JP3626744B2

JP3626744B2 - 摩耗粒子捕捉装置、潤滑対象部診断方法及び潤滑対象部診断システム

Info

Publication number: JP3626744B2
Application number: JP2002177527A
Authority: JP
Inventors: 益久山田; 聖一遠藤; 雅彦川畑; 義憲佐々木; 昇宮田
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: JP2004020444A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩耗粒子捕捉装置、その装置を用いる潤滑対象部診断方法及び潤滑対象部診断システムに関し、更に詳しく言えば、潤滑油中の摩耗粒子を短時間でかつ安定して捕捉することができる摩耗粒子捕捉装置、潤滑対象部を正確かつ迅速に診断することができる潤滑対象部診断方法及び診断システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から摩耗粒子捕捉装置として、磁場を発生させる永久磁石と、この永久磁石の上方で傾斜状態に設置される透明プレート（フェログラムスライドとも言う。）とを備え、この透明プレート上の高位側に潤滑油を供給して低位側に向かって流し、永久磁石の磁力によって、潤滑油中の摩耗粒子を透明プレート上で粒子径毎に配列して捕捉するものが知られている（例えば、特開平８−３０３６９０号公報）。このような摩耗粒子捕捉装置によると、上記透明プレート上に捕捉された摩耗粒子の分布状態を撮影手段で撮影して、その撮影画像をモニタ上に表示して定量分析や定性分析を行って、その潤滑油を使用していた潤滑対象部の潤滑状態や摩耗状態を診断できる等の利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の摩耗粒子捕捉装置では、透明プレートが水平面から僅かな角度でもって傾斜設置され、この透明プレート上に供給される潤滑油は自重のみの作用で高位側から低位側に向かってゆっくり流れるので、潤滑油中の摩耗粒子の捕捉に時間がかかることとなる。特に、発電所等における大型の設備機械では、軸受部等の潤滑対象部が多数あり、通常、人手によりサンプリングされた潤滑油中の摩耗粒子の捕捉作業を繰返し行う必要があり、この捕捉作業が極めて時間のかかる煩雑な作業となっていた。
また、透明プレート上を自重のみの作用でゆっくり流れる潤滑油は周囲雰囲気の影響を受け易く、摩耗粒子の捕捉状態（沈殿分布状態）が不安定となり、ひいては摩耗粒子の分析及び潤滑対象部の診断が適正に行われない恐れがある。
さらに、摩耗粒子を捕捉した透明プレートを洗浄・乾燥して再使用する場合があるが、その洗浄・乾燥作業が煩雑であり、しかもその洗浄が適正に行われていないと摩耗粒子の分析精度が低下してしまう。
【０００４】
以上より本発明は、上記問題を解決するものであり、潤滑油中の摩耗粒子を短時間でかつ安定して捕捉することができる摩耗粒子捕捉装置を提供することを目的とする。また、本発明は、上記摩耗粒子捕捉装置を用いて、潤滑対象部の状態を正確かつ迅速に診断することができる潤滑対象部診断方法及び潤滑対象部診断システムを提供することを他の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の摩耗粒子捕捉装置は、磁場を発生させる磁場発生手段と、該磁場内でプレートを保持して回転させるプレート保持回転手段とを備え、前記プレート上に供給される潤滑油中の摩耗粒子を、前記プレートの回転による遠心力及び前記磁場発生手段による磁力によって、該プレート上に円環状に配列して捕捉することを特徴とする。
また、前記磁場発生手段を円筒状の永久磁石から構成することができる。
【０００６】
上記「磁場発生手段」としては、例えば、磁石や電気的エネルギーの供給により磁場を発生する電磁石等を挙げることができる。また、上記「プレート」は、光学的な分析を行い得るように透明プレートであることが好ましい。また、上記「潤滑油」としては、石油系潤滑油であるスピンドル油、マシン油、ダイナモ油、タービン油等を挙げることができる。また、上記潤滑油は、例えば、半固体状のグリースであることができる。また、上記潤滑油は、通常、後述する潤滑対象部から採取されるものである。さらに、上記「潤滑油中の摩耗粒子」は、例えば、図４に示すように、プレート２０上に、少なくとも一対の同心円となる第１捕捉部３０ａと第２捕捉部３０ｂとに円環状に配列して捕捉することができる。これにより、粒径に応じて摩耗粒子を捕捉することができ、摩耗粒子の分析をより高精度に行うことができる。
【０００７】
また、上記「プレート保持回転手段」は、例えば、プレートを、摩耗粒子の捕捉の際に所定の捕捉回転数で回転させ、プレート洗浄の際に所定の洗浄回転数で回転させ、プレート乾燥の際に所定の乾燥回転数で回転させることができる。これにより、一連の摩耗粒子の捕捉、プレート洗浄及びプレート乾燥を効率良く行うことができる。上記捕捉回転数としては、７５〜２５０ｒｐｍであり、好ましくは１５０〜２００ｒｐｍである。上記洗浄回転数としては、７５〜２５０ｒｐｍであり、好ましくは１５０〜２００ｒｐｍである。上記乾燥回転数としては、１５０〜３００ｒｐｍであり、好ましくは２００〜２５０ｒｐｍである。さらに、上記プレート保持回転手段は、例えば、図２，３に示すように、軸心を垂直として回転自在に支持される中空回転部材１７と、この中空回転部材１７を回転させる駆動源１８と、この中空回転部材１７に設けられる磁場発生手段１２と、この中空回転部材１７の上端部に固定されプレート２０を吸着保持する可撓性の吸着部材１９とを備えて構成することができる。これにより、プレート保持回転手段に対してプレートを容易に着脱でき、簡易な構成で安価な摩耗粒子捕捉装置を提供できる。
【０００８】
本発明の潤滑対象部診断方法は、前記摩耗粒子捕捉装置を用いる潤滑対象部診断方法であって、前記プレート上に配列・捕捉される摩耗粒子の単位面積あたりの占積率に基づいて潤滑対象部の状態を診断することを特徴とする。
また、前記占積率の時間経過に伴う変化の比率に基づいて潤滑対象部の状態を診断することができる。
【０００９】
本発明の潤滑対象部診断システムは、前記摩耗粒子捕捉装置を用いる潤滑対象部診断システムであって、前記プレート上に配列・捕捉される摩耗粒子を撮影する撮影手段と、該撮影手段による撮影結果より摩耗粒子の単位面積あたりの占積率を算出する占積率算出手段と、該占積率算出手段による算出結果より潤滑対象部の状態を判定する判定手段と、該判定手段による判定結果を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
また、前記占積率算出手段による算出結果を記憶する記憶手段と、該記憶手段による記憶結果より前記占積率の時間経過に伴う変化の比率を算出する比率算出手段と、該比率算出手段による算出結果より潤滑対象部の状態を判定する判定手段とを備えることができる。
【００１０】
上記「潤滑対象部」としては、例えば、すべり軸受部、転がり軸受部、ギヤ部、摺動部等を挙げることができる。また、上記「潤滑対象部の状態」とは、潤滑対象部の潤滑状態及び／又は摩耗状態を意味する。また、上記「占積率」としては、例えば、図５，図６に示すように、撮影手段による撮影画像Ｓにおいて、（摩耗粒子の面積／全体の面積）で示すことができる。さらに、上記占積率を利用して、｛（第１捕捉部の大径摩耗粒子の面積／全体の面積）^２−（第２捕捉部の小径摩耗粒子の面積／全体の面積）^２｝で示される異常摩耗指数を求めることができる。これにより、潤滑対象部の状態を正確に診断することができる。
尚、上記「潤滑対象部診断方法」は、例えば、プレート上に配列・捕捉される摩耗粒子の形状、大きさ、色のうち１つ又は２以上の組合わせに基づいて潤滑対象部の状態を診断したり、潤滑対象部に係わる駆動機構の駆動回数に基づいて潤滑対象部の状態を診断したりできる。これにより、潤滑対象部の状態をより正確に診断することができる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の摩耗粒子捕捉装置によると、プレート保持回転手段によってプレートが回転され、このプレートの回転による遠心力によってプレート上に供給される潤滑油が遠心方向へ流され、その潤滑油中の摩耗粒子が、磁場発生手段による磁力によってプレート上に円環状に配列して捕捉される。このように、遠心力及び磁力の作用によって潤滑油中の摩耗粒子を配列捕捉するようにしたので、摩耗粒子を迅速にかつ安定して捕捉することができる。その結果、摩耗粒子の分析及び潤滑対象部の状態の診断を迅速かつ正確に行うことができる。また、プレートの洗浄・乾燥の際に、プレート保持回転手段によってプレートを回転させれば、その洗浄・乾燥を迅速かつ簡易に行うことができる。
また、磁場発生手段を円筒状の永久磁石から構成すれば、簡易な構成で安価な装置を提供できる。
【００１２】
本発明の潤滑対象部診断方法によると、プレート上に配列・捕捉される摩耗粒子の単位面積あたりの占積率に基づいて潤滑対象部の状態を正確かつ迅速に診断することができる。
また、占積率の時間経過に伴う変化の比率に基づいて潤滑対象部の状態を診断するようにすれば、より正確に診断することができる。
【００１３】
本発明の潤滑対象部診断システムによると、撮影手段によってプレート上に配列・捕捉される摩耗粒子の分布状態が撮影され、その撮影結果より摩耗粒子の単位面積あたりの占積率が算出され、その算出結果より潤滑対象部の状態が判定され、その判定結果が表示される。従って、潤滑対象部の状態を自動的に正確かつ迅速に診断することができる。
また、占積率の時間経過に伴う変化の比率を算出するようにすれば、潤滑対象部の状態をより正確に診断することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。
（１）潤滑対象部診断システムの全体構成
本実施例に係る潤滑対象部診断システム１は、図１に示すように、潤滑油中の摩耗粒子を捕捉する摩耗粒子捕捉装置Ａ（以下、捕捉装置Ａとも略記する。）と、その捕捉された摩耗粒子を撮影可能な光学顕微鏡Ｂと、この光学顕微鏡Ｂに接続されるコンピュータＣとを基本的に備えて構成されている。上記捕捉装置Ａに近接して垂設された支持部材２に、潤滑油を貯留する貯留容器３が着脱自在に支持されている。この貯留容器３には、透明ビニール製のチューブ４の基端部が接続されている。このチューブ４の先端部は、上記捕捉装置Ａのハウジング５上面に設けられた支持器６によって支持され、所定の部位を指向するようになっている。また、チューブ４の途中部位は周知のポンプ７に通され、このポンプ７の作用によってチューブ４の先端部より所定の流量で潤滑油が供給されるようになっている。
【００１５】
上記コンピュータＣには、上記光学顕微鏡Ｂで撮影された撮影画像Ｓ等を表示可能な表示モニタ８及びマウス等の適宜入力手段（図示せず）が接続されている。また、このコンピュータＣは、光学顕微鏡Ｂによる撮影画像Ｓを２値化したデータに基づいて後述する各摩耗粒子の単位面積あたりの被覆率（占積率）Ｐｌ，Ｐｓ及び異常摩耗指数Ｉｓ（Ｉｓ＝Ｐｌ^２−Ｐｓ^２）を演算する演算部９を有している。さらに、コンピュータＣは、後述の作用で説明するように、基準異常摩耗指数Ｉｓ_０（例えば、１×１０^０）を予め記憶する記憶部１０を備えている。尚、上記潤滑対象部診断システム１は、例えば、発電所等における管理室などに設置されるものとする。
【００１６】
（２）摩耗粒子捕捉装置の構成
上記捕捉装置Ａは、図２及び図３に示すように、磁場を発生させる磁場発生手段１２と、その磁場内で透明プレート２０を保持して回転させるプレート保持回転手段１３とを基本的に備えて構成されている。この磁場発生手段１２は、円柱状の第１永久磁石１４、円筒状の第２永久磁石１５及び各ヨーク１６ａ，１６ｂを組み合わせて構成されている。また、上記プレート保持回転手段１３は、捕捉装置Ａのハウジング５（図１参照）内に垂直軸心回りに回転自在に支持される中空回転部材１７と、この中空回転部材１７を回転駆動させる変速可能な駆動モータ１８とを備えている。また、中空回転部材１７は上方を開放した円錐台状部１７ａを有し、この円錐台状部１７ａの上端側には、透明プレート２０を吸着保持する可撓性の吸着部材１９が固定されている。この吸着部材１９は、リング状基部１９ａと、このリング状基部１９ａの上端内縁側から上方に向かって拡がる拡径吸着部１９ｂとを有している。また、中空回転部材１７には上記磁場発生手段１２が一体的に固定され、この磁場発生手段１２の上端部が吸着部材１９のリング状基部１９ａの内周側に臨んでいる。そして、この磁場発生手段１２の作用によって、吸着部材１９に吸着保持される透明プレート２０の上方側には所定の磁場が生じるようになっている。
尚、本実施例では、中空回転部材１７と磁場発生手段１２とを一体的に固定して、両部材１７，１２が共に回転する構造を例示したが、これに限定されず、例えば、磁場発生手段１２をハウジング５側に固定設置して中空回転部材１７のみが回転する構造としてもよい。
【００１７】
（３）潤滑対象部診断システムの各種処理作用
次に、上述のように構成された潤滑対象部診断システム１の各種処理作用について説明する。先ず、発電所における大型設備機械の各種潤滑対象部から使用中の潤滑油をサンプリングして貯留容器３に貯留すると共に、捕捉装置Ａにおいて吸着部材１９に透明プレート２０を吸着保持させておく。この状態より、捕捉装置Ａ及びポンプ７を駆動させると、駆動モータ１８の駆動によって、透明プレート２０、吸着部材１９、中空回転部材１７及び磁場発生手段１２が垂直軸回りに所定の回転数（例えば、１５０ｒｐｍ）で回転される。また、ポンプ７の作用によって、貯留容器３内の潤滑油がチューブ４の先端部から透明プレート２０の中央部に滴下される。そして、その滴下された潤滑油は、遠心力によって遠心方向へ流され、その流動する潤滑油中の摩耗粒子が、磁場発生手段１２で生じる磁場によって透明プレート２０上に捕捉される。即ち、潤滑油中の摩耗粒子は、図４に示すように、透明プレート２０上に、一対の同心円となる第１捕捉部３０ａと第２捕捉部３０ｂとに円環状に配列して捕捉されることとなる。この第１捕捉部３０ａには、比較的大径（例えば、５μｍ以上）な大径摩耗粒子ＰＬが捕捉され、第２捕捉部３０ｂには、比較的小径（例えば、５μｍ未満）な小径摩耗粒子ＰＳが捕捉される。
【００１８】
次いで、所定量（例えば、２ｍｌ）の潤滑油が滴下された後、捕捉装置Ａ及びポンプ７の駆動を停止して吸着部材１９から透明プレート２０を取外し、その透明プレート２０を光学顕微鏡Ｂのステージ上に配置セットする。そして、この光学顕微鏡Ｂによって、第１，第２捕捉部３０ａ，３０ｂにおける各４箇所の撮影ポイント（図４中仮想線で示す）を撮影する。その後、撮影画像Ｓは、コンピュータＣへ出力され表示モニタ８で表示される（図５及び図６参照）。そして、コンピュータＣは、それら撮影画像Ｓを２値化して得られるデータより各摩耗粒子ＰＬ，ＰＳの被覆率Ｐｌ，Ｐｓ及び異常摩耗指数Ｉｓを演算する。次いで、コンピュータＣは、演算した各演算値Ｐｌ，Ｐｓ，Ｉｓと、予め記憶された各基準値Ｐｌ_０，Ｐｓ_０，Ｉｓ_０とを比較して、潤滑対象部の潤滑状態及び摩耗状態の正常・異常を判定し、その判定結果を表示モニタ８やプリンタ等の出力手段に出力表示する。
【００１９】
ここで、図５に示す撮影画像Ｓに基づいて演算される被覆率Ｐｌ（６．７８×１０^−１），Ｐｓ（８．０２×１０^−２）より求まる異常摩耗指数Ｉｓ（４．５３×１０^−１）は、基準値Ｉｓ_０（１×１０^０）より小さな値であるので、潤滑対象部の状態は正常であると診断される。これに対して、図６に示す撮影画像Ｓに基づいて演算される被覆率Ｐｌ（１．１７×１０^１），Ｐｓ（２．９１×１０^０）より求まる異常摩耗指数Ｉｓ（１，２８×１０^２）は、基準値Ｉｓ_０（１×１０^０）を超えた値であるので、潤滑対象部の状態は異常であると診断される。
【００２０】
その後、別の潤滑対象部の状態を診断する際、前回使用した透明プレート２０を再利用する場合には、その透明プレート２０を吸着部材１９に吸着保持させて所定の回転数（例えば、１５０ｒｐｍ）で回転させ、その透明プレート２０上に洗浄剤を供給して透明プレート２０の洗浄を行い、次に、透明プレート２０を所定の回転数（例えば、２００ｒｐｍ）で回転させて透明プレート２０の乾燥を行う。次いで、上述の作用と略同様にして別の潤滑対象部の状態が診断されることとなる。
【００２１】
（４）実施例の効果
以上のように本実施例の潤滑対象部診断システム１では、コンピュータＣによって、光学顕微鏡Ｂの撮影画像Ｓを２値化して得られるデータより大径摩耗粒子ＰＬ及び小径摩耗粒子ＰＳの各被覆率Ｐｌ，Ｐｓ及び異常摩耗指数Ｉｓが演算され、これら各演算値Ｐｌ，Ｐｓ，Ｉｓと各基準値Ｐｌ_０，Ｐｓ_０，Ｉｓ_０とが比較されて潤滑対象部の状態が診断され、その診断結果が表示モニタ８に表示されるように構成したので、従来のように、熟練作業者が潤滑対象部の状態を診断する方法に比べ、潤滑対象部の状態を正確かつ迅速に診断することができる。
さらに、本実施例の摩耗粒子捕捉装置Ａでは、そのハウジング５内に、上方を開口した中空回転部材１７を回転自在に支持し、この中空回転部材１７に、透明プレート２０を吸着可能な可撓性の吸着部材１９を設け、さらに、ハウジング５内に、中空回転部材１７の開口に臨むように磁場発生手段１２を設けると共に、中空回転部材１７を回転駆動させる駆動モータ１８を設け、回転する透明プレート２０上に所定の磁場を発生し得るように構成したので、回転する透明プレート２０上に滴下される潤滑油を遠心力によって瞬間的に遠心方向に流すことができ、その潤滑油中の摩耗粒子を磁場によって透明プレート２０上に配列・捕捉できる。従って、従来のように、傾斜した透明プレート上に滴下した潤滑油が自重のみの作用でゆっくり流れるものに比べ、極めて短時間でかつ安定して潤滑油中の摩耗粒子を補足することができる。また、使用済みの透明プレート２０を再利用する際、透明プレート２０の回転を利用して、その洗浄・乾燥を迅速かつ容易に行うことができる。
【００２２】
尚、本発明においては、前記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、本実施例では、各摩耗粒子ＰＬ，ＰＳの被覆率Ｐｌ，Ｐｓ及び異常摩耗指数Ｉｓに基づいて潤滑対象部の状態を判定・診断するように構成したが、これに限定されず、例えば、コンピュータＣの記憶部１０によって、演算部９で演算される各演算値Ｐｌ，Ｐｓ，Ｉｓを記憶し、各演算値Ｐｌ，Ｐｓ，Ｉｓの時間経過に伴う変化の比率から潤滑対象部の状態を判定・診断するようにしてもよい。また、本実施例では、発電所の大型設備機械における各種潤滑対象部を診断するシステムを例示したが、これに限定されず、例えば、工作機械、建設機械、航空機械等における各種潤滑対象部を診断するシステムとしてもよい。また、本実施例では、バッチ式で潤滑油をサンプリングするものを例示したが、これに限定されず、例えば、オンライン式で潤滑油をサンプリングするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】潤滑対象部診断システムの全体構成を説明するための説明図である。
【図２】摩耗粒子捕捉装置の構成を説明するための要部拡大断面図である。
【図３】同じく、要部拡大断面図である。
【図４】図３のＩＶ矢視図である。
【図５】潤滑対象部の状態が正常である場合の摩耗粒子の撮影画像を説明するための説明図であり、（ａ）は大径摩耗粒子の分布状態を示し、（ｂ）は小径摩耗粒子の分布状態を示す。
【図６】潤滑対象部の状態が異常である場合の摩耗粒子の撮影画像を説明するための説明図であり、（ａ）は大径摩耗粒子の分布状態を示し、（ｂ）は小径摩耗粒子の分布状態を示す。
【符号の説明】
１；潤滑対象部診断システム、９；演算部、１０；記憶部、１２；磁場発生手段、１３；プレート保持回転手段、１４；第１永久磁石、１５；第２永久磁石、２０；透明プレート、Ａ；摩耗粒子捕捉装置、Ｂ；光学顕微鏡、Ｃ；コンピュータ、ＰＬ；大径摩耗粒子、Ｐｌ；大径摩耗粒子の被覆率、ＰＳ；小径摩耗粒子、Ｐｓ；小径摩耗粒子の被覆率、Ｓ；撮影画像。

Claims

磁場を発生させる磁場発生手段と、該磁場内でプレートを保持して回転させるプレート保持回転手段とを備え、
前記プレート上に供給される潤滑油中の摩耗粒子を、前記プレートの回転による遠心力及び前記磁場発生手段による磁力によって、該プレート上に円環状に配列して捕捉することを特徴とする摩耗粒子捕捉装置。
前記磁場発生手段が円筒状の永久磁石から構成される請求項１記載の摩耗粒子捕捉装置。
請求項１又は２記載の摩耗粒子捕捉装置を用いる潤滑対象部診断方法であって、
前記プレート上に配列・捕捉される摩耗粒子の単位面積あたりの占積率に基づいて潤滑対象部の状態を診断することを特徴とする潤滑対象部診断方法。
前記占積率の時間経過に伴う変化の比率に基づいて潤滑対象部の状態を診断する請求項３記載の潤滑対象部診断方法。
請求項１又は２記載の摩耗粒子捕捉装置を用いる潤滑対象部診断システムであって、
前記プレート上に配列・捕捉される摩耗粒子を撮影する撮影手段と、該撮影手段による撮影結果より摩耗粒子の単位面積あたりの占積率を算出する占積率算出手段と、該占積率算出手段による算出結果より潤滑対象部の状態を判定する判定手段と、該判定手段による判定結果を表示する表示手段とを備えることを特徴とする潤滑対象部診断システム。
前記占積率算出手段による算出結果を記憶する記憶手段と、該記憶手段による記憶結果より前記占積率の時間経過に伴う変化の比率を算出する比率算出手段と、該比率算出手段による算出結果より潤滑対象部の状態を判定する判定手段とを備える請求項５記載の潤滑対象部診断システム。