JP7429545B2 - プローブ装置 - Google Patents

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Description

本開示は、プローブ装置に関する。
蒸気タービン等の回転機械は、回転軸を備えている。回転機械の運転時に回転軸の状態を監視するため、振動計をはじめとする各種のセンサが設けられている。例えば、特許文献1には、回転軸を支持する軸受装置に固定される振動計のプローブと、軸受装置よりも外側に位置するケーシング(ケース)を貫通して設けられるガイド筒と、プローブに接続されてガイド筒に挿通された取付具と、を備える構成が開示されている。この構成において、取付具は、軸受装置に形成された雌ねじ孔に螺合する雄ねじ部を有している。また、取付具は、ケーシングの外側で螺合するナットにより、ガイド筒またはケーシングに固定されている。
国際公開第2018/104981号
ところで、特許文献1に開示された構成では、プローブに接続された取付具は、その一端が軸受装置に螺合することで固定され、他端がナットによりガイド筒またはケーシングに固定されている。このため、ナットを締め込んで行くと、取付部には、一端と他端とを結ぶ方向の引張力が作用する。その結果、ナットを強く締め込みすぎると、取付具が破断したり、損傷してしまう場合がある。これを防ぐために、ナットの締付トルクを厳しく管理することもできるが、それでは取付作業の手間が増えてしまう。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、取付作業の手間が増えることを抑えつつ、損傷を抑えることが可能なプローブ装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係るプローブ装置は、軸線周りに回転する回転軸と、回転機械のケーシングの内部に配置された軸受部によって支持された回転軸の状態を計測するプローブ装置であって、前記回転軸の状態を検出可能なプローブと、第一端が前記軸受部に対して固定可能とされ、前記第一端に前記プローブが固定されたプローブ保持部材と、前記ケーシングの内外を連通する連通孔に挿入可能とされ、内部に前記プローブ保持部材の第二端が挿入された筒状のガイドスリーブと、前記プローブ保持部材の前記第二端と前記ガイドスリーブの内周面との間で、前記第一端と前記第二端とを結ぶ前記プローブ保持部材の延伸方向に間隔をあけて複数が配置され、前記プローブ保持部材の外周面に沿って延びる環状をなすように弾性材料から形成された弾性支持部材と、を備え、前記ガイドスリーブは、前記連通孔に挿入された際に、前記ケーシングの外部から前記連通孔の途中までに至る長さで形成され、前記連通孔内で、前記プローブ保持部材の外周面と前記連通孔の内周面との間には、空間が形成され、前記弾性支持部材は、前記空間内に配置されないように、前記連通孔内であって前記プローブ保持部材の前記第二端と前記ガイドスリーブの内周面との間のみに配置されている。
本開示のプローブ装置によれば、取付作業の手間が増えることを抑えつつ、損傷を抑えることが可能となる。
本開示の実施形態に係る回転機械の構成を示す模式図である。 上記回転機械の軸受部に設けられたプローブ装置を示す断面図である。 図2のA-A矢視断面図である。 上記プローブ装置の要部を示す拡大断面図である。
以下、添付図面を参照して、本開示による回転機械を実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこの実施形態のみに限定されるものではない。
(蒸気タービンの構成)
以下、本開示の実施形態に係る回転機械について、図1~図4を参照して説明する。本開示の実施形態では、回転機械として、蒸気タービンを一例に示す。図1に示すように、回転機械としての蒸気タービン1は、ケーシング2と、ロータ3と、軸受部4と、を備えている。
(ケーシングの構成)
ケーシング2は、軸線方向Daに延びる筒状をなしている。軸線方向Daは、ロータ3の中心軸Oの延びる方向である。ケーシング2は、蒸気流入口21と、蒸気流出口22とを有している。蒸気流入口21は、ケーシング2において、軸線方向Daの第一側の端部に近い位置に配置されている。蒸気流入口21は、ケーシング2の外部から蒸気を内部に導入する。蒸気流出口22は、ケーシング2において、中心軸O方向の第二側の端部に近い位置に配置されている。蒸気流出口22は、ケーシング2内を流れた蒸気を外部に排出する。
(ロータの構成)
ロータ3は、回転軸31と、動翼32と、を備えている。回転軸31は、ケーシング2の内部に収容されている。回転軸31は、中心軸Oを中心として軸線方向Daに延びている。回転軸31の軸線方向Daの両端部は、ケーシング2に固定された軸受部4により、中心軸O回りに回転自在に支持されている。動翼32は、回転軸31の軸線方向Daに間隔をあけて複数段配置されている。各動翼32は、回転軸31の外周面に、回転軸31の中心軸Oを中心とした径方向Drの外側に向かって延びるように設けられている。
軸受部4は、ケーシング2の内部に配置されている。軸受部4は、第一軸受部4Aと、第二軸受部4Bと、を備えている。第一軸受部4Aは、軸線方向Daの第一側のケーシング2の端部に近い位置に配置されている。第一軸受部4Aは、回転軸31を中心軸O回りに回転自在に支持するジャーナル軸受41と、回転軸31を軸線方向Daで支持するスラスト軸受42と、を備えている。第二軸受部4Bは、軸線方向Daの第二側のケーシング2の端部に近い位置に配置されている。第二軸受部4Bは、ジャーナル軸受41を備えている。
(プローブ装置の構成)
図2及び図3に示すように、第一軸受部4A及び第二軸受部4Bのそれぞれのジャーナル軸受41には、プローブ11を備えたプローブ装置10が取り付けられている。各ジャーナル軸受41は、ケーシング2と一体に設けられた軸受台24上に配置されている。ジャーナル軸受41は、軸受本体411と、軸受ハウジング412と、を備えている。軸受本体411は、円環状で、その径方向Drの内側に回転軸31が挿入されている。軸受ハウジング412は、軸受本体411を支持する。軸受ハウジング412は、円環状で、軸受本体411の径方向Drの外側に配置されている。軸受ハウジング412は、軸受台24上に、図示しないハウジング支持部を介して支持されている。
ジャーナル軸受41の上方は、軸受台カバー25により覆われている。軸受台カバー25は、ケーシング2の一部を構成し、軸受台24上に、ボルト(図示無し)等により着脱可能に固定されている。軸受台カバー25は、軸受ハウジング412に対し、径方向Drの外側に間隔をあけて配置されている。
図3に示すように、プローブ装置10は、プローブ11と、プローブ保持部材12と、ガイドスリーブ13と、複数の弾性支持部材15と、を備えている。
(プローブの構成)
プローブ11は、回転軸31の状態を検出する。本開示の実施形態において、プローブ11は、回転軸31の中心軸Oに直交する径方向Drにおける回転軸31の振動を検出する振動計である。プローブ11は、円柱状をなしている。
(プローブ保持部材の構成)
プローブ保持部材12は、第一端12aから第二端12bに向かって直線状に延びる円筒状の部材である。プローブ保持部材12は、ジャーナル軸受41に対して、プローブ保持部材12の延伸方向Deを、径方向Drに一致させて配置されている。延伸方向Deは、プローブ保持部材12の第一端12aと第二端12bとを結ぶ方向である。プローブ保持部材12の第一端12aは、ジャーナル軸受41に対して固定可能とされている。プローブ保持部材12の第一端12aには、プローブ11が固定されている。
具体的には、プローブ保持部材12の第一端12aの外周面には、雄ねじ溝12nが形成されている。プローブ保持部材12の第一端12aは、軸受ハウジング412に形成された保持部材挿入孔412hに挿入されている。保持部材挿入孔412hの内周面には、雄ねじ溝12nに噛み合う雌ネジ溝412mが形成されている。プローブ保持部材12の第一端12aは、保持部材挿入孔412hにねじ込まれることで、軸受ハウジング412に固定されている。
プローブ保持部材12の第一端12aには、プローブ11が挿入可能なプローブ挿入孔12hが形成されている。プローブ挿入孔12hにプローブ11が圧入されることで、プローブ保持部材12にプローブ11が保持されている。プローブ11は、その先端部11sを、プローブ保持部材12から径方向Drの内側に突出させている。プローブ11は、先端部11sを回転軸31の外周面に近接させて配置させることで、回転軸31の径方向Drへの変位を検出する。プローブ11の配線(図示無し)は、筒状のプローブ保持部材12の内部に挿通されて、ケーシング2の外部に導出されている。
(ガイドスリーブの構成)
図3に示すように、ガイドスリーブ13は、ケーシング2の一部を構成する軸受台カバー25に固定されている。軸受台カバー25には、ケーシング2の内外を連通する連通孔26が形成されている。連通孔26は、径方向Drに沿って直線状に軸受台カバー25を貫通している。連通孔26は、径方向Drに延長させた場合に、保持部材挿入孔412hと連続するような位置に形成されている。連通孔26の内周面には、雌ねじ部26nが形成されている。
ガイドスリーブ13は、円筒状に形成されている。ガイドスリーブ13の外周面には、雌ねじ部26nに螺合する雄ねじ部13nを備えている。ガイドスリーブ13は、連通孔26に対して径方向Drの外側(ケーシング2の外部側)から挿入され、雄ねじ部13nを雌ねじ部26nに螺合させている。ここで、雄ねじ部13nは、径方向Drの外側から内側、つまりプローブ保持部材12の第一端12a側に向かってネジ径が漸次小さくなるテーパねじである。
また、ガイドスリーブ13は、ケーシング2の外部から連通孔26に挿入された際に、ケーシング2の外部から連通孔26の途中までに至る長さで形成されている。つまり、径方向Drにおけるガイドスリーブ13の長さは、径方向における連通孔26の長さよりも小さい。したがって、ガイドスリーブ13は、連通孔26において径方向Drの外側(ケーシング2の外部側)の一部にのみで、連通孔26と重なるように配置されている。
このようなガイドスリーブ13の内部には、プローブ保持部材12の第二端12bが挿入されている。ガイドスリーブ13の内径は、プローブ保持部材12の第二端12bの外径よりも僅かに大きい。つまり、ガイドスリーブ13の内周面とプローブ保持部材12の外周面との間には微小な隙間が形成されている。また、プローブ保持部材12は、ガイドスリーブ13よりも径方向Drの内側の部分で、連通孔26内に露出している。連通孔26内で、プローブ保持部材12の外周面と連通孔26の内周面との間には、空間26sが形成されている。
複数の弾性支持部材15は、第二端12bに近い位置でのプローブ保持部材12の外周面とガイドスリーブ13の内周面との間に配置されている。複数の弾性支持部材15は、プローブ保持部材12の延伸方向Deに間隔をあけて配置されている。各弾性支持部材15は、プローブ保持部材12の外周面に沿って延びる円環状をなしている。各弾性支持部材15は、ゴム系材料、シリコーン系材料等の弾性材料から形成されている。このような弾性支持部材15は、いわゆるOリングである。本開示の実施形態において、各弾性支持部材15は、プローブ保持部材12の外周面に、延伸方向Deに間隔をあけて形成された溝に嵌め込まれている。溝は、プローブ保持部材12の外周面に沿って周方向の全周にわたって連続している。溝に嵌め込まれた各弾性支持部材15は、ガイドスリーブ13の内周面に密着している。各弾性支持部材15は、プローブ保持部材12の第二端12bとガイドスリーブ13の内周面との間で、圧縮方向に弾性変形している。これら弾性支持部材15により、プローブ保持部材12が、ガイドスリーブ13内で弾性的に支持されている。
本開示の実施形態において、上記のような弾性支持部材15は、延伸方向Deに間隔をあけて例えば二つが配置されている。弾性支持部材15は、延伸方向Deに間隔をあけて三つ以上を配置することも可能である。
また、複数の弾性支持部材15の少なくとも一つは、延伸方向Deにおいて、雄ねじ部13n及び雌ねじ部26nの少なくとも一方と重なる位置に配置されている。本開示の実施形態では、径方向Drの外側に位置する弾性支持部材15である外側弾性支持部材15Aが、延伸方向Deにおいて雌ねじ部26nと重なる位置に配置されている。
プローブ保持部材12の第二端12bが挿入されたガイドスリーブ13には、キャップ18が装着されている。キャップ18は、ガイドスリーブ13のケーシング2の外部側を向く開口を塞いでいる。
(作用効果)
上記構成のプローブ装置10は、プローブ11を保持するプローブ保持部材12の第一端12aが、軸受部4に固定されている。プローブ保持部材12の第二端12bは、ガイドスリーブ13に挿入されている。プローブ保持部材12の第二端12bとガイドスリーブ13の内周面との間には、プローブ保持部材12の延伸方向Deに間隔をあけて複数の弾性支持部材15が配置されている。これにより、プローブ保持部材12の第二端12bは、間隔を空けて配置された複数の弾性支持部材15によって、ガイドスリーブ13と同心状に、ガイドスリーブ13に安定的に保持される。したがって、ナットを用いることなくプローブ保持部材12の第二端12bを固定することができる。これにより、ナットの締め込み過ぎに起因するプローブ保持部材12の損傷を抑えることができる。また、プローブ装置10の組立に際しては、ガイドスリーブ13内にプローブ保持部材12を挿入すればよい。その結果、取付作業の手間が増えることを抑えつつ、損傷を抑えることが可能となる。
また、複数の弾性支持部材15の少なくとも一つの弾性支持部材15であって、最も外部に近い位置に配置された外側弾性支持部材15Aは、延伸方向Deにおいて、連通孔26の雌ねじ部26nと重なる位置に配置されている。これにより、プローブ保持部材12の第二端12bが、ガイドスリーブ13がケーシング2に固定される位置に対して、非常に近い位置で固定される。したがって、弾性材料からなる弾性支持部材15を用いつつ、プローブ保持部材12の第二端12bを、より強固に保持することができる。
また、雄ねじ部13nは、プローブ保持部材12の第一端12a側に向かってネジ径が漸次小さくなるテーパねじである。これにより、ガイドスリーブ13を、ケーシング2に形成された連通孔26の中心に容易に芯合わせすることができる。したがって、ガイドスリーブ13に挿入されるプローブ保持部材12の第二端12bを、連通孔26の中心に芯合わせして配置することができる。
また、ガイドスリーブ13は、連通孔26においてケーシング2の外部に寄った一部にのみに配置されている。これにより、延伸方向Deにおけるガイドスリーブ13の長さが小さくて済む。したがって、ガイドスリーブ13を連通孔26に脱着する際に、ケーシング2の外部近傍に位置する他の部材等にガイドスリーブ13が干渉することを抑えることができる。また、連通孔26において、ケーシング2の内部側には、ガイドスリーブ13が配置されていない。このため、プローブ保持部材12と連通孔26の内周面との間の空間26sを大きく確保することができる。これにより、回転軸31の振動やミスアライメントにより、プローブ保持部材12の第一端12aが固定された軸受部4と、プローブ保持部材12の第二端12bが固定されたケーシング2とが相対変形することで、連通孔26内でプローブ保持部材12が変位しても、プローブ保持部材12が連通孔26の内周面に干渉しにくくなる。
また、プローブ11は、回転軸31の振動を検出する振動計である。振動計は、回転軸31の振動やミスアライメントによる変位が生じやすい場所に設けられる。このような振動計であるプローブ11を支持するプローブ保持部材12の第一端12aが軸受部4に固定され、第二端12bがケーシング2に設けられたガイドスリーブ13に複数の弾性支持部材15を介して支持される。これにより、振動計が、より安定的に保持され、取付作業の手間が増えるのを抑えつつ、損傷を抑えることが可能となる。
(その他の実施形態)
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、ガイドスリーブ13を、連通孔26の一部にのみ設けるようにしたが、これに限るものではない。例えば、ガイドスリーブ13を、軸受台カバー25よりも径方向Drの内側に突出させて設けるようにしてもよい。
また、プローブ保持部材12を、延伸方向Deに延びる筒状としたが、プローブ保持部材12を、延伸方向Deに1以上の関節を有する構成として、屈曲可能な構成としてもよい。
また、プローブ11として、振動計を例示したが、これに限らない。プローブ11は、回転軸31の状態を検出するのであれば、例えば、温度計等であってもよい。
さらに、上記実施形態で示したプローブ装置10の設置位置、設置数等は適宜変更可能である。
さらに、回転機械として、蒸気タービン1を例示したが、これに限らない。回転軸を備える回転機械であれば、例えば、遠心圧縮機等であってもよい。
<付記>
実施形態に記載のプローブ装置10は、例えば以下のように把握される。
(1)第1の態様に係るプローブ装置10は、回転機械のケーシング2の内部に配置された軸受部4によって支持された回転軸31の状態を計測するプローブ装置10であって、前記回転軸31の状態を検出可能なプローブ11と、第一端12aが前記軸受部4に対して固定可能とされ、前記第一端12aに前記プローブ11が固定されたプローブ保持部材12と、前記ケーシング2の内外を連通する連通孔26に挿入可能とされ、内部に前記プローブ保持部材12の第二端12bが挿入された筒状のガイドスリーブ13と、前記プローブ保持部材12の前記第二端12bと前記ガイドスリーブ13の内周面との間で、前記第一端12aと前記第二端12bとを結ぶ前記プローブ保持部材12の延伸方向Deに間隔をあけて複数が配置され、前記プローブ保持部材12の外周面に沿って延びる環状をなすように弾性材料から形成された弾性支持部材15と、を備える。
回転機械としては、蒸気タービン1や遠心圧縮機が挙げられる。また、プローブ11としては、振動計、温度計が挙げられる。また、弾性材料としては、ゴム系材料、シリコーン系材料が挙げられる。
プローブ保持部材12の第二端12bは、間隔を空けて配置された複数の弾性支持部材15によって、ガイドスリーブ13に安定的に保持される。したがって、ナットを用いることなくプローブ保持部材12の第二端12bを固定することができる。これにより、ナットの締め込み過ぎに起因するプローブ保持部材12の損傷を抑えることができる。また、プローブ装置10の組立に際しては、ガイドスリーブ13内にプローブ保持部材12を挿入すればよい。その結果、取付作業の手間が増えることを抑えつつ、損傷を抑えることが可能となる。
(2)第2の態様に係るプローブ装置10は、(1)のプローブ装置10であって、
前記ガイドスリーブ13の外周面には、前記連通孔26の内周面に形成された雌ねじ部26nに螺合可能とされた雄ねじ部13nが形成され、複数の前記弾性支持部材15の少なくとも一つは、前記延伸方向Deで前記雄ねじ部13n及び前記雌ねじ部26nの少なくとも一方と重なる位置に配置されていてもよい。
これにより、プローブ保持部材12の第二端12bが、ガイドスリーブ13がケーシング2に固定される部分に近い位置で固定される。したがって、弾性材料からなる弾性支持部材15を用いつつ、プローブ保持部材12の第二端12bを、より強固に保持することができる。
(3)第3の態様に係るプローブ装置10は、(2)のプローブ装置10であって、前記雄ねじ部13nは、前記プローブ保持部材12の前記第一端12aに向かってネジ径が漸次小さくなるテーパねじであってもよい。
これにより、ガイドスリーブ13を、ケーシング2に形成された連通孔26の中心に容易に芯合わせすることができる。したがって、ガイドスリーブ13に挿入されるプローブ保持部材12の第二端12bを、連通孔26の中心に芯合わせして配置することができる。
(4)第4の態様に係るプローブ装置10は、(1)から(3)の何れか一つのプローブ装置10であって、前記ガイドスリーブ13は、前記連通孔26に挿入された際に、前記ケーシング2の外部から前記連通孔26の途中までに至る長さで形成されていてもよい。
これにより、延伸方向Deにおけるガイドスリーブ13の長さが小さくて済む。ガイドスリーブ13を連通孔26に脱着する際に、ケーシング2の外周側に位置する他の部材等にガイドスリーブ13が干渉することを抑えることができる。また、連通孔26において、ケーシング2の内部側にガイドスリーブ13が設けられていない。このため、プローブ保持部材12と連通孔26の内周面との間の空間26sを大きく確保することができる。これにより、回転軸31の振動やミスアライメントにより軸受部4とケーシング2とが相対変形することで、連通孔26内でプローブ保持部材12が変位しても、プローブ保持部材12が連通孔26の内周面に干渉しにくくなる。
(5)第5の態様に係るプローブ装置10は、(1)から(4)の何れか一つのプローブ装置10であって、前記プローブ11は、前記回転軸31の振動を検出する振動計である。
これにより、振動計は、回転軸31の振動やミスアライメントによる変位が生じやすい場所に設けられる。このような振動計を支持するプローブ保持部材12の第一端12aが軸受部4に固定され、第二端12bがケーシング2に設けられたガイドスリーブ13に複数の弾性支持部材を介して支持される。これにより、振動計が、より安定的に保持され、取付作業の手間が増えるのを抑えつつ、損傷を抑えることが可能となる。
1…蒸気タービン(回転機械)
2…ケーシング
3…ロータ
4…軸受部
4A…第一軸受部
4B…第二軸受部
10…プローブ装置
11…プローブ
11s…先端部
12…プローブ保持部材
12a…第一端
12b…第二端
12m…溝
12n…雄ねじ溝
12h…プローブ挿入孔
13…ガイドスリーブ
13n…雄ねじ部
15…弾性支持部材
15A…外側弾性支持部材
18…キャップ
21…蒸気流入口
22…蒸気流出口
24…軸受台
25…軸受台カバー
26…連通孔
26n…雌ねじ部
26s…空間
31…回転軸
32…動翼
41…ジャーナル軸受
411…軸受本体
412…軸受ハウジング
412h…保持部材挿入孔
412m…雌ネジ溝
42…スラスト軸受
Da…軸線方向
Dc…周方向
De…延伸方向
Dr…径方向
O…中心軸

Claims (4)

  1. 軸線周りに回転する回転軸と、
    回転機械のケーシングの内部に配置された軸受部によって支持された回転軸の状態を計測するプローブ装置であって、
    前記回転軸の状態を検出可能なプローブと、
    第一端が前記軸受部に対して固定可能とされ、前記第一端に前記プローブが固定されたプローブ保持部材と、
    前記ケーシングの内外を連通する連通孔に挿入可能とされ、内部に前記プローブ保持部材の第二端が挿入された筒状のガイドスリーブと、
    前記プローブ保持部材の前記第二端と前記ガイドスリーブの内周面との間で、前記第一端と前記第二端とを結ぶ前記プローブ保持部材の延伸方向に間隔をあけて複数が配置され、前記プローブ保持部材の外周面に沿って延びる環状をなすように弾性材料から形成された弾性支持部材と、を備え
    前記ガイドスリーブは、前記連通孔に挿入された際に、前記ケーシングの外部から前記連通孔の途中までに至る長さで形成され、
    前記連通孔内で、前記プローブ保持部材の外周面と前記連通孔の内周面との間には、空間が形成され、
    前記弾性支持部材は、前記空間内に配置されないように、前記連通孔内であって前記プローブ保持部材の前記第二端と前記ガイドスリーブの内周面との間のみに配置されているプローブ装置。
  2. 前記ガイドスリーブの外周面には、前記連通孔の内周面に形成された雌ねじ部に螺合可能とされた雄ねじ部が形成され、
    複数の前記弾性支持部材の少なくとも一つは、前記延伸方向で前記雄ねじ部及び前記雌ねじ部の少なくとも一方と重なる位置に配置されている請求項1に記載のプローブ装置。
  3. 前記雄ねじ部は、前記プローブ保持部材の前記第一端に向かってネジ径が漸次小さくなるテーパねじである請求項2に記載のプローブ装置。
  4. 前記プローブは、前記回転軸の振動を検出する振動計である請求項1からの何れか一項に記載のプローブ装置。
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