JP2017106600A - 攪拌装置、潤滑油採取方法、及び回転機械システム - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑油を使用する軸受装置の油溜から潤滑油の一部を取り出すための時間やエネルギの消費を抑える。【解決手段】 潤滑油を使用する軸受装置３０に設けられた、軸受装置３０の油溜３４内の潤滑油を攪拌するための攪拌装置５０１は、流体としての空気を排出する潤滑油用ポンプ５１１と、複数の孔を有し、複数の孔が油溜３４内の潤滑油に浸るように軸受ケーシング３１に対して固定されるともに、潤滑油用ポンプ５１１に接続される散気管５３２とを備え、潤滑油用ポンプ５１１から散気管５３２を通して油溜３４内の潤滑油に空気を供給することで、油溜３４内の潤滑油を攪拌する。【選択図】 図２

Description

本発明は、潤滑油を使用する軸受装置内の潤滑油を攪拌するための攪拌装置、それを用いた潤滑油採取方法、並びに攪拌装置を含む回転機械システに関するものである。

回転機械システムの一例としてのポンプシステムは、駆動軸と、駆動軸によって回転される回転機械としてのポンプと、駆動軸を回転駆動する駆動モータと、駆動軸を回転可能に支持する軸受装置とを備えている。また、フライホイール、流体変速機（流体継手、トルクコンバータ等）、増減速機、クラッチ等の回転機械システムにも、駆動軸を回転可能に支持する軸受装置が用いられる。これらの軸受装置では、駆動軸との間の摩擦を低減するために潤滑油が用いられる。

近年、機械設備の管理・維持方法として故障の根本原因系を監視・除去するプロアクティブ保全が提唱され、中でも潤滑油診断は回転機械システムの軸受装置の回転体摺動部の状態を知る上で非常に重要な評価方法となっている。

この潤滑油診断のために、軸受装置からは少量の潤滑油が採取されるが、診断に用いる潤滑油は、滑油全体の代表となるものでなければならず、軸受装置内の潤滑油の全体が均一に混合された状態でその一部を採取すべきである。潤滑油に含まれる成分や異物は、ポンプの運転が長時間停止すると沈殿してしまうものもあり、そのような状態で一部の潤滑油を採取した場合には、潤滑油の全体に当該成分や異物がどの程度含まれているかを正確に知ることが困難になるからである。

特開２０１５−１１７７１１号公報

理想的には運転中に採油するべきだが、多くの場合、運転停止後に採油せざるを得ず、停止後に長時間が経過していることもある。採油前に運転して回すこともあるが、特に大型機械では採油のためだけに再度運転を実施すると、この運転のために、時間やエネルギを消費してしまうという問題があった。

本発明は、潤滑油を使用する軸受装置の油溜から、診断のために潤滑油の一部を取り出すための時間やエネルギの消費を抑えることを目的とする。

本発明の一態様は、潤滑油を使用する軸受装置に設けられた、前記軸受装置の油溜内の潤滑油を攪拌するための攪拌装置であって、流体を排出する潤滑油用ポンプと、第１の開口を有し、前記第１の開口が前記油溜内の潤滑油に浸るように前記軸受装置に対して固定されるともに、前記潤滑油用ポンプに接続される第１の管とを備え、前記潤滑油用ポンプから前記第１の管を通して前記油溜内の潤滑油に前記流体を供給することで、前記油溜内の潤滑油を攪拌する構成を有している。

この構成により、軸受装置が軸受をする軸自体を回転させることなく、潤滑油用ポンプから流体（例えば、空気や潤滑油）を供給することで軸受装置の油溜内の潤滑油を攪拌できるので、油溜内の潤滑油を均一な状態にするための時間やエネルギの消費を抑えることができる。

前記流体は空気であってよい。この構成により、油溜内の潤滑油に空気を送ることで、潤滑油内でバブリングさせて、油溜内の潤滑油を攪拌できる。

前記潤滑油用ポンプは逆運転可能であってよく、上記の攪拌装置は、前記潤滑油用ポンプを逆運転させて、前記油溜から前記第１の管を通して前記潤滑油を吸い出して前記潤滑油を採取することで、潤滑油採取装置としても機能してよい。この構成により、攪拌のために用いる潤滑油用ポンプを用いて潤滑油を採取することもできる。

前記第１の管は、前記第１の開口として前記油溜内に配置される複数の孔を有する散気管であってよい。この構成により、複数の孔から空気を供給するので、より効果的にバブリングを行うことができる。

前記流体は前記油溜内から吸い出した潤滑油であってよい。この構成により、油溜内から取り出した潤滑油を油溜内に供給することで、油溜内の潤滑油を攪拌できる。

前記潤滑油用ポンプは、吐出口と吸込口とを備え、吸込口から吸い込んだ潤滑油を吐出口から吐き出すことが可能であってよく、前記第１の管は、前記吐出口に接続されていてよく、前記攪拌装置は、さらに、第２の開口を有し、前記第２の開口が前記油溜内の潤滑油に浸るように前記軸受装置に対して固定されるともに、前記潤滑油用ポンプの前記吸込口に接続される第２の管を備え、前記油溜から前記第２の管を通して前記潤滑油用ポンプに前記潤滑油を吸い出して、吸い出した潤滑油を前記潤滑油用ポンプから前記第１の管を通して前記油溜に戻して潤滑油を循環させてよい。この構成により、潤滑油が油溜から、第２の管、潤滑油用ポンプ、第１の管をこの順に通って油溜に戻されて循環し、油溜内の潤滑油が攪拌される。

上記の攪拌装置は、前記潤滑油用ポンプにて、前記油溜から前記第２の管を通して前記潤滑油用ポンプに吸い出した前記潤滑油を採取することで、潤滑油採取装置としても機能してもよい。この構成により、攪拌のために用いる潤滑油用ポンプを用いて潤滑油を採取することもできる。

前記第２の管は、前記第１の管の前記第１の開口を有する先端よりも低い位置に設けられ、前記第２の開口として複数の孔を有し、前記複数の孔から潤滑油を吸い込むものであってよい。この構成により、より効果的に循環による攪拌作用が得られる。

本発明の別の態様は、潤滑油採取方法であって、この潤滑油採取方法は、上記の攪拌装置を用いて、軸受装置の油溜内の潤滑油を攪拌するステップと、前記油溜内の潤滑油が攪拌された状態で、前記油溜内の潤滑油の一部を採取する採油ステップとを含む構成を有している。

この構成によれば、軸受装置が軸受をする軸自体を回転させることなく（軸受装置が回転機械に用いられる場合には回転機械を運転することなく）、潤滑油用ポンプから流体を供給することで軸受装置の油溜内の潤滑油を攪拌できるので、油溜内の潤滑油の一部を採取するにあたって、油溜内の潤滑油を均一な状態にすることができるとともに、そのための時間やエネルギの消費を抑えることができる。

本発明のさらに別の態様は、回転機械システムであって、この回転機械システムは、回転機械と、前記回転機械の駆動軸と、潤滑油を使用して、前記駆動軸を回転可能に支承する軸受装置と、前記軸受装置に対して設けられた、上記の攪拌装置とを備えた構成を有している。

本発明によれば、潤滑油用ポンプから流体を供給することで軸受装置の油溜内の潤滑油を攪拌できるので、油溜内の潤滑油を均一な状態にするための時間やエネルギの消費を抑えることができる。

本発明の実施の形態の回転機械システムの概略構成を示す断面図 本発明の第１の実施の形態の軸受装置の概略構成を示す断面図 本発明の第２の実施の形態の軸受装置の概略構成を示す断面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

図１は、本発明の実施の形態の回転機械システムの概略構成を示す断面図である。図１に示すように、回転機械システム１００は、回転機械としてのポンプ１０と、駆動軸２０と、駆動軸２０を回転可能に支持する軸受装置３０とを備えている。回転機械システム１００はさらに、ポンプ１０を駆動する図示しない駆動源（モータ、エンジン等）を備えている。

駆動軸２０は、その一端がポンプ１０内に位置し、ポンプ１０から軸線ＡＬ方向（水平方向）に延びて軸受装置３０を貫通し、他端は駆動モータに接続されている。駆動軸２０の一端側には、駆動軸２０の周囲にポンプ１０の羽根車１１が固定されている。

軸受装置３０は、軸受ケーシング３１と軸受３２，３３とを備えている。軸受装置３０は、軸受３２，３３によって駆動軸２０を回転可能に片持ち支承する。軸受３２，３３は、潤滑油を使用する玉軸受である。軸受３２と軸受３３との間には、軸受ケーシング３１によって油溜３４が形成されている。本実施の形態では、油溜３４におけるオイルレベルＯＬは、軸受３２，３３を構成する玉が最も下方に位置する際の当該玉の中心付近に維持される。

軸受ケーシング３１は、駆動源側において、軸受３３の位置で終端している。これにより、軸受３３の外側（軸受３２とは反対の側）は、軸受ケーシング３１から露出している。この軸受３３の露出部分は、軸受カバー３５によって覆われている。駆動軸２０は、軸受カバー３５を貫通して軸受カバー３５の外部にまで延びている。

油溜３４を構成する軸受ケーシング３１の上部には、油溜３４を外部に開放する給油口３６が形成されている。その給油口３６には、取り外し可能なねじ込み式のキャップ３７が設けられている。このキャップ３７を取り外すことで給油口３６を通じて軸受ケーシング３１の外部から油溜３４に管等を挿入し、油溜３４に潤滑油を供給したり、油溜３４内の潤滑油を吸い取ったりすることができる。

軸受ケーシング３１の油溜３４下方の部分には排油口３８（図２、図３参照）及びそれを塞ぐ栓ないし排油口３８を覆うキャップ（不図示）が設けられる。劣化した潤滑油を交換すべく油溜３４から潤滑油を排出する際には、排油口３８を開放することで、重力によって油溜３４内の潤滑油を油溜３４外に流し出し、排油口３８を閉めた後に給油口３６から新たな潤滑油を油溜３４内に供給する。

図１には図示していないが、軸受装置３０には、メンテナンスにおいて、診断のために少量（１０ｍｌ〜５００ｍｌ程度）の潤滑油を採取する際に用いられる攪拌装置が設けられる。以下では、本発明の攪拌装置について、２つの実施の形態を説明するが、これらの攪拌装置は、いずれも予め軸受装置３０ないし回転機械システム１００に対して備え付けられており、メンテナンスのたびに持ってきて軸受装置３０に対して設置する必要がないものである。

（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態の攪拌装置の構成を示す概略図である。図２では、油溜３４を構成する軸受ケーシング３１を長方形で示し、かつ、駆動軸２０の図示を省略するとともに、軸受ケーシング３１において駆動軸２０が貫通する箇所についても図示を省略する。

攪拌装置５０１は、軸受装置３０を含む回転機械システム１００に備え付けられている。攪拌装置５０１は、潤滑油用ポンプ５１１と、油溜３４内に位置するように固定された散気管５３１を備えている。潤滑油用ポンプ５１１は、所定流量の空気（エアー）を連続的の送り出すポンプである。油溜３４内に油が入った状態で散気管５３１を挿入することは難しいので、本実施形態のように散気管５３１は備え付けが望ましい。潤滑油用ポンプ５１１は、備え付けであってもよいし、油溜３４内を撹拌する都度、取り付けてもよい。

散気管５３１は、油溜３４の比較的低い位置において、軸受ケーシング３１に固定されている。散気管５３１の内部は中空であり、表面には複数の孔（開口）が形成されており、内部空間がこれらの複数の孔を介して散気管５３１の外部に開放されている。散気管５３１は、複数の孔がすべて油溜３４内に配置されて潤滑油に浸かるように横向きに延在する姿勢で軸受ケーシング３１に固定される。散気管５３１の断面形状は、円形、三角形、四角形等の任意の形状であってよい。散気管５３１は、耐油性のある部材で構成される。

散気管５３１の内部空間は、軸受ケーシング３１の外部の管５２１に連通している。管５２１は、散気管５３１と潤滑油用ポンプ５１１とを、バルブ５４１を介して連通している。即ち、散気管５３１は、管５２１及び管５２１に設けられたバルブ５４１を介して、潤滑油用ポンプ５１１に接続されている。バルブ５４１は手動又は電動で開閉可能である。潤滑油用ポンプ５１１は、送液する流体（ここでは空気）に接触する部分が非金属である。これとともに、散気管５３１及び管５２１を構成する部材（例えば、ホース、パイプ、エルボなど）についても、送液する流体（ここでは空気）に接触する部分が非金属であることが望ましい。これにより、潤滑油用ポンプ５１１、散気管５３１及び管５２１から油溜３４内に金属成分等が混入することを防ぐことができる。

軸受装置３０のメンテナンスの際には、バルブ５４１を開けて潤滑油用ポンプ５１１を作動させる。そうすると、潤滑油用ポンプ５１１からは所定流量の空気が連続的に排出され、潤滑油用ポンプ５１１から排出された空気が、管５２１を通って油溜３４内の散気管５３１の内部に供給され、散気管５３１の複数の孔から潤滑油に放出される。このように潤滑油の中に所定の速度をもって供給された空気流によって、油溜３４内の潤滑油はバブリングされて攪拌される。この攪拌作用によって、潤滑油内の異物等が潤滑油において均一に分散する。

軸受装置３０のメンテナンスの際には、診断のために少量の潤滑油が油溜３４から採取される。この採油の工程は、上記のバブリングによって油溜３４内で潤滑油が十分攪拌された状態で、即ち、潤滑油用ポンプ５１１から一定時間空気を供給して、その空気の供給を停止した後であって、潤滑油内の物質が沈殿する前（停止直後を含む）に行われる。これにより、油溜３４内で均質な状態になった潤滑油を採取できる。

なお、上記の実施の形態では、潤滑油用ポンプ５１１から送り出された空気が散気管５３１の複数の孔から潤滑油内に供給されたが、これに代えて、単一の孔から潤滑油内に空気を供給してもよく、軸受ケーシング３１に形成された孔に管５２１を接続して、その孔から直接潤滑油内に空気流を供給するようにしてもよい。

また、攪拌装置５０１を潤滑油採取装置としても機能させてもよい。このために、潤滑油用ポンプ５１１は、上記とは逆向きに運転することが可能であってよい。即ち、潤滑油ポンプ５１１が逆向きに運転することにより、散気管５３１の複数の孔から油溜３４内の潤滑油を吸い出すことができる。散気管５３１の複数の孔から吸い込まれた潤滑油は、管５２１を通って潤滑油用ポンプ５１１まで吸い上げられて、潤滑油用ポンプ５１１にて採取される。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の攪拌装置の構成を示す概略図である。図３においても、油溜３４を構成する軸受ケーシング３１を長方形で示し、駆動軸２０及び軸受ケーシング３１において駆動軸２０が貫通する箇所の図示を省略する。

攪拌装置５０２は、潤滑油用ポンプ５１２と、吸出管５３２と、供給管５３３とを備えている。潤滑油用ポンプ５１２は、吸込口５１２１と吐出口５１２２とを備え、吸込口５１２１から吸い込んだ潤滑油を吐出口５１２２から吐出する。吸出管５３２は、複数の孔（開口）が形成された管であり、油溜３４内の比較的低い位置において、軸受ケーシング３１に固定される。供給管５３３は、先端に単一の開口を有する管であり、その開口が油溜３４内の比較的高い位置にくるように、軸受ケーシング３１に固定される。吸出管５３２の複数の孔は、供給管５３３の先端の開口より低い位置にある。油溜３４内に油が入った状態で吸出管５３２を挿入することは難しいので、本実施形態のように吸出管５３２は備え付けが望ましい。潤滑油用ポンプ５１２と供給管５３３は、備え付けであってもよいし、油溜３４内を撹拌する都度、取り付けてもよい。

吸出管５３２及び供給管５３３は、軸受ケーシング３１を貫通している。吸出管５３２は、循環管５２６を介して潤滑油用ポンプ５１２の吸込口５１２１に接続され、供給管５３３は、循環管５２５を介して潤滑油用ポンプ５１２の吐出口５１２２に接続される。吸出管５２２及び供給管５２３は、耐油性のある部材で構成される。第１の実施の形態と同様に、潤滑油用ポンプ５１２は、送液する流体（ここでは潤滑油）に接触する部分が非金属である。これとともに、吸出管５２２及び供給管５２３を構成する部材（例えば、ホース、パイプ、エルボなど）についても、送液する流体（ここでは潤滑油）に接触する部分が非金属であることが望ましい。これにより、潤滑油用ポンプ５１２、吸出管５２２及び供給管５２３から油溜３４内に金属成分等が混入することを防ぐことができる。

循環管５２５にはバルブ５４３が設けられ、循環管５２６にはバルブ５４２が設けられる。即ち、散気管５３２は、循環管５２３及び循環管５２３に設けられたバルブ５４２を介して、潤滑油用ポンプ５１２に接続されており、供給管５３３は、循環管５２２及び循環管５２２に設けられたバルブ５４３を介して潤滑油用ポンプ５１２に接続されている。

また、供給管５３３は、バルブ５４４を介して新しい潤滑油の供給側に接続され、吸出管５３２は、バルブ５４５を介して古い潤滑油の排油側に接続される。バルブ５４２〜５４５は、いずれも手動又は電動で開閉可能である。

油溜３４内の潤滑油を交換する際には、バルブ５４５を開けて吸出管５３２から古い潤滑油を油溜３４外に排出した後、バルブ５４５を閉めてバルブ５４４を開けて、供給管５３３から油溜３４内に新しい潤滑油を供給する。

油溜３４内の潤滑油を攪拌する際には、バルブ５４４及びバルブ５４５を閉じ、バルブ５４２及びバルブ５４３を開けて、潤滑油用ポンプ５１２を作動させる。そうすると、油溜３４内の潤滑油は、吸出管５３２の複数の孔から吸い出されて、循環管５２６を通って、潤滑油用ポンプ５１２に吸い上げられる。

吸い上げられた潤滑油は、潤滑油用ポンプ５１２の吐出口５１２２から排出されて、循環管５２５を通って、供給管５３３に導かれて、油溜３４内の潤滑油に浸かっている供給管５３３の先端から排出される。潤滑油のこのような循環によって、油溜３４内の潤滑油は攪拌される。この攪拌作用によって、潤滑油内の異物等が潤滑油において均一に分散する。

診断のために少量の潤滑油を油溜３４から採取する際には、上記のようにして油溜３４で潤滑油が十分攪拌された状態で、潤滑油用ポンプ５１２にて吸出管５３２及び循環管５２６を通して吸い上げた潤滑油を採取する。この場合に、上記のような潤滑油の循環が行われているときに潤滑油用ポンプ５１２にて一部の潤滑油を採取してもよいし、潤滑油の循環を停止した後に、吸出管５２２及び循環管５２６を通して少量の潤滑油を吸い上げて潤滑油を採取してもよい。

（変形例）
診断のための少量の潤滑油の取り出しは、攪拌装置５０１の場合には、軸受ケーシング３１の下部に設けられた排油口３８からおこなってよいし、軸受ケーシング３１の横に点検口がある場合には、点検口かから行ってもよく、攪拌装置５０２の場合には、バルブ５４５を開けることで行ってもよい。この場合にも、潤滑油の採取は、潤滑油が十分に攪拌された状態で行われる。具体的には、潤滑油の採取は、攪拌装置５０１，５０２によって潤滑油を攪拌している最中に行ってもよいし、攪拌装置５０１，５０２の運転を停止した後であって潤滑油内の物質が沈殿する前（停止直後を含む）に行ってもよい。

本発明は、軸受装置が軸受をする軸自体を回転させることなく、潤滑油用ポンプから流体を供給することで軸受装置の油溜内の潤滑油を攪拌できるので、油溜内の潤滑油を均一な状態にするための時間やエネルギの消費を抑えることができるという効果を有し、潤滑油を使用する軸受装置内の潤滑油を攪拌するための攪拌装置等として有用である。

１００ 回転機械システム
１０ ポンプ
２０ 駆動軸
３０ 軸受装置
３１ 軸受ケーシング
３２ 軸受
３３ 軸受
３４ 油溜
３５ 軸受カバー
３６ 給油口
３７ キャップ
３８ 排油口
５０１ 攪拌装置
５１１ 潤滑油用ポンプ
５２１ 管
５３１ 散気管
５４１ バルブ
５０２ 攪拌装置
５１２ 潤滑油用ポンプ
５１２１ 吸込口
５１２２ 吐出口
５３２ 吸出管
５３３ 供給管
５４２〜５４５ バルブ

Claims (10)

1. 潤滑油を使用する軸受装置に設けられた、前記軸受装置の油溜内の潤滑油を攪拌するための攪拌装置であって、
   流体を排出する潤滑油用ポンプと、
   第１の開口を有し、前記第１の開口が前記油溜内の潤滑油に浸るように前記軸受装置に対して固定されるともに、前記潤滑油用ポンプに接続される第１の管と、
   を備え、
   前記潤滑油用ポンプから前記第１の管を通して前記油溜内の潤滑油に前記流体を供給することで、前記油溜内の潤滑油を攪拌することを特徴とする攪拌装置。
2. 前記流体は空気であることを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
3. 前記潤滑油用ポンプは逆運転可能であり、
   前記潤滑油用ポンプを逆運転させて、前記油溜から前記第１の管を通して前記潤滑油を吸い出して前記潤滑油を採取することで、潤滑油採取装置としても機能することを特徴とする請求項２に記載の攪拌装置。
4. 前記第１の管は、前記第１の開口として前記油溜内に配置される複数の孔を有する散気管であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の攪拌装置。
5. 前記流体は前記油溜内から吸い出した潤滑油であることを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
6. 前記潤滑油用ポンプは、吐出口と吸込口とを備え、吸込口から吸い込んだ潤滑油を吐出口から吐き出すことが可能であり、
   前記第１の管は、前記吐出口に接続され、
   前記攪拌装置は、さらに、第２の開口を有し、前記第２の開口が前記油溜内の潤滑油に浸るように前記軸受装置に対して固定されるともに、前記潤滑油用ポンプの前記吸込口に接続される第２の管を備え、
   前記油溜から前記第２の管を通して前記潤滑油用ポンプに前記潤滑油を吸い出して、吸い出した潤滑油を前記潤滑油用ポンプから前記第１の管を通して前記油溜に戻して潤滑油を循環させることを特徴とする請求項５に記載の攪拌装置。
7. 前記潤滑油用ポンプにて、前記油溜から前記第２の管を通して前記潤滑油用ポンプに吸い出した前記潤滑油を採取することで、潤滑油採取装置としても機能することを特徴とする請求項６に記載の攪拌装置。
8. 前記第２の管は、前記第１の管の前記第１の開口を有する先端よりも低い位置に設けられ、前記第２の開口として複数の孔を有し、前記複数の孔から潤滑油を吸い込むことを特徴とする請求項６又は７に記載の攪拌装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の攪拌装置を用いて、軸受装置の油溜内の潤滑油を攪拌するステップと、
   前記油溜内の潤滑油が攪拌された状態で、前記油溜内の潤滑油の一部を採取する採油ステップと、
   を含むことを特徴とする潤滑油採取方法。
10. 回転機械と、
    前記回転機械の駆動軸と、
    潤滑油を使用して、前記駆動軸を回転可能に支承する軸受装置と、
    前記軸受装置に対して設けられた、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の攪拌装置と、
    を備えたことを特徴とする回転機械システム。

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