JP2006178712A - 設備機器の自己診断方法およびそれを適用したスクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】設備機器の自己診断について、メンテナンス時期の長期予測を可能とし、長期間にわたる継続運転を必要とする設備機器についても適切なメンテナンス対応をできるようにする。
【解決手段】設備機器やその部品について適宜に監視項目を設定し、その監視項目の監視に基づいてメンテナンス時期を求めるようにされている設備機器の自己診断方法について、監視項目として、備機器やその部品の劣化程度に関するデータの経時的な変化割合を用いるようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業分野などで使用される各種設備機器についてメンテナンス時期を自己診断する技術に関する。

例えば電子機器や食品あるいは化学製品などの製造分野で広く用いられているオイルフリースクリュー圧縮機の例のように、産業分野で使用される各種設備機器は、適切な時期にメンテナンスを行う必要のあるのが一般的で、そのためにさまざまな方法やシステムが提案されている。例えば、特許文献１には、設備に設置した測定機器で設備の動作状態を定期的に測定し、その測定データをもとに設備の劣化を診断するについて、測定データを予め設定の診断レベル値と比較して設備の劣化を診断し、トラブル発生原因部位や部品を推定するようにした「設備の劣化診断方法と劣化診断装置」が開示されている。また特許文献２には、測定データを予め設定の診断レベル値と比較して設備の劣化を診断するについて、診断レベル値に対する測定データの近接度を求め、その近接度に基づいて複数の監視項目のトラブル発生順位を算出するようにした「設備の劣化診断方法と劣化診断装置」が開示されている。さらに特許文献３には、多数の顧客プラントに分散配置された圧縮機の運転情報をインターネットなどで収集して遠隔的に監視する「圧縮機の遠隔監視システム」が開示されている。

特開２００４−２２７３５７号公報 特開２００３−２２８４１３号公報 特開２００３−９１３１３号公報

上記のように設備機器のメンテナンスを適切に行えるようにするためにさまざまな技術が提案されているが、これら従来の技術は、いずれもその基本として、設備機器やその部品の劣化状態などについて適宜に監視項目を設定し、その監視項目の監視に基づいて設備機器や部品が特定の状態になったと判断されたらメンテナンスの必要性について警告などを発するという手法をとっている。

このような手法は、メンテナンスの必要性を生じたら速やかにその設備機器を停止させて必要な修理や部品の交換などを行える設備機器については有効である。しかし圧縮機のように生産ラインの全体的な活動にとって不可欠であり、例えば数ヶ月から１年といった長期間にわたる継続運転を必要とする設備機器では、メンテナンスの必要性を警告されてもすぐにそれに対処することができない場合が少なからずあり得る。そしてそのような状況になった場合には、必要なメンテナンスを行えないことで、結果として大きなトラブルを招くことにもなりかねない。

本発明は以上のような事情を背景になされたものであり、メンテナンス時期の長期予測を可能とし、長期間にわたる継続運転を必要とする設備機器についても適切なメンテナンス対応を可能とする設備機器の自己診断方法の提供を一つの目的とし、またそれを適用したスクリュー圧縮機の提供を他の目的としている。

上記一つの目的のために本発明では、設備機器やその部品について監視項目を設定し、その監視に基づいてメンテナンス時期を求めるようにされている設備機器の自己診断方法において、前記監視項目として、前記設備機器やその部品の劣化程度に関するデータの経時的な変化割合を用いるようにされていることを特徴としている。

また本発明では上記のような設備機器の自己診断方法について、前記設備機器が、ガスの圧縮動作を行う圧縮機本体を備えたスクリュー圧縮機であり、前記劣化程度に関するデータが前記圧縮機本体における圧縮比であるものとしている。

また本発明では上記他の目的のために、ガスの圧縮動作を行う圧縮機本体を備えたスクリュー圧縮機において、前記圧縮機本体に吸入される吸入ガスの圧力と前記圧縮機本体からの圧縮ガスの圧力とから求まる前記圧縮機本体における圧縮比を連続的に監視することで前記圧縮比の経時的な変化割合を求め、その変化割合から前記圧縮機本体における前記圧縮比が予め設定の限界値に達する時期をメンテナンス時期として算出するメンテナンス時期演算手段を備えていることを特徴としている。

本発明では、監視項目として、設備機器やその部品の劣化程度に関するデータの経時的な変化割合を用いてメンテナンス時期を求めるようにしている。このため本発明によれば、メンテナンス時期の長期予測が可能となり、設備機器が例えば数ヶ月から１年といった長期間にわたる継続運転を必要とされる場合でも、十分な余裕を持ってメンテナンス計画を立てることが可能となり、適切な時期にメンテナンスを行うことができるようになる。このような自己診断方法は、長期間にわたる継続運転を必要とする場合の多い設備機器であるスクリュー圧縮機において特に有効である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明は、産業分野などで使用されるさまざまな設備機器に適用することができる。代表的な実施の形態例としてはスクリュー圧縮機の自己診断、特にスクリュー圧縮機における圧縮機本体についての劣化程度の自己診断がある。本発明の一実施形態による自己診断方法を適用するスクリュー圧縮機は、一例として図１に示すような構成を有している。

図１のスクリュー圧縮機は、オイルフリー式の２段スクリュー圧縮機で、作動ガスとして空気を対象としており、空気の圧縮を行う圧縮機本体として１段目圧縮機本体１と２段目圧縮機本体２を備えている。１段目圧縮機本体１と２段目圧縮機本体２は同様の構造を有している。その構造の図示は省略してあるが、ケーシング内に設けた雌雄一対のスクリューロータの噛合い回転で空気を圧縮するようにされている。またスクリューロータの回転をオイルフリー（無給油式）で行わせるために、雌雄両スクリューロータの間およびスクリューロータとケーシングの間に所定の隙間（非接触化用の隙間）を設ける非接触構造とされている。これら１段目圧縮機本体１と２段目圧縮機本体２は、雄スクリューロータに電動機３による駆動力を増速機４で増速して伝えることで回転駆動される。

１段目圧縮機本体１は、外部から本体吸入配管５と１段目吸入配管６を介して吸い込まれる空気に１段目の圧縮を加えて１段目圧縮ガスを生成し、それを１段目吐出配管７で吐出する。１段目吸入配管６には、１段目圧縮機本体１に吸入される空気の圧力を検出する１段目吸入ガス圧力検出器８が設けられ、また１段目吐出配管７には、１段目圧縮ガスの圧力を検出する１段目圧縮ガス圧力検出器９が設けられている。１段目圧縮機本体１から吐出された１段目圧縮ガスは、１段目アフタークーラ１１による冷却を経て２段目吸入配管１２で２段目圧縮機本体２に吸い込まれる。２段目圧縮機本体２は、１段目圧縮ガスに２段目の圧縮を加えて２段目圧縮ガスを生成し、それを２段目吐出配管１３で吐出する。２段目吸入配管１２には、２段目圧縮機本体２に吸入される空気の圧力を検出する２段目吸入ガス圧力検出器１４が設けられ、また２段目吐出配管１３には、２段目圧縮ガスの圧力を検出する２段目圧縮ガス圧力検出器１５が設けられている。２段目圧縮機本体２から吐出された２段目圧縮ガスは、２段目アフタークーラ１６による冷却を経て供給先の負荷へ向けて吐出される。

こうした２段スクリュー圧縮機では、１段目圧縮機本体１と２段目圧縮機本体２それぞれに圧縮比が設定される。すなわち１段目圧縮機本体１に圧縮比π１を、また２段目圧縮機本体２に圧縮比π２をそれぞれ設定し、２段スクリュー圧縮機全体の圧縮比πがπ＝π１×π２＝一定となるようにしている。ここで、π１とπ２は、１段目吸入ガス圧力をＰ１Ｓ、１段目圧縮ガス圧力をＰ１Ｄ、２段目吸入ガス圧力をＰ２Ｓ、２段目圧縮ガス圧力をＰ２Ｄとすると、それぞれπ１＝Ｐ１Ｄ／Ｐ１Ｓ、 π２＝Ｐ２Ｄ／Ｐ２Ｓとなる。

オイルフリー式のスクリュー圧縮機における圧縮機本体では、圧縮過程において非接触化用の隙間から圧縮ガスの漏れを生じる。そのため、１段目圧縮機本体１と２段目圧縮機本体２それぞれの圧縮比π１、π２は、圧縮ガス漏れを前提にして非接触化用の隙間を最小にした設計条件で設定されている。

しかしこの圧縮比については、圧縮機を長期間使用すると、空気中の水分などの腐食因子によるスクリューロータやケーシングの腐食減肉で非接触化用の隙間が広がって圧縮ガスの漏れ量が多くなり、これにより圧縮比が設計値より小さくなるという現象である。この現象は、２段スクリュー圧縮機の場合、２段目圧縮機本体２で特に生じやすい。すなわち２段目圧縮機本体２は、１段目圧縮機本体１で圧縮された後に１段目アフタークーラ１１で冷却された飽和状態の圧縮ガスを圧縮するため、圧縮ガス中の水分による腐食が進みやすく、それにより圧縮比が小さくなりやすい。２段目圧縮機本体２の圧縮比が小さくなった場合、圧縮機全体としての圧縮比を保持するため、１段目圧縮機本体１の圧縮比が大きくなることになり、その値が設計限界値を超えた場合、スクリューロータやケーシングが設計値以上の高温となる。そして設計値以上の高温になると熱膨張でスクリューロータやケーシングが接触する状態になってしまう。

スクリューロータやケーシングが接触する状態の発生は避けなければならない。そのために適切な時期に圧縮機本体のメンテナンスを行う必要がある。これについて本発明では、１段目圧縮機本体１と２段目圧縮機本体２それぞれの劣化程度に関するデータの経時的な変化割合（変化勾配）、具体的には１段目圧縮機本体１と２段目圧縮機本体２それぞれの圧縮比についての経時的な変化割合を監視項目とし、その監視項目とした変化割合からメンテナンス時期を求めるようにしている。

より具体的には、１段目吸入ガス圧力検出器８で検出する１段目吸入ガス圧力Ｐ１Ｓと１段目圧縮ガス圧力検出器９で検出する１段目圧縮ガス圧力Ｐ１ＤからＰ１Ｄ／Ｐ１Ｓとして求まる１段目圧縮機本体１の圧縮比π１を連続的に監視することで圧縮比π１の経時的な変化割合を求め、その変化割合から１段目圧縮機本体１の圧縮比が予め設定してある限界値に達する時期をメンテナンス時期として算出する。また同様に、２段目圧縮ガス圧力検出器１５で検出する２段目吸入ガス圧力Ｐ２Ｓと２段目圧縮ガス圧力検出器１４で検出する２段目圧縮ガス圧力Ｐ２ＤからＰ２Ｄ／Ｐ２Ｓとして求まる２段目圧縮機本体１の圧縮比π２を連続的に監視することで圧縮比π２の経時的な変化割合を求め、その変化割合から２段目圧縮機本体２の圧縮比が予め設定してある限界値に達する時期をメンテナンス時期として算出する。これらの演算処理は、コンピュータなどが用いられるメンテナンス時期演算手段１７により行われる。そしてその結果は、表示装置１８に表示される。

以上のように圧縮比の経時的な変化割合を監視項目とし、それに基づいてメンテナンス時期を求めるようにしたことにより、メンテナンス時期の長期予測が可能となる。したがってスクリュー圧縮機が例えば半導体製造設備で使用されており、数ヶ月から１年といった長期間にわたる継続運転を必要とされる場合でも、十分な余裕を持ってメンテナンス計画を立てることが可能となり、適切な時期にメンテナンスを行うことができるようになる。

以上の実施形態はオイルフリー式の２段スクリュー圧縮機に関するものであったが、本発明はこれに限られるものでなく、圧縮機以外の各種設備機器に広く適用することができる。また以上の実施形態では、スクリュー圧縮機における圧縮機本体をメンテナンス対象としていたが、これに限られるものでなく、例えばアフタークーラなどについても同様にメンテナンス対象とすることができる。

本発明は、メンテナンス時期の長期予測を可能とするものであり、産業分野などで使用される各種設備機器に広く利用することができる。

一実施形態による自己診断方法を適用するスクリュー圧縮機の構成を簡略化して示す図である。

符号の説明

１ １段目圧縮機本体
２ ２段目圧縮機本体
８ １段目吸入ガス圧力検出器
９ １段目圧縮ガス圧力検出器
１４ ２段目吸入ガス圧力検出器１４
１５ ２段目圧縮ガス圧力検出器１５
１７ メンテナンス時期演算手段

Claims (3)

1. 設備機器やその部品について監視項目を設定し、その監視に基づいてメンテナンス時期を求めるようにされている設備機器の自己診断方法において、
   前記監視項目として、前記設備機器やその部品の劣化程度に関するデータの経時的な変化割合を用いるようにされていることを特徴とする設備機器の自己診断方法。
2. 前記設備機器が、ガスの圧縮動作を行う圧縮機本体を備えたスクリュー圧縮機であり、前記劣化程度に関するデータが前記圧縮機本体における圧縮比である請求項１に記載の設備機器の自己診断方法。
3. ガスの圧縮動作を行う圧縮機本体を備えたスクリュー圧縮機において、
   前記圧縮機本体に吸入される吸入ガスの圧力と前記圧縮機本体からの圧縮ガスの圧力とから求まる前記圧縮機本体における圧縮比を連続的に監視することで前記圧縮比の経時的な変化割合を求め、その変化割合から前記圧縮機本体における前記圧縮比が予め設定の限界値に達する時期をメンテナンス時期として算出するメンテナンス時期演算手段を備えていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
   

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