JPH05508696A - ケーシング壁と軸との間の貫通部間隙の軸封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ケーシング壁と軸との間の貫通部間隙の軸封装置この発明は、ケーシング壁とこ れに対して相対的に回転する軸との間の貫通部間隙を、この軸を取り囲むととも にケーシング壁に対してもまた軸に対しても！封し、ケーシング壁に相対的に変 位可能でかつ軸によって回転しないパツキンリングにより密封する軸封装置に関 する。

このような所謂「軸封装置」は、例えば空気以外の流体が封し込められているケ ーシングの壁を通る軸貫通部が密封されねばならない場合に多種多様に使用され ている。このような軸封装置は、例えば水素のようなガスによって冷却されるタ ーボ発電機の軸に対して例えば必要である。その場合、軸封部の使用に際してケ ーシング中に封じ込まれるべき流体の圧力が周囲圧力より大きいか小さいかはさ したる問題ではない。

この種の軸封装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３７２３７２９号 明細書及び英国特許出願公開第０７６０７８１号明細書に記載されている。これ らの文献は軸封装置の改良の特に多様の可能性を明らかにしている。ドイツ連邦 共和国特許出願公開第３７２３７２９号明細書は貫通部を持つケーシング壁のパ ツキンリングの構成に関するものであり、このパツキンリングはケーシング壁に 対して相対的に回転可能ではないが、位置決めの目的で容易に変位可能である。

英国特許出願公開第０７６０７８１号明細書においては、パツキンリング、ケー シング壁及び軸の間の間隙に密封液及び／或いは潤滑液を供給するための多様な 可能性が記載されている。

この発明は、上述の種類の軸封装置の機能の制御方法に関する。多くの場合、特 に大型の電気機械等においては、軸はケーシング壁やパツキンリングに対して相 対的に高回転数（ターボ発電機の場合代表的には３０００回転／分）で回転する 。それ故パツキンリングの軸上での滑り性については非常に高い要求が課せられ ており、通常特に高性能の潤滑が行われねばならない、多くの場合パツキンの機 能調整が望ましい、このような機能調整は、軸に直接隣接するパツキンリング部 分の温度を過当なセンサにより計測することによって既に莫現している。しかし この測定方法はパンキンリングの熱容量に基づきある程度の慣性を持っている。

即ち、滑り特性の劣化は、ある時間を経過した後パツキンリングが著しく加熱さ れたとき初めて検知され、従ってパツキンリング及び／或いは軸における損傷は ある遅れをもって初めて検出される。

これに対してこの発明は、パツキンリングと軸との間の滑り性能の劣化を時間的 な遅れなく確定し、かくして必要な場合には実質的な損傷の予防に対して対策を 採れるような可能性を提供しようとするものである。

この課題を解決するために、この発明によれば、ケーシング壁とこれに対して相 対的に回転する軸との間の貫通部間隙を、この軸を取り囲むとともにケーシング 壁に対してもまた軸に対しても密封し、ケーシング壁に相対的に変位可能でかつ 軸によって回転しないパツキンリングにより密封する軸封装置において、軸の回 転によりパツキンリングに作用する回転モーメントを機械的な応力に変換する少 なくとも１つのばね要素と、この応力を決定し、この応力がある所定の基準値と 著しくずれたとき警報を発する手段とを備えるものとする。

この発明によれば軸の回転によりパツキンリングに作用する回転モーメントが直 接測定されることにより、軸とパツキンリングとの間の滑り特性の変化が直ちに 検知される。従って摩擦に際して生ずる熱エネルギーがある程度蓄積したことの 結果としての時間遅れがなくなる。パツキンリングの軸に対する滑り特性を直接 表す測定値は、既に起こった損傷を検知するだけでな（、連続運転の際損傷が起 こりそうだという警告信号を見出すためにも、利用され絶えず監視される。

ばね要素の機械的な応力を決定する手段は、好ましくは、一方にばね要素側に置 かれる測定検出部を、他方にこの測定検出部と接続され、測定検出部の信号を評 価して上述の警報を発する評価装置を含む、測定検出部としては、通常の電子的 な評価装置の相応のインターフェースに接続される特に電気機械的なセンサが使 用される。その場合複数個の測定検出部をばね要素の対応のインターフェースに 固定し、適当な方法でこれらを互いに連結するのがよい、このようにして、例え ば温度変動により起こり得るような機械的応力の測定擾乱の影響を抑制すること ができる。これにより測定精度、従って監視の信頼性は著しく向上する。

鰻も簡単な場合に；；警報はｆ響的或いは光学的信号である。この信号により設 備の運転員は軸の停止を要請される。しかしながら、測定値を適当な自動制御の 枠内でパツキンリングへの潤滑剤の流れ制御に利用することもこの発明の枠内で 可能である。この場合応力測定手段と連結され、そこに生した信号によって制御 ■可能である潤滑副供給装置が設けられねばならない。

この発明の好ましい実施例においては、ばね要素としてパツキンリングに作用す る回転モーメントにより撓むことが可能で、少なくとも１つの電気的測定検出部 、即ち少なくとも１つのストレーンゲージを電気的評価装置とともに備えた撓み 棒を備える。

その場合撓み棒を取りつけるためには多くの方法がある０例えば撓み棒をケーシ ング壁に固定結合することができる。この場合パツキンリングは例えば突起を備 え、この突起が回転モーメントにより撓み棒に押しつけられて撓み棒が弾性的に 撓む、撓み棒には公知の如く例えばストレーンゲージのような検出部が取りつけ られ、この検出部により撓み棒の撓みが測定される。突起を備える代わりにパツ キンリングはスリットを備え、このスリットに撓み棒を差し込むこともできる。

さらに撓み棒は直接パツキンリングに、例えば軸に対して垂直にパンキンリング に穿った適当な孔にねし込むことにより結合することもできる。かかる場合ケー シング壁に受け台を固定し、これに撓み棒が回転モーメントによって押しつけら れるようにする。前述のように、撓み棒には適当な測定検出部を装着することが できる。

ばね要素として撓み棒を備えたこの発明のいずれの実施例においても、撓み棒は 複数の測定検出部を備え、これにより撓みの決定に対して相補的信号を出すよう にすることができる０回転モーメントは常に撓み棒に対してその撓みを一定の撓 み方向、即ち回転に対して正接方向になるように作用する。撓み方向に沿って制 限されている撓み棒の各側面にはそれぞれ１つの測定検出部、特にストレーンゲ ージを備えるのが好ましい、この場合撓み棒が撓むと一方の側面に押圧力が、他 方の側面に引張力が住する。このことはそれぞれの測定検出部が相補的信号を出 し、これらの信号を組み合わすことにより応力測定の測定精度の改善に利用され ることを意味する。測定動作の非直線性もまた抑制できるので、相補的な信号の ための２″″）の測定検出部を備えた撓み棒の構成；よ、例えばパツキンリング に密封液及び／！１２いは潤滑液を供給するための＠述の制御装！のような制御 装置に組み込むのに特に良好に通している。

測定検出部としては公知のストレーンゲージの他に圧電素子も考えられる。この ような測定検出部はこの発明では、これをケーシング壁に固定された受け台とパ ツキンリングの突起との間に挿入するようにして使用するのが好ましい０回転モ ーメントによって突起は受け台に対して押圧し、圧電素子を押圧するので、これ により通常の手段で測定可能な電圧が生ずる。

勿論複数の種類の測定検出部を設け、一方では安全性の理由から重要な冗長度を 応力測定に導入し、他方では測定動作の精度を場合によっては互いにずれた測定 範囲を持つ複数の方法の組み合わせで向上させることもできる。

この発明を図に示す実施例を参照してさらに説明する０個々の図において、図１ はこの発明による監視可能な軸封装置の概略構成を、図２はこの発明による軸封 装置の特別の実施例を、図３はこの発明における測定検出部の特に有利な構成の 概略図を示す。

図１はパツキンリング１を示し、このパフキンリングによりケーシングからの軸 ３の貫通部を密封している。この図ではケーシングのうちその壁２だけが略示さ れている。パツキンリング１はその外周部が完全な円形には図示されていない。

なおこのことはこの発明の意味合いにおいては必ずしも絶対的に必要なわけでは なく、図は先ず第一にパツキンリング１の内周部が円形もしくは円筒形であるこ とに関係して示されているに過ぎない、パツキンリングｌとケーシング壁２との 間にばばね９（この場合単なるスパイラルばねとして示されている）が挿入され ている。軸３が回転すると、パツキンリングｌに回転モーメントが作用する。こ の回転モーメントは一方ではばね９に力を及ぼし、これによりばね９は具体的な ケースでは引っ張られる。このばねの伸びは測定検出部５でめられる。この検出 部は例えば摺動接点を持つボテンシッメータであり、この接点はばねの一端に結 合され、この端部はパツキンリングｌに充分剛に接続されている。ばね９が引っ 張られると摺動接点はボテンンッメータ上を移動し、これによりボテンシロメ− 夕５の電気的外電が変化するか、こｒ、は電気的評価装置７によ−７て確定ｓｎ る。

この評価装置７には軸３によりパツキンリングｌに作用する回転モーノ５・トの 基！Ｓ値が予め与えられている。これは通常正常１転時に設定される値である。

評価装置７は測定検出部５を介して確定された値と所定の基１！値とを比較し− この測定値が基準値と著しくずれている場合には警報を出す、この警報は具体的 な場合では、例えばランプ１６の点灯である。勿論この警報は音響信号或いは全 設備における他の制御装置への電気信号のような任意な形態も考えられる。

この発明のより具体的な改良を図２に示す９図２はパツキンリング１を示し、こ のパツキンリングはケーシング壁２に形成された凹部に挿入され、ケーシング壁 ２と軸３との間の貫通部を密封している０回転している軸３によりパツキンリン グｌに伝達される回転モーメントの監視を行うために、ケーシング壁２にはばね 要素として溌み棒１０が挿入され、この棒はポルト２３により固定されている。

撓み棒１０に対しては回転モーメントによりパツキンリング１の突起１２が押し つけられている。これにより撓み棒ｌＯは弾性的に撓む、この撓みはストレンジ ゲージ６により測定され、これに接続された評価装置７に送られて処理される。

図示のケースではパツキンリングｌは実質的に完全に油で洗われている。パツキ ンリングｌの外周部は実質的に完全に油室１７に入っており、この油室１７内に は撓み棒１０と突起１２も存在する。従って撓み棒ｌＯは、油室１７からの洩れ を回避するために、ケーシング壁２に対して密封状態で挿入されねばならない。

これにより撓み棒ｌＯの固定がやや複雑化している。ストレンジゲージ６は撓み 棒１０の内部に設置されるや１このことは場合によっては測定精度の減少をＪ） たらずかも知れないが、ストレンジゲージは液体で濡れてはならないので必要で ある。

パツキンリング１の側面にも油溝１８及び１９を通して油が潤滑及び／或いは密 封のため供給されている。これは、一方ではパツキンリング１のケーシング壁２ に対する滑り性を確保するために、そして他方では貫通間隙部４をできるだけ完 全に密封するために必要である。パツキンリングｌの内周面にも油溝２０及び２ １を備えている。油溝を設けるのは通常潤滑と密封のため必要である。しかしま たこの２つの油溝２０及び２１により、潤滑及び密封のために使われた油がケー シング内に封じ込められるべきガス（例えばターボ発′ｒ：Ｌ機の場合水素）に 到達することも阻止される。２つの油系統を設ｉＪることにより油の／ｒ５染が 充分な程度に制御限される６図示の例では油室１７及び油溝１８．１９．２０及 び２１に対する油の供給は供給装置８により油送管２２を通して行われる。供給 装置８は評価装置７と接続されており、これにより制御される。従ってパツキン リングｌの軸、３に対する滑り性は油圧によって制御Ｂされる０図２にはストレ ンジゲージ６はただ１つしか示さｎ、ていないが、これは多数の測定検出部の代 表とみなされるべきである。撓み棒１０は油で洗われており、従って油圧を受け ている。この圧力も勿論溌み棒１０に取りつけられた測定検出部によって検出さ れる。さらに密封油の温度変動も同程度に測定検出部に影響するが、この温度変 動も排除されてない。

それ成因２の装置構成においては溌み棒１０の機械的応力の測定を擾乱の影響か ら遠ざけることが重要である。前述したように、このことは４つの測定検出部を ブリッジ接続することにより達成される。

図３はこの発明の軸封装置のさらに異なる実施例の概略構成を示す、軸３はパツ キンリングｌにより取り巻かれている。このパツキンリング１にばばね要素とし て撓み棒１１が形成されているが、これは図２の構成と同様にパンキンリング１ にねし込まれる。軸３により生ずるパツキンリング１に対する回転モーメントに より撓み棒１１ば、分かりよくする理由から図示されてないケーシングに固定さ れている受け台１３に押しつけられる。撓み棒１１と受け台１３との間には測定 検出部として圧電素子２４が挟まれており、撓み棒ＩＩが受け台１３に押しつけ られるとき、この圧電素子も一緒に押圧される。この圧電素子の押圧により圧電 素子２４には電圧が発生ｊ７、この電圧は対応の評価装置７で測定され処理され る８回転する軸３によって生ずる回転モーメントによる撓み棒１１の撓みは回転 に対して正接方向１４に行われる。撓み棒１１がそれにより撓み方向に制限され る側面１５の各々にはそれぞれ１つのストレンジゲージ６が備えられる。このよ うにして溌み棒１１の撓みの測定にはストレンジゲージ６に接続された評価装置 ７に２つの相補的な信号が提供され、これにより測定精度の著しい改善が達成さ れるゆ この発明は、総括するに、ケーシング壁とこれに対して相対的に回転する軸との 間の貫通部間隙をこの軸を取り囲むバ、キンリングを備えて密封する軸封装置で あ−で、しつ・もバノキ／′Ｉ／りの軸に対する滑シフ特性か常時（剣道可能で かつパツキンリング及び／或いは軸における損傷をその発生の時点で早朋に検出 することのできるものを可能にする。

ＩＧ　１ 要約１ この発明は、ケーシング壁（２）とこれに対して相対的に回転する軸（３）との 間の貫通部間隙（４）を、この軸を取り囲みケーシング壁（２）に対しでも軸（ ３）に対しても密封するケーシング壁（２）に相対的に回転可能なパツキンリン グ（１）により密封する軸封装置であって、軸の回転によって生ずるパツキンリ ング（１）に加わる回転モーメントを機械的な応力に変換する少なくとも１つの ばね要素（９，１０，１１）を備え、かつこの応力を決定しこの応力が所定の通 常値から著しくずれたときにこれを警報するための手段（５，６，２４；７）を 備えているものに間する。この発明によれば、パツキンリング（１）の軸（３） に対する滑り特性は何時でもそして実質的に遅れなく決定され、パンキンリング （１）及び／或いは軸（３）における損傷はその始まりの時点で既に検出され対 処される。

図」 国際調査報告 国際調査報告 ＥＰ　９１００９６０ Ｓ＾　４７５４８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ケーシング壁（２）とこれに対して相対的に回転する軸（３）との間の貫通 部間隙（４）を、この軸を取り囲みケーシング壁（２）に対しても軸（３）に対 しても密封するケーシング壁（２）に相対的に回転可能なパッキンリング（１） により密封する軸封装置であって、軸の回転によってパッキンリング（１）に加 わる回転モーメントを機械的な応力に変換することのできる少なくとも１つのば ね要素（９，１０，１１）を備え、かつこの応力を決定しこの応力が所定の基準 値から著しくずれたときにこれを警報するための手段（５、６、２４；７）を備 えているケーシング壁と軸との間の貫通部間隙の軸封装置。 ２．応力を決定するための手段（５、６、２４；７）がばね要素（９、１０、１ １）に置かれる少なくとも１つの測定検出部（５、６、２４）及びこれと結合さ れて前記検出部（５、６、２４）を動作させ警報を発するための評価装置（７） を含む請求の範囲１による軸封装置。 ３．パッキンリング（１）に潤滑剤を供給するための少なくとも１つの供給装置 （８）を備え、この装置が応力を決定するための手段（５、６、２４；７）と結 合され、これにより制御される請求の範囲１又は２による軸封装置。 ４．ａ）ばね要素（９、１０、１１）として回転モーメントによって応力を受け る少なくとも１つの撓み棒（１０、１１）と、ｂ）電気的評価装置（７）に接続 された撓み棒（１０、１１）に、少なくとも１つの電気的測定検出部（５、６、 ２４）、特に少なくとも１つのストレンゲージ（６）とを備えた請求の範囲１な いし３の１つによる軸封装置。 ５．ａ）撓み棒（１０）はケーシング壁（２）に固定結合されており、ｂ）パッ キンリング（１）は回転モーメントにより撓んで撓み棒（１０）に押圧される突 起（１２）を備えている請求の範囲４による軸封装置。 ６．撓み棒（１１）はパッキンリング（１）と固定結合され、かつケーシング壁 （２）に固定結合さ礼た受け台（１３）に回転モーメントにより押圧され撓み得 る請求の範囲４による軸封装置。 ７．ａ）撓み棒（１０、１１）は回転モーメントによって撓み方向（１４）に撓 み得るものであり、 ｂ）撓み棒（１０、１１）は撓み方向（１４）に沿って２つの側面（１５）によ って制限され各側面には１つのストレンゲージ（６）を備える請求の範囲４或い は５による軸封装置。 ８．ａ）パッキンリング（１）はケーシング壁（２）に固定結合された受け台（ １３）に回転モーメントによって押圧される突起（１２）を備え、ｂ）この突起 （１２）と受け台（１３）との間には圧電型の検出部（２４）が挿入されている 請求の範囲４による軸封装置。