JP2002188627A - 異常診断装置 - Google Patents

異常診断装置

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JP2002188627A
JP2002188627A JP2000389868A JP2000389868A JP2002188627A JP 2002188627 A JP2002188627 A JP 2002188627A JP 2000389868 A JP2000389868 A JP 2000389868A JP 2000389868 A JP2000389868 A JP 2000389868A JP 2002188627 A JP2002188627 A JP 2002188627A
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wear
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ratio
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JP2000389868A
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English (en)
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Akihiko Umeda
彰彦 梅田
Yoshimi Kagimoto
良実 鍵本
Masaya Kouno
将弥 河野
Makihito Katayama
牧人 片山
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩耗粉の針状比に準拠した亀裂や損傷等の診
断精度や診断の即時性を向上させる。 【解決手段】 摩耗粉センサ6の検出信号によって潤滑
油中の摩耗粉の粒径及び粒子分布を検出し、更に、摩耗
粉の粒径及び摩耗粉の長径に対する短径の比である針状
比を検出し、摩耗粉の粒度分布をオンラインで計測可能
にして摩耗粉の針状比に準拠した亀裂や損傷等の診断精
度や診断の即時性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可動部を支持する
支持部位、特に、回転軸を支持する軸受部位の亀裂や損
傷、摩耗等の異常を診断する異常診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、ガスタービンや蒸気タービンが
備えられた発電プラント等では、軸受に支持された摺動
部材や回転軸を備えた機器が多数備えられている。機器
の運転中には、摺動部材や回転軸の支持部(接触部)か
らは微細な摩耗粉等が発生し、摩耗粉等が異物となって
潤滑油に混入して支持部に焼きつき等の支障をもたらす
虞がある。また、軸受(特にボールベアリング)には寿
命が存在し、寿命を越えて運転が続けられると、亀裂等
の損傷が生じる虞がある。
【0003】このような機器の正常稼働が妨げられるよ
うな重大な損傷の発生をいちはやく診断する手段とし
て、潤滑油中に含まれる異物等を計測する異常診断が従
来から実施され、異常診断により支持部の管理が行われ
ている。従来の異常診断は、潤滑油をサンプリングし、
サンプリングした油中の摩耗粉の性状や分布等が分析さ
れることで分析結果により作業者が亀裂や損傷等の状態
を推測している。そして、何らかの異常が推定された場
合、警報等を発するようにして現場の作業者に部品交換
等の必要な処置を行わせたり、プラントの運転を停止さ
せるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の異常診断は、油
中の摩耗粉の性状や分布等が分析されることで分析結果
により作業者が亀裂や損傷等の状態を推測している。し
かし、摩耗粉の性状や分布等は、比較的大きな粒径の粒
子を計測対象にしたり、粒子数や粒子径のみを検出し、
粒子形状の情報は得ていなかった。このため、診断精度
や診断の即時性は、更に向上させることができる余地が
残されているのが現状である。
【0005】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、亀裂や損傷等の診断精度や診断の即時性を向上させ
ることができる異常診断装置を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の異常診断装置は、可動部を支持する支持部位
の摩耗粉の状態を検出する少なくとも1個以上の摩耗粉
検出手段と、摩耗粉検出手段の検出情報に基づいて異常
を診断する異常診断手段とからなり、異常診断手段に
は、摩耗粉の粒径及び摩耗粉の長径に対する短径の比で
ある針状比に基づいて粒子形状を評価して摩耗の状況を
診断する機能が備えられていることを特徴とする。
【0007】また、上記目的を達成するための本発明の
異常診断装置は、回転軸を支持する軸受部位の摩耗粉の
状態を検出する少なくとも1個以上の摩耗粉検出手段
と、摩耗粉検出手段の検出情報に基づいて異常を診断す
る異常診断手段とからなり、異常診断手段には、摩耗粉
の粒径及び摩耗粉の長径に対する短径の比である針状比
に基づいて粒子形状を評価して摩耗の状況を診断する機
能が備えられていることを特徴とする。
【0008】そして、異常診断手段には、診断結果を時
系列データとして記憶する記憶機能と、記憶機能に記憶
された時系列データに基づいて変動パターンを導出して
変動パターンに応じて異常を診断する機能とが備えられ
ていることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】図1には本発明の一実施形態例に
係る異常診断装置を備えた回転軸支持部の概略構成、図
2には異常診断手段のブロック構成を示してある。図1
に示した回転軸支持部は、例えば、ガスタービンや蒸気
タービンが備えられた発電プラントにおける発電機の排
熱を回収するエアヒータの回転軸の軸受部に適用され
る。尚、本発明を適用する箇所は、エアヒータの回転軸
の軸受部に限らず、様々な機器の回転軸の軸受部に適用
することが可能で、また、回転軸の支持部位だけでな
く、各種摺動部材(可動部)の摺動支持部材の部位(支
持部位)に適用することが可能である。
【0010】図1に示すように、可動部としての回転軸
1が軸受2(ボールベアリング)により回転自在に支持
されている(支持部位)。軸受2の下部はオイルバス3
内に配され、オイルバス3には潤滑ライン4から潤滑油
が給排される。回転軸1の回転に伴って軸受2にオイル
バス3の潤滑油が供給される。
【0011】潤滑ライン4には摩耗粉センサ6が設けら
れ、摩耗粉センサ6により軸受2の部位の摩耗粉の状態
が検出される。摩耗粉センサ6の検出信号は異常診断手
段7(制御装置)に入力される。異常診断手段7では摩
耗粉の状態に基づいて(粒子検知機能)異常を診断す
る。摩耗粉センサ6では摩耗現象をその形状に反映した
微粒子で検知し、異常診断手段7で異常を診断してい
る。これにより、現在の摺動部(接触部)がどのような
状態にあるのか、そこで生じた異常はどのような機構に
基づくのか等の詳細な情報が得られる。
【0012】尚、摩耗粉センサ6は、1つもしくは機器
の大きさや検出条件等により複数個設けられる。
【0013】図2に示すように、摩耗粉センサ6の検出
信号は、アンプ11で増幅・フィルタ処理等の処理が加
えられた後AD変換器12を経由して粒子パラメータを
計算する粒子処理部13に入力される。粒子処理部13
では、入力データを摩耗粉の個数や粒径等にパラメータ
化して摺動状態(接触状態)を定量化する。
【0014】粒子処理部13で定量化された摩耗粉に基
づく摺動状態(接触状態)の情報は第1診断部14に送
られ、第1診断部14では学習により診断基準を自己組
織化したニューラルネットワークや過去の知見や実験等
の経験から作成された診断基準を有するエキスパートシ
ステム等により、摺動状態評価や損傷部位診断等の短期
の診断が行われる。
【0015】即ち、摩耗粉センサ6の検出信号によって
潤滑油中の摩耗粉の粒径及び粒子分布が検出され、更
に、摩耗粉の粒径及び摩耗粉の長径に対する短径の比で
ある針状比が検出される。これらの情報から摺動状態の
過酷さを評価することができる。このとき、粒径が大き
い摩耗粉が多いほど、また、針状比が大きい摩耗粉が多
いほど摺動状態は過酷である。
【0016】また、図2に示すように、第1診断部14
での評価結果は時系列データ記憶部15にも送られ、摩
耗粉センサ6の出力に基づく診断パラメータの瞬時値や
診断履歴として時系列データ記憶部15に記憶される。
時系列データ記憶部15に記憶されたデータは第2診断
部16に送られ、第2診断部16では学習により診断基
準を自己組織化したニューラルネットワークや過去の知
見や実験等の経験から作成された診断基準を有するエキ
スパートシステム等により、摺動状態評価や損傷部位等
の変動パターンを加味した傾向の診断が行われる。
【0017】尚、傾向の診断の詳細は図6及び図7によ
り後述する。
【0018】図3乃至図5に基づいて摩耗粉センサ6で
検出された摩耗粉の粒子形状を評価する状況(粒子検知
機能)を説明する。図3には摩耗粉の針状比の説明、図
4には針状比の経時変化、図5には粒子形状による異常
診断のフローチャートを示してある。
【0019】摩耗粉センサ6で検出された摩耗粉に対
し、粒径を評価すると共に摩耗粉の長径に対する短径の
比である針状比の状態を評価する。図3に示すように、
摩耗粉17の長径Lに対する短径Wの比である針状比L
/Wを導出し、針状比L/Wを異常診断に用いる。摩耗
粉17の形状は摺動状態や摩耗機構と関連を持つため、
針状比L/Wの大きさにより焼きつきの兆候やアブレッ
シブ摩耗の識別が可能である。図4に示すように、針状
比L/Wを時間の経過と共に導出し、針状比L/Wが所
定値P(例えば3)を越えた場合に摩耗が異常であるこ
とを判断することができる。また、針状比L/Wが所定
値Pに至る前であっても、規定値Q(Q<P)を超えた
場合に異常の兆候(焼付の兆候)を判断して摩耗の過酷
さを診断することができる。
【0020】つまり、図5に示すように、摩耗粉17を
計測したとき、ステップS11で粒径が規定値以下か否
か(小さいか否か)が判断され、ステップS11で規定
値より小さいと判断された場合マイルド摩耗と判断され
る。ステップS11で粒径が規定値を超えると判断され
た場合、ステップS12で針状比L/Wが所定値P以上
か否かが判断される。ステップS12で針状比L/Wが
所定値P以上であると判断された場合、針状比L/Wが
著しく大きいため、アブレッシブ摩耗と判断される。ス
テップS12で針状比L/Wが所定値Pに満たないと判
断された場合、粒径は大きいが針状比は小さいためシビ
ア摩耗であると判断される。シビア摩耗の状態でステッ
プS13で針状比L/Wが規定値Q以上か否かが判断さ
れ、規定値Q以上であると判断された場合、シビア摩耗
状態で針状比L/Wが増大して摺動状態が悪化している
ことを意味しており、焼付の兆候であると判断される。
【0021】即ち、摩耗粉の粒径が規定値以下のときは
マイルド摩耗となり、摩耗粉の粒径が規定値を超えると
共に摩耗粉の針状比L/Wが所定値P以上のときはアブ
レッシブ摩耗となり、摩耗粉の粒径が規定値を超えるが
摩耗粉の針状比L/Wが所定値Pを超えていないときは
シビア摩耗となり、シビア摩耗中で針状比L/Wが増大
(針状比L/Wが規定値Q以上)したときは焼付の兆候
となる。これは、一般に、アブレッシブ摩耗のときには
針状比L/Wが著しく増大するため、まず、摩耗粉の粒
径でマイルド摩耗を判別し、アブレッシブ摩耗を針状比
L/Wで判別する。そして、摩耗粉の粒径が大きいシビ
ア摩耗中では針状比L/Wの大小で摩耗の過酷さを診断
するようになっている。
【0022】このため、摩耗粉17の粒子径と粒子形状
を同時計測可能な摩耗粉センサ6を用いることで、粒度
分布をオンラインで計測可能になると共に、摩耗粉17
の針状比に準拠した亀裂や損傷等の診断精度や診断の即
時性を向上させることが可能になる。
【0023】図6及び図7に基づいて時系列の出力信号
の履歴を考慮して摺動状態の診断を行う状況を説明す
る。図6には時系列診断のブロック構成、図7には出力
信号の状況説明を示してある。
【0024】摩耗粉センサ6の出力に基づく診断パラメ
ータの瞬時値31や瞬時値診断結果32(診断履歴)が
時系列データ33として保存され(図2中時系列データ
記憶部15)、保存された時系列データ33により診断
を行う時系列診断部34(図2中第2診断部16)が設
けられている。これにより、時系列データ33を所定時
間分蓄積してその変動パターンを診断に用いることによ
り、診断パラメータの値の予測ができると共に、瞬時値
31にばらつきがあっても、ばらつきの原因を判定して
信頼性のある診断を行うことができる。
【0025】即ち、図7(a) に示すように、着目信号の
レベルが緩やかに上昇(漸増)している場合、その履歴
を考慮することにより信号レベルが将来的に上昇してし
きい値を超えることが予測され、しきい値を超える前の
早期段階で異常発生に対する予告が可能となる。また、
図7(b) に示すように、短時間のみ異常に近い信号レベ
ルが検知される状態が長期にわたって続く場合(非定
常)、突発的な異常が継続して発生しているため、摺動
状態が不安定な状態にあることが診断できる。更に、図
7(c) に示すように、一時的にしきい値を超える信号レ
ベルが検知されそれがすぐに正常化すれば(突発)、信
号レベルの異常は一時的な現象として判断され、異常診
断を抑制することができる。
【0026】瞬時値を基準にした異常診断では、実際の
機械運転上は問題ないにも拘らず様々な要因から頻繁に
異常が発生する場合があり、実用上問題となる。このた
め、上述したように、時系列データに基づいて変動パタ
ーンを導出し、変動パターンに応じて異常を診断するこ
とにより、機械の状態診断や余寿命評価に対して有効で
ある。特に、軸受2がころがり軸受の場合、支持部位が
点接触で必ず寿命があるため、変動パターンに応じて異
常を診断することが有効となる。
【0027】
【発明の効果】本発明の異常診断装置は、可動部を支持
する支持部位の摩耗粉の状態を検出する少なくとも1個
以上の摩耗粉検出手段と、摩耗粉検出手段の検出情報に
基づいて異常を診断する異常診断手段とからなり、異常
診断手段には、摩耗粉の粒径及び摩耗粉の長径に対する
短径の比である針状比に基づいて粒子形状を評価して摩
耗の状況を診断する機能が備えられているので、支持部
位における摩耗粉の粒度分布をオンラインで計測可能に
なると共に、摩耗粉の粒子形状である針状比に準拠した
亀裂や損傷等の診断精度や診断の即時性を向上させるこ
とが可能になる。
【0028】また、本発明の異常診断装置は、回転軸を
支持する軸受部位の摩耗粉の状態を検出する少なくとも
1個以上の摩耗粉検出手段と、摩耗粉検出手段の検出情
報に基づいて異常を診断する異常診断手段とからなり、
異常診断手段には、摩耗粉の粒径及び摩耗粉の長径に対
する短径の比である針状比に基づいて粒子形状を評価し
て摩耗の状況を診断する機能が備えられているので、軸
受部位における摩耗粉の粒度分布をオンラインで計測可
能になると共に、摩耗粉の粒子形状である針状比に準拠
した亀裂や損傷等の診断精度や診断の即時性を向上させ
ることが可能になる。
【0029】そして、異常診断手段には、診断結果を時
系列データとして記憶する記憶機能と、記憶機能に記憶
された時系列データに基づいて変動パターンを導出して
変動パターンに応じて異常を診断する機能とが備えられ
ているので、診断パラメータの値の予測ができると共
に、瞬時値にばらつきがあっても、ばらつきの原因を判
定して信頼性のある診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例に係る異常診断装置を備
えた回転軸支持部の概略構成図。
【図2】異常診断手段のブロック構成図。
【図3】摩耗粉の針状比の説明図。
【図4】針状比の経時変化を表すグラフ。
【図5】粒子形状による異常診断のフローチャート。
【図6】時系列診断のブロック構成図。
【図7】出力信号の状況説明図。
【符号の説明】
1 回転軸 2 軸受 3 オイルバス 4 潤滑ライン 6 摩耗粉センサ 7 異常診断手段 11 アンプ 12 AD変換器 13 粒子処理部 14 第1診断部 15 時系列データ記憶部 16 第2診断部 17 摩耗粉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 15/10 G01N 15/10 Z (72)発明者 河野 将弥 長崎県長崎市深堀町5丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 片山 牧人 山口県下関市彦島江ノ浦町六丁目16番1号 三菱重工業株式会社下関造船所内 Fターム(参考) 2G024 AC02 AD05 BA11 CA30 DA09 FA02 FA03 3G084 AA06 BA33 DA27 EA04 EA11 EB22 EC01 FA00 3J101 AA02 FA26 GA24 GA26

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可動部を支持する支持部位の摩耗粉の状
    態を検出する少なくとも1個以上の摩耗粉検出手段と、
    摩耗粉検出手段の検出情報に基づいて異常を診断する異
    常診断手段とからなり、 異常診断手段には、 摩耗粉の粒径及び摩耗粉の長径に対する短径の比である
    針状比に基づいて粒子形状を評価して摩耗の状況を診断
    する機能が備えられていることを特徴とする異常診断装
    置。
  2. 【請求項2】 回転軸を支持する軸受部位の摩耗粉の状
    態を検出する少なくとも1個以上の摩耗粉検出手段と、
    摩耗粉検出手段の検出情報に基づいて異常を診断する異
    常診断手段とからなり、 異常診断手段には、 摩耗粉の粒径及び摩耗粉の長径に対する短径の比である
    針状比に基づいて粒子形状を評価して摩耗の状況を診断
    する機能が備えられていることを特徴とする異常診断装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1もしくは請求項2において、 異常診断手段には、 診断結果を時系列データとして記憶する記憶機能と、 記憶機能に記憶された時系列データに基づいて変動パタ
    ーンを導出して変動パターンに応じて異常を診断する機
    能とが備えられていることを特徴とする異常診断装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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