JP5072902B2 - 高圧流体ポンプの特定の構成部品の状態を診断する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧流体ポンプに関する。特に、本発明の一実施形態は、高圧流体ポンプの特定の構成部品の動作状態を診断する技術に関する。

高圧ポンプは、水又は他の流体を加圧して高圧流体の流れを生じさせ、この高圧流体の流れを用いると材料（例えば、薄板金や繊維−セメントでできた羽目）、駆動アクチュエータ及び高圧流体が有用な他の装置を切断することができる。代表的な高圧ポンプは、加圧室、加圧室内に設けられたプランジャ、加圧室に結合された入口逆止弁及び加圧室と出口室との間に結合された出口逆止弁を有する。プランジャは、加圧室内を往復動して吸込みストロークでは入口逆止弁を経て流体を加圧室内へ引き込んだり、加圧ストロークでは出口逆止弁を通って流体を出口室内に押し込む。出口逆止弁は選択的に流体が十分な圧力で出口室に流入できるようにする。高圧ポンプは一般には１０００ｐｓｉで、多くの用途では５０，０００ｐｓｉ〜１００，０００ｐｓｉ以上で動作する。

高圧ポンプはかかる高圧で動作するので、ポンプはポンプの性能を損ない又は故障を引き起こす場合のある流体の漏れを生じる。ポンプが漏れを起こしているかどうかをモニターする従来方法の一つは、ポンプヘッドを手で触ってその動作温度が正常な動作温度を越えているかどうかを評価することである。ポンプをモニターするもう一つの従来方法は、ポンプヘッドから見て下流側に位置する加圧流体の温度を測定することである。しかしながら、後述するように、高圧ポンプの状態をモニターする従来方法には幾つかの欠点がある。

従来型モニター方法に関する一つの問題は、ポンプが前兆なしに故障する場合のあることである。たとえば、手作業によるモニターの場合、触って分かるほどのポンプヘッドの温度上昇が生じるのは一般に、構成部品が完全に故障して破損したり圧力の著しい低下を招いた後だけである。同様に、ポンプヘッドから見て下流側の温度を測定することによりポンプヘッドが誤動作を起こしている又は異常状態であるかどうかを判定することは困難である。というのは、ポンプヘッド内の加圧流体の温度に影響を及ぼす要因は多く存在するからである。かくして、多量の漏れを発見して始めて構成部品が破損したり、高圧作動条件下で他の壊損を引き起こしていることが分かる。

従来のモニター方法に関する別の問題は、誤動作を起こしている特定の構成部品がどれであるかが分からないことである。従来方法では、ポンプヘッド中の構成部品が故障しているという大まかな指示が得られるに過ぎない。したがって、故障したポンプを修理するには、ポンプヘッドを分解して入口逆止弁、出口逆止弁又はプランジャの周りに設けられたプランジャシールをそれぞれ点検して故障している構成部品を突き止める。これら構成部品のそれぞれを点検すると、労務費が嵩み、しかもポンプの修理に関連した運転停止時間が長くなることは理解されよう。したがって、従来方法は、高い費用効果で高圧ポンプヘッドを作動させたり修理する上での十分な情報を提供できない。

本発明は、高圧ポンプの構成部品及び高圧流体装置の他の構成部品を診断する方法及び装置に関する。本発明の方法及び装置は好ましくは、構成部品の故障前に誤動作を起こしている特定の構成部品を識別する。一実施形態では、本発明の診断システムを組み込んだ高圧ポンプヘッドは、加圧室及び加圧室内に少なくとも部分的に受け入れられた加圧部材を有する。加圧部材は、吸込み動作で流体を加圧室内へ引き込み、加圧動作で加圧室内の流体を圧縮するよう加圧室内で運動できる。入口流体制御組立体が、加圧室に結合されていて、流体が吸込み動作の際に入口ポートを通って加圧室に流入することができるようにし、加圧動作中、入口ポートを通る逆流を防止し、加圧流体制御組立体が、加圧室に結合されていて、選択的に加圧流体が加圧動作の少なくとも一部の間に加圧室から出口室に流れることができるようにし、出口室から加圧室への逆流を防止する。

ポンプヘッドは、入口流体制御組立体、加圧流体制御組立体及び加圧動作の際にポンプヘッド中を通る流体の流れに関して入口流体制御組立体から見て上流側に位置するポンプヘッドの他の構成部品のそれぞれの動作状態を指示する診断システムを更に有するのがよい。一実施形態では、診断システムは、流体の流れ方向に関して入口流体制御組立体から見て上流側でポンプヘッドに結合された第１の温度センサと、加圧流体制御組立体から見て下流側でポンプヘッドに結合された第２の温度センサとを有する。第１及び第２の温度センサは一緒になって、入口流体制御組立体、加圧流体制御組立体及び入口流体制御組立体から見て上流側に位置したポンプヘッドの構成部品のそれぞれの個々の動作状態を指示する。

一実施形態では、入口流体制御組立体は入口逆止弁であり、加圧流体制御組立体は出口逆止弁であり、入口流体制御組立体から見て上流側に位置したポンプヘッドの構成部品は加圧部材の周りに設けられたシールである。第１の温度センサをシールに近接してポンプヘッドに結合すると共に第２の温度センサを出口室を収容するエンドキャップのところでポンプヘッドに結合するのがよい。第１及び第２の温度センサにより測定された第１の及び第２の温度を第１及び第２の基準温度と比較すると、ポンプヘッドの深刻な故障が引き起こされる前に入口逆止弁、シール又は出口逆止弁のどれが誤動作を起こしているかが分かる。たとえば、第１及び第２の温度センサが以下の温度を指示しているとき、以下の構成部品が誤動作を起こしている。

１．入口逆止弁の場合：第１の温度と第２の温度の両方が、第１の基準温度及び第２の基準温度よりも高い。

２．出口逆止弁の場合：第１の温度が第１の基準温度にほぼ等しく且つ第２の温度が第２の基準温度よりも高い。

３．シールの場合：第１の温度が第１の基準温度よりも高く且つ第２の温度が第２の基準温度にほぼ等しい。

本発明の一実施形態では、第１及び第２の温度センサは、第１の温度と第１の基準温度を比較すると共に第２の温度と第２の基準温度を比較するプロセッサに結合されている。すると、プロセッサは上述の方法を実施して入口逆止弁が誤動作を起こしているか、出口逆止弁が誤動作を起こしているか、シールが誤動作を起こしているかを判定する。

本発明の診断システムを備えた高圧ポンプヘッドの断面図である。 本発明の一実施形態の２センサ式診断システムを用いて入口逆止弁、出口逆止弁及びシールの状態を診断する方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態の診断システムを備えたマルチヘッド型高圧ポンプの正面図である。 本発明の別の実施形態の診断システムを用いてマルチヘッド型高圧ポンプの入口逆止弁、出口逆止弁及びシールの状態を診断する方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態のマルチヘッド型高圧ポンプに用いられた２センサ式診断システムの温度出力であって、入口逆止弁の故障を指示する温度出力のグラフ図である。 本発明の一実施形態の診断システムを備えた高圧流体装置の略図である。

本発明は、高圧ポンプ又は高圧流体装置の構成部品を診断して構成部品がいつ誤動作を起こしているか又は異常状態であるかを指示すると共に誤動作を起こしている構成部品を突き止める方法及び装置に関する。適当な高圧ポンプとしては、ワシントン州ケント所在のフロー・インターナショナル・コーポレーションによって製造されたイーグル（Eagle）、クーガー（Cougar）及びハスキー（Husky）ポンプが挙げられるが、これらには限定されない。本発明の実施形態の十分な理解が得られるよう本発明の実施形態の具体的詳細は以下の説明及び図１〜図５に記載されていることが理解されよう。しかしながら、当業者であれば、本発明はこれら細部を備えていない状態で実施できる追加の実施形態があることは理解されよう。

図１は、本発明の高圧ポンプのポンプヘッド１０の一実施形態を示している。ポンプヘッド１０は、ハウジング１４に結合されたエンドキャップ１２及び基部１６を有している。複数本の貫通ボルト１７をエンドキャップ１２を貫通して基部１６内にねじ込み、それによりエンドキャップ１２、ハウジング１４及び基部１６を互いに保持するのがよい。ポンプヘッド１０の基部１６は、ポンプヘッド１０に動力を与えるためのモータ組立体１８に取り付けられている。

具体的に説明すると、ハウジング１４は、加圧室２０を構成するブッシュ１５を支持したシリンダであるのがよく、エンドキャップ１２は出口室７０を構成するキャビティを有するのがよい。加圧室２０と出口室７０は、入口通路３２及び出口通路３４を備えた弁体３０によって分離されている。入口通路３２はそれぞれ、加圧室２０に向いた入口ポート３３を有し、入口通路３２は、入口室３６を介して入口ライン３７に結合されている。低圧流体源が、入口通路３２に流体の連続供給を行うために入口ライン３７に取り付けられている。加圧部材又はプランジャ２４が、加圧室２０内に位置する第１の端部及び基部１６内に収容された駆動組立体２９を介してモータ組立体１８に結合された第２の端部を有している。加圧室２０の下端部とプランジャ２４は一次シール又はプランジャシール５０によって密封されている。モータ組立体１８は、吸込みストロークの際は流体を加圧室２０内に引き込み、次に加圧ストローク中は加圧室２０内の流体を加圧するためにプランジャ２４を往復動させる。以下に説明するように、弁体３０の一端のところに設けられた入口流体制御組立体により、流体は加圧室２０に流入することができ、弁体３０の別の端に設けられた加圧流体制御組立体により、加圧流体が選択的に加圧室２０から出口室７０に流れることができる。

入口流体制御組立体は、弁体３０の一端のところに設けられた入口逆止弁４０及び固定シール４８を有するのがよい。入口逆止弁４０は、入口ポート３３を開閉し、固定シール４８は入口室３６を加圧室２０の上端部から密封する。図１に示す入口逆止弁４０は、ブッシュ１５内のポペット案内４３に沿って摺動する入口ポペット４２及び入口ポペット４２を弁体３０に押し付けるばね４４を有している。出口流体制御組立体は、弁体３０の他端のところに設けられた出口逆止弁６０及び出口室７０を密封するために弁体３０とエンドキャップ１２との間に設けられた固定シール６８を有するのがよい。出口逆止弁６０は、リテーナ６１を有し、このリテーナ６１内で、出口弁ポペット６２が保持された状態でばね６４によって弁体３０に下方に押し付けられる。リテーナ６１はまた、複数の吐出ポート６６を有し、加圧流体がこれら吐出ポート６６を通って弁体３０の出口通路３４から出口室７０に流入する。

ポンプヘッド１０内の流体を加圧するために、モータ組立体１８はプランジャ２４をブッシュ１５内で吸込みストローク２５に沿って引っ張る。プランジャ２４の吸込みストローク２５により、入口ポペット４２はポペット案内４３に沿って下に引き寄せられて開放位置に至り、それにより流体を入口通路３２を通って入口ポート３３を介して加圧室２０内に流入させることができる。このポンプヘッド１０の動作のこの時点において、流体は比較的低い圧力（例えば、５０〜１５０psi）の状態にある。モータ１８は次にプランジャ２４を加圧ストローク２７に沿って駆動して加圧室２０内の流体を圧縮する。加圧ストローク２７の間、加圧室２０内の流体の上向きの流れ及びばね４４は、ポペット４２を弁体３０に押し付けて入口ポート３３を閉じる。プランジャ２４が引き続き加圧ストローク２７に沿って移動すると、加圧流体は出口通路３４を通って出口ポペット６２に流れる。圧力が所望レベルに達すると、出口ポペット６２はリテーナ６１内で上方に動いて加圧流体が吐出ポート６６を通って出口室７０内へ流れることができるようにする。加圧流体は、出口室７０から吐出ポート７２を通ってマニホルド８０に流れる。マニホルド８０のところの加圧流体は、マニホルド８０の出口ポート８２に取り付けられた工具を介してオペレータによっていつでも使用可能な状態にある。

ポンプヘッド１０の構成部品がいつ誤動作を起こしているかを指示し、誤動作を起こしている構成部品を突き止めるための診断システム９０がポンプヘッド１０に結合されている。診断システム９０は、ポンプヘッド１０の選択された構成部品をモニターするために選択された位置でポンプヘッド１０に結合された１又は２以上の温度センサ９２（符号９２ａ〜９２ｃで示されている）を有している。診断システム９０は、温度センサ９２に結合されていて、温度センサ９２から得られたデータを分析して選択された構成部品のうちどの一つがいつ誤動作を起こしているかを指示するプロセッサ９４を更に有するのがよい。

診断システム９０の一実施形態では、単一の温度センサ９２が、プランジャシール５０（第１の温度センサ９２ａで示されている）、エンドキャップ１２（第２の温度センサ９２ｂで示されている）又は入口逆止弁４０（第３の温度センサ９２ｃで示されている）の何れかに近接してポンプヘッド１０に結合される。別の実施形態では、２つの温度センサを有し、この場合、第１の温度センサ９２ａが入口逆止弁４０から見て上流側でポンプヘッド１０に取り付けられ、第２の温度センサ９２ｂが出口逆止弁６０から見て下流側でエンドキャップ１２に取り付けられている。「上流側」及び「下流側」という用語は、プランジャ２４の加圧ストローク２７中におけるポンプヘッド１０を通る流体の流れに関していることは理解されよう。２つのセンサを用いる診断システム９０の好ましい実施形態では、第１の温度センサ９２ａは、プランジャシール５０に近接してハウジング１４に取り付けられ、第２の温度センサ９２ｂがエンドキャップ１２の頂部に取り付けられている。診断システム９０の更に別の実施形態では、３つの温度センサがポンプヘッド１０に取り付けられており、即ち、第１の温度センサ９２ａがプランジャシール５０に近接してハウジング１４に取り付けられ、第２の温度センサ９２ｂがエンドキャップ１２の頂部に取り付けられ、第３の温度センサ９２ｃが入口逆止弁４０に近接してハウジング１４に取り付けられている。温度センサ９２は、温度の僅かな変化を正確に測定するサーミスタ又は他の形態の温度プローブであるのがよい。適当な回路構成を備えた適当なサーミスタは、温度に対応した電気信号を発生し、これら信号を伝送ライン９３（参照符号９３ａ〜９３ｃで示されている）に沿ってプロセッサ９４に送る。例えば、アイダホ州ボイズ所在のクオリティ・サーミスターズ社によって製造されたＱＴ０６００７−００７をマサチューセッツ州トートン所在のキースリー・メトラバイト社によって製造されたＡ／Ｄデータ収集ボードを介してPentium（登録商標）プロセッサ内蔵コンピュータに結合するのがよい。

診断システム９０は、温度センサ９２を特定の構成部品に近接して配置し、又は一緒になって幾つかのポンプヘッド構成部品の状態を指示する複数の温度センサを選択された位置に設けておくことにより、構成部品が誤動作を起こしていることを指示し、この誤動作を起こしている構成部品を突き止める。温度センサによってモニターされる構成部品のうち１つから加圧流体が漏れると、漏れを起こしている流体の温度が増大し、それによりポンプヘッドの対応箇所の温度又はポンプヘッド内の流体の温度を上昇させる。診断システム９０はそれに応じて、漏れによって引き起こされた熱流速によって影響されている温度センサ９２を突き止め、温度センサが単独で又は他の温度センサと組み合わせた状態で熱流速源を隔離するようにする。かくして、診断システム９０は図１に示す実施形態に限られず、温度センサが高圧流体用途における誤動作を起こしている構成部品を正確に突き止めることができる場所に１又は２以上の温度センサが配置されている用途に使用できる。

図２は、２センサ式診断システムを用いて入口逆止弁４０、プランジャシール５０及び（又は）出口逆止弁６０の状態を診断するためにプロセッサ９４内へプログラムされたソフトウエアプロセス又はオペレータによって用いられるマニュアルプロセスの一例を示している。図２に示すプロセスは好ましくは、第１の温度センサ９２ａがプランジャシール５０に近接してハウジング１４に取り付けられると共に第２のセンサ９２ｂがエンドキャップ１２に取り付けられている診断システム９０（図１に示されている）に適用される。

プロセスは、オペレータ又はプロセッサ９４が第１の温度センサ９２ａ及び第２の温度センサ９２ｂのところでポンプヘッド１０の正常な動作温度に相当する第１の基準温度（ＴR1）及び第２の基準温度（ＴR2）を示すステップ１００で始まる。プロセスはステップ１０２に進み、このステップ１０２では、第１の測定温度（Ｔ1）が第１の温度センサ９２ａから得られ、第２の測定温度（Ｔ2）が第２の温度センサ９２ｂから得られる。次に、プロセッサ９４は、ステップ１０４、ステップ１０６及びステップ１０８において、第１の測定温度センサＴ1及び第２の温度センサＴ2と第１の基準温度ＴR1及び第２の基準温度ＴR2と比較して入口逆止弁４０、プランジャシール５０又は出口入口弁６０のいずれが誤動作を起こしているか（又は、異常状態であるか）が判定される。

例えば、ステップ１０４では、プロセッサ９４は第１の測定温度Ｔ1が第１の基準温度ＴR1よりも大きいかどうか及び第２の測定温度Ｔ2が第２の基準温度ＴR2よりも大きいかどうかが分析される。もし第１の測定温度Ｔ1及び第２の測定温度Ｔ2が両方とも第１の基準温度ＴR1及び第２の基準温度ＴR2よりも高ければ、プロセッサはステップ１０５に進み、このステップ１０５において、入口逆止弁が誤動作を起こしていること（又は、異常状態であること）が指示される。しかしながら、もしステップ１０４のパラメータが満たされていなければ、プロセッサ９４はステップ１０６に進み、このステップ１０６において、第１の測定温度Ｔ1が第１の基準温度ＴR1よりも大きいかどうか及び第２の測定温度Ｔ2が第２の基準温度ＴR2にほぼ等しいかどうかが分析される。もしステップ１０６の判断基準が満たされると、プロセッサは、ステップ１０７に進み、このステップ１０７において、プランジャシール５０が誤動作を起こしていること（又は、異常状態であること）が指示される。しかしながら、もしステップ１０６のパラメータが満たされなければ、プロセッサ９４はステップ１０８に進み、このステップ１０８において、第１の測定温度Ｔ1が第１の基準温度ＴR1にほぼ等しいかどうか及び第２の測定温度Ｔ2が第２の基準温度ＴR2よりも高いかどうかが分析される。もしステップ１０８の問合せ事項が満たされると、プロセッサは、ステップ１０９に進み、このステップ１０９において、出口逆止弁６０が誤動作をおこしていること（又は、異常状態であること）が指示される。もしステップ１０８の問合せ事項が満たされなければ、プロセッサ９４はステップ１１０に進み、このステップ１１０において、ポンプヘッド１０が使用可能であることが指示される。

ステップ１１０に達した後、プロセッサ９４は第１の測定温度Ｔ1及び第２の測定温度Ｔ2の分析によりプロセッサがステップ１０５、ステップ１０７又はステップ１０９の何れかに進むまでステップ１０２、ステップ１０４、ステップ１０６、ステップ１０８及びステップ１１０をずっと繰り返す。かくして、診断システム９０は、入口逆止弁、出口逆止弁及びプランジャシールのうちどれがいつ誤動作を起こしているかを指示するとともにこれを突き止めるようポンプヘッド１０を連続的に診断する。

図１及び図２に 記載すると共に上述した診断システム９０の実施形態は、摩耗し又は破損したポンプヘッドを補修するための費用及び作動停止時間を減少させる。従来型モニター方法とは異なり、診断システム９０はポンプヘッド１０内の誤動作を起こしている特定の構成部品を突き止める。誤動作を起こしている構成部品に対応する１つ又は複数の温度センサのところにおける温度の上昇により、ポンプヘッド１０がまさに破損しようとしていることが指示されるだけでなく技術者が問題を迅速に認識してポンプヘッドを補修できるよう誤動作を起こしている構成部品が突き止められる。かくして、従来型モニター方法と比べて、図１及び図２に示す診断システム９０の実施形態は、ポンプヘッドを補修する上での費用及び作動停止時間を減少させる。

上述の診断システム９０の実施形態は、入口逆止弁４０が誤動作を起こしているか、出口逆止弁６０が誤動作を起こしているか、或いはプランジャシール５０が誤動作を起こしているかを２つのセンサだけを用いて具体的に指示することもできる。第１の温度センサ９２ａは、伝熱状態がプランジャシール５０又は入口逆止弁４０のいずれかのところの漏れにより影響を受けている位置にあるポンプヘッド１０の第１の部分をモニターする。第２の温度センサ９２ｂは、伝熱状態が入口逆止弁４０又は出口逆止弁６０のいずれかのところの漏れによって影響を受けている位置にあるポンプヘッド１０の第２の部分をモニターする。入口逆止弁４０のところの漏れは第１の温度センサ９２ａと第２の温度センサ９２ｂの両方に影響を及ぼすが、プランジャシール５０及び出口逆止弁６０のところの漏れはそれぞれ第１の温度センサ９２ａ及び第２の温度センサ９２ｂだけにそれぞれ影響を及ぼすに過ぎないので、入口逆止弁４０、出口逆止弁６０又はプランジャシール５０の各々の動作状態を２つの温度センサだけで別々に判定することができる。その結果、診断システム９０の好ましい実施形態では、最も誤動作を起こしやすい構成部品のうち３つをモニターするためには温度センサを２つだけ取り付けて維持する必要があるだけである。

図１及び図２に示す診断システム９０の実施形態は、ポンプヘッド１０の完全な破壊又は壊損を引き起こす前にポンプヘッド１０の構成部品が誤動作を起こしているかどうかを指示することもできる。診断システム９０では、温度センサが最も誤動作を起こしそうなポンプヘッド１０の構成部品に近接して配置されているので、診断システム９０は、対応の温度センサのところの比較的僅かな温度上昇だけでもポンプヘッド１０が破損しそうなことを正確に指示することができる。したがって、比較的大きな温度上昇後にポンプヘッドの作動を停止させるしか術がない従来型モニターシステムと比べて、診断システム９０は、漏れがポンプヘッド１０の壊損を引き起こす恐れが生じる前にポンプヘッド１０の作動を停止させることができる。

図３は、単一のモータ組立体１８に取り付けられた３つのポンプヘッド１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備えるマルチヘッド型ポンプ９９を示している。第１の温度センサ９２ａ（参照番号９２ａ1，９２ａ2，９２ａ3で示されている）が対応の入口逆止弁（図示せず）から見て上流側で各ポンプヘッドに取り付けられ、第２の温度センサ９２ｂ（参照番号９２ｂ1，９２ｂ2，９２ｂ3で示されている）が対応の出口逆止弁（図示せず）から見て下流側で各ポンプヘッドに取り付けられている。例えば、第１の温度センサ９２ａ1，９２ａ2，９２ａ3を、対応のプランジャシール（図示せず）に近接してハウジング１４ａ，１４ｂ，１４ｃに取り付けるのがよい。同様に、第２の温度センサ９２ｂ1，９２ｂ2，９２ｂ3をエンドキャップ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの頂部に取り付けるのがよい。第１の温度センサ９２ａ及び第２の温度センサ９２ｂのすべてから第１及び第２の測定温度を受け入れて処理するために第１の温度センサ９２ａ及び第２の温度センサ９２ｂの各々にプロセッサが結合されている。後述するように、プロセッサ９４は、各ポンプヘッド１０ａ〜１０ｃの入口逆止弁、プランジャシール及び出口逆止弁を連続的にモニターする。

図４は、図３のマルチヘッド型ポンプ９９ａをモニターするためにプロセッサ９４によって用いられるソフトウエアプロセスを示すフローチャートである。図４のプロセスは、図２に関して上述したプロセスと実質的に同一であるが、異なる点は、プロセッサ９４が、ポンプヘッド１０ａ，１０ｂ又は１０ｃのうち１つ（「評価されるポンプヘッド」又は「評価対象ポンプヘッド」）についてステップ１０２、ステップ１０４、ステップ１０６、ステップ１０８及びステップ１１０を実施し、次にステップ１１２に進み、このステップ１１２において、プロセッサは他の２つのポンプヘッドのうち一方を選択してステップ１０２で始めるかどうかを評価する。もう１つの相違点は、プロセッサがステップ１０３を実施することであり、このステップ１０３では、第１の基準温度ＴR1及び第２の基準温度ＴR2が、ステップ１０２〜ステップ１１０の特定の繰り返しについて評価対象ポンプヘッドではない２つのポンプヘッドからの第１及び第２の温度を平均することによって定められる。例えば、第１のポンプヘッド１０ａが評価対象ポンプヘッドであるとき、プロセッサ９４はステップ１０２において各ポンプヘッドから第１の測定温度Ｔ1及び第２の測定温度Ｔ2を得て、次に（１）第２のポンプヘッド１０ｂ及び第３のポンプヘッド１０ｃからの第１の測定温度Ｔ1を平均することにより第１の基準温度ＴR1を計算し、（２）第２のポンプヘッド１０ｂ及び第３のポンプヘッド１０ｃからの第２の測定温度Ｔ2を平均することにより第２の基準温度ＴR2を計算する。ステップ１０３において第１の基準温度ＴR1及び第２の基準温度ＴR2を計算した後、プロセッサはステップ１０４〜ステップ１１０に進んで第１のポンプヘッド１０ａの構成部品を評価する。もしプロセッサ９４が第１のポンプヘッド１０ａについてステップ１１０に進むと、プロセッサは次にステップ１１２を実行し、このステップ１１２において評価対象ポンプヘッドを第２のポンプヘッド１０ｂに切り替える。

第２のポンプヘッド１０ｂ及び第３のポンプヘッド１０ｃの構成部品を診断するため、プロセッサ９４は、構成部品のうち１つが故障又は破損モードになるまで各ポンプヘッドについてステップ１０２、ステップ１０４、ステップ１０６、ステップ１０８、ステップ１１０及びステップ１１２を繰り返す。例えば、第２のポンプヘッド１０ｂを診断するため、プロセッサ９４はステップ１０２に進んで再び、各ポンプヘッドについての第１の測定温度及び第２の測定温度を得る。プロセッサ９４はステップ１０３に進み、このステップ１０３において、第１のポンプヘッド１０ａ及び第３のポンプヘッド１０ｃの第１の測定温度Ｔ1及び第２の測定温度Ｔ2を平均することにより第２のポンプヘッド１０ｂについて第１の基準温度ＴR1及び第２の基準温度ＴR2を計算する。もし第２のポンプヘッド１０ｂが使用可能であれば、プロセッサ９４は次に偶数番号のステップ１０４〜１１０の全てを実行し、ステップ１１２において評価対象ポンプヘッドを第３のポンプヘッド１０ｃに切り替える。プロセッサ９４は同様に、第１のポンプヘッド１０ａ及び第２のポンプヘッド１０ｂからの第１の基準温度ＴR1及び第２の基準温度ＴR2を計算することにより第３のポンプヘッド１０ｃを診断する。

図４は又、図３のマルチヘッド型ポンプ９９をモニターするためにプロセッサ９４によって用いられるソフトウエアプロセスの別の実施形態を示している。この実施形態では、プロセッサ９４は、特定のポンプ構成部品の測定温度が特定の期間又は特定のサイクル数についてその対応の基準温度よりも高くなった後にステップ１０５、ステップ１０７又はステップ１０９に進むに過ぎない。プロセッサ９４はそれに応じて、特定の測定温度がサイクルの試料の大きさＳについて対応の基準温度よりも高い場合の数「ｎ」をカウントする。ステップ１０４ａでは、例えば、プロセッサは、不正確な温度の読み又は他の誤差とは異なり、特定の構成部品の温度上 昇により構成部品が誤動作を起こしていることを指示していることが見込まれるｎMAX／Ｓについての値とｎ／Ｓを比較する。もしｎ／ＳがｎMAX ／Ｓよりも大きければ、プロセッサはステップ１０５に進んで入口逆止弁が誤動作を起こしていることを指示する。ステップ１０６ａ，１０８ａは、ステップ１０４ａと類似しているが、異なる点は、プロセッサがステップ１０７又はステップ１０９の何れかに進んでプランジャシール又は出口逆止弁が誤動作を起こしていることを指示することにある。したがって、高圧ポンプ又は流体装置用の診断システムの好ましい実施形態では、プロセッサは、誤差のある読みを減少させるのに十分な期間、特定の構成部品の温度がその対応の基準温度よりも高くなった後に、構成部品が誤動作を起こしていることを指示するために続行するだけである。

図２及び図４に示すプロセスは、適当なコンピュータ及び市販のソフトウエアを用いると、コンピュータプログラミングの当業者であれば過度の実験を行わなくても実行することができる。例えば、ソフトウエアは、キースリー・メトラバイト社製のビジュアル・テスト・エクステンション（VisualTestExtension）ソフトウエア及びワシントン州デッドモンド所在のマイクロソフト・コーポレイション製のマイクロソフト（Microsoft：登録商標）ビジュアル・ベーシック（VisualBasic）を用いてこれらプロセスを実行するために開発されたものである。

図５は、３つのポンプヘッドを用いる高圧ポンプの各ポンプヘッドのところに２つのセンサが設けられた診断システム９０の出力の一例を表示するグラフ図である。参照符号１２０，１２２，１２４によって示された線は、それぞれポンプヘッド１０ａ〜１０ｃのプランジャシールに近接して設けられた第１の温度センサ９２ａの第１の測定温度Ｔ1を表している。参照符号１４０，１４２，１４４によって示された線は、それぞれポンプヘッド１０ａ〜１０ｃのエンドキャップ１２の第２の測定温度に応答している。図５に示すように、ほぼ午前１時半のところでは、第１のポンプヘッド１０ａの第１の測定温度１２０及び第２の測定温度１４０は、急激に増大して第１のポンプヘッド１０ａの入口逆止弁が誤動作を起こしていることを示している。したがって、プロセッサ９４は、特定のポンプヘッドの特定の構成部品がいつ誤動作を起こすかを目で見て分かるようにするディスプレイを有するのがよい。
図６は、マルチヘッド型高圧ポンプ９９が高圧ライン１１０を介して複数の工具１２０及びノズル１３０に結合された高圧流体装置１００の実施形態を示す略図である。高圧流体装置のための適当なスイベル及び弁は、００８３４４−１スイベル及び００１３２２−１オンオフ弁であり、これらは両方ともフロー・インターナショナル・コーポレーションによって製造されたものである。ポンプ９９は図３に関して上述したポンプ９９と類似したものであるのがよく、かくして温度センサ９２は、各ポンプヘッドの種々の構成部品に取り付けられた複数の温度プローブを表している。工具１２０は、回転要素１２２、例えば高速又はパワースイベルを備えた回転工具であるのがよく、温度センサ又は温度プローブ９２を各工具１２０に結合するのがよい。ノズル１３０は好ましくは、弁１３２によって制御され、温度センサ９２を各弁１３２に結合するのがよい。温度センサ９２は、ライン９３を介してプロセッサ９４に接続されている。作用を説明すると、各温度センサ又はプローブ９２は、高圧システム１００の別個の構成部品の測定温度を検出する。プロセッサ９４は次に、測定温度とこれに対応した基準温度を比較することによって測定温度を評価する。例えば、各ポンプヘッド構成部品についての基準温度を、図４に関して上述したように決定するのがよい。同様に、工具１２０の基準温度を、工具１２０の温度を平均し又は比較することによって定めるのがよく、弁１３２についての基準温度を弁１３２の温度を平均し又は比較することによって定めるのがよい。したがって、プロセッサ９４は上述したように、構成部品がいつ誤動作を起こしているかを指示し、誤動作を起こしている特定の構成部品を突き止める。

上述したことから、本発明の特定の実施形態を例示の目的で説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の設計変更例を想到できることは理解されよう。例えば、診断システムは、上述したのと異なる数の温度センサを用いてもよく、また診断システムを異なる高圧流体機器に用いることができる。一般に、本発明の範囲に属する診断システム又は高圧装置は、高圧装置の一部分から別の部分への流体の流れを止め又は制御する構成部品に近接して設けられた温度センサを有する。したがって、本発明の範囲は、請求の範囲の記載にのみ基づいて定められる。

１０ 高圧ポンプのポンプヘッド
１２ エンドキャップ
１４ ハウジング
１５ ブッシュ
１６ 基部
２０ 加圧室
２４ プランジャ

Claims (9)

1. 高圧ポンプの入口逆止弁組立体、該高圧ポンプの出口逆止弁組立体及び該高圧ポンプのプランジャの周りに設けられたシールをモニターする診断システムであって、
   第１の温度センサによって検知される温度が、該シールの誤動作および該入口逆止弁組立体の誤動作によって影響を受ける場所で、該ポンプに結合された該第１の温度センサと、
   第２の温度センサによって検知される温度が該出口逆止弁組立体の誤動作および該入口逆止弁組立体の誤動作によって影響を受ける場所で、該ポンプに結合された該第２の温度センサと、
   該第１及び第２の温度センサに作動的に結合されていて、それぞれの第１及び第２の温度入力信号を受け取るプロセッサと
   を備え、
   該プロセッサは、該第１及び第２の入力信号と第１及び第２の基準温度とをそれぞれ比較することにより、該入口逆止弁、該出口逆止弁及び該シールのうちどれが誤動作を起こしているかを特定し、該第１及び第２の基準温度は通常運転時の温度の代表である、診断システム。
2. 前記プロセッサは、前記第１及び第２の入力信号が前記第１及び第２の基準温度よりも大きいとき、前記入口逆止弁が誤動作を起こしていると判定する請求項１に記載の診断システム。
3. 前記プロセッサは、前記第１の入力信号が前記第１の基準温度にほぼ等しく且つ前記第２の入力信号が前記第２の基準温度よりも大きいとき、前記出口逆止弁が誤動作を起こしていると判定する請求項１記載の診断システム。
4. 前記プロセッサは、前記第１の入力信号が前記第１の基準温度よりも大きく且つ前記第２の入力信号が前記第２の基準温度にほぼ等しいとき、シールが誤動作を起こしていると判定する請求項１に記載の診断システム。
5. マルチヘッド型高圧ポンプであって、
   第１の加圧室、該第１の加圧室内に受け入れられた第１のプランジャ、該第１の加圧室に結合された第１の入口逆止弁、該第１の加圧室と第１の出口室との間に結合された第１の出口逆止弁、及び該第１のプランジャの周りに設けられた第１のシール、を有する第１のポンプヘッドと、
   第２の加圧室、該第２の加圧室内に受け入れられた第２のプランジャ、該第２の加圧室に結合された第２の入口逆止弁、該第２の加圧室と第２の出口室との間に結合された第２の出口逆止弁、及び該第２のプランジャの周りに設けられた第２のシール、を有する第２のポンプヘッドと、
   第３の加圧室、該第３の加圧室内に受け入れられた第３のプランジャ、該第３の加圧室に結合された第３の入口逆止弁、該第３の加圧室と第３の出口室との間に結合された第３の出口逆止弁、及び該第３のプランジャの周りに設けられた第３のシール、を有する第３のポンプヘッドと、
   第１の温度センサによって検知される温度が該第１のシールの誤動作および該第１の入口逆止弁の誤動作によって影響を受ける場所で、該第１のポンプヘッドに結合された該第１の温度センサ、第２の温度センサによって検知される温度が該第１の出口逆止弁の誤動作および該第１の入口逆止弁の誤動作によって影響を受ける場所で、該第１のポンプヘッドに結合された該第２の温度センサ、第３の温度センサによって検知される温度が該第２のシールの誤動作および該第２の入口逆止弁の誤動作によって影響を受ける場所で、該第２のポンプヘッドに結合された該第３の温度センサ、第４の温度センサによって検知される温度が該第２の出口逆止弁の誤動作および該第２の入口逆止弁の誤動作によって影響を受ける場所で、該第２のポンプヘッドに結合された該第４の温度センサ、第５の温度センサによって検知される温度が該第３のシールの誤動作および該第３の入口逆止弁の誤動作によって影響を受ける場所で、該第３のポンプヘッドに結合された該第５の温度センサ、第６の温度センサによって検知される温度が該第３の出口逆止弁の誤動作および該第３の入口逆止弁の誤動作によって影響を受ける場所で、該第３のポンプヘッドに結合された該第６の温度センサ、及び各温度センサに結合されたプロセッサを有する診断システムと、
   を備え、
   該プロセッサは、該温度センサからの入力信号を、通常運転時の温度の代表である基準温度と比較して、該第１の入口逆止弁、該第１の出口逆止弁、該第１のシール、該第２の入口逆止弁、該第２の出口逆止弁、該第２のシール、該第３の入口逆止弁、該第３の出口逆止弁、及び該第３のシールのうちどれが誤動作を起こしているかを特定するポンプ。
6. 加圧室、該加圧室に結合された入口逆止弁、プランジャーの周りのシール、及び該加圧室に接続された出口逆止弁を有する高圧ポンプの構成部品の故障を予測する方法であって、該方法は、
   該シールの誤動作および該入口逆止弁の誤動作によって影響を受ける場所で、第１の温度を測定する段階と、
   該出口逆止弁の誤動作および該入口逆止弁の誤動作によって影響を受ける場所で、第２の温度を測定する段階と、
   該測定した第１及び第２の測定温度と第１及び第２の基準温度をそれぞれ比較する段階であって、該第１及び第２の基準温度は通常運転時の温度の代表である、段階と、
   該入口逆止弁、該出口逆止弁及び該のシールのどれが誤動作を起こしているかを診断する段階と
   を包含する方法。
7. 前記診断段階では、前記第１及び第２の温度がそれぞれ前記第１及び第２の基準温度よりも高いとき、前記入口逆止弁が誤動作を起こしていると判定することを含む請求項６に記載の方法。
8. 前記診断段階では、前記第１の温度が前記第１の基準温度にほぼ等しく且つ前記第２の温度が前記第２の基準温度よりも高いとき、前記出口逆止弁が誤動作を起こしていると判定することを含む請求項６に記載の方法。
9. 前記診断段階では、前記第１の温度が前記第１の基準温度よりも高く且つ前記第２の温度が前記第２の基準温度にほぼ等しいとき、該シールが誤動作を起こしていると判定することを含む請求項６に記載の方法。

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