JP5283978B2 - 油圧発生装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧発生装置に係り、特に作動油内に混入した空気を除去する手段を備えた油圧発生装置に関する。

原子力発電設備や火力発電設備では、蒸気弁や燃料弁の弁開度を制御することによって蒸気タービンへの蒸気量、ガスタービンへの燃料供給量を制御しており、しかもこれら蒸気弁や燃料弁の弁体を駆動するときに大きなトルクを必要とすることから、弁体の駆動手段としてシリンダ、油圧モータ等のアクチュエータ（以下、油圧作動部という）を用い、この油圧作動部に油圧発生装置によって加圧された作動油を供給するようにしている。

ところで、シリンダ、油圧モータ等の油圧作動部が作動しているとき、作動油内に若干の空気が混入することは避けられず、混入した空気は気泡となって油圧回路内を流れる。この気泡は、主油圧ポンプの前段に設置した入口フィルタで抜くことが一般的である（例えば、特許文献１、２参照）。

図３は特許文献１、２等に開示されている発明を実用化した場合の油圧発生装置１００の構成図である。
油圧発生装置１００は、油タンク１に接続した入口配管２に入口フィルタ３とともに主油圧ポンプ４を接続し、この主油圧ポンプ４によって加圧された作動油を実線矢印のように給油管５により各油圧系統の油圧作動部６に供給し、各油圧作動部６で仕事をした作動油を戻り配管７を経由して油タンク１に戻すように構成されている。

さらに、油圧発生装置１００は、油タンク１内に貯留されている作動油を清浄にする目的で油浄化系統１１を設けている。この油浄化系統１１は、循環用油圧ポンプ８、油清浄フィルタ装置９および循環用油圧ポンプ入口弁１０を備えており、発電設備の停止中など油圧作動部６に作動油を給油する必要のない場合や、油タンク１内に油張りをした際などには循環用油圧ポンプ入口弁１０を全開して破線矢印で示すように油浄化系統１１に作動油を循環させて作動油内に含まれる不純物を油清浄フィルタ装置９によって除去するようにしている。なお、この油浄化系統１１は主油圧ポンプ４の運転中、作動油が油浄化系統１１に循環することの無いように循環用油圧ポンプ入口弁１０を全閉するようになっている。

主油圧ポンプ４が油圧作動部６に作動油を供給しているとき、各系統の油圧作動部６で作動油内に空気が混入することは避けられないため、油タンク１には気泡を含んだ作動油が戻り配管７を経由して戻される。なお、油タンク１のL_１,L_２はそれぞれ主油圧ポンプ４の運転時、運転停止時における油面である。

このように作動油内に気泡が混入した状態で主油圧ポンプ４の運転を継続すると、入口フィルタ３や主油圧ポンプ４の油中に混入した空気の溜まりやすい部位に設けられている空気抜き孔３_−１および４_−１にそれぞれ油から分離した空気が次第に溜まってくる。特に、主油圧ポンプ４の吸込口は負圧になるので、入口フィルタ３の空気抜き孔３_−１に溜まる空気量よりも主油圧ポンプ４の空気抜き孔４_−１に溜まる空気量の方がはるかに多い。

主油圧ポンプ４において、空気抜き孔４_−１に溜まる空気の量が増えてくると、吸い込み性能が低下するだけでなく、キャビテーションが発生するおそれがある。また、作動油は、空気の混入量が増えると酸化によって劣化するおそれがある。

これらの不具合現象の発生を防ぐために、油タンク１内部の油戻り管７の排出口と入口配管２の吸込口との間の流路途中に、目の細かい空気分離用の網（例えば、金網）１２を設置して、ある程度の大きさの気泡を除去するようにしているが、この空気分離用網１２だけで作動油から空気を十分に抜くことは難しい。

このため、従来では油圧発生装置１００の運転経過を見計らって入口フィルタ３および主油圧ポンプ４の油中に混入した空気が溜まりやすい部位に設けてある空気抜き孔３_−１および４_−１のねじ込み式の栓３_−２および４_−２を取り外し、空気抜き孔３_−１、４_−１に溜まった空気を抜くようにしている。
実開平６−３４７０３号公報 実開平７−３０３８８号公報

このように、油圧発生装置の運転経過を見計らって入口フィルタ３および主油圧ポンプ４の空気抜き孔３_−１および４_−１を閉塞している栓３_−２、４_−２の取り付けまたは取り外しを行うというという作業は運転員にとって極めて煩わしいという欠点があった。

そこで本発明は、人手を介さずに主油圧ポンプの空気抜き孔から作動油および溜まっている空気を抜いて油浄化系統に流すようにして、主油圧ポンプにおける作動油の吸い込み性能の低下やキャビテーション発生を防止することのできる油圧発生装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、油タンクに溜められた作動油を入口配管を経て主油圧ポンプに吸い込み、油圧を発生させて油圧作動部に給油し、当該油圧作動部で仕事を終えた作動油を戻り配管により前記油タンクに戻すように構成されるとともに、前記油タンクに循環用油圧ポンプ、油清浄フィルタ装置および循環用油圧ポンプ入口弁を備えた油浄化系統を接続した油圧発生装置において、前記主油圧ポンプに設けられた空気抜き孔と前記循環用油圧ポンプ吸込口との間を空気抜き配管で連通させて前記主油圧ポンプから空気の混入した作動油を前記循環用油圧ポンプで吸い出すようにしたことを特徴とする。

本発明の油圧発生装置によれば、主油圧ポンプの空気抜き孔と油浄化系統の循環用油圧ポンプの吸込口との間を空気抜き配管で連通させることによって、主油圧ポンプから溜まった空気および空気の混入した作動油を人手を介することなく抜くことができ、主油圧ポンプにおける作動油吸い込み性能の低下やキャビテーション発生等を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、各図に共通する部品および要素には同一符号をつけることにより、重複する説明は適宜省くものとする。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る油圧発生装置を示す構成図である。
（構成）
本実施形態は図１に示すように、主油圧ポンプ４の作動油中に混入した空気が溜まりやすい部位に設けられている空気抜き孔４_−１を図３に示したように栓４_−２で塞ぐ代わりに、新たに用意した空気抜き配管１３の一端を空気抜き孔４_−１に接続し、他端を油浄化系統１１内の循環用油圧ポンプ８の吸込口、すなわち循環用油圧ポンプ８と入口弁１０との間の配管に接続するように構成し、主油圧ポンプ４の運転中は、主油圧ポンプ４からの作動油を各油圧系統の油圧作動部６に給油している状態で、循環用油圧ポンプ入口弁１０を閉止した状態で循環用油圧ポンプ８を運転することにより、主油圧ポンプ４に吸い込まれた作動油の一部を溜まっている空気とともに、空気抜き孔４_−１から吸い出し、空気抜き配管１３を介して油浄化系統１１に送り、さらに、油浄化系統１１から油タンク１に戻すようにしたことを特徴とするものである。

ここで、循環用油圧ポンプ８によって主油圧ポンプ４の空気抜き孔４_−１から吸い出される作動油の量は、主油圧ポンプ４が給油管５を通して各油圧系統の油圧作動部６に供給する油量に影響を及ぼすことのない程度の油量に設定しておくものとする。さらに、循環用油圧ポンプ８自体は、気泡の混入した作動油を吸い込んでもキャビテーションが起きにくいようにスクリューポンプ等を採用するものとする。
本実施形態による油圧発生装置１００は、上記以外の点については図３の従来技術と同じなので、重複する部分の説明は省略する。

（作用）
次に、本実施形態による油圧発生装置１００の作用を説明する。
本実施形態は、主油圧ポンプ４の停止中、従来技術の場合と同様に、循環用油圧ポンプ入口弁１０を全開にした状態で循環用油圧ポンプ８を運転することによって、油浄化系統１１に作動油を循環させ、油清浄フィルタ装置９によって作動油に含まれる水分とか金属粒子等の不純物を除去する。

一方、主油圧ポンプ４の運転開始にあたり、循環用油圧ポンプ入口弁１０を閉止し、循環用油圧ポンプ８によって油タンク１内の作動油が油浄化系統１１に流れ込まない状態にしておく。この状態で主油圧ポンプ４を運転すると、油タンク１中の作動油は、入口配管２の入口フィルタ３を経て主油圧ポンプ４内に吸い込まれ、ここで加圧されて給油管５を経て各系統の油圧作動部６に給油される。

作動油は、油圧作動部６に給油されて仕事をする際、空気が気泡状になって混入する。この気泡が混入した状態の作動油は戻り配管７を経て油タンク１内に戻され、油タンク1内部を入口配管２の吸込口に向かって流れ、その途中で空気分離用網１２の設置部位に至る。気泡がある程度集合して空気分離用網１２の目よりも大きな気泡になると、この空気分離用網１２で捕捉されて矢印（Ａｉｒ）のように浮上し、大気中に抜ける。

しかし、空気分離用網１２の目よりも細かな気泡は、空気分離用網１２を通り抜けて作動油とともに入口配管２に入り、その一部分は入口フィルタ３で捕捉されて空気抜き孔３_−１に溜まるが、前述したように主油圧ポンプ４の吸込口は負圧になっているので、大部分の気泡は入口フィルタ３の空気抜き孔３_−１よりも、主油圧ポンプ４内に吸い込まれて油中に混入した空気が溜まりやすい部位に設けられた空気抜き孔４_−１に溜まる。この主油圧ポンプ４の空気抜き孔４_−１に溜った空気は、循環用油圧ポンプ８によって一点鎖線矢印のように、気泡の混入している作動油とともに空気抜き配管１３を通って油浄化系統１１側に吸い出され、油清浄フィルタ装置９を通過して再び油タンク１に戻される。そして大きくなった気泡は空気分離用網１２によって捕捉され、その空気分離用網１２に沿って矢印（Ａｉｒ）のように浮上して作動油から分離される。
主油圧ポンプ４の運転中にこのような作用を繰り返し行うことにより、作動油内に混入した空気は効果的に抜かれて減少する。

（効果）
以上述べたように、本実施形態によれば、主油圧ポンプ４の空気抜き孔４_−１と油浄化系統１１の循環用油圧ポンプ８の吸込口との間を空気抜き配管１３により連通するように構成し、しかも循環用油圧ポンプ８を主油圧ポンプ４の運転、停止に拘らず常時運転させておくようにしたので、主油圧ポンプ４の上部に溜まった空気および空気の混入した作動油を人手を介することなく吸い出して空気抜きを行うことができる。

この結果、主油圧ポンプ４の吸込口に空気が溜まることによる吸い込み性能の低下やキャビテーションの発生等を防止することができる。また、作動油内に含まれる空気量が減少することによって作動油の劣化も抑制することができる。

（第２の実施形態）
図２は本発明による油圧発生装置の第２の実施形態を示す構成図である。
（構成）
本実施形態は、入口配管２と送油管５との間に設置されている入口フィルタおよび油圧ポンプを２系統分並列に設けて一方を例えば常用系、他方を予備系とし、これに伴い常用系油圧ポンプおよび予備系油圧ポンプに設けられているそれぞれの空気抜き孔と油浄化系統との間を接続する空気抜き配管も常用系および予備系の２系統分設けたことを特徴とするものである。
その他の構成は図１の第１の実施形態と同じなので説明を省略する。なお、予備系に属する機器には符号に添字Ｓを付けることにより、常用系の機器と区別して表示する。

図２において、入口配管２と送油管５との間に、上流から下流に向かって直列に接続された常用系の入口フィルタ３、主油圧ポンプ４および逆止弁１４を設置する。このように構成された常用系に対して、入口フィルタ３Ｓ、主油圧ポンプ４Ｓおよび逆止弁１４Ｓを同様に直列に接続してなる予備系を並列接続する。

上記の逆止弁１４および１４Ｓは、常用系主油圧ポンプ４と予備系主油圧ポンプ４Ｓのいずれか一方を運転して油圧作動部６に作動油を給油する場合、停止中の主油圧ポンプ４（４Ｓ）側に作動油が逆流することを防止する目的で設けられている。

また、常用系の空気抜き配管１３および予備系の空気抜き配管１３Ｓの途中にそれぞれオリフィス１５および１５Ｓを設ける。このオリフィス１５および１５Ｓは、一方の主油圧ポンプ４（４Ｓ）が運転し、他方の主油圧ポンプ４Ｓ（４）が停止している場合でも常に両方の系統から空気抜きが行えるように口径を定めている。

（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態の油圧発生装置１００は、常用系主油圧ポンプ４あるいは予備系主油圧ポンプ４Ｓのいずれか一方の主油圧ポンプ（例えば、予備系の主油圧ポンプ４Ｓ）が運転を停止している場合、停止している予備系主油圧ポンプ４Ｓの吸込口は正圧となり、運転中の常用系主油圧ポンプ４の吸込口は負圧になる。このとき、一端が空気抜き孔４_−１、４Ｓ_−１にそれぞれ接続されている空気抜き管１３、１３Ｓの他端を単に共通接続すると、停止中のために吸込口が正圧となっている予備系主油圧ポンプ４Ｓだけが空気抜き管１３Ｓを介して空気抜きされ、運転中のために吸込口が負圧となっている常用系主油圧ポンプ４の空気抜き孔に作動油が逆流してしまい、常用系主油圧ポンプ４から空気抜きを行うことができない。

そこで、本実施形態はこれに対処するために、空気抜き配管１３および１３Ｓの途中にそれぞれオリフィス１５、１５Ｓを設置するとともにオリフィス１５，１５Ｓの口径を、運転中および停止中の主油圧ポンプ４，４Ｓの吸込口の圧力に基づいて、逆流が生じないように選定することにより、運転中の主油圧ポンプの空気抜き孔と停止中の主油圧ポンプの空気抜き孔との間に差圧が生じていても、運転中の主油圧ポンプからも空気を含んだ作動油を吸い出すことができる。

このように、空気抜き配管１３の途中にそれぞれオリフィス１５、１５Ｓを設置し、そのオリフィスの口径を作動油の逆流が起こらないように選定した結果、複数のポンプが停止または運転している場合であっても常に複数の箇所から空気抜きを行うことができる。

（効果）
以上述べたように、本実施形態によれば、第１の実施形態が奏する作用効果に加えて、複数台の油圧ポンプを設置し、各油圧ポンプの空気抜き孔に適当な口径を有するオリフィスを備えた空気抜き管を接続するようにしたので、複数のポンプが停止または動作している場合であっても常に複数の箇所から空気を混入している作動油を吸い出して空気抜きを行うことができる。

（第３の実施形態）
以上述べた第１および第２の実施形態では、主油圧ポンプ４（または４Ｓ）の空気の溜まりやすい部位に設けた空気抜き孔４_−１（または４Ｓ_−１）にのみ空気抜き管１３（または１３Ｓ）を接続するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、入口フィルタ３の空気が溜まりやすい部位に設けた空気抜き孔３_−１（または３Ｓ_−１）にも空気抜き管を接続するようにしても良い。

本発明の第１の実施形態による油圧発生装置を示す系統図。 本発明の第２の実施形態による油圧発生装置を示す系統図。 従来の油圧発生装置の系統図。

符号の説明

１…油タンク、２…入口配管、３…入口フィルタ、３_−１…空気抜き孔、３_−２…栓、４…主油圧ポンプ、４_−１…空気抜き孔、４_−２…栓、５…給油管、６…油圧作動部、７…戻り配管、８…循環用油圧ポンプ、９…油清浄フィルタ装置、１０…循環用油圧ポンプ入口弁、１１…油浄化系統、１２…空気分離用網、１３、１３Ｓ…空気抜き配管、１４、１４Ｓ…逆止弁、１５、１５Ｓ…オリフィス。

Claims (7)

1. 油タンクに溜められた作動油を入口配管を経て主油圧ポンプに吸い込み、油圧を発生させて油圧作動部に給油し、当該油圧作動部で仕事を終えた作動油を戻り配管により前記油タンクに戻すように構成されるとともに、前記油タンクに循環用油圧ポンプ、油清浄フィルタ装置および循環用油圧ポンプ入口弁を備えた油浄化系統を接続した油圧発生装置において、
   前記主油圧ポンプに設けられた空気抜き孔と前記循環用油圧ポンプ吸込口との間を空気抜き配管で連通させて前記主油圧ポンプから空気の混入した作動油を前記循環用油圧ポンプで吸い出すようにしたことを特徴とする油圧発生装置。
2. 前記油浄化系統は、前記主油圧ポンプの停止中に循環用油圧ポンプ入口弁を開いて、循環用油圧ポンプにより前記油タンクに溜められた作動油を循環させて清浄化し、前記主油圧ポンプの運転中に循環用油圧ポンプ入口弁を閉じて循環用油圧ポンプにより前記主油圧ポンプから空気の混入した作動油を吸い出すようにしたことを特徴とする請求項１記載の油圧発生装置。
3. 前記主油圧ポンプと直列に設置された入口フィルタに設けられた空気抜き孔と前記循環用油圧ポンプ吸込口との間を空気抜き管で連通したことを特徴とする請求項１または２記載の油圧発生装置。
4. 前記入口フィルタおよび主油圧ポンプを直列に設置した配管を複数系統分並列に設置し、各系統の主油圧ポンプの空気抜き孔に接続される空気抜き配管の途中にオリフィスをそれぞれ介挿したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の油圧発生装置。
5. 前記複数系統の主油圧ポンプ吐出口側に逆流防止弁を設置したことを特徴とする請求項４記載の油圧発生装置。
6. 前記循環用油圧ポンプをスクリューポンプで構成したことを特徴とする請求項１または２記載の油圧発生装置。
7. 前記油タンク内部の前記戻り配管の排出口と前記入口配管の吸込口との間の流路に、作動油内に混入した空気を分離する空気分離網を更に設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の油圧発生装置。

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