特開 2023-164448 ポンプ用状態監視装置およびこれを備えるポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023164448

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】ポンプ用状態監視装置およびこれを備えるポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 51/00 20060101AFI20231102BHJP

   F04D 7/04 20060101ALI20231102BHJP

   F04D 7/06 20060101ALI20231102BHJP

   F04D 29/42 20060101ALI20231102BHJP

   F04D 29/00 20060101ALI20231102BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20231102BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

F04B51/00

F04D7/04 H

F04D7/06 E

F04D29/42 F

F04D29/00 B

G01L5/00 101Z

G01M99/00 A

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023135303

(22)【出願日】2023-08-23

(62)【分割の表示】P 2019158160の分割

【原出願日】2019-08-30

(71)【出願人】

【識別番号】505328085

【氏名又は名称】古河産機システムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】葛山 達夫

(57)【要約】

【課題】ポンプの状態監視、遠隔監視、情報発信装置に適用できる、ポンプの状態監視技術を提供する。
【解決手段】このポンプ用状態監視装置１０は、ケーシング５の接液部内面が軟質ゴムでライニングされている若しくはケーシング５の内側に軟質ゴム製のライナ３が内包されているポンプ１に用いられ、ポンプ１の状態を監視する装置であって、ライニング若しくはライナ３の接液部内面から離隔してライニング若しくはライナ３を構成する軟質ゴム中の複数箇所に埋め込まれた圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、複数箇所の圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄで取得された圧力情報に基づいて、ポンプ１の状態に係る情報を検知するコントローラ３０と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングの接液部内面が軟質ゴムでライニングされている若しくはケーシングの内側に軟質ゴム製のライナが内包されているポンプに用いられ、該ポンプの状態を監視する状態監視装置であって、
前記ライニング若しくは前記ライナの接液部内面から離隔して前記ライニング若しくは前記ライナを構成する前記軟質ゴム中に埋め込まれた圧力センサと、
該圧力センサで取得された圧力情報に基づいて、前記ポンプの状態に係る情報を検知する状態情報検知部と、
を有することを特徴とすることを特徴とするポンプ用状態監視装置。

【請求項2】

前記圧力センサは、前記ライニング若しくは前記ライナを構成する前記軟質ゴム中の複数の箇所に埋め込まれている請求項１に記載のポンプ用状態監視装置。

【請求項3】

前記ポンプは、前記ケーシングの内部に複数の羽根を有するインペラが収納されたものであり、
前記複数の圧力センサのうち、
第一の圧力センサは、前記インペラの羽根前端と対向する位置に埋入され、
第二の圧力センサは、前記ケーシングの吸込口ないしその近傍の位置に埋入され、
第三の圧力センサは、前記ケーシングの最も低い位置ないしその近傍の位置に埋入され、
第四の圧力センサは、前記ケーシングの吐出口ないしその近傍の位置に埋入されている請求項２に記載のポンプ用状態監視装置。

【請求項4】

ケーシングの接液部内面が軟質ゴムでライニングされている若しくはケーシングの内側に軟質ゴム製のライナが内包されているポンプであって、
請求項１から３のいずれか一項に記載のポンプ用状態監視装置が装備されていることを特徴とするポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプの状態を監視する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、高濃度スラリや腐食性スラリを圧送するスラリポンプは、接液部品の早期摩耗、異物の噛み込みや詰まり、著しい性能低下に見舞われることがある。そのため、突発的なメンテナンスに日頃から備えておく必要がある。

【0003】

一方、突発的な対応を嫌って早めに部品交換を行っている場合は、最適なメンテナンス周期を逃していることが多い。そのため、ユーザ・メーカ共に、豊富な部品在庫および保全サポート要員を常に抱えなければならず、メンテナンスコストおよびランニングコストが嵩んでいるという現状がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－２６１６６８号公報（段落００１１、００１６）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

これに対し、ポンプの状態を監視すべく、ポンプに接続される吸込配管や吐出配管に圧力計を取り付けることは古くから一般的であるものの（例えば特許文献１参照）、より多くの運転状況の情報を得るには、ポンプの接液部もしくは接液部に極力近い場所に、圧力センサを取り付ける必要がある。

【0006】

しかし、高濃度・腐食性用のスラリポンプにおいては、圧力センサの取付け穴から摩耗が進行するという問題がある。そのため、スラリポンプの接液部自身に圧力センサを取り付けることは実用上、困難である。

【0007】

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、高濃度スラリや腐食性スラリを圧送するスラリポンプであっても、ポンプ自体の状態を監視し得る、ポンプ用状態監視装置およびこれを備えるポンプ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】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るポンプ用状態監視装置は、ケーシングの接液部内面が、軟質ゴムでライニングされているか若しくはケーシング内側に軟質ゴム製のライナが内包されているポンプに用いられ、該ポンプの状態を監視する状態監視装置であって、前記軟質ゴムの接液部内面から離隔して前記軟質ゴム中の複数箇所に埋め込まれた圧力センサと、該複数箇所の圧力センサで取得された圧力情報に基づいて、前記ポンプの状態に係る情報を検知する状態情報検知部と、を有することを特徴とする。

【0009】

本発明の一態様に係るポンプ用状態監視装置によれば、軟質ゴム製のライニング若しくはライナの接液面から離隔して軟質ゴム中に埋め込まれる圧力センサを接液部内面の複数箇所に配し、状態情報検知部により、その複数箇所の圧力センサで取得された圧力情報に基づき、ポンプの状態に係る情報を検知することができる。
そのため、高濃度スラリや腐食性スラリを圧送するスラリポンプであっても、ケーシングの接液部内面が、軟質ゴムでライニングされているか若しくはケーシング内側に軟質ゴム製のライナが内包されているポンプに本発明の一態様に係るポンプ用状態監視装置を用いれば、そのポンプの内部圧力の異常、ポンプの性能低下、摩耗状況などのポンプ自体の状態を監視できる。

【0010】

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るポンプは、ケーシングの接液部内面が、軟質ゴムでライニングされているか若しくはケーシング内側に軟質ゴム製のライナが内包されているポンプであって、本発明の一態様に係るポンプ用状態監視装置が装備されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係るポンプによれば、本発明の一態様に係るポンプ用状態監視装置が装備されているので、ポンプ自体の状態を監視できる。

【発明の効果】

【0011】

上述したように、本発明によれば、ポンプ自体の状態を監視できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一態様に係るポンプ用状態監視装置を備えるポンプの一実施形態を説明する模式的縦断面図である。

【図2】図１のポンプ用状態監視装置に用いられている圧力センサの模式図であり、同図（ａ）はその正面図、（ｂ）は（ａ）でのＺ－Ｚ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。本実施形態の例は、本発明の一実施形態に係るポンプ用状態監視装置が、高濃度・腐食性用のスラリポンプとして用いられる遠心ポンプに装備されている例である。
なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

【0014】

図１に示すように、この遠心ポンプ１は、フレーム（不図示）の前方に設けられるケーシング５を備える。フレームには、軸方向の前後に離隔した軸受を介して駆動軸４を回転自在に支持する軸受部が設けられる。

【0015】

駆動軸４の先端には、ケーシング５の内部に収納されたセミオープン型のインペラ２が固定されている。インペラ２は、略円板状のベース部２ｂを有し、ベース部２ｂには、軸方向前方に張り出す複数の羽根２ｃが一体形成されている。

【0016】

ケーシング５は、後方の本体部５ｂと前方の吸込部５ａとを備える。吸込部５ａと本体部５ｂとはボルト・ナット（不図示）で相互に固定され、内部にインペラ２の収容空間が画成される。

【0017】

ケーシング５の本体部５ｂには、上部に吐出口５ｔが形成され、吐出口５ｔには、吐出配管８が接続されている。また、ケーシング５の吸込部５ａには、前方にフロントカバー６が装着され、フロントカバー６には、前方に軸方向に沿って張り出す吸込口６ｎが形成され、吸込口６ｎには、吸込配管７が接続されている。

【0018】

ケーシング５の内部には、接液部内面全体を覆うライナ３が装着されている。なお、ライナ３に替えて、ケーシング５の接液部内面を、軟質ゴムでライニングした構成としてもよい。つまり、本発明は、ケーシングの接液部内面は、軟質ゴムでライニングされているか若しくはケーシング内側に軟質ゴム製のライナを内包しているポンプに適用できる。

【0019】

ここで、ライニング若しくはライナを構成する軟質ゴムは、その材料として、天然ゴムや各種の合成ゴム（例えばアクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（イソブチエン・イソプレンゴム（ＩＩＲ））など）を送液の性状（例えばスラリの腐食性等）に応じて適宜選択する。

【0020】

また、ライニング若しくはライナを構成する構成する軟質ゴムの硬度としては、デュロメータ硬さ試験機による測定値が、タイプＡ デュロメータ硬さ７０°以下（ＪＩＳ Ｋ６２５３）のものが好ましく、軟質ゴムの性状としては、圧縮永久ひずみが小さいゴムが好適であり、スポンジ状のゴムなど気泡を内在するものは適さない。

【0021】

本実施形態では、ライナ３を構成する軟質ゴムは、平均粒径が約１ｍｍ以下の微粒子スラリに対してはメタル材よりも優れた耐摩耗性を有している。また、ライナ３を構成する軟質ゴムは、耐食性・耐薬性に対しては、適切な軟質ゴム材料を選択することによって高濃度・腐食性のスラリにも対応できる。このため、高濃度・腐食性のスラリに対しては、接液部内面に、ゴムライニングもしくはケーシング内側に軟質ゴム製のライナを内包しているスラリポンプが好適である。

【0022】

ここで、本実施形態の状態監視装置１０は、配管部用の圧力センサ９Ａ、９Ｂと、複数の薄型の圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、稼動状態情報検知部を構成するコントローラ３０と、を有する。コントローラ３０は、コンピュータを含んで構成された情報処理装置であり、所定のポンプ稼動状態情報検知処理を実行して、そのポンプの内部圧力の異常、ポンプの性能低下、摩耗状況などのポンプの稼動状態を監視可能に構成されている。

【0023】

詳しくは、本実施形態では、吸込配管７には、配管部用の圧力センサ９Ａが取付けられ、また、吐出配管８には、配管部用の圧力センサ９Ｂが取付けられている。さらに、ケーシング５の接液部内面には、軟質ゴム製のライナ３の接液面から任意の距離を隔てて薄型の圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄが複数の箇所（この例では四か所）に埋め込まれている。

【0024】

本実施形態では、接液部内面の任意の複数箇所に、圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを配することにより、複数箇所の圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄで取得された圧力情報に基づいて、遠心ポンプ１の稼動状態に係る情報を詳しく検知可能に構成されている。

【0025】

これにより、コントローラ３０は、ポンプ稼動状態情報検知処理の実行により、ポンプの内部圧力の異常、ポンプの性能低下、ポンプの摩耗などを検知するとともに、その検知した情報をモニタ等の表示装置に出力可能になっている。

【0026】

ここで、コントローラ３０が実行するポンプ稼動状態情報検知処理における、ポンプ稼動状態の監視・診断にあたっては、必ずしも圧力値などの絶対値で評価する必要はなく、新品時からの摩耗や腐食による変動を、新品時の圧力の初期値に対して相対的に評価することによって監視・診断が可能である。
また、圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、特に限定されないが、厚さ０．２ｍｍ程度のフィルム状薄膜感圧センサ（例えばインターリンクエレクトロニクス社製）を用いることが好ましい。

【0027】

この種の感圧センサは、図２に示す感圧センサ２０のように、例えば直径φ５ｍｍ程度で可動部がない２線式の感圧部２０ａと、ガセット部２０ｆと、を備える。感圧部２０ａは、同図（ｂ）に示すように、上部接着部２０ｂと、上部基板２０ｃと、内部接着部２０ｄと、下部基板２０ｅとを上面側からこの順に積層した構造を有する。内部接着部２０ｄと下部基板２０ｅとにより構成される部分が、感圧部２０ａから導出された配線を含むガセット部２０ｆとされている。

【0028】

図２に示す感圧センサ２０は、感圧部２０ａに加わる圧力が増加すると電気抵抗がリニアに減少する特性を有する。そのため、作動圧が低く感度範囲も広い、薄く、水分、汚れ等にも強い耐久性のある圧力センサとして採用できる。

【0029】

本実施形態では、図２に示す圧力センサ２０を、軟質ゴム内表面から任意の距離を隔てて、例えば図１のような複数（この例では四か所）の位置に、圧力センサ２０と同じ構成を有する、圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを埋め込んでいる。つまり、第一の圧力センサ２０Ａは、インペラ２の羽根２ｃの前端と対向する位置に埋入されている。これにより、クリアランスの変動状態を検知できる。

【0030】

また、第二の圧力センサ２０Ｂは、フロントカバー６の吸込口６ｎないしその近傍の位置（本実施形態の例では吸込口６ｎの隅部分）に埋入されている。また、第三の圧力センサ２０Ｃは、ケーシング５の最も低い位置ないしその近傍の位置（本実施形態の例では最も低い位置）に埋入されている。また、第四の圧力センサ２０Ｄは、ケーシング５の吐出口５ｔないしその近傍の位置（本実施形態の例では吐出口５ｔの近傍の位置）に埋入されている。

【0031】

インペラ２が摩耗して遠心ポンプ１のポンプ性能が低下すると、主に吐出口５ｔ付近の圧力センサ２０Ｄにおいて圧力が大きく低下する。また、ライナ３の摩耗が進行すると、圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄのうち、その摩耗が進行した部分の圧力センサが剥き出しになって通電不良を起こすため、その時点で摩耗量が圧力センサの埋入位置まで到達したことを検知できる。

【0032】

さらに、圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄが埋め込まれた位置と通電不良が起こるまでの経過時間から、最終的に穴がライナ３を貫通するまでの残り時間を予測できる。そのため、本実施形態の状態監視装置１０によれば、遠心ポンプ１の部品交換サイクルの最適化が図れる。
また、これらの圧力センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄから取得された圧力情報のほか、配管部用の圧力センサ９Ａ、９Ｂから取得された圧力情報や、温度センサ等の他のセンサから取得されたデータも加えることで更に詳細な遠心ポンプ１の運転状況が得られる。

【0033】

以上説明したように、本実施形態のポンプ用状態監視装置１０は、ポンプの状態監視全般に適用できる技術であるが、本実施形態のように、高濃度・腐食性用のスラリポンプ等の遠心ポンプ１において、そのポンプの内部圧力の異常、ポンプの性能低下、摩耗状況などのポンプの稼動状態を監視するのに好適である。特に過酷な液質にさらされるスラリポンプのメンテナンスに有効である。

【0034】

さらに、本実施形態のポンプ用状態監視装置１０を用いて、遠心ポンプ１の遠隔監視が可能であり、他の機器との連携によりスラリポンプ等の遠心ポンプ１のメンテナンス情報等の情報発信装置に適用できる。なお、本発明に係るポンプ用状態監視装置およびこれを備えるポンプは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0035】

１ 遠心ポンプ
２ インペラ
３ ライナ
４ 駆動軸
５ ケーシング
６ フロントカバー
７ 吸込配管
８ 吐出配管
９Ａ、９Ｂ （配管部用の）圧力センサ
１０ 状態監視装置
２０、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 圧力センサ
３０ コントローラ（状態情報検知部）

【図1】

【図2】