(57)【要約】【課題】ポンプの主軸を支持する軸受の異常発生を正確に判定する。【解決手段】軸受監視装置は、エアコンプレッサ２１から供給される空気を無注水軸受７Ａ，７Ｂ，７Ｃと主軸５の隙間３８に導入する空気供給管路２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃを備える。流量計２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃは、空気供給管路２８Ａ〜２８Ｃを流れる空気の流量を検出する。差圧計３３は、エアコンプレッサ２１の空気供給圧と立軸ポンプ１の吐出圧との差圧を検出する。制御・判定部３６は、流量計２９Ａ〜２９Ｃにより検出された空気流量と、差圧計３３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。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプの主軸を支持する軸受の監視装置であって、
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流路と、
この空気流路を流れる空気の流量を検出する流量計と
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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、
前記軸受と前記主軸との隙間に空気を供給し、
前記隙間に供給される空気の流量を検出し、
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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】
【課題を解決するための手段】
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、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流路と、この空気流路を流れる空気の流量を検出する流量計と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、前記軸受と前記主軸との隙間に空気を供給し、前記隙間に供給される空気の流量を検出し、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
【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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