JP6388312B2

JP6388312B2 - 滑り軸受給油装置および滑り軸受給油方法

Info

Publication number: JP6388312B2
Application number: JP2015040971A
Authority: JP
Inventors: 忠李
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2035-03-03
Also published as: JP2016161060A

Description

本発明の実施形態は、滑り軸受給油装置および滑り軸受給油方法に関する。

圧延プラントにおいては、数台から数十台の大型電動機が使用されることがある。圧延プラントの大型電動機は、例えばワークロールやバックアップロールなどに回転力を与える。圧延プラントでは、通常、２４時間操業が実施されている。そのため、圧延プラントにおける年間の電気エネルギー消費は、多大である。そこで、圧延プラントの電気エネルギー消費を低減する省エネルギー制御が望まれている。

圧延プラントの大型電動機においては、例えば圧延材から受ける衝撃トルクが大きく、電動機の軸径が大きいため、電動機の軸の潤滑システムとして滑り軸受給油装置が使用されている。
電動機の始動時には、電動機の軸と電動機の軸受とは互いに接触している。そのため、そのままの状態で電動機の軸を回転させると、軸および軸受の少なくともいずれかが摩擦により損傷するおそれがある。
また、電動機の運転中に、例えば給油配管の破裂やポンプの故障などにより必要な油量を確保できない場合には、軸受が焼損するおそれがある。
そこで、軸受の温度の異常を監視することが望まれている。

特開昭６０−２０５０９８号公報

本発明の実施形態は、圧延プラントの電気エネルギー消費を低減することができる、あるいは軸受の温度の異常を監視することができる滑り軸受給油装置および滑り軸受給油方法を提供する。

実施形態によれば、電動機の軸を支持する軸受に油を供給する滑り軸受給油装置であって、油タンクと、第１のポンプと、第２のポンプと、制御装置と、を備えた滑り軸受給油装置が提供される。前記油タンクは、前記油を貯留する。前記第１のポンプは、前記油タンクに貯留された前記油を汲み上げ前記軸受の内部に供給する。前記第２のポンプは、前記油タンクに貯留された前記油を汲み上げ前記第１のポンプが供給する油の圧力よりも低い圧力の油を前記軸受の内部に供給する。前記制御装置は、前記第１のポンプを起動させることで前記軸が前記軸受から浮上し、前記軸の回転数が所定の回転数に達すると、前記第１のポンプを停止させる制御を実行する。

本発明の実施形態によれば、圧延プラントの電気エネルギー消費を低減することができる、あるいは軸受の温度の異常を監視することができる滑り軸受給油装置および滑り軸受給油方法が提供される。

実施形態にかかる滑り軸受給油装置および滑り軸受を表すブロック図である。軸の回転数と摩擦力との関係を例示するグラフ図である。実施形態にかかる滑り軸受給油方法を説明するフローチャート図である。実施形態にかかる他の滑り軸受給油方法を説明するフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態にかかる滑り軸受給油装置および滑り軸受を表すブロック図である。図２は、軸の回転数と摩擦力との関係を例示するグラフ図である。
図２に表したグラフ図の横軸は、軸の回転数を表す。図２に表したグラフ図の縦軸は、軸と軸受との間の摩擦力を表す。

圧延プラントにおいては、圧延機のワークロール（図示せず）などに回転力を与える大型電動機が使用される。圧延プラントの大型電動機においては、可変速制御が用いられている。また、圧延プラントの大型電動機においては、例えば圧延材がワークロールに噛み込むときの衝撃が大きく電動機の軸径が大きいため、電動機の軸の潤滑システムとして滑り軸受給油装置が使用されている。

図１に表した滑り軸受給油装置１００は、制御装置１１０と、油タンク１２０と、第１のポンプ１３１と、第２のポンプ１３２と、を備える。制御装置１１０は、第１のポンプ１３１の動作および第１のポンプ１３１の停止を制御する。また、制御装置１１０は、第２のポンプ１３２の動作および第２のポンプ１３２の停止を制御する。油タンク１２０は、潤滑油２４０を貯留する。第１のポンプ１３１および第２のポンプ１３２のそれぞれは、油タンク１２０に接続されている。

図１に表した電動機２００は、軸２１０と、軸受２２０と、速度センサ２３１と、軸浮上検出器２３３と、温度センサ２３５と、を備える。電動機２００は、軸２１０を介して圧延機のワークロールなどに回転力を与える。電動機２００の停止中においては、軸２１０と軸受２２０の間の隙間２１５には、潤滑油がほとんどない。そのため、電動機２００の停止中においては、軸２１０は、軸受２２０の軸中心から下へ下がり、軸受２２０と接触している。一方で、電動機２００の運転中においては、軸２１０と軸受２２０との間の隙間２１５は、潤滑油２４０で満たされている。電動機２００の運転中において、軸２１０と軸受２２０との間の距離Ｄ１は、例えば約０．４ミリメートル（ｍｍ）以上、０．６ｍｍ以下程度である。軸２１０の直径は、例えば約２０センチメートル（ｃｍ）以上、５０ｃｍ以下程度である。

速度センサ２３１は、軸２１０の回転速度を検知する。速度センサ２３１は、軸２１０の回転数を検知することができる。軸浮上検出器２３３は、軸２１０が軸受２２０から浮上しているか否かを検出する。言い換えれば、軸浮上検出器２３３は、軸２１０が軸受２２０と離隔しているか否かを検出する。温度センサ２３５は、軸受２２０の温度を検知する。温度センサ２３５は、軸受２２０の温度を検知することで、軸２１０と軸受２２０との間に存在する潤滑油２４０の温度を検知することができる。

前述したように、電動機２００の停止中においては、軸２１０は、軸受２２０と接触している。そのため、そのままの状態で軸２１０を回転させると、軸２１０および軸受２２０の少なくともいずれかが摩擦により損傷するおそれがある。電動機２００を起動させる際には、軸２１０を軸受２２０から浮上させる必要がある。

そこで、制御装置１１０は、第１のポンプ１３１を起動させる。第１のポンプ１３１は、高圧給油ポンプなどと呼ばれ、油タンク１２０と軸受２２０とを接続する第１の配管２５１に設けられている。図１に表した矢印Ａ１のように、第１のポンプ１３１は、起動すると油タンク１２０に貯留された潤滑油２４０を汲み上げ、第１の配管２５１を通して高圧の潤滑油２４０を軸受２２０の内部（隙間２１５）に供給する。第１のポンプ１３１の最大圧力は、例えば約２１メガパスカル（ＭＰａ）程度である。第１のポンプ１３１の通常使用時の圧力は、例えば約５ＭＰａ以上、１５ＭＰａ以下程度である。

制御装置１１０は、軸２１０を軸受２２０から浮上させる際に、第１のポンプ１３１と第２のポンプ１３２とを同時に起動させてもよい。第２のポンプ１３２は、低圧給油ポンプなどと呼ばれ、油タンク１２０と軸受２２０とを接続する第２の配管２５２に設けられている。図１に表した矢印Ａ２のように、第２のポンプ１３２は、起動すると油タンク１２０に貯留された潤滑油２４０を汲み上げ、第２の配管２５２を通して低圧の潤滑油２４０を軸受２２０の内部に供給する。第２のポンプ１３２の最大圧力は、例えば約０．６ＭＰａ程度である。第２のポンプ１３２の通常使用時の圧力は、例えば約０．１ＭＰａ以上、０．２５ＭＰａ以下程度である。

軸受２２０の内部に供給された潤滑油２４０は、潤滑剤としての機能を有する。図１に表した矢印Ａ３のように、軸受２２０の内部に供給された潤滑油２４０は、潤滑剤としての役割を果たし、油タンク１２０と軸受２２０とを接続する第３の配管２５３を通して油タンク１２０に戻される。このように、潤滑油２４０は、第１のポンプ１３１および第２のポンプ１３２から力を受け、油タンク１２０と軸受２２０との間を循環する。

軸２１０は、第１のポンプ１３１により供給された高圧の潤滑油２４０から力を受け、軸受２２０から浮上する。軸２１０が軸受２２０から浮上すると、制御装置１１０は、電動機２００を起動させ軸２１０を回転させる。

軸２１０が回転すると、軸受２２０の内部の潤滑油２４０は、軸２１０の回転につられて、軸２１０と軸受２２０との間の隙間２１５に引きずり込まれる。軸２１０の回転数が所定の回転数に達すると、軸２１０と軸受２２０との間の隙間２１５に油膜が形成される。また、軸２１０と軸受２２０との間の隙間２１５に圧力が発生する。油膜は摩擦抵抗を低減し、圧力は軸を浮上させる。この現象は、くさび効果などと呼ばれる。

図２に表したグラフ図のように、軸２１０の回転数が上昇すると、軸２１０と軸受２２０との間の摩擦力は低減する。軸２１０の回転数が定格回転数に到達すると、油膜および圧力は、比較的良好な特性を有する。

ここで、圧延プラントにおいては、数台から数十台の電動機２００が使用されることがある。圧延プラントでは、通常、２４時間操業が実施されている。そのため、圧延プラントにおける年間の電気エネルギー消費は、多大である。

これに対して、実施形態の制御装置１１０は、潤滑油２４０のくさび効果を利用して、電動機２００の始動後（起動後）に軸２１０の浮上が検出され、軸２１０の回転数が所定の閾値（例えば定格回転数）以上であることが検出されると、第１のポンプ１３１を停止させ第２のポンプ１３２のみを運転させる。言い換えれば、実施形態の制御装置１１０は、軸２１０の浮上が検出され、軸２１０の回転数が所定の閾値以上であることが検出されると、第１のポンプ１３１による高圧給油を止め、第２のポンプ１３２による低圧給油のみを実施し、電動機２００の軸受２２０の潤滑を実現する。

また、制御装置１１０は、第１のポンプ１３１を停止させた後に、軸受２２０の温度（潤滑油２４０の温度でもよい。以下同じ。）が正常ではない場合には、第１のポンプ１３１を再び起動させる。これにより、潤滑油２４０の循環を加速させて軸受２２０および潤滑油２４０の冷却を図ることができる。
なお、本願明細書において、軸受２２０の温度が正常ではない場合とは、軸受２２０の温度が例えば約８０度以上である場合をいう。一方で、軸受２２０の温度が正常である場合とは、軸受２２０の温度が例えば約８０度未満である場合をいう。

さらに、制御装置１１０は、第１のポンプ１３１を再び起動させた後に軸受２２０の温度が正常に戻ると、第１のポンプ１３１を停止させる。一方で、制御装置１１０は、第１のポンプ１３１を再び起動させた後に軸受２２０の温度が正常に戻らないと、異常警報を出力し電動機２００を停止させる。

実施形態にかかる滑り軸受給油装置によれば、圧延プラントの電気エネルギー消費を低減することができる。これにより、年間を通して、プラント全体の省エネルギー効果を得ることができる。また、軸受２２０の温度あるいは潤滑油２４０の温度の異常を監視し、軸受２２０の温度あるいは潤滑油２４０の温度が異常である場合には、制御装置１１０は、異常警報を実行し、電動機２００を停止させることができる。

次に、実施形態にかかる滑り軸受給油方法について、図面を参照しつつ説明する。
図３は、実施形態にかかる滑り軸受給油方法を説明するフローチャート図である。

制御装置１１０は、運転指令を受けると（ステップＳ１０１）、第１のポンプ１３１および第２のポンプ１３２を起動させる（ステップＳ１０３）。続いて、制御装置１１０は、軸浮上検出器２３３から受信した検出結果に基づいて、軸２１０が軸受２２０から浮上しているか否かを判断する（ステップＳ１０５）。軸２１０が軸受２２０から浮上していない場合には（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、制御装置１１０は、ステップＳ１０５の動作を再び実行する。一方で、軸２１０が軸受２２０から浮上している場合には（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、制御装置１１０は、電動機２００を起動させ軸２１０の回転を開始させる（ステップＳ１０７）。

続いて、制御装置１１０は、速度センサ２３１の検知結果に基づいて、軸２１０の回転数が所定回転数Ｎ（例えば定格回転数）に達しているか否かを判断する（ステップＳ１０９）。軸２１０の回転数が所定回転数Ｎに達していない場合には（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、制御装置１１０は、ステップＳ１０９の動作を再び実行する。一方で、軸２１０の回転数が所定回転数Ｎに達している場合には（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、制御装置１１０は、第１のポンプ１３１を停止させ、第２のポンプ１３２のみを運転させる（ステップＳ１１１）。続いて、制御装置１１０は、停止指令を受けると、第２のポンプ１３２を停止させる（ステップＳ１１３）。

実施形態にかかる滑り軸受給油方法によれば、電動機２００の運転開始後に制御装置１１０が第１のポンプ１３１を停止させることで、圧延プラントの電気エネルギー消費を低減することができる。これにより、年間を通して、プラント全体の省エネルギー効果を得ることができる。

図４は、実施形態にかかる他の滑り軸受給油方法を説明するフローチャート図である。図４に表したステップＳ２０１〜ステップＳ２０９の動作は、図３に関して前述したステップＳ１０１〜ステップＳ１０９の動作と同様である。

続いて、軸２１０の回転数が所定回転数Ｎに達している場合には（ステップＳ２０９：Ｙｅｓ）、制御装置１１０は、第１のポンプ１３１を停止させる（ステップＳ２１１）。続いて、制御装置１１０は、温度センサ２３５の検知結果に基づいて、軸受２２０の温度が正常であるか否かを判断する（ステップＳ２１３）。軸受２２０の温度が正常である場合には（ステップＳ２１３：Ｙｅｓ）、制御装置１１０は、第２のポンプ１３２の運転を継続させる（ステップＳ２１５）。続いて、制御装置１１０は、停止指令を受けると（ステップＳ２１７：Ｙｅｓ）、第２のポンプ１３２を停止させる。一方で、停止指令を受けない場合には（ステップＳ２１７：Ｎｏ）制御装置１１０は、ステップＳ２１３の動作を再び実行する。

軸受２２０の温度が正常ではない場合には（ステップＳ２１３：Ｎｏ）、制御装置１１０は、第１のポンプ１３１を再び起動させる（ステップＳ２１９）。これにより、潤滑油２４０の循環を加速させて軸受２２０および潤滑油２４０の冷却を図ることができる。

続いて、制御装置１１０は、温度センサ２３５の検知結果に基づいて、軸受２２０の温度が正常であるか否かを判断する（ステップＳ２２１）。第１のポンプ１３１を再び起動させ潤滑油２４０の循環を加速させた後に軸受２２０の温度が正常に戻る場合には（ステップＳ２２１：Ｙｅｓ）、制御装置１１０は、第１のポンプ１３１を停止させる（ステップＳ２１１）。一方で、第１のポンプ１３１を再び起動させ潤滑油２４０の循環を加速させても軸受２２０の温度が正常に戻らない場合には（ステップＳ２２１：Ｎｏ）、制御装置１１０は、異常警報を出力し（ステップＳ２２３）、電動機２００を停止させる（ステップＳ２２５）。

実施形態にかかる滑り軸受給油方法によれば、軸受２２０の温度あるいは潤滑油２４０の温度の異常を監視し、軸受２２０の温度あるいは潤滑油２４０の温度が異常である場合には、制御装置１１０は、異常警報を実行し、電動機２００を停止させることができる。また、図３に関して前述した効果と同じ効果が得られる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００滑り軸受給油装置、１１０制御装置、１２０油タンク、１３１第１のポンプ、１３２第２のポンプ、２００電動機、２１０軸、２１５隙間、２２０軸受、２３１速度センサ、２３３軸浮上検出器、２３５温度センサ、２４０潤滑油、２５１第１の配管、２５２第２の配管、２５３第３の配管

Claims

電動機の軸を支持する軸受に油を供給する滑り軸受給油装置であって、
前記油を貯留する油タンクと、
前記油タンクに貯留された前記油を汲み上げ前記軸受の内部に供給する第１のポンプと、
前記油タンクに貯留された前記油を汲み上げ前記第１のポンプが供給する油の圧力よりも低い圧力の油を前記軸受の内部に供給する第２のポンプと、
前記第１のポンプを起動させることで前記軸が前記軸受から浮上し、前記軸の回転数が所定の回転数に達すると、前記第１のポンプを停止させる制御を実行する制御装置と、
を備えた滑り軸受給油装置。
前記制御装置は、前記第２のポンプを起動させ、前記軸が前記軸受から浮上し、前記軸の回転数が所定の回転数に達したときに、前記第２のポンプの運転を継続させる制御を実行する請求項１記載の滑り軸受給油装置。
前記制御装置は、前記第１のポンプを停止させた後に前記軸受の温度が所定の温度以上になると、前記第１のポンプを再び起動させる制御を実行する請求項１または２記載の滑り軸受給油装置。
前記制御装置は、前記第１のポンプを再び起動させた後に前記軸受の温度が所定の温度未満になると前記第１のポンプを停止させ、前記第１のポンプを再び起動させた後に前記軸受の温度が所定の温度未満にならないと異常警報を出力し前記電動機を停止させる制御を実行する請求項３記載の滑り軸受給油装置。
電動機の軸を支持する軸受に油を供給する滑り軸受給油方法であって、
油タンクに貯留された前記油を汲み上げ第２のポンプが供給する油の圧力よりも高い圧力の油を前記軸受の内部に供給する第１のポンプを起動させることで前記軸を前記軸受から浮上させ、前記軸の回転数が所定の回転数に達すると、前記第１のポンプを停止させる滑り軸受給油方法。
前記第２のポンプを起動させ、前記軸が前記軸受から浮上し、前記軸の回転数が所定の回転数に達したときに、前記第２のポンプの運転を継続させる請求項５記載の滑り軸受給油方法。
前記第１のポンプを停止させた後に前記軸受の温度が所定の温度以上になると、前記第１のポンプを再び起動させる請求項５または６に記載の滑り軸受給油方法。
前記第１のポンプを再び起動させた後に前記軸受の温度が所定の温度未満になると前記第１のポンプを停止させ、前記第１のポンプを再び起動させた後に前記軸受の温度が所定の温度未満にならないと異常警報を出力し前記電動機を停止させる請求項７記載の滑り軸受給油方法。