JP7349966B2 - 機械の潤滑油供給系統監視方法及び装置 - Google Patents
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しかし、潤滑油供給系統において流量計の二次側で支流配管の破損による潤滑油の流出や詰まり等の異常による潤滑油の供給不足が発生した場合でも,流量に変化はないため、その異常を検出することはできない。流量計を必要給油部の末端に複数個取り付けて監視する方法もあるが、流量計の二次側での配管の破損は検出できないうえ、コストが嵩むといった実情がある。
機械の各部に潤滑油を供給するために定容量形ポンプを使用する潤滑油供給系統の潤滑油の供給状態を監視する機械の潤滑油供給系統監視方法であって、
潤滑油供給系統の潤滑油の圧力に関連する圧力関連情報を取得する圧力情報取得ユニットと、
潤滑油供給系統の潤滑油の温度に関連する温度関連情報を取得する温度情報取得ユニットと、
を備え、
前記温度情報取得ユニットからの温度関連情報に基づいて実際の潤滑油の温度を取得し、当該実際の潤滑油の温度において発生されるべき適正な油圧を演算により取得すると共に、前記圧力情報取得ユニットからの圧力関連情報に基づいて実際の潤滑油の圧力を取得して、当該実際の潤滑油の圧力を前記適正な油圧と比較しながら潤滑油供給系統の潤滑油の供給状態を監視する機械の潤滑油供給系統監視方法において、
前記適正な油圧は、
本潤滑油供給系統をひとつの円管とした場合に、任意の潤滑油の温度における実際の潤滑油の圧力と、当該任意の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、潤滑油の密度と、潤滑油の流量と、に基づいて演算により取得する配管抵抗係数と、
実際の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、
に基づいて取得することを特徴とする。
機械の各部に潤滑油を供給するために定容量形ポンプを使用する潤滑油供給系統の潤滑油の供給状態を監視する機械の潤滑油供給系統監視装置であって、
潤滑油供給系統の潤滑油の圧力に関連する圧力関連情報を取得する圧力情報取得ユニットと、
潤滑油供給系統の潤滑油の温度に関連する温度関連情報を取得する温度情報取得ユニットと、
前記温度情報取得ユニットからの温度関連情報に基づいて実際の潤滑油の温度を取得し、当該実際の潤滑油の温度において発生されるべき適正な油圧を演算により取得すると共に、前記圧力情報取得ユニットからの圧力関連情報に基づいて実際の潤滑油の圧力を取得して、当該実際の潤滑油の圧力を前記適正な油圧と比較しながら潤滑油供給系統の潤滑油の供給状態を監視する潤滑油供給系統監視制御装置と、
を備え、
前記適正な油圧は、
本潤滑油供給系統をひとつの円管とした場合に、任意の潤滑油の温度における実際の潤滑油の圧力と、当該任意の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、潤滑油の密度と、潤滑油の流量と、に基づいて演算により取得する配管抵抗係数と、
実際の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、
に基づいて取得することを特徴とする。
前記配管抵抗係数は、任意の潤滑油の温度における実際の潤滑油の圧力と、当該任意の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、潤滑油の密度と、潤滑油の流量と、さらに当該潤滑油給油系統の揚程と、に基づいて演算により取得されることができる。
前記実際の潤滑油の圧力と前記適正な油圧との比較は、前記適正な油圧に基づいて設定する上下限監視値と、前記実際の潤滑油の圧力と、を比較することにより行うことを特徴とすることができる。
前記配管抵抗係数は、
配管抵抗係数 C=ΔP/(ν×γ×Q)
Q:潤滑油の流量 (cm3/sec)
ΔP:実際の潤滑油の圧力(圧力損失) (MPa)
ν :潤滑油の動粘度 (cm2/sec:St)
γ :潤滑油の密度 (kg/cm3)
なる式により取得することを特徴とすることができる。
前記配管抵抗係数は、
配管抵抗係数 C=(ΔP-h×γ×g×10-4)/(ν×γ×Q)
Q:潤滑油の流量 (cm3/sec)
h:揚程(cm)
g:重力加速度(g=980cm/sec2)
ΔP:実際の潤滑油の圧力(圧力損失) (MPa)
ν :潤滑油の動粘度 (cm2/sec:St)
γ :潤滑油の密度 (kg/cm3)
なる式により取得することを特徴とすることができる。
なお、図1中の符号1は、通過する潤滑油の流路を開閉するグローブバルブ(玉形弁)である。
ここにおいて、本実施の形態に係る制御装置20が、本発明に係る潤滑油供給系統監視制御装置に相当する。
オリフィス9へ供給された潤滑油は、例えば軸受等の給油先1~nの各給油先に給油された後、潤滑油貯留部11へ回収されるように構成されている。
図2、図3で用いる記号を列挙しておく。
Q :ポンプの吐出流量
h :揚程
g :重力加速度
tb :配管抵抗係数C演算時の実測油温
ΔPb :油温tbにおける実測潤滑油圧
νb :油温 tbにおける潤滑油の動粘度
γ :使用する潤滑油の密度
C :配管抵抗係数
t :潤滑油供給系統の監視時の潤滑油温
ΔP :潤滑油供給系統の監視時の潤滑油圧
ΔPc :潤滑油温tにおける潤滑油圧の理論値(適正油圧)
ΔPl :潤滑油温tにおける潤滑油圧の下限設定値
ΔPu :潤滑油温tにおける潤滑油圧の上限設定値
図2のステップ(図ではSと記す。以下、同様)1では、圧力センサ6からの電気的な信号に基づいて潤滑油の実際の油圧ΔPbを取得する。
すなわち、本実施の形態に係る潤滑油供給系統監視装置100の制御装置20が行う「演算によって取得した配管抵抗係数Cによる潤滑油供給系統内の油圧の推定方法」について説明する。
潤滑油の圧力損失は、主に以下の要素により決定される。
(A)潤滑油の吐出流量:Q
(B)潤滑油の動粘度:ν
(C)配管系統の抵抗値(配管抵抗係数:C )
潤滑油供給系統の配管抵抗を表す配管抵抗係数Cは、次の圧力損失の式から実測値に基づいて演算し取得することが可能である。
潤滑油の流れを支配する各要素を、図5に示すように定義する。
一般的な潤滑油の流れは層流である場合が多い。層流流れの圧力損失は、式(1)により求めることができる。
式(1)の第1項目は円管内の圧力損失を表し、第2項目は揚程による圧力を示している。
ΔP=(128×ν×γ×L×Q)/(π×d4×104)+h×γ×g ・・・(1)
ΔP:圧力損失 (MPa) ν :油の動粘度 (cm2/sec:St)
γ :油の密度 (kg/cm3) L :管長さ (cm)
d :管内径 (cm) Q :流量 (cm3/sec)
h :揚程 (cm) g :重力加速度 (g=980cm/sec2)
t :油温 (°C)
ここで、式(1)における揚程による圧力は、通常、潤滑油供給系統全体の圧力損失に対して占める割合が小さいため省略してもよい。この場合、ΔPは式(1-1)により求めることができる。
ΔP=(128×ν×γ×L×Q)/(π×d4×104) ・・・(1-1)
また、圧力損失ΔPは、図5における1次側圧力P0と2次側圧P1の差圧を示し、一般的に大気圧を基準(「P1」=大気圧)としているため、圧力センサの測定値(図5のP0)とすることができる(ΔP=「P0+P1」-「P1」)。但し、大気圧を基準として扱わない場合には、図5に示した通り、ΔPは、「圧力センサで測定した圧力」(図5のP0)から「基準圧」(図5のP1)を差し引いた値とすることができる。
個々の配管の圧力損失は式(1)により計算することができるが、潤滑油供給系統全体の圧力損失を計算することは容易ではない。そこで、本発明では、潤滑油供給系統全体をひとつの配管として捉え、式(1)を利用して、複数の個別の配管により構成される潤滑油供給系統全体としてのモデルを構築する。
配管固有の項目及び定数:L,d
潤滑油固有の項目 :ν,γ,Q
式(1)を配管系統による因子と潤滑油による因子に分解するために、配管固有の項目及び定数を配管抵抗係数:Cとしてまとめ、式(1)の第1項目から抽出したものを式(2)に示す。
C=(128×L)/(π×d4×104) ・・・(2)
配管抵抗係数Cを式(1)に戻すと
ΔP=C×ν×γ×Q+h×γ×g×10-4 ・・・(3)
変形して
C=(ΔP-h×γ×g×10-4)/(ν×γ×Q) ・・・(4)
ここで揚程による圧力を省略した場合の配管抵抗係数は、式(4-1)により求めることができる。
C=ΔP/(ν×γ×Q) ・・・(4-1)
ここでは、あるプレス機械の潤滑油供給系統において測定した具体的な数値を入れて計算する。
a)油温:t=21°C
b)使用潤滑油:ISO VG32(油温40°Cにて動粘度が32cStの一般的な作動油)
c)油の動粘度(油温21°CでISO VG32の場合):ν=87.5cSt =0.875 St(cm2/sec) (図6の油温-動粘度線図より)
d)油の密度:γ=0.87×10-3 kg/cm3
e)ポンプ吐出流量:Q=15.0L/min=250 cm3/sec
f)ポンプの最高吐出圧力:Pmax=2.5 MPa (ポンプの仕様)
g)ポンプの吐出圧力:ΔP=0.89 MPa
h)吐出配管内径:d=φ12.7mm
i)揚程:h=370cm
j)重力加速度:g=980cm/sec2
C=(ΔP-h×γ×g×10-4)/(ν×γ×Q)
=(0.89-370×0.87×10-3×980×10-4)/(0.875×0.87×10-3×250)=4.511 ・・・(5)
例えば、当該配管系統に流れる油の温度が変化した場合、温度と動粘度の関係を調べて(例えば図6等を参照して)、式(3)にそれぞれの温度毎のデータを入力すれば、それぞれの油温における油圧をシミュレーションすることができる。同様に、当該配管系統に流す油の流量及び動粘度(油の番手)を変えた場合に発生する油圧もシミュレーションすることができる。
V :管内流速(m/sec)
V=(4×Q)/(π×d2)=(4×2.5×10-4)/(π×(12.7×10-3)2)=1.973 m/sec
ν :油の動粘度 (cm2/s:St) ISO VG32(40°C):ν=32cSt=32×10-6 m2/sec
d :吐出配管内径(m):d =φ12.7mm=φ12.7×10-3 m
Q :流量(m3/sec):Q =15.0 L/min= 2.5×10-4 m3/sec
レイノルズ数:Re=(V×d)/ν
=(4×Q)/(π×d×ν)
=(1.973×12.7×10-3)/(32×10-6)
=783 ≦ 2000 (層流)・・・(6)
上記の計算結果(6)より、本例は、レイノルズ数が2000より小さいため層流と判断できる。
従って、層流を前提としている式(1)は成立する。
ここで、前述した<配管抵抗係数>において例示した具体的な例に基づいて、潤滑油供給系統の油温と油圧についてシミュレーションを行ってみる。
まず、各温度における油圧を計算するために、計算結果(5)を式(3)に代入する。
ΔP=4.511×ν×γ×Q+h×γ×g×10-4 ・・・(7)
さらに、式(7)に油の密度:γ、流量:Q、揚程:h、重力加速度:gの数値を入れると、式(8)となり、油圧は動粘度の関数になる。
ΔP=4.511×ν×0.87×10-3×250+370×0.87×10-3×980×10-4 ・・・(8)
ν=39000×(t+19)-ABS(0.0035×t+1.58) (cSt) ・・・(9)
式(8)に式(9)を代入すると、下式(10)となり、図7に示すように、圧力損失ΔPは、油温tの関数となる。
ΔP(ΔPc)=4.511×39000×(t+19)-ABS(0.0035×t+1.58))×0.87×10-3×250
+370×0.87×10-3×980×10-4 (MPa) ・・・(10)
なお、配管抵抗係数C、使用している潤滑油の仕様(動粘度)は決まっているので、式(10)により、任意の温度tに対する適正油圧ΔPcを計算により求めることができるため、予め図4の曲線Tに示すような潤滑油温と潤滑油圧の関係(テーブル)を作成しておいて、当該テーブルを参照して、現在における実際の潤滑油温tに応じた適正油圧ΔPcを取得するようにすることもできる。
なお、設定下限値(ΔPl)は、例えば、吐出圧力下限値(-15%)(=適正油圧ΔPc×0.85)といった計算式により設定することができる(設定下限値(ΔPl)は、図4に示した曲線Lに相当する)。但し、-15%に限定されるものではない。
この計算式において設定下限値(下限監視値)を適正油圧の何パーセント下側に設定するかなどを、ステップ14Aにて選択する構成とすることもできる。
なお、設定上限値(ΔPu)は、例えば、吐出圧力上限値(+15%)(=適正油圧ΔPc×1.15)といった計算式により設定することができる(設定上限値(ΔPu)は、図4に示した曲線Uに相当する)。但し、+15%に限定されるものではない。
この計算式において設定上限値(上限監視値)を適正油圧の何パーセント上側に設定するかなどを、ステップ15Aにて選択する構成とすることもできる。
そして、「現在における実際の油圧ΔP>設定上限値(ΔPu)」である場合には、潤滑油供給系統の配管系統に詰まりなどが発生して、潤滑油が所定の給油箇所に供給されなくなった状態であると判定し、「潤滑油供給系統の目詰まりに関連する異常」というような、故障形態を特定して判定結果を出力させる異常診断機能を有する構成にすることができる。
Yesであれば、ステップ12へリターンする。Noであれば、本フローチャートを終了する。
5 潤滑油温度センサ(温度センサ)
6 潤滑油圧力センサ(圧力センサ)
9 オリフィス(例えば軸受等の給油先1~n)
10 潤滑油通路(配管)
11 潤滑油貯留部
20 制御装置(潤滑油供給系統監視制御装置)
100 潤滑油供給系統監視装置
Claims (10)
- 機械の各部に潤滑油を供給するために定容量形ポンプを使用する潤滑油供給系統の潤滑油の供給状態を監視する機械の潤滑油供給系統監視方法であって、
潤滑油供給系統の潤滑油の圧力に関連する圧力関連情報を取得する圧力情報取得ユニットと、
潤滑油供給系統の潤滑油の温度に関連する温度関連情報を取得する温度情報取得ユニットと、
を備え、
前記温度情報取得ユニットからの温度関連情報に基づいて実際の潤滑油の温度を取得し、当該実際の潤滑油の温度において発生されるべき適正な油圧を演算により取得すると共に、前記圧力情報取得ユニットからの圧力関連情報に基づいて実際の潤滑油の圧力を取得して、当該実際の潤滑油の圧力を前記適正な油圧と比較しながら潤滑油供給系統の潤滑油の供給状態を監視する機械の潤滑油供給系統監視方法において、
前記適正な油圧は、
本潤滑油供給系統をひとつの円管とした場合に、任意の潤滑油の温度における実際の潤滑油の圧力と、当該任意の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、潤滑油の密度と、潤滑油の流量と、に基づいて演算により取得する配管抵抗係数と、
実際の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、
に基づいて取得することを特徴とする機械の潤滑油供給系統監視方法。 - 前記配管抵抗係数は、任意の潤滑油の温度における実際の潤滑油の圧力と、当該任意の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、潤滑油の密度と、潤滑油の流量と、さらに当該潤滑油給油系統の揚程と、に基づいて演算により取得されることを特徴とする請求項1に記載の機械の潤滑油供給系統監視方法。
- 前記配管抵抗係数は、
配管抵抗係数 C=ΔP/(ν×γ×Q)
Q:潤滑油の流量 (cm3/sec)
ΔP:実際の潤滑油の圧力(圧力損失) (MPa)
ν :潤滑油の動粘度 (cm2/sec:St)
γ :潤滑油の密度 (kg/cm3)
なる式により取得することを特徴とする請求項1に記載の機械の潤滑油供給系統監視方法。 - 前記配管抵抗係数は、
配管抵抗係数 C=(ΔP-h×γ×g×10-4)/(ν×γ×Q)
Q:潤滑油の流量 (cm3/sec)
h:揚程(cm)
g:重力加速度(g=980cm/sec2)
ΔP:実際の潤滑油の圧力(圧力損失) (MPa)
ν :油の動粘度 (cm2/sec:St)
γ :油の密度 (kg/cm3)
なる式により取得することを特徴とする請求項2に記載の機械の潤滑油供給系統監視方法。 - 前記実際の潤滑油の圧力と前記適正な油圧との比較は、前記適正な油圧に基づいて設定する上下限監視値と、前記実際の潤滑油の圧力と、を比較することにより行うことを特徴とする請求項1~請求項4の何れか一つに記載の機械の潤滑油供給系統監視方法。
- 機械の各部に潤滑油を供給するために定容量形ポンプを使用する潤滑油供給系統の潤滑油の供給状態を監視する機械の潤滑油供給系統監視装置であって、
潤滑油供給系統の潤滑油の圧力に関連する圧力関連情報を取得する圧力情報取得ユニットと、
潤滑油供給系統の潤滑油の温度に関連する温度関連情報を取得する温度情報取得ユニットと、
前記温度情報取得ユニットからの温度関連情報に基づいて実際の潤滑油の温度を取得し、当該実際の潤滑油の温度において発生されるべき適正な油圧を演算により取得すると共に、前記圧力情報取得ユニットからの圧力関連情報に基づいて実際の潤滑油の圧力を取得して、当該実際の潤滑油の圧力を前記適正な油圧と比較しながら潤滑油供給系統の潤滑油の供給状態を監視する潤滑油供給系統監視制御装置と、
を備え、
前記適正な油圧は、
本潤滑油供給系統をひとつの円管とした場合に、任意の潤滑油の温度における実際の潤滑油の圧力と、当該任意の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、潤滑油の密度と、潤滑油の流量と、に基づいて演算により取得する配管抵抗係数と、
実際の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、
に基づいて取得することを特徴とする機械の潤滑油供給系統監視装置。 - 前記配管抵抗係数は、任意の潤滑油の温度における実際の潤滑油の圧力と、当該任意の潤滑油の温度における潤滑油の動粘度と、潤滑油の密度と、潤滑油の流量と、さらに当該潤滑油給油系統の揚程と、に基づいて演算により取得されることを特徴とする請求項6に記載の機械の潤滑油供給系統監視装置。
- 前記配管抵抗係数は、
配管抵抗係数 C=ΔP/(ν×γ×Q)
Q:潤滑油の流量 (cm3/sec)
ΔP:実際の潤滑油の圧力(圧力損失) (MPa)
ν :潤滑油の動粘度 (cm2/sec:St)
γ :潤滑油の密度 (kg/cm3)
なる式により取得することを特徴とする請求項6に記載の機械の潤滑油供給系統監視装置。 - 前記配管抵抗係数は、
配管抵抗係数 C=(ΔP-h×γ×g×10-4)/(ν×γ×Q)
Q:潤滑油の流量 (cm3/sec)
h:揚程(cm)
g:重力加速度(g=980cm/sec2)
ΔP:実際の潤滑油の圧力(圧力損失) (MPa)
ν :潤滑油の動粘度 (cm2/sec:St)
γ :潤滑油の密度 (kg/cm3)
なる式により取得することを特徴とする請求項7に記載の機械の潤滑油供給系統監視装置。 - 前記実際の潤滑油の圧力と前記適正な油圧との比較は、前記適正な油圧に基づいて設定される上下限監視値と、前記実際の潤滑油の圧力と、を比較することにより行うことを特徴とする請求項6~請求項9の何れか一つに記載の機械の潤滑油供給系統監視装置。
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