JPS62229043A - メカニカルシ−ル摺動状態監視装置 - 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。

「従来の技術と発明が解決しようとする問題点」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、実際番と漏れを発生
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（
特開昭５５−９８５５３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
摺動状態を監視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番こよるノイズ
は１Ｑ　Ｑ　ＫＨ２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〜２ＭＨ
ｚの高周波数帯域である。本発明は、１（１０ｘｎｚ〜
２　ＭＨｚ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１ＱＱＫＨｆｆｉ〜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、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。

上記の方法では、センサー出力レベルの大小とメカニカ
ルシール摺動面の損傷状態の対比は、特定のメカニカル
シールについてセンサー出力と摺動面損傷状態の両デー
タを蓄積することによって行えるようになり、センサー
出力データは各メカニカルシール固有のものであって一
般的な意味を持たない。このためデータの蓄積が無いメ
カニカルシールについては、センサー出力データからた
だちにその摺動状態を評価することはできない。

本発明は、メカニカルシールが発生する高周波振動が摺
動材料同志の固体接触に起因するものであり、メカニカ
ルシール摺動面の損傷の程度は全摺動面積に占める固体
接触面積の割合で決まることに着目し、高周波振動セン
サー出力の実効値、エネルギー値等とメカニカルシール
摺動面積との比からなる評価係数を導入し、この評価係
数を用いることにより、形状の異なるデータの蓄積の無
いメカニカルシールについても摺動面の状態を評価でき
るようにしたものである。

「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を含むブロック図である。

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に密封軸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
いるはね１３とからなって詔り、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。メカニカルシールの摺動面の面積Ａ
は従動リング１１と回転リング１２の摺動面の外径をＤ
ｏ、内径をＤｌとするとπ −（Ｄｏ−Ｄｉ）である。

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。

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１５で増幅されて信号変換器１６に入力され実効値又
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
い値を越えた数ｌこ変換されて演算装置１７＃こ入力さ
れて演算装置１７では入力値と予かしめ記憶させである
メカニカルシールの摺動面の面積Ａの比が演算されその
結果は出力表示装置１８に出力され表示される。

上記演算装置１７に入力されるのはメカニカルシールの
振動波型より求めた実効値、エネルギー値或は出力の振
幅が単位時間ｌζ一定のしきい値を越えた数に限定され
る訳ではなく、そのメカニカルシールの摺動面の状態に
対応する他の統計値であってもよい。か＼る統計値をメ
カニカルシールの摺動面の面積Ａにて除すことによりメ
カニカルシール一般の摺動面の評価値が求まるものであ
る。

高周波振動センサーｆ４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１００　ＫＨｚ以下の比較的低周波数帯
域であることに着目して、ｊ　ＯＯＫＨｚ〜２　ＭＨｚ
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１００ＫＨ２〜２ＭＨ５！の範囲内に
共振点を持っ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２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６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。計測用電子計算機のような演算装置１７は、
高速Ａ／ｎ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で行う必要はなく、高
周波振動センサー１４の出力を集効値電圧計尋に導きそ
の出力を計測用電子計算機で読み取る方法を用いてもよ
い。

本発明の作用例を第４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は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の固体摺動弁に基づく振動は
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
信号変換器１６に入力されて実効値或はエネルギー値も
しくはＡ／Ｄ変換されて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かかもとめられ逐次記憶される
。ステップ１０３では上記計算が統計値として必要な一
定時間（サンプリング時間）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
はステップ１０４で統計的に分析され、その結果は予か
しめ記憶しであるメカニカルシールの摺動面の面積Ａで
除し、ステップ１０５でこの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、プロッター等の表示装置１Ｂ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５図に示す
。第５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〜ＬＬ
Ｓ及び８１〜θ３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できる。

第６図に、他の評価方法を示す。第６図は高周波振動セ
ンサー出力の振幅か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、・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。

このようにして出される評価値はそのメカニカルシール
に固有のものである。本願発明の発明者（等）は上記の
評価値をメカニカルシールの摺動面の面積Ａで除すこと
により、メカニカルシールの摺動面の状態に対応してほ
ぼ一定の値を示すことを見出した。従って上記評価値を
メカニカルシールの摺動面の面積Ａで除した評価係数を
用いることにより、データの蓄積のないメカニカルシー
ルについても摺動面の状態を直ちに知ることができる。

〔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出力する演算装
置を備え、前記演算装置は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
きい値を超えた数等のそのメカニカルシール固有の摺動
面の状態に対応する統計値のいずれかを連続的ｌこ計算
し、その値とメカニカルシール摺動面の面積との比から
なる評価係数を演算するものであることを特徴とするメ
カニカルシール摺動状態監視装置としたから、データの
蓄積を要することなく一般にメカニカルシールの摺動状
態が固体摩擦となって漏洩が著しくなる前に摺動面の状
態が不安定となる領域が判明する。即ち、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
できる。

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ポンプの縦断面図を含む制御
ブロック図％第２図、第３図は高周波振動センサーの感
度特性を示す線図、第４図はフローチャート、第５図、
第６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　６・・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ｍ
ｂ　ＩＪソング１２・・回転リング　１３・・ばね　１
４・・高周波振動センサー　１６・・増幅器　１６・・
信号変換器　１７・・演算装置　１８・・出力表示装置
　１０１〜１０５・・ステップ。 特許出願人　　　株式会社荏原総合研究所株式会社荏原
製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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出力する演算装置を
   備え、前記演算装置は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
   値を超えた数等のそのメカニカルシール固有の摺動面の
   状態に対応する統計値のいずれかを連続的に計算し、そ
   の値とメカニカルシール振動面の面積との比からなる評
   価係数を演算するものであることを特徴とするメカニカ
   ルシール摺動状態監視装置。