ポンプの軸受と潤滑｜油面・オイラ・オイルミスト・グリースと過熱の原因

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ポンプの軸受温度が上がると、「油が足りない」と考えて油を足しがちです。しかし、油の入れ過ぎによる撹拌発熱、オイルリング不調、ベント閉塞、芯ずれ、過荷重、軸受内部すきま不足でも温度は上がります。原因を確認せず給油すると、かえって悪化させることがあります。

この記事では、軸受が受けるラジアル荷重とアキシャル荷重、グリース・油浴・オイルリング・オイルミストの違い、コンスタントレベルオイラと油面の読み方、過熱時の切り分けを現場目線で整理します。

1. ポンプの軸受は何を支えるか

羽根車と主軸には、回転体の重量、アンバランスによる動的荷重、水力による半径方向・軸方向の力が作用します。軸受ハウジングは軸受を所定位置へ保持し、主軸の回転中心と羽根車の位置を維持します。

• ラジアル荷重：軸に直角な方向の荷重。配管荷重、羽根車の水力アンバランス、回転体の不釣合いなどが関係する
• アキシャル荷重：軸方向の荷重。羽根車前後の圧力差などで生じる

軸受形式は、支える荷重方向、回転数、剛性、内部すきま、熱膨張、組立方法に合わせて選びます。深溝玉軸受、円筒ころ軸受、アンギュラ玉軸受の組合せなどは、同じ外形寸法でも軸方向の拘束条件が異なります。

2. 潤滑剤の役割

潤滑剤は接触面に膜を作り、摩擦と摩耗を減らします。それだけでなく、次の役割があります。

• 軸受で発生した熱をハウジングへ運ぶ
• 摩耗粉や微細な異物を接触部から遠ざける
• 水分や腐食性雰囲気から表面を守る
• 音と振動を安定させる

必要なのは「多い油」ではなく、指定された油種・粘度の清浄な潤滑剤を、適切な量と方法で供給することです。

3. 主な潤滑方式

設備ごとに設計方式が異なります。外観が似ていても、純ミスト、パージミスト、油浴併用などの違いがあるため、潤滑系統図とメーカー取扱説明書で確認します。

4. 油浴潤滑と油面

油浴潤滑では、軸受下部が油へ触れ、回転で油が軸受内部へ運ばれます。油面が低過ぎると油が届かず、油膜不足と温度上昇が起こります。高過ぎると軸受や回転部が大量の油を撹拌し、発熱、泡立ち、漏れ、酸化を起こします。

油面の基準は機種ごとに異なります。一般化した線だけを頼りにせず、軸受形式、油リング有無、サイトグラス位置、メーカー指定を確認します。

停止中と運転中で油面は変わる

主軸が回ると油は回転方向へ掻き上げられ、ハウジング内の液面が傾きます。片側のサイトグラスは停止時より高く、反対側は低く見える場合があります。停止中の1点だけで「適量」と判断せず、次を確認します。

• 左右にサイトグラスがある場合は両方を見る
• 回転方向と油の偏りを確認する
• 停止時と定常運転時の通常値を記録する
• サイトグラスの中心印と実際の基準位置を照合する

一次資料の例では、2極モータで運転すると左右油面が数mm変化する経験値が示されていますが、これは普遍的な設定値ではありません。自機の基準を使います。

5. オイルリング

オイルリングは主軸へ緩く掛けたリングで、下部を油へ浸し、軸の回転に伴って油を掻き上げます。油浴だけより油面を低くでき、軸受・回転部が油を直接撹拌する発熱を抑えられます。

正常に働くには、リングが自由に回り、軸上を大きく横移動せず、油面へ適切に浸かる必要があります。

異常要因は次のとおりです。

• ポンプ据付けの水平不良
• リングの変形、摩耗、継ぎ部の引っ掛かり
• 軸表面の汚れ、バリ、傷
• 油面低下でリングが油へ届かない
• 油面過高で撹拌が増える
• 回転方向や軸振動でリングの動きが不安定

油面が正常でもリングが油を運んでいなければ、軸受は潤滑不足になります。点検窓や温度・振動傾向から働きを確認します。

6. コンスタントレベルオイラ

コンスタントレベルオイラは、軸受ハウジングから漏れなどで減った油を自動補給し、設定した静的油面を保つ装置です。ボトル内の油が常に流れ続ける装置でも、油を冷却循環する装置でもありません。

原理

ハウジング内油面が設定口より下がると空気がボトルへ入り、油が流れ出ます。油面が設定口をふさぐと空気が入らず、補給が止まります。

取付方向に注意

運転中の油面は回転方向へ傾くため、オイラを高油面側へ付けると、実際には十分な油があるのに補給し続け、過充填になる場合があります。機器メーカーが指定する側・高さへ取り付けます。

ベントとの関係

ハウジング内圧が大気圧と一致しなければ、オイラの液面制御は狂います。ベント閉塞、ミスト配管、パージ圧、オイルシールのポンピング作用を確認します。

7. オイルミスト

オイルミスト潤滑は、空気中へ微細な油滴を分散させ、配管で軸受へ供給します。油だまりを持たない純ミスト方式では、油浴のような撹拌発熱がありません。装置全体で安定した供給と清浄な環境を作れる利点があります。

一方で、供給装置停止、圧力低下、配管内凝縮、リクラシファイア不良、排気不良が複数機器へ同時影響する可能性があります。

点検項目は次のとおりです。

• ミスト発生器の油面、油温、空気圧
• 主配管と枝管の勾配、凝縮油の排出
• 軸受ハウジングへの供給・排気
• 霧の見え方だけに頼らない圧力・流量監視
• 停電・空気喪失時のバックアップ

8. グリース潤滑

グリースは油を増ちょう剤に保持した潤滑剤です。シール性があり、設備を簡素にできますが、入れ過ぎると軸受内部で撹拌され、温度が上がります。

管理項目は次のとおりです。

• 指定グリースの種類と混和性
• 1回量と給脂間隔
• 古いグリースの排出経路
• 給脂直後の一時的温度変化
• 異物・水分の混入防止
• 密封軸受へ追加給脂しないこと

異なる増ちょう剤のグリースを混ぜると、軟化・硬化・油分離を起こす場合があります。色が似ていても互換とは限りません。

9. 油面が下がる原因

• オイルシール、ラビリンス、カバー合わせ面からの漏れ
• ドレンプラグ、サイトグラス、配管継手の緩み
• オイラの取付不良、ボトル割れ
• ミスト・ベントからの持出し
• 停止時と運転時の油面差を漏れと誤認

油を足す前に、どこへ消えたかを確認します。漏れを放置して補給だけ続けると、床面汚染や火災危険、軸受内部への異物侵入を見逃します。

10. 油が漏れる原因

• 油面過高、オイラの過給
• ベント閉塞によるハウジング内圧上昇
• オイルシールの向き・損傷・リップ硬化
• 軸表面の傷、偏心、振れ
• デフレクタやラビリンス、油戻し穴の不良
• 回転による油の偏りと飛散
• オイルミスト・パージ圧の過大

オイルシールを交換するだけでなく、内部圧力と油戻し経路を確認します。シールは漏れの結果が現れる場所で、原因が別にあることが多いからです。

11. 軸受が過熱したら何を疑うか

1）まず運転継続の可否を判断する

設備の警報・トリップ基準、温度上昇速度、振動、異音、煙、油漏れを確認します。急上昇、激しい振動、金属音、焦げ臭がある場合は、SOPに従って安全に停止します。

2）油量と油の状態

• 油面が低過ぎないか、高過ぎないか
• 泡、白濁、水分、変色、焦げ、金属粉がないか
• 指定油種・粘度か、異種油を混ぜていないか
• オイルリングやフリンガが働いているか

3）放熱と圧力

• ベントが詰まっていないか
• 冷却ファン、冷却水、ハウジング外面が汚れていないか
• 周囲温度やプロセス液温が上がっていないか
• オイルシールが過度に接触していないか

4）荷重と据付け

• 流量・揚程が通常範囲から外れていないか
• キャビテーション、締切、低流量運転がないか
• カップリング芯ずれ、ソフトフット、配管荷重がないか
• 羽根車付着・損傷による不釣合いがないか

5）軸受そのもの

• 内部すきまがはめあい・温度で不足していないか
• アキシャル方向の逃げがなく、両側で拘束していないか
• 与圧が過大でないか
• 転動面の剥離、圧痕、保持器損傷がないか

一次資料には、円筒ころ軸受を同寸法の深溝玉軸受へ変更した結果、軸方向すきまを失って短時間で過熱した事例や、はめあいでラジアル内部すきまが小さくなり時間とともに発熱した事例があります。軸受番号が合っても、固定・自由端の機能とすきまが合うとは限りません。

12. 温度だけで判断しない

軸受温度は、荷重、回転数、油粘度、周囲温度、測定位置で変わります。一般的な温度値をそのまま停止基準にせず、メーカー基準と設備の通常値を使います。

有効な見方は次のとおりです。

• 始動後に何分で安定するか
• 通常より上昇が速いか、安定せず上がり続けるか
• 駆動側・反駆動側、左右で差が広がったか
• 温度上昇と同時に振動・音・電流が変わったか
• 給油、整備、運転点変更の直後か

絶対値が警報未満でも、上昇傾向が明らかなら早めに原因を調べます。反対に、負荷や周囲温度の変化による正常な上昇を故障と決めつけないため、基準データを残します。

13. 日常点検と記録

• 軸受温度、上昇時間、左右差
• 振動値、音、聴診の変化
• サイトグラス・オイラの油面、運転中と停止中の差
• 油の泡、濁り、色、臭い、沈殿物
• オイルリングの動き、オイラの補給頻度
• ベント、ラビリンス、オイルシールからの漏れ
• 冷却水・オイルミスト・強制給油の圧力と流量
• モータ電流、流量、吐出し圧力、運転点

「温度だけ」「油面だけ」の巡回にしないことが重要です。同じ時刻に複数の状態量を記録すると、原因を絞りやすくなります。

14. 給油・油交換の注意

• 指定油種・粘度と、容器・給油器具の清浄度を確認する
• 異種油を混ぜず、開封日・保管期限を管理する
• 排油の色、臭い、水分、金属粉を記録する
• フラッシングが必要な場合はメーカー手順に従う
• 油交換後は漏れ、油面、温度、振動を追跡する
• 廃油と危険物の取扱いを設備規則に従う

交換周期だけでなく、状態の変化を使います。水分混入や異常摩耗がある油を、周期まで使い続けてはいけません。

まとめ

• 軸受はラジアル・アキシャル荷重を支え、回転体の位置を保つ
• 潤滑方式ごとに、油面、油を運ぶ要素、供給圧、排気の管理点が違う
• コンスタントレベルオイラは静的油面を補給保持し、取付方向とベントの影響を受ける
• 過熱は油不足だけでなく、油過多、油種、リング不調、ベント、芯ずれ、荷重、内部すきま、損傷を疑う
• 温度の絶対値に加え、上昇速度、左右差、振動、音、油状態、運転点を同時に見る

参考文献

• 外山幸雄『絵とき「ポンプ」基礎のきそ』日刊工業新聞社, 2-9〜2-12「軸受ハウジング、潤滑、オイラ」 　Amazonで見る
• 外山幸雄『ポンプの選定とトラブル対策』日刊工業新聞社, 第6章「軸受のトラブル」 　Amazonで見る
• 化学工学会編『プロセス機器構造設計シリーズ6 化学プラント用ポンプ・圧縮機』丸善, 4.3「軸受装置」
• 公益社団法人日本プラントメンテナンス協会『自主保全士テキスト 第5単位 設備保全の基礎』「軸受・潤滑」
• 松村正夫『入門 新ポンプ技術』丸善, 第5章「ポンプの使用方法」 　Amazonで見る