸にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成する工程である、請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載のねじり振動検出方法。
【請求項１７】
前記回転軸にねじり振動が発生していると判定する工程は、前記検出信号の周期が増減を繰り返した回数を計数し、当該回数が所定の値を超えた場合に、前記回転軸にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成する工程である、請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載のねじり振動検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車が固定された回転軸のねじり振動を検出するための技術に関し、特に立軸ポンプの回転軸のねじり振動を検出する技術に関する。
【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。このような立軸ポンプでは、ねじり振動と呼ばれる、羽根車が回転しているときに、羽根車を保持する回転軸が周期的にねじれる現象が発生する場合がある。ねじり振動の周波数が回転系の固有振動数に一致すると、ねじり共振が発生する。ねじり共振は、羽根車、回転軸、および回転軸の軸受を大きく振動させ、羽根車および回転軸を損傷させる原因ともなる。そこで、運転の安全性の観点から、ねじり振動の程度をモニタリングすることが必要とされている。
【０００３】
また立軸ポンプでは、羽根車が水中に浸漬された状態で運転され、運転時間の経過とともに羽根車は徐々に摩耗する。このため、立軸ポンプの点検作業を定期的に行って羽根車の摩耗状況を確認し、必要に応じて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】実開昭６３−７９５４１号公報
【特許文献２】特開２００３−４２７４５号公報
【特許文献３】特開２０１５−１４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
立軸ポンプにおいてねじり振動を検出するために、ポンプ地上部に露出した回転軸にひずみゲージと無線伝送器を取り付けて測定する方法や、光学式センサによって回転軸の回転速度の微小変動を検出する方法が用いられる。しかしながら、前者は測定に多大な労力とひずみゲージ設置のためにポンプの停止が求められ、後者は測定可能な地上部がねじり振動の節（振動振幅が小さくなる部分）となる場合が多く、精度の高い検出が困難であった。
【０００６】
また、羽根車の摩耗は、吸込水槽内に位置しているため、作業員は吸込水槽内に液体がないときに吸込水槽内に入り、隙間ゲージなどの測定器を用いて羽根車を点検する必要がある。場合によっては、立軸ポンプの一部を分解する必要もある。このため、羽根車の点検には多大な時間と労力を要していた。また、作業員による点検はポンプを停止させる必要があり、点検を実施するタイミングが限られる。さらに、故障によるポンプの緊急停止を予防するために、羽根車の摩耗の経過をリアルタイムで観察したい、という要望がある。
【０００７】
そこで、本発明は、立軸ポンプを運転しながら、ねじり振動の発生を簡易かつ確実に検出することができ、さらには羽根車の摩耗を検出することができるねじり振動検出装置およびねじり振動検出方法を提供する。また、本発明は、そのようなねじり振動検出装置を備えた立軸ポンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、回転軸に固定された羽根車の翼を検出する翼検出器と、前記翼検出器の検出信号に基づいて前記回転軸のねじり振動を検出する信号処理部を備え、前記信号処理部は、前記羽根車が回転しているときに取得した前記翼検出器の検出信号の周期を算出し、前記検出信号の周期が増減している場合は、前記回転軸にねじり振動が発生していると判定する、ねじり振動検出装置が提供される。
【０００９】
一態様では、前記翼検出器は、光を発する光源と、前記光源から発せられた光を前記羽根車の翼に導く第１光ファイバーケーブルと、前記翼からの反射光を受ける第２光ファイバーケーブルと、前記第２光ファイバーケーブルに接続された光センサを備えた光学式検出器である。
一態様では、前記光源および前記光センサは、前記羽根車が配置される吸込水槽外に配置され、前記第１光ファイバーケーブルおよび前記第２光ファイバーケーブルは前記吸込水槽内に配置されている。
一態様では、前記ねじり振動検出装置は、前記光源から発せられる光の照度を制御する制御部をさらに備えている。
一態様では、前記翼検出器は、距離センサである。
【００１０】
一態様では、前記信号処理部は、前記検出信号の周期が設定範囲を外れた場合に、前記回転軸にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成する。
一態様では、前記信号処理部は、前記検出信号の周期が増減を繰り返した回数を計数し、当該回数が所定の値を超えた場合に、前記回転軸にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成する。
【００１１】
一態様では、上記ねじり振動検出装置を備えたポンプ設備に設置される立軸ポンプであって、回転軸と、複数の翼を有し、前記回転軸に固定された羽根車と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、を備え、前記翼検出器が前記ポンプケーシングに取り付けられている、立軸ポンプである。
一態様では、前記ポンプケーシングは、液体の吸込口を有する吸込みベルマウスを有しており、前記翼検出器は、前記吸込みベルマウスに取り付けられたセンサヘッドを有している。
【００１２】
一態様では、前記センサヘッドは、前記回転軸から最も離れた前記翼の部位に対向して配置されている。
一態様では、前記センサヘッドは、前記翼の外端に対向して配置されている。
一態様では、前記センサヘッドは、前記翼の下面に対向して配置されている。
【００１３】
一態様では、回転軸に固定された羽根車が回転しているときに、前記羽根車の翼を翼検出器で検出し、前記翼検出器の検出信号の周期を算出し、前記検出信号の周期が増減している場合は、前記回転軸にねじり振動が発生していると判定する、ねじり振動検出方法該提供される。
【００１４】
一態様では、前記翼検出器は、光を発する光源と、前記光源から発せられた光を前記羽根車の翼に導く第１光ファイバーケーブルと、前記翼からの反射光を受ける第２光ファイバーケーブルと、前記第２光ファイバーケーブルに接続された光センサを備えた光学式検出器である。
一態様では、前記翼検出器は、距離センサである。
一態様では、前記回転軸にねじり振動が発生していると判定する工程は、前記検出信号の周期が設定範囲を外れた場合に、前記回転軸にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成する工程である。
一態様では、前記回転軸にねじり振動が発生していると判定する工程は、前記検出信号の周期が増減を繰り返した回数を計数し、当該回数が所定の値を超えた場合に、前記回転軸にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成する工程である。
【発明の効果】
【００１５】
回転軸にねじり振動が発生しているとき、羽根車の回転速度は増減を繰り返す。したがって、信号処理部は、検出信号の周期の変化に基づいて回転軸のねじり振動を検出することができる。本発明によれば、ねじり振動を事前に予測するために作業員が点検を実施する必要はなく、立軸ポンプを運転しながら、回転軸のねじり振動を簡易かつ確実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】羽根車およびポンプケーシングの拡大図である。
【図３】羽根車を示す斜視図である。
【図４】ねじり振動が発生していないときの、光学式検出器の検出信号の波形を示すグラフである。
【図５】ねじり振動が発生しているときの、光学式検出器の検出信号の波形を示すグラフである。
【図６】第１光ファイバーケーブルの先端および第２光ファイバーケーブルの先端から構成されるセンサヘッドの配置の他の実施形態を示す図である。
【図７】センサヘッドの配置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図８】図７に示すセンサヘッドと羽根車を示す斜視図である。
【図９】翼の下面に窪みが生じているときの、図７および図８に示す光学式検出器の検出信号の波形を示すグラフである。
【図１０】翼がゆがんでいるときの、図７および図８に示す光学式検出器の検出信号の波形を示すグラフである。
【図１１】立軸ポンプの他の実施形態を示す模式図である。
【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１００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１００は、吸込水槽１内の液体を汲み上げるためのポンプである。また、図１に示す立軸ポンプ１００は、一例として立軸斜流ポンプであって、上水、雨水、農業用水等のポンプ設備２００に設置される。
【００１８】
立軸ポンプ１００は、鉛直方向に延びる回転軸１５と、回転軸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。回転軸１５は、駆動源７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、吸込みベルマウス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。吸込みベルマウス２２は、下方に開口した吸込口２２ａを有しており、吸込みベルマウス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。回転軸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、回転軸１５の下端は、ポンプケーシング２７内に位置している。回転軸１５は、外軸受４５および水中軸受４１によって回転可能に支持されている。
【００２１】
回転軸１５は吐出曲管３０から上方に突出し、駆動源７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から突出した回転軸１５の部分を回転可能に支持している。回転軸１５を支持する水中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、回転軸１５の上部を支持している。水中軸受４１は、吐出ボウル２４内に配置され、回転軸１５の下部を支持している。
【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は吸込水槽１内に配置されている。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】
ポンプ設備２００は、立軸ポンプ１００と、当該立軸ポンプ１００の回転軸１５のねじり振動を検出するねじり振動検出装置５０と、を備えている。このねじり振動検出装置５０は、羽根車１０の翼１２を検出する翼検出器としての光学式検出器５２と、光学式検出器５２から出力された検出信号に基づいて回転軸１５のねじり振動を検出する信号処理部５３と、光学式検出器５２を制御する制御部５４とを備えている。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羽根車１０の翼１２に導く第１光ファイバーケーブル５６と、翼１２からの反射光を受ける第２光ファイバーケーブル５７と、第２光ファイバーケーブル５７に接続された光センサ６０を備えている。
【００２５】
第１光ファイバーケーブル５６および第２光ファイバーケーブル５７は、吸込水槽１の内部から外部に延びている。すなわち、第１光ファイバーケーブル５６および第２光ファイバーケーブル５７の先端は、ポンプケーシング２７に固定されており、第１光ファイバーケーブル５６および第２光ファイバーケーブル５７の他端は、ポンプ据付床２の上方に位置している。
【００２６】
第１光ファイバーケーブル５６の先端および第２光ファイバーケーブル５７の先端は、光を翼１２に照射し、翼１２からの反射光を受けるセンサヘッド６５を構成する。第１光ファイバーケーブル５６の他端は光源５５に接続されており、第２光ファイバーケーブル５７の他端は光センサ６０に接続されている。
【００２７】
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６０は、第２光ファイバーケーブル５７を通って伝達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６０の例としては、フォトダイオード、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどが挙げられる。光センサ６０は、信号処理部５３に接続されており、光センサ６０から出力された検出信号は信号処理部５３に送られるようになっている。本実施形態では、光センサ６０の検出信号は、センサヘッド６５から照射した光が羽根車１０の翼１２で反射した光（反射光）の強度を示す測定値を含む。
【００２８】
信号処理部５３は、プログラムおよびデータ（反射光の強度を示す測定値など）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と、光学式検出器５２からの検出信号を受信する入力部５３ｃ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、羽根車１０が回転しているときに、光センサ６０の検出信号（すなわち反射光の強度の測定値）を入力部５３ｃにて受け取り、時間軸に沿った検出信号の波形を生成し、検出信号の周期の変化に基づいて回転軸１５のねじり振動を検出するように構成されている。
【００２９】
制御部５４は、プログラムおよびデータ（発光の強度を示す値など）を記憶する記憶装置５４ａ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）５４ｂと、光学式検出器５２に制御信号を送る出力部５４ｃ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。なお、制御部５４と信号処理部５３とは、同じ処理装置、記憶装置、および／または、コンピュータにて構成されてもよい。制御部５４は、出力部５４ｃを介して、光源５５が発する光をＯＮ／ＯＦＦするタイミングや光の照度を制御してもよい。
【００３０】
更に、ねじり振動検出装置５０は、更に、不図示の操作表示部を備えるとよい。当該操作表示部は、ＧＵＩ（Graphical  User  Interface）であって、立軸ポンプ１００の状態、光センサ６０の測定値、ねじり振動の発生等を表示したり、ユーザーが光源５５が発する光の照度を調整可能としてもよい。
【００３１】
図２は、羽根車１０およびポンプケーシング２７の拡大図である。図２に示すように、第１光ファイバーケーブル５６の先端および第２光ファイバーケーブル５７の先端から構成されるセンサヘッド６５は、ポンプケーシング２７に形成された通孔２７ａ内に配置されている。第１光ファイバーケーブル５６を伝送された光はセンサヘッド６５から翼１２に放射され、翼１２からの反射光は、センサヘッド６５によって受けられる。
【００３２】
センサヘッド６５は、ポンプケーシング２７の吸込みベルマウス２２に取り付けられている。上述した通孔２７ａは吸込みベルマウス２２の上部に形成されている。センサヘッド６５は、羽根車１０の翼１２に対向するように配置されている。より具体的には、センサヘッド６５は、回転軸１５から最も離れた翼１２の部位に対向するように配置されている。これは、回転軸１５にねじり振動が発生したときに、回転軸１５からの距離が大きいほど、翼１２の速度（周速）が大きく変化するからである。本実施形態においては、図２に示すように、センサヘッド６５は、翼１２の吐出し側角部１２ａに対向するように配置されている。図２において、符号１２ｂは翼１２の外端を表し、符号１２ｃは翼１２の吸込み側角部を表している。翼１２の吐出し側角部１２ａは、吸込み側角部１２ｃよりも回転軸１５から離れた位置にある。翼１２の外端１２ｂは、吐出し側角部１２ａと吸込み側角部１２ｃとの間に位置している。
【００３３】
一実施形態では、センサヘッド６５を吸込口２２ａからポンプケーシング２７内に挿入し、吸込みベルマウス２２の内面に沿って第１光ファイバーケーブル５６と第１光ファイバーケーブル５６を配置して、センサヘッド６５を吸込みベルマウス２２の上部に配置してもよい。ただし、センサヘッド６５が通孔２７ａ内に配置されれば、センサヘッド６５が水流の影響を受けるのを抑えることできるため、センサヘッド６５の配置場所の選択範囲が広がる。
【００３４】
図３は、羽根車１０を示す斜視図である。図３に示すように、羽根車１０は、回転軸１５の周りに等間隔で配列された複数の翼１２を有している。上述したセンサヘッド６５は、各翼１２の吐出し側角部１２ａ（すなわち、翼１２の回転軸１５から最も離れた部位）に対向して配置されている。センサヘッド６５を構成する第１光ファイバーケーブル５６の先端は、光源５５からの光を翼１２に照射し、センサヘッド６５を構成する第２光ファイバーケーブル５７の先端は、翼１２からの反射光を受ける。反射光は第２光ファイバーケーブル５７を通って光センサ６０に伝達される。本実施形態では、羽根車１０は、側板を持たないオープンインペラである。オープンインペラは、雨水、下水など、搬送液に若干の異物を含む場合にも適する。センサヘッド６５は、翼１２の回転軸１５から最も離れた部位に対向して配置されるのが好ましいが、一実施形態では、各翼１２の吸込み側角部１２ｃに対向して配置されてもよい。
【００３５】
翼１２は、回転軸１５の周りに等間隔で配列されているので、センサヘッド６５からの光は翼１２に周期的に照射され、センサヘッド６５は翼１２からの反射光を周期的に受ける。したがって、光学式検出器５２の検出信号、すなわち反射光の強度は、周期的に変化する。図４は、ねじり振動が発生していないときの、光学式検出器５２の検出信号の波形を示すグラフである。ねじり振動が発生していないとき、光学式検出器５２の検出信号の周期Ｔは、一定である。また、回転軸１５の回転周期Ｔ１は、周期Ｔの翼１２の枚数（本実施形態では６）倍に等しい。
【００３６】
一方、図５は、ねじり振動が発生しているときの、光学式検出器５２の検出信号の波形を示すグラフである。ねじり振動が発生しているとき、光学式検出器５２の検出信号の周期Ｔは、増減を繰り返す。すなわち、検出信号の隣接する２つのピーク（反射光の強度が上昇から下降に転じた点）間の時間は徐々に増加し、その後減少し、さらに同じように増減を繰り返す。このような周期Ｔの変動は、回転軸１５のねじり振動に起因する。また、ねじり振動の場合、回転軸１５の回転周期Ｔ１内で周期Ｔが増減する。
【００３７】
そこで、信号処理部５３は、羽根車１０が回転しているときに取得した光学式検出器５２の検出信号（光センサ６０の検出信号）の周期Ｔを算出し、周期Ｔが増減している場合は、回転軸１５にねじり振動が発生していると判定し、ねじり振動の発生を示す警報信号を生成する。より具体的には、信号処理部５３は、光学式検出器５２の検出信号の周期Ｔが設定範囲を外れた場合に、回転軸１５にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成する。周期Ｔの設定範囲は、回転軸１５の回転速度および羽根車１０の翼１２の枚数に基づいて、予め定められる。
【００３８】
本実施形態の立軸ポンプ１００は、雨水、下水など、搬送液に若干の異物を含む場合にも用いられる。また、搬送流体が液体であるため、吸込み側の圧力低下等の一時的な要因で発生した気泡に光が当たる場合がある。搬送液内の異物や気泡による反射光の増減とねじり振動の発生とを区別してねじり振動の発生の検出精度を高めるため、信号処理部５３は、検出信号の周期Ｔが増減を繰り返した回数を計数し、当該回数が所定の値を超えた場合に、回転軸１５にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成してもよい。
【００３９】
一実施形態として、信号処理部５３は、所定の監視時間内に、周期Ｔが設定範囲を外れた回数を計数し、計数された回数がしきい値以上である場合に、回転軸１５にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成してもよい。
【００４０】
一実施形態として、信号処理部５３は、周期Ｔが設定範囲を外れた回転周期Ｔ１の数を計数し、当該数がしきい値以上である場合に、回転軸１５にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成してもよい。一実施形態として、信号処理部５３は、回転周期Ｔ１内の検出信号のパターン（例えば、ピーク値、周期Ｔの値、回転周期Ｔ１の開始からピーク発生までの時間）を記憶し、周期Ｔが設定範囲を外れ且つ前回のパターンと今回のパターンが等しい場合に回数を計数し、当該計数した回数がしきい値以上である場合に、回転軸１５にねじり振動が発生したことを示す警報信号を生成してもよい。これは、ねじり振動では、連続する複数の回転周期Ｔ１で、周期Ｔがほぼ同じ様に増減するためである。
【００４１】
上記各実施形態によれば、信号処理部５３は、翼検出器である光学式検出器５２の検出信号に基づいて回転軸１５のねじり振動を検出することができる。したがって、ねじり振動を事前に予測するために作業員が点検を実施する必要はなく、立軸ポンプ１００を運転しながら、回転軸１５のねじり振動を簡易かつ確実に検出することができる。
【００４２】
上述した翼検出器としての光学式検出器５２および信号処理部５３の組み合わせは、翼１２の外端１２ｂとポンプケーシング２７との間の隙間（すなわち、チップクリアランス）の変化を検出することも可能である。翼１２の外端１２ｂが欠損または摩耗すると、チップクリアランスは大きくなる。チップクリアランスが大きくなるにつれて、翼１２からの反射光の強度は低下する。信号処理部５３は、光学式検出器５２の検出信号のピーク値が設定値を下回った場合に、チップクリアランスの増加を示す警報信号を生成する。
【００４３】
図６は、第１光ファイバーケーブル５６の先端および第２光ファイバーケーブル５７の先端から構成されるセンサヘッド６５の配置の他の実施形態を示す図である。図６に示す実施形態では、センサヘッド６５は、翼１２の外端１２ｂに対向して配置されている。すなわち、センサヘッド６５の位置は、翼１２の上側（吐出し側）の角部１２ａと下側（吸込み側）の角部１２ｃとの中間点である。この位置に配置されたセンサヘッド６５は、翼１２の外端１２ｂに光を照射し、外端１２ｂからの反射光を受けることができる。図６に示す実施形態は、翼１２の外端１２ｂとポンプケーシング２７との間の隙間Ｌ（すなわち、チップクリアランス）の変化を検出するのに適している。
【００４４】
図７は、第１光ファイバーケーブル５６の先端および第２光ファイバーケーブル５７の先端から構成されるセンサヘッド６５の配置のさらに他の実施形態を示す図である。図７に示す実施形態では、センサヘッド６５は、ポンプケーシング２７内の羽根車１０よりも下方に配置されており、翼１２の下面に対向している。本実施形態の立軸ポンプ１００は、羽根車１０よりも下方の位置で湾曲した形状の吸込みベルマウス２２を備えており、当該吸込みベルマウス２２に通孔２７ａを設けることで、センサヘッド６５が翼１２の下面と対向することができる。
【００４５】
図８は、図７に示すセンサヘッド６５と羽根車１０を示す斜視図である。図８から分かるように、羽根車１０の翼１２は螺旋形状を有しており、各翼１２の下面１２ｄは、下方を向いている。センサヘッド６５は、斜め上を向いて配置され、翼１２の下面１２ｄに光を照射し、翼１２の下面１２ｄからの反射光を受けることができる。図７および図８に示す実施形態は、翼１２の下面１２ｄに生じた欠陥（例えば、穴や窪み）および翼１２のゆがみを検出するのに適している。本実施形態の立軸ポンプ１００では、羽根車１０が回転軸１５の最下端に位置しているため、翼１２に生じた欠陥（例えば、穴や窪み）および翼１２のゆがみが、ねじり振動や共振の要因のひとつとなりうる。また、翼１２の吸込み側となる下面１２ｄは、他の面に比べて搬送液中の異物による欠損が生じやすいため、翼１２の下面１２ｄの欠損を検出することが好ましい。
【００４６】
図９は、翼１２の下面１２ｄに窪みが生じているときの、図７および図８に示す光学式検出器５２の検出信号の波形を示すグラフである。図９に示すように、ある翼１２の下面１２ｄに窪みが形成されている場合、光学式検出器５２の検出信号の波形が変形する。図１０は、翼１２がゆがんでいるときの、図７および図８に示す光学式検出器５２の検出信号の波形を示すグラフである。図１０に示すように、ある翼１２がゆがんでいる場合も、光学式検出器５２の検出信号の波形が変形する。
【００４７】
信号処理部５３は、検出信号の波形の変化に基づいて、翼１２の欠陥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、検出信号の波形を表すピーク値、ピーク幅、１つの周期Ｔ内の極大値の数などの指標値が、正常運転時の数値の範囲から外れた場合に、翼１２の欠陥を示す警報信号を生成する。正常運転時の数値の範囲は、ピーク値の範囲、ピーク幅の範囲、１つの周期Ｔ内の極大値の数の範囲のうちの少なくとも１つを含む。
【００４８】
本実施形態によれば、ねじり振動検出装置５０は、回転軸１５のねじり振動のみならず、ねじり振動の原因となる羽根車１０の翼１２の欠陥を検出することができる。
【００４９】
羽根車１０は、通常、鋳物であり、翼１２の表面は粗い。そこで、翼１２での光の反射率を向上させるために、翼１２の外面を滑らかにする表面加工を翼１２に施してもよい。表面加工の例としては、翼１２の外面の研磨が挙げられる。
【００５０】
上述した実施形態では、翼検出器として光学式検出器５２が使用されているが、一実施形態では、距離センサを翼検出器として使用してもよい。例えば、渦電流センサ、超音波式距離センサ、レーザ式距離センサ、赤外線距離センサなどの非接触型の距離センサを翼検出器として使用することができる。ただし、光学式検出器５２では、センサ類（光源５５、光センサ６０）に比べて故障の少ないケーブル類（第１光ファイバーケーブル５６、第２光ファイバーケーブル５７）のみが吸込水槽１内に配置され、センサ類は吸込水槽１外（例えば地上の制御盤等）に配置できる。 そのため、光学式検出器５２は、立軸ポンプ１００の運転を継続しつつセンサ類のメンテナンスができるため、距離センサのようにセンサ類が水槽１内に配置されるのに比べて、頻繁にメンテナンスできる、というメリットがある。また、本実施形態では、光源５５を吸込水槽１外に配置し、制御部５４によって光源５５から発せられる光の照度を制御できるので、設置現場毎の照度調整が容易となる。これにより光ファイバーケーブル５６，５７の劣化や水質の変化等にて反射光の光量が変化しても、光源５５を調整することで継続して運用できる、というメリットがある。
【００５１】
図１１は、立軸ポンプ１００の他の実施形態を示す図である。図１１に示す実施形態では、ねじり振動検出装置５０は、翼検出器として距離センサ７５を備えている。特に説明しない本実施形態の詳細は、図１乃至図１０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。距離センサ７５は、吸込みベルマウス２２に取り付けられたセンサヘッド７７を備える。距離センサ７５は、信号処理部５３に電気的に接続されている。距離センサ７５のタイプによっては、距離センサ７５は、センサヘッド７７に接続されたアンプなどのセンサ本体をさらに有することもある。この場合、センサ本体は、吸込水槽１の外部に配置される。
【００５２】
羽根車１０が回転しているとき、距離センサ７５の検出信号は、翼１２の存在によって周期的に変化する。すなわち、図４および図５に示すグラフと同様に、距離センサ７５の検出信号の波形は、回転する羽根車１０の翼１２の存在を示している。信号処理部５３は、距離センサ７５からなる翼検出器の検出信号に基づいて、回転軸１５のねじり振動を検出することができる。
【００５３】
図６を参照して説明した実施形態と同様に、ねじり振動検出装置５０は、距離センサ７５からなる翼検出器の検出信号に基づいて、翼１２とポンプケーシング２７との間の隙間（すなわち、チップクリアランス）の増加を検出することも可能である。さらに、図７乃至図１０を参照して説明した実施形態と同様に、ねじり振動検出装置５０は、距離センサ７５からなる翼検出器の検出信号の波形の変化に基づいて、翼１２の欠陥を検出することも可能である。
【００５４】
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】
【００５５】
１      吸込水槽
２      ポンプ据付床
５      開口
７      駆動源
１０      羽根車
１２      翼
１５      回転軸
２２      吸込みベルマウス
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      水中軸受
４５      外軸受
５０      ねじり振動検出装置
５２      光学式検出器（翼検出器）
５３      信号処理部
５５      光源
５６      第１光ファイバーケーブル
５７      第２光ファイバーケーブル
６０      光センサ
６５      センサヘッド
７５      距離センサ（翼検出器）
７７      センサヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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