(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型ポンプの揚水管およびケーシングのいずれかに設置され、前記縦型ポンプの回転軸を支持する軸受部から離れた位置で前記回転軸の振動を測定する超音波式振動計と、測定された回転軸の振動に基づいて前記軸受部での軸振動値を算出する軸振動算出手段と、算出された軸振動値に基づいて前記軸受部の摩耗量を推定する摩耗量推定手段とを具備したことを特徴とする縦型ポンプの診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の縦型ポンプの診断装置において、回転軸振動値と軸受摩耗量との関係を表す軸受摩耗推定データベースを有し、前記回転軸振動の測定結果から前記軸受摩耗推定データベースを参照して軸受摩耗量を推定してなることを特徴とする縦型ポンプの診断装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の縦型ポンプの診断装置において、前記軸受摩耗推定データベースの内容が回転軸振動値と軸受荷重との関係であり、さらに軸受荷重と軸受摩耗速度との関係を表す軸受摩耗進展データベースを有し、前記回転軸振動の測定結果から軸受荷重を算出し、前記軸受摩耗進展データベースを参照して軸受摩耗進展量を推定してなることを特徴とする縦型ポンプの診断装置。
【請求項４】
縦型ポンプの軸受部近傍の揚水管およびケーシングのいずれかの外部に設置された超音波式振動計により前記軸受部近傍の回転軸振動を測定し、この測定した回転軸振動に基づいて前記軸受部での軸振動値を算出し、この算出した軸振動値に基づいて前記軸受部の摩耗量および摩耗進展量を推定することを特徴とする縦型ポンプの診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型ポンプの回転軸の振動を検出して軸受摩耗量および摩耗進展量を推定する縦型ポンプの診断装置および診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は発電プラントなどで用いられる縦型ポンプを示す縦断面図である。図６に示すように、この種の縦型ポンプ１は、モータ台２と、このモータ台２の下部に連設された揚水管３と、この揚水管３の下部に上下方向２段連設されたケーシング４とを備えている。
【０００３】
また、モータ台２の上部には、駆動源であるモータ５が設置され、このモータ５の出力軸５ａが駆動連結部２内まで延びてカップリング６を介して回転軸７と連結されている。この回転軸７は、揚水管３内を経てケーシング４内を通りケーシング４下部に配置した吸込み口８まで延びている。
【０００４】
さらに、上下方向２段に連設されたケーシング４内の回転軸７には、それぞれ水中軸受９を介して羽根車１０が連結されている。そして、水中軸受９は、揚水管３の連結部３ａ内においても回転軸７を支持している。
【０００５】
このように構成された縦型ポンプ１は、モータ５を回転駆動させ、羽根車１０が連結された回転軸７を回転させることにより、吸込み口８から流体を吸い込み、揚水管３の内部に吸い上げ、揚水管３の排出口１１から排出する構造となっている。
【０００６】
ところで、回転軸７は、上記のように複数の水中軸受９により支持されている。これらの水中軸受９は、流体中に混入する異物などにより摩耗を回避することができないのが現状である。特に、縦型ポンプを海水ポンプとして使用した場合には、海水中に混入した砂により摩耗が進行しやすい。水中軸受９が摩耗した状態をそのまま放置しておくと、羽根車１０がケーシング４と接触することになる。
【０００７】
このような事態を防止するため、予め水中軸受９には、許容される摩耗量が設定されており、通常、定期的な分解点検により、水中軸受９の摩耗量を計測し、この計測結果に基づいて水中軸受９の寿命を監視している。
【０００８】
また、この種の縦型ポンプ１の場合には、水中軸受９の潤滑剤が水などのように粘性の低い流体であるため、回転軸７は水中軸受９に対するクリアランス限度まで振れ回る。そのため、水中軸受９での軸振動は、軸受クリアランスとほぼ等しい値になるため、揚水管３内部の水中軸受９近傍に渦電流式変位計などの非接触軸変位計１２を設置し、この非接触軸変位計１２に接続されたケーブル１３を介して図示しない監視装置により水中軸受９の軸振動の変化を監視して、軸受摩耗量を推定し、軸受交換時期を予測するようにしている（例えば、特開平５−１１８２９８号公報参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例では、揚水管３内部の水中軸受９近傍に渦電流式変位計などの非接触軸変位計１２を設置することにより、水中軸受９の軸振動の変化を監視して軸受摩耗量を推定するため、縦型ポンプの構造によっては軸受近傍への非接触軸変位計１２の設置が困難なため、軸受から離れた位置の軸振動しか測定することができない場合があり、摩耗量の推定精度は低くなるという課題がある。
【００１０】
また、揚水管３内部に非接触軸変位計１２を設置するには、揚水管３内に貫通する孔開け加工が必要となるため、設置状態にあるポンプに新たに非接触軸変位計１２を追加設置することは非常に困難な作業である。加えて、監視すべき軸受が複数設けられている場合には、全ての軸受に対して非接触軸変位計１２を設置する必要があり、その分、取付作業量が増加することになる。
【００１１】
他方、縦型ポンプ１の分解点検は、大掛かりな作業となることから、その頻度を多くすることができないため、軸受の摩耗寿命に対して十分余裕があるにも拘らず、早めに軸受を交換している場合が多い。
【００１２】
そこで、本発明は上記事情を考慮してなされたもので、孔開け加工が不要で、軸受の摩耗を定量的に、かつ高精度に推定可能な縦型ポンプの診断装置および診断方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、縦型ポンプの揚水管およびケーシングのいずれかに設置され、前記縦型ポンプの回転軸を支持する軸受部から離れた位置で前記回転軸の振動を測定する超音波式振動計と、測定された回転軸の振動に基づいて前記軸受部での軸振動値を算出する軸振動算出手段と、算出された軸振動値に基づいて前記軸受部の摩耗量を推定する摩耗量推定手段とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
ここで、本発明の超音波式振動計とは、揚水管およびケーシングのいずれかの外部に取り付けた超音波送受信器により揚水管またはケーシング内部の水中に配置された回転軸表面と上記超音波送受信器までの超音波伝達時間の時刻履歴変化を計測して回転軸の振動値とする振動計である。
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、揚水管あるいはケーシングの外側に超音波式振動計を取り付けることにより、回転軸の振動を計測することが可能であるため、従来のように揚水管あるいはケーシングに孔開け加工などを行う必要がなくなる。
【００１６】
よって、運転状態あるいは組立状態にあるポンプにおいても定期的な点検時に超音波式振動計を取り付けることにより、軸振動の測定可能となる。また、軸受部から離れた場所で回転軸の振動から軸受摩耗量の推定が可能となるため、揚水管の曲がり部のように点検時に取付けの容易な場所に超音波式振動計を取り付けることで、軸受摩耗量の推定が可能となる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の縦型ポンプの診断装置において、回転軸振動値と軸受摩耗量との関係を表す軸受摩耗推定データベースを有し、前記回転軸振動の測定結果から前記軸受摩耗推定データベースを参照して軸受摩耗量を推定してなることを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、振動応答解析または試験により得られた回転軸振動値と軸受摩耗量との関係をデータベース化して具備したことにより、軸受摩耗量の算出の効率化を図ることができる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の縦型ポンプの診断装置において、前記軸受摩耗推定データベースの内容が回転軸振動値と軸受荷重との関係であり、さらに軸受荷重と軸受摩耗速度との関係を表す軸受摩耗進展データベースを有し、前記回転軸振動の測定結果から軸受荷重を算出し、前記軸受摩耗進展データベースを参照して軸受摩耗進展量を推定してなることを特徴とする。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、振動応答解析または試験により得られた回転軸振動値と軸受摩耗速度との関係をデータベース化して具備したことにより、軸受摩耗進展量の算出の効率化を図ることができる。また、軸受進展量から軸受交換基準に到達する時間を算出することが可能となり、軸受の交換周期を適正化し、一段と効率的な機器の保守点検が可能となる。
【００２１】
請求項４記載の発明は、縦型ポンプの軸受部近傍の揚水管およびケーシングのいずれかの外部に設置された超音波式振動計により前記軸受部近傍の回転軸振動を測定し、この測定した回転軸振動に基づいて前記軸受部での軸振動値を算出し、この算出した軸振動値に基づいて前記軸受部の摩耗量および摩耗進展量を推定することを特徴とする。
【００２２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１と同様の作用および効果が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１（Ａ）は本発明に係る縦型ポンプの診断方法の一実施形態を適用した縦型ポンプを示す縦断面図、図１（Ｂ）は縦型ポンプの回転軸を模式的に示す説明図である。なお、図１（Ａ），（Ｂ）において縦型ポンプの構造は、図６に示すものと同様であるので同一の符号を付して説明する。
【００２５】
図１（Ａ）に示すように、縦型ポンプ１は、モータ台２と、この駆動連結部２の下部に連設された揚水管３と、この揚水管３の下部に上下方向２段連設されたケーシング４とを備えている。
【００２６】
また、モータ台２の上部には、駆動源であるモータ５が設置され、このモータ５の出力軸５ａがモータ台２内まで延びてカップリング６を介して回転軸７と連結されている。この回転軸７は、揚水管３内を経てケーシング４内を通りケーシング４下部に配置した吸込み口８まで延びている。
【００２７】
さらに、上下方向２段に連設されたケーシング４内の回転軸７には、それぞれ軸受部としての水中軸受９を介して羽根車１０が連結されている。そして、水中軸受９は、揚水管３の連結部３ａ内においても回転軸７を支持しており、計３個備えている。
【００２８】
また、本実施形態では、点検容易な個所である揚水管３の上部あるいは水中軸受９の摩耗量の変化に対する影響が大きい個所である連結部３ａ近傍に超音波式振動計１５ａ，１５ｂがそれぞれ設置されている。
【００２９】
これらの超音波式振動計１５ａ，１５ｂは、揚水管３の上部および連結部３ａ近傍に取り付けた、例えば超音波送受信器などからなり、揚水管３の上部から連結部３ａ近傍内部に亘り延設された回転軸７の表面と、上記超音波送受信器までの超音波伝達時間の時刻履歴変化を計測して回転軸７の振動値を求める振動計である。
【００３０】
図１（Ｂ）には、軸受摩耗量がない場合の回転軸７の軸振動モードＭ１から軸受摩耗量が増加したときの回転軸７の軸振動モードＭ２に変化した状態を示している。
【００３１】
したがって、本実施形態による縦型ポンプの診断方法では、超音波式振動計１５ａを揚水管３の上部に設置して、軸振動（回転軸の振動値、回転軸の軸中心位置）値を計測すれば、軸受位置の軸振動値を軸振動モードＭ１あるいは軸振動モードＭ２から算出することができる。
【００３２】
次に、このようにして算出された軸受位置の軸振動値に基づいて解析あるいは実験式により軸受摩耗量を推定する。
【００３３】
このように本実施形態による縦型ポンプの診断方法によれば、揚水管３に超音波式振動計１５ａ，１５ｂを取り付けたことにより、回転軸７の振動を計測することが可能であるため、揚水管３あるいはケーシング４に孔開け加工などを行う必要がなくなる。
【００３４】
よって、運転状態あるいは組立状態にある縦型ポンプ１においても定期的な点検時に超音波式振動計１５ａ，１５ｂを取り付けることにより、軸振動の測定が可能となる。また、水中軸受９から離れた場所で回転軸７の振動から軸受摩耗量の推定が可能となる。
【００３５】
なお、本実施形態では、連結部３ａ近傍における水中軸受９近傍の揚水管３に超音波式振動計１５ｂを取り付けたことにより、その測定値も用いれば、超音波式振動計１５ａの測定値のみの軸受摩耗量の推定精度より高い推定精度が得られる。
【００３６】
図２は本発明に係る縦型ポンプの診断装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００３７】
図２に示すように、揚水管３の曲がり部内側には、超音波式振動計としての超音波トランスジューサ（超音波送受信器）１６が設置され、この超音波トランスジューサ１６から発信された超音波は、揚水管３を通過して水中を伝播し回転軸７の表面で反射して、また水中を伝播し揚水管３を通過して再び超音波トランスジューサ１６で受信される。
【００３８】
この伝播時間の時刻履歴は、回転軸７の位置変化であるので、超音波信号が超音波信号処理装置１７を介して処理され、この処理された信号が軸振動算出手段としての振動変換装置１８により振動波形に変換され、回転軸７の振動値（回転軸振動値、回転軸軸中心位置）が算出される。ここで得られた回転軸７の振動値に基づいて摩耗量推定手段としての軸受摩耗推定装置１９により水中軸受９の摩耗量を推定する。この推定された軸受摩耗量が表示装置２０に表示される。
【００３９】
また、振動変換装置１８により得られた回転軸７の振動値（回転軸振動値、回転軸軸中心位置）から軸受摩耗推定装置１９を用いて水中軸受９の摩耗量を推定するときには、データベース参照装置２１により軸受摩耗推定データベース２２から軸受摩耗量の値を抽出する。この抽出した軸受摩耗量は表示装置２０に表示される。したがって、予め作成された回転軸振動値と軸受摩耗量との関係を表す軸受摩耗推定データベース２２を参照して軸受摩耗量を推定することが可能となる。
【００４０】
軸受摩耗推定データベース２２の中に、回転軸振動値と軸受荷重との関係を有している場合、振動変換装置１８より得られた回転軸７の振動値から、データベース参照装置２１により軸受摩耗推定データベース２２から軸受荷重を抽出し、続いてデータベース参照装置２１により軸受摩耗進展データベース２３から軸受摩耗速度を抽出する。この抽出された軸受摩耗速度から軸受交換基準に到達する時間を計算し、表示装置２０に表示する。したがって、予め作成された軸受荷重と軸受摩耗速度との関係を表す軸受摩耗進展データベース２３を参照して軸受摩耗の進展を予測することが可能となる。そして、図３は上記のようにして表示装置２０に表示される軸受摩耗量推定結果および摩耗進展予測の例を示している。
【００４１】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４２】
まず、軸受摩耗量の推定方法について説明する。
【００４３】
図４（Ａ）は、軸受摩耗推定データベース２２を模式的に示した説明図、図４（Ｂ）は軸受摩耗推定データベース２２の構成を示す説明図である。
【００４４】
軸受摩耗推定データベース２２は、軸振動と水中軸受９の軸受摩耗量との関係を蓄積したものであり、振動応答解析あるいは試験により得られる。振動応答解析を用いることにより、図１（Ｂ）に示すように水中軸受９の摩耗量が増加したときの軸振動モードＭ２を解析的に算出することができる。この振動応答解析では、軸受摩耗量Ｍを入力パラメータとした解析を複数回行うことにより、軸受摩耗量Ｍと軸振動Ｘとの関係が得られる。
【００４５】
また、振動応答解析では、軸振動モードＭ２のように軸方向全ての位置での軸振動が分かるので、軸方向位置Ｚの情報をデータベースとして備えることが可能である。そして、超音波トランスジューサ１６の取付位置での軸振動も分かることから、超音波トランスジューサ１６の取付位置で計測された軸振動に基づいて軸受摩耗量を推定することができる。
【００４６】
さらに、例えば回転軸７の曲がりを考慮したい場合には、回転軸７の曲がり量を振動応答解析の入力パラメータとすることにより、回転軸７に曲がりが生じてアンバランス量が変化した場合の軸振動と軸受摩耗量の情報を軸受摩耗推定データベース２２に取り入れることができる。この場合には、回転軸７に曲がりが発生していることを仮定した場合の軸受摩耗量を推定することができる。
【００４７】
また、例えば揚水管３の偏角を考慮したい場合には、揚水管３の偏角量を振動応答解析の入力パラメータとすることにより、揚水管３の偏角量が生じた場合の軸振動と軸受摩耗量の情報を軸受摩耗推定データベース２２に取り入れることができる。この場合には、ポンプ据付部の変形が発生していることを仮定した場合の軸受摩耗量を推定することができる。
【００４８】
次いで、軸受摩耗の進展予測方法について説明する。
【００４９】
振動応答解析では、入力パラメータに応じた軸振動と同時に軸受荷重も算出することができる。この軸振動値と軸受荷重を軸受摩耗推定データベース２２にデータベース化することにより、軸受荷重と軸受摩耗速度との関係を蓄積した軸受摩耗進展データベース２３と連係することで、軸受摩耗進展量を算出することが可能となる。
【００５０】
図５（Ａ）は軸受摩耗進展データベース２３を模式的に示した説明図、図５（Ｂ）は軸受摩耗進展データベース２３の構成を示す説明図である。
【００５１】
軸受摩耗進展データベース２３は、軸受荷重と軸受摩耗速度との関係を蓄積したものであり、軸受摩耗解析あるいは試験により得られる。
【００５２】
縦型ポンプ１を海水中で使用する場合には、流体中の砂濃度が異なる場合の軸受荷重と軸受摩耗速度をデータベース化することにより、砂濃度が変化した場合の軸受摩耗進展量を算出することが可能になる。
【００５３】
また、回転軸曲がり量を振動応答解析の入力パラメータとすることにより、回転軸７に曲がりが生じてアンバランス量が変化した場合の軸振動と軸受荷重の情報を軸受摩耗推定データベース２２に取り入れることができる。この場合には、回転軸７に曲がりが発生することを仮定した場合の軸受摩耗進展量を算出することができる。
【００５４】
さらに、揚水管３の偏角量を振動応答解析の入力パラメータとすることにより、ポンプ据付部の変形により偏角量が生じた場合の軸振動と軸受荷重の情報を軸受摩耗推定データベース２２に取り入れることができる。この場合には、ポンプ据付部の変形が発生することを仮定した場合の軸受摩耗進展量を算出することができる。
【００５５】
また、ポンプ部の慣性が大きい場合には、ポンプ起動時の軸受摩耗量が大きいため、起動停止回数により軸受摩耗量が支配されることとなる。この起動回数の情報をデータベース化することにより、起動回数に影響を受ける軸受摩耗進展量を算出することができる。
【００５６】
ところで、軸受摩耗推定データベース２２は、サイズや軸受種類などの異なるポンプにおいて振動応答の解析を行ってデータベースを構築することにより、サイズや軸受の種類などの異なるポンプに対する軸受摩耗量の推定作業を効率的に実施することが可能となる。
【００５７】
また、軸受摩耗進展データベース２３は、種々の材質の軸受について軸受荷重と軸受摩耗速度との関係をデータベースとして構築することにより、材質の異なる軸受を有するポンプに対して軸受摩耗の進展予測作業を効率的に実施することが可能となる。
【００５８】
このように本実施形態によれば、揚水管３に超音波トランスジューサ１６を取り付けることにより、回転軸７の振動を計測することが可能であるため、揚水管３あるいはケーシング４に孔開け加工などを行う必要がなくなる。
【００５９】
よって、運転状態あるいは組立状態にあるポンプにおいても定期的な点検時に超音波トランスジューサ１６を取り付けることにより、軸振動の測定可能となる。また、水中軸受９から離れた場所で回転軸７の振動から軸受摩耗量の推定が可能となるため、揚水管３の曲がり部のように点検時に取付けの容易な場所に超音波トランスジューサ１６を取り付けることで、軸受摩耗量の推定が可能となる。そして、超音波トランスジューサ１６を水中軸受９の摩耗量の変化に対する影響が大きい個所に設置することにより、水中軸受９の摩耗量を高精度に推定することが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、振動応答解析または試験により得られた回転軸７の振動値と軸受摩耗量との関係をデータベース化して具備したことにより、軸受摩耗量の算出の効率化を図ることができる。
【００６１】
さらに、本実施形態によれば、振動応答解析または試験により得られた回転軸７の振動値と軸受荷重との関係、軸受荷重と軸受摩耗速度との関係をデータベース化して具備したことにより、軸受摩耗進展量の算出の効率化を図ることができる。そして、軸受摩耗進展量から軸受交換基準に到達する時間を算出することが可能となり、水中軸受９の交換周期を適正化し、一段と効率的な機器の保守点検が可能となる。
【００６２】
次に、上記実施形態の変形例を図２に基づいて説明する。図２において、データベース参照装置２１、軸受摩耗推定データベース２２および軸受摩耗進展データベース２３が設けられていない場合でも軸受摩耗量の推定が可能である、そして、データベース参照装置２１および軸受摩耗推定データベース２２を有することにより、軸受摩耗量の推定を行うことが可能である。また、データベース参照装置２１および軸受摩耗進展データベース２１を有することにより、軸受摩耗の進展予測が可能となる。
【００６３】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態では超音波式振動計を揚水管３に取り付けた例について説明したが、これに限らずケーシング４に取り付けるようにしてもよい。つまり、超音波式振動計は、点検時に取付け容易な個所あるいは水中軸受９の摩耗量の変化に対する影響が大きい個所の揚水管３あるいはケーシング４に取り付けるようにすればよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、孔開け加工が不要で、軸受の摩耗を定量的に、かつ高精度に推定可能な縦型ポンプの診断装置および診断方法が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明に係る縦型ポンプの診断方法の一実施形態を適用した縦型ポンプを示す縦断面図、（Ｂ）は縦型ポンプの回転軸を模式的に示す説明図。
【図２】本発明に係る縦型ポンプの診断装置の一実施形態を示すブロック図。
【図３】表示される軸受摩耗量推定および摩耗進展予測の例を示す説明図。
【図４】（Ａ）は、軸受摩耗推定データベースを模式的に示した説明図、（Ｂ）は軸受摩耗推定データベースの構成を示す説明図。
【図５】（Ａ）は軸受摩耗進展データベースを模式的に示した説明図、（Ｂ）は軸受摩耗進展データベースの構成を示す説明図。
【図６】発電プラントなどで用いられる縦型ポンプを示す縦断面図。
【符号の説明】
１  縦型ポンプ
３  揚水管
４  ケーシング
７  回転軸
９  水中軸受（軸受部）
１５ａ，１５ｂ  超音波式振動計
１６  超音波トランスジューサ（超音波式振動計）
１８  振動変換装置（軸振動算出手段）
１９  軸受摩耗推定装置（摩耗量推定手段）
２１  データベース参照装置
２２  軸受摩耗推定データベース
２３  軸受摩耗進展データベース
【図１】
0003567140.tif 000002
【図２】
0003567140.tif 000003
【図３】
0003567140.tif 000004
【図４】
0003567140.tif 000005
【図５】
0003567140.tif 000006
【図６】
0003567140.tif 000007