JP2007010415A - 軸受異常診断システム、軸受異常診断装置及び軸受異常診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 診断を行う場合に回転機の回転数が変動する場合でも、適切な診断しきい値を迅速に設定することができる軸受異常診断システムを提供する。
【解決手段】 軸受異常診断システム２０を構成する設備保全コンピュータ１７は、加速度ピックアップ１５によって測定された軸受１３の振動データが与えられると当該振動データの代表値を算出し、軸受１３の型式データ及びＰＬＣ３より取得した回転速度情報に基づいて、データベース１９より対応する診断しきい値を読み出して、前記代表値と診断しきい値とを比較することで軸受１３の異常診断を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転機の軸受部分に発生する振動を測定し、測定した振動データから算出した代表値と事前に登録してある診断しきい値とを比較することで、前記軸受の異常判定を行う回転機の軸受異常診断システム、軸受異常診断装置及び軸受異常診断方法に関する。

回転機の軸受について異常診断を行う場合、従来は、軸受の温度を測定したり、軸受の振動状態を測定することで行なっている。後者については、振動源付近に振動検出用のピックアップを設置して、測定された振動データを、ピックアップ用インターフェイスのハードウエアを介して分析診断を行うコンピュータなどに転送する。すると、診断コンピュータは、振動データより診断用の代表値を求め、その代表値と予め用意されている診断しきい値とを比較した結果に基づいて、軸受に損傷等が発生しているか否かを診断するようになっている。ここで、前記代表値としては、例えば振動加速度の実効値やピーク値、振動変位のピーク値等の兆候パラメータや、振動データにおける特定周波数成分のパワースペクトルなどである。斯様な診断システムの一例は、特許文献１などに開示されている。
特開２００３−１４９０９０号公報

一般に、軸受において測定される振動加速度は、回転数の変動に応じて変化する。例えばポンプなどは負荷に応じて回転数が常に変動するため、上記のように診断を行う場合には、その変動に合せて診断しきい値も変更しなければ正確な診断を行うことはできない。しかしながら、従来はそのような問題を考慮して診断を行うものは存在しなかった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、診断を行う場合に回転機の回転数が変動する場合でも、適切な診断しきい値を迅速に設定することができる軸受異常診断システム、軸受異常診断装置及び軸受異常診断方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の軸受異常診断システムは、回転機の軸受部分に発生する振動を測定し、測定した振動データから算出した代表値と事前に登録してある診断しきい値とを比較することで、前記軸受の異常診断を行うものにおいて、
前記軸受に発生する振動を測定する振動測定手段と、
前記回転機又は前記軸受の型式と、前記回転機の回転速度とに応じて設定される診断しきい値が記憶されている診断しきい値記憶手段と、
前記回転機又は前記軸受の型式データを入力する型式入力手段と、
前記回転機の回転速度情報を取得する速度情報取得手段と、
前記振動測定手段によって測定された振動データが与えられると当該振動データの代表値を算出し、前記型式データ及び前記回転速度情報に基づいて前記診断しきい値記憶手段より対応する診断しきい値を読み出して、前記代表値と前記診断しきい値とを比較することで前記軸受の異常診断を行う診断手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の軸受異常診断装置は、回転機の軸受部分に発生する振動を測定し、測定した振動データから算出した代表値と事前に登録してある診断しきい値とを比較することで、前記軸受の異常診断を行うものにおいて、
前記回転機又は前記軸受の型式と、前記回転機の回転速度とに応じて設定される診断しきい値が記憶されている診断しきい値記憶手段と、
前記回転機又は前記軸受の型式データを入力する型式入力手段と、
前記回転機の回転速度情報を取得する速度情報取得手段と、
前記軸受に発生する振動を測定する前記振動測定手段によって測定された振動データが与えられると当該振動データの代表値を算出し、前記型式データ及び前記回転速度情報に基づいて前記診断しきい値記憶手段より対応する診断しきい値を読み出して、前記代表値と前記診断しきい値とを比較することで前記軸受の異常診断を行う診断手段とを備えたことを特徴とする。

斯様に構成すれば、作業者は、診断対象となる軸受若しくはその軸受が組み付けられている回転機の型式を入力指定すれば、診断手段は、その型式情報と速度情報取得手段により取得された回転機の回転速度情報とに対応する診断しきい値を、診断しきい値記憶手段より読み出して設定する。そして、振動測定手段によって測定された振動データの代表値を求め、前記診断しきい値と比較することで軸受の異常診断を行う。従って、回転機の回転速度が頻繁に変動するような場合でも、その変動に応じた適切な診断しきい値が自動的に読み出されて設定されるので、作業者が、診断しきい値を一々選択して設定する必要がなくなる。

本発明によれば、軸受異常診断の作業効率が向上すると共に、診断の精度も向上させることができる。

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。図１は、回転機の制御システム、及びそのシステムに付随して構成されている軸受異常診断システムの構成を示すものである。制御システム１は、システム制御コンピュータ２が複数のプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）３を統括的に制御するようになっており、各ＰＬＣ３は、インバータ４を介して例えば誘導モータなどの電動機（回転機）５を駆動制御する。
電動機５の回転軸６の先端部と、例えばファンやポンプなどである負荷装置７の回転軸８の先端部とには、夫々円柱状の接合板９，１０が固定装着されており、両者がボルトにより固定されることで双方の回転軸６及び８が連結されている。また、電動機フレーム１１の両端には、回転軸６を支えるためのころがり軸受（以下、単に軸受と称す）１３が装着されており、この軸受１３は電動機フレーム１２のハウジング１４内に収容されている。

軸受１３を収容するハウジング１４において、外周面の上側部には、振動測定手段たる圧電素子製の加速度ピックアップ１５が取り付けられている。加速度ピックアップ１５は、電動機５の回転軸６が回転することで振動を受けると、圧電素子によってその振動がアナログの電気信号（振動信号）に変換される。そして、この振動信号が信号線１６を介してＰＬＣ３に入力されると、Ａ／Ｄ変換されたデータが設備保全コンピュータ（型式入力手段，速度情報取得手段，診断手段，診断装置）１７に送信される。
また、システム制御コンピュータ２，ＰＬＣ３，設備保全コンピュータ１７は、例えばＬＡＮなどの通信ネットワーク１８を介して相互に接続されている。そして、システム制御コンピュータ２がＰＬＣ３を介してインバータ４に出力する回転周波数指令は、設備保全コンピュータ１７にも送信されるようになっている。

設備保全コンピュータ１７は、軸受の異常診断を行うための診断しきい値が記憶されているデータベース（サーバ）１９を備えており、入力された診断対象の条件に応じた診断しきい値をデータベース（診断しきい値記憶手段）１９より読み出す。そして、加速度ピックアップ１５によって測定される振動加速度データと診断しきい値とを比較することで、軸受１３の異常診断を行うようになっている。
尚、以上の構成において、加速度ピックアップ１５、データベース１９を含む設備保全コンピュータ１７は、軸受異常診断システム２０を構成している。

次に、本実施例の作用について図２乃至図６も参照して説明する。
＜診断しきい値の設定登録＞
図２は、後に診断対象となる電動機５及び軸受１３について、予め診断しきい値を設定し、データベース１９に登録するための手順を示すフローチャートである。尚、このフローに従う測定は、電動機５及び軸受１３を最初に設置した時点、若しくは、それらの保守点検を行なった後や軸受１３を交換した後に行なうようにする。

先ず、システム制御コンピュータ２が、ＰＬＣ３を介して電動機５を所定回転数で駆動する（ステップＳ１）。そして、設備保全コンピュータ１７は、その時点における電動機５の回転数を、ＰＬＣ３がインバータ４に出力している回転数指令値より取得する（ステップＳ２）。尚、回転数は、ＰＬＣ３より取得することに替えて、回転速度計等により実測しても良いことは勿論である。続いて、設備保全コンピュータ１７は、加速度ピックアップ１５によって測定される軸受１３の振動加速度を測定し、その代表値（例えばオーバーオール（ＯＡ）値等）を計測（算出）する（ステップＳ３）。
次に、システム制御コンピュータ２−ＰＬＣ３による電動機５の駆動回転数を変更する（ステップＳ４）。そして、所定の測定ポイント（例えば、７ポイント）を得るまで（ステップＳ５，「ＮＯ」）、ステップＳ１〜Ｓ４を繰り返し実行する。尚、図３は、測定ポイントＡ１〜Ａ７の一例を示すもので、横軸は電動機５の回転数、縦は加速度Ｇ（の代表値）である。

測定を終了すると（ステップＳ５，「ＹＥＳ」）、測定ポイントＡ１〜Ａ７より診断しきい値の近似曲線Ｃ１を算出する（ステップＳ６）。それから、近似曲線Ｃ１のデータをｎ倍することで上限曲線Ｃ２を算出する（ステップＳ７）。すると、図３に示すように、
診断時における測定結果が、診断しきい値の曲線Ｃ１以下の領域にあれば「良好」と判定され、曲線Ｃ２と曲線Ｃ１との間の領域にあれば「注意」と判定される。そして、診断時における測定結果が曲線Ｃ２を超える領域にあれば「危険」と判定されるようになっている。
ここで、曲線Ｃ１のデータに乗じて曲線Ｃ２を算出するための係数「ｎ」は、電動機５や軸受１３の使用経年数に応じて設定する。例えば、設置直後又は交換直後の場合は、測定される振動、即ち加速度の代表値は小さいので「３」などに設定する。そして、経年数が増えると加速度の代表値も大きくなるので、例えば、設置又は交換の時点から数年（設定されている交換周期の１／２程度）が経過していれば「２」などに設定する。

最後に、設備保全コンピュータ１７は、電動機５及び軸受１３の型式と共に、診断しきい値曲線Ｃ１，Ｃ２のデータをデータベース１９に登録する（ステップＳ８）。そして、測定を終了する。
また、例えば軸受の型式に応じてロータ径Ｄが異なる場合は、図４に示すように夫々の、ロータ径Ｄ１〜Ｄ３に応じて異なるしきい値曲線が得られる。通常、ロータ径Ｄが大きくなるにつれて、診断しきい値も大きくなる傾向を示す。

＜軸受診断測定＞
次に、図５は、以上のようにして図２の手順に従い、診断対象として想定される電動機５及び軸受１３について診断しきい値データを得た後、実際に診断測定を行う場合の手順を示すフローチャートである、この場合も、システム制御コンピュータ２−ＰＬＣ３によって電動機５が駆動制御されている状態を前提とする。作業者は、先ず、設備保全コンピュータ１７に、軸受１３の型式を入力する（ステップＳ１１）。すると、設備保全コンピュータ１７は、その時点でＰＬＣ３がインバータ４に出力している回転数指令値を取得し（ステップＳ１２）、データベース１９より、上記型式及び回転数に対応する診断しきい値を読み出す（ステップＳ１３）。尚、ステップＳ１２で取得する回転数を実測しても良いことは、図２に示すステップＳ２と同様である。
続いて、設備保全コンピュータ１７は、加速度ピックアップ１５によって測定される軸受１３の振動加速度を取得し（ステップＳ１４）、その加速度の代表値を算出する（ステップＳ１５）。尚、ここでは、データベース１９に登録されている診断しきい値の種類に応じて、上記加速度に基づく速度或いは加速度の変位について代表値を算出しても良い。

次に、設備保全コンピュータ１７は、ステップＳ１３で読み出した診断しきい値と、ステップＳ１５で算出した加速度の代表値とを比較し、「良好」、「注意」、「危険」の判定を行う（ステップＳ１６）。この場合、図６に示すように、図２の処理結果によって得られた近似曲線Ｃ１，Ｃ２が診断しきい値たる判定カーブ１，２となり、ステップＳ１２で取得された回転数に応じた値がデータベース１９より読み出される。そして、例えば回転数がＮ１の場合、対応する判定カーブ１，２の値はＸ１，Ｙ１となり、回転数がＮ２の場合、判定カーブ１，２の値はＸ２，Ｙ２となる。

判定結果が「良好」であれば軸受１３に問題はなく、「注意」であれば短期間内に保守点検を行なうようにする。そして、「危険」であれば軸受１３に損傷が発生しているものと推定されるので、直ちに電動機５の運転を停止して状態の確認や軸受１３の交換等を行う必要がある。それから、設備保全コンピュータ１７は、上記判定結果をディスプレイに表示させたり、或いは図示しないプリンタ等に印字出力したり、通信ネットワーク１８を介して他の端末（パソコン等）に電子メールとして送信する（ステップＳ１７）。
尚、上記の診断に関するより詳細な説明については、特許文献１に開示されている。

以上のように本実施例によれば、軸受異常診断システム２０を構成する設備保全コンピュータ１７は、加速度ピックアップ１５によって測定された軸受１３の振動データが与えられると当該振動データの代表値を算出し、軸受１３の型式データ及びＰＬＣ３より取得した回転速度情報に基づいて、データベース１９より対応する診断しきい値を読み出して、前記代表値と診断しきい値とを比較することで軸受１３の異常診断を行うようにした。
従って、電動機５の回転速度が頻繁に変動する場合でも、その変動に応じた適切な診断しきい値が自動的に読み出されて設定されるので、作業者が、診断しきい値を一々選択して設定する必要がなくなり、診断作業の効率を大幅に向上させることができる。また、診断精度も向上させることができる。更に、電動機５はファン若しくはポンプを負荷装置７として回転駆動するので、負荷変動、即ち回転数の変動が比較的大きくなるものに本発明を有効に適用して異常診断を正確に行うことができる。

そして、設備保全コンピュータ１７は、診断対象となる電動機５について、その回転速度を変化させた場合に軸受１３に発生する振動を加速度ピックアップ１５により順次測定し、測定された振動データについて代表値を算出することで、電動機５又は軸受１３の回転速度に応じた診断しきい値データを生成し、データベース１９に記憶させるので、事前に診断対象に応じたしきい値データを用意しておくことで、異常診断を一層正確に行うことができる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
最初にデータベース１９より読み出す診断しきい値については、作業者が回転数を設定入力しても良い。若しくは、デフォルト値を設定しておき、最初は常にそのデフォルト地に対応する診断しきい値を読み出すようにしても良い。そして、実際に電動機５が運転された場合の回転数が、上記設定値と異なっている場合は、実際の回転数に応じた診断しきい値を読み出して更新するようにしても良い。
軸受は、ころがり軸受１３に限ることなく、どのようなタイプの軸受を診断対象としても良い。
軸受１３の型式を指定することに替えて、電動機５の型式を指定しても良い。
設備保全コンピュータ１７が有している機能を、パーソナルコンピュータや、特許文献１に開示されているような携帯可能なＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の情報端末に搭載することで、診断装置を構成しても良い。
例えば、電動機５が設置されている環境、例えば床の剛性等が異なると、測定される診断加速度も異なることが考えられる。従って、そのように剛性が異なる床との組み合わせについても予め診断しきい値を測定しておき、診断測定を行う場合に床の剛性を示すパラメータも指定して、対応する診断しきい値を読み出すようにしても良い。

設備保全コンピュータ１７は、必ずしも図２のフローチャートを実行して予め診断しきい値データを生成し、データベース１９に登録させておく必要はない。診断しきい値データについては、別のしきい値データ設定用のコンピュータで生成して登録させるようにしたり、或いは、別の現場において、同じ形式の電動機５及び軸受１３の型式について既に生成されているものや、標準的な診断しきい値としてメーカにより用意されているものを読み出して流用しても良い。
負荷装置７は、ファンやポンプに限ることなく、その他例えばコンプレッサなどであっても良い。
振動測定手段は、加速度ピックアップ１５に限らず、マイクロフォンにより振動を音声信号として測定するものであっても良い。
通信ネットワーク１８は、無線ＬＡＮであっても良い。
電動機５に限ることなく、発電機に適用しても良い。

本発明の一実施例であり、回転機の制御システム、及びそのシステムに付随して構成されている軸受異常診断システムの構成を示す図 診断対象となる電動機及び軸受について、予め診断しきい値を設定するための手順を示すフローチャート 図２のフローチャートに従って、得られる測定ポイントの一例を示す図 電動機のロータ径が異なる場合について、夫々得られる診断しきい値曲線の一例を示す図 電動機及び軸受について診断測定を行う場合の手順を示すフローチャート 図５のフローチャート中で読み出される診断しきい値データの一例を示す図

符号の説明

図面中、５は電動機（回転機）、７は負荷装置、１３はころがり軸受、１５は加速度ピックアップ（振動測定手段）、１７は設備保全コンピュータ（型式入力手段，速度情報取得手段、診断手段、診断装置）、１９はデータベース（診断しきい値記憶手段）、２０は軸受異常診断システムを示す。

Claims (5)

1. 回転機の軸受部分に発生する振動を測定し、測定した振動データから算出した代表値と事前に登録してある診断しきい値とを比較することで、前記軸受の異常診断を行う回転機の軸受異常診断システムにおいて、
   前記軸受に発生する振動を測定する振動測定手段と、
   前記回転機又は前記軸受の型式と、前記回転機の回転速度とに応じて設定される診断しきい値が記憶されている診断しきい値記憶手段と、
   前記回転機又は前記軸受の型式データを入力する型式入力手段と、
   前記回転機の回転速度情報を取得する速度情報取得手段と、
   前記振動測定手段によって測定された振動データが与えられると当該振動データの代表値を算出し、前記型式データ及び前記回転速度情報に基づいて前記診断しきい値記憶手段より対応する診断しきい値を読み出して、前記代表値と前記診断しきい値とを比較することで前記軸受の異常診断を行う診断手段とを備えたことを特徴とする軸受異常診断システム。
2. 前記回転機は、ファン若しくはポンプを回転駆動するものであることを特徴とする請求項１記載の軸受異常診断システム。
3. 診断対象となる回転機について、その回転速度を変化させた場合に前記軸受に発生する振動を前記振動測定手段により順次測定し、測定された振動データについて代表値を算出することで、前記回転機又は前記軸受の回転速度に応じた診断しきい値データを生成し、前記診断しきい値記憶手段に記憶させる診断しきい値生成手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の軸受異常診断システム。
4. 回転機の軸受部分に発生する振動を測定し、測定した振動データから算出した代表値と事前に登録してある診断しきい値とを比較することで、前記軸受の異常診断を行う回転機の軸受異常診断装置において、
   前記回転機又は前記軸受の型式と、前記回転機の回転速度とに応じて設定される診断しきい値が記憶されている診断しきい値記憶手段と、
   前記回転機又は前記軸受の型式データを入力する型式入力手段と、
   前記回転機の回転速度情報を取得する速度情報取得手段と、
   前記軸受に発生する振動を測定する前記振動測定手段によって測定された振動データが与えられると当該振動データの代表値を算出し、前記型式データ及び前記回転速度情報に基づいて前記診断しきい値記憶手段より対応する診断しきい値を読み出して、前記代表値と前記診断しきい値とを比較することで前記軸受の異常診断を行う診断手段とを備えたことを特徴とする軸受異常診断装置。
5. 回転機の軸受部分に発生する振動を測定し、測定した振動データから算出した代表値と事前に登録してある診断しきい値とを比較することで、前記軸受の異常診断を行う回転機の軸受異常診断方法において、
   前記回転機又は前記軸受の型式データが与えられると、
   前記回転機の回転速度情報を取得し
   前記軸受に発生する振動を測定して得られた振動データが与えられると当該振動データの代表値を算出し、
   前記型式データ及び前記回転速度情報に基づいて、それらのパラメータに対応する診断しきい値を記憶手段より読み出し
   前記代表値と前記診断しきい値とを比較することで前記軸受の異常診断を行うことを特徴とする軸受異常診断方法。

Images