JP2015203642A - 潤滑油監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の劣化を監視するに気泡がノイズの原因となっている。【解決手段】回転機械の潤滑油を監視するシステムは、前記潤滑油を前記回転機械を経由して循環せしめる循環系と、前記循環系に接続され、前記潤滑油を上層と下層とに分離する分離装置と、前記分離装置に接続されて前記下層を受容し、前記下層を監視するセンサと、前記センサに接続されて前記下層を受容し、前記分離装置に接続されて前記上層を受容し、以って前記上層と前記下層との両方を回収して前記循環系に供給する油槽と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、タービン等の回転機械に適用される潤滑油の循環システムに関し、特にシステムを循環する潤滑油の劣化を常時監視することができる潤滑油監視システムに関する。

ガスタービンエンジンや蒸気タービン、その他の産業用機械のごとき回転機械の多くは、潤滑油等の流体による潤滑を必要とする。種々の理由により潤滑油は徐々に劣化するが、潤滑油を一旦循環システムに充填してしまうと、その状態を外部から確認することは、しばしば困難である。そこで、一般的な運用指針によれば、一定の交換期間を予め定めておき、かかる期間の経過ごとに潤滑油を新鮮なものに交換している。

潤滑油が循環する経路はしばしば長大であり、そこから潤滑油を残渣なく抜き取り、新鮮な潤滑油に置換することは、面倒かつ困難な作業である。メンテナンスコストを重視すれば、交換期間が長いに越したことはない。もちろん安全性を考慮すれば、短めの交換期間を採用せざるを得ない。

交換の際に潤滑油を観察すると、なお使用可能な状態であることがしばしばである。あるいは逆に、思わぬ短期間に劣化が進展することも、ありえないことではない。それゆえ潤滑油の状態は、可能ならば、常時監視することが望ましく、それによって交換時期を最適化できればより望ましい。

特許文献１は、潤滑油の劣化度の測定に関連する技術を開示している。

特開平２−１４５９６６号公報

潤滑油は、劣化に伴って色調が変化するので、色相センサやレーザーセンサのごとき光学的な手段を利用することは易しそうである。ところが本発明者による検討によれば、回転機械を運転したまま光学センサにより動的に潤滑油を監視しようとすると、出力が不安定となり、意味ある結果を得ることが難しい。本発明者による更なる検討によれば、回転機械の運転に伴って潤滑油は相当量の気泡を含み、かかる気泡が光を散乱して出力に多大なノイズを重畳し、これが出力を不安定化することが分かった。

本発明は上述の課題に鑑みて為されたものであって、その一の局面によれば、 回転機械の潤滑油を監視するシステムは、前記潤滑油を前記回転機械を経由して循環せしめる循環系と、前記循環系に接続され、前記潤滑油を上層と下層とに分離する分離装置と、前記分離装置に接続されて前記下層を受容し、前記下層を監視するセンサと、前記センサに接続されて前記下層を受容し、前記分離装置に接続されて前記上層を受容し、以って前記上層と前記下層との両方を回収して前記循環系に供給する油槽と、を備える。

好ましくは、前記センサは、色相センサおよびレーザーセンサよりなる群より選択された一以上を含む。また好ましくは、システムは、前記センサへの流量を調整する調整弁を、さらに備える。さらに好ましくは、システムは、前記分離装置において前記下層内に開口した第１の端を備え、前記センサを経由して前記分離装置と前記油槽とを流体連通する監視ラインを、さらに備える。より好ましくは、システムは、前記分離装置において前記上層内に開口した第２の端を備え、前記分離装置と前記油槽とを流体連通する回収ラインを、さらに備える。

簡易な構成ながら効果的に気泡によるノイズを防止することのできる潤滑油監視システムが提供される。

図１は、本発明の一実施形態による潤滑油監視システムのブロック図である。 図２は、一例による分離装置の模式的な断面図である。 図３は、他の例による分離装置の模式的な断面図である。

本発明の幾つかの実施形態を添付の図面を参照して以下に説明する。図面は必ずしも正確な縮尺により示されておらず、従って相互の寸法関係は図示されたものに限られないことに特に注意を要する。

本発明の実施形態は、例えば回転機械に好適に適用できるが、これは例示に過ぎず、回転機械以外の機械にも適用でき、また潤滑油以外の種々の流体にも適用できる。

図１を参照するに、回転機械３の潤滑油を監視するシステム１は、概して、潤滑油が通過する循環系Ｌ_Ｓ，Ｌ_Ｅ，Ｌ_Ｆ，Ｌ_Ｃと、循環系に接続された分離装置５と、潤滑油を監視するセンサ７と、潤滑油を回収して循環系に供給する油槽９と、よりなる。

潤滑油を循環せしめるべく、一以上のポンプＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４が循環系に接続される。あるいは、ポンプなしに、回転機械３自体が生ずるポンプ効果を利用して潤滑油を循環せしめてもよい。

ポンプまたは回転機械３が発生する圧力を有効に利用するべく、また潤滑油が外部に漏洩することを防止するべく、システム１は、液密的および気密的に閉じたループを成すが、あるいはシステム１は部分的に開放系であってもよい。

循環系のうち供給ラインＬ_Ｓは、例えば金属ないし樹脂よりなるチューブであって、油槽９と回転機械３とを流体連通する。ポンプのうち第１のポンプＰ_１が供給ラインＬ_Ｓ上に接続されていてもよい。油槽９内の潤滑油は供給ラインＬ_Ｓを通って回転機械３に送給される。

循環系のうち排出ラインＬ_Ｅは、同様に回転機械３と分離装置５とを流体連通する。ポンプのうち第２のポンプＰ_２が排出ラインＬ_Ｅ上に接続されていてもよい。回転機械３を潤滑した後の潤滑油は、排出ラインＬ_Ｅに排出されて分離装置５に達する。

分離装置５には、さらに回収ラインＬ_Ｆおよび監視ラインＬ_Ｃが接続されており、これらを介して分離装置５が油槽９に流体連通している。以って潤滑油が油槽９に回収される。回収ラインＬ_Ｆおよび監視ラインＬ_Ｃ上にも、それぞれ第３のポンプＰ_３および第４のポンプＰ_４が接続されていてもよい。

すなわち循環系Ｌ_Ｓ，Ｌ_Ｅ，Ｌ_Ｆ，Ｌ_Ｃは、潤滑油を回転機械３を経由して循環せしめている。

図２，３を参照して分離装置５の詳細を説明する。分離装置５は、例えば油溜りＲを備えることができる。油溜りＲは、潤滑油がこれを通過するときに、その流速を一時的に遅くすることにより、潤滑油を上層Ｆと下層Ｃとに分離する。潤滑油に含まれる気泡は、それ自体が有する浮力により上層Ｆに集まり、下層Ｃにおいて気泡は相対的に低濃度となる。

流速を遅くするべく、油溜りＲの断面積は排出ラインＬ_Ｅの断面積よりも大きくなっている。また油溜りＲの内部において攪拌を起こさせないほうが気泡を上層Ｆに集めるに有利であり、それゆえ油溜りＲには、潤滑油の流動に抗しない単純な構造が好適である。そのような構造としては、例えば立方体、直方体、円筒、球を例示することができる。あるいは、気泡を上層Ｆに誘導するに有利な何れかの他の構造を適用することができる。

分離装置５は、潤滑油から気泡を除去することを意図していない。これまでの説明より理解される通り、気泡をより多く含む上層Ｆも回収ラインＬ_Ｆを経由して循環系に回収される。分離装置５は、各ラインＬ_Ｅ，Ｌ_Ｆ，Ｌ_Ｃとの連通を除き、液密的および気密的に閉じていてもよい。また図２，３には潤滑油の液面より上方に空気の層が描かれているが、かかる空気の層は必須ではなく、分離装置５が潤滑油により実質的に満たされていてもよい。

あるいは、何れかのラインから区別できる油溜りＲに代えて、何れかのラインの一部を分離装置５として利用することもできる。例えば、排出ラインＬ_Ｅの一部が拡幅しており、かかる部位において断面積が増大していれば、かかる部位を分離装置５として利用することができる。

監視ラインＬ_Ｃの一端（第１の端）は、分離装置５において下層Ｃに開口しており、回収ラインＬ_Ｆの一端（第２の端）は、上層Ｆに開口している。図２に示すごとく、監視ラインＬ_Ｃと回収ラインＬ_Ｆの両方が分離装置５の側壁に接続されていてもよい。この場合は、監視ラインＬ_Ｃは側壁の下方に、回収ラインＬ_Ｆは上方に接続される。

あるいは図３に示す分離装置５’のごとく、監視ラインＬ_Ｃと回収ラインＬ_Ｆの両方が分離装置５’の下壁に接続されていてもよい。この場合は、監視ラインＬｃからは短い延長チューブＴ_Ｓが延びていてもよく、延長チューブＴ_Ｓの上端が下層Ｃに開口する。回収ラインＬ_Ｆからは長い延長チューブＴ_Ｌが延び、延長チューブＴ_Ｌの上端が上層Ｆに開口する。

またあるいは、監視ラインＬ_Ｃが下壁に接続され、回収ラインＬ_Ｆが側壁に接続されていてもよい。さらにあるいは、何れかまたは両方が上壁に接続されていてもよい。

図１に戻って参照するに、気泡の濃度が相対的に低下した下層Ｃは、監視ラインＬ_Ｃを経由してセンサ７へ導かれる。分離装置５から一旦引き出すことにより、下層Ｃが滞留することを防止することができる。下層Ｃは、監視ラインＬ_Ｃに引き出されることにより、一定の流量の定常流となる。

流量を調整するべく、監視ラインＬ_Ｃは調整弁Ｖを備えてもよい。調整弁Ｖとしては、ニードルバルブを適用することができるが、あるいはグローブバルブやボールバルブ、また他のバルブを適用してもよい。

センサ７は監視ラインＬ_Ｃに組み込まれていてもよく、あるいはセンサ７を設置するべく、監視ラインＬ_Ｃ上にも油溜りを設けてもよい。

センサ７には、色相センサを適用することができる。色相センサとしては、例えば、光源と、ＣＣＤのごとき受光素子とよりなる公知のセンサを利用することができる。かかるセンサは、白色光源と３色センサとの組み合わせであってもよく、あるいは３色光源と３色センサとの組み合わせ、または３色にそれぞれ対応した単色光源と単色センサとの組み合わせでもよい。潤滑油の劣化は色相の変化をもたらすので、色相の変化を監視することにより潤滑油の劣化の程度を判定することができる。

あるいは、色相センサに代えて、または加えて、レーザーセンサを利用することができる。レーザーセンサによれば、潤滑油を透過または反射したレーザー光を受光素子が検出する。潤滑油が劣化するに伴って、機械の磨耗に起因する金属粉が潤滑油に混入し、また変質した潤滑油成分が増大し、次第にレーザー光の透過率が低下する。従って透過または反射光を監視することにより潤滑油の劣化の程度を判定することができる。もちろんこれらに代えて、他の検出手段を利用することもできる。

上述の実施形態によれば、循環する潤滑油のうち、気泡の濃度の低減された部分のみがセンサによる監視の対象となる。ノイズの原因となる気泡が低減されているので、色相センサやレーザーセンサのごとき光学センサを利用することができる。

光学センサによれば、監視結果を電気信号として取り出すことができる。電気信号は電気的手段を介して使用者に警告を発することに利用でき、あるいは信号を解析して劣化の予測に利用することもできる。すなわち従来の監視手段に比べて有利な効果を提供できる。

潤滑油のうち、監視の対象になるのは、分離装置により分離された部分のみである。かかる部分は、気泡の濃度が低減されていることを除き、全体に対して特異な部分というわけではない。それゆえ潤滑油の全体を監視することに比べ、不利益が生ずるわけではない。

本実施形態によれば、分離装置が簡易な構成であるために、気泡を完全に排除できるとは限らないが、ノイズを低減するには十分である。一方、潤滑油の劣化を監視するには、一時的な状態変動に鋭敏であることは必要ではなく、潤滑油を常時監視してその変化の傾向を検出できれば十分である。従ってノイズを必要以上に低減することは不要であって、ただノイズが一定以下に抑制されていればよい。すなわち本実施形態のごとき簡易な構成は合理的である。

分離装置の構成が簡易であるために、装置の不調が起こりにくく、また本実施形態は広範な適用範囲を有する。例えば潤滑油から気泡を除去するのに、旋回流を利用することができるが、この方法はある程度以上の流速を必要とし、例えば潤滑油の流量は１リットル／分以上であることが必要である。本実施形態によれば、流速が遅いことに制限はなく、１リットル／分未満の流量の装置にも適用することができる。また分離装置の寸法を調整し、あるいは調整弁を利用することにより、比較的に速い流速であっても本実施形態を適用することができる。すなわち本実施形態は、不調を起こしにくく、また広範な適用範囲を有する点で、従来の装置に比べて有利である。

好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。

循環する潤滑油の劣化を監視するシステムが提供される。

１ 潤滑油監視システム
３ 回転機械
５，５’ 分離装置
７ センサ
９ 油槽
Ｃ 下層
Ｆ 上層
Ｌ_Ｓ，Ｌ_Ｅ，Ｌ_Ｆ，Ｌ_Ｃ ライン
Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４ ポンプ
Ｒ 油溜り
Ｔ_Ｌ，Ｔ_Ｓ 延長チューブ
Ｖ 調整弁

Claims (5)

1. 回転機械の潤滑油を監視するシステムであって、
   前記潤滑油を前記回転機械を経由して循環せしめる循環系と、
   前記循環系に接続され、前記潤滑油を上層と下層とに分離する分離装置と、
   前記分離装置に接続されて前記下層を受容し、前記下層を監視するセンサと、
   前記センサに接続されて前記下層を受容し、前記分離装置に接続されて前記上層を受容し、以って前記上層と前記下層との両方を回収して前記循環系に供給する油槽と、
   を備えたシステム。
2. 請求項１のシステムであって、前記センサは、色相センサおよびレーザーセンサよりなる群より選択された一以上を含む、システム。
3. 請求項１または２のシステムであって、
   前記センサへの流量を調整する調整弁を、さらに備えたシステム。
4. 請求項１ないし３の何れか１項のシステムであって、
   前記分離装置において前記下層内に開口した第１の端を備え、前記センサを経由して前記分離装置と前記油槽とを流体連通する監視ラインを、さらに備えたシステム。
5. 請求項１ないし４の何れか１項のシステムであって、
   前記分離装置において前記上層内に開口した第２の端を備え、前記分離装置と前記油槽とを流体連通する回収ラインを、さらに備えたシステム。

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