JPS62226033A - メカニカルシ−ル摺動状態評価装置 - Google Patents

メカニカルシ−ル摺動状態評価装置

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JPS62226033A
JPS62226033A JP61068611A JP6861186A JPS62226033A JP S62226033 A JPS62226033 A JP S62226033A JP 61068611 A JP61068611 A JP 61068611A JP 6861186 A JP6861186 A JP 6861186A JP S62226033 A JPS62226033 A JP S62226033A
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frequency
sliding
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    • 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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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】 〔発明の目的〕 「産業上の利用分野」 本発明は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
ことは困難であった。
従来、高周波振動センサーを回転機械の摺動部材（固定
側）に取り付け、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（
％開昭５５−９８３５５号公報）が、この方法は検出波
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、例えばバランスディスクとバランスシー
ト、ラビリンスシールと軸等の接触の有無を判別するに
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力ξ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は
１００　ＫＨｚ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、１００　Ｋ
Ｈｚ〜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１００　ＫＨｚ〜２　ＭＨｚ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つ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。
本発明は、メカニカルシールが発生する極めて高い周波
数の振動を外部で測定し、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ｌこ計測し、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、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った。
「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Ｒ６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間にあって従動
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とからなっており、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図はブロック図であっ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
カルシールの振動液態は増幅器１５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１ＱＯＫ）Ｉｚ以下の比較的低周波数帯
域であることに着目して、１００ＫＨｚ〜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１ｇ０ＫＨｚ〜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、高速悼勺変換器により高
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ｐ０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図のフローチャートを用いて説明
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で吐出
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の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ップ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。ステップ１０１の信号はステップ１０２では
計測用電子計算機１６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逐次記
憶される。ステップ１０３では上記計算が一定時間経過
したか否かが判断され、力走時間になるまでくり返され
る。得られたデ哨タ群はステップ１０４で統計的に分析
され、冑テップ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ィスプレイ又はプリン
ター、プロッ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８１〜８６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　′動面の状態を表示
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計数して得た振幅分布
を求めたものであり、図中、Δ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、ｅ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
方法によっても、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逐次把
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、出方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方の振幅が単位
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った。
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った。
【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
ック図、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図はフローチャート、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　６ａΦポンプ軸　４・・
ポンプケーシング　５・φ軸受　６・・軸封装置　７・
・ポンプ室　８・・羽根車９・・密封輪　１１φ・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・・出方表示装置　１０１〜ＪＯ５−
・ステップ。 特許出願人　工業技術院長　名・１．ヵ第１図 第２図 第３図 ！”燻敏 第４図 ０１００１００ＫＩ−１ｚＩ　　　　２ＭＨｚ局５限数 第５図

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を解析して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、１００Ｋ
    Ｈｚ〜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ィルターを用いて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。 ３、演算装置が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
    えた数のいずれかを連続的に計算し、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を演算するもの
    である特許請求の範囲第１項又は第２項記載のメカニカ
    ルシール摺動状態評価装置。 ４、演算装置が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、振幅分布を得るものである特許請求の範
    囲第１項又は第２項記載のメカニカルシール摺動状態評
    価装置。
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