JPS5954896A - 軸受の潤滑制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明ζ、ｔｌ例えば蒸気タービン軸受などのように、
潤滑油を圧送循環すしめる軸受の損耗の、ｏｒ行状態を
遠隔的に診断し、損耗状態にＬし、しでＪｉ　！ＪＪな
潤滑制御を行なう方法に関するものである０、〔従来技
術〕 第１図は回転機器類に用いられているｌｆ’ｌｌｌ受１
１１Ｓ分の一例の１析面図である。本例において１は回
転軸であり、２，３はそれぞれ半割形の軸受メタル、４
．５は上記の軸受メタルを抱持している軸管リング、６
は軸受台である。

上記の半割前軸受メタル２，３の内、下半＋ｉｑｌ＋受
メタル３にはジャッキング圧油孔７が穿たれ、ジャッキ
ング用の加圧潤滑油８が供給されている。

こうした購成の軸受において、軸受メタル及び軸受ジャ
ーナルの摩耗、焼付などの損耗を防止するには潤滑油の
清浄度の維持と過圧な油ｊ換の形成が不可欠である。

潤滑油の清浄度を維持するため、潤滑油の圧送循環ライ
ン中にフィルタを設ける場合が多い。然し、フィルタの
保守整備には多大の労力と注意力とを必要とし、整備所
要工数を増加せしめる上にフィルタの清掃を怠ると目詰
まりを起こし、これが者しくなるとフィルタの吹き抜き
ケ誘発して却って軸受部の損傷を拡大する虞れが有る。

また、適正な油膜を形成させるためには、回転軸のトル
クと回転速度に応じて油温を調節し、例えば低速大トル
クの場合は潤滑油温を下げて潤滑油の粘度を」二昇させ
ることが望ましい。

上述のような潤滑管理においては、常に軸受の損耗の進
行状態に留意して損耗度に応じた潤滑制御を行なわねば
ならない。然し、従来、用受部の損耗状態を運転中に判
断する適当な方法が無く、′また、＞ｌ１４１Ｅな潤滑
が行なわれているか否かを判断する方法も無かった。こ
のため、従来一般に、軸受部からの戻り油の温度、軸受
メタル温度、及び異音、振動の有無によって軸受部の異
常の有無を推測していたが、これらの現象によって軸受
部の異′帛発生を検知し得るのは損耗がｏＪ成す進行し
た後である。

このため、損耗発生の初期段階においてこれを検出して
適切な対処を施し碍るよりな潤滑制御方法の開発が当業
界内で妥望さＪｌている４゜〔発明の目的〕 本発明は」上述の事情に鑑み、潤滑油圧送循環式軸受を
備えた回転機器の運転中に軸受部の損耗を早期に検出シ
フ、かつ、通切な対処によってプ貝耗の進行、拡大を防
止しイ＜＋る潤滑制御方法ｆ：提供しようとするもので
ある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成する為、本発明の潤滑制御方法は、回転
４幾器の１０受において、潤滑油の給油ライン中にフィ
ルタを有するラインとフィルタの無いラインとを並列に
設けると共に、潤滑油の戻りライン中に摩耗粒子の横用
装置を設け、ノψ耗粒子の粒度分布と、回転載器の回転
速度とに基づいて前記２種類の給油ラインの切換えを行
なうことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

第２図は、本う６明の摺滑制御方法を使用するために構
成した潤滑系統の一例を示す。

従来技術を示した第１図と同一の図面Ｖ照番号を１イｊ
し々２回転＋Ｉｑｉ　１、軸受メタル２，３、祠１管リ
ング４，５、軸受台６、及びジャッキング用圧油孔７は
（ｉｆ’−来技術におけると同様乃至は類似の構成部材
である。

３３はト半軸受メタル３に形成した油溜め、９は給油孔
、１０は戻９油化である。

ｆｌ’ｉ３滑油タンク３０内の潤滑油を潤？ｔｔ油ポン
プ３１により吸入し、油温制御器１７を介して前記の給
油孔９に供給するように１１１を成する。そして戻り油
孔１０から潤滑油タンク３０に至る戻りライン３２の途
中にザンプル油採取・ａ１８とサンプル油返送管１９と
よりｌるバイノくス管路を設け、このバイパス管路内に
摩耗検出器１４を設ける。

上Ｍ己の摩耗（爽出器１４は、第３図について後述する
ように潤滑油中の摩耗粒子の濃度を粒子の大きさ別に検
出し得る機能をイイしている。この摩耗検出器１４の検
出信号は記録器１５及び診断器１６に人力せしめ、該診
断器１６は後述のようにして摩耗粒子濃度分布、及び、
軸の回転速度に基づいてｉｉ’ｌｌｌ受の状態を診断し
、各種のｔｉ制御信号Ｓ。。

ｓｌ、ｓｔ、ｓｇ（詳細後述）を発する。

一方、前記の油温制御器１７は冷却水３３Ｘｒ用いた熱
交換器形の冷却器で、その冷却水管中に１−１Ｊ：磁開
閉弁３４を設けである。この心磁開１イ１弁３４は前記
の制御信号Ｓ１によって開閉作動せしめられる。

上記の油温制御器１７と給油孔９との間に油路切換弁１
１を設ける。この弁の切換操作にエリ潤滑油は油フイル
タ１２ａ１油フイルタ１２ｂ１又は直通管路１２ｃの内
の何れか一つを通って給油孔９に送入されるように構成
する。１３ａ、１３ｂ。

１３ｃは手動式の開閉弁でおる。図示の［Ｆ］は油フィ
ルタに備えた差圧計である。

上記の油路切換弁１１は操作モータｌｌａを備えていて
、前述の制御信号Ｓ。によって切換作動せしめられる。

第３図に上記の摩耗検出器１４の内部構造等を示す。永
久磁石２０は唄斜磁界を形成しており、サンプル油採取
管１８から流入したサンプル油は上記の傾斜磁界の中を
通ってサンプル油返送管１９に流出ず４）。Ｃのとさ、
ザンプル油中に含”まれている磁性体の粉末は磁力吸着
（どこよって捕捉きれるが、傾斜磁界の影響を受けて流
入口付近に粗大粒子が吸）、キされ、流出１」寄りに順
次微小な粒子が吸着される。

）し源２１から発した光は上記の吸着された粒子ｊ′：
介して粗大粒子計側器２２、及び微小粒子計測器２３に
入射する。光路の途中において吸着粒子に妨げられるの
で、−上記の計測器２２．２３に到達４−る光の強さに
よって粒子の吸着状態が判明し、粒大粒子と微小粒子と
それぞれの濃度が検出される。

この摩耗検出器１４は上記の作動を自動的に、一定の時
間ごとに繰返して行なうように構ノＪ４されている。

本発明の方法は、例えば上記の摩耗検出器１４ｊ、ｒど
を用いて潤滑油の戻りライン中の摩耗粒子を検知し、摩
耗粒子濃度及び回転機器の回転速度に基づいて、第２図
に示した油フィルタ１２ａ。

１２ｂ、若しくは直、ｌ１ｌｉ管路１２ｅの内の何れか
一つをｄ沢的に介し−Ｃ蜘１受給油几９にｉｉ”ｌ　（
Ｆｒ油６−、　ｉ、ｆｋ　ｆｌ−ｎする。

その基本的操作を次に述べる。

（イ）前記の粗大粒子計測ｇ：ｉ　２２に、Ｌつ−Ｃ＋
・鈷［口Ｓｊまた粗大摩耗粒子濃度も、微／」椅）２子
計測器２３によって検出された微小摩耗粒子両度も、共
に小さいときは、潤滑油が汚損、劣化し２ていないもの
と判定して、直通管路１２ＣによりＮＱＪ＋’ｉ’を油
を供給する。但し、起動時にはｉｉ’ｒｊ　／ｉ？条件
が厳シ２＜、特に油の清浄度を良くしなけノ１．（ばな
らないの−Ｃｔ０１滑油が汚損、劣化していなくても油
フィルタ１２ａ、又は同１２ｂを通して給油する。

（ロ）粗大摩ｍ′Ｅ粒子濃度が小さく、微小摩耗粒７ｒ
−製置が太きいときは、潤滑油の汚れと判断１〜て油フ
ィルタ１２ａ１又は同１２ｂを介して＋ｔ；ｊ滑油を供
給する。

（ハ）粗大粒子濃度が微小粒子濃度に比して大！＼い場
合は異常摩耗が発生１〜ているものと＋’ｌＪ断ｊ〜、
先ず潤滑油温をチェックする。油温が正常範囲以上であ
れば油温制イ卸器１７（第２図）の冷却水３３の流μを
増して＋Ｅ滑油温を下げて油の粘＋１ＪＬを謂加させる
。１１七′１７油温ケ下げても粗大粒子濃度が低下しな
ければ、異常摩耗が相当進行しているものと↑１］断じ
て当該回転１幾器の負荷を軽減し、若しくは停止・させ
る等の応急的対処を講じる。

以上説明し、７でように潤滑油の給油ライン中にフィル
タを有するう・ｆンとフィルタの無いラインとを並列に
設けると共に、潤滑油の戻υライン中に摩耗粒子の検知
装置を設け、摩耗粒子の粒度分布と、回転４幾器の回転
速度とに基づいて前記２種類の給油ラインの切換えを行
なうと、従来技術におけるが如＜、’１ＩｌｌＩ受の過
熱、振動によって軸受の異常を推察する方法に比して早
期に異常を検知して２次的損傷の拡大全防止することが
でき、その上、使用の必要が無い場合は油フィルタをバ
イノくスさせて給油するので油フィルタの保守整備が容
易になる。

次に、蒸気タービン発電機の軸受の潤滑に本発明の方法
を適用し２て自動的に制御する一実施例を説明する。

この実施例においては、第２図及び第３図に示した摩耗
検出器１４による検出出力信号（ｉｌ−診１υ１器１６
によって次のように演算９診ｉＵｒ　Ｌ、　、診断結果
に基づいて制御信号ＳＯｌ　ｓ、ｌ　ｓ２．８３を発信
せしめる。

粗大摩耗粒子の濃度をＮｔ、とする。

微小摩耗粒子の濃度をＮｓとする。

上記の両者の和Ｎｙ、　＋Ｎｓ　＝Ｎｏ・ンよ摩耗粒子
濃度である。

第４図に上記摩耗粒子濃度Ｎｏが長期間に変化する状態
の一例を示す。

図示のａは初期摩耗を生じている状態、ｂは初期摩耗が
終って安定した稼動状態を表わし、Ｃは長期間の使用の
結果、損耗が加速的に通信しつつろる状態を表わしてい
る。

前記の摩耗粒子濃度ＮＯの１１：谷範囲の」二限をＮＩ
で表わすものとする。このＮＩの値に−Ｊ−運転条件に
よって異なる。第４図の例では、定常運転時におけるＮ
、の値はイでおり、起動の際の低速回転時におけるＮ、
の値は口である。タービン発電］幾においては、シ亡濱
運転時の回転速度は負荷の如何に拘らず−にに保たれる
のでＮＩの値は上記の１４口の二種類である。この値は
設計的基準に基ついて管１１！１−ｊ限界呟として設定
する。

次に、相大粒子濃度ＮＬ−微小粒子ａ匿ＮＩ＋を考える
。ｌ１１１１受部の保守整備に関する経験則として、正
常摩耗の際はＮｔ、が極めて小さく、異常摩耗の際はＮ
　ｔＯ値が増加することが知られており、上記のＮｙ、
−ＮＳＢ、１４Ｙ耗の異常度を表わす指標となる。

これに前ｉ己のＮｏを乗じグこ［直Ｉ　ｓ　＝Ｎｏ　　
（ＮＬ−Ｎｓ）を異常摩耗系数と定義する。

Ｉ　ｓ　＝　Ｎ　ｏ　（Ｎ　Ｌ　　Ｎ　ｓ　）＝　（Ｎ
　Ｉ、十Ｎｓ　）（ＮＬ　−Ｎｓ　）””Ｎ　ｔ”−Ｎ
　ｇ’ である。

前述の如く、Ｎｏの許容範囲の上限をＮｌと定め／この
でΔＮ＝Ｎｏ　　ＮＩと定義すると、ΔＮ（０は正常な
状態で、ΔＮ、＞０は異常な状態である。

そして既・・１（のごと＜　Ｎ　ｌは蒸気タービ／の回
転速度ｎによって変わる。

同様に、異常摩耗係数ＩｓのＨ′１・谷範囲の上限全１
１とする。この■１は回転速Ｉｆ　Ｈに伴って変わｐｌ
　ΔＩ＝Ｉｓ−Ｉｔ　（０が正常な状態、ΔＩ〉０は異
常な状態である。

第５図は、軸受部に焼付事故を発生した場合の異常摩耗
係数Ｉｓの増加状態の一例を示す。■８の１直がハ以ド
の状態は正常であってこの状態では油フィルタの使用を
必要としない。Ｉｓが増加してハを越えると油フィルタ
を使用して潤滑油中の固形粒子の戸別除去を必要とする
。Ｉ８が更に増加して二を越えると油温調整（油の冷却
）を行なって粘度を」二げねばならない。ホを越えると
タービンをトリップさせねばならない。上、１己ノ・、
ユ。

ホの値は潤滑管理のための基準値でろって、実験。

若しくは経験的データーに基づいて設計的に設定する。

第６図は油温と油の粘性係数μとの関係を示す図表であ
る。

第７図は油（膜厚さと粘性係数との関係を示す図表であ
って、縦軸に油膜厚さの逆数をとり、横軸にｌｏｇ　Ｓ
　ｙ、１とっである。但し、上ＩＧｙのＳは、ＳＯＣμ
×回転数Ｘ　１１ｑｌ＋受向圧で定義される数値である
。

−に連の基礎的な制御方法に基づいて軸受の１閏滑を自
動的に制イｉ町するアルゴリズムを第８図に示す。

ステップ１０１でｎｉＪ述の粗大摩耗粒子製置ＮＬと微
小摩耗粒子＠　ｒＬ　Ｎ　ｓとを入力し、ステップ１０
２で前述の摩耗粒子濃度Ｎｏと異常摩耗係数１８と金詩
、出せしめる。

そして、ステップ１０３でタービンの回転数口に）、す
づいてＮＩ、Ｉ＋　τ算定して入力させ、ステップ１０
４で前述のΔＮとΔ工とを演昇せしめる。

ΔＮ〈０．かつΔＩ（０であればステップ１０５に進ん
で″正常″と判足し、−足の時間間隔でスタートに戻っ
て」二連の自動演算を繰シ返す。

ΔＮ〉０．かつΔＮ（０であればステップ１０６に進ん
で油の汚れと′１４．ｌ定し、このとき、油フィルタ１
２ａ、１２ｂを開用しているか否かをチェックすｂ（ス
テップ１０７）。

フィルタを使用していなければ油路−１月実弁１】（第
２図）に制御信号Ｓｏ　ｋ込つで油フイルタラインに切
換える（ステップ１０８）。切換え／く一フィルタ１２
ａ又は１２１）の走用をフロー１０９でチェック１７、
差圧が所定値よりも小さければ異常が消失したと判断し
て一定時間間隔でスタートに戻って上述の作動を繰９返
す９、 ステップ１０７でフィルタを使用してい扛ば、ステップ
１１０に進んでフィルタ差圧をチェックする。

上記のステップ１０９又はステップ１１０で差圧が大き
ければ、油路切換弁１１に制御信号Ｓ。

を与えて使用中の油フィルタ１２ａ又は同１２１）を他
方の油フィルタに切換える。

ステップ１１０でフィルタ差圧が小さりれは油フィルタ
を吹き抜き破損している虞れがあるので、油フィルタを
切換えると共に警報を発して切換前の油フィルタの点検
を促す。

前述のステップ１０４でΔＩ＞０と算Ｗされた場合はス
テップ１１１に進んで異常摩耗と判断ずる。

異常摩耗と判断し／ヒらステップ１１２で油フィルタの
使用有無をチェックし、使用していなければ前述のステ
ップ１０８に進んで油フィルタを使用させる。これによ
シΔ■〈０′ｆ！、る正常状態に復元する可能１＜ＩＥ
もある。油フィルタを使用しているのにΔ■＞ｏであっ
た場合、及び、油フィルタの使用を開始してもΔＩ（０
に復元しなかった場合はステップ１１３で油温をチェッ
クし、Δ１＝１−１０を算出させる。ただ（〜、ｔは油
温実測値、１ｏは油温の設定値である。

Δをン０、即ち油温過熱と判定されるとステップ１１４
で油温調整を行なう。即ち、第２図に示した電磁開閉弁
３４に制御１ｄ号Ｓ１を与えて開弁させ、潤滑油を冷却
して粘度を増加させる。

油温か過熱していないのにΔＩ＞０である場合、及び油
温の過熱を解消させてもΔＩ＜０にならなかった場合は
第２図に示す信号８２＋Ｓｇを発する。本実施例におい
てはＳ、はぼ損益（図示せず）作動信号、Ｓ３はタービ
ントリップ信号である。

この信号Ｓ３によりステップ１１５に、迎んでタービン
トリップが行なわれる。

以上に述べた実施例のように、摩耗粒子検出値について
、粗大摩耗粒子の濃度ＮＬと、微小Ｍ粍粒子の濃度Ｎ［
ｌとに基づいて、異常摩耗係数■８＝ＮＬ”−Ｎｔ、”
を算出し、上記の異常摩耗係数に応じて給油ラインの切
換え、及び給油温度の調節を行なうど、軸受潤滑の監視
とｆｔｊｌＪ御とを自動化するに適し、人為的ミスの混
入する虞れを無くすることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明は、潤滑油の給油ライン中ニ
フィルタヲ有スるラインとフィルタ＋７）　Ｗｔｅいラ
インとを並列に設けると共に、潤滑油の戻りライン中に
摩耗粒子の検知装置を設け、彦耗粒子の粒度分布と回転
機器の回転速度とに基づいて前記２種類の給油ラインの
切換えを行なうことによシ、潤滑油圧送式軸受を備えた
回転機器の運転中に軸受部の損耗を早期に検出し、かつ
、適切な対処によって損耗の進行、拡大を防止すること
ができるう

【図面の簡単な説明】

第１図は軸受ｉ１３の垂直縁ωｆ面図、第２図は軸受の
垂直横断面図に本癒明を適用するために構成した潤滑系
統を付記した図、第３図は第２図における摩耗倹１１旨
：÷の、ｉｎ＋ＦＩＩＩ図、第４図は摩耗粒子濃度の時
間的変化を示す図表、第５図は異常摩耗係数の時間的変
化を示す図式、第６図は油温と粘性係数との関係を示す
図表、第７図は粘性係数と油膜厚さとの関係金示す図表
、第８図は本発明の軸受の潤滑方法を自動的に行なう一
実施例のアルゴリズムを表わしたフロー図である。 ｌ・・・回転軸、２・・・上半１１１１１受メタル、３
・・・下半軸受メタル、４・・・上半軸受リング、５・
・・下半軸受リング、６・・・軸受台、９・・・給油孔
、１０・・・戻シ油孔、１１・・・油路切換弁、１２ａ
、１２ｂ・・・油フィルタ、１２Ｃ・・・油フィルタを
ｌ＋ｔｔｉえない直通管路、１３ａ＊１３ｂ、１３ｃ・
・・開閉弁、１４・・・摩耗検出器、１５・・・記録器
、１６・・・診断器、１７・・・油温制御器、１８・・
・ナンノ°ル油採取管、１９・・・ザンプル油返送管、
２０・・・永久磁石、２１・・・光源、２２・・・粗大
粒子計測器、２３・・・微小粒子計測器、２４・・・設
定値調整器、３０・・・潤滑油タンク、３１・・・潤滑
油ポンプ、３２・・・戻シライン、３３・・・冷却水、
３４・・・電磁開閉弁。 代理人　弁理士　秋本正実 第３　図 ふ 第４図 −Ｂ寺　ｒ−一− 第５図 一吋　間 ｍ−う由ｆ）遥崖　ｔ（で）−−−−一一−−ｈ戸−−
−−−−〉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転機器の軸受におい゛Ｃ１潤滑油の給油ライン中
   にフィルタを有するラインどフィルタの無いラインとを
   並列に設けると共に、潤滑油の戻りライン中に摩耗粒子
   の検知装置を設け、摩耗粒子の粒度分布と、回転機器の
   回転速度とに基づいて前記２抽類の給油ラインの切換え
   を行なうことを特徴とする軸受の潤滑制御方法。 ２、」二記の摩耗粒子検知装置の検出値について、粗大
   摩耗粒子の濃度ＮＬと、微小摩耗粒子の濃度Ｎｌ＋とに
   基づいて、異常摩耗係ａ　Ｉ　ｓ　＝　Ｎ　ｒ、’−Ｎ
   Ｌ２を算出し、上記の異常摩耗係数に応じて給油ライン
   の切換え、及び給油温度の調節を行なうことを特徴とす
   る特πＦ請求の範囲第１項に記載の軸受潤滑制御方法。