(57)【要約】【課題】表面の温度を精度高く検出することができる温度検出装置、温度検出システム、軸受パッド、軸受装置及び回転機械を提供する。【解決手段】部材の表面に形成された孔部内に設けられた装置本体を備え、装置本体は、部材の表面よりも熱伝導率の高い導電性の材料から形成され、表面と面一をなす第一面を有する蓋部と、蓋部の第一面の反対側の第二面に固定されるとともに蓋部の材料よりも断熱性の高い絶縁性の材料から形成され、内側に第二面によって閉塞される密閉空間を画成するホルダと、密閉空間に充填され、温度変化とともに誘電率が変化する誘電材料からなる充填材と、ホルダ及び充填材を蓋部との間で挟み込むように設けられて、第二面までの静電容量を検出する静電容量センサと、を備える。【選択図】図３
2014163434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材の表面に形成された孔部内に設けられた装置本体を備え、
前記装置本体は、
前記部材の表面よりも熱伝導率の高い導電性の材料から形成され、前記表面と面一をなす第一面を有する蓋部と、
前記蓋部の第一面の反対側の第二面に固定されるとともに前記蓋部の材料よりも断熱性の高い絶縁性の材料から形成され、内側に前記第二面によって閉塞される密閉空間を画成するホルダと、
前記密閉空間に充填され、温度変化とともに誘電率が変化する誘電材料からなる充填材と、
前記ホルダ及び前記充填材を前記蓋部との間で挟み込むように設けられて、前記第二面までの静電容量を検出する静電容量センサと、
を備えることを特徴とする温度検出装置。
【請求項２】
前記ホルダは、前記蓋部の第二面に固定されて前記孔部の延在方向に延びる筒部と、該筒部における前記蓋部の反対側の端部を閉塞する底部とを有し、これら筒部と底部との内側に前記密閉空間が形成され、
前記静電容量センサは、前記ホルダの底部及び前記充填材を前記蓋部との間で挟み込むことを特徴とする請求項１に記載の温度検出装置。
【請求項３】
前記誘電材料が、チタン酸バリウムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度検出装置。
【請求項４】
前記ホルダの内側に複数の密閉空間が形成され、
これら複数の密閉空間に異なる材料からなる充填材がそれぞれ充填され、
前記静電容量センサは、各前記充填材に対応してこれら充填材及び前記ホルダを挟み込むように複数設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の温度検出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の温度検出装置と、
前記温度検出装置によって検出される前記静電容量が入力され、該静電容量の値と前記誘電材料の温度との相関関係に基づいて前記誘電材料の温度を演算する演算装置と、
を備えることを特徴とする温度検出システム。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の温度検出装置と、
回転軸を外周側から支持する軸受パッド本体と、
を備えることを特徴とする軸受パッド。
【請求項７】
回転軸を外周側から支持する軸受パッドと、
請求項５に記載の温度検出システムとを備え、
前記部材が軸受パッドであって、
前記表面が該軸受パッドにおける回転軸と摺接するパッド面であることを特徴とする軸受装置。
【請求項８】
請求項７に記載の軸受装置を備えることを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度検出装置、該温度検出装置を備えた軸受パッド、並びに、温度検出システム、該温度検出システムを用いた軸受装置、回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやコンプレッサ等の高速回転する回転軸を支持するジャーナル軸受やスラスト軸受等の軸受装置は、回転軸を支持する軸受パッドのパッド面に異物等が付着した際に回転軸を損傷させないように軸受材が用いられている。このような軟質の軸受材としては、例えば、ホワイトメタルや樹脂材料を用いたものが使用されている。特に、樹脂材は、ホワイトメタルと比較して耐熱温度が高いため、近年では多くの軸受パッドに用いられている。
【０００３】
このような軸受装置では、回転軸と軸受パッドのパッド面との間には潤滑油が介在しており、この潤滑油によって摺動性を改善したり、摩擦熱を除去したりしている。しかし、高荷重・高周速であったり、潤滑油が切れたり、回転軸とパッド面との間に異物が混入したりするなどして潤滑油を介さずに回転軸とパッド面とが接触した場合、パッド面の温度が急上昇して異常高温となってしまう。そのため軸受装置では、軸受パッドに埋め込まれた熱センサによってパッド表面の温度を測定し、パッド面が異常温度となっていないかを監視している。
【０００４】
例えば特許文献１には、軸受パッドを貫通するように穿孔された孔部に相対移動可能に温度検知部材を嵌合した温度測定装置が開示されている。この温度計測装置では、温度検知部材の熱電対によって温度検出端面の温度を測定することでパッド面の温度を測定している。即ち、温度検知部材の温度検出端面が軸受パッドのパッド面の位置に来るように配置されていることで、パッド面の温度を温度検知部材に伝導させて、パッド面と対向する裏面側から熱電対でパッド面の温度を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１３３８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、熱伝導率が比較的高いホワイトメタル等を使用する場合、ホワイトメタル等の裏面に一体に形成される裏金から温度を測定しても大きな誤差が生じることもなくパッド面の温度を測定できる。しかしながら、樹脂材料は、ホワイトメタル等の金属材料に比べ熱伝導率が非常に小さい。そのため、樹脂材料を用いて同様の方法で温度を測定しようとすると、パッド面の温度は、軸受パッドの表面に形成された樹脂材料の層で断熱されてしまい樹脂材料の裏面の裏金まで十分に伝導されない。そのため、裏金で検出した温度は表面の温度より低い値となり大きくずれてしまう。
【０００７】
そこで、樹脂材料を用いた軸受装置の場合、特許文献１のように表面まで孔をあけて直接パッド面の温度を検出する方法が用いられている。しかしながら、このような方法でも、表面に設けられた孔部から熱が背面に逃げてしまう。その結果、孔部の周りの温度が孔部の設けられていない他のパッド面に比べて低下してしまい、検出する表面の温度に差が生じて軸受パッドの表面の温度を正確に検出できない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、表面の温度を精度高く検出することができる温度検出装置、温度検出システム、軸受パッド、軸受装置及び回転機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る温度検出装置は、部材の表面に形成された孔部内に設けられた装置本体を備え、前記装置本体は、前記部材の表面よりも熱伝導率の高い導電性の材料から形成され、前記表面と面一をなす第一面を有する蓋部と、前記蓋部の第一面の反対側の第二面に固定されるとともに前記蓋部の材料よりも断熱性の高い絶縁性の材料から形成され、内側に前記第二面によって閉塞される密閉空間を画成するホルダと、前記密閉空間に充填され、温度変化とともに誘電率が変化する誘電材料からなる充填材と、前記ホルダ及び前記充填材を前記蓋部との間で挟み込むように設けられて、前記第二面までの静電容量を検出する静電容量センサと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような特徴の温度検出装置によれば、部材よりも蓋部材は熱伝導率が大きいため、該蓋部材の第一面と第二面との間での温度差は無視できるほど小さなものとなる。また、第二面から充填材への熱伝導によって該充填材の温度も変化する。即ち、充填材は蓋部材の第一面とほぼ同様に温度変化する。
ここで、充填材の誘電率は温度変化に伴って変化するため、当該温度変化に伴って静電容量センサから第二面までの等価誘電率も変化する。
本発明では、静電容量センサによって第二面までの静電容量を取得することで、当該第二面までの等価誘電率を取得することができる。そして、この取得した等価誘電率から、予め取得した等価誘電率と充填材の温度との関係に基づいて充填材の温度を取得することができる。
【００１１】
また、本発明に係る温度検出装置の前記ホルダは、前記蓋部の第二面に固定されて前記孔部の延在方向に延びる筒部と、該筒部における前記蓋部の反対側の端部を閉塞する底部とを有し、これら筒部と底部との内側に前記密閉空間が形成され、前記静電容量センサは、前記ホルダの底部及び前記充填材を前記蓋部との間で挟み込むことが好ましい。
【００１２】
充填材が筒部及び底部によって囲まれることで、該充填材への熱の出入りは蓋部材を介してのみとなる。これによって、蓋部材の温度変化を充填材に確実に伝達することができるとともに、充填材から熱が逃げてしまうことを回避できる。したがって、蓋部材と充填材との温度をより容易にほぼ同じ値とすることができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る温度検出装置は、前記誘電材料が、チタン酸バリウムであることが好ましい。
【００１４】
チタン酸バリウムは所定の温度帯域において温度変化による誘電率の変化が大きいため、温度変化に伴う静電容量の変化をより感度高く検出することができる。
【００１５】
また、本発明に係る温度検出装置は、前記ホルダの内側に複数の密閉空間が形成され、これら複数の密閉空間に異なる材料からなる充填材がそれぞれ充填され、前記静電容量センサは、各前記充填材に対応してこれら充填材及び前記ホルダを挟み込むように複数設けられていることが好ましい。
【００１６】
温度によって誘電率が変化する温度帯域が異なる充填材を充填することによって、計測可能な温度帯域を広げることができる。
【００１７】
本発明に係る温度検出システムは、上記いずれかの温度検出装置と、前記温度検出装置によって検出される前記静電容量が入力され、該静電容量の値と前記誘電材料の温度との相関関係に基づいて前記誘電材料の温度を演算する演算装置と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
これによって、充填材の温度を容易に取得することができる。
【００１９】
本発明に係る軸受パッドは、上記いずれかの温度検出装置と、回転軸を外周側から支持する軸受パッド本体と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る軸受装置は、回転軸を外周側から支持する軸受パッドと、上記いずれかに記載の温度検出システムを備え、前記部材が軸受パッドであって、前記表面が該軸受パッドにおける回転軸と摺接するパッド面であることを特徴とする。
本発明に係る回転機械は、上記軸受装置を備えることを特徴とする。
これによっても上記同様、充填材の温度を取得することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の温度検出装置、温度検出システム、軸受パッド、軸受装置及び回転機械によれば、静電容量センサによって静電容量を検出し等価誘電率を取得することで、該等価誘電率に応じた充填材の温度を取得することができる。そして、この充填材の温度と蓋部の第一面との温度は無視できるほど小さいため、充填材の温度から部材の表面温度を取得することができる。したがって、部材の表面の熱伝導率が小さい場合であっても、該部材の表面の温度を精度高く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第一実施形態に係る蒸気タービン（回転機械）の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の軸受装置における回転軸に直交する断面図である。
【図３】図２の要部拡大図であって、第一実施形態に係る温度検出装置の縦断面図である。
【図４】チタン酸バリウムの温度と比誘電率との関係を示すグラフである。
【図５】第二実施形態に係る温度検出装置の縦断面図である。
【図６】水の温度と比誘電率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン２０（回転機械）について、図１を参照して説明する。ここで、蒸気タービン２０とは、蒸気のエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に連結して用いられるものである。
【００２３】
図１に示すように、蒸気タービン２０は、タービンケーシング３０と、該タービンケーシング３０を貫通するように軸線Ｏに沿って延びる回転軸５０と、タービンケーシング３０に保持された静翼６０と、回転軸５０に設けられた動翼７０と、回転軸５１を軸線Ｏ回りに回転可能に支持する軸受部８０とを備えている。
なお、軸受部８０は、ジャーナル軸受８１（以下、単に軸受装置８１と称する）及びスラスト軸受８２を備えている。
【００２４】
このような蒸気タービン２０では、タービンケーシング３０内に導入される蒸気Ｓが静翼６０及び動翼７０の間の流路を通過する。この際、蒸気Ｓが動翼６０を回転させることで該動翼６０に伴って回転軸５０が回転し、該回転軸５０に接続された発電機等の機械に動力（回転エネルギー）が伝達される。
【００２５】
次に、軸受装置８１について、図２から図７を参照して説明する。
図２に示すように、軸受装置８１は、軸受ケーシング１と、支持部２と、軸受パッド３（部材、軸受パッド本体）と、温度検出システム１０とを備えている。
【００２６】
軸受ケーシング１は、軸線Ｏを中心とした円筒状をなしており、回転軸５１と同軸に、かつ、回転軸５１を外周側から取り囲むように配置されている。この軸受ケーシング１の内周面は、回転軸５１の外周面と間隔をあけて配置されている。
【００２７】
支持部２は、軸受ケーシング１の内周面に周方向に間隔をあけて複数（本実施形態では４つ）設けられている。この支持部２は、回転軸５１の軸線Ｏの径方向外側の端部が軸受ケーシング１の内周面に固定されており、径方向内側の端部で回転軸５１の外周面を支持している。
【００２８】
軸受パッド３は、回転軸５１と軸受ケーシング１との間に設けられており、回転軸５１を外周側から取り囲むようにして周方向に間隔をあけて複数（本実施形態では４つ）設けられている。この軸受パッド３は、回転軸５１の外周面の曲率に沿って湾曲する湾曲板状をなしており、軸方向視では円弧状をなしている。軸受パッド３の径方向内側を向く面であるパッド面４（表面）の曲率半径は、回転軸５１の外周面の曲率半径よりやや大きく形成されている。また、この軸受パッド３の径方向外側を向く背面５は、上記支持部２の球面形状をなす先端によって支持されている。これによって、軸受パッド３は、支持部２の先端の球面形状に従って揺動可能とされている。
【００２９】
このような軸受パッド３は、図３に示すように、裏金６と表面層７とを有している。
裏金６は、例えば銅等の熱伝導率の高い金属から形成されており、軸受パッド３における径方向外側の部分を構成している。この裏金６の径方向外側を向く面が軸受パッド３に支持される背面５とされている。
表面層７は、裏金６の径方向内側を向く面に周方向にわたって層状に形成されており、例えばホワイトメタル、樹脂等の軸受材料で形成されている。この表面層７は、裏金６に溶着されており、これによって回転軸５１の外周面に沿う形状をなしている。また、この表面層７における径方向内側を向く回転軸５１と摺接する面が、上記パッド面４とされている。このパッド面４には、図示しない潤滑油供給部から潤滑油が供給され、これによってパッド面４は当該潤滑油を介して回転軸５１の外周面を摺接支持する。
【００３０】
次に、温度検出システム１０について説明する。この温度検出システム１０は、軸受パッド３のパッド面４の表面温度を検出するために用いられ、図２に示すように、温度検出装置１１と、演算装置１００と、表示部１１０とを備えている。
【００３１】
図２に示すように、温度検出装置１１は、軸受パッド３を径方向に貫通する孔部３ａ内に設けられた装置本体１２を備えている。本実施形態では、孔部３ａは、その中心軸線Ｐに直交する断面形状が円形をなしている。なお、当該断面形状は円形に限られず、角形状等の他の形状であってもよい。
この装置本体１２は、蓋部１３と、ホルダ１４と、シール部１５と、充填材１６と、センサ固定部１７と、静電容量センサ１８とを有している。
【００３２】
蓋部１３は、軸受パッド３の孔部３ａのパッド面４側の開口を閉塞するように設けられており、中心軸線Ｐを中心とした円板状をなしている。この蓋部１３は、径方向内側を向いてパッド面４と面一をなす第一面１３ａと、該第一面１３ａの反対側に位置し、径方向外側を向く第二面１３ｂとを有している。これら第一面１３ａ及び第二面１３ｂは、互いに平行をなしている。また、第一面１３ａと第二面１３ｂとを接続する蓋部１３の外周面は、孔部３ａの内周面に全周にわたって隙間なく当接している。
このような蓋部１３は、導電性を有するとともにパッド面４の表面を形成する表面層よりも熱伝導率の高い材料、例えば銅等の良熱伝導性の材料から形成されている。
【００３３】
ホルダ１４は、蓋部１３の径方向外側に該蓋部１３に一体に固定されるように設けられている。この蓋部１３は、筒部１４ａと底部１４ｂとを有する有底筒状をなしている。筒部１４ａは、中心軸線Ｐを中心として孔部３ａの延在方向に延びる円筒状をなしており、その外周面は孔部３ａの内周面に全周にわたって隙間なく当接している。この筒部１４ａにおける回転軸５１の径方向内側の端面は、全周にわたって蓋部１３の第二面１３ｂに固定されている。底部１４ｂは、筒部１４ａにおける蓋部１３とは反対側の端部、即ち、回転軸５１の径方向外側の端部に一体に形成されている。この底部１４ｂによって、筒部１４ａにおける蓋部１３とは反対側の開口が閉塞されている。
【００３４】
このような筒部１４ａ及び底部１４ｂからなるホルダ１４は、蓋部１３の材料よりも断熱性が高く、かつ、絶縁性を有する材料、例えば断熱性に優れた樹脂材料から形成されている。
そして、筒部１４ａ及び底部１４ｂによって画成されるホルダ１４の内側の空間には、蓋部１３の第二面１３ｂによって閉塞されることによって外部と隔離された密閉空間１９が画成されている。
【００３５】
シール部１５は、ホルダ１４における筒部１４ａの外周面と孔部３ａの内周面との間をシールする部材であって、本実施形態では、ホルダ１４の筒部１４ａの外周面から全周にわたって凹む溝部内に設けられたＯリングを採用している。
【００３６】
充填材１６は、温度変化とともに誘電率が変化する誘電材料から構成されており、上記密閉空間１９内に隙間なく充填されている。本実施形態では誘電材料としてチタン酸バリウムが採用されている。このチタン酸バリウムの温度と誘電率との関係を図４に示す。図４から、チタン酸バリウムは、約１００℃〜約１４０℃の範囲で比誘電率の変化率が大きいことがわかる。
【００３７】
センサ固定部１７は、ホルダ１４よりもさらに回転軸５１の径方向外側、即ち、ホルダ１４の蓋部１３とは反対側に設けられており、中心軸線Ｐを中心として孔部３ａの延在方向に延びる円筒状をなしている。このセンサ固定部１７における回転軸５１の径方向内側の端面、即ち、ホルダ１４側の端面は、ホルダ１４の底部１４ｂに全周にわたって一体に固定されている。
また、このセンサ固定部１７の外周面は、全周にわたって孔部３ａの内周面と当接している。また、本実施形態ではセンサ固定部１７の外周面における孔部３ａの延在方向の一部領域に、中心軸線Ｐを中心として捩じれる雄ネジ部１７ａが形成されている。また、孔部３ａの内周面（本実施形態では、孔部３ａの内周面における裏金６に形成された部分）に雌ネジが形成されており、上記雄ネジ部１７ａが雌ネジ部３ｂに螺合されることによって、センサ固定部１７が孔部３ａに固定される。また、このようにセンサ固定部１７が孔部３ａに固定されることで、装置本体１２が孔部３ａに強固に固定されている。
【００３８】
静電容量センサ１８は、センサ固定部１７の内側に一体に固定されており、本実施形態では、センサ固定部１７の内周面に圧入されることで該センサ固定部１７内に嵌合されている。この静電容量センサ１８は、中心軸線Ｐを中心とした円柱状をなしており、該円柱状の外周面の全域がセンサ固定部１７の内周面に圧着されている。
【００３９】
この静電容量センサ１８における回転軸５１の径方向内側の端部、即ち、ホルダ１４側の端部には、センサ電極１８ａが設けられている。このセンサ電極１８ａは、充填材１６及びホルダ１４の底部１４ｂを蓋部１３との間で挟み込むように設けられている。このようにセンサ電極１８ａが配置されることによって、センサ電極１８ａから該センサ電極１８ａに対向する導電性材料までの間の静電容量、即ち、本実施形態ではセンサ電極１８ａから蓋部１３の第二面１３ｂまでの間の静電容量が検出可能とされている。該静電容量センサ１８によって検出された静電容量の値は、静電容量センサ１８における回転軸５１の径方向外側の端部、即ち、ホルダ１４側とは反対側の端部に形成された出力端子１８ｂからケーブル１８ｃを介して外部に出力される。
【００４０】
次に演算装置１００について説明する。演算装置１００には温度検出装置１１の装置本体１２における静電容量センサ１８の出力、即ち、該静電容量センサ１８が検出する静電容量の値が入力される。演算装置１００では、この静電容量の値に基づいて充填材１６の温度を演算する。
即ち、静電容量センサ１８が検出する静電容量の値は、センサ電極１８ａから蓋部１３の第二面１３ｂまでの間の等価誘電率に応じた値となっている。この等価誘電率の値は、温度変化に伴って変化する充填材１６の誘電率と相関関係がある。したがって、演算装置１００では、等価誘電率の値の充填材１６の温度との関係を予めデータテーブルとして記憶しておくことで、静電容量センサ１８から入力される静電容量の値に応じた充填材１６の温度を出力する。
そして、表示部１１０は、演算装置１００が演算した温度を利用者が認識可能となるように例えばディスプレイに表示する。
【００４１】
次に、上記温度検出システム１０の作用について説明する。
蒸気タービンの運転時には、回転軸５１が回転することで、該回転軸５１は軸受パッド３に対して潤滑油を介して摺接する。この回転軸５１の摩擦熱によって、軸受パッド３のパッド面４の温度が上昇する。表面温度検出システム１０は、このように温度が上昇するパッド面４の温度を検出し、これに基づいてパッド面４の温度が異常であるか否かの判断がなされる。
【００４２】
即ち、パッド面４の温度が上昇するとこれに伴ってパッド面４と面一に配置された蓋部１３の温度も同様に上昇する。これにより、パッド面４の表面と蓋部１３の第一面１３ａとの温度はほぼ同一となる。また、蓋部１３は熱伝導率の高い材料から構成されているため、軸受パッド３の表面層よりも熱が伝達し易い。これにより、蓋部１３は、第一面１３ａから熱が容易に流入し、その結果第一面１３ａと第二面１３ｂとの温度はほぼ同一となる。そして、蓋部１３に流入した熱は該蓋部１３の第二面１３ｂから充填材１６に伝達される。この際、充填材１６はその外周側及び軸受パッド３の背面側が熱伝導率の低いホルダ１４によって囲まれているため、第二面１３ｂから充填材１６に伝達される熱は外部に逃げるように放熱されることなく、充填材１６内に留まることになる。これによって、第二面１３ｂと充填材１６との温度はほぼ同一となり、即ち、蓋部１３の表面である第一面１３ａと充填材１６との温度がほぼ同一となる。したがって、充填材１６の温度を検出すれば、その値を蓋部１３の表面、即ち、パッド面４の温度として近似することができる。
【００４３】
そして、このような状態の下、静電容量センサ１８によりセンサ電極１８ａから蓋部１３の第二面１３ｂまでの間の静電容量の値が検出される。検出された静電容量の値は演算装置１００に入力され、当該演算装置１００で静電容量の値に基づいて充填材１６の温度が演算される。
即ち、ここで、センサ電極１８ａから蓋部１３の第二面１３ｂまでの距離をＤ、センサ電極１８ａの面積をＳ、センサ電極１８ａから蓋部１３の第二面１３ｂまでの等価誘電率をε、センサ電極１８ａから蓋部１３の第二面１３ｂまでの静電容量をＣとすると下記（１）式が成立する。
Ｃ＝εＳ／Ｄ  …（１）
（１）式からもわかるように、静電容量センサ１８は、等価誘電率に比例する。この等価誘電率の値は、温度変化に伴って変化する充填材１６の誘電率と相関関係がある。即ち、充填材１６の温度が変化することにより充填材１６の誘電率が変化すれば、上記等価誘電率も変化することになる。
【００４４】
したがって、演算装置１００では、上述したように等価誘電率の値の充填材１６の温度との関係を予めデータテーブルとして記憶しておくことで、静電容量センサ１８から入力される静電容量の値に応じた充填材１６の温度を演算することができる。このように演算された充填材１６の温度は、表示部１１０に出力される。なお、上述したように、この充填材１６の温度は、パッド面４の温度に近似したものとなる。したがって、表示部１１０では、演算装置１００から出力される充填材１６の温度をパッド面４の温度として表示する。
【００４５】
以上のように本実施形態の温度検出システム１０によれば、温度検出装置１１の蓋部１３材はパッド面４よりも熱伝導率が大きいため、該蓋部１３材の第一面１３ａと第二面１３ｂとの間での温度差は小さなものとなる。また、第二面１３ｂから充填材１６への熱伝導によって該充填材１６の温度も変化する。即ち、充填材１６は蓋部１３材の第一面１３ａとほぼ同様に温度変化する。
ここで、充填材１６の誘電率は温度変化に伴って変化するため、当該温度変化に伴って静電容量センサ１８から第二面１３ｂまでの等価誘電率も変化する。
本実施形態では、静電容量センサ１８によって第二面１３ｂまでの静電容量を取得することで、当該第二面１３ｂまでの等価誘電率を取得することができる。そして、この取得した等価誘電率から、予め取得した等価誘電率と充填材１６の温度との関係に基づいて充填材１６の温度を取得することができる。これによって、パッド面４の熱伝導率が小さい場合であっても、該パッド面４の温度を精度高く検出することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、充填材１６が筒部１４ａ及び底部１４ｂによって囲まれることで、該充填材１６への熱の出入りは蓋部１３材を介してのみとなる。これによって、蓋部１３材の温度変化を充填材１６に確実に伝達することができるとともに、充填材１６から熱が逃げてしまうことを回避できる。したがって、蓋部１３材と充填材１６との温度をより容易にほぼ同じ値とすることができる。
【００４７】
さらに充填材１６として温度変化による誘電率の変化が大きいチタン酸バリウムを用いているため、温度変化に伴う静電容量の変化をより感度高く検出することができる。特に、チタン酸バリウムの感度の良い温度帯域は軸受装置８１の摺動面の温度領域と近似しているため、軸受装置８１に適用することで、該軸受装置８１におけるパッド面４の温度を好適に取得することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、蓋部１３の第一面１３ａがパッド面４と面一とされているため、例えば温度検出装置１１を軸受パッド３に取り付けた後に、パッド面４の表面仕上げを行うことができる。また、軸受装置８１の運転によって、パッド面４とともに蓋部１３の第一面１３ａが摩耗した場合であっても、不都合なくパッド面４の温度を取得することができる。
【００４９】
次に第二実施形態の温度検出システム１０について図５を参照して説明する。第二実施形態で第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態の温度検出システム１０は、温度検出装置１１の装置本体１２のホルダ１４内に二つの密閉空間１９が形成されている。そして、この二つの密閉空間１９には互いに異なる種類の充填材１６が充填されている。さらに、これら二つの充填材１６に応じた静電容量を検出するため、二つの静電容量センサが配置されている。
【００５０】
即ち、本実施形態のホルダ１４は、筒部１４ａ及び底部１４ｂに加えて区画部１４ｃを有している。この区画部１４ｃは、筒部１４ａ及び底部１４ｂの内側の空間を二つの密閉空間１９に仕切っており、本実施液体では、回転軸５１の周方向に隣接する二つの密閉空間１９を形成するように設けられている。なお、密閉空間１９は、周方向に隣接するのみならず回転軸５１の軸方向に隣接していてもよい。即ち、２つの密閉空間１９は、パッド面４の延在方向に沿う方向に隣接するように形成されていればよい。
本実施形態では、このような二つの密閉空間１９の一方にチタン酸バリウムが充填され、他方に水が充填されている。水の温度と誘電率との関係を図６に示す。図６から、水は、約１００℃未満において温度変化とともに比誘電率が変化することがわかる。即ち、水の場合、温度が小さくなる程、比誘電率は大きくなる。
【００５１】
また、本実施形態では、センサ固定部１７の内側に一対の静電容量センサ１８が設けられている。
第一の静電容量センサ１８は、そのセンサ電極１８ａと蓋部１３の第二面１３ｂとの間で第一の密閉空間１９の充填材１６（チタン酸バリウム）及びホルダ１４の底部１４ｂを挟み込むように設けられている。これによって第一の静電容量センサ１８は、チタン酸バリウムの誘電率に基づく静電容量を検出する。
第二の静電容量センサ１８は、そのセンサ電極１８ａと蓋部１３の第二面１３ｂとの間で第二の密閉空間１９の充填材１６（水）及びホルダ１４の底部１４ｂを挟み込むように設けられている。これによって第二の静電容量センサ１８は、水の誘電率に基づく静電容量を検出する。
なお、これら一対の静電容量センサ１８の間には、これら静電容量センサ１８を互いに隔離する隔離部材１７ｂが設けられている。
【００５２】
このような第二実施形態においても、各静電容量センサ１８が検出した静電容量の値が演算装置１００に入力される。演算装置１００では、第一実施形態と同様にして、静電容量の値から充填材１６の温度を演算する。ここで、上述のように、チタン酸バリウムは約１００℃〜約１４０℃の温度帯域で感度が良く、水は１００℃未満で温度と比誘電率とに相関関係を示す。したがって、チタン酸バリウム、水の両方を充填材１６と使用してそれぞれ静電容量を検出し、当該静電容量に基づいて温度を演算することで、精度高く演算可能な温度帯域を広げることができる。したがって、より汎用性のある温度検出システム１０を構成することが可能となる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第一実施形態では、充填材１６としてチタン酸バリウムを使用したが、これに限定されることなく、種々の誘電材料を用いてもよい。また、この際、測定対象の温度帯域において誘電率の変化率の大きい誘電材料を使用することが好ましい。
【００５４】
また、第二実施形態では、２つの密閉空間１９を形成した例について説明したが、３つ以上の複数の密閉空間１９を形成してもよい。この場合、密閉空間１９の数に応じて静電容量センサ１８も複数配置する。これによって、種々の温度帯域をカバーした温度検出装置１１を構成することができる。
【００５５】
さらに、充填材１６として水を使用する場合には、例えばこの水を加圧した状態で密閉空間１９内に封止することで、温度帯域を１００℃以上に増加させることができる。また、水を密閉空間１９に封止した後、該水を加圧可能な加圧装置を設けてもよい。
【００５６】
また、実施形態では軸受装置８１としてジャーナル軸受に適用した例について説明したが、スラスト軸受に適用してもよい。また、軸受装置８１を、ティルティングパッド軸受、スリーブ軸受のいずれに適用してもよい。
【００５７】
さらに、実施形態では表面温度検出システム１０を用いた軸受装置８１を蒸気タービンに対して適用した例について説明したが、ガスタービンやポンプ、ファン等の他の回転機械に適用してもよい。また、表面温度検出システム１０を軸受装置８１のみならず、表面の温度検出を要する他の装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１       軸受ケーシング
２       支持部
３       軸受パッド（部材、軸受パッド本体）
３ａ     孔部
３ｂ     雌ネジ部
４       パッド面
５       背面
６       裏金
７       表面層
１０     温度検出システム
１１     温度検出装置
１２     装置本体
１３     蓋部
１３ａ   第一面
１３ｂ   第二面
１４     ホルダ
１４ａ   筒部
１４ｂ   底部
１４ｃ   区画部
１５     シール部
１６     充填材
１７     センサ固定部
１７ａ   雄ネジ部
１７ｂ   隔離部材
１８     静電容量センサ
１８ａ   センサ電極
１８ｂ   出力端子
１８ｃ   ケーブル
１９     密閉空間
２０     蒸気タービン
３０     ケーシング
３１     仕切板外輪
４０     調整弁
４１     調整弁室
４２     弁体
４３     弁座
４４     蒸気室
５０     ロータ
５１     回転軸
５２     ディスク
６０     静翼
６１     ハブシュラウド
７０     動翼
８０     軸受部
８１     ジャーナル軸受（軸受装置）
８２     スラスト軸受
１００   演算装置
１１０   表示部
Ｏ       軸線
Ｐ       中心軸線
Ｓ       蒸気
【図１】
2014163434.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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