JPH04219573A

JPH04219573A - メカニカルシールの異常予知装置

Info

Publication number: JPH04219573A
Application number: JP8863991A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yamauchi; 祐二山内; Kenji Inoue; 井上　憲次
Original assignee: Tanken Seiko KK; Mitsubishi Kasei Corp; Mitsubishi Chemical Industries Ltd
Current assignee: Tanken Seiko KK; Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1992-08-10
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JP2676654B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転機械の軸封をする
メカニカルシールの異常予知装置に関し、特に、メカニ
カルシールの振動を監視することによって、異常を検知
及び予知する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転軸と該回転軸が貫通する固定部（容
器の壁部等）との間を密封するメカニカルシールには、
以下に示すようなものがある。即ち、固定部であるスタ
ッフィングボックス内にて、固定のシートリングの回転
軸とほぼ垂直な面に、これと向かい合う面を有し、回転
軸とほぼ一体に回転する従動リングをスプリング、流体
圧力（内圧）等で押し付けて軸封を行うようにしている
。

【０００３】このようなメカニカルシールは、グランド
パッキンに較べて、密封性が高いので、化学プラント、
石油精製、原子力発電所の重要機器に多く使用されてい
る。しかしながら、使用期間が長期にわたったり、負荷
がかかり過ぎたりすると、シール面（従動リングとシー
トリングとの相接する摺動面）が摩耗したり、損傷した
り、また、シール切れが起こったり、軸振れしたりして
、漏れが生じる。

【０００４】特に、軸振れは、攪拌機のように、回転軸
が比較的長い場合に起こり易く、その大きさが限界を超
えると、漏れ等の異常が発生する。また、軸パッキンの
固着・噛み込み、スプリングの腐食等による破損、スラ
リー混入等により従動リングが固着したりすると、従動
リングの作動不良が起こり、漏れが発生する。

【０００５】しかし、従動リングの作動不良の発生、更
には、その進行による漏れを、これまで的確にとらえる
手段はなかった。漏れが発生すると、メカニカルシール
は、グランドパッキンのように増し締め等の簡単な方法
では、漏れを止めることができないので、一旦、回転機
械を臨時に停止させ、修理又は部品交換する等の作業が
必要である。

【０００６】もって、上記のような異常を予知すること
は極めて重要なので、目視により漏れを監視したり、定
期的に部品を交換したりして、対策に努めているが、良
好な方法とは言い難い。このため、メカニカルシールの
モニタリングシステムとして、以下に示すようなものが
提案されている（実公昭６３−１９６６３号公報参照）
。

【０００７】即ち、メカニカルシールから発生するＡＥ
（アコースティックエミッション）信号を経時的に計測
することによりメカニカルシールの運転状態、具体的に
は、摺動面の潤滑状態、メカニカルシールのクラックや
割れの有無等を監視し、異常を早期に発見できるように
している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、以下に示すような問題点が生じる。ＡＥ信号
は、一般に信号強度が非常に小さいので、多段の増幅が
必要であり、また、種々の部品の摺動音、流体の擦過音
等、周辺の雑音の妨害を受け易いので、異常を示すＡＥ
信号を弁別することは困難であるという問題点がある。

【０００９】また、回転機械の運転条件等によって、Ａ
Ｅ信号の発し方が微妙に変わるので、ＡＥ信号の設定の
仕方が困難であるという問題点もある。更に、設備費が
高いという問題点もある。本発明は、上記の問題点に鑑
み、メカニカルシールの異常予知を容易に、且つ安価に
実現できるメカニカルシールの異常予知装置を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、実験により明
らかにされた従動リングの作動不良発生のメカニズムに
基づき、従動リングの少なくとも半径方向の変位を検出
することによって、作動不良の発生及び進行を検知して
、漏れの発生を予知できるようにしたものである。

【００１１】このため、本発明は、回転軸と該回転軸が
貫通する固定部との間で、従動リングとシートリングと
を回転軸にほぼ垂直な面で押圧接触させることにより密
封するメカニカルシールに、前記従動リングの少なくと
も半径方向の変位を検出する変位センサと、この変位セ
ンサからの出力信号をしきい値と比較して、評価する評
価装置とを設ける構成とする。

【００１２】

【作用】上記の構成によると、変位センサにより、メカ
ニカルシールの従動リングの少なくとも半径方向の変位
を検出し、評価装置により、変位センサからの出力信号
をしきい値と比較して、メカニカルシールの状態を評価
できる。もって、従動リングの少なくとも半径方向の変
位を監視することによって、異常の予知をすることがで
きる。

【００１３】

【実施例】メカニカルシールには、従動リングが回転軸
側、シートリングが固定部側に設けられて、従動リング
が回転する回転型と、従動リングが固定部側、シートリ
ングが回転軸側に設けられて、従動リングは回転しない
静止型とがあるが、本発明は、この何れにも用いること
ができる。

【００１４】以下に本発明に係る一実施例を、回転型メ
カニカルシールの場合について、図１及び図２に基づい
て説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以
下の例に限定されるものではない。先ず、図１を参照し
て、メカニカルシールの構成を説明する。図１は、日本
工業規格メカニカルシール通則ＪＩＳ−Ｂ２４０５に示
されている一般的なものである。

【００１５】図１において、筒状のスタッフィングボッ
クス２ａの端部には、シールカバー２をボルト２２によ
って取り付けてある。回転軸１は、これらのスタッフィ
ングボックス２ａ及びシールカバー２を貫通している。シールカバー２の内周には、合成ゴム製又は合成樹脂製
等の緩衝リング３を介してシートリング４を固定してあ
る。

【００１６】ここで、シールカバー２、スタッフィング
ボックス２ａ及びシートリング４が固定部をなす。従動
リング５は軸パッキン８を介して回転軸１の外周部に、
軸方向へ摺動可能に遊嵌されている。この従動リング５
と回転軸１の密封作用を担う軸パッキン８によって従動
リング５は緩衝的に支持されているので、従動リング５
は回転軸１には接触していない。

【００１７】ストッパ６は回転軸１に嵌められ、ノック
１９によりこの回転軸１に固定されている。このストッ
パ６と従動リング５の間にはスプリング７が介在し、従
動リング５をシートリング４に押しつけてシール面Ａを
形成している。一方、回転軸１と一体に回転するストッ
パ６は、鍔状部６ａと、鍔状部６ａ周縁から回転軸１方
向に延設した筒状部６ｂとよりなり、筒状部６ｂの内側
には、従動リング５の外周側に形成され回転軸１の軸方
向に延びた長円形状の穴部５ａに嵌入するピン６ｃが周
方向に所定の間隔をおいて複数箇所固定されて、回転軸
１と従動リング５の間の相対回転を防止し、従動リング
５の軸方向の動きを可能にしている。従動リング５には
、シール面Ａの外径Ｄ１　を外径とし、回転軸１の直径
Ｄ２　を内径とする環状面の面積に働く密封流体１０の
圧力に基づく推力、及びスプリング７の推力が作用し、
シール面Ａのシール機能を保持している。

【００１８】このように、従動リング５は、軸パッキン
８及びスプリング７、密封流体圧力等に緩衝され、半径
方向及び軸方向の振動・衝撃・液圧変動を吸収しながら
、所謂フローティング作用によってシール面Ａのシール
性を保持する機能を有している。尚、９は、フラッシン
グ用の穴で、スタッフィングボックス２ａ内のメカニカ
ルシールを冷却及び洗浄する際に使用される。

【００１９】また、１０は、密封流体であり、シール面
Ａ、軸パッキン８及び緩衝リング３によって封じられる
。更に、１１は、ガスケットである。以上が、メカニカ
ルシールの構成である。次に、本発明に係る従動リング
の作動不良による漏れの発生機構及び異常予知の原理に
ついて説明する。

【００２０】回転軸１が廻ると、従動リング５もピン６
ｃ及びスプリング７により引き付けれて、一緒に回転す
るが、正規の回転状態における従動リング５は、回転軸
１の回転により従動リング５を押圧するスプリング７、
軸パッキン８の緩衝を受け、回転軸１の振動とは相違を
なして回転している。ところが、軸パッキン８の固着・
噛み込み・劣化、スラリー混入等による従動リング５の
固着が発生すると、緩衝されて振動していた従動リング
５は、固着の進行に応じて回転軸１と一体となり、回転
軸１と同様な振動に近づいてくる。回転軸１と該回転軸
１が貫通する固定部との間で、回転軸１側の従動リング
５と、固定部側のシートリング４とを回転軸１にほぼ垂
直な面で、押圧接触させることにより密封するメカニカ
ルシールにおいては、押圧接触に足る得る機能、即ち、
フローティング作用を損なうこととなり、従動リング５
の作動不良が起こり漏れへと進展する。

【００２１】従って、従動リング５の振動を監視するこ
とにより、漏れの予知が可能となる。また、従動リング
５の軸方向の変位は、シール面Ａの開口量を直接表すの
で、液膜の形成状態や漏れの検知に有効である。また、
シートリング４の摩耗量や、従動リング５の変形量、軸
パッキン８・スプリング７の作動具合等を知る手掛かり
にもなる。更に、シール面Ａの液膜の形成状態を知るこ
とにより漏れの予知も少なからず可能である。

【００２２】従って、従動リング５の半径方向の変位を
主として監視し、更に軸方向の変位を監視すれば、異常
予知の精度は更に向上する。その次に、本発明に係る異
常予知装置の構成を、図１及び図２を参照しつつ、説明
する。従動リング５の半径方向の変位を監視するために
、半径方向変位センサ１２を、従動リング５の周面５ｂ
に相対させて、従動リング５の回転を阻害しない位置に
、２個互いに９０度の角度をなして配置し、該センサ１
２と周面５ｂとの距離に応じた信号を出力させる。

【００２３】半径方向変位センサ１２からの出力信号は
、変位変換器１３により変換され、信号増幅器１４によ
り増幅されて、評価装置としての演算器１５に入力され
る。そして、演算器１５にて、最大値、最小値、周波数
分布、振幅等をしきい値と比較演算される。しきい値は
、メカニカルシールにより異なり、通常はメカニカルシ
ールの正常時の値に基づいて設定される。

【００２４】異常の予知（異常の判定）方法としては、
入力された信号の値が単位時間にしきい値を超えた数（
カウント数）により評価したり、そのカウント数の増加
速度によって評価したり、また、しきい値の大きさを変
えて得た振幅分布等により評価したりする。演算器１５
により演算・判定された結果は、ＣＲＴ、アラーム、プ
リンター等の表示器１６で表示される。

【００２５】変位センサとしては、渦電流式変位計、光
学式変位計等が多く使用される。通常、演算は、電子計
算器にて行われ、センサの出力信号を直接電子計算器に
入力しても良く、出力信号を信号集録機能を有する集録
器で収集したのち、電子計算器に入力することもできる
。また、従動リング５の軸方向の変位を監視するために
、軸方向変位センサ１７を、従動リング５の先端面５ｃ
（シール面Ａと同一平面）に相対させて、従動リングの
スライドを阻害しない位置に、半径方向変位センサ１２
の近傍に同じく９０度の角度をなして、２個設置して、
該センサ１７と先端面５ｃとの距離に応じた信号を出力
させ、また、回転軸１の半径方向の変位を監視するため
に、回転軸半径方向変位センサ１８を、回転軸１の周面
１ａに相対させて、回転軸１の回転を阻害しない位置で
従動リング５の半径方向変位センサ１２に近い角度位置
に同じく９０度の角度をなして、２個設置して、該セン
サ１８と周面１ａとの距離に応じた信号を出力させ、同
様に信号処理して評価したり、各々のセンサからの出力
を比較演算し、所定の値を超えると警報を発するように
すると、従動リング５の変位の監視の精度が向上し、異
常予知精度も向上するので好ましい。

【００２６】半径方向の変位は、従動リング５がシート
リング４に傾いて、接触していないか、滑らかな動きを
しているか、緩衝リング３の変形量等を把握する手掛か
りとなる。また、軸方向の変位は、シール面Ａのギャッ
プに直接影響するものなので、シール面の液膜形成状態
や開き具合を知ることができ、漏れ予知精度が向上し、
漏れの検知も可能となる。また、スプリングの伸び具合
、シートリング４の摩耗量、従動リング５の変形量、軸
パッキン８の動き具合等を知る手掛かりとなる。

【００２７】また、回転軸の半径方向の変位は、生じた
異常がメカニカルシールによるものか、回転軸によるも
のかを把握する手掛かりになる。また、従動リング５の
半径方向変位と相対比較することにより異常予知精度も
向上する。尚、図１及び図２において、変位センサ１２
を互いに９０度の角度をなして配置したが、本発明は、
これに限られるものではなく、例えば、３０度，４５度
，６０度等所定の角度で配置してもよい。

【００２８】これらの場合は、演算器による演算により
同様に検知が可能である。また、センサの取付け数も２
個に限定されるものではなく、１個又は任意の角度をな
して設けた２個以上のセンサであってもよい。尚、従動
リング５の半径方向変位センサ１２を回転軸１の長手方
向に一定の距離をおいて２個以上設けると、従動リング
５の傾きを検出することができるので、メカニカルシー
ルの静止状態、運転状態にかかわらず、シール面Ａの直
角度（面倒れ）を検知することも可能である。この情報
は、メカニカルシールの組み込み時には、組み込みが正
常に行われているか否かの組み込み状態チェックに有効
であり、運転中には直角度（面倒れ）の変化を知ること
ができるので、漏れ原因究明の手掛かりになる。

【００２９】以上説明したように、本実施例によると、
従動リング５の変位を監視するために、半径方向変位セ
ンサ１２、軸方向変位センサ１７及び回転軸半径方向変
位センサ１８を設けて、従動リング５の変位を監視する
ようにしたので、メカニカルシールを本体に組み込んで
作動（回転）させたままの状態で、メカニカルシールの
漏れ等の異常を検知及び予知することができるようにな
った。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
記の効果を得ることができる。メカニカルシールのシー
ル状態から漏れ等の異常に至ることをメカニカルシール
を組み込んだまま、外部から予知できるという効果が得
られる。更に、この装置によれば、従動リングの作動不
良の発生を特定できるので、他の異常との識別が可能に
なり、漏れ等の原因を知ることができるという効果も得
られる。

【００３１】その結果、予期しない漏れ等による不測の
事故が回避でき、高価なメカニカルシールの無駄な取替
がなくなり、定期点検による摺動なじみ面の変調や人為
的故障の機会が減るという効果も得られる。更には、最
適な点検周期の設定ができるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例を示す断面図

【図２】　
　図１のＢ−Ｂ概略断面図

【符号の説明】

１　　　　回転軸２　　　　シールカバー２ａ　　スタッフィングボックス４　　　　シートリング５　　　　従動リング１２　　　　半径方向変位センサ１５　　　　演算器１７　　　　軸方向変位センサ１８　　　　回転軸半径方向変位センサ１９　　　　ノ
ックＡ　　　　シール面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸と該回転軸が貫通する固定部との間
で、従動リングとシートリングとを回転軸にほぼ垂直な
面で押圧接触させることにより密封する回転型及び静止
型メカニカルシールの異常を予知する装置であって、前
記従動リングの少なくとも半径方向の変位を検出する変
位センサと、この変位センサからの出力信号をしきい値
と比較して、評価する評価装置とを設けたことを特徴と
するメカニカルシールの異常予知装置。