大直径シールリングの周期的熱変形現象の発生限界条件の研究

• Project/Area Number: 08650181
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: 設計工学・機械要素・トライボロジー
• Research Institution: Kanazawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 大石 紀夫 金沢工業大学, 工学部, 教授 (20278089)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 1996: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: シールリング / 油膜シール / トライボロジー / 潤滑 / 周期的変形 / 熱変形

Research Abstract

大直径油膜シールのシールリングにおいて100秒前後という長い周期の周期的変形現象が観察されることがある。この現象の発生状態で長期の運転を継続すると、リングに磨耗や疲労による損傷を生じる恐れがあるので、予め設計段階でこれを回避することが必要である。この現象はシールリングの熱変形が関与し、周期的現象のメカニズムには潤滑油膜特性、非定常温度分布および熱変形が複雑に関連している。従来の研究においては、潤滑・温度分布・熱変形の各計算に単純な仮定を置いていたため、理論と現象が定量的に一致しないという不備があり、定量評価する場合には、経験的な補正係数を導入する必要があった。
本研究は、このような経験的補正係数を用いずに、物理的意味の明確な理論の構築を目指し、特に潤滑油膜解析においては、従来の等粘度仮定の理論を精密化し、油膜温度による粘度変化を考慮した解析理論に基づくコンピュータプログラムを新たに作成した。また、温度分布・熱変形についても、従来の解析方法の精度改善を図った。さらに、これらを総合したシールリング熱変形挙動シミュレーションプログラムを作成して、その解析結果とシールリング熱変形挙動の実測結果を対比したところ、経験的な補正係数を用いずに周期的熱変形現象を評価できることが確認でき、現象の発生限界条件およびそれに関連する要因が明らかとなった。
本研究の成果は理論面にとどまらず、産業界においても、従来経験のない大型発電機用大直径シールリングや将来の超電導発電機の機内真空シールなどの設計の信頼性を高め得るという実用価値を有する。