JP2002195166A - 往復動圧縮機の吸入弁及び吐出弁の摩耗状態を遠隔診断するためのシステム - Google Patents

往復動圧縮機の吸入弁及び吐出弁の摩耗状態を遠隔診断するためのシステム

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JP2002195166A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 往復動圧縮機（２０）の吸入弁及び吐出弁の
摩耗状態を遠隔診断するためのシステム。 【解決手段】 本システムは、圧縮機（２０）の各シリ
ンダ（１４）に取り付けられた少なくとも１つの圧電震
度センサ（１２）を含み、その圧電震度センサは弁のノ
イズにより生じる振動を電気信号に変換し、その信号か
ら適当な増幅及び濾波方法を用いて、得られた狭い帯域
の信号の包絡線を得る。次に得られた信号は、デジタル
化されて、モニタされるために遠隔診断センタ（１６）
に送信される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、往復動圧縮機の吸
入弁及び吐出弁の摩耗状態を診断するためのシステムに
関する。
【０００２】
【従来の技術】公知のように、往復動容積型圧縮機とい
う語は、エネルギーが圧縮性流体により、実質的にはそ
の比容積を変化させることにより伝えられる熱作動機械
を示すのに用いられる。
【０００３】容積の変化及び対応する圧力の変化は、機
械の作動空間の容積の減少の結果により得られるのに対
して、最終変化量は作動機械自体から上流及び下流の圧
力状態により定まる。
【０００４】特に、往復動圧縮機は、円筒形の空洞の母
線に沿う剛体の直線移動により得られる、作動空間の容
積変化で機能し、電気及び熱原動機により一般に供給さ
れるような連続する円運動を特定の場合に必要とされる
ような往復動に変換することを可能にするクランク機構
により制御されることができる。
【０００５】他の往復動機械と同様に、作動サイクルの
異なる段階を実現するために、この形式の圧縮機は、適
当な分配システムを必要とし、その分配システムはほと
んど専ら２つの形式の弁により実現されている。それら
は、圧縮機（制御された弁）のクランク軸による開閉が
多少複雑な連鎖によってその開閉が制御される弁と、一
方、作動空間の内部と外部の間の圧力差により直接に作
動される自動タイプの弁である。
【０００６】現在では、殆どの圧縮機が、実質的にプレ
ート又はキャップ弁から得られる異なる解決策を用いて
製作された自動弁を有する。
【０００７】弁座として働き、また数多くのスリットを
含むプレートに多くのスリットが接触することによりシ
ールが確保されるが、多くのスリットは、開口の閉鎖及
び抑制を容易にする戻しばねの作用を受けている。
【０００８】全ての場合において、弁の作動不良は、結
果として通路の断面積を減らすことになり従って流量を
減らし、これに伴って負荷の許容できない損失を生じ、
理想的な作動サイクルを著しく不利な実際のサイクルに
変えるので、摩耗した弁は適時に確実に交換されること
が必要である。
【０００９】しかしながら、現在では、計画された、す
なわち厳密にはまだその必要はない時に、メンテナンス
が行なわれた後、または弁が破損した後に、弁の交換が
行なわれ、結果として圧縮機の望ましくない停止を招く
ことになる。
【００１０】生じる不利な点は、両方の場合とも明白で
ある。事実、例え必要でなくても機械が停止される場
合、あるいは１つ又はそれ以上の弁が突然破損したため
に停止が予見できない場合、あるいは弁の破損により損
傷した機械の別の構成要素の何らかの修理のために、計
画されたより停止が長くなる場合を問わず、これらが行
われると生産の中断を生じる。
【００１１】前述のように、弁の摩耗状態は、吐出圧の
減少、流量の減少、弁本体の温度上昇、及び可聴周波数
の領域内での弁の騒音のような様々なパラメタにより示
される。
【００１２】従って、各弁においてこれらのパラメタの
望ましくない変化をモニタすることにより、機能不良の
弁を判断して、その弁の実際の摩耗状態を調整するため
に機械的に介入することが可能である。
【００１３】全ての場合において、摩耗状態の定期的点
検を必要とし、それには圧縮機を停止することが必要で
あり、前述と同じ不利益を伴う。
【００１４】代わりに、圧縮機が正常に働いている間に
弁の状態を評価するために、弁が摩耗した後に弁が圧縮
されたガスの１部を再循環させる時に、弁が音波を放出
する現象を利用することが知られている。
【００１５】事実、シリンダの弁は、吸入及び吐出側の
両方とも、リングの破損を受ける可能性があり、あるい
はリング自体と対応する停止座の間にごみまたは固形物
があるために誤動作をする可能性がある。
【００１６】これらの全ての場合において、ガスの逆流
状態があり、その逆流が圧縮段階の間に加熱するので、
弁自体、対応する弁キャップ、及びシリンダ本体の温度上
昇を生じる。
【００１７】弁とその座の間で接触するシール面の進行
性の生理学的な劣化により、或る期間にわたってこれら
表面に形成される凸凹の結果として、圧縮機の高圧側と
低圧側の間にガスの再循環の現象が生じる。
【００１８】ガスの再循環は、接触面の凸凹を通して逸
出する多数のガス小噴流により引き起こされ、音波ある
いは超音波の放射を生じる。従って、この放射を測定す
ることは、表面の摩耗状態に関する評価の指標を与え
る。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、弁のメンテナンスのために機械を停止することが本
当に必要であることを使用中に操作員に警告することが
できるような、機能不良の弁により生じる音放射を遠隔
的にモニタすることが可能になる、往復動圧縮機の吸入
弁及び吐出弁の摩耗状態を診断するためのシステムを示
すことである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明によるこの目的及
び他の目的は、請求項１による往復動圧縮機の吸入弁及
び吐出弁の摩耗状態を遠隔診断するためのシステムによ
り達成される。
【００２１】本発明の好ましいけれども非限定的な実施
形態によると、さらに、診断のためのシステムは、モニ
タされる弁位置において圧縮機の各シリンダに取り付け
られ、弁のノイズにより生じる振動を信号増幅装置に送
信される高周波電気信号に変換する圧電震度センサを用
いる。
【００２２】さらに、電子処理制御手段は、弁の音放射
の超音波領域内で作動する信号濾波装置、入力信号の包
絡線を求め、得られた信号が３０ｋＨｚの通過帯域を持
つ包絡線検波器、及び電話回線、無線ブリッジ、または
人工衛星、またはインターネット／イントラネット・ネ
ットワークのような通信チャネルでデータを送信するた
めのマルチプレクサを含む。好都合なことに、本発明に
よる往復動圧縮機の吸入弁及び吐出弁の摩耗状態を診断
するためのシステムは、機能不良及び今にも破損しそう
な状態の弁により生じる音放射を遠く離れた位置から遠
隔的にモニタし、機械の位置にいる操作員に弁をメンテ
ナンスするかまたは弁を完全に交換するために、機械を
停止させることが本当に必要であることを警告するよう
なことを可能にする。
【００２３】この方法により、操作員は、定期的または
計画された圧縮機の停止あるいは弁の何らかの破損を修
理するための緊急時の介入を引き受ける必要はもはやな
く、逆に、弁の異常の場合に、悪い状態の現象の発生を
遅滞なく探知して、その位置を突き止めることが可能に
なる。
【００２４】さらに、本発明の主題である診断のための
システムにより、弁のメンテナンスのために介入する必
要がある圧縮機の特定のシリンダを機械の操作員に正確
に知らせることが可能になる。
【００２５】往復動圧縮機は、ラジアル弁または軸方向
弁を備える１２個までのシリンダを含むことが可能であ
るという事実を考慮に入れれば、いったん機能不良の弁
の所在が突き止められたら不必要になるはずの完全な一
連の分解作業を廃止するので、この可能性は極めて有利
である。
【００２６】結局、或る期間にわたってノイズの増大を
評価することが、弁の残りの寿命を示すことになるの
で、実際に必要な場合にのみ弁の交換のために機械を停
止することが可能になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明による往復動圧縮機の吸入
弁及び吐出弁の摩耗状態を診断するためのシステムの特
徴及び利点は、添付のがい略図を参照して、非制限的な
実例として提示されている典型的な実施形態についての
以下の説明から明らかになるであろう。
【００２８】前述の図を参照して、１４は、往復動圧縮
機２０のそれぞれラジアル弁または軸方向弁を備える形
式とすることができるシリンダを概略的に示し、また１
２は圧電センサを示し、圧電センサの各々は、対応する
吸入弁または吐出弁に近接してシリンダ１４のヘッドの
垂直方向外側表面１０上に配置される。
【００２９】２２は増幅装置を示し、その各々は対応す
る圧電センサ１２に密接にまた局部的に結合されてお
り、また２４は増幅器２２により出力された信号を測定
するためのブロックを示し、マルチプレクサ、包絡線測
定器、及び電子データ取得システムを含む。これらの装
置は、圧縮機２０の近傍に設けられる適当な制御区域に
通常取り付けられる。
【００３０】同じ区域内に、モデム２６も取り付けられ
て、その入力部はブロック２４による出力信号を受信す
る。
【００３１】モデム２６により処理された信号は、次に
遠隔診断センタ１６に送信するために、電話回線２８で
送信される。
【００３２】往復動圧縮機２０の各シリンダ１４に取り
付けられる各圧電震度センサ１２は、機能不良の状態の
弁のノイズにより生じる振動を１０００ｋＨｚほどにな
り得る周波数を備える電気信号に変換する。
【００３３】各センサ１２に接続された局部増幅器２２
により得られる信号を増幅した後、その信号は、７００
〜１０００ｋＨｚ（弁のノイズの超音波領域）の周波数
帯域で濾波され、ブロック２４で包絡線が求められ、得
られた信号は３０ｋＨｚの通過帯域を有する。
【００３４】ブロック２４内のマルチプレクサは、信号
のデジタル化を可能にするので、信号は、モデム２６又
は他の適当な送信手段（無線ブリッジ、人工衛星、イン
ターネット／イントラネット・ネットワーク等）を介し
て対応する遠隔診断センタ１６に送信される。
【００３５】受信した包絡線の信号波形の振幅に基づい
て、遠隔診断センタ１６の操作員は、既知の形式の自動
警告システムに支援される。自動警告システムは、超音
波領域内のノイズが所定の振幅値を超える場合に、１つ
または複数の弁のメンテナンスを実行する必要があるこ
とを圧縮機２０の操作員に警告することができる。
【００３６】この方法により、遠隔診断センタ１６は、
機械の操作員が弁の定期的点検のための時機を正確に設
定しなければならないことを防止し、あるいは弁の突然
の破損により緊急修理を行なわなければならないことを
防止する。
【００３７】図２及び図３は、往復動圧縮機２０のシリ
ンダ１４に取り付けられた圧電震度センサ１２から得ら
れる２つの信号の包絡線をそれぞれ示す。
【００３８】特に、図2のグラフは、弁には認められる
摩耗がない場合のシリンダ１４に取り付けられたセンサ
１２から得られた信号の包絡線を表わす。実際のとこ
ろ、信号Ｖの振幅の時間ｔでの電圧の平均値から純粋に
機械的摩擦の現象により生じるピーク値を差し引いた値
は、極めて低い。
【００３９】一方、図3のデカルト座標のグラフは、時
間ｔでの平均信号値Ｖが極めて高いので、弁のメンテナ
ンスを必要とする激しい摩耗を表わしている。
【００４０】実際には、受信した信号の波形に基づい
て、遠隔診断センタ１６は、機械操作員に遠隔的に連絡
を送信するので、必要とされる時点でかつ時宜を得て弁
のメンテナンスを管理する。
【００４１】この連絡は、遠隔モニタセンタ１６の一連
のモニタ装置上に信号を表示することに基づいて行なわ
れる。モニタ装置は、全ての圧電震度センサにより測定
される信号または警告及び停止に関連する（平均値とし
て）測定された最高値信号を表示する機能、及び機械に
取り付けたセンサの配置状態を表示する機能を行なう。
【００４２】同じ作動を行い同じ機能を行なう弁から得
られた信号は、診断センタ１６のモニタ装置で連続的に
比較され、診断センタ１６は、検知された信号のうちの
１つが正常と考えられる信号の平均値から外れている場
合に、警告を出す。
【００４３】この方法により、１つの弁の機能不良は、
同じ圧縮段階をもつシリンダ１４の別に作動している他
の吸入弁または圧力弁と比較されて、直ちに機械操作員
の注意を喚起する。
【００４４】上述の説明によって往復動圧縮機の吸入弁
及び吐出弁の摩耗状態を遠隔診断するための本発明によ
るシステムの特徴及び利点が、明らかにされている。
【００４５】特に、それらを、以下に記載する。
【００４６】機械の操作員にメンテナンスのために本当
に機械を停止する必要があることを警告するために、往
復動圧縮機の弁により生じるノイズを遠隔的にモニタす
ることができる。
【００４７】機械の計画された定期的停止または弁の何
らかの破損を修理するための緊急の介入は、必要ではな
い。
【００４８】弁のメンテナンスを行なうために処置がと
られなければならないシリンダに関する正確な情報によ
り、不必要な分解を回避することができる。
【００４９】結局、本発明の概念に固有である新規な原
則から離れることなく、本発明の主題である往復動圧縮
機の吸入及び吐出弁の摩耗状態を遠隔診断するためのシ
ステムに他の多くの変更を加えることができることは明
らかである。
【００５０】本発明の実施可能な実施形態においては、
要求に応じていかなる材質、大きさ、形式も使用可能で
あり、技術的に均等の他のものと置き換えることも可能
であることは明らかである。
【００５１】本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によ
り定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 軸方向弁を有する往復動圧縮機のシリンダに
も適用され得るということに留意した上で、ラジアル弁
を備えるシリンダを全般的に図式化した、往復動圧縮機
の吸入弁及び吐出弁の摩耗状態を遠隔診断するための本
発明によるシステムのブロック図。
【図２】 弁がかなり摩耗した状態における、図１によ
る往復動圧縮機のシリンダに取り付けられたセンサから
得られた信号の包絡線を表わすデカルト座標のグラフ。
【図３】 弁が無視できる程度に摩耗している状態にお
ける、図１による往復動圧縮機のシリンダに取り付けら
れたセンサから得られた信号の包絡線を表わすデカルト
座標のグラフ。
【符号の説明】
１０ シリンダのヘッドの垂直方向外側表面 １２ 圧電震度センサ １４ シリンダ １６ 遠隔診断センタ ２０ 往復動圧縮機 ２２ 局部増幅器 ２４ 電子処理制御手段 ２６ モデム ２８ 通信回線

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 往復動圧縮機（２０）の吸入弁及び吐出
    弁が摩耗した後にそれら弁が圧縮ガスの１部を再循環さ
    せる際に、放出される音放射を用いることに基づく形式
    で、摩耗状態を遠隔診断をするシステムであって、 前記弁は、前記往復動圧縮機のシリンダ（１４）の１つ
    の上に配置される少なくとも１つのセンサ装置（１２）
    を備え、該センサ装置に組み合わされ入力信号を増幅し
    て電子処理制御手段（２４）にそれを送信する増幅装置
    （２２）を備えており、次に前記電子処理制御手段は少
    なくとも１つの通信回線（２８）により遠隔診断モニタ
    システム（１６）に接続されていることを特徴とするシ
    ステム。
  2. 【請求項２】 前記診断モニタシステム（１６）は、前
    記弁の音放射を遠隔的にモニタし、前記圧縮機（２０）
    を停止して前記弁にメンテナンスを行なう必要があるこ
    とを操作員に警告することを特徴とする、請求項１に記
    載の往復動圧縮機（２０）の吸入弁及び吐出弁の摩耗状
    態を遠隔診断するためのシステム。
  3. 【請求項３】 前記センサ装置（１２）は、前記弁の音
    放射により生じる振動を前記増幅装置（２２）に送信さ
    れる高周波電気信号に変換する圧電震度センサで構成さ
    れ、該圧電震度センサは、モニタされる前記対応する弁
    の位置において前記シリンダ（１４）のヘッドの外側表
    面上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の
    往復動圧縮機（２０）の吸入弁及び吐出弁の摩耗状態を
    遠隔診断するためのシステム。
  4. 【請求項４】 前記電子処理制御手段（２４）は、前記
    信号を濾波するための少なくとも１つの装置、包絡線検
    波器及びデジタイザ変換器を含むことを特徴とする、請
    求項１に記載の往復動圧縮機（２０）の吸入弁及び吐出
    弁の摩耗状態を遠隔診断するためのシステム。
  5. 【請求項５】 前記濾波装置は、前記弁の音放射の超音
    波領域内で作動することを特徴とする、請求項４に記載
    の往復動圧縮機（２０）の吸入弁及び吐出弁の摩耗状態
    を遠隔診断するためのシステム。
  6. 【請求項６】 前記包絡線検波器は、前記信号入力の包
    絡線を求め、得られた信号は３０ｋＨｚの通過帯域を持
    つことを特徴とする、請求項４に記載の往復動圧縮機
    （２０）の吸入弁及び吐出弁の摩耗状態を遠隔診断する
    ためのシステム。
  7. 【請求項７】 前記通信回線（２８）は、少なくとも１
    つのモデム（２６）と１つの電話回線（２８）、又は無
    線ブリッジ、又は人工衛星、又はインターネット／イン
    トラネット・ネットワークとを含むことを特徴とする、
    請求項１に記載の往復動圧縮機（２０）の吸入弁及び吐
    出弁の摩耗状態を遠隔診断するためのシステム。
  8. 【請求項８】 受信した前記包絡線信号の波形の振幅の
    平均値から機械的摩擦ピーク値を差し引いた値に基づい
    て、前記遠隔診断システム（１６）は、前記超音波領域
    内の前記弁の放射が所定の振幅値を超えた場合に、自動
    警告システムに支援されて、前記圧縮機（２０）の１つ
    又は複数の弁にメンテナンスを行なう必要があることを
    警告することを特徴とする、請求項６に記載の往復動圧
    縮機（２０）の吸入弁及び吐出弁の摩耗状態を遠隔診断
    するためのシステム。
  9. 【請求項９】 前記センサ装置（１２）及び前記増幅装
    置（２２）は、前記圧縮機（２０）の前記シリンダ（１
    ４）上に取り付けられ、一方、前記電子処理制御手段
    （２４）は、前記機械に取り付けられて、相互にまたデ
    ータ取得システムに相互接続されることを特徴とする、
    請求項１に記載の往復動圧縮機（２０）の吸入弁及び吐
    出弁の摩耗状態を遠隔診断するためのシステム。
  10. 【請求項１０】 実質的に説明され、請求され、特定さ
    れた目的に叶う往復動圧縮機（２０）の吸入弁及び吐出
    弁の摩耗状態を遠隔診断するためのシステム。
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