特許 7601724 ポンプの監視方法、及び監視装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】ポンプの監視方法、及び監視装置

(51)【国際特許分類】

   F04D 13/00 20060101AFI20241210BHJP

   F04D 29/046 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

F04D13/00 D

F04D29/046 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021120337

(22)【出願日】2021-07-21

(65)【公開番号】P2023016186

(43)【公開日】2023-02-02

【審査請求日】2024-02-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000152170

【氏名又は名称】株式会社酉島製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】兼森 祐治

【審査官】中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１２４１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６５８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７４５３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ １３／００

Ｆ０４Ｄ １５／００

Ｆ０４Ｄ ２９／００

Ｆ０４Ｄ ２９／０４６

Ｆ１６Ｃ １７／０２

Ｆ１６Ｃ １７／１４

Ｇ０１Ｈ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸水槽内の水を排出する排水機構の振動を振動検出部によって検出し、
前記振動検出部の検出結果に基づいて前記排水機構を構成する水中軸受の摩耗検出の要否を判断し、
前記摩耗検出が必要と判断した場合、供給機構によって前記水中軸受と回転軸の間に流体を供給し、前記供給機構が供給する流体圧とポンプケーシングの内圧との差圧を検出する差圧検出部の検出結果に基づいて前記水中軸受の摩耗量を判断し、
前記摩耗量が定められた隙間警報値以上の場合、前記水中軸受の交換準備を促す報知を報知部によって行い、前記摩耗量が前記隙間警報値未満の場合、前記水中軸受以外の異常の可能性を促す報知を前記報知部によって行う、
ポンプの監視方法。

【請求項2】

吸水槽内の水を排出する排水機構を構成する水中軸受の摩耗検出の要否を判断する測定時間が経過したか否かを判断し、
前記測定時間が経過した場合、前記排水機構の振動を振動検出部によって検出し、
前記振動検出部の検出結果に基づいて前記水中軸受の摩耗検出の要否を判断し、
前記摩耗検出が必要と判断した場合、供給機構によって前記水中軸受と回転軸の間に流体を供給し、前記供給機構が供給する流体圧とポンプケーシングの内圧との差圧を検出する差圧検出部の検出結果に基づいて前記水中軸受の摩耗量を判断する、
ポンプの監視方法。

【請求項3】

前記摩耗量が定められた隙間警報値以上の場合、前記水中軸受の交換準備を促す報知を行い、
前記摩耗量が前記隙間警報値未満の場合、前記水中軸受以外の異常の可能性を促す報知を行う、
請求項２に記載のポンプの監視方法。

【請求項4】

前記振動検出部の検出結果が定められた振動警報値以上の場合、又は前記振動検出部の検出結果は前記振動警報値未満であるが検出結果の増加勾配が定められた警報勾配以上の場合、前記摩耗検出が必要と判断する、請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプの監視方法。

【請求項5】

前記振動警報値は、前記ポンプケーシングを設置したときの前記振動検出部の検出結果と前記差圧検出部の検出結果とに基づいて設定される、請求項４に記載のポンプの監視方法。

【請求項6】

前記隙間警報値は、前記ポンプケーシングを設置したときの前記振動検出部の検出結果と前記差圧検出部の検出結果とに基づいて設定される、請求項１又は３に記載のポンプの監視方法。

【請求項7】

ポンプケーシングと、
前記ポンプケーシング内に配置された部分に羽根車が取り付けられた回転軸、及び前記回転軸を回転可能に支持する水中軸受を有し、吸水槽内の水を排出する排水機構と
を備えるポンプの監視装置であって、
前記排水機構の振動を検出する振動検出部と、
前記回転軸と前記水中軸受の間に流体を供給する供給機構と、
前記供給機構が供給する流体圧と前記ポンプケーシングの内圧との差圧を検出する差圧検出部と、
前記振動検出部の検出結果に基づいて前記水中軸受の摩耗検出の要否を判断し、前記摩耗検出が必要と判断すると、前記供給機構を駆動させ、前記差圧検出部の検出結果に基づいて前記水中軸受の摩耗量を判断する制御部と、
前記排水機構の異常を報知するための報知部と
を備え、
前記制御部は、前記摩耗量が定められた隙間警報値以上の場合、前記水中軸受の交換準備を促す報知を前記報知部によって行い、前記摩耗量が前記隙間警報値未満の場合、前記水中軸受以外の異常の可能性を促す報知を前記報知部によって行う、ポンプの監視装置。

【請求項8】

ポンプケーシングと、
前記ポンプケーシング内に配置された部分に羽根車が取り付けられた回転軸、及び前記回転軸を回転可能に支持する水中軸受を有し、吸水槽内の水を排出する排水機構と
を備えるポンプの監視装置であって、
前記排水機構の振動を検出する振動検出部と、
前記回転軸と前記水中軸受の間に流体を供給する供給機構と、
前記供給機構が供給する流体圧と前記ポンプケーシングの内圧との差圧を検出する差圧検出部と、
前記水中軸受の摩耗検出の要否を判断する測定時間が経過したか否かを判断し、前記測定時間が経過した場合に前記振動検出部の検出結果に基づいて前記水中軸受の摩耗検出の要否を判断し、前記摩耗検出が必要と判断すると、前記供給機構を駆動させ、前記差圧検出部の検出結果に基づいて前記水中軸受の摩耗量を判断する制御部と
を備える、ポンプの監視装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプの監視方法、及び監視装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示された立軸ポンプは、ポンプケーシング内に回転軸を回転可能に支持する水中軸受を備え、ポンプケーシング外に水中軸受の摩耗状態を監視する監視装置を備える。監視装置は、回転軸と水中軸受の間に流体を供給する供給機構と、供給機構が供給する流体圧とポンプケーシングの内圧との差圧を検出する差圧検出部と、差圧検出部の検出結果に基づいて水中軸受の摩耗量を検出する制御部とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４８１９０２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の監視装置による水中軸受の摩耗検出は、複数の水中軸受を個別かつ順番に行う必要があるため、ポンプ全体の点検には１日以上（通常では２日）の作業時間が必要である。この点検作業中にはポンプを運転できないため、定められた期間毎に点検を行う時間計画保全管理には改善の余地がある。

【0005】

本発明は、保全管理のためにポンプが運転不可能になる期間を削減することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、吸水槽内の水を排出する排水機構の振動を振動検出部によって検出し、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記排水機構を構成する水中軸受の摩耗検出の要否を判断し、前記摩耗検出が必要と判断した場合、供給機構によって前記水中軸受と回転軸の間に流体を供給し、前記供給機構が供給する流体圧とポンプケーシングの内圧との差圧を検出する差圧検出部の検出結果に基づいて前記水中軸受の摩耗量を判断し、前記摩耗量が定められた隙間警報値以上の場合、前記水中軸受の交換準備を促す報知を報知部によって行い、前記摩耗量が前記隙間警報値未満の場合、前記水中軸受以外の異常の可能性を促す報知を前記報知部によって行う、ポンプの監視方法を提供する。

【0007】

また、本発明の他の態様は、ポンプケーシングと、前記ポンプケーシング内に配置された部分に羽根車が取り付けられた回転軸、及び前記回転軸を回転可能に支持する水中軸受を有し、吸水槽内の水を排出する排水機構とを備えるポンプの監視装置であって、前記排水機構の振動を検出する振動検出部と、前記回転軸と前記水中軸受の間に流体を供給する供給機構と、前記供給機構が供給する流体圧と前記ポンプケーシングの内圧との差圧を検出する差圧検出部と、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記水中軸受の摩耗検出の要否を判断し、前記摩耗検出が必要と判断すると、前記供給機構を駆動させ、前記差圧検出部の検出結果に基づいて前記水中軸受の摩耗量を判断する制御部と、前記排水機構の異常を報知するための報知部とを備え、前記制御部は、前記摩耗量が定められた隙間警報値以上の場合、前記水中軸受の交換準備を促す報知を前記報知部によって行い、前記摩耗量が前記隙間警報値未満の場合、前記水中軸受以外の異常の可能性を促す報知を前記報知部によって行う、ポンプの監視装置を提供する。

【0008】

排水機構の振動は水中軸受の摩耗が進むに従って大きくなるため、排水運転時に検出した排水機構の検出結果から水中軸受の摩耗量を予測（同定）できる。そのため、排水機構の振動検出によって水中軸受の摩耗検出が必要と判断した場合のみ、実際に摩耗検出を行うことで、長い作業時間を要する水中軸受の摩耗検出の回数を低減できる。その結果、保全管理のためにポンプが運転不可能になる期間を削減できる。

【発明の効果】

【0009】

本発明では、保全管理のためにポンプが運転不可能になる期間を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る監視装置を用いたポンプ設備を示す断面図。

【図2】ポンプケーシングから排水機構を取り外した状態を示す断面図。

【図3】図１のIII部分の拡大断面図。

【図4】ポンプ設備のブロック図。

【図5】水中軸受の隙間と回転軸の回転数との関係を示すグラフ。

【図6】水中軸受の隙間と排水機構の振動との関係を示すグラフ。

【図7】スラリー濃度が異なる場合の水中軸受の摩耗傾向を示すグラフ。

【図8】ポンプ設備を新設した際に行う設定処理のフローチャート。

【図9A】制御部による設備監視処理のフローチャート。

【図9B】図９Ａの続きのフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

【0012】

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る監視装置６０を用いた立軸ポンプ（以下「ポンプ」と略す。）１０を備えるポンプ設備を示す。監視装置６０は、据付床１に取り付けられたポンプ１０が備える排水機構４０の振動を検出し、排水機構４０が備える水中軸受５６の摩耗検出が必要と判断した場合のみ、水中軸受５６の摩耗量を検出するように構成されている（状態監視保全）。

【0013】

まず、図１及び図２を参照してポンプ１０の構成を説明する。

【0014】

ポンプ１０は、排水路を構成するポンプケーシング２０と、ポンプケーシング２０内を通して吸水槽２内の水（液体）を下流側へ排出するための排水機構４０とを備える。排水機構４０は、回転軸４２、羽根車４８、及び水中軸受５６を備える。本実施形態のポンプ１０は、ポンプケーシング２０から排水機構４０を取外可能としたプルアウト型である。

【0015】

（ポンプケーシングの構成）
引き続いて図１及び図２を参照すると、ポンプケーシング２０は、据付床１の貫通孔１ａに上方から差し込まれ、据付床１に固定されている。ポンプケーシング２０は、吸水槽２内に配置される揚水管２１と、据付床１上に配置される吐出し管２５とを備え、全体として筒状である。吐出し管２５の上側には更に、モータ台３０が取外可能に取り付けられている。

【0016】

揚水管２１は、据付床１から吸水槽２内に鉛直方向へ垂下されている。揚水管２１は、揚水管本体２２、ベーンケース２３、及びベルマウス２４を備え、この順で上側から下側へ接続されている。揚水管本体２２は直管状であり、全長又は数の変更によって、揚水管２１の全長を変更可能である。ベーンケース２３の内部には、後述するボウルブッシュ５４を支持する支持板２３ａが、周方向に間隔をあけて複数設けられている。ベルマウス２４は、上端から下端に向けて次第に拡開した円錐筒状である。ベルマウス２４の下端は、吸水槽２内の水を吸い込む吸込口２４ａであり、吸水槽２の底（図示せず）と間隔をあけて配置されている。

【0017】

吐出し管２５は、揚水管２１の上端に接続されたデリベンド２６を備える。デリベンド２６は、揚水管２１の軸線に沿って垂直方向に延びる第１直管部２７と、水平方向に延びる第２直管部２８とを備える。第１直管部２７の内部と第２直管部２８の内部とは空間的に連通しており、揚水は、第１直管部２７の下端から流入して、第２直管部２８の吐出口２８ａから流出する。

【0018】

第１直管部２７の上端は円形状の開口部２７ａである。開口部２７ａの中心は揚水管２１の軸線上に位置し、開口部２７ａの直径は回転軸４２を軸方向から見たときの羽根車４８の外形よりも大きい。

【0019】

第１直管部２７の下部には、据付床１に固定するためのベースプレート２９が設けられている。但し、ベースプレート２９は、揚水管本体２２の上部に設けられてもよい。

【0020】

モータ台３０は、ボルト止めによって第１直管部２７の上端に取り付けられて、開口部２７ａを塞ぐ閉鎖板３１を備える。また、モータ台３０は、閉鎖板３１を取り囲む筒状の第１枠部３２、第１枠部３２の上端に取り付けられた隔板３３、隔板３３の上側に取り付けられた筒状の第２枠部３４、及び第２枠部３４の上端に取り付けられた端板３５を備える。モータ台３０は更に、第１直管部２７内に配置され、第１直管部２７内に流入した揚水を第２直管部２８へ導くガイド板３６を備える。

【0021】

端板３５上には、電動式の駆動モータ３７が取り付けられている。駆動モータ３７の出力軸は、その軸線が揚水管２１の軸線と同一直線上に位置するように、端板３５を貫通して端板３５と隔板３３の間に配置されている。

【0022】

閉鎖板３１には回転軸４２を貫通させる貫通孔が設けられ、この貫通孔が軸封装置３８の台座によって塞がれている。軸封装置３８は、回転軸４２との間を水密にシールする。

【0023】

（排水機構の構成）
引き続いて図１及び図２を参照すると、排水機構４０は、前述のように回転軸４２、羽根車４８、及び水中軸受５６を備える。また、排水機構４０は回転軸４２を取り囲む吊下げ管（内筒）５０を備え、この吊下げ管５０に羽根車４８の振れ回りを防ぐボウルブッシュ５４が取り付けられている。水中軸受５６は、吊下げ管５０とボウルブッシュ５４にそれぞれ取り付けられている。

【0024】

回転軸４２は、モータ台３０を貫通して揚水管２１の軸線に沿って配置されている。回転軸４２は、ポンプケーシング２０内に配置された内側部４２ａと、モータ台３０内に配置された外側部４２ｂとを備える。本実施形態の回転軸４２は、複数（本実施形態では３本）の軸部材４３と、隣り合う軸部材４３をそれぞれ連結する軸継手４４とで構成されている。

【0025】

内側部４２ａの下端は、ボウルブッシュ５４を貫通し、ボウルブッシュ５４と吸込口２４ａとの間に配置されている。外側部４２ｂの上端は、モータ台３０の隔板３３と端板３５の間に配置され、カップリング４５を介して駆動モータ３７の出力軸に機械的に接続されている。外側部４２ｂは、隔板３３上に配置された転がり軸受４６によって支持されている。

【0026】

羽根車４８は、ボウルブッシュ５４の下側に配置され、回転軸４２の内側部４２ａの下端に取り付けられている。回転軸４２の軸方向から見たときの羽根車４８の外形は、開口部２７ａの直径（外形）よりも小さい。駆動モータ３７によって回転軸４２が回転されると、羽根車４８は、回転軸４２と一体に回転し、ポンプケーシング２０内を通して吸水槽２内の水を下流側へ排出する。

【0027】

吊下げ管５０は、モータ台３０から下向きに延び、回転軸４２の内側部４２ａのうちボウルブッシュ５４（羽根車４８）よりも上側を取り囲む。吊下げ管５０は、ボルト止めによってモータ台３０に取り付けられている。より具体的には、吊下げ管５０は、軸封装置３８の台座にボルト止めされ、台座が閉鎖板３１にボルト止めされている。

【0028】

本実施形態の吊下げ管５０は、複数（２本）の筒体５１と、隣り合う筒体５１を接続する筒状の接続部材５２とで構成されている。最も上側の筒体５１の上端は、前述のようにボルト止めによって軸封装置３８の台座（閉鎖板３１）に取り付けられている。最も下側の筒体５１の下端は、接続部材５２を介してボウルブッシュ５４に接続されている。接続部材５２は、水中軸受５６を保持するホルダによって構成されている。

【0029】

ボウルブッシュ５４は、回転軸４２の軸方向から見ると羽根車４８の外形よりも小さい概ね楕円筒形状であり、ポンプケーシング２０の開口部２７ａを通して出し入れ可能である。ポンプケーシング２０内への取り付けによってボウルブッシュ５４は、支持板２３ａによって支持され、ベーンケース２３内に同軸で配置される。これにより、ボウルブッシュ５４の下側に配置された羽根車４８の振れ回りを抑制できる。

【0030】

水中軸受５６は、吊下げ管５０が備える２つの接続部材５２とボウルブッシュ５４の挿通部５４ａとに取り付けられ、回転軸４２を回転可能に支持する。水中軸受５６は、回転軸４２の外周面に摺接する円筒状の摺接部材５７を備える。

【0031】

図３を参照すると、摺接部材５７には半径方向に貫通した連通孔５７ａが設けられている。連通孔５７ａは、接続部材５２の接続口５２ａに対して空間的に連通する。ボウルブッシュ５４に配置された摺接部材５７も連通孔を備え、この連通孔が挿通部５４ａの接続口に連通する。これにより、接続口５２ａと連通孔５７ａとを通して、後述する供給機構６３から供給された圧縮空気を摺接部材５７（水中軸受５６）と回転軸４２の間に供給できる。

【0032】

通常の排水運転時、吊下げ管５０内には、水中軸受５６の潤滑液として清水（上水）が注水されてもよい。潤滑液が水中軸受５６と回転軸４２との間に供給されることで、これらの焼き付きを防止できるとともに、水中軸受５６の摩耗を抑制できる。このように用いられる吊下げ管５０は、保護管とも呼ばれ、内部の潤滑液と外部の揚水とを仕切る。但し、吊下げ管５０には、潤滑液を注水することなく、揚水を流入可能な多数の通水孔が設けられていてもよい。

【0033】

図１及び図２を参照すると、このように構成した排水機構４０には、後述する内部配管７４が、モータ台３０を貫通し、回転軸４２に沿ってポンプケーシング２０内に配置され、一体化されている。

【0034】

図２に示すように回転軸４２と駆動モータ３７（図１参照）の連結を解除した状態では、羽根車４８を含む回転軸４２の軸方向の移動は水中軸受５６によって規制され、水中軸受５６の移動は接続部材５２（吊下げ管５０）への取り付けによって規制され、吊下げ管５０の移動はモータ台３０への取り付けによって規制され、内部配管７４の移動は接続部材５２（水中軸受５６）への接続によって規制されている。

【0035】

そのため、ボルトの取り外しによって吐出し管２５とモータ台３０の連結を解除した状態では、モータ台３０、回転軸４２、吊下げ管５０、及び内部配管７４のいずれかを吊り上げることで、開口部２７ａを通して内部配管７４を一緒に排水機構４０をポンプケーシング２０から取り外すことができる。この際、ポンプケーシング２０は、据付床１に固定されたままであり、分解の必要はない。

【0036】

但し、据付床１を備える建屋の天井（高さ）が排水機構４０の全高よりも低い場合、内部配管７４を含む排水機構４０を上下方向において複数の区画に分割し、段階的に分解してもよい。

【0037】

次に、図１及び図４を参照してポンプ１０の監視装置６０について説明する。

【0038】

（監視装置の構成）
監視装置６０は、水中軸受５６の摩耗量の検出と交換時期の判断、及び水中軸受５６以外を原因とするポンプ１０の異常を監視する。具体的には、監視装置６０は、排水機構４０の振動を検出する振動センサ６１、水中軸受５６の摩耗を検出する摩耗検出部６２、排水運転中のポンプ吐出し流量を検出する流量検出部７７、及びこれらを制御する制御部８０を備える。

【0039】

排水運転中の排水機構４０の振動値は、水中軸受５６の摩耗量と相関を有し、水中軸受５６の摩耗量の増大に従って大きくなる。また、排水運転中の排水機構４０の振動値は、ポンプ吐出し流量と相関を有し、ポンプ吐出し流量の変化に応じて変化する。そのため、本実施形態の監視装置６０では、排水運転中に検出した振動センサ６１による検出結果と流量検出部７７による検出結果とに基づいて、水中軸受５６の摩耗量を予測（同定）する。そして、振動値（同定摩耗量）が許容値を超えていない場合には排水運転を続行し、振動値が許容値を超えている場合には排水運転を中断し、摩耗検出部６２によって水中軸受５６の実際の摩耗量を検出する。これにより、排水運転の停止回数を低減するとともに、水中軸受５６以外を原因とする排水機構４０の異常も判断可能としている。

【0040】

以下、振動センサ（振動検出部）６１、摩耗検出部６２、流量検出部７７、及び制御部８０の構成を具体的に説明する。

【0041】

振動センサ６１は、排水機構４０の振動を検出し、電気的に接続された制御部８０に検出結果を出力する振動センサである。振動センサは、排水機構４０の振動を検出できる構成であれば、どのような型式のセンサでも用いることができる。本実施形態では、転がり軸受４６のブラケットに振動センサ６１が配置されている。つまり、振動センサ６１によって転がり軸受４６のブラケット振動を検出することで、排水機構４０の軸振動を同定している。但し、排水機構４０の状態が良好に表れる部分であれば、転がり軸受４６のブラケット以外の部分の振動を検出してもよい。

【0042】

ここで、排水機構４０の振動は、ポンプ揚程と効率から最高効率点で最小になる。排水機構４０の軸振動と転がり軸受４６のブラケット振動は、いずれもポンプ吐出し流量に依存するため、ポンプ吐出し流量の変化に伴って変化し、締切点で最大値になる。ポンプ吐出し量に対する排水機構４０の軸振動と転がり軸受４６のブラケット振動の関係は同じである。つまり、排水機構４０の軸振動と転がり軸受４６のブラケット振動の相関は大きい。これらの相関は、ポンプ吐出し流量を変化させても線形近似式で求めることができる。よって、ポンプ吐出し流量を概ね一定に保ち、転がり軸受４６のブラケット振動を測定することで、排水機構４０の軸振動の経年変化を推定できる。

【0043】

摩耗検出部６２は、回転軸４２と水中軸受５６の間に圧縮空気（流体）を供給する供給機構６３と、供給機構６３が供給する空気圧とポンプケーシング２０の内圧との差圧を検出する差圧センサ（差圧検出部）７５とを備える。

【0044】

供給機構６３は、ブロワ６４、切換弁６５、定流量弁６６、及び逆止弁６７を備える。供給機構６３は更に、ブロワ６４の給気圧を検出する圧力センサ６８と、ブロワ６４の給気を補うための圧力タンク６９とを備える。また、供給機構６３は、３種の配管７２～７４を備える。

【0045】

ブロワ６４は、電気的に接続された制御部８０の指令によって駆動され、外部から取り込んだ空気を接続配管７２に吐出する。

【0046】

切換弁６５は、電気的に接続された制御部８０の指令によって、複数の水中軸受５６のうちのいずれかとブロワ６４とを選択的に接続する。本実施形態では、３個の水中軸受５６が用いられているため、切換弁６５には四方弁が用いられている。切換弁６５のうち、１つの入口には接続配管７２（ブロワ６４）が接続され、３つの出口には外部配管７３（水中軸受５６）がそれぞれ接続されている。外部配管７３は、据付床１上に配置され、モータ台３０内で内部配管７４に接続されている。

【0047】

内部配管７４は、回転軸４２に沿うようにポンプケーシング２０内に配置されている。内部配管７４の一端（上端）は、閉鎖板３１を貫通してモータ台３０内に配置され、外部配管７３に分離可能に接続されている。内部配管７４の他端（下端）は、接続部材５２の接続口５２ａ及びボウルブッシュ５４の接続口のいずれかに接続されている。つまり、本実施形態の内部配管７４は、前述のように排水機構４０と一体化され、ポンプケーシング２０から排水機構４０と一緒に取外可能になっている。

【0048】

定流量弁６６は、外部配管７３にそれぞれ介設され、水中軸受５６に供給する圧縮空気の流量を一定に保つ。

【0049】

逆止弁６７は、外部配管７３のうち定流量弁６６の下流側にそれぞれ介設され、定流量弁６６から水中軸受５６に向けた空気の流動を許容し、逆向きの空気の流動を阻止する。

【0050】

圧力センサ６８は、接続配管７２に介設され、検出結果（ブロワ６４の給気圧）を制御部８０に出力する。

【0051】

圧力タンク６９は、接続配管７２のうち圧力センサ６８と切換弁６５の間に分岐接続されている。分岐管には、電磁弁７０と逆止弁７１が並列に接続されている。ブロワ６４が吐出した空気が逆止弁７１を通して圧力タンク６９に定められた容量で貯留される。ブロワ６４による給気が不足している場合、制御部８０の指令によって閉状態の電磁弁７０が開弁され、圧力タンク６９が貯留した空気が切換弁６５（水中軸受５６）に供給さる。

【0052】

差圧センサ７５は、一端が接続配管７２のうち圧力タンク６９の分岐接続部と切換弁６５の間に接続され、他端が台座（閉鎖板３１）を貫通して吊下げ管５０内に配置された差圧測定配管７６に介設されている。差圧センサ７５は、ブロワ６４から水中軸受５６への給気圧と吊下げ管５０の内圧との差を検出し、検出結果（差圧）を電気的に接続された制御部８０に出力する。

【0053】

ここで、水中軸受５６と回転軸４２の間の隙間が小さい時（水中軸受５６の摩耗が少ない時）の差圧センサ７５による検出値Ｐｓは、水中軸受５６と回転軸４２の隙間が大きくなった時の検出値Ｐｓよりも大きい。つまり、差圧センサ７５による検出値Ｐｓは、水中軸受５６の摩耗が進むに従って次第に小さくなる。よって、水中軸受５６の摩耗量は、差圧センサ７５の検出値Ｐｓと予め記憶された摩耗量のデータテーブルとの比較によって判断できる。

【0054】

流量検出部７７は、ポンプ吐出し流量、つまりポンプケーシング２０内を流れる揚水量を検出し、検出結果（ポンプ吐出し流量）を電気的に接続された制御部８０に出力する。本実施形態の流量検出部７７は、第１直管部２７内のうちガイド板３６よりも上側の圧力を検出する第１圧力センサ７８と、第２直管部２８内の圧力を検出する第２圧力センサ７９とによって構成されている。

【0055】

排水運転時、第１圧力センサ７８による検出圧力Ｐ１は、第２圧力センサ７９による検出圧力Ｐ２よりも小さくなる。これらの圧力差（Ｐ２－Ｐ１）は、ポンプ吐出し流量に依存し、ポンプ吐出し流量が多くなるに従って大きくなる。よって、ポンプ吐出し流量は、圧力差（Ｐ１－Ｐ２）と予め記憶されたポンプ吐出し流量のデータテーブルとの比較によって判断できる。

【0056】

図４を参照すると、制御部８０は、駆動モータ３７、振動センサ６１、ブロワ６４、切換弁６５、圧力センサ６８、電磁弁７０、差圧センサ７５、第１圧力センサ７８、第２圧力センサ７９、及び報知部８２に電気的に接続されている。接続されたセンサ６１，６８，７５，７８，７９の検出結果に基づいて、制御部８０は、駆動モータ３７、ブロワ６４、切換弁６５、電磁弁７０、及び報知部８２を制御する。

【0057】

なお、報知部８２は、排水機構４０の異常状態をオペレータに知らせる手段であり、例えば音声出力、モニターへの文字表示、及び回転灯による表示等が含まれる。また、排水機構４０の異常状態は、離れた集中管理センターに送信される構成であってもよい。

【0058】

制御部８０は、パーソナルコンピュータによって構成されている。また、制御部８０は、単一又は複数のマイクロコンピュータ、及びその他の電子デバイスにより構成されてもよい。制御部８０は、制御プログラム、及び制御プログラムで使用する判定値のデータテーブルと閾値が記憶された記憶部８１を備える。

【0059】

記憶部８１に記憶された判定値には、振動センサ６１による検出結果（以下「振動計測値Ｖｍｖ」という。）に対応する振動値のデータテーブル、摩耗検出部６２による検出結果（以下「隙間計測値Ｇｍｖ」という。）に対応する摩耗量のデータテーブル、及び流量検出部７７の検出結果（以下「流量計測値Ｆｍｖ」という。）に対応するポンプ吐出し流量のデータテーブルが含まれている。

【0060】

記憶部８１に記憶された閾値には、振動センサ６１が検出した振動計測値Ｖｍｖに対する振動警報値Ｖａｖ、及び摩耗検出部６２が検出した隙間計測値Ｇｍｖに対する隙間警報値Ｇａｖと隙間限界値Ｇｌｖが含まれている。そのうち、振動警報値Ｖａｖは、異なる流量計測値Ｆｍｖ（ポンプ吐出し流量）毎に設定されている。

【0061】

ここで、水中軸受５６の隙間（クリアランス）と排水機構４０の危険回転数の関係を図５に示し、水中軸受５６の隙間と排水機構４０の軸振動の関係を図６に示す。図５では、縦軸が排水機構４０の危険回転数を示し、横軸が水中軸受５６の隙間を示している。図６では、縦軸が軸受面圧、接触遷移面圧、及び軸振動を示し、横軸が水中軸受５６の隙間を示している。

【0062】

排水機構４０の軸振動は、排水機構４０の回転数と固有振動数の相違（離調）が大きいほど小さくなる。図５を参照すると、水中軸受５６の隙間は摩耗等によって大きくなり、それに伴って排水機構４０の固有振動数は低下していく。排水機構４０の危険速度（危険回転数）と固有振動数の一致点が、共振現象によって排水機構４０に振れ回りが生じ、水中軸受５６まわりや据付床１が損傷する一次危険速度である。

【0063】

図６を参照すると、水中軸受５６の隙間と排水機構４０の軸振動は、前述のように相関を有し、排水機構４０の軸振動を記録することで、水中軸受５６の隙間を同定できる。具体的には、排水機構４０の軸振動は、水中軸受５６の隙間増大に従って上昇し、ピークを越えると、水中軸受５６の隙間増大に従って低下していく。但し、軸振動がピークになった時点で水中軸受５６まわりや据付床１への影響は過大であり、それ以上の排水機構４０の駆動には支障がある。つまり、水中軸受５６は、排水機構４０の軸振動がピークに達する前に交換する必要がある。

【0064】

隙間限界値Ｇｌｖとしては、排水機構４０の危険速度と固有振動数が一致し、排水機構４０の軸振動がピークになる時点（図５及び図６では隙間「２．５」）よりも手前の適切な時点（例えば図５及び図６では隙間「２．０」）の摩耗量が設定される。また、隙間警報値Ｇａｖとしては、隙間限界値Ｇｌｖよりも手前の時点（例えば図５及び図６では隙間「１．５」）の摩耗量が設定される。さらに、振動警報値Ｖａｖとしては、隙間警報値Ｇａｖに対応する振動値（図６では「０．２」）が、異なる流量計測値Ｆｍｖ（ポンプ吐出し流量）毎に変換して設定される。また、これらの閾値Ｖａｖ，ＧＶＡ，ＧＶＬは、ポンプ１０を据付床１に新設した際の実際の検出結果に基づいて設定される。

【0065】

記憶部８１には、振動センサ６１が検出した振動計測値Ｖｍｖが、新しい方から順に定められた回数分記憶される。記憶数が上限になると、最も古い振動計測値Ｖｍｖが削除され、最新の振動計測値Ｖｍｖが記憶される。記憶された複数回分の振動計測値Ｖｍｖは、振動値の増加勾配ＩＧの算出に用いられる。

【0066】

記憶部８１には更に、算出した増加勾配ＩＧと比較する警報勾配ＷＧが記憶されている。警報勾配ＷＧは、ポンプ１０の新設時、実際に排出する水に含まれるスラリー濃度に基づいて設定される。図７に示すように、排水機構４０の振動振幅は、振動時刻歴が進むに従って大きくなる。また、水中軸受５６の摩耗量は揚水に含まれるスラリー濃度と相関を有し、スラリー濃度が高くなるに従って水中軸受５６の摩耗量は多くなり、時刻歴に対する振動振幅の傾斜勾配は急になる。一方、排水に含まれるスラリー濃度は、ポンプ１０が設置される排水機場によって異なる。そのため、警報勾配ＷＧは、排水機場の実際のスラリー濃度に基づいて設定されている。

【0067】

次に、図８を参照して、ポンプ１０の新設後に行う閾値Ｖａｖ，Ｇａｖ，Ｇｌｖ、及び警報勾配ＷＧの設定について説明する。

【0068】

ポンプ１０の設置が完了すると、ステップＳ１で駆動モータ３７を始動し、ステップＳ２で、振動警報値Ｖａｖの決定に必要な複数のポンプ吐出し流量（流量計測値Ｆｍｖ）のうちの１つになるように、駆動モータ３７の回転数を設定する。その後、ステップＳ３で、振動センサ６１によって振動値Ｖｂ（Ｑｉ）を検出（測定）させた後、ステップＳ４で、測定結果（Ｖｂ（Ｑｉ））を記憶させる。

【0069】

続いて、ステップＳ５で、全てのポンプ吐出し流量で振動値Ｖｂ（Ｑｉ）を測定し終えたか否かを確認し、測定し終えていない場合にはステップＳ２に戻り、残りのポンプ吐出し流量が全て完了するまで、ステップＳ２からＳ４を繰り返す。

【0070】

全てのポンプ吐出し流量でブラケット振動の値Ｖｂ（Ｑｉ）を測定し終えた場合、ステップＳ６で駆動モータ３７を停止させた後、ステップＳ７で、検出したブラケット振動値Ｖｂ（Ｑｉ）から排水機構４０の軸振動を演算する。その後、ステップＳ８で、水中軸受５６以外の原因による異常を判断するために、振動周波数分析と卓越周波数選定をフーリエ変換によって求める。続いて、ステップＳ９で、供給機構６３を駆動させ、差圧センサ７５によって実際の隙間値Ｃを測定する。

【0071】

続いて、ステップＳ１０で、異なるポンプ吐出し流量毎に測定した振動値Ｖｂ（Ｑｉ）、隙間値Ｃ、及びこれらの相関から以下の数式を決定（設定）する。
（数１）
Ｃ＝ｆ（Ｖｂ（Ｑｉ））
Ｃ：水中軸受の隙間
Ｖｂ（Ｑｉ）：所定流量での振動値
ｆ：実測した水中軸受の隙間と振動値から得られる関数

【0072】

最後に、ステップＳ１１で、振動警報値Ｖａｖ、隙間警報値Ｇａｖ、隙間限界値Ｇｌｖを決定するとともに、排出する実際の水に含まれるスラリー濃度に基づいて警報勾配ＷＧを決定し、これらを記憶部８１に記憶させる。

【0073】

このように、ポンプ１０を設置した実際の排水機場毎に振動警報値Ｖａｖ、隙間警報値Ｇａｖ、隙間限界値Ｇｌｖ、及び警報勾配ＷＧを設定するため、予期しないポンプの故障を抑制できる。

【0074】

次に、図９Ａ及び図９Ｂを参照して制御部８０による設備監視処理を説明する。

【0075】

制御部８０による設備監視処理は、ポンプ１の排水運転が開始されると同時に開始される。制御部８０は、ステップＳ２１で、定められた測定時間Ｔが経過するまで待機する。測定時間Ｔは、例えばポンプ振動が定常値に達する時間であり、この定常値に達する過渡的な時間はポンプ１０によって異なるため、図８の設定処置で設定される。そして、測定時間になると、ステップＳ２２で、振動センサ６１によって排水機構４０の振動計測値Ｖｍｖを検出させた後、ステップＳ２３で、流量検出部７７によってポンプ１０の流量計測値Ｆｍｖを検出させる。その後、ステップＳ２４で、測定結果Ｖｍｖ，Ｆｍｖを記憶部８１に記憶する。

【0076】

続いて、検出した振動計測値Ｖｍｖに基づいて摩耗検出の要否を判断する。具体的には、ステップＳ２５で、振動センサ６１による振動計測値Ｖｍｖが振動警報値Ｖａｖ以上を示しているか否かを判断する。

【0077】

振動計測値Ｖｍｖが振動警報値Ｖａｖ以上を示す場合、制御部８０は、振動原因を明らかにするために摩耗検出部６２による摩耗検出が必要と判断し、ステップＳ２８（摩耗検出）に進む。

【0078】

振動計測値Ｖｍｖが振動警報値Ｖａｖ未満を示す場合、ステップＳ２６で、記憶部８１に記憶された振動計測値Ｖｍｖによって増加勾配ＩＧを演算する。その後、演算した増加勾配ＩＧに基づいて摩耗検出の要否を判断する。具体的には、ステップＳ２７で、演算した増加勾配ＩＧが記憶された警報勾配ＷＧ以上を示しているか否かを判断する。

【0079】

増加勾配ＩＧが警報勾配ＷＧ以上を示す場合、つまり振動計測値Ｖｍｖは振動警報値Ｖａｖ未満であるが増加勾配ＩＧが警報勾配ＷＧ以上の場合、制御部８０は、振動原因を明らかにするために摩耗検出部６２による摩耗検出が必要と判断し、ステップＳ２８（摩耗検出）に進む。

【0080】

増加勾配ＩＧが警報勾配ＷＧ未満を示す場合、つまり振動計測値Ｖｍｖが振動警報値Ｖａｖ未満、かつ、増加勾配ＩＧが警報勾配ＷＧ未満の場合、制御部８０は、ポンプ１０が健全で、摩耗検出部６２による摩耗検出は不要と判断し、ステップＳ２１に戻って排水運転を継続する。

【0081】

水中軸受５６の摩耗検出を行う場合、制御部８０は、ステップＳ２８で、駆動モータ３７を停止して排水運転を中断する。続いて、ステップＳ２９で、水中軸受５６の摩耗量（隙間）を測定するために、制御部８０は、供給機構６３を駆動させ、差圧センサ７５によって差圧（隙間計測値Ｇｍｖ）を検出させる。より具体的には、制御部８０は、切換弁６５によってブロワ６４と３個の水中軸受５６との接続状態を順番に切り換え、全ての水中軸受５６の摩耗量について個別に判断する。

【0082】

続いて、検出した隙間計測値Ｇｍｖに基づいて水中軸受５６の異常の有無を判断する。具体的には、ステップＳ３０で、摩耗検出部６２による隙間計測値Ｇｍｖが隙間限界値Ｇｌｖ以上を示しているか否かを判断する。本実施形態では、水中軸受５６が３個用いられているため、３つの隙間計測値Ｇｍｖと隙間限界値Ｇｌｖをそれぞれ比較する。

【0083】

３つの隙間計測値Ｇｍｖのうち１つでもが隙間限界値Ｇｌｖ以上を示す場合、制御部８０は、水中軸受５６の摩耗が限界に達したと判断し、ステップＳ３１で、水中軸受５６の異常を知らせる報知を報知部８２によって行い、設備監視処理を終了する。これにより、ポンプ１０の排水運転は停止される。また、水中軸受５６の異常が報知されたオペレータは、排水機構４０をポンプケーシング２０から引き抜き、水中軸受５６の交換及び水中軸受５６まわりの部品の点検修理を行う。

【0084】

３つの隙間計測値Ｇｍｖ全てが隙間限界値Ｇｌｖ未満を示す場合、制御部８０は、ステップＳ３２で、摩耗検出部６２による隙間計測値Ｇｍｖが隙間警報値Ｇａｖ以上を示しているか否かを判断する。

【0085】

３つの隙間計測値Ｇｍｖのうち１つでも隙間警報値Ｇａｖ以上を示す場合、制御部８０は、ステップＳ３３で記憶部８１に判断結果を記憶させた後、ステップＳ３４で水中軸受５６の交換準備を促す報知を報知部８２によって行う。その後、ステップＳ２１に戻って排水運転を継続する。なお、判断結果の記憶は、複数の水中軸受５６毎に行ってもよいし、全ての水中軸受５６を纏めて行ってもよい。これにより、オペレータは、未使用の水中軸受５６を手配し、交換準備を行う。

【0086】

３つの隙間計測値Ｇｍｖ全てが隙間警報値Ｇａｖ未満を示す場合、つまり水中軸受５６の摩耗量は許容範囲内であるにも拘わらず、排水機構４０の振動が許容値以上又は過剰な増加傾向を示す場合、制御部８０は、ステップＳ３５で、水中軸受５６以外の異常の可能性を促す報知を報知部８２によって行い、設備監視処理を終了する。これにより、ポンプ１０の排水運転は停止される。水中軸受５６以外の異常が報知されたオペレータは、記憶部８１に記憶された複数の振動計測値Ｖｍｖから振動の原因とメカニズムを特定し、その振動が将来も増加する可能性があるか否かを判断し、水中軸受５６以外の観点から振動低減対策を立案及び準備する。また、振動が将来も増加する可能性があるか不明の場合、ポンプ１０の運転を再開し、定期的な振動検出及び摩耗検出を継続し、必要であれば振動検出の頻度を増やす（測定周期を短くする）。

【0087】

このように構成したポンプ１０は、以下の特徴を有する。

【0088】

排水機構４０の振動は水中軸受５６の摩耗が進むに従って大きくなるため、排水運転時に検出した排水機構４０の振動計測値Ｖｍｖから水中軸受５６の摩耗量を予測（同定）できる。そのため、排水機構４０の振動検出によって水中軸受５６の摩耗検出が必要と判断した場合のみ、実際に摩耗検出を行うことで、長い作業時間を要する摩耗検出部６２による水中軸受５６の摩耗検出の回数を低減できる。その結果、保全管理のためにポンプ１０が運転不可能になる期間を削減できる。

【0089】

振動センサ６１による振動計測値Ｖｍｖが定められた振動警報値Ｖａｖ以上の場合、又は振動センサ６１の検出結果は振動警報値Ｖａｖ未満であるが振動計測値Ｖｍｖの増加勾配ＩＧが定められた警報勾配ＷＧ以上の場合、実際に摩耗検出が必要と判断する。よって、予期しない気象条件により排水に多くのスラリーが混入し、水中軸受５６が過剰に摩耗した場合の異常も検出できるため、ポンプ１０の信頼性を向上できる。

【0090】

水中軸受５６の摩耗検出の結果、水中軸受５６の隙間計測値Ｇｍｖが隙間警報値Ｇａｖ以上の場合、水中軸受５６の交換準備を促す報知を行う。一方、振動計測値Ｖｍｖが振動警報値Ｖａｖ以上であるにも拘わらず、水中軸受５６の隙間計測値Ｇｍｖが隙間警報値Ｇａｖ未満の場合、水中軸受５６以外に振動の原因があることを意味し、このような場合に水中軸受５６以外の異常の可能性を促す報知を行う。そのため、予期しないポンプ１０の故障を抑制できる。

【0091】

許容可能な排水機構４０の振動値と水中軸受５６の摩耗量は、同じ型式のポンプであっても実際に設置する排水機場によって異なる。これに対して、振動警報値Ｖａｖと隙間警報値Ｇａｖを、ポンプ１０を設置したときの振動センサ６１と摩耗検出部６２それぞれの検出結果Ｖｍｖ，Ｇｍｖに基づいて設定するため、ポンプ１０の故障を効果的に抑制できる。

【0092】

なお、本発明は、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。

【0093】

例えば、振動センサ６１は１つに限られず、複数の振動センサ６１を排水機構４０の異なる箇所にそれぞれ配置してもよい。この場合、摩耗検出部６２による水中軸受５６の摩耗検出は、複数の振動センサ６１のうち１つでも振動警報値Ｖａｖを超えた場合に行ってもよいし、複数の振動センサ６１のうち半数以上が振動警報値Ｖａｖを超えた場合に行ってもよい。

【0094】

振動警報値Ｖａｖ、隙間警報値Ｇａｖ、隙間限界値Ｇｌｖ、及び警報勾配ＷＧは、ポンプ１０を新設した際に排水機場毎に設定するようにしたが、全ての排水機場で共通であってもよい。

【0095】

振動センサ６１による振動計測値Ｖｍｖが振動警報値Ｖａｖ未満であっても、振動計測値Ｖｍｖの増加勾配ＩＧが定められた警報勾配ＷＧ以上の場合、摩耗検出が必要と判断するようにしたが、増加勾配ＩＧは考慮しない構成であってもよい。

【0096】

監視装置６０は、空気（気体）の供給によって水中軸受５６の摩耗状態を監視する構成に限られず、水（液体）の供給によって水中軸受５６の摩耗状態を監視してもよい。また、回転軸４２と水中軸受５６の間に流体を供給するための内部配管７４をポンプケーシング２０内に配置したが、流体供給のための配管構造は、必要に応じて変更が可能である。

【0097】

ポンプ１０は、ポンプケーシング２０から排水機構４０を取外可能なプルアウト型としたが、取外不可能な固定式であってもよい。

【符号の説明】

【0098】

１ 据付床
１ａ 貫通孔
２ 吸水槽
１０ 立軸ポンプ
２０ ポンプケーシング
２１ 揚水管
２２ 揚水管本体
２３ ベーンケース
２３ａ 支持板
２４ ベルマウス
２４ａ 吸込口
２５ 吐出し管
２６ デリベンド
２７ 第１直管部
２７ａ 開口部
２８ 第２直管部
２８ａ 吐出口
２９ ベースプレート
３０ モータ台
３１ 閉鎖板
３２ 第１枠部
３３ 隔板
３４ 第２枠部
３５ 端板
３６ ガイド板
３７ 駆動モータ
３８ 軸封装置
４０ 排水機構
４２ 回転軸
４２ａ 内側部
４２ｂ 外側部
４３ 軸部材
４４ 軸継手
４５ カップリング
４６ 転がり軸受
４８ 羽根車
５０ 吊下げ管
５１ 筒体
５２ 接続部材
５２ａ 接続口
５４ ボウルブッシュ
５４ａ 挿通部
５６ 水中軸受
５７ 摺接部材
５７ａ 連通孔
６０ 監視装置
６１ 振動センサ（振動検出部）
６２ 摩耗検出部
６３ 供給機構
６４ ブロワ
６５ 切換弁
６６ 定流量弁
６７ 逆止弁
６８ 圧力センサ
６９ 圧力タンク
７０ 電磁弁
７１ 逆止弁
７２ 接続配管
７３ 外部配管
７４ 内部配管
７５ 差圧センサ（差圧検出部）
７６ 差圧測定配管
７７ 流量検出部
７８ 第１圧力センサ
７９ 第２圧力センサ
８０ 制御部
８１ 記憶部
８２ 報知部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】