(57)【要約】【課題】吸込水槽内に発生した渦を高精度に検出する。【解決手段】ポンプ監視装置３０は、ポンプケーシング１２と、ポンプケーシング１２を貫通して配置された回転軸２２とを備えるポンプ１０を監視する。ポンプ監視装置３０は、回転軸２２の据付床上に位置する部分には、回転軸２２に作用するスラスト荷重を検出するためのスラストセンサ３２と、スラストセンサ３２の検出結果に基づいて吸込水槽内での渦の発生の有無を判断するコントローラ３８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
据付床上から前記据付床下の吸込水槽へ貫通されたポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングを貫通して、前記据付床上から前記吸込水槽側へ配置された回転軸と
を備えるポンプの監視装置であって、
前記回転軸の前記据付床上に位置する部分に配置され、前記回転軸に作用するスラスト荷重を検出するためのスラストセンサと、
前記スラストセンサの検出結果に基づいて前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断するコントローラと
を備える、ポンプ監視装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記スラストセンサから入力されたスラスト荷重の変動によって渦の発生の有無を判断する、請求項１に記載のポンプ監視装置。
【請求項３】
前記吸込水槽内に位置する前記ポンプケーシングの外周部に配置され、前記ポンプケーシングに近接した第１位置と、前記第１位置よりも前記ポンプケーシングから離反した第２位置とに移動可能な渦抑制部材と、
前記渦抑制部材を前記第１位置と前記第２位置に移動させるための作動部材と
を備え、
前記コントローラは、前記吸込水槽内に渦が発生したと判断すると、前記回転軸に作用するスラスト荷重の変動が小さくなるように、前記作動部材によって前記渦抑制部材を移動させる、請求項１又は２に記載のポンプ監視装置。
【請求項４】
前記回転軸の周囲に位置するように、前記ポンプケーシングの前記据付床上に位置する部分に配置された基板と、
前記基板に固定され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受けと
を備え、
前記スラストセンサは、前記基板と前記ポンプケーシングの間に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ監視装置。
【請求項５】
前記スラストセンサはロードセルである、請求項１から４のいずれか１項に記載のポンプ監視装置。
【請求項６】
前記ポンプケーシング内には、前記回転軸に作用するラジアル荷重を検出するためのラジアルセンサが配置されており、
前記コントローラは、前記スラストセンサと前記ラジアルセンサの検出結果に基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する、請求項１から５のいずれか１項に記載のポンプ監視装置。
【請求項７】
前記ポンプは、前記回転軸の前記吸込水槽側の端部に固定された羽根車を備え、
前記ポンプケーシングには、前記羽根車による液体の排出方向における前記羽根車の下流側の圧力を検出するための圧力センサが配置されており、
前記コントローラは、前記スラストセンサと前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する、請求項１から６のいずれか１項に記載のポンプ監視装置。
【請求項８】
回転軸の据付床上に位置する部分に配置したスラストセンサによって、前記回転軸に作用するスラスト荷重を検出し、
前記スラストセンサの検出結果に基づいて、コントローラが前記据付床下の吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する、
ポンプ監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ監視装置、及びポンプ監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水機場では、ポンプの運転により吸込水槽内の液位が低くなるに従って、空気吸込渦や水中渦が発生する。空気吸込渦は、液面から吸込口にかけて生じる水流である。水中渦は、吸込水槽の底から吸込口にかけて生じる水流である。これらの渦は、ポンプの振動の原因の１つであり、据付床の劣化の原因にもなっている。
【０００３】
特許文献１には、送信器と受信器を備える超音波センサを吸込水槽内に配置し、吸込水槽内に発生した空気吸込渦と水中渦を検出できるようにしたポンプ設備が開示されている。また、特許文献１には、吸込水槽内に流体噴射部を配置し、水を噴射することで空気吸込渦と水中渦を破壊することも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−３１９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のポンプ設備では、渦検出用のセンサが吸込水槽内に配置されており、吸込水槽内の液体には異物が含まれている。よって、センサは、異物を検出することがあるため、検出精度が低い。
【０００６】
本発明は、吸込水槽内に発生した渦を高精度に検出できるポンプ監視装置、及びポンプ監視方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
回転軸を駆動させて吸込水槽内の液体を排出すると、回転軸には、液体排出方向とは逆向きのスラスト荷重が作用する。空気吸込渦及び／又は水中渦が発生していない定常状態では、空気吸込渦及び／又は水中渦が発生している渦発生状態よりも、ポンプの全揚程は高く、吐出量は多い。また、スラスト荷重の変動は、定常状態では小さく（概ね一定）、渦発生状態では定常状態よりも大きい。本発明は、かかる新たな知見に基づいてなされたものである。
【０００８】
本発明は、据付床上から前記据付床下の吸込水槽へ貫通されたポンプケーシングと、前記ポンプケーシングを貫通して、前記据付床上から前記吸込水槽側へ配置された回転軸とを備えるポンプの監視装置であって、前記回転軸の前記据付床上に位置する部分に配置され、前記回転軸に作用するスラスト荷重を検出するためのスラストセンサと、前記スラストセンサの検出結果に基づいて前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断するコントローラとを備える、ポンプ監視装置を提供する。
【０００９】
この態様のポンプ監視装置では、スラストセンサによって回転軸のスラスト荷重を直接検出するため、回転軸のスラスト荷重に影響を及ぼす渦の発生を高精度に検出できる。また、コントローラは、スラストセンサの検出結果に基づいて、渦の発生の有無を正確に判断できる。また、スラストセンサは、吸込水槽内ではなく据付床上に配置されているため、汚れた液体や混入した異物によって故障することはない。
【００１０】
前記コントローラは、前記スラストセンサから入力されたスラスト荷重の変動によって渦の発生の有無を判断する。
【００１１】
前記吸込水槽内に位置する前記ポンプケーシングの外周部に配置され、前記ポンプケーシングに近接した第１位置と、前記第１位置よりも前記ポンプケーシングから離反した第２位置とに移動可能な渦抑制部材と、前記渦抑制部材を前記第１位置と前記第２位置に移動させるための作動部材とを備え、前記コントローラは、前記吸込水槽内に渦が発生したと判断すると、前記回転軸に作用するスラスト荷重の変動が小さくなるように、前記作動部材によって前記渦抑制部材を移動させる。この態様によれば、回転軸に作用するスラスト荷重の変動が小さくなる位置に作動部材によって渦抑制部材を移動させることで、渦抑制部材によって吸込水槽内の渦を消滅ないし渦の発生を抑制できる。よって、ポンプの振動、及び据付床の劣化を効果的に抑制できる。
【００１２】
前記回転軸の周囲に位置するように、前記ポンプケーシングの前記据付床上に位置する部分に配置された基板と、前記基板に固定され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受けとを備え、前記スラストセンサは、前記基板と前記ポンプケーシングの間に配置されている。前記スラストセンサはロードセルである。この態様によれば、スラストセンサは、回転軸に作用するスラスト荷重を確実に受けて、高精度に検出できる。
【００１３】
前記ポンプケーシング内には、前記回転軸に作用するラジアル荷重を検出するためのラジアルセンサが配置されており、前記コントローラは、前記スラストセンサと前記ラジアルセンサの検出結果に基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する。この態様によれば、吸込水槽内での渦の発生の有無を正確に判断できる。
【００１４】
前記ポンプは、前記回転軸の前記吸込水槽側の端部に固定された羽根車を備え、前記ポンプケーシングには、前記羽根車による液体の排出方向における前記羽根車の下流側の圧力を検出するための圧力センサが配置されており、前記コントローラは、前記スラストセンサと前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する。この態様によれば、吸込水槽内での渦の発生の有無を正確に判断できる。
【００１５】
また、本発明は、回転軸の据付床上に位置する部分に配置したスラストセンサによって、前記回転軸に作用するスラスト荷重を検出し、前記スラストセンサの検出結果に基づいて、コントローラが前記据付床下の吸込水槽内での渦の発生の有無を判断する、ポンプ監視方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、スラストセンサによって回転軸のスラスト荷重を直接検出するため、吸込水槽内での渦の発生の有無を高精度に検出でき、コントローラによって正確に判断できる。また、スラストセンサは、吸込水槽内ではなく据付床上に配置されているため、汚れた液体や混入した異物によって故障することはない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態のポンプ監視装置を示す断面図。
【図２】図１の一部を示す拡大断面図。
【図３】図１の渦抑制機構を示す断面図。
【図４Ａ】定常状態のスラスト荷重の変動を示すグラフ。
【図４Ｂ】定常状態のラジアル荷重の変動を示すグラフ。
【図４Ｃ】定常状態の羽根車の出口側圧力の変動を示すグラフ。
【図５Ａ】渦発生状態のスラスト荷重の変動を示すグラフ。
【図５Ｂ】渦発生状態のラジアル荷重の変動を示すグラフ。
【図５Ｃ】渦発生状態の羽根車の出口側圧力の変動を示すグラフ。
【図６Ａ】図５Ａのスラスト荷重をＦＦＴ分析したグラフ。
【図６Ｂ】図５Ｂのラジアル荷重をＦＦＴ分析したグラフ。
【図６Ｃ】図５Ｃの羽根車の出口側圧力をＦＦＴ分析したグラフ。
【図７】第２実施形態のポンプ監視装置を示す断面図。
【図８Ａ】図４の一部を示す拡大断面図。
【図８Ｂ】図５Ａの一部を示す拡大断面図。
【図９】第３実施形態のポンプ監視装置を示す断面図。
【図１０】第４実施形態のポンプ監視装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１から図３は、本発明の第１実施形態に係るポンプ監視装置３０を搭載した立軸ポンプ１０を示す。立軸ポンプ１０は、排水機場の吸込水槽１に流入した雨水等の液体を下流側へ排出するものであり、吸込水槽１の上方を覆う据付床２に設置されている。立軸ポンプ１０は、ポンプケーシング１２、回転軸２２、及び羽根車２５を備える。ポンプ監視装置３０は、回転軸２２のスラスト荷重を検出するスラストセンサ３２を備え、このスラストセンサ３２の検出結果に基づいて、吸込水槽１内での空気吸込渦Ａ及び／又は水中渦Ｂの発生の有無を判断する。
【００２０】
（立軸ポンプの概要）
図１に示すように、ポンプケーシング１２は、据付床２に形成された円形状の取付孔２ａを貫通して、据付床２上から吸込水槽１内へ配置されている。ポンプケーシング１２は、吸込水槽１内に配置された揚水管１３と、据付床２上に固定された吐出管１９とを備える。
【００２１】
揚水管１３は、ストレート管１４、ベーンケース１５、及び吸込ベルマウス１７を備える。ストレート管１４は、直径が一様な配管であり、取付孔２ａ内から下方へ延びている。ベーンケース１５は、径方向外向きに膨出した概ね楕円筒状の配管であり、ストレート管１４の下端に接続されている。吸込ベルマウス１７は、下向きに漸次拡径した概ね円錐筒状の配管であり、ベーンケース１５の下端に接続されている。吸込ベルマウス１７の下端開口は、吸込水槽１内の液体を吸い込むための吸込口１８であり、吸込水槽１の底壁１ａに対して定められた間隔をあけて配置されている。
【００２２】
吐出管１９は、揚水管１３の上端に接続された吐出エルボ２０と、据付床２上に配置された送水管（図示せず）とを備える。吐出エルボ２０は、軸線が９０度湾曲した曲がり管である。送水管は、軸線が直線状のストレート管である。吐出エルボ２０と送水管との間には、軸方向と径方向に変形可能な可撓管（図示せず）が介設されている。
【００２３】
回転軸２２は、吐出エルボ２０を貫通して揚水管１３の軸線に沿って配置されている。回転軸２２の上端は、吐出エルボ２０から外方へ突出されている。図２を参照すると、吐出エルボ２０の回転軸２２が貫通する部分は、軸封装置２３によって液密にシールされている。
【００２４】
羽根車２５は、ベーンケース１５の内部（吸込水槽１側）に位置する回転軸２２の下端に固定されている。ベーンケース１５の内部には軸受ケーシング１６が配設されており、この軸受ケーシング１６の下側に、羽根車２５が回転可能に配置されている。
【００２５】
回転軸２２の上端には、クラッチ機構を備える変速装置２７が接続され、この変速装置２７に駆動モータ２８が接続されている。駆動モータ２８の駆動により回転軸２２が回転されると、回転軸２２と一体に羽根車２５が回転することで、吸込水槽１内の液体がポンプケーシング１２内を通って下流側へ排出される。
【００２６】
（ポンプ運転時の状態）
吸込水槽１内の液位がベーンケース１５よりも高い場合、吸込水槽１内の液体の流れは低速であるため、図１のような空気吸込渦Ａ及び／又は水中渦Ｂは発生しない。排出により吸込水槽１内の液位がベーンケース１５の上部よりも低下すると、吸込水槽１内の液体の流れが高速になるため、空気吸込渦Ａ及び／又は水中渦Ｂが発生する。
【００２７】
図４Ａから図４Ｃは、渦Ａ，Ｂが発生していない定常状態で、回転軸２２に作用するスラスト荷重（図４Ａ）、回転軸２２に作用するラジアル荷重（図４Ｂ）、及び羽根車２５の出口側に作用する圧力（図４Ｃ）を示す。図５Ａから図５Ｃは、渦Ａ，Ｂが発生している渦発生状態で、回転軸２２に作用するスラスト荷重（図５Ａ）、回転軸２２に作用するラジアル荷重（図５Ｂ）、及び羽根車２５の出口側に作用する圧力（図５Ｃ）を示す。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、及び図５Ｂでは、縦軸が荷重であり、横軸が時間である。図４Ｃ、及び図５Ｃでは、縦軸が圧力であり、横軸が時間である。スラスト荷重とは、回転軸２２に対して、回転軸２２の軸方向に作用する荷重である。ラジアル荷重とは、回転軸２２に対して、回転軸２２の径方向に作用する荷重である。
【００２８】
図４Ａから図４Ｃに示すように、定常状態では、ポンプケーシング１２内には液体のみが流れるため、回転軸２２に作用するスラスト荷重とラジアル荷重は、変動幅が小さく（概ね一定）、安定している。また、羽根車２５の出口側圧力も変動幅が小さく、安定している。
【００２９】
図５Ａから図５Ｃに示すように、渦発生状態では、渦Ａ，Ｂによってポンプケーシング１２内は気体と液体の二相流になるため、回転軸２２に作用するスラスト荷重とラジアル荷重は、大きく変動する。羽根車２５の出口側圧力も渦Ａ，Ｂにより大きく変動する。回転軸２２の回転周波数に、回転周波数と異なる周期の変動が重畳されるため、渦発生状態ではスラスト荷重、ラジアル荷重、及び出口側圧力は大きく複雑な波形になるのである。
【００３０】
詳しくは、渦発生状態では、スラスト荷重、ラジアル荷重、及び出口側圧力の一定時間当たりの変位（増減）が、定常状態よりも大きい。特に渦発生状態でのスラスト荷重は、一定時間当たり変位を平滑化しても、定常状態よりも大きく変動する。そして、この渦発生状態では、定常状態よりも立軸ポンプ１０の全揚程は低く、吐出量は少なくなる。また、立軸ポンプ１０の振動が大きくなるため、据付床２も劣化する。
【００３１】
図６Ａと図６Ｂは、渦発生状態でのスラスト荷重とラジアル荷重をＦＦＴ分析（高速フーリエ変換）したグラフである。また、図６Ｃは、渦発生状態で回転軸２２の軸方向の振動をＦＦＴ分析したグラフである。図６Ａから図６Ｃの縦軸は荷重であり、横軸は周波数である。図６Ａから図６Ｃの低サイクル変動成分が、回転軸２２に作用するスラスト荷重である。図６Ａから図６Ｃの２ｎ成分は、連続空気吸込渦Ａが２本発生し、羽根車２５が１回転する毎に２本の渦を通過することにより発生する回転数ｎの２倍の振動成分である。ノイズとして駆動モータ２８や回転軸２２のカップリングにより発生する成分は、渦Ａ，Ｂによる成分と比較して非常に小さい。図６Ａから図６ＣのｎＺ成分は、回転軸２２の回転数ｎの整数倍の振動成分である。図６Ｃの配管振動成分は、ポンプケーシング１２から伝達される振動成分である。
【００３２】
吸込水槽１内の液位の低下に従って、スラスト荷重には２ｎ成分が出現し成長する。また、液位が低下すると、ポンプケーシング１２の液体流入方向下流側には、２本の連続空気吸込渦Ａが発生する。スラスト荷重の２ｎ成分の成長は、水位の低下により連続空気吸込渦Ａが２本発生し、羽根車２５が１回転する毎に２本の渦Ａを通過することが原因であると見知される。
【００３３】
図５Ａ及び図５Ｂに図６Ａと図６Ｂを併せて参照すると、スラスト荷重は、ラジアル荷重よりも渦Ａ，Ｂの発生状態が明確である。ラジアル荷重は、渦発生による荷重成分の検出に関してスラスト荷重よりも劣る。半径方向振動には、駆動モータ２８の振動等のノイズが加わるためである。図５Ｃを参照すると、羽根車２５の出口側圧力も渦Ａ，Ｂにより大きく変動しているが、スラスト荷重とは異なり、２ｎ成分が小さい。
【００３４】
図６Ｃに示すように、回転軸２２の軸方向の振動には、２ｎ成分、配管振動成分、及び他の機械（駆動モータ２８）の振動が加わるため、ノイズが多い。よって、吸込水槽１内での渦Ａ，Ｂの発生の有無を判断するために、回転軸２２の軸方向の振動を検出する構成は、最適ではない。
【００３５】
以上のように、スラスト荷重には、ラジアル荷重、羽根車２５の出口側圧力、及び回転軸２２の軸方向の振動と比べて、定常状態と渦発生状態の検出値に明確な差異（変動）が生じる。よって、回転軸２２のスラスト荷重を直接計測することにより、渦Ａ，Ｂの発生の有無に関して、誤差の少ないデータが得られる。また、回転軸２２のスラスト荷重の変動（変位の大きさ）によって、容易に渦Ａ，Ｂの発生の有無を判断することができる。本発明は、かかる新たな知見に基づいてなされたものである。
【００３６】
具体的には、本実施形態の立軸ポンプ１０には、渦Ａ，Ｂの発生を検出するために、ポンプ監視装置３０が搭載されている。また、発生した渦Ａ，Ｂを消滅ないし渦Ａ，Ｂの発生を抑制するために、渦抑制機構４０が搭載されている。
【００３７】
（ポンプ監視装置の概要）
図１及び図２に示すように、ポンプ監視装置３０は、回転軸２２の据付床２上に位置する部分に配置されたスラストセンサ３２と、スラストセンサ３２の検出結果に基づいて渦Ａ，Ｂの発生の有無を判断するコントローラ３８とを備える。
【００３８】
吐出エルボ２０には、回転軸２２の軸線と同一の軸線を有する円環状の台座３３が設けられている。台座３３の上方には、回転軸２２の周囲を取り囲むように、円環状の基板３４がボルト止めされている。台座３３と基板３４の間には、定められた間隔の空隙が形成されている。基板３４の内周部には、スリーブ３６を介して回転軸２２を回転可能に支持するボール軸受け３５が配置されている。ボール軸受け３５と回転軸２２は、回転軸２２の軸方向に沿って相対的に移動しないように取り付けられている。
【００３９】
スラストセンサ３２は、基板３４と台座３３の間の空隙に配置されている。スラストセンサ３２の一端は台座３３に固定され、スラストセンサ３２の他端は基板３４に固定されている。これによりスラストセンサ３２は、回転軸２２に対して相対的に回転可能、かつ、回転軸２２の軸方向に移動不可能に配置されている。スラストセンサ３２には、一対の歪ゲージを有するロードセルが用いられている。回転軸２２に沿った方向の荷重がスラストセンサ３２に加わると、歪ゲージが変形し、その変形量に応じて歪ゲージの抵抗値が変化する。これによりロードセルは、抵抗値の変化量に応じた電圧を出力する。
【００４０】
コントローラ３８は、駆動モータ２８とスラストセンサ３２に電気的に接続されている。このコントローラ３８には、パーソナルコンピュータを用いることができる。コントローラ３８は、駆動モータ２８を制御することで、吸込水槽１内の液体の排出処理を実行する。また、コントローラ３８は、スラストセンサ３２を制御し、スラストセンサ３２からの入力電圧（検出結果）の変動によって渦Ａ，Ｂの発生の有無を判断する。
【００４１】
詳しくは、コントローラ３８は、制御プログラムやデータを記憶するための記憶部（図示せず）を備える。また、この記憶部には、回転軸２２に作用するスラスト荷重の周波数を分析し、回転軸２２の回転数のｎＺ成分及び２ｎ成分を監視するプログラム（機能）が記憶されている。また、記憶部には、渦Ａ，Ｂの発生の有無を判断するための上限値Ｌｕと下限値Ｌｌとが記憶されている。上限値Ｌｕは、定常状態での入力電圧の上限値よりも大きく、下限値Ｌｌは、定常状態での入力電圧の下限値よりも小さい。
【００４２】
コントローラ３８が排出処理を実行すると、回転軸２２には、液体排出方向（揚水管１３では上向き）とは逆向き（図１において下向き）のスラスト荷重が作用する。このスラスト荷重は、ボール軸受け３５を介して基板３４に伝達される。よって、スラストセンサ３２には、回転軸２２のスラスト荷重に対応する下向きの荷重が加わる。
【００４３】
前述のように、渦Ａ，Ｂが発生していない定常状態では、ポンプケーシング１２内には液体のみが流れるため、スラストセンサ３２に加わる荷重は概ね一定である（図４Ａ参照）。一方、渦発生状態では、ポンプケーシング１２内には気体と液体が流れるため、スラストセンサ３２に加わる荷重は変動する（図５Ａ参照）。
【００４４】
コントローラ３８は、スラストセンサ３２から入力された電圧が上限値Ｌｕと下限値Ｌｌの範囲内であれば、渦Ａ，Ｂが発生していないと判断する。また、コントローラ３８は、スラストセンサ３２から入力された電圧が上限値Ｌｕと下限値Ｌｌの範囲を超えれば、渦Ａ，Ｂが発生したと判断する。つまり、スラスト荷重の変動が小さければ、渦Ａ，Ｂが発生していないと判断し、スラスト荷重の変動が大きければ、渦Ａ，Ｂが発生していると判断する。
【００４５】
このようにしたポンプ監視装置３０は、スラストセンサ３２によって回転軸２２に作用するスラスト荷重を直接検出するように構成されている。よって、回転軸２２の回転に影響を及ぼす渦Ａ，Ｂの発生状態を高精度に検出できる。また、コントローラ３８は、スラストセンサ３２の検出結果に基づいて、渦Ａ，Ｂの発生の有無を正確に判断できる。
【００４６】
また、スラストセンサ３２は、吸込水槽１内ではなく据付床２上に配置されているため、汚れた液体や混入した異物によって故障することはない。勿論、スラストセンサ３２は、異物の影響によって誤検出することもない。そして、コントローラ３８は、吸込水槽１内に渦Ａ，Ｂが発生したと判断すると、渦抑制機構４０によって発生した渦Ａ，Ｂを消滅ないし渦の発生を抑制することができる。
【００４７】
（渦抑制機構の概要）
図１及び図３に示すように、渦抑制機構４０は、揚水管１３の下側外周部に配置された渦抑制部材４２と、渦抑制部材４２を移動可能に取り付けるための取付枠４４と、渦抑制部材４２を移動させるための作動部材４９とを備える。
【００４８】
渦抑制部材４２は、吸込ベルマウス１７の下部からベーンケース１５の上部にかけて、揚水管１３の軸線に沿って鉛直方向に延びる平面視円形状の部材である。渦抑制部材４２は、中空状であってもよいし、中実状であってもよい。渦抑制部材４２は、取付枠４４に対して周方向に間隔をあけて４本配置されている。図３を参照すると、渦抑制部材４２は、揚水管１３の外周部に近接した第１位置（図３において左側の２個）と、第１位置よりも揚水管１３の外周部から離反した第２位置（図３において右側の２個）とに、作動部材４９によって移動可能に保持されている。
【００４９】
取付枠４４は、渦抑制部材４２と同様に、吸込ベルマウス１７の下部からベーンケース１５の上部にかけて設けられている。この取付枠４４は、横枠部材４５、縦枠部材４６、及び連結部材４７を備える。
【００５０】
横枠部材４５は、揚水管１３の軸線を中心とする円環状のパイプであり、吸込ベルマウス１７の吸込口１８の上側外周部に固定されている。
【００５１】
縦枠部材４６は、横枠部材４５に下端が接合され、ベーンケース１５の上部に向けて揚水管１３の軸線に沿って配置した直管である。縦枠部材４６は、吸込水槽１内への液体流入による負荷、及び可動式の渦抑制部材４２からの負荷では変形しない剛体（金属）からなる。縦枠部材４６は、横枠部材４５に対して周方向に間隔をあけて、渦抑制部材４２と同数（本実施形態では４本）配置されている。縦枠部材４６の所定部位を、ベーンケース１５に固定してもよいし、吸込ベルマウス１７に固定してもよい。
【００５２】
連結部材４７は、縦枠部材４６に対して渦抑制部材４２を回転可能、つまり揚水管１３に対して渦抑制部材４２を水平方向に旋回可能に連結するもので、渦抑制部材４２の上下２箇所に配置されている。連結部材４７は、縦枠部材４６に回転可能に取り付けられた筒部材４７ａと、筒部材４７ａから径方向外向きに突出したアーム４７ｂとを備える。アーム４７ｂの先端には渦抑制部材４２が接合されている。アーム４７ｂの全長は、渦抑制部材４２が設定した第２位置に配置される寸法に設定されている。
【００５３】
図３に示すように、作動部材４９は、渦抑制部材４２を第１位置と第２位置に個別に移動させるものである。本実施形態の作動部材４９は、油圧式又は気圧式のシリンダによって構成されている。シリンダ本体５０は、縦枠部材４６に固定されたブラケット５２に回転可能に接続されている。ロッド５１は、渦抑制部材４２に固定されたブラケット５３に回転可能に接続されている。シリンダ本体５０には、可撓性及び耐圧性を有するチューブ（図示せず）の一端が接続されている。このチューブの他端は、据付床２上に配置した駆動部（ポンプ）５５に接続されている。
【００５４】
駆動部５５には、コントローラ３８が電気的に接続されている。駆動部５５は、コントローラ３８によって制御され、作動部材４９を駆動し、渦抑制部材４２を第１位置から第２位置の間の所定位置に移動させる。詳しくは、ロッド５１を進出させることで渦抑制部材４２を押圧し、縦枠部材４６に対して渦抑制部材４２を回転させて、渦抑制部材４２を第１位置に向けて移動させる。また、ロッド５１を後退させることで渦抑制部材４２を引っ張り、縦枠部材４６に対して渦抑制部材４２を回転させて、渦抑制部材４２を第２位置に向けて移動させる。渦抑制部材４２は、作動部材４９によって移動された位置に保持される。
【００５５】
コントローラ３８は、駆動部５５を駆動させ、空気吸込渦Ａが発生した領域に渦抑制部材４２を移動させる。具体的には、コントローラ３８は、回転軸２２に作用するスラスト荷重の変動が小さくなるように、つまりスラストセンサ３２からの入力電圧が上限値Ｌｕと下限値Ｌｌの範囲内になるように、渦抑制部材４２を移動させる。
【００５６】
空気吸込渦Ａが消滅又は空気吸込渦Ａの発生が抑制されると、吸込水槽１内は定常状態に回復するため、回転軸２２に作用するスラスト荷重の変動は小さくなるとともに安定する。よって、スラストセンサ３２からの入力電圧の変動が小さくなるように、渦抑制部材４２を移動させることで、空気吸込渦Ａを効果的に消滅できるとともに、空気吸込渦Ａの発生を効果的に抑制できる。その結果、立軸ポンプ１０の振動、及び据付床２の劣化を効果的に抑制できる。
【００５７】
渦抑制部材４２は、吸込水槽１内の水槽水位に追従して浮動するのではなく、揚水管１３に対して水平方向に旋回可能に取り付けられ、作動部材４９によって所定位置に保持される。よって、渦抑制部材４２の位置が吸込水槽１内の液位に影響されないため、揚水管１３から径方向外側へ離れた位置での空気吸込渦Ａの発生を渦抑制部材４２によって効果的に抑制できる。
【００５８】
（第２実施形態）
図７から図８Ｂは、第２実施形態のポンプ監視装置３０を搭載した立軸ポンプ１０を示す。この第２実施形態のポンプ監視装置３０は、立軸ポンプ１０のベーンケース１５に、回転軸２２に作用するラジアル荷重を検出するためのラジアルセンサ６０を配置した点で、第１実施形態と相違する。
【００５９】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、ラジアルセンサ６０は、センサケース６２内に配置され、このセンサケース６２を介して軸受ケーシング１６の下部に配置されている。センサケース６２は、下端開口のケース本体６３と、ケース本体６３の開口を覆うカバー６４とを備える。センサケース６２は、軸受ケーシング１６に形成された凹部５８内に、ボルトによって固定されている。センサケース６２の内部には、回転軸２２を回転可能に支持する水中軸受け６５と、円環状の支持部材６６とが配置されている。
【００６０】
支持部材６６は、水中軸受け６５の径方向外側に配置されている。支持部材６６の内径は水中軸受け６５の外径よりも大きく、支持部材６６の外径はケース本体６３の内径よりも小さい。支持部材６６には、径方向の内側から外側へ貫通するように、ボルト６７が取り付けられている。ボルト６７の先端をケース本体６３の内周面に当接させることで、支持部材６６がケース本体６３内に位置決めされている。
【００６１】
ラジアルセンサ６０は、水中軸受け６５と支持部材６６の間の空隙に２個配置されている。図８Ｂを参照すると、一対のラジアルセンサ６０，６０は、回転軸２２の軸線を中心として周方向に９０度間隔をあけて配置されている。ラジアルセンサ６０の一端は水中軸受け６５に固定され、ラジアルセンサ６０の他端は支持部材６６に固定されている。ラジアルセンサ６０は、スラストセンサ３２と同様に、一対の歪ゲージを有するロードセルによって構成されている。ラジアルセンサ６０は、ピエゾ型（圧電型）のロードセルによって構成してもよい。
【００６２】
コントローラ３８には、ラジアルセンサ６０が電気的に接続されている。コントローラ３８の記憶部には、渦Ａ，Ｂの発生の有無を判断するための第２上限値と第２下限値とが記憶されている。第２上限値は、定常状態でのラジアルセンサ６０の上限値よりも大きく、第２下限値は、定常状態でのラジアルセンサ６０の下限値よりも小さい。コントローラ３８は、スラストセンサ３２とラジアルセンサ６０の検出結果に基づいて、吸込水槽１内での渦Ａ，Ｂの発生の有無を判断する。
【００６３】
詳しくは、コントローラ３８は、スラストセンサ３２からの入力電圧が第１上限値と第１下限値の範囲内で、ラジアルセンサ６０からの入力電圧が第２上限値と第２下限値の範囲内であれば、渦Ａ，Ｂが発生していないと判断する。また、コントローラ３８は、スラストセンサ３２からの入力電圧が第１上限値と第１下限値の範囲を超えるか、ラジアルセンサ６０からの入力電圧が第２上限値と第２下限値の範囲を超えると、渦Ａ，Ｂが発生したと判断する。勿論、スラストセンサ３２からの入力電圧とラジアルセンサ６０からの入力電圧との両方が上限値と下限値の範囲を超えた場合に、渦Ａ，Ｂが発生したと判断してもよい。
【００６４】
このようにした第２実施形態のポンプ監視装置３０では、スラストセンサ３２によって回転軸２２に作用するスラスト荷重を直接検出し、ラジアルセンサ６０によって回転軸２２に作用するラジアル荷重を直接検出する。そのため、回転軸２２の回転に影響を及ぼす渦Ａ，Ｂの発生状態を更に高精度に検出できる。また、コントローラ３８は、スラストセンサ３２とラジアルセンサ６０の検出結果に基づいて、渦Ａ，Ｂの発生の有無を正確に判断できる。
【００６５】
（第３実施形態）
図９は、第３実施形態のポンプ監視装置３０を搭載した立軸ポンプ１０を示す。この第３実施形態のポンプ監視装置３０は、立軸ポンプ１０のベーンケース１５に、羽根車２５の出口圧力を検出するための圧力センサ７０を配置した点で、第１実施形態と相違する。
【００６６】
圧力センサ７０は、検出部がポンプケーシング１２内に位置するように、ベーンケース１５を貫通して固定されている。圧力センサ７０の検出部は、揚水管１３の軸方向において、羽根車２５の上端に位置している。この圧力センサ７０としては、抵抗線式、静電容量式、及び機械式等、羽根車２５の出口側の圧力を検出できるものであれば、いずれでも適用できる。なお、圧力センサ７０は、ストレート管１４を貫通するように固定してもよく、その配設位置は、液体の排出方向における羽根車２５の下流側であればよい。
【００６７】
コントローラ３８には、圧力センサ７０が電気的に接続されている。コントローラ３８の記憶部には、渦Ａ，Ｂの発生の有無を判断するための第３上限値と第３下限値とが記憶されている。第３上限値は、定常状態での圧力センサ７０の上限値よりも大きく、第３下限値は、定常状態での圧力センサ７０の下限値よりも小さい。コントローラ３８は、スラストセンサ３２と圧力センサ７０の検出結果に基づいて、吸込水槽１内での渦Ａ，Ｂの発生の有無を判断する。
【００６８】
詳しくは、コントローラ３８は、スラストセンサ３２からの入力電圧が第１上限値と第１下限値の範囲内で、圧力センサ７０からの入力電圧が第３上限値と第３下限値の範囲内であれば、渦Ａ，Ｂが発生していないと判断する。また、コントローラ３８は、スラストセンサ３２からの入力電圧が第１上限値と第１下限値の範囲を超えるか、圧力センサ７０からの入力電圧が第３上限値と第３下限値の範囲を超えると、渦Ａ，Ｂが発生したと判断する。勿論、スラストセンサ３２からの入力電圧と圧力センサ７０からの入力電圧との両方が上限値と下限値の範囲を超えた場合に、渦Ａ，Ｂが発生したと判断してもよい。
【００６９】
このようにした第３実施形態のポンプ監視装置３０では、スラストセンサ３２によって回転軸２２に作用するスラスト荷重を直接検出し、圧力センサ７０によって羽根車２５の出口側の圧力を検出する。そのため、回転軸２２の回転に影響を及ぼす渦Ａ，Ｂの発生状態を更に高精度に検出できる。また、コントローラ３８は、スラストセンサ３２と圧力センサ７０の検出結果に基づいて、渦Ａ，Ｂの発生の有無を正確に判断できる。
【００７０】
（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態のポンプ監視装置３０を搭載した立軸ポンプ１０を示す。この第３実施形態のポンプ監視装置３０は、立軸ポンプ１０のベーンケース１５に、第２実施形態のラジアルセンサ６０と、第３実施形態の圧力センサ７０の両方を、ポンプケーシング１２内に配置した点で、第１実施形態と相違する。
【００７１】
コントローラ３８は、スラストセンサ３２、ラジアルセンサ６０、及び圧力センサ７０の検出結果に基づいて、吸込水槽１内での渦Ａ，Ｂの発生の有無を判断する。詳しくは、コントローラ３８は、スラストセンサ３２からの入力電圧が第１上限値と第１下限値の範囲内で、ラジアルセンサ６０からの入力電圧が第２上限値と第２下限値の範囲内で、圧力センサ７０からの入力電圧が第３上限値と第３下限値の範囲内であれば、渦Ａ，Ｂが発生していないと判断する。また、コントローラ３８は、スラストセンサ３２からの入力電圧が第１上限値と第１下限値の範囲を超えるか、ラジアルセンサ６０からの入力電圧が第２上限値と第２下限値の範囲を超えるか、圧力センサ７０からの入力電圧が第３上限値と第３下限値の範囲を超えると、渦Ａ，Ｂが発生したと判断する。勿論、スラストセンサ３２からの入力電圧、ラジアルセンサ６０からの入力電圧、及び圧力センサ７０からの入力電圧の全てが上限値と下限値の範囲を超えた場合に、渦Ａ，Ｂが発生したと判断してもよい。
【００７２】
このようにした第４実施形態のポンプ監視装置３０では、スラストセンサ３２によって回転軸２２に作用するスラスト荷重を直接検出し、ラジアルセンサ６０によって回転軸２２に作用するスラスト荷重を直接検出し、圧力センサ７０によって羽根車２５の出口側の圧力を検出する。そのため、回転軸２２の回転に影響を及ぼす渦Ａ，Ｂの発生状態を更に高精度に検出できる。また、コントローラ３８は、スラストセンサ３２、ラジアルセンサ６０、及び圧力センサ７０の検出結果に基づいて、渦Ａ，Ｂの発生の有無を正確に判断できる。
【００７３】
なお、本発明のポンプ監視装置３０、及びポンプ監視方法は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。
【００７４】
例えば、回転軸２２は、ボール軸受け３５の代わりに、スラストパッド軸受け又はティルティングパッド軸受けによって回転可能に支持されてもよい。この場合、スラストセンサ３２は、スラストパッド軸受け、又はティルティングパッド軸受けの円環状基板とポンプケーシングとの間に配置すればよい。
【００７５】
渦抑制部材４２を第１位置と第２位置に移動させる機構は、必要に応じて変更が可能である。また、作動部材４９と駆動部５５も、渦抑制部材４２を移動させる機構に応じて変更が可能である。
【００７６】
ポンプ監視装置３０を配置するポンプは、立軸ポンプ１０に限られず、回転軸を横向きに配置した横軸ポンプであってもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…吸込水槽
１ａ…底壁
２…据付床
２ａ…取付孔
１０…立軸ポンプ
１２…ポンプケーシング
１３…揚水管
１４…ストレート管
１５…ベーンケース
１６…軸受ケーシング
１７…吸込ベルマウス
１８…吸込口
１９…吐出管
２０…吐出エルボ
２２…回転軸
２３…軸封装置
２５…羽根車
２７…変速装置
２８…駆動モータ
３０…ポンプ監視装置
３２…スラストセンサ
３３…台座
３４…基板
３５…ボール軸受け
３６…スリーブ
３８…コントローラ
４０…渦抑制機構
４２…渦抑制部材
４４…取付枠
４５…横枠部材
４６…縦枠部材
４７…連結部材
４７ａ…筒部材
４７ｂ…アーム
４９…作動部材
５０…シリンダ本体
５１…ロッド
５２…ブラケット
５３…ブラケット
５５…駆動部
５８…凹部
６０…ラジアルセンサ
６２…センサケース
６３…ケース本体
６４…カバー
６５…水中軸受け
６６…支持部材
６７…ボルト
７０…圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
2018193934.tif 000016
【図８Ｂ】
2018193934.tif 000017
【図９】
2018193934.tif 000018
【図１０】
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