JP6698256B2 - シール材摩耗検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象面に先端面を押し付けられつつ摺動移動するシール材の摩耗を検知するシール材摩耗検知装置に関し、特に、内部に規定圧力でガスを貯蔵するガスホルダのピストンのシール装置に設けられているシール材の摩耗を検知する場合に適用すると、有効なものである。

例えば、製鉄所等においては、コークス炉や高炉や転炉等の炉から生じるガス中に可燃性ガスが含まれているため、当該炉から生じたガスを円筒状のガスホルダ内に一旦貯蔵して、燃焼用のガスとして再利用できるようにしている。このようなガスホルダにおいては、上下方向へ摺動移動可能な板状のピストンを内部に備えることにより、内部に貯蔵する上記ガスを規定の圧力に保持できるようにして、当該ガスを規定の流量で容易に送出できるようにしている。

このようなガスホルダのピストンは、その周縁端において、周壁の内面との間でのガスの漏出を防止しつつ当該内面に対して摺動移動できるようにするため、シール装置が設けられている。このシール装置は、ピストンの周縁端に沿って設けられたフートリングと周壁の内面との間に取り付けられ、ゴム等の高分子材料からなるシール材の先端面を当該内面に対して押し付けると共に、上記フートリングと上記内面との間の空間にシールオイルを貯留したものであって、当該シールオイルがシール材に荷重を加えることにより、ガスホルダの内部に貯蔵されたガスの圧力にシール材が対抗できるようにすると共に、当該シールオイルがシール材の先端面と上記内面との間に介在するようになることにより、シール材の先端面が当該内面に対して容易に摺動移動できるようになっている。

このようなシール装置においては、使用していくにしたがって、シール材の先端側が次第に摩耗して、シール性能の低下を引き起こしてしまう。このため、例えば、下記特許文献１では、シール装置に非接触式の距離センサを設け、当該距離センサで周壁の内面までの距離を計測することにより、シール材の先端側の摩耗量を検知することを提案している。

特開２００８−２０８９５６号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載されている提案においては、電気的な結線が必要であるため、防爆仕様にしなければならず、煩雑な構造となって高価なものになってしまっていた。

このような問題は、上述したようなガスホルダのピストンのシール装置のシール材に限らず、対象面に先端面を押し付けられつつ摺動移動するシール材の摩耗を検知する場合であれば、上述した場合と同様にして生じ得ることである。

このようなことから、本発明は、シール材の摩耗を低コストで簡単に検知することができるシール材摩耗検知装置を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係るシール材摩耗検知装置は、対象面に先端面を押し付けられつつ摺動移動するシール材の摩耗を検知するシール材摩耗検知装置であって、前記シール材に先端側を固着された光ファイバと、前記光ファイバの基端側を接続されて当該光ファイバの長さを光学的に計測する光ファイバ長計測手段とを備えていることを特徴とする。

第二番目の発明に係るシール材摩耗検知装置は、第一番目の発明において、前記光ファイバ長計測手段が、光学時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）を備えていることを特徴とする。

第三番目の発明に係るシール材摩耗検知装置は、第一番目又は第二番目の発明において、前記光ファイバが、先端を前記シール材の先端面と面一となるように、当該シール材に固着されていることを特徴とする。

第四番目の発明に係るシール材摩耗検知装置は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記光ファイバが、前記対象面に対して先端側の軸方向を垂直方向へ向けるように、前記シール材に配向されていることを特徴とする。

第五番目の発明に係るシール材摩耗検知装置は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記光ファイバが、対をなして設けられ、一方が、前記シール材の摺動移動方向一方側に先端側を固着された一方側用光ファイバであり、他方が、前記シール材の摺動移動方向他方側に先端側を固着された他方側用光ファイバであることを特徴とする。

第六番目の発明に係るシール材摩耗検知装置は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記シール材が、内部に規定圧力でガスを貯蔵するガスホルダのピストンのシール装置に設けられているものであり、前記対象面が、前記ガスホルダの周壁の内面であることを特徴とする。

本発明に係るシール材摩耗検知装置によれば、シール材の摺動移動に伴って、当該シール材の先端側が徐々に摩耗して次第に減少すると共に、光ファイバの先端側も摩耗して短くなることから、光ファイバ長計測手段で上記光ファイバの長さを計測することにより、電気的な結線を使用することなく上記シール材の摩耗を検知することができる。このため、防爆仕様を不要とすることができ、簡単な構造にすることができるので、上記シール材の摩耗を低コストで簡単に検知することができる。

本発明に係るシール材摩耗検知装置をガスホルダのピストンのシール装置のシール材に対して適用した場合の主な実施形態のガスホルダの全体概略構成図である。 図１の要部抽出拡大図である。 図２の要部抽出拡大図である。

本発明に係るシール材摩耗検知装置の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

〈主な実施形態〉
本発明に係るシール材摩耗検知装置をガスホルダのピストンのシール装置のシール材に対して適用した場合の主な実施形態を図１〜３に基づいて説明する。

図１に示すように、円筒状をなす周壁１１の上部は、凹板状をなす天板１２で塞がれている。前記周壁１１の下部には、ガスの給排を行う給排口１３が設けられている。前記天板１２の上部には、換気筒１４が設けられている。前記周壁１１の内側には、凹板状をなすピストン１５が当該周壁１１と同軸をなすように配設されている。前記ピストン１５の周縁端には、フートリング１６内周側が当該ピストン１５と同軸をなすようにして取り付けられている。前記フートリング１６の外周側には、当該フートリング１６と前記周壁１１の内面との間をシールするシール装置２０が設けられており、当該シール装置２０は、以下のような構成となっている。

図２，３に示すように、前記フートリング１６の前記周壁１１との対向面の下方寄りには、支持ビーム２１の基端側が連結固定されており、当該支持ビーム２１は、当該フートリング１６の周方向に沿って所定の間隔で複数設けられている。前記支持ビーム２１の先端側には、保持具２２の基端側がそれぞれ連結固定されている。前記保持具２２の先端側には、ゴム等の高分子材料からなる環状のシール材２３Ａ，２３Ｂが前記周壁１１及び前記ピストン１５と同軸をなして上下方向で対をなすように二つ配設されている。

前記シール材２３Ａ，２３Ｂの対向間には、スペーサ２４が介在している。前記シール材２３Ａ，２３Ｂ及び前記スペーサ２４は、固定具２５Ａ，２５Ｂにより、基端側（図２，３中、右側）が前記保持具２２に対して一体的に固定保持されている。前記シール材２３Ａ，２３Ｂは、先端面（図２，３中、左面）が前記周壁１１の内面に押し付けられている。

図２に示すように、前記フートリング１６の前記周壁１１との対向面の下端部と前記保持具２２の下端部との間は、シート２６で仕切られている。前記周壁１１と前記フートリング１６と前記シール材２３Ａと前記保持具２２と前記シート２６とで形成される空間には、シールオイル２７が充填されている。

つまり、前記シール装置２０は、前記周壁１１の内面に対する前記ピストン１５及び前記フートリング１６の昇降移動を可能にしながらも当該周壁１１の内部の当該ピストン１５及び当該フートリング１６の下方空間と上方空間との間の気密性を維持することができるようになっているのである。

図２，３に示すように、前記シール装置２０の前記シール材２３Ａの上面（摺動移動方向一方側）には、光ファイバ１０１Ａの先端側が軸方向を当該シール材２３Ａの径方向へ向けるように、すなわち、前記周壁１１の内面に対して軸方向を垂直方向へ向けるようにして配向されており、当該光ファイバ１０１Ａは、先端面を当該シール材２３Ａの先端面と面一となるように当該シール材２３Ａの上面に先端側が固着されると共に、当該シール材２３Ａの周方向に沿って所定の間隔で複数本（例えば、等間隔で八本）配設されている。

また、前記シール装置２０の前記シール材２３Ｂの下面（摺動移動方向他方側）には、光ファイバ１０１Ｂの先端側が、軸方向を当該シール材２３Ｂの径方向へ向けるように、すなわち、前記周壁１１の内面に対して軸方向を垂直方向へ向けるようにして配向されており、当該光ファイバ１０１Ｂは、先端面を当該シール材２３Ｂの先端面と面一となるように当該シール材２３Ａの下面に先端側が固着されると共に、当該シール材２３Ｂの周方向に沿って所定の間隔で複数本（例えば、等間隔で八本）配設されている。

つまり、前記光ファイバ１０１Ａは、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摺動移動方向一方側（上側）に先端側を固着された一方側用のものであり、前記光ファイバ１０１Ｂは、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摺動移動方向他方側（下側）に先端側を固着された他方側用のものであり、当該光ファイバ１０１Ａと当該光ファイバ１０１Ｂとは、対をなすようにして複数組（例えば、八組）設けられているのである。

前記光ファイバ１０１Ａの基端側は、図１に示すように、前記換気筒１４内に配設された光学時間領域反射率計（Optical Time Domain Reflectometer：ＯＴＤＲ）１０２にそれぞれ接続されており、当該ＯＴＤＲ１０２は、当該光ファイバ１０１Ａの長さをｍｍ単位で計測することができるようになっている（例えば、スイス国Luciol Instruments社製「ν‐ＯＴＤＲ（商品名）」等）。前記ＯＴＤＲ１０２は、計測結果を演算処理する演算装置１０３に接続している。前記演算装置１０３には、演算結果を文字や数字や光や音声等で表示するモニタやランプやスピーカ等の表示器１０４が接続されている。

図３に示すように、前記光ファイバ１０１Ｂは、前記シール材２３Ｂ及び前記シール材２３Ａを貫通して、基端側が、前記フートリング１６及び前記ピストン１５の上方に位置し、図１に示すように、前記ＯＴＤＲ１０２にそれぞれ接続されており、その長さを当該ＯＴＤＲ１０２によってｍｍ単位で計測され得るようになっている。また、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの前記光ファイバ１０１Ｂの貫通部分は、コーキング材により、密封処理されている。

なお、本実施形態においては、前記ＯＴＤＲ１０２、前記演算装置１０３、前記表示器１０４等により、光ファイバ長計測手段を構成し、前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂ、前記光ファイバ長計測手段等により、シール材摩耗検知装置１００を構成している。

このようなシール材摩耗検知装置１００を備えた本実施形態に係るガスホルダ１０においては、前記給排口１３から前記周壁１１の内部にガスを供給すると共に、前記ピストン１５を当該周壁１１の内面に沿って上昇させると、当該ピストン１５及び前記フートリング１６並びに前記シール装置２０の下方と当該周壁１１とで包囲される空間内にガスを規定の圧力で保持しながら貯蔵することができ、当該空間内のガスを上記給排口１３から排出すると共に、上記ピストン１５を当該周壁の内面に沿って下降させると、上記空間内のガスを規定の圧力で保持して、一定の流量で送出することができる（詳細には前記特許文献１参照）。

ここで、前記ピストン１５の昇降移動に伴って、前記シール装置２０の前記シール材２３Ａ，２３Ｂの先端面が前記周壁１１の内面に押し付けられつつ摺動移動することから、当該シール材２３Ａ，２３Ｂの先端側が徐々に摩耗して次第に減少すると共に、前記シール材摩耗検知装置１００の前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの先端側も当該シール材２３Ａ，２３Ｂと一緒になって徐々に摩耗して次第に短くなっていく。

そして、ガスの給排が規定時間行われるか、前記ピストン１５の昇降移動が規定長行われて、前記シール材摩耗量計測装置１００が作動すると、前記ＯＴＤＲ１０２が前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの長さを各々計測し、前記演算装置１０３が、当該ＯＴＤＲ１０２からの情報に基づいて、予め計測されて入力されている当該光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの当初の長さと上記ＯＴＤＲ１０２で計測された上記長さとの差分、すなわち、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗量を算出する。

前記演算装置１０３は、算出された前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗量が規定値未満である場合、その旨の情報（算出値や「ＯＫ」信号等）を前記表示装置１０４に出力して表示させることにより、当該シール材２３Ａ，２３Ｂの交換が不要であることを作業者に告知し、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗量が規定値以上である場合、その旨の情報（算出値や「ＮＧ」信号等）を前記表示装置１０４に出力して表示させることにより、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの交換が必要であることを作業者に告知する。

つまり、本実施形態においては、前記シール材２３Ａ，２３Ｂと一緒になって一体的に摩耗するように前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂを設けて、当該光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの長さを前記ＯＴＤＲ１０２で光学的に計測することにより、当該シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗量を計測できるようにしたのである。

このため、本実施形態では、前記周壁１１の内部に電気的な結線を使用することなく前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗を検知することができるので、防爆仕様を不要とすることができ、簡単な構造にすることができる。

したがって、本実施形態によれば、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗を低コストで簡単に計測することができる。

また、上方の前記シール材２３Ａと下方の前記シール材２３Ｂとで摩耗量に相違を生じたとしても、当該シール材２３Ａ，２３Ｂに前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂをそれぞれ配設している、すなわち、上記シール材２３Ａ，２３Ｂの摺動移動方向一方側（上側）と他方側（下側）とに対をなすように前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂを配設していることから、当該シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗量をそれぞれ計測することができるので、当該シール材２３Ａ，２３Ｂの交換時期をより正確に把握して予測することができる。

〈他の実施形態〉
なお、前述した実施形態においては、前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの先端面を前記シール材２３Ａ，２３Ｂの先端面と面一となるように当該シール材２３Ａ，２３Ｂに当該光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの先端側を固着するようにしたが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの規定値の摩耗量となる位置に前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの先端面を位置させるように当該シール材２３Ａ，２３Ｂに当該光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの先端側を固着し、前記ＯＴＤＲ１０２により、当該光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂが短くなったことを検知したときに、上記シール材２３Ａ，２３Ｂの交換時期が到来したことを告知できるようにすることも可能である。

しかしながら、前述した実施形態のように、前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの先端面を前記シール材２３Ａ，２３Ｂの先端面と面一となるように当該シール材２３Ａ，２３Ｂに当該光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの先端側を固着するようにすれば、当該シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗量を経時的に追従して把握することができることから、当該シール材２３Ａ，２３Ｂの交換時期を予測して対応することが容易となるので、非常に好ましい。

また、前述した実施形態においては、前記光ファイバ１０１Ａ，１０２Ａの先端側が、軸方向を前記シール材２３Ａ，２３Ｂの径方向へ向けるように、すなわち、前記周壁１１の内面に対して軸方向を垂直方向へ向けるように、当該シール材２３Ａ，２３Ｂに配向されている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの先端側が、前記周壁１１の内面に対して軸方向を交差させる方向へ向けるように、当該シール材２３Ａ，２３Ｂに配向されていれば、当該光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの長さを計測して当該シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗量を計測することが可能である。

しかしながら、前述した実施形態のように、前記光ファイバ１０１Ａ，１０２Ａの先端側が、前記周壁１１の内面に対して軸方向を垂直方向へ向けるように、前記シール材２３Ａ，２３Ｂに配向されていれば、当該光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂの長さを正確に計測することが容易にでき、当該シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗量を正確に計測することが容易にできるので、非常に好ましい。

また、前述した実施形態においては、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摺動移動方向一方側（上側）と他方側（下側）とに対をなすように前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂを配設するようにしたが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摺動移動方向一方側（上側）及び他方側（下側）のいずれか一つに前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂのいずれか一つのみを配設するようにすることも可能である。

しかしながら、前述した実施形態のように、前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摺動移動方向一方側（上側）と他方側（下側）とに対をなすように前記光ファイバ１０１Ａ，１０１Ｂを配設すれば、先に説明したように、当該シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗量をそれぞれ計測することができ、当該シール材２３Ａ，２３Ｂの交換時期をより正確に把握して予測することができるので、非常に好ましい。

また、前述した実施形態においては、対をなす前記シール材２３Ａ，２３Ｂの間に前記スペーサ２４を介在させて前記固定具２５Ａ，２５Ｂにより前記保持具２２に対して一体的に固定保持したシール装置２０の当該シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗の検知に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、スペーサを介在させることなく単一のシール材を固定具により保持具に対して一体的に固定保持したシール装置の当該シール材の摩耗の検知に適用することも可能である。

また、前述した実施形態においては、前記支持ビーム２１の先端側に前記保持具２２の基端側を連結固定したシール装置２０のシール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗の検知に適用した場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、支持ビームの先端側に保持具の基端側を揺動可能に連結したシール装置（例えば、前記特許文献１等参照）のシール材の摩耗の検知に適用することも可能である。

また、前述した実施形態においては、前記ガスホルダ１０の前記ピストン１５の前記シール装置２０の前記シール材２３Ａ，２３Ｂの摩耗検知に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、対象面に先端面を押し付けられつつ摺動移動するシール材の摩耗を検知する場合であれば、前述した実施形態の場合と同様に適用することができる。

本発明に係るシール材摩耗検知装置は、シール材の摩耗を低コストで簡単に検知することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。

１０ ガスホルダ
１１ 周壁
１２ 天板
１３ 給排口
１４ 換気筒
１５ ピストン
１６ フートリング
２０ シール装置
２１ 支持ビーム
２２ 保持具
２３Ａ，２３Ｂ シール材
２４ スペーサ
２５Ａ，２５Ｂ 固定具
２６ シート
２７ シールオイル
１００ シール材摩耗検知装置
１０１Ａ，１０１Ｂ 光ファイバ
１０２ 光学時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）
１０３ 演算装置
１０４ 表示器

Claims (5)

1. 対象面に先端面を押し付けられつつ摺動移動するシール材の摩耗を検知するシール材摩耗検知装置であって、
   前記シール材に先端側を固着された光ファイバと、
   前記光ファイバの基端側を接続されて当該光ファイバの長さを光学的に計測する光ファイバ長計測手段と
   を備え、
   前記光ファイバが、対をなして設けられ、
   一方が、前記シール材の摺動移動方向一方側に先端側を固着された一方側用光ファイバであり、
   他方が、前記シール材の摺動移動方向他方側に先端側を固着された他方側用光ファイバであることを特徴とするシール材摩耗検知装置。
2. 請求項１に記載のシール材摩耗検知装置において、
   前記光ファイバ長計測手段が、光学時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）を備えていることを特徴とするシール材摩耗検知装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のシール材摩耗検知装置において、
   前記光ファイバが、先端を前記シール材の先端面と面一となるように、当該シール材に固着されていることを特徴とするシール材摩耗検知装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシール材摩耗検知装置において、
   前記光ファイバが、前記対象面に対して先端側の軸方向を垂直方向へ向けるように、前記シール材に配向されていることを特徴とするシール材摩耗検知装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシール材摩耗検知装置において、
   前記シール材が、内部に規定圧力でガスを貯蔵するガスホルダのピストンのシール装置に設けられているものであり、
   前記対象面が、前記ガスホルダの周壁の内面であることを特徴とするシール材摩耗検知装置。
   

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