(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプの軸受の温度を測定する軸受温度センサと、
前記ポンプが設置された場所の外気の温度を測定する外気温度センサと、
少なくとも１つの未確定の係数と、前記軸受の温度を表す変数と、前記外気の温度を表す変数とを少なくとも含む軸受温度のモデル式を記憶した記憶装置と、
前記軸受温度センサにより測定された軸受の温度および前記外気温度センサにより測定された外気の温度を前記モデル式に代入することにより前記未確定の係数を決定し、その後の軸受の温度を前記モデル式に基づいて算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするポンプ試験装置。
【請求項２】
前記モデル式は、以下の式で表されることを特徴とする請求項１に記載のポンプ試験装置。
【数１】
0004602885.tif 000003
ここで、Ｃは潤滑油の比熱、Ｖは前記潤滑油の質量、ΔＴは前記軸受の温度の微小変化分、νは前記潤滑油の動粘度、Ｔは前記潤滑油の温度、Ｔ０は前記外気の温度、αとβは前記係数である。
【請求項３】
ポンプの軸受の温度を測定する軸受温度センサと、
前記ポンプが設置された場所の外気の温度を測定する外気温度センサと、
少なくとも１つの未確定の係数と、前記軸受の温度を表す変数と、前記外気の温度を表す変数とを少なくとも含む軸受温度のモデル式を記憶した記憶装置と、
前記軸受温度センサにより測定された軸受の温度および前記外気温度センサにより測定された外気の温度を前記モデル式に代入することにより前記未確定の係数を決定し、その後の軸受の温度を前記モデル式に基づいて算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするポンプ運転支援装置。
【請求項４】
前記モデル式は、以下の式で表されることを特徴とする請求項３に記載のポンプ運転支援装置。
【数２】
0004602885.tif 000004
ここで、Ｃは潤滑油の比熱、Ｖは前記潤滑油の質量、ΔＴは前記軸受の温度の微小変化分、νは前記潤滑油の動粘度、Ｔは前記潤滑油の温度、Ｔ０は前記外気の温度、αとβは前記係数である。
【請求項５】
ポンプの軸受の温度と前記ポンプが設置された場所の外気の温度を入力する入力装置と、
少なくとも１つの未確定の係数と、前記軸受の温度を表す変数と、前記外気の温度を表す変数とを少なくとも含む軸受温度のモデル式を記憶した記憶装置と、
前記入力装置により入力された軸受の温度および外気の温度を前記モデル式に代入することにより前記未確定の係数を決定し、前記ポンプの軸受の温度を前記モデル式に基づいて算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするポンプ軸受温度演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ試験装置に係り、特にポンプの軸受の温度を測定してポンプの性能を確かめるポンプ試験装置に関するものである。また、本発明は、ポンプ運転支援装置に係り、特にポンプの軸受の温度を測定してポンプの故障を予防するポンプ運転支援装置に関するものである。さらに、本発明は、ポンプの軸受の温度を演算するポンプ軸受温度演算装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボ型ポンプの性能試験の１つとして、ポンプの軸受の温度を測定することでポンプが正常であることを確かめる試験（軸受温度測定試験）がある。「JIS B 8301:2000  遠心ポンプ、斜流ポンプおよび軸流ポンプ−試験方法」によれば、ターボ型ポンプの試験方法に軸受温度測定試験が含まれている。この軸受温度測定試験は、軸受の温度が一定値になるまでポンプを運転し、その温度が定められた温度（軸受の許容最高温度または周囲の温度に許容温度上昇分を加えた温度）を超えないことを確認する試験である。
【０００３】
このような軸受温度測定試験においては、軸受の温度が一定値になるまでに長時間かかるため、通常５〜１０時間程度ポンプを運転する必要がある。また、このような軸受温度測定試験は、ポンプ製造メーカにおいて行われるだけではなく、ポンプの実際の設置場所においても行われるため、多くの時間を必要とし、また、ポンプを駆動するモータの電力費などのコストも高くなる。
【０００４】
また、ポンプの設置場所の条件によっては軸受温度測定試験を十分に行えないことがある。例えば、河川や雨水の排水を行うポンプにおいては、長時間にわたる軸受温度測定試験に必要なだけの水量が蓄えられないため、十分な軸受温度測定試験を行うことができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプを運転する必要のある時間を大幅に短縮して、ポンプ試験にかかるコストを低減することができるポンプ試験装置を提供することを第１の目的とする。
【０００６】
また、本発明は、ポンプの軸受の温度を測定してポンプの故障を予防することができ、温度を測定する必要のある時間を大幅に短縮することができるポンプ運転支援装置を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
また、本発明は、容易にポンプの軸受の温度を予測することができるポンプ軸受温度演算装置を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、ポンプを運転する必要のある時間を大幅に短縮して、ポンプ試験にかかるコストを低減することができるポンプ試験装置が提供される。このポンプ試験装置は、ポンプの軸受の温度を測定する軸受温度センサと、上記ポンプが設置された場所の外気の温度を測定する外気温度センサとを備えている。ポンプ試験装置は、少なくとも１つの未確定の係数と、上記軸受の温度を表す変数と、上記外気の温度を表す変数とを少なくとも含む軸受温度のモデル式を記憶した記憶装置と、上記軸受温度センサにより測定された軸受の温度および上記外気温度センサにより測定された外気の温度を上記モデル式に代入することにより上記未確定の係数を決定し、その後の軸受の温度を上記モデル式に基づいて算出する演算部とを備えている。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、ポンプの軸受の温度を測定してポンプの故障を予防することができ、温度を測定する必要のある時間を大幅に短縮することができるポンプ運転支援装置が提供される。このポンプ運転支援装置は、ポンプの軸受の温度を測定する軸受温度センサと、上記ポンプが設置された場所の外気の温度を測定する外気温度センサとを備えている。ポンプ運転支援装置は、少なくとも１つの未確定の係数と、上記軸受の温度を表す変数と、上記外気の温度を表す変数とを少なくとも含む軸受温度のモデル式を記憶した記憶装置と、上記軸受温度センサにより測定された軸受の温度および上記外気温度センサにより測定された外気の温度を上記モデル式に代入することにより上記未確定の係数を決定し、その後の軸受の温度を上記モデル式に基づいて算出する演算部とを備えている。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、容易にポンプの軸受の温度を予測することができるポンプ軸受温度演算装置が提供される。このポンプ軸受温度演算装置は、ポンプの軸受の温度とポンプが設置された場所の外気の温度を入力する入力装置と、少なくとも１つの未確定の係数と、上記軸受の温度を表す変数と、上記外気の温度を表す変数とを少なくとも含む軸受温度のモデル式を記憶した記憶装置とを備えている。ポンプ運転支援装置は、上記入力装置により入力された軸受の温度および外気の温度を上記モデル式に代入することにより上記未確定の係数を決定し、上記ポンプの軸受の温度を上記モデル式に基づいて算出する演算部を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るポンプ試験装置によれば、軸受温度測定試験においてポンプを運転する必要のある時間を大幅に短縮することができる。すなわち、ポンプ製造メーカにおける試験およびポンプの実際の設置場所における試験の双方において、ポンプの運転時間を短縮することができるため、ポンプを駆動するモータの電力費および試験のための人員を削減することができ、軸受温度測定試験のコストを低減することができる。
【００１２】
また、ポンプ製造メーカにおける試験において、軸受温度のモデル式が決定されるので、ポンプの実際の設置場所においては、正確かつ短時間の試験で足りるようになり、さらなるコスト低減を図ることができる。さらに、ポンプ場吸込み側の水不足などの理由で、従来のポンプ試験装置では軸受温度測定試験を十分に行えないような場合であっても、本発明に係るポンプ試験装置では、短時間でポンプの運転を終了でき、多くの水量を必要としないため、十分に軸受温度測定試験を行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係るポンプ運転支援装置によれば、軸受の温度と外気の温度の測定の必要が短時間ですむ。さらに、本発明に係るポンプ軸受温度演算装置によれば、容易にポンプの軸受の温度を予測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るポンプ試験装置の実施形態について図１および図２を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるポンプ試験装置を示す概略図である。このポンプ試験装置は、ポンプの軸受の温度が一定値になるまでポンプを運転し、その温度が定められた温度（軸受の許容最高温度または周囲の温度に許容温度上昇分を加えた温度）を超えないことを確認するために使用される。
【００１５】
図１に示すように、このポンプ試験装置は、ポンプ１０の軸受（図示せず）の温度を測定する軸受温度センサ２０と、ポンプ１０が設置されたポンプ室の外気の温度を測定する外気温度センサ３０と、ポンプ１０の運転をポンプ室で制御する操作盤４０と、ポンプ１０の状態を表示する表示部４２と、監視室に配置された制御部４４と、測定または演算された軸受の温度４５を表示するディスプレイ４６と、操作盤４０と制御部４４との間で信号の入出力を行う入出力部４８とを備えている。軸受温度センサ２０は、ポンプ１０の軸受ケース１２内に設けられている。
【００１６】
制御部４４は、軸受温度をモデル化したモデル式を記憶したメモリなどの記憶装置５０を含んでいる。このモデル式は、少なくとも１つの未確定の係数と、軸受の温度を表す変数と、外気の温度を表す変数とを少なくとも含んでいる。また、制御部４４は、このモデル式に含まれる未確定の係数を決定する演算部５２を含んでいる。
【００１７】
軸受温度センサ２０からの信号および外気温度センサ３０からの信号は、それぞれ操作盤４０および入出力部４８を介して制御部４４に入力されるようになっている。制御部４４の演算部５２は、これらの軸受温度センサ２０からの信号および外気温度センサ３０からの信号に基づいてモデル式に含まれる未確定の係数を決定する。
【００１８】
本実施形態においては、軸受温度の変化を以下のようにモデル化している。まず、以下の１）〜３）を前提とする。
１）発生熱量は、潤滑油の動粘度νに依存する。
２）上記発生熱量は、軸受の潤滑油の熱容量によりすべて潤滑油に吸収され、蓄熱される。
３）潤滑油に蓄えられた熱の一部は、自然対流熱伝達により外気に放熱される。
【００１９】
上記１）〜３）から「軸受の蓄熱量＝発生熱量−放熱量」という関係が成り立つ。この関係は、以下の式（１）により表すことができる。本実施形態では、この式（１）を軸受温度のモデル式として用いる。
【００２０】
【数３】
0004602885.tif 000002
【００２１】
ここで、Ｃは潤滑油の比熱［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、Ｖは潤滑油の質量［ｇ］、ΔＴは軸受温度の微小変化分、νは潤滑油の動粘度［ｃＳｔ］、Ｔは潤滑油の絶対温度［Ｋ］、Ｔ０は外気の絶対温度［Ｋ］、αとβは任意に設定される係数である。
【００２２】
また、潤滑油の動粘度νは、潤滑油の温度Ｔにより変化する値であり、例えば、以下の式（２）に示すウォルザーの実験式から求めることができる。
log10log10（ν−ｋ）＝−ｍ・log10Ｔ＋ｂ  ・・・（２）
ここで、ｍ，ｂは潤滑油によって決まる定数であり、ｋは定数である。
【００２３】
ポンプ１０の試験を行う場合には、ポンプ１０の運転開始後、軸受温度センサ２０と外気温度センサ３０により軸受の温度と外気の温度を測定する。これら測定された軸受の温度と外気の温度は、操作盤４０および入出力部４８を介して制御部４４の演算部５２に入力される。また、測定された軸受の温度４５はディスプレイ４６に表示される。例えば、図２に示すようなグラフがディスプレイ４６に表示される。
【００２４】
制御部４４の演算部５２では、測定された軸受の温度と外気の温度を上述したモデル式（１）に代入することにより、例えば最小二乗法などを利用して、未確定の係数α，βが決定される。本実施形態のポンプ試験装置によれば、この係数α，βが決定されるまでのポンプ運転時間ｔ１は約２〜３時間である。
【００２５】
係数α，βが決定された後は、上述したモデル式（１）に従って、例えば図２に点線で示すように、軸受の温度を予想することができる。したがって、係数α，βが決定された後はポンプ１０を運転する必要がなくなる。このように、本実施形態のポンプ試験装置によれば、従来の軸受温度測定試験において軸受温度が安定化するまでポンプを運転する必要のあった時間ｔ２（通常５〜１０時間）を時間ｔ１（約２〜３時間）に大幅に短縮して、ポンプ１０の運転時間を短くすることができる。また、モデル式（１）に基づいて、ポンプ１０の軸受の温度が安定化する温度およびポンプ１０の軸受の温度が安定化するまでの時間を算出することができる。
【００２６】
このように、本発明に係るポンプ試験装置によれば、軸受温度測定試験においてポンプを運転する必要のある時間を大幅に短縮することができる。すなわち、ポンプ製造メーカにおける試験およびポンプの実際の設置場所における試験の双方において、ポンプの運転時間を短縮することができるため、ポンプを駆動するモータの電力費および試験のための人員を削減することができ、軸受温度測定試験のコストを低減することができる。
【００２７】
また、ポンプ製造メーカにおける試験において、軸受温度のモデル式が決定されるので、ポンプの実際の設置場所においては、より正確で、かつより短時間の試験で足りるようになり、さらなるコスト低減を図ることができる。さらに、ポンプ場の水不足などの理由で、従来のポンプ試験装置では軸受温度測定試験を十分に行えないような場合であっても、本発明に係るポンプ試験装置では、短時間でポンプの運転を終了でき、多くの水量を必要としないため、十分に軸受温度測定試験を行うことができる。
【００２８】
このようなポンプ試験装置は、ポンプの軸受の温度を測定してポンプの故障を予防するポンプ運転支援装置としても利用することができる。すなわち、ポンプの運転中に、軸受温度センサと外気温度センサにより軸受の温度と外気の温度を測定し、これにより上述したモデル式（１）を決定する。モデル式（１）の決定後は、このモデル式（１）に従って軸受の温度を予想し、予想した軸受の温度に基づいて、ポンプの故障を予測し、あるいは、故障を予防することができる。このようにすれば、軸受の温度と外気の温度の測定の必要が短時間ですむ。
【００２９】
また、図１に示すポンプ試験装置において、軸受温度センサ２０と外気温度センサ３０に代えて、ポンプの軸受の温度とポンプが設置された場所の外気の温度を入力する入力装置を設ければ、このポンプ試験装置を、ポンプの軸受の温度を演算するポンプ軸受温度演算装置として利用することが可能となる。すなわち、上記入力装置を介して、目測した軸受温度と外気温度をポンプ軸受温度演算装置に入力すれば、これらに基づいてポンプ軸受の温度が演算されることとなり、容易にポンプの軸受の温度を得ることが可能となる。
【００３０】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態におけるポンプ試験装置を示す概略図である。
【図２】ポンプの運転時間と軸受の温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１０    ポンプ
１２    軸受ケース
２０    軸受温度センサ
３０    外気温度センサ
４０    操作盤
４２    表示部
４４    制御部
４６    ディスプレイ
４８    入出力部
５０    記憶装置
５２    演算部
【図１】
0004602885.tif 000005
【図２】
0004602885.tif 000006