JP2014163268A - 表面温度検出システム、軸受装置、回転機械及び表面温度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面の温度を精度高く検出することが可能な表面温度検出システム、軸受装置、回転機械及び表面温度検出方法を提供する。
【解決手段】温度検出対象となる表面を有する部材の内部に設けられた主温度センサ、及び、部材の内部に設けられて、主温度センサから互いに異なる方向に離間した少なくとも３つの副温度センサを有する温度計測部と、主温度センサ及び副温度センサが計測する温度が入力され、これら温度に基づいて部材の表面の温度を演算する表面温度演算装置とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、表面温度検出システム、該表面温度検出システムを用いた軸受装置、回転機械、及び、表面温度検出方法に関する。

蒸気タービンやコンプレッサ等の高速回転する回転軸を支持するジャーナル軸受やスラスト軸受等の軸受装置は、回転軸を支持する軸受パッドのパッド面に異物等が付着した際に回転軸を損傷させないように軟質の低摩擦材が用いられている。このような軟質の低摩擦材としては、例えば、ホワイトメタルや樹脂材料を用いたものが使用されている。特に、樹脂材は、ホワイトメタルと比較して耐熱温度が高いため、近年では多くの軸受パッドに用いられている。

このような軸受装置では、回転軸と軸受パッドのパッド面との間には潤滑油が介在しており、この潤滑油によって摺動性を改善したり、摩擦熱を除去したりしている。しかし、潤滑油が切れたり、回転軸とパッド面との間に異物が混入したりするなどして潤滑油を介さずに回転軸とパッド面とが接触すると、パッド面の温度が急上昇して異常高温となってしまう。そのため軸受装置では、軸受パッドに埋め込まれた熱センサによってパッド面の温度を測定し、パッド面が異常温度となっていないかを監視している。

例えば特許文献１には、軸受パッドの内部にパッド面からの深さを互いに異ならせた複数の温度センサを埋め込み、これら温度センサが計測する温度の勾配に基づいてパッド面の温度を演算するすべり軸受監視装置が開示されている。

特開２００５−１３３８０７号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、パッド面からの深さ、即ち、回転軸の径方向の位置のみが異なる同一基準直線状に温度センサを配置しているため、熱流束ベクトルの径方向成分を考慮した表面温度を演算することができる。しかしながら、軸受パッド内の熱流束ベクトルは、径方向成分のみならず、軸方向成分、周方向成分も含んでいるため、より表面温度を精度高く演算するためには、熱流束ベクトルの径方向成分、軸方向成分及び周方向成分を考慮して表面温度を演算しなければならない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、表面の温度を精度高く検出することが可能な表面温度検出システム、軸受装置、回転機械及び表面温度検出方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る温度検出システムは、温度検出対象となる表面を有する部材の内部に設けられた主温度センサ、及び、前記部材の内部に設けられて、前記主温度センサから互いに異なる方向に離間した少なくとも３つの副温度センサを有する温度計測部と、前記主温度センサ及び前記副温度センサが計測する温度が入力され、これら温度に基づいて前記部材の表面の温度を演算する表面温度演算装置と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る表面温度検出方法は、温度検出対象となる表面を有する部材の内部に設けられた主温度センサ、及び、前記部材の内部に設けられて、前記主温度センサから互いに異なる方向に離間した少なくとも３つの副温度センサを有する温度計測部を用いた表面温度検出方法であって、前記主温度センサ及び前記副温度センサが計測する温度に基づいて、前記部材の表面の温度を演算すること特徴とする。

このような特徴の温度検出システム及び方法によれば、主温度センサに加えて、該主温度センサから異なる方向に離間した３つの副温度センサの計測温度を表面温度演算の基礎とすることができる。これによって、熱流束ベクトルの三次元方向成分を考慮した表面温度の演算を行うことが可能となる。

また、本発明に係る表面温度検出システムにおいて、前記表面温度演算装置は、前記温度計測部から入力される温度に基づいて、前記主温度センサと３つの前記副温度センサとによって囲まれる閉領域に等温平面を作成する等温平面演算部と、該等温平面に直交するとともに前記主温度センサを通過する基準直線を作成する基準直線演算部と、前記基準直線と前記表面との交点における前記主温度センサから距離である交点距離を演算する交点距離演算部と、前記基準直線上における前記主温度センサと前記等温平面との間の温度勾配を演算する温度勾配演算部と、前記距離及び前記温度勾配に基づいて、前記交点における交点温度を演算する交点温度演算部と、を有することが好ましい。

さらに、本発明に係る表面温度検出方法は、前記温度計測部から入力される温度に基づいて、前記主温度センサと３つの前記副温度センサとによって囲まれる閉領域に等温平面を作成する等温平面演算ステップと、該等温平面に直交するとともに前記主温度センサを通過する基準直線を作成する基準直線演算ステップと、前記基準直線と前記表面との交点における前記主温度センサから距離を演算する距離演算ステップと、前記基準直線上における前記主温度センサと前記等温平面との間の温度勾配を演算する温度勾配演算ステップと、前記距離及び前記温度勾配に基づいて、前記交点における交点温度を演算する交点温度演算ステップと、を有することが好ましい。

これによって、部材の表面の基準直線との交点における温度を精度高く得ることができる。

また、本発明に係る表面温度検出システムにおいて、前記等温平面演算部は、複数の前記閉領域における前記等温平面をそれぞれ作成し、前記基準直線演算部は、各前記閉領域における前記等温平面に対応する前記基準直線をそれぞれ作成し、前記交点距離演算部は、これら基準直線と前記表面までの前記主温度センサからの各前記距離を演算し、前記温度勾配演算部は、各前記基準直線とこれら基準直線に対応する前記等温平面との間の前記温度勾配を演算し、前記交点温度演算部は、これら距離及び温度勾配に基づいて、各前記交点における交点温度をそれぞれ演算し、前記表面温度演算装置が、複数の前記交点における前記交点温度に基づいて、前記表面の任意の箇所における表面温度を演算する表面温度演算部をさらに有していてもよい。

さらに、本発明に係る表面温度検出方法において、前記等温平面演算ステップでは、複数の前記閉領域における前記等温平面をそれぞれ作成し、前記基準直線演算ステップでは、各前記閉領域における前記等温平面に対応する前記基準直線をそれぞれ作成し、前記交点距離演算ステップでは、これら基準直線と前記表面までの前記主温度センサからの各前記距離を演算し、前記温度勾配演算ステップは、各前記基準直線とこれら基準直線に対応する前記等温平面との間の前記温度勾配を演算し、前記交点温度演算ステップでは、これら距離及び温度勾配に基づいて、各前記交点における交点温度をそれぞれ演算し、前記表面温度演算ステップが、複数の前記交点における前記交点温度に基づいて、前記表面の任意の箇所における表面温度を演算する表面温度演算ステップをさらに有していてもよい。

これによって、部材の表面の任意の箇所における表面温度を精度高く得ることができる。

そして、本発明に係る軸受装置は、回転軸を外周側から支持する軸受パッドと、上記いずれかの表面温度検出システムを備え、前記部材が軸受パッドであって、前記表面が該軸受パッドにおける回転軸と摺接するパッド面であることを特徴とする。
また、本発明に係る回転機械は、上記の軸受装置を備えることを特徴とする。

このような特徴の軸受装置及び回転機械によれば、上記同様熱流束ベクトルの三次元方向成分を考慮した表面温度の演算を行うことが可能となる。

本発明の表面温度検出システム、軸受装置、回転機械及び表面温度検出方法によれば、主温度センサとともに該主温度センサから離間して配置された３つの副温度センサによって温度を検出することで、熱流束ベクトルの三次元方向成分を考慮した表面温度の演算を行うことができる。これによって、表面の温度を精度高く検出することが可能となる。

第一実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）の全体構成を示す縦断面図である。 図１の軸受装置における回転軸に直交する断面図である。 図２の一部拡大図である。 第一実施形態に係る温度計測部における主温度センサ及び副温度センサの配置関係を説明する図である。 第一実施形態に係る表面温度演算装置の機能ブロック図である。 第一実施形態に係る表面温度検出方法の手順を示すフローチャートである。 第一実施形態において、主温度センサ及び副温度センサの計測する温度に基づいて作成する等温平面を説明する図である。 第一実施形態において、等温平面に直交する基準直線、及び、該基準直線と部材の表面の交点を説明する図である。 第二実施形態に係る温度計測部における主温度センサ及び副温度センサの配置関係を説明する図である。 第二実施形態に係る表面温度演算装置の機能ブロック図である。 第二実施形態に係る表面温度検出方法の手順を示すフローチャートである。 第二実施形態において、主温度センサ及び副温度センサの計測する温度に基づいて作成する等温平面を説明する図である。 第二実施形態において、複数の交点温度に基づいた部材の表面の温度分布を説明する図である。

以下、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン２０（回転機械）について、図１を参照して説明する。ここで、蒸気タービンとは、蒸気のエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に連結して用いられるものである。

図１に示すように、蒸気タービン２０は、タービンケーシング３０と、該タービンケーシング３０を貫通するように軸線Ｏに沿って延びる回転軸５０と、タービンケーシング３０に保持された静翼６０と、回転軸５０に設けられた動翼７０と、回転軸５０を軸線Ｏ回りに回転可能に支持する軸受部８０とを備えている。
なお、軸受部８０は、ジャーナル軸受８１（以下、単に軸受装置８１と称する）及びスラスト軸受８２を備えている。

このような蒸気タービン２０では、タービンケーシング３０内に導入される蒸気Ｓが静翼６０及び動翼７０の間の流路を通過する。この際、蒸気Ｓが動翼６０を回転させることで該動翼６０に伴って回転軸５０が回転し、該回転軸５０に接続された発電機等の機械に動力（回転エネルギー）が伝達される。

次に、軸受装置８１について、図２から図７を参照して説明する。
図２に示すように、軸受装置８１は、軸受ケーシング１と、支持部２と、軸受パッド３（部材）と、表面温度検出システム１０とを備えている。
なお、以下では、回転軸５０の軸方向ｚ、径方向ｒ、周方向ｔを、単に軸方向ｚ、径方向ｒ、周方向ｔと称する。

軸受ケーシング１は、軸線Ｏを中心とした円筒状をなしており、回転軸５０と同軸に、かつ、回転軸５０を外周側から取り囲むように配置されている。この軸受ケーシング１の内周面は、回転軸５０の外周面と間隔をあけて配置されている。

支持部２は、軸受ケーシング１の内周面に周方向ｔに間隔をあけて複数（本実施形態では４つ）設けられている。この支持部２は、回転軸５０の軸線Ｏの径方向ｒ外側の端部が軸受ケーシング１の内周面に固定されている。一方、支持部２の径方向ｒ内側の先端は、球面形状に形成されている。支持部２は、この球面形状によって軸受パッド３を支持している。なお、支持部２の先端は球面状に限られず、軸方向ｚに延在する円筒面形状であってもよい。即ち、支持部２は軸受パッド３を点支持していてもよいし、ライン支持していてもよい。

軸受パッド３は、回転軸５０と軸受ケーシング１との間に設けられており、回転軸５０を外周側から取り囲むようにして周方向ｔに間隔をあけて複数（本実施形態では４つ）設けられている。この軸受パッド３は、回転軸５０の外周面の曲率に沿って湾曲する湾曲板状をなしており、軸方向ｚ視では円弧状をなしている。軸受パッド３の径方向ｒ内側を向く面であるパッド面４（表面）の曲率半径は、回転軸５０の外周面の曲率半径よりやや大きく形成されている。また、この軸受パッド３の径方向ｒ外側を向く背面５は、上記支持部２の球面形状をなす先端によって支持されている。これによって、軸受パッド３は、支持部２の先端の球面形状に従って揺動可能とされている。

このような軸受パッド３は、図３に示すように、裏金６と表面層７とを有している。
裏金６は、例えば銅等の熱伝導率の高い金属から形成されており、軸受パッド３における径方向ｒ外側の部分を構成している。この裏金６の径方向ｒ外側を向く面が軸受パッド３に支持される背面５とされている。
表面層７は、裏金６の径方向ｒ内側を向く面に周方向ｔにわたって層状に形成されており、例えばホワイトメタル、樹脂等の軸受材料で形成されている。この表面層７は、裏金６に接合されており、これによって回転軸５０の外周面に沿う形状をなしている。また、この表面層７における径方向ｒ内側を向く回転軸５０と摺接する面が、上記パッド面４とされている。このパッド面４には、図示しない潤滑油供給部から潤滑油が供給され、これによってパッド面４は当該潤滑油を介して回転軸５０の外周面を摺接支持する。

次に、表面温度検出システム１０について説明する。この表面温度検出システム１０は、温度検出対象となる軸受パッド３のパッド面４の表面温度を検出するために用いられ、温度計測部１１、表面温度演算装置１００及び表示部１１０とを備えている。

温度計測部１１は、軸受パッド３の内部の数点（本実施形態では４点）の温度を計測する。この温度計測部１１は、計測部本体１２と、主温度センサ１３と、副温度センサ１４とを有している。
計測部本体１２は、例えば軸受パッド３のパッド面４と同一の材料から形成された棒状をなしている。この計測部本体１２は、軸受パッド３の背面５からパッド面４側に向かって形成された孔部内に密着するように挿入されており、その先端、即ち、径方向ｒ内側の端部は、表面層７内に至るように配置されている。

主温度センサ１３は、計測部本体１２の内部に埋設されている。より詳細には、主温度センサ１３は、計測部本体１２の表面層７内に位置する部分の内部に埋め込まれている。この主温度センサ１３は、例えば熱電対等の温度計測可能なセンサであって、主温度センサ１３の配置箇所の点温度を計測する。

副温度センサ１４は、主温度センサ１３同様、計測部本体１２の内部に埋設されている。この副温度センサ１４としては、例えば熱電対等の温度計測可能なセンサが用いられ、該副温度センサ１４の配置箇所の点温度を計測する。

このような副温度センサ１４は、複数設けられており、本実施形態では３つの副温度センサ１４が設けられている。詳しくは、図４に示すように、３つの副温度センサ１４は、主温度センサ１３の配置箇所からそれぞれ異なる方向に離間した箇所に配置されている。
本実施形態では、３つの副温度センサ１４のうち第一の副温度センサ１４ａは主温度センサ１３から径方向ｒに離間した箇所、より詳細には、主温度センサ１３からパッド面４側に離間した箇所に配置されている。また、第二の副温度センサ１４ｂは、主温度センサ１３から周方向ｔに離間した箇所に配置されている。またさらに、第三の副温度センサ１４ｃは、主温度センサ１３から軸方向ｚに離間した箇所に配置されている。

本実施形態では、このように各副温度センサ１４は、主温度センサ１３を基準として互いに直交する三軸方向、即ち三次元方向に離間して配置されている。
以下では、主温度センサ１３と第一の副温度センサ１４ａとを通過する軸を第一軸１５ａ、主温度センサ１３と第二の副温度センサ１４ｂとを通過する軸を第二軸１５ｂ、主温度センサ１３と第三の副温度センサ１４ｃとを通過する軸を第三軸１５ｃと称する。
このように主温度センサ１３と副温度センサ１４とが配置されることによって、これら主温度センサ１３、副温度センサ１４によって囲まれる領域は、四面体状をなす閉領域とされる。

次に表面温度演算装置１００について図４を参照して説明する。この表面温度演算装置１００は、主温度センサ１３及び副温度センサ１４から入力される温度に基づいて、パッド面４の表面温度を演算する装置である。本実施形態の表面温度演算装置１００は、等温平面演算部１０１、基準直線演算部１０２、形状データ記憶部１０３、交点距離演算部１０４、温度勾配演算部１０５及び交点温度演算部１０６を有している。

等温平面演算部１０１は、温度計測部１１から入力される温度に基づいて、主温度センサ１３と３つの副温度センサ１４とによって囲まれる閉領域に等温平面Ｆを演算する。ここで、等温平面Ｆとは、図６に示すように、閉領域内における同一温度の点の集合である。この等温平面Ｆは、第一軸１５ａ、第二軸１５ｂ、第三軸１５ｃ上における同一温度の点を含む平面として演算される。

基準直線演算部１０２は、図８に示すように、等温平面Ｆに直交するとともに主温度センサ１３を通過する基準直線Ｌを演算する。
形状データ記憶部１０３は、軸受パッド３の形状データとして例えば三次元ＣＡＤデータ等の三次元データとして記憶している。
交点距離演算部１０４は、図８に示すように、基準直線Ｌとパッド面４との交点Ｘにおける主温度センサ１３から距離である交点距離Ｄを演算する。

温度勾配演算部１０５は、基準直線Ｌ上における主温度センサ１３と等温平面Ｆとの間の温度勾配を演算する。
交点温度演算部１０６は、交点距離演算部１０４が演算した交点距離Ｄ、及び、温度勾配演算部１０５が演算した温度勾配に基づいて、当該交点Ｘにおける交点温度を演算する。
そして、表示部１１０は、表面温度演算装置１００から出力された交点Ｘの交点温度を該交点Ｘの位置とともに表示する。

次に以上のような構成の表面温度検出システム１０を有する軸受装置８１を用いた軸受パッド３の表面温度の検出方法について図５のフローチャートを参照して説明する。
蒸気タービン２０の運転時には、回転軸５０が回転することで、該回転軸５０は軸受パッド３に対して潤滑油を介して摺接する。この回転軸５０の摩擦熱によって、軸受パッド３のパッド面４の温度が上昇する。表面温度検出システム１０は、このように温度が上昇するパッド面４の温度を検出し、これに基づいてパッド面４の温度が異常であるか否かの判断がなされる。

即ち、温度計測部１１による軸受パッド３内部の温度計測が開始されると、主温度センサ１３及び副温度センサ１４がそれぞれ計測する温度情報が、表面温度演算装置１００の等温平面演算部１０１に入力される。ここでは、図６に示すように、主温度センサ１３の温度が６０℃、第一の副温度センサ１４ａの温度が９０℃、第二の副温度センサ１４ｂの温度が８０℃、第三の副温度センサ１４ｃの温度が７０℃であるとの温度情報が等温平面演算部１０１に入力されたとする。
すると、等温平面演算部１０１は、主温度センサ１３及び副温度センサ１４によって囲まれる閉領域に等温平面Ｆを作成するために以下の処理を行う（Ｓ１：等温平面演算ステップ）。

即ち、等温平面演算部１０１は、まず第一軸１５ａ、第二軸１５ｂ、第三軸１５ｃ上における特定温度の点位置を演算する。
この特定温度は、すべて副温度センサ１４の温度を超えない値とされ、本実施形態では、図６に示すように、第一の副温度センサ１４ａの温度である９０℃、第二の副温度センサ１４ｂの温度である８０℃、第三の副温度センサ１４ｃの温度である７０℃をそれぞれ超えない例えば７０℃に設定される。

また、第一軸１５ａ、第二軸１５ｂ、第三軸１５ｃ上における点位置の演算は、これら第一軸１５ａ、第二軸１５ｂ、第三軸１５ｃ上で温度が距離に対して線形に変化することを前提に演算される。即ち、第一軸１５ａ上における第一の副温度センサ１４ａの温度が９０℃の場合には、主温度センサ１３から第一の副温度センサ１４ａに向かってこれら主温度センサ１３と第一の副温度センサ１４ａとの距離の３分の１だけ移動した箇所が７０℃の点位置となる。第二軸１５ｂ上における主温度センサ１３の温度が６０℃、第二の副温度センサ１４ｂの温度が８０℃である場合には、第二軸１５ｂ上における主温度センサ１３と副温度センサ１４との間の中央の箇所が７０℃の点位置となる。さらに本例では第三の副温度センサ１４ｃが７０℃であるため、第三軸１５ｃ上における当該第三の副温度センサ１４ｃの配置箇所が７０℃の点位置となる。

そして、等温平面演算部１０１は、特定温度である７０℃の点位置を通過する平面を演算し、当該平面を等温平面Ｆとして出力する。なお、等温平面演算部１０１は、３つの特定温度の点位置同士を結ぶことで形成される三角形の平面を等温平面Ｆとして演算してもよい。

次いで、基準直線演算部１０２が、等温平面演算部１０１から出力される等温平面Ｆに基づいて、当該等温平面Ｆに直交し、かつ、主温度センサ１３の配置箇所を通過する基準直線Ｌを演算する（Ｓ２：基準直線演算ステップ）。即ち、基準直線演算部１０２は、まず等温平面Ｆを表す数式等に基づいて当該等温平面Ｆに直交する直線の傾きを演算する。そして、当該傾きを有する直線のうち、主温度センサ１３の配置箇所を通過する直線を基準直線Ｌとして取得する（図８参照）。

その後、交点距離演算部１０４が、基準直線Ｌとパッド面４との交点Ｘにおける主温度センサ１３から距離である交点距離Ｄを演算する（Ｓ３：交点距離演算ステップ）。即ち、交点距離演算部１０４は、上述したように軸受パッド３の形状データに基づいて基準直線Ｌとパッド面４との交点Ｘを演算し、当該交点Ｘと主温度センサ１３の配置箇所の距離である交点距離Ｄを演算する。

次いで、温度勾配演算部１０５が、基準直線Ｌ上における主温度センサ１３と等温平面Ｆとの間の温度勾配を演算する（Ｓ４：温度勾配演算ステップ）。即ち、温度勾配演算部１０５は、上述したように主温度センサ１３と等温平面Ｆとの温度差を演算するとともに、主温度センサ１３と等温平面Ｆとの距離を演算する。そして、温度勾配演算部１０５は、当該距離と上記温度差とに基づいて主温度センサ１３と等温平面Ｆとの間の温度勾配を演算する。なお、この温度勾配は、主温度センサ１３と等温平面Ｆとの間で一定との仮定の下、演算される。

そして、その後、交点温度演算部１０６が、それぞれ演算された交点距離Ｄ及び温度勾配に基づいて当該交点Ｘにおける交点温度を演算する（Ｓ５：交点温度演算ステップ）。即ち、交点温度演算部１０６は、上述したように、主温度センサ１３と等温平面Ｆとの間の温度勾配が基準直線Ｌ上では一定との前提の下で、温度勾配と交点距離Ｄとの積を演算することで交点温度を取得する。
交点温度演算部１０６によって取得された交点温度は、外部に出力されて表示部１１０に表示される。

以上のように、本実施形態によれば、主温度センサ１３に加えて、該主温度センサ１３から異なる方向に離間した３つの副温度センサ１４の計測温度を表面温度演算の基礎とすることができる。これによって、熱流束ベクトルの三次元方向成分を考慮した表面温度の演算、即ち、パッド面４の温度の演算を行うことが可能となる。
即ち、３つの副温度センサ１４は、主温度センサ１３から径方向ｒに離間した第一の副温度センサ１４ａに加えて、周方向ｔに離間した第二の副温度センサ１４ｂ、軸方向ｚに離間した第三の副温度センサ１４ｃを備えているため、熱流束ベクトルの径方向ｒ成分、周方向ｔ成分及び軸方向ｚ成分を考慮してパッド面４の温度を演算することができる。これによって、パッド面４の温度を精度高く取得することが可能となる。

さらに、主温度センサ１３と３つの温度センサによって囲まれる閉領域に等温平面Ｆを作成し、当該等温平面Ｆに直交する基準直線Ｌとパッド面４との交点Ｘにおける交点温度を、主温度センサ１３から交点Ｘまでの距離及び主温度センサ−等温平面間の温度勾配によって演算することで、精度高く表面温度を取得することができる。

次に本発明の第二実施形態について図９から図１４を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態の表面温度検出システム１０は、計測部本体１２及び表面温度演算装置１００の構成について第一実施形態と相違する。

図８に示すように、第二実施形態の温度計測部１１は、第四の副温度センサ１４ｄ及び第五の副温度センサ１４ｅをさらに有しており、計５個の副温度センサ１４を備える点で第一実施形態と相違する。
即ち、第四の副温度センサ１４ｄは、主温度センサ１３から第二の副温度センサ１４ｂと反対側に周方向ｔに離間して配置されている。即ち、第四の副温度センサ１４ｄは、第二の副温度センサ１４ｂとともに主温度センサ１３を挟み込むように、該主温度センサ１３から周方向ｔに離間して配置されている。主温度センサ１３から第四の副温度センサ１４ｄに向かって延びる軸は第四軸１５ｄとされている。
また、第五の副温度センサ１４ｅは、主温度センサ１３から第三の副温度センサ１４ｃと反対側に軸方向ｚに離間して配置されている。即ち、第五の副温度センサ１４ｅは、第三の副温度センサ１４ｃとともに主温度センサ１３を挟み込むように、該主温度センサ１３から軸方向ｚに離間して配置されている。主温度センサ１３から第五の副温度センサ１４ｅに向かって延びる軸は第五軸１５ｅとされている。

第二実施形態の表面温度演算装置１００は、図１０に示すように、等温平面演算部１０１、基準直線演算部１０２、交点距離演算部１０４、温度勾配演算部１０５及び交点温度演算部に１０６よって、複数の交点Ｘにおける交点温度が取得される点で第一実施形態と相違する。また、第二実施形態の表面温度演算装置１００は、図１０に示すように、表面温度演算部１０７をさらに有している点で第一実施形態と相違する。

表面温度演算部１０７は、複数の交点Ｘにおける交点温度に基づいて、表面の任意の箇所における表面温度を演算する。より具体的には、複数の交点温度に基づいて、パッド面４の温度分布を演算し、当該温度分布から任意の点の温度を取得する。

次に第二実施形態の表面温度検出システム１０を用いた表面温度検出方法について図１１のフローチャートを参照して説明する。
温度計測部１１による温度計測が始まると、主温度センサ１３及び５つの副温度センサ１４から温度情報が表面温度演算装置１００の等温平面演算部１０１に入力される。
これにより、等温平面演算部１０１は、各閉領域の等温平面Ｆを演算する（Ｓ１１：等温平面演算ステップ）。即ち、本実施形態では、図１２に示すように、主温度センサ１３と５つの副温度センサ１４とによって、主温度センサ１３と３つの副温度センサ１４によって囲まれた４つの閉領域が形成され、これら閉領域それぞれに計４つの等温平面Ｆが形成される（図１２参照）。

次に、基準直線演算部１０２は、４つの等温平面Ｆそれぞれについて基準直線Ｌを演算する（Ｓ１２：基準直線演算ステップ）。
その後、交点距離演算部１０４は、計４つの基準直線Ｌのそれぞれについて、主温度センサ１３から基準直線Ｌのパッド面４における交点Ｘまでの距離を演算する（Ｓ１３：交点距離演算ステップ）。
次いで、温度勾配演算部１０５は、４つの等温平面Ｆそれぞれと主温度センサ１３との間での温度勾配を演算する（Ｓ１４：温度勾配演算ステップ）。
その後、交点温度演算部１０６は、４つの基準直線Ｌとこれら基準直線Ｌにそれぞれ対応する４つの温度勾配に基づいて、４つの交点Ｘにおける交点温度を演算する（Ｓ１５：交点温度演算ステップ）。
これによって、図１３に示すように、パッド面４の４つの交点温度を取得することができる。

そして、表面温度演算部１０７は、複数の交点Ｘにおける交点温度に基づいて、表面の任意の箇所における表面温度を演算する（Ｓ１６：表面温度演算ステップ）。
即ち、例えば図１３に示すように、４つの交点温度が８０℃、９０℃、１１０℃、１２０℃の場合、これら交点Ｘの間で距離に対して温度が線形に変化すると仮定すると、４つの交点Ｘによって囲まれる領域等温線Ｑを引くことができる。表面温度演算部１０７は、このようにパッド面４での温度が線形に変化することを前提として、４つの交点Ｘによって囲まれる領域の任意の点位置における表面温度を演算する。

このように本実施形態によれば、複数の交点Ｘにおける交点温度を演算し、これら交点温度に基づいてパッド面４の温度分布を演算することで、パッド面４の任意の箇所における表面温度を取得することができる。したがって、パッド面４の所望の位置における表面温度を容易かつ高精度に把握することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば第一実施形態及び第二実施形態では、副温度センサ１４を主温度センサ１３に対して周方向ｔ、径方向ｒ、軸方向ｚに離間した配置としたが、これに限定されることはなく、複数の副温度センサ１４が主温度センサ１３から異なる方向に離間していればよい。これによっても、実施形態同様、熱流束の三次元方向成分を考慮したパッド面４の温度を演算することができる。

また、第二実施形態では、副温度センサ１４を５個用いた例について説明したが、４つの副温度センサ１４を用いてもよいし、６つ以上の副温度センサ１４を用いてもよい。６つ以上の副温度センサ１４を用いた場合には、より多くの交点温度を取得することができるため、表面温度演算ステップにより任意の箇所での表面温度をより精度高く取得することができる。

また、実施形態では軸受装置８１としてジャーナル軸受に適用した例について説明したが、スラスト軸受に適用してもよい。また、軸受装置８１を、ティルティングパッド軸受、スリーブ軸受のいずれに適用してもよい。

さらに、実施形態では表面温度検出システム１０を用いた軸受装置８１を蒸気タービンに対して適用した例について説明したが、ガスタービンやポンプ、ファン等の他の回転機械に適用してもよい。また、表面温度検出システム１０を軸受装置８１のみならず、表面の温度検出を要する他の装置に適用してもよい。

１ 軸受ケーシング
２ 支持部
３ 軸受パッド
４ パッド面
５ 背面
６ 裏金
７ 表面層
１０ 表面温度検出システム
１１ 温度計測部
１２ 計測部本体
１３ 主温度センサ
１４ 副温度センサ
１４ａ 第一の副温度センサ
１４ｂ 第二の副温度センサ
１４ｃ 第三の副温度センサ
１４ｄ 第四の副温度センサ
１４ｅ 第五の副温度センサ
１５ａ 第一軸
１５ｂ 第二軸
１５ｃ 第三軸
１５ｄ 第四軸
１５ｅ 第五軸
２０ 蒸気タービン
３０ ケーシング
５０ 回転軸
６０ 静翼
７０ 動翼
８０ 軸受部
８１ ジャーナル軸受（軸受装置）
８２ スラスト軸受
１００ 表面温度演算装置
１０１ 等温平面演算部
１０２ 基準直線演算部
１０３ 形状データ記憶部
１０４ 交点距離演算部
１０５ 温度勾配演算部
１０６ 交点温度演算部
１０７ 表面温度演算部
１１０ 表示部
Ｏ 軸線
Ｓ 蒸気
Ｆ 等温平面
Ｌ 基準直線
Ｘ 交点
Ｄ 交点距離
Ｑ 等温線
ｔ 周方向
ｒ 径方向
ｚ 軸方向

Claims (8)

1. 温度検出対象となる表面を有する部材の内部に設けられた主温度センサ、及び、前記部材の内部に設けられて、前記主温度センサから互いに異なる方向に離間した少なくとも３つの副温度センサを有する温度計測部と、
   前記主温度センサ及び前記副温度センサが計測する温度が入力され、これら温度に基づいて前記部材の表面の温度を演算する表面温度演算装置と、
   を備えることを特徴とする表面温度検出システム。
2. 前記表面温度演算装置は、
   前記温度計測部から入力される温度に基づいて、前記主温度センサと３つの前記副温度センサとによって囲まれる閉領域に等温平面を作成する等温平面演算部と、
   該等温平面に直交するとともに前記主温度センサを通過する基準直線を作成する基準直線演算部と、
   前記基準直線と前記表面との交点における前記主温度センサから距離である交点距離を演算する交点距離演算部と、
   前記基準直線上における前記主温度センサと前記等温平面との間の温度勾配を演算する温度勾配演算部と、
   前記距離及び前記温度勾配に基づいて、前記交点における交点温度を演算する交点温度演算部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の表面温度検出システム。
3. 前記等温平面演算部は、複数の前記閉領域における前記等温平面をそれぞれ作成し、
   前記基準直線演算部は、各前記閉領域における前記等温平面に対応する前記基準直線をそれぞれ作成し、
   前記交点距離演算部は、これら基準直線と前記表面までの前記主温度センサからの各前記交点距離を演算し、
   前記温度勾配演算部は、各前記基準直線とこれら基準直線に対応する前記等温平面との間の前記温度勾配を演算し、
   前記交点温度演算部は、これら交点距離及び温度勾配に基づいて、各前記交点における交点温度をそれぞれ演算し、
   前記表面温度演算装置が、
   複数の前記交点における前記交点温度に基づいて、前記表面の任意の箇所における表面温度を演算する表面温度演算部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の表面温度検出システム。
4. 回転軸を外周側から支持する軸受パッドと、
   請求項１から３のいずれかの表面温度検出システムを備え、
   前記部材が軸受パッドであって、
   前記表面が該軸受パッドにおける回転軸と摺接するパッド面であることを特徴とする軸受装置。
5. 請求項４に記載の軸受装置を備えることを特徴とする回転機械。
6. 温度検出対象となる表面を有する部材の内部に設けられた主温度センサ、及び、前記部材の内部に設けられて、前記主温度センサから互いに異なる方向に離間した少なくとも３つの副温度センサを有する温度計測部を用いた表面温度検出方法であって、
   前記主温度センサ及び前記副温度センサが計測する温度に基づいて、前記部材の表面の温度を演算すること特徴とする表面温度検出方法。
7. 前記温度計測部から入力される温度に基づいて、前記主温度センサと３つの前記副温度センサとによって囲まれる閉領域に等温平面を作成する等温平面演算ステップと、
   該等温平面に直交するとともに前記主温度センサを通過する基準直線を作成する基準直線演算ステップと、
   前記基準直線と前記表面との交点における前記主温度センサから距離である交点距離を演算する距離演算ステップと、
   前記基準直線上における前記主温度センサと前記等温平面との間の温度勾配を演算する温度勾配演算ステップと、
   前記交点距離及び前記温度勾配に基づいて、前記交点における交点温度を演算する交点温度演算ステップと、
   を有することを特徴とする請求項６に記載の表面温度検出方法。
8. 前記等温平面演算ステップでは、複数の前記閉領域における前記等温平面をそれぞれ作成し、
   前記基準直線演算ステップでは、各前記閉領域における前記等温平面に対応する前記基準直線をそれぞれ作成し、
   前記交点距離演算ステップでは、これら基準直線と前記表面までの前記主温度センサからの各前記交点距離を演算し、
   前記温度勾配演算ステップは、各前記基準直線とこれら基準直線に対応する前記等温平面との間の前記温度勾配を演算し、
   前記交点温度演算ステップでは、これら交点距離及び温度勾配に基づいて、各前記交点における交点温度をそれぞれ演算し、
   前記表面温度演算ステップが、
   複数の前記交点における前記交点温度に基づいて、前記表面の任意の箇所における表面温度を演算する表面温度演算ステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の表面温度検出方法。

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