JP2013228063A

JP2013228063A - 転がり軸受用のグリース供給システム

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Publication number: JP2013228063A
Application number: JP2012101573A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kobayashi; 康裕小林
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-11-07
Also published as: CN103375489A; EP2657556A2; EP2657556A3; US20130284539A1

Abstract

【課題】グリースの排出を適切に行うことができるとともに、グリースの排出量に応じてグリースの供給量を調整することが可能な転がり軸受用のグリース供給システムを提供する。
【解決手段】グリース供給システム１は、転がり軸受２１，２２からグリースを強制的に排出する排出部４０と、グリースの排出量を測定する排出量測定部４２と、排出量測定部４２によって測定されたグリースの排出量に基づいてグリースの補給量を設定する補給量設定部３７と、設定された補給量のグリースを転がり軸受２１，２２に対して自動的に補給する供給部３５と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、風力発電装置の主軸等を支持する転がり軸受に対してグリースを供給するグリース供給システムに関する。

風力発電は、二酸化炭素を排出せず、環境への影響が少ない発電方法として改めて注目され、世界で急速に普及している。また、近年においては、陸上だけでなく地形の影響が少なく立地確保や騒音の問題を緩和できる洋上への風力発電装置の設置が行われている。その一方で風力発電装置に対するメンテナンスはより困難となってきており、メンテナンス頻度を少なくすることが望まれている。

下記の特許文献１には、風力発電装置の運転状況をリアルタイムで把握してメンテナンスの必要時期を予測することにより、メンテナンス回数を減らすことを可能にする技術が開示されている。具体的に、特許文献１記載の技術は、風力発電装置におけるブレードが取り付けられた主軸を支持するための転がり軸受に対する負荷荷重やグリース等の封入潤滑剤の劣化状況を検出し、その検出結果からメンテナンス必要時期の判定を行っている。しかしながら、特許文献１記載の技術では、封入潤滑剤の劣化が認められたとしても、その交換や補給等を自動で行うことはできないため、これらを実施するためにメンテナンスを行わざるを得ず、メンテナンス回数を減らす手段としてはそれほど有効ではなかった。

一方、下記特許文献２には、転がり軸受に対するグリースの補給を自動的に行うことが可能なグリース補給機構が開示されている。このようなグリース補給機構を風力発電装置の主軸用転がり軸受に適用すれば、メンテナンス頻度を低減させることが可能になると考えられる。

特開２０１０−１５９７１０号公報特開２００３−８３３５１号公報

特許文献２記載のグリース補給機構は、グリースが封入された転がり軸受の内部空間に、ポンプを用いて新たなグリースを供給し、新たに供給されたグリースの量に応じた量のグリースを転がり軸受の内部空間から自然に排出し、その排出されたグリースの量を測定手段によって測定する。そして、測定手段によって測定されたグリースの量が少ない場合に、グリースの補給に異常があると判定するように構成されている。

しかしながら、グリースは粘性が高く自然に排出され難いため、グリースの補給が適切に行われているにも拘わらず排出が適切になされない場合がある。このような場合、特許文献２の技術では補給の異常と誤判定されてしまう可能性がある。また、風力発電装置の場合、天候等によって主軸の回転速度が大きく変動し、グリースの排出状態も大きく変動するため、上述のような誤判定が頻発する可能性が高くなる。

さらに、新たに供給されたグリースの量に応じた量のグリースを転がり軸受の内部空間から自然に排出するためには、転がり軸受の内部空間が常にグリースで満たされていなければならず、これでは回転抵抗が増大するとともに、過充填によるグリース漏れが発生する可能性が高くなる。

本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、転がり軸受に対するグリースの排出を確実に行うことができるとともに、グリースの排出量に応じてグリースの補給量を適切に調整し、転がり軸受に対するグリースの封入量を所定に維持することが可能な転がり軸受用のグリース供給システムを提供することを目的とする。

本発明に係る転がり軸受のグリース供給システムは、転がり軸受からグリースを強制的に排出する排出部と、前記排出部によって排出されたグリースの量を測定する排出量測定部と、前記排出量測定部によって測定されたグリースの排出量に基づいてグリースの補給量を設定する補給量設定部と、設定された補給量のグリースを前記転がり軸受に対して自動的に補給する供給部と、を備えていることを特徴とする。

風力発電装置の主軸等を支持するために用いられる転がり軸受にはグリースが封入され、耐久性の向上等が図られているが、グリースの量が多すぎると、その粘性によって回転抵抗が増大したりグリース漏れが生じたりする可能性が高くなり、グリースの量が少なすぎると、潤滑不良によって転がり軸受の耐久性の低下を招くおそれがある。
本発明のグリース供給システムは、転がり軸受に封入されているグリースを排出部によって強制的に排出し、その量を排出量測定部によって測定する。そして、補給量設定部がグリースの排出量に応じたグリースの補給量を設定し、その補給量のグリースを供給部が転がり軸受に供給する。グリースは粘性が高く、転がり軸受から自然に排出することは非常に困難であるが、本発明のグリース供給システムは排出部によって強制的にグリースを排出するので、確実にグリースを転がり軸受から排出することができる。さらに、本発明のグリース供給システムは、転がり軸受から排出されたグリースの量に基づいてグリースの補給量を設定する補給量設定部と、設定された補給量のグリースを補給する供給部とを備えているので、転がり軸受に封入されるグリースの量をほぼ一定に維持することができる。そのため、転がり軸受の回転抵抗の増大、グリース漏れ、転がり軸受の耐久性低下等の従来の問題を好適に解消することが可能となる。

なお、本発明のグリース供給システムは、転がり軸受の内部に対して直接的にグリースの補給や排出を行うものであってもよいし、転がり軸受が軸受箱内に収容され、この軸受箱内にグリースが封入される場合には、軸受箱の内部に対して直接的にグリースの補給や排出を行うことによって、転がり軸受の内部に対して間接的にグリースの補給や排出を行うものであってもよい。

前記排出部は、スクリューポンプにより構成されていることが好ましい。
スクリューポンプによって、粘性の高いグリースであってもほぼ一定の排出量でグリースを連続して排出することが可能となる。

本発明によれば、転がり軸受からのグリースの排出を確実に行うことができるとともに、グリースの排出量に応じてグリースの補給量を調整し、転がり軸受に対するグリースの封入量を所定に維持することができる。

本発明の一実施の形態に係るグリース供給システムを適用することができる風力発電装置の概略図である。グリース供給システムの概略図である。グリース供給システムのブロック図である。強制排出機構の排出部を示す概略図である。グリース供給システムにおける動作手順を示すフローチャートである。本発明の他の実施の形態における強制排出装置の概略図である。本発明の更に他の実施の形態における強制排出装置の概略図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るグリース供給システムを適用することが可能な風力発電装置の概略図である。
風力発電装置１０は、ブレード１１、支柱１２、及びナセル１３を備えている。ブレード１１は、主軸１４の先端に設けられた複数枚の羽根により構成され、風を受けることによって主軸１４を回転させる。ナセル１３は、主軸１４と、この主軸１４を支持するための支持機構１５と、主軸１４の回転を増速する増速機１６と、増速機１６によって増速された回転動力によって発電する発電機１７と、これらを収容するケーシング１８等を備えている。支柱１２は、上下方向の軸心回りに水平旋回可能にナセル１３を支持している。

図２は、グリース供給システムの概略図である。
本実施の形態のグリース供給システム１は、主軸１４を支持する支持機構１５に対してグリースを供給するものである。支持機構１５は、軸方向一対の転がり軸受２１，２２と、各転がり軸受２１，２２を収納する軸受箱２３とを備えている。一方の転がり軸受２１は複列の円すいころ軸受とされ、他方の転がり軸受２２は円筒ころ軸受とされている。

軸受箱２３は、外周壁２３ａと一対の側壁２３ｂとから断面コの字形状に形成され、主軸１４の外周部に設けられている。そして、主軸１４と軸受箱２３とに囲まれた空間に転がり軸受２１，２２が収納されている。軸受箱２３の側壁２３ｂと主軸１４との間には、シール部材２４が設けられており、このシール部材２４によって軸受箱２３内が密封されている。

軸受箱２３内には、潤滑剤として半固形状のグリースが封入され、転がり軸受２１，２２が潤滑されている。このグリースは、グリース供給システム１によって供給される。グリース供給システム１は、自動供給装置３１と強制排出装置３２とから構成されている。自動供給装置３１は、軸受箱２３内に所定量のグリースを供給する機能と、定期的（間欠的）又は継続的にグリースを補給する自動補給装置としての機能とを有している。

これに対して、強制排出装置３２は、軸受箱２３内のグリースを定期的（間欠的）又は継続的に排出する機能を有している。したがって、グリース供給システム１は、強制排出装置３２により軸受箱２３内のグリースを強制的に排出すると同時に、自動供給装置３１により軸受箱２３内に新たなグリースを補給することによって、軸受箱２３内のグリースの量をほぼ一定に維持しながら劣化を防止し、潤滑性能を長期間にわたり維持することが可能となっている。

図３は、グリース供給システムのブロック図である。
グリース供給システム１における自動供給装置３１は、軸受箱２３内にグリースを供給する供給部３５と、軸受箱２３内に封入するグリースの量を設定する封入量設定部３６と、軸受箱２３内に補給するグリースの量を設定する補給量設定部３７とを有している。
供給部３５は、グリースを貯留するタンク（図示省略）や、このタンクからグリースを取り出して軸受箱２３内に供給するポンプ（図示省略）等を含んでいる。

封入量設定部３６は、軸受箱２３内に封入するグリースの量を軸受箱２３の内部容積や転がり軸受２１，２２の体積等に基づいて算出し、算出した量のグリースを軸受箱２３内に供給するように供給部３５を動作制御する機能を有している。なお、軸受箱２３に封入するグリースの量は、転がり軸受２１，２２の回転抵抗の大きさやグリースによる潤滑性能等を考慮して設定される。例えば、軸受箱２３内に残存する空間の７０％程度を占める量のグリースを軸受箱２３内に封入することができる。

補給量設定部３７は、想定される主軸１４の回転速度やグリースの劣化度合い等から軸受箱２３内の潤滑性能を維持可能なグリースの補給量を算出し、算出した補給量のグリースを軸受箱２３内に供給するように供給部３５を動作制御する機能を有している。
したがって、封入量設定部３６及び補給量設定部３７は、単に封入量や補給量を設定するだけでなく、実質的に供給部３５を動作制御する制御部として機能をも有している。

強制排出装置３２は、軸受箱２３内からグリースを排出する排出部４０と、軸受箱２３内から排出するグリースの量を設定する排出量設定部４１と、排出部４０によって排出されたグリースの量を測定する排出量測定部４２とを備えている。
図４は、強制排出装置３２の排出部４０を示す概略図である。本実施の形態の排出部４０は、スクリューポンプによって構成されている。このスクリューポンプ４０は、グリースの流路を形成する筒状体４３と、回転軸４４の外周部に螺旋状の羽根４５を備えたスクリュー４６と、モータや動力伝達機構等を含みスクリュー４６を回転駆動する駆動部４７とを備えており、スクリュー４６を回転させることによってグリースを搬送するものである。スクリューポンプ４０は、傾斜した姿勢で配置され、その上部が軸受箱２３の底部に臨んでおり、軸受箱２３の底部に溜まったグリースを強制的に排出する。

排出量設定部４１は、軸受箱２３内から排出するグリースの量を算出し、算出された量のグリースを軸受箱２３内から排出するように排出部４０を動作制御する機能を有している。すなわち、排出量設定部４１は、実質的に排出部４０を制御する制御部として機能している。排出部４０によって排出されるグリースの量は、自動供給装置３１における補給量設定部３７によって設定されたグリースの補給量に基づいて設定される。具体的には、グリースの排出量は、軸受箱２３内のグリースが一定の封入量に維持されるように、グリースの補給量に連係して設定される。

排出量測定部４２は、排出部４０によって排出されたグリースを受け、その重量や容量を測定する。この排出量測定部４２によって測定されたグリースの排出量は、自動供給装置３１によるグリースの補給量を更新するために用いられる。
なお、強制排出装置３２は、上記構成の他に、排出量測定部４２によって排出量が測定された後のグリースを回収して貯留する回収タンク４９等を備えている。

以下、本実施の形態のグリース供給システム１の動作手順を説明する。図５は、グリース供給システムの動作手順を示すフローチャートである。
まず、グリース供給システム１を始動させると、自動供給装置３１における封入量設定部３６が、軸受箱２３内の容積等からグリースの封入量を計算するとともに、その計算結果から軸受箱２３内へのグリースの初期封入量を設定する（ステップＳ１）。

次いで、自動供給装置３１の補給量設定部３７が、軸受箱２３内へのグリースの所定時間当たりの補給量を設定する（ステップＳ２）。なお、ここで求められるグリースの補給量は、初期の設定であり、後述するグリースの排出量に応じて適宜更新される。そして、補給量設定部３７は、設定したグリースの補給量についての情報を強制排出装置３２の排出量設定部４１に出力（送信）する。
次いで、自動供給装置３１の封入量設定部３６が供給部３５の動作を制御し、供給部３５が封入量設定部３６において設定された初期封入量のグリースを軸受箱２３内に供給する（ステップＳ３）。

強制排出装置３２の排出量設定部４１は、補給量設定部３７から出力されたグリースの補給量についての情報を受信し、この補給量に基づいて所定時間当たりのグリースの排出量を設定する（ステップＳ２１）。
その後、強制排出装置３２の排出量設定部４１は排出部４０の動作を制御し、排出部４０は、設定された排出量のグリースを軸受箱２３内から強制的に排出する（ステップＳ２２）。

次いで、強制排出装置３２の排出量測定部４２は、排出部４０によって排出されたグリースの量を測定する（ステップＳ２３）。そして、排出量測定部４２は、測定したグリースの排出量についての情報を自動供給装置３１における補給量設定部３７に出力（送信）する。
自動供給装置３１は、強制排出装置３２から排出量についての情報を受信したか否かを判断し（ステップＳ４）、受信していない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ２において設定されたグリースの補給量を供給部３５により補給する（ステップＳ７）。また、強制排出装置３２から排出量についての情報を受信した場合（ステップＳ４のＹｅｓ）には、補給量設定部３７は、グリースの排出量と軸受箱２３内の初期封入量とから軸受箱２３内のグリースの残量を計算により求める（ステップＳ５）。そして、補給量設定部３７は、求められたグリースの残量から、軸受箱２３内に補給すべきグリースの補給量を更新する処理を行う（ステップＳ６）。

その後、補給量設定部３７が供給部３５の動作を制御し、供給部３５が、更新されたグリースの補給量を軸受箱２３内に補給する（ステップＳ７）。
自動供給装置３１は、オペレータ等によってグリースの補給停止（グリース供給システム１の稼働停止）の指示がなされたか否かを判断し（ステップＳ８）、当該指示がなされなかった場合には、ステップＳ４〜Ｓ７の動作を繰り返し行い、当該指示がなされた場合には、自動補給を停止する（ステップＳ９）。また、同様に、強制排出装置３２は、グリースの排出停止（グリース供給システム１の稼働停止）の指示がなされたか否かを判断し（ステップＳ２５）、当該指示がなされなかった場合には、ステップＳ２２〜Ｓ２４の動作を繰り返し行い、当該指示がなされた場合には、グリースの排出を停止する（ステップＳ２６）。

以上説明した本実施の形態のグリース供給システム１は、自動供給装置３１によって軸受箱２３内にグリースを補給しつつ、強制排出装置３２によって軸受箱２３内のグリースを排出するように構成されている。グリースは粘性が高く、自然に軸受箱２３から排出することは困難であるが、本実施の形態では、強制排出装置３２の排出部４０によって強制的にグリースを排出しているので、より確実にグリースを排出することができる。

また、軸受箱２３内のグリースの量が多すぎると、その粘性による抵抗で主軸１４の回転が阻害されたり、シール部材２４からグリースが漏れたりする可能性が高くなり、グリースの量が少なすぎると、潤滑不良によって転がり軸受２１，２２の耐久性の低下を招くおそれがあるが、本実施の形態のグリース供給システムは、強制排出装置３２の排出部４０によって強制的に排出されたグリースの量を測定し、その排出量に応じた量のグリースを補給しているので、軸受箱２３内のグリースの量をほぼ一定に保持することが可能となり、回転抵抗の増大、グリース漏れ、転がり軸受２１，２２の耐久性低下等の問題が生じることもほとんどない。

また、スクリューポンプ４０は、転がり軸受２１，２２の回転数の変動が大きくても、粘性の高いグリースであっても、一定の排出速度（排出量）で連続的にグリースを排出することができる。したがって、風力発電装置１０の主軸支持用の転がり軸受２１，２２からグリースを排出する排出部４０として、スクリューポンプを好適に利用することができる。

強制排出装置３２の排出部４０は、図４に示されるもののほか、図６及び図７に示される構成に変更することが可能である。図６及び図７は、本発明の他の実施の形態における強制排出装置の排出部を示す概略図である。
図６に示される強制排出装置３２の排出部４０は、筒状体４３の内部を、筒軸心方向に沿って往復移動可能なプッシャ４８を備えており、このプッシャ４８がグリースを押し出すことによって軸受箱２３内から強制的にグリースを排出することができる。
図７に示される強制排出装置３２の排出部４０は、一対のプーリに巻掛けられたコンベアベルト５０に複数の移送部材５１を間隔をあけて備えたものであり、コンベアベルト５０を回送させることによって、移送部材５１によりグリースを強制的に排出することができる。

本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において種々の変形及び変更が可能である。
例えば、本発明は、風力発電装置１０の主軸１４を支持するための転がり軸受２１，２２だけでなく、あらゆる装置に用いられる転がり軸受に対するグリースの供給のために適用することができる。ただし、グリースの補給が困難であり、メンテナンス頻度低減の要請が大きい風力発電装置に対して本発明を適用することがより有効である。

グリースを排出するための排出部４０の構成は、上記実施の形態で説明したものに限らず、あらゆる構成を採用することができる。
また、グリースの供給対象となる転がり軸受２１，２２は、円錐ころ軸受や円筒ころ軸受に限らず、玉軸受等の他の形式の転がり軸受であってもよい。
上記自動供給装置３１における封入量設定部３６及び補給量設定部３７や、強制排出装置３２における排出量設定部４１は、共通の制御装置によって構成されていてもよい。また、本発明の供給部は、転がり軸受２１，２２への初期封入を行わず、補給のみを行うものであってもよい。

１：グリース供給システム、１４：主軸、２１：転がり軸受、２２：転がり軸受、２３：軸受箱、３１：自動供給装置（自動補給装置）、３２：強制排出装置、３５：供給部、３７：補給量設定部、４０：排出部、４２：排出量測定部、

Claims

転がり軸受からグリースを強制的に排出する排出部と、
前記排出部によって排出されたグリースの量を測定する排出量測定部と、
前記排出量測定部によって測定されたグリースの排出量に基づいてグリースの補給量を設定する補給量設定部と、
設定された補給量のグリースを前記転がり軸受に対して自動的に補給する供給部と、
を備えていることを特徴とする転がり軸受用のグリース供給システム。
前記排出部が、スクリューポンプにより構成されている、請求項１に記載の転がり軸受用のグリース供給システム。