JPS61157822A - 回転電機用ガイド軸受装置の自動監視装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は車軸回転機械におけるガイド軸受装置の異常を
監視する装置に係り、特に各セグメントパッドの潤滑流
体膜の形成状態を精度よく把握して異常を初期段階で検
出し得るようにした軸−受自動監視装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、一般産業のプラントの規模は大形化の一途をたど
っており、これに伴なって回転機械も大型化すると共に
その設置数も増大している。したがって、このような回
転機械にあっては高い信頼性が要求されるために、その
保守点検を確実に行なって事故を未然に防止する必要が
ある。特に、回転機械のうちで事故を起こし易いガイド
軸受の異常は、他へ及ぼす影響が大きいことから、その
保守はより確実に行なわなければならない。

ところで、従来上記回転機械における軸受は重要な要素
であるにもかかわらず、その監視方法ははなはだ不十分
なものである。すなわち、従来のガイド軸受の監視方法
としては、ガイド軸受の温度を計測する方法や、軸系の
振動を計測する方法、或いは潤滑流体を化学的に分析す
る方法等が採用されているが、これらの監視方法はガイ
ド軸受が損傷してそれが可成り進展しないと検知できな
いという不都合があり、異常を検知した段階では既に軸
受事故に発展していることが多い。

この軸受事故が発生した場合、その復旧には長時間を要
しその間省該回転機械は停止状態におかれるため、その
稼動率が低下して生産性向上の隘路となっている。特に
、大容量機である水車発電機におけるガイド軸受の損傷
は、非常に実大な回転機械の損失となる。従って、かか
るガイド軸受が異常状態若しくは初期損傷が発生したと
きには、それが大きな軸受事故に発展する以前に検出し
て、必要な措置を講することが非常に重要である。

さて、一般に使用されるガイド軸受装置としては、油を
潤滑流体とするガイド軸受が最も多く使用されている。

そして、この型式の軸受においては室軸回転機械の運転
時に、回転軸のすべり面の油の粘性効果によってセグメ
ントパッドに油膜を形成して、ガイドスリーブとガイド
軸受との直接的な接触を防止している。

しかし乍ら、軸系の組立不良や過負荷若しくは異物混入
並びにキャビテーション等によってすべり面が損傷した
ときは、ガイド軸受とガイドスリーブの油膜形成が困難
となる。すなわち油膜が非常に薄くなって、ついには油
膜が破断して軸受事故に発展する。しかるに前述した軸
受温度計測法等による監視方法では、このような油膜が
破断する以前の油膜変化に対する応答性が非常に鈍感な
点で問題がある。

一方、最近ではガイド軸受の油膜厚さを直接監視するも
のとしてセグメントパッドに油膜厚さ検出器を設けてガ
イド軸受を監視するようにした装置が考えられている。

この監視装置は軸受温度等の監視方法等に比べれば、か
なり早期の段階で異常を検知することが可能である。

しかし上記に述べた監視装置は検出器により油膜厚さの
みを単独で検出しているため、例えば軸受本体に異常が
なくて検出器自体が誤動作した場合や、事実上軸受事故
に至らない一過性の軸受異常が発生した場合でもその異
常を検出してしまうことがある。さらに単独異常検出で
あるため検出器が動作しただけでは明確なガイド軸受異
常であるという判定はできず、信頼性の点でも問題があ
る。

そこで、前述した各種検出項目を取り入れて軸受異常の
判定を行なうようにしても軸受全体の異常としかつかむ
ことができないため、具体的に何が原因で軸受異常を生
じたかを検出することは不可能である。

［発明の目的］ 本発明は上記のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的は軸受異常に至る前兆を早期に検出し、
ガイド軸受の異常個所の判断まで行なうことを可能にし
てガイド軸受損傷を極力少なくし、重大事故への拡大予
防を図るようにした回転電機用ガイド軸受装置の自動監
視装置を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明はかかる目的を達成するため、ガイド軸受異常の
検出項目を、ガイド軸受の温度、ガイド軸受油膜厚さ及
び回転軸の軸振れの３項目とじてこれらを各検出センサ
ーによりそれぞれ検出し、その軸受温度検出センサーか
らの信号により温度絶対値、時間変化率をそれぞれ求め
、また軸受油膜厚さ検出センサーからの信号により振幅
、最小油膜厚さ及び軸受クリアランスをそれぞれ求めさ
らに軸振れ検出センサーからの信号によりその絶対値の
みを求めてこれら各検出要素を比較手段により予め各検
出要素毎に定められた設定値と比較すると共に異常の有
無を判別し、若し異常値と判定された場合には、軸受異
常の各内容毎に振り分けて入力される警報信号出力手段
により論理判断して軸受異常の内容に応じた警報信号を
出力し、これをその検出項目に対応する表示器にその旨
を表示とすると共に各検出要素の信号を前記比較手段、
警報信号出力手段、各センサーの少なくとも何れか１つ
の出力信号と共に入力してこれらを異常に至る迄の履歴
が分かるように周期させて記録装置に記録するようにし
たものである。

［発明の実施例］ 以下本発明を図面に示す一実施例について説明する。

第１図はガイド軸受の構成例を縦断面図にて示したもの
である。図において、１は回転軸Ｓに取り付けられたガ
イドスリーブ、２はこのガイドスリーブ１の全周を包囲
するように設けられた油槽で、この油槽２底部の回転軸
側にはガイドスリーブ１と回転軸Ｓとの間隙に介在する
油筒３が取付けられている。この油槽２の内部には軸受
本体を構成するガイド軸受セグメントバッド４、このセ
グメントバッド４を支持するピボット５及び軸受支え６
が潤滑油７と共に収納されている。そして油槽２内には
潤滑油７を冷却する油冷管８が配設されており、また油
槽２の上部には回転軸Ｓの軸撮れを検出する２個のセン
サ９が回転軸Ｓの周囲に互いに９０°異なる位置関係に
して設けられている。

一方、上記セグメントバッド４には第２図に示すように
軸受温度検出センサー１０及びガイド軸受油膜厚さ検出
センサー１１がそれぞれ取付けられている。そして、こ
れ等センサー類が取付けられたセグメントバッド４はガ
イドスリーブ１の周囲に最低でも２個相対位置が１８０
°異なる関係にして配置されている。

第３図は本発明を適用したガイド軸受装置の自動監視装
置の構成例を示すものである。

第３図において、ガイド軸受温度検出センサー（第２図
の１１に相当する）Ａ−１により検出されたガイド軸受
温度信号ａ１は演算回路Ｂ−１に入力される。この演算
回路Ｂ−１はガイド軸受温度信号ａ１から、ガイド軸受
温度絶対値信号×１、ガイド軸受温度時間変化率信号ｘ
２及び複数個のセグメントバット４相互間のガイド軸受
温度差値信号×３をそれぞれ算出する。

ガイド軸受油膜厚さ検出センサー（第２図の１２に相当
する）Ａ−２により検出されたガイド軸受油膜厚さ値信
号ａ２は演算回路Ｂ−２に入力される。この演算回路Ｂ
−２はガイド軸受油膜厚さ値信号ａ２からガイド軸受油
膜厚さ振幅値信号×４、ガイド軸受油膜厚さ最小値信号
×５及びガイド軸受油膜厚さ平均値信号×６をそれぞれ
算出する。

軸振れ検出センサ（第１図の９に相当する）Ａ−３によ
り検出された軸振れ値信号ａ３は演算回路Ｂ−３に入力
される。この演算回路Ｂ−３はガイド軸受クリアランス
値ｘ７と回転軸振れ絶対値信号×８を算出する。

これらの演算回路Ｂ−１〜Ｂ−３で算出された各信号ｘ
１〜ｘ８はそれぞれ比較器Ｃ−１〜Ｇ−８に入力される
。

比較器Ｃ−１ではガイド軸受温度絶対値信号×１が入力
され、その値が設定値以上の場合にガイド軸受温度絶対
値異常信号ｘ１を出力する。比較器Ｃ−２ではガイド軸
受温度時間変化率値信号×２が入力され、その値が設定
値以上の場合にガイド軸受温度時間変化率値異常信号ｘ
２を出力する。

比較器Ｃ−３ではガイド軸受温度差値信号ｘ３が入力さ
れ、その値が設定値以上の場合にガイド軸受温度差値異
常信号×３を出力する。また比較器Ｃ−４ではガイド軸
受油膜厚さ振幅値信号×４が入力され、その値が設定値
以上の場合にガイド軸浸油膜厚さ振幅値異常信号×４を
出力する。比較器Ｃ−５ではガイド軸受油膜厚さ最小値
信号ｘ５が入力され、その値が設定値未満の場合にガイ
ド軸受油膜厚さ最小値異常信号×５を出力する。さらに
比較器Ｃ−６ではガイド軸受油膜厚さ平均値信号×６が
入力され、その値が設定値未満の場合にガイド軸受油膜
厚さ平均値異常信号×６を出力する。比較器Ｃ−７では
ガイド軸受クリアランス値×７が入力され、その値が設
定値以上の場合、ガイド軸受クリアランス値異常信号×
７を出力する。比較器Ｃ−８では、回転軸撮れ絶対値信
号×８が入力され、その値が設定値以上の場合、回転軸
振れ絶対値異常信号ｘ８を出力する。

このように各比較器Ｃ−１〜Ｃ−８でそれぞれの設定値
と比較されて出力される信号×１〜×８は各センサＡ−
１〜Ａ−３により検出された信号ａ１〜ａ３と各演算回
路Ｂ−１〜Ｂ−３で算出された信号×１〜×８と共に記
録装置Ｇにそれぞれ入力される。また各比較回路Ｃ−１
〜Ｇ−８から出力される信号×１〜Ｘ８は警報器Ｆにそ
れぞれ入力されると共に警報回路Ｄ−１〜Ｄ−３に対し
ては軸受異常の内容ごとに分けられてそれぞれ入力され
る。

第４図乃至第５図は比較器Ｃ−１〜Ｃ−８から出力され
信号×１〜×８が内容ごとに分けられて入力される警報
回路Ｄ−１〜Ｄ−３の各構成をそれぞれ示すものである
。すなわち、警報回路［）−１は第４図に示すようにガ
イド軸受温度絶対値異常信号×１とガイド軸受油膜厚さ
最小値異常信号×５が入力される論理積回路４１Ａ１ガ
イド軸受温度変化率異常信号ｘ２とガイド軸受油膜厚さ
最小値異常信号×５が入力される論理積回路４１Ｂ、こ
れら両輪埋積回路４１Ａ、４．１Ｂの出力が加えられ何
れかの回路で論理積条件が満たされているとガイド軸受
本体異常警報信号Ｙ１を出力する論理和回路４０Ａによ
り構成されている。また警報回路Ｄ−２は第５図に示す
ようにガイド軸受温度絶対値異常信号×１とガイド軸受
クリアランス値異常信号×７が入力される論理積回路４
１Ｃ，ガイド軸受油膜厚さ振幅値異常信号×４とガイド
軸受油膜厚さ最小値異常信号×５が入力される論理積回
路４１Ｄ１これら両輪埋積回路４１Ｃ１４１［）の出力
が加えられると何れかの回路で論理積条件が満たされる
とガイド軸受クリアランス異常警報信号Ｙ２を出力する
論理和回路４０Ｂにより構成されている。さらに警報回
路Ｄ−３は第６図に示すようにガイド軸受油膜厚さ振幅
値異常信号Ｘ４とガイド軸受油膜厚さ平均値異常信号×
６および、回転軸振れ絶対値異常信号×８が入力される
論理積回路４１Ｅ１ガイド軸受油膜厚さ振幅値異常信号
×４と回転軸振れ絶対値異常信号×８およびガイド軸受
温度差値異常信号×３が入力される論理積回路４１Ｆ１
これら両輪埋積回路４１Ｅ、４１Ｆの出力が加えられ何
れかの回路で論理積条件が満たされるとガイド軸受支持
構造物異常警報信号Ｙ３が出力される論理和回路４０Ｃ
により構成されている。

このような構成の各警報回路Ｄ−１〜Ｄ−３から出力さ
れる異常警報信号Ｙ１〜Ｙ３は各検出項目に対応する表
示器Ｅ＆Ｈに加えられると共に警報器Ｆにも加えられる
。

次にかかる構成のガイド軸受自動監視装置の作用につい
て述べる。いま回転電機の運転を開始すると、その回転
軸に取りつけられたガイドスリーブ１が回転する。これ
によりガイドスリーブ１と相対的に配置されたガイド軸
受セグメントパッド４のすべり面上に流体油膜が形成さ
れる。そしてこの流体油膜の温度、軸受油膜厚さがセグ
メントパッド４に設けられた各センサー１０．１１で検
出される。又、回転軸Ｓの軸振れは油槽２の上部に取付
けられたセンサー９により検出される。

かくして各センサーで検出されたこれらの電気信号は演
算回路Ｂ−１，Ｂ−２，８−３に入力されここで各検出
センサーに応じてその各検出要素を算出する。

つまりガイド軸受の異常を検出する項目としてはガイド
軸受温度、軸受油膜厚さ及び回転軸の軸振れの３項目で
あり、軸受温度の検出項目については演算回路Ｂ−１に
より絶対値、時間変化率及び複数セグメントパッド間の
軸受温度の差（バラツキ）を、又軸受油腋厚さについて
は演算回路Ｂ−２により平均値、振幅、最小油膜厚さ及
び軸受クリアランスを、そして回転軸の軸振れについて
は演算回路Ｂ−３により軸振れ絶対値をそれぞれ検出要
素として算出しミ且つアナログ信号からディジタル信号
に変換されて比較器Ｃ−１〜Ｃ−８に入力される。これ
ら比較器Ｃ−１〜Ｇ−８では各検出要素×１〜×８と予
め定められたそれぞれの設定値とを比較する。この場合
、比較器Ｃ−１〜Ｇ−８に於ける比較条件の設定値は、
運転モード（水力発電所に於ける発電、揚水、調相又部
分負荷）及び冷却水温度によって変化させることができ
るようになっている。

次に比較器Ｃ−１〜Ｇ−８でそれぞれ設定値と比較され
た各検出要素の信号×１〜×８がそれぞれの設定値を越
えている場合には異常信号×１〜×８が軸受異常の内容
に応じ分けられて警報回路Ｄ−１〜Ｄ−３にそれぞれ入
力される。ここで警報回路Ｄ−１〜Ｄ−３の作用を第４
図乃至第６図を参照して述べるに、まず第４図によりガ
イド軸受本体異常検出を行う警報回路Ｄ−１の作用につ
いて説明する。

比較器Ｃ−１，０−２，０−５から入力される各種異常
信号は前述したようにガイド軸受温度絶対値異常信号×
１、ガイド軸受温度時間変化率異常ｘ２およびガイド軸
受最小油膜厚さ異常信号×５であり、ガイド軸受本体異
常警報信号Ｙ１が成立する条件としては異常信号Ｘｉ、
Ｘ５の論理積条件が成立した場合又は異常信号Ｘ２．Ｘ
５の論理積条件が成立した場合のいずれかである。

またガイド軸受クリアランス異常を検出する警報回路Ｄ
−２は第５図に示すように比較器Ｃ−１゜０−４．Ｃ−
５，Ｃ−７から入力される各種異常信号は前述したよう
にガイド軸受温度絶対値異常信号×１、ガイド軸受油膜
厚さ振幅異常信号×４、ガイド軸受最小油膜厚さ異常信
号×５およびガイド軸受クリアランス異常信号×７であ
り、ガイド軸受クリアランス異常信号Ｙ２が成立する条
件としては第４図の警報回路Ｄ−１と同様な論理回路構
成で決定される。

ざらにガイド軸受支持構造物の異常を検出する警報回路
Ｄ−３は第６図に示すように比較器Ｃ−４゜Ｃ−６，０
−８，０−３から入力される各種異常信号は前述したよ
うにガイド軸受油膜厚さ振幅異常信号×４、ガイド軸受
油膜厚さ平均値異常信号×６、回転軸軸振れ絶対値異常
信号ｘ８およびガイド軸受温度差（複数セグメント軸受
温度のバラツキ）異常信号Ｘ３であり、ガイド軸受支持
構造物異常警報信号Ｙ３が成立する条件としては第４図
の警報回路Ｄ−１と同様な論理回路構成で決定される。

かくして、上記各警報回路Ｄ−１〜Ｄ−３の何れかから
前述したような軸受異常の内容に応じた異常警報信号が
表示器Ｅ＆Ｈに入力されると、この表示器Ｅ＆Ｈはその
異常内容を各検出要素毎に異常表示を行なうことになる
。また同時に警報器Ｆ１例えばブザーを鳴動させてその
旨が報知される。さらに正常、異常を問わず記録装置Ｇ
には各検出センサーＡ−１〜Ａ−３からの出力信号８１
〜ａ３、演算回路Ｂ−１〜Ｂ−３で演算された各検出要
素に対応する出力信号×１〜×８および比較器Ｃ−１〜
Ｃ−８でそれぞれの設定値と比較された出力信号×１〜
×８がそれぞれ入力され、各検出要素の信号が記録され
る。したがって検出要素のいずれか１つが異常表示され
た場合には記録装置Ｇにより正常な他の検出要素の履歴
を調べることにより、事前に異常を検出することが可能
となる。

これらのことより、ガイド軸受セグメントバッド４の異
常を流体油膜が破損する以前の初期段階で早期に検出す
ることができると共にその異常の原因ならびに異常の箇
所をも容易に判定して前述した軸受事故を未然に防止す
ることが可能となる。

第７図は本発明の他の実施例を示すものである。

本実施例では検出センサＡ−１〜Ａ−３、演算回路Ｂ−
１〜Ｂ−３、判定回路Ｃ１組合せパターン作成回路Ｄ、
異常表示器Ｅ１警報器Ｆ、記録装置Ｇおよび検出部異常
表示器Ｈからガイド軸受装置の自動監視装置を構成する
ものである。つまり、第７図において判別回路Ｃは各項
目に対応する検出要素を、予め定められたそれぞれの設
定値と比較してその大小を判別するものであり、第３図
における比較器Ｃ−１〜Ｇ−８の個々の機能をそれぞれ
有しているものである。また組み合せパターン作成回路
りにおいても、第３図における警報回路Ｄ−１〜Ｄ−３
の個々の機能を有しているものである。ここで、第３図
と異なる点は判別回路Ｃで判別された出力信号を検出部
異常表示器Ｈに入力して検出センサー自体の異常表示を
行なうようにしていることおよび記録装置Ｇに対して演
算回路Ｂ−１〜Ｂ−３の出力信号と組み合せパターン作
成回路りの出力信号を入力してそれぞれを記録するよう
にしていることであり、それ黛外は第３図と基本的に同
じなので、ここではその説明を省略する。

なお、前述した各実施例における記録装＠Ｇは記録媒体
の節約のため、常時記録ではなく、ある一定周期である
一定時間記録するようにしても、その記録周期と時間と
の設定が適切であれば実用上支障はない。また記録装置
Ｇにより各検出要素の信号を記録する場合、異常に至る
履歴が分かればよく、各検出要素の信号と共に入力され
る信号としては比較器、警報回路、各検出センサーの何
れであってもよい。

また上記各実施例ではセグメントタイプのガイド軸受装
置の自動監視装置の場合について述べたが、円筒形タイ
プのガイド軸受装置に対しても適用実施することができ
るものである。

さらに信号を処理する演算回路、比較器又は判別回路、
警報回路又は組み合せパターン作成回路をソフトウェア
によって実現しても同様の効果を上げることができる。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によればガイド軸受異常の検出
項目をガイド軸受の温度、ガイド軸受油膜厚さ及び回転
軸の軸振れの３項目としてこれらを各検出センサーによ
り検出しその軸受検出要素により温度絶対値、時間変化
率をそれぞれ検出し、また軸受油膜厚さ検出要素により
振幅、最小油膜厚さ及び軸受クリアランスをそれぞれ検
出し、さらに軸振れ検出要素によりその絶対値のみを検
出してこれらの検出信号を比較手段により予め各検出要
素毎に定められた設定値と比較すると共に異常の有無を
判定し、若し異常値と判定された場合には軸受異常の内
容に応じて振り分けて入力される警報信号出力手段によ
り論理判断して軸受異常の内容に応じた警報信号を出力
し、これをその検出項目に対応する表示器にその旨を表
示すると共に前記各検出要素の信号を前記比較手段、警
報信号出力手段、各検出センサーの少なくとも何れか１
つの出力信号と共に異常に至る履歴が分かるように周期
させて記録装置に記録するようにしたので、軸受異常に
至る前兆を早期に検出できると共にガイド軸受の異常箇
所の判断まで行なうことが可能となり、もってガイド軸
受損傷を極力少くして重大事故への拡大予防を図ること
ができる信頼性の高い回転電機用ガイド軸受装置の自動
監視装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置が適用されるガイド軸受装置の縦断
面図、第２図は第１図におけるセグメントパッドに取付
けられた検出センサーを示す正面図、第３図は本発明に
よるガイド軸受装置の自動監視装置の一実施例を示すブ
ロック回路図、第４図乃至第６図は同実施例によおける
警報回路のブロック構成図、第７図は本発明の他の実施
例を示すブロック回路図である。 １・・・ガイドスリーブ、２−・・油槽、３・・・油筒
、４・・・セグメントパッド、５・・・ピボット、６・
・・軸受支え、７・・・潤滑油、９・・・軸振れ検出セ
ンサー、１０・・・軸受温度検出センサー、１１・・・
軸受油膜厚さ検出センサー、Ａ−１〜Ａ−３・・・検出
センサ、Ｂ−１〜Ｂ−３・・・演算回路、ｃ−ｉ〜Ｃ−
８・・・比較器、Ｄ１〜Ｄ３・・・警報回路、Ｅ＆Ｈ−
・・異常表示器、Ｆ・・・警報器、Ｇ・・・記録装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 立軸回転電機の回転軸に取付けられたガイドスリーブに
   複数個のセグメントパッドをそれぞれピボットにより支
   持させて相対的に配設し、これらガイドスリーブおよび
   セグメントパッドを軸受液槽内に潤滑液体と共に収納し
   てなるガイド軸受装置において、前記セグメントパッド
   にそれぞれ取付けられた軸受湿度検出センサおよび軸受
   液膜厚さ検出センサーと、前記回転軸に近接する前記軸
   受液槽に取付けられ前記回転軸の軸振れを検出する軸振
   れ検出センサーと、前記各検出センサからの検出信号が
   それぞれ入力され前記軸受温度検出センサーの検出信号
   から温度絶対値、時間変化率の検出要素を、前記軸受液
   膜厚さ検出センサーの検出信号から振幅、最小液膜厚さ
   および軸受クリアランスの検出要素を、軸振れ検出セン
   サーの検出信号からその絶対値の検出要素をそれぞれ演
   算により求める演算手段と、この演算手段により求めら
   れた各検出要素を予め定められたそれぞれの設定値と比
   較して異常の有無を判別する比較手段と、この比較手段
   により比較判別された各信号が軸受異常の内容に応じて
   振り分けてそれぞれ入力されその論理判断により軸受異
   常の内容に応じた警報信号を出力する手段と、前記比較
   手段および前記警報信号出力手段により得られる信号を
   その検出項目に対応させて表示する表示器と、前記演算
   手段で求められた各検出要素の信号を前記比較手段、警
   報信号出力手段、各検出センサーの少なくとも何れか１
   つの出力信号と共に入力してこれらを異常に至る履歴が
   分るように周期させて記録する記録装置とを備えたこと
   を特徴とする回転電機用ガイド軸受装置の自動監視装置
   。