JP2010139248A - Method for predicting life of objective facility, computer program, and device for predicting life of objective facility - Google Patents
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Description
本発明は、対象設備の寿命予測の方法、コンピュータプログラム、及び、対象設備の寿命予測のための装置に関する。 The present invention relates to a method for predicting the lifetime of a target facility, a computer program, and an apparatus for predicting the lifetime of the target facility.
対象となる設備の振動データを取得して、対象設備の機械的健全性を診断し、劣化状態の傾向を監視し、寿命を予測することにより、対象設備の保全時期を決定している。
例えば、前記振動データとして、振動変位、振動速度、振動加速度、振動加速度の歪度、振動加速度の尖度、振動加速度の波高率等のデータ、を取得し、取得されたデータを所定の閾値と比較することにより対象設備の異常の有無を判定し、状態予測については従来、正常状態時での当該データが「正規分布」に従うものとして行っている(例えば、特許文献1参照)。
By acquiring vibration data of the target equipment, diagnosing the mechanical soundness of the target equipment, monitoring the tendency of the deterioration state, and predicting the lifetime, the maintenance time of the target equipment is determined.
For example, as the vibration data, data such as vibration displacement, vibration speed, vibration acceleration, vibration acceleration distortion, vibration acceleration kurtosis, vibration acceleration crest factor, and the like are acquired, and the acquired data is set as a predetermined threshold value. By comparing, it is determined whether or not there is an abnormality in the target equipment, and the state prediction is conventionally performed on the assumption that the data in a normal state follows a “normal distribution” (see, for example, Patent Document 1).
あるいは、前記、特許文献1の課題を解決すべく、振動波形データと振動特徴量を指定の確率分布、通常は正規分布へ変換することによって様々な情報処理手法を駆使して状態判定や状態予測を行っている(例えば、特許文献2参照)。
対象設備の診断や保全において、ユーザは振動データ等によって異常の早期発見だけでなく傾向監視を行う中で対象部品や装置の寿命を予測するが、当該傾向監視や寿命予測の精度が不十分であり、実際に対象設備を停止して劣化部分の回復を行う時期の決定についての客観的な判断基準を保有していない。その大きな理由は、従来技術では正常状態での振動データに基づく診断指標の過去の推移から将来を予測するのであるが、劣化現象が生じた場合には当該振動データの指標の変化は過去の正常状態での推移とは全く異なっているからである。
また、対象設備の運転負荷の時間的変動が大きい場合には、回転軸や軸受部位に作用する印加応力が設計応力より小さいときでも、繰り返し回数が大きくなり、いわゆる金属疲労によって寿命が短くなるが、この疲労による寿命消耗を簡易に推定することが困難であった。
さらに、上記するような運転負荷が大きく変動する対象設備では、運転負荷が変動している時間帯で振動データを採取しても、診断対象部位の劣化事象に起因する振動エネルギが運転変動に起因するエネルギに埋もれてしまうので微小異常の早期検知、傾向監視、寿命予測の精度が実用に供しなかった。
In diagnosis and maintenance of the target equipment, the user predicts the life of the target parts and devices not only by detecting abnormalities early but also by trend monitoring, but the accuracy of the trend monitoring and life prediction is insufficient. Yes, it does not have objective criteria for determining when to actually stop the target equipment and recover the deteriorated part. The main reason is that in the conventional technology, the future is predicted from the past transition of the diagnostic index based on the vibration data in the normal state, but when the deterioration phenomenon occurs, the change in the index of the vibration data is past normal. This is because the state transition is completely different.
In addition, when the temporal fluctuation of the operating load of the target equipment is large, even if the applied stress acting on the rotating shaft and the bearing part is smaller than the design stress, the number of repetitions increases, and so-called metal fatigue shortens the life. Therefore, it was difficult to easily estimate the life consumption due to this fatigue.
Furthermore, in the target equipment where the operating load greatly fluctuates as described above, even if vibration data is collected during the time period when the operating load fluctuates, the vibration energy due to the degradation event of the diagnosis target part is caused by the driving fluctuation. The accuracy of early detection of minute anomalies, trend monitoring, and life prediction was not practical.
本来、対象設備の部品レベルでの寿命を決定するためには、部品または部材に生じている応力として3方向からの外力、摩擦力など、および部品または部材の化学的損傷(腐食など)についての設計・製作仕様と製品品質および運用後の経歴、さらに将来にかけ
ての運用条件の変化など複雑な要因が絡み合っており多方面からの検討が必要である。
ここでは前記する多方面からの要因を取り上げて、対象部品や部材の劣化状態の進展
やその寿命を正確に予測することは最善策ではあるが現実的ではない。だからと言って、従来技術のように劣化(異常)事象が起こっていない正常状態での振動データもしくは
その特徴量の経過・蓄積・分析により、進展のメカニズムが全く異なる劣化状態の推移を予測するという手法は、ほとんど根拠を有していないために実用的ではない。
また、対象設備の金属部位に繰り返し荷重が作用すると、印加荷重の大きさが設計応力より小さくても、当該繰り返し回数によって疲労現象から損傷が発生するが、当該疲労に起因する寿命消耗の考慮がなされていない。
Originally, in order to determine the service life at the component level of the target equipment, the stress generated in the component or member is external force from three directions, frictional force, etc., and chemical damage (corrosion, etc.) of the component or member. Complex factors such as design / manufacturing specifications, product quality, career after operation, and changes in operating conditions in the future are intertwined, and it is necessary to examine them from various perspectives.
Here, taking up the factors from various aspects described above and accurately predicting the progress of the deterioration state and the life of the target part or member is the best measure, but it is not realistic. That being said, the transition of the degradation state with completely different progress mechanism is predicted by the progress, accumulation and analysis of vibration data or its feature value in the normal state where no degradation (abnormal) event has occurred as in the prior art. This method is not practical because it has little evidence.
In addition, if a repeated load is applied to the metal part of the target equipment, even if the applied load is smaller than the design stress, damage will occur from the fatigue phenomenon depending on the number of repetitions. Not done.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは次善の
策ではあるが簡便かつ現実的で実用に供することが可能な劣化状態の予測手法を提供することにある。つまり、下記を特徴とする手法である。
・ 異常の劣化種別に対応した、より普遍的な指標の探索
・ 異常の劣化の度合いに単調的に対応した指標の探索
・ 異常の劣化進展に及ぼす振動速度の影響の実振動データからの構築
・ モータ電流の時間変化から金属部材の変動応力を推定して金属疲労寿命を予測
・ 振動データから推定した余寿命と、モータ電流データから推定した寿命消耗からの結果とを総合的に評価
The present invention has been made in view of such a problem, and its purpose is to provide a method for predicting a deterioration state that is simple, realistic, and can be put to practical use, although it is a suboptimal measure. is there. In other words, this is a technique characterized by the following.
・ Search for more universal indicators that correspond to the type of abnormality deterioration ・ Search for indicators that correspond monotonously to the degree of deterioration of the abnormality ・ Construction of the effect of vibration speed on the deterioration progress of the abnormality from actual vibration data ・Estimate fluctuating stress of metal member from time change of motor current to predict metal fatigue life ・ Comprehensive evaluation of remaining life estimated from vibration data and result from life consumption estimated from motor current data
主たる本発明は、対象とする設備の複数の劣化状態を振動データによって診断し、当該劣化状態の進展追跡および寿命を予測した結果と、一方、駆動用モータの電流データの時間的変化から推定した印加応力の変動ループを分析することによって、対象設備の金属部位の寿命消耗率を求めて余寿命を得て、前記した振動データから得た寿命予測との2つの結果を総合的に評価することにある。
振動データにより機械的健全性を診断する簡易診断ステップと、当該機械的劣化の種別および劣化程度を推定する精密診断ステップと、当該劣化状態の進展を追跡する傾向監視ステップと、当該傾向監視ステップでの劣化パターンから当該故障の危険領域への到達時期を予測する振動寿命予測ステップと、対象設備の駆動用モータの電流データから金属部位での変動応力のループを推定し金属疲労による当該部位での寿命消耗率を求め、余寿命を得る余寿命推定ステップと、前記する振動データから得られた寿命予測ステップでの予測結果とを総合的に評価することを特徴とする対象設備の寿命予測システムである。
The main present invention is based on the result of diagnosing a plurality of deterioration states of the target equipment by vibration data and predicting the progress of the deterioration state and the life, and on the other hand, estimated from the temporal change of the current data of the driving motor. By analyzing the fluctuation loop of the applied stress, the life wear rate of the metal part of the target equipment is obtained, the remaining life is obtained, and the two results of life prediction obtained from the vibration data are comprehensively evaluated. It is in.
A simple diagnostic step for diagnosing mechanical soundness based on vibration data, a precise diagnostic step for estimating the type and degree of degradation of the mechanical degradation, a trend monitoring step for tracking the progress of the degradation state, and a trend monitoring step Vibration life prediction step that predicts the arrival time of the failure from the deterioration pattern of the failure and the current data of the drive motor of the target equipment, the fluctuation stress loop in the metal part is estimated and the part in the part due to metal fatigue A life prediction system for a target facility characterized by comprehensively evaluating a remaining life estimation step for obtaining a life wear rate and obtaining a remaining life and a prediction result in a life prediction step obtained from the vibration data described above. is there.
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。 Other features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。 At least the following will be made clear by the description of the present specification and the accompanying drawings.
対象とする設備の複数の劣化状態を振動データによって診断し、当該劣化状態の進展追跡および寿命を予測した結果と、一方、駆動用モータの電流データの時間的変化から推定した印加応力の変動ループを分析することによって、対象設備の金属部位の寿命消耗率を求めて得た余寿命と、前記した振動データから得た振動寿命予測との2つの結果を総合的に評価することにある。
振動データにより機械的健全性を診断する簡易診断ステップと、当該機械的劣化の種別および劣化程度を推定する精密診断ステップと、当該劣化状態の進展を追跡する傾向監視ステップと、当該傾向監視ステップでの劣化パターンから当該故障の危険領域への到達時期を予測する振動寿命予測ステップと、対象設備の駆動用モータの電流データから金属部位での変動応力のループを推定し金属疲労による当該部位での寿命消耗率を求め、余寿命を得る余寿命推定ステップと、前記する振動データから得られた振動寿命予測ステップでの予測結果とを総合的に評価することを特徴とする対象設備の寿命予測システム。
Multiple deterioration states of the target equipment are diagnosed by vibration data, the progress of the deterioration state is tracked and the life is predicted. On the other hand, the fluctuation loop of the applied stress estimated from the temporal change of the current data of the drive motor Is to comprehensively evaluate the two results of the remaining life obtained by obtaining the life wear rate of the metal part of the target facility and the vibration life prediction obtained from the vibration data described above.
A simple diagnostic step for diagnosing mechanical soundness based on vibration data, a precise diagnostic step for estimating the type and degree of degradation of the mechanical degradation, a trend monitoring step for tracking the progress of the degradation state, and a trend monitoring step Vibration life prediction step that predicts the arrival time of the failure from the deterioration pattern of the failure and the current data of the drive motor of the target equipment, the fluctuation stress loop in the metal part is estimated and the part in the part due to metal fatigue A life prediction system for a target facility that comprehensively evaluates a remaining life estimation step for obtaining a life wear rate and obtaining a remaining life and a prediction result in a vibration life prediction step obtained from the vibration data described above. .
かかる対象設備の振動データによる診断方法、傾向監視および寿命予測結果と、駆動用モータの電流データに基づき金属疲労に起因する寿命消耗率を求めて得られる余寿命予測の結果との、2つの寿命予測結果から総合的に評価することによって対象設備の寿命予測が実用的なものとなる。 Two lifespans, such as diagnostic methods, trend monitoring and life prediction results based on vibration data of the target equipment, and results of remaining life predictions obtained by determining the life wear rate due to metal fatigue based on the current data of the drive motor By comprehensively evaluating from the prediction results, the life prediction of the target equipment becomes practical.
また、前記の対象設備の簡易診断ステップにおいて、振動の時間波形データに基づく複数の波形特徴量として振動変位、振動速度、振動加速度、振動加速度の歪度、振動加速度の尖度、及び、振動加速度の波高率のうちの少なくとも一つと、当該振動データのスペクトルを分割し当該分割周波数帯域間の強さの時間軸における相関から求めた劣化特異な複数の劣化特異無次元特徴量とを考慮することとしてもよい。
かかる場合には、簡易診断を実行する際に振動波形での判定結果だけでなく、該振動データのスペクトル中の無次元特徴量による判定結果との複合判定により信頼性の高い診断結果を得ることもできる。
In the simple diagnosis step of the target equipment, a plurality of waveform feature amounts based on vibration time waveform data include vibration displacement, vibration speed, vibration acceleration, vibration acceleration skewness, vibration acceleration kurtosis, and vibration acceleration. Taking into account at least one of the crest factors of the noise and a plurality of deterioration-specific dimensionless feature quantities that are specific to the deterioration obtained by dividing the spectrum of the vibration data and correlating the strength between the divided frequency bands on the time axis It is good.
In such a case, when performing a simple diagnosis, a reliable diagnosis result is obtained not only by the determination result by the vibration waveform but also by the combined determination with the determination result by the dimensionless feature amount in the spectrum of the vibration data. You can also.
また、現在の振動速度平均値によるISO絶対判定結果と、振動の時間波形データに基づく前期複数の波形特徴量である振動変位、振動速度、振動加速度、振動加速度の歪度、振動加速度の尖度、及び、振動加速度の波高率のうちの少なくとも一つに基づく判定結果と、当該振動データのスペクトルを分割し当該分割周波数帯域間の強さの時間軸における相関から求めた劣化特異な複数の劣化特異無次元特徴量に基づく判定結果と、の3種類の判定結果を総合して、次の時刻での管理処置を決定することとしてもよい。
かかる場合には、対象設備の劣化進展の度合いに応じて、その後の傾向監視上における処置の種別を決定することが可能となる。
Also, the ISO absolute determination result based on the current vibration speed average value and the vibration displacement, vibration speed, vibration acceleration, vibration acceleration skewness, and vibration acceleration kurtosis, which are a plurality of waveform feature values in the previous period based on the time waveform data of vibration And a plurality of deteriorations specific to the deterioration obtained from the determination result based on at least one of the crest factors of vibration acceleration and the correlation of the strength of the divided frequency bands on the time axis by dividing the spectrum of the vibration data It is good also as determining the management treatment in the next time combining the determination result based on a specific dimensionless feature-value, and three types of determination results.
In such a case, it is possible to determine the type of treatment in the subsequent trend monitoring according to the degree of progress of deterioration of the target facility.
また、現在の振動速度の平均値の増減傾向と、前記振動データのスペクトルを分割し当該分割周波数帯域間の強さの時間軸における相関から求めた劣化特異な複数の劣化特異無次元特徴量の中で当該劣化事象に対応する当該劣化特異無次元特徴量の増減傾向とを組み合わせて次の時刻での監視レベルの処置種別を選択することとしてもよい。
かかる場合には、対象設備の当該劣化状態の進展の特性を把握することが可能となり、将来への予測が簡便で、かつ当該精度の向上を実現できる。
In addition, a plurality of deterioration-specific non-dimensional feature quantities that are specific to the deterioration obtained from the increase / decrease tendency of the average value of the current vibration speed and the correlation of the vibration data spectrum on the time axis of the strength between the divided frequency bands. It is good also as selecting the treatment classification of the monitoring level in the next time combining the increase / decrease tendency of the said degradation specific dimensionless feature-value corresponding to the said degradation event.
In such a case, it is possible to grasp the characteristics of the progress of the degradation state of the target equipment, the future prediction is simple, and the accuracy can be improved.
また、直近の時刻での振動速度の平均値と、現在時刻における振動速度の平均値との比率の累乗則に基づき次の時刻での劣化状態を予測することとしてもよい。
かかる場合には、振動速度による劣化部位における振動エネルギの変化の影響を考慮しているので、劣化部位での亀裂、磨耗等の進展についての特性把握および振動寿命予測の精度を向上させることとなる。
Alternatively, the deterioration state at the next time may be predicted based on the power law of the ratio between the average value of the vibration speed at the latest time and the average value of the vibration speed at the current time.
In such a case, since the influence of the vibration energy change at the deteriorated part due to the vibration speed is taken into account, the characteristics of the progress of cracks, wear, etc. at the deteriorated part and the accuracy of vibration life prediction will be improved. .
また、対象設備の運転開始から運転停止までの駆動用モータの電流データの時間変化から、当該対象設備の金属部位の変動応力を推定し、金属疲労に起因する寿命の消耗率を求
め、当該金属部位の余寿命を推定し、前記振動データから劣化状態を追跡して得られた振動寿命予測結果とを総合的に分析・評価することとしてもよい。
かかる場合には、運転状態や運転負荷が大きく変動する対象設備の繰り返し荷重が金属部位に与える疲労事象の特性も考慮することが可能になり、寿命予測の精度向上が可能となる。
In addition, the fluctuation stress of the metal part of the target equipment is estimated from the time change of the current data of the drive motor from the start of operation of the target equipment to the stop of the operation, and the wear rate of the lifetime due to metal fatigue is obtained. The remaining life of the part may be estimated, and the vibration life prediction result obtained by tracking the deterioration state from the vibration data may be comprehensively analyzed and evaluated.
In such a case, it is possible to take into consideration the characteristics of fatigue events given to the metal part by the repeated load of the target equipment whose operating state and operating load vary greatly, and it is possible to improve the accuracy of life prediction.
また、振動データのスペクトルを分割し当該分割周波数帯域間の強さの時間軸における相関から求めた劣化に特異な複数の劣化特異無次元特徴量の中で当該劣化事象に対応する当該劣化特異無次元特徴量について、当該劣化事象の発生開始に対応する第一次注意閾値と、当該注意領域から危険領域へ移行する危険閾値との間に、第二次注意閾値を設けて、前記第一次注意閾値と当該第二次注意閾値との間で、上記劣化状態の予測を行うこととしてもよい。
かかる場合には、当該劣化事象に関する進展特性を抽出する期間を簡易に規定しながら、当該劣化状態の予測精度の大幅な向上を図ることが可能になる。
Also, the vibration data spectrum is divided, and the deterioration-specific non-dimensional features corresponding to the deterioration event among a plurality of deterioration-specific non-dimensional features that are specific to the deterioration obtained from the correlation in the time axis of the strength between the divided frequency bands. For a dimension feature, a secondary caution threshold is provided between a primary caution threshold corresponding to the start of occurrence of the degradation event and a danger threshold for shifting from the caution area to the danger area, and the primary feature threshold The deterioration state may be predicted between the attention threshold and the second attention threshold.
In such a case, it is possible to greatly improve the prediction accuracy of the deterioration state while simply defining the period for extracting the progress characteristics related to the deterioration event.
また、対象設備の寿命予測システムを実現するためのコンピュータプログラムも実現可
能である。
かかるコンピュータプログラムによれば、対象設備の診断、傾向監視、寿命予測におけ
る当該劣化事象の進展と当該劣化部分の金属疲労も考慮した寿命予測の実行が簡便なも
のとなる。
It is also possible to implement a computer program for realizing the target equipment life prediction system.
According to such a computer program, it is easy to execute life prediction in consideration of progress of the deterioration event and metal fatigue of the deterioration portion in diagnosis, trend monitoring, and life prediction of the target equipment.
また、前記コンピュータプログラムを備えたコンピュータを有することを特徴とする対
象設備の寿命予測装置も実現可能である。
かかる対象設備の寿命予測装置によれば、対象設備の診断、傾向監視、寿命予測における当該劣化事象の進展と当該劣化部分の金属疲労も考慮した寿命予測の実行が簡便なも
のとなる。
In addition, it is possible to realize an apparatus for predicting the life of the target equipment, characterized by having a computer equipped with the computer program.
According to the life prediction apparatus for the target facility, it is easy to perform life prediction in consideration of progress of the deterioration event and metal fatigue of the deterioration portion in diagnosis, trend monitoring, and life prediction of the target facility.
===本実施の形態に係る対象設備の寿命予測手法の全体フローについて===
図1に振動データによる簡易診断、精密診断、傾向監視、寿命予測の実行と、駆動用モータの電流データの時間変化から診断対象部位の変動応力を推定し金属疲労を考慮した余寿命の決定と、振動データから得た寿命予測結果と電流データから得た余寿命結果とを総合的に分析評価する各ステップのフローチャートを、図2に振動データに基づく3つの判定手法による各判定結果による総合判定の手順と当該総合判定結果から今後の監視処置の分類例を示す。
=== About Overall Flow of Life Prediction Method for Target Equipment According to this Embodiment ===
Fig. 1 shows the execution of simple diagnosis, precise diagnosis, trend monitoring, and life prediction based on vibration data, and the determination of the remaining life in consideration of metal fatigue by estimating the fluctuating stress of the diagnosis target part from the time change of the current data of the drive motor. FIG. 2 is a flowchart of each step for comprehensively analyzing and evaluating the life prediction result obtained from vibration data and the remaining life result obtained from current data. FIG. 2 is a comprehensive judgment based on each judgment result based on three judgment methods based on vibration data. A classification example of the future monitoring procedure is shown from the procedure and the comprehensive judgment result.
対象設備の振動データを採取し、当該振動データから波形特徴量および劣化特異無次元特徴量を抽出し、ISO絶対判定基準に基づく判定手法1の判定結果と、高周波(Hi)・中周波(Mid)・低周波(Lo)での波形特徴量に基づく判定手法2の判定結果と、劣化特異無次元特徴量に基づく高周波(Hi)・中周波(Mid)・低周波(Lo)領域での判定手法3の判定結果との総合判定を行い、異常の有無および今後の監視についての処置を判定する。
判定手法1による判定結果は、良好・注意レベル1・注意レベル2・危険の4段階判定であり、これらは駆動モータの大きさや対象設備の基礎状態に応じてISO10816-1によって規格化されている。
Collect vibration data of the target equipment, extract waveform feature values and deterioration-specific dimensionless feature values from the vibration data, determine the result of
The determination result by the
次に、判定手法2では前記判定手法1での高周波(Hi)・中周波(Mid)・低周波(Lo)における加速度のピーク値・平均値・2乗平均値、速度の平均値・2乗平均値、変位のピーク値などの有次元特徴量および下記の[数1]、[数2]で定義する無
次元特徴量において、正常時の各値を基準として、当該基準値の数倍、通常では2〜3倍を注意閾値とし、当該注意閾値の2〜3倍を危険閾値とする。
Next, in the
次に、判定手法3では特許第3382240号にて開示されている数式4にて求めた第1主成分得点から第m主成分得点を判定の指標とする。前記、高周波(Hi)・中周波(Mid)・低周波(Lo)の周波数領域毎に正常時の振動データについて上記主成分得点を求め、当該主成分得点を指標とした判定方法については、前記特許第3382240号の中の図6およびパラグラフ[0037]から[0042]に具体的に記載してある。そして、本判定手法3では第一次注意閾値、第二次注意閾値、危険閾値を設定して良好・注意レベル1・注意レベル2、危険領域の4段階の判定を行う。
Next, in the
前記、手法1での結果に応じて、つまり手法1の判定結果が良好もしくは注意レベル1のときは図2の表1を適用し、手法1の判定結果が注意レベル2もしくは危険領域のときは表2に示すような総合判定およびその後の監視処置の分類を行う。
つまり、表2では、手法1の判定結果、低周波領域の振動速度平均値が大きく劣化傾向として深刻な状況にある確率が高いので、手法2と手法3との総合判定やその後の監視処置については、表1の場合と比較して厳しい監視処置を選定することによって対象設備の劣化進展を確実に把握して安全運転の確保は当然のこと、さらに劣化特性を抽出することによって寿命予測の精度を向上させるのである。
なお、上述した判定手法において、高周波(Hi)、中周波(Mid)、低周波(Lo)の3つの周波数帯域に分割し各々の帯域において判定を実行するのは、高周波領域では、対象部位の磨耗や傷の初期現象が多く発生すること、中周波領域では自励振動が主体的であること、低周波領域ではアンバランス等の構造的な異常が主体的に発生すること、を考慮することによって当該異常の検出性能を向上させ、また異常原因の特定に有効であることにある。
ちなみに、本実施例では、高周波領域は5kHz〜30kHz、中周波領域は1kHz〜10kHz、低周波領域は5Hz〜1kHzの周波数帯域での診断を行った。
According to the result of
That is, in Table 2, since the determination result of
In the determination method described above, the frequency is divided into three frequency bands, high frequency (Hi), medium frequency (Mid), and low frequency (Lo), and the determination is performed in each band. Consider the fact that many initial phenomena of wear and scratches occur, that self-excited vibration is dominant in the middle frequency range, and that structural abnormalities such as unbalance mainly occur in the low frequency range. This improves the detection performance of the abnormality and is effective in identifying the cause of the abnormality.
Incidentally, in this example, diagnosis was performed in a frequency band of 5 kHz to 30 kHz in the high frequency region, 1 kHz to 10 kHz in the middle frequency region, and 5 Hz to 1 kHz in the low frequency region.
==本実施の形態に係る振動データによる診断方法、傾向監視、寿命予測について==
本実施の形態に係る対象設備の振動データによる診断方法、傾向監視、寿命予測につい
て説明する。
なお、本明細書では、対象となる設備として、回転機械、例えば、モータにより駆動される攪拌機、を例に挙げて説明するが、対象設備は、当然のことながら、これに限定されるものではない。
ここでは、攪拌機の軸受傷、ミスアライメント(軸ズレ)、アンバランス回転の劣化事
象の診断において、本発明を軸受傷の発生検知とその進展、寿命予測に適用した実施例を
示す。
== About Diagnosis Method, Trend Monitoring, and Life Prediction Using Vibration Data According to this Embodiment ==
A diagnosis method, trend monitoring, and life prediction based on vibration data of the target facility according to the present embodiment will be described.
In the present specification, as the target equipment, a rotating machine, for example, a stirrer driven by a motor will be described as an example, but the target equipment is naturally not limited to this. Absent.
Here, an embodiment in which the present invention is applied to the detection of the occurrence of a bearing flaw, its progress, and life prediction in the diagnosis of a bearing flaw of a stirrer, misalignment (axial misalignment), and deterioration phenomenon of unbalanced rotation will be shown.
図3に振動データによる設備診断を開始してからの劣化特異無次元特徴量Z1,Z5,Z8の時間経過を示す。
軸受傷は特徴量Z1、ミスアライメントは特徴量Z5、アンバランス回転は特徴量Z8が各劣化事象に対応した劣化特異特徴量である。図3では、特徴量Z1が22.0ヶ月経過した時点で当該第一次注意閾値である8.0を超えており、その後24.7ヶ月後に同第二次注意閾値である20に到達している。一方、図4にも示すように、この期間では特徴量Z5は、24.0ヶ月後に同第一次注意閾値を超えており、特徴量Z8は第一次注意閾値には達していない。つまり、当該軸受傷の劣化状態が注意領域の晩期になると、ミスアライメントの劣化状態も注意領域に入っていたことが分かる。
FIG. 3 shows the time course of the deterioration-specific dimensionless feature quantities Z1, Z5, and Z8 since the start of equipment diagnosis using vibration data.
A bearing flaw is a characteristic quantity Z1, a misalignment is a characteristic quantity Z5, and an unbalanced rotation is a characteristic quantity Z8 corresponding to each deterioration event. In FIG. 3, when the feature amount Z1 has passed 22.0 months, it exceeds the primary attention threshold value 8.0, and then reaches the second
軸受傷が先行して劣化進展しており、図4に軸受傷の劣化特異特徴量Z1を、図5に振動速度平均値Vrmsの推移を示す。また、図6には特徴量Z1の増減符号と振動速度平均値Vrmsの増減符号との組み合わせに応じた、将来の振動監視のクラス分類を示す。ここでは、下記の4つのクラスに分けた場合を示す。
AA:直近での予測時期における診断周期間隔を延長
A:そのまま経過観察
B:診断周期を短縮して経過観察
C:特徴量Z1と振動速度平均値Vrmsとの関連を検討して危険閾値への到達時期を予測
Deterioration of bearing damage has progressed in advance, FIG. 4 shows the deterioration specific feature amount Z1 of the bearing damage, and FIG. 5 shows the transition of the average vibration velocity Vrms. FIG. 6 shows future vibration monitoring class classification according to the combination of the increase / decrease sign of the feature amount Z1 and the increase / decrease sign of the vibration speed average value Vrms. Here, the case of dividing into the following four classes is shown.
AA: Extending the diagnosis interval at the most recently predicted time A: Follow-up as it is B: Follow-up with a shortened diagnosis cycle C: Examining the relationship between the feature quantity Z1 and the vibration velocity average value Vrms Predict arrival time
図7には、22.0ヶ月以降における図4、図5に示す特徴量Z1と振動速度平均値Vrmsの各診断周期毎に、図6の分類にしたがって監視クラスの分類、Z1の予測、振動速度平均値の比率の累乗則における指数nの推移を示す。クラスCの場合にのみ特徴量Z1の予測を行い、当該Z1の実測値とを比較することによって累乗則の指数nを修正してゆく。 FIG. 7 shows the classification of the monitoring class, the prediction of Z1 and the vibration according to the classification of FIG. 6 for each diagnostic period of the feature amount Z1 and the vibration speed average value Vrms shown in FIGS. 4 and 5 after 22.0 months. The change of the index n in the power law of the ratio of the speed average value is shown. The feature quantity Z1 is predicted only in the case of class C, and the exponent n of the power law is corrected by comparing with the measured value of the Z1.
この累乗則の指数nの修正状況を図8に示す。
つまり、軸受傷の劣化特異無次元特徴量Z1が第一次注意閾値を超えてから第二次注意閾値に達するまで(図3で、T1=22.0ヶ月〜T2=24.7ヶ月)の期間で、図6のクラス分類と図8の累乗則に則った特徴量Z1の予測・実測および振動速度平均値Vrmsの実測により、当該劣化事象の進展特性を、当該累乗則の指数nとして抽出するものである。この累乗則の指数nの変化について図7に示す。
FIG. 8 shows how the power law exponent n is corrected.
That is, until the secondary caution threshold is reached after the deterioration-specific dimensionless feature value Z1 of the bearing flaw exceeds the primary caution threshold (T1 = 22.0 months to T2 = 24.7 months in FIG. 3). During the period, the progress characteristic of the degradation event is extracted as the exponent n of the power law by predicting and measuring the feature quantity Z1 according to the class classification of FIG. 6 and the power law of FIG. 8 and actually measuring the vibration velocity average value Vrms. To do. FIG. 7 shows the change of the exponent n of the power law.
初期値0.8からスタートして0.67、0.17、最後に0.34で当該劣化事象である軸受傷の劣化特異無次元特徴量Z1の第二次注意閾値を超えた事例である。
ある時刻iでの振動速度平均値をViとし、当該劣化特異無次元特徴量をZ1(i)として、
下記の[数3]、[数4]を用いてZ1の予測値と実測値から予測係数Cを修正してゆくも
のである。
Z1の予測係数 Cとして
It is an example that exceeded the secondary caution threshold value of the bearing damage deterioration specific dimensionless feature quantity Z1 which is the deterioration event at 0.67, 0.17 and finally 0.34 starting from the initial value 0.8. .
Let Vi be the average vibration velocity at a certain time i, and let Z1 (i) be the degradation-specific dimensionless feature value.
The prediction coefficient C is corrected from the predicted value and measured value of Z1 using the following [Equation 3] and [Equation 4].
As the prediction coefficient C of Z1
上記する軸受傷の劣化特異無次元特徴量Z1の予測に関して、振動速度平均値Vrmsの累乗則を適用する根拠は、回転部位の金属の疲労現象がVrmsに比例すること、回転部位の亀裂や磨耗がVrmsの2乗で進行するという物理現象が存在すること、さらに当該物理現象が当該劣化事象の進展に及ぼす影響は、振動エネルギの全てが劣化進展に反映するものではないことから、劣化進展期間における指数nの修正という手法によることによって解決することにある。
そして、特徴量Z1が第二次注意閾値に到達した時点で、当該危険閾値に到達する時期を予測する。
ただし、対象設備の運転負荷の変動が大きい場合など、振動データ自体が変動するようなときには上記する振動速度平均値Vrmsの累乗側に基づく劣化進展の推定には誤差が大きくなる傾向を呈す。当該課題については、別途、駆動用モータの電流データの時間変化に基づく余寿命推定と、振動データを採取するタイミングを考慮した余寿命推定ステップに関する詳細な説明を行う。
Regarding the prediction of bearing damage deterioration-specific dimensionless feature quantity Z1, the basis for applying the power law of vibration speed average value Vrms is that the fatigue phenomenon of the metal at the rotating part is proportional to Vrms, cracks and wear at the rotating part There is a physical phenomenon that occurs at the square of Vrms, and the influence that the physical phenomenon has on the progress of the degradation event does not reflect all vibration energy in the degradation progression. The problem is to solve the problem by correcting the index n.
Then, when the feature amount Z1 reaches the secondary attention threshold, the time when the feature amount Z1 reaches the danger threshold is predicted.
However, when the vibration data itself fluctuates, such as when the operation load of the target facility is large, an error tends to increase in the estimation of the deterioration progress based on the power side of the vibration speed average value Vrms. Regarding the subject, a detailed description will be given separately regarding the remaining life estimation based on the time change of the current data of the driving motor and the remaining life estimation step in consideration of the timing of collecting the vibration data.
ところで、上述した軸受傷の劣化進展モデルは、基本的にミスアライメントやアンバランス回転のような劣化事象にも妥当である。その理由を以下に記載する。 By the way, the above-mentioned deterioration progression model of bearing flaws is basically applicable to deterioration events such as misalignment and unbalanced rotation. The reason is described below.
まず、ミスアライメント(軸ズレ)について記載する。軸ズレの進展要因は、
(1)駆動側と被駆動側との偏った磨耗などによる回転アンバランス
(2)接続配管や機械本体の基礎部分から受ける外力や変位の作用、などにある。したがって、振動エネルギの増大が、磨耗やアンバランス度合の増大を介して間接的にミスアライメント現象の劣化度合を進展させるので軸受の傷進展における劣化予測モデルとアナロジーを有する。
First, misalignment (axis misalignment) will be described. The factors behind the axis shift are:
(1) Rotation imbalance due to uneven wear on the drive side and driven side
(2) The external force and displacement applied from the connecting pipe and the basic part of the machine body. Therefore, the increase in vibration energy indirectly causes the deterioration degree of the misalignment phenomenon through the increase in the degree of wear and unbalance, and thus has a deterioration prediction model and analogy in the damage progress of the bearing.
次に、アンバランスについて記載する。この劣化要因は、回転体や軸の偏った磨耗や傾き、もしくは軸受部での保持状態の不良などの機械的・機構的な要因であるので、振動エネルギの増加による欠陥、磨耗の進展という軸受傷の進展の場合の予測モデルとアナロジーを有する。また、このアンバランスの直接的要因が腐食のような化学的もしくは電気化学的な要因にある場合は、振動エネルギの増加から受ける直接的な影響は小さいが、振動エネルギの増大や磨耗、偏芯度の増大を介して悪循環に入り込むので、腐食現象も間接的な要因となり振動エネルギを考慮するという本発明の寿命予測モデルに合致するものである。 Next, imbalance will be described. This deterioration factor is a mechanical or mechanistic factor such as uneven wear or inclination of the rotating body or shaft, or a poor holding state at the bearing. Predictive model and analogy in case of injury progress. In addition, when the direct cause of this imbalance is a chemical or electrochemical factor such as corrosion, the direct influence from the increase in vibration energy is small, but the increase in vibration energy, wear, eccentricity, etc. Since it enters a vicious circle through an increase in the degree of corrosion, the corrosion phenomenon also becomes an indirect factor, which is consistent with the life prediction model of the present invention in which vibration energy is considered.
そして、特徴量Z1が第二次注意閾値に到達した時点で、当該危険閾値に到達する時期を予測する。 Then, when the feature amount Z1 reaches the secondary attention threshold, the time when the feature amount Z1 reaches the danger threshold is predicted.
このような傾向監視ステップと寿命予測ステップとを実行すれば、軸受傷の進展中の特性を考慮した予測が可能になり、寿命予測の精度が実用的となるのである。
なお、軸受傷・ミスアライメント・アンバランス回転に対するそれぞれの劣化特異無次元特徴量であるZ1、Z5、Z8と、実際の劣化状態の物理的進展の程度との関係を図9、図10、図11に示す。これらは、回転機械のシミュレータを用いた試験装置において各劣化事象に対する振動試験の結果から得られた知見である。これらの図には、各々の劣化事象における第一次注意閾値、第二次注意閾値および危険閾値を示している。
If such a trend monitoring step and a life prediction step are executed, it is possible to make a prediction in consideration of characteristics during the progress of bearing damage, and the accuracy of the life prediction becomes practical.
The relationship between Z1, Z5, and Z8, which are specific dimensionless characteristic quantities for bearing flaws, misalignment, and unbalanced rotation, and the degree of physical progress in the actual deterioration state is shown in FIGS. 11 shows. These are findings obtained from the results of vibration tests for each deterioration event in a test apparatus using a simulator for a rotating machine. In these figures, the primary attention threshold, the secondary attention threshold, and the danger threshold in each deterioration event are shown.
さて、現場の駆動用モータ容量が800kWの大型攪拌機に、本発明の診断方法、傾向監視、寿命予測手法を適用した状況と結果を述べる。
前記、図3に示すように、軸受傷、ミスアライメント、アンバランスの簡易診断、傾向監視におけるそれぞれの劣化特異無次元特徴量Z1,Z5,Z8の推移と軸受傷の劣化傾向監視結果から、経過開始からT3=31.8ヶ月後に危険閾値に達するという寿命予測の結果が得られた。これは、軸受傷に関する特徴量Z1が第一次注意閾値8.0に達した時点T1=22.0ヶ月後から当該特徴量Z1が第二次注意閾値20に達した時点T2=24.7ヶ月までの期間において、図4および図5に示す当該特徴量Z1及び振動速度平均値Vrmsの実測値と図6のクラス分類、図7・図8の累乗則の指数変化からの予測との繰り返しを行い、軸受傷に対応する特徴量Z1の第二次注意閾値20を超えた時点で、当該Z1の危険閾値28に到達する時期を予測したものである。
Now, the situation and results of applying the diagnosis method, trend monitoring, and life prediction method of the present invention to a large agitator with an on-site drive motor capacity of 800 kW will be described.
As shown in FIG. 3, from the transition of each deterioration-specific dimensionless feature quantity Z1, Z5, Z8 in the bearing flaw, misalignment, unbalanced simple diagnosis, and trend monitoring, and the deterioration tendency monitoring result of the bearing flaw, The result of life prediction that the risk threshold is reached after T3 = 31.8 months from the start was obtained. This is because when the feature value Z1 related to the bearing flaw reaches the first caution threshold value 8.0, the time T1 = 22.0 months after the feature value Z1 reaches the second caution threshold value T2 = 24.7. In the period up to a month, the actual value of the feature amount Z1 and the vibration velocity average value Vrms shown in FIGS. 4 and 5 and the class classification of FIG. 6 and the prediction from the exponent change of the power law of FIGS. 7 and 8 are repeated. Is performed, and when the
前記の寿命予測を実行したのち、対象攪拌機の注意深い運転継続によって当該寿命予測の精度が十分であることを検証した。つまり、予測した時点T3=31.8ヶ月後に当該攪拌機を停止・分解して対象軸受部の点検を行ったところ、当該軸受の外輪傷の深さが約600μであったことから、図9に示す当該劣化特異無次元特徴量Z1の危険閾値28とほぼ一致していることが明らかになり、当該寿命予測手法が有効であった。
After executing the above life prediction, it was verified that the accuracy of the life prediction was sufficient by careful operation of the target stirrer. In other words, after the predicted time T3 = 31.8 months, the agitator was stopped and disassembled and the target bearing portion was inspected, and the depth of the outer ring flaw of the bearing was about 600 μm. It was revealed that the deterioration specific dimensionless feature amount Z1 shown was almost identical to the
=本実施形態に係る対象設備の振動データによる最適保全時期の決定について=
まず、当該劣化事象の進展により生じるエネルギ損失量を振動データから推定する手法を述べる。図12にミスアライメント量と対象ポンプ用モータ電力の損失割合を、
図13にアンバランス量と前記モータ電力の損失割合を示す。
= Determining the optimal maintenance time based on vibration data of the target facility according to this embodiment =
First, a method for estimating the amount of energy loss caused by the progress of the deterioration event from vibration data will be described. FIG. 12 shows the misalignment amount and the loss rate of the motor power for the target pump.
FIG. 13 shows the unbalance amount and the loss ratio of the motor power.
劣化事象が、ミスアライメントの場合には、前記図10に示す劣化特異無次元特徴量Z5と現場の攪拌機主軸とモータ軸とのミスアライメント量(軸ズレ量)との関係から、振動データから得た当該特徴量Z5の値によりミスアライメント量を推定し、図12から当該劣化によるエネルギ損失量を推定できる。 When the deterioration event is misalignment, it is obtained from vibration data based on the relationship between the deterioration-specific dimensionless feature amount Z5 shown in FIG. 10 and the misalignment amount (axis misalignment amount) between the agitator main shaft and the motor shaft in the field. Further, the misalignment amount is estimated from the value of the feature amount Z5, and the energy loss amount due to the deterioration can be estimated from FIG.
同様に、アンバランスの場合には、前記図11を利用して振動データから求めた劣化特異無次元特徴量Z8よりアンバランス量を推定し、前記図13によって当該劣化によるエネルギ損失量の推定が可能になる。
なお、軸受傷の進展に応じてのエネルギ損失量は、前記のミスアライメントやアンバランスといった劣化事象の場合と比較して小さいので考慮していないが、軸受傷の進展が他の劣化事象と比べて無視できない場合には、本発明と同様な手法で予めエネルギ損失割合を求めておく。
Similarly, in the case of unbalance, the unbalance amount is estimated from the deterioration-specific dimensionless feature amount Z8 obtained from the vibration data using FIG. 11, and the amount of energy loss due to the deterioration is estimated using FIG. It becomes possible.
The amount of energy loss in accordance with the progress of the bearing flaw is not considered because it is small compared to the deterioration events such as misalignment and imbalance described above, but the progress of the bearing flaw is less than that of other deterioration events. If it cannot be ignored, the energy loss ratio is obtained in advance by the same method as in the present invention.
次に、当該劣化である軸受傷が進展し、前記傾向監視ステップおよび振動寿命予測ステップにより危険領域への到達時期の予測が可能になるが、当該軸受の新品部品との交換復旧という保全に関しては、エネルギ負担が生じることとなる。このエネルギ負担量は当該軸受部品の製造に必要な二酸化炭素排出量として定量評価が可能である。 Next, the deterioration of the bearing damage progresses, and it becomes possible to predict the arrival time to the dangerous area by the trend monitoring step and the vibration life prediction step. As a result, an energy burden is generated. This energy burden can be quantitatively evaluated as the amount of carbon dioxide emissions required for manufacturing the bearing component.
転がり軸受の素材、製造、輸送に係る二酸化炭素排出量については、(社)日本ベアリング工業会 地球環境対策委員会が調査、検討した報告書に記載されている。
(「転がり軸受のLCA(Life Cycle Assessment)の調査・研究について」)
Carbon dioxide emissions related to rolling bearing materials, production, and transportation are described in a report investigated and examined by the Japan Bearing Industry Association Global Environment Committee.
("Investigation and research on life cycle assessment (LCA) of rolling bearings")
前述した現場でのモータ容量800kWの実機攪拌機に、本発明の診断方法、傾向監視、寿命予測手法を適用した結果、図3に示すように当該劣化事象である軸受傷の振動寿命予測の結果は、T3=31.8ヶ月であった。
前記劣化監視、振動寿命予測の結果を踏まえて、ミスアライメント、アンバランスの劣化進展による電力エネルギ損失の増加、軸受部品の新品交換に伴うエネルギ負担と、ミスアライメントが対象攪拌機内部部品に与える損傷を復旧する場合のエネルギ負担と、当該攪拌機が運転開始時点から攪拌効率が年間当り1.5%ずつ低下することによる電力エネルギ損失の増加と、前記攪拌機の劣化部位の復旧のために停止した日数に応じた生産損失と、を考慮した場合の最適保全時期決定のために経過月数に対して検討した結果を図14に示す。
当該図14の結果から、総合コストが最小になるのは診断開始から28〜30ヶ月経過後であることが分かり、当該劣化した軸受部品の交換やアライメント調整の保全作業は当該期間中に実行するのが最適であることが明らかになった。
As a result of applying the diagnosis method, trend monitoring, and life prediction method of the present invention to the above-described actual machine agitator with a motor capacity of 800 kW, as shown in FIG. T3 = 31.8 months.
Based on the results of the deterioration monitoring and vibration life prediction, misalignment, increase of power energy loss due to progress of deterioration of imbalance, energy burden due to replacement of new bearing parts, and damage caused by misalignment to the internal components of the target agitator The energy burden in the case of recovery, the increase in power energy loss due to the stirring efficiency decreasing by 1.5% per year from the start of operation, and the number of days when the stirrer was stopped for recovery of the deteriorated part of the stirrer. FIG. 14 shows the result of examining the elapsed months in order to determine the optimal maintenance time when considering the corresponding production loss.
From the results shown in FIG. 14, it can be seen that the total cost is minimized after 28 to 30 months from the start of diagnosis, and the replacement of the deteriorated bearing parts and the maintenance work for the alignment adjustment are executed during the period. It turned out to be optimal.
なお、前記した軸受部品の新品交換を当該軸受の製造に係る二酸化炭素排出量として評価し、当該排出量をコスト換算したエネルギ負担と、およびミスアライメントに対応した当該攪拌機の内部部品の復旧に対応した二酸化炭素排出量として評価し、当該排出量をコスト換算したエネルギ負担と、を保全コストとして経過月々にて算出することによって最適保全時期を決定することもできる。 In addition, the new replacement of the bearing parts described above is evaluated as the carbon dioxide emission amount related to the manufacture of the bearing, and the energy burden obtained by converting the emission amount into costs and the restoration of the internal parts of the agitator corresponding to misalignment are supported. The optimum maintenance time can also be determined by evaluating as the carbon dioxide emission amount and calculating the energy burden obtained by converting the emission amount into the cost as the maintenance cost every month.
ここで、当該劣化軸受部品は、型式NU306であり当該部品の素材を含んだ製造に対する二酸化炭素排出量は前記「転がり軸受のLCA(Life Cycle Assessment)の調査・研究について」を参照して1,190 kgCO2、対象攪拌機の製造に係る二酸化炭素排出量は「事例 大型ポンプの生産活動におけるLCA」から推定して53,000kgCO2、ミスアライメントによる当該攪拌機の内部損傷に及ぼす割合が約5.5%程度(2,920kgCO2)として、前記軸受部品の排出量と合計すると4,100kgCO2となる。 Here, the deteriorated bearing part is model NU306, and the amount of carbon dioxide emission for the production including the material of the part is 1, referring to “Investigation / Research of Life Cycle Assessment (LCA) of Rolling Bearing”. 190 kgCO2, carbon dioxide emissions related to the production of the target stirrer is estimated at 53,000 kgCO2, estimated from “LCA in production activities of large pumps”, and the ratio of the misalignment to the internal damage of the stirrer is about 5.5% As (2,920 kgCO2), the total amount of discharge of the bearing parts is 4,100 kgCO2.
当該二酸化炭素排出量を環境負荷における標準的な単価として170円/kgCO2を採用して、軸受新品部品のエネルギ負担は約20万円、ミスアライメント調整に関するエネルギ負担は約50万円と評価した。 The carbon dioxide emission was set at 170 yen / kg CO2 as the standard unit price for environmental load, and the energy burden of new bearing parts was estimated to be about 200,000 yen, and the energy burden related to misalignment adjustment was estimated to be about 500,000 yen.
なお、上述した実施例では、軸受部品の新品との交換およびミスアライメント(軸ズレ)を修正するアライメント調整作業が負担するエネルギ量として、当該保全により生じる二酸化炭素排出量として評価し、当該排出量を保全コストという金額に換算したが、その理由は当該保全作業のための対象攪拌機の停止による生産損失をコスト(金額)として評価したためであって、保全時期の最適化の目的においては二酸化炭素排出量を統一指標とし、当該排出量を最小化する時期を探索することも可能である。 In the above-described embodiment, the amount of energy burdened by the replacement of the bearing part with a new one and the alignment adjustment work for correcting misalignment (axial misalignment) is evaluated as the carbon dioxide emission generated by the maintenance, and the emission amount Was converted into the amount of maintenance cost because the production loss due to the suspension of the target agitator for the maintenance work was evaluated as the cost (amount). For the purpose of optimizing the maintenance time, carbon dioxide emissions It is also possible to search for the time when the amount of emissions is minimized by using the amount as a unified index.
==本実施の形態に係る対象設備の駆動用モータの電流データによる
余寿命予測手法について===
対象設備である攪拌機、駆動用モータ、電気盤、インターネット接続器などの全体構成
を図16に示す。
原料は、原料投入口から間欠的に投入され、攪拌機で攪拌されて製品として製品取出し口から排出される。攪拌機の中では、駆動用モータから軸受を経由して羽根を回転させるようになっている。当該駆動用モータへは電源盤から例えば400Vの電圧で回転エネルギが供給される。インターネット接続器へは当該軸受部に取り付けた加速度センサーからの電圧信号、電気盤から駆動用モータへ供給される電流信号および対象設備の攪拌機の運転開始・停止のON/OFF信号を入力する。
== Based on the current data of the drive motor of the target equipment according to the present embodiment
Remaining life prediction method ===
FIG. 16 shows the overall configuration of the target equipment, such as a stirrer, a drive motor, an electric panel, and an internet connector.
The raw material is intermittently charged from the raw material inlet, stirred by a stirrer, and discharged as a product from the product outlet. In the agitator, the blades are rotated from the drive motor via the bearing. Rotational energy is supplied to the drive motor from the power panel at a voltage of, for example, 400V. A voltage signal from the acceleration sensor attached to the bearing unit, a current signal supplied from the electric panel to the drive motor, and an ON / OFF signal for starting and stopping the agitator of the target equipment are input to the Internet connector.
対象設備の攪拌機の駆動用モータ電流値の測定例を横軸に運転時間、縦軸に当該モータ電流値をとって図17に示す。まず、駆動用モータを起動すると起動電流が大きく立ち上がり、その後一旦、運転負荷が無い状態での電流値に低下する。次に、原料投入を開始すると攪拌機で製品製造による負荷がかかりモータ電流値は上昇し、間欠的な原料投入―攪拌の仕事量に対応してモータ電流が変化しているのがわかる。そして、運転開始から45分後くらいで原料投入を終了し、製品製造が完了する段階では次第にモータ電流値が低下して無負荷の電流値になっている。 A measurement example of the motor current value for driving the stirrer of the target equipment is shown in FIG. 17 with the operation time on the horizontal axis and the motor current value on the vertical axis. First, when the driving motor is started, the starting current rises greatly, and then temporarily decreases to a current value in a state where there is no operating load. Next, when raw material charging is started, a load due to product production is applied by the stirrer, and the motor current value rises, and it can be seen that the motor current changes corresponding to the intermittent raw material charging / stirring work. Then, after about 45 minutes from the start of operation, the raw material charging is finished, and at the stage where the product manufacture is completed, the motor current value gradually decreases to a no-load current value.
上記する原料投入時期から原料投入を終了し、製品製造が完了するまでの当該駆動用モータの電流値の時間変化を、金属疲労に関与する攪拌機の回転部分に印加される変動応力の繰り返しの評価を説明するために、図18にモータ電流値と印加応力との関係を、図19に変動応力の繰り返し回数と応力幅の関係を、図21に軸受材料の応力―繰り返し曲線(通常SNカーブと呼ばれる)を示す。
Evaluation of repetitive fluctuation stress applied to the rotating part of the stirrer involved in metal fatigue, with respect to the time change of the current value of the drive motor from the raw material charging time to the completion of product manufacturing from the raw
図18は、対象設備である攪拌機駆動用モータの定格電流値15(A)と攪拌機の回転における軸受部位での印加応力の設計値8.0(Kg/mm2)とが対応していることから、原点とを結ぶ直線によって得ることができ、当該駆動用モータ電流値を計測することにより、図18を使って軸受部での印加応力を推定することが可能となる。 FIG. 18 shows that the rated current value 15 (A) of the stirrer driving motor, which is the target equipment, corresponds to the design value 8.0 (Kg / mm 2 ) of the applied stress at the bearing portion during the rotation of the stirrer. From this, it can be obtained by a straight line connecting the origin, and by measuring the drive motor current value, the applied stress at the bearing portion can be estimated using FIG.
図20には、前記する図17のモータ電流値の時間変化の図を90度回転させ上から下へ時間が経過するようにし、1回目の原料投入開始時 1 から2、3、4・・・、製品製造完了時 9 までを、応力の繰り返し評価の対象期間としている。本実施例では4回の原料投入の場合を示している。
当該モータ電流値の極大値、極小値に着目し、ある応力幅と当該繰り返し回数の分析は、レインフロー法という計測法を適用すればよい。このレインフロー法では、図20において時間経過とともに 1 から 4 へ、2 から 9 へ、・・・と、半サイクルの応力幅とサイクルの回数を得ることが可能となる。その結果、各サイクルでの応力幅は、サイクル (イ);7.1Kg/mm2、(ロ);5.6Kg/mm2、(ハ);1.9Kg/mm2、(ニ);1.9Kg/mm2、
(ホ);2.2Kg/mm2、(ヘ);1.8Kg/mm2、となる。
ここで、図20の当該モータ電流値の極大・極小値に対応する印加応力の大きさは、上記した図18を利用して変換することによって得ることができ、図19に示す。
なお、当該するレインフロー法については、[非特許文献1]に詳述されている。
[非特許文献1]
遠藤達雄ほか、「変動応力を受ける材料の疲れー疲れ寿命の推定(第一報)」、
日本機械学会講演論文集 No.185、pp.41-48
In FIG. 20, the time variation diagram of the motor current value of FIG. 17 described above is rotated 90 degrees so that time elapses from top to bottom.・ Up to 9 at the completion of product manufacture is the period for repeated stress evaluation. In this embodiment, the case where the raw material is input four times is shown.
Paying attention to the maximum and minimum values of the motor current value, the analysis of a certain stress width and the number of repetitions may be performed by a measurement method called a rain flow method. In this rain flow method, it is possible to obtain a half cycle stress width and the number of cycles, such as from 1 to 4, from 2 to 9,... As a result, the stress width in each cycle was as follows: cycle (a); 7.1 kg / mm 2 , (b); 5.6 kg / mm 2 , (c); 1.9 kg / mm 2 , (d); .9Kg / mm 2 ,
(E); 2.2 kg / mm 2 , (f); 1.8 kg / mm 2 .
Here, the magnitude of the applied stress corresponding to the maximum and minimum values of the motor current value in FIG. 20 can be obtained by conversion using FIG. 18 described above, and is shown in FIG.
The rainflow method is described in detail in [Non-Patent Document 1].
[Non-Patent Document 1]
Endo Tatsuo et al., "Fatigue of Materials Subjected to Fluctuating Stress-Estimation of Fatigue Life (1st Report)"
Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers No.185, pp.41-48
次に、上記する図20によって得た応力サイクル(イ)、(ロ)、(ハ)、(ニ)、(ホ)、(ヘ)を基に、図21に示す軸受材料の応力―繰り返し曲線から各サイクルでの疲労限界となる繰り返し回数 N を求める。その結果、サイクル(イ);Nイ=1.02E+05、(ロ);Nロ=1.25E+05、(ハ);Nハ=3.08E+05、(ニ);Nニ=4.91E+05、(ホ);Nホ=4.91E+05、
(ヘ);Nヘ=6.02E+05 となる。
Next, based on the stress cycles (A), (B), (C), (D), (E), and (F) obtained in FIG. 20, the bearing material stress-repetition curve shown in FIG. From the above, the number of repetitions N which becomes the fatigue limit in each cycle is obtained. As a result, cycle (A); N A = 1.02E + 05, (B); N B = 1.25E + 05, (C); N C = 3.08E + 05, (D); N D = 4.91E + 05, (e); N ho = 4.91E + 05,
(F); N f = 6.02E + 05.
図21によって求めた各応力サイクルでの疲労限界となる繰り返し回数 N に対して、
本実施例での運転による対象設備である攪拌機の軸受部位の余寿命は、次の[数5]によって得る寿命消耗率 D から求めることができる。
With respect to the number of repetitions N which becomes the fatigue limit in each stress cycle obtained from FIG.
The remaining life of the bearing portion of the stirrer that is the target equipment by the operation in the present embodiment can be obtained from the life consumption rate D obtained by the following [Equation 5].
つまり、本実施例での1回の運転によって運転時間が約70分であったから本運転
パターンを 繰り返すものとすれば、金属疲労による軸受けの寿命は、
70(分)/ 5.36E-05 = 1.31E+06 (分) = 2.5年(30カ月)
であると推定できる。
In other words, if the operation time is about 70 minutes by one operation in this embodiment, and if this operation pattern is repeated, the life of the bearing due to metal fatigue is
70 (minutes) / 5.36E-05 = 1.31E + 06 (minutes) = 2.5 years (30 months)
It can be estimated that.
==対象設備の振動データおよび電流データにより寿命予測し、最適保全時期を
決定するための装置==
次に、上述した対象設備の簡易診断、精密診断、劣化傾向監視、寿命予測、最適保全時期決定方法を実現するための対象設備の最適保全時期決定支援装置(以下、当該保全支援装置とも呼ぶ)の一例について、図22を用いて説明する。図22は、保全支援装置の一例を示す概念図である。
== Life prediction is made based on vibration data and current data of the target equipment, and the optimal maintenance time is determined.
Apparatus for determining ==
Next, the optimum maintenance time determination support device for the target facility for realizing the above-described simple diagnosis, precise diagnosis, deterioration tendency monitoring, life prediction, and optimum maintenance time determination method described above (hereinafter also referred to as the maintenance support device) An example will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a conceptual diagram illustrating an example of a maintenance support device.
本実施の形態において、当該保全支援装置は当該保全支援装置本体3と、振動センサ1と、電流センサ2とからなる。そして当該保全支援装置本体3は、振動センサおよび電流センサ2からのアナログの電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換器100と、図1に記載した簡易診断、精密診断、傾向監視、寿命予測、エネルギ損失評価、復旧エネルギ負担評価、余寿命算出、最適保全時期決定の計算および判定、処置を実行するメイン計算機200と、劣化エネルギ損失データベース300と、復旧エネルギ負担データベース400と、軸受材料のSNカーブデータベース500と、当該メイン計算機200での結果を表示する結果表示器600と、を備えている。
In the present embodiment, the maintenance support device includes the maintenance support device
メイン計算機200は、上述した寿命予測や最適保全時期決定方法を実現するためのコンピュータプログラム200aを有しており、当該コンピュータプログラム200aをメイン計算機200に設けられたCPUが処理することにより、上述した寿命予測や最適保全時期決定方法が実行される。前記コンピュータプログラム200aは、上述した寿命予測や最適保全時期決定方法を実行するためのコードから構成されている。なお、当該メイン計算機200は、一つの装置ではなく、複数の装置からなることとしてもよい。また、かかる際に、コンピュータプログラム200aは、複数の装置の各々に分かれて、備えられていることとしてもよい。
結果表示器600は、対象設備の良否判定、劣化状態監視、寿命予測、最適保全時期決定を実行する当該保全支援装置3の操作者に各種情報を与える機能を有する。
The
The
===その他の実施の形態===
以上、上記実施の形態に基づき本発明に係る対象設備の簡易診断、精密診断、劣化傾向監視、寿命予測、最適保全時期決定方法を説明したが、上記発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
=== Other Embodiments ===
As described above, the simple diagnosis, precise diagnosis, deterioration tendency monitoring, life prediction, and optimum maintenance time determination method of the target facility according to the present invention have been described based on the above-described embodiments. The present invention is not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes the equivalents thereof.
本発明の上記した実施例では、当該劣化傾向監視での注意領域において
(Vi / Vi-1 ) ≧ 1.0 ( < 1.0 のとき劣化は進展せず)の全ての値の中で
(1)最大値 ・・・・劣化部分への振動エネルギが急峻な進展を示す場合
(2)平均値 ・・・・進展の変動が中程度あり、平均化にて代表できる場合
(3)最小値 ・・・・振動エネルギの劣化進展に与える影響が比較的小さい場合
のいずれかを採用して、第二次注意閾値を超えたときに寿命予測を実行することも本発明の実施形態の一つである。
In the above embodiment of the present invention, in the attention area in the deterioration tendency monitoring.
Among all values of (Vi / Vi-1) ≧ 1.0 (degradation does not progress when <1.0)
(1) Maximum value: When the vibration energy to the deteriorated part shows a sharp progress
(2) Average value ・ ・ ・ ・ When there is a moderate change in progress and can be represented by averaging
(3) Minimum value .... It is also possible to adopt one of the cases where the influence on the deterioration progress of vibration energy is relatively small, and to perform life prediction when the secondary caution threshold is exceeded. This is one of the embodiments.
つまり、前記実施例では、第二次注意閾値を超えた時点での直近のZ1とVの増減によって予測したが、注意領域における劣化状態の進展が変動する場合には、直近の状況のみでは予測精度が低下するので、第一次注意閾値を超え、第二次注意閾値までの注意領域全般での劣化特性を平均化するか、もしくは最大、最小値を採用することによって劣化進展を代表することも本発明の他の実施形態の一つである。
That is, in the above-described embodiment, the prediction is made based on the most recent increase or decrease in Z1 and V when the secondary attention threshold is exceeded. However, when the progress of the deterioration state in the attention region varies, the prediction is made only in the latest situation. As the accuracy decreases, the deterioration characteristics in the entire attention area exceeding the primary attention threshold and up to the secondary attention threshold are averaged, or the maximum and minimum values are used to represent the deterioration progress. Is another embodiment of the present invention.
1 振動センサ
2 電流センサ
3 最適保全時期決定支援装置
100 A/D変換器
200 メイン計算機
200a コンピュータプログラム
300 劣化エネルギ損失データベース
400 復旧エネルギ負担データベース
500 材料のSNカーブデータベース
600 表示器
400 復旧エネルギ負担データベース
500 材料のSNカーブデータベース
600 表示器
DESCRIPTION OF
400 Restoration
Claims (6)
歪度、振動加速度の尖度、及び、振動加速度の波高率のうちの少なくとも一つのデータと、振動加速度の波形データと、を取得するためのセンサと、劣化エネルギ損失データベースと、復旧エネルギ負担データベースと、軸受材料のSNカーブデータベースと、請求項
5に記載のコンピュータプログラムを備えたコンピュータと、を有することを特徴とする
対象設備を診断するための装置。
As vibration data of the target equipment, at least one of vibration displacement, vibration speed, vibration acceleration, vibration acceleration skewness, vibration acceleration kurtosis, and vibration acceleration crest factor, and vibration acceleration waveform A sensor for acquiring data, a degradation energy loss database, a recovery energy burden database, a SN curve database of bearing materials, and a computer having the computer program according to claim 5. A device for diagnosing the target equipment.
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