JPH0460543B2 - - Google Patents

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JPH0460543B2
JPH0460543B2 JP61068611A JP6861186A JPH0460543B2 JP H0460543 B2 JPH0460543 B2 JP H0460543B2 JP 61068611 A JP61068611 A JP 61068611A JP 6861186 A JP6861186 A JP 6861186A JP H0460543 B2 JPH0460543 B2 JP H0460543B2
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JP
Japan
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mechanical seal
vibration sensor
frequency
frequency vibration
100khz
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3492—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member with monitoring or measuring means associated with the seal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 「産業上の利用分野」 本発明のメカニカルシールに関する。詳しくは
メカニカルシールの摺動面の状態を判断する方法
及び装置に関する。
「従来の技術」 流体の輸送を目的とする回転機械においては、
軸封装置にしばしばメカニカルシールを用いる
が、メカニカルシールは、他の機械要素に比べて
故障を発生する確率が極めて高いにもかかわら
ず、実際に漏れを発生するまでその異常を検知す
ることができず、故障を事前に予測することは困
難であつた。
従来、高周波振動センサーを回転機械の摺動部
材（固定側）に取り付き、摺動により発生する高
周波振動を検出して摺動部材の異常を検知する方
法が提案されている（特開昭55−98353号公報）
が、この方法は検知波形の振幅の単なる大小の比
較により異常の有無を判別するものであり、例え
ばバランスデイスクとバランスシート、ラビリン
スシールと軸等の接触を有無を判別するには有効
であるが、メカニカルシールのように常に接触し
て摺動する状態を監視し評価することはできな
い。また、比較的低周波数帯域に感度特性を有す
る振動センサーでメカニカルシールの振動を測定
しメカニカルシールの摺動状態を評価しようとす
る試みがなされたが、この方法ではメカニカルシ
ール以外の軸受や流体音等によるノイズの影響を
受けやすく、十分にメカニカルシールの摺動状態
を評価することはできない。
本発明は、運転中のメカニカルシールの摺動状
態を簡便かつ確実に評価し、メカニカルシールの
故障の予測を可能にする装置を提供することを目
的とするものである。
〔発明の構成〕
「問題点を解決するための手段」 メカニカルシール以外の軸受や流体音等による
ノイズば100KHz以下の低周波数帯域であり、一
方メカニカルシールが発生する振動は100KHz〜
2MHzの高周波数帯域である。本発明は、100KHz
〜2MHzの広帯域の周波数感度特性を有する高周
波振動センサー又は100KHz〜2MHzの範囲内に共
振点を持つ狭帯域の周波数感度特性を有する高周
波振動センサーを用いることにしたため、メカニ
カルシール以外のノイズの影響を無視しうるほど
小さくできる。そして機械装置のケーシングに該
高周波振動センサーを取り付ける極めて簡便な方
法で確実にメカニカルシールが発生する高周波振
動を検出可能にした。
メカニカルシールの摺動面では、液体の密封と
その液体の潤滑効果により摺動材料の摩耗を防止
する相矛盾する二つの機能が行われており、潤滑
膜の形成状態及びその安定度が、メカニカルシー
ルの寿命や故障の発生に大きく影響する。メカニ
カルシールが発生する高周波振動は、摺動材料同
志の固体接触に起因し潤滑膜の形成状態と密接な
関係があり、潤滑膜が破断した乾燥摩擦の状態に
近くなる程、振動の振幅が大きくなり周波数も高
くなる。また、メカニカルシールの摺動状態は必
ずしも一定とは限らず、潤滑膜の形成状態が不安
定な場合には、メカニカルシールが発生する高周
波振動はその安定度に応じて変動する。
メカニカルシールを備える回転機械のメカニカ
ルシールに対して外部側に取付けられた運転中の
メカニカルシールが発生する高周波振動を計測す
る高周波振動センサーと、該高周波振動センサー
の出力を入力して、メカニカルシールの摺動面の
各状態におけるメカニカルシールが発生する高周
波振動100KHz〜2MHzを解析してその高周波振動
センサー出力の実効値、エネルギー値、出力の振
幅が単位時間に一定のしきい値を超えた数のいず
れかあるいはいくつかを連続的に計測し、その値
のレベルの大小及び単位時間における変動幅の大
小、又は高周波振動センサー出力の振幅が単位時
間に一定のしきい値を超えた数を、しきい値の大
きさを変えて係数して得た振幅分布等のメカニカ
ルシールの摺動状態の評価値を出力する演算装置
を備えたメカニカルシール摺動状態評価装置であ
り、上述の潤滑膜の形成状態及びその安定度を明
確に評価できるようになつた。
「実施例」 以下、本発明の実施例を図面により説明する。
第１図はポンプの縦断面図である。
モータ１のモータ軸に軸継手２により直結され
たポンプ軸３はポンプケーシング４に収容された
軸受５に支持され、メカニカルシール及び不図示
のオイルシール等の軸封装置６により軸封されポ
ンプ室７に突出してポンプ室７にて羽根車８を備
える。
メカニカルシールはポンプケーシング４に密封
輪９により密封され軸方向移動自在な従動リング
１１と従動リング１１と摺動するポンプ軸３に固
定した回転リング１２、従動リング１１とポンプ
ケーシング４間にあつて従動リング１１を回転リ
ング１２に向けて軸方向に附勢しているばね１３
とからなつており、これらは冷却、潤滑を兼ねる
液体中に大部分が浸漬している。尚、従動リング
１１が回転しないように別に回り止めを設ける場
合もある。ポンプケーシング４には高周波振動セ
ンサー１４が取り付けられている。
第２図はブロツク図であつて上記ポンプケーシ
ング４に取付けられた高周波振動センサー１４が
検出したメカニカルシールの振動波型は増幅器１
５で増幅されて計測用電子計算機１６に入力され
て演算されその結果は出力表示装置１７に出力さ
れ表示される。
高周波振動センサー１４は、メカニカルシール
以外の軸受や流体音等によるノイズの影響を低減
するために、これらのノイズが100KHz以下の比
較的低周波数帯域であることに着目して、100K
Hz〜2MHzの広帯域の周波数感度特性を有する広
帯域型高周波振動センサー１４又は100KHz〜2M
Hzの範囲内に共振点を持つ狭帯域の周波数感度特
性を有する共振型高周波振動センサー１４を用い
る。第３図に広帯域型高周波振動センサー１４の
周波数感度特性の一例を、第４図に共振型高周波
振動センサー１４の周波数感度特性の一例を示
す。計測用電子計算機１６は、高速Ａ／Ｄ変換器
により高周波振動センサー１４の出力を読み取
り、各種の演算や評価を行う。尚、実効値等の演
算は必ずしも計測用電子計算機１６で行う必要は
なく、高周波振動センサー１４の出力を実効値電
圧計等に導きその出力を計測用電子計算機１６で
読み取る方法を用いてもよい。
本発明の作用例を第５図のフローチヤートを用
いて説明する。
モータ１が附勢されると軸継手２を介してポン
プ軸３は回転し、羽根車８により液体を吸込み昇
圧増速して吐出する。回転リング１２と従動リン
グ１１は摺擦する。回転リング１２と従動リング
１１は固体摺動分に基づく振動はケーシング４中
を殆んど減衰することなく伝わり、高周波振動セ
ンサー１４により検出される。
系が作動するとステツプ１０１では高周波振動
センサー１４により、上記回転リング１２と従動
リング１１の摺動面より発する高周波振動が測定
されて増幅器１５で増幅される。ステツプ１０１
の信号はステツプ１０２では計測用電子計算機１
６に入力されてＡ／Ｄ変換されて実効値或はエネ
ルギー値もしくは出力の振幅が単位時間に一定の
しきい値を超えた数の何れかがもとめられ遂次記
憶される。ステツプ１０３では上記計算が一定時
間経過したか否かが判断され、一定時間になるま
でくり返される。得られたデータ群はステツプ１
０４で統計的に分析され、ステツプ１０５でデー
タ及びメカニカルシールの摺動状態の評価結果を
出力してデイスプレイ又はプリンター、プロツタ
ー等の出力表示装置１７に出力する。以上がくり
返される。
高周波振動のデータ解析例及びそのデータを用
いたメカニカルシール摺動面の評価方法の一例
を、第６図に示す。第６図は任意の時間に連続的
に測定したデータ群の度数分布を求めたものであ
り、図の横軸は、高周波振動の実効値又はエネル
ギー値又は出力の振幅が単位時間に一定のしきい
値を超えた数のいずれでもよく、縦軸はデータの
頻度である。図中、破線で示したのは摺動面に良
好な潤滑膜が形成されている場合、実線で示した
のは潤滑膜の形成が不安定な場合、一点鎖線で示
したのは潤滑膜の形成が不十分で乾燥摩擦に近い
場合である。また、それぞれの場合の平均値及び
偏差を図中に記号ａ１〜ａ３及びｓ１〜ｓ３で示
した。これらの値により、上述の摺動面の状態を
定量的に評価し、摺面の状態を表示する。
第７図に、他の評価方法を示す。第７図は高周
波振動センサー出力の振幅が単位時間に一定のし
きい値を超えた数を、しきい値の大きさを変えて
係数して得た振幅分布を求めたものであり、図
中、△印で示したのは摺動面に良好な潤滑膜が形
成されている場合、○印で示したのは潤滑膜の形
成が不安定な場合、●印で示したのは潤滑膜の形
成が不十分で乾燥摩擦に近い場合である。この評
価方法によつても、摺動面の状態を明確に区分す
ることができる。
〔発明の効果〕
本発明はメカニカルシールを備える回転機械の
メカニカルシールに対して外部側に取付けられた
運転中のメカニカルシールが発生する高周波振動
を計測する高周波振動センサーと、該高周波振動
センサーの出力を入力して、メカニカルシールの
摺動面の各状態におけるメカニカルシールが発生
する高周波振動を解析してその高周波振動センサ
ー出力の実効値、エネルギー値、出力の振幅が単
位時間に一定のしきい値を超えた数のいずれかあ
るいはいくつかを連続的に計測し、その値のレベ
ルの大小及び単位時間における変動幅の大小、又
は高周波振動センサー出力の振幅が単位時間に一
定のしきい値を超えた数を、しきい値の大きさを
変えて計数して得た振幅分布等のメカニカルシー
ルの摺動状態の評価値を出力する演算装置を備え
たメカニカルシール摺動状態評価装置としたか
ら、摺動面の状態が使用の始めから摩耗して使用
不可になるまで遂次把握可能となる。
本発明は、機械装置のケーシング外にセンサー
を取り付けたため、極めて簡便な方法で確実にメ
カニカルシールが発生する高周波振動を検出可能
にした。
本発明は、メカニカルシールが発生する極めて
高い周波数の振動を測定し、その高周波振動セン
サー出力の実効値、エネルギー値、出力の振幅が
単位時間に一定のしきい値を超えた数のいずれか
あるいはいくつかを連続的に計測し、その値のレ
ベルの大小及び単位時間における変動幅の大小、
又は高周波振動センサー出力の振幅が単位時間に
一定のしきい値を超えた数を、しきい値の大きさ
を変えて計数して得た振幅分布等を用いることに
したため、メカニカルシール摺動面の潤滑膜の形
成状態及びその安定度を評価できるようになつ
た。
本発明により、運転中のメカニカルシールの摺
動状態を評価することができるようになり、メカ
ニカルシールの故障の予測が可能になつた。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は
制御ブロツク図、第３図、第４図は高周波振動セ
ンサーの感度特性を示す線図、第５図はフローチ
ヤート、第６図、第７図はメカニカルシールの摺
動状態の評価線図である。 １……モータ、２……軸継手、３……ポンプ
軸、４……ポンプケーシング、５……軸受、６…
…軸封装置、７……ポンプ室、８……羽根車、９
……密封輪、１１……従動リング、１２……回転
リング、１３……ばね、１４……高周波振動セン
サー、１５……増幅器、１６……計測用電子計算
機、１７……出力表示装置、１０１〜１０５……
ステツプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ メカニカルシールを備える回転機械のメカニ
    カルシールに対して外部側に取付けられた運転中
    のメカニカルシールが発生する高周波振動を計測
    する高周波振動センサーと、該高周波振動センサ
    ーの出力を入力して、メカニカルシールの摺動面
    の各状態におけるメカニカルシールが発生する高
    周波振動100KHz〜2MHzを解析してその高周波振
    動センサー出力の実効値、エネルギー値、出力の
    振幅が単位時間に一定のしきい値を超えた数のい
    ずれかあるいはいくつかを連続的に計測し、その
    値のレベルの大小及び単位時間における変動幅の
    大小、又は高周波振動センサー出力の振幅が単位
    時間に一定のしきい値を超えた数を、しきい値の
    大きさを変えて計数して得た振幅分布等のメカニ
    カルシールの摺動状態の評価値を出力する演算装
    置を備えたメカニカルシール摺動状態評価装置。 ２ 高周波振動センサーの周波数感度特性を、
    100KHz〜2MHzの広帯域型あるいは100KHz〜2M
    Hzの範囲内に共振点を有する狭帯域型とし、さら
    に必要に応じてハイパスフイルターを用いて
    100KHz以下の周波数感度特性を鈍くして、主に
    100KHz以上の高周波振動を検知するようにした
    特許請求の範囲第１項記載のメカニカルシール摺
    動状態評価装置。
JP61068611A 1986-03-28 1986-03-28 メカニカルシ−ル摺動状態評価装置 Granted JPS62226033A (ja)

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