JPS62135672A - 水力機械の軸封水部自動監視装置 - 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〕 本発明は水力機械における軸封水部の異常を自動監視す
る装置に係わり、特にパツキンの異常摩耗や破損を初期
段階で確実に検出し得るようにした水力機械の軸封水部
自動監視装置に関する。

〔発明の技術的背頓とその問題点〕

近年、各種産業プラントの規模は大型化の一途を辿り、
これに伴い水力機械も大型化すると共にその設置数も増
大している。

従って、このような水力機械においては高い信頼性が要
求されるため、その保守点検を確実に行い、事故を未然
に防止する必要がある。

特に、水力機械の内でも軸封水部は回転軸と直接に接触
しており、パツキンの破損や異常摩耗による漏水量増大
などの事故を起こしやいすため、保守点検はより確実に
行なわなければならない。

しかしながら、水力機械における封水部の従来の監視方
法は、漏水を目視するだけというきわめて不十分なもの
であった（例えば「電気技術大系第１巻　電気設備の点
検と保守」昭和５４．９゜１５Ｉｉ″ｉＩ朋社発行）　
　ｐ、３２　ｒ　（３）封水装置」）。

従って、漏水量が大幅に増大しない限りパツキンの摩耗
度は分らず二パツキンの焼損が相当進展しないと発見で
きないという不具合が生じていた。

また、異常摩耗及び焼損事故の具体的＠：原因が不明で
あり、パツキン交換をしても再度同一の事故が発生する
危険性もあり、保守上問題があった。

〔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ち
ので、パツキンの焼損及び異常漏水による漏水部の増大
に至る前兆を早期に検出し、１１木部の異常箇所の発見
まで行うことが可能な水力ｄ械の＠１→水部自動監視装
置を提供することを目的どする。

〔発明の概要〕

本発明の水力機械の軸封水部自動監視装置は水車あるい
はポンプ水車等の水力機械の回転軸に設けられた複数個
のパツキンと、これらのパツキンを収納したパツキン箱
とから形成された封水部に圧力水給水管を連通させた軸
封水部において、前記各パツキンの湿度を検出するパツ
キン温度検出センサと、圧力水給水管を流れる圧力水の
流量及び水圧を検出する流量検出センサ及び水圧検出セ
ンサと、パツキンの背部水圧を検出する背部水圧検出セ
ンナと、封水部からの漏水を検出する漏水検出センサを
備え、これらのセンυからの電気信号の絶対値、時間変
化率等の検出要素を演算する演紳回路をη＾え、各検出
要素に対し、予め定めた設定値との比較を行う比較器を
儒え、各設定値を越えた各種検出要素の信号が各設定値
を越えた際に論理判断を行う警報回路を■ｈえ、この警
報回路の条件が満たされた場合に異常を警報する警報器
と前記各警報回路の出力を表示する表示器とを備えたこ
とを特徴とする。

（発明の実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第７図及び第８図は本発明が適用される水力機械におけ
る封水部の構成例を示す縦断面図である。

第７図において、渦巻ケーシング１内の圧力水は、ガイ
ドベーン２を通してランナ３に流入し、これを回転させ
た後、吸出管（図示せず）を経て放水路（図示せず）へ
吐出される。この間、流水の一部はランナ３の上方にも
流れ、上カバー４との間隙５を通して主軸６と上カバー
４との間に流れようとするが、この圧力水は軸１］水装
首７によってシールされる。

この軸封水装置７は、第８図に示されるように、上カバ
ー４にボルト８で固定されたパツキン箱９を有ししてい
る。パッキン箱９内には、パツキン１０ａ、１０ｂ、１
０ｃ／Ｊ＜４１１方向に沿って複数段設けられ、これら
のパツキンはパツキン押え１１の背部に設けられたガー
タスプリング１２のぼｂ力によって主軸６に向かって押
付けられている。

これにより、パツキン１０ａ、１０ｂ、１０ｃの内周面
は主軸６に嵌め込まれたスリーブ１６の外周と摺接して
いる。

一方、パッキン箱９内の２つのパツキン１０ｂとＩＯＣ
の間には圧力水給水孔１７及びこの給水孔に連なる給水
バイブ１８が接続され、各パツキンの摺動面に清水を給
水できるようになっている。

この摺動面に給水された清水の圧力は、主軸フランジ１
９どパツキン箱９との間の圧力室２０内の圧力と同等も
しくはそれより１〜２　Ｋ９　／　ｃｒＡ程度高い圧力
を有している。従って、供給された清水は、ランナ３側
からのパツキン摺動面への土砂の混入を防止すると共に
、パツキン発熱を防止し、パツキン摩耗を防止するよう
作用する。なお、２１ｔよ水切板を示す。

上記のように構成した水力機械において、パツキン温度
検出センサＡ　　、Ａ２．Ａ３、封水部漏水の流徂検出
センリーＡ４圧力水給水の流量検出センサ△　、水圧検
出センサＡ６、パツキン背部の水圧検出センサＡ、Ａ８
は第７図及び第８図に示すように設置されている。

第１図は本発明を適用した１軸１′１本部自動監視装置
の構成例である。

上段パツキン温度検出セン１すＡ１により検出された上
段パツキン温度信号ａ１は演算回路Ｂ１に入力される。

演算回路Ｂ１は上段パツキン温度信号ａ１より上段バッ
キング温度絶対値信号×１を算出する。

中段パツキン温度検出センサＡ２により検出された中段
パツキン温度信号ａ２は演算回路Ｂ２に入力される。演
算回路Ｂ２は中段パツキン温度信号ａ２より中段バッキ
ング温度絶対値信号×２を算出する。

下段パツキン温度検出センサＡ３により検出された下段
パツキン温度信号ａ３は演魚回路Ｂ３に入力される。演
算回路Ｂ３は下段パツキン温度信号ａ２より下段バッキ
ング温度絶対値信号×３を算出する。

封水部漏水の流量検出センサΔ４により検出された封水
部漏水の流量信号ａ４は演算回路Ｂ４に入力される。演
算回路Ｂ４は封水部漏水の流量信号ａ４より封水部漏水
の復水流量調節計の流量絶対（右信号×４を算出する。

圧力水給水の流量検出センサＡ５により検出さ机た圧力
水給水の流量信号ａ５は演算回路Ｂ５に入力される。演
算回路Ｂ５は、圧力水給水の流量ａ５より圧力水給水の
流量絶対値信号×５を算出する。

圧力水給水の水圧検出センサＡ６により検出された圧力
水給水の圧力信号ａ６は演算回路Ｂ６に入力される。演
算回路８６は圧力水給水の圧力信号ａ６より圧力水給水
の圧力絶対値信号×６を算出する。

上段パツキン背部水圧検出センサＡ７により検出された
Ｅ段パツキン背部水圧信号ａ７は、演算回路Ｂ７に入力
される。演算回路８７は、上段パツキン背１；５水圧信
号ａ７より上段パッキン背部水圧絶対１直信号×７をい
出する。

中段パツキン背部水圧検出セン１すＡ８により検出され
た中段パツキン背部水圧信号ａ８は、演算回路Ｂ８に入
力される。演算回路Ｂ８は、中段パッＶン背部水圧信号
ａ８より中段パツキン背部水圧絶対値信号×８を算出す
る。

一ヒ記各演鈴回路Ｂ　〜Ｂ８より出力された演等回路出
力信号×１〜×８は比較器０１〜Ｃ８に入力され、予め
定められた設定値との比較を行い、設定値を越えた場合
には異常信号×１〜×８を出力する。なお、比較器Ｃ−
Ｃ８は、入力信号Ｘ５””×８を予め定められた設定値
（過大）と比較し、設定値を越えた場合に異常信ｇｘ、
ｘ７゜Ｘ　　　、Ｘ１１を出力するほか、設定値（過小
）を下回った場合に異常信号×６．×８．Ｘ１ｏ１Ｘ１
２を出力する。

第１図において信号ａ　〜ａ８、信号×１〜Ｘ８はそれ
ぞれ記録装置Ｇに記録される。比較器Ｃ１〜Ｃ８より出
力された信号×１〜×１２もそれぞれ記録装置Ｇに記録
される。

また比較器Ｃ−Ｃ８より出力された信号×１〜Ｘ　はそ
れぞれυ報回路Ｄ１〜Ｄ５に入力さセ。

る。

第２図から第６図はそれぞれ警報回路りの内容を示す論
理回路図である。これらの図においては、後述するよう
に各異常信号×１〜Ｘ１２の間で論理積条件が成立した
場合に、条件が成立した警報回路りからそれぞれの異常
警報信号Ｙ１〜Ｙ５が出力され、第１図に示づ異常表示
部Ｅ、警報器（例えばブザー等）Ｆ及び記録装置Ｇに同
時に入力される構成となっている。

〔実施例の作用〕

次に、上述のように構成−した本発明の軸封水部自動監
視装置の作用について述べる。

水車の運転中に水力機械利水部の各部に取付けたセンサ
（上段パツキン温度検出センサＡ１、中段パツキン温度
検出センサＡ２、下段パツキン温度検出センサＡ３、封
水部漏水の流量センサＡ４、圧ツ〕水給水流堡センサＡ
５、圧力水給水の水圧センサＡ６、上段パツキン背圧セ
ンサＡ７、中段パツキン背圧センサＡ８）から検出され
た出力信号Ａ　〜ａ　はａｔ＋ＥＥ回路Ｂ　〜Ｂ８にそ
れぞれ入力され、各検出センサ出力信号ａ１〜ａ８の検
出要素（例えば絶対値）を演算し、かつ各センサからの
アナログ信号をデジタル信号に変換して演算回路出力信
号Ｘ　〜×８を出力する。

次に、これらの信号は、比較器Ｃ１〜Ｃ８にそれぞれ入
力され、異常の有無を判別される。この比較器における
異常判別条件の設定値は、水力機械の運転モードすなわ
ち、発電、揚水、調相、部分負荷によって変化させるよ
うにしである。

第２図は上段パツキンの摩耗異常を検出する警報回路Ｄ
１を示す。この場合、比較器から入力される異常信号Ｘ
、Ｘ９は次の通りである。

Ｘ１・・・・・・・・・上段パツキン温度信号異常信号
×９・・・・・・・・・上段パツキン背圧異常信号（大
）従って、上段パツキン摩耗異常信号Ｙ１が成立する条
件は、異常信号Ｘ、Ｘ９の論理積が成立する場合である
。

第３図は、中段パツキン摩耗異常を検出する警報回路Ｄ
２を示す。この場合、比較器から入力される巽掌信＠Ｘ
、Ｘ１１は次の通りである。

Ｘ２・・・・・・・・・中段パツキン温度異常信号×１
１・・・・・・・・・中段パツキン背圧異常信号（大）
従って、中段パツキン摩耗異常信号￥２が成立する条件
は、異常信号×２．×１１の論理積が成立する場合であ
る。

第４図は下段パツキン摩耗異常を検出する警報回路Ｄ３
を示す。この場合、比較器から入力される異常信号×３
．×７は次の通りである。

Ｘ３・・・・・・・・・下段パツキン温度異常信号×７
・・・・・・・・・圧力水給水の圧力異常信号（過大）
従って、下段パツキン摩耗異常信号Ｙ３が成立する条件
は異常信号Ｘ３．Ｘ７の論理積が成立する場合である。

第５図は上・中段パツキン摩耗異常を検出する警報回路
Ｄ４を示す。この場合、比較器から入力される各種異常
信号Ｘ　　、　Ｘ　５．　Ｘ　　、　Ｘ１ｏ、　Ｘ１２
は次の通りである。

Ｘ４・・・・・・・・・軸封木部漏水の流量異常信号×
５・・・・・・・・・圧力水給水の流量異常信号（過大
）Ｘ８・・・・・・・・・圧力水給水管の圧力異常信号
（過小）Ｘ１０・・・・・・・・・上段パツキン背圧異
常信号（低〉Ｘ１２・・・・・・・・・中段パツキン背
圧異常信号（低）従って、土中段パツキン異常信号Ｙ４
が成立する条件は、異常信号ｘ　　、、ｘ　　、Ｘ８．
ｘｌｏ。

Ｘ１２の論理積が成立する場合である。

第６図は冷却系の異常を検出する警報回路Ｄ５を示す。

この場合、比較器から入力される異常信号×６は次の通
りであり、異常信号×６により冷却系の異常信号Ｙ５が
成立する。

Ｘ６・・・・・・・・・圧力水給水の流量異常信号（過
小）上述のように、本発明によれば、従来とは全く異な
る方法により軸封水部の異常検出を行うため、封水部の
異常が常時監視でき、またパツキンが異　　　”常摩耗
及び焼損する前に、未然に異常を検出することが可能な
信頼性の高い水力機械の軸封水部自動監視装とを提供で
きる。

〔他の実施例〕

本発明は第９図に示す電気回路によっても実現できる。

同図においてΔ　〜△７は前記と同様の検出しンサであ
り、各検出センサ゛からの電気信号は、平均値や晴間変
化率を演算し、かつアナログ信号からディジタル信号に
変換する演算回路８１〜Ｂ７に入力される。

これらの演算回路Ｂ１〜Ｂ７によって変換されたディジ
タル信号はさらに判別回路Ｃに入る。ここては予め異常
と判定すべき各検出要素を各々設定し、検出値との比較
判別を行うと同時に、それらの結果を記録計Ｇに記録す
る。検出値が正常な場合には記録計Ｇに記録するだけで
終了するが、もし検出値が設定値を超えた場合には、信
号【よ次の組合せパターン作成回路りに送られる。

第１０図ないし第１４図は軸封水部の各異常内容毎に分
けた組合せパターン作成回路図であり、図中Ｘ。（ここ
で、ｎは１〜７の整数）は各検出要素から異常時におけ
る信号の判別回路Ｃとの取合い接点を示す。第１０図〜
第１４図において各接点Ｘ　からのＡＮＤ条件やＯＲ条
件が成立した場合 において出力接点Ｙ。に信号が伝わるよう回路が構成さ
れている。

組合せパターン作成回路り。において、出力接点Ｙ。に
信号が伝わると、この信号は第９図の異常部表示部Ｅと
、警報装置部Ｆ、記録計Ｇに同時に伝達される構成とな
っている。それと同助に異常判別された信号は検出部異
常表示部Ｈに伝達され、軸封水部の異常内容が表示され
るようになっている。

このような構成の本発明の軸利水部自動監視装において
、水車の運転中、軸封水部の各部に取（＝１けたセンサ
で検出された信号は演算回路Ｂ１〜Ｂ７に入力され、各
センサからのアナログ信号はディジタル信号に変換され
る。

次にこれらの信号は判別回路Ｃに入力される。

この判別回路Ｃにおける判別条件の設計値は水車または
ポンプ水車の運転モード、すなわち発電・揚水・調相・
部分負荷運転によって変化するようにしておく。

第１０図は上段パツキン異常摩耗、第１１図は中段パツ
キン異常摩耗、第１１図は下段パツキン異常摩耗を検出
する組合せパターン作成回路を示すもので、判別回路Ｃ
から入力される異常時の検出要素との取合い接点Ｘは次
の通りである。

×１・・・・・・各パツキンの温度異常×４・・・・・
・軸封本部圧力給水異常×５・・・・・・パツキン背圧
異常 第１１図は冷却系の異常を示）もので、取合い接点は次
の通りである。

×３・・・・・・パツキン背圧給水量 このような構成の電気回路によっても第１図におけると
ほぼ同様の効果が得られる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、従来とは全く異な
る方法により軸封水部の異常検出を行うようにしたので
、封水部の異常を常時自動監視でき、またパツキンが異
常摩耗及び焼損する前に５！常を検出することができ、
信頼性の高い水ノｊ機械の軸封水部自動監視装置を提供
できる。

また、本発明は信号を処理する演算回路、比較器、警報
回路をソフトウェアににり実現しても同様の効果を上げ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の信号処理を示すプロッタ図、
第２図から第６図は封水部の各ｙ４常事態における警報
回路図、第７図と第８図は水力□域に検出センサを取付
けた本発明の実施例を示す断面図、第９図は本発明の他
の実施例を示すブロック図、第１０図〜第１４図は各異
常事態時における警報回路図である。 １・・・ケーシング、２・・・ガイドベーン、３・・・
ランナ、４・・・上カバー、５・・・間隙、６・・・主
軸、７・・・軸↑１水装置、８・・・ボルト、９・・・
パツキン箱、１０ａ・・・上段パツキン、１０ｂ・・・
中段パツキン、１０ｃ・・・下段パツキン、１１・・・
パツキン押え、１２・・・ガータスプリング、１６・・
・スリーブ、１７・・・圧力水給水孔、１８・・・給水
ポンプ、１９・・・主軸フランジ、２０・・・圧力室、
２１・・・水切り板、２２・・・主軸受台、△１〜Ａ８
・・・検出センサ、８１〜Ｂ８・・・演算回路、Ｃ〜Ｃ
８・・・比較器、Ｄ１〜Ｄ５・・・警報回路、Ｅ・・・
異常表示部、Ｆ・・・警報装置、Ｇ・・・記録装置、ａ
　〜ａ　・・・検出センサ出力信号、×１〜×８・・・
演算回路出力信号、Ｘ−×１２・・・異常信号、Ｙ１〜
Ｙ５・・・異常警報信号。 出願人代理人　　Ｆｉ　　藤　　−雄 第２図 第１閥 、Ｄ４ 第６図 第１２図 第１３図 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　水車あるいはポンプ水車等の水力機械の回転軸に設
   けられた複数個のパッキンと、これらのパッキンを収納
   したパッキン箱とから形成された封水部に圧力水給水管
   を連通させた軸封水部において、前記各パッキンの温度
   を検出するパッキン温度検出センサと、圧力水給水管を
   流れる圧力水の流量及び水圧を検出する流量検出センサ
   及び水圧検出センサと、パッキンの背部水圧を検出する
   背部水圧検出センサと、封水部からの漏水を検出する漏
   水検出センサを備え、これらのセンサからの電気信号の
   絶対値、時間変化率等の検出要素を演算する演算回路を
   備え、各検出要素に対し、予め定めた設定値との比較を
   行う比較器を備え、各設定値を越えた各種検出要素の信
   号が各設定値を越えた際に論理判断を行う警報回路を備
   え、この警報回路の条件が満たされた場合に異常を警報
   する警報器と前記各警報回路の出力を表示する表示器と
   を備えたことを特徴とする水力機械の軸封水部自動監視
   装置。 ２　パッキン温度検出センサ、圧力水給水管の流量検出
   センサ及び水圧検出センサ、パッキン背圧の水圧検出セ
   ンサ、封水部漏水の流量検出センサのうち、いずれか２
   つの検出センサの組合せ条件を満足した際に出力を生ず
   るよう構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の水力機械の軸封水部自動監視装置。 ３　各検出センサの出力信号、各演算回路の出力信号、
   各比較器の出力信号、各警報回路の出力信号を同期させ
   て記録する記録装置を備えたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の水力機械の軸封水部自動監視装置。 ４　各検出センサ及び各演算回路の出力信号、各比較器
   の出力信号、各警報回路の出力信号を一定周期で、ある
   一定時間だけ記録することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の水力機械の軸封水部自動監視装置。