特開 2024-53267 オイル室監視装置、水中ポンプ及びオイル室監視方法

(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】P2024053267

(43)【公開日】2024-04-15

(54)【発明の名称】オイル室監視装置、水中ポンプ及びオイル室監視方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 13/08 20060101AFI20240408BHJP

   F04B 51/00 20060101ALI20240408BHJP

【ＦＩ】

F04D13/08 J

F04B51/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022159400

(22)【出願日】2022-10-03

(71)【出願人】

【識別番号】000150844

【氏名又は名称】株式会社鶴見製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100108213

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 豊隆

(74)【代理人】

【識別番号】100192692

【弁理士】

【氏名又は名称】谷 昌樹

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 剛

(72)【発明者】

【氏名】中村 星斗

【テーマコード（参考）】

3H130

3H145

【Ｆターム（参考）】

3H130AA03

3H130AA27

3H130AB13

3H130AB23

3H130AB46

3H130AC07

3H130BA87F

3H130BA87H

3H130BA87Z

3H130BA90F

3H130BA90H

3H130BA90Z

3H130DA02Z

3H130DB11Z

3H130DC02Z

3H130DF03Z

3H130DH05Z

3H130ED05F

3H130ED05H

3H145AA06

3H145AA12

3H145AA23

3H145BA44

3H145CA01

3H145CA20

3H145CA30

3H145EA13

3H145EA16

3H145FA02

3H145FA17

3H145FA23

3H145FA25

(57)【要約】

【課題】オイル室内を適切に監視可能なオイル室監視装置、水中ポンプ及びオイル室監視方法を提供することである。
【解決手段】オイル室監視装置は、オイル室１３の圧力を検知する圧力センサ１１０と、オイル室１３の空間温度を検知する空間温度センサ１２０と、オイル室１３のオイル温度を検知するオイル温度センサ１３０と、第１時点における第１圧力Ｐ、第１空間温度Ｔ₁及び第１オイル温度Ｔ₂と、第２時点における、第２圧力Ｐ’、第２空間温度Ｔ₁’及び第２オイル温度Ｔ₂’と、に基づいて、第１時点と第２時点とにおけるオイル室の空間容積Ｖ₁，Ｖ₁’及びオイル容積Ｖ₂，Ｖ₂’の変位からオイル室１３のオイル漏れ量Ｖ_W又は浸水量Ｖ_Wを算出する算出手段と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中ポンプのメカニカルシールに供給されるオイルが封入されたオイル室を監視するオイル室監視装置であって、
前記オイル室の圧力を検知する圧力センサと、
前記オイル室の空間温度を検知する空間温度センサと、
前記オイル室のオイル温度を検知するオイル温度センサと、
第１時点における、前記圧力である第１圧力、前記空間温度である第１空間温度及び前記オイル温度である第１オイル温度と、第２時点における、前記圧力である第２圧力、前記空間温度である第２空間温度及び前記オイル温度である第２オイル温度と、に基づいて、前記第１時点と前記第２時点とにおける前記オイル室の空間容積及びオイル容積の変位から前記オイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出する算出手段と、を備える、
オイル室監視装置。

【請求項2】

前記算出手段は、
前記第１圧力及び第１空間温度と、前記第２圧力及び第２空間温度とを用いて、前記第１時点に対する前記第２時点における前記オイル室の空間容積を算出し、
前記第１オイル温度と前記第２オイル温度とを用いて、前記第１時点に対する前記第２時点における前記オイル室のオイル容積を算出する、
請求項１に記載のオイル室監視装置。

【請求項3】

前記算出手段は、前記第１時点に対する前記第２時点における前記オイル室の空間容積、前記第１時点に対する前記第２時点における前記オイル室のオイル容積、及び前記オイル室の容積に基づいて、前記オイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出する、
請求項２に記載のオイル室監視装置。

【請求項4】

前記オイル室の空間容積は、ボイルシャルルの法則を用いて算出される、
請求項１に記載のオイル室監視装置。

【請求項5】

前記オイル室のオイル容積は、前記オイルのオイル膨張係数に基づいて算出される、
請求項１に記載のオイル室監視装置。

【請求項6】

前記第１時点は、前記水中ポンプの停止中であり、
前記第２時点は、前記水中ポンプの運転中である、
請求項１に記載のオイル室監視装置。

【請求項7】

前記オイル室のオイル容積について、前記オイル室に予め設定された既定量のオイルを封入していると仮定して前記圧力センサによって検知された圧力に基づいて、前記オイル室に実際に封入されているオイル実封入量を算出するオイル実封入量算出手段を、さらに備える、
請求項１に記載のオイル室監視装置。

【請求項8】

前記オイル実封入量は、所定の温度変化に応じて算出される、
請求項７に記載のオイル室監視装置。

【請求項9】

前記オイル実封入量は、前記水中ポンプの停止中に算出される、
請求項８に記載のオイル室監視装置。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載のオイル室監視装置と、
モータと、
前記モータを駆動させることにより回転する回転軸と、
前記回転軸の回転に伴ってポンプ室において回転することにより、吸込口から液体を引き込み、吐出し口に向けた流れを発生させる羽根車と、を備える、
水中ポンプ。

【請求項11】

水中ポンプのメカニカルシールに供給されるオイルが封入されたオイル室を監視するオイル室監視装置によって実行されるオイル室監視方法であって、
圧力センサによって検知された前記オイル室の圧力を取得すること、
空間温度センサによって検知された前記オイル室の空間温度を取得すること、
オイル温度センサよって検知された前記オイル室のオイル温度を取得すること、
第１時点における、前記圧力である第１圧力、前記空間温度である第１空間温度及び前記オイル温度である第１オイル温度と、第２時点における、前記圧力である第２圧力、前記空間温度である第２空間温度及び前記オイル温度である第２オイル温度と、に基づいて、前記第１時点と前記第２時点とにおける前記オイル室の空間容積及びオイル容積の変位から前記オイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出すること、を含む、
オイル室監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オイル室監視装置、水中ポンプ及びオイル室監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、汚水用や排水用など様々な用途で用いられる水中ポンプがある。水中ポンプは、モータによって主軸を回転させることによって水を吸い上げて排水などを行うが、モータ内への水の侵入を防ぐために主軸にはメカニカルシール（軸封装置）が取り付けられている。さらに、当該主軸の近傍には、オイルが封入されたオイル室が備えられ、当該オイルは、メカニカルシールに供給されて、その摺動面を潤滑にし、水中ポンプの品質や信頼性に貢献している。

【0003】

一般的には、このオイルの漏れなどが発生すれば、水中ポンプの不具合に繋がるため、オイル室に封入されているオイル量を監視することが重要になる。例えば、特許文献１では、ポンプの運転を停止した後のメカニカルシールに流通する潤滑油の温度を測定し、測定された温度の変化傾向をもとに潤滑油の充填量を推定することによって、ポンプの故障又はその兆候を検知するポンプの診断方法に関する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１０２９２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載のポンプの診断方法では、ポンプの運転を停止した後に、潤滑油の充填量を推定しているだけであって、オイル室におけるオイル漏れや浸水などを含むオイル室の状況を適切に監視できないという問題がある。

【0006】

そこで、本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的の１つは、オイル室内を適切に監視可能なオイル室監視装置、水中ポンプ及びオイル室監視方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係るオイル室監視装置は、水中ポンプのメカニカルシールに供給されるオイルが封入されたオイル室を監視するオイル室監視装置であって、オイル室の圧力を検知する圧力センサと、オイル室の空間温度を検知する空間温度センサと、オイル室のオイル温度を検知するオイル温度センサと、第１時点における、圧力である第１圧力、空間温度である第１空間温度及びオイル温度である第１オイル温度と、第２時点における、圧力である第２圧力、空間温度である第２空間温度及びオイル温度である第２オイル温度と、に基づいて、第１時点と第２時点とにおけるオイル室の空間容積及びオイル容積の変位からオイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出する算出手段と、を備える。

【0008】

上記態様において、算出手段は、第１圧力及び第１空間温度と、第２圧力及び第２空間温度とを用いて、第１時点に対する第２時点におけるオイル室の空間容積を算出し、第１オイル温度と第２オイル温度とを用いて、第１時点に対する第２時点におけるオイル室のオイル容積を算出してもよい。

【0009】

上記態様において、算出手段は、第１時点に対する第２時点におけるオイル室の空間容積、第１時点に対する第２時点におけるオイル室のオイル容積、及びオイル室の容積に基づいて、オイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出してもよい。

【0010】

上記態様において、オイル室の空間容積は、ボイルシャルルの法則を用いて算出されてもよい。

【0011】

上記態様において、オイル室のオイル容積は、オイルのオイル膨張係数に基づいて算出されてもよい。

【0012】

上記態様において、第１時点は、水中ポンプの停止中であり、第２時点は、水中ポンプの運転中であってもよい。

【0013】

上記態様において、オイル室のオイル容積について、オイル室に予め設定された既定量のオイルを封入していると仮定して圧力センサによって検知された圧力に基づいて、オイル室に実際に封入されているオイル実封入量を算出するオイル実封入量算出手段を、さらに備えてもよい。

【0014】

上記態様において、オイル実封入量は、所定の温度変化に応じて算出されてもよい。

【0015】

上記態様において、オイル実封入量は、水中ポンプの停止中に算出されてもよい。

【0016】

本発明の一態様に係る水中ポンプは、上記オイル室監視装置と、モータと、モータを駆動させることにより回転する回転軸と、回転軸の回転に伴ってポンプ室において回転することにより、吸込口から液体を引き込み、吐出し口に向けた流れを発生させる羽根車と、を備える。

【0017】

本発明の一態様に係るオイル室監視方法は、水中ポンプのメカニカルシールに供給されるオイルが封入されたオイル室を監視するオイル室監視装置によって実行されるオイル室監視方法であって、圧力センサによって検知されたオイル室の圧力を取得すること、空間温度センサによって検知されたオイル室の空間温度を取得すること、オイル温度センサよって検知されたオイル室のオイル温度を取得すること、第１時点における、圧力である第１圧力、空間温度である第１空間温度及びオイル温度である第１オイル温度と、第２時点における、圧力である第２圧力、空間温度である第２空間温度及びオイル温度である第２オイル温度と、に基づいて、第１時点と第２時点とにおけるオイル室の空間容積及びオイル容積の変位からオイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出すること、を含む。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、オイル室内を適切に監視可能なオイル室監視装置、水中ポンプ及びオイル室監視方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態に係る水中ポンプ１０の概要を示す構造図である。

【図2】オイル室の様子を模式的に示す図である。

【図3】オイル室のオイル漏れ及び浸水を監視することを説明するために、オイル室の様子を模式的に示す図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る水中ポンプ１０に含まれるオイル室監視装置によって実行されるオイル室監視方法Ｍ１００の処理の流れを示すフローチャートである。

【図5】オイル室に実際に封入されているオイル実封入量を算出することを説明するために、オイル室の様子を模式的に示す図である。

【図6】オイル室に実際に封入されているオイル実封入量の場合において圧力センサ１１０によって検知されたオイル室の圧力と、オイル室に既定量のオイルが封入されていると仮定した場合におけるオイル室の圧力との推移を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の好適な各実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する各実施形態は、あくまで、本発明を実施するための具体的な一例を挙げるものであって、本発明を限定的に解釈させるものではない。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する場合がある。

【0021】

＜第１実施形態＞
［水中ポンプの構造について］
図１は、本発明の第１実施形態に係る水中ポンプ１０の概要を示す構造図である。図１に示されるように、水中ポンプ１０は、モータ１１と、回転軸１２と、オイル室１３と、メカニカルシール（軸封装置）１４と、ポンプ室１５と、羽根車１６とを有し、その他ベアリングやオイルリフタなどの部材も含まれるが、ここでは、詳細な構成に関する説明は省略する。

【0022】

モータ１１は、回転軸１２を介して、当該回転軸１２の先端部に接続されている羽根車１６を回転駆動させるように構成されている。例えば、モータ１１は、固定子（コイル）及び回転子を有し、固定子に発生する磁界によって回転子を回転させる。

【0023】

回転軸１２は、モータ１１からオイル室１３を貫通してポンプ室１５まで延伸するように配置され、その先端部には、羽根車１６が配置されている。モータ１１が駆動することにより、回転軸１２は、当該モータ１１の駆動力（トルク）を羽根車１６に伝えるように構成されている。

【0024】

オイル室１３は、モータ１１とポンプ室１５との間に配置されており、当該オイル室１３には、オイルが封入されている。そして、オイル室１３には、メカニカルシール１４が配置されており、当該メカニカルシール１４は、オイル室１３を貫通する回転軸１２の外周を囲むように円環状に取り付けられている。

【0025】

メカニカルシール１４は、摺動面に油膜形成部を有することにより、ポンプ室１５からオイル室１３への浸水を抑制したり、オイル室１３のオイルがモータ１１（モータ室）に流入することを抑制したりしている。また、摺動面は、オイル室１３に充填されたオイルによって、潤滑されるとともに焼きつかないように冷却される。

【0026】

ポンプ室１５には、羽根車１６が配置されており、モータ１１が駆動することによって、回転軸１２を介してその先端部に接続される羽根車１６が回転駆動する。そして、羽根車１６の回転駆動に伴って、ポンプ室１５には、吸込口から液体が流入するとともに、吐出し口から液体が流出するように構成されている。

【0027】

羽根車１６は、回転軸１２の先端部に取り付けられており、ポンプ室１５に配置されている。上述したように、羽根車１６は、モータ１１が駆動することによって、回転軸１２を介して回転駆動し、吸込口から液体を引き込むとともに、吐出し口に向けた流れを発生させて、当該吐出し口から液体を流出するように構成されている。

【0028】

さらに、水中ポンプ１０には、オイル室１３を監視するオイル室監視装置として、圧力センサ１１０と、空間温度センサ１２０と、オイル温度センサ１３０とが配置され、それらで検知されたデータを処理する制御部（算出手段）が構成されている。

【0029】

［オイル室監視装置について］
次に、オイル室監視装置の構成及び機能について説明する。
図２は、オイル室の様子を模式的に示す図である。図２では、オイル室は、例えば、（Ａ）水中ポンプ１０の停止時（停止状態）、及び（Ｂ）水中ポンプ１０の運転時（運転状態）の２つの状態が示されている。

【0030】

これらの２つの時点（状態）において、圧力センサ１１０は、オイル室の圧力を検知し、空間温度センサ１２０は、オイル室の空間温度を検知し、オイル温度センサ１３０は、オイル室のオイル温度を検知する。そして、それぞれ検知されたデータに基づいて、例えば、オイル室監視装置における制御部（算出手段）は、停止時と運転時とにおけるオイル室の空間容積及びオイル容積の変位からオイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出する。以下に、その算出処理について詳しく説明する。

【0031】

（Ａ）停止時（第１時点）では、オイル室の圧力である第１圧力Ｐ、オイル室の空間温度である第１空間温度Ｔ₁、及びオイル室のオイル温度である第１オイル温度Ｔ₂であり、さらに、オイル室容積Ｖ、第１空間容積Ｖ₁及び第１オイル容積Ｖ₂である。

【0032】

（Ｂ）運転時（第２時点）では、オイル室の圧力である第２圧力Ｐ’、オイル室の空間温度である第２空間温度Ｔ₁’、及びオイル室のオイル温度である第２オイル温度Ｔ₂’であり、さらに、オイル室容積Ｖ、第２空間容積Ｖ₁’及び第２オイル容積Ｖ₂’である。

【0033】

例えば、水中ポンプ１０を運転させることによって、オイル室の温度が上昇して、オイル室に封入されているオイルが膨張することはあるが、（Ａ）停止時及び（Ｂ）運転時において、オイル室容積Ｖは一定であり、下記（数１）（数２）を満たす。なお、一般的に、オイル室に封入されるオイル量は、例えば、所定のオイル温度で、オイル室容積Ｖの８０％等と規定されており、当該規定に沿って封入されるとよい。

【数1】

【数2】

【0034】

ここで、２つの時点（状態）に関して、ボイルシャルルの法則を用いると、下記（数３）を満たす。

【数3】

【0035】

また、第２オイル容積Ｖ₂’は、オイル膨張係数αを用いて求めることができる。オイル膨張係数αは、オイル室に封入されるオイルの種類などに応じて予め規定されているものである。オイルは、例えば、温度上昇に応じてオイル容積が膨張する等、温度変化に応じてオイル容積が変化するため、ここでは、オイル膨張係数αを、停止時の第１オイル温度Ｔ₂及び運転時の第２オイル温度Ｔ₂’を用いて、下記（数４）のように示すこととする。

【数4】

【0036】

水中ポンプ１０の停止時から運転時において、オイル室の温度が上昇して、当該オイル室に封入されているオイルが膨張したとすると、停止時に対する運転時における第２オイル容積Ｖ₂’は、オイル膨張係数α及び第１オイル容積Ｖ₂を用いて、下記（数５）のように示すことができる。

【数5】

【0037】

上記（数２）に、第２空間容積Ｖ₁’（上記（数３））及び第２オイル容積Ｖ₂’（上記（数５））を代入すると、オイル室容積Ｖは、下記（数６）のように示すことができる。

【数6】

【0038】

オイル室容積Ｖは、水中ポンプ１０の停止時及び運転時において、圧力センサ１１０、空間温度センサ１２０及びオイル温度センサ１３０によって検知された第１圧力Ｐ、第１空間温度Ｔ₁、第１オイル温度Ｔ₂、及び第２圧力Ｐ’、第２空間温度Ｔ₁’、第２オイル温度Ｔ₂’を用いて、上記（数６）の関係を満たすことになる。

【0039】

［オイル室のオイル漏れ及び浸水について］
図３は、オイル室のオイル漏れ及び浸水を監視することを説明するために、オイル室の様子を模式的に示す図である。図３では、図２と同様に、オイル室は、例えば、（Ａ）水中ポンプ１０の停止時（停止状態）、及び（Ｂ）水中ポンプ１０の運転時（運転状態）の２つの状態が示されている。

【0040】

ここでは、（Ｂ）運転時においてオイル室への浸水（浸水量Ｖ_W）が発生していると仮定して、オイル室容積Ｖは、下記（数７）の関係を満たすことになる。

【数7】

【0041】

上記（数７）を浸水量Ｖ_Wについて解くと、下記（数８）のように示すことができる。

【数8】

【0042】

ここで、第２空間容積Ｖ₁’及び第２オイル容積Ｖ₂’に関して、図２を用いて説明したのと同様に、ボイルシャルルの法則及びオイル膨張係数αを用いて、上記（数３）及び上記（数５）を代入すると、浸水量Ｖ_Wは、下記（数９）のように示すことができる。

【数9】

【0043】

そして、オイル室容積Ｖは、予め設定されて一定であるため、上記（数９）で示されるように、浸水量Ｖ_Wは、水中ポンプ１０の停止時及び運転時において、圧力センサ１１０、空間温度センサ１２０及びオイル温度センサ１３０によって検知された第１圧力Ｐ、第１空間温度Ｔ₁、第１オイル温度Ｔ₂、及び第２圧力Ｐ’、第２空間温度Ｔ₁’、第２オイル温度Ｔ₂’を用いて算出することができる。

【0044】

なお、浸水量Ｖ_W＞０（浸水量Ｖ_Wがプラス）である場合、オイル室への浸水があることを示し、浸水量Ｖ_W＜０（浸水量Ｖ_Wがマイナス）である場合、オイル室のオイル漏れがあることを示す。

【0045】

［オイル室監視方法について］
次に、水中ポンプ１０のオイル室を監視するオイル室監視装置によって実行されるオイル室監視方法について、具体的に詳しく説明する。

【0046】

図４は、本発明の第１実施形態に係る水中ポンプ１０に含まれるオイル室監視装置によって実行されるオイル室監視方法Ｍ１００の処理の流れを示すフローチャートである。図４に示されるように、オイル室監視方法Ｍ１００は、ステップＳ１１０～Ｓ１４０を含み、各ステップは、オイル室監視装置に含まれる制御部（プロセッサ）によって実行される。

【0047】

ステップＳ１１０では、水中ポンプ１０の停止時（第１時点）において、圧力センサ１１０は、オイル室の圧力を検知し（第１圧力）、空間温度センサ１２０は、オイル室の空間温度を検知し（第１空間温度）、オイル温度センサ１３０は、オイル室のオイル温度を検知する（第１オイル温度）。

【0048】

ステップＳ１２０では、水中ポンプ１０の運転時（第２時点）において、圧力センサ１１０は、オイル室の圧力を検知し（第２圧力）、空間温度センサ１２０は、オイル室の空間温度を検知し（第２空間温度）、オイル温度センサ１３０は、オイル室のオイル温度を検知する（第２オイル温度）。

【0049】

ここで、水中ポンプ１０の運転時（第２時点）は、水中ポンプ１０が稼働してから所定の温度変化（例えば、１０℃上昇など）があったタイミングなどとすればよい。ここで、所定の温度変化は、オイル室の空間温度の温度変化でもよいし、オイル温度の温度変化でもよいし、さらには、これらの組み合わせであってもよい。

【0050】

ステップＳ１３０では、制御部（算出手段）は、ステップＳ１１０で検知された第１圧力及び第１空間温度と、ステップＳ１２０で検知された第２圧力及び第２空間温度とに基づいて、第１時点に対する第２時点におけるオイル室の空間容積を算出する。具体例としては、制御部は、第２空間容積Ｖ₁’を、ボイルシャルルの法則を用いて、上記（数３）により算出する。

【0051】

また、制御部（算出手段）は、ステップＳ１１０で検知された第１オイル温度と、ステップＳ１２０で検知された第２オイル温度とに基づいて、第１時点に対する第２時点におけるオイル室のオイル容積を算出する。具体例としては、制御部は、第２オイル容積Ｖ₂’を、オイル温度変化に関連するオイル膨張係数を用いて、上記（数５）により算出する。

【0052】

ステップＳ１４０では、制御部（算出手段）は、ステップＳ１３０で算出された第２時点におけるオイル室の空間容積及びオイル容積に基づいて、オイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出する。具体例としては、制御部は、上記（数９）を用いて、第１時点から第２時点でのオイル室におけるオイルの漏れ量Ｖ_W（＜０の場合）又は浸水量Ｖ_W（＞０の場合）を算出する。

【0053】

以上のように、本発明の第１実施形態に係る水中ポンプ１０によれば、オイル室監視装置は、水中ポンプ１０の停止時及び運転時において、圧力センサ１１０によってオイル室の圧力を検知し、空間温度センサ１２０によってオイル室の空間温度を検知し、オイル温度センサ１３０によってオイル室のオイル温度を検知する。そして、それぞれ検知されたデータに基づいて、例えば、オイル室監視装置における制御部（算出手段）は、停止時と運転時とにおけるオイル室の空間容積及びオイル容積の変位からオイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出し、オイル室内を適切に監視することができる。

【0054】

なお、本実施形態では、水中ポンプ１０の停止時を第１時点とし、運転時を第２時点として、圧力センサ１１０、空間温度センサ１２０及びオイル温度センサ１３０によって、それぞれデータを検知していたが、検知するタイミングはこれに限定されるものではない。例えば、水中ポンプ１０の停止時の２つのタイミングを第１時点及び第２時点として、水中ポンプ１０の運転前のオイル室のオイル漏れ及び浸水を確認してもよいし、水中ポンプ１０の運転時の２つのタイミングを第１時点及び第２時点として、水中ポンプ１０の運転中の任意の時点でのオイル室のオイル漏れ及び浸水を確認してもよい。また、継続的に第１時点及び第２時点を設定すれば、オイル室のオイル漏れ及び浸水を連続的に監視することもできる。

【0055】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態では、オイル室に実際に封入されたオイル量を算出することについて説明する。本実施形態に係る水中ポンプの基本的な構成は、本発明の第１実施形態で説明した水中ポンプ１０と同様であり、ここでは、主に、本発明の第１実施形態と異なる点について説明する。

【0056】

一般的に、オイル室に封入されるオイル量は、例えば、所定のオイル温度で、オイル室容積Ｖの８０％程度と規定されており、当該規定に沿って封入されるが、適切なオイル量が封入されず、又は適切なオイル量を封入した場合であっても実際には誤差が生じている場合も考えられる。

【0057】

本発明の第２実施形態に係る水中ポンプ１０に含まれるオイル室監視装置において、オイル室に実際に封入されているオイル実封入量を算出するオイル実封入量算出手段（図示せず）を、さらに備える。

【0058】

オイル実封入量算出手段は、オイル室のオイル容積について、予め設定された既定量のオイルをオイル室に封入していると仮定して、圧力センサ１１０によって検知されたオイル室の圧力に基づいてオイル実封入量を算出する。

【0059】

［オイル実封入量について］
図５は、オイル室に実際に封入されているオイル実封入量を算出することを説明するために、オイル室の様子を模式的に示す図である。図５では、オイル室は、例えば、（Ａ）水中ポンプ１０の停止時（停止状態）、及び（Ｂ）水中ポンプ１０の運転時（運転状態）の２つの状態が示されている。

【0060】

（Ａ）停止時（第１時点）では、オイル室の圧力である第１圧力Ｐ、オイル室の空間温度である第１空間温度Ｔ₁、及びオイル室のオイル温度である第１オイル温度Ｔ₂であり、さらに、オイル室容積Ｖである。そして、オイル室に実際に封入されているオイル実封入量として、第１オイル容積Ｘであり、その際の第１空間容積Ｖ_Xであるとする。

【0061】

（Ｂ）運転時（第２時点）では、オイル室の圧力である第２圧力Ｐ_X、オイル室の空間温度である第２空間温度Ｔ₁’、及びオイル室のオイル温度である第２オイル温度Ｔ₂’であり、さらに、オイル室容積Ｖである。そして、第２空間容積Ｖ_X’及び第２オイル容積Ｘ’であるとする。

【0062】

図６は、オイル室に実際に封入されているオイル実封入量の場合において圧力センサ１１０によって検知されたオイル室の圧力と、オイル室に既定量のオイルが封入されていると仮定した場合におけるオイル室の圧力との推移を示すグラフである。

【0063】

図６では、図５で示されたように、第１時点でオイル室に封入されている第１オイル容積Ｘの場合において圧力センサ１１０によって検知される実測値圧力６０１、及び図２で示されたように、第１時点でオイル室に封入されている第１オイル容積Ｖ₂の場合（例えば、オイル室の容積Ｖの８０％を既定量として）を仮定して予め算出された理論値圧力６０２を示している。

【0064】

また、水中ポンプ１０の停止時（第１時点）の第１空間温度Ｔ₁及び第１オイル温度Ｔ₂であり、水中ポンプ１０の運転を開始し、第１空間温度Ｔ₁や第１オイル温度Ｔ₂からの温度変化（ここでは、１０℃上昇）時を、水中ポンプ１０の運転時（第２時点）として、その時の実測値圧力６０１は、第２圧力Ｐ_Xであり、理論値圧力６０２は、第２圧力Ｐ’である。

【0065】

換言すると、オイル室に実際に封入されているオイル実封入量は、例えば、オイル室の容積Ｖの８０％を既定量とするオイル量と誤差があるため、圧力センサ１１０によって検知される実測値圧力と理論値圧力とで差が生じる。第２時点における実測値圧力（第２圧力Ｐ_X）と、理論値圧力（第２圧力Ｐ’）との差圧ΔＰは、下記（数１０）のように示すことができる。

【数10】

【0066】

さらに、図２で示される２つの時点（状態）に関して、ボイルシャルルの法則を用いると、理論値圧力６０２における第２圧力Ｐ’は、下記（数１１）を満たす。

【数11】

【0067】

また、図５で示される２つの時点（状態）に関して、ボイルシャルルの法則を用いると、実測値圧力６０１における第２圧力Ｐ_Xは、下記（数１２）を満たす。

【数12】

【0068】

上記（数１０）に、理論値圧力としての第２圧力Ｐ’（上記（数１１））、及び実測値圧力としての第２圧力Ｐ_X（上記（数１２））を代入すると、差圧ΔＰは、下記（数１３）のように示すことができる。

【数13】

【0069】

さらに、図５で示される２つの時点（状態）に関して、オイル室の空間容積の変位として、上記（数１３）を第１空間容積Ｖ_X／第２空間容積Ｖ_X’について解くと、下記（数１４）のように示すことができる。

【数14】

【0070】

このように、オイル室の空間容積の変位として、第１空間容積Ｖ_X／第２空間容積Ｖ_X’は、図５で示される２つの時点（状態）において空間温度センサ１２０によって検知された第１空間温度Ｔ₁、第２空間温度Ｔ₁’、及び圧力センサ１１０によって検知された第１圧力Ｐを用いて、さらに、図２で示される２つの時点（状態）においてオイル室の容積Ｖの８０％を既定量としてオイルが封入された場合を仮定して、予め算出された第１空間容積Ｖ₁及び第２空間容積Ｖ₁’用いて算出することができる。

【0071】

そして、オイル実封入量算出手段は、図５に示されたオイル室に実際に封入されたオイル実封入量Ｘを算出する。

【0072】

先ず、第１時点では、オイル室に封入されているオイルの膨張前であることから、オイル室容積Ｖは、下記（数１５）を満たす。

【数15】

【0073】

次に、水中ポンプ１０の運転が開始されることによって、オイル室の温度が上昇して、オイル室に封入されているオイルが膨張する。第２時点におけるオイル室容積Ｖは、第２空間容積Ｖ_X’及び第２オイル容積Ｘ’を用いて、下記（数１６）のように示すことができる。なお、第２オイル容積Ｘ’は、オイル膨張係数αを用いて示すことができる。

【数16】

【0074】

上記（数１５）を第１空間容積Ｖ_Xについて解くと、下記（数１７）のように示すことができる。

【数17】

【0075】

上記（数１６）を第２空間容積Ｖ_X’について解くと、下記（数１８）のように示すことができる。

【数18】

【0076】

上記（数１７）及び（数１８）から、オイル室の空間容積の変位として第１空間容積Ｖ_X／第２空間容積Ｖ_X’について解くと、下記（数１９）のように示すことができる。

【数19】

【0077】

そして、上記（数１９）から、オイル室に実際に封入されたオイル実封入量Ｘは、下記（数２０）のように示すことができる。

【数20】

【0078】

ここで、上記（数２０）について、上記（数１４）に示される（Ｖ_X／Ｖ_X’）を代入すると、オイル実封入量Ｘを算出することができる。

【0079】

［オイル室のオイル漏れ量及び浸水量について］
上述したように、オイル室に実際に封入されたオイル実封入量Ｘを算出した上で、オイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出する手順について説明する。

【0080】

オイル室のオイル漏れ量又は浸水量は、図３を用いて説明したように、上記（数９）で示される浸水量Ｖ_Wとして算出される。ここで、（Ａ）停止時（第１時点）では、オイル室の圧力である第１圧力Ｐ、オイル室の空間温度である第１空間温度Ｔ₁、及びオイル室のオイル温度である第１オイル温度Ｔ₂であり、さらに、オイル室容積Ｖである。そして、オイル室に実際に封入されているオイル実封入量として、第１オイル容積Ｘ（上記（数９）ではＶ₂）であり、その際の第１空間容積Ｖ_X（上記（数９）ではＶ₁）は、オイル室容積Ｖ－第１オイル容積Ｘで示すことができる。

【0081】

（Ｂ）運転時（第２時点）では、オイル室の圧力である第２圧力Ｐ_X（上記（数９）ではＰ’）、オイル室の空間温度である第２空間温度Ｔ₁’、及びオイル室のオイル温度である第２オイル温度Ｔ₂’であり、さらに、オイル室容積Ｖである。そして、第２空間容積Ｖ_X’及び第２オイル容積Ｘ’であるとする。

【0082】

これらを上記（数９）に照らしつつ整理すると、オイル室への浸水量Ｖ_W（オイル室のオイル漏れＶ_W）は、下記（数２１）のように示すことができる。

【数21】

【0083】

そして、上記（数２１）に、上記（数２０）により算出されたオイル実封入量Ｘを代入することによって、浸水量Ｖ_Wを算出する。

【0084】

以上のように、本発明の第２実施形態に係る水中ポンプ１０によれば、オイル実封入量算出手段は、オイル室に実際に封入されているオイル実封入量Ｘを算出し、その上で、オイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出するため、オイル室内をより精度良く適切に監視することができる。

【0085】

オイル室に封入されるオイル量として、既定量が定められているものの、実際に封入されるオイル量には誤差が生じる可能性がある。これらの誤差が生じていた場合であっても、オイル室に実際に封入されているオイル実封入量Ｘを算出した上で、オイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出するため、オイル室内をより精度良く適切に監視することができる。

【0086】

なお、本実施形態は、図５及び図６を用いて説明したように、オイル実封入量Ｘを１０℃の温度上昇に応じて算出していたが、これに限定されるものではなく、所定の温度変化に応じて、例えば、５℃、１５℃や２０℃などの温度上昇又は温度下降に応じて算出してもよい。所定の温度変化が生じていれば、オイル実封入量Ｘを算出することは可能であるが、温度変化が大きい程、適切な算出結果が得られる。

【0087】

また、本実施形態では、水中ポンプ１０の停止時を第１時点とし、運転時を第２時点として、所定の温度変化（１０℃の温度上昇）が生じてオイル実封入量Ｘを算出していたが、これに限定されるものではなく、例えば、水中ポンプ１０の停止中の２つのタイミングを第１時点及び第２時点としてもよい。当該を第１時点と第２時点との間で所定の温度変化が生じれば、適切にオイル実封入量Ｘを算出することができる。

【0088】

さらには、水中ポンプ１０の運転開始前に、所定の温度変化（第１時点と第２時点とｎおける温度変化）が生じれば、オイル実封入量Ｘを算出して、オイル室のオイル漏れ量又は浸水量を算出することができる。その結果、水中ポンプ１０の運転開始前に、オイル室のオイル漏れ又は浸水が発生しているかを確認することができる。

【0089】

なお、各実施形態では、オイル室の圧力として、オイル室の空間部分の圧力を示していたが、オイル室内では、空間部分と圧力の均衡が取れているオイル部分（浸水が発生した場合の液体部分を含む）の圧力を検知してもよい。

【0090】

以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。各実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0091】

１０…水中ポンプ、１１…モータ、１２…回転軸、１３…オイル室、１４…メカニカルシール（軸封装置）、１５…ポンプ室、１６…羽根車、１１０…圧力センサ、１２０…空間温度センサ、１３０…オイル温度センサ、Ｍ１００…オイル室監視方法

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】