JP7099816B2 - 潤滑油の劣化診断方法、回転機械の潤滑油の監視システムおよび方法 - Google Patents
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Description
潤滑油の劣化としては、基油の酸化による劣化、汚染物質による劣化、水分混入による劣化、添加剤の劣化などがある。従来、潤滑油の劣化診断としては、例えば、特許文献1~5に記載のものがある。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
近年、部品の余寿命評価技術などの進歩により、回転部品を有する機械(以下、回転機械と称する)の予防的保全,計画的な保守が普及している。潤滑油の酸化劣化による潤滑機能低下や、潤滑油中の摩耗粉および塵埃などの汚染粒子は、回転機械の故障に繋がる軸受,歯車などの回転部品の摩耗損傷を誘起するため、潤滑油の監視技術は特に重要である。
ΔE=(R2+G2+B2)1/2
であり、R、G、B、は、加法混合における光の三原色(Red, Green, Blue)を意味し、色座標の数値表示では、(R,G,B)と表現する。なお、24bpp(24 bit per pixel, ピクセルあたり24ビット)でエンコードされたRGB色度は、赤・緑・青の輝度を示す3つの8ビット符号なし整数(0から255まで)で表わされる。たとえば、(0, 0, 0)は黒、(255, 255, 255)は白、(255, 0, 0)は赤、(0, 255, 0)は緑、(0, 0, 255)は青、をそれぞれ示す。なお、色度の表示としては、RGB表色系の他に、XYZ表色系、L*a*b*表色系、L*u*v*表色系等々多くの種類があり、これらは数学的に変換されて各種の表色系に展開することができるので、他の表色系で色度を表示しても良い。
以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。
同一あるいは同様な機能を有する要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、複数の要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。
本明細書等における「第1」、「第2」、「第3」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数、順序、もしくはその内容を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
本実施例は、風力発電機の機械的駆動部に供給される潤滑油の監視システムである。このシステムは、入力装置、処理装置、記憶装置、および出力装置を備える。記憶装置は、潤滑油の添加剤の濃度を時系列的に格納した添加剤濃度データを記憶し、処理装置は、潤滑油中の添加剤濃度を定量可能な、潤滑油の色度を計測する光学式センサデータに基づいて、潤滑油の色度特性より求められる潤滑油中の添加剤濃度が所定閾値となる時間を推測する。
(1.システム全体構成)
図9に潤滑油供給系統を有する風力発電機の潤滑油の監視システムの概略図を示す。図9には説明のため、図1の風力発電機1のナセル3部分を抽出して示している。ナセル3内部には、主軸31、増速機33、発電機34、図示しないヨー、ピッチなどの軸受があり、これらにはオイルタンク37から潤滑油が供給される。
(2.センサ配置)
図10は、潤滑油用センサを備えた回転部品の概念図である。潤滑油は、ポンプなどの潤滑油供給デバイス301から回転部品302に供給される。潤滑油供給デバイス301は、オイルタンク37に接続されて潤滑油の供給を受ける。回転部品302は、例えば増速機33その他の機械的な接触が生じる部位一般であり、特に限定するものではない。
(3.潤滑油診断のフロー)
図11は、本実施例による潤滑油診断処理を示すフロー図である。図11で示す処理は、図9のサーバ210,集約サーバ220,中央サーバ240のいずれかのコントロール下で行われる。以下の例では中央サーバ240が行うものとする。計算や制御等の機能は、サーバの記憶装置に格納されたソフトウェアがプロセッサによって実行されることで、定められた処理を他のハードウェアと協働して実現される。なお、ソフトウェアで構成した機能と同等の機能は、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハードウェアでも実現できる。
図15に光学式センサによる潤滑油中の摩耗粉検出の一例を示し、図16に光学式センサによる潤滑油中への水混入検出の一例を示す。それぞれ縦軸に色度(ΔE)を示し、横軸に経過月数を示す。これらの図及び図8から分かるように、添加剤の劣化のようなΔEの単調な減少と異なり、摩耗粉や水混入はΔEの急激な変化を呈する。すなわち、ΔEが単調な減少から逸脱すると、その後に、摩耗粉や水混入が急激に増大する。したがって、ΔEが単調な減少から逸脱した場合には、潤滑油の早期交換を検討する。これにより、本実施例では、潤滑油の添加剤の劣化と汚染の両方を計測して潤滑油の予兆診断を行うことが可能となる。また、ΔEが単調な減少から逸脱した際に、他のセンサの出力も併せて、摩耗粉や水混入の急激な増大について予兆診断することも有効である。
f(t,R)=C(t)
となる。実験あるいはシミュレーションによって、あるいは過去のt、R,極圧剤の濃度のデータを元に関数f(t,R)をモデル化することが可能である。そこで、交換時期推定及び更新処理(S610)において、C(t)の将来予測を行う場合、軸の回転数Rの変化を反映する。結果は例えば表示装置に表示する。
Claims (17)
- 添加剤として極圧剤を含む潤滑油の劣化診断方法であって、
極圧剤の劣化度合が異なる潤滑油に含まれる極圧剤の濃度と、前記劣化度合が異なる潤滑油について光学式センサの計測データに基づき求められる色度データとの相関関係を予め求めておき、
潤滑油の劣化診断の際に、前記光学式センサにより劣化診断対象の潤滑油の色度データを得て、前記劣化診断対象の潤滑油の色度データと前記予め求めておいた相関関係に基づき、前記劣化診断対象の潤滑油に含まれる極圧剤の濃度を定量し、
さらに前記色度データに基づいて、前記極圧剤の消耗と汚染粒子または水の混入による前記潤滑油の汚染とを識別して診断し、前記劣化診断対象の潤滑油の色度データにおけるR及びGの値に比べてBの値が大きく低下している場合には、前記劣化診断対象の潤滑油に含まれる極圧剤の消耗と判断することを特徴とする潤滑油の劣化診断方法。 - 請求項1の潤滑油の劣化診断方法において、
前記添加剤として極圧剤を含む潤滑油は風力発電機の回転部品の潤滑に用いられ、
前記光学式センサを前記風力発電機のナセル内に設置して、前記光学式センサにより前記回転部品内の潤滑油を測定し、測定データを前記予め求めておいた関係を格納する前記風力発電機の外部のサーバに送信し、前記外部のサーバにおいて劣化診断対象の潤滑油に含まれる極圧剤の濃度を定量することを特徴とする潤滑油の劣化診断方法。 - 請求項1に記載の潤滑油の劣化診断方法において、
前記劣化診断対象の潤滑油の色度データにおけるR,G,Bの全ての値が、新品潤滑油のRGB値に対して低下している場合には、前記劣化診断対象の潤滑油が汚染されていると判断することを特徴とする潤滑油の劣化診断方法。 - 回転機械の駆動部に供給される添加剤として極圧剤を含む潤滑油の監視システムであって、
潤滑油の色度に関するデータを測定する光学式センサ、入力装置、処理装置、記憶装置および出力装置を備え、
前記処理装置は、前記光学式センサにより得られる監視対象の潤滑油の色度データに基づき、前記監視対象の潤滑油に含まれる極圧剤の濃度を推定し、
前記記憶装置は、前記処理装置で定量された前記監視対象の潤滑油に含まれる極圧剤の濃度データを時系列的に格納し、
前記処理装置は、前記記憶装置に時系列的に格納された極圧剤の濃度データに基づいて前記監視対象の潤滑油に含まれる極圧剤の濃度が所定閾値となる時期を推測し、
前記出力装置は前記処理装置で推測して得られた前記所定閾値となる時期を出力し、
さらに前記処理装置は、前記光学式センサにより得られる監視対象の潤滑油の色度データに基づいて、前記極圧剤の消耗と汚染粒子または水の混入による前記潤滑油の汚染とを識別して診断し、前記監視対象の潤滑油の前記光学式センサの色度データにおけるR及びGの値に比べてBの値が大きく低下している場合には、前記監視対象の潤滑油に含まれる極圧剤の消耗と判断することを特徴とする回転機械の潤滑油の監視システム。
- 請求項4の回転機械の潤滑油の監視システムにおいて、
前記処理装置は、添加剤の劣化度合が異なる潤滑油に含まれる添加剤の濃度と前記劣化度合が異なる潤滑油の光学式センサによる色度データとの予め求めておいた関係、及び、前記光学式センサにより得られる監視対象の潤滑油の色度データに基づき、前記監視対象の潤滑油に含まれる添加剤の濃度を定量することを特徴とする回転機械の潤滑油の監視システム。 - 請求項4または5の回転機械の潤滑油の監視システムにおいて、
前記回転機械は風力発電機であり、
前記光学式センサは、前記風力発電機のナセル内の回転部品の潤滑油を計測するように前記ナセル内に設置されていることを特徴とする回転機械の潤滑油の監視システム。 - 請求項4から6の何れかの回転機械の潤滑油の監視システムにおいて、
前記処理装置は、前記監視対象の潤滑油の前記光学式センサの色度データにおけるR,G,Bの全ての値が、新品潤滑油のRGB値に対して低下している場合には、前記監視対象の潤滑油が汚染されていると判断することを特徴とする回転機械の潤滑油の監視システム。 - 請求項4から7の何れかの回転機械の潤滑油の監視システムにおいて、
前記記憶装置は、前記回転機械の運転パラメータを時系列的に格納し、
前記処理装置は、前記記憶装置に時系列的に格納された運転パラメータに基づき、前記監視対象の潤滑油に含まれる添加剤の濃度を所定閾値となる時期を補正して推測することを特徴とする回転機械の潤滑油の監視システム。 - 請求項8の回転機械の潤滑油の監視システムにおいて、
前記回転機械は風力発電機であり、
前記運転パラメータは、前記回転機械の総運転時間、総発電量、総回転数から選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする回転機械の潤滑油の監視システム。 - 請求項4から9の何れかの回転機械の潤滑油の監視システムにおいて、
前記出力装置は、表示装置を含み、前記光学式センサにより得られる監視対象の潤滑油の色度データを変換して監視対象の潤滑油の色を前記表示装置に表示することを特徴とする回転機械の潤滑油の監視システム。 - 請求項1~3の何れかに記載の潤滑油の劣化診断方法を用いた回転機械の潤滑油の監視方法であって、
前記光学式センサにより監視対象の潤滑油に含まれる添加剤の濃度を測定する第1のステップ、
前記第1のステップで測定した前記添加剤の濃度を、記憶装置に時系列に格納して時系列の添加剤濃度データとする第2のステップ、
前記第2のステップで格納した時系列の添加剤濃度データに基づき前記添加剤の濃度が所定閾値となる時間を推測する第3のステップを有することを特徴とする回転機械の潤滑油の監視方法。 - 請求項11の回転機械の潤滑油の監視方法において、
前記回転機械の運転パラメータを前記記憶装置に時系列に格納して、時系列の運転パラメータデータとする第4のステップを備え、
前記第3のステップでは、前記添加剤濃度データの過去のデータと、前記運転パラメータデータの過去データおよび将来予測データに基づいて、前記添加剤濃度データの将来のデータを予測することを特徴とする回転機械の潤滑油の監視方法。 - 請求項1に記載の潤滑油の劣化診断方法において、
前記色度データにおけるBの値に基づき、前記潤滑油に含まれた添加剤の濃度を推定することを特徴とする潤滑油の劣化診断方法。 - 請求項1に記載の潤滑油の劣化診断方法において、
前記色度データにおけるR,G,Bに基づき、前記潤滑油の汚染度と前記潤滑油に含まれた添加剤の濃度とを推定することを特徴とする潤滑油の劣化診断方法。 - 請求項1に記載の潤滑油の劣化診断方法において、
前記色度データに基づき、前記潤滑油に含まれた色度変化の特性が異なる複数種類の添加剤の濃度を推定することを特徴とする潤滑油の劣化診断方法。 - 請求項1から3および13から15の何れかに記載の潤滑油の劣化診断方法において、
前記極圧剤はリン系極圧添加剤である潤滑油の劣化診断方法。 - 請求項4から10の何れかに記載の回転機械の潤滑油の監視システムを備えた回転機械のシステム。
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