JP7192066B1 - 回転機器 - Google Patents

Abstract

【課題】自己給油方式において、装置の大型化を抑えつつ軸受への給油量の裕度を増加させる。【解決手段】回転機器１は、回転軸１０と、回転軸１０を回転自在に支持する軸受１２と、軸受１２を収容し支持するケーシング１４と、軸受１２の下方に配置され潤滑油１８を貯留する油槽１６と、軸受１２の外周側において軸受１２と共に回転することにより油槽１６から潤滑油１８を汲み上げ軸受１２へ供給するオイルリング２８と、ケーシング１４の外部において、油槽１６に設けられた採油口２０と、ケーシング１４において軸受１２の上方に設けられた滴下口２２とを接続する潤滑油移送管３０と、潤滑油移送管３０に取り付けられた給油ポンプ３２と、給油ポンプ３２を駆動することにより、油槽１６から採油口２０を介し潤滑油１８を潤滑油移送管３０へ取り込み、滴下口２２を介し潤滑油１６を軸受１２へ滴下するアクチュエータ３８とを設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、回転機器に関し、例えば回転軸を回転自在に支持する軸受を有し自己給油方式で軸受に給油を行う回転機器に適用して好適なものである。

回転機器の高効率化及び出力の増大に伴い、回転機器は大型化及び高速回転化が進んでいる。また、舶用の回転機器の中には主機の回転軸と連れ回りを伴うものがあり、船の運航状況等により回転数が一定にならず低回転から高回転まで様々な回転数で運転されるものがある。

大型、高速回転機器の多くは油潤滑方式の軸受が用いられているが、潤滑油の供給は、大きく分けると、回転機器の外部に潤滑装置が設置されポンプ等により給油される強制給油方式と、回転軸の外周側にオイルリングやオイルディスクを設置し油槽から潤滑油を揚油する自己給油方式との２種類が存在する（例えば、特許文献１参照）。

強制給油方式は、給油量は十分であるが、高圧ポンプ、油タンクや高圧配管等の付帯設備が必要で高価となる。また強制給油方式は、軸受から付帯設備までの配管へ油を充てんする必要があるため、保有油量が多く必要となる。さらに強制給油方式は、軸受から発生した熱を油で冷却するため、軸受内部に高い圧力をかけながら給油する必要があり、ポンプ及び給油配管は高圧のものが必要となる。さらに、回転機器が重要機器の場合は、ポンプ等の故障による回転機器の停止が困難となるため、バックアップやメンテナンスを目的にポンプ等の付帯設備の二重化を行う必要がある。

一方、自己給油方式について、オイルリング方式は高速域における追従性が悪く、給油量が高速域で低下するため高速機には適さない。またオイルリング方式は、回転軸の回転速度が一定でない場合給油量も一定とならないため、運用の条件によっては給油量が不足し軸受が損傷することも考えられる。さらにオイルリング方式は、軸受から発生した熱を放熱するためには油槽の表面積を増やす必要があるため、一般的に油槽は複雑な形状となることが多い。

オイルディスク方式は、オイルリング方式と異なり、回転軸とオイルディスクとが一体で回転するため給油量はある程度安定するが、他の方式と比べ軸受サイズが大きくなる欠点がある。またオイルディスク方式は、オイルリング方式と同様に軸受から発生した熱を放熱するためには油槽の表面積を増やす必要があるため、一般的に油槽は複雑な形状となることが多い。

以上のことから、一般的に軽荷重、低回転数の回転機器にはオイルリング方式の自己給油方式が採用され、重荷重、高回転数の回転機器には強制給油方式が採用されることが多い。

特開平３－１８６６１２公報 特開昭５９－２００８９７公報

このような回転機器においては、自己給油方式において、装置の大型化を抑えつつ軸受への給油量の裕度を増加させることが望まれている。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、自己給油方式において、装置の大型化を抑えつつ軸受への給油量の裕度を増加させ得る回転機器を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明の回転機器においては、回転軸と、回転軸を回転自在に支持する軸受と、軸受を収容し支持するケーシングと、軸受の下方に配置され潤滑油を貯留する油槽と、軸受の外周側において軸受と共に回転することにより油槽から潤滑油を汲み上げ軸受へ供給する回転体と、ケーシングの外部において、油槽に設けられた採油口と、ケーシングにおいて軸受の上方に設けられた滴下口とを接続する潤滑油移送管と、潤滑油移送管に取り付けられたポンプと、ポンプを駆動することにより、油槽から採油口を介し潤滑油を潤滑油移送管へ取り込み、滴下口を介し潤滑油を軸受へ垂らすように滴下するアクチュエータとを設けるようにした。

本発明は、回転体から軸受に潤滑油を供給することに加えて、ケーシングの外部に設けられた簡易な構成のポンプにより油槽から潤滑油を移送し、軸受へ滴下できる。

本発明によれば、自己給油方式において、装置の大型化を抑えつつ軸受への給油量の裕度を増加させ得る回転機器を実現できる。

潤滑油移送管取外状態の回転機器の構成を示し、（Ａ）は（Ｂ）におけるＡ－Ａ矢視断面図、（Ｂ）は回転軸の中心軸を通り中心軸に沿う方向から見た断面図である。 潤滑油移送管取付状態の回転機器の構成を示し、（Ａ）は（Ｂ）におけるＡ－Ａ矢視断面図、（Ｂ）は回転軸の中心軸を通り中心軸に沿う方向から見た断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について、図面を用いて説明する。

［１．回転機器の構成］
図１に、潤滑油移送管３０（後述する）が取り外された潤滑油移送管取外状態の回転機器１を示し、図２に、潤滑油移送管３０が取り付けられた潤滑油移送管取付状態の回転機器１を示すように、回転機器１は、主に、回転軸１０と、軸受１２と、ケーシング１４とにより構成されている。回転機器１は、横軸型回転機であり、各機構を回転させることにより、例えば発電を行う。以下では、回転軸１０が沿う方向を軸方向とし、回転軸１０が回転する方向を周方向とする。

回転軸１０は、ほぼ水平方向に沿う軸方向に沿って延設された円柱形状であり、その一端側がエンジン（図示せず）等の駆動機に連結されており、この駆動機によって回転される。軸受１２は、例えば滑り軸受であり、回転軸１０を回転自在に支持する。

ケーシング１４は、内部空間を有し、回転軸１０の一部分と軸受１２とを内部に収容し、軸受１２を支持する。このケーシング１４における、回転軸１０及び軸受１２の下方には、油槽１６が形成されている。油槽１６は、上方が開放された空間を有し、軸受１２を潤滑する潤滑剤である潤滑油１８を貯留する。油槽１６は、ほぼ水平方向に沿う底部が形成されている。

また、ケーシング１４における、回転軸１０の中心軸の真下には、油槽１６の底部の上面から下面まで貫通し、ケーシング１４の内部空間と外部空間とを連通させる採油口２０が穿設されている。潤滑油移送管取外状態（図１）において採油口２０は、不要になった潤滑油１８を油槽１６から外部に排出するための孔部である排油口として用いられる。実際の運用においては、採油口２０にＹ字形状の三つ又の１つの端部が取り付けされ、残りの２つの端部のうち一方の端部に潤滑油移送管３０が接続され、他方の端部に排油用のバルブが取り付けられている。

さらに、ケーシング１４における、回転軸１０の中心軸の真上において、それぞれのオイルリング２８の上方には、ケーシング１４の天板の上面から下面まで貫通し、ケーシング１４の内部空間と外部空間とを連通させる滴下口２２が穿設されている。潤滑油移送管取外状態（図１）において滴下口２２は、オイルリング２８の様子を外部から点検するためのオイルリング点検窓２４として用いられる。オイルリング点検窓２４は、オイルリング２８それぞれの上方に互いにほぼ同一形状で１つずつ設けられており、ケーシング１４の天板の上面から下面まで貫通する孔部に、鉄製の蓋が開閉可能に固定されている。実際の運用においては、潤滑油移送管取付状態（図２）の場合、２つのオイルリング点検窓２４のうち１つオイルリング点検窓２４の鉄製の蓋が、潤滑油滴下ノズル４０付きの蓋に取り替えられ、その蓋に潤滑油移送管３０の他端が接続される。

軸受１２には、円環形状のオイルリング２８が２個吊り下げられている。このオイルリング２８は、その内径が回転軸１０の外径よりも大きく形成されており、油槽１６に貯留された潤滑油１８の油面に下部が浸っている。オイルリング２８は、回転軸１０の回転に伴って連れ回るように回転し、潤滑油１８を油槽１６から掻き揚げて回転軸１０まで汲み上げ、軸受１２に（すなわち回転軸１０と軸受１２との間に）上方から該潤滑油１８を滴下する。

潤滑油移送管取付状態（図２）の回転機器１においては、ケーシング１４における採油口２０に潤滑油移送管３０の一端が、滴下口２２に潤滑油移送管３０の他端が、それぞれ接続されている。潤滑油移送管３０は、例えば、銅管、アルミ管又は鋼管等の金属製の円筒形状のパイプである。

また潤滑油移送管３０の他端には、潤滑油滴下ノズル４０が接続されている。潤滑油移送管３０は、油槽１６から潤滑油滴下ノズル４０まで延びており、油槽１６と潤滑油滴下ノズル４０とを接続し、油槽１６内の潤滑油１８を移送する。潤滑油滴下ノズル４０は、その供給口が軸受１２を向いた状態（すなわち下向き状態）で、軸受１２の上方に配置されており、潤滑油１８を軸受１２及びオイルリング２８に滴下する。この潤滑油滴下ノズル４０は、潤滑油１８を軸受１２に滴下する滴下ノズルが用いられる。

潤滑油移送管３０には、給油ポンプ３２が取り付けられている。給油ポンプ３２は、例えば小流量ポンプである。潤滑油移送管３０における油槽１６と給油ポンプ３２との間には、フィルタ３６が取り付けられている。フィルタ３６は、潤滑油１８に含まれる異物を除去する。また潤滑油移送管３０におけるフィルタ３６と油槽１６との間には、開閉弁３４が取り付けられている。開閉弁３４は、保守員に操作されることにより、潤滑油移送管３０の流路を開閉する。保守員は、開閉弁３４を閉じることにより給油ポンプ３２を潤滑油移送管３０から切り離すことができ、給油ポンプ３２のメンテナンスを行うことができる。

給油ポンプ３２には、該給油ポンプ３２を駆動する電動機等のアクチュエータ３８が接続されている。アクチュエータ３８は、回転軸１０の回転とは独立して給油ポンプ３２を駆動する。本実施の形態においては、給油ポンプ３２及びアクチュエータ３８には、トコロイド（登録商標）ポンプが用いられる。アクチュエータ３８によって給油ポンプ３２が駆動されると、油槽１６内の潤滑油１８は潤滑油移送管３０を通じて潤滑油滴下ノズル４０まで移送され、潤滑油滴下ノズル４０から軸受１２に滴下される。油槽１６は軸受１２の下方に位置しているため、軸受１２に滴下された潤滑油１８は油槽１６内に落下する。

［２．効果等］
ところで、オイルリング２８から軸受１２に供給可能な潤滑油１８の油量は理論式より算出することが可能であるが、オイルリング２８の寸法や回転数等により制限されるため、多くの潤滑油１８を軸受１２に供給するためにはオイルリング２８が大型化し、油槽１６のサイズが大きくなってしまう。また、オイルリング２８の重量と回転数とに関しても関係があり、オイルリング２８を大型化しても軸受１２に供給できる油量が増加しない条件が存在する。すなわち、自己給油方式の給油量には、構造による給油量の制約があった。このように、オイルリング２８のみから潤滑油１８を軸受１２へ供給する場合、オイルリング２８が大型化して油槽１６のサイズが大きくなってしまうと共に、オイルリング２８を大型化しても軸受１２に供給できる油量が増加しない場合があった。

これに対し本実施の形態による回転機器１は、オイルリング２８から軸受１２に潤滑油１８を供給することに加えて、軸受１２とは独立して可動する給油ポンプ３２により油槽１６から潤滑油滴下ノズル４０へ潤滑油１８を移送し、潤滑油滴下ノズル４０から軸受１２に潤滑油１８を滴下して供給するようにした。このため回転機器１は、従来の回転機器と比較して、装置の大型化を抑えつつ、軸受１２への給油量の裕度を増加させることができる。

また回転機器１は、回転軸１０の変化に伴ってオイルリング２８による給油量に変化があった場合であっても、オイルリング２８による供給量と、給油ポンプ３２による供給量とを合わせることにより、軸受１２に供給できる潤滑油１８の油量を増加させることができる。このため回転機器１は、回転軸１０の回転数の変化による軸受１２の温度上昇を低減させることができる。

さらに回転機器１は、給油ポンプ３２等の付帯設備に不具合が生じたりメンテナンスが行われたりする場合であっても、必要な油量をオイルリング２８から軸受１２に供給できる。このため回転機器１は、給油ポンプ３２を重要補機扱いすることなくあくまで付帯設備とし二重化する必要をなくして、装置を停止させることなく動作させ続けつつ、付帯設備の交換やメンテナンスを行わせることができる。

さらに回転機器１は、軸受１２の上方に形成された滴下口２２の潤滑油滴下ノズル４０を介し、給油ポンプ３２から軸受１２へ潤滑油１８を滴下するようにした。このため回転機器１は、必要な油量を滴下させるだけの供給圧力で足りるため、強制給油方式と比較して、低圧動作する小容量ポンプと、低圧配管である潤滑油移送管３０とを利用できる。それに加えて回転機器１は、潤滑油１８を軸受１２にスプレーする潤滑油スプレーノズルや、ミスト状の潤滑油１８を軸受１２へ噴出する潤滑油ミストノズルではなく、潤滑油１８を滴下する潤滑油滴下ノズル４０を用いるようにした。このため回転機器１は、必要な油量を滴下させるだけの供給圧力で足りるため、潤滑油スプレーノズルや潤滑油ミストノズルを用いる場合と比較しても、低圧動作する小容量ポンプと、低圧配管である潤滑油移送管３０とを利用できる。

さらに回転機器１は、従来から存在する排油口を採油口２０として流用し、オイルリング点検窓２４を滴下口２２として流用するようにした。このため回転機器１は、既設の回転機器１に対しても、最小限の改造を行うだけで給油ポンプ３２から潤滑油１８を軸受１２に滴下できる。これにより回転機器１は、仕様変更で回転軸１０の回転数等が変更となった場合であっても、最低限の設備を追加するだけで柔軟に対応することができる。

さらに回転機器１は、潤滑油移送管３０、給油ポンプ３２、開閉弁３４、フィルタ３６及びアクチュエータ３８をケーシング１４の外部に設けるようにした。このため回転機器１は、潤滑油移送管３０、給油ポンプ３２、開閉弁３４、フィルタ３６及びアクチュエータ３８がケーシング１４の内部に設けられている場合と比較して、これら潤滑油移送管３０、給油ポンプ３２、開閉弁３４、フィルタ３６及びアクチュエータ３８のメンテナンスを容易に行わせることができる。

ところで、従来、オイルリング方式では潤滑油の安定的な供給特性を得ることができないため、ポンプで油槽から潤滑油を吸い上げ軸受へ供給する給油ポンプ方式を採用する回転機器があった。換言すると、そのような回転機器は、オイルリング方式を採用せずに、あえて給油ポンプ方式を採用していた。これに対し本実施の形態による回転機器１は、基本的にはオイルリング方式を採用しつつ、その欠点を補うために給油ポンプ３２を追加するようにした。すなわち回転機器１は、オイルリング方式と給油ポンプ３２とを組み合わせることにより、オイルリング方式のみでは高速回転域では採用できないため適用範囲が限られることと、強制給油方式ではコストが増大することとを防ぐことができる。

以上の構成によれば回転機器１は、回転軸１０と、回転軸１０を回転自在に支持する軸受１２と、軸受１２を収容し支持するケーシング１４と、軸受１２の下方に配置され潤滑油１８を貯留する油槽１６と、軸受１２の外周側において軸受１２と共に回転することにより油槽１６から潤滑油１８を汲み上げ軸受１２へ供給するオイルリング２８と、ケーシング１４の外部において、油槽１６に設けられた採油口２０とケーシング１４において軸受１２の上方に設けられた滴下口２２とを接続する潤滑油移送管３０と、潤滑油移送管３０に取り付けられた給油ポンプ３２と、給油ポンプ３２を駆動することにより、油槽１６から採油口２０を介し潤滑油１８を潤滑油移送管３０へ取り込み、滴下口２２を介し潤滑油１８を軸受１２へ滴下するアクチュエータ３８とを設けるようにした。

このため回転機器１は、オイルリング２８から軸受１２に潤滑油１８を供給することに加えて、ケーシング１４の外部に設けられた簡易な構成の給油ポンプ３２により油槽１６から潤滑油１８を移送し、軸受１２へ滴下できる。

［３．他の実施の形態］
なお上述した実施の形態においては、潤滑油移送管３０を銅管、アルミ管又は鋼管等により構成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、潤滑油移送管３０を他の材質により構成しても良い。但し、熱通過率の良い材質であることが好ましい。

また上述した実施の形態において、潤滑油移送管３０を、金属の管に螺旋状に放熱板（フィン）が巻き付けられたフィンチューブとすることにより、伝熱面積を増加させ放熱効率を向上させても良い。さらに、潤滑油移送管３０に、熱交換器としてのオイルクーラーを設けても良い。一般的なオイルリング方式の場合、油槽表面が熱交換器の役割を兼ねており、潤滑油を油槽の外部へ排出する方法がないため、熱交換器が搭載されることは考えにくい。これに対し回転機器１においては、採油口２０から潤滑油１８を油槽１６の外部へ排出する構成であるため、オイルリング方式であっても熱交換器の搭載が可能になり、油槽１６を小型化できる。

さらに上述した実施の形態においては、従来から存在する排油口を採油口２０として流用し、オイルリング点検窓２４を滴下口２２として流用する場合について述べた。本発明はこれに限らず、排油口及びオイルリング点検窓２４に加えて、採油口２０及び滴下口２２を別途形成しても良い。

さらに上述した実施の形態においては、回転機器１に、１組の採油口２０、潤滑油移送管３０、給油ポンプ３２、アクチュエータ３８、開閉弁３４、フィルタ３６、滴下口２２及び潤滑油滴下ノズル４０を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、回転機器１に、２組以上の任意の組数の採油口２０、潤滑油移送管３０、給油ポンプ３２、アクチュエータ３８、開閉弁３４、フィルタ３６、滴下口２２及び潤滑油滴下ノズル４０を設けても良い。

さらに上述した実施の形態においては、油槽１６の底部に形成された採油口２０に潤滑油移送管３０の一端を接続する場合について述べた。本発明はこれに限らず、油槽１６の底部から上方へ立設する、油槽１６の側壁に採油口を形成し、該採油口に潤滑油移送管３０の一端を接続しても良い。その場合、油槽１６の底部よりも上側に潤滑油移送管３０の一端が接続され、油槽１６の底部に溜まった異物が潤滑油移送管３０内に導入されてしまう可能性は低くなるため、フィルタ３６を省略しても良い。

さらに上述した実施の形態において、潤滑油移送管３０における油槽１６と潤滑油滴下ノズル４０との間に、開閉弁を追加して取り付けても良い。

さらに上述した実施の形態においては、ケーシング１４の一部分を油槽１６として形成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、油槽１６はケーシング１４と別体でも良い。

さらに上述した実施の形態においては、回転軸１０の回転とは独立して駆動するアクチュエータ３８により給油ポンプ３２を駆動する場合について述べた。本発明はこれに限らず、回転軸１０の回転によって給油ポンプ３２を駆動しても良い。

さらに上述した実施の形態においては、オイルリング方式の回転機器１に本発明を適用する場合について述べた。本発明はこれに限らず、回転軸１０に固定されたオイルディスクが回転軸１０と共に回転し潤滑油１８を油槽１６から掻き揚げて軸受１２に供給する、オイルディスク方式の回転機器に本発明を適用しても良い。要は、軸受１２の外周側において軸受１２と共に回転することにより油槽１６から潤滑油１８を汲み上げ軸受１２へ供給する回転体であれば良い。

さらに上述した実施の形態においては、滑り軸受である軸受１２を有する回転機器１に本発明を適用する場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば転がり軸受等、他の種々の構成の軸受１２を有する回転機器に本発明を適用しても良い。

さらに本発明は、上述した各実施の形態及び他の実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施の形態と上述した他の実施の形態の一部又は全部を任意に組み合わせた実施の形態にも本発明の適用範囲が及ぶものである。また、本発明は、上述した各実施の形態及び上述した他の実施の形態のうち任意の実施の形態に記載された構成の一部を抽出し、上述した実施の形態及び他の実施の形態のうちの任意の実施の形態の構成の一部と置換・転用する場合や、該抽出された構成の一部を任意の実施の形態に追加する場合にも本発明の適用範囲が及ぶものである。

さらに上述した実施の形態においては、回転軸としての回転軸１０と、軸受としての軸受１２と、ケーシングとしてのケーシング１４と、油槽としての油槽１６と、回転体としてのオイルリング２８と、潤滑油移送管としての潤滑油移送管３０と、ポンプとしての給油ポンプ３２と、アクチュエータとしてのアクチュエータ３８とによって、回転機器としての回転機器１を構成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる回転軸と、軸受と、ケーシングと、油槽と、回転体と、潤滑油移送管と、ポンプと、アクチュエータとによって、回転機器を構成しても良い。

本発明は、回転軸を回転自在に指示する軸受を有し自己給油方式で軸受に給油を行う回転機器において利用できる。

１……回転機器、１０…回転軸、１２……軸受、１４……ケーシング、１６……油槽、１８……潤滑油、２０……採油口、２２……滴下口、２４……オイルリング点検窓、２８……オイルリング、３０……潤滑油移送管、３２……給油ポンプ、３４……開閉弁、３６……フィルタ、３８……アクチュエータ、４０……潤滑油滴下ノズル。

Claims (8)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記軸受を収容し支持するケーシングと、
   前記軸受の下方に配置され潤滑油を貯留する油槽と、
   前記軸受の外周側において前記軸受と共に回転することにより前記油槽から前記潤滑油を汲み上げ前記軸受へ供給する回転体と、
   前記ケーシングの外部において、前記油槽に設けられた採油口と、前記ケーシングにおいて前記軸受の上方に設けられた滴下口とを接続する潤滑油移送管と、
   前記潤滑油移送管に取り付けられたポンプと、
   前記ポンプを駆動することにより、前記油槽から前記採油口を介し前記潤滑油を前記潤滑油移送管へ取り込み、前記滴下口を介し前記潤滑油を前記軸受へ垂らすように滴下するアクチュエータと
   を有する回転機器。
2. 前記採油口は、前記油槽から前記潤滑油移送管以外の外部へも前記潤滑油を排出する排油口であり、
   前記滴下口は、前記ケーシングの外部から前記回転体を目視可能な点検窓である
   請求項１に記載の回転機器。
3. 前記採油口には、三つ又の１つの端部が取り付けされており、該三つ又の残りの２つの端部のうち一方の端部に前記潤滑油移送管が接続され、他方の端部に排油用のバルブが取り付けられている
   請求項２に記載の回転機器。
4. 前記点検窓は、複数個設けられ、一方の前記点検窓には前記点検窓を覆う蓋が設けられており、他方の前記点検窓には前記潤滑油移送管が接続された蓋が設けられている
   請求項２に記載の回転機器。
5. 前記アクチュエータは、前記回転軸の回転に対し独立して前記ポンプを駆動する
   請求項１に記載の回転機器。
6. 前記潤滑油移送管は、銅管又はアルミ管である
   請求項１に記載の回転機器。
7. 前記潤滑油移送管には、熱交換器が設けられる
   請求項１に記載の回転機器。
8. 前記熱交換器は、オイルクーラーである
   請求項７に記載の回転機器。

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