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技術 油劣化度評価方法、油劣化度評価装置

出願人 三菱重工業株式会社
発明者 大庭一仁龍原潔藤井秀治矢野昭彦
出願日 2015年3月30日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2015-069867
公開日 2016年11月4日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 2016-188842
状態 特許登録済
技術分野 化学反応による材料の光学的調査・分析 光学的手段による材料の調査、分析
主要キーワード 相関関係データ 潤滑油供給配管 酸化劣化試験 事前試験 劣化度評価 寿命判定基準 ピーク特性 劣化評価
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図面 (11)

課題

油の劣化度を迅速、且つ、簡便に評価することが可能な油劣化度評価方法、油劣化度評価装置を提供する。

解決手段

油劣化度評価方法は、劣化度の異なる複数の試験油に対して、それぞれ紫外から可視領域の波長を有する測定光線照射して試験油の各吸収スペクトルのデータを取得する工程と、劣化度の異なる複数の試験油の酸化劣化試験を行い、劣化度の異なる複数の試験油の各RPVOT残存率のデータを取得する工程と、吸収スペクトルのデータと、RPVOT残存率のデータとの相関関係データを求める工程と、評価対象の油に測定光線と同じ紫外から可視領域の波長を有する光線を照射して評価対象の油の吸収スペクトルのデータを取得する工程S12と、評価対象の油の吸収スペクトルのデータと、相関関係データとに基づいて、評価対象の油のRPVOT残存率を求める工程S13と、を含む。

概要

背景

ガスタービン発電設備などの発電設備においては、発電効率を向上させようとすると、運転温度高温化してしまうことが知られている。このように運転温度が高温化するとタービン油中の基油添加剤などの成分が高温環境酸化される。このように基油、添加剤などの成分が高温環境で酸化されると、いわゆるバーニッシュが発生する可能性がある。

ここで、基油、添加剤などの成分が高温環境で酸化されると、潤滑油中極性化合物が発生する。この極性化合物は、溶解度が低いため潤滑油中に析出してしまう。この極性化合物が析出したものは、樹脂状の粘着物質となって軸受弁体などに付着する。この粘着物質の付着により引き起こされる摩擦摩耗の増大や固着などが、バーニッシュと称される。

バーニッシュの発生など、タービン油の酸化劣化によるリスクを評価する手法は、ASTMD4378(America Society for Testing and Materials D4378)で規格化されている。

ASTMD4378(America Society for Testing and Materials D4378)には、潤滑油等の劣化度の管理に関して、複数の管理項目推奨されている。このASTM D4378で推奨される管理項目の一つにRPVOT(Rotating Pressure Vessel Oxidation Test)がある。RPVOTは、油等の酸化劣化試験を行い、測定対象の油が酸素を急激に吸収し始めるまでの時間(誘導期間)を示す値である。ASTM D4378では、RPVOT残存率残寿命)は、劣化油のRPVOT値を新油のRPVOT値で除した値で定義される。このASTM D4378では、RPVOT残存率が25%を下回らないように管理することが推奨されている。

特許文献1には、潤滑油中に生成する油劣化生成物紫外吸収ピーク特性を用いて、潤滑油中の油劣化生成物の残存量を測定することが記載されている。

概要

油の劣化度を迅速、且つ、簡便に評価することが可能な油劣化度評価方法、油劣化度評価装置を提供する。油劣化度評価方法は、劣化度の異なる複数の試験油に対して、それぞれ紫外から可視領域の波長を有する測定光線照射して試験油の各吸収スペクトルのデータを取得する工程と、劣化度の異なる複数の試験油の酸化劣化試験を行い、劣化度の異なる複数の試験油の各RPVOT残存率のデータを取得する工程と、吸収スペクトルのデータと、RPVOT残存率のデータとの相関関係データを求める工程と、評価対象の油に測定光線と同じ紫外から可視領域の波長を有する光線を照射して評価対象の油の吸収スペクトルのデータを取得する工程S12と、評価対象の油の吸収スペクトルのデータと、相関関係データとに基づいて、評価対象の油のRPVOT残存率を求める工程S13と、を含む。

目的

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、油の劣化度を迅速、且つ、簡便に評価することが可能な油劣化度評価方法、油劣化度評価装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

評価対象の油と同性状の油を用いて劣化度の異なる複数の試験油を作成し、これら劣化度の異なる複数の試験油に対して、それぞれ紫外から可視領域の波長を有する測定光線照射して前記劣化度の異なる複数の試験油の各吸収スペクトルのデータを取得する工程と、前記劣化度の異なる複数の試験油の酸化劣化試験を行い、前記劣化度の異なる複数の試験油の各RPVOT残存率のデータを取得する工程と、前記吸収スペクトルのデータと、前記RPVOT残存率のデータとの相関関係データを求める工程と、前記評価対象の油に前記測定光線と同じ紫外から可視領域の波長を有する光線を照射して前記評価対象の油の吸収スペクトルのデータを取得する工程と、前記評価対象の油の吸収スペクトルのデータと、前記相関係データとに基づいて、前記評価対象の油のRPVOT残存率を求める工程と、を含む油劣化度評価方法

請求項2

前記評価対象の油に照射する光線、および、前記測定光線は、200nmから450nmの波長領域の光線である請求項1に記載の油劣化度評価方法。

請求項3

前記吸収スペクトルのデータは、前記吸収スペクトルのピーク波長データと、前記吸収スペクトルの吸収強度データとのうち、少なくとも一つである請求項1又は2に記載の油劣化度評価方法。

請求項4

評価対象の油と同性状の油を用いて作成された劣化度の異なる複数の試験油の紫外から可視領域の波長を有する測定光線に対する各吸収スペクトルと、前記劣化度の異なる複数の試験油の各RPVOT残存率との相関関係データを予め記憶する記憶部と、前記評価対象の油に紫外から可視領域の波長を有する光線を照射する光照射部と、前記評価対象の油を透過した光線を検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果に基づいて前記評価対象の油の吸収スペクトルを検出する吸収スペクトル検出部と、前記吸収スペクトル検出部の検出結果と、前記記憶部に記憶された相関関係データとに基づいて、前記評価対象の油のRPVOT残存率を求めるRPVOT残存率算出部と、前記RPVOT残存率算出部により求められたRPVOT残存率のデータを外部に出力する出力部と、を備える油劣化度評価装置

請求項5

前記評価対象の油に照射する光線、および、前記測定光線は、200nmから450nmの波長領域の光線である請求項4に記載の油劣化度評価装置。

請求項6

前記RPVOT残存率算出部によって求められたRPVOT残存率と、予め設定されたRPVOT残存率の閾値とを比較して、RPVOT残存率が前記閾値以下であるか否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記RPVOT残存率が前記閾値以下であると判定された場合に、前記RPVOT残存率が前記閾値以下になったことを報知する報知部と、を備える請求項4又は5に記載の油劣化度評価装置。

技術分野

0001

この発明は、油劣化度評価方法、油劣化度評価装置に関する。

背景技術

0002

ガスタービン発電設備などの発電設備においては、発電効率を向上させようとすると、運転温度高温化してしまうことが知られている。このように運転温度が高温化するとタービン油中の基油添加剤などの成分が高温環境酸化される。このように基油、添加剤などの成分が高温環境で酸化されると、いわゆるバーニッシュが発生する可能性がある。

0003

ここで、基油、添加剤などの成分が高温環境で酸化されると、潤滑油中極性化合物が発生する。この極性化合物は、溶解度が低いため潤滑油中に析出してしまう。この極性化合物が析出したものは、樹脂状の粘着物質となって軸受弁体などに付着する。この粘着物質の付着により引き起こされる摩擦摩耗の増大や固着などが、バーニッシュと称される。

0004

バーニッシュの発生など、タービン油の酸化劣化によるリスクを評価する手法は、ASTMD4378(America Society for Testing and Materials D4378)で規格化されている。

0005

ASTMD4378(America Society for Testing and Materials D4378)には、潤滑油等の劣化度の管理に関して、複数の管理項目推奨されている。このASTM D4378で推奨される管理項目の一つにRPVOT(Rotating Pressure Vessel Oxidation Test)がある。RPVOTは、油等の酸化劣化試験を行い、測定対象の油が酸素を急激に吸収し始めるまでの時間(誘導期間)を示す値である。ASTM D4378では、RPVOT残存率残寿命)は、劣化油のRPVOT値を新油のRPVOT値で除した値で定義される。このASTM D4378では、RPVOT残存率が25%を下回らないように管理することが推奨されている。

0006

特許文献1には、潤滑油中に生成する油劣化生成物紫外吸収ピーク特性を用いて、潤滑油中の油劣化生成物の残存量を測定することが記載されている。

先行技術

0007

特開2001−305128号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、特許文献1では、潤滑油中に含まれる特定の成分の紫外吸収特性を検出している。そのため、潤滑油に特定の成分が含まれている必要がある。
一方で、上述したRPVOTの場合、潤滑油の高性能化に伴って、測定に数十時間以上の長時間を要するものがある。さらに、RPVOTの場合、実機の潤滑油を採取して専用の測定装置で測定する必要がある。この測定装置は、潤滑油に酸素圧を加えて高温な状態に保持する特殊な装置であるため、採取した潤滑油を測定装置が設置された場所まで持ち運ぶ必要がある。つまり、RPVOTの場合、潤滑油の劣化を把握するまでに長時間を要するという課題がある。

0009

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、油の劣化度を迅速、且つ、簡便に評価することが可能な油劣化度評価方法、油劣化度評価装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

この発明の第一態様によれば、油劣化度評価方法は、評価対象の油と同性状の油を用いて劣化度の異なる複数の試験油を作成し、これら劣化度の異なる複数の試験油に対して、それぞれ紫外から可視領域の波長を有する測定光線照射して前記劣化度の異なる複数の試験油の各吸収スペクトルのデータを取得する工程と、前記劣化度の異なる複数の試験油の酸化劣化試験を行い、前記劣化度の異なる複数の試験油の各RPVOT残存率のデータを取得する工程と、前記吸収スペクトルのデータと、前記RPVOT残存率のデータとの相関関係データを求める工程と、前記評価対象の油に前記測定光線と同じ紫外から可視領域の波長を有する光線を照射して前記評価対象の油の吸収スペクトルのデータを取得する工程と、前記評価対象の油の吸収スペクトルのデータと、前記相関係データとに基づいて、前記評価対象の油のRPVOT残存率を求める工程と、を含む。
このように試験油の吸収スペクトルのデータとRPVOT残存率のデータとの相関関係を、評価対象の油の吸収スペクトルのデータを取得する前に取得しておくことで、評価対象の油の吸収スペクトルのデータを取得した後には、評価対象の油の吸収スペクトルのデータと相関関係データに基づいてRPVOT残存率を直ぐに求めることができる。
その結果、油の劣化度を迅速、且つ、簡便に評価することができる。

0011

この発明の第二態様によれば、油劣化度評価方法は、第一態様における評価対象の油に照射する光線、および、測定光線が、200nmから450nmの波長領域の光線であってもよい。
このようにすることで、劣化が進むことによって油の吸収スペクトルの特性が紫外領域から可視領域に変移した場合であっても、この吸収スペクトルの特性が測定波長領域外となることを抑制できる。

0012

この発明の第三態様によれば、油劣化度評価方法は、第一又は第二態様の吸収スペクトルのデータが、前記吸収スペクトルのピーク波長データと、前記吸収スペクトルの吸収強度データとのうち、少なくとも一つであってもよい。
このようにすることで吸収スペクトルのピーク波長とRPVOT残存率とは相関関係があることから、評価対象の油の吸収スペクトルのピーク波長を求めることで、容易にRPVOT残存率を求めることができる。同様に、吸収スペクトルの吸収強度とRPVOT残存率とは相関関係があることから、評価対象の油の吸収スペクトルの吸収強度を求めることで、容易にRPVOT残存率を求めることができる。さらに、これら吸収スペクトルのピーク波長と吸収強度とを両方用いて評価した場合には、何れか一方のみ用いた場合よりも評価結果の信頼性を向上できる。

0013

この発明の第四態様によれば、油劣化度評価装置は、評価対象の油と同性状の油を用いて作成された劣化度の異なる複数の試験油の紫外から可視領域の波長を有する測定光線に対する各吸収スペクトルと、前記劣化度の異なる複数の試験油の各RPVOT残存率との相関関係データを予め記憶する記憶部と、前記評価対象の油に紫外から可視領域の波長を有する光線を照射する光照射部と、前記評価対象の油を透過した光線を検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果に基づいて前記評価対象の油の吸収スペクトルを検出する吸収スペクトル検出部と、前記吸収スペクトル検出部の検出結果と、前記記憶部に記憶された相関関係データとに基づいて、前記評価対象の油のRPVOT残存率を求めるRPVOT残存率算出部と、前記RPVOT残存率算出部により求められたRPVOT残存率のデータを外部に出力する出力部と、を備える。
このように構成することで、評価対象の油が、例えばガスタービン等の回転機械の潤滑油であり、この回転機械が運転中の場合であっても、非接触で評価対象の油のRPVOT残存率を推定することができる。その結果、回転機械等の装置から評価対象の油を取り出して測定装置にかけてRPVOT残存率を測定する場合よりも、評価対象の油のRPVOT残存率を迅速に求めることができる。

0014

この発明の第五態様によれば、油劣化度評価装置は、第四態様における評価対象の油に照射する光線、および、測定光線が、200nmから450nmの波長領域の光線であってもよい。
このように構成することで、劣化が進むことによって油の吸収スペクトルの特性が紫外領域から可視領域に変移した場合であっても、この吸収スペクトルの特性が波長の領域外となることを抑制できる。

0015

この発明の第六態様によれば、油劣化度評価装置は、第四又は第五態様において、前記RPVOT残存率算出部によって求められたRPVOT残存率と、予め設定されたRPVOT残存率の閾値とを比較して、RPVOT残存率が前記閾値以下であるか否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記RPVOT残存率が前記閾値以下であると判定された場合に、前記RPVOT残存率が前記閾値以下になったことを報知する報知部と、を備えていてもよい。
このように構成することで、例えばガスタービン等の回転機械が運転中に、評価対象の油のRPVOT残存率が閾値以下となった場合には、報知部によってユーザに報知することができる。そのため、適切なタイミングで油の交換が可能となり、また、ガスタービン等の回転機械にバーニッシュが発生することを抑制できる。

発明の効果

0016

上記油劣化度評価方法によれば、油の劣化度を迅速、且つ、簡便に評価することができる。

図面の簡単な説明

0017

この発明の実施形態における油劣化度評価装置の概略構成を示す図である。
上記油劣化度評価装置の装置本体の概略構成を示す図である。
この発明の実施形態における相関関係データを取得する手順を示すフロー図である。
この発明の実施形態におけるDryTOSTにより200時間経過した試験油の吸収スペクトルを示すグラフである。
DryTOSTにより400時間経過した試験油の図4に相当するグラフである。
DryTOSTにより600時間経過した試験油の図4に相当するグラフである。
DryTOSTにより750時間経過した試験油の図4に相当するグラフである。
DryTOSTにより900時間経過した試験油の図4に相当するグラフである。
この発明における吸収スペクトルとRPVOT残存率との相関関係を示す縦軸が吸収強度とピーク波長(nm)、横軸がRPVOT残存率(%)のマップである。
この発明の実施形態における油劣化度評価装置の処理フローである。

実施例

0018

次に、この発明の一実施形態に係る油劣化度評価方法、油劣化度評価装置を図面に基づき説明する。
図1は、この発明の実施形態における油劣化度評価装置の概略構成を示す図である。図2は、上記油劣化度評価装置の装置本体の概略構成を示す図である。
図1に示すように、この実施形態における油劣化度評価装置1は、ガスタービン発電設備2で使用される潤滑油の劣化度を評価する。ガスタービン発電設備2は、ガスタービン3、圧縮機4、発電機5、および、潤滑装置6をそれぞれ備えている。

0019

ガスタービン3は、燃焼器(図示せず)から供給される燃焼ガスプロセスガスとして回転軸7を回転させる。
圧縮機4は、ガスタービン3の回転軸7に接続され、この回転軸7の回転エネルギーにより外気を圧縮した圧縮空気を生成する。この圧縮空気は、燃焼器(図示せず)に供給される。
発電機5は、回転軸7の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する。

0020

潤滑装置6は、主油タンク9と、潤滑油供給配管10と、ポンプ11と、潤滑油戻し配管12と、を備えている。
主油タンク9は、潤滑油であるタービン油を内部に貯留する貯留空間を有している。この主油タンク9には、潤滑油供給配管10と、潤滑油戻し配管12とがそれぞれ接続されている。

0021

潤滑油供給配管10は、主油タンク9の内部空間と、回転軸7等を回転自在に支持する軸受8との間を連通させる流路を形成している。この潤滑油供給配管10の途中には、後述する光学セル16が設けられている。
ポンプ11は、主油タンク9に貯留されたタービン油を圧送する。この実施形態におけるポンプ11は、潤滑油供給配管10の途中に設けられている。このポンプ11によって、主油タンク9に貯留されたタービン油が、潤滑油供給配管10により形成される流路を介して軸受8に供給される。

0022

潤滑油戻し配管12は、上述した軸受8と主油タンク9の内部空間とを連通させる流路を形成している。この潤滑油戻し配管12により形成される流路を介して、軸受8の潤滑に用いられたタービン油が、例えば、ポンプ11によって生じる負圧により主油タンク9に戻される。
上述したタービン油は、ガスタービン発電設備2が運転を継続している間は、潤滑油供給配管10と潤滑油戻し配管12とによって形成される流路を介して、常に軸受8と主油タンク9との間を循環している。

0023

この実施形態における油劣化度評価装置1は、上述した構成を備えるガスタービン発電設備2における潤滑装置6のタービン油について劣化度評価を行う。
油劣化度評価装置1は、光照射部15と、光学セル16と、光検出部17と、装置本体18と、表示部19と、報知部20とを備えている。

0024

光照射部15は、紫外から可視領域の波長を有する光線を出光する。より具体的には、光照射部15は、200nmから450nmの波長領域の光線を出光可能となっている。この光照射部15は、光線を常時出光するようにしても良いが、予め設定された時間毎に所定時間だけ出光するようにしても良い。

0025

光学セル16は、潤滑油供給配管10の途中に設けられている。言い換えれば、この光学セル16は、タービン油が流れる流路の一部を形成している。光学セル16は、対向配置される複数の窓板21を有している。流路を流れるタービン油は、これら窓板21の間を通過する。これら窓板21は、光照射部15から出光された光線L1が透過可能となっている。上述した光照射部15は、光線L1の光軸が、これら窓板21のそれぞれと交差するように配置されている。つまり、光照射部15によってタービン油に光線L1を照射できるとともに、タービン油に照射された光線L1がタービン油を透過して、その透過光L2が、潤滑油供給配管10を挟んで光照射部15とは反対側から出てくるようになっている。窓板21の素材としては、石英フッ化カルシウム紫外線透過性アクリル樹脂などが例示できる。また、ポリメチルメタクリレートは、波長300nm以下の光を吸収するため、300nm以上の波長域でないと計測できないが、その点を考慮してポリメチルメタクリレートを使用することも可能である。

0026

光検出部17は、上述した透過光L2を受光して光電変換する。この光検出部17によって光電変換された検出信号は、装置本体18に向けて出力される。この光検出部17の検出信号には、透過光L2の波長ごとの光強度の情報が含まれている。

0027

装置本体18は、光検出部17の検出信号に基づいてタービン油の劣化度を評価する。この装置本体18は、吸収スペクトル検出部25と、記憶部26と、RPVOT残存率算出部27と、判定部28と、出力部29とを備えている。

0028

吸収スペクトル検出部25は、光検出部17の検出信号に基づいて透過光L2の吸収スペクトルを求める。より具体的には、吸収スペクトル検出部25は、上述した透過光L2の検出信号と、タービン油への入射光である光線L1の波長ごとの光強度(以下、単にスペクトルと称する)とを比較して、その差分である吸光度を、吸収スペクトルとして検出する。ここで、光線L1のスペクトルのデータは、マスターデータとして予め記憶部26に記憶されている。吸収スペクトル検出部25は、この記憶部26に記憶されている光線L1のスペクトルのデータを参照して吸収スペクトルを求める。

0029

記憶部26は、事前試験によって得られる吸収スペクトルとRPVOT残存率との相関関係データを予め記憶している。より具体的には、事前試験によって得られる吸収スペクトルとは、タービン油(評価対象の油)と同性状の油(新油)を用いて作成された劣化度の異なる複数の試験油に対して、光線L1と同一波長領域すなわち紫外から可視領域の波長を有する測定光線を照射して検出した、劣化度の異なる複数の試験油ごとの吸収スペクトルである。ここで、相関関係データとは、吸収スペクトルのピーク特性の変移に対するRPVOT残存率の変移を示すデータであり、例えば、吸収スペクトルのピーク特性とRPVOT残存率とのマップ、テーブル、および、数式等が例示できる。上述したピーク特性は、吸収スペクトルのピーク波長と吸収強度(ピーク面積:詳細を後述する)とのうち少なくとも一方を用いることができる。

0030

ここで、RPVOT(Rotating Pressure Vessel Oxidation Test)は、ASTMD4378(America Society for Testing and Materials D4378)で規定されている。このRPVOTは、油等の酸化劣化試験を行い、測定対象の油が酸素を急激に吸収し始めるまでの時間(誘導期間)を示す値である。ASTM D4378において、RPVOT残存率(残寿命)は、劣化油のRPVOT値を新油のRPVOT値で除した値で定義される。

0031

この実施形態における記憶部26には、光学ドライブ等の入力装置30が接続されている。上述した相関関係データや光線L1のスペクトルのデータは、入力装置30を介して記憶部26に記憶することができる。

0032

RPVOT残存率算出部27は、吸収スペクトル検出部25の検出結果と、記憶部26に記憶された相関関係データとに基づいて、タービン油のRPVOT残存率を求める。例えば、相関関係データがマップで構成される場合には、このマップを参照して、吸収スペクトル検出部25により得られた吸収スペクトルのピーク特性に対応するRPVOT残存率を求める。この実施形態におけるRPVOT残存率算出部27で求められたRPVOT残存率のデータは、判定部28、および、出力部29に向けて出力される。

0033

判定部28は、RPVOT残存率算出部27で求めたRPVOT残存率が、予め設定されたRPVOT残存率の閾値以下(例えば、25%以下)か否かを判定する。判定部28は、この判定の結果、RPVOT残存率算出部27で求めたRPVOT残存率が閾値以下であると判定された場合には、その旨の報知情報、言い換えればタービン油が交換時期になった旨の警報情報を出力部29に向けて出力する。

0034

出力部29は、RPVOT残存率算出部27で求められたRPVOT残存率の情報を表示部19に向けて出力する。さらに出力部29は、判定部28からRPVOT残存率算出部27で求めたRPVOT残存率が閾値以下であると判定された旨の報知情報が入力されると、報知部20に報知情報を出力する。ここで、報知情報は、報知部20だけではなく表示部19にも並行して出力するようにしても良い。

0035

表示部19は、液晶ディスプレイ等からなる。この表示部19は、RPVOT残存率の情報を画面上に表示する。さらに、表示部19は、報知情報が入力されるようになっている場合には、報知情報をRPVOT残存率の情報と併せて表示する。ユーザは、この表示部19の表示を見ることで、現在のタービン油のRPVOT残存率を認識することができる。

0036

報知部20は、ユーザに対してタービン油の交換時期となったことを報知する。報知する方法としては、ブザー(音)や警告灯(光)等が例示できる。この報知部20による報知によって、表示部19の近傍にユーザが居ない場合に、タービン油の交換時期であることをユーザに報知することが可能となる。ここで、報知部20の報知方法としては、上記のものに限られず、例えば、タービン油の交換時期となったことをユーザの携帯端末へのメール等の情報送信によって報知するようにしても良い。

0037

ここで、バーニッシュの発生など、タービン油などの酸化劣化によるリスクを評価する手法としては、メンブレンパッチ測色(MPC;Membrane Patch Colorimetry)がASTMD7843で規格化されている。このメンブレンパッチ測色によれば、評価対象の油に含まれるスラッジやバーニッシュの前駆体を、メンブレンパッチで濾過して捕捉する。その後、メンブレンパッチ測色では、メンブレンパッチの色度をRGB検出器分析した結果から、油の劣化度を推定する。しかし、このメンブレンパッチ測色による油の劣化度評価は、メンブレンパッチによる濾過工程が含まれるため、迅速かつ簡便に行うことが困難となり、リアルタイムで連続的に劣化評価するには不向きである。

0038

この実施形態における油劣化度評価装置は、上述したそれぞれ構成を備えている。次に、上述した油劣化度評価装置による油劣化度評価方法のうち相関関係データを取得する手順について図面を参照しながら説明する。
図3は、この発明の実施形態における相関関係データを取得する手順を示すフロー図である。

0039

まず初めに、ガスタービン発電設備2で使用されるタービン油(評価対象の油)と同性状の油を用いて劣化度の異なる複数の試験油を作成する(ステップS01)。ここで、同性状の油とは、未使用のタービン油(新油)である。劣化度の異なる複数の試験油は、例えば、DryTOST(ASTMD7873−13)でそれぞれ酸化劣化させて作成することができる。このDryTOSTは、規格化された試験方法であり、新品のタービン油を加熱、酸素、金属触媒により劣化処理させる。この実施形態においては、それぞれDryTOSTによる処理時間をそれぞれ200,400,600,750,900時間(H)として、劣化度の異なる試験油を作成する場合を例示する。

0040

次に、上述した劣化度の異なる複数の試験油に対して、それぞれ紫外から可視領域の波長(200nm〜450nm)を有する測定光線を照射して、劣化度の異なる複数の試験油の各吸収スペクトルのデータを取得する(ステップS02)。この吸収スペクトルのデータは、測定光線の標準試料である新油を透過した透過光と、試験油を透過した透過光との差分(差スペクトル)で表すことができる。吸収スペクトルは、試験油または標準試料である新油を分光セル(図示せず)に入れて、測定光線を透過させて透過光L2を分光器(図示せず)で波長分解して検出することができる。分光用セルを2個有して同時に計測できるダブルビーム型の分光器を用いて、一方の分光用セルに試験油、もう一方の分光用セルに標準試料である新油を入れて、同時に計測して差スペクトルを得るようにしても良い。この吸収スペクトルは、分光光度計(例えば、島津製作所製UV-1600等)により測定することができる。

0041

図4は、この発明の実施形態におけるDryTOSTにより200時間経過した試験油の吸収スペクトルを示すグラフである。図5は、DryTOSTにより400時間経過した試験油の図4に相当するグラフである。図6は、DryTOSTにより600時間経過した試験油の図4に相当するグラフである。図7は、DryTOSTにより750時間経過した試験油の図4に相当するグラフである。図8は、DryTOSTにより900時間経過した試験油の図4に相当するグラフである。

0042

図4から図8に示すように、劣化度の異なる複数の試験油の吸収スペクトルは、370nm〜400nmの範囲内に吸光度のピークが存在している。ここで、200nm以下の波長では、分光用セルの窓材による光の吸収が大きく測定できない。さらに、450nm以上の波長では、光の吸収がほぼ「0」となる。この実施形態においては、この吸収スペクトルのピーク特性として、ピーク波長と、吸収強度(言い換えれば、ピーク面積)とを求めている。吸収強度とは、吸光度の積分値である。この実施形態における吸収強度は、例えば、200nmから450nmの波長領域の吸光度を積分して算出する。

0043

この実施形態においては、200nmから450nmの波長領域の吸光度を積分して吸収強度を算出する場合について説明したが、これに限られない。例えば、各吸収スペクトルにおいて、ピーク波長の位置の吸光度を「1」とした場合に、吸光度が0.1以上となる波長領域に限定して吸光度を積分して吸収強度を求めるようにしてもよい。
また、積分範囲外の波長の吸光度を用いてベースライン補正を行うようにしても良い。例えば、450nmから700nmの波長領域の吸光度の平均値を、全波長領域の吸光度から減算することができる。

0044

次に、図3に示すように、劣化度の異なる複数の試験油に対してRPVOT残存率を取得する(ステップS02)。より具体的には、劣化度の異なる複数の試験油に対して上述したRPVOTにより劣化評価を行う。このRPVOTによる劣化評価で劣化度の異なる複数の試験油のRPVOT値を求めて、これらのRPVOT値を新油のRPVOT値で除してRPVOT残存率を求める。なお、新油のRPVOT値は予め測定されている。
この実施形態の一例において、DryTOSTにより200時間経過した試験油のRPVOT残存率は18.3%となった。DryTOSTにより400時間経過した試験油のRPVOT残存率は33.6%となった。DryTOSTにより600時間経過した試験油のRPVOT残存率は43.5%となった。DryTOSTにより750時間経過した試験油のRPVOT残存率は55.5%となった。DryTOSTにより900時間経過した試験油のRPVOT残存率は77.9%となった。

0045

次いで、試験油の吸収スペクトルとRPVOT残存率との相関関係を取得する(ステップS03)。ここで、図9は、この発明における吸収スペクトルとRPVOT残存率との相関関係を示す縦軸が吸収強度とピーク波長(nm)、横軸がRPVOT残存率(%)のマップである。相関関係データとしては、図9に示す吸収スペクトル(吸収強度、ピーク波長)と、RPVOT残存率とのマップを用いることができる。この図9に示すマップによれば、RPVOT残存率とピーク波長および吸収強度とは良好な相関関係があることが分かる。

0046

ここで、試験油、および、実機のタービン油の吸収スペクトルのピーク波長は、酸化劣化で生成された物質分子量が増加したことを示している。このピーク波長は、RPVOT残存率が55%では紫外領域にあるが、劣化度が高いほど長波長側にシフトする。さらに、RPVOT残存率が閾値(例えば、25%)以下となり、寿命に達した油のピーク波長は、紫外と可視との境界域に移動してしまう。すなわち紫外領域から可視領域にかけて広い波長域の吸収スペクトルを検出することで、ピーク波長の検出漏れを抑制して、油の劣化評価の信頼性を向上することができる。加えて、吸収スペクトルのピーク特性としてピーク波長を用いた場合は、吸収強度を用いる場合と比較して、光学セルの窓材の汚れなどの影響を受け難い。
この実施形態の油劣化度評価装置1の場合、上述した一連のフローによって求められた相関関係データは、入力装置30を介して予め記憶部26に記憶される。

0047

次に、上述した相関関係データに基づく油劣化度評価方法について図面を参照しながら説明する。この油劣化度評価方法は、上述した油劣化度評価装置1によって実施する一例を説明するが、油劣化度評価装置1に代わりユーザが行うようにしても良い。この実施形態においては、ガスタービン発電設備2の運転中にタービン油の劣化度を評価する。

0048

図10は、この発明の実施形態における油劣化度評価装置の処理フローである。
まず、油劣化度評価装置1を起動させる。
すると、図10に示すように、図示しないタイマーによって、予め設定された所定時間が経過したか否かを判定する(ステップS11)。この判定の結果、所定時間が経過していないと判定された場合には、所定時間が経過するまで待機状態とする。一方で、所定時間が経過したと判定された場合には、タービン油の吸収スペクトルのデータを取得する(ステップS12)。より具体的には、光照射部15により紫外から可視領域の光線をタービン油に照射して、透過光L2を光検出部17によって検出する。さらに、この光検出部17の検出結果に基づいて吸収スペクトル検出部25で吸収スペクトルのデータを取得する。

0049

次いで、吸収スペクトルのデータと、相関関係データとに基づいて、RPVOT残存率を求める(推定する)(ステップS13)。より具体的には、吸収スペクトルからピーク特性であるピーク波長と、吸収強度との少なくとも一方を求める。さらに、記憶部26に記憶されている図9に示す相関関係のマップ等のデータを参照し、検出された吸収スペクトルのピーク特性から、RPVOT残存率を求める。

0050

その後、求められたRPVOT残存率をタービン油の劣化度として表示する(ステップS14)。より具体的には、RPVOT残存率算出部27から出力部29を介して表示部19にRPVOT残存率を表示する。

0051

さらに、RPVOT残存率が閾値以下か否かを判定する(ステップS15)。この判定の結果、RPVOT残存率が閾値以下ではない場合には、上述した一連のフローを繰り返す。一方で、RPVOT残存率が閾値以下である場合には、タービン油が交換時期になった旨をユーザに報知する(ステップS16)。より具体的には、判定部28から出力部29を介して報知部20を作動させ、スピーカ、警告灯等によりユーザに報知する。
その後、この油劣化度評価方法のフローを一旦終了する。

0052

ここで、図9に示すように、この実施形態においては、閾値であるRPVOT残存率が25%の場合の吸収強度は0.825であり、ピーク波長は390nmである。つまり、吸収強度が0.825を上回る場合、および、ピーク波長が390nmを上回る場合には、推定されるRPVOT残存率が閾値以下となるため、タービン油が交換時期であると判定される。このRPVOT残存率の閾値は、タービン油の寿命判定基準と言い換えることもできる。

0053

したがって、上述した実施形態によれば、試験油の吸収スペクトルのデータとRPVOT残存率のデータとの相関関係を、評価対象のタービン油の吸収スペクトルのデータを取得する前に取得しておくことで、評価対象のタービン油の吸収スペクトルのデータを取得した後には、評価対象のタービン油の吸収スペクトルのデータと相関関係データに基づいてRPVOT残存率を直ぐに求めることができる。その結果、油の劣化度を迅速、且つ、簡便に評価することができる。

0054

また、評価対象のタービン油に照射する光線、および、測定光線が、200nmから450nmの波長領域の光線であることで、劣化が進むことによってタービン油の吸収スペクトルの特性が紫外領域から可視領域に変移した場合であっても、この吸収スペクトルの特性が測定波長の領域外となることを抑制できる。

0055

さらに、吸収スペクトルのピーク波長とRPVOT残存率とは相関関係があることから、評価対象のタービン油の吸収スペクトルのピーク波長を求めることで、容易にRPVOT残存率を求めることができる。同様に、吸収スペクトルの吸収強度とRPVOT残存率とは相関関係があることから、評価対象の油の吸収スペクトルの吸収強度を求めることで、容易にRPVOT残存率を求めることができる。さらに、これら吸収スペクトルのピーク波長と吸収強度とを両方用いて評価した場合には、何れか一方のみ用いた場合よりも評価結果の信頼性を向上できる。

0056

さらに、評価対象の油がタービン油であり、このタービン油を潤滑油として用いるガスタービン発電設備2が運転中の場合であっても、非接触で評価対象のタービン油のRPVOT残存率を推定することができる。その結果、ガスタービン3の運転を停止してから評価対象のタービン油を取り出して測定装置にかけてRPVOT残存率を測定する場合よりも、評価対象のタービン油のRPVOT残存率を迅速に求めることができる。

0057

さらに、ガスタービン3の運転中に、評価対象のタービン油のRPVOT残存率が閾値以下となった場合には、報知部20によってユーザに報知することができる。そのため、ガスタービン3等の軸受にバーニッシュが発生することを抑制できる。その結果、ガスタービン発電設備2やガスタービン3の信頼性を向上できる。

0058

この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。

0059

例えば、上述した実施形態において、吸収スペクトルのピーク波長と吸収強度とを両方用いてRPVOT残存率を推定する場合に、ピーク波長に基づくRPVOT残存率と、吸収強度によるRPVOT残存率との偏差が、予め設定された閾値を超える場合に、警報を出力するようにしても良い。さらに、吸収スペクトルのピーク波長と吸収強度とを両方用いてRPVOT残存率を推定する場合には、ピーク波長に基づくRPVOT残存率と、吸収強度によるRPVOT残存率とを個別に表示させるようにしても良い。さらに、ピーク波長に基づくRPVOT残存率と、吸収強度によるRPVOT残存率との平均値を表示させるようにしても良い。
紫外領域から可視領域までの吸収スペクトルのピーク波長は、同種の物質であれば分子量と正の相関があり、吸収スペクトルのピーク波長は油劣化生成物の分子量と相関する。また、一方で、吸収強度は油劣化生成物の生成量と相関する。通常は、吸収スペクトルのピーク波長と吸収強度は相関して変化するので、両者から推定したRPVOT残存率は一致する。そのため、両者から推定したRPVOT残存率に偏差が生じる場合は、油の使用温度、圧力などの運転環境の変化を示す蓋然性が高い。
油劣化生成物の分子量の増加は、付着性の増加に繋がりバーニッシュのリスクを増加させるのでピーク波長から推定したRPVOT残存率が、吸収強度から推定したRPVOT残存率より大きくなる場合は、バーニッシュのリスクの上昇を示すことになる。

0060

上述した実施形態においては、タービン発電設備2のタービン油を評価対象とする場合について説明した。しかし、評価対象のタービン油は、タービン発電設備2以外で用いるタービン油であってもよい。さらに、評価対象の油は、タービン油に限られず潤滑油であればよい。または、油圧機器などの作動油であっても良い。

0061

さらに、上述した実施形態においては、報知部20を設ける場合について説明したが、報知部20を省略するようにしてもよい。さらに、上述した実施形態においてはRPVOT残存率を表示部19に表示する場合について説明したが、RPVOT残存率を音声で出力するようにしても良い。
さらに、上述した吸収スペクトルを検出する波長領域は、上述した範囲に限られない。上述した範囲を含むより広い波長領域としても良い。

0062

さらに、上述した実施形態においては、光学セル16が潤滑油供給配管10の途中に設けられる場合について説明した。しかし、光学セル16の配置は、潤滑油供給配管10の途中に限られない。例えば、潤滑油戻し配管12の途中に配置するようにしても良い。潤滑油供給配管10と潤滑油戻し配管12の両方に光学セル16を配置し、測定結果を比較して、ガスタービン発電設備の軸受などの装置の循環中に受ける油の負荷を評価するようにしても良い。

0063

1 油劣化度評価装置
2ガスタービン発電設備
3ガスタービン
4圧縮機
5発電機
6潤滑装置
7回転軸
8軸受
9主油タンク
10潤滑油供給配管
11ポンプ
12潤滑油戻し配管
15光照射部
16光学セル
17光検出部
18 装置本体
19 表示部
20報知部
21窓板
25吸収スペクトル検出部
26 記憶部
27 RPVOT残存率算出部
28 判定部
29 出力部
30 入力装置

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